DE102021200109A1 - Method for the areal determination of a map of at least one structure parameter of a structured surface of a diffractive optical element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur flächenhaften, insbesondere simultanen Bestimmung einer Karte wenigstens eines Strukturparameters einer strukturierten Oberfläche (1) eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere eines computergenerierten Hologramms, CGH (2), oder eines Wafers, wobei mittels eines interferometrischen Messverfahrens eines oder mehrere Interferogramme (3) der strukturierten Oberfläche (1) aufgenommen werden, aus denen Phasenwerte der von dem CGH (2) oder Wafer ausgehenden Messlichtstrahlen (16a, 20) in nullter Beugungsordnung bestimmt werden, und wobei aus dem wenigstens einen Interferogramm (3) der strukturierten Oberfläche (1) die Karte des wenigstens einen Strukturparameters bestimmt wird.The invention relates to a method for the areal, in particular simultaneous determination of a map of at least one structural parameter of a structured surface (1) of a diffractive optical element, in particular a computer-generated hologram, CGH (2), or a wafer, with one or more interferograms being measured by means of an interferometric measuring method (3) of the structured surface (1) are recorded, from which phase values of the measuring light beams (16a, 20) emanating from the CGH (2) or wafer are determined in the zeroth diffraction order, and from the at least one interferogram (3) of the structured surface (1) the map of the at least one structural parameter is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur flächenhaften, insbesondere simultanen Bestimmung einer Karte wenigstens eines Strukturparameters einer strukturierten Oberfläche eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere eines computergenerierten Hologramms, CGH, oder eines Wafers.The invention relates to a method for the areal, in particular simultaneous determination of a map of at least one structural parameter of a structured surface of a diffractive optical element, in particular a computer-generated hologram, CGH, or a wafer.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer für ein real gefertigtes CGH flächenhaft bestimmten Karte wenigstens eines Strukturparameters zur Berechnung einer Korrekturwellenfront.The invention also relates to the use of a map of at least one structural parameter determined areally for a CGH that has actually been manufactured, for calculating a correction wavefront.
Zur Bestimmung von Profilparametern oder Strukturparametern eines CGHs werden häufig scatterometrische (Beugungs-) Methoden verwendet. Bei diesen Methoden wird die Intensität des Lichts von Beugungsordnungen in Transmission oder Reflexion gemessen. Des Weiteren wird ein Modell für die strukturierte Oberfläche bzw. das Profil des CGHs aufgestellt, welches das Profil über Strukturparameter beschreibt. Typische Strukturparameter sind eine Ätztiefe, ein Tastverhältnis oder auch ein Flankenwinkel. Für dieses modellierte Profil werden nun zum Beispiel mittels RCWA (rigorous coupled wave analysis) Lichtintensitäten berechnet. Die gemessenen Intensitäten werden mit den berechneten Intensitäten verglichen. Die Strukturparameter mit der besten Übereinstimmung stellen das Messergebnis dar. Es handelt sich somit um eine modellbasierte Messung. Aus der Praxis sind verschiedene Systeme bekannt, die nach diesem Prinzip arbeiten und zur Bestimmung von Profilparametern bei strukturierten Wafern verwendet werden. Diesbezüglich sei auf Morten H. Madsen und Poul. E. Hansen; Surface Topogragphy: Metrology and Properties 4 023003 2016 verwiesen. Dabei werden Intensitäten für mehrere Wellenlängen, Polarisationen und zum Teil auch Winkel gemessen. Die Vielzahl an unterschiedlichen gemessenen Intensitäten ermöglicht eine stabile Bestimmung der Profilparameter. Ein Nachteil vieler dieser Systeme ist, dass sie jeweils nur an einem Punkt oder Messpunkt messen. Für die Korrektur der Prüfwellenfront eines CGHs werden aber die Strukturparameter über die gesamte Fläche des CGHs benötigt. Für eine flächenhafte, insbesondere vollflächige, Karte müssen bei diesen Methoden viele einzelne Punkte gemessen und zu einer Karte zusammengefügt werden, was sehr zeitaufwändig ist und daher typischerweise nur für einige wenige Punkte durchgeführt werden kann.Scatterometric (diffraction) methods are often used to determine profile parameters or structural parameters of a CGH. With these methods, the intensity of the light of diffraction orders is measured in transmission or reflection. Furthermore, a model for the structured surface or the profile of the CGH is set up, which describes the profile via structure parameters. Typical structure parameters are an etching depth, a duty cycle or a flank angle. Light intensities are now calculated for this modeled profile, for example using RCWA (rigorous coupled wave analysis). The measured intensities are compared to the calculated intensities. The structural parameters with the best match represent the measurement result. It is therefore a model-based measurement. Various systems are known from practice that work according to this principle and are used to determine profile parameters for structured wafers. In this regard, see Morten H. Madsen and Poul. E Hansen; Surface Topography: Metrology and
Es ist bekannt, zur flächenhaften, insbesondere vollflächigen, und insbesondere simultanen Bestimmung der Profilparameter eines CGH einen sogenannten Beugungsmessstand zu benutzen. Dabei wird die Transmission (genauer gesagt die Intensität der ersten Beugungsordnung der Strahlung in Transmission) eines CGHs bei verschiedenen Wellenlängen und Polarisationen der Eingangsstrahlung ortsaufgelöst bestimmt. Dies erlaubt eine Bestimmung der Profilparameter über die gesamte CGH-Fläche. Hierzu wird auf die
Die vorstehend genannten optischen Methoden verwenden als Messsignal die Lichtintensitäten der Beugungsordnungen. Die Genauigkeit der Messung ist damit durch die Genauigkeit, mit der Lichtintensitäten bestimmt werden können, limitiert. Die ortsaufgelöste Messung an einem Beugungsmessstand nutzt CCD- oder CMOS-Sensoren, deren Genauigkeit auf etwa 1% limitiert ist. Mit aufwendigen Kalibrierungen lassen sich dort auch etwa 0,1% erreichen. Genauere Sensoren wie beispielsweise Photodioden oder Photomultiplier erlauben wiederum keine ortsaufgelöste Messung.The optical methods mentioned above use the light intensities of the diffraction orders as the measurement signal. The accuracy of the measurement is thus limited by the accuracy with which light intensities can be determined. The spatially resolved measurement on a diffraction measuring system uses CCD or CMOS sensors, the accuracy of which is limited to around 1%. With complex calibrations, about 0.1% can also be achieved there. More precise sensors such as photodiodes or photomultipliers, on the other hand, do not allow spatially resolved measurements.
Des Weiteren führen Reflexe in den eingesetzten Optiken direkt zu Fehlern im Messsignal und damit zu falsch bestimmten Profilparametern bzw. Strukturparametern. Nachteilig im Stand der Technik ist daher, dass für eine ortsaufgelöste Messung lediglich Messmittel nach dem Prinzip des Beugungsmessstands zur Verfügung stehen und deren Messgenauigkeit für Strukturparameter von CGHs oder Wafern begrenzt ist.Furthermore, reflections in the optics used lead directly to errors in the measurement signal and thus to incorrectly determined profile parameters or structural parameters. It is therefore disadvantageous in the prior art that only measuring means based on the principle of the diffraction measuring stand are available for a spatially resolved measurement and their measuring accuracy for structural parameters of CGHs or wafers is limited.
Zur Messung von Profilparametern gibt es noch eine Vielzahl alternativer, nicht optischer Methoden wie beispielsweise Atomkraftmikrosopie / Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscopy (SEM) und Transmission Electron Microscopy (TEM), sowie Röntgenbeugung. Keine dieser Methoden ermöglicht aber bisher eine flächenhafte, insbesondere vollflächige, Vermessung mit vielen Messpunkten auf der zu vermessenden Fläche in einer akzeptablen Messzeit.There are a number of alternative, non-optical methods for measuring profile parameters, such as Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM), as well as X-ray diffraction. So far, however, none of these methods has made it possible to carry out an area-based, in particular full-area, measurement with many measurement points on the area to be measured in an acceptable measurement time.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Verwendung der eingangs erwähnten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere eine höhere Genauigkeit besitzen.The present invention is therefore based on the object of specifying a method and a use of the type mentioned at the outset which avoid the disadvantages of the prior art and in particular have greater accuracy.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by
Bezüglich der Verwendung wird diese Aufgabe durch Anspruch 12 gelöst.With regard to the use, this object is achieved by
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur flächenhaften, insbesondere gleichzeitigen bzw. simultanen, Bestimmung einer Karte wenigstens eines Strukturparameters einer strukturierten Oberfläche eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere eines computergenerierten Hologramms, CGH, oder eines Wafers, vorgeschlagen, wobei mittels eines interferometrischen Messverfahrens eines oder mehrere Interferogramme der strukturierten Oberfläche aufgenommen werden, aus denen Phasenwerte der von dem diffraktiven optischen Element, insbesondere dem CGH oder Wafer, ausgehenden und/oder manipulierten Messlichtstrahlen in nullter Beugungsordnung bestimmt werden, und wobei aus dem wenigstens einen Interferogramm der strukturierten Oberfläche die Karte des wenigstens einen Strukturparameters bestimmt wird.According to the invention, a method for the areal, in particular simultaneous or simultaneous, determination of a map of at least one structure parameter of a structured surface of a diffractive optical element, in particular a computer-generated hologram, CGH, or of a wafer, wherein one or more interferograms of the structured surface are recorded by means of an interferometric measuring method, from which phase values of the measuring light beams emitted and/or manipulated by the diffractive optical element, in particular the CGH or wafer, are determined in the zeroth diffraction order, and wherein the map of the at least one structure parameter is determined from the at least one interferogram of the structured surface.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht in der interferometrischen Vermessung der von dem CGH generierten Phasenwirkung in nullter Beugungsordnung, insbesondere bei unterschiedlichen Wellenlängen, Polarisationen und/oder Winkeln sowohl in Transmission als auch in Reflexion. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird nicht die Intensität der Strahlung in nullter Beugungsordnung, sondern die Phasenlage gemessen. Die interferometrische Bestimmung von Profilparametern bzw. Strukturparametern (beispielsweise einer Ätztiefe) eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere eines CGHs oder Wafers ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung der Profilparameter. Es ist vorgesehen, die von dem CGH ausgehende Phase nullter Beugungsordnung der Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen, Polarisationen und/oder Winkeln in Transmission sowie in Reflektion zu messen.The basic principle of the invention consists in the interferometric measurement of the phase effect generated by the CGH in the zeroth order of diffraction, in particular at different wavelengths, polarizations and/or angles both in transmission and in reflection. In contrast to the known methods, it is not the intensity of the radiation in the zeroth diffraction order that is measured, but the phase position. The interferometric determination of profile parameters or structural parameters (for example an etching depth) of a diffractive optical element, in particular a CGH or wafer, enables the profile parameters to be determined particularly precisely. It is intended to measure the phase of the zeroth diffraction order of the radiation emanating from the CGH at different wavelengths, polarizations and/or angles in transmission and in reflection.
Das Grundprinzip wird nachstehend zunächst anhand des Beispiels der Messung eines CGHs unter senkrechtem Lichteinfall in Reflexionskonfiguration verdeutlicht. Dazu wird im Folgenden zur Vereinfachung und Verdeutlichung die skalare Näherung zur Berechnung der Intensitäten und Phasen verwendet anstatt zum Beispiel der eingangs bereits erwähnten RCWA. Dies hat den Vorteil, dass hier eine geschlossene Formel zu Bestimmung der Intensität und der Phase aus den Strukturparametern angegeben werden kann. Als diffraktives optisches Element wird vorliegend ein CGH, welches als einfaches Liniengitter ausgebildet ist, angenommen. Das Gitterprofil wird mit beispielhaft nur zwei Parametern, der Ätztiefe und dem Tastverhältnis, modelliert. Damit ergeben sich die Intensität und die Phase der nullten Beugungsordnung wie folgt:
Dabei ist:
- Ψ0 die Phasenänderung der reflektierten Prüfwelle, also der nullten Beugungsordnung;
- η0 die Effizienz (Beugungswirkungsgrad) der nullten Beugungsordnung;
- A der Reflexionskoeffizient der reflektierenden Oberfläche;
- D das Tastverhältnis der Gitterstruktur; und
- φ der Phasenhub des diffraktiven optischen Elements, insbesondere des CGHs, wobei für den Fall in Reflexionskonfiguration
- Ψ 0 the phase change of the reflected test wave, i.e. the zeroth diffraction order;
- η 0 the efficiency (diffraction efficiency) of the zero diffraction order;
- A is the reflection coefficient of the reflecting surface;
- D is the duty cycle of the grating structure; and
- φ is the phase deviation of the diffractive optical element, in particular of the CGH, where for the case in reflection configuration
Diesbezüglich wird auf Ping Zhou and James H. Burge; APPLIED OPTICS 2007 Vol. 46, No. 5 2007 verwiesen.In this regard, reference is made to Ping Zhou and James H. Burge; APPLIED OPTICS 2007 Vol. 46, No. 5 referenced in 2007.
Misst man nun die Phase der am CGH reflektierten Welle bei verschiedenen Wellenlängen, indem die Prüfwellenlänge des Interferometers umgeschaltet wird, so erhält man verschiedene Phasenwerte für die verschiedenen Wellenlängen, insbesondere da sich die Phasenänderung Ψ0 durch das CGH nach Formel 2 mit der Wellenlänge ändert. Hat man nun an einem Ort des CGHs mindestens zwei Phasenänderungen Ψ0(λ1) und Ψ0(λ2) durch das CGH, so kann mit Formel 2 die zu diesen Phasenänderungen passende Ätztiefe und das zu diesen Phasenänderungen passende Tastverhältnis bestimmt werden. Verwendet man mehr, also zumindest zwei unterschiedliche, Wellenlängen λ1, λ2, so hat man damit mehr Phasenänderungen. Dies gewährleistet, dass dadurch beispielsweise die Ätztiefe und das Tastverhältnis bestimmt werden kann beziehungsweise können, bei dem die Summe der quadratischen Abweichungen der berechneten Phasenänderungen und der gemessenen Phasenänderungen minimal ist. Diese Zuordnung von gemessenen Werten zu dazu passenden Strukturparametern wird als inverse Rechnung bezeichnet, wobei zur Berechnung der Werte für höhere Genauigkeiten Methoden wie z.B. die RCWA verwendet werden.If one now measures the phase of the wave reflected at the CGH at different wavelengths by switching the test wavelength of the interferometer, one obtains different phase values for the different wavelengths, in particular since the phase change Ψ 0 through the CGH changes with the wavelength according to
Die derart bestimmten Strukturparameter scheinen dabei zunächst nicht eindeutig zu sein. Der Phasenhub Φ durch die Ätztiefe kann nur modulo 2π bestimmt werden. Die Ätztiefe bewegt sich typischerweise in einem hinreichend kleinen Band um eine vorgebbare Sollätztiefe des Ätzprozesses. Damit ist in der Praxis lediglich ein Wert der Ätztiefe realistisch. Gegebenenfalls kann auch an einigen Stützstellen mit einem anderen Sensor (z. B. mittels Atomkraftmikroskopie bzw. AFM) die Ätztiefe bestimmt werden.The structural parameters determined in this way do not appear to be unambiguous at first. The phase deviation Φ through the etching depth can only be determined modulo 2π. The etching depth typically moves in a sufficiently small band around a predefinable setpoint etching depth of the etching process. Only one value for the etching depth is therefore realistic in practice. If necessary, the etching depth can also be determined at some support points with another sensor (e.g. by means of atomic force microscopy or AFM).
Bei einer flächigen beziehungsweise flächenhaften, insbesondere ortsaufgelösten, interferometrischen Messung wird typischerweise die relative Phase von verschiedenen Orten und nicht die absolute Phase gemessen. D. h. die absoluten Phasen stehen als Eingangssignal für die inverse Rechnung zunächst nicht zur Verfügung.In the case of an areal or areal, in particular spatially resolved, interferometric measurement, the relative phase of different locations and not the absolute lute phase measured. i.e. the absolute phases are initially not available as an input signal for the inverse calculation.
Von Vorteil kann sein, wenn auf der Oberfläche des diffraktiven optischen Elements, insbesondere des CGHs oder des Wafers, wenigstens ein Referenzbereich mit Strukturen bekannter Phasenwirkung aufgebracht wird, und wobei durch die Bildung einer Differenz zwischen den zu bestimmenden Phasenwerten der strukturierten Oberfläche und den bekannten Phasenwerten des Referenzbereichs eine unbekannte globale Phase des wenigstens einen Interferogramms eliminiert wird.It can be advantageous if at least one reference area with structures with a known phase effect is applied to the surface of the diffractive optical element, in particular the CGH or the wafer, and by forming a difference between the phase values to be determined of the structured surface and the known phase values of the reference range an unknown global phase of the at least one interferogram is eliminated.
In vorteilhafter Weise kann nun ein Bereich mit bekannter Phase auf dem CGH oder Wafer aufgebracht werden. Dieser Referenzbereich kann beispielsweise nicht geätzt sein (D=0, T=0 und somit Ψ0=0). Die Differenz der gemessenen, relativen Phasen zur gemessenen Phase des Referenzbereichs können dann als absolute Phasenwerte für Ψ0 an diesem Punkt oder Bereich betrachtet werden, welche in die inverse Rechnung als Eingangssignale eingehen. Aus den gemessenen relativen Phasenwerten des wenigstens einen Interferogramms der strukturierten Oberfläche können mittels des Referenzbereichs damit absolute Phasenwerte für Ψ0 gebildet werden. Nun können, wie auch bei den intensitätsbasierten Methoden, über die inverse Rechnung die Profilparameter bzw. Strukturparameter ermittelt werden, die am besten zu den Messwerten, jetzt um die ermittelte globale Phase bereinigten Phasenwerten, passen.An area with a known phase can now advantageously be applied to the CGH or wafer. This reference area cannot be etched, for example (D=0, T=0 and thus Ψ 0 =0). The difference between the measured, relative phases and the measured phase of the reference area can then be viewed as absolute phase values for Ψ 0 at this point or area, which are included in the inverse calculation as input signals. Absolute phase values for Ψ 0 can thus be formed from the measured relative phase values of the at least one interferogram of the structured surface by means of the reference area. As with the intensity-based methods, the profile parameters or structure parameters that best match the measured values, phase values now adjusted for the global phase determined, can now be determined via the inverse calculation.
Mehrere Interferogramme der strukturierten Oberfläche können unter Verwendung von unterschiedlichen Lichtwellenlängen λi,λj der Messlichtstrahlen erstellt werden, wobei für die beteiligten Lichtwellenlängen λi,λj gilt:
Hierdurch können mehrere unabhängige Messsignale erzeugt und damit die Strukturparameter genauer und robuster, das heißt unabhängiger von anderen Fertigungsfehlern, bestimmt werden. Das zu verwendende Interferometer kann hierbei so ausgelegt sein, dass eine Messung mit verschiedenen Wellenlängen der Prüfwelle bzw. der Messlichtstrahlen durch Umschalten möglich ist. Beispielsweise können ein Fizeau-Interferometer, ein Twyman-Green-Interferometer oder andere Typen von Interferometern verwendet werden.As a result, a number of independent measurement signals can be generated and the structure parameters can thus be determined more precisely and more robustly, that is to say more independently of other manufacturing errors. The interferometer to be used can be designed in such a way that a measurement with different wavelengths of the test wave or the measuring light beams is possible by switching. For example, a Fizeau interferometer, a Twyman-Green interferometer, or other types of interferometers can be used.
Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Interferogramme der strukturierten Oberfläche unter Verwendung von unterschiedlichen Polarisationsrichtungen von linear polarisierten Messlichtstrahlen erstellt werden, wobei für die jeweilige Polarisationsrichtung definierende beteiligte Winkel αi,αj gilt:
Hierdurch können ebenfalls weitere unabhängige Messsignale hinzugefügt werden. Dabei kann ein Polarisator in den Messstrahlengang zwischen Interferometer und CGH bzw. Wafer eingefügt werden, welcher in diskreten Schritten rotierbar ist.This also allows additional independent measurement signals to be added. A polarizer can be inserted into the measuring beam path between the interferometer and CGH or wafer, which can be rotated in discrete steps.
Alternativ ist vorgesehen, dass mehrere Interferogramme der strukturierten Oberfläche unter Verwendung von unterschiedlichen Polarisationsrichtungen von beliebig, beispielsweise linear, zirkular oder elliptisch, polarisierten Messlichtstrahlen erstellt werden, wobei für die die jeweilige Polarisation definierenden Jones Vektoren
Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Interferogramme der strukturierten Oberfläche unter verschiedenen Winkeln der mittleren Oberflächennormalen der strukturierten Oberfläche zu einem einfallenden Messlichtstrahl erstellt werden, wobei für die beteiligten
Winkel
angle
Hierdurch können ebenfalls weitere unabhängige Messsignale hinzugefügt werden. Für Linien mit niedriger Frequenz verhalten sich in der skalaren Näherungsrechnung Winkeländerungen und Wellenlängenänderungen sehr ähnlich in der skalaren Näherungsrechnung. Jedoch kann eine Winkeländerung in einer Messanordnung unter Umständen einfacher erzielt werden. Somit ist ein handelsübliches Interferometer ausreichend und es wird kein Interferometer mit mehreren unterschiedlichen einstellbaren Wellenlängen benötigt. Es können mehrere unterschiedliche Messkanäle mittels eines Interferometers mit nur einer Wellenlänge erstellt werden, indem eine Winkeländerung und/oder eine Änderung der Polarisationsrichtungen erfolgt.This also allows additional independent measurement signals to be added. For lines with low frequency, angle changes and waves behave in the scalar approximation length changes very similar in the scalar approximation. However, a change in angle in a measuring arrangement can sometimes be achieved more easily. A commercially available interferometer is therefore sufficient and no interferometer with several different adjustable wavelengths is required. Several different measurement channels can be created using an interferometer with only one wavelength by changing the angle and/or changing the directions of polarization.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Interferogramm der strukturierten Oberfläche in Transmission im doppelten Durchtritt und/oder in Reflexion und/oder in doppelter Reflexion über einen Spiegel erstellt wird. Hierdurch können ebenfalls weitere unabhängige Messsignale hinzugefügt werden beziehungsweise es kann ein einfacher Messaufbau realisiert werden oder ein Aufbau mit guter Sensitivität für einen bestimmten Strukturparameter.In an advantageous development of the method according to the invention, it can be provided that the at least one interferogram of the structured surface is created in transmission in double passage and/or in reflection and/or in double reflection via a mirror. As a result, further independent measurement signals can also be added or a simple measurement setup can be implemented or a setup with good sensitivity for a specific structural parameter.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Modell oder Gitterprofil der strukturierten Oberfläche für jeden Teilbereich der Oberfläche, für den in dem wenigstens einen Interferogramm ein Phasenwert gemessen wurde, durch den wenigstens einen Strukturparameter erstellt oder modelliert wird, wobei ein Phasenwert der nullten Beugungsordnung für diese Teilbereiche unter Verwendung des Modells oder des modellierten Gitterprofils durch eine Lösung von Maxwellgleichungen berechnet wird, wonach derjenige Wert des Strukturparameters oder der Strukturparameter für den jeweiligen Teilbereich bestimmt wird, bei dem der berechnete Phasenwert oder die berechneten Phasenwerte mit dem gemessenen Phasenwert oder den gemessenen Phasenwerten bestmöglich übereinstimmt und auf diese Weise die die Teilbereiche umfassende Karte der strukturierten Oberfläche mit Werten des wenigstens einen bestimmten Strukturparameters ermittelt wird.According to one embodiment, it is provided that a model or grating profile of the structured surface is created or modeled for each partial area of the surface for which a phase value was measured in the at least one interferogram, using the at least one structure parameter, with a phase value of the zeroth diffraction order for this Partial areas are calculated using the model or the modeled grating profile by solving Maxwell's equations, after which that value of the structure parameter or structural parameters is determined for the respective partial area in which the calculated phase value or the calculated phase values match the measured phase value or the measured phase values as best as possible corresponds and in this way the map of the structured surface comprising the partial regions is determined with values of the at least one specific structure parameter.
Der wenigstens eine Strukturparameter bzw. Profilparameter kann eine Ätztiefe, ein Tastverhältnis, einen Trenchingradius und/oder einen Flankenwinkel von Strukturen des diffraktiven optischen Elements, insbesondere des CGHs oder des Wafers umfassen.The at least one structure parameter or profile parameter can include an etching depth, a pulse duty factor, a trenching radius and/or a flank angle of structures of the diffractive optical element, in particular of the CGH or of the wafer.
Derartige Strukturparameter bzw. Profilparameter sind für die Charakterisierung eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere eines CGHs, bedeutend und ihre genaue Kenntnis von großem Vorteil. So werden die optischen Eigenschaften des CGHs wie Intensität und Phase von transmittierten und reflektierten Beugungsordnungen sowie die Streueigenschaften von den Strukturparametern wie beispielsweise Ätztiefe, Trenchradius, Kantenversatz und Flankenwinkel beeinflusst Insbesondere vorteilhaft ist im Zusammenhang mit einer möglichen Inspektion das CGH auf seine Fertigungsgüte die Kenntnis der lokalen Ausprägung besagter Parameter. Die Verwendung dieser Parameter als Strukturparameter ermöglicht die Erfassung der durch die üblicherweise verwendeten Oberflächenstrukturierungsprozesse, wie beispielsweise Ätzprozesse, steuerbaren Parameter. Hierdurch kann eine Qualitätskontrolle eben jener Parameter und damit der Fabrikationsprozesse erreicht werden. Such structural parameters or profile parameters are important for the characterization of a diffractive optical element, in particular a CGH, and their precise knowledge is of great advantage. The optical properties of the CGH such as intensity and phase of transmitted and reflected diffraction orders as well as the scattering properties are influenced by the structural parameters such as etching depth, trench radius, edge offset and flank angle. Knowledge of the local expression of said parameters. The use of these parameters as structure parameters enables the parameters that can be controlled by the surface structuring processes usually used, such as etching processes, to be recorded. As a result, quality control of precisely those parameters and thus of the manufacturing processes can be achieved.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Phasenwirkung eines Substrats, insbesondere eine Passe des diffraktiven optischen Elements oder Wafers bei der Bestimmung des wenigstens einen Strukturparameters berücksichtigt wird.It is advantageous if a phase effect of a substrate, in particular a pass of the diffractive optical element or wafer, is taken into account when determining the at least one structural parameter.
Da die gemessene Phasenverteilung auch durch die Phasenwirkung oder die Passe bzw. den Passformfehler des CGH-Substrats beeinflusst wird, kann durch diese Maßnahme vermieden werden, dass die rekonstruierten Profilparameter erheblich verfälscht werden. Als Passe oder Passformfehler wird die Formabweichung, insbesondere einer optischen Fläche eines optischen Elements bezeichnet.Since the measured phase distribution is also influenced by the phase effect or the fit or the fit error of the CGH substrate, this measure can prevent the reconstructed profile parameters from being significantly falsified. The shape deviation, in particular of an optical surface of an optical element, is referred to as a yoke or fit error.
Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Referenzinterferogramm des unstrukturierten Substrats des diffraktiven optischen Elements, insbesondere des CGHs oder Wafers, bestimmt wird, welches von dem wenigstens einen Interferogramm der strukturierten Oberfläche in Abzug gebracht wird.It is advantageous if at least one reference interferogram of the unstructured substrate of the diffractive optical element, in particular of the CGH or wafer, is determined, which is subtracted from the at least one interferogram of the structured surface.
Die Passe des unstrukturierten Substrats wird vor der Strukturierung bestimmt. Anschließend wird die Substratpasse von allen Messungen des strukturierten CGHs abgezogen. Die verbleibende Wellenfront stammt dann aus den Profilen. Im bereits beschriebenen einfachen Fall (mit zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen λ1, λ2 für zwei unterschiedliche Parameter, beispielsweise Ätztiefe und Tastverhältnis) kann wie folgt vorgegangen werden (die im Folgenden beschriebene Vorgehensweise zur Berücksichtigung der Phasenwirkung des Substrats wird vorliegend als Methode 1 bezeichnet):
- 1. Das unstrukturierte Substrat wird vermessen. Bei einer Messung in Reflexionskonfiguration kann bereits eine Messung ausreichen. Bei einer Messung in Transmissionskonfiguration sollten aufgrund der Brechungsindexinhomogenität alle Wellenlängen gemessen werden. Damit erhält man die beiden Wellenfronten Wλ1,unstrukt und Wλ2,unstrukt.
- 2. Das strukturierte CGH wird bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen vermessen. Dabei erhält man die zwei Wellenfronten Wλ1,strukt und Wλ2,strukt.
- 3. Danach werden Differenzen Δλ1 = Wλ1,strukt - Wλ1,unstrukt und Δλ2 = Wλ2,strukt - Wλ2,unstrukt gebildet.
- 1. The unstructured substrate is measured. When measuring in reflection configuration, one measurement can already be sufficient. When measuring in transmission configuration, all wavelengths should be measured due to the refractive index inhomogeneity. This gives the two wave fronts W λ1,unstructured and W λ2,unstructured .
- 2. The structured CGH is measured at two different wavelengths. Included one obtains the two wavefronts W λ1,struct and W λ2,struct .
- 3. Then differences Δ λ1 = W λ1,struct - W λ1,unstruct and Δ λ2 = W λ2,struct - W λ2,unstruct are formed.
Damit liegen nun zwei Messgrößen vor, welche mit den zwei unbekannten Profilparametern verbunden sind. Die unbekannten Profilparameter können nun durch die inverse Rechnung bestimmt werden.This means that there are now two measured variables that are linked to the two unknown profile parameters. The unknown profile parameters can now be determined by the inverse calculation.
Im vorangestellten Verfahren zur Berücksichtigung der Substratpasse kann ein Unterschied zwischen der Substratpasse und der Passe des strukturierten CGH-Substrats zu einem Messfehler der Profilparameter führen. Dies könnte beispielsweise durch Unterschiede in der Aufnahme des Substrats oder auch eine Beschichtung des CGHs nach einer Strukturierung des CGHs auftreten.In the above method for considering the substrate pass, a difference between the substrate pass and the pass of the structured CGH substrate can lead to a measurement error of the profile parameters. This could occur, for example, due to differences in the recording of the substrate or a coating of the CGH after structuring of the CGH.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Referenzinterferogramm der strukturierten Oberfläche bei einer Referenzwellenlänge, einem Referenzwinkel und einer Referenzpolarisation erstellt wird, wobei Vergleiche oder Differenzen zwischen den Phasenwerten des wenigstens einen Interferogramms der strukturierten Oberfläche bei einer von der Referenzwellenlänge verschiedenen Wellenlänge und/oder einem von dem Referenzwinkel verschiedenen Winkel und/oder einer von der Referenzpolarisation verschiedenen Polarisation gegenüber dem wenigstens einen Referenzinterferogramm der strukturierten Oberfläche bei der Bestimmung des wenigstens eines Strukturparameters berücksichtigt werden.In an advantageous development of the invention, it can be provided that at least one reference interferogram of the structured surface is created at a reference wavelength, a reference angle and a reference polarization, with comparisons or differences between the phase values of the at least one interferogram of the structured surface at a wavelength different from the reference wavelength and/or an angle different from the reference angle and/or a polarization different from the reference polarization compared to the at least one reference interferogram of the structured surface can be taken into account when determining the at least one structure parameter.
Diese Vorgehensweise erlaubt die Bestimmung der Profilparameter auch ohne vorher die unstrukturierte Substratpasse vermessen zu haben.This procedure allows the profile parameters to be determined without having previously measured the unstructured substrate pass.
Dazu kann zunächst bei einer Referenzwellenlänge gemessen werden. Dann werden die Messungen der anderen Wellenlängen auf diese Referenzmessung bezogen. Somit werden nur noch die Differenzen der Messung der anderen Wellenlängen zu der Referenzwellenlänge betrachtet. Auch in die inverse Rechnung gehen dann nur noch die jeweiligen Differenzen der Phase der Referenzwellenlänge zur Messwellenlänge ein. Die Passe des Substrats geht für alle Wellenlängen gleich in die Messung ein. Des Weiteren ist bei diesem Vorgehen vorteilhaft, dass sämtliche Absolutfehler des Prüfaufbaus eliminiert werden. Es wird lediglich noch die Reproduzierbarkeit des Prüfaufbaus genutzt. In einem einfachen Beispiel mit drei unterschiedlichen Wellenlängen für zwei unterschiedliche Parameter, beispielsweise Ätztiefe und Tastverhältnis, kann wie folgt vorgegangen werden (die im Folgenden beschriebene Vorgehensweise zur Berücksichtigung der Phasenwirkung des Substrats wird vorliegend als Methode 2 bezeichnet):
- 1. Messung des CGH bei drei verschiedenen Wellenlängen, wodurch man die drei Passen Wλ1,strukt, Wλ2,strukt und Wλref,strukt erhält.
- 2. Bilden der Differenzen Δλ1 = Wλ1,strukt - Wλref,strukt und Δλ2 = Wλ2,strukt - Wλref,strukt.
- 1. Measurement of the CGH at three different wavelengths, whereby the three passes W λ1,struct , W λ2,struct and W λref,struct are obtained.
- 2. Forming the differences Δ λ1 = W λ1,struct - W λref,struct and Δ λ2 = W λ2,struct - W λref,struct .
Damit liegen nun wieder zwei Messgrößen vor, welche mit den zwei unbekannten Profilparametern verbunden sind. Die unbekannten Profilparameter können nun durch die inverse Rechnung bestimmt werden.This means that there are now again two measured variables which are linked to the two unknown profile parameters. The unknown profile parameters can now be determined by the inverse calculation.
Zwar kann durch diese Methode der Unterschied in der Sensitivität zwischen den Messwellenlängen und der Referenzwellenlänge genutzt werden, nicht aber die Sensitivität selbst.The difference in sensitivity between the measurement wavelengths and the reference wavelength can be used with this method, but not the sensitivity itself.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer für ein real gefertigtes CGH mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens flächenhaft bestimmten Karte wenigstens eines Strukturparameters zur Berechnung einer Korrekturwellenfront, insbesondere einer Abweichung einer real erzeugbaren Wellenfront aufgrund einer Ist-Struktur des real gefertigten CGHs gegenüber einer vorgegebenen Wellenfront eines CGHs mit einer Soll-Struktur, zur Korrektur der durch Fertigungsfehler des real gefertigten CGHs verursachten Messfehler bei der interferometrischen Prüfung von optischen Elementen mittels des real gefertigten CGHs.The invention also relates to the use of a map of at least one structural parameter determined over an area for an actually manufactured CGH using the method according to the invention for calculating a correction wavefront, in particular a deviation of a wavefront that can actually be generated on the basis of an actual structure of the actually manufactured CGH compared to a predetermined wavefront of a CGH a target structure, to correct the measurement errors caused by manufacturing errors in the actually manufactured CGH during the interferometric testing of optical elements using the actually manufactured CGH.
Es ist demnach vorgesehen, dass eine für ein CGH mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Karte wenigstens eines Strukturparameters zur Berechnung einer Korrekturwellenfront, insbesondere einer Abweichung einer realen Wellenfront aufgrund einer real gefertigten Struktur des CGHs gegenüber einer idealen Wellenfront eines perfekt gefertigten CGHs, zur Korrektur von durch Fertigungsfehler verursachten Messfehlern mittels eines Prüflingsinterferometers verwendet wird. Vorteilhafterweise kann die Karte des wenigstens einen Strukturparameters somit zur Verbesserung einer Zuverlässigkeit einer von einem CGH ausgehenden Wellenfront verwendet werden.It is therefore provided that a map determined for a CGH using the method according to the invention of at least one structure parameter for calculating a correction wavefront, in particular a deviation of a real wavefront due to a actually manufactured structure of the CGH compared to an ideal wavefront of a perfectly manufactured CGH, for correcting by Manufacturing errors caused measurement errors by means of a test piece interferometer is used. Advantageously, the map of the at least one structural parameter can thus be used to improve the reliability of a wavefront emanating from a CGH.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.In the following, exemplary embodiments of the invention are described in principle with reference to the drawing.
Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Es zeigen schematisch:
-
1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage; -
2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage; -
3 ein Interferometersystem zur Prüfung von optischen Elementen mittels eines CGHs; -
4 eine vereinfachte Schnittansicht eines Teilbereichs einer strukturierten Oberfläche eines CGHs; -
5 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer interferometrischen Beugungsmessung eines CGHs in der Reflexionskonfiguration bei senkrechtem Einfall eines Messlichtstrahls; -
6 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer interferometrischen Beugungsmessung eines CGHs in Transmissionskonfiguration in doppeltem Durchtritt; -
7 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer interferometrischen Beugungsmessung eines CGHs in doppelter Reflexion; -
8a und8b Schaubilder der Effizienz der Strahlung in nullter Beugungsordnung in Transmission und Reflexion; -
9a und9b Schaubilder von Sensitivitäten von Strukturparametern für deren Messung mittels Intensität in Transmissionskonfiguration; -
10a und10b Schaubilder von Sensitivitäten von Strukturparametern für deren Messung mittels Intensität in Reflexionskonfiguration; -
11a und11b Schaubilder von Sensitivitäten von Strukturparametern für deren Messung mittels Phase in Transmissionskonfiguration; und -
12a und12b Schaubilder von Sensitivitäten von Strukturparametern für deren Messung mittels Phase in Reflexionskonfiguration.
-
1 an EUV projection exposure system; -
2 a DUV projection exposure system; -
3 an interferometer system for testing optical elements using a CGH; -
4 a simplified sectional view of a portion of a structured surface of a CGH; -
5 a representation of a first embodiment of an interferometric diffraction measurement of a CGH in the reflection configuration with perpendicular incidence of a measuring light beam; -
6 a representation of a second embodiment of an interferometric diffraction measurement of a CGH in transmission configuration in double pass; -
7 an illustration of a third embodiment of an interferometric diffraction measurement of a CGH in double reflection; -
8a and8b Diagrams of the efficiency of radiation in the zeroth diffraction order in transmission and reflection; -
9a and9b Graphs of sensitivities of structural parameters for their measurement by means of intensity in transmission configuration; -
10a and10b Graphs of sensitivities of structural parameters for their measurement by means of intensity in reflection configuration; -
11a and11b Graphs of sensitivities of structural parameters for their measurement by phase in transmission configuration; and -
12a and12b Graphs of sensitivities of structural parameters for their measurement by phase in reflection configuration.
Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, insbesondere 13,5 nm, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in
Die mit der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419, 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.The
In
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z. B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, ausgebildet sein.The
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.The basic functional principle of the
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.The
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorgangs Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.An image of the
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse bzw. dem letzten optischen Element 108 und dem Wafer 102 kann durch ein flüssiges Medium ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.An air gap between the last lens or the last
In
Bei dem hier gezeigten Interferometer 5 handelt es sich um ein Fizeau-Interferometer, wobei das vorgestellte Verfahren auch mit anderen Interferometertypen wie einem Twymann-Green-Interferometer oder weiteren durchführbar ist.The
Das Interferometer 5 besteht aus einer Lichtquelle 6, zum Beispiel eine Laserlichtquelle. Das emittierte Licht 7 wird durch eine Fokussierlinse 8 auf ein Pinhole bzw. eine Blende 9 fokussiert, so dass ein divergenter Strahl 10 kohärenten Lichts von der Blende 9 ausgeht. Der divergente Lichtstrahl 10 wird von einer Linsengruppe 11 zu einem Rohmesslichtstrahl 12 kollimiert, der eine im Wesentlichen ebene Wellenfront hat.The
Der Rohmesslichtstrahl 12 passiert anschließend einen Strahlteiler 13 und trifft auf eine gekeilte Optik 14 mit einer Fizeaufläche 15, die senkrecht zum Rohmesslichtstrahl 12 orientiert ist. Die Fizeaufläche 15 reflektiert einen Teil des Rohmesslichtstrahls 12 zurück und der vorliegend nicht dargestellte zurückreflektierte Anteil 16b dient als Referenzlicht für die interferometrische Messung.The raw
Der transmittierte Strahlanteil 16 des Rohmesslichtstrahls 12 wird durch eine Korrekturoptik 17 zu einem Messlichtstrahl 16a oder zu mehreren Messlichtstrahlen 16a umgeformt, insbesondere derart umgeformt bzw. manipuliert, dass die Wellenfront des Messlichtstrahls 16a zu der Form der Oberfläche 18 der zu prüfenden Optik 19 passt. Anders ausgedrückt: Der Messlichtstrahl 16a ist derart geformt, dass er an jeder Stelle der Oberfläche 18 senkrecht auf die Oberfläche 18 auftrifft. Der Messlichtstrahl 16a oder die Messlichtstrahlen 16a werden an der Oberfläche 18 reflektiert und läuft den Weg wieder zurück bis zum Strahlteiler 13, der einen Teil des Messlichtstrahls 16a und des Referenzlichtstrahls 16b in Richtung eines Detektors 23 reflektiert. Der am Strahlteiler 13 reflektierte, aus Messlichtstrahl 16a und Referenzlichtstrahl 16b kombinierte Strahl 20 wird durch ein Objektiv-Linsen-System 21 auf eine Kamera 22 mit dem positionssensitiven Detektor 23 gelenkt, so dass die zu prüfenden Oberfläche 18 auf den positionssensitiven Detektor 23 abgebildet wird. Der von der zu prüfenden Optik 19 reflektierte Anteil 16a des transmittierten Messlichtstrahls 16 und der von der Fizeaufläche 15 reflektierte Referenzstrahl 16b werden dadurch auf dem positionssensitiven Detektor 23 überlagert und formen das Interferogramm 3.The transmitted beam portion 16 of the raw measuring
Die Korrekturoptik 17 weist eine Linse 24 und das CGH 2 auf, wobei eine Seite dieser Korrekturoptik 17 mit der strukturierten Oberfläche 1 versehen ist.The
Damit die Oberfläche 18 auf der zu prüfenden Optik 19 vermessen werden kann, wird die strukturierte Oberfläche 1 mit Methoden wie beispielsweise Strahldurchrechnung so berechnet, dass die in einer von Null verschiedenen Beugungsordnung vom CGH 2 transmittierten Messlichtstrahlen 16a senkrecht auf der Oberfläche 18 der zu prüfenden Optik 19 auftreffen. Anschließend wird die berechnete Struktur beispielsweise durch Lithographie und/oder Plasma-Ätzen auf das CGH 2 übertragen. Die tatsächlich bzw. real gefertigte Struktur wird aufgrund von Fertigungsfehlern von der idealen, berechneten Struktur abweichen. Insbesondere können die Strukturen vom Design abweichende Strukturparameter wie Ätztiefe, Breite oder Flankenwinkel haben. Mit anderen Worten: Die Iststrukturen weichen von den Sollstrukturen oder Designstrukturen ab, insbesondere hinsichtlich der Strukturparameter Ätztiefe, Breite oder Flankenwinkel. Diese Abweichungen vom Design führen zu Wellenfrontfehlern der durch das CGH 2 transmittierten und umgeformten Messlichtstrahlen 16a. Diese Wellenfrontfehler können zu signifikanten Fehlern in der Messung der zu prüfenden Oberfläche 18 führen.So that the
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die fertigungsbedingten Abweichungen der Strukturparameter mit hoher Genauigkeit über das gesamte CGH 2 zu vermessen. Mit den gemessenen Strukturparametern kann die Abweichung der Wellenfront oder Istwellenfront der Messlichtstrahlen 16a vom Design oder von einer Sollwellenfront berücksichtigt werden und damit eine höhere Genauigkeit der Messung der Oberfläche 18 erreicht werden.The method according to the invention makes it possible to measure the production-related deviations in the structural parameters with high accuracy over the
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf CGHe 2 zur Prüfung optischer Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 beschränkt, insbesondere nicht auf optische Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 mit dem beschriebenen Aufbau. Die Erfindung eignet sich jedoch besonders für optische Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere für CGHe 2 zur Prüfung von Spiegeln von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen.The method according to the invention is not limited to
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt zwar in den Ausführungsbeispielen anhand von CGHen 2 zur Prüfung optischer Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen, die Offenbarung ist jedoch derart zu verstehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren für beliebige CGHe 2 und auch andere strukturierte Oberflächen, insbesondere von Wafern, eingesetzt werden kann.Although the invention is described in the exemplary
Das CGH 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als binäre Phasenmaske realisiert. Ein CGH-Substrat 25 hat vor der Fertigung der strukturierten Oberfläche eine Vorderseite 26 und eine Rückseite 27 mit jeweils einem durch die Substratfertigung festgelegten Passformfehler (nicht näher dargestellt). Bei der Fertigung wird, dem Design des CGH 2 entsprechend, beispielsweise durch Plasmaätzen in bestimmten Regionen 28 Material entfernt und es bleiben erhabene Regionen 29 übrig. Die geätzten Strukturen lassen sich näherungsweise mit Strukturparametern beschreiben, wovon hier beispielsweise eine Ätztiefe T, eine Breite w, ein Pitch p und ein Flankenwinkel 29a gezeigt sind. Ein Tastverhältnis D ergibt sich aus D = w/p.In the present exemplary embodiment, the
Somit kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Strukturparameter die Ätztiefe T, das Tastverhältnis D, ein Trenchingradius und/oder den Flankenwinkel 29a von Strukturen des CGHs 2 oder des Wafers umfasst.It can thus be provided that the at least one structure parameter includes the etching depth T, the duty cycle D, a trenching radius and/or the
In Transmission wird die transmittierte Wellenfront der Messtrahlen neben den zu bestimmenden Strukturparametern auch durch die Passe der Vorderseite 26, die Passe der Rückseite 27 und die Homogenität des CGH-Substrats 25 beeinflusst. In Reflexion wird die reflektierte Wellenfront neben den zu bestimmenden Strukturparametern nur durch die Passe der Vorderseite 26 beeinflusst. Beides kann in dem vorgestellten Verfahren berücksichtigt werden, um die Strukturparameter mit hoher Genauigkeit bestimmen zu können.In transmission, the transmitted wave front of the measuring beams is influenced not only by the structure parameters to be determined but also by the fit of the
Es kann daher vorgesehen sein, dass eine Phasenwirkung eines Substrats bzw. eines CGH-Substrats 25, insbesondere eine Passe des diffraktiven optischen Elements oder Wafers bei der Bestimmung des wenigstens eines Strukturparameters berücksichtigt wird.Provision can therefore be made for a phase effect of a substrate or a
Die nachfolgend erwähnten Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.The figures mentioned below represent the invention only by way of example and in a highly schematic manner.
Beispielsweise mittels von in den
„Karte des wenigstens einen Strukturparameters“ bedeutet, dass der Strukturparameter auf einer Karte beziehungsweise insbesondere zweidimensionalen Fläche dargestellt wird oder darstellbar ist. Die Karte oder Fläche entspricht dabei einem vorgebbaren Teil der Oberfläche, mehreren Teilen der Oberfläche oder der ganzen Oberfläche des diffraktiven optischen Elements. Der Strukturparameter, insbesondere die Ätztiefe, das Tastverhältnis und/oder der Flankenwinkel, ist somit insbesondere für jeden oder auf jedem Punkt oder Ort auf der Karte beziehungsweise Fläche darstellbar. Auf der Karte erfolgt die Darstellung des Strukturparameters selbst, ohne hierauf beschränkt zu sein, insbesondere mittels vorgebbaren Kennfarben. Ist der Strukturparameter beispielsweise die Ätztiefe, so ist insbesondere vorgesehen, dass für eine vorgebbare erste Ätztiefe eine erste Farbe oder Kennfarbe und für zumindest eine vorgebbare zweite Ätztiefe eine zweite Farbe oder Kennfarbe verwendet wird. Dasselbe gilt für die anderen beschriebenen Strukturparameter.“Map of the at least one structural parameter” means that the structural parameter is displayed or can be displayed on a map or in particular a two-dimensional surface. In this case, the map or area corresponds to a predeterminable part of the surface, several parts of the surface or the entire surface of the diffractive optical element. The structure parameter, in particular the etching depth, the pulse duty factor and/or the flank angle, can thus be represented in particular for each or at each point or location on the map or area. The structure parameter itself is displayed on the map, without being limited to this, in particular by means of definable identification colors. If the structure parameter is the etching depth, for example, it is provided in particular that a first color or identification color is used for a predeterminable first etching depth and a second color or identification color is used for at least one predeterminable second etching depth. The same applies to the other structural parameters described.
Um mehrere unterschiedliche Messungen des CGHs 2 zu erhalten, kann ein Polarisator 31 gedreht und damit die Polarisation geändert werden. Um die Änderung der Wellenfront des Messlichtstrahls 16a durch den Polarisator 31 zu berücksichtigen, kann die Wellenfront vorab für alle Messtellungen des Polarisators 31 mit einem Kalibrierspiegel anstatt des CGHs 2 vermessen werden. Außerdem kann auf diese Art auch ein eventuell vorhandener Interferometerfehler vermessen werden.In order to obtain several different measurements of the
Weitere unterschiedliche Messungen können in diesem Aufbau durch Änderung der Wellenlänge der Lichtquelle 6 des Interferometers 5 erreicht werden. Beispielsweise indem die Lichtquelle 6 automatisiert gegen eine Lichtquelle anderer Wellenlänge getauscht wird, oder indem eine breitbandige Lichtquelle verwendet wird und unterschiedliche Filter davor platziert werden. Wiederum können der Interferometerfehler und ein Fehler des Polarisators 31 durch Messungen mit einem Kalibrierspiegel vora+b ermittelt werden.Further different measurements can be achieved in this setup by changing the wavelength of the
Für die Messungen mit verschiedenen Wellenlängen ist der Polarisator 31 nicht zwingend notwendig und kann ggf. auch entfernt werden.The
Beispielsweise mittels eines in
Ferner kann beispielsweise mittels eines in
Beispielsweise mittels des in
Das Interferometer 5 ist in
Um mehrere unterschiedliche Messungen des CGHs 2 zu erhalten, kann der Polarisator 31 gedreht und damit die Polarisation geändert werden. Um die Änderung der Wellenfront des transmittierten Messlichtstrahls 16 durch den Polarisator 31 zu berücksichtigen, kann die Wellenfront vorab für alle Messtellungen des Polarisators 31 ohne CGH 2 vermessen werden. Auf diese Art erhält man den Messfehler des Messaufbaus inklusive Interferometerfehler, Polarisatorfehler und Spiegelfehler.In order to obtain several different measurements of the
Weitere unterschiedliche Messungen können in diesem Aufbau durch Änderung der Wellenlänge der Lichtquelle 6 des Interferometers 5 erreicht werden. Darüber hinaus können weitere unterschiedliche Messungen in diesem Aufbau durch eine Änderung des Winkels Θ des CGHs 2 zu dem transmittierten Messlichtstrahlen 16 erreicht werden.Further different measurements can be achieved in this setup by changing the wavelength of the
Beispielsweise mittels des in
Winkel
angle
Um mehrere unterschiedliche Messungen des CGHs 2 zu erhalten, kann der Polarisator 31 gedreht und damit die Polarisation geändert werden. Um die Änderung der Wellenfront des transmittierten Messlichtstrahls 16a durch den Polarisator 31 zu berücksichtigen, kann die Wellenfront vorab für alle Messstellungen des Polarisators 31 mit einem Kalibrierspiegel anstelle des CGHs 2 vermessen werden. Auf diese Art erhält man den Messfehler des Messaufbaus inklusive Interferometerfehler, Polarisatorfehler und Spiegelfehler.In order to obtain several different measurements of the
Weitere unterschiedliche Messungen können in diesem Aufbau durch Änderung der Wellenlänge der Lichtquelle 6 des Interferometers 5 erreicht werden. Darüber hinaus können weitere unterschiedliche Messungen in diesem Aufbau durch eine Änderung des Winkels Θ des CGHs 2 zu dem Messlichtstrahl 16 erreicht werden, wobei in diesem Fall auch die Position des Spiegels 32 angepasst werden muss, um die 2-Θ-Konfiguration zu erhalten.Further different measurements can be achieved in this setup by changing the wavelength of the
Es kann in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass auf der Oberfläche des CGHs 2 oder des Wafers wenigstens ein Referenzbereich mit Strukturen bekannter Phasenwirkung aufgebracht wird, und dass durch die Bildung einer Differenz zwischen den zu bestimmenden Phasenwerten der strukturierten Oberfläche 1 und den bekannten Phasenwerten des Referenzbereichs eine unbekannte globale Phase des wenigstens einen Interferogramms 3 eliminiert wird.It can be provided in one embodiment of the method according to the invention that at least one reference area with structures of known phase effect is applied to the surface of the
Ferner kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass ein Modell oder Gitterprofil der strukturierten Oberfläche 1 für jeden Teilbereich der Oberfläche, für den in dem wenigstens einen Interferogramm 3 ein Phasenwert gemessen wurde, durch den wenigstens einen Strukturparameter erstellt oder modelliert wird, wobei ein Phasenwert der nullten Beugungsordnung für diese Teilbereiche unter Verwendung des Modells oder des modellierten Gitterprofils durch eine Lösung von Maxwellgleichungen berechnet wird, wonach derjenige Wert des Strukturparameters für den jeweiligen Teilbereich bestimmt wird, bei dem der berechnete Phasenwert mit dem gemessenen Phasenwert bestmöglich übereinstimmt und auf diese Weise die die Teilbereiche umfassende Karte der strukturierten Oberfläche 1 mit Werten des wenigstens einen bestimmten Strukturparameters ermittelt wird.Furthermore, in one embodiment of the method according to the invention, it can be provided that a model or grating profile of the
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein Referenzinterferogramm eines unstrukturierten Substrats 25 des CGHs 2 oder Wafers bestimmt wird, welches von dem wenigstens einen Interferogramm 3 der strukturierten Oberfläche 1 in Abzug gebracht wird (Methode 1).In one embodiment of the method according to the invention, it can also be provided that at least one reference interferogram of an
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein Referenzinterferogramm der strukturierten Oberfläche 1 bei einer Referenzwellenlänge, einem Referenzwinkel und einer Referenzpolarisation erstellt wird, wobei Vergleiche oder Differenzen zwischen den Phasenwerten des wenigstens einen Interferogramms 3 der strukturierten Oberfläche 1 bei einer von der Referenzwellenlänge verschiedenen Wellenlänge und/oder einem von dem Referenzwinkel verschiedenen Winkel und/oder einer von der Referenzpolarisation verschiedenen Polarisation gegenüber dem wenigstens einen Referenzinterferogramm der strukturierten Oberfläche 1 bei der Bestimmung des wenigstens eines Strukturparameters berücksichtigt werden (Methode 2).In one embodiment of the method according to the invention, it can also be provided that at least one reference interferogram of the
Die
Die
Die
Die
Die
Nimmt man für eine Bewertung eines Messstandes gemäß der
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Für die Sensitivitäten der Phasenmessung der
Bei den Differenzen, beziehungsweise Sensitivitäten der Phasen zeigen sich breite Resonanzen an den Stellen, an denen ein Phasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches der Kreiszahl π ist. In der Transmissionskonfiguration ergeben sich solche Resonanzen beispielsweise bei einer Wellenlänge von ungefähr 478 nm. Diese Resonanzen weisen dabei gute Sensitivitäten auf. Wellenlängenbereiche in einer spektralen Nähe zu derartigen Resonanzen sind daher besonders geeignet für eine interferometrische Profilmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Aus den
Unter der Annahme, dass ein Interferogramm 3 in einem Bereich der Intensität des Messstrahlen 16a von einem Viertel bis zu einem Vierfachen der Intensität der Referenzwelle mit einer guten Reproduzierbarkeit ausgewertet werden kann und unter Verwendung einer Reflektivität der Fizeaufläche 15 von einem Prozent im Falle einer Messung in Reflexionskonfiguration, wie beispielsweise in
Unter der Annahme einer Unsicherheit von gemessenen Phasen von 0,1 nm ergibt sich eine Unsicherheit der Ätztiefe T von 0,04 nm bei einem festen Tastverhältnis D und eine Unsicherheit des Tastverhältnisses D von 0,00014 bei einer festen Ätztiefe T.Assuming an uncertainty of measured phases of 0.1 nm, this results in an uncertainty in the etch depth T of 0.04 nm for a fixed duty cycle D and an uncertainty in the duty cycle D of 0.00014 for a fixed etch depth T.
Vergleicht man die Sensitivitäten und die daraus ermittelten Messunsicherheiten für eine Intensitätsmessung und eine Phasenmessung, erkennt man die zu erwartende höhere Genauigkeit der phasenbasierten Messmethode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.If one compares the sensitivities and the measurement uncertainties determined therefrom for an intensity measurement and a phase measurement, one recognizes the higher accuracy to be expected of the phase-based measurement method according to the method according to the invention.
Eine mit den erläuterten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens flächenhaft bestimmte Karte wenigstens eines Strukturparameters kann zur Berechnung einer Korrekturwellenfront, insbesondere einer Abweichung einer real erzeugbaren Wellenfront aufgrund einer Ist-Struktur des real gefertigten CGHs 2 gegenüber einer vorgegebenen Wellenfront eines (sozusagen perfekt gefertigten) CGHs 2 mit einer Soll-Struktur, zur Korrektur der durch eventuelle Fertigungsfehler des real gefertigten CGHs 2 verursachten Messfehler bei der interferometrischen Prüfung von optischen Elementen bzw. Optiken mittels des real gefertigten CGHs 2 verwendet werden.A map of at least one structure parameter determined over an area using the explained embodiments of the method according to the invention can be used to calculate a correction wavefront, in particular a deviation of a wavefront that can actually be generated based on an actual structure of the actually manufactured
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- strukturierte Oberflächetextured surface
- 22
- CGHCGH
- 33
- Interferogramminterferogram
- 55
- Interferometerinterferometer
- 66
- Lichtquellelight source
- 77
- emittiertes Lichtemitted light
- 88th
- Fokussierlinsefocusing lens
- 99
- Blendecover
- 1010
- divergenter Strahldivergent ray
- 1111
- Linsengruppelens group
- 1212
- Rohmesslichtstrahlraw measurement light beam
- 1313
- Strahlteilerbeam splitter
- 1414
- gekeilte Optikwedged optics
- 1515
- FizeauflächeFizeau surface
- 1616
- transmittierter Strahlanteiltransmitted part of the beam
- 16a16a
- Messlichtstrahle(n)measuring light beam(s)
- 1717
- Korrekturoptikcorrection optics
- 1818
- Oberfläche der zu prüfenden OptikSurface of the optics to be tested
- 1919
- zu prüfende Optikoptics to be tested
- 2020
- reflektierter Messlichtstrahlreflected measuring light beam
- 2121
- Objektiv-Linsen-Systemobjective lens system
- 2222
- Kameracamera
- 2323
- positionssensitiver Detektorposition sensitive detector
- 2424
- Linselens
- 2525
- CGH-SubstratCGH substrate
- 2626
- Substratvorderseitesubstrate front
- 2727
- Substratrückseitesubstrate backside
- 2828
- Regionen mit Abtragregions with erosion
- 2929
- erhabene Regionlofty region
- 29a29a
- Flankenwinkelflank angle
- 3131
- Polarisatorpolarizer
- 3232
- Spiegelmirror
- 3333
- mittlere Oberflächennormalemean surface normal
- 100100
- Projektionsbelichtungsanlageprojection exposure system
- 102102
- Waferwafers
- 103103
- Beleuchtungssystemlighting system
- 104104
- Retikelstagereticle stage
- 105105
- Retikelreticle
- 106106
- Waferhalterwafer holder
- 107107
- Projektionsobjektivprojection lens
- 108108
- Optisches Elementoptical element
- 109109
- Fassungversion
- 111111
- Projektionsstrahlprojection beam
- 140140
- Objektivgehäuselens body
- 400400
- Projektionsbelichtungsanlageprojection exposure system
- 401401
- Beleuchtungssystemlighting system
- 402402
- Strahlungsquelleradiation source
- 403403
- Optikoptics
- 404404
- Objektfeldobject field
- 405405
- Objektebeneobject level
- 406406
- Retikelreticle
- 407407
- Retikelhalterreticle holder
- 408408
- Projektionsoptikprojection optics
- 409409
- Bildfeldimage field
- 410410
- Bildebenepicture plane
- 411411
- Waferwafers
- 412412
- Waferhalterwafer holder
- 413413
- EUV-StrahlungEUV radiation
- 414414
- Zwischenfokusebeneintermediate focal plane
- 415415
- Feldfacettenspiegelfield facet mirror
- 416416
- Pupillenfacettenspiegelpupil facet mirror
- 417417
- Optische Baugruppeoptical assembly
- 418418
- Spiegelmirror
- 419419
- Spiegelmirror
- 420420
- Spiegelmirror
- TT
- Ätztiefeetching depth
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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