DE102019214979A1

DE102019214979A1 - Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Oberflächenform

Info

Publication number: DE102019214979A1
Application number: DE102019214979.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schulte; Rolf Freimann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20220221269A1; CN114467005A; WO2021063766A1; US11892283B2; JP2022551063A

Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) umfasst: eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle (42), ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element (60), welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle eine auf das Testobjekt (14) gerichtete Prüfwelle (66) mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle (70) zu erzeugen, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form (68f) aufweist, sowie eine Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle (40) mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit einem Kalibrierobjekt (74) gebildeten Kalibrierinterferogramms.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, ein Verfahren zum Kalibrieren eines diffraktiven optischen Elements, ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts sowie ein optisches Element für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für die Mikrolithographie, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken verwendet. Dabei wird die Wellenfront einer Prüfwelle durch ein diffraktives Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass die Einzelstrahlen der Prüfwelle an jedem Ort senkrecht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würden. Abweichungen von der Sollform lassen sich durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle bestimmen. Als diffraktives Element kann beispielsweise ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.
Die Genauigkeit der Formvermessung hängt von der Genauigkeit des CGH ab. Entscheidend dabei ist nicht unbedingt die möglichst exakte Herstellung des CGH, sondern vielmehr eine möglichst exakte Vermessung aller möglichen Fehler im CGH. Bekannte Fehler können bei der Formvermessung des Prüflings heraus gerechnet werden. Das CGH bildet somit die Referenz. Während bei rotationssymmetrischen Asphären eine Kalibrierung aller nicht rotationssymmetrischen Fehler mit hoher Genauigkeit möglich ist, schlagen bei Freiformflächen, d.h. nicht-sphärischen Flächen ohne Rotationssymmetrie, alle CGH-Fehler auf die Formvermessung durch. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Vermessung des CGH steigen dadurch stark an. Dabei ist es wichtig, die Verzeichnung der beugenden Strukturen des CGH, d.h. die Lateralpositionen der beugenden Strukturen in Bezug auf ihre Sollpositionen, sowie die Profilform des CGH's hochgenau zu kennen. Die Messgenauigkeit, mit der diese Parameter mittels aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräten bestimmt werden können, reicht jedoch für die ständig steigenden Anforderungen nicht aus.
In DE 10 2012 217 800 A1 wird eine solche Messanordnung mit einem komplex kodierten CGH beschrieben. Eine Lichtwelle wird zunächst durch ein Fizeau-Element in eine Referenzwelle und eine Prüfwelle geteilt. Die Prüfwelle wird anschließend von dem komplex kodierten CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront und Kalibrierwellen mit sphärischer oder ebener Wellenfront umgewandelt. Hierfür enthält das CGH geeignet ausgebildete diffraktive Strukturen. Die Kalibrierwellen werden zur Kalibrierung des CGH verwendet. Anschließend wird ein Testobjekt in der Prüfposition angeordnet und eine Messung mit der Prüfwelle durchgeführt. Die Prüfwelle wird von der Oberfläche des Testobjekts reflektiert, von dem CGH rücktransformiert und nach Durchlaufen des Fizeau-Elements von der Referenzwelle überlagert. Aus dem in einer Ebene erfassten Interferogramm lässt sich die Form der Oberfläche bestimmen. Dabei wird durch die Kalibrierung des CGHs zwar eine verbesserte Genauigkeit erzielt, diese ist jedoch für fortgeschrittene Anwendungen nicht immer ausreichend.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Messverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Bestimmung der Form optischer Oberflächen in Gestalt von Freiformflächen mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, wobei die Messvorrichtung umfasst: eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle, ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle zu erzeugen, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufweist. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit einem Kalibrierobjekt gebildeten Kalibrierinterferogramms.
Unter einer Freiformfläche ist eine Form mit Abweichung von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 µm, insbesondere mehr als 10 µm, zu verstehen. Weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,05 mm, insbesondere mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm ab. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche erfassten Interferogramms unter Berücksichtigung des durch Überlagerung mit der Kalibrierwelle gebildeten Interferogramms.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kalibrierwelle mit einer nicht-rotationssymmetrischen Wellenfront kann die Differenz zwischen der Wellenfront der Prüfwelle und der Wellenfront der Kalibrierwelle, nachstehend auch Prüfwellenfrontdifferenz bezeichnet, minimiert werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Qualität der Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements im Hinblick auf die zu erzeugende Freiform-Prüfwelle umso besser ist, je geringer die Abweichung der Form der Kalibrierwelle von der Wellenfrontform der Prüfwelle ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die für die Erzeugung der Kalibrierwelle und der Prüfwelle verantwortlichen Teilstrukturen des mehrfachkodierten diffraktiven optischen Elements sich umso ähnlicher sind, je ähnlicher die Kalibrierwelle und die Prüfwelle zueinander sind. Ähnliche Teilstrukturen wiederum unterliegen bei der Fertigung des diffraktiven optischen Elements ähnlichen Fertigungsfehlern und weisen vergleichsweise geringe Unterschiede in ihren Furchenbreitenverläufen auf.
Durch die derartige Konfiguration des diffraktiven optischen Elements, dass dieses die Kalibrierwelle mit einer nicht-rotationssymmetrischen Wellenfront erzeugt, wird es möglich, die Prüfwellenfrontdifferenz möglichst klein zu halten. Damit wiederum können Auswirkungen von Fertigungsfehlern im diffraktiven optischen Element auf die Prüfwelle anhand von mittels der Kalibrierwelle ermittelten Kalibrierdaten mit einer hohen Genauigkeit vorhergesagt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weisen Querschnitte durch die Wellenfront der Kalibrierwelle entlang quer zueinander ausgerichteten Querschnittsflächen jeweils eine gebogene Form auf, wobei sich die gebogenen Formen in den verschiedenen Querschnittsflächen in einem Öffnungsparameter unterscheiden. Insbesondere sind die Querschnittsflächen senkrecht zueinander ausgerichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich die gebogenen Formen in den zwei verschiedenen Querschnittsflächen in ihrer Krümmungsrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Kreisform angenähert und der Öffnungsparameter ist der Kreisradius. Darunter ist zu verstehen, dass die gebogene Form in den verschiedenen Querschnitten jeweils einen Abschnitt einer Kreisform oder annähernd den Abschnitt der Kreisform aufweist, insbesondere entspricht die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Kreisform.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Parabelform angenähert und der Öffnungsparameter ist die Parabelöffnung. Darunter ist zu verstehen, dass die gebogene Form in den verschiedenen Querschnitten jeweils einem Abschnitt einer Parabelform oder annähernd dem Abschnitt der Parabelform entspricht. Der Abschnitt der Parabelform umfasst insbesondere den Scheitelbereich der Parabel, insbesondere weist der Abschnitt einen symmetrischen Scheitelbereich der Parabel auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Wellenfront der Kalibrierwelle eine astigmatische Form auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die nicht-rotationssymmetrische Form der Kalibrierwelle der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Rotationskörpers, welcher durch Rotation einer zu einer Symmetrieachse symmetrischen Fläche, nachstehend auch Rotationsfläche bezeichnet, um eine Drehachse gebildet wird. Der Ausschnitt aus der Oberfläche dieses Rotationskörpers weist eine Symmetrie zu einer Ebene auf und kann deshalb auch als spiegelsymmetrisch bezeichnet werden. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist die Rotationsfläche kreisförmig und die Drehachse ist echt parallel zur Symmetrieachse angeordnet. In diesem Fall ergibt sich ein Torus als Rotationskörper. Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist die Rotationsfläche nicht-rotationssymmetrisch, z.B. elliptisch.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weicht die Wellenfront der Kalibrierwelle von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 µm, insbesondere um mindestens 100 µm, ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dazu konfiguriert, durch Beugung aus der Eingangswelle neben der Prüfwelle mindestens drei Kalibrierwellen zu erzeugen.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Kalibrieren eines diffraktiven optischen Elements, welches zum Erzeugen einer Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts konfiguriert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Bereitstellen des diffraktiven optischen Elements mit einer Mehrfachkodierung und Einstrahlen einer Eingangswelle, sodass an der Mehrfachkodierung durch Beugung neben der Prüfwelle eine auf ein Kalibrierobjekt gerichtete Kalibrierwelle erzeugt wird, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufweist. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit dem Kalibrierobjekt erzeugten Kalibrierinterferogramms.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kalibrierobjekt an unterschiedlichen Kalibrierpositionen derart angeordnet, dass die Kalibrierwelle jeweils im Wesentlichen senkrecht auf unterschiedliche Bereiche einer Oberfläche des Kalibrierobjekts auftrifft. Weiterhin werden die an den verschiedenen Kalibrierpositionen erzeugten Kalibrierinterferogramme miteinander verglichen. Mit anderen Worten werden in den unterschiedlichen Kalibrierpositionen verschiedene Subaperturen des Kalibrierobjekts mit der Kalibrierwelle angestrahlt. Durch Auswertung der Gesamtheit der verschiedenen Kalibrierinterferogramme mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus lassen sich Wellenfrontfehler der Kalibrierwelle von Formfehlern des Kalibrierobjekts trennen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die unterschiedlichen Kalibrierpositionen des Kalibrierobjekts durch eine Kombination aus Verschieben und Verkippen des Kalibrierobjekts eingestellt. Weiterhin können für die verschiedenen Kalibrierpositionen auftretende Retrace-Fehler rechnerisch berücksichtigt werden.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle zu erzeugen, Kalibrieren des diffraktiven optischen Elements gemäß einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten, Erfassen eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts erzeugten Messinterferogramms, sowie Ermitteln der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung des Messinterferogramms unter Berücksichtigung des Kalibrierinterferogramms.
Gemäß einer Ausführungsform kann zum Zwecke der Prüfung mehrerer zueinander ähnlicher, aber doch voneinander verschiedener, Freiformflächen die Gesamtheit aller Prüfwellenfrontdifferenzen, d.h. der Differenzen zwischen den Wellenfronten von Prüfwelle und Kalibrierwelle, kleingehalten werden, beispielsweise durch Wahl der realisierten Prüfwellenfrontdifferenz als Mittelwert der Prüfwellenfrontdifferenzen aller geprüfter Freiformflächen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer jeweiligen Form einer Vielzahl von Oberflächen bereitgestellt. Die Oberflächen weisen jeweils die Gestalt einer Freiformfläche auf, wobei ein astigmatischer Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformfläche von einer bestangepassten Sphäre zwischen 70% und 90%, insbesondere zwischen 75% und 85%, liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt: Kalibrieren von interferometrisch bestimmten Formmessergebnissen der Oberflächen mittels einer einheitlichen Kalibrierfläche.
Bezüglich der Definition des astigmatischen Anteils wird insbesondere auf DE 10 2013 226 668 A1 verwiesen. Die vermessenen Oberflächen sind aufgrund des genannten astigmatischen Anteils zueinander ähnlich, aber doch voneinander verschieden. Mit anderen Worten wird zur Bestimmung der jeweiligen Form einer Vielzahl von Oberflächen unter jeweiliger Verwendung einer Kalibrierfläche lediglich eine einzige Kalibrierfläche benötigt. Die Bestimmung der Formmessergebnisse der Oberflächen kann jeweils analog zum vorstehend beschriebenen interferometrischen Messverfahren erfolgen, wobei die Kalibrierwelle jeweils an die genannte einheitliche Kalibrierfläche angepasst ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Abweichung der einheitlichen Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil auf, welcher dem Mittelwert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der Oberflächen entspricht. Darunter ist zu verstehen, dass der der einheitlichen Kalibrierfläche zugeordnete astigmatische Anteil um maximal 10%, insbesondere maximal 5%, von dem genannten Mitttelwert abweicht.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein optisches Element für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage mit einer optischen Oberfläche bereitgestellt, welche eine Sollform in Gestalt einer Freiformfläche und eine Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform mit einem quadratischen Mittelwert von maximal 100 pm aufweist, wobei die Sollform eine maximale Abweichung von ihrer bestangepassten Sphäre aufweist, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt. Insbesondere beträgt der quadratische Mittelwert der Abweichung der tatsächlichen Form von der Sollform maximal 20 pm, insbesondere maximal 10 pm. Der quadratische Mittelwert (QMW) ist auch unter der englischen Abkürzung RMS bekannt (englisch „Root Mean Square“). Eine mikrolithographische Belichtungsanlage umfasst eine Strahlungsquelle, ein Beleuchtungssystem zur Anstrahlung einer Maske sowie ein Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf ein Substrat.
Die Sollform weist am Punkt der maximalen Abweichung von der bestangepass-ten Sphäre einen Abweichungswert auf, welcher mindestens 0,1 mm und höchstens um 20 mm beträgt. Anders formuliert, beträgt die maximale Abweichung der Sollform von jeder beliebigen Sphäre mindestens 0,1 mm, die Abweichung von der bestangepassten Sphäre beträgt jedoch maximal 20 mm. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung der Sollform von ihrer bestangepassten Sphäre mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 5 mm. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung höchstens 8 mm.
Unter der bestangepassten Sphäre kann gemäß einer Ausführungsvariante diejenige Sphäre verstanden werden, bei der die maximale Abweichung von der Sollform am kleinsten ist. Alternativ kann die bestangepasste rotationssymmetrische Referenzfläche auch durch Minimierung des quadratischen Mittels der Abweichung oder durch Minimierung der mittleren Abweichung bestimmt werden. Unter einer Freiformfläche wird eine nicht-sphärische Fläche ohne Rotationssymmetrie verstanden.
Gemäß einer Ausführungsform des optischen Elements weicht die Sollform von jeder rotationssymmetrischen Asphäre um mindestens 5 µm, insbesondere um mindestens 10 µm, ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als Spiegelelement für eine mikrolithographische Belichtungsanlage im EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert. Unter dem EUV-Wellenlängenbereich (extrem ultravioletter Wellenlängenbereich) wird der Wellenlängenbereich unter 100 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, verstanden.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur interferometrischen Formbestimmung übertragen werden, und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
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:

1 eine Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung einer an eine Sollform der Oberfläche angepassten Prüfwelle,
2 das diffraktive optische Element gemäß 1 mit einem mehrfachkodierten diffraktiven Strukturmuster zur Erzeugung von Kalibrierwellen neben der Prüfwelle,
3a das diffraktive optische Element gemäß 2 bei der Vermessung eines ersten Kalibrierobjekts mittels einer ersten Kalibrierwelle,
3b das diffraktive optische Element gemäß 2 bei der Vermessung eines zweiten Kalibrierobjekts mittels einer zweiten Kalibrierwelle,
3c das diffraktive optische Element gemäß 2 bei der Vermessung eines dritten Kalibrierobjekts mittels einer dritten Kalibrierwelle,
3d das diffraktive optische Element gemäß 2 bei der Vermessung der optischen Oberfläche des Testobjekts,
3e eine Veranschaulichung der ersten Kalibrierwelle gemäß 3a sowie der Prüfwelle gemäß 3c beim Auftreten eines nachteiligen Sonderfalls,
4 eine Ausführungsform eines Ringtorus, an dem ein erster Oberflächenausschnitt gekennzeichnet ist,
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4,
6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 4,
7 der Ringtorus gemäß 4, an dem ein weiterer Oberflächenausschnitt gekennzeichnet ist,
8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7,
9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 7,
10 der Ringtorus gemäß 4 in aufgeschnittener Darstellung,
11 eine Ausführungsform eines elliptischen Spindeltorus, an dem ein Oberflächenausschnitt gekennzeichnet ist,
12 eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII in 11,
13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in 11,
14a das diffraktive optische Element gemäß 1 sowie ein Kalibrierobjekt, welches in einer ersten Kalibrierposition angeordnet ist,
14b das diffraktive optische Element gemäß 1 sowie ein Kalibrierobjekt, welches in einer zweiten Kalibrierposition angeordnet ist,
15 eine Draufsicht auf das Kalibrierobjekt mit Veranschaulichung von in unterschiedlichen Kalibrierpositionen angestrahlten Flächen,
16a eine beispielhafte Sollform der optischen Oberfläche des Testobjekts gemäß 1 in einer ersten Schnittebene, eine beispielhafte nicht-rotationssymmetrische Form einer Kalibrierwelle sowie eine bezüglich der Sollform bestangepasste Kreisform,
16b eine beispielhafte Sollform der optischen Oberfläche des Testobjekts gemäß 1 in einer zweiten Schnittebene, eine beispielhafte nicht-rotationssymmetrische Form einer Kalibrierwelle sowie eine bezüglich der Sollform bestangepasste Kreisform, sowie
17 eine beispielhafte Ausführungsform der optischen Oberfläche eines optischen Elements eine Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Belichtungsanlage.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
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.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die y-Richtung nach oben und die z-Richtung nach rechts.
1 veranschaulicht eine interferometrische Messvorrichtung 10 in einer beispielhaften Ausführungsform nach der Erfindung. Die Messvorrichtung 10 ist geeignet zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 in Gestalt eines optischen Elements. Dies erfolgt durch Ermittlung einer Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform.
Das Testobjekt 14 kann beispielsweise in Gestalt einer optischen Linse oder eines Spiegels ausgeführt sein. Im dargestellten Fall handelt es sich beim Testobjekt 14 um einen konkaven Spiegel für die EUV-Lithographie, d.h. einen Spiegel, der zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Belichtungswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung im Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage, konzipiert ist. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm, und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm und/oder etwa 6,8 nm.
Das optische Testobjekt 14 ist in der Messvorrichtung 10 mittels einer nicht zeichnerisch dargestellten Halterung montiert. Die Messvorrichtung 10 ist dazu konfiguriert, optische Oberflächen 12 zu vermessen, deren Sollform eine Freiformfläche ist. Unter einer Freiformfläche ist in diesem Text eine Form mit einer Abweichung von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 µm, insbesondere mehr als 10 µm, zu verstehen, weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm, ab.
Die interferometrische Messvorrichtung 10 umfasst ein Interferometer 16, welches wiederum eine Lichtquelle 18, einen Strahlteiler 34 sowie eine Erfassungseinrichtung 46 in Gestalt einer Interferometerkamera umfasst. Die Lichtquelle 18 erzeugt eine Beleuchtungsstrahlung 20 und umfasst dazu beispielsweise einen Laser 22, wie etwa einen Helium-Neon-Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls 24. Die Beleuchtungsstrahlung 20 weist ausreichend kohärentes Licht zur Durchführung einer interferometrischen Messung auf. Im Falle eines Helium-Neon-Lasers beträgt die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 20 etwa 633 nm. Die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 20 kann aber auch andere Wellenlängen im sichtbaren und nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen.
Der Laserstrahl 24 wird von einer Fokussierlinse 26 auf eine Blende 28 derart fokussiert, dass ein divergenter Strahl 30 kohärenten Lichts von der Blendenöffnung ausgeht. Die Wellenfront des divergenten Strahls 30 ist im Wesentlichen sphärisch. Der divergente Strahl 30 wird von einer Linsengruppe 32 kollimiert, wodurch die Beleuchtungsstrahlung 20 mit einer, im vorliegenden Fall im Wesentlichen ebenen Wellenfront erzeugt wird. Die Beleuchtungsstrahlung 20 breitet sich entlang einer optischen Achse 56 des Interferometers 16 aus und durchläuft den Strahlteiler 34.
Daraufhin trifft die Beleuchtungsstrahlung 20 auf ein Fizeauelement 36 mit einer Fizeaufläche 38. Ein Teil des Lichts der Beleuchtungsstrahlung 20 wird als Referenzwelle 40 an der Fizeaufläche 38 reflektiert. Das das Fizeauelement 36 durchlaufende Licht der Beleuchtungsstrahlung 20 breitet sich als eingehende Messwelle, nachfolgend Eingangswelle 42 bezeichnet, mit einer ebenen Wellenfront 44 weiter entlang der optischen Achse 56 aus und trifft auf ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element 60. In anderen Ausführungsformen der Messvorrichtung 10 kann die Wellenfront der Eingangswelle 42 auch sphärisch sein.
Das diffraktive optische Element 60 umfasst ein bezüglich der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 20 durchlässiges Substrat 62 sowie ein auf dem Substrat 52 angeordnetes diffraktives Strukturmuster 64 in Gestalt eines computergenerierten Hologramms (CGH).
In einer ersten Ausführungsform ist das Strukturmuster 64 derart konfiguriert, dass die Eingangswelle 42 durch Beugung am Strukturmuster 64 in eine Prüfwelle 66 in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle 68 (vgl. 2) mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufgespalten wird. Im allgemeinen Fall ist unter einer nicht-rotationssymmetrischen Form eine Form zu verstehen, welche von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 µm abweicht. Gemäß einer Ausführungsvariante weicht die nicht-rotationssymmetrische Form von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre um mehr als 5 µm ab, weiterhin kann die nicht-rotationssymmetrische Form die vorstehend definierte Form einer Freiformfläche aufweisen. Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der nicht-rotationssymmetrischen Form beschrieben, welche neben dem allgemeinen Merkmal der Abweichung von mindestens 50 µm von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form durch weitere Parameter gekennzeichnet ist.
Alternativ zur in 1 veranschaulichten interferometrischen Messvorrichtung 10 mit einem Fizeau-Element 36 zur Erzeugung der Referenzwelle 40 kann die Referenzwelle auch am diffraktiven optischen Element 60 erzeugt werden, wie beispielsweise in 1 von DE 10 2015 209 490 A1 dargestellt, und mittels eines Referenzspiegels zurückgeworfen werden.
In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform werden am Strukturmuster 64 neben der Kalibrierwelle 68 zwei weitere Kalibrierwellen 70 und 72 erzeugt. Die Kalibrierwellen 70 und 72 können jeweils eine ebene oder eine sphärische Wellenfront aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform weisen eine oder beide der weiteren Kalibrierwellen 70 und 72 jeweils, wie die Kalibrierwelle 68, eine nicht-rotationssymmetrische Form auf, die jedoch anders geartet ist als bei der Kalibrierwelle 68.
Die Prüfwelle 66 ist auch in 1 eingezeichnet und dient zur Vermessung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Die Prüfwelle 66 weist dazu eine Wellenfront auf, die an die Sollform der optischen Oberfläche 12 angepasst ist. Wie vorstehend erwähnt, weist die Prüfwelle 66 die Form einer Freiformfläche auf.
Vor Vermessung des Testobjekts 14, bei dem dieses, wie in 1 veranschaulicht, im Strahlengang der Prüfwelle 66 angeordnet wird, wird die Messvorrichtung 10 zunächst in einem Kalibriermodus betrieben. In diesem Modus wird zunächst anstatt des Testobjekts 14 ein erstes Kalibrierobjekt 74 ausgangswellenseitig bezüglich des diffraktiven optischen Elements 60, und zwar im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 68 angeordnet, wie schematisch in 3a dargestellt. Die Form der Kalibrierwelle 68 entspricht mit Ausnahme von Fehlerabweichungen der Form einer Kalibrierfläche 76 des Kalibrierobjekts 74, d.h. die Form der Kalibrierfläche 76 des Kalibrierobjekts 74 ist an die vorstehend erwähnte nicht-rotationssymmetrische Sollform der Kalibrierwelle 68 angepasst. Diese nicht-rotationssymmetrische Sollform dient damit sowohl für die Kalibrierwelle 68 als auch für das Kalibrierobjekt 74 als Sollform.
Die Kalibrierwelle 68 trifft auf die Kalibrierfläche 76 des Kalibrierobjekts 74 auf und wird an dieser in sich selbst zurückreflektiert. Die reflektierte Kalibrierwelle 68 durchläuft abermals das diffraktive optische Element 60 und wird nach Reflexion am Strahlteiler 34 mittels eines Objektivsystems 48 der Erfassungseinrichtung 46 auf eine Erfassungsfläche 50 eines Kamerachips 52 der Erfassungseinrichtung 46 gelenkt (vgl. 1 unter Ersetzung der Prüfwelle 66 durch die Kalibrierwelle 68).
Auf der Erfassungsfläche 50 entsteht durch Überlagerung mit der Referenzwelle 40 ein Kalibrier-Interferenzmuster, aus welchem mittels einer Auswerteinrichtung 54 die Abweichung der Kalibrierwelle 68 von ihrer Sollwellenfront bestimmt wird. Dies erfolgt jedoch unter der Annahme, dass etwaige Abweichungen des Kalibrierobjekts 74 von der Sollform vernachlässigbar sind. Damit wird die tatsächliche Wellenfront der Kalibrierwelle 68 mittels des Kalibrierobjekts hochgenau bestimmt. Die Abweichungen der Kalibrierwelle 68 von ihrer Sollwellenfront werden als Kalibrierabweichungen K1 in der Auswerteeinrichtung 54 abgespeichert.
Gemäß einer in den 14a, 14b und 15 veranschaulichten Ausführungsvariante der Bestimmung der Kalibrierabweichungen K1 wird das Kalibrierobjekt 74 an mehreren unterschiedlichen Kalibrierpositionen vermessen. Dazu wird das Kalibrierobjekt 74 vorzugsweise derart konfiguriert, dass der Durchmesser der Kalibrierfläche 76 mindestens 5%, insbesondere mindestens 10%, größer ist als der Durchmesser der Kalibrierwelle 68, d.h. bei zentraler Einstrahlung der Kalibrierwelle 68 verbleibt ein entsprechender unbestrahlter Randbereich auf der Kalibrierfläche 76.
Zur Einstellung der unterschiedlichen Kalibrierpositionen wird das Kalibrierobjekt 74 mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Positioniereinrichtung durch eine Kombination aus Verkippen und insbesondere Verschieben verlagert. 14a zeigt eine erste Kalibrierposition des Kalibrierobjekts 74, in der die Kalibrierwelle 68 im Wesentlichen zentral auf die Kalibrierfläche 76 auftrifft. Dabei treffen die Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 im Wesentlichen senkrecht auf die Kalibrierfläche 76 auf.
14b zeigt eine zweite Kalibrierposition, welche ausgehend von der ersten Kalibrierposition durch ein nach unten Verkippen des Kalibrierobjekts 74 (d.h. Verkippen bezüglich der x-Achse) eingestellt wird, sodass der von der Kalibrierwelle 68 bestrahlte Bereich der Kalibrierfläche beispielsweise um mindestens 5% oder mindestens 10% des Durchmessers der Kalibrierwelle 68 nach oben verschoben wird. Auch hier treffen die Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 im Wesentlichen senkrecht auf die Kalibrierfläche auf. Um dies sicherzustellen, erfolgt neben der genannten Verkippung eine geeignete Verschiebung des Kalibrierobjekts 74 in der y-z-Ebene.
Wie nachstehend näher erläutert, kann die Querschnittsform der Kalibrierfläche 76 und damit auch der Wellenfront der Kalibrierwelle 70 z.B. kreisförmig oder auch parabelförmig sein. Durch eine geeignete Kombination aus Verkippung und Verschiebung lässt sich sowohl bei einer kreisförmigen als auch bei einer parabelförmigen Querschnittsform auch in der in 14b veranschaulichten zweiten Kalibrierposition eine im Wesentlichen senkrechte Einstrahlung der Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 bewirken. Bei einer kreisförmigen Querschnittsform spricht man bei der Kombination aus Verkippung und Verschiebung auch von einer „Verkugelung“.
15 veranschaulicht in Draufsicht auf die Kalibrierfläche 76 die jeweilige, in unterschiedlichen Kalibrierpositionen, von der Kalibrierwelle 68 bestrahlte Fläche. Die mit Bezug auf 14a beschriebene zentrale Kalibrierposition ist mit P1 und die mit Bezug auf 14b beschriebene nach unten verkippte Kalibrierposition mit P2 bezeichnet. Durch ein entsprechendes nach oben Verkippen des Kalibrierobjekts 74 lässt sich unter gleichzeitiger Verschiebung in der y-z-Ebene die mit P3 bezeichnete Kalibrierposition einstellen. Weiterhin können die mit P4 und P5 bezeichneten Kalibrierpositionen durch nach links bzw. nach rechts Verkippen des Kalibrierobjekts (d.h. Verkippen bzgl. der y-Achse) unter gleichzeitiger Verschiebung des Kalibrierobjekts 74 in der x-y-Ebene eingestellt werden.
Für einige oder alle dieser weiteren Kalibrierpositionen P2 bis P5, und ggf. für weitere Kalibrierpositionen, werden gemäß einer Ausführungsform anlog zur Kalibrierposition P1 entsprechende Kalibrier-Interferogramme aufgezeichnet. Durch Auswertung aller aufgezeichneten Kalibrier-Interferogramme durch die Auswerteeinrichtung 54 mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus können nun Wellenfrontfehler der Kalibrierwelle 68 von Formfehlern des Kalibrierobjekts 74 getrennt werden. Mit anderen Worten können gemäß dieser Ausführungsform die tatsächlichen Abweichungen des Kalibrierobjekts 74 von der Sollform berücksichtigt werden und somit die tatsächliche Wellenfront der Kalibrierwelle 68 sowie die Kalibrierabweichungen K1 mit einer weiter verbesserten Genauigkeit bestimmt werden. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Kalibrierabweichungen K1 können die für die verschiedenen Kalibrierpositionen P1 bis P5 auftretenden Retrace-Fehler, d.h. die aufgrund der Linsenfehler in der Optik der interferometrischen Messvorrichtung 10 in Abhängigkeit des Strahlengangs der Prüfwelle 66 durch die Optik akkumulierten Fehler, rechnerisch berücksichtigt werden.
Bei der Auswertung der unterschiedlichen Kalibrier-Interferogramme werden gemäß einer Ausführungsform die in den verschiedenen Kalibrierpositionen P1 bis P5 vorliegenden und jeweilige Subaperturen der Kalibrierfläche 76 beleuchtenden Wellenfrontabschnitte der Kalibrierwelle 68 durch sogenannte Stitching-Verfahren zusammengesetzt.
Zusätzlich zu den mittels der Kalibrierwelle 68 bestimmten Kalibrierabweichungen K1 können gemäß der in 2 veranschaulichten Ausführungsform anhand der weiteren Kalibrierwellen 70 und 72 weitere Kalibrierabweichungen K2 und K3 bestimmt werden. Die Ausbreitungsrichtungen der Kalibrierwellen 70 und 72 unterscheiden sich einerseits voneinander und andererseits von der Ausbreitungsrichtung der Kalibrierwelle 68. Die Bestimmung der Kalibrierabweichungen K2 und K3 erfolgt analog zur Bestimmung der Kalibrierabweichungen K1 unter Anordnung des in 3b veranschaulichten Kalibrierobjekts 78 mit der Kalibrierfläche 80 im Strahlengang der Kalibrierwelle 70 sowie des in 3c veranschaulichten Kalibrierobjekts 82 mit der Kalibrierfläche 84 im Strahlengang der Kalibrierwelle 72.
Durch Auswertung der ermittelten Kalibrierabweichungen K1 bis K3 können nun x- und y-Koordinaten von Verzeichnungen der die Kalibrierwellen 68, 70 und 72 erzeugenden Phasenfunktionen des diffraktiven Strukturmusters 64 auf dem diffraktiven optischen Element 60 ermittelt werden. Weiterhin können aus den Kalibrierabweichungen K1 bis K3 Form- und/oder Profilabweichungen der das diffraktive Strukturmuster 64 aufweisenden Substratoberfläche des diffraktiven optischen Elements 60 bestimmt werden. Aus den so gewonnenen Verzeichnungskoordinaten sowie Form- und/oder Profilabweichungen wird daraufhin auf die Verzeichnung in x- und y-Koordinaten sowie die Form und/oder Profilabweichungen des gesamten diffraktiven Strukturmusters 64 geschlossen. Diese Abweichungsdaten werden in der Auswerteeinrichtung 54 abgespeichert und dienen der Korrektur der Prüfwelle 66 bei der nun folgenden Vermessung der Oberflächenform des Testobjekts 14.
Dazu wird der Prüfling in Gestalt des Testobjekts 14, wie in 1 sowie 3d gezeigt, derart im Strahlengang der Prüfwelle 66 angeordnet, dass diese in Autokollimation auf die optische Oberfläche 12 trifft und daran reflektiert wird. Die reflektierte Welle läuft daraufhin durch das diffraktive optische Element 60 in das Interferometer 16 als rücklaufende Prüfwelle 66 zurück. Die rücklaufende Prüfwelle 66 interferiert mit der Referenzwelle 40 auf der Erfassungsfläche 50 und erzeugt damit ein Prüf-Interferogramm. Das Prüf-Interferogramm wird mittels der Auswerteeinrichtung 54 ausgewertet und daraus die Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 von ihrer Sollform ermittelt. Bei der Auswertung werden alle zuvor bei der Vermessung der Kalibrierflächen ermittelten Abweichungsdaten berücksichtigt.
In 3e wird ein nachteiliger Sonderfall übereinstimmender Beugungsrichtungen zwischen Kalibrierwelle und Prüfwelle an einer sogenannten Polstelle 86 veranschaulicht, welcher jedoch aufgrund der durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Kalibrierwelle mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form ermöglichten Freiheitsgrade vermieden werden kann. Dieser nachteilige Sonderfall wird in 3e durch gleichzeitige Darstellung einerseits der Einzelstrahlen 66-1 bis 66-6 der an die Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 angepassten Prüfwelle 66 und andererseits der Einzelstrahlen 68a-1 bis 68a-6 der Kalibrierwelle 68a dargestellt, welche an die Kalibrierfläche 76a einer nachteiligen Ausführungsform des ersten Kalibrierobjekts 74a angepasst ist.
Wie in 3e ersichtlich, laufen die in der gezeigten nachteiligen Ausführungsform die von dem als Polstelle 86 bezeichneten Punkt des diffraktiven Strukturmusters 64a des zugehörigen diffraktiven optischen Elements 60a ausgehenden Einzelstrahlen 66-4 (der Prüfwelle 66) und 68a-4 (der Kalibrierwelle 68) auf dem gleichen Weg entlang. An der Polstelle 86 weist die Differenz der beiden zugehörigen Phasenfunktionen des zugehörigen diffraktiven Strukturmusters 64a eine Nullstelle auf, was in verhältnismäßig großen Furchenabständen im diffraktiven Strukturmuster 64a resultiert.
Diese können wiederum die Beugungsintensität nachteilig beeinflussen. Vereinfacht ausgedrückt, führt dieser Fall zu einer Lücke im diffraktiven Strukturmuster 64a. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann aufgrund der Freiheitsgrade bei der Konfigurierung der Kalibrierwelle 68, die durch die Verwendung einer nicht-rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer astigmatischen Form, für die Kalibrierwelle 68 zur Verfügung stehen, eine derartige Polstelle vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann zur interferometrischen Vermessung einer jeweiligen Form einer Vielzahl optischer Oberflächen 12, welche dahingehend ähnlich sind, dass deren jeweils die Gestalt einer Freiformfläche aufweisenden Sollformen einen jeweiligen astigmatischen Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformfläche von einer bestangepassten Sphäre mit einem Wert zwischen 70% und 90% aufweisen, eine einheitliche Kalibrierfläche zur Kalibrierung der Formmessergebnisse verwendet werden. Dabei kann die einheitliche Kalibrierfläche derart konfiguriert sein, dass eine Abweichung der Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil aufweist, welcher dem Mittelwert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der optischen Oberflächen entspricht.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 4 bis 13 verschiedene Ausführungsformen der vorstehend erwähnten, nicht-rotationssymmetrischen Form der Kalibrierwelle 68 sowie des zugehörigen Kalibrierobjekts 74 veranschaulicht. Wie vorstehend erwähnt, ist die nicht-rotationssymmetrische Form dadurch gekennzeichnet, dass sie von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 µm abweicht. Die nachstehend veranschaulichten Ausführungsformen der nicht-rotationssymmetrischen Form können bei weiteren am diffraktiven Strukturmuster 64 des diffraktiven optischen Elements 60 erzeugten Kalibrierwellen, wie etwa den Kalibrierwellen 70 und 72, Verwendung finden.
Bei sämtlichen in den 4 bis 13 dargestellten Ausführungsformen entspricht die nicht-rotationssymmetrische Form der Kalibrierwelle 68, nachstehend mit 68f bezeichnet, der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche 89 eines in 10 veranschaulichten Rotationskörpers 88. Dieser wird durch Rotation einer zu einer Symmetrieachse 92 symmetrischen Rotationsfläche 90 um eine Drehachse 94 gebildet. Die Symmetrieachse 92 ist in den gezeigten Ausführungsformen parallel zu Drehachse 94 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen kann die Symmetrieachse 92 auch nicht-parallel gegenüber der Drehachse 94 ausgerichtet sein. Die Rotationsfläche 90, welche wegen ihrer Achsensymmetrie auch als „spiegelsymmetrisch“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise rotationssymmetrisch und damit kreisförmig (vgl. Rotationsfläche 90a) oder auch nicht-rotationssymmetrisch, wie etwa elliptisch (vgl. Rotationsfläche 90b mit großer Halbachse a senkrecht zur Drehachse 94 sowie Rotationsfläche 90c mit kleiner Halbachse a senkrecht zur Drehachse 94) konfiguriert sein.
Der Abstand zwischen der Drehachse 94 und der Symmetrieachse 92 ist der Radius R des Rotationskörpers 88. Der Radius R kann größer, gleich oder kleiner als der Radius r der Rotationsfläche 90a bzw. als die Halbachse der Rotationsfläche 90b bzw. 90c senkrecht zur Symmetrieachse 92 sein. Im Fall der kreisförmigen Rotationsfläche 90a ergibt sich für den R > r für den Rotationskörper 88 der in 10 dargestellte Ringtorus, im Fall R = r ein sogenannter Horntorus und für den Fall R < r ein sogenannter Spindeltorus. Im Fall der kreisförmigen Rotationsfläche 90a gilt erfindungsgemäß R ≠ 0.
Im Fall der elliptischen Rotationsflächen 90b bzw. 90c ergeben sich analoge Körper, die hier als „elliptischer Ringtorus“ für R > a, „elliptischer Horntorus“ für R = a sowie „elliptischer Spindeltorus“ für R < a bezeichnet werden. Im Fall der elliptischen Rotationsflächen 90b bzw. 90c ist auch der Fall R = 0 erlaubt. Ein Beispiel eines „elliptischen Spindeltorus“ mit R=0 ist in 11 dargestellt.
In den 4 und 7 werden beispielhaft zwei unterschiedliche Ausschnitte aus der Oberfläche 89 des in 10 dargestellten Rotationsköpers 88 in Gestalt eines Ringtorus jeweils als nicht-rotationssymmetrische Form 68f der Kalibrierwelle 68 gewählt. Diese Form 68f ist jeweils spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine durch die in 4 mit V-V bezeichnete Linie bzw. die in 7 mit VIII-VIII bezeichnete Linie verlaufende Spiegelebene. In der Ausführungsform gemäß 4 befindet sich der gewählte Ausschnitt an der Außenseite des Ringtorus und weist damit eine konvexe Form auf.
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie V-V und 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI jeweils in der im rechten Abschnitt von 4 dargestellten Abbildung der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f. Mit anderen Worten zeigen die 5 und 6 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellenfront der Kalibrierwelle 68 entlang senkrecht zueinander angeordneten Querschnittsflächen, nämlich einmal entlang der y-z-Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. In jeder dieser beiden Querschnittsflächen weist die Form 68f der Wellenfront eine Kreisform und damit eine gebogene Form auf. Die Kreisformen weisen die gleiche Krümmungsrichtung auf und unterscheiden sich in ihrem Öffnungsparameter in Form ihres jeweiligen Radius r₁ bzw. r₂.
In der Ausführungsform gemäß 7 befindet sich der gewählte Ausschnitt an der Innenseite des Ringtorus und weist damit eine Sattelform auf. 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII und 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in der im rechten Abschnitt von 7 dargestellten Abbildung der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f.
Analog zu den 5 und 6 zeigen die 8 und 9 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellenfront der Kalibrierwelle 68 gemäß 7 entlang senkrecht zueinander angeordneten Querschnittsflächen, nämlich einmal entlang der y-z-Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. Auch hier weist die Wellenfront in jeder dieser beiden Querschnittsflächen eine Kreisform und damit eine gebogene Form auf. Die Kreisformen weisen unterschiedliche Krümmungsrichtungen und damit bereits unterschiedliche Öffnungsparameter, nämlich Radien mit unterschiedlichen Vorzeichen auf (r₁ > 0 bzw. r₂ < 0), weiterhin unterscheiden sich auch die Beträge der beiden Radien (|r₁| < |r₂|).
In der in 11 dargestellten Ausführungsform des Rotationskörpers 88 in Gestalt eines „elliptischen Spindeltorus“ mit R=0 weist der an der Vorderseite des Rotationskörpers 88 gewählte Ausschnitt 68f analog zum Ausschnitt gemäß 5 eine konvexe Form, jedoch mit parabelförmigen Querschnittsverläufen, auf. Die Form des Ausschnitts 68f ist spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine durch die mit XII-XII bezeichnete Linie verlaufende Spiegelebene.
12 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII und 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII jeweils in der im rechten Abschnitt von 11 dargestellten Abbildung der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f. Mit anderen Worten zeigen die 12 und 13 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellenfront der Kalibrierwelle 68 entlang senkrecht zueinander angeordneten Querschnittsflächen, nämlich einmal entlang der y-z-Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. In jeder dieser beiden Querschnittsflächen ist die Form 68f der Wellenfront jeweils an den Scheitelbereich 98 einer Parabelform 96-1 bzw. 96-1 angenähert und weist damit eine gebogene Form auf.
Die in 12 dargestellte Parabelform 96-1 lässt sich wie folgt beschreiben: z= - a₁y² +b₁, die in 13 dargestellte Parabelform 96-2 wie folgt: z=-a₂x²+b₂, wobei in vorliegenden Fall gilt: b₁=0 und b₂=0. Die Öffnungsparameter der Parabelformen in Form der Parabelöffnungen a₁ und a₂ unterscheiden sich voneinander a₂ < a₁). Damit weist die Wellenfront der Kalibrierwelle 68 für die Ausführungsform gemäß 11 eine astigmatische Form auf.
In den 16a und 16b wird eine beispielhafte Sollform 12a der optischen Oberfläche 12 zusammen mit der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f der Kalibrierwelle 68 sowie einer bestangepassten Kreisformen 100 in der jeweiligen Schnittansicht von 12 bzw. 13, d.h. in zwei zueinander orthogonalen Schnittebenen, veranschaulicht. Als nicht-rotationssymmetrische Form 68f der Kalibrierwelle 68 ist zu Veranschaulichungszwecken, wie in den 12 und 13, eine an den jeweiligen Scheitelbereich 98 der Parabelformen 96-1 und 96-2 angenäherte Form gewählt. Die in den 16a und 16b eingezeichneten bestangepassten Kreisformen 100 stellen jeweils die Schnittansicht durch eine an die Sollform 12a bestangepasste Sphäre dar und weisen damit den gleichen Radius auf.
Betrachtet man nun den Hub 102-1 bzw. 102-2, d.h. die maximale Abweichung, zwischen der Sollform 12a der optischen Oberfläche 12 und der Form 68f der Kalibrierwelle 68 in den beiden Schnittansichten der 16a und 16b, so wird deutlich, dass dieser gegenüber dem entsprechenden Hub 102a-1 bzw. 102a-2 zwischen der Sollform 12a und der bestangepassten Kreisform 100 erheblich verringert ist. Aufgrund dieses verringerten Hubes ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Kalibrierwelle 68 mit der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f eine im Vergleich zur im Stand der Technik üblichen Verwendung einer sphärischen Kalibrierwelle eine erhebliche Verbesserung in der erzielbaren Kalibriergenauigkeit des diffraktiven optischen Elements 60.
In 17 ist schematisch die optische Oberfläche 12 eines optischen Elements der in 1 als Testobjekt 14 bezeichneten Art in der y-z-Ebene veranschaulicht. Im speziellen handelt es sich bei dem optischen Element 14 um ein Element eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Belichtungsanlage, insbesondere um ein Spiegelelement für den EUV-Wellenlängenbereich.
Neben der optischen Oberfläche 12 in ihrer tatsächlichen Form sind in 17 analog zur 16a die Sollform 12a der optischen Oberfläche sowie die Schnittansicht der an die Sollform 12a bestangepassten Sphäre 104 dargestellt. Dabei ist die durch eine zweidimensionale Abweichung D(x,y) beschriebene Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 von der Sollform 12a stark vergrößert und schematisiert dargestellt, wobei x und y die Koordinaten auf der Oberfläche 12 bezeichnen.
Der über die gesamte optische Oberfläche 12 ermittelte quadratische Mittelwert der Abweichung D(x,y) beträgt maximal 100 pm, insbesondere maximal 20 pm. Die Sollform 12a hingegen weist gegenüber der bestangepassten Sphäre 104 eine maximale Abweichung Δ auf, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt, d.h. die maximale Abweichung Δ beträgt mindestens 0,1 mm und maximal 20 mm. Insbesondere beträgt der untere Wert des Bereichs 1 mm oder 5 mm und der obere Wert kann insbesondere 8 mm betragen.
Bei einem Querschnitt der optischen Oberfläche 12 des optischen Elements 14 in der x-z-Ebene verläuft die optische Oberfläche 12, abgesehen von der durch D(x, y) beschriebene Abweichung, entlang der in 16b dargestellten Sollform 12a. Die maximale Abweichung der Sollform 12a von der bestangepassten Sphäre 104 ist in dieser Schnittebene kleiner als die Abweichung Δ in der in 17 dargestellten Schnittebene. In dieser Ausführungsform ist die maximale Abweichung in der Schnittebene gemäß 17 größer als in allen anderen möglichen Schnittebenen. Die maximale Abweichung Δ gemäß 17 wird daher, wie bereits vorstehend, als die maximale Abweichung Δ gegenüber der bestangepassten Sphäre angesehen.
Da die Sollform 12a in der x-z-Ebene (16a) sich erheblich von der Sollform 12a in der y-z-Ebene (16b) unterscheidet, weicht die Sollform 12a in dreidimensionaler Form von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre erheblich ab. Gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung der Sollform 12a von jeder rotationssymmetrischen Asphäre mindestens 5 µm, insbesondere mindestens 10 µm.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten 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.
Bezugszeichenliste

10: interferometrische Messvorrichtung
12: optische Oberfläche
12a: Sollform
14: Testobjekt
16: Interferometer
18: Lichtquelle
20: Beleuchtungsstrahlung
22: Laser
24: Laserstrahl
26: Fokussierlinse
28: Blende
30: divergenter Strahl
32: Linsengruppe
34: Strahlteiler
36: Fizeau-Element
38: Fizeau-Fläche
40: Referenzwelle
42: Eingangswelle
44: ebene Wellenfront
46: Erfassungseinrichtung
48: Objektivsystem
50: Erfassungsfläche
52: Kamerachip
54: Auswerteeinrichtung
56: optische Achse
60: diffraktives optisches Element
60a: diffraktives optisches Element in nachteiliger Ausführungsform
62: Substrat
64: diffraktives Strukturmuster
64a: diffraktives Strukturmuster in nachteiliger Ausführungsform
66: Prüfwelle
66-1 bis 66-6: Einzelstrahlen der Prüfwelle 66
68: Kalibrierwelle
68a-1 bis 68a-6: Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68a
68f: nicht-rotationssymmetrische Form
70: Kalibrierwelle
72: Kalibrierwelle
74: erstes Kalibrierobjekt
74a: erstes Kalibrierobjekt in nachteiliger Ausführungsform
76: Kalibrierfläche
76a: Kalibrierfläche des Kalibrierobjekts 76
78: zweites Kalibrierobjekt
80: Kalibrierfläche
82: drittes Kalibrierobjekt
84: Kalibrierfläche
86: Polstelle
88: Rotationskörper
89: Oberfläche
90, 90a, 90b, 90c: Rotationsfläche
92: Symmetrieachse
94: Drehachse
96-1, 96-2: Parabelform
98: Scheitelbereich
100: bestangepasste Kreisform
102-1, 102-2: Hub bei Verwendung einer nicht-rotationssymmetrischen Kalibrierwelle
102a-1, 102a-2: Hub bei Verwendung einer sphärischen Kalibrierwelle
104: bestangepasste Sphäre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012217800 A1 [0004]
DE 102013226668 A1 [0025]
DE 102015209490 A1 [0044]

Claims

Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), umfassend: - eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle (42), - ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element (60), welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle eine auf das Testobjekt (14) gerichtete Prüfwelle (66) mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle (70) zu erzeugen, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form (68f) aufweist, sowie - eine Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle (40) mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit einem Kalibrierobjekt (74) gebildeten Kalibrierinterferogramms.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der Querschnitte durch die Wellenfront der Kalibrierwelle (70) entlang quer zueinander ausgerichteten Querschnittsflächen jeweils eine gebogene Form aufweisen, wobei sich die gebogenen Formen in den verschiedenen Querschnittsflächen in einem Öffnungsparameter unterscheiden.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die gebogenen Formen in den zwei verschiedenen Querschnittsflächen in ihrer Krümmungsrichtung unterscheiden.
Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Kreisform angenähert ist und der Öffnungsparameter der Kreisradius ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Parabelform angenähert ist und der Öffnungsparameter die Parabelöffnung ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder nach Anspruch 5, bei der die Wellenfront der Kalibrierwelle eine astigmatische Form aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die nicht-rotationssymmetrische Form (68f) der Kalibrierwelle (70) der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Rotationskörpers (88) entspricht, welcher durch Rotation einer zu einer Symmetrieachse (92) symmetrischen Fläche (90, 90a, 90b, 90c) um eine Drehachse (94) gebildet wird.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Wellenfront der Kalibrierwelle (70) von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 µm abweicht.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das diffraktive optische Element (60) dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle neben der Prüfwelle mindestens drei Kalibrierwellen (68, 70, 72) zu erzeugen.
Verfahren zum Kalibrieren eines diffraktiven optischen Elements (60), welches zum Erzeugen einer Prüfwelle (66) mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) konfiguriert ist, mit den Schritten: - Bereitstellen des diffraktiven optischen Elements (60) mit einer Mehrfachkodierung und Einstrahlen einer Eingangswelle (42), sodass an der Mehrfachkodierung durch Beugung neben der Prüfwelle eine auf ein Kalibrierobjekt (74) gerichtete Kalibrierwelle (70) erzeugt wird, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form (68f) aufweist, sowie - Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle (40) mit der Kalibrierwelle (70) nach Wechselwirkung mit dem Kalibrierobjekt erzeugten Kalibrierinterferogramms.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kalibrierobjekt (74) an unterschiedlichen Kalibrierpositionen (P1, P2) derart angeordnet wird, dass die Kalibrierwelle jeweils im Wesentlichen senkrecht auf unterschiedliche Bereiche einer Oberfläche (76) des Kalibrierobjekts auftrifft, und bei dem die an den verschiedenen Kalibrierpositionen erzeugten Kalibrierinterferogramme miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die unterschiedlichen Kalibrierpositionen des Kalibrierobjekts durch eine Kombination aus Verschieben und Verkippen des Kalibrierobjekts (74) eingestellt werden.
Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), mit den Schritten: - Bereitstellen eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements (60), welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle (42) eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle (70) zu erzeugen, - Kalibrieren des diffraktiven optischen Elements gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, - Erfassen eines durch Überlagerung der Referenzwelle (40) mit der Prüfwelle (66) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts erzeugten Messinterferogramms, sowie - Ermitteln der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung des Messinterferogramms unter Berücksichtigung des Kalibrierinterferogramms.
Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer jeweiligen Form einer Vielzahl von Oberflächen, welche jeweils die Gestalt einer Freiformfläche aufweisen, wobei ein astigmatischer Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformfläche von einer bestangepassten Sphäre zwischen 70% und 90% liegt, mit dem Schritt: Kalibrieren von interferometrisch bestimmten Formmessergebnissen der Oberflächen mittels einer einheitlichen Kalibrierfläche.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Abweichung der einheitlichen Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil aufweist, welcher dem Mittelwert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der Oberflächen entspricht.
Optisches Element (14) für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage mit einer optischen Oberfläche (12), welche eine Sollform (12a) in Gestalt einer Freiformfläche und eine Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform mit einem quadratischen Mittelwert von maximal 100 pm aufweist, wobei die Sollform eine maximale Abweichung von ihrer bestangepassten Sphäre (104) aufweist, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt.
Optisches Element nach Anspruch 16, wobei die Sollform (12a) von jeder rotationssymmetrischen Asphäre um mindestens 5 µm abweicht.
Optisches Element nach Anspruch 16 oder 17, welches als Spiegelelement für eine mikrolithographische Belichtungsanlage im EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert ist.