DE102017210636A1

DE102017210636A1 - Measuring device for measuring a lateral aberration of an imaging optical module

Info

Publication number: DE102017210636A1
Application number: DE102017210636.0A
Authority: DE
Inventors: Eric S. Buice
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2017-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls (12). Die Messvorrichtung (10) umfasst ein Einstrahlmodul (14), welches dazu konfiguriert ist, zwei Messstrahlen (34, 36) unterschiedlicher optischer Frequenz sowie unterschiedlicher Einstrahlrichtung auf das optische Modul (12) einzustrahlen. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung (10) ein Reflexionsmodul (50) zur Anordnung im Strahlengang der Messstrahlen nach Durchlaufen des optischen Moduls (12). Das Reflexionsmodul (50) ist dazu konfiguriert, die Messstrahlen in das optische Modul (12) zurück zu reflektieren. Ein Detektionsmodul (60) der Messvorrichtung (10) ist dazu konfiguriert, die zwei Messstrahlen nach abermaligem Durchlaufen des optischen Moduls (12) zur Ausbildung eines Überlagerungsmusters zu überlagern. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messanordnung mit einem abbildenden optischen Modul, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie und ein Verfahren zum Vermessen eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls.The invention relates to a measuring device (10) for measuring a lateral aberration of an imaging optical module (12). The measuring device (10) comprises an irradiation module (14) which is configured to irradiate two measuring beams (34, 36) of different optical frequency and different irradiation direction onto the optical module (12). Furthermore, the measuring device (10) comprises a reflection module (50) for arrangement in the beam path of the measuring beams after passing through the optical module (12). The reflection module (50) is configured to reflect the measurement beams back into the optical module (12). A detection module (60) of the measuring device (10) is configured to superimpose the two measuring beams after repeated passage through the optical module (12) to form an overlay pattern. The invention further relates to a measuring arrangement with an imaging optical module, a projection exposure apparatus for microlithography and a method for measuring a lateral aberration of an imaging optical module.

Description

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Messanordnung mit einem abbildenden optischen Modul, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer und ein Verfahren zum Vermessen eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls. The invention relates to a measuring device for measuring a lateral aberration of an imaging optical module. Furthermore, the invention relates to a measuring arrangement with an imaging optical module, a projection exposure apparatus for microlithography with a projection objective for imaging mask structures onto a wafer and a method for measuring a lateral imaging error of an imaging optical module.

Interferometrische Vorrichtungen zur optischen Weglängenbestimmung lassen sich beispielsweise in Form eines Sichtlinien- oder Line-of-Sight-Sensors auch für eine Vermessung von lateralen Abbildungsfehlern einer abbildenden optischen Anordnung verwenden. Laterale Abbildungsfehler sind insbesondere seitliche Abweichungen eines von der optischen Anordnung erzeugten Bildes von einer Solllage in einer Bildebene. Üblicherweise wird bei einer interferometrischen Distanzbestimmung ein Lichtstrahl in einen Referenzstrahl und einen Messstrahl aufgeteilt. Der Messstrahl läuft über die zu vermessende Strecke und wird am Ende von einem Reflektor in sich zurückreflektiert. Bei einer Überlagerung des reflektierten Messstrahls mit dem Referenzstrahl bildet sich in einer Erfassungsebene ein von der Weglänge abhängiges Interferenzmuster. Eine Auswertung des jeweiligen Interferenzmusters erlaubt eine genaue Bestimmung der Weglänge. Auf diese Weise lassen sich auch Weglängen von Lichtstrahlen beim Durchlaufen einer abbildenden optischen Anordnung und somit Abweichungen von einer Sollweglänge beziehungsweise laterale Abbildungsfehler bestimmen. Für eine sehr präzise Weglängenbestimmung sind heterodyne Interferometer bekannt, welche beispielsweise für einen Referenzstrahl und einen Messstrahl jeweils einen Lichtstrahl mit unterschiedlicher Frequenz verwenden. Bei einer Überlagerung dieser Strahlen entsteht eine Schwebung, die sich elektronisch sehr genau erfassen lässt. Interferometric devices for optical path length determination can also be used, for example in the form of a line of sight or line-of-sight sensor, for measuring lateral aberrations of an imaging optical arrangement. Lateral aberrations are, in particular, lateral deviations of an image generated by the optical arrangement from a desired position in an image plane. Usually, in an interferometric distance determination, a light beam is split into a reference beam and a measurement beam. The measuring beam runs over the track to be measured and is reflected back by a reflector at the end. When the reflected measuring beam is superposed with the reference beam, an interference pattern which is dependent on the path length is formed in a detection plane. An evaluation of the respective interference pattern allows an accurate determination of the path length. In this way, it is also possible to determine path lengths of light beams when passing through an imaging optical arrangement and thus deviations from a desired path length or lateral aberrations. For a very precise Weglängenbestimmung heterodyne interferometers are known, which use, for example, a light beam with a different frequency for a reference beam and a measuring beam. If these beams are superimposed, a beating occurs which can be detected very precisely by electronic means.

In der WO 2010/030179 A1 wird ein heterodynes Laserinterferometer beschrieben, bei dem zwei Lichtbündel mit unterschiedlicher Frequenz und zueinander orthogonaler Polarisation in einem gemeinsamen Strahlengang zunächst auf einen ersten Strahlenteiler treffen, bei dem jeweils ein Anteil der Lichtbündel auf einen Referenzdetektor umgelenkt wird. Die jeweils anderen Anteile laufen zu einem polarisierenden Strahlenteiler. Der polarisierende Strahlenteiler und die jeweilige Polarisation der Lichtbündel sind dabei so konfiguriert, dass eines der Lichtbündel mit einer ersten Frequenz den Strahlenteiler als Messstrahl ohne Ablenkung passiert. Das andere Lichtbündel mit einer zweiten Frequenz wird vom Strahlenteiler senkrecht abgelenkt und als Referenzstrahl verwendet. In the WO 2010/030179 A1 a heterodyne laser interferometer is described in which two light bundles with different frequency and mutually orthogonal polarization in a common beam path first encounter a first beam splitter, in which a portion of the light beam is deflected to a reference detector. The other parts run to a polarizing beam splitter. The polarizing beam splitter and the respective polarization of the light bundles are configured so that one of the light beams at a first frequency passes through the beam splitter as a measuring beam without deflection. The other light beam with a second frequency is deflected vertically by the beam splitter and used as a reference beam.

Der Referenzstrahl durchläuft eine λ/4-Platte und wird anschließende von einem Retroreflektor in sich zurückreflektiert. Nach erneutem Durchlaufen der λ/4-Platte weist der Referenzstrahl eine um 90° gedrehte Polarisation auf, durchquert den polarisierenden Strahlenteiler ohne Ablenkung und trifft dann auf einen zweiten Detektor. Der Messstrahl durchläuft ebenfalls eine λ/4-Platte und wird dann von einem am Ende der zu vermessenden Strecke angeordneten Retroreflektor in sich zurückreflektiert. Nach einem erneuten Passieren der λ/4-Platte hat der Messstrahl eine ebenfalls um 90° gedrehte Polarisation und wird vom polarisierenden Strahlenteiler senkrecht in Richtung des zweiten Detektors abgelenkt. The reference beam passes through a λ / 4 plate and is subsequently reflected back by a retroreflector. After passing through the λ / 4 plate again, the reference beam has a polarization rotated by 90 °, passes through the polarizing beam splitter without deflection and then impinges on a second detector. The measuring beam likewise passes through a λ / 4 plate and is then reflected back into itself by a retroreflector arranged at the end of the section to be measured. After re-passing the λ / 4 plate, the measuring beam has a polarization also rotated by 90 ° and is deflected by the polarizing beam splitter perpendicularly in the direction of the second detector.

Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Detektor überlagern sich die Lichtbündel unterschiedlicher Frequenz zu einer Schwebung. Aus einem Vergleich der Phasenlage der Schwebungen beim Referenzdetektor und beim zweiten Detektor lässt sich sehr genau der Weglängenunterschied zwischen dem Referenzstrahl und dem Messstrahl bestimmen. Weiterhin werden in der WO 2010/030179 A1 heterodyne Interferometer mit parallel zueinander, aber räumlich getrennt voneinander verlaufenden Lichtbündeln unterschiedlicher Frequenz beschrieben. In both the first and the second detector, the light bundles of different frequencies are superimposed to a beat. From a comparison of the phase position of the beats in the reference detector and the second detector can be very accurately determine the path length difference between the reference beam and the measuring beam. Furthermore, in the WO 2010/030179 A1 heterodyne interferometer described with parallel to each other, but spatially separated from each other light bundles of different frequencies.

Ein Problem bei den bekannten heterodynen Messvorrichtungen sind periodische Nichtlinearitätsfehler. Solche Messfehler treten zum Beispiel dadurch auf, dass der polarisierende Strahlenteiler die beiden Lichtbündel mit unterschiedlicher Frequenz und zueinander orthogonaler Polarisation nicht komplett trennt, sondern einen kleinen Anteil mit falscher Polarisation beziehungsweise Frequenz in einen dafür nicht vorgesehenen Strahlengang passieren lässt. Auch können die von einer Strahlenquelle kommenden Lichtbündel mit unterschiedlichen Frequenzen jeweils nicht vollständig die vorgesehene Polarisation aufweisen, sondern zu einem kleinen Anteil auch die jeweils andere Polarisation enthalten. One problem with the known heterodyne measuring devices is periodic nonlinearity errors. Such measurement errors occur, for example, in that the polarizing beam splitter does not completely separate the two light bundles having different frequencies and mutually orthogonal polarization, but allows a small portion with incorrect polarization or frequency to pass into a beam path not provided for this purpose. Also, the light beams coming from a radiation source with different frequencies can not each completely have the intended polarization, but also contain the other polarization to a small extent.

Diese fehlerhaften Anteile passieren den polarisierenden Strahlenteiler auf unerwünschte Weise und erzeugen ebenfalls periodische Nichtlinearitäten. Die periodischen Nichtlinearitätsfehler wirken sich besonders bei einer hochgenauen Vermessung von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie, beispielsweise für die Mikrolithographie im extremen ultravioletten(EUV-)Wellenlängenbereich, sehr störend aus und verhindern eventuell sogar eine Verwendung eine der bekannten heterodynen Messvorrichtungen für eine Vermessung eines solchen abbildenden optischen Moduls. These erroneous components undesirably pass the polarizing beam splitter and also produce periodic nonlinearities. The periodic non-linearity errors are particularly troublesome in highly accurate measurement of microlithography projection objectives, such as extreme ultraviolet (EUV) wavelength microlithography, and may even prevent use of any of the known heterodyne measuring devices for measuring such imaging optical module.

Zugrunde liegende Aufgabe Underlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden und eine Messgenauigkeit bei einer Bestimmung eines Abbildungsfehlers eines optischen Moduls, insbesondere durch eine Vermeidung von periodischen Nichtlinearitäten, erhöht wird. It is an object of the invention to provide an apparatus and a method whereby the aforementioned problems are solved and a measurement accuracy is increased in a determination of a aberration of an optical module, in particular by avoiding periodic nonlinearities.

Erfindungsgemäße Lösung Inventive solution

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die nachstehende Messvorrichtung zur Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls gelöst. Die Messvorrichtung umfasst ein Einstrahlmodul, welches dazu konfiguriert ist, zwei Messstrahlen unterschiedlicher optischer Frequenz sowie unterschiedlicher Einstrahlrichtung auf das optische Modul einzustrahlen. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung ein Reflexionsmodul zur Anordnung im Strahlengang der Messstrahlen nach Durchlaufen des optischen Moduls, wobei das Reflexionsmodul dazu konfiguriert ist, die Messstrahlen in das optische Modul zurück zu reflektieren. Ein Detektionsmodul der Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, die zwei Messstrahlen nach abermaligem Durchlaufen des optischen Moduls zur Ausbildung eines Überlagerungsmusters zu überlagern. The above object is achieved by the following measuring device for measuring a lateral aberration of an imaging optical module. The measuring device comprises a Einstrahlmodul, which is configured to irradiate two measuring beams of different optical frequency and different irradiation direction to the optical module. Furthermore, the measuring device comprises a reflection module for arrangement in the beam path of the measuring beams after passing through the optical module, wherein the reflection module is configured to reflect the measuring beams back into the optical module. A detection module of the measuring device is configured to superimpose the two measuring beams after repeated passage through the optical module to form an overlay pattern.

Die optischen Frequenzen der zwei von dem Einstrahlmodul bereitgestellten Messstrahlen unterscheiden sich vorzugsweise nur geringfügig, jedoch ausreichend um bei Überlagerung eine Schwebung auf dem Detektor zu erzeugen, wie es bei einem heterodynen Interferometer üblich ist. Beispielsweise unterscheiden sich bei Verwendung eines Helium-Neon-Lasers als Messstrahlenquelle die optischen Frequenzen um 2 bis 20 MHz. Ein Weglängenunterschied zwischen den Strahlengängen der beiden Messstrahlen lässt sich sehr präzise mittels der Phase der Schwebung bestimmen. The optical frequencies of the two measuring beams provided by the irradiation module preferably differ only slightly, but sufficiently to produce a beat on superimposition on the detector, as is usual in a heterodyne interferometer. For example, when using a helium-neon laser as a measuring beam source, the optical frequencies differ by 2 to 20 MHz. A path length difference between the beam paths of the two measuring beams can be determined very precisely by means of the phase of the beat.

Die Messstrahlen durchlaufen räumlich getrennt das zu vermessende optische Modul. Dabei weisen die Strahlengänge eine unterschiedliche Einstrahlrichtung bezüglich des optischen Moduls auf. Insbesondere verlaufen die Messstrahlen nicht parallel zueinander. Durch diese räumliche Trennung der Strahlengänge werden eine Vermeidung von Geister- bzw. Doppelbildern und eine Vermischung von Polarisationszuständen erreicht. Somit werden periodische Nichtlinearitäten im Messsignal bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung weitestgehend verhindert. The measuring beams are separated from each other by the optical module to be measured. In this case, the beam paths have a different irradiation direction with respect to the optical module. In particular, the measuring beams do not run parallel to one another. By this spatial separation of the beam paths, an avoidance of ghost or double images and a mixture of polarization states are achieved. Thus, periodic nonlinearities in the measurement signal are largely prevented in the measuring device according to the invention.

Zum Erfassen des Überlagerungsmusters, insbesondere einer Phase einer Schwebung, enthält das Detektionsmodul vorzugsweise mindestens einen Detektor. Der oder die Detektoren sind beispielsweise elektronische Strahlungsdetektoren und ermöglichen zusammen mit einer elektronischen Auswerteeinheit ein Erfassen und Auswerten des Überlagerungsmusters der Messstrahlen. Solche für die Messvorrichtung geeignete Detektoren und Auswertevorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. For detecting the overlay pattern, in particular a phase of a beat, the detection module preferably contains at least one detector. The detector or detectors are, for example, electronic radiation detectors and, together with an electronic evaluation unit, make it possible to detect and evaluate the superposition pattern of the measuring beams. Such detectors and evaluation devices suitable for the measuring device are known to the person skilled in the art.

Mittels der detektierten Überlagerung lassen sich sehr genau Weglängenunterschiede zwischen den Strahlengängen durch das optische Modul und somit laterale Abbildungsfehler des optischen Moduls bestimmen. Ein lateraler Abbildungsfehler des abbildenden optischen Moduls gibt in diesem Zusammenhang an, in welchem Maße die laterale Lage eines mittels des optischen Moduls erzeugten Bildes von einer Solllage abweicht. Unter der lateralen Lage des Bildes wird dessen Lage in der Bildebene verstanden. By means of the detected superposition, path length differences between the beam paths through the optical module and thus lateral aberrations of the optical module can be determined very accurately. A lateral aberration of the imaging optical module indicates in this context to what extent the lateral position of an image generated by means of the optical module deviates from a desired position. The lateral position of the image is understood to mean its position in the image plane.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung zur Vermessung einer lateralen Abbildungsstabilität eines abbildenden optischen Moduls für die Mikrolithographie, insbesondere eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie konfiguriert. Zur Anordnung und Ausrichtung des abbildenden optischen Moduls in der Messvorrichtung umfasst diese nach einer Ausführungsform eine Halterung zum justierbaren Fixieren des optischen Moduls während einer Vermessung. According to one embodiment, the measuring device is configured to measure a lateral imaging stability of an imaging optical module for microlithography, in particular of a projection objective for microlithography. For arranging and aligning the imaging optical module in the measuring device, according to one embodiment, it comprises a holder for adjustably fixing the optical module during a measurement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Einstrahlmodul der Messvorrichtung dazu konfiguriert, weitere zwei Messstrahlen unterschiedlicher optischer Frequenz sowie unterschiedlicher Einstrahlrichtung derart auf das optische Modul einzustrahlen, dass diese nach Reflexion am Reflexionsmodul und wiederholtem Durchlaufen des optischen Moduls im Detektionsmodul ein Überlagerungsmuster bilden, welches von dem durch die Überlagerung der ersten zwei Messstrahlen gebildeten Überlagerungsmuster örtlich getrennt ist. Insbesondere entsprechen die unterschiedlichen optischen Frequenzen der zwei weiteren Messstrahlen den optischen Frequenzen der ersten zwei Messstrahlen. Mit diesen Maßnahmen wird die Genauigkeit der Messvorrichtung erhöht und weitere Bereiche des zu vermessenden optischen Moduls bei einer Messung erfasst. According to a further embodiment of the invention, the irradiation module of the measuring device is configured to irradiate further two measuring beams of different optical frequency and different irradiation direction onto the optical module such that they form a superposition pattern after reflection at the reflection module and repeated passage through the optical module in the detection module is spatially separated from the overlay pattern formed by the superposition of the first two measurement beams. In particular, the different optical frequencies of the two further measuring beams correspond to the optical frequencies of the first two measuring beams. With these measures, the accuracy of the measuring device is increased and detected further areas of the optical module to be measured in a measurement.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform spannen die Reflexionsorte der zwei weiteren Messstrahlen mit den Reflexionsorten der ersten zwei Messstrahlen beim Reflexionsmodul ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat auf. Für eine Erfassung der räumlich getrennten Überlagerungsmuster kann das Detektionsmodul zwei Detektoren enthalten, welche jeweils ein Überlagerungsmuster elektronisch erfassen. Alternativ kann die Erfassung durch einen Detektor mit einer beide Überlagerungsmuster umfassenden Erfassungsfläche erfolgen. In an embodiment according to the invention, the reflection locations of the two further measurement beams with the reflection locations of the first two measurement beams span a rectangle, in particular a square, at the reflection module. For detection of the spatially separated overlay patterns, the detection module may include two detectors, each electronically detecting an overlay pattern. Alternatively, the detection may be performed by a detector having a detection surface comprising both overlay patterns.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform eine Auswertevorrichtung zum Ermitteln eines lateralen Abbildungsfehlers des optischen Moduls unter Berücksichtigung beider erfasster Überlagerungsmuster ausgebildet. Insbesondere kann eine Differenzbildung zwischen beiden erfassten Überlagerungsmustern durch die Auswertevorrichtung vorgesehen sein. Furthermore, according to one embodiment, an evaluation device for determining a lateral aberration of the optical module taking into account both detected overlay patterns is formed. In particular, a difference between the two detected overlay patterns can be provided by the evaluation device.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weicht der für den jeweiligen Messstrahl vor der Reflexion am Reflexionsmodul liegende Strahlengang von dem nach der Reflexion am Reflexionsmodul liegenden Strahlengang ab. Vorzugsweise ist die Abweichung derart ausgebildet, dass der nach der Reflexion am Reflexionsmodul liegende Strahlengang nicht zum Einstrahlmodul sondern zu einem räumlich davon getrennten Detektionsmodul führt. Das Einstrahlmodul kann somit separat vom Detektionsmodul ausgeführt werden, d.h. das Detektionsmodul ist nicht in das Einstrahlmodul integriert. Bei einer solchen Ausführungsform handelt es sich bei dem Einstrahlmodul und dem Detektionsmodul um eigenständige Module, welche jedes für sich in der Messvorrichtung angeordnet, ausgetauscht und justiert werden können. Vorzugsweise ist das Detektionsmodul unmittelbar neben dem Einstrahlmodul angeordnet, wodurch nur eine geringfügige Abweichung zwischen den Strahlengängen vor und nach der Reflexion zur räumlichen Trennung der Module notwendig ist. According to one embodiment of the invention, the beam path lying before the reflection at the reflection module for the respective measuring beam deviates from the beam path lying after the reflection at the reflection module. Preferably, the deviation is designed in such a way that the beam path lying on the reflection module after the reflection does not lead to the irradiation module but to a detection module spatially separated therefrom. The irradiation module can thus be carried out separately from the detection module, i. the detection module is not integrated in the irradiation module. In such an embodiment, the irradiation module and the detection module are independent modules, which can each be arranged, exchanged and adjusted individually in the measuring device. Preferably, the detection module is arranged directly next to the irradiation module, whereby only a slight deviation between the beam paths before and after the reflection is necessary for the spatial separation of the modules.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Einstrahlrichtungen der zwei Messstrahlen in Bezug auf eine optische Achse der Messvorrichtung zueinander symmetrisch ausgerichtet und ist das Reflexionsmodul derart konfiguriert, dass ein jeweiliger bei der Zurückreflexion des entsprechenden Messstrahls auftretender Raumwinkel zwischen Einfallsrichtung und Ausfallsrichtung kleiner ist als der Raumwinkel zwischen der betreffenden Einfallsrichtung und der optischen Achse. Mit anderen Worten ist das Reflexionsmodul derart konfiguriert, dass die Messstrahlen jeweils im Wesentlichen in sich selbst zurückreflektiert werden, wobei eine Abweichung von der genauen in sich Zurückreflexion zugelassen ist. Der Raumwinkel dieser Abweichung ist jedoch kleiner als der Raumwinkel zwischen der Einfallsrichtung des entsprechenden Messstrahls auf das Reflexionsmodul und der optischen Achse. In one embodiment of the invention, the irradiation directions of the two measuring beams with respect to an optical axis of the measuring device are symmetrical to each other and the reflection module is configured such that a respective occurring during the back reflection of the corresponding measuring beam solid angle between the direction of arrival and the direction of exit is smaller than the solid angle between the respective direction of incidence and the optical axis. In other words, the reflection module is configured in such a way that the measurement beams are respectively reflected back substantially in themselves, with a deviation from the exact inherent back-reflection being permitted. However, the solid angle of this deviation is smaller than the solid angle between the direction of incidence of the corresponding measuring beam on the reflection module and the optical axis.

Vorzugsweise wird das optische Modul derart in der Messvorrichtung justiert, dass die optische Achse des optischen Moduls parallel zur optischen Achse der Messvorrichtung ist oder mit dieser übereinstimmt. Hierfür enthält die Messvorrichtung beispielsweise eine geeignete Halterung für das optische Modul. Alternativ ist auch eine entsprechende Anordnung und Justierung der Messvorrichtung möglich. Preferably, the optical module is adjusted in the measuring device such that the optical axis of the optical module is parallel to or coincides with the optical axis of the measuring device. For this purpose, the measuring device contains, for example, a suitable holder for the optical module. Alternatively, a corresponding arrangement and adjustment of the measuring device is possible.

Zur Rückreflexion der Messstrahlen weist das Reflexionsmodul zum Beispiel Prismen oder Littrowgitter auf. Gemäß einer Ausführungsform ist das Reflexionsmodul zur genauen in sich Zurückreflexion von Messstrahlen bei einer senkrecht zur Einfallsebene ausgerichteten Reflexionsfläche ausgebildet, und das Reflexionsmodul so aus einer Senkrechten zur Einfallsebene gekippt, dass die oben beschriebene Abweichung von der genauen in sich Zurückreflexion erfolgt. For the return reflection of the measurement beams, the reflection module has, for example, prisms or littrow gratings. According to one embodiment, the reflection module is designed for accurate reflection of measurement beams back at a reflection surface aligned perpendicular to the plane of incidence, and the reflection module tilted from a perpendicular to the plane of incidence so that the above-described deviation from the exact in itself back reflection.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dabei das Reflexionsmodul derart konfiguriert, dass der bei der Zurückreflexion auftretende Raumwinkel zwischen Einfallsrichtung und Ausfallsrichtung für jeden der Messstrahlen mindestens 0,1° beträgt. Insbesondere beträgt der bei der Zurückreflexion auftretende Raumwinkel zwischen Einfallsrichtung und Ausfallsrichtung für jeden der Messstrahlen mindestens 0,1° und maximal 2°, insbesondere maximal 1°. Mit anderen Worten ist der Raumwinkel so gewählt, dass einfallende und reflektierte Messstrahlen jeweils gleiche oder unmittelbar benachbarte Bereiche im zu vermessenden optischen Modul durchlaufen und gleichzeitig eine ausreichende räumliche Trennung des reflektierten Messstrahls beim Detektionsmodul vom einfallenden Messstrahls des Einstrahlmoduls erfolgt. In accordance with an embodiment of the invention, the reflection module is configured in such a way that the solid angle between the direction of incidence and the direction of emergence occurring during the retro-reflection is at least 0.1 ° for each of the measurement beams. In particular, the solid angle occurring in the back reflection between the direction of incidence and the direction of failure for each of the measurement beams is at least 0.1 ° and at most 2 °, in particular at most 1 °. In other words, the solid angle is selected such that incident and reflected measuring beams each pass through identical or immediately adjacent regions in the optical module to be measured and at the same time there is sufficient spatial separation of the reflected measuring beam in the detection module from the incident measuring beam of the irradiation module.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Einstrahlmodul dazu konfiguriert, die zwei Messstrahlen derart einzustrahlen, dass sie sich vor dem Eintritt in das abbildende optische Modul kreuzen. Vorzugsweise kreuzen sich die Messstrahlen in einer bezüglich des optischen Moduls zur Reflexionsebene konjugierten Ebene. Beispielsweise kreuzen sich die Messstrahlen bei einer Anordnung der Reflexionsebene in der Bildebene des abbildenden optischen Moduls in einer Objektebene oder einer anderen zur Bildebene konjugierten Ebene des optischen Moduls. In diesem Fall erfolgt somit eine Abbildung des Kreuzungsbereichs auf die Reflexionsebene des Reflexionsmoduls. Laterale Abweichungen von einer Solllage der Abbildung lassen sich so besonders effektiv bestimmen. Bei einer Verwendung von vier Messstrahlen kreuzen sich nach einer Ausführungsform der Erfindung jeweils zwei Messstrahlen an räumlich getrennten Orten in einer zur Reflexionsebene konjugierten Ebene. Das Kreuzen der eingestrahlten Messstrahlen kann die Einkopplung des Messlichts in das optischen Modul erleichtern. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch auf das Kreuzen der eingestrahlten Messstrahlen verzichtet werden. In one embodiment of the invention, the irradiation module is configured to irradiate the two measurement beams such that they intersect before entering the imaging optical module. Preferably, the measurement beams intersect in a plane conjugate to the reflection plane with respect to the optical module. For example, with an arrangement of the reflection plane in the image plane of the imaging optical module, the measurement beams intersect in an object plane or another plane of the optical module conjugate to the image plane. In this case, an image of the crossing region thus takes place on the reflection plane of the reflection module. Lateral deviations from a desired position of the image can thus be determined particularly effectively. When four measurement beams are used, according to one embodiment of the invention, two measurement beams each intersect at spatially separated locations in a plane conjugate to the reflection plane. The crossing of the irradiated measuring beams can facilitate the coupling of the measuring light into the optical module. According to an alternative embodiment, it is also possible to dispense with the crossing of the irradiated measuring beams.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfassen die Messstrahlen polarisierte Strahlung mit gleichem Polarisationszustand. Vorzugsweise weisen die Messstrahlen eine Polarisation auf, bei welcher das zu vermessende optische Modul mit möglichst geringen Verlusten abbildet. Beispielsweise weisen alle Messstrahlen einen s-Polarisationszustand auf. Als s-Polarisation wird eine Polarisation senkrecht zur Einfallsebene bezeichnet. Messstrahlen mit s-Polarisation eignen sich besonders zur Vermessung von abbildenden optischen Modulen, welche für Strahlung mit s-Polarisation optimiert sind, wie beispielsweise Projektionsobjektive für die Mikrolithographie im EUV-Strahlungsbereich mit zur Reflexion von s-polarisierter Strahlung optimierten Spiegeln. According to a further embodiment of the invention, the measuring beams comprise polarized radiation with the same polarization state. Preferably, the measuring beams have a polarization at which the to be measured optical module with the lowest possible losses. For example, all measuring beams have an s-polarization state. The s-polarization is a polarization perpendicular to the plane of incidence. Measuring beams with s-polarization are particularly suitable for measuring imaging optical modules which are optimized for radiation with s-polarization, such as projection objectives for microlithography in the EUV radiation range with mirrors optimized for the reflection of s-polarized radiation.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einstrahlmodul eine oder mehrere Wellenplatten, z.B. Halbwellenplatten, im Strahlengang der Messstrahlen, welche so konfiguriert sind, dass alle Messstrahlen nach einer Reflexion am Reflexionsmodul und einem erneuten Durchlaufen des optischen Moduls den gleichen Polarisationszustand aufweisen. In one embodiment of the invention, the irradiation module comprises one or more wave plates, e.g. Half-wave plates, in the beam path of the measuring beams, which are configured so that all measuring beams have the same state of polarization after reflection on the reflection module and a renewed passage through the optical module.

Das Detektionsmodul umfasst nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen polarisierenden Strahlteiler sowie mindestens eine Halbwellenplatte. Vorzugsweise sind zwei Halbwellenplatten vorgesehen, welche jeweils von mindestens einen Messstrahl durchlaufen werden. Ein polarisierender Strahlenteiler lenkt beispielsweise s-polarisierte Strahlung um, während parallel zur Einfallsebene polarisierte Strahlung, d.h. Strahlung mit p-Polarisation, den Strahlenteiler ohne Richtungsänderung passiert. Mit Halbwellenplatten, welche auch λ/2-Platten genannt werden, lässt sich eine s-Polarisation in eine p-Polarisation umwandeln und umgekehrt. Je nach Verwendung der Halbleiterplatten wird ein gewünschter Strahlengang der Messstrahlen durch den polarisierenden Strahlenteiler für eine anschließende Überlagerung von Messstrahlen bei einem oder mehreren Detektoren realisiert. According to one embodiment of the invention, the detection module comprises a polarizing beam splitter and at least one half-wave plate. Preferably, two half-wave plates are provided, which are each traversed by at least one measuring beam. For example, a polarizing beam splitter deflects s-polarized radiation while polarized radiation parallel to the plane of incidence, i. Radiation with p-polarization, the beam splitter without change of direction happens. With half-wave plates, which are also called λ / 2 plates, an s-polarization can be converted into a p-polarization and vice versa. Depending on the use of the semiconductor plates, a desired beam path of the measuring beams is realized by the polarizing beam splitter for a subsequent superimposition of measuring beams at one or more detectors.

Bei weiteren Ausführungsformen enthält das Detektionsmodul zusätzlich mindestens ein Retroreflektor, mindestens eine λ/4-Platte, mindestens eine anders ausgebildete Wellenplatte oder eine Kombination dieser Elemente zur Ausbildung geeigneter Strahlengänge von Messstrahlen für eine Überlagerung bei einem oder mehreren Detektoren. Eine oder mehrere Wellenplatten können ferner für ein zweifaches Durchlaufen eine reflektive Grenzfläche, beispielsweise eine verspiegelte Oberfläche, aufweisen. In further embodiments, the detection module additionally contains at least one retroreflector, at least one λ / 4 plate, at least one differently configured wave plate or a combination of these elements for the formation of suitable beam paths of measurement beams for an overlay in one or more detectors. One or more waveplates may further include a reflective interface, such as a mirrored surface, for passing through twice.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schließen die Einstrahlrichtungen der zwei Messstrahlen einen Raumwinkel von mindestens einem Zehntel des objektseitigen Öffnungswinkels des abbildenden optischen Moduls ein. Insbesondere beträgt der Raumwinkel mindestens ein Viertel oder mindestens die Hälfte des objektseitigen Öffnungswinkels. Der halbe objektseitige Öffnungswinkel entspricht dem durch die Numerische Apertur NA des abbildenden optischen Moduls definierten Akzeptanzwinkel α. Dabei gilt NA = n·sin(α), wobei n der Brechungsindex des Materials zwischen dem optischen Modul und dem Fokus des optischen Moduls ist. Gemäß einer Ausführungsvariante schließen die Einstrahlrichtungen der zwei Messstrahlen einen Raumwinkel von mindestens 2° ein. Insbesondere schließen die Einstrahlrichtungen der zwei Messstrahlen einen Raumwinkel von mindestens 5° oder mindestens 10° ein. Die Einstrahlrichtungen beziehen sich insbesondere auf das optische Modul oder das Reflexionsmodul. According to an embodiment of the invention, the irradiation directions of the two measuring beams include a solid angle of at least one tenth of the object-side opening angle of the imaging optical module. In particular, the solid angle is at least a quarter or at least half of the object-side opening angle. Half the object-side opening angle corresponds to the acceptance angle α defined by the numerical aperture NA of the imaging optical module. Where NA is the refractive index of the material between the optical module and the focus of the optical module. According to one embodiment, the irradiation directions of the two measuring beams include a solid angle of at least 2 °. In particular, the irradiation directions of the two measuring beams include a solid angle of at least 5 ° or at least 10 °. The directions of irradiation relate in particular to the optical module or the reflection module.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls gelöst durch eine Messanordnung mit einem abbildenden optischen Modul sowie der Messvorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zur Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers des abbildenden optischen Moduls. Insbesondere umfasst die Messanordnung Halterungen für das Einstrahlmodul, das Detektionsmodul, das Reflexionsmodul oder eine Kombination dieser Module zur Fixierung und Justage gegenüber dem abbildenden optischen Modul. Auch für das abbildende optische Modul kann eine solche Halterung vorgesehen sein. The object is also achieved by a measuring arrangement with an imaging optical module and the measuring device according to one of the embodiments described above for measuring a lateral aberration of the imaging optical module. In particular, the measuring arrangement comprises holders for the irradiation module, the detection module, the reflection module or a combination of these modules for fixing and adjusting with respect to the imaging optical module. Such a holder can also be provided for the imaging optical module.

Ferner kann die Messanordnung eine Auswertevorrichtung zum Auswerten von Überlagerungsmustern umfassen, welche von einem oder mehreren Detektoren des Detektionsmoduls erfasst werden. Die Auswertevorrichtung ist vorzugsweise zur elektronischen Verarbeitung der von einem oder mehreren Detektoren elektronisch erfassten Überlagerungsmuster ausgebildet. Furthermore, the measuring arrangement may comprise an evaluation device for evaluating overlay patterns, which are detected by one or more detectors of the detection module. The evaluation device is preferably designed for electronic processing of the overlay pattern electronically detected by one or more detectors.

Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer sowie einer Messvorrichtung nach einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen zur Überwachung der lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs bereitgestellt. Vorzugsweise sind die Messvorrichtung und insbesondere die Strahlengänge der Messstrahlen so in die Projektionsbelichtungsanlage integriert, dass auch während eines Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage zum Belichten von Wafern eine Vermessung des Projektionsobjektivs durchführbar ist. Furthermore, according to the invention, a projection exposure apparatus for microlithography is provided with a projection objective for imaging mask structures on a wafer and a measuring apparatus according to one of the previously described embodiments for monitoring the lateral imaging stability of the projection objective. Preferably, the measuring device and in particular the beam paths of the measuring beams are integrated into the projection exposure apparatus in such a way that it is also possible to measure the projection objective during operation of the projection exposure apparatus for exposing wafers.

Hierzu sind gemäß einer Ausführungsform das Einstrahlmodul und das Detektionsmodul in einem Sensorkopf angeordnet, welcher mittels einer Halterung der Projektionsbelichtungsanlage justierbar fixiert wird. Weiterhin ist das Reflexionsmodul justierbar bei einer Waferhalterung montiert. In einer weiteren Ausführungsform sind die Umlenkelemente des Einstrahlmoduls separat vom Sensorkopf in der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet. For this purpose, according to one embodiment, the irradiation module and the detection module are arranged in a sensor head, which is fixed in an adjustable manner by means of a holder of the projection exposure apparatus. Furthermore, the reflection module is adjustably mounted on a wafer holder. In a further embodiment, the deflecting elements of the irradiation module are arranged separately from the sensor head in the projection exposure apparatus.

Gemäß einer Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage nach der Erfindung schließen die Einstrahlrichtungen der zwei Messstrahlen einen Raumwinkel von mindestens einem Zehntel des objektseitigen Öffnungswinkels des Projektionsobjektivs ein. Insbesondere beträgt der Raumwinkel mindestens ein Viertel oder mindestens die Hälfte des objektseitigen Öffnungswinkels. Beispielsweise beträgt der Raumwinkel mindestens 5° oder mindestens 10°. Der halbe objektseitige Öffnungswinkel entspricht dem durch die Numerische Apertur NA des Projektionsobjektivs definierten Akzeptanzwinkel α. Es gilt NA = n·sin(α), wobei n der Brechungsindex des Materials zwischen dem Objektiv und dem Fokus des Objektivs ist. According to an embodiment of the projection exposure apparatus according to the invention, the irradiation directions of the two measuring beams include a solid angle of at least one tenth of the object-side opening angle of the projection objective. In particular, the solid angle is at least a quarter or at least half of the object-side opening angle. For example, the solid angle is at least 5 ° or at least 10 °. Half the object-side opening angle corresponds to the acceptance angle α defined by the numerical aperture NA of the projection objective. NA = n · sin (α), where n is the refractive index of the material between the objective and the focus of the objective.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage nach der Erfindung ist die Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung im EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert. Beispielsweise ist die Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie unter Verwendung einer EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm konfiguriert. Das Projektionsobjektiv enthält dazu beispielsweise Spiegel mit einer für EUV-Strahlung geeignet ausgebildeten reflektiven Beschichtung. Vorzugsweise entspricht der Polarisationszustand der Messstrahlen demjenigen Polarisationszustand, für welche das Projektionsobjektiv optimiert ist. Beispielsweise weisen alle Messstrahlen s-Polarisation auf. Mit s-Polarisation wird ein Polarisationszustand senkrecht zur Einfallsebene bezeichnet. According to a further embodiment of the projection exposure apparatus according to the invention, the projection exposure apparatus is configured for exposure in the EUV wavelength range. For example, the projection exposure apparatus for EUV microlithography is configured using EUV radiation having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm. For this purpose, the projection objective contains, for example, mirrors with a reflective coating designed to be suitable for EUV radiation. The polarization state of the measurement beams preferably corresponds to that polarization state for which the projection objective is optimized. For example, all measuring beams have s-polarization. By s-polarization is meant a polarization state perpendicular to the plane of incidence.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage ist das Reflexionsmodul in einer Reflexionsebene angeordnet und die Messstrahlen schneiden sich in einer zur Reflexionsebene konjugierten Ebene. Gemäß einer Ausführungsform mit vier Messstrahlen kreuzen sich jeweils zwei Messstrahlen an unterschiedlichen Orten in der zur Reflexionsebene konjugierten Ebene. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Reflexionsebene in der Bildebene des Projektionsobjektivs vorgesehen und die Messstrahlen kreuzen sich in der Objektebene oder einer anderen zur Bildebene konjugierten Ebene. Auf diese Weise lassen sich laterale Abweichungen von einer Solllage des Bildes beim Wafer besonders effektiv bestimmen. In an embodiment of the projection exposure apparatus according to the invention, the reflection module is arranged in a reflection plane and the measurement beams intersect in a plane conjugate to the reflection plane. According to an embodiment with four measuring beams, two measuring beams each intersect at different locations in the plane conjugate to the reflection plane. In a further embodiment, the reflection plane in the image plane of the projection lens is provided and the measurement beams intersect in the object plane or another plane conjugate to the image plane. In this way, lateral deviations from a desired position of the image in the wafer can be determined particularly effectively.

Die Aufgabe wird ferner gelöst mit einem Verfahren zum Vermessen eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls mit den Schritten: Einstrahlen zweier Messstrahlen unterschiedlicher optischer Frequenz sowie unterschiedlicher Einstrahlrichtung auf das optische Modul, Reflektieren der Messstrahlen nach einem Durchlaufen des optischen Moduls in das optische Modul zurück, Überlagern der zwei Messstrahlen nach abermaligem Durchlaufen des optischen Moduls zur Ausbildung eines Überlagerungsmusters, und Detektieren des Überlagerungsmusters. The object is further achieved with a method for measuring a lateral aberration of an imaging optical module with the following steps: irradiation of two measuring beams of different optical frequency and different direction of irradiation onto the optical module, reflecting the measuring beams back into the optical module after passing through the optical module, Superimposing the two measuring beams after passing through the optical module again to form an overlay pattern, and detecting the overlay pattern.

Analog zur erfindungsgemäßen Messvorrichtung weisen bei dem Verfahren die Messstrahlen durch die unterschiedliche Einstrahlrichtung auf das optische Modul räumlich getrennte Strahlengänge auf. Diese räumliche Trennung der Strahlengänge ermöglicht eine Vermeidung von Geister- bzw. Doppelbildern und eine Vermischung von Polarisationszuständen. Periodische Nichtlinearitäten im Messsignal werden effektiv verhindert. Aus der detektierten Überlagerung lassen sich laterale Abbildungsfehler des optischen Moduls bestimmen. Analogous to the measuring device according to the invention, in the method the measuring beams have spatially separated beam paths due to the different irradiation direction on the optical module. This spatial separation of the beam paths allows avoidance of ghost or double images and a mixture of polarization states. Periodic nonlinearities in the measurement signal are effectively prevented. From the detected superimposition, lateral aberrations of the optical module can be determined.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls übertragen werden. 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 regard to the above-mentioned embodiments, exemplary embodiments or design variants, etc. of the measuring device according to the invention can be correspondingly transferred to the method according to the invention for measuring a lateral aberration of an imaging optical module. 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 their 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 Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem Einstrahlmodul und einem Reflexionsmodul in einer schematischen Veranschaulichung, 1 An embodiment of a measuring device according to the invention with a Einstrahlmodul and a reflection module in a schematic illustration,

2 das Reflexionsmodul des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer detaillierten schematischen Veranschaulichung, 2 the reflection module of the embodiment according to 1 in a detailed schematic illustration,

3 das Reflexionsmodul und ein Detektionsmodul des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß 1 in einer schematischen Veranschaulichung, 3 the reflection module and a detection module of the embodiment of the measuring device according to the invention according to 1 in a schematic illustration,

4 das Detektionsmodul nach 3 mit Strahlengängen für einen ersten Detektor in einer schematischen Veranschaulichung, 4 the detection module after 3 with beam paths for a first detector in a schematic illustration,

5 das Detektionsmodul gemäß 3 mit Strahlengängen für einen zweiten Detektor in einer schematischen Veranschaulichung, sowie 5 the detection module according to 3 with beam paths for a second detector in a schematic illustration, as well

6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf einen Wafer und einer Messvorrichtung zur Überwachung der lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs in einer schematischen Veranschaulichung. 6 An exemplary embodiment of a projection exposure apparatus according to the invention for microlithography with a projection objective for imaging mask structures on a wafer and a measuring device for monitoring the lateral imaging stability of the projection objective in a schematic illustration.

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. Beispielsweise verläuft in 2 auf der linken Seite die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben. 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. For example, in 2 on the left side the y-direction perpendicular to the drawing plane out of this, the x-direction to the right and the z-direction upwards.

Im Folgenden werden die Funktionsweisen und das Zusammenwirken der Komponenten von Ausführungsbeispielen einer Messvorrichtung zusammen mit entsprechenden Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Vermessen eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls beschrieben. The following describes the modes of operation and the interaction of the components of exemplary embodiments of a measuring device together with corresponding exemplary embodiments of a method for measuring a lateral aberration of an imaging optical module.

In 1 wird ein Teilbereich einer Messvorrichtung 10 zur Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers eines abbildenden optischen Moduls 12 schematisch dargestellt. Die Messvorrichtung 10 umfasst ein Einstrahlmodul 14 mit einer Strahlenquelle 16, einem nicht-polarisierenden Strahlenteiler 18, optional einem oder zwei Wellenplatten 20, 22, und zwei Ablenkelementen 24, 26. In 1 becomes a subarea of a measuring device 10 for measuring a lateral aberration of an imaging optical module 12 shown schematically. The measuring device 10 includes a Einstrahlmodul 14 with a radiation source 16 , a non-polarizing beam splitter 18 , optionally one or two wave plates 20 . 22 , and two baffles 24 . 26 ,

Die Strahlenquelle 16 stellt ein erstes Strahlenbündel 28 mit einer Frequenz f₁ und ein zweites Strahlenbündel 30 mit einer Frequenz f₂ bereit. Die beiden Strahlenbündel 28, 30 weisen die gleiche Polarisation auf und verlaufen räumlich getrennt und parallel zueinander. Dazu enthält die Strahlenquelle 16 in der gezeigten Ausführung mindestens einen Laser, etwa einen Helium-Neon-Laser, und eine Vorrichtung zur Frequenzverschiebung eines Anteils der vom Laser erzeugten Strahlung. Alternativ kann zur Bereitstellung einer frequenzverschobenen Strahlug auch ein zweiter Laser vorgesehen sein. Anstelle eines Lasers ist auch eine Verwendung einer anderen Strahlungsquelle mit für eine Messung ausreichend kohärenter und monochromer Strahlung möglich. Die Frequenzverschiebung kann auf dem Zeeman-Effekt, einem akustooptischen Modulator oder einer anderen dem Fachmann für heterodyne Interferometer bekannten Vorrichtung basieren. Der Frequenzunterschied zwischen den beiden Strahlenbündeln 28, 30 ist so ausgebildet, das insbesondere eine elektronisch gut detektierbare Schwebung bei einer Überlagerung der Strahlenbündel 28, 30 erreicht wird. Die Frequenzdifferenz beträgt ungefähr 2 MHz bis 20 MHz bei einer Verwendung eines Helium-Neon-Lasers. Die Bereitstellung der Strahlenbündel 28, 30 für das Einstrahlmodul 14 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lichtwellenleiters 32. Alternativ können aber auch Spiegel oder andere geeignet ausgebildete optische Elemente verwendet werden. The radiation source 16 represents a first ray bundle 28 with a frequency f ₁ and a second beam 30 ready with a frequency f ₂ . The two beams 28 . 30 have the same polarization and are spatially separated and parallel to each other. This contains the radiation source 16 in the embodiment shown at least one laser, such as a helium-neon laser, and a device for frequency shifting a portion of the radiation generated by the laser. Alternatively, a second laser may be provided to provide a frequency shifted beam. Instead of a laser, it is also possible to use another radiation source with sufficiently coherent and monochromatic radiation for a measurement. The frequency shift may be based on the Zeeman effect, an acousto-optic modulator, or other device known to those skilled in the art for heterodyne interferometers. The frequency difference between the two beams 28 . 30 is designed so that in particular an electronically well detectable beat at a superposition of the beam 28 . 30 is reached. The frequency difference is about 2 MHz to 20 MHz when using a helium-neon laser. The provision of the bundle of rays 28 . 30 for the irradiation module 14 takes place in this embodiment by means of an optical waveguide 32 , Alternatively, it is also possible to use mirrors or other suitably designed optical elements.

Von der Strahlenquelle 16 ausgehend breitet sich das als durchgehende Linie dargestellte erste Strahlenbündel 28 in der Zeichnungsebene der 1 aus, während das als gestrichelte Linie dargestellte zweite Strahlenbündel 30 unterhalb dieser Ebene verläuft. Beide Strahlenbündel 28, 30 treffen zunächst auf den Strahlenteiler 18. Der Strahlenteiler 18 lenkt einen Anteil des ersten Strahlenbündels 28 als einen ersten Messstrahl 34 mit einer Frequenz f₁ ab und lässt einen Anteil des zweiten Strahlenbündels 30 als einen zweiten Messstrahl 36 mit einer Frequenz f₂ ohne Ablenkung passieren. Entsprechend lässt der Strahlenteiler 18 einen Anteil des ersten Strahlenbündels 28 ohne Ablenkung als dritten Messstrahl 38 mit der Frequenz f₁ passieren und lenkt einen Anteil des zweiten Strahlenbündels 30 als vierten Messstrahl 40 mit der Frequenz f₂ ab. Wegen der nicht-polarisierenden Eigenschaft des Strahlenteilers 18 weisen alle vier Messstrahlen 34, 36, 38, 40 den gleichen Polarisationszustand s auf, welche auf ein nachstehend beschriebenes Detektionsmodul abgestimmt ist. From the radiation source 16 The first bundle of rays, which is shown as a solid line, propagates 28 in the plane of the drawing 1 while the second beam shown as a dashed line 30 runs below this level. Both beams 28 . 30 first meet the beam splitter 18 , The beam splitter 18 directs a portion of the first beam 28 as a first measuring beam 34 with a frequency f ₁ and leaves a portion of the second beam 30 as a second measuring beam 36 with a frequency f ₂ pass without distraction. The beam splitter leaves accordingly 18 a portion of the first beam 28 without distraction as the third measuring beam 38 pass at the frequency f ₁ and directs a portion of the second beam 30 as fourth measuring beam 40 with the frequency f ₂ off. Because of the non-polarizing property of the beam splitter 18 have all four measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 the same polarization state s, which is tuned to a detection module described below.

Aus einer in 1 enthaltenen Seitenansicht 41 des Strahlenteilers 18 geht deutlich hervor, dass sich der als durchgezogene Linien dargestellte erste und dritte Messstrahl 34, 38 mit der Frequenz f₁ in der Zeichnungsebene ausbreitet, während der als gestrichelte Linie dargestellte zweite und vierte Messstrahl 36, 40 mit der Frequenz f₂ unterhalb dieser Ebene verläuft. Ein Anteil des ersten Strahlenbündels 28 wird vom Strahlenteiler 18 im Wesentlichen senkrecht abgelenkt und verlässt den Strahlenteiler 18 als erster Messstrahl 34, während ein anderer Anteil des ersten Strahlenbündels 28 den Strahlenteiler 18 ohne Richtungsänderung durchläuft und als dritter Messstrahl 38 verlässt. Das erste Strahlenbündel 28, der erste Messstrahl 34 und der dritte Messstrahl 38 liegen in einer Ebene, welche der Zeichnungsebene entspricht. From one in 1 contained side view 41 of the beam splitter 18 It is clear that the first and third measuring beam are shown as solid lines 34 . 38 propagates at the frequency f ₁ in the plane of the drawing, while the second and fourth measuring beam shown as a dashed line 36 . 40 with the frequency f ₂ running below this plane. A share of the first ray bundle 28 is from the beam splitter 18 deflected substantially perpendicularly and leaves the beam splitter 18 as first measuring beam 34 while another portion of the first ray bundle 28 the beam splitter 18 goes through without change of direction and third measuring beam 38 leaves. The first ray bundle 28 , the first measuring beam 34 and the third measuring beam 38 lie in a plane that corresponds to the plane of the drawing.

Analog wird das zweite Strahlenbündel 30 aufgeteilt. Ein den zweiten Messstrahl 36 bildender Anteil durchläuft den Strahlenteiler 18 ohne Richtungsänderung, während eine anderer Anteil im Wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung abgelenkt wird und den Strahlenteiler 18 als vierter Messstrahl 40 verlässt. Das zweite Strahlenbündel 30, der zweite Messstrahl 36 und der vierte Messstrahl 40 liegen in einer Ebene, welche in 1 parallel zur Zeichnungsebene und unterhalb dieser liegt. Analog becomes the second beam 30 divided up. A second measuring beam 36 forming portion passes through the beam splitter 18 without changing direction, while another portion is deflected substantially perpendicular to the direction of incidence and the beam splitter 18 as the fourth measuring beam 40 leaves. The second beam 30 , the second measuring beam 36 and the fourth measuring beam 40 lie in a plane which in 1 parallel to the drawing plane and below it.

Weiterhin sind die Strahlengänge des ersten und vierten Messstrahls 34, 40 symmetrisch zu den Strahlengängen des zweiten und dritten Messstrahls 36, 38 bezüglich einer optischen Achse 42 der Messvorrichtung 10 ausgebildet. Die optische Achse 42 der Messvorrichtung 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu einer optischen Achse des abbildenden optischen Moduls 12 angeordnet. Andere Ausführungsbeispiele der Messvorrichtung 10 sind so konfiguriert, dass die optische Achse 42 der Messvorrichtung 10 der optischen Achse des zu vermessenden optischen Moduls 12 entspricht. Furthermore, the beam paths of the first and fourth measuring beam 34 . 40 symmetrical to the beam paths of the second and third measuring beam 36 . 38 with respect to an optical axis 42 the measuring device 10 educated. The optical axis 42 the measuring device 10 is parallel to an optical axis of the imaging optical module in this embodiment 12 arranged. Other embodiments of the measuring device 10 are configured so that the optical axis 42 the measuring device 10 the optical axis of the optical module to be measured 12 equivalent.

Nach dem Strahlenteiler 18 durchlaufen der zweite und dritte Messstrahl 36, 38 die Wellenplatten 20 und treffen auf das Umlenkelement 24. Die Wellenplatte 20 ist so konfiguriert, dass Polarisationsänderungen durch das zu vermessende optische Modul 12 aufgehoben werden. Dazu ist die Wellenplatte 20 je nach optischem Modul 12 beispielsweise als λ/2-Platte, λ/4-Platte oder eine andere geeignete Wellenplatte ausgebildet. Tritt durch das optische Modul 12 nach zweifachem Durchlaufen keine Polarisationsänderung an dem zweiten und dritten Messstrahl 36, 38 auf, kann die Wellenplatte 20 entfallen. Entsprechendes gilt für die von dem ersten und vierten Messstrahl 34, 40 nach dem Strahlenteiler 18 durchlaufene Wellenplatte 22. After the beam splitter 18 go through the second and third measuring beam 36 . 38 the wave plates 20 and hit the deflector 24 , The wave plate 20 is configured so that polarization changes by the optical module to be measured 12 To get picked up. This is the wave plate 20 depending on the optical module 12 For example, formed as λ / 2 plate, λ / 4 plate or other suitable wave plate. Step through the optical module 12 after passing twice, no polarization change on the second and third measurement beams 36 . 38 on, can the wave plate 20 omitted. The same applies to that of the first and fourth measuring beam 34 . 40 after the beam splitter 18 passed wave plate 22 ,

Das in der gezeigten Ausführung als Umlenkspiegel ausgebildete erste Umlenkelement 24 richtet den zweiten und dritten Messstrahl 36, 38 auf einen Punkt einer virtuellen Zielebene 44 bei der optischen Achse 42 aus. Auf diesen Punkt werden auch der erste und vierte Messstrahl 34, 40 durch das als Umlenkspiegel ausgebildete zweite Umlenkelement 26 abgelenkt. Der erste und dritte Messstrahl 34, 38 kreuzen sich somit, ebenso wie der zweite und vierte Messstrahl 36, 40, in der virtuellen Zielebene 44. Die virtuelle Zielebene 44 ist vorzugsweise eine Objektebene des optischen Moduls 12 oder eine andere zu einer Bildebene 46 des optischen Moduls 12 konjugierte Ebene. The trained in the embodiment shown as a deflecting mirror first deflecting element 24 directs the second and third measuring beam 36 . 38 to a point of a virtual target plane 44 at the optical axis 42 out. At this point also the first and fourth measuring beam become 34 . 40 by the deflection element designed as a second deflecting element 26 distracted. The first and third measuring beam 34 . 38 thus intersect, as well as the second and fourth measuring beam 36 . 40 , in the virtual target level 44 , The virtual destination level 44 is preferably an object plane of the optical module 12 or another to an image plane 46 of the optical module 12 conjugate level.

Von dem jeweiligen Kreuzungspunkt in der virtuellen Zielebene 44 ausgehend durchlaufen alle vier Messstrahlen 34, 36, 38, 40 das abbildende optische Modul 12 und werden von diesem auf ein in der Bildebene 46 angeordnetes Reflexionsmodul 50 der Messvorrichtung 10 abgebildet. Die Bildebene 46 ist damit eine Reflexionsebene, zu welcher die virtuelle Zielebene 44 konjugiert ist. Zum Fixieren des optischen Moduls 12 in der Messvorrichtung 10 kann eine in 1 nicht dargestellte Halterung vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsvariante wird dabei sowohl das Einstrahlmodul 14 als auch das Reflexionsmodul 50 am optischen Modul 12 fixiert. Das optische Modul 12 kann insbesondere ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie darstellen, beispielsweise für die EUV-Mikrolithographie unter Verwendung einer EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm. From the respective crossing point in the virtual target plane 44 starting from all four measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 the imaging optical module 12 and from this to one in the picture plane 46 arranged reflection module 50 the measuring device 10 displayed. The picture plane 46 is thus a reflection level to which the virtual target level 44 is conjugated. For fixing the optical module 12 in the measuring device 10 can an in 1 not shown bracket may be provided. According to one embodiment, both the Einstrahlmodul 14 as well as the reflection module 50 on the optical module 12 fixed. The optical module 12 may in particular represent a projection objective for microlithography, for example for EUV microlithography using EUV radiation having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm.

Das Einstrahlmodul 14 und insbesondere die Umlenkelemente 24, 26 sind so konfiguriert und angeordnet, dass ein Raumwinkel 52 zwischen den Einstrahlrichtungen des ersten und zweiten Messstrahls 34, 36 beziehungsweise des dritten und vierten Messstrahls 38, 40 an das optische System angepasst wird. Gemäß einer Ausführungsvariante beträgt der Raumwinkel 52 mindestens 10°. Bei anderen Ausführungen kann auch ein Raumwinkel von 2° bis 10° vorgesehen sein. Ferner kann der Raumwinkel 52 mindestens ein Viertel oder die Hälfte des objektseitigen Öffnungswinkels des abbildenden optischen Moduls 12 betragen. Der halbe objektseitige Öffnungswinkel entspricht dem durch die Numerische Apertur NA des optischen Moduls 12 definierten Akzeptanzwinkel α. Dabei gilt NA = n·sin(α), wobei n der Brechungsindex des Materials zwischen dem optischen Modul 12 und dem Fokus des Moduls 12 ist. The irradiation module 14 and in particular the deflecting elements 24 . 26 are configured and arranged to have a solid angle 52 between the irradiation directions of the first and second measuring beams 34 . 36 or the third and fourth measuring beam 38 . 40 adapted to the optical system. According to one embodiment, the solid angle is 52 at least 10 °. In other embodiments, a solid angle of 2 ° to 10 ° may be provided. Furthermore, the solid angle 52 at least a quarter or half of the object-side opening angle of the imaging optical module 12 be. The half-object-side opening angle corresponds to that through the numerical aperture NA of the optical module 12 defined acceptance angle α. In this case, NA = n · sin (α), where n is the refractive index of the material between the optical module 12 and the focus of the module 12 is.

In 2 wird das Reflexionsmodul 50 in zwei verschiedenen Ansichten schematisch dargestellt. Die linke Ansicht entspricht derjenigen in 1 und zeigt die Reflexion des ersten Messstrahls 34 und des dritten Messstrahls 38 am Reflexionsmodul 50. Das Reflexionsmodul 50 enthält auf einem Träger 54 angeordnete Struktureneines Littrow-Gitters 56 zur Rückreflexion der vier Messstrahlen 34, 36, 38, 40. Alternativ können anstatt des Littrow-Gitters 56 auch auf dem Träger 54 fixierte Prismen vorgesehen sein. Das Littrow-Gitter 56 bzw. die Prismen sind so konfiguriert, dass eine In-sich-Rückreflexion bei senkrechter Anordnung zur xz-Ebene erfolgen würde. Das Reflexionsmodul 50 ist aber um einen kleinen Winkel aus der Senkrechten um die x-Achse gekippt angeordnet. Auf die xz-Ebene projiziert laufen der reflektierte erste und dritte Messstrahl 34, 38 entlang den einfallenden Messstrahlen zurück. Entsprechendes gilt für den zweiten und vierten Messstrahl 36, 40, welche in der linken Ansicht nicht dargestellt sind und hinter dem ersten und dritten Messstrahls 34, 38 auf das Reflexionsmodul 50 auftreffen. In 2 becomes the reflection module 50 shown schematically in two different views. The left view corresponds to that in 1 and shows the reflection of the first measuring beam 34 and the third measuring beam 38 at the reflection module 50 , The reflection module 50 contains on a carrier 54 arranged structures of a Littrow grid 56 for the return reflection of the four measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 , Alternatively, instead of the Littrow grid 56 also on the carrier 54 be provided fixed prisms. The Littrow grid 56 or the prisms are configured so that an in-itself back-reflection would take place when arranged perpendicular to the xz-plane. The reflection module 50 but is tilted by a small angle from the vertical about the x-axis. Projected onto the xz plane are the reflected first and third measuring beams 34 . 38 back along the incident measuring beams. The same applies to the second and fourth measuring beam 36 . 40 , which is not shown in the left view are and behind the first and third measuring beam 34 . 38 on the reflection module 50 incident.

Die rechte Ansicht der 2 zeigt das Reflexionsmodul 50 in einer Seitenansicht. Aus dieser Ansicht wird deutlich, dass der erste und vierte Messstrahl 34, 40 durch die Kippung des Reflexionsmoduls 50 nicht exakt in sich zurückreflektiert werden. Vielmehr tritt zwischen jedem einfallenden und reflektierten Messstrahl 34, 40 ein Raumwinkel 58 auf. Dieses gilt auch für den in dieser Ansicht nicht dargestellten und hinter dem ersten und vierten Messstrahl 34, 40 liegenden zweiten und dritten Messstrahl 36, 38. Der Raumwinkel 58 ist derart gewählt, dass eine räumliche Trennung zwischen dem jeweiligen einfallenden Messstrahl 34, 40, 36 bzw. 38 und dem entsprechenden zurückreflektierten Messstrahl möglich ist. Dabei wird der Raumwinkel 58 insbesondere durch die Beschaffenheit des optischen Moduls 12 mitbestimmt. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsvarianten beträgt der Raumwinkel 58 mindestens 0,1° und maximal 2°, insbesondere maximal 1°. The right view of the 2 shows the reflection module 50 in a side view. From this view it becomes clear that the first and fourth measuring beam 34 . 40 by tilting the reflection module 50 can not be reflected back exactly. Rather, occurs between each incident and reflected measuring beam 34 . 40 a solid angle 58 on. This also applies to the not shown in this view and behind the first and fourth measuring beam 34 . 40 lying second and third measuring beam 36 . 38 , The solid angle 58 is chosen such that a spatial separation between the respective incident measuring beam 34 . 40 . 36 respectively. 38 and the corresponding back-reflected measuring beam is possible. This is the solid angle 58 in particular by the nature of the optical module 12 influenced. According to different embodiments, the solid angle 58 at least 0.1 ° and at most 2 °, in particular at most 1 °.

Der Strahlengang jedes Messstrahls 34, 36, 38, 40 nach dem Reflexionsmodul 50 weicht somit von dem jeweiligen Strahlengang vor dem Reflexionsmodul 50 ab. Die vier reflektierten Messstrahlen 34, 36, 38 40 laufen nicht zu dem Strahlenteiler 18 zurück. Wie nachstehend mit Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben, treffen sie stattdessen auf ein Detektionsmodul 60 der Messvorrichtung 10. Die Reflexionsorte der vier Messstrahlen 34, 36, 38, 40 am Reflexionsmodul 50 spannen in diesem Ausführungsbeispiel ein Quadrat auf. In alternativen Ausführungen können die Reflexionsorte auch ein Rechteck oder ein anderes geeignetes Viereck aufspannen. The beam path of each measuring beam 34 . 36 . 38 . 40 after the reflection module 50 thus deviates from the respective beam path in front of the reflection module 50 from. The four reflected measuring beams 34 . 36 . 38 40 do not run to the beam splitter 18 back. As below with reference to the 3 to 5 instead, they encounter a detection module instead 60 the measuring device 10 , The reflection location of the four measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 at the reflection module 50 span a square in this embodiment. In alternative embodiments, the reflection locations may also span a rectangle or other suitable quadrangle.

3 stellt das Detektionsmodul 60 der Messvorrichtung 10 zusammen mit dem Reflexionsmodul 50 schematisch dar. Das Detektionsmodul 60 umfasst eine erste λ/2-Platte 62, eine zweite λ/2-Platte 64, einen polarisierenden Strahlenteiler 66, einen Retroreflektor 68, eine verspiegelte λ/4-Platte 70, einen ersten Detektor 72 und einen zweiten Detektor 74. Die von dem Reflexionsmodul 50 reflektierten Messstrahlen 34, 36, 38, 40 durchlaufen wiederum das zu vermessende abbildende optische Modul 12 und werden von diesem auf die virtuelle Zielebene 44 abgebildet. Dadurch kreuzen sich die Strahlengänge des ersten und dritten, Messstrahls 34, 38 und die Strahlengänge des zweiten und vierten Messstrahls 36, 40 in der virtuellen Zielebene 44. 3 represents the detection module 60 the measuring device 10 together with the reflection module 50 schematically dar. The detection module 60 comprises a first λ / 2 plate 62 , a second λ / 2 plate 64 , a polarizing beam splitter 66 , a retro reflector 68 , a mirrored λ / 4-plate 70 , a first detector 72 and a second detector 74 , The of the reflection module 50 reflected measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 in turn pass through the imaging optical module to be measured 12 and from there to the virtual target level 44 displayed. As a result, the beam paths of the first and third measuring beam intersect 34 . 38 and the beam paths of the second and fourth measuring beams 36 . 40 in the virtual destination level 44 ,

In 3 sind der erste und dritte Messstrahl 34, 38 mit der Frequenz f₁ wiederum als durchgehende Linien dargestellt, wodurch verdeutlicht wird, dass sich diese Messstrahlen 34, 38 in der Darstellungsebene der 3 ausbreiten. Der gestrichelt dargestellte zweite und vierte Messstrahl 36, 40 mit der Frequenz f₂ breiten sich dagegen unterhalb der Darstellungsebene aus. Von dem optischen Modul 12 kommend, treffen der zweite und dritte Messstrahl 36, 38 auf ein Umlenkelement, welches in der vorliegenden Ausführungsform mit dem ersten Umlenkelement 24 identisch ist, und werden von diesem auf das Detektionsmodul 60 gerichtet. Entsprechend werden der erste und vierte Messstrahl 34, 40 von einem weiteren Umlenkelement, in der vorliegenden Ausführungsform dem zweiten Umlenkelement 26, in Richtung des Detektionsmoduls 60 umgelenkt. In 3 are the first and third measuring beam 34 . 38 with the frequency f ₁ again shown as solid lines, which makes it clear that these measuring beams 34 . 38 in the presentation level of 3 spread. The dashed lines shown second and fourth measuring beam 36 . 40 with the frequency f ₂ , on the other hand, propagate below the representation plane. From the optical module 12 Coming, meet the second and third measuring beam 36 . 38 on a deflecting element, which in the present embodiment with the first deflecting element 24 is identical, and from this to the detection module 60 directed. Accordingly, the first and fourth measuring beam 34 . 40 from a further deflecting element, in the present embodiment, the second deflecting element 26 , in the direction of the detection module 60 diverted.

Das Detektionsmodul 60 ist so konfiguriert, dass am ersten Detektor 72 der erste Messstrahl 34 der Frequenz f₁ mit dem zweiten Messstrahl 36 der Frequenz f₂ überlagert wird. Dazu wird unter anderem der zweite Messstrahl 36 mittels des Retroreflektors 68 in die Ausbreitungsebene des ersten Messstrahls 34 umgelenkt. Weiterhin wird mittels des Detektionsmoduls 60 am zweiten Detektor 74 der dritte Messstrahl 38 der Frequenz f₁ mit dem vierten Messstrahl 40 der Frequenz f₂ überlagert. Durch den Retroreflektor 68 erfolgt hierfür eine Umlenkung des dritten Messstrahls 38 in die Ausbreitungsebene des vierten Messstrahls 40. Die Strahlengänge der Messstrahlen 34, 36, 38, 40 in dem Detektionsmodul 60 werden weiter unten mit Bezug auf 4 und 5 näher beschrieben. The detection module 60 is configured to be at the first detector 72 the first measuring beam 34 the frequency f ₁ with the second measuring beam 36 the frequency f _{2 is} superimposed. This will include the second measuring beam 36 by means of the retroreflector 68 in the propagation plane of the first measuring beam 34 diverted. Furthermore, by means of the detection module 60 at the second detector 74 the third measuring beam 38 the frequency f ₁ with the fourth measuring beam 40 superimposed on the frequency f ₂ . Through the retroreflector 68 For this purpose, a deflection of the third measuring beam 38 in the propagation plane of the fourth measuring beam 40 , The beam paths of the measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 in the detection module 60 will be referring to below 4 and 5 described in more detail.

An beiden Detektoren 72 und 74 entsteht durch die Überlagerung der Messstrahlen 34 und 36 bzw. 38 und 40 unterschiedlicher Frequenz jeweils eine Schwebung. Die Phase dieser Schwebung ist sehr empfindlich von einem Weglängenunterschied zwischen den sich überlagernden Messstrahlen 34 und 36 bzw. 38 und 40 abhängig. Dabei wird durch eine Differenzbildung der Messsignale vom ersten und zweiten Detektor 72, 74 in einer nicht dargestellten Auswertevorrichtung eine weitere Erhöhung der Auflösung um einen Faktor zwei erzielt. At both detectors 72 and 74 arises from the superposition of the measuring beams 34 and 36 respectively. 38 and 40 different frequency each a beat. The phase of this beating is very sensitive to a path length difference between the superimposed measuring beams 34 and 36 respectively. 38 and 40 dependent. In this case, by a difference of the measurement signals from the first and second detector 72 . 74 achieved in a processing device, not shown, a further increase in the resolution by a factor of two.

Bei einer lateralen Abweichung einer Abbildung des optischen Moduls 12 von einer Solllage entlang der x- oder y-Richtung (siehe 2) in der Bildebene 46 sind die Reflexionspunkte der Messstrahlen 34, 36, 38, 40 auf dem Reflexionsmodul 50 gegenüber der Solllage verschoben. Die hieraus resultierende Weglängendifferenz zwischen den sich überlagernden Messstrahlen 34, 36, 38, 40 lässt sich über die Phase der jeweiligen Schwebung sehr genau ermitteln. Die Messvorrichtung 10 stellt somit einen Sichtlinien-Sensor (auch „Line-of-Sight-Sensor“ bezeichnet) zur sehr präzisen Vermessung eines lateralen Abbildungsfehlers des optischen Moduls 12 dar. For a lateral deviation of an image of the optical module 12 from a desired position along the x or y direction (see 2 ) in the picture plane 46 are the reflection points of the measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 on the reflection module 50 shifted relative to the desired position. The resulting path length difference between the overlapping measuring beams 34 . 36 . 38 . 40 can be determined very precisely about the phase of the respective beat. The measuring device 10 thus provides a line of sight sensor (also called "line-of-sight sensor") for very precise measurement of a lateral aberration of the optical module 12 represents.

4 stellt zum besseren Verständnis das Reflexionsmodul 50 und das Detektionsmodul 60 nur mit den Strahlengängen zum ersten Detektor 72 schematisch dar. Der am Reflexionsmodul 50 reflektierte erste Messstrahl 34 trifft vom optischen Modul 12 kommend auf das zweite Umlenkelement 26 und wird von diesem auf das Detektionsmodul 60 gerichtet. Dabei weist der erste Messstrahl 34 eine s-Polarisation auf, d.h. eine Polarisation parallel zur y-Richtung beziehungsweise senkrecht zur Einfallsebene. Die s-Polarisation wird ggf. durch die geeignet ausgebildete Wellenplatte 22 (siehe 1) des Einstrahlmoduls 14 erreicht. 4 provides for better understanding the reflection module 50 and the detection module 60 only with the beam paths to the first detector 72 schematically dar. The at the reflection module 50 reflected first measuring beam 34 meets the optical module 12 coming on the second deflecting element 26 and from this to the detection module 60 directed. In this case, the first measuring beam 34 an s-polarization, ie a polarization parallel to the y-direction or perpendicular to the plane of incidence. The s-polarization is possibly through the suitably formed wave plate 22 (please refer 1 ) of the irradiation module 14 reached.

Der polarisierende Strahlenteiler 66 ist so konfiguriert und angeordnet, dass eine Strahlung mit s-Polarisation vom ursprünglichen Strahlengang abgelenkt wird, während eine Strahlung mit dazu senkrechter p-Polarisation den Strahlenteiler 66 ohne Richtungsänderung passiert. Beim Detektionsmodul 60 durchläuft der erste Messstrahl 34 zunächst die erste λ/2-Platte 62. Danach weist der erste Messstrahl 34 eine p-Polarisation auf und läuft ohne Ablenkung durch den Strahlenteiler 66 hindurch zum ersten Detektor 72. The polarizing beam splitter 66 is configured and arranged so that radiation with s-polarization is deflected from the original beam path, while radiation with p-polarization perpendicular thereto deflects the beam splitter 66 happened without change of direction. At the detection module 60 goes through the first measuring beam 34 first the first λ / 2-plate 62 , After that, the first measuring beam points 34 a p-polarization and runs without distraction through the beam splitter 66 through to the first detector 72 ,

Der reflektierte zweite Messstrahl 36 wird von dem ersten Umlenkelement 24 in Richtung des Detektionsmoduls 60 umgelenkt und ist ebenfalls s-polarisiert. Nach Durchqueren der zweiten λ/2-Platte 64 weist der zweite Messstrahl 36 eine p-Polarisation auf und durchläuft den Strahlenteiler 66 ohne Richtungsänderung. Hinter dem Strahlenteiler 66 trifft der zweite Messstrahl 36 auf den Retroreflektor 68 und wird von diesem zurück zum Strahlenteiler 66 reflektiert. Dabei wird der zweite Messstrahl 36 vom Retroreflektor 68 so reflektiert, dass er sich anschließend in der Ebene des ersten Messstrahls 34 ausbreitet. Dieser Umstand wird durch den nun als durchgezogene Linie dargestellten zweiten Messstrahl 36 veranschaulicht. The reflected second measuring beam 36 is from the first deflecting element 24 in the direction of the detection module 60 redirected and is also s-polarized. After passing through the second λ / 2 plate 64 points the second measuring beam 36 a p-polarization and passes through the beam splitter 66 without change of direction. Behind the beam splitter 66 meets the second measuring beam 36 on the retroreflector 68 and from this back to the beam splitter 66 reflected. This is the second measuring beam 36 from the retro reflector 68 reflected so that it is then in the plane of the first measuring beam 34 spreads. This circumstance is due to the second measuring beam now shown as a solid line 36 illustrated.

Der vom Retroreflektor 68 reflektierte zweite Messstrahl 36 ist immer noch p-polarisiert und durchläuft den Strahlenteiler 66 erneut ohne Richtungsänderung, um dann auf die λ/4-Platte 70 mit verspiegelter Grenzfläche zu treffen. Durch eine Rückreflektion an der verspiegelten Grenzfläche durchläuft der zweite Messstrahl 36 die λ/4-Platte 70 zweimal und weist danach eine p-Polarisation auf. Der zweite Messstrahl 36 mit p-Polarisation wird nun vom Strahlenteiler 66 in Richtung des ersten Detektors 72 umgelenkt und überlagert sich auf der Strecke zum und beim ersten Detektor 72 mit dem ersten Messstrahl 34. The one of the retroreflector 68 reflected second measuring beam 36 is still p-polarized and passes through the beam splitter 66 again without changing direction, and then on the λ / 4-plate 70 to hit with mirrored interface. The second measuring beam passes through a back reflection at the mirrored interface 36 the λ / 4 plate 70 twice and then has a p-polarization. The second measuring beam 36 with p-polarization is now from the beam splitter 66 in the direction of the first detector 72 deflected and superimposed on the track to and at the first detector 72 with the first measuring beam 34 ,

5 zeigt schematisch das Detektionsmodul 60 mit Strahlengängen für den zweiten Detektor 74. Der vom Reflexionsmodul 50 reflektierte vierte Messstrahl 40 mit s-Polarisation wird nach dem Durchlaufen des abbildenden optischen Moduls 12 von dem zweiten Umlenkelement 26 auf die erste λ/2-Platte 62 des Detektionsmoduls 60 gerichtet. Nach der ersten λ/2-Platte 62 ist der vierte Messstrahl 40 p-polarisiert und durchtritt den polarisierenden Strahlenteiler 66 ohne Richtungsänderung zum zweiten Detektor 74. 5 schematically shows the detection module 60 with beam paths for the second detector 74 , The of the reflection module 50 reflected fourth measuring beam 40 with s-polarization becomes after passing through the imaging optical module 12 from the second deflecting element 26 on the first λ / 2-plate 62 of the detection module 60 directed. After the first λ / 2-plate 62 is the fourth measuring beam 40 p-polarized and passes through the polarizing beam splitter 66 without change of direction to the second detector 74 ,

Der vom Reflexionsmodul 50 reflektierte dritte Messstrahl 38 mit s-Polarisation wird entsprechend vom ersten Umlenkelement 24 auf die zweite λ/2-Platte 64 umgelenkt. Nach dem Durchqueren der zweiten λ/2-Platte 64 weist der dritte Messstrahl 38 eine p-Polarisation auf und durchläuft den Strahlenteiler 66 ohne Richtungsänderung zum Retroreflektor 68. Beim Retroreflektor 68 wird der dritte Messstrahl 38 zum Strahlenteiler 66 zurückreflektiert und dabei in die Ausbreitungsebene des vierten Messstrahls 40 transferiert. In 5 wird dieses durch die nun gestrichelte Darstellung des dritten Messstrahls 38 verdeutlicht. Wegen seiner p-Polarisation durchläuft der dritte Messstrahl 38 den Strahlenteiler 66 wiederum ohne Richtungsänderung und tritt in die λ/4-Platte 70 mit verspiegelter Grenzfläche ein. Nach der Rückreflexion durch die λ/4-Platte 70 ist der Messstrahl 36 s-polarisiert. Dadurch wird der dritte Messstrahl 38 vom Strahlenteiler 66 zum zweiten Detektor 74 umgelenkt. Auf der Strecke zum und beim zweiten Detektor 74 überlagert sich der dritte Messstrahl 38 mit dem vierten Messstrahl 40. Die 4 ergibt zusammengenommen mit der 5 die 3. The of the reflection module 50 reflected third measuring beam 38 with s-polarization is corresponding to the first deflecting element 24 on the second λ / 2 plate 64 diverted. After passing through the second λ / 2 plate 64 indicates the third measuring beam 38 a p-polarization and passes through the beam splitter 66 without changing direction to the retroreflector 68 , When retroreflector 68 becomes the third measuring beam 38 to the beam splitter 66 reflected back into the propagation plane of the fourth measuring beam 40 transferred. In 5 This is the now dashed representation of the third measuring beam 38 clarified. Because of its p-polarization, the third measuring beam passes through 38 the beam splitter 66 again without change of direction and enters the λ / 4-plate 70 with mirrored interface. After the back reflection through the λ / 4 plate 70 is the measuring beam 36 s-polarized. This will be the third measuring beam 38 from the beam splitter 66 to the second detector 74 diverted. On the way to and at the second detector 74 the third measuring beam overlaps 38 with the fourth measuring beam 40 , The 4 together with the results 5 the 3 ,

In 6 wird in starker Vereinfachung eine Projektionsbelichtungsanlage 80 für die Mikrolithograhie im EUV-Wellenlängenbereich dargestellt. Ein nicht dargestelltes Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 80 stellt eine EUV-Strahlung 82 mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm bereit. Die EUV-Strahlung 82 beleuchtet Maskenstrukturen eines in Reflexion betrieben Retikels 84. Die vom Retikel 84 reflektierte EUV-Strahlung 82 durchläuft ein Projektionsobjektiv 86 der Projektionsbelichtungsanlage 80 und triff anschließend auf einen Wafer 88. Dabei bildet das Projektionsobjektiv 86 die Maskenstrukturen des Retikels 84 zur Belichtung einer fotosensitiven Schicht auf den Wafer 88 ab. Für diesen Zweck enthält das Projektionsobjektiv 86 mehrere Spiegel, von denen in 6 ein erster Spiegel 90 und ein zweiter Spiegel 92 dargestellt werden. In 6 becomes a projection exposure machine with great simplicity 80 for microlithography in the EUV wavelength range. An unillustrated illumination system of the projection exposure apparatus 80 represents an EUV radiation 82 having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm. The EUV radiation 82 illuminates mask structures of a reticle operated in reflection 84 , The from the reticle 84 reflected EUV radiation 82 goes through a projection lens 86 the projection exposure system 80 and then hit a wafer 88 , In this case, the projection lens forms 86 the mask structures of the reticle 84 for exposing a photosensitive layer to the wafer 88 from. For this purpose, the projection lens contains 86 several mirrors, of which in 6 a first mirror 90 and a second mirror 92 being represented.

Weiterhin enthält die Projektionsbelichtungsanlage 80 eine Messvorrichtung 10, welche im Wesentlichen der Messvorrichtung 10 in einer der mit Bezug auf die 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen entspricht. Die Messvorrichtung 10 umfasst einen Sensorkopf 94 sowie ein Reflexionsmodul 50. Der Sensorkopf 94 weist das vorstehend beschriebene Einstrahlmodul 14 zum Bereitstellen von Messstrahlen 96, welche beispielsweise die vorstehend beschriebenen Messstrahlen 34, 36, 38 und 40 umfassen, sowie das vorstehend beschriebene Detektionsmodul 60 auf. Weiterhin umfasst die in die Projektionsbelichtungsanlage 80 integrierte Messvorrichtung 10 ein Umlenkelement 98 zum Einkoppeln der Messstrahlen 96 in den Strahlengang des Projektionsobjektivs 86. Das Reflexionsmodul 50 ist in räumlicher Nähe zum Wafer 88 angeordnet. Mit einer solchen in die Projektionsbelichtungsanlage 80 beziehungsweise das Projektionsobjektiv 86 integrierten Messvorrichtung 10 lässt sich während des Belichtungsbetriebs eine Überwachung der lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs 86 durchführen und laterale Abbildungsfehler ermitteln. Furthermore, contains the projection exposure system 80 a measuring device 10 which essentially the measuring device 10 in one of with regard to the 1 to 5 corresponds to described embodiments. The measuring device 10 includes a sensor head 94 as well as a reflection module 50 , The sensor head 94 has the irradiation module described above 14 for providing measuring beams 96 , which, for example, the measuring beams described above 34 . 36 . 38 and 40 include, as well as the above-described detection module 60 on. Furthermore, that includes in the projection exposure system 80 integrated measuring device 10 a deflecting element 98 for coupling the measuring beams 96 in the beam path of the projection lens 86 , The reflection module 50 is in close proximity to the wafer 88 arranged. With such in the projection exposure system 80 or the projection lens 86 integrated measuring device 10 During the exposure operation, it is possible to monitor the lateral imaging stability of the projection objective 86 perform and detect lateral aberrations.

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 measurement device
12 12: abbildendes optisches Modul imaging optical module
14 14: Einstrahlmodul Einstrahlmodul
16 16: Strahlenquelle radiation source
18 18: Strahlenteiler beamsplitter
20, 22 20, 22: Wellenplatten wave plates
24, 26 24, 26: Umlenkelemente deflecting
28 28: Strahlenbündel mit erster Frequenz Beams with first frequency
30 30: Strahlenbündel mit zweiter Frequenz Beam with second frequency
32 32: Lichtwellenleiter optical fiber
34 34: erster Messstrahl first measuring beam
36 36: zweiter Messstrahl second measuring beam
38 38: dritter Messstrahl third measuring beam
40 40: vierter Messstrahl fourth measuring beam
41 41: Seitenansicht Strahlenteiler Side view of beam splitter
42 42: optische Achse optical axis
44 44: virtuelle Zielebene virtual destination level
46 46: Bildebene des optischen Moduls Image plane of the optical module
50 50: Reflexionsmodul reflection module
52 52: Raumwinkel Messstrahlen Solid angle measuring beams
54 54: Träger carrier
56 56: Littrow-Gitter Littrow grating
58 58: Raumwinkel Reflexion Solid angle reflection
60 60: Detektionsmodul detection module
62 62: erste ½-λ-Platte first ½-λ plate
64 64: zweite ½-λ-Platte second ½-λ plate
66 66: polarisierender Strahlenteiler polarizing beam splitter
68 68: Retroreflektor retroreflector
70 70: ¼-λ-Platte ¼ λ plate
72 72: erster Detektor first detector
74 74: zweiter Detektor second detector
80 80: Projektionsbelichtungsanlage Projection exposure system
82 82: EUV-Strahlung EUV radiation
84 84: Retikel reticle
86 86: Projektionsobjektiv projection lens
88 88: Wafer wafer
90 90: erster Spiegel first mirror
92 92: zweiter Spiegel second mirror
94 94: Sensorkopf sensor head
96 96: Messstrahlen measuring beams
98 98: Umlenkelemente deflecting

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/030179 A1 [0003, 0005]

Claims

Measuring device ( 10 ) for measuring a lateral aberration of an imaging optical module ( 12 ) with: - a radiation module ( 14 ) which is configured to detect two measuring beams ( 34 . 36 ) of different optical frequency and different irradiation direction on the optical module ( 12 ), - a reflection module ( 50 ) for arrangement in the beam path of the measuring beams after passing through the optical module ( 12 ), whereby the reflection module ( 50 ) is configured to transmit the measuring beams into the optical module ( 12 ), as well as - a detection module ( 60 ) which is configured to read the two measuring beams after passing through the optical module ( 12 ) to superimpose an overlay pattern.

Measuring device according to Claim 1, in which the irradiation module ( 14 ) is configured to receive two more measuring beams ( 38 . 40 ) of different optical frequency and different direction of irradiation in such a way to the optical module ( 12 ) that after reflection on the reflection module ( 50 ) and repeatedly passing through the optical module ( 12 ) in the detection module ( 60 ) form a superposition pattern, which differs from that due to the superposition of the first two measuring beams ( 34 . 36 ) is spatially separated.

Measuring device according to claim 1 or 2, in which for the respective measuring beam ( 34 . 36 . 38 . 40 ) before reflection on the reflection module ( 50 ) lying from the after reflection on the reflection module ( 50 ) differs.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the directions of irradiation of the two measuring beams ( 34 . 36 ) with respect to an optical axis ( 42 ) of the measuring device ( 10 ) are aligned symmetrically to each other and in which the reflection module ( 50 ) is configured such that a respective one in the back reflection of the corresponding measuring beam ( 34 . 36 . 38 . 40 ) occurring solid angle ( 58 ) between the direction of incidence and the direction of failure is less than the solid angle between the respective direction of incidence and the optical axis ( 42 ).

Measuring device according to Claim 4, in which the reflection module ( 50 ) is configured in such a way that the solid angle occurring during the back reflection ( 58 ) between the direction of incidence and the direction of failure for each of the measuring beams ( 34 . 36 . 38 . 40 ) is at least 0.1 °.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the irradiation module ( 14 ) is configured to detect the two measuring beams ( 34 . 36 ) in such a way that, before entering the optical module ( 12 ).

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the measuring beams ( 34 . 36 ) comprise polarized radiation having the same polarization state.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the detection module ( 60 ) a polarizing beam splitter ( 66 ) and at least one half-wave plate ( 62 . 64 ).

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the directions of irradiation of the two measuring beams ( 34 . 36 . 38 . 40 ) a solid angle ( 52 ) of at least one-tenth of the object-side opening angle of the imaging optical module °.

Measuring arrangement with an imaging optical module ( 12 ) and the measuring device ( 10 ) according to any one of the preceding claims for measuring a lateral aberration of the imaging optical module.

Projection exposure apparatus ( 80 ) for microlithography with a projection objective ( 86 ) for imaging mask structures onto a wafer ( 88 ) and a measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims for monitoring the lateral imaging stability of the projection objective ( 86 ).

Projection exposure apparatus according to claim 11, wherein the irradiation directions of the two measuring beams ( 34 . 36 ) a solid angle ( 52 ) of at least one tenth of the object-side opening angle of the projection lens ( 86 ) lock in.

A projection exposure apparatus according to claim 11 or 12, which is configured for exposure in the EUV wavelength range.

Projection exposure apparatus according to one of Claims 11 to 13, in which the reflection module ( 50 ) is arranged in a reflection plane and the measuring beams in a plane to the reflection ( 46 ) conjugate level ( 44 ) to cut.

Method for measuring a lateral aberration of an imaging optical module ( 12 ) with the steps: - irradiation of two measuring beams ( 34 . 36 . 38 . 40 ) of different optical frequency and different irradiation direction on the optical module ( 12 ) Reflecting the measuring beams ( 34 . 36 . 38 . 40 ) after passing through the optical module ( 12 ) into the optical module ( 12 ), - superposition of the two measuring beams after repeated passage through the optical module ( 12 ) for forming an overlay pattern, and - detecting the overlay pattern.