DE102019215707A1

DE102019215707A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements

Info

Publication number: DE102019215707A1
Application number: DE102019215707.6A
Authority: DE
Inventors: Steffen Siegler; Johannes Ruoff; Alexander Wolf; Michael Carl; Toralf Gruner; Thomas Schicketanz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US11927500B2; JP2022553926A; US20220236139A1; WO2021073821A1; CN114556046A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Durchführen, in einer interferometrischen Prüfanordnung, wenigstens einer ersten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle, Durchführen wenigstens einer weiteren Interferogramm-Messung an jeweils einem Kalibrierspiegel zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen, und Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten ersten Interferogramm-Messung und der ermittelten Kalibrierkorrekturen. Dabei werden für den wenigstens einen Kalibrierspiegel wenigstens zwei Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 2016/0085061 A1 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab.
Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischerweise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Hierbei kommen zur hochgenauen Prüfung der Spiegel insbesondere interferometrische Messverfahren zum Einsatz.
Dabei ist u.a. die Verwendung Computer-generierter Hologramme (CGH) bekannt, wobei insbesondere in ein- und dasselbe CGH zusätzlich zu der für die eigentliche Prüfung benötigten Funktionalität (d.h. der entsprechend der Spiegelform ausgelegten CGH-Struktur zur Formung der mathematisch der Prüflingsform entsprechenden Wellenfront) wenigstens eine weitere „Kalibrierfunktionalität“ zur Bereitstellung einer zur Kalibrierung bzw. Fehlerkorrektur dienenden Referenzwellenfront einkodiert werden kann.
Weiter ist es z.B. auch bekannt, in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einer Referenzfläche („Fizeau-Platte“) reflektierten Referenzwelle und einer an dem Spiegel reflektierten Prüfwelle zu erzeugen.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die bei der jeweiligen Interferogramm-Messung ermittelte und für die jeweilige Passe-Bestimmung herangezogene Interferogramm-Phase neben dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil (entsprechend der Oberflächenform bzw. Passe des Prüflings) weitere Phasenanteile aufweist. Diese weiteren Phasenanteile umfassen u.a. polarisationsinduzierte Phasenanteile z.B. aufgrund diverser, im jeweiligen optischen System auftretender Beeinflussungen des Polarisationszustandes (wie beispielsweise durch an optischen Elementen vorhandene doppelbrechende Schichten, Spannungsdoppelbrechung etc.), durch welche die bei der Passe-Bestimmung erhaltenen Ergebnisse verfälscht werden. Eine Kompensation bzw. ein gezieltes Herausrechnen dieser polarisationsinduzierten Phasenanteile erfordert deren möglichst genaue Kenntnis. Hierzu durchführbare Polarisationsmessungen gestalten sich jedoch aufwändig und können wiederum ihrerseits fehlerbehaftet sein.
Darüber hinaus umfassen die o.g. weiteren Phasenanteile in der zur Passe-Bestimmung herangezogenen Interferogramm-Phase auch solche Phasenanteile, welche durch die jeweils eingesetzte diffraktive Struktur bzw. durch das verwendete Computer-generierten Hologramm verursacht werden. Fehler in der dreidimensionalen Struktur der diffraktiven Struktur bzw. des Computer-generierten Hologramms, beispielsweise hinsichtlich Ätztiefe, Flankenwinkel etc., verursachen auch hier nicht kompensierbare bzw. nicht herausrechenbare Fehler in der Interferogramm-Phase, die somit zu Fehlern bei der Passe-Bestimmung führen. Das hieraus resultierende Problem ist umso gravierender, als sich zeigt, dass in diesen Phasenanteilen neben einem von der Polarisation abhängigen Phasenanteil insbesondere ein von der Polarisation unabhängiger Phasenanteil enthalten ist, der im Normalfall größer als alle anderen von der Polarisation abhängigen Phasenanteile ist und der auch nicht bei Messungen für lineare Eingangspolarisationen oder bei Messungen für zwei beliebige orthogonale Eingangspolarisationen und anschließender Mittelung der gemessenen Interferogramm-Phasen verschwindet - selbst wenn alle optischen Komponenten des Interferometers einschließlich Kalibrierspiegel, Referenzspiegel sowie eigentlichem Prüfspiegel perfekt justiert sind und keinerlei Passe-Fehler aufweisen und wenn einzig die diffraktive Struktur bzw. das CGH nicht ideal und somit fehlerbehaftet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements bereitzustellen, welche eine erhöhte Genauigkeit unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements weist folgende Schritte auf:

- Durchführen, in einer interferometrischen Prüfanordnung, wenigstens einer ersten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle;
- Durchführen wenigstens einer weiteren Interferogramm-Messung an jeweils einem Kalibrierspiegel zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen; und
- Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten ersten Interferogramm-Messung und der ermittelten Kalibrierkorrekturen.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für den (wenigstens einen) Kalibrierspiegel wenigstens zwei Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die zur Passebestimmung eines optischen Elements zusätzlich einbezogene Durchführung wenigstens einer Interferogramm-Messung an einem oder mehreren Kalibrierspiegeln für jeden Kalibrierspiegel nicht nur einmalig (und mit einer einzigen Eingangspolarisation), sondern für jeden Kalibrierspiegel mehrfach mit von jeweils voneinander verschiedenen Eingangspolarisationen durchzuführen und die hierdurch erhaltenen zusätzlichen Informationen ebenfalls bei der Ermittlung der Kalibrierkorrekturen, welche wiederum bei der eigentlichen Passebestimmung des optischen Elements einzubeziehen sind, zu berücksichtigen.
Wie im Weiteren noch näher beschrieben wird durch die vorstehend genannte zusätzliche Information, welche aus den für unterschiedliche Eingangspolarisationen an dem bzw. den Kalibrierspiegel(n) bereitgestellt wird, in mathematischer Hinsicht eine Vergrößerung des Gleichungssystems erreicht, welches die jeweils gemessenen Interferogramm-Phasen mit bekannten Größen (z.B. der Passe der Kalibrierspiegel sowie der jeweiligen Strahlrichtungen und der im optischen Design berechneten oder in Messungen ermittelten Sensitivitäten auf bestimmte Fehler) und mit unbekannten, im Wege der Lösung des Gleichungssystems zu ermittelnden Korrekturgrößen (z.B. einem lateralen Strukturversatz sowie einem Passefehler) in Beziehung setzt mit der Folge, dass wiederum - aufgrund der zusätzlich aufgestellten Gleichungen - auch eine größere Anzahl von Korrekturgrößen (unter anderem Strukturfehler des diffraktiven Elements) bestimmt werden kann.
Dabei beinhaltet die Erfindung insbesondere auch das Konzept, die aus den für unterschiedliche Eingangspolarisationen an dem bzw. den Kalibrierspiegel(n) durchgeführten Interferogramm-Messungen bereitstehende Information zur Ermittlung von Parametern zu nutzen, welche für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristisch sind, z.B. zur Bestimmung von Ätztiefe, Flankenwinkel, Kantenverrundungen und Tastverhältnis. Dabei bezeichnet das Tastverhältnis (auch als Füllgrad bezeichnet) das Verhältnis zwischen geätzter Fläche und Gesamtfläche auf dem diffraktiven Element bzw. CGH.
Im Ergebnis wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich genauere Kalibrierung des diffraktiven Elements erzielt mit der Folge, dass auch die Bestimmung der Passe des hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Elements letztlich mit signifikant erhöhter Genauigkeit erfolgt.
Gemäß der Erfindung erfolgt insbesondere die Einstellung unterschiedlicher Eingangspolarisationen (mit jeweiliger Durchführung einer zugehörigen Interferogramm-Messung) nicht etwa nur bei einer Interferogramm-Messung an dem hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element selbst, sondern vielmehr an einem oder mehreren Kalibrierspiegeln, um auf diese Weise Strukturfehler des diffraktiven Elements (insbesondere aus der Dreidimensionalität resultierende Strukturfehler) zu bestimmen.
Mit anderen Worten liegt der vorliegenden Erfindung insbesondere die Zielsetzung zugrunde, den durch das diffraktive Element verursachten Phasenanteil zu reduzieren, welcher in der bei der Interferogramm-Messung am hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element bestimmten Interferogramm-Phase neben dem eigentlichen, durch die Passe des optischen Elements hervorgerufenen Phasenanteil auftritt.
Dabei geht die Erfindung auch von der Überlegung aus, dass der vorstehend beschriebene, einzig durch das diffraktive Element verursachte Phasenanteil die polarisationsinduzierten Phasenanteile durch Kopplungen der Polarisationswirkungen des diffraktiven Elements mit diversen Polarisationswirkungen im restlichen optischen System ohne das diffraktive Element selbst überwiegt. Mit „polarisationsinduzierten Phasenanteilen“ ist hier der Kopplungs-Phasenterm gemeint, der aber nur dann von Null verschieden ist, wenn es auch Fehler in der diffraktiven Struktur gibt (d.h. ohne Fehler der diffraktiven Struktur bzw. CGH-Fehler gibt es auch keinen Kopplungs-Phasenterm).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ein Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern, insbesondere Ätztiefe, Flankenwinkel, Kantenverrundungen und Tastverhältnis.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern unter Durchführung von rigorosen Simulationen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen an wenigstens zwei, insbesondere an wenigstens drei Kalibrierspiegeln.
Gemäß einer Ausführungsform werden für jeden dieser Kalibrierspiegel jeweils wenigstens zwei Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform werden für jeden der Kalibrierspiegel jeweils wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Differenzbildung von bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen. Durch bestimmte Linearkombinationen von Prüflingsmessungen, bei denen die Passe des optischen Elements bzw. Prüflings durch Differenzbildung eliminiert wird, stehen weitere Gleichungen für die Bestimmung der Korrekturfehler zur Verfügung. Solche Linearkombinationen können die Differenz der Interferogramm-Phasen für lineare horizontale und vertikale Eingangspolarisation oder aber z.B. die Differenz zwischen der Differenz der Interferogramm-Phasen für lineare horizontale und vertikale Eingangspolarisation und der Differenz der Interferogramm-Phasen für die beiden orthogonalen diagonalen Eingangspolarisationen umfassen. Des Weiteren können solche Linearkombinationen auch die Differenz zwischen den Mittelwerten der Interferogramm-Phasen für lineare horizontale und vertikale Eingangspolarisation und den Mittelwerten der Interferogramm-Phasen für die beiden orthogonalen diagonalen oder zirkularen Eingangspolarisationen umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Passe des optischen Elements ferner basierend auf einer Mittelung von bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen. Durch Mittelung von Interferogramm-Messungen kann der Phasenanteil aufgrund von Polarisationskopplungen zwischen der Beugungsstruktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und dem übrigen System (einschließlich Spannungsdoppelbrechung im CGH-Substrat) reduziert werden, um so Strukturfehler des diffraktiven Elements bzw. CGHs und damit auch die Passe des optischen Elements bzw. Spiegels mit höherer Genauigkeit rekonstruieren zu können.
Gemäß einer Ausführungsform wird an dem optischen Element eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden. Hierdurch kann die bereitstehende Information für das vorstehend beschriebene Gleichungssystem, welches die jeweils gemessenen Interferogramm-Phasen mit bekannten Größen (z.B. Passe der Kalibrierspiegel sowie Strahlrichtungen) mit den zu ermittelnden Strukturfehlern (z.B. der laterale Strukturversatz sowie der Passefehler des diffraktiven Elements) in Beziehung setzt, weiter vergrößert werden.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Durchführen, in einer interferometrischen Prüfanordnung, einer ersten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle;
- Durchführen wenigstens einer zweiten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle, wobei sich die erste und die zweite Interferogramm-Messung hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden; und
- Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern basierend auf einer Differenzbildung von bei diesen Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen.

Gemäß einer Ausführungsform werden an dem optischen Element wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform können eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden, auch in einer Vorab-Kalibrierung an einer von dem hinsichtlich der Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element verschiedenen Kalibrier-Probe durchgeführt werden. Mit anderen Worten können für einen bestimmten, als Kalibrier-Probe dienenden Prüfling alle Interferogramm-Messungen für sämtliche verwendete Eingangspolarisationen durchgeführt werden, wobei dann für weitere Prüflinge lediglich eine Messung bei einer einzigen Eingangspolarisation durchgeführt und anhand der beim ersten Prüfling bzw. für die Kalibrier-Probe durchgeführten Interferogramm-Messung auf die Interferogramm-Phasen bei den übrigen Eingangspolarisationen umgerechnet werden kann (bei hinreichender Zeitstabilität des Prüfaufbaus).
Bei hinreichender Zeitstabilität können sämtliche Interferogramm-Messungen für die Kalibrierspiegel vollständig vor den Interferogramm-Messungen für den ersten Prüfling durchgeführt werden. Evtl. kann es aber notwendig werden, bei jeder Interferogramm-Messung eines Prüflings zeitnah Interferogramm-Messungen an den Kalibrierspiegeln durchzuführen (wegen z.B. Lage-Änderungen des Referenzspiegels zwischen Interferogramm-Messungen). Dazu ist es wie vorstehend ausgeführt ausreichend, Interferogramm-Messungen an den Kalibrierspiegeln für sämtliche Eingangspolarisationen vorab durchzuführen und die eigentlichen Interferogramm-Messungen an den Kalibrierspiegeln für eine einzige Eingangspolarisation zeitnah zu den Messungen für die Prüffläche durchzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ferner auf Basis der an dem optischen Element bzw. an der Kalibrier-Probe durchgeführten Interferogramm-Messungen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen an dem optischen Element und/oder an jeweils einem Kalibrierspiegel mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation. Hierdurch kann der Phasenanteil aufgrund von Polarisationskopplungen zwischen der Beugungsstruktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und dem übrigen System in der Interferogramm-Phase bereits messtechnisch reduziert werden, was wiederum eine zuverlässigere Bestimmung der Passe des optischen Elements bzw. Prüflings ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen an dem optischen Element und/oder an jeweils einem Kalibrierspiegel mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation in Richtung bestimmter Vorzugsrichtungen des Systems. Hierdurch kann der Phasenanteil aufgrund von Polarisationskopplungen zwischen der Beugungsstruktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und dem übrigen System in der Interferogramm-Phase bereits messtechnisch reduziert werden, was wiederum eine zuverlässigere Bestimmung der Passe des optischen Elements bzw. Prüflings ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen an dem optischen Element und/oder an jeweils einem Kalibrierspiegel mit elektro-magnetischer Strahlung für zwei beliebige orthogonale Eingangspolarisationen sowie anschließender Mittelung der erhaltenen Interferogramm-Phasen. Hierdurch kann der zuvor beschriebene Phasenanteil aufgrund von Polarisationskopplungen messtechnisch noch weiter als im vorausgegangenen Abschnitt reduziert werden, was wiederum eine noch zuverlässigere Bestimmung der Passe des optischen Elements bzw. Prüflings ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen an dem optischen Element und/oder an jeweils einem Kalibrierspiegel mit elektromagnetischer Strahlung für wenigstens eine Eingangspolarisation. In den Phasenfehlern ist neben den von der Polarisation abhängigen Phasenfehlern auch ein von der Polarisation unabhängiger Phasenbeitrag vom diffraktiven Element bzw. CGH als Fehler enthalten, der im Normalfall diese Phasenfehler deutlich dominiert. Dieser Umstand kann ausgenutzt werden, um aus den gemessenen Interferogramm-Phasen für das optische Element und/oder für jeweils einen Kalibrierspiegel rechnerisch rigorose Phasenfehler zu bestimmen, was wiederum eine noch zuverlässigere Bestimmung der Passe des optischen Elements bzw. Prüflings ermöglicht. Eine solche rechnerische Bestimmung von rigorosen Fehlern kann z.B. dadurch erfolgen, dass bestimmte rigorose Störungen in dem diffraktiven Element bzw. CGH zuerst in spezielle Funktionensysteme zerlegt werden, dann die Wirkungen in der Interferogramm-Phase für die einzelnen Funktionen für jede rigorose Störung mittels einer optischen Durchrechnung berechnet werden und die Anteile in den Interferogramm-Phasen für die so erhaltenen Phasenverteilungen von rigorosen Fehlern mittels eines Fits bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ferner unter Verwendung wenigstens eines Polarisationskorrekturelements zur Reduzierung eines durch Polarisationskopplung zwischen dem diffraktiven Element und der interferometrischen Prüfanordnung verursachten Anteils in der bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phase.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen der Interferogramm-Messungen mehrfach unter Verwendung eines jeweils anderen diffraktiven Elements.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Passe des optischen Elements ferner basierend auf einer zusätzlichen Auswertung des bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Kontrasts.
Gemäß einer Ausführungsform werden an dem optischen Element und/oder für wenigstens einen Kalibrierspiegel eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform werden an dem optischen Element und/oder für wenigstens einen Kalibrierspiegel eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen durchgeführt, welche sich hinsichtlich eines Systemparameters voneinander unterscheiden, wobei charakteristische und messbare von dem diffraktiven Element verursachte Phasenänderungen auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive Element ein Computer-generiertes Hologramm (CGH).
Das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierende optische Element kann insbesondere ein Spiegel sein. Des Weiteren kann das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt sein. Insbesondere kann das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen sowie vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterungen des möglichen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung;
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften Ausführungsforme eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren möglichen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung; und
4 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
4 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbare Spiegel aufweist.
Gemäß 4 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 410 einen Feldfacettenspiegel 403 und einen Pupillenfacettenspiegel 404 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 403 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 401 und einen Kollektorspiegel 402 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 404 sind ein erster Teleskopspiegel 405 und ein zweiter Teleskopspiegel 406 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 407 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 421-426 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 431 auf einem Maskentisch 430 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 441 auf einem Wafertisch 440 befindet.
Bei dem in einer im Weiteren beschriebenen interferometrischen Prüfanordnung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüften optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 410 handeln.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einen möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung eines Spiegels unter Verwendung eines CGH.
Gemäß 1 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 101 austretende Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle 105 mit einer sphärischen Wellenfront aus, durchläuft einen Strahlteiler 110 und trifft anschließend auf ein komplex kodiertes CGH 120. Das CGH 120 erzeugt in Transmission im Beispiel gemäß seiner komplexen Kodierung aus der Eingangswelle 105 insgesamt vier Ausgangswellen, von denen eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Elements in Form eines Spiegels 140 mit einer an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 140 angepassten Wellenfront auftrifft. Des Weiteren erzeugt das CGH 120 aus der Eingangswelle 105 in Transmission drei weitere Ausgangswellen, von denen jede auf jeweils ein weiteres reflektives optisches Element 131, 132 bzw. 133 trifft. Dabei kann jede Kombination von jeweils zwei der reflektiven optischen Elemente 131, 132 bzw. 133 gewählt werden, um jeweils eine Referenzwelle und jeweils eine Kalibrierwelle zu erzeugen (d.h. prinzipiell kann jedes der Elemente 131, 132 und 133 alternativ als Referenzspiegel zur Erzeugung der Referenzwelle oder als Kalibrierspiegel zur Erzeugung einer Kalibrierwelle genutzt werden). Die am jeweiligen Referenzspiegel reflektierte Referenzwelle wird mit der vom Spiegel 140 reflektierten Prüfwelle oder einer von dem jeweiligen Kalibrierspiegel reflektierten Kalibrierwelle zur Interferenz gebracht. Über geeignet ausgebildete Shutter (von denen lediglich ein Shutter 135 schematisch angedeutet ist) können hierbei einzelne optische Elemente vorübergehend aus dem optischen Strahlengang ausgekoppelt werden. Das CGH 120 dient auch zur Überlagerung der von den reflektiven optischen Elementen 131-133 reflektierten Wellen, welche als konvergente Strahlen wieder auf den Strahlteiler 110 treffen und von diesem in Richtung einer als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 160 reflektiert werden, wobei sie ein Okular 150 durchlaufen. Die Interferometerkamera 160 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus welchem über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Spiegels 140 bestimmt wird.
Ein in 1 schematisch angedeutetes polarisationsbeeinflussendes Element 170 dient zur gezielten Einstellung einer gewünschten Eingangspolarisation, welches in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet und variabel im optischen Strahlengang angeordnet werden kann. In Ausführungsformen kann ein geeigneter Polarisator zur Einstellung linearer Polarisation in Kombination mit einer Lambda/2-Platte zum Umschalten zwischen den jeweiligen Polarisationsrichtungen eingesetzt werden. In weiteren Ausführungsformen kann ein geeigneter Polarisator in Kombination mit einer drehbaren Lambda/2-Platte sowie einer drehbaren Lambda/4-Platte zur Einstellung orthogonaler linearer und zirkularer Eingangspolarisationen eingesetzt werden.
In 1 kann anstelle des Shutters 135 oder zusätzlich zu diesem Shutter ein weiteres polarisationsbeeinflussendes Element im Strahlengang vor dem Referenzspiegel verwendet werden. Ähnlich wie das Element 170 dient auch das polarisationsbeeinflussende Element 135 zur Manipulation der Polarisation mit dem Ziel, auf diese Weise zusätzliche Informationen für die Ermittlung der bei der Passebestimmung einzubeziehenden Kalibrierkorrekturen zu erhalten. In weiteren Ausführungsformen kann ein geeigneter Polarisator oder ein Verzögerungselement in Form einer drehbaren und ausreichend dünnen Platte mit möglichst ebenen und parallelen Oberflächen eingesetzt werden. Ist der Referenzspiegel als Planspiegel ausgeführt, so fällt eine ebene Wellenfront auf das polarisationsbeeinflussende Element 135. Dadurch ist die Winkelbelastung und somit auch ein zusätzlicher, durch das Element 135 eingeführter Polarisationsfehler gering. Geometrische und somit von der Polarisation unabhängige Phasenfehler durch z.B. Oberflächenfehler oder Brechzahlinhomogenitäten des Elements 135 können gemeinsam mit einem Passefehler des Referenzspiegels herausgerechnet werden. Das Element 135 kann auch zur Verwirklichung einer Phasenmodulation in den Interferogramm-Messungen eingesetzt werden (statt einer Phasenmodulation durch z.B. Verschieben des Referenzspiegels).
Die Erfindung geht nun zunächst von dem für sich bekannten Konzept aus, bei der Bestimmung der Passe des Spiegels 140 Kalibrierkorrekturen mit einzubeziehen, welche anhand von Kalibriermessungen an den insoweit als Kalibrierspiegel dienenden reflektiven optischen Elementen 131-133 durchgeführt werden. Erfindungsgemäß werden Interferogramm-Messungen vor allem an diesen Kalibrierspiegeln und evtl. auch an dem hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierendem Spiegel jeweils nicht nur einmalig, sondern mehrfach mit jeweils voneinander verschiedenen Eingangspolarisationen durchgeführt, um auf diese Weise zusätzliche Informationen für die Ermittlung der bei der Passebestimmung einzubeziehenden Kalibrierkorrekturen zu erhalten.
Die folgende mathematische Betrachtung zeigt, dass auf diese Weise eine Vergrößerung des Gleichungssystems (im Sinne der Bereitstellung zusätzlicher Gleichungen) erzielt wird, welche die jeweils gemessenen Interferogramm-Phasen mit bekannten Größen sowie unbekannten, im Wege der Lösung des Gleichungssystems zu ermittelnden Strukturfehlern des verwendeten diffraktiven Elements in Beziehung setzt, so dass letztlich eine größere Anzahl von Strukturfehlern des diffraktiven Elements bestimmt werden kann. Mit den zusätzlichen Gleichungen kann allgemein auf von der Polarisation abhängige Fehler (und nicht nur Strukturfehler des CGH) geschlossen werden. Erfindungsgemäß können insbesondere Parameter zusätzlich ermittelt werden, welche für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs charakteristisch sind wie z.B. Ätztiefe, Flankenwinkel, Kantenverrundungen und Tastverhältnis bzw. Füllgrad.
Ausgangspunkt der mathematischen Betrachtung ist, dass anhand von drei Kalibrierspiegeln, an denen jeweils eine Interferogramm-Messung durchgeführt wird, gemäß dem nachfolgenden Gleichungssystem aus drei Gleichungen (1)-(3) drei unbekannte Größen bestimmt werden können:

Bei der erfindungsgemäßen Kalibrierung wird eine Interpolation ausgeführt, wobei die Wellenzahlvektoren („k-Vektoren“) der Kalibrierwellen nach der Beugung des von der Lichtquelle kommenden Lichts einen Tetraeder aufspannen, der die Richtung des Wellenzahlvektors der Prüfwelle einschließt (so dass der Wellenzahlvektor der Prüfwelle innerhalb des Tetraeders liegt). Die unbekannten und von der Eingangspolarisation unabhängigen Größen bzw. Fehler in den Interferogramm-Phasen von Prüfling und Kalibrierspiegeln, die zu dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil (entsprechend der Oberflächenform bzw. Passe des Prüflings) hinzukommen und die durch die Kalibrierung bestimmt werden, lassen sich in einen konstanten Anteil bzw. Fehler c₀ sowie zwei in den Wellenzahlvektoren lineare (Fehler-) Anteile c_x und c_y zerlegen, wobei sich das folgende Interpolationsschema ergibt:

φ_{K 1} = φ_{K 1}^{P} + 2 k_{x, K 1}^{'} \cdot c_{x} + k_{y, K 1}^{'} \cdot c_{y} + c_{0}

φ_{K 2} = φ_{K 2}^{P} + 2 k_{x, K 2}^{'} \cdot c_{x} + k_{y, K 2}^{'} \cdot c_{y} + c_{0}

φ_{K 3} = φ_{K 3}^{P} + 2 k_{x, K 3}^{'} \cdot c_{x} + k_{y, K 3}^{'} \cdot c_{y} + c_{0}

Die Fehler c₀, die von der Eingangspolarisation unabhängige, in den Wellenzahlvektoren konstante und für die Prüffläche und die Kalibrierspiegel identische Phasen-Anteile ergeben, sind unter anderem z.B. Passe-Fehler auf dem Referenzspiegel, und die Fehler c_x und c_y, die von der Eingangspolarisation unabhängige und in den Wellenzahlvektoren lineare Phasen-Anteile ergeben, sind insbesondere laterale Strukturversatz-Fehler im diffraktiven Element bzw. CGH.
In der Interferogramm-Phase sind neben dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil (entsprechend der Oberflächenform bzw. Passe des Prüflings) und neben insbesondere Passe-Fehlern auf dem Referenzspiegel sowie lateralen Strukturversatz-Fehlern im diffraktiven Element bzw. CGH weitere Phasenanteile enthalten, nämlich ein skalarer Phasenanteil des diffraktiven Elements bzw. CGHs, sowie polarisationsinduzierte Phasenanteile sowohl des diffraktiven Elements bzw. CGHs allein als auch aufgrund der Kopplung des diffraktiven Elements bzw. CGHs mit dem übrigen optischen System.
Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist nun, den durch das diffraktive Element bzw. CGH erzeugten Phasenanteil in der Interferogramm-Phase zu reduzieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die vorstehend genannte Kalibrierung hinsichtlich der Bestimmung von Strukturfehlern des diffraktiven Elements bzw. CGHs erweitert wird, indem für jeden Kalibrierspiegel eine Mehrzahl von (d.h. wenigstens zwei) Interferogramm-Messungen mit jeweils unterschiedlichem Polarisationszustand der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden. Die infolgedessen erfindungsgemäß erzielte genauere Kenntnis der beugenden Struktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs ermöglicht es wiederum, die hierdurch bewirkten Phasenanteile im Interferogramm genauer zu bestimmen und von der erhaltenen Interferogramm-Phase zu subtrahieren.
Insgesamt ergibt sich das folgende Gleichungssystem $φ_{K, p} - φ_{K}^{P} - φ_{K, p,0}^{C} = 2 k_{x, K}^{'} \cdot c_{x} + 2 k_{y, K}^{'} \cdot c_{y} + c_{0} + \sum_{m = 1}^{M} φ_{K, p, m}^{C} \cdot δ c_{m}$
Dabei bezeichnen φ_K,p die für die jeweiligen Kalibrierspiegel gemessenen Interferogramm-Phasen bei Eingangspolarisation p, $φ_{K}^{P}$
die Passe der jeweiligen Kalibrierspiegel bei Eingangspolarisation p, $φ_{K, p,0}^{C}$
die nominelle bzw. im optischen Design (unter Einbeziehung von rigorosen Simulationen) berechnete Phase und $φ_{K, p, m}^{C}$
die (ggf. ebenso unter Einbeziehung von rigorosen Simulationen berechneten) Sensitivitäten der Fehler des diffraktiven Elements bzw. CGHs. Ferner sind von der Polarisation abhängige Größen mit einem zusätzlichen Index p bezeichnet.
Die Passe des hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Elements kann dann gemäß nachfolgenden Gleichungen berechnet werden: $φ_{S}^{P} = φ_{S, p} - φ_{S, p,0}^{C} - 2 k'_{x, S} \cdot c_{x} + 2 k'_{y, S} \cdot c_{y} + c_{0} - \sum_{m = 1}^{M} φ_{S, p, m}^{C} \cdot δ c_{m}$
Dabei bezeichnen δc_m (rigorose Fehler des diffraktiven Elements bzw. CGHs wie z.B. Ätztiefe, Flankenwinkel, Kantenverrundungen und Tastverhältnis und z.B. Größen eines Polarisationskorrekturelementes) die unbekannten Größen, $φ_{S, p,0}^{C}$
und $φ_{S, p, m}^{C}$
bezeichnen die im optischen Design (unter Einbeziehung von rigorosen Simulationen) berechneten Phasen für das nominelle und gestörte System bei Eingangspolarisation p, und φ_S,p bezeichnet die für das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierende optische Element bzw. den Prüfling gemessenen Interferogramm-Phasen bei Eingangspolarisation p.
Statt des Berechnungsverfahrens bestehend aus dem Gleichungssystem (4) und der Gleichung (5) kann auch das für die Kalibrierspiegel und die Prüffläche gemeinsame Gleichungssystem (hier exemplarisch bei drei Kalibrierspiegel) $φ_{K 1, p} - φ_{K 1}^{P} - φ_{K 1, p,0}^{C} = 2 k_{x, K 1}^{'} \cdot c_{x} + 2 k_{y, K 1}^{'} \cdot c_{y} + c_{0} + \sum_{m = 1}^{M} φ_{K 1, p, m}^{C} \cdot δ c_{m}$
$φ_{K 2, p} - φ_{K 2}^{P} - φ_{K 2, p,0}^{C} = 2 k_{x, K 2}^{'} \cdot c_{x} + 2 k_{y, K 2}^{'} \cdot c_{y} + c_{0} + \sum_{m = 1}^{M} φ_{K 2, p, m}^{C} \cdot δ c_{m}$
$φ_{K 3, p} - φ_{K 3}^{P} - φ_{K 3, p,0}^{C} = 2 k_{x, K 3}^{'} \cdot c_{x} + 2 k_{y, K 3}^{'} \cdot c_{y} + c_{0} + \sum_{m = 1}^{M} φ_{K 3, p, m}^{C} \cdot δ c_{m}$
$φ_{S, p} - φ_{S, p,0}^{C} = 2 k_{x, S}^{'} \cdot c_{x} + 2 k_{y, S}^{'} \cdot c_{y} + c_{0} + \sum_{m = 1}^{M} φ_{S, p, m}^{C} \cdot δ c_{m} + φ_{S}^{P}$
aufgestellt werden, indem die Passe der Prüffläche $φ_{S}^{P}$
als durch Lösen dieses Gleichungssystems zu bestimmende Größe angesetzt wird. Bei drei Kalibrierspiegeln und N_p verschiedenen Eingangspolarisationen in den Interferogramm-Messungen für die Kalibrierspiegel und die Prüffläche stehen insgesamt 4·N_p Gleichungen zur Verfügung, womit neben den Unbekannten $φ_{S}^{P}$
c_x, c_y und c₀ noch 4 ·N_p- 4 weitere Unbekannte δc_m, die z.B. rigorose Fehler des diffraktiven Elements bzw. CGHs oder andere Polarisationsfehler sein können, bestimmt werden können. Bei zwei unterschiedlichen Eingangspolarisationen können also vier bzw. bei vier unterschiedlichen Eingangspolarisationen sogar 12 z.B. rigorose Fehler δc_m bestimmt werden. Bei zwei oder vier unterschiedlichen Eingangspolarisationen ist es vorteilhaft, in den Interferogramm-Messungen lineare Eingangspolarisationen in horizontaler und vertikaler sowie in den beiden diagonalen Richtungen zu verwenden, da bei linearen Eingangspolarisationen der Phasenanteil durch Polarisationskopplung zwischen der beugenden Struktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und dem restlichen System reduziert wird.
Durch Einführung eines geeigneten virtuellen Polarisationskorrekturelementes können Korrekturgrößen bestimmt werden, die den Phasenanteil durch Polarisationskopplung zwischen der beugenden Struktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und dem restlichen System reduzieren. Hierbei werden neben den (CGH-)Strukturfehlern auch Polarisationsfehler im übrigen optischen System „herauskalibriert“, wodurch die eigentlichen Strukturgrößen des diffraktiven Elements bzw. CGHs genauer durch die Kalibrierung rekonstruiert werden können und damit die Passe des Prüflings genauer bestimmt werden kann.
Ein solches virtuelles Polarisationskorrekturelement beschreibt eine Polarisationswirkung über eine Jones-Matrix unmittelbar vor der strukturierten Seite des diffraktiven Elements bzw. CGHs und kann eine Kombination aus einem reinen dichroitischen und einem rein retardierend wirkenden Element darstellen, wobei insbesondere eine lineare dichroitische und lineare retardierende Wirkung zugrundegelegt werden kann. Die entsprechenden Jones-Matrizen für linearen Dichroismus und lineare Retardierung lauten $J_{D} = σ_{0} + tanh (μ) [cos (2 β_{D}) σ_{1} + sin (2 β_{D}) σ_{2}] = σ_{0} + d_{1} σ_{1} + d_{2} σ_{2}$
$J_{R} = σ_{0} + i tan (δ) [cos (2 β_{R}) σ_{1} + sin (2 β_{R}) σ_{2}] = σ_{0} + i r_{1} σ_{1} + i r_{2} σ_{2}$
mit den Stärken und Achsorientierungen für Dichroismus und Retardierung $tanh (μ) = \sqrt{d_{1}^{2} + d_{2}^{2}}, tan (2 β_{D}) = \frac{d_{2}}{d_{1}}$
$tanh (δ) = \sqrt{r_{1}^{2} + r_{2}^{2}}, tan (2 β_{R}) = \frac{r_{2}}{r_{1}}$
Die Jones-Matrix des virtuellen Polarisationskorrekturelements sei nun das Produkt der beiden Jones-Matrizen für linearen Dichroismus und lineare Retardierung, wobei unter der Näherung, dass die Stärken für Dichroismus und Retardierung klein sind, quadratische und somit auch zirkulare Anteile im Produkt vernachlässigt werden können. $J_{P C E} = J_{D} \cdot J_{R} \approx σ_{0} + d_{1} σ_{1} + d_{2} σ_{2} + i r_{1} σ_{1} + i r_{2} σ_{2}$
In einer erweiterten Kalibrierung werden nun die Fehlergrößen $d_{1}, d_{2}, r_{1}, r_{2} = > μ, β_{D}, δ, β_{R}$
bestimmt.
In Ausführungsformen können auch mehrere Polarisationskorrekturelemente an geeigneten Stellen im System virtuell eingefügt werden. Bei Verwendung von zwei Polarisationskorrekturelementen liegen acht zu korrigierende Parameter vor. In Ausführungsformen kann insbesondere ein virtuelles Polarisationskorrekturelement unmittelbar vor der beugenden Struktur des diffraktiven Elements bzw. CGHs und nur in Vorwärtsrichtung, um die Polarisationsfehler von der Beleuchtung bis zur beugenden Struktur zu erfassen, und ein zweites virtuelles Polarisationskorrekturelement hinter einer AR-Schicht der Interferometerkamera verwendet werden, wobei über letzteres Polarisationskorrekturelement die Polarisationsfehler im optischen System von der beugenden Struktur bis zur Interferometerkamera erfasst werden.
In Ausführungsformen können auch Messungen am gleichen Prüfaufbau mit mehreren unterschiedlichen diffraktiven Elementen bzw. CGHs durchgeführt werden. Zur Bestimmung des polarisationsinduzierten Phasenanteils durch Polarisationskopplung der (CGH-)Beugungsstruktur mit dem übrigen System kann dabei ausgenutzt werden, dass bei Austausch nur des CGHs der Aufbau der interferometrischen Prüfanordnung bis zur beugenden Struktur des CGH, und von dort bis zur Interferometerkamera, jeweils unverändert bleibt. Wertet man also die Messungen an ein- und demselben Prüfaufbau für mehrere verschiedene CGHs aus, so können grundsätzlich die Fehler in der Polarisation (im Sinne der Differenz zum nominellen System) für das übrige System (ohne CGH-Beugungsstruktur) bestimmt werden.
Bei Austausch des CGH ist zu beachten, dass dadurch nicht nur die Polarisationswirkung der beugenden Struktur, sondern auch die Polarisationswirkung des CGH-Substrats geändert wird. Problematisch kann hier z.B. eine Spannungsdoppelbrechung im Substrat sein. Diese Spannungsdoppelbrechung verbleibt als Unbekannte in der Verrechnung und führt dadurch zu Fehlern. Durch Messungen bei unterschiedlichen CGHs und i.d.R. gleichen Referenz- und Kalibrierspiegeln können die jeweiligen Gleichungssysteme zusammengeführt und die Parameter eines virtuellen Polarisationskorrekturelementes als gemeinsame Unbekannte bestimmt werden. Mit anderen Worten können die Gleichungen für sämtliche CGHs zu einem größeren Gleichungssystem zusammengefasst werden, wobei die Korrekturgrößen für die Polarisationskorrekturelemente für alle CGHs dieselben sind, so dass effektiv eine größere Anzahl von Gleichungen für weniger Unbekannte zur Verfügung steht. Hierdurch wird nicht nur die Möglichkeit geschaffen, die Parameter des virtuellen Polarisationskorrekturelements („PCE-Parameter“) genauer zu bestimmen, sondern auch weitere Unbekannte im Kalibrierschritt anzusetzen.
Darüber hinaus sind Messungen für Kalibrier- und Prüfspiegel am gleichen Prüfaufbau mit mehreren unterschiedlichen diffraktiven Elementen bzw. CGHs bei derselben Prüffläche vorteilhaft, weil hierdurch in Analogie zur voraus gegangenen Ausführung die Anzahl an Gleichungen durch das Zusammenführen der Gleichungssysteme für die jeweiligen CGHs vergrößert wird, da neben z.B. den Parametern eines virtuellen Polarisationskorrekturelementes die Passe der zu charakterisierenden Prüffläche $φ_{S}^{P}$
eine gemeinsame Unbekannte ist. Vorteilhaft kann hierbei in den Interferogramm-Messungen für die Kalibrierspiegel und die Prüffläche selbst die Verwendung einer Eingangspolarisation sein, weil dadurch mehr von der Polarisation unabhängige Fehlergrößen durch Lösen eines Gleichungssystems bestimmt werden können.
In weiteren Ausführungsformen können auch Messungen an Kalibrier-CGHs mit speziellen bekannten Strukturfehlern und vergleichsweise geringer Polarisationswirkung (insbesondere geringer Spannungsdoppelbrechung) des CGH-Substrats durchgeführt werden, so dass in vorteilhafter Weise Strukturstörungen teilweise auch messtechnisch (und nicht im Wege der Simulation) erfasst werden können.
In weiteren Ausführungsformen können auch Messungen an speziellen in das Prüfsystem eingebrachten und die Polarisation verändernden Kalibrier-Polarisationselementen durchgeführt werden, so dass in vorteilhafter Weise Fehler in der Polarisation (im Sinne der Differenz zum nominellen System) für das übrige System (ohne CGH-Beugungsstruktur) teilweise auch messtechnisch (und nicht im Wege der Simulation) erfasst werden können.
In Ausführungsformen kann neben einer Auswertung der Phase im Interferogramm auch eine Auswertung des Kontrasts sowie der Intensität im Interferogramm (für Kalibrierspiegel und Prüfling und für verschiedene Eingangspolarisationen) erfolgen, wobei der Kontrast sowie die Intensität ebenfalls sowohl von der Polarisation abhängige wie auch davon unabhängige Anteile besitzen. Da die Prüflingspasse in niedrigster Ordnung nicht zum Kontrast beiträgt, ergeben sich mit Auswertung des Kontrasts für den Prüfling wie für die Kalibrierspiegel zusätzliche Gleichungen. Bei drei Kalibrierspiegeln und Interferogramm-Messungen für den Prüfling und die Kalibrierspiegel für jeweils N_p unterschiedliche Eingangspolarisationen ergeben sich 4·N_p zusätzliche Gleichungen. Neben der Passe der Prüffläche erhöht sich die Anzahl an durch Lösen des Gleichungssystems bestimmbaren Größen z.B. bei Verwendung von drei Kalibrierspiegeln bei zwei unterschiedlichen Eingangspolarisationen von 4·2 -1 = 7 auf 7+4·2 = 15 und bei vier unterschiedlichen Eingangspolarisationen von 4·4 -1 = 15 auf 15+ 4·4 = 31 Gleichungen.
In Ausführungsformen der Erfindung (und bei hinreichender zeitlicher Stabilität der interferometrischen Prüfanordnung) kann die Durchführung der Interferogramm-Messungen an den Kalibrierspiegeln vor den Interferogramm-Messungen an dem hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element bzw. Prüfling erfolgen. Des Weiteren können auch für einen bestimmten Prüfling alle Interferogramm-Messungen für sämtliche verwendete Eingangspolarisationen durchgeführt werden, wobei dann für weitere Prüflinge lediglich eine Messung bei einer einzigen Eingangspolarisation durchgeführt und anhand der beim ersten Prüfling durchgeführten Interferogramm-Messung auf die Interferogramm-Phasen bei den übrigen Eingangspolarisationen umgerechnet werden kann.
3 zeigt alternativ zu 1 eine weitere beispielhafte Konfiguration einer interferometrischen Prüfanordnung.
Gemäß 3 wird in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einer Referenzfläche 302 („Fizeau-Platte“) reflektierten Referenzwelle und einer an einem Spiegel 301 reflektierten Prüfwelle erzeugt. Dabei wird das Messlicht durch ein CGH 303 zu einer Wellenfront geformt, die mathematisch exakt der „Prüflingsform“ (d.h. der Form des betreffenden Spiegels 301) in einem Sollabstand entspricht. Die von der Referenzfläche 302 einerseits und dem betreffenden Spiegel 301 bzw. Prüfling andererseits reflektierten Wellenfronten interferieren miteinander in einem Interferometer 304, welches gemäß 3 eine Lichtquelle 305, eine Strahlteilerplatte 306, ein Kollimator 307, eine Blende 308, ein Okular 309 und eine CCD-Kamera 310 aufweist. Mit der CCD-Kamera 310 wird ein Interferogramm des jeweiligen Spiegels 301 aufgenommen.
Auch hier dient zur Einstellung der entsprechenden Eingangspolarisation ein in 3 lediglich schematisch angedeutetes polarisationsbeeinflussendes Element 350, welches analog zu 1 in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet und variabel im optischen Strahlengang angeordnet werden kann.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0085061 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Durchführen, in einer interferometrischen Prüfanordnung, wenigstens einer ersten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle; b) Durchführen wenigstens einer weiteren Interferogramm-Messung an jeweils einem Kalibrierspiegel zur Ermittlung von Kalibrierkorrekturen; und c) Bestimmen der Passe des optischen Elements basierend auf der an dem optischen Element durchgeführten ersten Interferogramm-Messung und der ermittelten Kalibrierkorrekturen; dadurch gekennzeichnet, das s für den wenigstens einen Kalibrierspiegel wenigstens zwei Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ein Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern, insbesondere Ätztiefe, Flankenwinkel, Kantenverrundungen und Tastverhältnis, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern unter Durchführung von rigorosen Simulationen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Interferogramm-Messungen im Schritt b) an wenigstens zwei, insbesondere an wenigstens drei Kalibrierspiegeln erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden dieser Kalibrierspiegel jeweils wenigstens zwei Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen, insbesondere jeden der Kalibrierspiegel jeweils wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Differenzbildung von bei diesen Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Mittelung von bei diesen Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen an dem optischen Element durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Durchführen, in einer interferometrischen Prüfanordnung, einer ersten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an einem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle; b) Durchführen wenigstens einer zweiten Interferogramm-Messung an dem optischen Element durch Überlagerung einer durch Beugung elektromagnetischer Strahlung an dem diffraktiven Element erzeugten und an dem optischen Element reflektierten Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle, wobei sich die erste und die zweite Interferogramm-Messung hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden; und c) Ermitteln von für die dreidimensionale Struktur des diffraktiven Elements charakteristischen Parametern basierend auf einer Differenzbildung von bei diesen Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem optischen Element wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen, welche sich hinsichtlich des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden, in einer Vorab-Kalibrierung an einer von dem hinsichtlich der Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element verschiedenen Kalibrier-Probe durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ferner auf Basis dieser an dem optischen Element bzw. der Kalibrier-Probe durchgeführten Interferogramm-Messungen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Interferogramm-Messungen mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung von Kalibrierkorrekturen ferner unter Verwendung wenigstens eines Polarisationskorrekturelements zur Reduzierung eines durch Polarisationskopplung zwischen dem diffraktiven Element und der interferometrischen Prüfanordnung verursachten Anteils in der bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Interferogramm-Messungen mehrfach unter Verwendung eines jeweils anderen diffraktiven Elements erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Passe des optischen Elements ferner basierend auf einer zusätzlichen Auswertung des bei den Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Kontrasts erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem optischen Element und/oder für wenigstens einen Kalibrierspiegel eine Mehrzahl von Interferogramm-Messungen durchgeführt werden, welche sich hinsichtlich der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Element ein Computer-generiertes Hologramm (CGH) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.