EP1573401A1 - Messverfahren und messsystem zur vermessung der abbildungsqualität eines optischen abbildungssystems - Google Patents

Messverfahren und messsystem zur vermessung der abbildungsqualität eines optischen abbildungssystems

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Publication number
EP1573401A1
EP1573401A1 EP02798349A EP02798349A EP1573401A1 EP 1573401 A1 EP1573401 A1 EP 1573401A1 EP 02798349 A EP02798349 A EP 02798349A EP 02798349 A EP02798349 A EP 02798349A EP 1573401 A1 EP1573401 A1 EP 1573401A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recording medium
measuring
reference structure
evaluation
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02798349A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Wegmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP1573401A1 publication Critical patent/EP1573401A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement

Definitions

  • the invention relates to a measuring method and a measuring system for measuring the imaging quality of an optical imaging system.
  • the preferred field of application is the measurement of projection objectives for microlithography.
  • Microlithographic projection exposure systems - are used for the production of semiconductor components and other finely structured components.
  • a pattern of a mask or a reticle is imaged with the aid of a projection lens on a substrate covered with a light-sensitive layer, for example a wafer.
  • the finer the structures to be imaged the more the quality of the products produced is determined and limited by imaging errors in the optical imaging systems used. These aberrations have an influence, for example, on the line widths shown and the position of the images of the structures shown.
  • a highly precise determination of imaging errors is a crucial step in the manufacturing process of optical imaging systems in order to be able to provide systems with minimal imaging errors by means of suitable adjustment. Interferometric measurement methods are often used for this.
  • a device for wave front detection working in the manner of a Shea ng interferometer, which enables fast, highly precise measurement of high-resolution projection objectives, is described in German patent application DE 101 09 929 (corresponding to US 2002001088 A1). described.
  • a measuring mask to be illuminated with incoherent light is arranged in the object plane of the imaging system to be checked in order to form the coherence of the emerging radiation.
  • This can have a transparent support, for example made of quartz glass, on which a mask structure is applied, for example by coating with chrome.
  • Typical structure dimensions of radiation-transmissive areas of this mask structure can be large compared to the wavelength of the measurement radiation used.
  • This is also referred to here as a two-dimensional or two-dimensionally extended mask structure.
  • a reference structure designed as a diffraction grating is arranged in the image plane of the imaging system. Due to the superposition of the waves generated by diffraction, an intensity distribution in the form of an interferogram is created behind the diffraction grating, which is electronically recorded with the aid of a position-resolving detector and evaluated with the aid of an evaluation device connected to the detector. Image errors of lower and higher orders can be determined from the wavefront aberrations.
  • Another class of devices for wavefront measurement are the point diffraction interferometers, which work structures with openings in the order of the measurement light wavelength used or below.
  • an object pattern is arranged in the object plane of the test object, which for example comprises a plurality of parallel lines that form an object structure.
  • Typical structural dimensions of object patterns which can be switched, for example, in the manner of gratings, are large compared to the wavelength of the measurement radiation used, so diffraction effects are usually negligible.
  • a reference structure similar to the object structure is arranged in the image plane. The object structure and the reference structure are coordinated with one another in such a way that when the object structure is mapped onto the reference structure with the aid of the imaging system, an overlay pattern (an intensity distribution) is created in the form of a moiré pattern with moiré strips.
  • Imaging parameters in particular for the distortion of the imaging system, can be determined from the intensity distribution of the stripe pattern, which can be detected electronically with a spatially resolving detector.
  • Moire processes are known, for example, from US Pat. No. 5,767,959 or US Pat. No. 5,973,773 or EP 0 418 054.
  • US Pat. No. 5,828,455 describes a measuring method which allows in-situ wavefront measurement of projection objectives.
  • the measuring method is based on a Hartmann test and requires a complex special reticle with a perforated plate with several holes and an aperture plate attached behind it.
  • the structures of the special reticle are exposed on a wafer coated with photoresist.
  • the construction of the reticle means that a local tilting of the wavefront is converted into distortion in the image plane.
  • the exposed wafer is evaluated by Measure the structures outside the projection exposure system with a scanning electron microscope (SEM) or other microscope-based inspection devices.
  • SEM scanning electron microscope
  • the measuring light of the method is provided by the lighting systems of the projection exposure system.
  • the measuring method offers sufficient measuring accuracy for most applications. However, since a large part of the illuminating light is blocked out at the special reticle, extremely long exposure times for the wafer result.
  • the evaluation of the exposed wafer is complex in terms of equipment and time.
  • the deformations that can be measured on the depicted object with respect to the ring diameter and ring shape in a focus series are recorded with a scanning system of the highest resolution and subjected to a Fourier analysis, from which Zernike coefficients can then be derived.
  • the process is time consuming.
  • the accuracy of the results depends on the underlying model assumptions.
  • the invention is based on the object of providing a measuring method and a measuring system which allow highly precise measurement of optical imaging systems at their place of use with little expenditure of time and little expenditure on equipment.
  • a quick and precise measurement of Projection lenses in microlithography is based on the object of providing a measuring method and a measuring system which allow highly precise measurement of optical imaging systems at their place of use with little expenditure of time and little expenditure on equipment.
  • the invention provides a measuring method with the features of claim 1 and a measuring system with the features of claim 24.
  • Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
  • Imaging quality of an optical imaging system includes the following
  • Steps Providing a mask structure in the area of an object area of the
  • Pupil surface of the imaging system Capture the intensity distribution or an image of the
  • the invention makes use of the fact that the original information required for the determination of aberration parameters or the like is present in a spatial intensity distribution, which is stored latently or permanently in the recording medium during the measurement process.
  • This spatial intensity distribution is also referred to below as an overlay pattern.
  • Intensity distribution or the overlay pattern (or an image thereof) with the aid of the recording medium is also briefly referred to below as “recording” of the intensity distribution or overlay pattern or as “recording”.
  • the recording medium can be, for example, a film, photographic paper, photoresist or another radiation-sensitive registration medium in which the image information of the intensity distribution is stored via chemical or chemical-physical processes. It would also be conceivable to use light-sensitive, spatially resolving memory chips as the recording medium.
  • the recording medium can, for example, comprise a film or a layer with homogeneously premagnetized ferromagnetic material, for example in the form of embedded ferromagnetic crystals. Similar to tape or video material, the magnetization of the material can be mostly the same direction before recording. Due to the incident radiation (photo effect) and / or local, radiation-induced heating (absorption), the Change the orderly state of the material, ie the degree of alignment of the elementary magnets, locally depending on the amount of radiation.
  • a readout device can be used in the evaluation process, which reads out the orderly state of the recording medium analogously to a magnetic read head of a video recorder and converts it into an analogue or digital signal. If the transfer function is known, the intensity distribution can be constructed.
  • the recording medium can consist of a stretched plastic film that only allows a selected portion of the radiation in a specific direction of polarization to pass.
  • the order status of the film can change locally due to the photo effect and / or radiation absorption, so that the degree of polarization also changes locally in accordance with the amount of radiation.
  • a spatial intensity distribution can be encoded.
  • the evaluation can take place, for example, with the aid of a light table or the like, the exposed recording medium being overlaid with a suitable analyzer, for example a second polarizing film, in such a way that its preferred orientations are rotated relative to one another, for example by 90 °.
  • the "exposed”, ie depolarized, zones can then appear bright and the "unexposed” zones can appear dark.
  • This pattern can be digitized using optoelectronic means and used for further evaluation.
  • a suitable lithographic photoresist photoresist
  • measuring methods such as the multi-stripe method, in which local distortions or phase deviations as Strip deflections, that is to say registered as a lateral offset from an ideal strip position or as local strip deflection, can also be used with resist materials which do not resolve gray levels, but rather work essentially “digitally” or “binaryly” and thus only the states “bright” and “ dark "register.
  • the recording medium is normally placed behind the reference structure in the radiation path.
  • the reference structure is integrated in the recording medium.
  • a mirror layer can be provided, which is attached at a distance behind the reference structure on the back of a transparent substrate.
  • the recording medium can be arranged in the region of the reference structure.
  • the recording medium After the recording medium has been "exposed" during the measuring process or during part of the measuring process, it can be removed from the recording position and evaluated outside of the optical arrangement to be checked.
  • the basic information for the evaluation is therefore not transported exclusively by wire, for example electronically, but includes the removal of the recording medium from the recording position can be carried out promptly or at a greater distance from the actual measuring process.
  • the recording medium can be removed from the area of the image area of the imaging system so that it can be used again for its original task, for example the exposure of wafers.
  • the mask structure and the reference structure are arranged “in the region” of surfaces that are optically conjugated to one another. This means that a structure is arranged exactly in the corresponding surface or slightly axially offset from it, that is to say at a suitable distance near the surface (defocused) The optimum position depends on the desired method variant.
  • the surfaces which are optically conjugated to one another and which are generally flat surfaces are also referred to below as "object surface” or object plane and as "image surface” or image plane
  • the object area is the area in the area of which the mask structure is arranged during the measurement, while the reference structure is located in the area of the image area.
  • the object area of the measurement can be identical to the object area when the imaging system is used as intended, but it can also the image area at b comply with the intended use.
  • the measurement direction in the measurement method according to the invention can correspond to the radiation direction during use, but it can also run in the opposite direction.
  • the reference structure depends on the desired measurement method.
  • reference structures are normally used which act as diffraction gratings for the measuring radiation.
  • suitable Lattice constants can be selected depending on the desired diffraction angle, which in turn determines the spatial resolution of the method.
  • Typical dimensions can be in the range of the wavelength of the measuring radiation or up to an order of magnitude or more.
  • typical structure dimensions can be significantly larger than the measuring radiation wavelength, or possibly smaller.
  • the reference structure In the case of point diffraction interferometry, generally comprises at least one quasi-point-shaped “hole” for generating a reference spherical wave, as well as significantly larger pass areas for a test specimen wave. The diameter of the hole or the transmissive area is typically smaller than the measurement light wavelength.
  • the typical structure dimensions of the mask structure can differ depending on the measurement method.
  • mask structures are preferably used in which typical dimensions of radiation-transmissive areas are large compared to the wavelength of the radiation used.
  • Such mask structures are also referred to as “two-dimensional” mask structures. Accordingly, two-dimensional wavefront sources are formed, which are composed of a large number of individual spherical waves, the sources of which are infinitesimally close to one another in a passband of the mask structure.
  • the typical structural dimensions are also large against the measuring light wavelength It is also possible to use mask structures in which at least some of the radiation-permeable areas have typical structure dimensions in the area of the used
  • a sensor unit which comprises the reference structure and the recording medium with correct spatial allocation to one another. If the sensor unit is arranged in such a way that the reference structure essentially coincides with the image surface, the recording medium is also arranged in the correct position at the same time, for example at a distance behind the reference structure parallel to it.
  • the sensor unit can be dimensioned and shaped in such a way that it can be inserted into a holder provided for this object instead of an object to be exposed, such as a wafer.
  • the sensor unit can essentially have the shape of a wafer and can be installed in its place in a wafer stage or removed again after the measurement.
  • a projection exposure system can easily be switched between the production configuration (for wafer exposure) and the measurement configuration at its place of use.
  • it is only necessary to bring a suitable measurement structure into the area of the object plane for example by exchanging the reticle used for wafer exposure with the useful pattern for a measurement mask that bears the two-dimensional mask structure of the measurement system.
  • a platform-independent measuring system is thus created.
  • the overlay patterns differing in that there are relative phase levels (phase shift) between the mask structure and the reference structure.
  • phase shift phase shift
  • a relative shift between mask structure and Reference structure carried out in a direction of displacement perpendicular to the optical axis of the imaging system in order to obtain several overlay patterns with different phase positions.
  • the overlay patterns or images of the overlay patterns are preferably recorded with the aid of the recording medium in such a way that the individual evaluation patterns are offset from one another in the recording medium and in particular do not overlap.
  • An “evaluation pattern” is the form of spatial intensity distribution (of the overlay pattern) present in the recording medium, for example a latent or direct image. Overlay patterns generated in succession are thus converted into evaluation patterns which are spatially offset from one another. Depending on the type of evaluation, these can in turn be successively in time or if necessary also be evaluated in parallel to one another.
  • a common displacement of the reference structure and the recording medium is provided relative to the mask structure perpendicular to the optical axis, the displacement path being an integral multiple of a periodicity length p of the reference structure plus a fraction ⁇ of the periodicity length is.
  • a large lateral shift is thus provided. Different areas of the reference structure are used each time a transmission pattern is recorded.
  • Recording medium relative to the reference structure perpendicular to the optical axis made.
  • the same area of the reference structure can always be used for the measurement.
  • the exposure of adjacent, non-overlapping areas of the recording medium can take place, for example, analogously to the exposure of a film in a 35 mm camera.
  • phase shifting methods it is also possible to use suitable multi-strip methods for the measurement.
  • the basic principles of the multi-strip method are known per se and can be found, for example, in the specialist book "Optical Shop Testing" by D. Malacara.
  • the multi-strip method can be used, for example, for distortion measurement using Moire technology.
  • the spatial resolution plays an important role in the detection of spatial intensity distributions of an overlay pattern, since the phase positions are calculated from the relative positions of the strip positions of strips.
  • the phase information is thus encoded as a lateral offset or lateral offset of strips.
  • the information encoded in the overlay pattern is recorded with a suitable spatially continuous recording medium, for example a suitable film or a photoresist layer, resolutions of 400 lp / mm or more can also be easily achieved even with typical standard materials.
  • a suitable spatially continuous recording medium for example a suitable film or a photoresist layer
  • resolutions of 400 lp / mm or more can also be easily achieved even with typical standard materials.
  • the higher spatial resolution and the lack of discretization of the information (non-pixelation) of film material and other continuous recording media is just for that Multi-strip methods are an advantage over information acquisition using a CCD camera.
  • the measuring system can have a very compact, simple structure in the area of the reference structure. All the parts required here can be combined in one sensor unit, which comprises a reference substrate for carrying the reference structure and a recording medium for carrying and / or supporting the recording medium.
  • the reference substrate can be a plate made of a transparent material, in which the reference structure is attached to or in the vicinity of a plate surface.
  • the recording medium can also be a plate made of a transparent material and can support and / or support the recording medium on one of its plate surfaces.
  • the reference substrate and the recording medium can be formed by a single common plate of suitable thickness, which can essentially have the shape of a wafer.
  • the reference substrate and the recording medium can be separate elements, for example two plates, which, if necessary, can be brought into optical contact with one another along complementary contact surfaces, for example by being wrung, and can be separated from one another.
  • This embodiment enables a method variant in which after the imaging system has been measured with the aid of the sensor unit, the recording medium is separated from the reference substrate. While the reference substrate with the possibly sensitive reference structure can remain in place, the recording medium can be brought to an evaluation device and the recording medium can be evaluated there. This reduces the risk of damage to the possibly expensive and sensitive reference substrate in different process steps and this can be reused several times.
  • the recording medium carrying the recording medium is generally less sensitive and can be provided inexpensively.
  • the recording medium can be a flexible film which carries the recording medium. The film can be pressed onto a flat or curved support surface for recording, glued or fixed in some other way and removed after the recording.
  • the recording medium can be firmly connected to the recording medium, for example by gluing, vapor deposition, spin coating, laminating or another type of coating.
  • the recording medium can e.g. be designed as a positive film or negative film.
  • the recording medium can be formed by a photoresist layer applied directly to a transparent substrate.
  • the recording medium in such a way that the evaluation pattern is present in the recording medium in a form that can be further processed immediately after exposure. It is also possible for a development step to be interposed between the acquisition of the evaluation pattern and the subsequent evaluation, for example in order to convert a latent image into an evaluable image.
  • the recording medium can be permanently connected to the recording medium. It is also possible for the recording medium to be designed for releasable attachment to a recording medium.
  • a displacement device for displacing the recording medium relative to the recording medium e.g. be assigned along a support surface of the record carrier, for example in order to guide a film or the like along a disk surface.
  • At least one auxiliary structure can be provided in addition to the reference structure and / or in addition to the pattern structure, which together with the
  • Overlay pattern is imprinted in the recording medium.
  • Auxiliary structures include, for example, registration marks for the correct arrangement of the recording medium and / or gray value gradients for checking or normalizing the resolved gray levels and / or line or cross gratings for image control using moiré technology, as well as combinations of these structures.
  • the evaluation of the evaluation pattern present in or on the recording medium or a development product thereof includes, in a preferred method variant, an opto-electronic recording of the evaluation pattern or a development product of the evaluation pattern for generating digitally processable evaluation data and a computer-aided evaluation of the evaluation data to determine at least one representative of the image quality imaging parameter.
  • An image-capturing camera for example, can be used for opto-electronic recording, with which many areas of the evaluation pattern can be captured simultaneously in a large area by means of image capturing. It is also possible to use a scanner with which the evaluation pattern is recorded in succession along lines and fed to further evaluation. With magnetic recording media, a reader with one or more magnetic reading heads can be used.
  • the invention can be used with different measurement techniques. For example, if a reference structure is provided that the
  • Object structure is adapted such that when the
  • any Moire method can be carried out in the manner according to the invention.
  • the recording medium is arranged in the vicinity of the image area or in an area conjugated to the image area. If an arrangement in the surface of the reference structure is not possible and optical imaging between the reference structure and the recording medium is to be dispensed with, it is preferred if the recording medium is arranged in the region of a Talbot surface of the reference structure. As is known, depending on the wavelength and structure dimensions, a self-mapping of the structure takes place behind a lattice structure in the so-called Talbot distance. This fact can be used for the generation of overlay patterns with only slight blurring of the location information.
  • Typical periodicity lengths are in the range of the wavelength ⁇ of the measuring light used, e.g. at 1 - 20 ⁇ or above In this case, it is preferable to set a distance between the reference structure and the recording medium in
  • Direction of radiation is dimensioned so that the
  • Recording medium is arranged in the optical far field of the reference structure.
  • the diffraction grating in the far field creates a coherent overlay of laterally displaced pupils and thus an interferogram as an overlay pattern.
  • an optical system between the reference structure and the recording medium for imaging a pupil surface of the imaging system on the recording medium.
  • Such arrangements are also possible for point diffraction interferometry.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a first embodiment of a measuring system which operates in the manner of a shearing interferometer
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a first embodiment of a sensor unit for the one shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a second embodiment of a sensor unit for the measuring system shown in FIG. 1;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a third
  • Fig. 5 is a schematic representation of a
  • Recording medium with a plurality of interferograms arranged side by side;
  • FIG. 6 is a schematic illustration of a section of an exposed recording medium with an interferogram and several auxiliary structures exposed with the interferogram;
  • FIG. 7 is a schematic illustration of an embodiment of an evaluation device with one to one
  • Image processing computer connected digital camera and a computer-controlled X / Y shift table for a recording medium to be evaluated;
  • FIG. 8 is an exemplary embodiment of a reference structure with an internal checkerboard grid and external line grids for checking the relative position and phase levels between the mask structure and the reference structures;
  • FIG. 9 is a schematic example of an evaluation pattern which can be generated with the aid of structures according to FIG. 8;
  • Fig. 10 shows different moiré patterns, which are superimposed by
  • Fig. 1 1 is a schematic representation of a second
  • FIG. 12 is a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a sensor unit for use in a measuring system according to FIG. 11;
  • FIG. 13 is a schematic illustration of a second embodiment of a sensor unit for use with a
  • FIG. 14 shows an example of a binary pre-structured recording medium
  • Fig. 15 shows an example of a sinusoidally pre-structured recording medium
  • FIG. 16 shows a sensor unit with a sinusoidally structured cover layer over a recording medium
  • 17 shows a schematic illustration of an embodiment of a measuring system for point diffraction interferometry.
  • FIG. 1 schematically shows a projection objective 10 designed for imaging with ultraviolet light, which is installed in a (not shown) projection exposure system in the form of a wafer stepper at the production site of a semiconductor chip manufacturer.
  • the projection objective 10 serves to image a pattern of a reticle provided with a useful pattern in its object plane 11 into the image plane 12 conjugated to the object plane on a reduced scale without an intermediate image.
  • Several lenses two of which are shown with dashed lenses, and a pupil plane 13, in which an aperture diaphragm 14 is arranged, lie between the object plane and the image plane.
  • the reticle is carried by a reticle holder 15 and the wafer by a wafer holder 16.
  • Computer-controlled scanner drives are assigned to the reticle holder and the wafer holder, in order to synchronize the wafer with the reticle perpendicular to the optical axis 17 during scanning of the projection lens to move in opposite directions.
  • the ultraviolet light for the projection is provided by an upstream lighting system 18.
  • Fig. 1 shows the projection objective 10 in a measurement configuration in which it is in-situ, i.e. using an embodiment of a measurement system according to the invention. at its place of use in the installed state, can be measured interferometrically.
  • the measuring system comprises a measuring mask, which has a mask structure 20 and can be arranged in the reticle holder 15 in exchange for the reticle provided with a useful pattern such that the mask structure essentially coincides with the object plane 11.
  • the measuring system comprises a sensor unit 21, shown enlarged in FIG. 2, which essentially has the round disk shape of a wafer and can be inserted into the wafer holder 16 in a precise manner in exchange for a wafer.
  • the mobile sensor unit 21 of the exemplary embodiment comprises a substrate 22 made of synthetic quartz glass in the form of a plane-parallel plate. On the flat upper side of the quartz wafer 22 there is a reference structure 23 in the form of a matched to the mask structure
  • Diffraction grating made of chrome lines.
  • an areal, radiation-sensitive recording medium 24 is applied, which is also referred to below as the registration medium and is firmly connected to the substrate 22.
  • the radiation-sensitive material of the recording medium 24 designed as a photoresist layer is sensitive to the ultraviolet light of the illumination system 18, but is essentially insensitive to light from the visible wavelength range.
  • the thickness of the substrate 22 is dimensioned such that the reference structure 23 in the case of a sensor unit 21 inserted in the wafer holder essentially coincides with the image plane 12 of the projection lens and the recording medium is arranged in a recording position which lies in the direction of light at a distance behind the reference structure in the far optical field of the diffraction grating 23.
  • the mask is designed as a shadow mask with a symmetrical distribution of holes, the extent of which is large compared to the wavelength used.
  • suitable two-dimensional mask structures are described in DE 101 09 929. The disclosure content of this publication is incorporated by reference into the content of this description.
  • the mask structure 20 acts as a wavefront source for generating wavefronts which pass through the optical imaging system 10 and are normally distorted by this imaging system with the generation of wavefront aberrations before they strike the diffraction grating 23.
  • the optical system 10 maps the structure of the wavefront source 20 onto the diffraction grating 12.
  • the spatial structure of the wavefront source is used to form the spatial coherence of the wavefront.
  • the interferograms differing in that relative phase steps (phase shift) lie between the mask structure 20 shown and the diffraction grating 23.
  • the sensor unit 21 is shifted step by step with the drive of the wafer stage 16 between successive recordings perpendicular to the optical axis 17.
  • the mask structure can also be moved using the reticle stage.
  • the lateral movements of the sensor unit 21 are carried out perpendicular to the optical axis 17 with the aid of the wafer holder 16 in such a way that the interferograms 25, 25 ', 25 "and 25'” recorded in succession do not overlap and a relative phase step is additionally introduced.
  • the displacement path x between successive recordings i • p + n • ⁇ , where i is an integer, n is the number of the phase step and ⁇ is the amount of the phase step
  • the phase position ⁇ of grid patches can also be adapted in this way, as indicated in FIG.
  • corresponding interferograms 25 to 25 '" can be generated at different locations of the recording medium at adjacent locations of the recording medium.
  • this method by shifting the entire sensor unit, both the recording medium 24 as well as the reference structure 23 are shifted, a different location of the reference structure 23 is used for the measurement for each measurement, which places high demands on the accuracy of the production of the Reference structure 23, which can be produced, for example, by microlithography.
  • FIG. 3 shows another embodiment of a sensor unit 121, in which the same lattice position of the reference structure 123 can always be used to generate adjacent interferograms 125 in a recording medium 124.
  • This embodiment comprises a quartz substrate 122 formed as a plane-parallel plate, on the upper side of which the reference structure 123 is attached in a relatively small area, which lies in the area of the optical axis 17 when the sensor unit is installed.
  • the recording medium 124 which may be in the form of a self-supporting flexible film, is guided along the opposite flat back of the substrate, this back guiding the recording medium so that it is aligned parallel to the reference structure.
  • a displacement device 127 is provided with a supply roll 128 and a take-up roll 129, which are rotated step by step during the measuring process by a drive, not shown, to successively different locations of the recording film 124 in the region of the optical axis 17 below to bring the reference structure 123.
  • the supply roll, the drive for the film transport and, if applicable, a non-wired power supply are so compactly designed and arranged that the entire sensor unit 121 can be inserted into any commercially available wafer holder instead of a wafer.
  • This embodiment can be implemented very simply and inexpensively, in particular for areas of application with lower demands on the measurement accuracy, by retrofitting a 35 mm camera or its film transport mechanism.
  • the entire sensor unit can remain stationary during the phase shift.
  • the phase shift can by sliding the mask structure with the help of the reticle holder.
  • the recording medium can be applied directly, that is to say without an intermediate carrier, to a suitable surface of the substrate.
  • a layer of photoresist can be spun on or a light-sensitive silver layer can be evaporated.
  • the recording medium can be applied in such a way that it can be easily removed after the evaluation, for example by washing with a solvent. These steps can be performed without damaging the reference structure. Recyclable substrates are thus possible, so that the measurement can be carried out inexpensively.
  • a single substrate in the form of a quartz wafer which serves as a reference substrate for supporting the reference structure and at the same time as a carrier or substrate or support surface for the recording medium.
  • the third embodiment of a sensor unit 221 according to FIG. 4 has a two-part substrate, which comprises a reference substrate 222 'carrying the reference structure 223 and a film-carrying substrate 222 "serving as recording medium.
  • the two substrates 222' and 222" each have the Form of thin, wafer-shaped quartz plates and are detachably connected to one another by wringing along flat contact surfaces with optical contact with one another.
  • the thickness of the substrates 222 ', 222 " is dimensioned such that the axial distance between the reference structure 223 and the recording medium 224 essentially corresponds to the thickness of the substrate 22 according to FIG. 1.
  • the plates 222', 222" are in the variant shown with a additional clamp fixed to each other on the peripheral area, this clamp can be omitted.
  • the overall shape of the sensor unit 221 corresponds to the shape of a wafer, so that the sensor unit 221 can be placed in a wafer holder 16 in exchange for a wafer.
  • the two-part, detachable design of reference substrates 222 ' and recording medium 222 "reduces the risk of damage to the expensive and sensitive grid substrate 222'. This can be used again and again in different process steps.
  • the record carrier 222 ′′ can be detached from the grid-bearing substrate 222 ′ and brought to the evaluation device. For a further measurement, a recording medium with a still unexposed
  • Recording medium can be sprinkled onto the reference substrate in the manner shown to form a sensor unit 221 which can be used for a new measurement.
  • the film-carrying substrate 222 'with the recording medium 224 can be handled much more simply when coating the substrate with the recording medium than a substrate provided with a sensitive reference structure, so that the coating process can be carried out quickly and inexpensively, for example by spin coating or the like.
  • a large number of interferograms which correspond to the different phase levels of the relative displacement are arranged next to one another.
  • 5 shows, by way of example, the recording medium 24 with a plurality of interferograms 25, 25 ' , 25 " lying next to one another, which are arranged in a regular, square grid. Interferograms with a plurality of phase stages in the x direction and a plurality of phase stages are shown in the y direction.
  • the evaluation of the image information contained in the exposed recording medium can be carried out as follows.
  • the recording medium with the measurement information contained therein is removed from the recording position in the wafer holder, with the entire sensor unit normally being removed for this purpose. If the measuring mask is also removed from the reticle holder, the projection exposure system is ready for further production.
  • the evaluation pattern can be in a form that can be directly evaluated, for example in the form of a stripe pattern. If necessary, the evaluation pattern latently present in the recording medium still has to be developed chemically or in another way. If the image information is present in the recording medium in an optically evaluable form, it is brought into an evaluation position outside the projection exposure system and evaluated there.
  • the measurement system considered here includes an evaluation device 40, shown schematically in FIG. 7.
  • the camera is connected to a computer 42 which, in addition to devices for image acquisition, contains an evaluation program which is configured to determine at least one imaging parameter representing the imaging quality of the optical imaging system.
  • a monitor 43 connected to the computer can be provided to display the images captured by the camera 41 and, if appropriate, to display data serving the operator guidance and information.
  • a shift table 44 is also connected to the computer 41 and is used to bring an interferogram to be detected into the image field of the camera 41 by movements in the x or y direction, which can be adjusted along a vertical z direction for focusing is.
  • the camera can also be displaced in the xy direction, so that an immovable storage surface can be used to hold the recording medium 24.
  • the interferograms are read in according to their assignment to the field point, phase level and phase shift direction and evaluated with the aid of the evaluation program. The evaluation is not part of this invention and is therefore not explained in detail. Possible evaluation routines are described, for example, in the specialist book "Optical Shop Testing" by B. Malacara, 2nd edition, John Wiley & Sons Inc. (1992).
  • auxiliary structures are present in the recording medium in addition to the interferograms (cf. FIG. 6). These can either be introduced by the exposure itself or in some other way. Corresponding auxiliary structures can be assigned to the mask structure and / or the reference structure for generating the auxiliary structures by the exposure itself, the effect of which will be explained later in connection with FIGS. 8 to 10.
  • the auxiliary structures can be, for example, registration marks or reference marks 45, which allow the various evaluation patterns to be offset with one another in a precise position.
  • auxiliary structures can be provided which make it possible to record effects of geometric distortions which can arise, for example, when processing recording media.
  • Gray wedges or the like which can either be stepped (gray wedge 46) or continuous (gray wedge 47), can also be imaged for checking or normalizing the resolved gray levels and the exposure.
  • These structures can improve the measurement accuracy that can be achieved with the method. 8 to 10 explain how, in preferred embodiments, by providing additional auxiliary structures in addition to the mask structure and / or the reference structure, a check and, if necessary, arithmetical correction of phase step errors during phase shifting is possible.
  • These structures can be designed such that both the phase steps and a possible relative rotation of the mask structure and the reference structure can be detected and taken into account.
  • the structures or their superimposition patterns can be imprinted in the recording medium when generating the interferograms and recorded during evaluation and used to correct evaluation errors.
  • 8 shows an embodiment of a mask structure 420 in the form of a square checkerboard grid. Line grids 426 extending in the x and y directions are arranged outside the mask structure.
  • the structured surface of an associated sensor unit has a similar structure with an internal checkerboard grille and external line grids.
  • FIG. 9 shows an example of an intensity pattern generated in a recording medium 424 which arises when the mask is imaged on the reference structure.
  • An interferogram 425 is created in the circular central region as the overlay pattern. The overlaying of the line gratings results in moiré patterns 419 which extend in the x and y directions and lie outside the overlay pattern 425.
  • FIG. 10 For an explanation of the information content of moiré patterns, reference is first made to FIG. 10.
  • sub-picture (a) two superimposed line gratings of the same period are shown, which run parallel to one another and therefore do not produce any moire stripes.
  • sub-figure (b) the line gratings aligned parallel to one another have different periodicity lengths, so that a sinusoidal stripe pattern is produced.
  • the partial figure (c) shows the moiré stripes, though a slight relative lateral displacement of the two line gratings shown in FIG. (b) has occurred parallel to the longitudinal direction of the gratings. In this case, the position of the moire stripes shifts, the spacing of which remains unchanged.
  • Partial figure (d) shows the result of a relative rotation of two line gratings against each other.
  • the resulting moire pattern is a stripe pattern perpendicular to the line direction of the line grid.
  • Sub-figure (e) finally explains a moiré pattern which arises when line gratings of different periodicity lengths (see (b)) are rotated relative to one another.
  • a moire pattern is created with oblique stripes, the line spacing of which is a measure of the relative rotation.
  • the image information shown in FIG. 9 can be interpreted as follows.
  • the same phase position of opposing moiré patterns 419 means that the mask structure and the reference structure have no relative rotation, that is to say they are perfectly adjusted to one another.
  • the phase position of the diffraction grating relative to the coherence-forming mask can be determined with high precision from the phase position of the moiré pattern.
  • the focus can be checked via the contrast of the moire pattern. The greatest contrast is achieved when the mask structure and the reference structure or the associated line gratings lie exactly in conjugate planes. Tilting the contrast curve would indicate that the mask and diffraction grating were not aligned parallel to the object plane or image plane. Based on this additional information, the evaluation pattern can be evaluated with the greatest accuracy.
  • the substrate thickness or the axial distance between the line grating should be essentially one in addition to the reference structure and the recording medium Talbot spacing of the grid can be adjusted, in which the grid is self-mapped and thus blurring of location information can be minimized.
  • a diffusing screen and / or a fluorescent layer to reduce the spatial coherence can optionally be dispensed with.
  • separate measures can be provided to protect the recording medium in order to protect this layer from mechanical damage, for example scratches, and / or from optical damage, e.g. by external exposure.
  • Protective layers can be provided for mechanical protection, but they must not impair the evaluation.
  • the recording medium can be encapsulated by suitable cassettes or the like. It is particularly useful if the material used is essentially only or predominantly sensitive to the useful wavelength used in the measurements (typically in the ultraviolet range) and insensitive in other wavelength ranges, for example in visible ranges. This is particularly advantageous when used in wafer steppers, since light-optical path length and positioning measuring systems are often used, which often work with laser light (e.g. 633nm wavelength).
  • the areas between the partial grids can be provided with a protective layer or a closed chrome layer for measurement over the entire surface.
  • a barrier layer e.g. a bandpass filter, attached to a surface in front of the recording medium to protect against false light and to simplify handling in ambient light.
  • the measurement method is carried out here, for example, using a measurement with a single measurement channel for a single field point.
  • the measuring system comprises a measuring mask with a mask structure 520, which is to be arranged in the object plane 11, and a sensor unit 521 with a reference structure 523, which is to be arranged in the image plane 12 of the projection objective 10.
  • the mask structure 520 is typically a line grid or a parquet pattern.
  • the associated reference structure 523 is a similar grid with the same pattern, which is matched to the imaging scale of the projection objective.
  • the line widths typically correspond approximately to the resolution of the optical imaging system and can be in the micrometer range or less when measuring microlithographic projection objectives.
  • an overlay pattern is created, which typically has the form of a stripe pattern. This is done directly or with the interposition of a frequency converter layer captured by a corresponding recording medium 524.
  • the distortion can be determined from the shape of the moire pattern created by superimposition.
  • a phase shift method can be used, similar to the interferometric method described, in order to obtain overlay patterns or evaluation patterns with different phase positions.
  • the recording can be carried out with two lattice structures that are preferably oriented orthogonally to one another or with two-dimensional lattice structures.
  • the measuring system has the mask with the mask structure 520 and a sensor unit 521 with the reference structure 523 and the recording medium 524.
  • the sensor unit 521 has the flat disk shape of a wafer. The movements of the mask structure and / or reference structure required for the phase shift are carried out by the movable holders 15 and 16 of the projection exposure system.
  • the sensor unit comprises a relatively thin substrate 522 made of quartz glass, on one plate surface of which the reference structure 523 and on the opposite plate surface the recording medium 524 is applied in the form of a thin film of light-sensitive material.
  • a mechanically stable, thicker quartz plate 526 In other embodiments, this plate can also consist of non-transparent material, for example silicon.
  • the thin substrate 522 is transparent to the measuring light, but it can also have a scattering effect and / or have frequency-converting properties. For example, it can consist of cerium-doped quartz glass. With the moire It is important in technology that the recording medium 524 is as close as possible to the reference structure or to a conjugate plane. A high-contrast overlay can be achieved despite the distance from the reference structure if, as in the embodiment shown, the recording medium is arranged at a Talbot distance from the reference structure.
  • the recording medium 524 need not be attached to the thin reference substrate 522. It is also possible to mount the recording medium on the stable carrier plate 526 and to place the reference substrate only on the recording medium. Separate elements can optionally be provided on the edge area of the sensor unit 521 for fixing. It is also possible that the recording medium is not firmly attached to any of the substrates 522, 526.
  • An embodiment which enables the recording medium to be displaced relative to the reference structure is shown schematically in FIG. 13.
  • the spatial sequence of reference structure 623, reference substrate 622, recording medium 624 and stable carrier plate 626 corresponds to the structure in FIG. 12.
  • FIG. 3 Analogously to the embodiments according to FIGS.
  • the entire sensor unit 521 is moved step by step with the aid of the wafer holder between successive measurements, and different grating regions of the reference structure are used in succession.
  • the embodiment according to FIG. 13 permits an immovable arrangement of the sensor unit 621, since only the film-like, flexible recording medium 624 has to be moved relative to the reference structure.
  • the same area of the reference structure is always used here, which can be designed to be correspondingly small.
  • a recording medium exposed with the embodiment according to FIG. 12 can in principle be constructed as shown in FIG. 5. In phase shifting, for example, 2 * 8 phase steps in the x direction and the same number of phase steps in the y direction can be detected. With an image diameter of approx.
  • An evaluation device analogous to the evaluation device 40 shown in FIG. 7 can be used to record and evaluate the evaluation pattern, with a different work program having to be used when evaluating moiré patterns.
  • a variant known as a multi-strip method can also be used.
  • a carrier frequency By rotating the grating orientation, a carrier frequency can be impressed on the moiré pattern so that this method can be used.
  • the advantage is that the phase distribution can be calculated from a single overlay pattern (Moire image), so no phase shift is required. Suitable evaluation methods are described in, for example.
  • the recording medium is arranged in the light path at a distance behind the reference structure, the distance being adapted to the respective measurement method.
  • the reference structure is integrated into the evaluation medium in such a way that the evaluation medium and the reference structure have no or only a very small distance from one another. For example, by pre-structuring the recording medium with a grid pattern, the recording medium can be brought directly into the plane of the reference structure. In this case, it is not necessary to destroy the spatial coherence.
  • the moiré image is not created here by coherent superposition of diffraction orders behind the grating, but solely by adding intensity in the plane of the reference structure.
  • the reference structure can be patterned differently, corresponding structure lines or grid lines can have different intensity profiles and different types of production of such structured recording media are possible.
  • Typical basic patterns are, for example, line grids, cross grids, parquet grids or checkerboard grids.
  • Other lattice shapes, for example combinations of the lattice types mentioned, are also possible.
  • the intensity profiles can be binary, ie abrupt, or designed in grayscale. As an example, FIG.
  • a binary pre-exposed or pre-structured registration medium 724 for example a photoresist or a film, in which there is a rectangular light-dark curve perpendicular to the lines.
  • the material of the recording medium can, for example, be fully exposed or removed in the light areas until saturation and can only be sensitive to radiation at the unexposed spaces.
  • Intensity profiles in grayscale are also possible, for example the sinusoidal intensity profile of a registration medium 824 shown in FIG. 15.
  • Structured recording media of this type can, for example, be pre-exposed in the grating pattern Recording material are generated. It is also possible to produce a contact copy of a master template, which can be formed by a chrome lattice or by writing processes.
  • Exposed areas for example of a photoresist, can remain or be removed from the recording medium.
  • conventional techniques can also be used in lithography, for example coating the layer to be structured with a binary lacquer, exposing it, developing and etching the structure.
  • lithography for example coating the layer to be structured with a binary lacquer, exposing it, developing and etching the structure.
  • exposure can be carried out with targeted blurring or with the aid of low-pass filtering of the image.
  • Imaging by a projection lens would also be possible, the numerical aperture of which would have to be adapted accordingly to the structural dimensions. This has the advantage, among other things, that the geometry errors of the inscribed grating would be precisely known, since distortion errors of the objective and errors of the grating template can be determined in advance.
  • Sinusoidal linear gratings of high accuracy can also be produced holographically by coherent superposition of plane waves.
  • a pre-structured recording medium or a recording medium in the immediate vicinity of a reference structure can also be produced by a thin, structurable or already structured reflection or absorber layer 940 e.g. on a layer of the recording medium 924. is applied by lamination.
  • FIG. 17 schematically shows the structure of a mobile, phase-shifting point diffraction interferometer.
  • a lighting optic 919 following the lighting device 18 is used for light focusing on a Mask structure serving perforated mask 920, which is arranged in the object plane 11 of a projection objective 10 to be measured.
  • the diameter of the hole in the mask structure is smaller than the wavelength of the measuring light and thus serves to generate a spherical wave (solid line) by diffraction.
  • a diffraction grating 921 between shadow mask 920 and projection objective 10 serves to generate a second wave (shown in dashed lines) coherent with the first spherical wave and for phase shifting which may be used.
  • the diffraction grating can also be arranged between the projection objective and its image plane.
  • the reference structure 973 to be arranged in the image plane 12 of the projection objective is likewise designed as a shadow mask. It has at least one quasi-punctiform hole 976, which is used to generate a reference spherical wave by diffraction. Its diameter is smaller than the measuring light wavelength. Next to it there is (at least) a larger hole 977, the diameter of which is significantly larger than the measurement light wavelength and which serves as a spatial limitation of the test specimen wave shown by solid lines.
  • the reference structure 973 is arranged on a flat upper side of a transparent substrate 972.
  • a radiation-sensitive recording medium 974 is applied to the opposite side of the sensor unit 971, for example in the form of a lacquer layer made of photoresist.
  • the axial distance between the reference structure 973 and the recording medium 974 is dimensioned such that the recording medium is located in an area in which an interference pattern (superimposition pattern) is produced by the superimposition of the reference wave coming from the hole 976 and the test specimen wave passing through the hole 977, which information about the imaging quality of the projection lens contains.
  • the interference pattern is stored in layer 974 and can be recorded and evaluated analogously to the manner described above after removal of sensor unit 921 by a camera and the like.
  • the invention provides possibilities, for example, to carry out high-precision wavefront measurements by means of shearing interferometry or by means of point diffraction interferometry or highly precise measurements using moiré technology on projection lenses which are installed in a projection system at their place of use.
  • the measurements are possible regardless of the type of projection exposure system and therefore platform-independent.
  • Mobile sensor units are preferably used for this purpose, which comprise a reference structure and a recording medium and can be inserted into the wafer stages instead of a wafer. These manipulation devices which can be moved with high precision can be used for any necessary displacements of the reference structure, if necessary without modification.
  • the measurement technology on the projection exposure system does not require any optoelectronic image capture devices which work, for example, with a CCD camera and, if appropriate, imaging optics.
  • a universal measuring system has thus been created which, despite the simple structure of its components, permits extremely precise measurements.

Abstract

Bei einem Messverfahren zur Vermessung der Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems (10) wird eine Messmaske bereitgestellt, die eine Maskenstruktur (20) umfasst, die im Bereich einer Objektfläche des Abbildungssystems angeordnet werden kann. Weiterhin wird eine an die Maskenstruktur angepasste Referenzstruktur (23) bereitgestellt, die in der Bildfläche (12) des Abbildungssystems anzuordnen ist, sowie ein flächig ausgedehntes strahlungsempfindliches Aufzeichnungsmedium (24), das derart in einer Aufzeichnungsposition angeordnet wird, dass ein bei Abbildung der Maskenstruktur auf die Referenzstruktur entstehendes Überlagerungsmuster vom Aufzeichnungsmedium erfasst werden kann. Zur Auswertung des Aufzeichnungsmediums wird das Aufzeichnungsmedium aus der Aufzeichnungsposition in eine davon entfernte Auswerteposition gebracht. Das Messverfahren und das zugehörige Messsystem eignen sich besonders zur schnellen, hochgenauen Vermessung von Projektionsobjektiven im eingebauten Zustand in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen.

Description

Beschreibung
Messverfahren und Messsystem zur Vermessung der Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems
Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren sowie ein Messsystem zur Vermessung der Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Vermessung von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen - werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen eingesetzt. Dabei wird ein Muster einer Maske bzw. eines Retikels mit Hilfe eines Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht belegtes Substrat, beispielsweise einen Wafer, abgebildet. Je feiner die abzubildenden Strukturen sind, desto stärker ist die Qualität der erzeugten Produkte von Abbildungsfehlern der verwendeten optischen Abbildungssysteme bestimmt und begrenzt. Diese Abbildungsfehler haben beispielsweise Einfluss auf die abgebildeten Linienbreiten und die Bildlage der abgebildeten Strukturen.
Eine hochgenaue Bestimmung von Abbildungsfehlern ist ein entscheidender Schritt beim Herstellungsprozess optischer Abbildungssysteme, um durch geeignete Justage Systeme mit minimalen Abbildungsfehlern bereitstellen zu können. Hierzu werden häufig interferometrische Messverfahren eingesetzt. Eine nach Art eines Shea ng-Interferometers arbeitende Vorrichtung zur Wellenfronterfassung, die eine schnelle, hochgenaue Vermessung höchstauflösender Projektionsobjektive ermöglicht, ist in der deutschen Patentanmeldung DE 101 09 929 (entsprechend US 2002001088 A1 ) beschrieben. Bei diesem Messsystem wird in der Objektebene des zu prüfenden Abbildungssystems eine mit inkohärentem Licht zu beleuchtende Messmaske zur Formung der Kohärenz der austretenden Strahlung angeordnet. Diese kann einen transparenten Träger, beispielsweise aus Quarzglas, haben, auf dem eine Maskenstruktur aufgebracht ist, beispielsweise durch Beschichtung mit Chrom. Typische Strukturdimensionen von strahlungsdurchlässigen Bereichen dieser Maskenstruktur können groß gegenüber der Wellenlänge der verwendeten Messstrahlung sein. Dies wird hier auch als zweidimensionale bzw. zweidimensional ausgedehnte Maskenstruktur bezeichnet. In der Bildebene des Abbildungssystems ist eine als Beugungsgitter ausgebildete Referenzstruktur angeordnet. Durch die Überlagerung der durch Beugung erzeugten Wellen entsteht hinter dem Beugungsgitter eine Intensitätsverteilung in Form eines Interfero- gramms, das mit Hilfe eines ortauflösenden Detektors elektronisch erfasst und mit Hilfe einer an den Detektor angeschlossenen Auswerteeinrichtung ausgewertet wird. Aus den Wellenfrontaberrationen können Abbildungsfehler niedriger und höherer Ordnungen bestimmt werden.
Eine andere Klasse von Einrichtungen zur Wellenfrontmessung sind die Punktbeugungsinterferometer, die Strukturen mit Öffnungen in der Größenordnung der verwendeten Messlichtwellenlänge oder darunter arbeiten.
Andere Prüfverfahren, insbesondere zur Vermessung der Verzeichnung optischer Systeme, beruhen auf der Ausnutzung des Moire-Effekts. Dabei wird in der Objektebene des Prüflings ein Objektmuster angeordnet, das beispielsweise eine Vielzahl paralleler Linien umfasst, die eine Objektstruktur bilden. Typische Strukturdimensionen von Objektmustern, die z.B. nach Art von Gittern geschaltet sein können, sind groß gegenüber der Wellenlänge der verwendeten Messstrahlung, so dass Beugungseffekte in der Regel vernachlässigbar sind. In der Bildebene wird eine der Objektstruktur ähnliche Referenzstruktur angeordnet. Die Objektstruktur und die Referenzstruktur sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei Abbildung der Objektstruktur auf die Referenzstruktur mit Hilfe des Abbildungssystems ein Überlagerungsmuster (eine Intensitätsverteilung) in Form eines Moire- Musters mit Moirέ-Streifen entsteht. Aus der Intensitätsverteilung des Streifenmusters, welche mit einem ortsauflösenden Detektor elektronisch erfasst werden kann, können Abbildungsparameter, insbesondere für die Verzeichnung des Abbildungssystems, ermittelt werden. Moire-Verfahren sind beispielsweise aus den Patentschriften US 5,767,959 bzw. US 5,973,773 oder EP 0 418 054 bekannt.
Da die Abbildungsqualität optischer Hochleistungssysteme auch in kritischer Weise von Umwelteinflüssen, wie Temperatur, Druck, mechanischer Beanspruchung und dgl. abhängt, ist auch am Einsatzort beim Kunden eine Überwachung der Abbildungsqualität sowie ggf. eine Aberrationsteuerung durch Manipulationen am Abbildungssystem unerlässlich. Hierfür müssen zuverlässige, ausreichend genaue Messverfahren verfügbar sein, die eine schnelle Vermessung der Projektionsobjektive in-situ, d.h. im eingebauten Zustand in einem Wafer-Stepper oder Wafer-Scanner, erlauben.
In der US 5,828,455 ist ein Messverfahren beschrieben, welches eine in-situ-Wellenfrontvermessung von Projektionsobjektiven erlaubt. Das Messverfahren basiert auf einem Hartmann-Test und benötigt ein komplexes Spezialretikel mit einer Lochplatte mit mehreren Löchern und einer dahinter angebrachten Aperturplatte, die Strukturen des Spezialretikels werden auf einen mit Fotoresist beschichteten Wafer belichtet. Die Konstruktion des Retikels bewirkt, dass eine lokale Verkippung der Wellenfront in eine Verzeichnung in der Bildebene umgesetzt wird. Die Auswertung des belichteten Wafers erfolgt durch Ausmessen der Strukturen außerhalb der Projektionsbelichtungsanlage mit einem Scanning-Elektronenmikroskop (SEM) oder anderen mikroskopbasierten Inspektionsgeräten. Das Messlicht des Verfahrens wird vom Beleuchtungssystemen der Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellt. Das Messverfahren bietet für die meisten Anwendungsfälle ausreichende Messgenauigkeit. Da am Spezialretikel jedoch ein Großteil des Beleuchtungslichtes ausgeblendet wird, ergeben sich extrem lange Belichtungszeiten für den Wafer. Die Auswertung des belichteten Wafers ist in apparativer und zeitlicher Hinsicht aufwändig.
Es gibt andere in-situ-Messverfahren, bei denen jeweils Messungen bei verschiedenen numerischen Aperturen und verschiedenen Beleuchtungssettings (multiple illumination settings, MIS) durchgeführt werden. Hier kann zwischen Luftbildmessungen und MIS- Profilmessungen unterschieden werden. Zitate von Artikeln zu Luftbildmessungen sind in der US 5,828,455 angegeben. Eine Resist- basierte-in-situ-Messtechnik ist der sog. Aberration Ring Test (ART), der beispielsweise in der US 6,368,763 B2 beschrieben ist. Beim Aberration Ring Test wird ein ringförmiges Objekt in die Bildebene des Projektionsobjektivs abgebildet. Die am abgebildeten Objekt messbaren Deformationen bezüglich Ringdurchmesser und Ringform bei einer Fokusserie werden mit einem Scanning-System höchster Auflösung erfasst und einer Fourier-Analyse unterzogen, aus der dann Zernike- Koeffizienten abgeleitet werden können. Das Verfahren ist zeitaufwändig. Die Genauigkeit der Ergebnisse ist von zu Grunde liegenden Modellannahmen abhängig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Messverfahren und ein Messsystem bereitzustellen, die mit geringem Zeitaufwand und geringem apparativem Aufwand eine hochgenaue Vermessung von optischen Abbildungssystemen an deren Einsatzort erlauben. Insbesondere soll eine schnelle und präzise Vermessung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-
Projektionsbelichtungsanlagen unterschiedlicher Bauarten ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Messsystem mit den Merkmalen von Anspruch 24 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Ein erfindungsgemäßes Messverfahren zur Vermessung der
Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems umfasst folgende
Schritte: Bereitstellen einer Maskenstruktur im Bereich einer Objektfläche des
Abbildungssystems;
Bereitstellen einer der Maskenstruktur angepassten Referenzstruktur im
Bereich einer Bildfläche des Abbildungssystems;
Bereitstellen mindestens eines flächig ausgedehnten, strahlungsempfindlichen Aufzeichnungsmediums in einer
Aufzeichnungsposition;
Abbilden der Maskenstruktur auf die Referenzstruktur zur Erzeugung einer Intensitätsverteilung im Bereich einer Feldfläche oder einer
Pupillenfläche des Abbildungssystems; Erfassen der Intensitätsverteilung oder eines Bildes der
Intensitätsverteilung mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums;
Bewegen des Aufzeichnungsmediums aus der Aufzeichnungsposition in eine davon entfernte Auswerteposition;
Auswerten des Aufzeichnungsmediums entfernt von der Aufzeichnungsposition. Die Erfindung nutzt aus, dass die für die Bestimmung von Aberrationsparametern oder dgl. erforderliche Ursprungsinformation in einer räumlichen Intensitätsverteilung vorliegt, die beim Messvorgang in dem Aufzeichnungsmedium latent oder permanent gespeichert wird. Diese räumliche Intensitätsverteilung wird im Folgenden auch als Überlagerungsmuster bezeichnet. Die Erfassung der
Intensitätsverteilung bzw. des Überlagerungsmusters (oder eines Bildes davon) mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums wird im Folgenden auch kurz als „Aufzeichnung" der Intensitätsverteilung bzw. des Überlagerungsmusters oder als „Aufnahme" bezeichnet.
Bei dem Aufzeichnungsmedium kann es sich beispielsweise um einen Film, um Fotopapier, um Fotolack oder um ein anderes strahlungsempfindliches Registriermedium handeln, bei dem die Speicherung der Bildinformation der Intensitätsverteilung über chemische oder chemisch-physikalische Vorgänge erfolgt. Denkbar wäre auch die Verwendung lichtempfindlicher, ortsauflösender Speicherchips als Aufzeichnungsmedium.
Es ist weiterhin möglich, Aufzeichnungsmedien zu verwenden, bei denen zur Speicherung der Intensitätsverteilung (bzw. des Überlagerungsmuster) eine Änderung des Ordnungszustandes des Aufzeichnungsmedium durch die auftreffende Strahlung ausgenutzt wird. Beispielsweise kann eine Änderung des Magnetisierungsgrades eines magnetisierbaren Aufzeichnungsmediums genutzt werden. Das Aufzeichnungsmedium kann beispielsweise eine Folie oder eine Schicht mit homogen vormagnetisiertem ferromagnetischem Material umfassen, beispielsweise in Form eingelagerter ferromagnetischer Kristalle. Ähnlich wie bei Tonband- oder Videomaterial kann die Magnetisierung des Materials vor der Aufnahme überwiegend gleichgerichtet sein. Durch die auftreffende Strahlung (Fotoeffekt) und/oder durch lokale, strahlungsindizierte Erwärmung (Absorption) kann sich der Ordnungszustand des Materials, d.h. der Ausrichtungsgrad der Elementarmagnete, lokal in Abhängigkeit der Strahlungsmenge ändern. Damit kann die Intensitätsverteilung des Überlagerungsmusters eingeschrieben werden. Beim Auswertevorgang kann ein Auslesegerät verwendet werden, welches analog einem Magnetlesekopf eines Videorekorders den Ordnungszustand des Aufzeichnungsmediums ausliest und ihn in ein analoges oder digitales Signal umwandelt. Bei Kenntnis der Übertragungsfunktion kann die Intensitätsverteilung konstruiert werden.
Es ist auch möglich, zur Aufzeichnung des Überlagerungsmusters ein Aufzeichnungsmedium mit veränderbaren Polarisationseigenschaften zu nutzen. Beispielsweise kann das Aufzeichnungsmedium aus einer gestreckten Kunststofffolie bestehen, die nur einen ausgewählten Strahlungsanteil einer bestimmten Polarisationsrichtung durchlässt. Bei der Aufzeichnung kann sich durch Fotoeffekt und/oder Strahlungsabsorption der Ordnungszustand der Folie lokal ändern, so dass sich entsprechend der Strahlungsmenge auch lokal der Polarisationsgrad ändert. Hierdurch kann eine räumliche Intensitätsverteilung codiert werden. Die Auswertung kann beispielsweise mit Hilfe eines Leuchttisches oder der gleichen erfolgen, wobei das belichtete Aufzeichnungsmedium mit einem geeigneten Analysator, beispielsweise einer zweiten Polarisationsfolie so überlagert wird, dass deren Vorzugsorientierungen z.B. um 90° gegeneinander verdreht sind. In Transmissionen können dann die „belichteten", also depolarisierten Zonen hell und die „unbelichteten" Zonen dunkel erscheinen. Dieses Muster kann mit optoelektronischen Mitteln digitalisiert und der weiteren Auswertung zugeführt werden. In vielen Fällen kann es günstig sein, als Aufzeichnungsmedium einen geeigneten lithografischen Fotolack (Fotoresist) zu verwenden. Besonders bei Messverfahren, wie der Vielstreifenmethode, bei denen lokale Verzerrungen oder Phasenabweichungen als Streifendurchbiegungen, also als lateraler Versatz von einer idealen Streifenlage oder als lokale Streifenverbiegung registriert werden, können auch Resistmaterialien genutzt werden, die keine Graustufen auflösen, sondern im wesentlichen „digital" bzw. „binär" arbeiten und somit nur die Zustände „hell" und „dunkel" registrieren. Da der Umgang mit Fotoresistlack bei der Halbleiterherstellung gängige Technologie ist, viele der Lacke gegen Umgebungslicht unempfindlich sind, dass Handling solcher Lacke beherrscht wird und das Aufschleudern solcher Lacke auf Substrate sowie deren Belichtung," Entwicklung und das Auslesen von Lackstrukturen auf Auswertetools gut beherrschte Standardtechniken sind, kann die Verwendung von Fotolacken als Aufzeichnungsmedien unter praktischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft sein.
Das Aufzeichnungsmedium wird normalerweise im Strahlungsweg hinter der Referenzstruktur angeordnet. Es gibt auch Varianten, bei denen die Referenzstruktur in das Aufzeichnungsmedium integriert ist. Es ist auch möglich, zwischen dem Durchtritt durch die Referenzstruktur und dem Auftreffen auf das Aufzeichnugsmedium eine oder mehrere Reflexionen vorzusehen. Beispielsweise kann eine Spiegelschicht vorgesehen sein, die mit Abstand hinter der Referenzstruktur an der Rückseite eines transparenten Substrats angebracht ist. In diesem Fall kann das Aufzeichnungsmedium im Bereich der Referenzstruktur angeordnet sein.
Nachdem das Aufzeichnungsmedium beim Messvorgang oder bei einem Teil des Messvorganges „belichtet" worden ist, kann es aus der Aufzeichnungsposition entfernt und außerhalb der zu prüfenden optischen Anordnung ausgewertet werden. Der Transport der Basisinformation für die Auswertung erfolgt also nicht ausschließlich leitungsgebunden, z.B. elektronisch, sondern umfasst die Entnahme des Aufzeichnungsmediums aus der Aufzeichnungsposition. Die Auswertung kann zeitnah oder mit größerem zeitlichen Abstand zum eigentlichen Messvorgang durchgeführt werden. Sobald eine ausreichende Anzahl von Überlagerungsmustern bzw. Intensitätsverteilungen erfasst wurde, kann das Aufzeichnungsmedium aus dem Bereich der Bildfläche des Abbildungssystems entfernt werden, so dass dieses wieder für seine ursprüngliche Aufgabe, beispielsweise die Belichtung von Wafern, genutzt werden kann.
Die Maskenstruktur und die Referenzstruktur werden „im Bereich" von zueinander optisch konjugierten Flächen angeordnet. Dies bedeutet, dass eine Struktur exakt in der entsprechenden Fläche oder geringfügig axial versetzt zu dieser, also in einem geeigneten Abstand in der Nähe der Fläche (defokussiert) angeordnet sein kann. Die optimale Position ist von der gewünschten Verfahrensvariante abhängig. Die zueinander optisch konjugierten Flächen, bei denen es sich in der Regel um ebene Flächen handelt, werden im Folgenden auch als „Objektfläche" bzw. Objektebene und als „Bildfläche" bzw. Bildebene bezeichnet. Die Objektfläche im Sinne dieser Anmeldung ist diejenige Fläche, in deren Bereich bei der Messung die Maskenstruktur angeordnet ist, während im Bereich der Bildfläche die Referenzstruktur sitzt. Die Objektfläche der Messung kann identisch mit der Objektfläche beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abbildungssystems sein, sie kann jedoch auch der Bildfläche beim bestimmungsgemäßen Gebrauch entsprechen. Mit anderen Worten: Die Messrichtung beim erfindungsgemäßen Messverfahren kann der Durchstrahlungsrichtung beim Gebrauch entsprechend, sie kann jedoch auch in entgegengesetzter Richtung verlaufen.
Die Gestaltung der Referenzstruktur ist vom gewünschten Messverfahren abhängig. Bei der eingangs erwähnten Shearing-Inter- ferometrie werden normalerweise Referenzstrukturen eingesetzt, die für die Messstrahlung als Beugungsgitter wirken. Geeignete Gitterkonstanten können abhängig vom gewünschten Beugungswinkel gewählt werden, der wiederum die Ortsauflösung des Verfahrens bestimmt. Typische Dimensionen können im Bereich der Wellenlänge der Messstrahlung oder auch um bis zu einer Größenordnung oder mehr darüber liegen. Bei der Moiretechnik können typische Strukturdimensionen deutlich größer als die Messstrahlungswellenlänge sein, ggf. auch kleiner. Bei der Punktbeugungs-Interferometrie umfasst die Referenzstruktur in der Regel mindestens ein quasi-punktförmiges „Loch" zur Erzeugung einer Referenz-Kugelwelle sowie deutlich größere Durchlassbereiche für eine Prüflingswelle. Der Durchmesser des Loches bzw. des durchlässigen Bereiches ist typischerweise kleiner als die Messlichtwellenlänge.
Die typischen Struktur-Dimensionen der Maskenstruktur können je nach Messverfahren unterschiedlich sein. Beim eingangs erwähnten Shearing-Interferometer werden vorzugsweise Maskenstrukturen verwendet, bei denen typische Dimensionen strahlungsdurchlässiger Bereiche groß gegenüber der Wellenlänge der verwendeten Strahlung sind. Solche Maskenstrukturen werden auch als „zweidimensionale" Maskenstrukturen bezeichnet, es werden dementsprechend zweidimensionale Wellenfrontquellen gebildet, die sich aus einer Vielzahl einzelner Kugelwellen zusammensetzen, deren Quellen in einem Durchlassbereich der Maskenstruktur infinitesimal eng beieinander liegen. Bei der Moire-Technik sind die typische Strukturdimensionen ebenfalls gross gegen die Messlichtwellenlänge Es ist auch möglich, Maskenstrukturen zu verwenden, bei denen mindestens ein Teil von strahlungsdurchlässigen Bereichen typische Strukturdimensionen im Bereich der verwendeten
Strahlungswellenlänge oder darunter hat. Hierdurch können quasi- punktförmige Wellenfrontquellen zur Erzeugung einzelner Kugelwellen (Pinholes) geschaffen werden, wie sie bei der Punktbeugungs- Interferometrie (Point Diffraction Interferometry, PDI) verwendet werden. Bei einer Weiterbildung wird eine Sensoreinheit bereitgestellt, welche die Referenzstruktur und das Aufzeichnungsmedium mit lagerichtiger räumlicher Zuordnung zueinander umfasst. Wird die Sensoreinheit so angeordnet, dass die Referenzstruktur im wesentlichen mit der Bildfläche zusammenfällt, so ist gleichzeitig auch das Aufzeichnungsmedium lagerichtig angeordnet, z.B. mit Abstand hinter der Referenzstruktur parallel zu dieser. Die Sensoreinheit kann so dimensioniert und geformt sein, dass sie anstelle eines zu belichtenden Gegenstandes, wie eines Wafers, in eine für diesen Gegenstand vorgesehene Halterung einbringbar ist. Die Sensoreinheit kann beispielsweise im wesentlichen die Scheibenform eines Wafers haben und an seiner Stelle in eine Wafer- Stage eingebaut bzw. nach der Messung wieder ausgebaut werden. Auf diese Weise kann bei einer Projektionsbelichtungsanlage an deren Einsatzort einfach zwischen Produktionskonfiguration (zur Wafer-Belich- tung) und Messkonfiguration gewechselt werden. Hierzu ist neben dem Einwechseln der Sensoreinheit anstelle des Wafers lediglich erforderlich, eine geeignete Messstruktur in den Bereich der Objektebene zu bringen, z.B durch eine Auswechslung des für die Waferbelichtung verwendeten Retikels mit dem Nutzmuster gegen eine Messmaske, die die zweidimensionale Maskenstruktur des Messsystems trägt. Es ist somit ein plattformunabhängiges Messsystem geschaffen.
Bei manchen der hier betrachteten Messverfahren ist es für die Ermittlung einer ausreichenden Datenmenge erforderlich, mehrere Intensitätsverteilungen bzw. Überlagerungsmuster aufzuzeichnen, wobei sich diese Überlagerungsmuster dadurch unterscheiden, dass zwischen der Maskenstruktur und der Referenzstruktur relative Phasenstufen vorliegen (Phasenschiebung). Hierzu wird bei einer Ausführungsform eine Relativverschiebung zwischen Maskenstruktur und Referenzstruktur in einer Verschiebungsrichtung senkrecht zur optischen Achse des Abbildungssystems durchgeführt, um mehrere Überlagerungsmuster mit unterschiedlichen Phasenlagen zu erhalten. Bevorzugt werden die Überlagerungsmuster oder Bilder der Überlagerungsmuster mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums derart erfasst, dass die einzelnen Auswertemuster in dem Aufzeichnungsmedium versetzt zueinander liegen und sich insbesondere nicht überlappen. Ein „Auswertemuster" ist die im Aufzeichnungsmedium vorliegende Form der räumlichen Intensitätsverteilung (des Überlagerungsmusters), z.B. ein latentes oder direktes Bild. Zeitlich aufeinander folgend erzeugte Überlagerungsmuster werden somit in Auswertemuster umgesetzt, die räumlich zueinander versetzt liegen. Diese können je nach Auswertungsart wiederum zeitlich nacheinander oder gegebenenfalls auch parallel zueinander ausgewertet werden.
Um einen lateralen Versatz von Auswertemustern ohne gegenseitige Überlappung zu erzielen, ist bei einer Verfahrensvariante eine gemeinsame Verschiebung der Referenzstruktur und des Aufzeichnungsmediums relativ zur Maskenstruktur senkrecht zur optischen Achse vorgesehen, wobei der Verschiebeweg ein ganzzahliges Vielfaches einer Periodizitätslänge p der Referenzstruktur zuzüglich eines Bruchteils Δφ der Periodizitätslänge beträgt. Zusätzlich zu der für eine Phasenschiebung erforderlichen kleinen Verschiebung Δφ ist somit eine große Lateralverschiebung vorgesehen. Dabei werden bei jeder Aufzeichnung eines Übertragungsmusters unterschiedliche Bereiche der Referenzstruktur genutzt.
Bei einer anderen Variante wird zwischen aufeinander folgenden Aufzeichnungen von Auswertemustern eine Verschiebung des
Aufzeichnungsmediums relativ zu der Referenzstruktur senkrecht zur optischen Achse vorgenommen. Bei dieser Verfahrensvariante kann immer der gleiche Bereich der Referenzstruktur zur Messung genutzt werden. Die Belichtung von nebeneinander liegenden, nicht überlappenden Bereichen des Aufzeichnungsmediums kann beispielsweise analog der Belichtung eines Films in einer Kleinbildkamera erfolgen.
Alternativ zu Phasenschiebeverfahren ist es auch möglich, geeignete Vielstreifenverfahren zur Messung zu verwenden. Grundprinzipien des Vielstreifenverfahrens sind an sich bekannt und können beispielsweise dem Fachbuch „Optical Shop Testing" von D. Malacara entnommen werden. Das Vielstreifenverfahren kann beispielsweise bei der Verzeichnungsmessung mittels Moire-Technik eingesetzt werden.
Bei den Vielstreifenverfahren, also bei Methoden mit eingestellter Trägerfrequenz, spielt die Ortsauflösung bei der Erfassung räumlicher Intensitätsverteilungen eines Überlagerungsmusters eine wichtige Rolle, da die Phasenlagen aus Relativpositionen der Streifenlagen von Streifen berechnet werden. Die Phaseninformation ist also als Lateralversatz bzw. seitlicher Versatz von Streifen kodiert. Bei derzeit verfügbaren elektronischen Kameras werden typischerweise Pixelgrößen (Größen von Bildpunkten) bis ca. 6 - 7 μm erreicht, was einer Auflösung von ca. 70 - 80 Linienpaaren pro mm entspricht. Wird dagegen die im Überlagerungsmuster kodierte Information mit einem geeigneten räumlich kontinuierlichen Aufzeichnungsmedium erfasst, beispielsweise einem geeigneten Film oder einer Fotolackschicht, so können auch bei typischen Standardmaterialen Auflösungen von 400lp/mm oder mehr ohne weiteres erreicht werden. Das höhere räumliche Auflösungsvermögen und das Fehlen einer Diskretisierung der Information (Nicht-Pixelierung) von Filmmaterial und anderen kontinuierlichen Aufzeichnungsmedien ist somit gerade für die Vielstreifenmethoden ein Vorteil gegenüber der Informationserfassung mit Hilfe von CCD-Kamera.
Das Messsystem kann im Bereich der Referenzstruktur einen sehr kompakten, einfachen Aufbau haben. Sämtliche hier erforderlichen Teile können in einer Sensoreinheit zusammengefasst sein, die ein Referenzsubstrat zum Tragen der Referenzstruktur und einen Aufzeichnungsträger zum Tragen und/oder Abstützen des Aufzeichnungsmediums umfasst. Das Referenzsubstrat kann eine Platte aus einem transparenten Material sein, bei der an oder in der Nähe einer Plattenfläche die Referenzstruktur angebracht ist. Der Aufzeichnungsträger kann ebenfalls eine Platte aus einem transparenten Material sein und das Aufzeichnungsmedium an einer ihrer Plattenflächen tragen und/oder abstützen. Das Referenzsubstrat und der Aufzeichnungsträger können durch eine einzige gemeinsame Platte geeigneter Dicke gebildet sein, die im wesentlichen die Form eines Wafers haben kann. Es ist auch möglich, dass das Referenzsubstrat und der Aufzeichnungsträger gesonderte Elemente, beispielsweise zwei Platten, sind, die ggf. entlang komplementärer Kontaktflächen z.B. durch Ansprengen in optischen Kontakt miteinander gebracht werden können und voneinander trennbar sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verfahrensvariante, bei der nach der Vermessung des Abbildungssystems mit Hilfe der Sensoreinheit der Aufzeichnungsträger vom Referenzsubstrat getrennt wird. Während das Referenzsubstrat mit der ggf. empfindlichen Referenzstruktur an seinem Ort verbleiben kann, kann der Aufzeichnungsträger zu einer Auswerteeinrichtung gebracht und dort das Aufzeichnungsmedium ausgewertet werden. Dies reduziert das Risiko der Beschädigung des ggf. teuren und empfindlichen Referenzsubstrates bei verschiedenen Prozessschritten und dieses kann mehrfach wiederverwendet werden. Der das Aufzeichnungsmedium tragende Aufzeichnungsträger ist in der Regel weniger empfindlich und kann preiswert bereitgestellt werden. Der Aufzeichnungsträger kann ein biegsamer Film sein, der das Aufzeichnungsmedium trägt. Der Film kann für die Aufzeichnung an eine ebene oder gekrümmte Stützfläche angepresst, angeklebt oder auf andere Weise fixiert und nach der Aufzeichnung abgenommen werden.
Das Aufzeichnungsmedium kann mit dem Aufzeichnungsträger fest verbunden sein, beispielsweise durch Kleben, Aufdampfen, Aufschleudern, Kaschieren oder eine andere Beschichtungsart. Das Aufzeichnungsmedium kann z.B. als Positivfilm oder Negativfilm ausgelegt sein. Das Aufzeichnungsmedium kann durch eine direkt auf ein transparentes Substrat augfebrachte Fotolackschicht gebildet sein.
Es ist möglich, das Aufzeichnungsmedium so zu wählen, dass das Auswertemuster im Aufzeichnungsmedium direkt nach der Belichtung in weiterverarbeitbarer Form vorliegt. Es ist auch möglich, dass zwischen der Erfassung des Auswertungsmusters und der nachfolgenden Auswertung noch ein Entwicklungsschritt zwischenzuschalten ist, um beispielsweise ein latentes Bild in ein auswertbares Bild umzuwandeln. Das Aufzeichnungsmedium kann permanent fest mit dem Aufzeichnungsträger verbunden sein. Es ist auch möglich, dass das Aufzeichnungsmedium zur lösbaren Befestigung an einem Aufzeichnungsträger ausgebildet ist. Schließlich kann dem Aufzeichnungsträger auch eine Verschiebungseinrichtung zur Verschiebung des Aufzeichnungsmediums relativ zum Aufzeichnungsträger, z.B. entlang einer Stützfläche des Aufzeichnungsträgers zugeordnet sein, um beispielsweise einen Film oder dgl. an einer Plattenfläche entlang zu führen.
Um die Auswertung zu erleichtern, kann neben der Referenzstruktur und/oder neben der Musterstruktur mindestens eine Hilfsstruktur vorgesehen sein, die beim Messvorgang gemeinsam mit dem
Überlagerungsmuster in das Aufzeichnungsmedium einbelichtet wird. Als Hilfsstrukturen kommen beispielsweise Registriermarken zur lagerichtigen Anordnung des Aufzeichnungsmediums und/oder Grauwertverläufe zur Kontrolle bzw. Normierung der aufgelösten Graustufen und/oder Linien- oder Kreuzgitter zur Abbildungskontrolle mittels Moire-Technik sowie Kombinationen dieser Strukturen in Betracht.
Die Auswertung des im oder am Aufzeichnungsmedium vorhandenen Auswertemusters bzw. eines Entwicklungsproduktes davon umfasst bei einer bevorzugten Verfahrensvariante eine opto-elektronische Erfassung des Auswertungsmusters oder eines Entwicklungsproduktes des Auswertungsmusters zur Erzeugung von digital verarbeitbaren Auswertedaten sowie eine rechnergestützte Auswertung der Auswertedaten zur Ermittlung mindestens eines die Abbildungsqualität repräsentierenden Abbildungsparameters. Zur opto-elektronischen Erfassung kann beispielsweise eine bilderfassende Kamera genutzt werden, mit der in einem flächig ausgedehnten Bereich mittels Bilderfassung gleichzeitig viele Stellen des Auswertemusters erfasst werden können. Möglich ist auch die Verwendung eines Scanners, mit dem das Auswertemuster zeitlich aufeinander folgend entlang von Linien erfasst und der weiteren Auswertung zugeführt wird. Bei magnetischen Aufzeichnungsmedien kann ein Lesegerät mit einem oder mehreren Magnetleseköpfen genutzt werden.
Zur Auswertung der Auswertedaten kann jedes geeignete Auswerteverfahren herangezogen werden, weshalb hier nicht näher auf Auswerteverfahren eingegangen wird.
Die Erfindung kann bei unterschiedlichen Messtechniken genutzt werden. Wird beispielsweise eine Referenzstruktur bereitgestellt, die der
Objektstruktur derart angepasst ist, dass bei Abbildung der
Objektstruktur auf die Referenzstruktur ein Moire-Muster als Überlagerungsmuster erzeugbar ist, so können beliebige Moire- Verfahren auf erfindungsgemäße Weise durchgeführt werden. In diesem Fall ist es günstig, wenn das Aufzeichnungsmedium in der Nähe der Bildfläche oder in einer zur Bildfläche konjugierten Fläche angeordnet ist. Wenn eine Anordnung in der Fläche der Referenzstruktur nicht möglich ist und auf eine optische Abbildung zwischen Referenzstruktur und Aufzeichnungsmedium verzichtet werden soll, so ist es bevorzugt, wenn das Aufzeichnungsmedium im Bereich einer Talbot-Fläche der Referenzstruktur angeordnet ist. Bekanntlich findet abhängig von Wellenlänge und Strukturdimensionen im sog. Talbot-Abstand hinter einer Gitterstruktur eine Selbstabbildung der Struktur statt. Dieser Umstand kann für die Erzeugung von Überlagerungsmustern mit nur geringen Verwaschungen der Ortsinformationen genutzt werden.
Es ist auch möglich, eine Referenzstruktur bereitzustellen, die als Beugungsgitter für die bei der Messung verwendete Strahlung wirksam ist. Typische Periodizitätslängen liegen hier im Bereich der Wellenlänge λ des verwendeten Messlichtes, z.B. bei 1 - 20 λ oder darüber In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn ein Abstand zwischen der Referenzstruktur und dem Aufzeichnungsmedium in
Strahlungslaufrichtung so bemessen ist, dass das
Aufzeichnungsmedium im optischen Fernfeld der Referenzstruktur angeordnet ist. Bei geeigneter Maskenstruktur entsteht durch das Beugungsgitter im Fernfeld eine kohärente Überlagerung von lateral versetzten Pupillen und damit ein Interferogramm als Überlagerungsmuster. Es ist auch möglich, zwischen der Referenzstruktur und dem Aufzeichnungsmedium ein optisches System zur Abbildung einer Pupillenfläche des Abbildungssystems auf das Aufzeichnungsmedium anzuordnen. Solche Anordnungen sind auch für die Punktbeugungsinterferometrie möglich. Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Messsystems, das nach Art eines Shearing-Interferometers arbeitet;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Sensoreinheit für das in Fig. 1 gezeigte
Messsystem;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Sensoreinheit für das in Fig. 1 gezeigte Messsystem;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform einer Sensoreinheit für das in Fig. 1 gezeigte
Messsystem;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines
Aufzeichnungsmediums mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Interferogramme;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines belichteten Aufzeichnungsmediums mit einer Interferogramm und mehreren mit dem Interferogramm belichteten Hilfsstrukturen;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Auswerteeinrichtung mit einer an einen
Bildverarbeitungsrechner angeschlossene Digitalkamera und einem rechnergesteuerten X/Y-Verschiebetisch für ein auszuwertendes Aufzeichnungsmedium;
Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Referenzstruktur mit einem innenliegenden Schachbrettgitter und außenliegenden Liniengittern zur Kontrolle von relativer Lage und Phasenstufen zwischen Maskenstruktur und Referenzstrukturen;
Fig. 9 ist ein schematisches Beispiel eines Auswertungsmusters, welches mit Hilfe von Strukturen gemäß Fig. 8 erzeugbar ist;
Fig. 10 zeigt verschiedene Moire-Muster, die durch Überlagerung von
Liniengittern entstehen können;
Fig. 1 1 ist eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform eines Messsystems zur Vermessung mittels
Moire-Technik;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensoreinheit zur Verwendung in einem Messsystem gemäß Fig. 11 ;
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Sensoreinheit zur Verwendung für ein
Messsystem gemäß Fig. 1 1 ; Fig. 14 zeigt ein Beispiel für ein binär vorstrukturiertes Aufzeichnungsmedium;
Fig. 15 zeigt ein Beispiel für ein sinusförmig vorstrukturiertes Aufzeichnungsmedium;
Fig. 16 zeigt eine Sensoreinheit mit einer sinusförmig strukturierten Deckschicht über einem Aufzeichnungsmedium;
Fig. 17 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Messsystems für die Punktbeugungsinterferometrie.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der Vermessung von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie näher erläutert, sie ist jedoch auch bei der Vermessung anderer optischer Abbildungssysteme, beispielsweise von Photooptiken oder dergleichen, geeignet. In Fig. 1 ist schematisch ein für die Abbildung mit Ultraviolettlicht ausgelegtes Pröjektionsobjektiv 10 gezeigt, welches in eine (nicht dargestellte) Projektionsbelichtungsanlage in Form eines Wafer-Steppers am Produktionsstandort eines Halbleiterchip-Herstellers eingebaut ist. Das Projektionsobjektiv 10 dient dazu, ein in seiner Objektebene 11 angeordnetes Muster eines mit einem Nutzmuster versehenen Retikels in die zur Objektebene konjugierte Bildebene 12 in reduziertem Maßstab ohne Zwischenbild abzubilden. Dort befindet sich ein mit einer Photoresistschicht belegter Halbleiterwafer. Zwischen Objektebene und Bildebene liegen mehrere Linsen, von denen zwei mit gestrichelten Linsen gezeigt sind, und eine Pupillenebene 13, in der eine Aperturblende 14 angeordnet ist. Bei der Wafer-Belichtung wird das Retikel von einem Retikel-Halter 15 und der Wafer von einem Wafer- Halter 16 getragen. Dem Retikel-Halter und dem Wafer-Halter sind computergesteuerte Scannerantriebe zugeordnet, um den Wafer beim Scannen synchron mit dem Retikel senkrecht zur optischen Achse 17 des Projektionsobjektivs gegenläufig zu bewegen. Das Ultraviolettlicht für die Projektion wird von einem vorgeschalteten Beleuchtungssystem 18 bereit gestellt.
Fig. 1 zeigt das Projektionsobjektiv 10 in einer Messkonfiguration, bei der es mit Hilfe einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems in-situ, d.h. an seinem Einsatzort in eingebautem Zustand, Interferometrisch vermessen werden kann. Das Messsystem umfasst eine Messmaske, die eine Maskenstruktur 20 aufweist und im Austausch gegen das mit Nutzmuster versehene Retikel so im Retikel-Halter 15 angeordnet werden kann, dass die Maskenstruktur im wesentlichen mit der Objektebene 1 1 zusammenfällt. Weiterhin umfasst das Messsystem eine in Fig. 2 vergrößert dargestellte Sensoreinheit 21 , die im wesentlichen die runde Scheibenform eines Wafers hat und im Austausch gegen einen Wafer passgenau in den Wafer-Halter 16 eingelegt werden kann. Die mobile Sensoreinheit 21 des Ausführungsbeispiels umfasst ein aus synthetischem Quarzglas gefertigtes Substrat 22 in Form einer planparallelen Platte. Auf der ebenen Oberseite des Quarz-Wafers 22 ist eine an die Maskenstruktur angepasste Referenzstruktur 23 in Form eines
Beugungsgitters aus Chrom-Linien aufgebracht. Auf der gegenüberliegenden, ebenen Plattenfläche des Quarz-Wafers 22 ist ein flächig ausgedehntes, strahlungsempfindliches Aufzeichnungsmedium 24 aufgebracht, das im folgenden auch als Registriermedium bezeichnet wird und fest mit dem Substrat 22 verbunden ist. Das strahlungsempfindliche Material des als Photolackschicht ausgebildeten Aufzeichnungsmediums 24 ist für das Ultraviolettlicht des Beleuchtungssystems 18 empfindlich, jedoch im wesentlichen unempfindlich gegen Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich. Die Dicke des Substrats 22 ist so bemessen, dass bei einer in den Wafer-Halter eingelegten Sensoreinheit 21 die Referenzstruktur 23 im wesentlichen mit der Bildebene 12 des Projektionsobjektivs zusammenfällt und das Aufzeichnungsmedium in einer Aufzeichnungsposition angeordnet ist, die in Lichtlaufrichtung mit Abstand hinter der Referenzstruktur im optischen Fernfeld des Beugungsgitters 23 liegt.
Die Maske ist im Beispielsfall als Lochmaske mit einer symmetrischen Verteilung von Löchern ausgestaltet, deren Ausdehnung jeweils groß gegen die verwendete Wellenlänge ist. Beispiele geeigneter zweidimensionaler Maskenstrukturen sind in der DE 101 09 929 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichung wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Bei Beleuchtung mit Hilfe des Beleuchtungssystems 18 wirkt die Maskenstruktur 20 als Wellenfrontquelle zur Erzeugung von Wellenfronten, die das optische Abbildungssystem 10 durchlaufen und im Normalfall durch dieses Abbildungssystem unter Erzeugung von Wellenfrontaberrationen verzerrt werden, bevor sie auf das Beugungsgitter 23 treffen. Dabei bildet das optische System 10 die Struktur der Wellenfrontquelle 20 auf das Beugungsgitter 12 ab. Die räumliche Struktur der Wellenfrontquelle dient dabei zur Formung der räumlichen Kohärenz der Wellenfront. Bei der hierdurch möglichen Shearing-Interferometrie werden prinzipiell verschiedene Orte der Pupille 13 des Abbildungssystems 10 interferometrisch miteinander verglichen, indem beispielsweise das Licht einer das Beugungsgitter 23 ungebeugt durchlaufenden nullten Beugungsordnung mit dem Licht der ersten Beugungsordnungen zur Bildung eines Überlagerungsmusters im Bereich des Aufzeichnungsmediums 24 überlagert wird. Auf diese Weise entsteht bei der Belichtung im Bereich des Aufzeichnungsmediums 24 ein Interferogramm 25 (Überlagerungsmuster), welches hier auch als Auswertemuster bezeichnet wird und Basisinformation über Aberrationen des optischen Systems 10 enthält. Zur Bestimmung der Wellenfront sind bei dieser Ausführung des Messverfahrens mehrere Aufnahmen, d.h. mehrere Interferogramme nötig, wobei sich die Interferogramme dadurch unterscheiden, dass zwischen der abgebildeten Maskenstruktur 20 und dem Beugungsgitter 23 jeweils relative Phasenstufen liegen (Phasenschiebung). Hierzu wird die Sensoreinheit 21 mit Hilfe des Antriebs der Wafer-Stage 16 zwischen aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen senkrecht zur optischen Achse 17 stufenweise verschoben. Alternativ kann bei feststehender Referenzstruktur auch die Maskenstruktur mittels der Retikel-Stage bewegt werden. Die Phasenstufen zwischen den Aufnahmen betragen jeweils Bruchteile der Gitterperiode p des Beugungsgitters, beispielsweise Δφ = 1/n-p, wobei φ die Phasenstufe und p die Gitterperiode bedeutet und n > 3 ist. Im Beispielsfall werden die Lateralbewegungen der Sensoreinheit 21 senkrecht zur optischen Achse 17 mit Hilfe des Wafer-Halters 16 so ausgeführt, dass sich die aufeinanderfolgend aufgenommenen Interferogramme 25, 25', 25" und 25'" nicht überlappen und zusätzlich ein relativer Phasenschritt eingeführt wird. Dabei kann der Verschiebeweg x zwischen aufeinanderfolgenden Aufnahmen (d.h. Aufzeichnungen von Überlagerungsmustern im Aufzeichnungsmedium, beispielsweise geschrieben werden als x = i • p + n • Δφ, wobei i eine ganze Zahl, n die Nummer der Phasenstufe und Δφ der Betrag der Phasenstufe ist. Es kann auch die Phasenlage Δφ von Gitterpatches angepasst werden. Auf diese Weise können, wie in Fig. 2 angedeutet, an nebeneinanderliegenden Orten des Aufzeichnungsmediums jeweils verschiedenen Phasenstufen entsprechende Interferogramme 25 bis 25'" erzeugt werden. Da bei diesem Verfahren durch Verschiebung der gesamten Sensoreinheit sowohl das Aufzeichnungsmedium 24, als auch die Referenzstruktur 23 verschoben werden, wird hier bei jeder Messung eine andere Stelle der Referenzstruktur 23 zur Vermessung benutzt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Fertigung der Referenzstruktur 23, die beispielsweise auf mikrolithographischem Wege hergestellt sein kann.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform einer Sensoreinheit 121 gezeigt, bei der zur Erzeugung von nebeneinanderliegenden Interferogrammen 125 in einem Aufzeichnungsmedium 124 immer die gleiche Gitterstelle der Referenzstruktur 123 benutzt werden kann. Diese Ausführungsform umfasst ein als planparallele Platte ausgebildetes Quarz-Substrat 122, an dessen Oberseite in einem relativ kleinen Bereich, der bei eingebauter Sensoreinheit im Bereich der optischen Achse 17 liegt, die Referenzstruktur 123 angebracht ist. Das Aufzeichnungsmedium 124, welches die Form eines selbsttragenden biegsamen Filmes haben kann, wird an der gegenüberliegenden, ebenen Rückseite des Substrats entlanggeführt, wobei diese Rückseite das Aufzeichnungsmedium so führt, dass es parallel zur Referenzstruktur ausgerichtet ist. Zur Bewegung des Aufzeichnungsmediums entlang der Substratrückseite ist eine Verschiebungseinrichtung 127 mit einer Vorratsrolle 128 und einer Aufwickelrolle 129 vorgesehen, die von einem nicht gezeigten Antrieb während des Messvorganges schrittweise gedreht werden, um zeitlich aufeinanderfolgend unterschiedliche Stellen des Aufzeichnungsfilms 124 in den Bereich der optischen Achse 17 unterhalb der Referenzstruktur 123 zu bringen. Die Vorratsrolle, der Antrieb für den Filmtransport und gegebenenfalls eine nicht leitungsgebundene Energieversorgung sind bei dieser Ausführungsform so kompakt gestaltet und angeordnet, dass die gesamte Sensoreinheit 121 anstelle eines Wafers in jede handelsübliche Wafer-Halterung eingelegt werden kann. Diese Ausführungsform kann, insbesondere für Einsatzgebiete mit geringere Anforderungen an die Messgenauigkeit, durch Umrüstung einer Kleinbildkamera bzw. deren Filmtransportmechanismus sehr einfach preiswert realisierbar sein. Die gesamte Sensoreinheit kann während der Phasenschiebung stationär verbleiben. Die Phasenschiebung kann durch Schieben der Maskenstruktur mit Hilfe des Retikel-Halters durchgeführt werden.
Es ist auch möglich, dass das Aufzeichnungsmedium direkt, also ohne Zwischenträger, an einer geeigneten Fläche des Substrats aufgetragen wird. Beispielsweise kann eine Schicht aus Fotolack aufgeschleudert oder eine lichtempfindliche Silberschicht aufgedampft werden. Das Aufzeichnungsmedium kann in der Weise aufgebracht werden, dass es nach der Auswertung leicht entfernbar ist, beispielsweise durch Abwaschen mit einem Lösungsmittel. Diese Schritte können durchgeführt werden, ohne dass die Referenzstruktur beschädigt wird. Damit sind wiederverwertbare Substrate möglich, so dass die Vermessung kostengünstig durchgeführt werden kann.
Bei den Sensoreinheiten 21 , 121 gemäß Fig. 1 bis 3 ist ein einziges Substrat in Form eines Quarz-Wafers vorgesehen, das als Referenzsubstrat zum Tragen der Referenzstruktur und gleichzeitig als Träger bzw. Substrat oder Stützfläche für das Aufzeichnungsmedium dient. Im Unterschied dazu hat die dritte Ausführungsform einer Sensoreinheit 221 gemäß Fig. 4 ein zweiteiliges Substrat, welches ein die Referenzstruktur 223 tragendes Referenzsubstrat 222' und ein als Aufzeichnungsträger dienendes, filmtragendes Substrat 222" umfasst. Die beiden Substrate 222' und 222" haben jeweils die Form dünner, waferförmiger Quarzplatten und sind durch Ansprengen entlang ebener Kontaktflächen mit optischem Kontakt zueinander lösbar miteinander verbunden. Die Dicke der Substrate 222', 222" ist so bemessen, dass der axiale Abstand zwischen Referenzstruktur 223 und Aufzeichnungsmedium 224 im wesentlichen der Dicke des Substrats 22 gemäß Fig. 1 entspricht. Die Platten 222', 222" sind bei der gezeigten Variante mit einer zusätzlichen Klammer am Umfangsbereich aneinander fixiert, diese Klammer kann jedoch entfallen. Die Gesamtform der Sensoreinheit 221 entspricht der Form eines Wafers, so dass die Sensoreinheit 221 im Austausch mit einem Wafer in einen Wafer-Halter 16 eingelegt werden kann. Die zweiteilige, lösbare Gestaltung von Referenzsubstraten 222' und Aufzeichnungsträger 222" reduziert das Risiko der Beschädigung des teuren und empfindlichen Gittersubstrates 222'. Dieses kann bei verschiedenen Prozessschritten mehrfach wieder verwendet werden. Nachdem bei einer Messung mit verschiedenen Phasenschritten das Aufzeichnungsmedium 224 mit Interferogrammen 225 belichtet ist, kann der Aufzeichnungsträger 222" vom gittertragenden Substrat 222' abgelöst und zur Auswerteeinrichtung gebracht werden. Für eine weitere Messung kann ein Aufzeichnungsträger mit einem noch unbelichteten
Aufzeichnungsmedium in der gezeigten Weise an das Referenzsubstrat angesprengt werden, um eine für eine neue Messung verwendbare Sensoreinheit 221 zu bilden. Das filmtragende Substrat 222' mit Aufzeichnungsmedium 224 kann bei der Beschichtung des Substrats mit dem Aufzeichnungsmedium wesentlich einfacher gehandhabt werden als ein mit einer empfindlichen Referenzstruktur versehenes Substrat, so dass der Beschichtungsvorgang schnell und preiswert, beispielsweise durch Aufschleudern oder dergleichen, erfolgen kann.
Bei allen Ausführungsformen kann durch geeignete Lateralverschiebung zwischen Aufzeichnungsmedium und dem zur Messung benutzten Bereich der Referenzstruktur in der beschriebenen Weise erreicht werden, dass auf oder in einem Aufzeichnungsmedium eine Vielzahl von Interferogrammen, die den unterschiedlichen Phasenstufen der Relativverschiebung entsprechen, nebeneinander angeordnet sind. Die nicht maßstäbliche stark schematisierte Darstellung in Fig. 5 zeigt beispielhaft das Aufzeichnungsmedium 24 mit mehreren nebeneinanderliegenden Interferogrammen 25, 25', 25", die in einem regelmäßigen, quadratischen Raster angeordnet sind. Gezeigt sind Interferogramme mit mehreren Phasenstufen in x-Richtung und mehreren Phasenstufen in y-Richtung. Zur Auswertung der im belichteten Aufzeichnungsmedium enthaltenen Bildinformation kann wie folgt verfahren werden. Zunächst wird das Aufzeichnungsmedium mit der darin enthaltenen Messinformation aus der Aufzeichnungsposition im Wafer-Halter entnommen, wobei hierzu normalerweise die gesamte Sensoreinheit entnommen wird. Wird auch die Messmaske aus dem Retikel-Halter entfernt, ist die Projektionsbelichtungsanlage bereit für die weitere Produktion. Je nach Art des Aufzeichnungsmediums kann das Auswertemuster in direkt auswertbarer Form, beispielsweise in Form eines Streifenmusters, vorliegen. Gegebenenfalls muss das im Aufzeichnungsmedium latent vorhandene Auswertemuster noch chemisch oder auf andere Weise entwickelt werden. Liegen die Bildinformationen in optisch auswertbarer Form im Aufzeichnungsmedium vor, so wird dieses in eine Auswerteposition außerhalb der Projektionsbelichtungsanlage gebracht und dort ausgewertet. Das hier betrachtete Messsystem umfasst hierzu eine in Fig. 7 schematisch dargestellte Auswerteeinrichtung 40. Diese umfasst eine Digitalkamera 41 , die als opto-elektronische Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Auswertemuster oder von Entwicklungsprodukten der Auswertemuster und zur Erzeugung von digital verarbeitbaren Auswertedaten dient. Die Kamera ist an einen Rechner 42 angeschlossen, der neben Einrichtungen zur Bilderfassung ein Auswerteprogramm enthält, welches zur Ermittlung mindestens eines die Abbildungsqualität des optischen Abbildungssystems repräsentierenden Abbildungsparameters konfiguriert ist. Ein an den Rechner angeschlossener Monitor 43 kann zur Anzeige der von der Kamera 41 erfassten Bilder und gegebenenfalls zur Anzeige von der Bedienerführung und -information dienenden Daten vorgesehen sein. An den Rechner 41 ist außerdem ein Verschiebetisch 44 angeschlossen, der dazu dient, durch Bewegungen in x- oder y-Richtung jeweils ein zu erfassendes Interferogramm in das Bildfeld der Kamera 41 zu bringen, die zur Scharfstellung entlang einer senkrechten z-Richtung verstellbar ist. Bei anderen Ausführungsformen ist die Kamera auch in x- y- Richtung verschiebbar, so dass zum Halten des Aufzeichnungsmediums 24 eine unbewegliche Ablagefläche dienen kann. Mit diesen Einrichtungen werden die Interferogramme entsprechend ihrer Zuordnung zu Feldpunkt, Phasenstufe und Phasenschieberichtung eingelesen und mit Hilfe des Auswerteprogramms ausgewertet. Die Auswertung ist nicht Teil dieser Erfindung und wird daher nicht näher erläutert. Mögliche Auswerteroutinen sind beispielsweise in dem Fachbuch „Optical Shop Testing" von B. Malacara, 2. Auflage, John Wiley & Sons Inc. (1992) beschrieben.
Wie oben erwähnt, werden bei der hier beschriebenen Shearing- Interferometrie verschiedene Pupillenorte interferometrisch miteinander verglichen. Um die zusammengehörenden Pupillenorte lagerichtig bzw. pixelgenau zuordnen zu können, sind im Aufzeichnungsmedium neben den Interferogrammen geeignete Hilfsstrukturen vorhanden (vgl. Fig. 6). Diese können entweder durch die Belichtung selbst oder anderweitig eingebracht sein. Zum Erzeugen der Hilfsstrukturen durch die Belichtung selbst können der Maskenstruktur und/oder der Referenzstruktur entsprechende Hilfsstrukturen zugeordnet sein, deren Wirkung später im Zusammenhang mit den Fig. 8 bis 10 noch erläutert wird. Bei den Hilfsstrukturen kann es sich beispielsweise um Registriermarken oder Referenzmarken 45 handeln, die eine lagegenaue Zuordnung der verschiedenen, miteinander zu verrechnenden Auswertemuster erlauben. Alternativ oder zusätzlich können Hilfsstrukturen vorgesehen sein, die es erlauben, Effekte geometrischer Verzerrungen zu erfassen, die z.B. bei der Prozessierung von Aufzeichnungsmedien entstehen können. Zur Kontrolle bzw. zur Normierung der aufgelösten Graustufen und der Belichtung können auch Graukeile oder dergleichen einbelichtet werden, die entweder gestuft (Graukeil 46) oder kontinuierlich (Graukeil 47) ausgebildet sein können. Diese Strukturen können die mit dem Verfahren erzielbare Messgenauigkeit verbessern. Anhand der Fig. 8 bis 10 wird erläutert, wie bei bevorzugten Ausführungsformen durch Bereitstellung weiterer Hilfsstrukturen neben der Maskenstruktur und/oder der Referenzstruktur eine Überprüfung und gegebenenfalls rechnerische Korrektur von Phasenschrittfehlern beim Phasenschieben möglich ist. Diese Strukturen können so ausgebildet sein, dass sowohl die Phasenschritte, als auch eine mögliche relative Rotation von Maskenstruktur und Referenzstruktur erfasst und berücksichtigt werden können. Die Strukturen bzw. deren Überlagerungsmuster können bei der Erzeugung der Interferogramme in das Aufzeichnungsmedium mit einbelichtet und bei der Auswertung erfasst und zur Korrektur von Auswertefehlern verwendet werden. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Maskenstruktur 420 in Form eines quadratischen Schachbrettgitters. Außerhalb der Maskenstruktur sind in x- und y-Richtung verlaufende Liniengitter 426 angeordnet. Die strukturierte Oberfläche einer zugehörigen Sensoreinheit hat einen ähnlichen Aufbau mit innenliegendem Schachbrettgitter und außenliegenden Liniengittern. In Fig. 9 ist ein Beispiel für ein in einem Aufzeichnungsmedium 424 erzeugtes Intensitätsmuster gezeigt, das bei Abbildung der Maske auf die Referenzstruktur entsteht. Im kreisförmigen mittleren Bereich entsteht als Überlagerungsmuster ein Interferogramm 425. Die Überlagerung der Liniengitter ergibt Moire-Muster 419, die sich im x- und y-Richtung erstrecken und außerhalb des Überlagerungsmusters 425 liegen.
Zur Erläuterung des Informationsgehaltes von Moire-Mustern wird zunächst auf Fig. 10 verwiesen. Dort sind im Teilbild (a) zwei überlagerte Liniengitter gleicher Periode gezeigt, die parallel zueinander verlaufen und daher keine Moire-Streifen erzeugen. In Teilfigur (b) haben die parallel zueinander ausgerichteten Liniengitter unterschiedliche Periodizitätslängen, so dass ein sinusförmiges Streifenmuster entsteht. Die Teilfigur (c) zeigt die Moire-Streifen, wenn eine geringe relative laterale Verschiebung der beiden in Fig. (b) gezeigten Liniengitter parallel zur Längsrichtung der Gitter erfolgt ist. In diesem Fall verschiebt sich die Lage der Moire-Streifen, deren Abstand dabei unverändert bleiben. Teilfigur (d) zeigt das Resultat einer relativen Rotation zweier Liniengitter gegeneinander. Das entstehende Moire- Muster ist ein Streifenmuster senkrecht zur Linienrichtung der Liniengitter. Teilfigur (e) schließlich erläutert ein Moire-Muster, welches entsteht, wenn Liniengitter unterschiedlicher Periodizitätslänge, (vgl. (b)), relativ zueinander verdreht werden. Es entsteht ein Moire-Muster mit schrägen Streifen, deren Linienabstand ein Maß für die relative Verdrehung darstellt.
Ausgehend von diesen Erläuterungen ist die in Fig. 9 gezeigte Bildinformation wie folgt interpretierbar. Gleiche Phasenlage von gegenüberliegenden Moire-Mustern 419 bedeutet, dass die Maskenstruktur und die Referenzstruktur keine relative Verdrehung aufweisen, also perfekt zueinander justiert sind. Aus der Phasenlage der Moire-Muster kann die Phasenlage des Beugungsgitters relativ zur kohärenzformenden Maske hochgenau bestimmt werden. Über den Kontrast des Moire-Musters kann die Fokussierung überprüft werden. Größter Kontrast ist dann gegeben, wenn die Maskenstruktur und die Referenzstruktur bzw. die zugehörigen Liniengitter exakt in konjugierten Ebenen liegen. Eine Kippung des Kontrastverlaufes würde anzeigen, dass Maske und Beugungsgitter nicht parallel zur Objektebene bzw. Bildebene ausgerichtet waren. Aufgrund dieser Zusatzinformationen kann die Auswertung der Auswertemuster mit höchster Genauigkeit erfolgen.
Bei der Verwendung von Moire-Hilfsgittern zur Kontrolle von Phasenschiebung und Gitterjustage sollte die Substratdicke bzw. der axiale Abstand zwischen dem Liniengitter neben der Referenzstruktur und dem Aufzeichnungsmedium im wesentlichen auf einen Talbotabstand des Gitters angepasst werden, in welchem eine Selbstabbildung des Gitters stattfindet und somit eine Verwaschung von Ortsinformationen minimiert werden kann. Auf eine Streuscheibe und/oder eine Fluoreszenzschicht zur Verminderung der räumlichen Kohärenz kann gegebenenfalls verzichtet werden.
Bei allen Ausführungsformen können gesonderte Maßnahmen zum Schutz des Aufzeichnungsmediums vorgesehen sein, um diese Schicht vor mechanischen Beschädigungen, beispielsweise Kratzern, und/oder vor optischen Schädigungen, z.B. durch Fremdbelichtung, zu schützen. Zum mechanischen Schutz können Schutzschichten vorgesehen sein, die jedoch die Auswertung nicht beeinträchtigen dürfen. Zur Vermeidung von Fremdbelichtung kann eine Kapselung des Aufzeichnungsmediums durch geeignete Kassetten oder dergleichen vorgesehen sein. Besonders nützlich ist es, wenn das verwendete Material im wesentlichen nur oder überwiegend bei der bei den Messungen genutzten Nutzwellenlänge (typischerweise im Ultraviolettbereich) empfindlich und in anderen Wellenlängenbereichen, beispielsweise in sichtbaren Bereichen, unempfindlich ist. Dies ist besonders beim Einsatz in Wafer-Steppern vorteilhaft, da hier häufig lichtoptische Weglängen- und Positionier-Messsysteme zum Einsatz kommen, die häufig mit Laserlicht (z.B. 633nm Wellenlänge) arbeiten. Beim Gitterlayout können die Flächen zwischen den Teilgittern zur Messung vollflächig mit einer Schutzschicht oder einer geschlossen Chromschicht versehen sein. Es kann eine Sperrschicht, z.B. ein Bandpassfilter, an einer Fläche vor dem Aufzeichnungsmedium angebracht sein, um vor Falschlicht zu schützen und die Handhabung bei Umgebungslicht zu vereinfachen.
Das Messverfahren ist hier beispielhaft anhand einer Messung mit einem einzigen Messkanal für einen einzelnen Feldpunkt ausgeführt.
Vorzugsweise wird eine gleichzeitige Messung an mehreren
Feldpunkten durchgeführt. Die Voraussetzungen zur Durchführung einer solchen Mehrkanal-Messung bei einem Shearing-Interferometer sind beispielsweise in der DE 101 09 929 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichung wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Ist eine Parallelmessung vorgesehen, ist dies bei der Auslegung des Messablaufs zu berücksichtigen. Die Auslegung von Maskenstruktur und Referenzstruktur ergibt jeweils die räumliche Anordnung der Interferogramme. Die Anzahl der zu registrierenden Interferogramme kann bei gleicher Anzahl von Feldpunkten gleich bleiben.
Anhand von Fig. 11 wird eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems erläutert, welches bevorzugt zur schnellen hochgenauen Verzeichnungsmessung mittels Moire-Technik genutzt werden kann. Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage entspricht demjenigen von Fig. 1 , weshalb hier diesbezüglich die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Das Messsystem umfasst eine Messmaske mit einer Maskenstruktur 520, die in der Objektebene 1 1 anzuordnen ist, sowie eine Sensoreinheit 521 mit einer Referenzstruktur 523, die in der Bildebene 12 des Projektionsobjektivs 10 anzuordnen ist. Die Maskenstruktur 520 ist normalerweise ein Liniengitter oder ein Parkettmuster. Die zugehörige Referenzstruktur 523 ist ein entsprechend dem Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektives angepasstes, ähnliches Gitter mit gleichem Muster. Die Linienbreiten entsprechen typischerweise etwa der Auflösung des optischen Abbildungssystems und können bei der Vermessung von mikrolithographischen Projektionsobjektiven im Mikrometerbereich oder darunter liegen.
Bei der Überlagerung eines Bildes der Maskenstruktur 520 mit der Referenzstruktur 523 entsteht ein Überlagerungsmuster, das typischerweise die Form eines Streifenmusters hat. Dieses wird unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Frequenzwandlerschicht von einem entsprechenden Aufzeichnungsmedium 524 erfasst. Aus der Form des durch Überlagerung entstandenen Moire-Musters kann die Verzeichnung bestimmt werden. Zur exakten Bestimmung der relativen Phasenlage kann, ähnlich wie bei der beschriebenen interferometrischen Verfahrensweise, ein Phaseschiebeverfahren eingesetzt werden, um Überlagerungsmuster bzw. Auswertemuster mit unterschiedlichen Phasenlagen zu erhalten. Um den vollständigen Verzeichnungsvektor bestimmen zu können, kann die Aufnahme mit zwei vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichteten Gitterstrukturen oder mit zweidimensionalen Gitterstrukturen durchgeführt werden.
Zur Durchführung eines solchen Messverfahrens hat das Messsystem die Maske mit der Maskenstruktur 520 und eine Sensoreinheit 521 mit der Referenzstruktur 523 und dem Aufzeichnungsmedium 524. Die Sensoreinheit 521 hat die flache Scheibenform eines Wafers. Die zur Phasenschiebung erforderlichen Bewegungen von Maskenstruktur und/oder Referenzstruktur werden durch die beweglichen Halter 15 bzw. 16 der Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt.
Die Sensoreinheit umfasst ein relativ dünnes, aus Quarzglas bestehendes Substrat 522, auf deren einer Plattenfläche die Referenzstruktur 523 und auf deren gegenüberliegender Plattenfläche das Aufzeichnungsmedium 524 in Form eines dünnen Films aus lichtempfindlichen Material aufgebracht ist. Zur mechanischen Stabilisierung der Anordnung wird das Ganze von einer mechanisch stabilen, dickeren Quarzplatte 526 getragen. Diese Platte kann bei anderen Ausführungsformen auch aus nicht-transparentem Material, beispielsweise aus Silizium, bestehen. Das dünne Substrat 522 ist für das Messlicht transparent, es kann jedoch auch streuend wirken und/oder frequenzwandelnde Eigenschaften besitzen. Es kann beispielsweise aus Cer-dotierem Quarzglas bestehen. Bei der Moire- Technik ist es wichtig, dass das Aufzeichnungsmedium 524 möglichst nahe an der Referenzstruktur oder einer dazu konjugierten Ebene sitzt. Eine kontrastreiche Überlagerung kann trotz Abstand zur Referenzstruktur dann erreicht werden, wenn das Aufzeichnungsmedium, wie bei der gezeigten Ausführungsform, in einem Talbot-Abstand zur Referenzstruktur angeordnet ist.
Bei der gezeigten Anordnung muss das Aufzeichnungsmedium 524 nicht an dem dünnen Referenzsubstrat 522 befestigt sein. Es ist auch möglich, das Aufzeichnungsmedium auf der stabilen Trägerplatte 526 zu befestigen und das Referenzsubstrat lediglich auf das Aufzeichnungsmedium aufzulegen. Zur Fixierung können gegebenenfalls gesonderte Elemente am Randbereich der Sensoreinheit 521 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass das Aufzeichnungsmedium an keinem der Substrate 522, 526 fest angebracht ist. Eine Ausführungsform, die eine Relativverschiebung des Aufzeichnungsmediums gegenüber der Referenzstruktur ermöglicht, ist in Fig. 13 schematisch dargestellt. Die räumliche Abfolge von Referenzstruktur 623, Referenzsubstrat 622, Aufzeichnungsmedium 624 und stabiler Trägerplatte 626 entspricht dem Aufbau in Fig. 12. Für Aufbau und Funktionsweise der Verschiebungseinrichtung 627 wird auf die Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 3 verwiesen. Analog zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 zwischen aufeinanderfolgenden Messungen die gesamte Sensoreinheit 521 schrittweise mit Hilfe des Wafer-Halters bewegt und es werden aufeinanderfolgend verschiedenen Gitterbereichen der Referenzstruktur genutzt. Dagegen erlaubt die Ausführungsform gemäß Fig. 13 eine unbewegliche Anordnung der Sensoreinheit 621 , da nur das filmartige biegsame Aufzeichnungsmedium 624 relativ zur Referenzstruktur bewegt werden muss. Hier wird immer der gleiche Bereich der Referenzstruktur genutzt, die entsprechend klein ausgelegt sein kann. Ein mit der Ausführungsform gemäß Fig. 12 belichtetes Aufzeichnungsmedium kann prinzipiell wie in Fig. 5 gezeigt aufgebaut sein. Beim Phasenschieben können beispielsweise 2*8-Phasenstufen in x-Richtung und die gleiche Anzahl von Phasenstufen in y-Richtung erfasst werden. Bei einem Bilddurchmesser von ca. 30mm und einem Substratdurchmesser von 200mm können beispielsweise ca. 30 Moire- Bilder erfasst werden. Dies erlaubt es, für die Bestimmung der Verzeichnung für die x- und y-Richtung jeweils 15 Phasenstufen aufzunehmen. Bei einem Wafer-Scanner ist das benutzte Bildfeld rechteckförmig, beispielsweise mit 30mm * 15mm. Hier ist etwa die doppelte Anzahl von erfassten Moire-Mustern möglich.
Zur Erfassung und Auswertung der Auswertemuster kann eine Auswerteeinrichtung analog der in Fig. 7 gezeigten Auswerteeinrichtung 40 verwendet werden, wobei bei der Auswertung von Moire-Mustern ein anderes Arbeitsprogramm zu verwenden ist.
Alternativ zur beschriebenen Methode mit zeitlicher Phasenschiebung kann auch eine als Vielstreifenverfahren bekannte Variante eingesetzt werden. Durch Verdrehen der Gitterorientierung kann dem Moire-Muster eine Trägerfrequenz aufgeprägt werden, so dass dieses Verfahren zum Einsatz kommen kann. Der Vorteil besteht darin, dass die Phasenverteilung aus einem einzigen Überlagerungsmuster (Moire-Bild) berechnet werden kann, es ist somit keine Phasenschiebung erforderlich. Geeignete Auswerteverfahren sind beispielsweise in beschrieben.
Auch bei der Moire-Technik können Hilfsstrukturen analog der in den Fig. 6 und 8 bis 10 beschriebenen Strukturen vorgesehen sein, um bei der Auswertung höchste Präzision zu ermöglichen. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird das Aufzeichnungsmedium im Lichtweg mit Abstand hinter der Referenzstruktur angeordnet, wobei der Abstand an das jeweilige Messverfahren anzupassen ist. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Referenzstruktur in das Auswertemedium so integriert ist, dass Auswertemedium und Referenzstruktur keinen oder nur einen sehr geringen Abstand voneinander haben. Beispielsweise kann durch eine Vorstrukturierung des Aufzeichnungsmediums mit einem Gittermuster das Aufzeichnungsmedium direkt in die Ebene der Referenzstruktur gebracht werden. In diesem Fall ist keine Zerstörung der räumlichen Kohärenz nötig. Das Moire-Bild entsteht hier nicht durch kohärente Überlagerung von Beugungsordnungen hinter dem Gitter, sondern allein durch Intensitätsaddition in der Ebene der Referenzstruktur. Die Referenzstruktur kann unterschiedlich gemustert sein, entsprechende Strukturlinien oder Gitterlinien können unterschiedliche Intensitätsverläufe haben und es sind unterschiedliche Herstellungsarten solcher strukturierten Aufzeichnungsmedien möglich. Typische Grundmuster sind beispielsweise Liniengitter, Kreuzgitter, Parkettgitter oder Schachbrettgitter. Auch andere Gitterformen, beispielsweise Kombinationen der genannten Gittertypen, sind möglich. Die Intensitätsverläufe können binär, d.h. sprunghaft, oder in Graustufen gestaltet sein. Als Beispiel zeigt Fig. 14 in Draufsicht ein binär vorbelichtetes oder vorstrukturiertes Registriermedium 724, beispielsweise ein Fotolack oder einen Film, bei der ein rechteckförmiger Hell-Dunkel-Verlauf senkrecht zu den Linien vorliegt. Das Material des Aufzeichnungsmediums kann beispielsweise an den hellen Stellen bis zur Sättigung durchbelichtet oder entfernt und nur noch an den unbelichteten Zwischenräumen strahlungsempfindlich sein. Es sind auch Intensitätsverläufe in Graustufen möglich, beispielsweise der in Fig. 15 gezeigte sinusförmige Intensitätsverlauf eines Registriermedium 824. Solche strukturierten Aufzeichnungsmedien können beispielsweise durch Vorbelichtung eines Gittermusters in das Aufzeichnungsmaterial erzeugt werden. Möglich ist auch eine Herstellung durch Kontaktkopie von einer Mastervorlage, die durch ein Chromgitter gebildet sein kann oder durch schreibende Verfahren. Durchbelichtete Stellen, beispielsweise eines Fotolacks, können verbleiben oder aus dem Aufzeichnungsmedium herausgelöst werden. Zur Strukturierung durch Ablation können auch in der Lithographie übliche Techniken eingesetzt werden, z.B. eine Beschichtung der zu strukturierenden Schicht mit einem binären Lack, dessen Belichtung, Entwicklung und Einätzen der Struktur. Zur Erzeugung einer Struktur mit Graustufen kann beispielsweise eine Belichtung mit gezielter Unscharfe oder mit Hilfe einer Tiefpassfilterung der Abbildung durchgeführt werden. Möglich wäre auch die Abbildung durch ein Projektionsobjektiv, wobei dessen numerische Apertur entsprechend an die Strukturdimensionen anzupassen wäre. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Geometriefehler des eingeschriebenen Gitters genau bekannt wären, da Verzeichnungsfehler des Objektivs und Fehler der Gitteπtorlage vorab bestimmt werden können. Sinusförmige Lineargitter hoher Genauigkeit sind auch holografisch durch kohärente Überlagerung ebener Wellen herstellbar.
Anhand Fig. 16 wird dargestellt, dass ein vorstrukturiertes Aufzeichnungsmedium bzw. ein Aufzeichnungsmedium in unmittelbarer Nähe zu einer Referenzstruktur auch dadurch erzeugt werden kann, dass unmittelbar auf einer Schicht des Aufzeichnungsmediums 924 eine dünne, strukturierbare oder bereits strukturierte Reflexions- oder Absorberschicht 940 z.B. durch Laminieren aufgebracht wird.
Anhand von Fig. 17 wird eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Messverfahrens bzw. Messsystems erläutert. Fig. 17 zeigt schematisch den Aufbau eines mobilen, phasenschiebenden Punktbeugungs-Interferometers. Eine der Beleuchtungseinrichtung 18 folgende Beleuchtungsoptik 919 dient zur Lichtfokussierung auf eine als Maskenstruktur dienende Lochmaske 920, die in der Objektebene 11 eines zu vermessenden Projektionsobjektivs 10 angeordnet ist. Der Durchmesser des Loches in der Maskenstruktur ist kleiner als die Wellenlänge des Messlichtes und dient somit zu Erzeugung einer Kugelwelle (durchgezogee Linie) durch Beugung. Ein Beugungsgitter 921 zwischen Lochmaske 920 und Projektionsobjektiv 10 dient zur Erzeugung einer zweiten, zur ersten Kugelwelle kohärenten Welle (gestrichelt gezeichnet) und zum ggf. verwendeten Phasenschieben. Alternativ kann das Beugungsgiter auch zwischen Projektionsobjektiv und dessen Bildebene angeordnet sein. Die in der Bildebene 12 des Projektionsobjektivs anzuordnende Referenzstruktur 973 ist ebenfalls als Lochmaske ausgebildet. Sie hat mindestens ein quasi-punktförmiges Loch 976, welches zur Erzeugung einer Referenzkugelwelle durch Beugung dient. Sein Durchmesser ist kleiner als die Messlicht- Wellenlänge. Daneben ist (mindestens) ein größeres Loch 977 angeordnet, dessen Durchmesser deutlich größer als die Messlicht- Wellenlänge ist und das als räumliche Begrenzung der mit durchgezogenen Linien gezeigte Prüflingswelle dient. Die Referenzstruktur 973 ist auf einer ebenen Oberseite eines transparenten Substrats 972 angeordnet. An der gegenüberliegenden Seite der Sensoreinheit 971 ist ein strahlenempfindliches Aufzeichnungsmedium 974 aufgebracht, beispielsweise in Form einer Lackschicht aus Fotoresist. Der Axialabstand zwischen Referenzstruktur 973 und Aufzeichnungsmedium 974 ist so bemessen, dass das Aufzeichnungsmedium in einem Bereich sitzt, in dem durch Überlagerung der vom Loch 976 kommenden Referenzwelle und der durch das Loch 977 durchtretenden Prüflingswelle ein Interferenzmuster (Überlagerungsmuster) entsteht, welches Informationen über die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs enthält. In der Schicht 974 wird das Interferenzmuster eingespeichert und kann analog der oben beschriebenen Weise nach Entnahme der Sensoreinheit 921 durch eine Kamera und dergleichen erfasst und ausgewertet werden. Anhand von Ausführungsbeispielen wurde erläutert, dass die Erfindung Möglichkeiten bereitstellt, z.B. hochgenaue Wellenfrontmessungen mittels Shearing-Interferometrie oder mittels Punktbeugungs- Interferometrie oder hochgenaue Vermessungen mit Moire-Technik an Projektionsobjektiven durchzuführen, die an ihrem Einsatzort in eine Projektionsanlage eingebaut sind. Die Messungen sind unabhängig vom Typ der Projektionsbelichtungsanlage und somit plattformunabhängig möglich. Hierzu werden bevorzugt mobile Sensoreinheiten verwendet, die eine Referenzstruktur und ein Aufzeichnungsmedium umfassen und anstelle eines Wafers in die Wafer-Stages eingelegt werden können. Diese hochgenau bewegbaren Manipulationseinrichtungen können für gegebenenfalls erforderliche Verschiebungen der Referenzstruktur gegebenenfalls ohne Modifikation genutzt werden. Die Messtechnik benötigt an der Projektionsbelichtungsanlage keine opto-elektronischen Bilderfassungseinrichtungen, die beispielsweise mit einer CCD-Kamera und gegebenenfalls Abbildungsoptiken arbeiten. Es ist somit ein universell einsetzbares Messsystem geschaffen, das trotz einfachen Aufbaus seiner Komponenten höchstgenaue Vermessungen zulässt.

Claims

Patentansprüche
1. Messverfahren zur Vermessung der Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems mit folgenden Schritte: Bereitstellen einer Maskenstruktur im Bereich einer Objektfläche des Abbildungssystems;
Bereitstellen einer der Maskenstruktur angepassten
Referenzstruktur im Bereich einer Bildfläche des
Abbildungssystems; Bereitstellen mindestens eines flächig ausgedehnten, strahlungsempfindlichen Aufzeichnungsmediums in einer
Aufzeichnungsposition;
Abbilden der Maskenstruktur auf die Referenzstruktur zur
Erzeugung einer Intensitätsverteilung im Bereich einer Feldfläche oder einer Pupillenfläche des Abbildungssystems;
Erfassen der Intensitätsverteilung oder eines Bildes der
Intensitätsverteilung mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums;
Bewegen des Aufzeichnungsmediums aus der
Aufzeichnungsposition in eine davon entfernte Auswerteposition; Auswerten des Aufzeichnungsmedium entfernt von der
Aufzeichnungsposition.
2. Messverfahren nach Anspruch 1 mit:
Bereitstellen einer Sensoreinheit, welche die Referenzstruktur und das Aufzeichnungsmedium mit lagerichtiger räumlicher Zuordnung zueinander umfasst.
3. Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Vermessung eines in eine Projektionsbelichtungsanlage eingebauten Projektionsobjektivs folgende Schritte durchgeführt werden:
Austauschen eines für die Belichtung eines zu strukturierenden Gegenstandes verwendeten Nutzmusters gegen die Maskenstruktur des Messsystems im Bereich der Objektfläche des Abbildungssystems;
Austauschen eines zu strukturierenden Gegenstandes gegen eine Sensoreinheit, welche die Referenzstruktur und das Aufzeichnungsmedium mit lagerichtiger räumlicher Zuordnung zueinander umfasst, wobei die Sensoreinheit so angeordnet wird, dass die Referenzstruktur im Bereich einer Bildfläche des Abbildungssystems angeordnet ist.
4. Messverfahren nach Anspruch 3, bei dem das Austauschen des Nutzmusters gegen die Maskenstruktur ein Austauschen eines für die Belichtung eines zu strukturierenden Gegenstandes verwendeten Retikels mit dem Nutzmuster gegen eine Messmaske umfasst, die die Maskenstruktur des Messsystems trägt.
5. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erzeugung mehrerer räumlicher Intensitätsverteilungen mit unterschiedlichen Phasenlagen (Phasenschieben) eine Relativverschiebung zwischen der Maskenstruktur und der
Referenzstruktur in einer Verschiebungsrichtung senkrecht zu einer optischen Achse des Abbildungssystems durchgeführt wird.
6. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Vielstreifenverfahren durchgeführt wird.
7. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Intensitätsverteilungen oder Bilder von Intensitätsverteilungen mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums zur Erzeugung von Auswertemustern derart erfasst werden, dass die
Auswertemuster in dem Aufzeichnungsmedium versetzt zueinander liegen, insbesondere sich nicht überlappen.
8. Messverfahren nach Anspruch 7, bei dem zwischen aufeinanderfolgenden Erzeugungen von Auswertemustern eine gemeinsame Verschiebung der Referenzstruktur und des Aufzeichnungsmediums relativ zur Maskenstruktur senkrecht zur optischen Achse durchgeführt wird, wobei vorzugsweise ein Verschiebeweg ein ganzzahliges Vielfaches einer Periodizitätslänge der Referenzstruktur zuzüglich eines Bruchteils der Periodizitätslänge beträgt.
9. Messverfahren nach Anspruch 7, bei dem zwischen aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen eine Verschiebung des Aufzeichnungsmediums relativ zu der Referenzstruktur senkrecht zur optischen Achse durchgeführt wird, wobei vorzugsweise ein Verschiebeweg ein ganzzahliges Vielfaches einer
Periodizitätslänge der Referenzstruktur zuzüglich eines Bruchteils der Periodizitätslänge beträgt.
10. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit: Bereitstellen eines Referenzsubstrates zum Tragen der
Referenzstruktur;
Bereitstellen eines von dem Referenzsubstrat gesonderten
Aufzeichnungsträgers zum Tragen des Aufzeichnungsmediums;
Lagerichtige Anordnung von Referenzsubstrat und Aufzeichnungsträger zur Bildung eines Sensoreinheit;
Vermessen des Abbildungssystems mit Hilfe der Sensoreinheit;
Trennen des Aufzeichnungsträgers mit dem
Aufzeichnungsmedium vom Referenzsubstrat;
Bewegen des Aufzeichnungsträgers mit dem Aufzeichnungsmediums aus der Aufzeichnungsposition in eine davon entfernte Auswerteposition.
1 1. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit: Anbringen einer Schicht eines Aufzeichnungsmediums an einer Fläche eines Substrates, das das Referenzmuster trägt oder in lagerichtiger Anordnung zur Referenzstruktur angeordnet oder anordenbar ist;
Erfassen von Überlagerungsmustern mit Hilfe des Aufzeichnungsmediums und Auswerten des
Aufzeichnungsmedium;
Ablösen des Aufzeichnungemediums von dem Substrat; Wiederverwendung des Substrats zum Anbringen eines
Aufzeichnungsmediums.
12. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Aufzeichnungsmedium mindestens eine Schicht aus strahlungsempfindlichen Lack umfasst.
13. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Aufzeichnungsmedium mindestens ein Material enthält, welches bei Bestrahlug mit Messstrahlung eine permanente oder reversible Änderung seines Ordnungszustandes erfährt.
14. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Auswertung folgende Schritte umfasst:
Erfassung mindestens eines Auswertemusters oder eines Entwicklungspunktes des Auswertemusters zur Erzeugung von digital verarbeitbaren Auswertedaten; rechnergestützte Auswertung der Auswertedaten zur Ermittlung mindestens eines die Abbildungsqualität des Abbildungssystems repräsentierenden Abbildungsparameters.
15. Messverfahren nach Anspruch 14, bei dem zur Erfassung von räumlichen Variationen optisch wahrnehmbarer Eigenschaften des Aufzeichnungsmediums mindestens eine optoelektronische Einrichtung, insbesondere eine Kamera oder ein Scanner, verwendet wird.
16. Messverfahren nach Anspruch 14, bei dem zur Erfassung von räumlichen Variationen eines Ordnungszustandes des Aufzeichnungsmediums mindestens eine ordnungsgradselektive Einrichtung verwendet wird, insbesondere eine magnetfeldsensitive oder polarisationsselektive Einrichtung.
17. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit: Bereitstellen einer Referenzstruktur, die der Maskenstruktur derart angepasst ist, dass bei Abbildung der Maskenstruktur auf die Referenzstruktur ein Moirέ-Muster als Überlagerungsmuster erzeugbar ist;
Bereitstellen des Aufzeichnungsmediums im Bereich der Bildfläche oder einer zur Bildfläche konjugierten Fläche oder im Bereich einer Talbot-Fläche der Referenzstruktur.
18. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit:
Bereitstellen einer Referenzstruktur, die als Beugungsgitter für die bei der Vermessung verwendete Strahlung wirksam ist; Bereitstellen des Aufzeichnungsmediums im Bereich einer Fläche, in der als Überlagerungsmuster ein Interferogramm aus Strahlung unterschiedlicher Beugungsordnungen des Beugungsmusters erfassbar ist.
19. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis16 mit:
Bereitstellen einer Referenzstruktur, die mindestens einen quasi- punktförmigen Durchlass (Pinhole) für die bei der Vermessung verwendete Strahlung aufweist; Bereitstellen des Aufzeichnungsmediums im Bereich einer Fläche, in der als Überlagerungsmuster ein Interferogramm aus von dem Durchlass kommender Strahlung und von der Maskenstruktur durch das Abbildungssystem kommender Strahlung erfassbar ist.
20. Messverfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das Aufzeichnungsmedium im optischen Fernfeld der Referenzstruktur angeordnet wird.
21. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Frequenzwandlung der für die Vermessung verwendete Strahlung in einen Frequenzbereich, in dem das Aufzeichnungsmedium strahlungsempfindlich ist.
22. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vermessung an einer Vielzahl von Feldpunkten durchgeführt wird, vorzugsweise gleichzeitig an mehreren Feldpunkten.
23. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnen mindestens einer Hilfsstruktur in dem Aufzeichnungsmedium zusätzlich zu mindestens einem Auswertemuster, wobei die Hilfsstruktur vorzugsweise mindestens eine Registriermarke, mindestens ein Graukeil und/oder mindestens ein Liniengitter ist.
24. Messsystem zur Vermessung der Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems mit: mindestens einer Messmaske mit mindestens einer Maskenstruktur (20, 420, 520, 920) zur Anordnung in einer
Objektfläche des Abbildungssystems; mindestens einem Referenzsubstrat (22, 122, 222', 522, 622, 972) mit einem der Maskenstruktur angepassten Referenzstruktur (23, 123, 223, 523, 623, 940, 973) zur Anordnung der Referenzstruktur im Bereich der Bildfläche im Abbildungssystems; mindestens einem Aufzeichnungsträger mit einem flächig ausgedehnten, strahlungsempfindlichen Aufzeichnungsmedium (24, 124, 224, 424, 524, 624, 724, 824, 924, 974) zur Anordnung des Aufzeichnungsmediums in einer Aufzeichnungsposition, wobei das Aufzeichnungsmedium von der Aufzeichnungsposition in eine davon entfernte Auswerteposition bewegbar ist; und mindestens einer Auswerteeinrichtung (40) zur Auswertung des Aufzeichnungsmediums außerhalb der Aufzeichnungsposition.
25. Messsystem nach Anspruch 24 mit mindestens einer Sensoreinheit (21 , 123, 221 , 521 , 621 , 921 , 971), welche das
Referenzsubstrat mit der Referenzstruktur und den Aufzeichnungsträger mit dem Aufzeichnungsmedium umfasst.
26. Messsystem nach Anspruch 25, bei dem die Sensoreinheit (21 , 123, 221 , 521 , 621 , 921 , 971) so dimensioniert und geformt ist, dass sie anstelle eines zu belichtenden Gegenstandes in einen für den Gegenstand vorhergesehenen Halter (16) einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage einbringbar ist.
27. Messsystem nach Anspruch 25 oder 26, bei dem Sensoreinheit (21 , 123, 221 , 521 , 621 , 921 , 971 ) im wesentlichen die Form eines Halbleiterwafers hat.
28. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei dem das Referenzsubstrat eine Platte (22, 122, 222', 522, 622, 972) aus einem für die Messstrahlung transparenten Material ist und die Referenzstruktur an oder in der Nähe einer Plattenfläche der Platte angeordnet ist.
29. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 28, bei dem der Aufzeichnungsträger eine Platte (22, 122, 222", 522, 622, 972) ist und das Aufzeichnungsmedium (24, 124, 224, 424, 524, 624, 724,
824, 924) von einer Plattenfläche der Platte gestützt und/oder getragen ist.
30. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem das Referenzsubstrat (22, 122, 522, 622, 972) und der Aufzeichnungsträger (22, 122, 522, 622, 972) durch das gleiche Element, insbesondere durch eine planparallele Platte, gebildet sind.
31. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem das Referenzsubstrat (22') und der Aufzeichnungsträger (222") gesonderte, voneinander trennbare Elemente sind, die vorzugsweise entlang komplementärer Kontaktflächen in optischen Kontakt bringbar sind.
32. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 31 , bei dem das Aufzeichnungsmedium (24, 224, 524, 974) fest mit einer Fläche des Aufzeichnungsträgers verbunden und/oder als vorzugsweise ablösbare Schicht an der Fläche angebracht ist.
33. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 31 , bei dem das Aufzeichnungsmedium (124, 624) zur lösbaren Befestigung an dem Aufzeichnungsträger ausgebildet ist und/oder relativ zum Aufzeichnungsträger bewegbar ist.
34. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 33, bei dem dem Aufzeichnungsträger (122, 622) eine Verschiebungseinrichtung (127, 627) zur Verschiebung des Aufzeichnungsmediums (124, 624) relativ zum Aufzeichnungsträger zugeordnet ist.
35. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 34, bei dem neben der Referenzstruktur mindestens eine im Bereich der Bildfläche des Abbildungssystems anordenbare Hilfsstruktur angeordnet ist, insbesondere mindestens eine Registriermarke und/oder mindestens ein Graukeil und/oder mindestens ein Liniengitter, welches an ein Liniengitter der Messmaske zur Erzeugung eines Moire-Musters angepasst ist.
36. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 35, bei dem das Aufzeichnungsmedium (24, 124, 224, 524, 624, 974) derart in einem Abstand zur Referenzstruktur (23, 123, 223, 523, 623, 973) angeordnet ist, dass in einer Messkonfiguration das Aufzeichnungsmedium im Strahlungsweg mit Abstand hinter der Referenzstruktur angeordnet ist.
37. Messsystem nach Anspruch 36, bei dem der Abstand so bemessen ist, dass das Aufzeichnungsmedium (24, 124, 224, 974) im optischen Fernfeld der Referenzstruktur (23, 123, 223, 973) angeordnet ist.
38. Messsystem nach Anspruch 36, bei dem der Abstand so bemessen ist, dass das Aufzeichnungsmedium (524, 624) im Bereich einer Talbot-Fläche der Referenzstruktur (523, 623) angeordnet ist.
39. Messsystem nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem zwischen der Referenzstruktur im Aufzeichnungsmedium eine Schicht mit einem frequenzwandelnden Material angeordnet ist.
40. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 35, bei dem das Aufzeichnungsmedium (724, 824) derart strukturiert ist, dass das Referenzmuster in das Aufzeichnungsmedium integriert ist.
41. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 35, bei dem die Referenzstruktur (940) direkt an dem Aufzeichnungsmedium (924) angebracht ist.
42. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 42, bei dem das Aufzeichnungsmedium mindestens eine Schicht (974) aus strahlungsempfindlichen Lack umfasst.
43. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 42, bei dem das Aufzeichnungsmedium mindestens ein Material enthält, welches bei Bestrahlug mit Messstrahlung eine permanente oder reversible Änderung seines Ordnungszustandes erfährt.
44. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 43, mit: einer Auswerteeinrichtung (40) mit: mindestens einer Erfassungseinrichtung (41 ) zur Erfassung von räumlichen Variationen mindestens einer Eigenschaft des
Aufzeichnungsmediums und zur Erzeugung von digital verarbeitbaren Auswertedaten; und mindestens einem Rechner (42) zur Ermittlung mindestens eines die Abbildungsqualität des Abbildungssystems repräsentierenden Abbildungsparameters aus den Auswertedaten.
45. Messsystem nach Anspruch 44, bei dem die Erfassungseinrichtung optoelektronisch arbeitet und vorzugsweise mindestens eine Digitalkamera (41 ) und/oder mindestens einen Scanner umfasst.
46. Messsystem nach Anspruch 44 oder 45, bei dem die Erfassungseinrichtung zur Erfassung von räumlichen Variationen eines Ordnungszustandes des Aufzeichnungsmediums mindestens eine ordnungsgradselektive Einrichtung aufweist, insbesondere eine magnetfeldsensitive oder polarisationsselektive
Einrichtung
47. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 46 mit: einer Referenzstruktur, die der Masken Struktur derart angepasst ist, dass bei Abbildung der Maskenstruktur auf die
Referenzstruktur ein Moire-Muster als Überlagerungsmuster erzeugbar ist.
48. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 46 mit: einer Referenzstruktur, die als Beugungsgitter für die bei der
Vermessung verwendete Strahlung wirksam ist.
49. Messsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 46 mit: einer Referenzstruktur, die mindestens einen quasi-punktförmigen Durchlass (Pinhole) für die bei der Vermessung verwendete
Strahlung aufweist.
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