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Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Positionsbestimmung einer bewegbaren Komponente, insbesondere in einem optischen System für Mikrolithographie oder in einem System zum Halten eines Retikels oder eines Wafers, mit wenigstens einem optischen Resonator, der einen ersten Resonatorspiegel und einen zweiten Resonatorspiegel sowie einen Retroreflektor aufweist, wobei die Resonatorspiegel ortsfest angeordnet sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein optisches System, das insbesondere als mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet ist, und mindestens eine bewegbare optische Komponente aufweist.
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Messanordnungen und optische Systeme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 10 2018 208 147 A1 eine Messanordnung zur frequenzbasierten Positionsbestimmung einer Komponente. Dabei wird ein optischer Resonator eingesetzt mit einem ortsfesten ersten Resonatorspiegel, einem der Komponente zugeordneten beweglichen Messtarget und einem ortsfesten zweiten Resonatorspiegel, wobei der zweite Resonatorspiegel durch einen Umkehrspiegel gebildet ist, welcher einen vom Messtarget kommenden Messstrahl in sich zurück reflektiert.
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Nachteilig an der in der Offenlegungsschrift genannten Lösung ist, dass bei größeren Verfahrwegen der Komponente Störbewegungssensitivitäten auftreten können. Um derartige Störbewegungssensitivitäten zu kompensieren, sind Lösungen wie aus der Offenlegungsschrift
US 6,897,962 B2 bekannt. Diese erfordern jedoch einen unpraktikabel großen, als Würfelecke ausgeführten Retroreflektor. Insbesondere im in-situ-Einsatz in einem optischen System ist ein derart großer Retroreflektor störend aufgrund seiner hohen Bauraumanforderungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messanordnung zur Positionsbestimmung einer bewegbaren Komponente zu schaffen, die insbesondere mit geringen Bauraumanforderungen an Bauraumverhältnisse eine Störbewegungssensitivität minimiert und einen in-situ-Einsatz in einem optischen System ohne weiteres möglich macht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Diese hat den Vorteil, dass auch ohne große Bauraumanforderungen weite Bewegungswege der Komponente, wie sie beispielsweise in einer Wafer-Stage oder Reticle-Stage auftreten, mit niedriger Störbewegungssensitivität erfasst werden können.
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Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der erste Retroreflektor mehrteilig ausgebildet ist und einen mit der Komponente mitbewegbaren ersten Teilretroreflektor und einen ortsfesten zweiten Teilretroreflektor aufweist, wobei die Teilretroreflektoren derart zueinander, vorzugsweise in ihrer Längserstreckung zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander, ausgerichtet sind, sodass ein Messstrahl nach Durchtreten des ersten Resonatorspiegels durch die Teilretroreflektoren zu dem zweiten Resonatorspiegel und von diesem in sich durch die Teilretroreflektoren zu dem ersten Resonatorspiegel zurück reflektiert wird. Die Erfindung sieht also eine Aufteilung des Retroreflektors auf zumindest zwei Teilretroreflektoren vor. Dadurch, dass die Teilretroreflektoren in ihrer Längserstreckung senkrecht zueinander ausgerichtet sind, ändert sich die Messgenauigkeit durch das Verschieben eines der Teilretroreflektoren in Richtung seiner Längserstreckung nicht. Aufgrund der Aufteilung des bisher starr in sich gekoppelten Retroreflektors aus dem Stand der Technik in eine bewegliche und eine fixierte Reflektoreinheit (Teilretroreflektoren) wird die vormals vollständige Unempfindlichkeit auf Störbewegungen in zweiter Ordnung der Verkippungswinkel aufgehoben. Gleichzeitig wird, wie obenstehend bereits erwähnt, durch die vorteilhafte Messanordnung eine Bereichsbeschränkung für zwei zueinander orthogonale Raumrichtungen (jeweils Längserstreckung des jeweiligen 2D-Reflektors) komplett aufgehoben. Dadurch öffnen sich durch diese Messanordnung für frequenzbasierte Längenmessungen oder Positionsbestimmungen die Möglichkeit der Anwendungen für Aufbauten mit Verfahr-Stages, die sich durch einen großen Bewegungsbereich auszeichnen. Außerdem ist mit einer derartigen Messanordnung auch eine interferometrische Längenmessung möglich.
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Besonders bevorzugt ist der jeweilige Teilretroreflektor als 2D-Retroreflektor ausgebildet. Unter einem 2D-Retroreflektor ist dabei ein Retroreflektor zu verstehen, dessen Querschnitt oder Kontur in seiner Längserstreckung unverändert beziehungsweise konstant ist, also durch seine zweidimensionale Gestalt seine Funktion definiert. Jeder 2D-Retroreflektor weist vorzugsweise zwei Reflektionsflächen oder Spiegelflächen auf, die in einem vorbestimmten Winkel von vorzugsweise 90° zueinander ausgerichtet sind. Auch der Winkel ist in Längserstreckung des jeweiligen Teilretroreflektors dabei konstant beziehungsweise unverändert. Durch die Ausbildung als 2D-Retroreflektor werden die oben genannten Vorteile in vorteilhafter Weise erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind der erste Teilretroreflektor und der zweite Teilretroreflektor gleich lang ausgebildet. Somit wird die Bereichsbeschränkung in den orthogonalen Raumrichtungen in gleicher Weise durch die Teilretroreflektoren in beide Raumrichtungen begrenzt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der erste Teilretroreflektor bevorzugt eine größere Längserstreckung als der zweite Teilretroreflektor auf. Dadurch ergibt sich eine große Verfahrbarkeit in Längserstreckung des ersten Teilretroreflektors, insbesondere im Vergleich zur Verfahrbarkeit in der zweiten Raumrichtung. Alternativ weist bevorzugt der zweite Teilretroreflektor eine größere Längserstreckung als der erste Teilretroreflektor auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Teilretroreflektor als 90°-Dachspiegel ausgebildet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Teilretroreflektor bevorzugt als 90°-Prisma mit totaler interner Reflektion oder mit metallischer Reflexionsschicht ausgebildet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Resonatorspiegel als Planspiegel ausgebildet ist. Vorzugsweise liegt der Planspiegel parallel zur Ebene des ersten Resonatorspiegels.
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Optional weist der erste Resonatorspiegel eine vorbestimmte Krümmung auf.
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Alternativ ist der erste Resonatorspiegel vorzugsweise als Katzenaugenspiegel ausgebildet und eignet sich dadurch insbesondere als eingangsseitiger Resonatorabschluss im Fall einer frequenzbasierten Längenmessung oder Positionsbestimmung.
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Der zweite Resonatorspiegel ist bevorzugt als Umkehrspiegel ausgebildet, der den Messstrahl in sich zurück reflektiert. Alternativ ist der zweite Resonatorspiegel vorzugsweise ein Umkehrprisma.
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Vorzugsweise weist die Messanordnung einen auf eine Resonatormode des Resonators stabilisierten, durchstimmbaren Laser auf. Dieser ist insbesondere durch eine optische Faser und den ersten Resonatorspiegel in den Resonator eingekoppelt.
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Besonders bevorzugt ist die Messanordnung zur frequenzbasierten oder interferometrischen Längenmessung ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße optische System mit den Merkmalen des Anspruchs 15 zeichnet sich durch eine bewegbare Komponente aus, der zumindest eine, vorzugsweise mehrere Messanordnungen, wie sie obenstehend beschrieben wurde, zugeordnet sind. Es ist jeweils der erste Teilretroreflektor an der beweglichen Komponente angeordnet beziehungsweise mit dieser mitbewegbar angeordnet. Es ergeben sich dadurch die bereits oben genannten Vorteile. Vorzugsweise sind die Messanordnungen in einer Hexapod-Anordnung in das optische System integriert, um die Position und Ausrichtung der Komponente vorteilhaft zu erfassen.
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Besonders bevorzugt ist die Komponente eine optische Komponente, insbesondere ein Spiegel, insbesondere ein EUV-Spiegel, wie er insbesondere für die mikrolithographische Projektionsbelichtung eingesetzt wird, eine Retikelstage oder eine Waferstage. Vorzugsweise weist das optische System eine, zwei, drei oder mehr Komponenten auf, beispielsweise einen Spiegel und eine Retikelstage oder einen Spiegel, eine Retikelstage und eine Waferstage. Dabei ist die zumindest eine Messanordnung zumindest einer dieser Komponenten zugeordnet. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
- 1 einen Teil eines optischen Systems mit einer bewegbaren Komponente,
- 2 eine bekannte Messanordnung zum Bestimmen der Position der Komponente in Bezug auf einen Referenzrahmen,
- 3 eine weitere bekannte Messanordnung mit einem Retroreflektor zum Bestimmen der Position der Komponente,
- 4 eine vereinfachte, dreidimensionale Darstellung einer vorteilhaften Messanordnung zum Bestimmen der Position der beweglichen Komponente,
- 5A bis C unterschiedliche Ansichten der vorteilhaften Messanordnung,
- 6 ein abgeleitetes Ersatzschaltbild der vorteilhaften Messanordnung,
- 7 die vorteilhafte Messanordnung aus 4 in einer beispielhaften Ausbildung für eine frequenzbasierte Längenmessung,
- 8 die vorteilhafte Messanordnung aus 4 in einer beispielhaften Ausbildung für eine interferometrische Längenmessung,
- 9 das optische System aus 1 in einer vereinfachten Darstellung und
- 10 eine vergrößerte Detailansicht des optischen Systems aus 9.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein optisches System 1, das als mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet ist, wie beispielhaft in 9 mit mehr Details gezeigt, und eine bewegbare Komponente 2 aufweist. Bei der Komponente 2 handelt es sich insbesondere um einen Spiegel, vorzugsweise EUV-Spiegel, der an einer Tragestruktur 3 oder an ein Gehäuse des optischen Systems 1 beweglich gelagert ist, und der im Folgenden auch als Referenzrahmen bezeichnet wird. Um die Position und/oder Ausrichtung der Komponente 2 in Bezug auf den Referenzrahmen im laufenden Betrieb, also in situ, zu überwachen, wird die Entfernung ausgewählter Messpunkte M zu der Tragestruktur 3 ermittelt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Position von sechs Messpunkten M, insbesondere in einer Hexapod-Konfiguration, wie sie in 1 beispielhaft dargestellt ist, bestimmt. Es werden somit sechs Hexapod-Längen L1 bis L6 ermittelt.
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2 zeigt beispielhaft eine herkömmliche Ausbildung der Messanordnung 4 zur frequenzbasierten Erfassung einer Länge L1 der Hexapod-Längen. Die Messanordnung 4 weist einen optischen Resonator 5 auf, der einen ersten Resonatorspiegel 6 und einen zweiten Resonatorspiegel 7 aufweist, wobei der Resonatorspiegel 6 ortsfest und der Resonatorspiegel 7 an der Komponente 2 angeordnet ist. Ein Messstrahl MS wird insbesondere durch einen Laser 11 in den Resonator 5 eingekoppelt. Grundsätzlich kann eine Messanordnung 4 auch zur interferometrischen Erfassung der Länge eingesetzt werden. Bei der frequenzbasierten Längenmessung werden die Frequenzen ausgewählter Eigenmoden der Messqualität des Resonators hochgenau bestimmt.
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Eine besondere Anforderung in der Ausgestaltung der Messqualität beziehungsweise des Resonators 5 für die Positionserfassung eines Messpunktes M besteht darin, eine Ausbildung der Messanordnung 4 zu schaffen, die unempfindlich gegenüber Störbewegungen sind. Die Störbewegungen umfassen beispielsweise diejenigen Starrkörper-Freiheitsgrade des Messtargets (Komponente), die nicht unmittelbar entlang der Messrichtung wirken. Typischerweise entspricht die Messrichtung der z-Richtung im lokalen x-y-z -Koordinatensystem der Messanordnung 4. Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, die Unempfindlichkeit gegenüber Störbewegungen zu erhöhen, indem ein Retroreflektor sowie ein Rezirkulationsspiegel eingesetzt werden. Unter einem Retroreflektor wird eine Vorrichtung verstanden, die einfallende elektromagnetische Wellen, insbesondere im sichtbaren Teil des Lichtspektrums, weitgehend unabhängig von der Einfallsrichtung in Bezug auf die Ausrichtung der Vorrichtung zumindest im Wesentlichen in die Richtung zurückreflektiert werden, aus der sie gekommen sind. Dies wird auch als Retroreflektion oder Rückstrahlung bezeichnet. Durch einen Rezirkulationsspiegel wird ein auftreffender Messstrahl MS in sich zurück gespiegelt, sodass er eine Messstrahlwegstrecke erneut, jedoch rückwärts, durchläuft. Eine Messanordnung mit einem Retroreflektor oder einem Rezirkulationsspiegel ist beispielsweise bereits aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2018 208 147 A1 bekannt. Eine solche Messanordnung ist beispielsweise in
3 gezeigt. Bei dieser sind die beiden Resonatorspiegel 6 und 7 ortsfest an dem Referenzrahmen beziehungsweise an der Tragestruktur 3 angeordnet, während an dem Messtarget beziehungsweise an der Komponente 2 ein Retroreflektor 8 angeordnet ist. Der Resonatorspiegel 7 ist dazu als Umkehrspiegel ausgebildet, sodass der den Retroreflektor 8 durchlaufende Messstrahl MS in sich zurückgeworfen und in den Retroreflektor 8 erneut zurückläuft, um den Resonatorspiegel 6 zu erreichen.
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Im Folgenden wird eine besonders vorteilhafte Ausführung der Messanordnung 4 beschrieben, die unempfindlich gegenüber Störbewegungen ist und größere Bewegungsbereiche ermöglicht als bisher.
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4 zeigt dazu in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Ausführungsform der Messanordnung 4. Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform wird der Retroreflektor 8 mehrteilig ausgebildet. Insbesondere weist der Retroreflektor 8 zwei Teilretroreflektoren 9 und 10 auf, wobei der erste Teilretroreflektor an der Komponente 2 und der zweite Teilretroreflektor ortsfest an dem Referenzrahmen beziehungsweise an der Tragestruktur 3 angeordnet ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Teilretroreflektoren insbesondere als 2D-Retroreflektoren und bevorzugt, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, jeweils als 90°-Dachspiegel ausgebildet. Dazu weisen die Teilretroreflektoren 9, 10 jeweils zwei Spiegelflächen 9a und 9b beziehungsweise 10a und 10b auf, die jeweils als Planspiegel ausgebildet sind, wobei die Spiegelflächen des jeweiligen Teilretroreflektors 9, 10 in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind, beziehungsweise einen 90 °-Winkel einschließen.
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Jedoch sind nicht nur die Spiegelflächen 9a und 9b beziehungsweise 10a und 10b jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet, sondern auch die Teilretroreflektoren 9, 10 zueinander. Dadurch, dass jeder Teilretroreflektor durch zwei Planspiegel gebildet ist, die in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind, ergibt sich, dass jeder der Teilretroreflektoren 9, 10 eine eigene Längserstreckung entlang der Kante, an welcher sich die Planspiegel treffen, aufweist. Die Teilretroreflektoren sind dabei derart ausgebildet, dass sie in ihrer Längserstreckung senkrecht zueinander beziehungsweise um 90° verdreht zueinander ausgerichtet sind. Die 90°-Dachspiegel können dabei entlang ihrer Kantenrichtung beziehungsweise Längserstreckung beliebig lang ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Teilretroreflektor 9, der an der Komponente 2 angeordnet ist, deutlich länger ausgebildet als der ortsfeste Teilretroreflektor 10, wie in 4 beispielhaft gezeigt.
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Auch hier ist der zweite Resonatorspiegel 7 als Planspiegel beziehungsweise als Umkehrspiegel ausgebildet, der einen Messstrahl MS der Messanordnung 4 in sich zurückwirft (Rezirkulation).
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Aufgrund der Aufteilung des bisher starr in sich gekoppelten Retroreflektors in eine bewegliche und eine fixierte Untereinheit beziehungsweise in die zwei Teilretroreflektoren 9, 10 wird die vormals vollständige Unempfindlichkeit auf Störbewegungen in zweiter Ordnung der Verkippungswinkel aufgehoben. Allerdings geht mit dem Verlust der vollständigen Unempfindlichkeit der Vorteil einher, dass in dieser Anordnung die Bereichsbeschränkungen für zwei zueinander orthogonale Raumrichtungen (in dem hier dargestellten Koordinatensystem y und z) komplett aufgehoben sind.
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Durch die vorteilhafte Ausbildung der Messanordnung 4 eröffnet sich für die frequenzbasierte Längenmessung die Möglichkeit der Anwendung für Aufbauten mit Verfahr-Stages, die durch große Bewegungsbereiche gekennzeichnet sind.
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5A bis C zeigen zum besseren Verständnis der Messanordnung 4 den Strahlengang des Messstrahls MS in unterschiedlichen Draufsichten auf die vorteilhafte Messanordnung 4.
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5A zeigt dabei eine Draufsicht auf die y-x Ebene, 5B eine Draufsicht auf die x-z Ebene und 5C eine Draufsicht auf die y-z Ebene.
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6 zeigt in einem abgeleiteten Ersatzschaltbild der vorteilhaften Messanordnung 4 gemäß 4 die vereinfachte Messstrecke zur Beschreibung der Messanordnung 4 im erweiterten Formalismus der paraxialen Matrizenoptik.
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Die Modellierung der verwendeten 90°-Dachkanten, die auch als Teilretroreflektoren 9,10 bezeichnet werden, geht aus der folgenden Tabellen hervor:
erster Teilretroreflektor | zweiter Teilretroreflektor |
sx: Zentrumsverschiebung
θy: Neigungswinkel | s'': Zentrumsverschiebung
θx: Neigungswinkel |
| |
Rotation um optische Achse | Rotation um optische Achse des rotierten Elements |
φ: Rotationswinkel
snφ=sin(φ), csφ=cos(φ) | φ: Rotationswinkel |
| |
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Die Wirkungsweise zweier hintereinander geschalteter 90°-Dachspiegel deren Kanten im unverrückten Zustand senkrecht aufeinander stehen, lautet zunächst
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Hierbei definiert der zweite ortsfeste Dachspiegel das Bezugskoordinatensystem. Die veränderlichen und sich auf den Strahl auswirkenden Freiheitsgrade des Target-Dachpiegels sind seine Verrückung in x-Richtung s_x, seine Neigung in y-Richtung θ_y (Rotation um x-Achse) und seine Rotation um die optische Achse φ_z. Aufgrund letzterer wird die bis dahin strenge Orthogonalität der Kanten der beiden 90°-Dachkantenspiegel zueinander aufgehoben. Im ideal ausgerichteten Zustand resultiert aus der Zusammenschaltung der beiden zueinander orthogonalen Dachprismen die Transfermatrix
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Diese ist in ihrer Wirkweise äquivalent zu derjenigen eines 3D-Retroreflektors.
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Die Verkettung des entfalteten Strahlengangs für einen einfachen Umlauf durch die Kavität ist in
6 dargestellt. Hierin sind sämtliche starren und unveränderlichen Winkel und Orientierungen im Aufbau durch die Entfaltung als unwirksam eliminiert. Das Bezugskoordinatensystem wird dabei durch die Ebene, zu der die beiden Resonatorspiegel 6,7 (gekrümmter Spiegel und Umkehrspiegel) mit der z-Achse als Flächennormalen parallel ausgerichtet sind, und die darin liegende Dachkante, welche die y-Achse auszeichnet, vollständig definiert. Aus der Verkettung ergibt sich die paraxiale Transfer-Matrix eines vollständigen Umlaufs zu
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Die darin auftretenden Längen L, L' und L'' spiegeln die Freiheit wider, die Komponente innerhalb der ortsfesten Gruppe entlang der Messrichtung (z-Achse) verschieben zu können, ohne dass die prinzipielle Funktionsweise beeinträchtigt wird. R bezeichnet den Krümmungsradius des sphärischen Einkoppel-Spiegels beziehungsweise des ersten Resonatorspiegels 6. Nach wenigen elementaren Rechenschritten lautet die Umlaufmatrix schließlich
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Darin sind die Strahlverschiebungen durch die Beziehung
und die Strahlablenkungswinkel durch den Ausdruck
gegeben.
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Durch die Auftrennung des Retroreflektors 5 in zwei 90°-Dachspiegel verschwindet die rechte Spalte der Umlaufmatrix nicht mehr zu Null. Allerdings sind die größten auftretenden Terme der Taylor-Entwicklung von der Ordnung θ_y, φ_z und damit in zweiter Ordnung der Fehlorientierungen zwischen den beiden 90°-Dachspiegeln. Bei der einfachsten Resonator-Konfiguration mit einem Planspiegel als Target und ohne Rezirkulation hingegen treten die Terme bereits in erster Ordnung der wirksamen parasitären Freiheitsgrade auf. Die Unempfindlichkeit auf die parasitären Freiheitsgrade ist für das Layout mit einem verteilten Retroreflektor 5 zwar nicht mehr ideal, aber immerhin von lediglich zweiter Ordnung in den Störungen.
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Der Eigenvektor mit Eigenwert 1 entspricht dem Strahlvektor des Hauptstrahls unmittelbar vor Eintritt in die Strecke. Er lautet nach elementarer Rechnung
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Die Erfüllung der Stabilitätsbedingung erfordert
wobei L
h für den effektiven Abstand zwischen dem gekrümmten und dem Umkehrspiegel, also zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 6,7, und damit die Effektivlänge des Resonators 5 steht. Für die Parameter der TEM00-Eigenmoden erhält man die Ausdrücke
und
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Der Krümmungsradius der Wellenfront einer Resonator-Eigenmode am Eingang der Strecke entspricht -in Einklang mit der Erwartung- gerade dem Krümmungsradius des ersten Resonatorspiegels 6. Der zulässige Variationsbereich der erlaubten Spiegel-Verkippung bei perfekter axialer Einkopplung R
in = (0, 0,0,0,1)
T ist auf
beschränkt. Für typische Resonator-Längen von L = 0.1 - 1 m und der Wahl R = 2L
h,a
1 = a
2 = a = 0.1 sowie λ = 1500 nm bedeutet dies konkret
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Für eine Mess-Kavität gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip sind daher auch größere Verkippungen für θy und φz im Regime weniger mrad zulässig.
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Die für die frequenzbasierte Längenmessung vorgeschlagene Ausführung der Messanordnung 4 basierend auf einer Messkavität mit einem verteilten Retroreflektor ist beispielhaft in 7 nochmals veranschaulicht. Die Messanordnung 4 umfasst bevorzugt eine bezüglich ihrer optischen Frequenz durchstimmbare Strahlungsquelle, zum Beispiel in Gestalt des als Diodenlasers ausgebildeten Lasers 11. Die durchstimmbare Strahlungsquelle erzeugt eine Einkopplungsstrahlung, welche einen Strahlteiler durchläuft und daraufhin in den optischen Resonator 5 eingekoppelt wird. Dabei wird die Strahlungsquelle vorzugsweise von einer Kopplungseinrichtung beziehungsweise von einem Steuergerät der Messanordnung 4 derart gesteuert, dass die optische Frequenz der Strahlungsquelle auf die Resonanzfrequenz des optischen Resonators 5 abgestimmt ist und damit an die Resonanzfrequenz gekoppelt wird. Ein Beispiel einer technischen Realisierung der Kopplung der durchstimmbaren Strahlungsquelle an den optischen Resonator ist in dem Dokument Youichi Bitou et al. „Accurate widerange displacement measurement using tunable diode laser and optical frequency combgenerator“ Optics Express, Vol. 14, No. 2, 2006, Seiten 644-654, beschrieben. Hierzu wird insbesondere auf 1 und die dazugehörige Beschreibung in dem genannten Dokument verwiesen. Die Einkopplungsstrahlung wird in der Ausführungsform gemäß 7 mittels eines Strahlteilers aus dem Resonatorstrahlengang ausgekoppelt und mittels einer optischen Frequenzmesseinrichtung analysiert. Die optische Frequenzmesseinrichtung umfasst einen Frequenzkammgenerator und ist dazu konfiguriert, die absolute optische Frequenz der Einkopplungsstrahlung mit hoher Genauigkeit zu vermessen. Das vorstehend genannte Dokument von Youichi Bitou et al. zeigt dort in 3 ein Beispiel für die Ausführung der optischen Frequenzmesseinrichtung. Als Frequenzkammgenerator wird in diesem Fall eine lineare optische Kavität verwendet, welche einen elektrooptischen Modulator umfasst. Alternativ ist es denkbar einen Femtosekundenlaser als Frequenzkammgenerator zu verwenden. Ändert sich die Position der optischen Komponente 2 in z-Richtung, so verändert sich der Abstand zwischen den Resonatorspiegeln 6, 7 beziehungsweise insbesondere zwischen den Teilretroreflektoren 9,10, wodurch sich die Resonanzfrequenz des optischen Resonators 5 ebenfalls verändert. Durch die Kopplung der optischen Frequenz der durchstimmbaren Strahlungsquelle an die Resonanzfrequenz des Resonators 5 ändert sich in diesem Fall auch die optische Frequenz der Einkopplungsstrahlung. Eine derartige Veränderung der optischen Frequenz wird von der optischen Frequenzmessvorrichtung unmittelbar registriert. Aus dem Messsignal der Frequenzmessvorrichtung können damit auch Vibrationen der optischen Komponente 2 mit hoher Genauigkeit überwacht werden.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der erste Resonatorspiegel 6 als Katzenaugen-Spiegel für die frequenzbasierte Längenmessung ausgebildet. Der Eingangsstrahl (Messtrahl MS) wird bevorzugt derart geformt, dass die Ankopplung an die Moden des Resonators 5 optimal ist.
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Die Übertragung des Prinzips auf die interferometrischen Längenmessung ist ebenfalls möglich und beispielhaft in 8 gezeigt. Zur Abstandsmessung anhand der Messanordnung 4 ist gemäß 8 die optische Komponente 2, welche im dargestellten Fall analog zur Ausführung gemäß 7 bevorzugt ein EUV-Spiegel ist, mit dem Retroreflektor 8 versehen. Der Teilretroreflektor 9 ist an der optischen Komponente 2 befestigt. Die Messanordnung 4 umfasst eine Anstrahleinrichtung mit dem Laser 11, welche insbesondere einen Frequenzkammgenerator aufweist. Dieser weist beispielsweise einen Femtosekundenlaser auf. Der Frequenzkammgenerator erzeugt eine Strahlung mit kammförmigem Frequenzspektrum. Optional werden mehrere Frequenzen dieses Frequenzspektrums von der Anstrahleinrichtung ausgewählt und in Gestalt des Messstrahls MS auf den Retroreflektor 8 eingestrahlt. Die Anstrahleinrichtung stellt damit optional eine Mehrfachwellenlängenlichtquelle dar. Der Messstrahl MS wird vom Retroreflektor 8 in sich selbst zurückreflektiert und mittels eines Interferometers analysiert. Diese Analyse umfasst insbesondere eine Wellenlängenabtastinterferometrie. Aus dem Ergebnis dieser Analyse wird ein hochgenauer Messwert des Abstandes zwischen dem Teilretroreflektor 9 und dem Teilretroreflektor 10, der fest mit der Abstandsmessvorrichtung verbunden ist, ermittelt. Optional ist das Element 7 als Umkehrprisma ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel - hier nicht dargestellt- sind die Teilretroreflektoren 9,10 jeweils als 90°-Prisma mit TIR (totaler interner Reflektion) oder metallische Reflexionsschicht ausgebildet.
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Weiterhin kann der Umkehrspiegel (zweiter Resonatorspiegel 7) durch eine optische Komponente, beispielsweise ein Umkehr-Prisma, ersetzt werden, die zusätzlich einen parallelen Strahlversatz bewirkt, um Eingang und Ausgang bei der interferometrischen Längenmessung voneinander zu trennen (geometrische anstatt polarisations-optische Strahltrennung). Der Retroreflektor ist optional als Würfelecken-Retroreflektor (Hohl- oder Glaskörper-Retroreflektor) oder als Katzenaugen-Retroreflektor (z.B. mit einer Fourier-Linse mit in ihrer Brennebene angeordnetem Spiegel) ausgebildet.
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9 zeigt eine schematische Darstellung des oben bereits genannten optischen Systems 1 in der Ausbildung als mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage ist dabei als die EUV-Anlage ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung in einer derartigen Anlage beschränkt, sondern auch bei der Vermessung optischer Systeme für andere Arbeitswellenlängen, beispielsweise im VUV-Bereich oder bei Wellenlängen kleiner als 250 nm realisierbar. In weiteren Anwendungen kann die Erfindung auch in einer Maskeninspektionsanlage oder einer Waferinspektionsanlage realisiert werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 9 weist das optische System 1 einen Feld-Facettenspiegel 12 und einen Pupillen-Facettenspiegel 13 auf. Auf dem Feld-Facettenspiegel 12 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 14 und einen Kollektorspiegel 15 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillen-Facettenspiegel 13 sind ein erster Teleskopspiegel 16 und ein zweiter Teleskopspiegel 17 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist Umlenkspiegel 18 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 19, 20, 21, 22, 23, 24 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektträgers ist eine reflektive strukturtragenden Maske 25 auf einem Maskentisch 26 angeordnet, die mithilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 27 auf einem Wafertisch 28 befindet.
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10 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des optischen Systems 1 aus 9 im Bereich des Spiegels 23 das Projektionsobjektivs. Dabei ist in 10 beispielhaft die Messanordnung 4 vereinfacht gezeigt. Der Spiegel 23 ist dabei beispielsweise durch die Tragstruktur 3 an dem Gehäuse oder an dem Maskentisch 28 beweglich gehalten und stellt in diesem Ausführungsbeispiel somit die bewegliche Komponente 2 dar. Die Tragstruktur 3 ist aus Übersichtlichkeitsgründen vorliegend jedoch nicht im Detail gezeigt. Wie zuvor bereits beschrieben ist der Resonatorspiegel 6 ortsfest an dem Gehäuse oder beispielsweise an dem Maskentisch angeordnet und der Resonatorspiegel 7 ebenfalls. Der Teilretroreflektor 9 des Retroreflektors 8 ist an der Komponente 2 und der Teilretroreflektor 10 ortsfest an dem Referenzrahmen beziehungsweise an der Tragstruktur 3 oder dem Maskentisch 28 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018208147 A1 [0003, 0024]
- US 6897962 B2 [0004]