DE102022202996A1

DE102022202996A1 - Measuring method and measuring device for measuring surface roughness

Info

Publication number: DE102022202996A1
Application number: DE102022202996.8A
Authority: DE
Inventors: Weichang Xie; Dominik Gollmer; Nils Dieckmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-01-12

Abstract

Messverfahren zur Messung der Oberflächenrauheit einer Oberfläche (112) eines Messobjekts (110), insbesondere zur Messung der Oberflächenrauheit der reflektiven Oberfläche eines Spiegels für ein optisches System für die EUV-Lithografie, unter Verwendung einer ersten Messsonde (130), die eine erste Messspitze (135) aufweist, welche an einem der Enden einer ersten Blattfeder (132) angebracht ist,worin die erste Messsonde (130) in einer Scanoperation durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der ersten Messsonde (130) und dem Messobjekt (110) entlang einer Messstrecke über die Oberfläche (112) geführt wird,durch Wechselwirkung der ersten Messspitze (135) mit der Oberfläche (112) erzeugte erste Messsignale der ersten Messsonde (130) positionsabhängig erfasst werden unddie ersten Messsignale in einer Auswerteoperation zur Erzeugung eines die örtliche Verteilung der ersten Messsignale repräsentierenden Bildes der Oberfläche (112) ausgewertet werden. Es ist vorgesehen, dass zeitgleich mit der Scanoperation unter Verwendung einer zweiten Messsonde (230), die eine zweite Messspitze (235) aufweist, welche an einem der Enden einer zweiten Blattfeder (232) angebracht ist, eine Schwingungsmessung durchgeführt wird, in welcher Schwingungssignale erfasst werden, die eine Schwingung des Messobjekts (110) repräsentieren, wobei das Messobjekt (110) während der Schwingungsmessung durch die zweite Messsonde (230) an einem vorgebbaren Messpunkt stationär kontaktiert wird, wobei in der Auswerteoperation die Schwingungssignale zur Ermittlung von schwingungskorrigierten Messignalen mit den ersten Messignalen verrechnet werden, unddas Bild der Oberfläche unter Verwendung der schwingungskorrigierten Messignale erzeugt wird.Measuring method for measuring the surface roughness of a surface (112) of a measurement object (110), in particular for measuring the surface roughness of the reflective surface of a mirror for an optical system for EUV lithography, using a first measuring probe (130) which has a first measuring tip ( 135), which is attached to one of the ends of a first leaf spring (132), wherein the first measuring probe (130) in a scanning operation by generating a relative movement between the first measuring probe (130) and the measuring object (110) along a measuring path over the surface (112), first measurement signals of the first measurement probe (130) generated by interaction of the first measurement tip (135) with the surface (112) are detected as a function of position and the first measurement signals in an evaluation operation to generate an image representing the local distribution of the first measurement signals the surface (112) are evaluated. Simultaneously with the scanning operation, a vibration measurement is carried out using a second measuring probe (230), which has a second measuring tip (235) which is attached to one of the ends of a second leaf spring (232), in which vibration signals are recorded which represent a vibration of the measurement object (110), wherein the measurement object (110) is contacted in a stationary manner during the vibration measurement by the second measurement probe (230) at a definable measurement point, wherein in the evaluation operation the vibration signals for determining vibration-corrected measurement signals are combined with the first Measurement signals are calculated, and the image of the surface is generated using the vibration-corrected measurement signals.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Messung der Oberflächenrauheit einer Oberfläche eines Messobjekts sowie eine zur Durchführualtng des Messverfahrens konfigurierte Messvorrichtung. Zur Messung der Oberflächenrauheit wird die Rasterkraftmikroskopie genutzt.The invention relates to a measuring method for measuring the surface roughness of a surface of a measuring object and to a measuring device configured for carrying out the measuring method. Atomic force microscopy is used to measure the surface roughness.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Messung der Oberflächenrauheit der beschichteten oder unbeschichteten Oberfläche eines Spiegels für ein optisches System für die EUV-Lithografie. Es können auch Messobjekte in Form von Linsen, Planproben und polierten Metallflächen gemessen werden.A preferred area of application is the measurement of the surface roughness of the coated or uncoated surface of a mirror for an optical system for EUV lithography. Objects in the form of lenses, flat specimens and polished metal surfaces can also be measured.

Das Messverfahren und die Messvorrichtung nutzen Konzepte der Rastersondenmikroskopie (Scanning Probe Microscopy, SPM). Dabei wird ein Bild eines interessierenden Ausschnitts der gemessenen Oberfläche nicht mit einer optischen oder elektronenoptischen Abbildung erzeugt, wie z.B. beim Lichtmikroskop (LM) oder dem Rasterelektronenmikroskop (REM), sondern über die Wechselwirkung einer Messsonde mit der Oberfläche des Messobjekts.The measuring method and the measuring device use concepts of scanning probe microscopy (Scanning Probe Microscopy, SPM). An image of an interesting section of the measured surface is not generated with an optical or electron-optical image, e.g. with the light microscope (LM) or the scanning electron microscope (SEM), but via the interaction of a measuring probe with the surface of the measuring object.

Ein Beispiel für Messungen auf der atomaren Skala ist die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Scanning Force Microscopy, AFM). Ein Rasterkraftmikroskop (AFM) ist ein spezielles Rastersondenmikroskop. Es dient zur mechanischen Abtastung von Oberflächen und der Messung atomarer Kräfte auf der Nanometer- und Pikometerskala. Die atomaren Kräfte verbiegen eine Blattfeder („cantilever“), an deren Ende sich eine mikroskopisch kleine Messpitze befindet. Aus der gemessenen Verbiegung der Feder kann dann die Kraft berechnet werden, die zwischen den Atomen der Oberfläche und der Messspitze wirkt.An example of measurements on the atomic scale is atomic scanning force microscopy (AFM). An atomic force microscope (AFM) is a special scanning probe microscope. It is used for the mechanical scanning of surfaces and the measurement of atomic forces on the nanometer and picometer scale. The atomic forces bend a leaf spring ("cantilever"), at the end of which there is a microscopic measuring tip. The force acting between the atoms on the surface and the measuring tip can then be calculated from the measured deflection of the spring.

Rasterkraftmikroskope sind heutzutage kommerziell erhältlich. Die Firma FRT GmbH bietet Messgeräte mit Multi-Sensor-Technologie an, die die Möglichkeit bieten, unterschiedliche Messprinzipien in einem Gerät zu vereinen und somit große Flexibilität zu erhalten. Unter anderem können optische Sensoren (Konfokalmikroskop, Weißlichtinterferometer) und ein Rasterkraftmikroskop in einem Messgerät integriert sein.Atomic force microscopes are commercially available today. The company FRT GmbH offers measuring devices with multi-sensor technology, which offer the possibility of combining different measuring principles in one device and thus maintaining great flexibility. Among other things, optical sensors (confocal microscope, white light interferometer) and an atomic force microscope can be integrated in a measuring device.

Unter dem Link: https://www.fieldemission.uni-wuppertal.de/de/apparatur/optischesprofilometerinterferometer-mit-afm.html beschreibt die Bergische Universität Wuppertal ein optisches Profilometer/Interferometer mit AFM. Dabei wird ein kommerziell erhältliches optisches Profilometer vom Typ MicroProf® der FRT GmbH zur Messung der Oberflächenrauheit und zur Lokalisierung und Charakterisierung von Defekten genutzt. Es können ebene und gekrümmte Oberflächenbereiche mit bis zu 20*20 cm² Fläche und Höhendifferenzen von bis zu 5 cm gemessen werden. Das Messsystem kombiniert eine kleine CCD-Kamera für eine schnelle Orientierung mit einem optischen Profilometer basierend auf spektraler Reflexion (chromatischer Aberrationen) von Weißlicht und ein AFM in kalibrierten Positionen.Under the link: https://www.fieldemission.uni-wuppertal.de/de/apparatur/optikesprofilometerinterferometer-mit-afm.html the University of Wuppertal describes an optical profilometer/interferometer with AFM. A commercially available optical profilometer of the type MicroProf® from FRT GmbH is used to measure the surface roughness and to localize and characterize defects. Flat and curved surface areas with an area of up to 20*20 cm ² and height differences of up to 5 cm can be measured. The measurement system combines a small CCD camera for quick orientation with an optical profilometer based on spectral reflectance (chromatic aberrations) of white light and an AFM in calibrated positions.

Ein Messverfahren sowie eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art ist in der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit Aktenzeichen 102021214296.6 beschrieben.A measuring method and a measuring device of the type mentioned at the outset are described in German patent application 102021214296.6, which is not a prior publication.

Zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen in der Mikroelektronik oder Mikrostrukturtechnik, z.B. von Halbleiterbauelementen, werden heutzutage überwiegend mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei wird eine Maske (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur trägt. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektebene des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster auf ein mit einer strahlungsempfindlichen Schicht beschichtete Substrat abbildet, das in der zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene des Projektionsobjektivs liegt.Microlithographic projection exposure methods are predominantly used nowadays to produce microstructured or nanostructured components in microelectronics or microstructure technology, e.g. semiconductor components. In this case, a mask (reticle) is used, which carries the pattern of a structure to be imaged. The pattern is positioned in a projection exposure system between an illumination system and a projection lens in the area of the object plane of the projection lens and is illuminated with an illumination radiation provided by the illumination system. The radiation modified by the pattern runs through the projection objective, which images the pattern onto a substrate coated with a radiation-sensitive layer, which lies in the image plane of the projection objective that is optically conjugate to the object plane.

Um immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wurden in den letzten Jahren optische Systeme entwickelt, die hohe Auflösungsvermögen im Wesentlichen durch die kurze Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) erzielen, insbesondere mit Arbeitswellenlängen im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, z.B. um 13.5 nm.In order to be able to produce finer and finer structures, optical systems have been developed in recent years that achieve high resolving power essentially through the short wavelength of the electromagnetic radiation used from the extreme ultraviolet range (EUV), especially with working wavelengths in the range between 5 nm and 30 nm , e.g. around 13.5 nm.

Strahlung aus dem extrem Ultraviolettbereich kann nicht mit Hilfe refraktiver optischer Elemente fokussiert oder geführt werden, da die kurzen Wellenlängen von den bekannten, bei höheren Wellenlängen transparenten optischen Materialien absorbiert werden. Daher werden für die EUV-Lithographie Spiegelsysteme eingesetzt.Radiation from the extreme ultraviolet range cannot be focused or guided using refractive optical elements, since the short wavelengths are absorbed by the known optical materials that are transparent at longer wavelengths. Therefore, mirror systems are used for EUV lithography.

Da die maximale Reflektivität bei EUV-Spiegeln im Bereich von weniger als 80% liegt, kommt es bei den EUV-Spiegeln bzw. Spiegelelementen besonders darauf an, dass diese eine möglichst glatte Oberfläche mit niedriger Rauheit aufweisen, so dass möglichst wenig Streuverluste auftreten.Since the maximum reflectivity of EUV mirrors is in the range of less than 80%, it is particularly important for the EUV mirrors or mirror elements that they have a surface that is as smooth as possible with low roughness, so that as few scattering losses as possible occur.

Mit der Forderung nach immer höheren Auflösungsvermögen und damit verbundenen Forderungen nach höheren Werten für die bildseitige numerische Apertur NA nimmt die Baugröße der für die Lithographie verwendeten Optiken zu. Spiegelflächen können Durchmesser bis in die Größenordnung von einem oder mehreren Metern haben. Eine präzise Fertigung sowie eine Überwachung der Fertigungsprozesse durch Messungen werden immer aufwändiger.With the demand for ever higher resolution and associated demands for higher values for the image-side numerical aperture NA, the size of the optics used for lithography is increasing. Mirror surfaces can have diameters of the order of one or more meters. Precise production and monitoring of the production processes through measurements are becoming more and more complex.

Messmaschinen, welche vollautomatisiert derart große Messobjekte messen sollen, haben zwangsläufig große mechanische Messstrecken abzutasten. Damit lassen sich Rauheiten im Bereich von beispielsweise 15 bis 100 pm RMS (root mean square) nur schwer messen, da Störungen das Messsignal überlagern können. Eine Hauptursache für Störungen sind Schwingungen bzw. Vibrationen, die z.B. durch Gebäudeschwingungen oder Trittschall zustande kommen können. AFM-Messplätze werden deshalb häufig auf schwingungsisolierten Tischen aufgebaut, meist mit einer dicken Granitplatte, die auf schwingungsdämpfend wirkenden Druckluftfüßen gelagert ist, oder auf mit Piezoelementen aktiv gedämpften Tischen. Mit zunehmender Größe der Messobjekte steigt die Komplexität zur Schwingungsentstörung stark an. Dadurch ergibt sich ein stark erhöhter Aufwand, wenn z.B. die Oberflächenrauheit großer EUV-Spiegel hochgenau zu messen ist. Dies treibt die Kosten und das Risiko nach oben.Measuring machines, which are to measure such large measuring objects fully automatically, inevitably have to scan large mechanical measuring distances. This makes it difficult to measure roughness in the range from 15 to 100 pm RMS (root mean square), for example, since interference can superimpose the measurement signal. One of the main causes of disruptions are oscillations or vibrations, which can be caused by building vibrations or footfall noise, for example. AFM measuring stations are therefore often set up on vibration-isolating tables, usually with a thick granite slab that is mounted on vibration-damping compressed air feet, or on tables actively damped with piezo elements. As the size of the measurement objects increases, the complexity of vibration suppression increases significantly. This results in a greatly increased effort if, for example, the surface roughness of large EUV mirrors has to be measured with high precision. This drives up costs and risk.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Messverfahren zur Messung der Oberflächenrauheit einer Oberfläche eines Messobjekts sowie eine zur Durchführung des Messverfahrens konfigurierte Messvorrichtung der in der Einleitung erläuterten Art bereitzustellen, deren Messergebnisse im Vergleich zu herkömmlichen Messverfahren und Messvorrichtungen weniger empfindlich gegen externe Störungen, wie z.B. Vibrationen sind, so dass auch größere Messobjekte, wie z.B. Spiegel für eine EUV-Optik, mit hoher Messgenauigkeit gemessen werden können.It is an object of the invention to provide a measuring method for measuring the surface roughness of a surface of a measuring object and a measuring device of the type explained in the introduction configured for carrying out the measuring method, the measurement results of which are less sensitive to external interference, such as e.g. Vibrations are, so that even larger measurement objects, such as mirrors for an EUV optics, can be measured with high measurement accuracy.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Messvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To solve this problem, the invention provides a measuring method with the features of claim 1 and a measuring device with the features of claim 6 . Preferred developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.

Bei dem Messverfahren wird zur Messung eine erste Messsonde verwendet, die eine erste Messspitze aufweist, welche an einem Ende einer ersten Blattfeder angebracht ist. Die erste Blattfeder ist insbesondere an dem anderen ihrer beiden Enden an einem Trägerelement fixiert. Die Blattfeder fungiert als elastisch biegsamer Hebelarm und wird daher üblicherweise auch als „cantilever“ bezeichnet. Die erste Messsonde wird in einer Scanoperation durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der ersten Messsonde und dem Messobjekt entlang einer Messstrecke zeilenweise in einem definierten Raster über die Oberfläche des Messobjekts geführt. Dazu kann die erste Messspitze mittels eines hochpräzisen Bewegungssystems in zwei oder drei Dimensionen gegenüber dem Messobjekt bewegt werden, während das Messobjekt stationär angeordnet ist und somit ruht. Zeitgleich mit dem Scannen werden durch Wechselwirkung der ersten Messspitze mit der Oberfläche erzeugte Messsignale der ersten Messsonde positionsabhängig erfasst in der Weise, dass jedem durch die erste Messspitze abgetasteten Ort der Oberfläche mit hoher örtlicher Auflösung ein erstes Messsignal bzw. ein daraus abgeleiteter Messwert zugeordnet werden kann. Bedingt durch die Oberflächenstruktur des Messobjekts biegt sich dabei die erste Blattfeder positionsabhängig unterschiedlich weit.In the measuring method, a first measuring probe is used for the measurement, which has a first measuring tip which is attached to one end of a first leaf spring. The first leaf spring is fixed to a carrier element, in particular at the other of its two ends. The leaf spring acts as an elastically flexible lever arm and is therefore usually also referred to as a "cantilever". In a scanning operation, the first measuring probe is guided line by line in a defined grid over the surface of the measuring object by generating a relative movement between the first measuring probe and the measuring object along a measuring path. For this purpose, the first measuring tip can be moved in two or three dimensions relative to the measurement object by means of a high-precision movement system, while the measurement object is arranged in a stationary manner and is therefore at rest. Simultaneously with the scanning, measurement signals of the first measurement probe generated by the interaction of the first measurement tip with the surface are recorded as a function of position in such a way that a first measurement signal or a measured value derived therefrom can be assigned with high local resolution to each location on the surface scanned by the first measurement tip . Due to the surface structure of the measurement object, the first leaf spring bends to different extents depending on the position.

Abhängig vom Betriebsmodus (z.B. Kontakt-Modus, Nicht-Kontakt-Modus oder intermittierender Modus) kann diese Verbiegung bzw. Auslenkung der ersten Messspitze oder deren dynamisches Verhalten (charakterisiert z.B. durch die Schwingungsfrequenz einer angeregten Schwingung) mithilfe eines ersten Messsystems z.B. optisch gemessen werden. Die Messwerte sind ein Maß für zwischen der ersten Messspitze und der Oberfläche wirkende atomare Kräfte. Aus der Veränderung der Auslenkung oder der Schwingungsfrequenz bei der Relativbewegung zwischen der ersten Messspitze und dem Messobjekt können quantitative Aussagen über das Oberflächenprofil und die zugehörige Rauheit gewonnen werden. Die ersten Messsignale werden in einer Auswerteoperation ausgewertet, um ein Bild der Oberfläche zu erzeugen, welches die örtliche Verteilung der ersten Messsignale im gemessenen Bereich repräsentiert. Jeder einzelne Bildpunkt steht dann für eine bestimmte physikalische oder chemische Messgröße. Die mögliche Auflösung des Bildes wird hauptsächlich durch den Krümmungsradius der ersten Messspitze bestimmt, er beträgt in der Regel 10 - 20 nm, was je nach Rauheit der Probenoberfläche laterale Auflösungen von 0,1 - 10 nm erlaubt.Depending on the operating mode (e.g. contact mode, non-contact mode or intermittent mode), this bending or deflection of the first measuring tip or its dynamic behavior (characterized e.g. by the oscillation frequency of an excited oscillation) can be measured e.g. optically using a first measuring system. The measured values are a measure of the atomic forces acting between the first measuring tip and the surface. Quantitative statements about the surface profile and the associated roughness can be obtained from the change in the deflection or the oscillation frequency during the relative movement between the first measuring tip and the measuring object. The first measurement signals are evaluated in an evaluation operation in order to generate an image of the surface that represents the local distribution of the first measurement signals in the measured area. Each individual pixel then stands for a specific physical or chemical parameter. The possible resolution of the image is mainly determined by the radius of curvature of the first measuring tip, it is usually 10 - 20 nm, which allows lateral resolutions of 0.1 - 10 nm depending on the roughness of the sample surface.

Der Begriff „Bild“ bezeichnet hierbei allgemein einen Datensatz (Datenfile oder Messfile), der für jeden Bildpunkt, also für jeden Ort bekannter Koordinaten auf der Oberfläche, entsprechende Daten enthält, die das Oberflächenprofil an diesem Ort repräsentieren. Das Bild kann als zweidimensionales oder dreidimensionales Abbild visualisiert bzw. angezeigt werden, dies ist jedoch nicht zwingend. Die ortsabhängig erfassten Daten können auch ohne Generierung eines visuell erkennbaren Abbilds gespeichert und weiter ausgewertet werden, z.B. um Rauheitswerte numerisch anzugeben.The term "image" generally refers to a data set (data file or measurement file) that contains corresponding data for each image point, i.e. for each location with known coordinates on the surface, which represent the surface profile at this location. The image can be visualized or displayed as a two-dimensional or three-dimensional image, but this is not mandatory. The location-dependent recorded data can also be stored and further evaluated without generating a visually recognizable image, for example to specify roughness values numerically.

Gemäß der beanspruchten Erfindung wird während der Scanoperation zusätzlich zur ersten Messung (Rauheitsmessung z.B. durch Auslenkungsmessung oder Frequenzmessung) eine davon unabhängige Schwingungsmessung durchgeführt, in welcher Schwingungssignale erfasst werden, die eine Schwingung des Messobjekts repräsentieren. Die Schwingung erfolgt in einer Schwingungsebene, die insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Messobjekts ausgerichtet ist.According to the claimed invention, an independent vibration measurement is carried out during the scanning operation in addition to the first measurement (roughness measurement, e.g. by deflection measurement or frequency measurement), in which vibration signals are detected that represent a vibration of the measurement object. The vibration takes place in a vibration plane which is in particular aligned at least essentially parallel to the surface of the measurement object.

In der Auswerteoperation werden die Schwingungssignale mit den ersten Messignalen des ersten Messsystems verrechnet, um schwingungskorrigierten Messignale zu generieren bzw. zu ermitteln. Das Bild der Oberfläche wird dann unter Verwendung der schwingungskorrigierten Messignale erzeugt.In the evaluation operation, the vibration signals are offset against the first measurement signals of the first measurement system in order to generate or determine vibration-corrected measurement signals. The image of the surface is then generated using the vibration-corrected measurement signals.

Die erste Messung (Messung der Rauheit) ist diejenige Messung, die mithilfe der beweglich gelagerten ersten Messspitze und ihrer ortsabhängigen Auslenkung oder ihres ortsabhängigen Schwingungsverhaltens durchgeführt wird. Deren Messstelle, also der Bereich der Wechselwirkung mit der Oberfläche, ist üblicherweise nur wenige 10 nm groß und erlaubt somit Rauheitsmessungen mit höchster lateraler Auflösung.The first measurement (roughness measurement) is the measurement that is carried out using the movably mounted first measuring tip and its location-dependent deflection or its location-dependent vibration behavior. Their measuring point, i.e. the area of interaction with the surface, is usually only a few 10 nm in size and thus allows roughness measurements with the highest lateral resolution.

Die zweite Messung (Schwingungsmessung) wird mit einem zweiten Messsystem durchgeführt, das unabhängig vom ersten Messsystem arbeitet und während der Scanoperation Schwingungsmessungen durchführt. Das zweite Messsystem bietet also einen von der Rauheitsmessung unabhängigen zweiten Messkanal, der es ermöglicht, Schwingungen zu erkennen und vom eigentlichen Messkanal, dem ersten Messkanal (der AFM-Messspitze), herauszurechnen.The second measurement (vibration measurement) is carried out with a second measurement system that works independently of the first measurement system and carries out vibration measurements during the scanning operation. The second measuring system therefore offers a second measuring channel that is independent of the roughness measurement, which makes it possible to detect vibrations and to calculate them out of the actual measuring channel, the first measuring channel (the AFM measuring tip).

Während der Schwingungsmessung wird das Messobjekt durch die zweite Messsonde an einem vorgebbaren Messpunkt stationär kontaktiert. Mit anderen Worten: Die zweite Messsonde erfasst die Schwingung an ein und demselben vorgebbaren Messpunkt der Oberfläche des Messobjekts. Eine Führung der zweiten Messsonde über die Oberfläche des Messobjekts analog zur ersten Messsonde erfolgt nicht. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird die zweite Messsonde über die Oberfläche des Messobjekts geführt.During the vibration measurement, the measurement object is contacted in a stationary manner by the second measurement probe at a definable measurement point. In other words: the second measuring probe detects the vibration at one and the same definable measuring point on the surface of the measuring object. The second measuring probe is not guided over the surface of the measuring object in the same way as the first measuring probe. According to an alternative embodiment, the second measuring probe is guided over the surface of the measuring object.

Bei dem Verfahren werden somit während des Scannens zwei voneinander unabhängige Messungen durchgeführt, wobei dann die Messergebnisse einer der Messungen (Schwingungsmessung) zur Korrektur der Messergebnisse der anderen Messung (Rauheitsmessung) genutzt werden. Die beiden Messungen werden somit nicht separat voneinander ausgewertet, sondern die Aussagekraft der einen Messung (Rauheitsmessung) wird durch Verrechnung mit den Ergebnissen der anderen Messung (Schwingungsmessung) verbessert.In the method, two independent measurements are thus carried out during the scanning, with the measurement results of one of the measurements (vibration measurement) then being used to correct the measurement results of the other measurement (roughness measurement). The two measurements are therefore not evaluated separately from each other, but the informative value of one measurement (roughness measurement) is improved by offsetting it against the results of the other measurement (vibration measurement).

Damit werden die Messergebnisse des ersten Messsystems, nämlich des hochauflösenden Rauheitsmesssystems, weitgehend unabhängig von äußeren Störungen, wie zum Beispiel Schwingungen oder Vibrationen des Maschinenaufbaus. Um ähnlich gute Messungen ohne einen zweiten Messkanal zu erzielen, müsste in manchen Fällen der gesamte Maschinenaufbau mit der gegebenenfalls mehrere Meter langen Messstrecke so steif gebaut werden, dass keine Störungen in der Größenordnung von insbesondere Pikometern auftreten. Dies würde erheblich aufwändigere Konstruktionen erfordern. Mithilfe des zweiten Messkanals können Messmaschinen mit konventionellem Aufbau mit vertretbarem Kostenaufwand weitgehend unempfindlich gegen den Einfluss der Vibrationen gemacht werden.This means that the measurement results from the first measurement system, namely the high-resolution roughness measurement system, are largely independent of external disturbances, such as oscillations or vibrations in the machine structure. In order to achieve similarly good measurements without a second measuring channel, in some cases the entire machine structure with the measuring section, which may be several meters long, would have to be built so rigidly that no disturbances in the order of picometers in particular occur. This would require significantly more complex constructions. With the help of the second measuring channel, measuring machines with a conventional structure can be made largely insensitive to the influence of vibrations at a reasonable cost.

Durch die Verwendung einer ersten und zumindest einer zweiten Blattfeder beziehungsweise durch die Verwendung von zumindest zwei Cantilevern ergibt sich der Vorteil, dass das Messverfahren unter Verwendung gleicher Messelemente beziehungsweise unter Verwendung gleicher physikalischer Prinzipien erfolgt. Insbesondere wird dadurch gewährleistet, dass sich systematische Fehler und ein Rauschniveau der Messelemente ähnlich verhalten, insbesondere wenn sich Messbedingungen wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur oder Vibrationen ändern. Somit ist die Messung weniger störungsanfällig.The use of a first and at least one second leaf spring or the use of at least two cantilevers results in the advantage that the measuring method is carried out using the same measuring elements or using the same physical principles. In particular, this ensures that systematic errors and a noise level of the measuring elements behave similarly, in particular when measuring conditions such as an ambient temperature or vibrations change. Thus, the measurement is less susceptible to interference.

Gemäß einer Ausführungsform werden die Schwingungssignale in Abhängigkeit einer auf die zweite Blattfeder bzw. den zweiten Cantilever gerichteten und an der zweiten Blattfeder bzw. dem zweiten Cantilever reflektierten Messstrahlung erfasst, wobei die reflektierte Messtrahlung durch zumindest einen optischen Sensor erfasst wird. Der Vorteil hierbei ist, dass die Schwingungsmessung, insbesondere die vibrationsabhängige Auslenkung des zweiten Blattfeder relativ zu einer vorgebbaren Ruheposition der zweiten Blattfeder, auf besonders einfache Art erfolgt.According to one embodiment, the vibration signals are detected as a function of measurement radiation directed at the second leaf spring or the second cantilever and reflected at the second leaf spring or the second cantilever, the reflected measurement radiation being detected by at least one optical sensor. The advantage here is that the vibration measurement, in particular the vibration-dependent deflection of the second leaf spring relative to a predeterminable rest position of the second leaf spring, takes place in a particularly simple manner.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Messstrahlung in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° Grad oder größer als 90° und kleiner als 180° gegenüber einer durch die Oberfläche des Messobjekts definierten Ebene auf die zweite Messsonde gerichtet. Die Messstrahlung wird somit schräg auf die Oberfläche des Messobjekts eingestrahlt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich vielfältige Optionen zur Positionierung des optischen Sensors in Abhängigkeit insbesondere eines Einfallswinkels und des resultierenden Ausfallswinkels ergeben.According to a development of the invention, the measurement radiation is directed onto the second measurement probe at an angle greater than 0° and less than 90° or greater than 90° and less than 180° relative to a plane defined by the surface of the measurement object. The measuring radiation is thus directed obliquely onto the surface of the object to be measured project. This results in the advantage that there are many options for positioning the optical sensor depending in particular on an angle of incidence and the resulting angle of reflection.

Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Messsonde in Abhängigkeit der Schwingungssignale mittels zumindest eines Piezoaktuators derart geregelt, dass eine Ist-Schwingung der ersten Messsonde einer vorgebbaren Soll-Schwingung entspricht. Eine Schwingungsamplitude der ersten Messsonde oder ersten Blattfeder ist somit bereits während einer laufenden Messung aktiv regelbar.According to one embodiment, the first measuring probe is controlled as a function of the vibration signals by means of at least one piezoelectric actuator in such a way that an actual vibration of the first measuring probe corresponds to a predeterminable desired vibration. An oscillation amplitude of the first measuring probe or first leaf spring can thus already be actively controlled while a measurement is in progress.

Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung, die zur Durchführung des Messverfahrens konfiguriert ist, wobei die Messvorrichtung vorzugsweise zur Messung der Oberflächenrauheit der reflektiven Oberfläche eines Spiegels für ein optisches System für die EUV-Lithografie ausgelegt ist. Die Messvorrichtung umfasst eine erste Messsonde, die eine erste Messspitze aufweist, welche an einem freien Ende einer ersten Blattfeder angebracht ist, ein Bewegungssystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der ersten Messsonde und dem Messobjekt zur Durchführung einer Scanoperation, in welcher die erste Messsonde entlang einer Messstrecke über die Oberfläche geführt wird, ein erstes Messsystem zur positionsabhängigen Erfassung von durch Wechselwirkung der ersten Messspitze mit der Oberfläche erzeugten ersten Messsignalen, und eine Auswerteeinheit, die dafür konfiguriert ist, die Messsignale in einer Auswerteoperation zur Erzeugung eines die örtliche Verteilung der ersten Messsignale repräsentierenden Bildes der Oberfläche auszuwerten.The invention also relates to a measuring device configured to carry out the measuring method, the measuring device preferably being designed to measure the surface roughness of the reflective surface of a mirror for an optical system for EUV lithography. The measuring device comprises a first measuring probe, which has a first measuring tip, which is attached to a free end of a first leaf spring, a movement system for generating a relative movement between the first measuring probe and the measuring object for performing a scanning operation, in which the first measuring probe moves along a measuring section is guided over the surface, a first measurement system for the position-dependent detection of first measurement signals generated by the interaction of the first measurement tip with the surface, and an evaluation unit that is configured to use the measurement signals in an evaluation operation to generate an image representing the local distribution of the first measurement signals evaluate the surface.

Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten Messsystem ein zweites Messsystem vorgesehen, das konfiguriert ist, während der Scanoperation eine Schwingungsmessung durchzuführen, in welcher Schwingungssignale erfasst werden, die eine Schwingung des Messobjekts repräsentieren. Die Auswerteeinheit ist konfiguriert, in der Auswerteoperation die Schwingungssignale zur Ermittlung von schwingungskorrigierten zweiten Messignalen insbesondere positionsrichtig mit den ersten Messignalen zu verrechnen und das Bild der Oberfläche unter Verwendung der abstandskorrigierten zweiten Messignale zu erzeugen.According to one formulation of the invention, in addition to the first measurement system, a second measurement system is provided, which is configured to carry out a vibration measurement during the scanning operation, in which vibration signals are detected that represent a vibration of the measurement object. The evaluation unit is configured, in the evaluation operation, to calculate the vibration signals for determining vibration-corrected second measurement signals, in particular in the correct position, with the first measurement signals and to generate the image of the surface using the distance-corrected second measurement signals.

Wird eine Messvorrichtung zur Messung der Oberflächenrauheit neu aufgebaut, so kann gleich von Anfang an ein geeignetes zweites Messsystem vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, bei existierenden Messvorrichtungen diese dadurch zu verbessern, dass mithilfe eines Nachrüstsatzes nachträglich ein zweites Messsystem installiert wird, dessen Messergebnisse dann zur verbessernden Korrektur der Messergebnisse des ersten Messsystems genutzt werden können. Ein Nachrüstsatz enthält die mechanischen, elektrischen und ggf. optischem Komponenten des zweiten Messsystems in einer zur Nachrüstung geeigneten Form, z.B. zusammen mit vorrichtungsspezifischen Adaptern und Anpassungsstücken. Weiterhin enthält ein Nachrüstsatz in der Regel eine eigene Rechen- und Speichereinheit, auf der im fertig konfigurierten Zustand die Auswertesoftware des zweiten Messverfahrens residiert, sowie Schnittstellen und Softwaremodule zum Zusammenführen der Messdaten des nachgerüsteten zweiten Messsystems mit denjenigen des ersten Messsystems.If a measuring device for measuring the surface roughness is set up from scratch, a suitable second measuring system can be provided right from the start. However, it is also possible to improve existing measuring devices by subsequently installing a second measuring system with the aid of a retrofit kit, the measuring results of which can then be used to improve the correction of the measuring results of the first measuring system. A retrofit kit contains the mechanical, electrical and, if necessary, optical components of the second measuring system in a form suitable for retrofitting, e.g. together with device-specific adapters and adjustment pieces. Furthermore, a retrofit kit usually contains its own computing and storage unit, on which the evaluation software for the second measurement method resides in the fully configured state, as well as interfaces and software modules for merging the measurement data of the retrofitted second measurement system with those of the first measurement system.

Die Erfindung betrifft somit auch einen Nachrüstsatz mit Komponenten zum Nachrüsten einer Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 zum Aufbau einer Messvorrichtung gemäß der beanspruchten Erfindung. Der Nachrüstsatz umfasst Komponenten eines zusätzlich zu dem an der Messvorrichtung bereits vorhandenen ersten Messsystem vorgesehenen zweiten Messsystems.The invention thus also relates to a retrofit kit with components for retrofitting a measuring device according to the preamble of claim 8 for constructing a measuring device according to the claimed invention. The retrofit kit includes components of a second measuring system that is provided in addition to the first measuring system that is already present on the measuring device.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeugt ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Rauheitsmessung an Spiegeloberflächen von EUV-Spiegeln.

Further advantages and aspects of the invention result from the claims and from the description of exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures.

1 shows an exemplary embodiment of a measuring device for measuring the roughness of mirror surfaces of EUV mirrors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

Die schematische 1 zeigt eine Messvorrichtung 100, die geeignet ist, die Oberflächenrauheit der Oberfläche 112 eines Messobjekts 110 zu messen. Die Messvorrichtung wird auch als Messmaschine 100 bezeichnet.The schematic 1 FIG. 1 shows a measuring device 100 which is suitable for measuring the surface roughness of the surface 112 of a measurement object 110. FIG. The measuring device is also referred to as a measuring machine 100 .

Das Messobjekt 110 ist im Beispielsfall ein Spiegel für ein optisches System für die EUV-Lithografie, dessen für EUV-Strahlung reflektierend wirkende Oberfläche 112 konkav oder konvex gekrümmt oder auch eben sein kann. Derartige Messobjekte können heutzutage z.T. Durchmesser im Bereich von einem halben Meter oder mehr haben. Da EUV-Spiegel, die unter relativ kleinen Einfallswinkeln betrieben werden, maximale Reflektivität im Bereich von 80 % haben, kommt es u.a. darauf an, Spiegeloberflächen mit niedriger Rauheit zu erzielen und die Rauheit möglichst exakt zu messen.In the example, the measurement object 110 is a mirror for an optical system for EUV lithography, the surface 112 of which reflects EUV radiation and can be concavely or convexly curved or even flat. Such objects to be measured can sometimes have diameters in the range of half a meter or more. Since EUV mirrors, which are operated at relatively small angles of incidence, have a maximum reflectivity in the range of 80%, it is important, among other things, to achieve mirror surfaces with low roughness and to measure the roughness as precisely as possible.

Die Messvorrichtung umfasst eine erste Messsonde 130, die eine erste Messspitze 135 aufweist, die an einem der beiden Enden einer ersten Blattfeder 132 (Cantilever), vorliegend dem linken Ende der ersten Blattfeder 132, angeordnet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die erste Blattfeder 132 an dem anderen der Enden, vorliegend dem rechten Ende der ersten Blattfeder 132, an einem Trägerelement 122 fixiert. Das Trägerelement 122 kann ein Trägerelement eines Messkopfes 120 sein. Die erste Blattfeder 132 beziehungsweise der Cantilever hat somit ein mit der Messspitze 135 ausgestattetes freies Ende und ist mit dem anderen Ende mit Abstand vom freien Ende einseitig am Trägerelement 122 fixiert. Die Messsonde 130 ist der in Wechselwirkung mit der Oberfläche 112 tretende Teil eines Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscope, AFM). Das Trägerelement 122 ist vorliegend, insbesondere mittels des Messkopfes 120, fest mit einem Gehäuse 125, beispielweise einem Messgehäuse, verbunden. Alternativ ist die erste Blattfeder 132 an dem anderen der Enden direkt, also ohne Verwendung des Trägerelements 122 und des Messkopfs 120, mit dem Gehäuse 125 verbunden. Gemäß einer weiteren Alternative weist die erste Blattfeder 132 eine separate, hier nicht dargestellte Befestigungseinrichtung auf, welche nicht mit dem Gehäuse 125 verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform aber mit dem Gehäuse 125 verbindbar sein kann.The measuring device comprises a first measuring probe 130 having a first measuring tip 135 at one of the two ends of a first Leaf spring 132 (cantilever), in this case the left end of the first leaf spring 132, is arranged. According to the exemplary embodiment, the first leaf spring 132 is fixed to a carrier element 122 at the other end, in this case the right-hand end of the first leaf spring 132 . The carrier element 122 can be a carrier element of a measuring head 120 . The first leaf spring 132 or the cantilever thus has a free end equipped with the measuring tip 135 and is fixed on one side to the carrier element 122 with the other end at a distance from the free end. Measurement probe 130 is the surface 112 interacting portion of an atomic force microscope (AFM). In the present case, the carrier element 122 is firmly connected to a housing 125, for example a measuring housing, in particular by means of the measuring head 120. Alternatively, the first leaf spring 132 is connected directly to the housing 125 at the other end, that is to say without using the carrier element 122 and the measuring head 120 . According to a further alternative, the first leaf spring 132 has a separate fastening device, not shown here, which is not connected to the housing 125 but can be connected to the housing 125 according to one embodiment.

Ein Maschinengestell 105 trägt Komponenten eines numerisch gesteuerten ersten Bewegungssystems 140-1, das dafür eingerichtet ist, durch kontrollierte Verlagerung des Messobjekts 110 eine Relativbewegung zwischen der ersten Messsonde 130 und dem Messobjekt 110 zu erzeugen, um verschiedene Messpunkte zu erreichen und um den ersten Messkopf 120 grob anzunähern. Für diese grobe Positionierung kann alternativ der erste Messkopf 120 bewegt werden, während das Messobjekt 110 ruht. Für die Positionierung ist auch eine koordinierte Bewegung von dem ersten Messkopf 120 und Messobjekt 110 möglich. Die Positionierung kann durch die Maschinensteuerung gesteuert werden.A machine frame 105 carries components of a numerically controlled first movement system 140-1, which is set up to generate a relative movement between the first measuring probe 130 and the measuring object 110 by controlled displacement of the measuring object 110 in order to reach different measuring points and around the first measuring head 120 roughly approximate. Alternatively, for this rough positioning, the first measuring head 120 can be moved while the measurement object 110 is stationary. A coordinated movement of the first measuring head 120 and the measuring object 110 is also possible for the positioning. The positioning can be controlled by the machine control.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind im Messkopf 120 Komponenten eines zweiten Bewegungssystems 140-2 angeordnet, das für die feineren Bewegungen der ersten Messspitze 135 beim Scannen genutzt und dazu von einer eigenen Steuereinheit des ersten Messkopfs 120 gesteuert wird. In einer Scanoperation wird die erste Messsonde 130 bzw. deren Messspitze 135 entlang einer Messstrecke rasterförmig über die Oberfläche 112 geführt. Das z.B. mit Piezo-Aktuatoren ausgestattete zweite Bewegungssystem 142-2 kann Teil des Messkopfs 120 und der Anbindungspunkt für den ersten Cantilever 132 sein. Die Bewegungssysteme sind in 1 nur schematisch durch Richtungspfeile kartesischer Koordinatensysteme dargestellt.According to the exemplary embodiment, components of a second movement system 140 - 2 are arranged in the measuring head 120 , which is used for the finer movements of the first measuring tip 135 during scanning and is controlled for this purpose by a separate control unit of the first measuring head 120 . In a scanning operation, the first measuring probe 130 or its measuring tip 135 is guided along a measuring path over the surface 112 in the form of a grid. The second movement system 142 - 2 , which is equipped with piezo actuators, for example, can be part of the measuring head 120 and the connection point for the first cantilever 132 . The movement systems are in 1 shown only schematically by directional arrows of Cartesian coordinate systems.

Die Messvorrichtung 100 weist zwei unabhängig voneinander arbeitende Messsysteme auf. Das erste Messsystem 200, das im Folgenden auch als primäres Messsystem 200 bezeichnet wird, umfasst die Messsonde 130 mit der Messspitze 135 und ist für die Rauheitsmessung mittels Rasterkraftmikroskopie ausgelegt. Das erste Messsystem 200 umfasst eine erste Lichtquelle 210, insbesondere eine Laserlichtquelle, zur Emittierung von Messstrahlung auf den ersten Cantilever 132, sowie einen optischen Sensor 220, beispielsweise einen PSD-Sensor (Position Sensitive Device) basierend auf einer Quadrantendiode, zur Erfassung der am Cantilever 132 reflektierten Messstrahlung. Durch das erste Messsystem 200 kann (insbesondere im Fall des Tapping-Modus) die Auslenkung der Blattfeder 132 gemessen werden, die sich beim Scannen der Oberfläche 112 dadurch ergibt, dass die erste Messspitze 135 die Oberfläche mechanisch abtastet und dadurch aufgrund atomarer Kräfte mehr oder weniger stark angezogen wird. Die Messstrahlung wird vorzugsweise in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° Grad oder größer als 90° und kleiner als 180° gegenüber einer durch die Oberfläche des Messobjekts 110 definierten Ebene auf die erste Messsonde 130 gerichtet. In Abhängigkeit eines durch den Sensor 220 erfassten Messlichtsignales, insbesondere in Abhängigkeit einer Position oder Positionsänderung des Messlichts auf dem Sensor 220, wird auf eine Auslenkung des Cantilevers geschlossen. Insbesondere kann aus der mittels des ersten Messsystems gemessenen Verbiegung oder Auslenkung der Blattfeder 132 dann auf das Oberflächenprofil geschlossen werden.The measuring device 100 has two measuring systems that work independently of one another. The first measuring system 200, which is also referred to below as the primary measuring system 200, includes the measuring probe 130 with the measuring tip 135 and is designed for roughness measurement using atomic force microscopy. The first measurement system 200 comprises a first light source 210, in particular a laser light source, for emitting measurement radiation onto the first cantilever 132, and an optical sensor 220, for example a PSD sensor (position sensitive device) based on a quadrant diode, for detecting the on the cantilever 132 reflected measurement radiation. The deflection of the leaf spring 132 can be measured by the first measuring system 200 (in particular in the case of the tapping mode), which results when the surface 112 is scanned by the first measuring tip 135 scanning the surface mechanically and thus more or less due to atomic forces is strongly attracted. The measurement radiation is preferably directed onto the first measurement probe 130 at an angle greater than 0° and less than 90° or greater than 90° and less than 180° relative to a plane defined by the surface of the measurement object 110 . Depending on a measuring light signal detected by sensor 220, in particular depending on a position or change in position of the measuring light on sensor 220, a deflection of the cantilever is inferred. In particular, the surface profile can then be inferred from the bending or deflection of the leaf spring 132 measured by means of the first measuring system.

Die aus der erfassten Information über die Auslenkung der Blattfeder abgeleiteten Messsignale werden mittels einer Auswerteeinrichtung 400 in einer Auswerteoperation ausgewertet, um ein Bild der Oberfläche zu ermitteln, welches die örtliche Verteilung der Messsignale der Oberfläche 112 entlang des abgetasteten Wegs repräsentiert.The measurement signals derived from the recorded information about the deflection of the leaf spring are evaluated by an evaluation device 400 in an evaluation operation in order to determine an image of the surface which represents the local distribution of the measurement signals of the surface 112 along the scanned path.

Zusätzlich zu dem ersten Messsystem 200 weist die Messvorrichtung ein davon unabhängig arbeitendes zweites Messsystem 300 auf. Das zweite Messsystem 300 wird hier auch als Schwingungsmesssystem 300 bezeichnet und ist dafür konfiguriert, während der Scanoperation eine Schwingungsmessung durchzuführen. Aus der Schwingungsmessung werden Schwingungssignale abgeleitet, die insbesondere Abstandsänderungen oder den Abstand zwischen einer bezüglich ihrer Anordnung im Raum vorgebbar angeordneten Schwingungsebene SE und der Oberfläche 112 des Messobjekts 110 beziehungsweise einer Objektoberflächenebene OE repräsentieren. Vorzugsweise ist die Schwingungsebene SE zumindest im Wesentlichen parallel zur Objektoberflächenebene OE ausgerichtet.In addition to the first measuring system 200, the measuring device has a second measuring system 300 that works independently of it. The second measurement system 300 is also referred to herein as a vibration measurement system 300 and is configured to perform a vibration measurement during the scanning operation. Vibration signals are derived from the vibration measurement, which in particular represent changes in distance or the distance between a spatially predeterminable vibration plane SE and the surface 112 of the measurement object 110 or an object surface plane OE. The oscillation plane SE is preferably aligned at least essentially parallel to the object surface plane OE.

Das zweite Messsystem 300 umfasst eine zweite Messsonde 230, die eine zweite Messspitze 235 aufweist, die an einem der beiden Enden einer zweiten Blattfeder 232 (Cantilever), vorliegend dem rechten Ende der zweiten Blattfeder 232, angeordnet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die zweite Blattfeder 232 an dem anderen der Enden, vorliegend dem rechten Ende der zweiten Blattfeder 232, an einem weiteren Trägerelement 222 fixiert. Das weitere Trägerelement 222 ist vorliegend fest mit dem Gehäuse 125 verbunden. Alternativ ist die zweite Blattfeder 232 an dem anderen der Enden direkt, also ohne Verwendung des zweiten Trägerelements 222, mit dem Gehäuse 125 verbunden. Gemäß einer weiteren Alternative weist die zweite Blattfeder 232 eine separate, hier nicht dargestellte Befestigungseinrichtung auf, welche nicht mit dem Gehäuse 125 verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform aber mit dem Gehäuse 125 verbindbar sein kann.The second measuring system 300 includes a second measuring probe 230, which has a second measuring tip 235, which is arranged on one of the two ends of a second leaf spring 232 (cantilever), in this case the right-hand end of the second leaf spring 232. According to the exemplary embodiment, the second leaf spring 232 is fixed to a further carrier element 222 at the other end, in this case the right-hand end of the second leaf spring 232 . In the present case, the further support element 222 is firmly connected to the housing 125 . Alternatively, the second leaf spring 232 is connected directly to the housing 125 at the other of the ends, that is to say without using the second carrier element 222 . According to a further alternative, the second leaf spring 232 has a separate fastening device, not shown here, which is not connected to the housing 125 but can be connected to the housing 125 according to one embodiment.

Weiterhin weist das zweite Messsystem 300 eine zweite Lichtquelle 310, insbesondere eine Laserlichtquelle, zur Emittierung von Messstrahlung auf den zweiten Cantilever, sowie einen optischen Sensor 330, beispielsweise einen PSD-Sensor (Position Sensitive Device) basierend auf einer Quadrantendiode, zur Erfassung der am zweiten Cantilever 232 reflektierten Messstrahlung. Während der Schwingungsmessung wird das Messobjekt 110 durch die zweite Messsonde 230 an einem vorgebbaren Messpunkt stationär kontaktiert. Mit anderen Worten: Die zweite Messsonde 230 erfasst die Schwingung an ein und demselben vorgebbaren Messpunkt auf der Oberfläche des Messobjekts.Second measurement system 300 also has a second light source 310, in particular a laser light source, for emitting measurement radiation onto the second cantilever, and an optical sensor 330, for example a PSD sensor (position sensitive device) based on a quadrant diode, for detecting the position on the second cantilever Cantilever 232 reflected measurement radiation. During the vibration measurement, the measurement object 110 is contacted in a stationary manner by the second measurement probe 230 at a measurement point that can be predetermined. In other words: the second measuring probe 230 detects the vibration at one and the same definable measuring point on the surface of the measuring object.

Die Schwingungssignale werden ebenfalls zur Auswerteeinheit 400 übertragen. Diese ist dazu konfiguriert, in der Auswerteoperation die Abstandssignale des zweiten Messsystems 300 insbesondere positionsrichtig mit den Messsignalen des ersten Messsystems 200 (Rauheitsmessung) zu verrechnen, daraus schwingungskorrigierte Messsignale zu ermitteln und die schwingungskorrigierten Messsignale zu nutzen, um das Bild der Oberfläche zu erzeugen. Das Bild der Oberfläche wird somit durch die Ergebnisse der Schwingungsmessung beeinflusst.The vibration signals are also transmitted to evaluation unit 400 . This is configured to calculate the distance signals of the second measuring system 300, in particular in the correct position, with the measuring signals of the first measuring system 200 (roughness measurement) in the evaluation operation, to determine vibration-corrected measuring signals therefrom and to use the vibration-corrected measuring signals to generate the image of the surface. The image of the surface is thus influenced by the results of the vibration measurement.

Das zweite Messsystem (Schwingungsmesssystem) 300 bildet einen zweiten, von der Rauheitsmessung unabhängigen Messkanal. Damit werden Positionsabweichungen zwischen dem Messobjekt 110 und dem ersten Messkopf 120, die sich in schwingungsbedingten Abstandsänderungen äußern, erkannt. Diese können dann mithilfe der Auswerteeinheit 400 vom eigentlichen primären Messkanal (der die Messspitze 135 des AFM enthält) herausgerechnet werden.The second measuring system (vibration measuring system) 300 forms a second measuring channel independent of the roughness measurement. In this way, position deviations between the measurement object 110 and the first measurement head 120, which are expressed in vibration-related changes in distance, are detected. These can then be calculated out from the actual primary measurement channel (which contains the measurement tip 135 of the AFM) with the aid of the evaluation unit 400 .

Vorliegend wird die erste Messsonde 130 in Abhängigkeit der Schwingungssignale mittels zumindest eines Piezoaktuators 410 derart geregelt, dass eine Ist-Schwingung der ersten Messsonde 130 einer vorgebbaren Soll-Schwingung entspricht.In the present case, the first measuring probe 130 is controlled as a function of the vibration signals by means of at least one piezo actuator 410 in such a way that an actual vibration of the first measuring probe 130 corresponds to a predeterminable desired vibration.

Ausführungsformen der Erfindung sind in Verbindung mit unterschiedlichen bekannten Betriebsmodi eines Rasterkraftmikroskops nutzbar, und zwar unabhängig davon, welche Wechselwirkungen für die Messung mit der Messspitze genutzt werden (Kontakt-Modus, Nicht-Kontakt-Modus oder intermittierender Modus bzw. tapping mode) und wie die Bewegung der Messspitze geregelt wird (z.B. Constant-height-Modus oder Constant-force/amplitude-Modus).Embodiments of the invention can be used in connection with different known operating modes of an atomic force microscope, regardless of which interactions are used for the measurement with the measuring tip (contact mode, non-contact mode or intermittent mode or tapping mode) and how movement of the measuring tip is regulated (e.g. constant-height mode or constant-force/amplitude mode).

Optional weist die Messvorrichtung 100 mehr als zwei Cantilever auf.Optionally, the measuring device 100 has more than two cantilevers.

Die Verbindungen der ersten Blattfeder 132 und/oder der zweiten Blattfeder 232 mit dem Gehäuse 125 sind nicht auf die oben beschriebenen Verbindungsarten beschränkt. Zur Verbindung der ersten Blattfeder 132 und/oder der zweiten Blattfeder 232 mit dem Gehäuse 125 sind auch beliebige andere, dem Fachmann bekannte Varianten wählbar. Alternativ sind die erste Blattfeder 132 und/oder die zweite Blattfeder 232 derart ausgebildet, dass diese unabhängig von einer Verbindung mit dem Gehäuse 125 zu den genannten Messzwecken betreibbar sind.The connections of the first leaf spring 132 and/or the second leaf spring 232 to the housing 125 are not limited to the connection types described above. Any other variants known to those skilled in the art can also be selected for connecting the first leaf spring 132 and/or the second leaf spring 232 to the housing 125 . Alternatively, the first leaf spring 132 and/or the second leaf spring 232 are designed in such a way that they can be operated independently of a connection to the housing 125 for the measurement purposes mentioned.

Claims

Measuring method for measuring the surface roughness of a surface (112) of a measurement object (110), in particular for measuring the surface roughness of the reflective surface of a mirror for an optical system for EUV lithography, using a first measuring probe (130) which has a first measuring tip ( 135), which is attached to one of the ends of a first leaf spring (132), wherein the first measuring probe (130) in a scanning operation by generating a relative movement between the first measuring probe (130) and the measuring object (110) along a measuring path over the surface (112), first measurement signals of the first measurement probe (130) generated by interaction of the first measurement tip (135) with the surface (112) are detected as a function of the position and the first measurement signals are used in an evaluation operation to generate a signal representing the local distribution of the first measurement signals Image of the surface (112) are evaluated, characterized in that contemporary easily with the scanning operation using a second measuring probe (230), which has a second measuring tip (235), which is attached to one of the ends of a second leaf spring (232), a vibration measurement is carried out, in which vibration signals are detected which represent a vibration of the measurement object (110), the measurement object (110) during the vibration measurement is stationary contacted by the second measuring probe (230) at a definable measuring point, wherein in the evaluation operation the vibration signals for determining vibration-corrected measuring signals are offset against the first measuring signals, and the image of the surface is generated using the vibration-corrected measuring signals.

measurement method claim 1 , characterized in that the vibration signals are detected as a function of a measuring radiation directed at the second leaf spring (232) and reflected at the second leaf spring (232), the reflected measuring radiation being detected by at least one optical sensor (330).

measurement method claim 2 , characterized in that the measurement radiation is directed at the second measurement probe (230) at an angle greater than 0° and less than 90° or greater than 90° and less than 180° with respect to a plane defined by the surface (110) of the measurement object will.

Measuring method according to one of the preceding claims, characterized in that the first measuring probe (130) is controlled as a function of the vibration signals by means of at least one piezoelectric actuator (410) in such a way that an actual vibration of the first measuring probe (130) corresponds to a specifiable setpoint vibration.

Measuring method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface roughness of the reflective surface of a mirror for an optical system for EUV lithography is measured, the mirror preferably having a diameter of at least 500 mm in at least one direction,

Measuring device (100) for measuring the surface roughness of a surface (112) of a measurement object (110), in particular for measuring the surface roughness of the reflective surface of a mirror for an optical system for EUV lithography, comprising: a first measuring probe (130), the one has a first measuring tip (135), which is attached to one of the ends of a first leaf spring (132), a movement system (140-1) for generating a relative movement between the first measuring probe (130) and the measurement object (110) to carry out a scanning operation, in which the first measuring probe is guided along a measuring section over the surface (112), a first measuring system (200) for the position-dependent acquisition of first measuring signals generated by the interaction of the first measuring tip (135) with the surface (112), and an evaluation unit (400 ), which is configured to use the first measurement signals in an evaluation operation to generate a the local distribution of the first measurement signals evaluate an image representing the surface, characterized by at least one second measuring system (300) which is designed to carry out a vibration measurement during the scanning operation, with the vibration measurement detecting vibration signals which represent a vibration of the measurement object (110), the second Measuring system (300) has at least one second measuring probe (230) with a second measuring tip (235), which is attached to one of the ends of a second leaf spring (232), wherein the measured object (110) during the vibration measurement with the second measuring probe (230) is in stationary contact at a specifiable measuring point, and wherein the evaluation unit (400) is configured, in the evaluation operation, to offset the vibration signals for determining vibration-corrected measurement signals with the first measurement signals and to generate the image of the surface using the vibration-corrected measurement signals.

measuring device claim 6 , characterized in that the second measurement system (300) has at least one for the vibration measurement configured measurement radiation source (310) for generating measurement radiation and at least one optical sensor (330) for detecting the measurement radiation.

measuring device claim 7 , characterized in that the measurement radiation at an angle greater than 0 ° and less than 90 ° degrees or greater than 90 ° and less than 180 ° relative to a through the surface (112) of the measurement object (110) defined level on the second leaf spring ( 232) is directed.

Measuring device according to one of the preceding Claims 7 or 8th , characterized by at least one piezoelectric actuator (410) which is designed to control the first measuring probe (130) as a function of the vibration signals in such a way that an actual vibration of the first measuring probe (130) corresponds to a specifiable target vibration.

Measuring device according to one of the preceding Claims 6 until 9 , marked thereby net that the second measuring probe (230) is not guided over the surface of the measuring object (110).