DE102016212464A1 - Measuring device for determining a wavefront error - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems (12) mit einer Bestrahlungseinrichtung (24) zum Durchstrahlen des Abbildungssystems (12) mit einer Messstrahlung (26), einem Analysegitter (30), welches, dem Abbildungssystems (12) nachgeordnet, im Strahlengang (40) der Messstrahlung quer zu einer optischen Achse (20) des Abbildungssystems (12) verschiebbar angeordnetist, sowie einer Detektionseinrichtung (32) zum Aufzeichnen der einer Strahlungsverteilung der Messstrahlung (26). Die Messvorrichtung (10) ist dazu konfiguriert, jeweilige mittels des Analysegitters (30) gebildete Interferogramme (62) an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters (30) zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung (32) zu erzeugen. Weiterhin ist die Messvorrichtung (10) dazu konfiguriert, mittels eines, das optische Abbildungssystem (12) durchlaufenden Kontrollstrahlengangs (46) mindestens eine Lageinformation (78) des Analysegitters (30) in mindestens einer der Verschiebepositionen zu ermitteln.The invention relates to a measuring device (10) for determining a wavefront aberration of an optical imaging system (12) having an irradiation device (24) for irradiating the imaging system (12) with a measuring radiation (26), an analysis grating (30), the imaging system (12 ), in the beam path (40) of the measuring radiation transversely to an optical axis (20) of the imaging system (12) is arranged displaceably, and a detection device (32) for recording a radiation distribution of the measuring radiation (26). The measuring device (10) is configured to generate respective interferograms (62) formed by the analysis grating (30) at a plurality of displacement positions of the analysis grating (30) for recording on the detection device (32). Furthermore, the measuring device (10) is configured to determine at least one position information (78) of the analysis grid (30) in at least one of the displacement positions by means of a control beam path (46) passing through the optical imaging system (12).

Description

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer und ein Verfahren zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems. The invention relates to a measuring device for determining a wavefront error of an optical imaging system. Furthermore, the invention relates to a projection exposure apparatus for microlithography with a projection objective for imaging mask structures onto a wafer and to a method for determining a wavefront error of an optical imaging system.

Zur hochgenauen Vermessung von optischen Abbildungssystemen, wie etwa einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, wird beispielsweise die Scherinterferometrie, auch „Shearing-Interferometrie“ bezeichnet, verwendet. Bei der Scherinterferometrie handelt es sich um eine phasenschiebende Interferometrietechnik. Für eine Bestimmung eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems wird z.B. in der Objektebene eine Kohärenzmaske und in der Bildebene eine phasenschiebende Struktur, wie zum Beispiel ein verschiebbares Beugungsgitter, nachstehend auch Analysegitter bezeichnet, angeordnet. Das Analysegitter wird in kleinen Schritten quer zur optischen Achse des abbildenden Systems verschoben. Aus den vom Detektor erfassten Interferenzmustern bzw. Scherogrammen lässt sich die Ortsableitung der Wellenfront in der Bewegungsrichtung des Analysegitters und daraus die Topographie der Wellenfront und schließlich ein Wellenfrontfehler des optischen Abbildungssystems ermitteln. For high-precision measurement of optical imaging systems, such as a projection objective for microlithography, for example, shear interferometry, also referred to as "shearing interferometry", is used. Scher interferometry is a phase-shifting interferometry technique. For a determination of a wavefront error of an optical imaging system, e.g. a coherence mask in the object plane and a phase-shifting structure in the image plane, such as, for example, a displaceable diffraction grating, also referred to below as analysis grids. The analysis grid is moved in small steps across the optical axis of the imaging system. From the interference patterns or shearograms detected by the detector, the location derivative of the wavefront in the direction of movement of the analysis grid and therefrom the topography of the wavefront and finally a wavefront error of the optical imaging system can be determined.

Die WO 01/63233 A2 beschreibt verschiedene auf der Scherinterferometrie basierende Messvorrichtungen zur Bestimmung einer Wellenfront bei optischen Systemen. Neben einer Verwendung von Lochmasken mit verschiedenen zweidimensionalen Öffnungsmustern als Kohärenzmaske in der Objektebene eines abbildenden optischen Systems werden auch Messvorrichtungen mit einer gleichzeitigen Erzeugung von jeweils einem Messstrahl für verschiedene Feldpunkte der Objektebene dargestellt. Dazu wird beispielsweise eine Vielzahl von Fokussierlinsen in dem Strahlengang angeordnet, welche jeweils einen Teil der Messstrahlung auf eine von mehreren Öffnungen einer Lochmaske in der Objektebene fokussieren. Mit einer solchen mehrkanaligen Messvorrichtung lässt sich das optische System gleichzeitig für eine Vielzahl von Feldpunkten hinsichtlich seiner Abbildungseigenschaften vermessen. The WO 01/63233 A2 describes various shear interferometry-based measuring devices for determining a wavefront in optical systems. In addition to using shadow masks with different two-dimensional aperture patterns as a coherence mask in the object plane of an imaging optical system, measuring devices with a simultaneous generation of one measuring beam each for different field points of the object plane are also shown. For this purpose, for example, a plurality of focusing lenses are arranged in the beam path, which each focus a part of the measuring radiation on one of a plurality of openings of a shadow mask in the object plane. With such a multi-channel measuring device, the optical system can be measured simultaneously for a plurality of field points with regard to its imaging properties.

Ein Problem bei den beschriebenen Messvorrichtungen mit einer scherinterferometrischen Technik liegt in der notwendigen hochgenauen Positionierung der Kohärenzmaske und der Ausführung der schrittweisen Verschiebung des Analysegitters. Während einer Messung müssen Positionen des Analysegitters bis auf wenige Nanometer genau angefahren und eingehalten werden. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, folgen daraus Fehler in der Phasenbestimmung und somit Messfehler bei einer Wellenfrontbestimmung. Zur Reduzierung von Messfehlern werden im Stand der Technik in der Regel hohe Anforderungen an die Steifigkeit und Regelgenauigkeit der Messvorrichtung gestellt, um eine möglichst genaue Positionierung des Analysegitters bei einzelnen lateralen Verschiebungsschritten und der Kohärenzmaske gegenüber dem Analysegitter zu erreichen. One problem with the shear interferometric technique described is the need for high accuracy positioning of the coherence mask and the stepwise translation of the analysis grid. During a measurement, positions of the analysis grid must be exactly approached and maintained down to a few nanometers. If this condition is not met, errors in the phase determination and thus measurement errors in a wavefront determination will follow. In order to reduce measurement errors, the prior art generally places high demands on the rigidity and control accuracy of the measuring device in order to achieve the most accurate possible positioning of the analysis grid for individual lateral displacement steps and the coherence mask in relation to the analysis grid.

Ein weiteres Problem sind Helligkeitsschwankungen der Messstrahlung. Auch diese führen bei einer Phasenbestimmung mit einem zeitlich seriellen Phasenschiebeverfahren zu Messfehlern. Eine Berücksichtigung von Helligkeitsschwankungen müsste idealerweise ortsaufgelöst über einen Querschnitt des Strahlengangs stattfinden. Auf eine sehr aufwendige Auskopplung und ortsaufgelöste Helligkeitsbestimmung der Messstrahlung wird aber oft verzichtet und stattdessen allenfalls ein zeitabhängiger mittlerer Helligkeitswert bestimmt, wodurch weitere Ungenauigkeiten bei einer Bestimmung einer Wellenfront resultieren. Another problem is brightness fluctuations of the measuring radiation. These also lead to measurement errors in a phase determination with a time-series phase shift method. A consideration of brightness fluctuations would ideally take place in a spatially resolved manner over a cross section of the beam path. However, a very complex decoupling and spatially resolved determination of the brightness of the measuring radiation is often dispensed with and instead at most a time-dependent mean brightness value is determined, which results in further inaccuracies in a determination of a wavefront.

Zugrunde liegende Aufgabe Underlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden und insbesondere eine Reduzierung von Messfehlern bei einer Bestimmung eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems erreicht wird. It is an object of the invention to provide an apparatus and a method whereby the above-mentioned problems are solved and in particular a reduction of measurement errors in a determination of a wavefront error of an optical imaging system is achieved.

Erfindungsgemäße Lösung Inventive solution

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer nachfolgend beschriebenen Messvorrichtung zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst eine Bestrahlungseinrichtung zum Durchstrahlen des Abbildungssystems mit einer Messstrahlung, ein Analysegitter, welches, dem Abbildungssystem nachgeordnet, im Strahlengang der Messstrahlung quer zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verschiebbar angeordnet ist, sowie eine Detektionseinrichtung zum Aufzeichnen einer Strahlungsverteilung der Messstrahlung. Dabei ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung dazu konfiguriert, jeweilige mittels des Analysegitters gebildete Interferogramme an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung zu erzeugen, sowie mittels eines, das optische Abbildungssystem durchlaufenden Kontrollstrahlengangs mindestens eine Lageinformation des Analysegitters in mindestens einer der Verschiebepositionen zu ermitteln. The above object can be achieved according to the invention, for example, with a measuring device described below for determining a wavefront error of an optical imaging system. The measuring device according to the invention comprises an irradiation device for irradiating the imaging system with a measuring radiation, an analysis grating, which is disposed displaceably in the beam path of the measuring radiation, transverse to an optical axis of the imaging system, and a detection device for recording a radiation distribution of the measuring radiation. In this case, the measuring device according to the invention is configured to generate respective interferograms formed by the analysis grid at a plurality of displacement positions of the analysis grid for recording on the detection device, and to determine at least one position information of the analysis grid in at least one of the displacement positions by means of a control beam path passing through the optical imaging system.

Wie vorstehend erwähnt, umfasst dieerfindungsgemäße Messvorrichtung eine Bestrahlungseinrichtung zum Durchstrahlen eines Messstrahlengangs des Abbildungssystems mit einer Messstrahlung. Der Messstrahlengang wird nachstehend auch als Messkanal bezeichnet. Vorzugsweise ist die Bestrahlungseinrichtung so ausgebildet, dass die Messstrahlung eine Wellenlänge aufweist, welche einer Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems entspricht. Für diesen Zweck ist eine Verwendung einer Betriebsstrahlenquelle zur Bereitstellung der Messstrahlung möglich. Die Messvorrichtung kann für eine bestimmte Messstrahlung vom Infrarot- bis in den Röntgenbereich geeignet konfiguriert sein. Beispielsweise kann bei einem Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographie mit EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) eine Messstrahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm oder ungefähr 6,8 nm verwendet werden. Die Bestrahlungseinrichtung kann ferner eine Kohärenzmaske mit einer ein- oder zweidimensionalen Struktur in der Objektebene des optischen Abbildungssystems oder Fokussierungselemente zum Fokussieren jeweils eines Teils der Messstrahlung in Feldpunkte der Objektebene für eine Mehrkanal-Scherinterferometrie enthalten. As mentioned above, the measuring device according to the invention comprises an irradiation device for irradiating a measuring beam path of the imaging system with a measuring radiation. The measuring beam path is also referred to below as the measuring channel. Preferably, the irradiation device is designed so that the measuring radiation has a wavelength which corresponds to an operating wavelength of the optical imaging system. For this purpose, it is possible to use an operating beam source to provide the measuring radiation. The measuring device can be suitably configured for a specific measuring radiation from the infrared to the x-ray range. For example, in the case of a projection objective for microlithography with EUV radiation (extreme ultraviolet radiation), measuring radiation having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm, may be used. The irradiation device may further include a coherence mask having a one- or two-dimensional structure in the object plane of the imaging optical system, or focusing elements for focusing a respective part of the measurement radiation into field points of the object plane for a multichannel shear interferometry.

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung ein im ausgangsseitigen Messstrahlengang des Abbildungssystems quer zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verschiebbar angeordnetes diffraktives Analysegitter und eine Detektionseinrichtung zum Aufzeichnen einer Strahlungsverteilung der Messstrahlung. Das Analysegitter kann zum Beispiel als Phasengitter, Amplitudengitter oder mit einem anderen geeigneten Beugungsgittertyp ausgebildet sein. Für eine Messstrahlung mit einer sehr kurzen Wellenlänge kann das Analysegitter auch als ein reflektierendes Gitter konfiguriert sein. Die Detektionseinrichtung umfasst beispielsweise einen ortsauflösenden CCD-Sensor mit einer Erfassungsfläche, welche eine zweidimensionale Anordnung von Einzelsensoren enthält. Furthermore, the measuring device according to the invention comprises a diffractive analysis grating arranged displaceably transversely to an optical axis of the imaging system in the output-side measuring beam path of the imaging system, and a detection device for recording a radiation distribution of the measuring radiation. The analysis grid can be designed, for example, as a phase grating, amplitude grating or with another suitable diffraction grating type. For a measuring radiation with a very short wavelength, the analysis grid can also be configured as a reflective grid. The detection device comprises, for example, a spatially resolving CCD sensor with a detection surface, which contains a two-dimensional arrangement of individual sensors.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, jeweilige mittels des Analysegitters gebildete Interferogramme an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung zu erzeugen The measuring device according to the invention is configured to generate respective interferograms formed by means of the analysis grid at a plurality of displacement positions of the analysis grid for recording on the detection device

Die Interferogramme werden z.B. durch Interferenz von jeweils am Analysegitter gebildeter Strahlung nullter Beugungsordnung mit Strahlung einer höheren Beugungsordnung, wie etwa der ersten Beugungsordnung erzeugt. Durch das Verschieben des Analysegitters erfolgt ein sogenanntes „zeitliches Phasenschieben“. Dabei verändert sich die Phase der höheren Beugungsordnung, während die Phase der nullten Beugungsordnung gleich bleibt, wodurch sich das jeweilige Interferogramm verändert. The interferograms are e.g. generated by interference of each formed at the analysis grating radiation zeroth diffraction order with radiation of a higher diffraction order, such as the first diffraction order. By moving the analysis grid, a so-called "temporal phase shift" occurs. In this case, the phase of the higher diffraction order changes, while the phase of the zeroth diffraction order remains the same, whereby the respective interferogram changes.

Das Analysegitter kann in einem ersten Bereich, mit dem das Interferogramm gebildet wird, ein anderes Muster, insbesondere eine andere Gitterperiode aufweisen, als in einem zweiten Bereich, der dem Konstrollstrahlengang zugeordnet ist. Diese zweite Bereich kann gemäß einer nachstehend näher erläuterten Ausführungsform dazu dienen, ein Mehrstreifeninterferenzmuster zu bilden. Nachstehend wird ein Strahlengang, mit dem die Interferogramme gebildet werden, auch als „Messkanal“ und der Kontrollstrahlengang auchals „Monitoringkanal“ bezeichnet. Der Bezeichnung „Monitoringkanal“ erfolgt aufgrund dessen Funktion der Überwachung der genauen Verschiebepositionen des Analysegitters. The analysis grating may have a different pattern, in particular a different grating period, in a first region, with which the interferogram is formed, than in a second region, which is assigned to the konstroll beam path. This second region, according to an embodiment explained in more detail below, can serve to form a multi-strip interference pattern. Hereinafter, a beam path with which the interferograms are formed is also referred to as a "measurement channel" and the control beam path is also referred to as a "monitoring channel". The term "monitoring channel" is due to its function of monitoring the exact displacement positions of the analysis grid.

Ferner ist die erfindungsgemäße Messvorrichtungdazu konfiguriert ist, mindestens eine Lageinformation des Analysegitters in mindestens einer der Verschiebepositionen mittels des Kontrollstrahlengangs zu ermitteln. Die Lageinformation des Analysegitter in einer der Verschiebepositionen kann eine absolute Lage des Analysegitters der Verschiebeposition oder auch eine relative Lage des Analysegitter in der Verschiebeposition in Bezug auf die Lage des Analysegitters in einer anderen Verschiebeposition und damit eine Lagedifferenz zwischen den Stellungen in zwei Verschiebepositionen beinhalten. Furthermore, the measuring device according to the invention is configured to determine at least one position information of the analysis grid in at least one of the displacement positions by means of the control beam path. The position information of the analysis grid in one of the displacement positions may include an absolute position of the analysis grid of the displacement position or a relative position of the analysis grid in the displacement position with respect to the position of the analysis grid in another displacement position and thus a position difference between the positions in two displacement positions.

Aus den an den einzelnen Verschiebepositionen aufgezeichneten Interferogrammen kann unter Verwendung der mindestens einen Lageinformation eine Topographie der Wellenfront der Messstrahlung nach Durchlaufen des Messstrahlengangs des Abbildungssystems bestimmt werden. From the interferograms recorded at the individual displacement positions, using the at least one position information, a topography of the wavefront of the measurement radiation can be determined after passing through the measurement beam path of the imaging system.

Aus der mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bestimmten Topographie der Wellenfront der Messstrahlung lässt sich eine Abweichung der tatsächlichen Form der Wellenfront von einer Sollwellenfront ermitteln, welche z.B. die Form einer Kugelwelle oder einer ebenen Welle aufweisen kann. Dabei kann die Topographie der Wellenfront auch anhand einer Phasenverteilung der Messstrahlung entlang einer durch die Sollwellenfront definierten Fläche angegeben werden. Aus der so bestimmten Abweichung der tatsächlichen Form der Wellenfront von der Sollwellenfront lässt bzw. lassen sich wiederum ein oder mehrere Wellenfrontfehler des optischen Abbildungssystems bestimmen. From the topography of the wavefront of the measuring radiation determined by means of the measuring device according to the invention, a deviation of the actual shape of the wavefront from a desired wavefront, which is e.g. may be in the form of a spherical wave or a plane wave. In this case, the topography of the wavefront can also be specified on the basis of a phase distribution of the measurement radiation along a surface defined by the desired wavefront. From the thus determined deviation of the actual shape of the wavefront from the desired wavefront can be or can in turn determine one or more wavefront errors of the optical imaging system.

Durch das Vorsehen eines Kontrollstrahlengangs und die daraus erfolgende Ermittlung der mindestens einen Lageinformation des Analysegitters in mindestens einer der Verschiebepositionen können Positionierungsfehler des Analysegitter an den einzelnen Verschiebepositionen effektiv aus der Topographiebestimmung der Wellenfront herausgerechnet werden. Damit können bei der Bestimmung des Wellenfrontfehlers des optischen Abbildungssystems auftretende Messfehler wesentlich reduziert werden. By providing a control beam path and the resulting determination of the at least one position information of the analysis grid in at least one of the displacement positions, positioning errors of the analysis grid at the individual displacement positions can effectively be determined from the topography determination of the wavefront be calculated out. Thus, measurement errors occurring in the determination of the wavefront error of the optical imaging system can be significantly reduced.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Lageinformation eine Positionsangabe des Analysegitters in lateraler und/oder in axialer Richtung in Bezug auf die optische Achse und/oder eine Angabe bezüglich einer Kippstellung des Analysegitters. Insbesondere umfasst die Lageinformation Positionsangaben in mindestens einer, mindestens zwei, mindestens drei, mindestens vier, mindestens fünf oder in allen sechs Raumlagen. Unter den sechs Raumlagen sind die Positionsdoordinaten in den drei Raumrichtungen sowie die jeweiligen Dreh-/Kippstellungen bezüglich der drei Raumrichtungen zu verstehen. Insbesondere werden Lageinformationen für mehrere der Verschiebepositionen ermittelt, welche einen genauen „Bahnverlauf“ des Analysegitters beim Durchlaufen der einzelnen Verschiebepositionen beschreiben. Der Bahnverlauf kann, wie etwa der Verlauf einer hügeligen Rodelbahn, nicht nur durch Raumkoordinaten, sondern auch durch Kippkoordinaten gekennzeichnet sein. According to one embodiment, the at least one position information comprises a position specification of the analysis grid in lateral and / or axial direction with respect to the optical axis and / or an indication with respect to a tilted position of the analysis grid. In particular, the position information comprises position information in at least one, at least two, at least three, at least four, at least five or in all six spatial positions. The six spatial positions are to be understood as meaning the position coordinates in the three spatial directions as well as the respective rotational / tilt positions with respect to the three spatial directions. In particular, position information for a plurality of the displacement positions are determined, which describe an exact "trajectory" of the analysis grid when passing through the individual displacement positions. The course of the course, like the course of a hilly toboggan run, can be characterized not only by spatial coordinates but also by tilting coordinates.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine Lageinformation eine Positionsdifferenz zwischen den Verschiebepositionen des Analysegitters in bezüglich der optischen Achse lateraler Richtung. According to a further embodiment, the at least one position information comprises a positional difference between the displacement positions of the analysis grid in a lateral direction with respect to the optical axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert ist, die mindestens eine Lageinformation des Analysegitters mittels mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, vier oder mehr, unterschiedlichen, das optische Abbildungssystem durchlaufenen Kontrollstrahlengängen zu ermitteln. So ermöglicht z.B. eine Verknüpfung der Messungen mehrerer Kontrollstrahlengänge analog zur Vorgehensweise bei einer Triangulation z.B. die Ermittlung von Kippstellungen. According to a further embodiment, the measuring device is configured to determine the at least one position information of the analysis grid by means of at least two, in particular at least three, four or more, different, the optical imaging system traversed control beam paths. Thus, e.g. a combination of the measurements of several control beam paths analogous to the procedure in a triangulation e.g. the determination of tilt positions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiterhin eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Topographie der Wellenfront der Messstrahlung nach Durchlaufen des Messstrahlengangs des Abbildungssystems aus den an den einzelnen Verschiebepositionen aufgezeichneten Interferogrammen unter Verwendung der mindestens einen ermittelten Lageinformation zu bestimmen. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, bei der Bestimmung der Topographie der Wellenfront der Messstrahlung eine diskrete Fourieranalyse auszuführen. According to a further embodiment, the measuring device further comprises an evaluation device which is configured to determine a topography of the wavefront of the measuring radiation after passing through the measuring beam path of the imaging system from the interferograms recorded at the individual displacement positions using the at least one determined position information. According to one embodiment, the evaluation device is configured to perform a discrete Fourier analysis when determining the topography of the wavefront of the measurement radiation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, ein jeweiliges, mittels des Analysegitters erzeugtes Mehrstreifeninterferenzmuster, an den Verschiebepositionen zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung zu erzeugen, wobei das Mehrstreifeninterferenzmuster mindestens eine volle Periode von sich abwechselnden Streifen maximaler konstruktiver und maximaler destruktiver Interferenz umfasst, und die Messvorrichtung weiterhin dazu konfigurier ist, die mindestens eine Lageinformation des Analysegitters anhand der aufgezeichneten Mehrstreifeninterferenzmuster zu ermitteln. Die aufgezeichneten Mehrstreifeninterferenzmuster umfassen mindestens eine volle Periode, insbesondere mindestens zwei, mindestens fünf oder mindestens zehn volle Perioden, von sich abwechselnden Streifen maximaler konstruktiver und maximaler destruktiver Interferenz. Unter maximaler konstruktiver Interferenz ist ein Intensitätswert im Interferenzmuster zu verstehen, der dem maximalen mittels des verwendeten Beugungsgitters erreichbaren Intensitätswert entspricht. Der maximal erreichbare Intensitätswert eines Beugungsgitters, welches nicht im Mehrstreifenmodus betrieben wird, kann beispielsweise wie folgt ermittelt werden: Das Beugungsgitter wird quer zur eingehenden Strahlung kontinuierlich verschoben, die an einem bestimmten Ort des das Interferenzmuster aufzeichnenden Detektors eingestrahlte Intensität variiert mit der Bewegung des Beugungsgitters mehrfach zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert. Dieser Maximalwert ist nun der o.g. maximal erreichbare Intensitätswert, der beim Streifen maximaler konstruktiver Interferenz im Mehrstreifeninterferenzmuster vorliegt. Der bei der Verschiebung des Beugungsgitters auftretende Minimalwert entspricht dem Intensitätswert, der bei der maximal destruktiven Interferenz im Mehrstreifeninterferenzmuster vorliegt. According to another embodiment, the measuring device is configured to generate a respective multi-strip interference pattern generated by the analysis grid at the displacement positions for recording on the detection device, the multi-strip interference pattern comprising at least one full period of alternating strips of maximum constructive and maximum destructive interference, and the measuring device is further configured to determine the at least one location information of the analysis grid from the recorded multi-strip interference patterns. The recorded multi-stripe interference patterns comprise at least one full period, more particularly at least two, at least five or at least ten full periods of alternating strands of maximum constructive and maximum destructive interference. Maximum constructive interference is an intensity value in the interference pattern that corresponds to the maximum intensity value that can be achieved by means of the diffraction grating used. The maximum achievable intensity value of a diffraction grating, which is not operated in the multi-strip mode, can be determined, for example, as follows: The diffraction grating is continuously displaced transversely to the incoming radiation, the intensity irradiated at a specific location of the detector recording the interference pattern varies several times with the movement of the diffraction grating between a maximum value and a minimum value. This maximum value is now the o.g. maximum achievable intensity value present in the stripe of maximum constructive interference in the multi-stripe interference pattern. The minimum value occurring in the displacement of the diffraction grating corresponds to the intensity value which is present at the maximum destructive interference in the multi-strip interference pattern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung weiterhin dazu konfiguriert, die Ermittlung der Lageinformation des Analysegitters, insbesondere der Positionsdifferenz zwischen den Verschiebepositionen des Analysegitters, durch Bestimmung der den entsprechenden Mehrstreifeninterenzmustern zugrunde liegenden Phasenverteilungen, Bestimmung einer Differenzverteilung durch Differenzbildung der bestimmten Phasenverteilungen und Mittelung mehrerer Werte aus der Differenzverteilung vorzunehmen. Unter der einem Mehrstreifeninterferenzmuster zugrunde liegenden Phasenverteilung ist die örtliche Verteilung der Phasendifferenz der dem Interferenzmuster zugrunde liegenden interferierenden Wellen zu verstehen. Die interferierenden Wellen können z.B. einerseits durch eine von der nullten Beugungsordnung gebildete Welle sowie andererseits durch eine von einer höheren Beugungsordnung, etwa der ersten Beugungsordnung, am Analysegitter gebildete Welle gebildet werden. Diese Wellen interferieren auf einer Erfassungsfläche der Detektionseinrichtung und führen aufgrund ihrer jeweiligen Phasendifferenz, welche über die Erfassungsfläche variiert, zu der o.g. Phasenverteilung. According to a further embodiment according to the invention, the measuring device is further configured to determine the positional information of the analysis grid, in particular the position difference between the displacement positions of the analysis grid, by determining the phase distributions underlying the corresponding multiple-strip interference patterns, determining a difference distribution by subtraction of the determined phase distributions and averaging make several values from the difference distribution. The phase distribution underlying a multi-strip interference pattern is to be understood as meaning the local distribution of the phase difference of the interfering waves on which the interference pattern is based. The interfering waves may be e.g. on the one hand formed by a wave formed by the zeroth order of diffraction and on the other hand by a higher diffraction order, such as the first diffraction order, the analysis grid formed wave. These waves interfere on a detection surface of the detection device and due to their respective phase difference, which varies over the detection surface, lead to the o.g. Phase distribution.

Beispielsweise wird bei jeder Verschiebeposition ein Mehrstreifeninterferenzmuster erfasst und in einem geeigneten Bereich des Mehrstreifeninterferenzmusters eine örtliche Phasenverteilung bestimmt. Eine Differenzbildung kann anschließend zwischen den bestimmten Phasen für entsprechende Bildpunkte zweier Mehrstreifeninterferenzmuster von benachbarten Verschiebepositionen erfolgen. Die Positionsdifferenz zwischen zwei benachbarten Verschiebepositionen lässt sich so z.B. aus einer mittleren Phasenverschiebung zwischen diesen Positionen bestimmen, welche durch eine Mittelung der Differenzenphasen über alle Bildpunkte bestimmt wird. For example, at each shift position, a multi-strip interference pattern is detected and a local phase distribution is determined in a suitable region of the multi-strip interference pattern. A subtraction can then take place between the specific phases for corresponding pixels of two multi-strip interference patterns of adjacent shift positions. The position difference between two adjacent displacement positions can be determined for example from a mean phase shift between these positions, which is determined by an averaging of the difference phases over all pixels.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Messvorrichtung nach der Erfindung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die Mehrstreifeninterferenzmuster jeweils durch defokussierte Einstrahlung der Messstrahlung auf das Analysegitter zu erzeugen. Die defokussierte Einstrahlung der Messstrahlung erfolgt vorzugsweise lediglich in einem dem Mehrstreifenmuster zugeordneten und vorstehend als zweiter Bereich bezeichneten Bereich. Dabei kann die Messvorrichtung so ausgebildet sein, das in dem oben genannten ersten Bereich des Analysegitters die Messstrahlung auf das Analysegitter zur Erzeugung von Interferogrammen für eine Scherinterferometrie, auch „Shearing-Interferometrie“ bezeichnet, fokussiert ist. Beispielsweise ist das Analysegitter dafür in einer Bildebene des optischen Abbildungssystems angeordnet. Durch die defokussierte Einstrahlung der Messstrahlung auf das Analysegitter trifft die Messstrahlung effektiv in einem Bündel von Messwellen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtungen auf das Analysegitter auf. Jede der Messwellen trägt zur Interferenz bei, sodass sich ein Mehrstreifeninterferenzmuster mit mindestens einer vollen Periode von sich abwechselnden Streifen maximaler konstruktiver und maximaler destruktiver Interferenz ergibt. According to a further embodiment of the measuring device according to the invention, the measuring device is configured to generate the multi-strip interference pattern in each case by defocused irradiation of the measuring radiation on the analysis grid. The defocused irradiation of the measuring radiation preferably takes place only in a region assigned to the multi-strip pattern and designated above as the second region. In this case, the measuring device can be designed so that the measuring radiation is focused on the analysis grid for generating interferograms for a shear interferometry, also referred to as "shearing interferometry" in the above-mentioned first region of the analysis grid. For example, the analysis grid for this purpose is arranged in an image plane of the optical imaging system. As a result of the defocused irradiation of the measurement radiation onto the analysis grid, the measurement radiation effectively impinges on the analysis grid in a bundle of measurement waves of different propagation directions. Each of the measurement waves contributes to interference, resulting in a multi-stripe interference pattern having at least one full period of alternating strands of maximum constructive and maximum destructive interference.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messvorrichtung ein defokussierendes optisches Element, welches im Abbildungsstrahlengang des optischen Abbildungssystems zur defokussierten Einstrahlung der Messstrahlung auf das Analysegitter angeordnet ist. Unter dem Abbildungsstrahlengang des optischen Abbildungssystems wird der zwischen der durch das Analysegitter definierten Bildebene des Abbildungssystems und der dieser Bildebene zugeordneten Objektebene liegende Strahlengang verstanden. Als defokussierendes optisches Element wird beispielsweise ein refraktives, diffraktives oder reflektives optisches Element verwendet. Die Anordnung des defokussierenden optischen Elements kann im eingangsseitigen Bereich des Abbildungssystems, d.h. dem Abbildungssystem vorgelagert, oder im ausgangsseitigen Bereich des Abbildungssystems, d.h. dem Abbildungssystem nachgelagert, erfolgen. Im Fall der Anordnung des defokussierenden optischen Element im eingangsseitigen Bereich des Abbildungssystems kann dieses Teil der Bestrahlungseinrichtung sein. In einer Ausführungsvariante eines nachgelagert angeordneten defokussierenden Elements kann dieses fest mit dem Analysegitter verbunden sein, insbesondere an der Oberfläche des Analysegitters angebracht sein. According to one embodiment of the invention, the measuring device comprises a defocusing optical element, which is arranged in the imaging beam path of the optical imaging system for defocused irradiation of the measurement radiation on the analysis grid. The imaging beam path of the optical imaging system is understood to mean the beam path lying between the image plane of the imaging system defined by the analysis grid and the object plane assigned to this image plane. As a defocusing optical element, for example, a refractive, diffractive or reflective optical element is used. The arrangement of the defocussing optical element may be in the input side region of the imaging system, i. upstream of the imaging system, or on the output side of the imaging system, i. downstream of the imaging system. In the case of the arrangement of the defocusing optical element in the input-side region of the imaging system, this part may be the irradiation device. In one embodiment variant of a defocusing element arranged downstream, it can be fixedly connected to the analysis grid, in particular attached to the surface of the analysis grid.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung weist die Bestrahlungseinrichtung eine wellenformende Kohärenzstruktur zur defokussierten Einstrahlung der Messstrahlung auf das Analysegitter auf, welche gegenüber einer Objektebene des Abbildungssystems versetzt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist ein der Erzeugung des Mehrstreifeninterferenzmusters dienender Bereich des Analysegitters gegenüber einer der Objektebene zugeordneten Bildebene versetzt angeordnet. Mit anderen Worten ist gemäß dieser Ausführungsform die wellenformende Kohärenzstruktur eingangsseitig bezüglich des optischen Abbildungssystems angeordnet. In a further embodiment of the measuring device according to the invention, the irradiation device has a wave-forming coherence structure for the defocused irradiation of the measurement radiation on the analysis grid, which is arranged offset relative to an object plane of the imaging system. Alternatively or additionally, a region of the analysis grid serving to generate the multi-strip interference pattern is offset relative to an image plane assigned to the object plane. In other words, according to this embodiment, the wave-forming coherent structure is arranged on the input side with respect to the imaging optical system.

Gemäß einer Ausführungsvariante der versetzten Anordnung der Kohärenzstruktur kann die Kohärenzstruktur Teil einer stufenförmig ausgebildeten Kohärenzmaske sein, bei der ein der Erzeugung der Interferogramme dienender Bereich in der Objektebene und ein die Kohärenzstruktur aufweisender Bereich zur Objektebene versetzt angeordnet ist. According to one embodiment variant of the staggered arrangement of the coherence structure, the coherence structure can be part of a step-shaped coherence mask, in which an area serving to generate the interferograms is arranged offset in the object plane and a region having the coherence structure is offset relative to the object plane.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der versetzten Anordnung des der Erzeugung des Mehrstreifeninterferenzmusters dienenden Bereichs kann das Analysegitter stufenförmig ausgebildet sein, sodass sich ein der Erzeugung der Interferogramme dienender Bereich in der Bildebene befindet und der der Erzeugung des Mehrstreifenmusters dienende Bereich zur Bildebene versetzt angeordnet ist. According to a further embodiment of the staggered arrangement of the region generating the multi-strip interference pattern, the analysis grating may be step-shaped such that an area serving to produce the interferograms is located in the image plane and the area serving to generate the multi-stripe pattern is offset from the image plane.

Die Auswerteeinrichtung ist nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messvorrichtung weiterhin dazu konfiguriert, Fokusfehler und/oder Astigmatismusfehler des optischen Abbildungssystems direkt aus dem jeweiligen Mehrstreifeninterferenzmuster zu bestimmen. Beispielsweise führt die Auswerteeinrichtung für diesen Zweck eine Ableitung einer aus einem oder mehreren Mehrstreifeninterferenzmustern ermittelten Phasenverteilung durch und ermittelt aus einer aus der Ableitung bestimmten linearen Kippung der Phasenverteilung den Fokus bzw. Astigmatismus. Zusätzlich ist eine Berücksichtigung der Interferogramme der zeitlichen Phasenschiebung möglich. According to a further embodiment of the measuring device according to the invention, the evaluation device is further configured to determine focus errors and / or astigmatism errors of the optical imaging system directly from the respective multi-strip interference pattern. For example, the evaluation device for this purpose performs a derivation of a phase distribution determined from one or more multi-strip interference patterns and determines the focus or astigmatism from a linear tilting of the phase distribution determined from the derivation. In addition, consideration of the interferograms of the temporal phase shift is possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Messvorrichtung nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, bei der Bestimmung der Topographie der Wellenfront der Messstrahlung eine diskrete Fourieranalyse auszuführen. Im Gegensatz dazu wird herkömmlicherweise bei der Auswertung von mittels eines Scherinterferometers aufgenommenen Interferogrammen eine schnelle Fouriertransformation (FFT) ausgeführt. Die schnelle Fouriertransformation basiert jedoch auf konstanten Phasenschritten zwischen den einzelnen Interferogrammen bzw. konstanten Positionsdifferenzen zwischen den Verschiebepositionen. Mittels der diskreten Fourieranalyse ist es möglich, variierende, auf Grundlage der mindestens einen ermittelten Positionsdifferenz bestimmte Phasenschritte zu berücksichtigen. Insbesondere lassen sich mit einer diskreten Fouriertransformation Interferogramme von Verschiebepostionen mit nicht konstanten Phasenschritten direkt für eine Bestimmung der Topographie der Wellenfront verwenden. Ein Nachstellen des Analysegitters zum Erreichen konstanter Positionsdifferenzen ist damit nicht mehr notwendig. According to a further embodiment of the measuring device according to the invention, the evaluation device is configured to be used in the determination To perform a discrete Fourier analysis of the topography of the wavefront of the measurement radiation. In contrast, a fast Fourier transform (FFT) is conventionally performed in the evaluation of interferograms recorded by a shear interferometer. However, the fast Fourier transformation is based on constant phase steps between the individual interferograms and constant position differences between the displacement positions. By means of the discrete Fourier analysis, it is possible to take account of varying phase steps determined on the basis of the at least one determined position difference. In particular, with a discrete Fourier transformation, interferograms of displacement positions with non-constant phase steps can be used directly for a determination of the wavefront topography. An adjustment of the analysis grid to achieve constant position differences is therefore no longer necessary.

Eine Ausführungsform der erfinderischen Messvorrichtung ist derart konfiguriert, dass die Messstrahlung im Kontrollstrahlengang, insbesondere die Messstrahlung zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters, einen kleineren Flächenbereich einer Pupille des optischen Abbildungssystems durchstrahlt als die Messstrahlung zur Erzeugung eines der Interferogramme. Mit anderen Worten ist der Strahlengang eines Kontrollstrahlengangs bzw. Monitoringkanals so konfiguriert, dass auf einer Erfassungsebene der Detektionseinrichtung eine kleinere Fläche bestrahlt wird als durch einen Messkanal. Auf diese Weise können mit derselben Detektionseinrichtung mehr Messkanäle simultan oder einzelne Messkanäle über ein größere Fläche genauer erfasst werden. Bei weiteren Ausführungsformen ist neben einem Kontrollstrahlengang zur Phasenbestimmung in einer ersten Richtung auch ein Kontrollstrahlengang zur Phasenbestimmung in einer zur ersten Richtung orthogonalen Richtung oder mehrere Monitoringkanäle für jeweils verschiedene Richtungen vorgesehen. An embodiment of the inventive measuring device is configured such that the measuring radiation in the control beam path, in particular the measuring radiation for generating a multi-strip interference pattern, passes through a smaller area of a pupil of the optical imaging system than the measuring radiation for generating one of the interferograms. In other words, the beam path of a control beam path or monitoring channel is configured so that a smaller area is irradiated on a detection plane of the detection device than through a measurement channel. In this way, more measuring channels can be detected more accurately simultaneously or individual measuring channels over a larger area with the same detection device. In further embodiments, a control beam path for phase determination in a direction orthogonal to the first direction or a plurality of monitoring channels for respectively different directions is provided in addition to a control beam path for phase determination in a first direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Messvorrichtung nach der Erfindung weist die Messstrahlung im Kontrollstrahlengang, insbesondere die Messstrahlung zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters, eine andere Wellenlänge als die Messstrahlung zur Erzeugung eines der Interferogramme auf. Beispielsweise ist eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Messstrahlung mit einer ersten Wellenlänge für Messkanäle und eine zweite Strahlenquelle zur Erzeugung einer Messstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge für Kontrollstrahlengänge bzw. Monitoringkanäle vorgesehen. Vorzugweise entspricht die Wellenlänge der ersten Strahlungsquelle einer Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems. Als erste Strahlenquelle kann beispielsweise eine Betriebsstrahlenquelle des optischen Abbildungssystems verwendet werden. Mit unterschiedlichen Wellenlängen für Messkanäle und Monitoringkanäle ist eine getrennte Erfassung von Mehrfachstreifeninterferenzmustern und Interferogrammen einfacher durchführbar. According to a further embodiment of the measuring device according to the invention, the measuring radiation in the control beam path, in particular the measuring radiation for generating a multi-strip interference pattern, a different wavelength than the measuring radiation for generating one of the interferograms. For example, a first radiation source for generating a measurement radiation having a first wavelength for measurement channels and a second radiation source for generating a measurement radiation having a second wavelength for control beam paths or monitoring channels is provided. Preferably, the wavelength of the first radiation source corresponds to an operating wavelength of the optical imaging system. As the first radiation source, for example, an operation beam source of the imaging optical system can be used. With different wavelengths for measurement channels and monitoring channels, separate detection of multiple-strip interference patterns and interferograms is easier to perform.

Bei einer Ausführungsform der erfinderischen Messvorrichtung ist die Detektionseinrichtung zur Trennung von sich in einer Erfassungsfläche überlagernden Mehrstreifeninterferenzmustern und Interferogrammen mit unterschiedlichen Wellenlängen farbselektiv ausgebildet. Beispielsweise enthält die Detektionseinrichtung Farbfilter oder eine Farbkamera, welche für eine getrennte Erfassung der Mehrfachstreifeninterferenzmuster bei einer ersten Wellenlänge und der Interferogramme bei einer zweiten Wellenlänge konfiguriert sind. In one embodiment of the inventive measuring device, the detection device is designed to be selective in color for the purpose of separating multi-strip interference patterns and interferograms with different wavelengths superposed in a detection surface. For example, the detection device includes color filters or a color camera, which are configured for separate detection of the multi-strip interference patterns at a first wavelength and the interferograms at a second wavelength.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Messvorrichtung nach der Erfindung ist die Wellenlänge der Messstrahlung für ein Mehrstreifeninterferenzmuster so ausgewählt, dass eine chromatische Aberration des optischen Abbildungssystems eine zur Erzeugung des Mehrstreifeninterferenzmusters geeignete Defokussierung der Messstrahlung bewirkt. Vorzugweise weist dabei die Messstrahlung zur Erzeugung der Interferogramme eine Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems auf. Auf diese Weise lässt sich auch ohne ein defokussierendes optisches Element eine Defokussierung der Messstrahlung eines Monitoringkanals zur Erzeugung eines Mehrfachstreifeninterferenzmusters realisieren. Das zu vermessende optische Abbildungssystem bewirkt selber die Defokussierung. Dabei können in einer Ausführungsform beide Messstrahlen sich gegenseitig überlagernde Bereiche auf einer Erfassungsebene bestrahlen und die Detektionseinrichtung zur Trennung der Messstrahlen farbselektiv ausgebildet sein. Insbesondere können bei einer Ausführungsform die Messstrahlen für einen Messkanal und einen Monitoringkanal von dem gleichen Ort in der Objektebene des optischen Abbildungssystems ausgehen. Alternativ können die Strahlengänge von Messkanälen und Monitoringkanälen so konfiguriert sein, dass voneinander getrennte Bereiche auf einer Erfassungsebene der Detektionseinrichtung bestrahlt werden. Insbesondere kann dazu eine räumlich getrennte Bereitstellung der Messstrahlung für Messkanäle und Monitoringkanäle bei der Eingangsseite des optischen Abbildungssystems erfolgen. According to a further embodiment of the measuring device according to the invention, the wavelength of the measuring radiation for a multi-strip interference pattern is selected so that a chromatic aberration of the optical imaging system causes a defocusing of the measuring radiation suitable for generating the multi-strip interference pattern. In this case, the measuring radiation for generating the interferograms preferably has an operating wavelength of the optical imaging system. In this way, even without a defocusing optical element, a defocusing of the measurement radiation of a monitoring channel for generating a multiple-strip interference pattern can be realized. The optical imaging system to be measured itself causes the defocusing. In one embodiment, both measuring beams can irradiate mutually overlapping regions on a detection plane, and the detection device can be designed to be color-selective for separating the measuring beams. In particular, in one embodiment, the measurement beams for a measurement channel and a monitoring channel may originate from the same location in the object plane of the optical imaging system. Alternatively, the beam paths of measurement channels and monitoring channels can be configured so that separate regions are irradiated on a detection plane of the detection device. In particular, spatially separate provision of the measuring radiation for measuring channels and monitoring channels at the input side of the optical imaging system can take place.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Messvorrichtung nach der Erfindung weist ein Bereich des Analysegitters und/oder einer eingangsseitig beim optischen Abbildungssystem angeordneten Kohärenzmaske ringförmige Strukturen auf. Beispielsweise sind die ringförmigen Strukturen als konzentrisch angeordnete kreisförmige Strukturen ausgebildet. Bei einem rotationssymmetrischen Gitter ist ein Scherabstand invariant zur Scherrichtung. Ein Phasenschieben kann insbesondere bei nicht-rechteckigem Bildfeld in verschiedene Richtungen erfolgen. Alternativ können auch konzentrisch angeordnete elliptische Ringstrukturen vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Gitterperiode abhängig von der Scherrichtung. Dieses ermöglicht beispielsweise eine genaue Ausrichtung der Kohärenzmaske und des Analysegitters zueinander. In a further embodiment of the measuring device according to the invention, a region of the analysis grid and / or a coherence mask arranged on the input side of the optical imaging system has annular structures. For example, the annular structures are formed as concentrically arranged circular structures. In a rotationally symmetric grid is a shear distance invariant to the shear direction. Phase shifting can take place in different directions, in particular in the case of a non-rectangular image field. Alternatively, concentrically arranged elliptical ring structures may also be provided. In this case, the grating period is dependent on the shear direction. This allows, for example, an exact alignment of the coherence mask and the analysis grid to each other.

Ferner ist in einer Ausführungsform der Erfindung die Auswerteeinrichtung zur Bestimmung einer Helligkeitsschwankung der Messstrahlung vor dessen Eintritt in das optische Abbildungssystem mittels erfasster Mehrstreifeninterferenzmuster konfiguriert. Insbesondere wird eine Helligkeitsschwankung der von der Bestrahlungseinrichtung bereitgestellten Messstrahlung bestimmt. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines Mittelwerts über eine oder mehrere Perioden eines Mehrstreifeninterferenzmusters als Gleichlichtanteil für jeden Bildpunkt einer Erfassungsfläche der Detektionseinrichtung und einem Vergleich dieser Gleichlichtanteile bei mehreren nacheinander erfassten Mehrstreifeninterferenzmustern ausgebildet. Ferner kann basierend auf dem Vergleich eine Bestimmung eines Korrekturfaktors zum Eliminieren von Helligkeitsschwankungen bei nacheinander erfassten Interferogrammen vorgesehen sein. Furthermore, in one embodiment of the invention, the evaluation device for determining a brightness fluctuation of the measuring radiation is configured prior to its entry into the optical imaging system by means of detected multi-strip interference patterns. In particular, a brightness fluctuation of the measuring radiation provided by the irradiation device is determined. For example, the evaluation device is designed to determine an average over one or more periods of a multi-strip interference pattern as a constant light component for each pixel of a detection surface of the detection device and a comparison of these constant light components in a plurality of successively detected multi-strip interference patterns. Further, based on the comparison, a determination of a correction factor for eliminating brightness fluctuations in successively detected interferograms may be provided.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer sowie der Messvorrichtung nach einer der vorausgehenden Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers des Projektionsobjektivs bereitgestellt. Beispielsweise wird dabei eine Strahlungsquelle der Projektionsbelichtungsanlage zur Bereitstellung der Messstrahlung zur Erzeugung von Interferogrammen verwendet. Weiterhin kann eine Waferhalterung bzw. Waferstage der Projektionsbelichtungsanlage als Positionierungseinrichtung des Analysegitters benutzt werden. Ebenso ist eine Verwendung einer Retikelstage als Halterung und Positionierungseinrichtung einer Kohärenzmaske möglich. According to the invention, a projection exposure apparatus for microlithography with a projection objective for imaging mask structures onto a wafer and the measuring apparatus according to one of the preceding embodiments or variants for determining a wavefront error of the projection objective are furthermore provided. For example, a radiation source of the projection exposure apparatus is used to provide the measurement radiation for generating interferograms. Furthermore, a wafer holder or wafer stage of the projection exposure apparatus can be used as the positioning means of the analysis grid. Likewise, it is possible to use a reticle stage as a holder and positioning device of a coherence mask.

Weiterhin kann die Aufgabe erfindungsgemäß durch das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems gelöst werden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Durchstrahlen eines Messstrahlengangs des Abbildungssystems mit einer Messstrahlung, Anordnen eines diffraktiven Analysegitters im ausgangsseitigen Messstrahlengang des Abbildungssystems und Verschieben des Analysegitters quer zu einer optischen Achse des Abbildungssystems, Aufzeichnen jeweiliger, mittels des Analysegitters auf einer Detektionseinrichtung gebildeter Interferogramme an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters, Ermitteln mindestens einer Lageinformation des Analysegitters in mindestens einer der Verschiebepositionen mittels eines, das optische Abbildungssystem durchlaufenden Kontrollstrahlengangs, sowie Bestimmen einer Topographie der Wellenfront der Messstrahlung nach Durchlaufen des Messstrahlengangs des Abbildungssystems aus den an den einzelnen Verschiebepositionen aufgezeichneten Interferogrammen unter Verwendung der mindestens einen ermittelten Lageinformation. Furthermore, the object can be achieved according to the invention by the method described below for determining a wavefront error of an optical imaging system. The method comprises the following steps: irradiating a measuring beam path of the imaging system with a measuring radiation, arranging a diffractive analysis grating in the output-side measuring beam path of the imaging system and moving the analysis grating transversely to an optical axis of the imaging system, recording respective interferograms formed by the analysis grating on a detection device at several Displacement positions of the analysis grid, determining at least one position information of the analysis grid in at least one of the displacement positions by means of a, the optical imaging system continuous control beam path, and determining a topography of the wavefront of the measuring radiation after passing through the measuring beam path of the imaging system from the recorded at the individual shift positions interferograms using the at least a determined position information.

Mit anderen Worten wird analog zur erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens eine Lageinformation des Analysegittersin mindestens einer der Verschiebepositionen mittels eines das optischen Abbildungssystem durchlaufenden Kontrollstrahlengangs sehr genau bestimmt. Die so bestimmte Lageinformationwird beim Bestimmen einer Topographie der Wellenfront auf Grundlage der nacheinander bei verschiedenen Verschiebepostionen erfassten Interferogramme, insbesondere für eine Phasenschiebe- bzw. Scherinterferometrie, verwendet. In other words, analogously to the measuring device according to the invention with a method according to the invention, at least one position information of the analysis grid in at least one of the displacement positions is determined very accurately by means of a control beam path passing through the optical imaging system. The position information thus determined is used in determining a topography of the wavefront on the basis of the interferograms acquired in succession at different displacement positions, in particular for a phase shift or shear interferometry.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird. The features specified with respect to the above-mentioned embodiments, exemplary embodiments or variants, etc. of the measuring device according to the invention can be correspondingly transferred to the method according to the invention and vice versa. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and the claims. The individual features can be realized either separately or in combination as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments which are independently protectable and whose protection is possibly claimed only during or after pending the application.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt: The foregoing and other advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments according to the invention with reference to the accompanying diagrammatic drawings. It shows:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems mit einem eingangsseitig bezüglich des Abbildungssystems angeordneten defokussierenden optischen Element in einer schematischen Veranschaulichung, 1 a first embodiment of a measuring device according to the invention for determining a wavefront error of an optical imaging system with a defocusing optical element arranged on the input side with respect to the imaging system in a schematic illustration,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit einem ausgangsseitig bezüglich des optischen Abbildungssystems angeordneten defokussierenden optischen Element in einer schematischen Veranschaulichung, 2 a second embodiment of a measuring device with a defocusing optical element arranged on the output side with respect to the optical imaging system in a schematic illustration,

3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit einem an dem Analysegitter befestigten defokussierenden optischen Element in einer schematischen Veranschaulichung, 3 A third embodiment of a measuring device with a defocusing optical element attached to the analysis grid in a schematic illustration,

4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit einer versetzt zur Objektebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten defokussierenden Kohärenzstruktur in einer schematischen Veranschaulichung, 4 A fourth exemplary embodiment of a measuring device with a defocusing coherence structure arranged offset to the object plane of an optical imaging system in a schematic illustration,

5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit einem versetzt zur Bildebene eines optischen Abbildungssystems angeordneten Bereichs eines Analysegitters in einer schematischen Veranschaulichung, 5 A fifth exemplary embodiment of a measuring device with a region of an analysis grid arranged offset from the image plane of an optical imaging system, in a schematic illustration,

6 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Messkanal- und Monitoringkanalbereichen auf einer Erfassungsfläche einer Detektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, 6 FIG. 2 a schematic representation of an arrangement of measuring channel and monitoring channel regions on a detection surface of a detection device according to an embodiment of a measuring device, FIG.

7 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Messkanalbereichen und von gegenüber den Messkanalbereichen kleineren Monitoringkanalbereichen auf einer Erfassungsfläche einer Detektionseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, 7 FIG. 2 a schematic representation of an arrangement of measuring channel regions and monitoring channel regions smaller than the measuring channel regions on a detection surface of a detection device according to a further exemplary embodiment of a measuring device, FIG.

8 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Messkanal- und Monitoringkanalbereichen mit unterschiedlicher Wellenlänge auf einer Erfassungsfläche einer Detektionseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, 8th FIG. 2 a schematic representation of an arrangement of measuring channel and monitoring channel regions with different wavelengths on a detection surface of a detection device according to a further exemplary embodiment of a measuring device, FIG.

9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit unterschiedlichen Wellenlängen für Mess- und Monitoringkanäle und einer farbselektiven Detektionseinrichtung in einer schematischen Veranschaulichung, 9 a further embodiment of a measuring device with different wavelengths for measuring and monitoring channels and a color-selective detection device in a schematic illustration,

10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit unterschiedlichen Wellenlängen für Mess- und Monitoringkanäle und voneinander getrennten Erfassungsbereichen auf einer Erfassungsfläche in einer schematischen Veranschaulichung, 10 a further embodiment of a measuring device with different wavelengths for measuring and monitoring channels and separate detection areas on a detection surface in a schematic illustration,

11 eine schematische Darstellung von kreisförmigen Ringstrukturen für einen Monitoringkanal, 11 a schematic representation of circular ring structures for a monitoring channel,

12 eine schematische Darstellung von elliptischen Ringstrukturen für einen Monitoringkanal, 12 a schematic representation of elliptical ring structures for a monitoring channel,

13 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Vermessung eines im EUV-Wellenlängenbereich betriebenen optischen Abbildungssystems, sowie 13 a further embodiment of a measuring device for measuring an operating in the EUV wavelength range optical imaging system, and

14 eine schematische Veranschaulichung des Aufbaus einer Ausführungsform einer in den Messvorrichtungen gemäß der 1 bis 5, 9, 10, 12 oder 13 enthaltenen Auswerteeinrichtung 14 a schematic illustration of the structure of an embodiment of a in the measuring devices according to the 1 to 5 . 9 . 10 . 12 or 13 included evaluation

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele Detailed description of inventive embodiments

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden. In the embodiments or embodiments or design variants described below, functionally or structurally similar elements are as far as possible provided with the same or similar reference numerals. Therefore, for the understanding of the features of the individual elements of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.

Zur Erleichterung der Beschreibung ist in einigen Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus, die x-Richtung nach oben und die z-Richtung nach rechts. To facilitate the description, in some drawings a Cartesian xyz coordinate system is given, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. In 1 the y-direction is perpendicular to the drawing plane out of this, the x-direction up and the z-direction to the right.

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems 12. Das optische Abbildungssystem 12 dient der Abbildung von Feldpunkten einer Objektebene 14 in eine der Objektebene 14 zugeordnete Bildebene 16 und umfasst dazu optische Elemente 18, von denen in 1 exemplarisch lediglich zwei dargestellt sind. Ferner ist in 1 eine optische Achse 20 des Abbildungssystems 12 parallel zur z-Richtung dargestellt und eine in einer Pupillenebene angeordnete Aperturblende 21 zur Begrenzung einer Pupille 22 angedeutet. Das optische Abbildungssystem 12 ist üblicherweise zur möglichst aberrationsfreien Abbildung bei einer Betriebs- bzw. Nutzwellenlänge oder einem bestimmten Betriebswellenlängenbereich ausgebildet. Ein Beispiel eines solchen optischen Abbildungssystems ist ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Abbildung von Maskenstrukturen auf einen Wafer. Bestimmte Projektionsobjektive sind beispielsweise für eine Mikrolithographie mit EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von ungefähr 13,5 nm oder ungefähr 6,8 nm, geeignet konfiguriert. Entsprechend ist die Messvorrichtung 10 für eine Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems 12 geeignet konfiguriert. Allgemein kann die Messvorrichtung 10 für eine Wellenlänge vom Infrarot- bis in den Röntgenbereich geeignet ausgebildet sein. 1 schematically shows a first embodiment of a measuring device 10 for determining a wavefront error of an optical imaging system 12 , The optical imaging system 12 serves to image field points of an object plane 14 into one of the object levels 14 assigned image plane 16 and includes optical elements 18 of which in 1 only two are shown by way of example. Furthermore, in 1 an optical axis 20 of the imaging system 12 shown parallel to the z-direction and arranged in a pupil plane aperture 21 to limit a pupil 22 indicated. The optical imaging system 12 is usually designed for possible aberration-free imaging at an operating or Nutzwellenlänge or a certain operating wavelength range. An example of such an optical imaging system is a microlithography projection objective for imaging mask patterns onto a wafer. Certain projection lenses are, for example, for microlithography with EUV radiation (extreme ultraviolet radiation) having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm, suitably configured. Accordingly, the measuring device 10 for an operating wavelength of the imaging optical system 12 suitably configured. Generally, the measuring device 10 be designed suitable for a wavelength from the infrared to the x-ray range.

Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich für eine Bestimmung eines Wellenfrontfehlers des optischen Abbildungssystems 12 eine Mehrkanal-Scherinterferometrie durchführen. Eine solche auf dem Prinzip des Phasenschiebens beruhende Interferometrie wird beispielsweise in der WO 01/63233 beschrieben. Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 24 mit einer Strahlungsquelle 23 zur Bereitstellung einer geeigneten Messstrahlung 26 sowie einer im Bereich der Objektebene 14 des optischen Abbildungssystems 12 angeordneten Kohärenzmaske 28. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 ein im Bereich der Bildebene 16 angeordnetes diffraktives Analysegitter 30, eine im Strahlengang hinter dem Analysegitter 30 angeordnete Detektionseinrichtung 32 mit einer Erfassungsfläche 34 zur ortsaufgelösten Erfassung von Messstrahlung 26 und eine Auswerteeinrichtung 36. With the measuring device 10 can be used for a determination of a wavefront error of the optical imaging system 12 perform a multichannel shear interferometry. Such based on the principle of phase shifting interferometry is, for example, in the WO 01/63233 described. The measuring device 10 includes an irradiation device 24 with a radiation source 23 to provide a suitable measuring radiation 26 as well as one in the area of the object plane 14 of the optical imaging system 12 arranged coherence mask 28 , Furthermore, the measuring device comprises 10 one in the area of the image plane 16 arranged diffractive analysis grid 30 , one in the beam path behind the analysis grid 30 arranged detection device 32 with a detection area 34 for the spatially resolved detection of measuring radiation 26 and an evaluation device 36 ,

Die Strahlungsquelle 23 stellt eine Messstrahlung 26 mit einer ausreichenden Intensität und Kohärenz für eine Vermessung des optischen Abbildungssystems 12 bereit. Die Wellenlänge zumindest eines Teils der Messstrahlung 26 entspricht dabei einer Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems 12. Beispielsweise wird eine Betriebsstrahlungsquelle für das optische Abbildungssystem 12 zur Erzeugung der Messstrahlung 26 verwendet, wie etwa eine Strahlungsquelle eines Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bei einer Vermessung eines Projektionsobjektivs. The radiation source 23 provides a measuring radiation 26 with a sufficient intensity and coherence for a measurement of the optical imaging system 12 ready. The wavelength of at least part of the measuring radiation 26 corresponds to an operating wavelength of the optical imaging system 12 , For example, an operating radiation source for the optical imaging system 12 for generating the measuring radiation 26 used, such as a radiation source of a lighting system of a microlithography projection exposure apparatus in a measurement of a projection lens.

Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst eine Projektionsbelichtungsanalage für die Mikrolithographie ein Beleuchtungssystem zur Erzeugung einer Belichtungsstrahlung 204 z.B. in Gestalt von DUV-Strahlung, d.h. Strahlung im tiefen UV-Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge von z.B. 248 nm oder 193 nm oder EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) mit einer Wellenlänge von < 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm. Die Belichtungsstrahlung 204 trifft auf eine Lithographiemaske mit darauf angeordneten abzubildenden Maskenstrukturen. Dabei kann die Belichtungsstrahlung and der Lithographiemaske 206 reflektiert werden, wie dies oft bei Verwendung von EUV-Strahlung der Fall ist. Alternativ kann die Lithographiemaske auch als Transmissions-Maske ausgeführt sein. In diesem Fall tritt die Belichtungsstrahlung durch die Maske hindurch. Die Abbildung der Maskenstrukturen auf einen in einer Bildebene angeordneten Wafer erfolgt mittels des Projektionsobjektivs, welches eine Vielzahl von optischen Elementen umfasst. As is known to those skilled in the art, a microlithography projection exposure apparatus includes an illumination system for generating exposure radiation 204 eg in the form of DUV radiation, ie radiation in the deep UV wavelength range with a wavelength of eg 248 nm or 193 nm or EUV radiation (extreme ultraviolet radiation) with a wavelength of <100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm. The exposure radiation 204 encounters a lithography mask with mask structures to be imaged thereon. In this case, the exposure radiation and the lithography mask 206 reflected, as is often the case when using EUV radiation. Alternatively, the lithography mask can also be designed as a transmission mask. In this case, the exposure radiation passes through the mask. The image of the mask structures on a wafer arranged in an image plane takes place by means of the projection objective, which comprises a multiplicity of optical elements.

Die Kohärenzmaske 28 umfasst in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine in der Objektebene 14 ausgedehnte, zweidimensionale Anordnung von Lochblenden 38 und ggf. zusätzlich nicht dargestellten Fokussierelementen, welche jeweils einen Anteil der Messstrahlung 26 auf eine Lochblende 38 fokussieren. Auf diese Weise wird gleichzeitig für eine Mehrzahl von Feldpunkten der Objektebene 14 jeweils eine Messstrahlung bereitgestellt, deren jeweiliger Strahlengang im Folgenden als Messkanal 40 oder Messstrahlengang des optischen Abbildungssystems 12 bezeichnet wird. In 1 ist exemplarisch ein Strahlengang einer dieser Messkanäle 40 dargestellt. Mit einer solchen mehrkanaligen Messvorrichtung 10 lassen sich gleichzeitig Abbildungseigenschaften des optischen Abbildungssystems 12 für eine Mehrzahl von Feldpunkten mittels Scherinterferometrie vermessen. Der Strahlengang eines Messkanals 40 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass die Messstrahlung mit einer sphärischen Wellenfront divergierend aus der Lochblende 38 austritt und von dem zu vermessenden optischen Abbildungssystem 12 auf die Bildebene 16 abgebildet bzw. fokussiert wird. Dabei leuchtet die Messstrahlung, wie in 1 angedeutet, den gesamten Bereich der Aperturblende oder Pupille 22 aus. Zur exakten Positionierung der Kohärenzmaske kann ein in 1 nicht dargestelltes Translationsmodul vorgesehen sein. Insbesondere ist bei einer Vermessung eines in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie integrierten Projektionsobjektivs eine Verwendung einer Retikelstage der Projektionsbelichtungsanlage als Translationsmodul möglich. The coherence mask 28 includes in the in 1 shown embodiment in the object plane 14 extensive, two-dimensional arrangement of pinholes 38 and possibly additionally not shown focusing elements, which each have a portion of the measuring radiation 26 on a pinhole 38 focus. In this way, at the same time for a plurality of field points of the object plane 14 each provided a measuring radiation whose respective beam path hereinafter referred to as a measuring channel 40 or measuring beam path of the optical imaging system 12 referred to as. In 1 is exemplarily a beam path of one of these measurement channels 40 shown. With such a multi-channel measuring device 10 At the same time imaging properties of the optical imaging system can be 12 measured for a plurality of field points by shear interferometry. The beam path of a measuring channel 40 is preferably configured so that the measuring radiation with a spherical wavefront diverging from the pinhole 38 exit and from the optical imaging system to be measured 12 on the picture plane 16 is shown or focused. The measuring radiation illuminates as in 1 indicated the entire area of the aperture or pupil 22 out. For exact positioning of the coherence mask, an in 1 not shown translation module can be provided. In particular, in a measurement of a projection lens integrated in a projection exposure apparatus for microlithography, it is possible to use a reticle stage of the projection exposure apparatus as a translation module.

In alternativen Ausführungen kann lediglich ein Messkanal mit einer in der Objektebene 14 verschiebbar ausgebildeten Lochblende vorgesehen sein. Auch können mehrere Lochblenden für einen Messkanal in einer symmetrischen zweidimensionalen Anordnung zueinander und neben kreisförmigen auch eckig, etwa als Quadrate oder Dreiecke, ausgebildete Öffnungen als Lochblenden in der Kohärenzmaske 28 enthalten sein. Weiterhin kann die Kohärenzmaske 28 eine zweidimensionale, symmetrische Struktur von Öffnungen aufweisen, welche an ein verwendetes Analysegitter 30 zur Unterdrückung von störenden Beugungsordnungen des Analysegitters 30 angepasst sind. Für weitere mögliche Ausführungen von Kohärenzmasken oder Bestrahlungsvorrichtungen und deren Beschreibung wird insbesondere auf die WO 01/63233 verwiesen. In alternative embodiments, only one measuring channel with one in the object plane 14 slidably formed pinhole be provided. Also, a plurality of apertured apertures for a measuring channel in a symmetrical two-dimensional arrangement to one another and in addition to circular also angular, such as squares or triangles, formed openings as pinholes in the coherence mask 28 be included. Furthermore, the coherence mask 28 have a two-dimensional, symmetrical structure of openings, which to a used analysis grid 30 for the suppression of interfering diffraction orders of the analysis grid 30 are adjusted. For further possible embodiments of coherence masks or irradiation devices and their description is particularly to the WO 01/63233 directed.

Das diffraktive Analysegitter 30 ist beispielsweise als Phasengitter, Amplitudengitter oder mit einem anderen geeigneten Beugungsgittertyp ausgebildet, z.B. als Grauwertgitter oder für sehr kleine Wellenlängen auch als reflektierendes Gitter. Als Beugungsstruktur umfasst das Analysegitter 30 ein Liniengitter, ein Kreuzgitter, ein Schachbrettgitter, ein Dreieckgitter oder eine andere geeignet periodische Struktur. Das Analysegitter 30 lässt sich für eine Phasenverschiebung im Rahmen einer Scherinterferometrie zusammen mit der Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 in einer Translationsrichtung 42, welche im Wesentlichen parallel zur x- oder y-Richtung und somit quer zur optischen Achse 20 ausgerichtet ist, verschieben. Weitere Verschieberichtungen senkrecht zur optischen Achse 20 Kippachsen können ebenfalls vorgesehen sein. Eine Verschiebung erfolgt mit Hilfe eines zeichnerisch nicht dargestellten Positioniermoduls schrittweise in einer Richtung. Durch Interferenz von am Analysegitter 30 gebildeter Strahlung nullter Beugungsordnung mit Strahlung einer höheren Beugungsordnung, wie beispielsweise der ersten Beugungsordnung, wird auf der Erfassungsfläche 34 bei jedem Messkanal 40 ein Interferogramm 62 erzeugt. Durch das Verschieben des Analysegitters 30 erfolgt ein sogenanntes „zeitliches Phasenschieben“. Dabei verändert sich die Phase der höheren Beugungsordnung, während die Phase der nullten Beugungsordnung gleich bleibt, wodurch sich das jeweilige Interferogramm 62 verändert. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Verschiebepositionen ist insbesondere so ausgewählt, dass eine für die Scherinterferometrie geeignete Phasenverschiebung zwischen diesen Verschiebepositionen auftritt. Typischerweise beträgt der Abstand einen Bruchteil der Gitterperiode des Analysegitters 30. Bei einer Vermessung eines in ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie integrierten Projektionsobjektivs als optisches Abbildungssystem 12 ist eine Verwendung einer Waferstage als Translationsmodul möglich. The diffractive analysis grid 30 is designed, for example, as a phase grating, amplitude grating or with another suitable diffraction grating type, for example as a gray-level grating or, for very small wavelengths, as a reflective grating. When Diffraction structure includes the analysis grid 30 a line grid, a cross grid, a checkerboard grid, a triangular grid, or other suitable periodic structure. The analysis grid 30 can be used for a phase shift in the context of shear interferometry together with the detection surface 34 the detection device 32 in a translation direction 42 which are substantially parallel to the x or y direction and thus transverse to the optical axis 20 is aligned, move. Further displacement directions perpendicular to the optical axis 20 Tilting axles may also be provided. A shift takes place stepwise in one direction with the aid of a positioning module which is not shown in the drawing. By interference from at the analysis grid 30 formed radiation of zeroth diffraction order with radiation of a higher diffraction order, such as the first diffraction order, on the detection surface 34 at each measuring channel 40 an interferogram 62 generated. By moving the analysis grid 30 a so-called "temporal phase shift" takes place. The phase of the higher diffraction order changes while the phase of the zeroth diffraction order remains the same, which causes the respective interferogram 62 changed. The distance between two adjacent displacement positions is in particular selected such that a phase shift suitable for shear interferometry occurs between these displacement positions. Typically, the distance is a fraction of the grating period of the analysis grid 30 , When measuring a projection lens integrated into a projection objective for microlithography as an optical imaging system 12 is a use of a wafer stage as a translation module possible.

Die Detektionseinrichtung 32 umfasst die strahlungssensitive Erfassungsfläche 34, welche eine zweidimensionale Anordnung von Einzelsensoren enthält und beispielsweise als ortsauflösender CCD-Sensor ausgebildet ist. Zwischen Analysegitter 30 und Erfassungsfläche 34 kann eine in 1 nicht dargestellte optische Anordnung zum Abbilden eines Interferogramms 62 oder Mehrstreifeninterferenzmusters 64 auf die Erfassungsfläche 34 vorgesehen sein. Die von der Detektionseinrichtung 32 erfassten Muster 62 und 64 werden an die Auswerteeinrichtung 36 übermittelt. The detection device 32 includes the radiation-sensitive detection surface 34 which contains a two-dimensional arrangement of individual sensors and is designed for example as a spatially resolving CCD sensor. Between analysis grid 30 and detection area 34 can an in 1 not shown optical arrangement for imaging an interferogram 62 or multi-strip interference pattern 64 on the detection surface 34 be provided. That of the detection device 32 recorded pattern 62 and 64 are sent to the evaluation device 36 transmitted.

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 mehrere defokussierende optische Elemente 44, welche nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 Teil der Bestrahlungseinrichtung 24 sind. Die defokussierenden optischen Elemente 44 sind jeweils derart in dem Strahlengang eines der oben beschriebenen Messkanäle 40 zwischen der Kohärenzmaske 28 und dem optischen Abbildungssystem 12 angeordnet, dass die Messstrahlung 26 defokussiert auf das Analysegitter 30 auftrifft. In 1 ist der Übersicht halber nur eines dieser defokussierenden Elemente 44 dargestellt. Jedes defokussierende optische Element 44 bildet einen Strahlengang für einen Teil der Messstrahlung 26 aus, dessen Brennpunkt vor oder hinter dem Analysegitter 30 liegt und im Folgenden auch als Kontrollstrahlengang oder Monitoringkanal 46 bezeichnet wird. Auf Grund der Defokussierung wird mit dem Analysegitter 30 anstelle eines Interferogramms für die Scherinterferometrie ein Mehrstreifeninterferenzmuster 64 auf der Erfassungsfläche 34 gebildet. Dazu kann das für die Scherinterferometrie vorgesehene Strukturmuster des Analysegitters 30 verwendet werden. Alternativ kann das Analysegitter 30 im Bereich eines Monitoringkanals auch ein anderes Muster, insbesondere eine andere Gitterperiode oder Gitterausrichtung, aufweisen. Furthermore, the measuring device comprises 10 several defocusing optical elements 44 , which according to the embodiment according to 1 Part of the irradiation facility 24 are. The defocusing optical elements 44 are each such in the beam path of one of the measurement channels described above 40 between the coherence mask 28 and the optical imaging system 12 arranged that the measuring radiation 26 defocused on the analysis grid 30 incident. In 1 for the sake of clarity, only one of these defocusing elements 44 shown. Any defocusing optical element 44 forms a beam path for a part of the measuring radiation 26 whose focus is in front of or behind the analysis grid 30 and in the following also as a control beam path or monitoring channel 46 referred to as. Due to the defocusing is done with the analysis grid 30 instead of an interferogram for shear interferometry, a multi-stripe interference pattern 64 on the detection surface 34 educated. For this purpose, provided for the Scherinterferometrie structural pattern of the analysis grid 30 be used. Alternatively, the analysis grid 30 in the region of a monitoring channel also have a different pattern, in particular a different grating period or grid alignment.

Die defokussierenden optischen Elemente 44 können als refraktive Elemente, etwa als Linsen oder Prismen, als reflektive Elemente, z.B. als Spiegel, als diffraktive Elemente oder als optische Anordnungen mehrerer dieser Elemente ausgebildet sein. Dabei sind die defokussierenden optischen Element 44 so konfiguriert und angeordnet, dass das Mehrstreifeninterferenzmuster jedes Monitoringkanals 46 mindestens eine volle Periode, insbesondere mindestens zwei, mindestens fünf oder mindestens zehn volle Perioden, von sich abwechselnden Streifen maximaler konstruktiver und maximaler destruktiver Interferenz umfasst. Alternativ kann ein defokussierendes optisches Element 44 zur Erzeugung mehrerer Monitoringkanäle konfiguriert sein. Auch eine Verwendung nur eines Teils der Strahlung eines Messkanals für einen Monitoringkanal ist möglich. The defocusing optical elements 44 may be formed as refractive elements, such as lenses or prisms, as reflective elements, such as mirrors, as diffractive elements or as optical arrangements of several of these elements. These are the defocusing optical element 44 configured and arranged such that the multi-stripe interference pattern of each monitoring channel 46 at least one full period, in particular at least two, at least five or at least ten full periods, of alternating strips of maximum constructive and maximum destructive interference. Alternatively, a defocusing optical element 44 be configured to generate multiple monitoring channels. It is also possible to use only part of the radiation of a measuring channel for a monitoring channel.

Die Auswerteeinrichtung 36 ist konfiguriert zur Bestimmung eines Abstands zwischen zwei Verschiebepositionen basierend auf erfassten Mehrstreifeninterferenzmustern 64 von einem oder mehreren Monitoringkanälen 46 bei verschiedenen Verschiebepositionen des Analysegitters 30. Weiterhin ermittelt die Auswerteeinrichtung 36 mit Hilfe von Mehrstreifeninterferenzmustern 64 ein durch mangelnde Stabilität der Strahlungsquelle 23 bedingten örtlichen und zeitlichen Helligkeitsverlauf der Messstrahlung 26, d.h. einen vor Eintritt in das optische Abbildungssystem 12, insbesondere am Ort der Kohärenzmaske 28, vorliegenden örtlichen und zeitlichen Helligkeitsverlauf. Unter Berücksichtigung der ermittelten Abstände zwischen den Verschiebepositionen und den erfassten Interferogrammen der Messkanäle 40 bei diesen Postionen bestimmt die Auswerteeinrichtung 36 mittels diskreter Fourieranalyse eine Topographie der Wellenfront der Messstrahlung 26 nach Durchlaufen des Abbildungssystems 12, konkret nach Durchlaufen der Messkanäle 40 des Abbildungssystems 12. Dabei kann der örtliche und zeitliche Helligkeitsverlauf der Messstrahlung 26 ebenfalls berücksichtigt werden. Ein Wellenfrontfehler des optischen Abbildungssystems 12 ergibt sich aus einer Abweichung der bestimmten Topographie der Wellenfront von einer Sollwellenfront. Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 36 zur Bestimmung des Fokus und des Astigmatismus des optischen Abbildungssystems 12 mittels erfasster Mehrstreifeninterferenzmuster konfiguriert sein. Für diese Zwecke umfasst die Auswerteeinrichtung 36 beispielsweise eine Schnittstelle mit einer Verbindung zur Detektionseinrichtung 32 zum Empfangen von der Detektionseinrichtung 32 erfassten Daten, einen Speicher zum Speichern von übermittelten Interferogrammen, Mehrstreifeninterferenzmustern und anderen Daten, sowie eine elektronische Verarbeitungseinheit. Alternativ kann auch eine Speicherung der erfassten Interferogramme und Mehrstreifeninterferenzmuster in einem Speicher der Detektionseinrichtung 32 für eine spätere Auswertung oder Übermittlung an eine externe Auswertevorrichtung vorgesehen sein. Die Funktionsweise und der Aufbau der Auswerteeinrichtung 36 wird nachstehend in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit 14 im Detail beschrieben. The evaluation device 36 is configured to determine a distance between two shift positions based on detected multi-band interference patterns 64 from one or more monitoring channels 46 at different displacement positions of the analysis grid 30 , Furthermore, the evaluation determined 36 using multi-band interference patterns 64 a lack of stability of the radiation source 23 Conditional local and temporal brightness course of the measuring radiation 26 ie one before entering the optical imaging system 12 , especially at the location of the coherence mask 28 , present local and temporal brightness course. Taking into account the determined distances between the shift positions and the detected interferograms of the measurement channels 40 The evaluation device determines in these postions 36 by discrete Fourier analysis a topography of the wavefront of the measuring radiation 26 after passing through the imaging system 12 , specifically after passing through the measuring channels 40 of the imaging system 12 , In this case, the local and temporal brightness curve of the measuring radiation 26 also be taken into account. A wavefront error of the optical imaging system 12 results from a deviation the particular topography of the wavefront from a nominal wavefront. In addition, the evaluation device 36 for determining the focus and astigmatism of the optical imaging system 12 be configured by means of detected multi-strip interference pattern. For these purposes, the evaluation includes 36 For example, an interface with a connection to the detection device 32 for receiving from the detection device 32 captured data, a memory for storing transmitted interferograms, multi-striped interference patterns and other data, and an electronic processing unit. Alternatively, it is also possible to store the detected interferograms and multi-strip interference patterns in a memory of the detection device 32 be provided for later evaluation or transmission to an external evaluation device. The mode of operation and the structure of the evaluation device 36 will be in connection with an embodiment of a method according to the invention in conjunction with 14 described in detail.

2 und 3 zeigen jeweils weitere Ausführungsbeispiele einer Messvorrichtung 10 zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems 12. Bei der Ausführung nach 2 ist mindestens ein defokussierendes optisches Element 50 an einer festen Position im Strahlengang der Messstrahlung 26 zwischen dem optischen Abbildungssystem 12 und dem Analysegitter 30 angeordnet. Die Ausführung gemäß 3 enthält im Strahlengang der Messstrahlung 26 unmittelbar vor dem Analysegitter 30 mindestens ein defokussierendes optisches Element 52, welches zusammen mit dem Analysegitter 30 zu verschiedenen Verschiebepositionen bewegt wird. Das defokussierende optische Element 52 kann dazu am Analysegitter 30 befestigt sein oder durch ein separates Translationsmodul verschoben werden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 weisen die Ausführungsbeispiele nach 2 und 3 also jeweils mindestens ein bildseitig zum Abbildungssystem 12 angeordnetes defokussierendes optisches Element 50 bzw. 52 auf. Der Strahlengang des Monitoringkanals 46 bzw. Kontrollstrahlengang der Messstrahlung 26 für das defokussierende optische Element 50 bzw. 52 entspricht somit zunächst dem Strahlengang eines Messkanals 40 und wird erst nach dem optischen Abbildungssystem 12 durch Defokussierung als Monitoringkanal 46 ausgebildet. 2 and 3 each show further embodiments of a measuring device 10 for determining a wavefront error of an optical imaging system 12 , In the execution after 2 is at least one defocusing optical element 50 at a fixed position in the beam path of the measuring radiation 26 between the optical imaging system 12 and the analysis grid 30 arranged. The execution according to 3 contains in the beam path of the measuring radiation 26 immediately before the analysis grid 30 at least one defocusing optical element 52 , which together with the analysis grid 30 is moved to different displacement positions. The defocusing optical element 52 can do this at the analysis grid 30 be attached or moved by a separate translation module. In contrast to the embodiment according to 1 prove the embodiments 2 and 3 So in each case at least one image side to the imaging system 12 arranged defocusing optical element 50 respectively. 52 on. The beam path of the monitoring channel 46 or control beam path of the measuring radiation 26 for the defocusing optical element 50 respectively. 52 thus initially corresponds to the beam path of a measuring channel 40 and only after the optical imaging system 12 by defocusing as a monitoring channel 46 educated.

Auch bei diesen Ausführungsbeispielen sind die defokussierenden optischen Elemente 50 bzw. 52 als refraktive optische Elemente, beispielsweise Linsen oder Prismen, als reflektive Elemente, wie Spiegel, als diffraktive Elemente oder als optische Anordnungen mehrerer dieser Elemente ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Monitoringkanäle 46 mit jeweils einem defokussierenden optischen Element 50 bzw. 52 vorgesehen. In alternativen Ausführungsbeispielen ist ein defokussierendes optisches Element 50 bzw. 52 zur Erzeugung mehrerer Monitoringkanäle 46 konfiguriert, oder es wird nur eines Teils der Strahlung eines Messkanals 40 für einen Monitoringkanal 46 verwendet. Während bei einer objektseitigen Anordnung eines defokussierenden optischen Elements 44 der Strahlengang des Monitoringkanals 46 durch das optische Abbildungssystem 12 und insbesondere eine durchstrahlte Fläche in einer Pupille beeinflusst werden kann, ist bei einer bildseitigen Anordnung des defokussierenden optischen Elements 50 bzw. 52 eine bloße Veränderung der Größe einer von einem Monitoringkanal 46 bestrahlten Fläche auf der Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 möglich. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann sowohl objektseitig als auch bildseitig ein defokussierendes optisches Element für einen Monitoringkanal 46 vorgesehen sein. Also in these embodiments, the defocusing optical elements 50 respectively. 52 as refractive optical elements, for example lenses or prisms, as reflective elements, such as mirrors, as diffractive elements or as optical arrangements of a plurality of these elements. Preferably, several monitoring channels 46 each with a defocusing optical element 50 respectively. 52 intended. In alternative embodiments, a defocussing optical element 50 respectively. 52 for generating several monitoring channels 46 configured, or it will only a part of the radiation of a measuring channel 40 for a monitoring channel 46 used. While in an object-side arrangement of a defocusing optical element 44 the beam path of the monitoring channel 46 through the optical imaging system 12 and in particular a transirradiated surface in a pupil can be influenced, is in an image-side arrangement of the defocusing optical element 50 respectively. 52 a mere change in the size of one of a monitoring channel 46 irradiated area on the detection surface 34 the detection device 32 possible. According to a further exemplary embodiment, a defocusing optical element for a monitoring channel can be provided both on the object side and on the image side 46 be provided.

Sowohl die Kohärenzmaske 28 als auch das Analysegitter 30 weisen in den vorstehenden Ausführungen in Bereichen für Messstrahlung 26 zur Erzeugung von Mehrstreifeninterferenzmustern 64 die gleichen Beugungsstrukturen wie in den Bereichen für Messstrahlung 26 zur Erzeugung von Interferogrammen 62 auf. Bei alternativen Ausführungen ist für Monitoringkanäle 46 eine andere Beugungsstruktur als für Messkanäle 40 an der Kohärenzmaske 28 oder dem Analysegitter 30 oder an beiden vorgesehen. Insbesondere kann eine andere Gitterperiode, Gitterneigung oder Linienstruktur verwendet werden. Both the coherence mask 28 as well as the analysis grid 30 have in the above statements in areas for measuring radiation 26 for generating multi-band interference patterns 64 the same diffraction structures as in the areas for measuring radiation 26 for generating interferograms 62 on. In alternative designs is for monitoring channels 46 a different diffraction structure than for measuring channels 40 at the coherence mask 28 or the analysis grid 30 or at both. In particular, another grating period, grating pitch, or line structure may be used.

In 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 darin, dass anstelle eines defokussierenden optischen Elements mindestens ein Kohärenzstrukturbereich 54 der Kohärenzmaske 28 im Strahlengang vor der Objektebene 14 angeordnet ist. Die Anordnung und der Abstand zur Objektebene 14 sind so konfiguriert, dass eine geeignete Defokussierung der Messstrahlung 26 zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters 64 auf der Erfassungsfläche 34 stattfindet. Der Kohärenzstrukturbereich 54 ist als Teil der Kohärenzmaske 28 ausgebildet, welche dazu eine stufenförmige Oberfläche aufweist. Der Kohärenzstrukturbereich 54 ist dabei auf einer Stufe angeordnet, welche bezüglich der optischen Achse 20 in axialer Richtung gegenüber einem für die Messkanäle 40 verwendeten Messkohärenzbereich 55 versetzt ist. Alternativ hat die Kohärenzmaske 28 eine andere geeignete Form zum Versetzen des Kohärenzstrukturbereichs 54 aus der Objektebene 14, wie beispielsweise eine Keil- oder Rampenform. Auch ist eine Anordnung des Kohärenzstrukturbereichs 54 auf einem separaten, von der Kohärenzmaske 28 getrennten Trägerelement möglich. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kohärenzstrukturbereich 54 im Strahlengang der Messstrahlung 26 hinter Objektebene 14 versetzt angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung 10 mehrere Monitoringkanäle 46 mit jeweils einem zur Objektivebene 14 versetzen Kohärenzstrukturbereich 54. Ein Kohärenzstrukturbereich 54 für einen Monitoringkanal 46 kann die gleiche Struktur wie ein Bereich der Kohärenzmaske 28 für einen Messkanal 40 aufweisen. Alternativ umfasst ein Kohärenzstrukturbereich 54 eine gegenüber den Bereichen für Messkanäle 40 andere Struktur, wie beispielsweise eine andere Anordnung oder Ausformung von Lochblenden oder eine andere Gitterstruktur. In 4 is another embodiment of a measuring device 10 shown schematically. This differs from the embodiment according to 1 in that instead of a defocusing optical element at least one coherence structure region 54 the coherence mask 28 in the beam path in front of the object plane 14 is arranged. The arrangement and the distance to the object plane 14 are configured to provide a suitable defocusing of the measuring radiation 26 for generating a multi-striped interference pattern 64 on the detection surface 34 takes place. The coherence structure area 54 is as part of the coherence mask 28 formed, which has a step-shaped surface. The coherence structure area 54 is arranged on a step, which with respect to the optical axis 20 in the axial direction opposite one for the measuring channels 40 used measurement coherence range 55 is offset. Alternatively, the coherence mask has 28 another suitable form for displacing the coherence structure region 54 from the object level 14 such as a wedge or ramp shape. Also, an arrangement of the coherence structure region 54 on a separate, from the coherence mask 28 separate carrier element possible. In another embodiment, the coherence structure region is 54 in the beam path the measuring radiation 26 behind object level 14 staggered. Preferably, the measuring device comprises 10 several monitoring channels 46 with one to the lens level 14 shift coherence structure area 54 , A coherence structure area 54 for a monitoring channel 46 can have the same structure as an area of the coherence mask 28 for a measuring channel 40 exhibit. Alternatively, it includes a coherence structure region 54 one opposite the areas for measuring channels 40 another structure, such as a different arrangement or formation of pinhole or another grid structure.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 mindestens ein Gitterbereich 56 des Analysegitters 30 versetzt zur Bildebene 16 angeordnet ist. Eine Anordnung des Gitterbereichs 56 erfolgt derart im Strahlengang hinter der Bildebene 16, dass eine geeignete Defokussierung der Messstrahlung 26 zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters 64 auf der Erfassungsfläche 34 erreicht wird. Das Analysegitter 30 umfasst hierfür eine stufenförmig, keilförmig oder ähnlich konfigurierte Oberfläche zur entsprechenden Aufnahme des Gitterbereichs 56. Alternativ kann der Gitterbereich 56 auf einer den übrigen Strukturen des Analysegitters 30 gegenüberliegenden Oberfläche oder auf einem separaten Trägerelement getrennt von dem Analysegitter 30 angeordnet sein. Vorzugsweise enthält die Messvorrichtung 10 mehrere Monitoringkanäle 46 mit jeweils einem zur Bildebene 16 versetzten Gitterbereich 56. Bei weiteren Ausführungen ist mindestens ein Gitterbereich im Strahlengang vor der Bildebene 16 angeordnet oder eine Versetzung eines Kohärenzstrukturbereichs bei der Objektivebene 14 und eine Versetzung eines Gitterbereichs bei der Bildebene 16 für denselben Monitoringkanal vorgesehen. Ein Gitterbereich 56 für einen Monitoringkanal 46 kann die gleiche Beugungsstruktur wie ein Bereich des Analysegitters 30 für einen Messkanal 40 aufweisen. Gemäß anderen Ausführungen umfasst mindestens ein Gitterbereich eine gegenüber den Bereichen des Analysegitters 30 für Messkanäle 40 andere Beugungsstruktur, zum Beispiel eine andere Gitterperiode, Gitterneigung oder Linienstruktur. Eine Versetzung eines Gitterbereichs 56 wirkt sich nur auf den vom Monitoringkanal 46 bestrahlten Bereich der Erfassungsfläche 34 aus, während eine Versetzung eines Kohärenzstrukturbereichs 54 den Verlauf des Monitoringkanals 46 in dem optischen Abbildungssystem 12 beeinflusst. 5 shows an embodiment in which, in contrast to the embodiment according to 4 at least one grid area 56 of the analysis grid 30 offset to the image plane 16 is arranged. An arrangement of the grid area 56 takes place in the beam path behind the image plane 16 in that a suitable defocusing of the measuring radiation 26 for generating a multi-striped interference pattern 64 on the detection surface 34 is reached. The analysis grid 30 For this purpose, a step-shaped, wedge-shaped or similarly configured surface for corresponding reception of the grid area is included 56 , Alternatively, the grid area 56 on one of the other structures of the analysis grid 30 opposite surface or on a separate support member separated from the analysis grid 30 be arranged. Preferably, the measuring device contains 10 several monitoring channels 46 with one to the image plane 16 offset grid area 56 , In other embodiments, at least one grating area in the beam path in front of the image plane 16 arranged or a displacement of a coherence structure region at the lens level 14 and a displacement of a grating area at the image plane 16 intended for the same monitoring channel. A grid area 56 for a monitoring channel 46 can have the same diffraction structure as an area of the analysis grid 30 for a measuring channel 40 exhibit. According to other embodiments, at least one grating region comprises one opposite to the regions of the analysis grating 30 for measuring channels 40 other diffraction structure, for example another grating period, grating pitch or line structure. A displacement of a grid area 56 only affects that of the monitoring channel 46 irradiated area of the detection area 34 during a displacement of a coherency structure area 54 the course of the monitoring channel 46 in the optical imaging system 12 affected.

6 zeigt schematisch eine Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 einer Messvorrichtung 10, welche beispielsweise einem der hier aufgeführten Ausführungsbeispiele entspricht. Auf der Erfassungsfläche 34 sind mehrere Messkanalbereiche 58 und Monitoringkanalbereiche 60 dargestellt. Jeder Messkanal 40 bestrahlt einen Messkanalbereich 58, in dem mit Hilfe des Analysegitters 30 jeweils ein Interferogramm 62 für eine Phasenschiebeauswertung erzeugt wird. Durch die Defokussierung der Monitoringkanäle 46 wird weiterhin in jedem von einem Monitoringkanal 46 bestrahlten Monitoringkanalbereich 60 ein Mehrstreifeninterferenzmuster 64 gebildet. Die Anordnung der Messkanalbereiche 58 und Monitoringkanalbereiche 60 auf der Erfassungsfläche 34 wird im Wesentlichen von der Kohärenzmaske 28 festgelegt und ändert sich für verschiedene Verschiebepositionen des Analysegitters 30 nicht. Die Defokussierung durch defokussierende optische Elemente 44, 50, 52, Kohärenzstrukturbereiche 54 oder Gitterbereiche 56 ist so konfiguriert, dass die Größe der Monitoringkanalbereiche 60 ungefähr derjenigen der Messkanalbereiche 58 entspricht. Ferner weisen alle Mehrstreifeninterferenzmuster 64 die gleiche Streifenorientierung auf. 6 schematically shows a detection surface 34 the detection device 32 a measuring device 10 which corresponds for example to one of the embodiments listed here. On the detection surface 34 are several measuring channel areas 58 and monitoring channel areas 60 shown. Each measuring channel 40 irradiates a measuring channel area 58 in which with the help of the analysis grid 30 one interferogram each 62 is generated for a phase shift evaluation. By defocusing the monitoring channels 46 will continue in each of a monitoring channel 46 irradiated monitoring channel area 60 a multi-strip interference pattern 64 educated. The arrangement of the measuring channel areas 58 and monitoring channel areas 60 on the detection surface 34 is essentially the coherence mask 28 and changes for different shift positions of the analysis grid 30 Not. Defocusing by defocusing optical elements 44 . 50 . 52 , Coherence structure areas 54 or grid areas 56 is configured so that the size of the monitoring channel areas 60 approximately that of the measuring channel areas 58 equivalent. Further, all multi-band interference patterns 64 the same strip orientation on.

In 7 wird eine Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 einer weiteren Messvorrichtung 10 dargestellt, bei der im Gegensatz zur Messvorrichtung 10, welche der Kanalbereichsverteilung gemäß 6 zugeordnet ist, die Monitoringkanalbereiche 60 durch eine entsprechende Defokussierung kleiner als die Messkanalbereiche 58 sind. Dazu kann insbesondere eine entsprechende Ausbildung und Anordnung von objektseitigen defokussierenden optischen Elementen 44 oder Kohärenzstrukturbereichen 54 in der Weise erfolgen, dass der jeweilige Monitoringkanal 46 nur einen Teil der Pupille 22 des optischen Abbildungssystems 12 durchläuft, während die Messkanäle 46 möglichst die ganze Pupille 22 ausstrahlen. Zumindest durchstrahlt ein Monitoringkanal 46 einen kleineren Flächenbereich der Pupille 22 des optischen Abbildungssystems 12 als ein Messkanal 40. Dabei ist die Größe der Monitoringkanalbereiche 60 so gewählt, dass sie für eine Positionsbestimmung des Analysegitters 30 und eine Bestimmung des Helligkeitsverlaufs der von der Bestrahlungseinrichtung 24 bereitgestellten Messstrahlung 26 ausreicht. Mit dieser Maßnahme wird auf der Erfassungsfläche 34 mehr Platz für die Messkanalbereiche 58 bereitgestellt und damit ein präziseres Scherinterferometrieergebnis ermöglicht. In 7 becomes a detection area 34 the detection device 32 another measuring device 10 shown, in contrast to the measuring device 10 which corresponds to the channel area distribution according to 6 is assigned, the monitoring channel areas 60 by a corresponding defocusing smaller than the measuring channel areas 58 are. For this purpose, in particular a corresponding design and arrangement of object-side defocusing optical elements 44 or coherence structure areas 54 done in such a way that the respective monitoring channel 46 only part of the pupil 22 of the optical imaging system 12 goes through while the measurement channels 46 if possible the whole pupil 22 radiate. At least one monitoring channel radiates through 46 a smaller area of the pupil 22 of the optical imaging system 12 as a measuring channel 40 , Here is the size of the monitoring channel areas 60 chosen so that they are used for a position determination of the analysis grid 30 and a determination of the brightness profile of the irradiation device 24 provided measuring radiation 26 sufficient. With this measure is on the detection area 34 more space for the measuring channel areas 58 provided and thus allows a more precise Scherinterferometrieergebnis.

Weiterhin können sowohl Monitoringkanäle 46 als auch Messkanäle 40 für verschiedene Verschieberichtungen des Analysegitters 30 quer zur optischen Achse 20 konfiguriert sein. Hierfür umfasst das Analysegitter 30 beispielsweise Liniengitter mit unterschiedlicher Ausrichtung für Messkanäle 40 und Monitoringkanäle 46. Diese unterschiedlichen Ausrichtungen sind in 7 bei den durch Interferenz erzeugten Mehrstreifeninterferenzmustern 64 in den Monitoringkanalbereichen 60 erkennbar. Auf diese Weise lassen sich durch entsprechende Verschiebungen des Analysegitters 30 gleichzeitig Interferogramme 62 und Mehrstreifeninterferenzmuster 64 für verschiedene Verschieberichtungen, beispielsweise für eine Verschiebung in x- und in y-Richtung (siehe 1) erfassen. Furthermore, both monitoring channels 46 as well as measurement channels 40 for different displacement statements of the analysis grid 30 transverse to the optical axis 20 be configured. For this purpose, the analysis grid includes 30 For example, line grids with different orientation for measuring channels 40 and monitoring channels 46 , These different orientations are in 7 in the interference-generated multi-band interference patterns 64 in the monitoring channel areas 60 recognizable. In this way can be by appropriate shifts of the analysis grid 30 at the same time interferograms 62 and multi-striped interference patterns 64 for various displacement corrections, for example for a shift in the x and y directions (see 1 ) to capture.

8 zeigt eine Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung 10, bei der für Monitoringkanäle 46 eine zweite Messstrahlung vorgesehen ist, welche eine andere Wellenlänge als die erste Messstrahlung 26 aufweist, welche für die Messkanäle 40 verwendet wird. Die Messvorrichtung 10 umfasst dafür beispielsweise eine weitere Strahlungsquelle oder eine optische Anordnung zur Erzeugung der zweiten Messstrahlung aus der ersten Messstrahlung 26. Weiterhin ist die Erfassungsfläche 34 bzw. die Detektionseinrichtung 32 farbselektiv ausgebildet. Bei einer anderen Ausführung können stattdessen Farbfilter zum Selektieren zwischen den Messstrahlungen für eine getrennte Erfassung durch die Detektionseinrichtung 32 verwendet werden. Die Messkanalbereiche 58 als auch die Monitoringkanalbereiche 60 sind so groß konfiguriert, dass sie sich auf der Erfassungsfläche 34 überscheiden. Eine Trennung der sich überlagernden Strukturen der Interferogramme 62 und der Mehrstreifeninterferenzmuster 64 erfolgt mit der farbsensitiven Detektionseinrichtung 32. Neben einer aufgrund der Größe der Messkanalbereiche 58 ausreichend hohen Auflösung der Interferogramme 62 für ein sehr genaues Phasenschiebeverfahren wird aufgrund der Größe der Monitoringkanalbereiche auch für die Mehrstreifeninterferenzmuster 64 eine Auflösung erreicht, welche neben einer hochgenauen Bestimmung der Position des Analysegitters 30 und ggf. des zeitlichen und örtlichen Helligkeitsverlaufs der von der Bestrahlungseinrichtung bereitgestellten Messstrahlung 26 auch weitere Auswertungen zulässt. Beispielsweise kann mit den Mehrstreifeninterferenzmustern 64 eine zusätzliche Fokus- oder Astigmatismusbestimmung ausgeführt werden und bei der Ermittlung eines Wellenfrontfehlers des optischen Abbildungssystems 12 eingehen. 8th shows a detection area 34 the detection device 32 a further embodiment of a measuring device 10 in the case of monitoring channels 46 a second measuring radiation is provided, which has a different wavelength than the first measuring radiation 26 which, for the measuring channels 40 is used. The measuring device 10 includes for example a further radiation source or an optical arrangement for generating the second measurement radiation from the first measurement radiation 26 , Furthermore, the detection area 34 or the detection device 32 color selectively formed. In another embodiment, color filters may instead be used to select between the measurement radiations for separate detection by the detection means 32 be used. The measuring channel areas 58 as well as the monitoring channel areas 60 are configured so large that they are on the detection surface 34 about divorce. A separation of the overlapping structures of the interferograms 62 and the multi-strip interference pattern 64 takes place with the color-sensitive detection device 32 , In addition to one due to the size of the measuring channel areas 58 sufficiently high resolution of the interferograms 62 for a very accurate phase shift method, due to the size of the monitoring channel areas, also for the multi-strip interference patterns 64 achieved a resolution, which in addition to a highly accurate determination of the position of the analysis grid 30 and, if appropriate, the temporal and spatial brightness curve of the measuring radiation provided by the irradiation device 26 also allows further evaluations. For example, with the multi-strip interference patterns 64 an additional focus or astigmatism determination is performed and in the determination of a wavefront error of the optical imaging system 12 received.

9 und 10 stellen ebenfalls Ausführungsformen von Messvorrichtungen 10 dar, bei denen für die Monitoringkanäle 46 eine zweite Messstrahlung 66 mit einer Wellenlänge verwendet wird, welche sich von der Wellenlänge der Messstrahlung 26 für die Messkanäle 40 unterscheidet. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungen ist die Wellenlänge der zweiten Messstrahlung 66 so ausgewählt, dass bereits durch eine chromatische Aberration des optischen Abbildungssystems 12 eine geeignete Defokussierung zur Erzeugung von Mehrkanalstreifenmustern erfolgt. Ein Beispiel solcher Abbildungssysteme 12 sind Projektionsobjektive für die Mikrolithographie. Diese sind in der Regel nur für eine Betriebswellenlänge optimiert und weisen große Aberrationen bei anderen Wellenlängen auf. Die Messvorrichtung 10 kann ohne eigene defokussierende optische Elemente, d.h. ohne z.B. die vorstehend beschriebenen optischen Elemente 44, 50 bzw. 52, sowie ohne die vorstehend beschriebenen Kohärenzstrukturbereiche 54 oder Gitterbereiche 56 Mehrstreifeninterferenzmuster für eine hochgenaue Positionsbestimmung des Analysegitters 30 auf der Erfassungsebene 34 erzeugen. 9 and 10 also provide embodiments of measuring devices 10 in which for the monitoring channels 46 a second measuring radiation 66 is used with a wavelength which differs from the wavelength of the measuring radiation 26 for the measuring channels 40 different. In contrast to the previous statements, the wavelength of the second measuring radiation 66 selected so that already by a chromatic aberration of the optical imaging system 12 a suitable defocusing for generating multi-channel strip patterns takes place. An example of such imaging systems 12 are projection objectives for microlithography. These are usually optimized for one operating wavelength only and have large aberrations at other wavelengths. The measuring device 10 can without its own defocusing optical elements, ie without, for example, the optical elements described above 44 . 50 respectively. 52 , as well as without the coherence structure regions described above 54 or grid areas 56 Multi-strip interference pattern for high-precision position determination of the analysis grid 30 at the capture level 34 produce.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 erzeugt eine Strahlungsquelle 123 Messstrahlung mit zwei verschiedenen Wellenlängen, derart dass die erzeugte Messstrahlung die erste Messstrahlung 24 sowie die zweite Messstrahlung 66 umfasst. Die Messstrahlung 25, 66 mit zwei verschiedenen Wellenlängen bestrahlt mindestens einen Bereich der Kohärenzmaske 28. Ein Messkanal 40 wird somit gleichzeitig als Monitoringkanal 46 benutzt. Durch chromatische Aberrationen des optischen Abbildungssystems 12 erfolgt eine Defokussierung der zweiten Messstrahlung 66. Der Fokus der Messstrahlung 66 liegt vor dem in der Bildebene 16 angeordneten Analysegitter 30, während die Messstrahlung für Interferogramme auf die Bildebene 16 fokussiert bleibt. Zur getrennten Erfassung der sich in der Erfassungsfläche 34 überlappenden Mehrstreifeninterferenzmuster und Interferogramme ist die Detektionseinrichtung farbselektiv, z.B. als Farbkamera, ausgebildet oder sind entsprechende, in den Strahlengang schwenkbare Farbfilter vorgesehen. In the embodiment according to 9 generates a radiation source 123 Measuring radiation with two different wavelengths, such that the generated measuring radiation, the first measuring radiation 24 as well as the second measuring radiation 66 includes. The measuring radiation 25 . 66 with two different wavelengths irradiated at least a portion of the coherence mask 28 , A measuring channel 40 thus becomes a monitoring channel at the same time 46 used. By chromatic aberrations of the optical imaging system 12 Defocusing of the second measuring radiation takes place 66 , The focus of the measuring radiation 66 lies before in the picture plane 16 arranged analysis grid 30 while measuring radiation for interferograms on the image plane 16 remains focused. For separate detection of itself in the detection area 34 overlapping multi-strip interference pattern and interferograms, the detection device is color selective, for example, as a color camera, formed or are provided corresponding color filter pivotable in the beam path.

Das Ausführungsbeispiel nach 10 sieht eine räumlich getrennte Bestrahlung der Kohärenzmaske 28 mit einer ersten Messstrahlung 26 für die Messkanäle 40 und einer zweiten Messstrahlung 66 mit anderer Wellenlänge für die Monitoringkanäle 46 vor. Dazu umfasst die Messvorrichtung 10 beispielsweise eine erste Strahlungsquelle 23 zur Bereitstellung der ersten Messstrahlung 26 und eine zweite Strahlungsquelle 68 zur Bereitstellung der zweiten Messstrahlung 66. Die Bestrahlungseinrichtung 24 ist so konfiguriert, dass die zweite Messstrahlung andere Bereiche der Kohärenzmaske 28 als die erste Messstrahlung 26 bestrahlt. Diese Bereiche sind so ausgewählt, dass Monitoringkanalbereiche 60 der zweiten Messstrahlung 66 auf der Erfassungsfläche 34 der Detektionseinrichtung 32 nicht mit Messkanalbereichen 58 der ersten Messstrahlung 26 überlappen. Die zweite Messstrahlung 66 der Monitoringkanäle 46 wird beim Durchlaufen des optischen Abbildungssystems 12 durch chromatische Aberrationen defokussiert und bildet in den Monitoringkanalbereiche 60 Mehrstreifeninterferenzmuster 64. Die erste Messstrahlung 26 der Messkanäle 40 bleibt auf die Bildebene 16 mit dem Analysegitter 30 fokussiert und bildet in den Messkanalbereichen 58 Interferogramme 62 für die scherinterferometrische Auswertung. Durch die räumliche Trennung der Messkanalbereiche 58 von den Monitoringkanalbereichen 60 auf der Erfassungsfläche 34 kann eine Detektionseinrichtung 32 ohne Farbselektion verwendet werden. The embodiment according to 10 sees a spatially separated irradiation of the coherence mask 28 with a first measuring radiation 26 for the measuring channels 40 and a second measuring radiation 66 with different wavelength for the monitoring channels 46 in front. This includes the measuring device 10 for example, a first radiation source 23 for providing the first measuring radiation 26 and a second radiation source 68 for providing the second measuring radiation 66 , The irradiation device 24 is configured so that the second measuring radiation is at other areas of the coherence mask 28 as the first measuring radiation 26 irradiated. These areas are selected so that monitoring channel areas 60 the second measuring radiation 66 on the detection surface 34 the detection device 32 not with measuring channel areas 58 the first measuring radiation 26 overlap. The second measuring radiation 66 the monitoring channels 46 when passing through the optical imaging system 12 Defocused by chromatic aberrations and forms in the monitoring channel areas 60 More fringe interference pattern 64 , The first measuring radiation 26 the measuring channels 40 stays on the picture plane 16 with the analysis grid 30 focuses and forms in the measurement channel areas 58 interferograms 62 for the shear interferometric evaluation. Due to the spatial separation of the measuring channel areas 58 from the monitoring channel areas 60 on the detection surface 34 may be a detection device 32 to be used without color selection.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Messvorrichtung 10 sind neben den oben beschrieben Monitoringkanälen 46 zur Erzeugung von Mehrstreifeninterferenzmustern weitere Hilfskanäle zur Bestimmung verschiedener Parameter vorgesehen. Beispielsweise können Hilfskanäle durch entsprechend ausgebildete Strukturen bei der Kohärenzmaske 28, bei dem Analysegitter 30 oder bei beiden zur Bestimmung einer Translation oder Rotation der Kohärenzmaske 28 oder des Analysegitters 30 für alle Raumrichtungen, von Helligkeitsverläufen oder zur exakten Ausrichtung der Kohärenzmaske 28 zum Analysegitter 30 konfiguriert sein. In other embodiments of the measuring device 10 are in addition to the monitoring channels described above 46 to generate multi-band interference patterns, further auxiliary channels are provided for determining various parameters. For example, auxiliary channels can be formed by correspondingly formed structures in the coherence mask 28 , at the analysis grid 30 or both for determining translation or rotation of the coherence mask 28 or the analysis grid 30 for all spatial directions, of brightness gradients or for exact alignment of the coherence mask 28 to the analysis grid 30 be configured.

11 zeigt als ein Beispiel solcher Strukturen eine kreisförmige Ringstruktur 70 einer Kohärenzmaske 28 und eine dieser Struktur zugeordnete kreisförmige Ringstruktur 72 eines Analysegitters 30 zur Ausbildung eines Hilfskanals zur Durchführung einer radialen Scherinterferometrie. Durch die Rotationssymmetrie der als Schergitter dienenden Ringstruktur 72 ist der Scherabstand für alle Verschiebungsrichtungen gleich. Ein solcher Hilfskanal eignet sich besonders für Abbildungssysteme mit nicht-rechteckförmigem Bildfeld, z.B. für Projektionsobjektive der Mikrolithographie mit einem sichelförmigen Objektfeld. Jede schrittweise Verschiebung des Analysegitters bei einer Vermessung kann somit in eine andere Richtung durchgeführt werden. 11 shows as an example of such structures a circular ring structure 70 a coherence mask 28 and a circular ring structure associated with this structure 72 an analysis grid 30 for forming an auxiliary channel for performing a radial shear interferometry. Due to the rotational symmetry of serving as a shear lattice ring structure 72 the shear distance is the same for all displacement directions. Such an auxiliary channel is particularly suitable for imaging systems with non-rectangular image field, for example for projection objectives of microlithography with a crescent-shaped object field. Each stepwise shift of the analysis grid during a measurement can thus be carried out in a different direction.

In 12 wird als weiteres Beispiel eine elliptische Ringstruktur 74 einer Kohärenzmaske 28 und eine dieser Struktur zugeordnete elliptische Ringstruktur 76 eines Analysegitters 30 schematisch dargestellt. Ein mit diesen elliptischen Ringstrukturen 74, 76 ausgebildeter Hilfskanal ermöglicht eine radiale Scherinterferometrie, bei der der Scherabstand für jede Verschieberichtung unterschiedlich ist. Die Gitterperiode der Ringstruktur 76 ist abhängig von der Richtung bzw. dem Winkel der Verschiebung. Die elliptische Form der auf der Kohärenzmaske 28 angeordneten Ringstruktur 74 ermöglicht eine genaue Ausrichtung der Kohärenzmaske 28 zum Analysegitter 30. In 12 As another example, it becomes an elliptic ring structure 74 a coherence mask 28 and an elliptical ring structure associated with this structure 76 an analysis grid 30 shown schematically. One with these elliptical ring structures 74 . 76 trained auxiliary channel allows a radial shear interferometry, in which the shear distance for each shift direction is different. The grating period of the ring structure 76 depends on the direction or the angle of the shift. The elliptical shape of the on the coherence mask 28 arranged ring structure 74 allows accurate alignment of the coherence mask 28 to the analysis grid 30 ,

In 13 wird eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 veranschaulicht, welche zur Vermessung eines optischen Abbildungssystems 12 in Gestalt eines Projektionsobjektivs einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie konfiguriert ist. Das Projektionsobjektiv umfasst dazu in der gezeigten Ausführungsvariante sechs optische Elemente 18-1 bis 18-6 in Gestalt von Spiegeln. In 13 is another embodiment of a measuring device 10 which illustrates the measurement of an optical imaging system 12 is configured in the form of a projection objective of an EUV projection exposure apparatus for microlithography. The projection lens comprises in the embodiment shown, six optical elements 18-1 to 18-6 in the form of mirrors.

Die Messvorrichtung 10 gemäß 13 ist mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Besonderheiten analog zur Messvorrichtung gemäß 1 konfiguriert. Gemäß einer der Besonderheiten ist sie dahingehend analog zur Messvorrichtung 10 gemäß 10 ausgebildet, dass die Messkänäle 40 mit einer anderen Wellenlänge als die Monitoringkanäle 46 bestrahlt werden. So umfasst die Bestrahlungseinrichtung 24 eine erste Strahlungsquelle 23 zur Erzeugung einer ersten Messstrahlung 26 für die Messkanäle 40 sowie eine zweite Strahlungsquelle 68 zur Erzeugung einer zweiten Messstrahlung 66 für die Monitoringkanäle 46. Als zweite Strahlungsquelle 68 kann beipielsweise eine LED-Quelle oder ein Laser verwendet werden. In der Darstellung von 13 sind für die Messkanäle 40 sowie die Monitorinkanäle 46 exemplarisch jeweils nur ein Kanal dargestellt. Bei der Messstrahlung 26 kann es sich um Strahlung mit der Betriebswellenlänge des zu vermessenden Projektionsobjektivs, d.h. um EUV-Strahlung, handeln. Im Falle der Integration der Messvorrichtung 10 in eine Projektionsbelichtungsanlage kann die Messstrahlung 26 mit der Belichtungsstrahlung der Projektionsbelichtungsanlage identisch sein. Die Messstrahlung 26 wird mittels eines optischen Umlenkelements 82 auf die Kohärenzmaske 28 eingestrahlt. The measuring device 10 according to 13 with the exception of the features described below is analogous to the measuring device according to 1 configured. According to one of the special features, it is analogous to the measuring device 10 according to 10 trained that the measuring channels 40 with a different wavelength than the monitoring channels 46 be irradiated. Thus, the irradiation device comprises 24 a first radiation source 23 for generating a first measuring radiation 26 for the measuring channels 40 and a second radiation source 68 for generating a second measuring radiation 66 for the monitoring channels 46 , As second radiation source 68 For example, an LED source or a laser may be used. In the presentation of 13 are for the measurement channels 40 as well as the monitor channels 46 only one channel is shown as an example in each case. In the measuring radiation 26 this can be radiation with the operating wavelength of the projection objective to be measured, ie, EUV radiation. In case of integration of the measuring device 10 in a projection exposure system, the measuring radiation 26 be identical with the exposure radiation of the projection exposure system. The measuring radiation 26 is by means of an optical deflecting element 82 on the coherence mask 28 irradiated.

Die Kohärenzmaske 28 ist in der gezeigten Ausführungsvariante analog zur Kohärenzmaske 28 gemäß 4 mit einer stufenförmigen Oberfläche ausgebildet. Dabei ist ein Kohärenzstrukturbereich 54 für den Monitoringkanal 46 auf einer Stufe angeordnet, welche bezüglich der optischen Achse des optischen Abbildungssystems 12 in axialer Richtung gegenüber dem für den Messkanal 40 verwendeten Messkohärenzbereich 55 versetzt ist. Die Versetzung des Kohärenzstrukturbereichs 54 ist in der gezeigten Ausführungsvariante derart gestaltet, dass die zugehörige Fokusebene oberhalb des Analysegitters 30 angeordnet ist. Die Kohärenzmaske 28 ist in der gezeigten Ausführungsform als Reflexionsmaske ausgeführt, kann grundsätzlich aber auch als Transmissonsmaske konfiguriert sein. Die Kohärenzmaske 28 wird von einer Maskenhalterung 29 gehalten, welche sowohl eine Translation als auch eine Rotation der Kohärenzmaske 28 bezüglich aller Raumrichtungen ermöglicht. The coherence mask 28 In the embodiment shown, it is analogous to the coherence mask 28 according to 4 formed with a stepped surface. Here is a coherence structure area 54 for the monitoring channel 46 arranged on a stage, which with respect to the optical axis of the optical imaging system 12 in the axial direction relative to that for the measuring channel 40 used measurement coherence range 55 is offset. The displacement of the coherence structure area 54 is designed in the embodiment shown such that the associated focal plane above the analysis grid 30 is arranged. The coherence mask 28 is executed in the embodiment shown as a reflection mask, but in principle can also be configured as a transmisson mask. The coherence mask 28 is from a mask holder 29 which contains both a translation and a rotation of the coherence mask 28 with respect to all spatial directions.

Die Detektionseinrichtung 32 ist auf einem Detektionstisch 63 angeordnet, welcher bei Integration der Messvorrichtung 10 in eine Projektionsbelichtungsanlage durch die Waferstage gebildet werden kann. Der Detektionstisch 63 ist bezüglich allen Raumrichtungen verschiebbar sowie verkippbar konfiguriert. Auf dem Detektionstisch 63 ist eine Gitterhalterung 31 zur Halterung des Analysegitters 30 angeordnet. Die Gitterhalterung 31 ermöglicht Verschiebungen des Analysegitters in Bezug auf den Detektionstisch 63 in allen Raumrichtungen. Die in 13 gezeigte Messvorrichtung 10 zur Vermessung eines EUV-Projektionsobjektivs kann in weiteren Ausführungsvarianten entsprechend der in Bezug auf die 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert werden. The detection device 32 is on a detection table 63 arranged, which in integration of the measuring device 10 can be formed in a projection exposure system through the wafer stage. The detection table 63 is configured with respect to all spatial directions displaceable and tiltable. On the detection table 63 is a grid holder 31 for holding the analysis grid 30 arranged. The grid holder 31 allows displacements of the analysis grid with respect to the detection table 63 in all directions. In the 13 shown measuring device 10 for measuring an EUV projection lens can in further embodiments according to the in relation to 1 to 12 be configured described embodiments.

Im Folgenden werden Funktionsweisen und Zusammenwirken der beschriebenen Komponenten der Messvorrichtung 10 zusammen mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. In the following, functions and interaction of the described components of the measuring device 10 described together with an embodiment of a method according to the invention.

Für ein Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems 12, beispielsweise eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie, werden zunächst die Kohärenzmaske 28 mit der Strahlungsquelle 23 und das Analysegitter 30 mit der Detektionseinrichtung 32 bei dem optischen Abbildungssystem 12 angeordnet. Bei einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie kann dazu die Kohärenzmaske 28 von einer Retikelstage und das Analysegitter 30 zusammen mit der Detektionseinrichtung 32 von einer Waferstage aufgenommen werden. Dabei kann als Bestrahlungseinrichtung 24 ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden. For determining a wavefront error of an optical imaging system 12 , For example, a projection lens for microlithography, first the coherence mask 28 with the radiation source 23 and the analysis grid 30 with the detection device 32 in the optical imaging system 12 arranged. In a microlithographic projection exposure machine, the coherence mask can do this 28 from a reticle day and the analysis grid 30 together with the detection device 32 be picked up by a Waferstage. It can be used as irradiation device 24 a lighting system of the projection exposure system can be used.

Anschließend erfolgt eine Einstellung einer Solldefokussierung eines bei der Kohärenzmaske 28 oder beim Analysegitter 30 vorgesehenen defokussierenden optischen Elements 44, 50, 52 mittels einer Positionierung in z-Richtung. Bei einer Verwendung eines versetzten Kohärenzstrukturbereichs 54 oder eines Gitterbereichs 56 wird die Solldefokussierung bereits bei Herstellung der Kohärenzmaske 28 oder des Analysegitters 30 eingestellt. Bei der Solldefokussierung werden beispielsweise 10 bis 100 Streifen über einen Durchmesser einer Pupille 22 in einem Mehrstreifeninterferenzmuster 64 erzeugt. Bei der Wahl der Streifendichte kann eine Auflösung der Detektionseinrichtung 32 berücksichtigt werden. Subsequently, a setpoint defocusing is set in the coherence mask 28 or at the analysis grid 30 provided defocusing optical element 44 . 50 . 52 by means of a positioning in the z-direction. When using a staggered coherence structure region 54 or a grid area 56 the target defocusing already occurs when the coherence mask is produced 28 or the analysis grid 30 set. For example, in the target defocusing 10 to 100 Strip over a diameter of a pupil 22 in a multi-band interference pattern 64 generated. In the selection of the strip density, a resolution of the detection device 32 be taken into account.

Während eines Messvorgangs erfolgt eine Verschiebung des Analysegitters 30 mittels eines Translationsmoduls von einer Anfangsposition ausgehend schrittweise in Bruchteilen der Gitterperiode des Analysegitters 30. Die einzelnen Verschiebungen sind möglichst äquidistant zueinander ausgebildet. Beispielsweise erfolgen zunächst Verschiebungen in eine Richtung, etwa der x-Richtung, und anschließend Verschiebungen in einer zur ersten Richtung orthogonalen Richtung, z.B. der y-Richtung. Alternativ kann auch eine alternierende Verschiebung in beide Richtungen erfolgen. Diese Vorgehensweise ist besonders zur Erfassung von zeitlichen Veränderungen von Eigenschaften des zu vermessenden optischen Abbildungssystems 12, welche z.B. durch Erwärmung auftreten können, geeignet. Hier sollte ein zeitlicher Abstand zwischen Messungen in zueinander orthogonalen Richtungen möglichst klein sein. During a measurement process, the analysis grid is shifted 30 by means of a translation module starting from an initial position stepwise in fractions of the grating period of the analysis grid 30 , The individual displacements are formed as equidistant from each other as possible. For example, first displacements in one direction, such as the x-direction, and then displacements in a direction orthogonal to the first direction, eg the y-direction. Alternatively, an alternating displacement in both directions can take place. This approach is particularly useful for detecting temporal changes in properties of the optical imaging system to be measured 12 , which can occur for example by heating, suitable. Here, a time interval between measurements in mutually orthogonal directions should be as small as possible.

An jeder Verschiebeposition erfolgt eine Erfassung aller auf der Erfassungsfläche 34 erzeugten Interferogramme 62 und Mehrstreifeninterferenzmuster 64 durch die Detektionseinrichtung 32. Die erfassten Interferogramme 62 und Mehrstreifeninterferenzmuster 64 werden an die in 14 in einer beispielhaften Ausführungsform im Detail dargestellten Auswerteeinrichtung 36 übermittelt und in einem Speicher 37 der Auswerteeinrichtung 36 gespeichert. Alternativ kann auch eine Speicherung bei der Detektionsvorrichtung 32 für eine spätere Übermittelung an die Auswerteeinrichtung 36 vorgesehen sein. Bei einer Verwendung eines zweidimensionalen Analysegitters 30, beispielsweise mit einer Schachbrett- oder Kreuzstruktur, kann während einer Erfassungsdauer bei einer Verschiebeposition eine Oszillation des Analysegitters 30 quer zur Verschieberichtung erfolgen. Auf diese Weise werden durch eine Integrationszeit der Detektionseinrichtung 32 störende Interferenzmuster unterdrückt. At each shift position, all of the detection area is recorded 34 generated interferograms 62 and multi-striped interference patterns 64 by the detection device 32 , The recorded interferograms 62 and multi-striped interference patterns 64 will be sent to the in 14 in an exemplary embodiment, the evaluation device shown in detail 36 transmitted and in a memory 37 the evaluation device 36 saved. Alternatively, a storage in the detection device 32 for a later transmission to the evaluation device 36 be provided. When using a two-dimensional analysis grid 30 For example, with a checkerboard or cross structure, during a detection period at a shift position, an oscillation of the analysis grid 30 take place transversely to the direction of displacement. In this way, by an integration time of the detection device 32 disturbing interference pattern suppressed.

Wie weiterhin in 14 dargestellt, bestimmt in der Auswerteeinrichtung 36 eine erste Auswerteeinheit 36-1 aus mindestens einem Mehrstreifeninterferenzmuster 64 von jeder Verschiebeposition jeweils eine Lageinformation 78 des Analysegitters 30 in jeder der Verschiebepositionen. As continues in 14 represented, determined in the evaluation device 36 a first evaluation unit 36-1 from at least one multi-strip interference pattern 64 each location information from each shift position 78 of the analysis grid 30 in each of the shift positions.

Gemäß einer ersten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lageinformation 78 durch Ermittlung der genauen . Lagedifferenz der jeweiligen Verschiebeposition zu der jeweiligen benachbarten Verschiebeposition. Dabei handelt es sich bei der Lagedifferenz in diesem Fall um die Positionsdifferenz in bezüglich der optischen Achse 20 lateraler Richtung, d.h. in der x-y-Ebene. Mit anderen Worten bestimmt die erste Auswerteeinheit 36-1 die genaue Phasendifferenz bzw. Positionsdifferenz zwischen allen benachbarten Verschiebepositionen. Dazu erfolgt zunächst eine Bestimmung der Phase für mehrere Bildpunkte bzw. Pixel jedes Mehrstreifeninterferenzmusters 64 nach einem dem Fachmann bekannten Vielstreifenauswertungsverfahren. Beispielsweise werden bei horizontal verlaufenden Streifen für jede vertikal verlaufende Spalte von Bildpunkten mittels einer Fourieranalyse Phasenwerte für einen oder mehrere Bildpunkte der Spalte ermittelt. Als Ergebnis liegt dann eine Phasenverteilung für mehrere Bildpunkte jedes Mehrstreifeninterferenzmuster 64 vor. Eine solche Phasenverteilung umfasst beispielsweise Phasenwerte für Bildpunkte einer oder mehrerer Zeilen jedes Mehrstreifeninterferenzmusters. According to a first embodiment, the determination of the position information takes place 78 by determining the exact. Position difference of the respective displacement position to the respective adjacent displacement position. The position difference in this case is the position difference with respect to the optical axis 20 lateral direction, ie in the xy plane. In other words, the first evaluation unit determines 36-1 the exact phase difference or position difference between all adjacent shift positions. For this purpose, first a determination of the phase for a plurality of pixels or pixels of each multi-strip interference pattern 64 according to a multi-strip evaluation method known to the person skilled in the art. For example, in the case of horizontally extending strips, phase values for one or more pixels of the column are determined for each vertically extending column of pixels by means of a Fourier analysis. As a result, there is then a phase distribution for several pixels of each multi-striped interference pattern 64 in front. Such a phase distribution includes, for example, phase values for pixels of one or more lines of each multi-striped interference pattern.

Zwischen Mehrstreifeninterferenzmustern 64 benachbarter Verschiebepositionen wird nun für gleiche Bildpunkte mit bekannter Phase eine Phasendifferenz berechnet. Zum Beispiel wird pixelweise eine Phasendifferenz zwischen den Bildpunkten der gleichen Zeile von Mehrstreifeninterferenzmustern 64 benachbarter Verschiebepositionen bestimmt. Da die Phasendifferenz für alle Bildpunkte von Mehrstreifeninterferenzmustern 64 benachbarter Verschiebepositionen gleich sein sollte, erfolgt schließlich eine Mittelung über die Phasendifferenzen der Differenzverteilung benachbarter Verschiebepositionen. Auf diese Weise wird sehr genau eine Phasendifferenz bzw. Positionsdifferenz in lateraler Richtung zwischen allen benachbarten Verschiebepositionen ermittelt. Between multi-striped interference patterns 64 adjacent shift positions is now calculated for the same pixels with a known phase, a phase difference. For example, pixel by pixel becomes a phase difference between pixels of the same row of multi-band interference patterns 64 of adjacent shift positions. Since the phase difference for all pixels of multi-strip interference patterns 64 Finally, an averaging over the phase differences of the difference distribution of adjacent displacement positions takes place. On In this way, a phase difference or position difference in the lateral direction between all adjacent shift positions is determined very accurately.

Während die laterale Position des Analysegitters 30 in einer bestimmten Verschiebeposition anhand der Streifenposition des zugehörigen Mehrstreifeninterenzmusters 64 bestimmt werden kann, kann eine axiale Position des Analysegitters 30, d.h. deren Position in z-Richtung anhand der Streifendichte des zugehörigen Mehrstreifeninterferenzmusters 64 bestimmt werden. Gemäß einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lageinformation 78 des Analysegitters 30 in der jeweiligen Verschiebeposition dreidimensional, d.h. in Gestalt von x-, y, und z-Koordinaten des Analysegitters in Bezug auf eine benachbarte Verschiebeposition. Mit anderen Worten werden Lageinformationen 78 in Gestalt von dreidimensionalen Lagedifferenzen zwischen den einzelnen Verschiebepositionen bestimmt. While the lateral position of the analysis grid 30 in a certain displacement position based on the strip position of the associated Mehrstreifeninterenzmusters 64 can be determined, an axial position of the analysis grid 30 ie, its position in the z-direction based on the stripe density of the associated multi-strip interference pattern 64 be determined. According to a second embodiment, the determination of the position information takes place 78 of the analysis grid 30 in the respective displacement position three-dimensional, ie in the form of x, y, and z coordinates of the analysis grid with respect to an adjacent displacement position. In other words, location information 78 determined in the form of three-dimensional position differences between the individual displacement positions.

Weiterhin erlaubt die Auswertung der 3-dimensionalen Lageinformation bei Verwendung von mindestens drei Kontrollstrahlengängen in Gestalt von Monitoringkanälen 46 analog zum Messverfahren der Triangulation die Ermittlung der Kippstellung des Analysegitters 30 bezüglich aller drei Raumrichtungen. Gemäß einer dritten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lageinformation 78 des Analysegitters 30 in der jeweiligen Verschiebeinformation in allen sechs Raumlagen, d.h. in Bezug auf die drei Translationsfreiheitsgrade in x-, y- bzw. z-Richtung sowie in Bezug auf die Kippfreiheitsgrade um die Raumachsen in x-, y bzw. z-Richtung. Die Bestimmung der Lageinformation des Analysegitters 30 in den sechs Raumrichtungen erfolgt auch hier in Bezug auf die jeweils benachbarte Verschiebeposition. Mit anderen Worten werden Lageinformationen 78 in Gestalt von sechsdimensionalen Lagedifferenzen zwischen den einzelnen Verschiebepositionen bestimmt. Damit können Verdrehungen/z-Rotationen des Analysegitters 30 durch oder während des Phasenschiebens quantitativ erfasst werden. Insbesondere kann der im nm- und sub-nm Bereich einer hügeligen Rodelbahn gleichende Wegverlauf des Analysegitters 30 während der Scherinterferometrie quantitativ erfasst werden. Zusätzlich erfolgt in der Auswerteeinrichtung 36 mittels einer optionalen zweiten Auswerteeinheit 36-2 eine Bestimmung einer zeitlichen und örtlichen Helligkeitsschwankung der Messstrahlung 26 vor dessen Eintritt in das optische Abbildungssystem 12, insbesondere einer zeitlichen und örtlichen Helligkeitsschwankung der Messstrahlung am Ort der Kohärenzmaske. Dazu wird beispielsweise von jeder Verschiebeposition mindestens ein Mehrstreifeninterferenzmuster 64 ausgewählt und für jeden Bildpunkt durch eine Mittelung benachbarter Bildpunkte über eine oder mehrere Streifenperioden ein Gleichlichtanteil bestimmt. Es liegt dann für jedes Mehrstreifeninterferenzmuster 64 eine pixelaufgelöste Verteilung des Gleichlichtanteils und somit eine Ausleuchtungsverteilung der Pupille 22 vor. Furthermore, the evaluation of the 3-dimensional position information allows using at least three control beam paths in the form of monitoring channels 46 analogous to the measuring method of triangulation, the determination of the tilt position of the analysis grid 30 with respect to all three spatial directions. According to a third embodiment, the determination of the position information takes place 78 of the analysis grid 30 in the respective displacement information in all six spatial positions, ie with respect to the three translational degrees of freedom in the x, y or z direction as well as with respect to the tilt degrees of freedom about the spatial axes in the x, y and z directions. The determination of the position information of the analysis grid 30 in the six spatial directions also takes place here in relation to the respective adjacent displacement position. In other words, location information 78 determined in the form of six-dimensional position differences between the individual displacement positions. This can be twists / z rotations of the analysis grid 30 be detected quantitatively by or during the phase shift. In particular, the course of the analysis grid, which is the same in the nm and sub-nm range of a hilly toboggan run, can 30 are recorded quantitatively during shear interferometry. Additionally takes place in the evaluation 36 by means of an optional second evaluation unit 36-2 a determination of a temporal and local brightness variation of the measuring radiation 26 before entering the optical imaging system 12 , in particular a temporal and local brightness variation of the measuring radiation at the location of the coherence mask. For this purpose, for example, of each shift position, at least one multi-strip interference pattern 64 selected and determined for each pixel by averaging adjacent pixels over one or more stripe periods a DC component. It then lies for each multi-striped interference pattern 64 a pixel-resolved distribution of the direct light component and thus an illumination distribution of the pupil 22 in front.

Anschließend erfolgt pixelweise über die Mehrstreifeninterferenzmuster 64 aller Verschiebepostionen eine Mittelwertbildung. Daraus ergibt sich für jeden Bildpunkt ein mittlerer Gleichlichtanteil. Bei jedem Bildpunkt eines Mehrstreifeninterferenzmusters wird anschließend die Differenz zwischen Gleichlichtanteil und mittlerem Gleichlichtanteil gebildet und mittels dieser Differenz ein Korrekturfaktor bestimmt. Beispielsweise entspricht der Korrekturfaktor dem Quotienten aus Differenz des Gleichlichtanteils und Mittelwert des Gleichlichtanteils. Dieser pixelweise und für eine Verschiebeposition bestimmte Korrekturfaktor wird schließlich zur Korrektur der entsprechenden Bildpunkte des in der jeweiligen Verschiebeposition erfassten Interferogramms 62 verwendet, sodass von der zweiten Auswerteeinheit 36-2 entsprechende helligkeitskorrigierte Interferogramme 62k erzeugt werden. This is followed pixel by pixel via the multi-strip interference pattern 64 all shift positions an averaging. This results in a middle steady light component for each pixel. For each pixel of a multi-strip interference pattern, the difference between the direct light component and the middle direct light component is subsequently formed and a correction factor is determined by means of this difference. For example, the correction factor corresponds to the quotient of the difference between the direct light component and the mean value of the constant light component. This pixel-by-pixel and for a shift position determined correction factor is finally used to correct the corresponding pixels of the detected in the respective shift position interferogram 62 used so by the second evaluation unit 36-2 corresponding brightness-corrected interferograms 62k be generated.

Mit den in den ermittelten Lageinformationen 78 enthaltenen lateralen Lagedifferenzen zwischen benachbarten Verschiebepositionen und den helligkeitskorrigierten Interferogrammen 62k, bzw. in einer Ausführungsvariante ohne der zweiten Auswerteeinheit 32-2 den Interferogrammen 62, für alle Verschiebepositionen bestimmt eine dritte Auswerteeinheit 36-3 der Auswerteeinrichtung 36 mit Hilfe eines Phasenschiebeverfahrens die Ortsableitung der Wellenfront der Messstrahlung 26 bei der Erfassungsfläche 34 in den verwendeten Verschieberichtungen. Dabei wird wegen der nicht äquidistanten Verschiebepositionen bzw. Phasendifferenzen anstelle einer schnellen Fouriertransformation (FFT) eine diskrete Fourieranalyse oder ein Cosinus-Fit verwendet. Aus den Ortsableitungen wird dann die Topographie der Wellenfront der Messstrahlung 26 nach einem Durchlaufen des optischen Abbildungssystems 12 bestimmt. Ein Vergleich der ermittelten Topographie der Wellenfront mit einer Sollwellenfront bestimmt den Wellenfrontfehler 80 des optischen Abbildungssystems 12. Die neben den lateralen Lagedifferenzen ggf. vorliegenden weiteren Freiheitsgrade in den Lagedifferenzen (z-Richtung, Kippstellungen) können dazu genutzt werden, systematische „Bahnfehler“ der das Analysegitter 30 bewegenden Verschiebeeinrichtung zu kalibrieren und ggf. diese Abweichungen als Korrekturwerte in der Steuerung zu berücksichtigen. Außerdem können diese Lageabweichungen auch in den Auswertealgorithmen der Phasenmessung berücksichtigt werden. With the in the determined situation information 78 contained lateral position differences between adjacent displacement positions and the brightness-corrected interferograms 62k , or in a variant without the second evaluation unit 32-2 the interferograms 62 , for all displacement positions, a third evaluation unit determines 36-3 the evaluation device 36 with the help of a phase shift method, the local derivative of the wavefront of the measuring radiation 26 at the detection area 34 in the used displacement statements. In this case, a discrete Fourier analysis or a cosine fit is used instead of a fast Fourier transformation (FFT) because of the non-equidistant displacement positions or phase differences. The topography of the wavefront of the measurement radiation then becomes the location derivative 26 after passing through the optical imaging system 12 certainly. A comparison of the determined topography of the wavefront with a desired wavefront determines the wavefront error 80 of the optical imaging system 12 , The additional degrees of freedom in the position differences (z-direction, tilting positions) that may be present in addition to the lateral position differences can be used to systematically "track errors" of the analysis grid 30 To calibrate moving displacement device and, if necessary, to take these deviations as correction values in the control. In addition, these positional deviations can also be taken into account in the evaluation algorithms of the phase measurement.

Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 36 einen Fokusfehler oder Astigmatismusfehler des optischen Abbildungssystems 12 direkt aus den Mehrstreifeninterferenzmustern 64 bestimmen. Dazu führt die Auswerteeinrichtung 36 zum Beispiel eine x- und y-Ableitung der Phasenverteilung eines Mehrstreifeninterferenzmusters 64 von einer Verschiebeposition durch und bestimmt den Fokus als Mittelwert der x- und y-Kippung der Ableitungen oder den Astigmatismus als Differenz zwischen der x- und y-Kippung. Da bei einer Bestimmung des Fokus und des Astigmatismus des optischen Abbildungssystems 12 mittels des Phasenschiebeverfahrens die Interferogramme von allen Verschiebepostionen berücksichtigt werden, kann eine zeitliche Drift der Abbildungseigenschaften des Abbildungssystems 12 zu Fehlern führen. Diese lassen sich durch die schnell durchführbare direkte Bestimmung aus einem Mehrstreifeninterferenzmuster 64 ermitteln und korrigieren. In addition, the evaluation device 36 a focus error or astigmatism error of the imaging optical system 12 directly from the multi-strip interference patterns 64 determine. This is done by the evaluation device 36 for example, an x and y-derivative of the phase distribution of a multi-band interference pattern 64 from a shift position and determines the focus as the average of the x- and y-tilt of the derivatives or the astigmatism as the difference between the x- and y-tilt. As in determining the focus and astigmatism of the optical imaging system 12 By means of the phase shift method, the interferograms of all shift positions can be taken into account, a temporal drift of the imaging properties of the imaging system 12 lead to errors. These can be determined by the fast feasible direct determination of a multi-strip interference pattern 64 determine and correct.

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein. The above description of exemplary embodiments is to be understood by way of example. The disclosure thus made makes it possible for the skilled person, on the one hand, to understand the present invention and the associated advantages, and on the other hand, in the understanding of the person skilled in the art, also encompasses obvious modifications and modifications of the structures and methods described. It is therefore intended that all such alterations and modifications as fall within the scope of the invention as defined by the appended claims, as well as equivalents, be covered by the scope of the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Messvorrichtung measuring device
12 12
optisches Abbildungssystem optical imaging system
14 14
Objektebene object level
16 16
Bildebene image plane
18 18
optisches Element optical element
20 20
optische Achse optical axis
21 21
Aperturblende aperture
22 22
Pupille pupil
23 23
Strahlungsquelle radiation source
24 24
Bestrahlungseinrichtung irradiation device
26 26
Messstrahlung measuring radiation
28 28
Kohärenzmaske coherence mask
29 29
Maskenhalterung headgear
30 30
Analysegitter analysis grid
31 31
Gitterhalterung grid support
32 32
Detektionseinrichtung detection device
33 33
Detektionstisch detection table
34 34
Erfassungsfläche detecting surface
36 36
Auswerteeinrichtung evaluation
36-1 36-1
erste Auswerteeinheit first evaluation unit
36-2 36-2
zweite Auswerteeinheit second evaluation unit
36-336-3
dritte Auswerteeinheit  third evaluation unit
37 37
Speicher Storage
38 38
Lochblende pinhole
40 40
Messkanal measuring channel
42 42
Translationsrichtung Translation direction
44 44
defokussierendes optisches Element defocusing optical element
46 46
Monitoringkanal monitoring channel
50 50
bildseitiges defokussierendes optisches Element image-defocusing optical element
52 52
bewegtes defokussierendes optisches Element moving defocusing optical element
54 54
Kohärenzstrukturbereich Coherence structure area
55 55
Messkohärenzbereich Measuring coherence area
56 56
Gitterbereich grating region
58 58
Messkanalbereich Measuring channel area
60 60
Monitoringkanalbereich Monitoring channel region
62 62
Interferogramm interferogram
63 63
Detektionstisch detection table
64 64
Mehrstreifeninterferenzmuster More fringe interference pattern
66 66
zweite Messstrahlung mit anderer Wellenlänge second measuring radiation with a different wavelength
68 68
zweite Strahlungsquelle second radiation source
70 70
kreisförmige Ringstruktur Kohärenzmaske circular ring structure coherence mask
72 72
kreisförmige Ringstruktur Analysegitter circular ring structure analysis grid
74 74
elliptische Ringstruktur Kohärenzmaske elliptical ring structure coherence mask
76 76
elliptische Ringstruktur Analysegitter elliptical ring structure analysis grid
78 78
Lageinformation Location information
80 80
Wellenfrontfehler Wavefront error
82 82
Umlenkelement deflecting
123 123
Strahlungsquelle radiation source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 01/63233 A2 [0003] WO 01/63233 A2 [0003]
  • WO 01/63233 [0059, 0063] WO 01/63233 [0059, 0063]

Claims (19)

Messvorrichtung (10) zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems (12) mit einer Bestrahlungseinrichtung (24) zum Durchstrahlen des Abbildungssystems (12) mit einer Messstrahlung (26), einem Analysegitter (30), welches, dem Abbildungssystem nachgeordnet, im Strahlengang (40) der Messstrahlung quer zu einer optischen Achse (20) des Abbildungssystems (12) verschiebbar angeordnet ist, sowie einer Detektionseinrichtung (32) zum Aufzeichnen einer Strahlungsverteilung der Messstrahlung (26), wobei die Messvorrichtung (10) dazu konfiguriert ist, jeweilige mittels des Analysegitters (30) gebildete Interferogramme (62) an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters (30) zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung (32) zu erzeugen, sowie mittels eines, das optische Abbildungssystem (12) durchlaufenden Kontrollstrahlengangs (46) mindestens eine Lageinformation (78) des Analysegitters (30) in mindestens einer der Verschiebepositionen zu ermitteln. Measuring device ( 10 ) for determining a wavefront error of an optical imaging system ( 12 ) with an irradiation device ( 24 ) for irradiating the imaging system ( 12 ) with a measuring radiation ( 26 ), an analysis grid ( 30 ), which, downstream of the imaging system, in the beam path ( 40 ) of the measuring radiation transversely to an optical axis ( 20 ) of the imaging system ( 12 ) is arranged displaceably, as well as a detection device ( 32 ) for recording a radiation distribution of the measuring radiation ( 26 ), wherein the measuring device ( 10 ) is configured to be read by the analysis grid ( 30 ) formed interferograms ( 62 ) at several displacement positions of the analysis grid ( 30 ) for recording on the detection device ( 32 ), and by means of one, the optical imaging system ( 12 ) continuous control beam path ( 46 ) at least one position information ( 78 ) of the analysis grid ( 30 ) in at least one of the shift positions. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lageinformation (78) eine Positionsangabe des Analysegitters (30) in lateraler und/oder in axialer Richtung in Bezug auf die optische Achse und/oder eine Angabe bezüglich einer Kippstellung des Analysegitters umfasst. Measuring device according to claim 1, wherein the at least one position information ( 78 ) a position specification of the analysis grid ( 30 ) in lateral and / or axial direction with respect to the optical axis and / or an indication relating to a tilted position of the analysis grid. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Lageinformation (78) eine Positionsdifferenz zwischen den Verschiebepositionen des Analysegitters (30) in bezüglich der optischen Achse (20) lateraler Richtung umfasst. Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the at least one position information ( 78 ) a position difference between the displacement positions of the analysis grid ( 30 ) in relation to the optical axis ( 20 ) lateral direction. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, die mindestens eine Lageinformation (78) des Analysegitters (30) mittels mindestens zwei unterschiedlichen, das optische Abbildungssystem (12) durchlaufenen Kontrollstrahlengängen zu ermitteln. Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured to store the at least one position information ( 78 ) of the analysis grid ( 30 ) by means of at least two different, the optical imaging system ( 12 ) to determine the transmitted control beam paths. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche dazu konfiguriert ist, eine Topographie der Wellenfront der Messstrahlung (26) nach Durchlaufen des Messstrahlengangs (40) des Abbildungssystems (12) aus den an den einzelnen Verschiebepositionen aufgezeichneten Interferogrammen (62) unter Verwendung der mindestens einen ermittelten Lageinformation (78) zu bestimmen. Measuring device according to one of the preceding claims, which further comprises an evaluation device which is configured to display a topography of the wavefront of the measuring radiation ( 26 ) after passing through the measuring beam path ( 40 ) of the imaging system ( 12 ) from the interferograms recorded at the individual displacement positions ( 62 ) using the at least one determined position information ( 78 ). Messvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Auswerteeinrichtung (36) dazu konfiguriert ist, bei der Bestimmung der Topographie der Wellenfront der Messstrahlung (26) eine diskrete Fourieranalyse auszuführen. Measuring device according to Claim 5, in which the evaluation device ( 36 ) is configured to determine the topography of the wavefront of the measuring radiation ( 26 ) perform a discrete Fourier analysis. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges, mittels des Analysegitters (30) erzeugtes Mehrstreifeninterferenzmuster (64), an den Verschiebepositionen zur Aufzeichnung auf der Detektionseinrichtung (32) zu erzeugen, wobei das Mehrstreifeninterferenzmuster (64) mindestens eine volle Periode von sich abwechselnden Streifen maximaler konstruktiver und maximaler destruktiver Interferenz umfasst, und die Messvorrichtung weiterhin dazu konfigurier ist, die mindestens eine Lageinformation (78) des Analysegitters (30) anhand der aufgezeichneten Mehrstreifeninterferenzmuster (64) zu ermitteln. Measuring device according to one of the preceding claims, which is further configured to use a respective, by means of the analysis grid ( 30 ) generated multi-strip interference pattern ( 64 ), at the displacement positions for recording on the detection device ( 32 ), the multi-band interference pattern ( 64 ) comprises at least one full period of alternating strips of maximum constructive and maximum destructive interference, and the measuring device is further configured to provide the at least one location information ( 78 ) of the analysis grid ( 30 ) based on the recorded multi-band interference patterns ( 64 ) to investigate. Messvorrichtung nach Anspruch 7, welche weiterhin dazu konfiguriert ist, die Ermittlung der Lageinformation des Analysegitters (30) durch Bestimmung der den entsprechenden Mehrstreifeninterenzmustern (64) zugrunde liegenden Phasenverteilungen, Bestimmung einer Differenzverteilung durch Differenzbildung der bestimmten Phasenverteilungen und Mittelung mehrerer Werte aus der Differenzverteilung vorzunehmen. The measuring device of claim 7, further configured to determine the location information of the analysis grid ( 30 ) by determining the corresponding multi-striped interference patterns ( 64 ), determination of a difference distribution by subtraction of the determined phase distributions and averaging of several values from the difference distribution. Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, welche dazu konfiguriert ist, die Mehrstreifeninterferenzmuster (64) jeweils durch defokussierte Einstrahlung der Messstrahlung (26) auf das Analysegitter (30) zu erzeugen. Measuring device according to claim 7 or 8, which is configured to detect the multi-strip interference patterns ( 64 ) in each case by defocused irradiation of the measuring radiation ( 26 ) on the analysis grid ( 30 ) to create. Messvorrichtung nach Anspruch 9, welche ein defokussierendes optisches Element (44, 50, 52) umfasst, welches im Abbildungsstrahlengang des optischen Abbildungssystems (12) zur defokussierten Einstrahlung der Messstrahlung (26) auf das Analysegitter (30) angeordnet ist. Measuring device according to claim 9, which comprises a defocussing optical element ( 44 . 50 . 52 ), which in the imaging beam path of the optical imaging system ( 12 ) for the defocused irradiation of the measuring radiation ( 26 ) on the analysis grid ( 30 ) is arranged. Messvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Bestrahlungseinrichtung (24) eine wellenformende Kohärenzstruktur (54) zur defokussierten Einstrahlung der Messstrahlung (26) auf das Analysegitter (30) aufweist, welche gegenüber einer Objektebene (14) des Abbildungssystems (12) versetzt angeordnet ist, und/oder ein der Erzeugung des Mehrstreifeninterferenzmusters (64) dienender Bereich (56) des Analysegitters (30) gegenüber einer der Objektebene (14) zugeordneten Bildebene (16) versetzt angeordnet ist. Measuring device according to Claim 9, in which the irradiation device ( 24 ) a waveshaping coherence structure ( 54 ) for the defocused irradiation of the measuring radiation ( 26 ) on the analysis grid ( 30 ), which are opposite an object plane ( 14 ) of the imaging system ( 12 ) and / or one of the generation of the multi-strip interference pattern ( 64 ) serving area ( 56 ) of the analysis grid ( 30 ) with respect to one of the object levels ( 14 ) associated image plane ( 16 ) is arranged offset. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, welche weiterhin dazu konfiguriert ist, Fokusfehler und/oder Astigmatismusfehler des optischen Abbildungssystems (12) direkt aus dem jeweiligen Mehrstreifeninterferenzmuster (64) zu bestimmen. Measuring device according to one of claims 7 to 11, which is further configured to focus error and / or astigmatism error of the optical imaging system ( 12 ) directly from the respective multi-strip interference pattern ( 64 ). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche derart konfiguriert ist, dass die Messstrahlung im Kontrollstrahlengang einen kleineren Flächenbereich einer Pupille (22) des optischen Abbildungssystems (12) durchstrahlt als die Messstrahlung zur Erzeugung eines der Interferogramme (62). Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured such that the measuring radiation in the control beam path has a smaller surface area of a pupil ( 22 ) of optical imaging system ( 12 ) radiates as the measuring radiation for generating one of the interferograms ( 62 ). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Messstrahlung (66) im Kontrollstrahlengang eines Mehrstreifeninterferenzmusters (64) eine andere Wellenlänge als die Messstrahlung (26) zur Erzeugung eines der Interferogramme (62) aufweist. Measuring device according to one of the preceding claims, in which the measuring radiation ( 66 ) in the control beam path of a multi-strip interference pattern ( 64 ) a different wavelength than the measuring radiation ( 26 ) for generating one of the interferograms ( 62 ) having. Messvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Wellenlänge der Messstrahlung (66) für ein Mehrstreifeninterferenzmuster (64) so ausgewählt ist, dass eine chromatische Aberration des optischen Abbildungssystems (10) eine zur Erzeugung des Mehrstreifeninterferenzmusters geeignete Defokussierung der Messstrahlung (66) bewirkt. Measuring device according to Claim 14, in which the wavelength of the measuring radiation ( 66 ) for a multi-strip interference pattern ( 64 ) is selected so that a chromatic aberration of the optical imaging system ( 10 ) a defocusing of the measuring radiation suitable for generating the multi-strip interference pattern ( 66 ) causes. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der ein Bereich des Analysegitters (30) und/oder einer eingangsseitig bezüglich des optischen Abbildungssystems (12) angeordneten Kohärenzmaske ringförmige Strukturen (70, 72, 74, 78) aufweist. Measuring device according to one of the preceding claims, wherein a portion of the analysis grid ( 30 ) and / or an input side with respect to the optical imaging system ( 12 ) arranged coherence mask annular structures ( 70 . 72 . 74 . 78 ) having. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, welche weiterhin dazu konfiguriert ist, eine Helligkeitsschwankung der Messstrahlung (26) vor dessen Eintritt in das optische Abbildungssystem (12) mittels einer Mehrzahl der erfassten Mehrstreifeninterferenzmuster (64) zu bestimmen. Measuring device according to one of claims 7 to 16, which is further configured to a brightness variation of the measuring radiation ( 26 ) before it enters the optical imaging system ( 12 ) by means of a plurality of the detected multi-strip interference patterns ( 64 ). Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer sowie der Messvorrichtung (10) nach einem der vorausgehenden Ansprüche zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers des Projektionsobjektivs. Projection exposure apparatus for microlithography with a projection objective for imaging mask structures on a wafer and the measuring device ( 10 ) according to any one of the preceding claims for determining a wavefront error of the projection lens. Verfahren zum Bestimmen eines Wellenfrontfehlers eines optischen Abbildungssystems (12) mit den Schritten: – Durchstrahlen eines Messstrahlengangs (40) des Abbildungssystems (12) mit einer Messstrahlung (26), – Anordnen eines diffraktiven Analysegitters (30) im ausgangsseitigen Messstrahlengang des Abbildungssystems (12) und Verschieben des Analysegitters (30) quer zu einer optischen Achse (20) des Abbildungssystems (12), – Aufzeichnen jeweiliger, mittels des Analysegitters (30) auf einer Detektionseinrichtung (32) gebildeter Interferogramme (62) an mehreren Verschiebepositionen des Analysegitters (30), – Ermitteln mindestens einer Lageinformation (78) des Analysegitters (30) in mindestens einer der Verschiebepositionen mittels eines, das optische Abbildungssystem (12) durchlaufenden Kontrollstrahlengangs, sowie – Bestimmen einer Topographie der Wellenfront der Messstrahlung (26) nach Durchlaufen des Messstrahlengangs (40) des Abbildungssystems (12) aus den an den einzelnen Verschiebepositionen aufgezeichneten Interferogrammen (62) unter Verwendung der mindestens einen ermittelten Lageinformation (78). Method for determining a wavefront error of an optical imaging system ( 12 ) comprising the steps: - irradiation of a measuring beam path ( 40 ) of the imaging system ( 12 ) with a measuring radiation ( 26 ), - arranging a diffractive analysis grid ( 30 ) in the output-side measuring beam path of the imaging system ( 12 ) and moving the analysis grid ( 30 ) transverse to an optical axis ( 20 ) of the imaging system ( 12 ), - recording respective, by means of the analysis grid ( 30 ) on a detection device ( 32 ) formed interferograms ( 62 ) at several displacement positions of the analysis grid ( 30 ), - determining at least one position information ( 78 ) of the analysis grid ( 30 ) in at least one of the displacement positions by means of one, the optical imaging system ( 12 ) continuous control beam path, and - determining a topography of the wavefront of the measuring radiation ( 26 ) after passing through the measuring beam path ( 40 ) of the imaging system ( 12 ) from the interferograms recorded at the individual displacement positions ( 62 ) using the at least one determined position information ( 78 ).
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