WO2005069079A1 - Vorrichtung und verfahren zur wellenfrontvermessung eines optischen abbildungssystems und mikrolithographie-projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur wellenfrontvermessung eines optischen abbildungssystems und mikrolithographie-projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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Wolfgang Emer
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G01B9/02—Interferometers
    • 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 device and a method for wavefront measurement of an optical imaging system and a microlithography projection exposure system with a projection objective, which comprises such a device.
  • Methods and devices for wavefront measurement are used variously to determine imaging errors in optical imaging systems, in particular highly precise projection objectives in microlithography projection exposure systems.
  • the wavefront measurement determines the deviation of the surface shape of a wavefront based on an ideal surface shape. Such a deviation is called wavefront aberration.
  • the imaging quality of an imaging system can be characterized by determining such aberrations, which can be described, for example, using Zernike coefficients at all field points. A set of Zernike coefficients can then be determined for each field point thus a field distribution can be given for each Zernike coefficient. This enables a complete description of the spatially low-frequency behavior of all aberrations of an imaging system.
  • the published patent application DE 101 09 929 A1 describes a device for wavefront measurement of an optical system, which has a wavefront source with a two-dimensional structure for generating a wavefront passing through the optical system, a diffraction grating behind the optical system and a position-resolving detector arranged downstream of the diffraction grating , A shear interferometry technique is used for the wavefront measurement, in which the diffraction grating is shifted laterally.
  • a second type is often used, which is based on the principle of pupil division according to Shack-Hartmann.
  • US Pat. No. 5,978,085 describes such a method, based on the Shack-Hartmann principle, for analyzing an imaging lens system by measuring wavefront aberrations.
  • a reticle with a structure consisting of several small openings is introduced into the object plane.
  • An aperture diaphragm with at least one opening is positioned at a suitable distance from it.
  • the reticle is imaged through the aperture diaphragm onto the image plane of the lens system, in which a plurality of light spots are created.
  • the structure of the light spots is recorded by means of a wafer coated with photoresist.
  • the displacements of the measured, compared to the ideal, diffraction-limited centers of gravity of the light spots are determined. From these shifts the gradient of the Wavefront in the pupil of the lens system to be measured and from this the aberration of the wavefront is determined.
  • US Pat. No. 5,828,455 describes a similar method based on the Shack-Hartmann principle.
  • the structure of the light spots is recorded on a chrome-coated quartz glass wafer.
  • the displacements of the structures with respect to the ideal position in each case are measured with an optical measuring instrument. With this method, too, an exposure process of the wafer is necessary.
  • the invention is based on the technical problem of providing a device and a method which enable a wavefront measurement of an optical imaging system with relatively little effort. Furthermore, the invention is based on the creation of a microlithography projection exposure system which comprises such a device.
  • the invention solves this problem by providing a device with the features of claim 1, a method with the features of claim 8 and a microlithography projection exposure system with the features of claim 12.
  • the device has a wavefront generation unit to be arranged on the object side of the imaging system to be measured, which comprises an optical element with an object-side periodic structure and a light source unit for illuminating the object-side periodic structure with measuring radiation.
  • a detector unit to be arranged on the image side of the imaging system to be measured, which has an optical element with an image-side periodic structure and a detector element for detecting an overlay pattern of the imaged object-side periodic structure and image-side periodic structure includes.
  • the terms object side and image side are to be generally understood in such a way that they denote the area in the beam path before or after the optical imaging system to be measured.
  • the wavefront generation unit is designed to limit the angular spectrum of the measurement radiation emanating from a field point in such a way that the measurement radiation emanating from at least some of the field points illuminates only a partial area of a pupil plane of the optical imaging system and the partial pupil areas belonging to at least two different field points overlap only partially or do not overlap.
  • the field points supplied by measuring radiation are formed by corresponding transparent structure elements of the object-side periodic structure.
  • the optical element with the object-side and / or the optical element with the image-side periodic structure is assigned a displacement unit for lateral displacement along one or more directions of periodicity.
  • a shifting unit By using such a shifting unit, the overlay patterns generated by the periodic structures can be slide are evaluated, which ensures high measurement accuracy.
  • the light source unit contains one or more point-shaped light sources which are positioned at such a distance in front of the optical element with the object-side periodic structure that they each have one or more of the field point-forming structure elements of the object-side periodic structure with an associated, suitable one Illuminate the lighting angle.
  • the wavefront generation unit comprises a single punctiform light source which is positioned at such a distance in front of the optical element with the periodic structure on the object side that its associated illumination angle is essentially equal to the numerical aperture on the input side of the optical imaging system ,
  • the punctiform light source illuminates the entire object-side periodic structure. If the structure size of the periodic structure is chosen to be sufficiently large compared to the wavelength, the angular extent of the diffracted light beams is relatively small and the pupil areas illuminated by neighboring field points of the structure differ sufficiently well.
  • the wavefront generation unit comprises one or more extended light sources positioned in front of the optical element with the object-side periodic structure and a pinhole unit positioned behind the optical element with the object-side periodic structure.
  • extended here means that the field point or points illuminated by such a light source are illuminated with a radiation field which contains at least the angular spectrum of the numerical aperture of the optical imaging system on the input side.
  • the angle spectra are selected using the pinhole unit, whereby each field point can be assigned a position in the pupil plane.
  • the pinhole unit contains a respective pinhole, in the present case an opening is to be understood, the dimension of which is selected such that the desired directional angle limitation for the radiation passing through is achieved.
  • This embodiment of the invention also includes mixed forms in which the light source unit comprises one or more punctiform light sources and one or more extended light sources next to one another, the field points which are illuminated by the or the extended light sources each having a pinhole of the pinhole unit for selection of the Angle spectrum is assigned.
  • the image-side periodic structure is located on a detector surface of the detector element or on a substrate which is laterally movable relative to a detector surface of the detector element and / or which is followed by detector optics for imaging the overlay pattern on a detector surface of the detector element ,
  • the arrangement of the periodic structure on the image side on a detector surface of the detector element represents a simple and inexpensive solution. If the periodic structure is attached to a laterally movable substrate in front of the detector surface, this can be used for lateral phase shifting without the need to shift the detector , If downstream detector optics are used, the size of the structures to be detected can be adapted to the spatial resolution of the detector.
  • the first and the second periodic structure each contain a moiré structure one or more directions of periodicity.
  • a clear distortion information which is sufficient for determining the wavefront in two spatial dimensions, can be determined using a moiré overlay pattern if this is periodic along at least two non-parallel directions. If the first and second moiré structures each have only one periodicity direction, the measurement can be carried out by introducing two moiré structures with different periodicity directions next to one another or one after the other in time on the object and image side. Alternatively, it is possible to use a moiré structure with two directions of periodicity on the object side and / or image side.
  • the inventive method for wavefront measurement uses the inventive device for wavefront measurement and comprises the following steps: positioning the optical element with the object-side structure in an object plane and the optical element with the image-side structure in an image plane of the optical imaging system; Generating overlay patterns of the imaged object-side periodic structure and image-side periodic structure and detecting these patterns by the detector element; Calculating the spatial derivatives of the wavefront from one or more overlay patterns at different support points, which correspond to the pupil partial areas illuminated by the respective field point; and reconstructing the wavefront course from the wavefront derivatives at the support points.
  • the optical element with the object-side structure and / or the optical element with the image-side structure is laterally displaced along a periodicity direction in order to generate superimposition patterns with different phase shifts, whereby the measuring accuracy can be increased.
  • the device according to the invention is calibrated before the wavefront measurement is carried out. At least two types of calibration methods can be used: a first type, in which the influence of non-ideal periodic structures on the measurement is reduced, and a second one, in which the field points of the object-side periodic structure are imaged on the associated pupil sub-areas of the optical system Imaging system is improved.
  • the intensity of the incident measuring radiation is averaged over an area of the detector surface which is assigned to the support point and which is greater than a period length of the periodic structures.
  • FIG. 1 is a schematic side view of an inventive device for wavefront measurement
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a wave front generating unit with a quasi-point light source for the device of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an alternative wave front generation unit to that of FIG. 2 with an extended light source and a pinhole for the device of FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an advantageous realization of a wavefront generation unit of the type according to FIG. 3
  • 5 shows a plan view of two moiré lattice structures with periodicity directions rotated by 90 ° with respect to one another for use in the device from FIG. 1,
  • FIG. 6 shows a plan view of three moiré lattice structures with differently oriented periodicity directions for use in the device from FIG. 1,
  • FIG. 7 is a plan view of a checkerboard moiré pattern for use in the device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a schematic side view of a detector unit with a periodic structure on a detector surface for the device of FIG. 1,
  • FIGS. 9 is a schematic side view of a detector unit with a periodic structure on a laterally movable substrate for the device of FIGS. 1 and
  • FIG. 10 shows a schematic side view of a detector unit comprising a relay optic for the device from FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows a device according to the invention for measuring the wavefront on a projection objective 5 for microlithography with a measuring reticle 1 attached in the object plane of the objective 5, which reticle has a first periodic moiré structure 2 and is part of a wavefront generation unit (not shown in the figure) is.
  • a first, entry-side lens 10 and a second, exit-side lens 11 of the projection objective 5 are shown.
  • the objective 5 forms structures applied to the reticle 1 onto a structure placed in the image plane of the objective 5 Structure carrier 3, which has a second periodic structure moiré structure 4 as part of a detector unit not shown in the figure.
  • the device for wavefront measurement shown in FIG. 1 is thus placed in a microlithography projection exposure system, e.g. a wafer scanner, integrated, that can be switched quickly between the measuring operation and the lithographic exposure operation of the projection exposure system.
  • the wavefront generating unit with the measuring reticle 1 can be exchanged for an illumination reticle which is used for semiconductor structuring.
  • the wave front generation unit can be integrated in a conventional reticle stage or alternatively can be exchanged for this, for which purpose it is designed to be suitable.
  • the structural support 3 on the image side with the second moiré structure 4 can also be exchanged for a wafer to be structured during the exposure process, for which purpose the structural support 3 can preferably be integrated together with the rest of the detector unit on a conventional wafer stage. Alternatively, it is also possible not to integrate the detector unit into the wafer stage and to replace the wafer stage with the detector unit during the wavefront measurement.
  • the device is an independent measuring station in which the projection objective 5 is inserted for measuring purposes.
  • the wavefront generation unit also referred to as the wavefront sensor or source module
  • the detector unit also referred to as the sensor module
  • the device shown is also suitable for measuring other optical imaging systems, be it in an integrated form or as an independent measuring station.
  • measuring radiation with which the first moiré structure 2 is illuminated by a light source unit not shown in FIG. 1, is diffracted at the first moiré structure 2.
  • suitable Nete design of the wavefront generating unit which will be discussed in more detail below in connection with FIGS. 2 to 4, ensures that measuring radiation emanating from a respective field point 7, ie a transparent partial area of the moiré structure 2, only an assigned partial area 8 of a pupil plane 9 of the projection lens 5 illuminates.
  • This is illustrated in FIG. 1 by a conical emission angle spectrum 6 for the transparent field points 7 of the binary moiré structure 2.
  • the pupil subregions 8 illuminated by the various transparent field points 7 do not overlap. Alternatively, it is possible for the partial pupil regions 8 to partially overlap.
  • the measuring radiation generates a moiré superimposition pattern of an image of the first moiré structure 2 generated in the plane of the structure-side structural support 3 with the second, also binary moiré structure 4 attached there.
  • This overlay pattern is recorded by the detector unit and used for image error measurement, in particular for distortion measurement.
  • the measurement arrangement described enables the image position of each field point 7 imaged by the projection objective 5 to be determined in the periodicity of the moiré overlay pattern, the offset of this image position relative to an ideal position being able to be determined by means of a suitable calibration.
  • the measurement accuracy that can be achieved depends on how well the influence of non-ideal moire structures on the measurement result can be reduced.
  • various from the literature known calibration methods For example, it is possible to carry out an absolute measurement of the moiré structures outside the device for the wavefront measurement, for example by means of a coordinate measuring machine. Measured errors of the moiré structures can be taken into account when calculating the wavefront gradient or when producing correspondingly corrected test structures from the phase of the moiré overlay pattern.
  • it is possible to carry out a calibration by comparison with other methods for wavefront measurement for example that in the journal article NR Farrar et al., "In-situ measurement of lens aberrations", SPIE Proc. 4000, pp. 18-29 ( 2000) or the method known from the above-mentioned laid-open publication DE 101 09 929 A1
  • the difference between these methods and the method according to the invention can be regarded as a calibration constant which is added to all subsequent measurements.
  • the projection objective is rotated relative to the wavefront measurement device, real aberrations, insofar as these are not rotationally symmetrical, rotating with the projection objective, while measurement artifacts remain rotation-invariant. This allows calibration, in particular for the axial field point.
  • this linear phase error can be determined by shifting the phase over several periods and then evaluating the period of the intensity signal.
  • self-calibration methods can be used, in which an aberration measurement is first carried out at an arbitrary field point, after which the periodic structures in the image plane and the object plane of the projection objective are relative to one another or several period lengths are shifted laterally and the aberration measurement is repeated.
  • an aberration measurement is first carried out at an arbitrary field point, after which the periodic structures in the image plane and the object plane of the projection objective are relative to one another or several period lengths are shifted laterally and the aberration measurement is repeated.
  • a calibration method can be used, in which the focus position of the detector unit is moved in defined steps in several individual measurements for the same field point. By moving the detector unit, an addition to the aberration of the objective becomes precise Defined spherical wavefront aberration is generated, so that the wavefront differences between different measurements are exactly known.
  • the phase of the moiré overlay pattern can be changed in the periodicity direction by a horizontal displacement of the first and / or the second moiré structure 2, 4, indicated by double arrows V1, V2 in FIG. 1.
  • suitable algorithms such as e.g. in the essay by G.T. Reid, "Moire Fringes in Metrology", Opt. Lasers Eng. 5 (2), pp. 63-93 (1984), the phase can be reconstructed from a sequence of intensity values generated in this phase shift, whereby a more precise evaluation of the moire overlay pattern and consequently a more precise wavefront measurement is made possible.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a wave front generation unit for the device of FIG. 1 with a single quasi-point-shaped light source 20, which completely illuminates the first moiré structure 2 in the measuring mode.
  • the light source 20 is positioned so close to the moiré structure 2 that the illumination angles necessary for illuminating the entire structure 2 correspond approximately to the numerical aperture on the input side of the projection objective 5 to be measured from FIG. 1. If the moiré structures 2 have a sufficient size compared to the wavelength of the measuring radiation, then the angular spectrum 6 of the measuring radiation is relatively small and the pupil areas illuminated by neighboring field points 7 differ sufficiently well.
  • the overlap of the pupil areas illuminated by different field points 7 becomes smaller the larger the angle a between the center of the quasi-point-shaped ones Light source 20 and the respective field point 7 and the smaller the opening angle y of the angle spectrum 6 of the measuring radiation emitted by the respective field point 7 is selected.
  • the opening angle ⁇ is only determined by the distance of the radiation-emitting field points 7 from the light source; for the quasi-punctiform light source 20, the angular expansion ⁇ of the light source 20 also plays a role from the point of view of the respective field point 7.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a wave front generating unit that can alternatively be used in the device of FIG. 1 with a single extended light source 21 and a pinhole unit 23 with a single, suitably narrow passage opening, also called a pinhole, between which a moiré Structure 22 is arranged.
  • the moiré structure 22 is thereby illuminated with a radiation field which contains the entire angular spectrum of the numerical aperture of the projection objective on the input side.
  • the pinhole unit 23 selects for limited angle spectra 25 of field points 24.
  • the aperture angle y of the measurement radiation emitted by the field points 24 is independent of the distance of the moiré structure 22 from the light source 21, but of the size of the pinhole of the pinhole unit 23 dependent.
  • the opening must be large enough to allow at least two diffraction orders to pass through and thus ensure the imaging of the field points 24.
  • the overlap of the partial pupil areas illuminated by different field points 24 depends on the angle ⁇ and on an angle ⁇ which is measured from the center point of the pinhole of the pinhole unit 23 between two adjacent field points 24.
  • FIG. 4 shows a practical implementation of a wavefront generation unit of the type that can be produced as a monolithic optical component 3 with a diffuser 26 for generating incoherent illumination with complete pupil filling and a pinhole 30.
  • An illumination radiation 46 indicated by arrows is scattered on the diffuser 26 and passes through a substrate 29 before it strikes a moiré structure 27, which is spaced from the pinhole 30 by a spacer layer 28. 4 obviously corresponds to that of FIG. 3 and therefore need not be explained again.
  • the light source unit for illuminating the optical element with the object-side periodic structure lying next to one another contains a plurality of quasi-point light sources of the type of the light source 20 from FIG. 2, which in this case are positioned such that they each only have a part illuminate all field points.
  • the light source unit contains a plurality of extended light sources lying side by side in the manner of the light source 21 from FIG. 3, but with a smaller lateral extent, so that each extended light source illuminates only a part of all field points.
  • the pinhole unit can then fit a pinhole for each group of field points, which are illuminated by a respective extended light source.
  • the light source unit comprises one or more point-shaped light sources and one or more extended light sources which are arranged next to one another such that they each serve to illuminate an associated part of all field points.
  • a suitable pinhole is assigned to those field points which are illuminated by an extended light source, while the field points illuminated by a respective punctiform light source do not require a subsequent pinhole diaphragm structure.
  • the moire structure In order to ensure a high measurement accuracy in the moire distortion measurement, on the other hand, the moire structure should have as large a number of periods as possible over the entire effective range, that is to say the smallest possible structural elements. In order to extract unambiguous distortion information from a moiré overlay pattern, the moiré structures used to generate this pattern should only have a periodicity along one axis. For the reconstruction of the wavefront, however, it is necessary to know the distortion at as many points as possible along at least two axes. With the moire structures described below, a two-dimensional reconstruction of the wavefront is made possible.
  • FIG. 5 shows a plan view of two moiré grating structures 40, 41 with periodicity directions rotated by 90 ° to one another for use in the device of FIG. 1.
  • an element with the first Moire lattice structure 40 whose periodicity direction points in the y direction, is positioned in the object plane of the projection objective 5 in FIG. 1 and an element with an identical moire structure reduced by the magnification is placed in the image plane thereof, and an appropriate number of measurements are made with lateral displacement of the two structures relative to one another, for example by actively moving the first moiré lattice structure 40 in the y direction, by means of a suitable displacement device.
  • a pair of elements with the second moiré grating structure 41 periodic in the x direction is then arranged on the image and object side by the projection objective 5 and determined according to the wavefront gradient along the x direction.
  • a two-dimensional reconstruction tion of the wavefront according to one of the algorithms known for this purpose.
  • only one pair of elements with a grating structure can be used, which is rotated by 90 ° between the first and the second measurement.
  • FIG. 6 shows a top view of three moiré lattice structures 42, 43, 44 with three differently oriented, non-orthogonal periodicity directions y, w, v.
  • a three-dimensional wavefront measurement can be carried out as described above by three successive distortion measurements with these structures. This is possible with increased accuracy due to the use of three different directions of periodicity.
  • FIG. 7 shows a plan view of a further moiré structure which can be used in the device of FIG. 1 and which includes a checkerboard moiré pattern 45.
  • a pattern combines periodic structures along two mutually perpendicular axes x and y. Clear information about the distortion can be extracted by successively determining the wavefront gradient along one of the periodicity directions. By shifting the phase perpendicular to the direction in which the wavefront gradient is currently to be determined and averaging the intensities of the moiré superimposition patterns thus generated, the periodicity disappears along this vertical direction.
  • moiré structures shown in FIGS. 5, 6 and 7 can also be combined with one another.
  • FIG. 8 shows a detector unit with a detector element 52 and a periodic moiré structure 50 for use in the device from FIG. 1.
  • the detector element 52 contains a CCD array with a detector surface 54 for reading out the moiré overlay pattern in parallel. It is also possible to use detectors which do not work in parallel and which provide spatially resolved information about a raster-shaped scanning of the image field, e.g. using a pinhole with a downstream photodiode.
  • the periodic structure 50 is applied directly to the detector surface 54 and is positioned in the image plane of the projection objective 5 of FIG. 1 for the wavefront measurement.
  • FIG. 9 shows an alternative detector unit with a periodic structure 50a on a carrier or transparent substrate 51, which is arranged laterally movable in front of a detector surface 54a of a CCD detector element 52a.
  • a shifting unit 55 By shifting the substrate 51 by means of a shifting unit 55, phase shifting in the image plane is made possible without the detector unit 52a having to be moved.
  • the periodic structure 50a is positioned for the wavefront measurement in the image plane of the projection objective 5 from FIG. 1.
  • FIG. 10 shows a further alternative detector unit with a CCD detector element 52b and an upstream detector optics 53, which has a periodic structure 50b, which is applied on a transparent substrate 51a, on a detector surface 54b of the CCD detector element 52b.
  • a shifting unit 55a phase shifting in the image plane is made possible.
  • the detector surface 54b captures an image of the periodic structure 50b enlarged by the imaging scale of the detector optics 53, which makes it easier to adapt the structure element size of the periodic structure to the spatial resolution of the detector.
  • an intensity averaging of the incident measuring radiation takes place at a respective support point over a pixel area of the CCD array assigned to the support point, which is larger than a period length of the periodic structures. This ensures that the desired phase information can be extracted.
  • the measurement accuracy increases with the size of the intensity averaging area, so that it should be chosen as large as possible, whereby care must be taken to ensure that a sufficient number of support points remain in the pupil plane.
  • the described device and the described method for wavefront measurement are not limited to the measurement of projection objectives for microlithography, but can be used for the measurement of any optical imaging systems.
  • the wavefront measurement process according to the invention is carried out by means of a wavefront generation unit and a detector unit, with which a wavefront measurement is possible in parallel, ie at all field points considered at the same time.
  • implementations of the wavefront measurement device are also possible in which the wavefront generation and / or the wavefront detection are carried out sequentially, that is to say for the individual field points in succession. If the device is used in a wafer scanner or wafer stepper, it is held so stably that vibrations, drifts or static positioning errors do not affect the measuring accuracy.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungssystems (5) und auf eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, die mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstet ist. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Wellenfronterzeugungseinheit, die ein optisches Element (1) mit einer objektseitigen periodischen Struktur (2) und eine Lichtquelleneinheit zur Beleuchtung der objektseitigen periodischen Struktur mit einer Messstrahlung umfasst, sowie eine auf der Bildseite des zu vermessenden Abbildungssystems anzuordnende Detektoreinheit auf, die ein optisches Element (3) mit einer bildseitigen periodischen Struktur (4) und ein Detektorelement zur Erfassung eines Überlagerungsmusters von abgebildeter objektseitiger periodischer Struktur und bildseitiger periodischer Struktur umfasst. Die Wellenfronterzeugungseinheit ist auf eine Begrenzung des Winkelspektrums (6) der von einem jeweiligen Feldpunkt (7) ausgehenden Messstrahlung derart ausgelegt, dass die vom jeweiligen Feldpunkt ausgehende Messstrahlung nur jeweils einen bestimmten Teilbereich (8) einer Pupillenebene (9) des optischen Abbildungssystems ausleuchtet. Verwendung z.B. zur Wellenfrontvermessung von Mikrolithographie-Projektionsobjektiven.

Description

Unser Zeichen: P 42735 WO 13. Januar 2004 EW/SR/wi/rc
Vorrichtung und Verfahren zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungssystems und Mikrolithographie-Proiektionsbelichtungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungssystems sowie eine Mikro- lithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv, die eine solche Vorrichtung umfasst. Verfahren und Vorrichtungen zur Wellenfrontvermessung werden verschiedentlich zur Ermittlung von Abbildungsfehlern optischer Abbildungssysteme, insbesondere hochgenauer Projektionsobjektive in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, eingesetzt. Bei der Wellenfrontvermessung wird die Abweichung der Oberflächenform einer Wellenfront bezogen auf eine ideale Oberflächenform ermittelt. Eine solche Abweichung wird als Wellenfrontaberration bezeichnet. Durch die Bestimmung solcher Aberrationen, die sich z.B. mittels Zernike-Koeffizienten an allen Feldpunkten beschreiben lassen, lässt sich die Abbildungsqualität eines Abbildungssystems charakterisieren. Für jeden Feldpunkt kann dann ein Satz von Zernike-Koeffizienten bestimmt und somit für jeden Zernike-Koeffizienten eine Feldverteilung angegeben werden. Hierdurch wird eine vollständige Beschreibung des räumlich niederfrequenten Verhaltens aller Aberrationen eines Abbildungssystems ermöglicht.
In der Offenlegungsschrift DE 101 09 929 A1 wird eine Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung eines optischen Systems beschrieben, welche eine Wellenfrontquelle mit zweidimensionaler Struktur zur Erzeugung einer das optische System durchlaufenden Wellenfront, ein Beugungs- gitter hinter dem optischen System und einen dem Beugungsgitter nachgeordneten, ortsauflösenden Detektor aufweist. Zur Wellenfrontvermessung wird eine Scherinterferometrietechnik benutzt, bei der das Beugungsgitter lateral verschoben wird.
Neben der oben geschilderten Art von Wellenfront-Vermessungsvorrichtungen, die nach dem Prinzip der Scherinterferometrie arbeiten, wird häufig eine zweite Art verwendet, welche auf dem Prinzip der Pupillenteilung nach Shack-Hartmann basiert. In der Patentschrift US 5,978,085 wird ein solches, auf dem Shack-Hartmann-Prinzip basie- rendes Verfahren zur Analyse eines abbildenden Linsensystems durch Messung von Wellenfrontaberrationen beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Retikel mit einer Struktur aus mehreren kleinen Öffnungen in die Objektebene eingebracht. In einem geeigneten Abstand von diesem wird eine Aperturblende mit mindestens einer Öffnung positioniert. Das Retikel wird durch die Aperturblende hindurch auf die Bildebene des Linsensystems abgebildet, in der eine Mehrzahl von Lichtflecken entsteht. In einer dortigen Ausführungsform wird die Struktur der Lichtflecke mittels eines mit Photolack beschichteten Wafers aufgezeichnet. Durch Vergleich der Strukturen auf dem Wafer mit einer mit diesem zur Überlagerung gebrachten Referenzplatte, die mit Referenzstrukturen belichtet wurde, werden die Verschiebungen der gemessenen gegenüber den idealen, beugungsbegrenzten Schwerpunktslagen der Lichtflecke ermittelt. Aus diesen Verschiebungen wird der Gradient der Wellenfront in der Pupille des zu vermessenden Linsensystems und daraus die Aberration der Wellenfront bestimmt.
In der Patentschrift US 5,828,455 wird ein ähnliches, auf dem Shack- Hartmann-Prinzip basierendes Verfahren beschrieben. Bei einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Struktur der Lichtflecke auf einem chrombeschichteten Quarzglas-Wafer aufgezeichnet. Die Verschiebungen der Strukturen bezüglich der jeweils idealen Position wird mit einem optischen Messinstrument vermessen. Auch bei diesem Verfahren ist ein Belichtungsprozess des Wafers notwendig.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zugrunde, welche mit relativ geringem Aufwand eine Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungs- Systems ermöglichen. Des weiteren liegt der Erfindung die Schaffung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zugrunde, die eine solche Vorrichtung umfasst.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und einer Mikrolithographie-Projek- tionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine auf der Objektseite des zu vermessenden Abbildungssystems anzuordnende Wellenfronterzeu- gungseinheit auf, die ein optisches Element mit einer objektseitigen periodischen Struktur und eine Lichtquelleneinheit zur Beleuchtung der objektseitigen periodischen Struktur mit einer Messstrahlung umfasst. Außerdem weist sie eine auf der Bildseite des zu vermessenden Abbildungssystems anzuordnende Detektoreinheit auf, die ein optisches Element mit einer bildseitigen periodischen Struktur und ein Detektorelement zur Erfassung eines Überlagerungsmusters von abgebildeter objektseitiger periodischer Struktur und bildseitiger periodischer Struktur umfasst. Die Begriffe Objektseite und Bildseite sind hierbei vorliegend allgemein so zu verstehen, dass sie den Bereich im Strahlengang vor bzw. nach dem zu vermessenden optischen Abbildungssystem bezeichnen. Die Wellenfronterzeugungseinheit ist auf eine Begrenzung des Winkelspektrums der von einem Feldpunkt ausgehenden Messstrahlung derart ausgelegt, dass die von wenigstens einem Teil der Feldpunkte ausgehende Messstrahlung jeweils nur einen Teilbereich einer Pupillenebene des optischen Abbildungssystems ausleuchtet und sich die zu wenigstens zwei verschiedenen Feldpunkten gehörenden Pupillenteilbereiche nur teilweise überlappen oder nicht überlappen. Typischerweise werden die messstrahlungsliefemden Feldpunkte von entsprechenden transparenten Strukturelementen der objektseitigen periodischen Struktur gebildet.
Eine eindeutige Beziehung zwischen einem jeweiligen Feldpunkt der objektseitigen periodischen Struktur und einem zugehörigen Pupillenteilbereich lässt sich am einfachsten für den überlappungsfreien Fall herstellen. Ein solcher ist jedoch für die Wellenfrontvermessung nicht zwingend, d.h. die von benachbarten Bereichen der objektseitigen perio- dischen Struktur ausgeleuchteten Pupillenbereiche können auch teilweise überlappen. Wesentlich ist, dass es innerhalb der Pupillenebene eine ausreichende Anzahl von Stützstellen zur rechnerischen Wellen- frontrekonstruktion gibt, d.h. dass die von entsprechenden Bereichen der objektseitigen periodischen Struktur ausgeleuchteten Pupillenteil- bereiche insgesamt einen ausreichend großen Teil der Pupille bilden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist dem optischen Element mit der objektseitigen und/oder dem optischen Element mit der bildseitigen periodischen Struktur eine Verschiebeeinheit zur lateralen Verschiebung entlang einer oder mehrerer Periodizitätsrichtungen zugeordnet. Durch Verwendung einer solchen Verschiebeeinheit können die von den periodischen Strukturen erzeugten Überlagerungsmuster mittels Phasen- schieben ausgewertet werden, was eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet.
In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere punktförmige Lichtquellen, die mit einem derartigen Abstand vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positioniert sind, dass sie jeweils eine oder mehrere der feld- punktbildenden Strukturelemente der objektseitigen periodischen Struktur mit einem zugehörigen, geeigneten Beleuchtungswinkel beleuchten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Wellenfront- erzeugungseinheit eine einzelne punktförmige Lichtquelle, die mit einem derartigen Abstand vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positioniert ist, dass deren zugehöriger Beleuch- tungswinkel im wesentlichen gleich der eingangsseitigen numerischen Apertur des optischen Abbildungssystems ist. Die punktförmige Lichtquelle leuchtet dabei die gesamte objektseitige periodische Struktur aus. Wird die Strukturgröße der periodischen Struktur verglichen mit der Wellenlänge hinreichend groß gewählt, so ist die Winkelausdehnung der abgebeugten Lichtstrahlen relativ klein und die von benachbarten Feldpunkten der Struktur ausgeleuchteten Pupillenbereiche unterscheiden sich hinreichend gut.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Wellenfronterzeu- gungseinheit eine oder mehrere, vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positionierte, ausgedehnte Lichtquellen sowie eine hinter dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positionierte Lochblendeneinheit. Der Begriff "ausgedehnt" bedeutet hierbei, dass der oder die von einer solchen Lichtquelle beleuchteten Feldpunkte mit einem Strahlungsfeld beleuchtet werden, welches mindestens das Winkelspektrum der eingangsseitigen numerischen Apertur des optischen Abbildungssystems enthält. Durch die Lochblendeneinheit erfolgt die Selektion der Winkelspektren, wodurch jedem Feldpunkt eine Position in der Pupillenebene zugeordnet werden kann. Dazu enthält die Lochblendeneinheit ein jeweiliges Pinhole, worunter vorliegend eine Öffnung zu verstehen ist, deren Abmessung so gewählt ist, dass die gewünschte Richtungswinkelbegren- zung für die durchtretende Strahlung erzielt wird. Diese strahlrichtungs- begrenzenden Pinholes sind z.B. in ihrer im Allgemeinen größeren Abmessung zu unterscheiden von beugungsbegrenzenden Pinholes, die dazu dienen, selektiv z.B. nur eine Beugungsordnung der Strahlung durchzulassen. Diese Ausgestaltung der Erfindung umfasst auch Misch- formen, bei denen die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere punktförmige Lichtquellen und eine oder mehrere ausgedehnte Lichtquellen nebeneinander umfasst, wobei denjenigen Feldpunkten, die von der oder den ausgedehnten Lichtquellen beleuchtet werden, je ein Pinhole der Lochblendeneinheit zur Selektion des Winkelspektrums zugeordnet wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung befindet sich die bildseitige periodische Struktur auf einer Detektorfläche des Detektorelements oder auf einem Substrat, das relativ zu einer Detektorfläche des Detektor- elements lateral beweglich ist und/oder dem eine Detektoroptik zur Abbildung des Überlagerungsmusters auf eine Detektorfläche des Detektorelements nachgeschaltet ist. Die Anordnung der bildseitigen periodischen Struktur auf einer Detektorfläche des Detektorelements stellt eine einfache und kostengünstige Lösung dar. Wird die periodische Struktur auf einem lateral beweglichen Substrat vor der Detektorfläche angebracht, so kann dies zum lateralen Phasenschieben verwendet werden, ohne dass eine Verschiebung des Detektors notwendig ist. Bei Verwendung einer nachgeschalteten Detektoroptik kann eine Anpassung der Größe der zu detektierenden Strukturen an die Ortsauflösung des Detektors erreicht werden.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhalten die erste und die zweite periodische Struktur je eine Moire-Struktur mit einer oder mehreren Periodizitätsrichtungen. Eine eindeutige Verzeichnungsinformation, die zur Wellenfrontbestimmung in zwei Raumdimensionen ausreicht, kann mit einem Moire-Überlagerungsmuster ermittelt werden, wenn dieses entlang von wenigstens zwei nicht parallelen Richtungen periodisch ist. Wenn die erste und die zweite Moire-Struktur nur je eine Periodizitätsrichtung aufweisen, kann die Messung dadurch ausgeführt werden, dass Objekt- und bildseitig je zwei Moire-Strukturen mit unterschiedlichen Periodizitätsrichtungen nebeneinander oder zeitlich nacheinander eingebracht werden. Alternativ ist es möglich, objekt- seitig und/oder bildseitig eine Moire-Struktur mit zwei Periodizitätsrichtungen zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wellenfrontvermessung verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung und umfasst folgende Schritte: Positionieren des optischen Elements mit der objektseitigen Struktur in einer Objektebene sowie des optischen Elements mit der bildseitigen Struktur in einer Bildebene des optischen Abbildungssystems; Erzeugen von Überlagerungsmustern von abgebildeter objektseitiger periodischer Struktur und bildseitiger periodischer Struktur und Detektieren dieser Muster durch das Detektorelement; Berechnen der Ortsableitungen der Wellenfront aus einem oder mehreren Überlagerungsmustern an verschiedenen Stützstellen, die den vom jeweiligen Feldpunkt ausgeleuchteten Pupillenteilbereichen entsprechen; und Rekonstruieren des Wellenfrontverlaufs aus den Wellen- frontableitungen an den Stützstellen.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung von Überlagerungsmustern mit unterschiedlichem Phasenversatz das optische Element mit der objektseitigen Struktur und/oder das optische Element mit der bildseitigen Struktur lateral entlang einer Periodizitätsrichtung verschoben, wodurch die Messgenauigkeit gesteigert werden kann. ln einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erfindungsgemäße Vorrichtung vor der Durchführung der Wellenfrontvermessung kalibriert. Es können hierbei mindestens zwei Arten von Kalibrierverfahren eingesetzt werden: Eine erste Art, bei welcher der Einfluss von nicht idealen periodischen Strukturen auf die Messung verringert wird, und eine zweite, bei der die Abbildung der Feldpunkte der objektseitigen periodischen Struktur auf die zugehörigen Pupillenteilbereiche des optischen Abbildungssystems verbessert wird.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung von Phaseninformation aus dem jeweiligen Überlagerungsmuster an einer Stützstelle die Intensität der auftreffenden Messstrahlung über einen der Stützstelle zugeordneten Bereich der Detektorfläche gemittelt, der größer als eine Periodenlänge der periodischen Strukturen ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Wellenfronterzeugungs- einheit mit einer quasi-punktförmigen Lichtquelle für die Vorrich- tung von Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer zu derjenigen von Fig. 2 alternativen Wellenfronterzeugungseinheit mit einer ausgedehnten Lichtquelle und einer Lochblende für die Vorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer vorteilhaften Realisierung einer Wellenfronterzeugungseinheit des Typs gemäß Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht auf zwei Moire-Gitterstrukturen mit um 90° zueinander gedrehten Periodizitätsrichtungen zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 6 eine Draufsicht auf drei Moire-Gitterstrukturen mit unterschiedlich orientierten Periodizitätsrichtungen zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Schachbrett-Moiremuster zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer Detektoreinheit mit einer periodischen Struktur auf einer Detektorfläche für die Vorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer Detektoreinheit mit einer periodischen Struktur auf einem lateral beweglichen Substrat für die Vorrichtung von Fig. 1 und
Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer eine Relaisoptik umfassenden Detektoreinheit für die Vorrichtung von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wel- lenfrontvermessung an einem Projektionsobjektiv 5 für die Mikrolitho- graphie mit einem in der Objektebene des Objektivs 5 angebrachten Messretikel 1, welches eine erste periodische Moire-Struktur 2 autweist und Teil einer bildlich nicht weiter dargestellten Wellenfronterzeugungseinheit ist. Von dem Projektionsobjektiv 5 sind der Einfachheit halber nur eine erste, eintrittsseitige Linse 10 und eine zweite, austrittsseitige Linse 11 gezeigt. Das Objektiv 5 .bildet auf dem Retikel 1 aufgebrachte Strukturen auf einen in der Bildebene des Objektivs 5 platzierten Strukturträger 3 ab, der eine zweite periodische Struktur Moire-Struktur 4 als Teil einer bildlich nicht weiter dargestellten Detektoreinheit aufweist.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung ist der- art in eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, z.B. einen Wafer-Scanner, integriert, dass zwischen dem Messbetrieb und dem lithographischen Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage schnell umgeschaltet werden kann. Die Wellenfronterzeugungseinheit mit dem Messretikel 1 ist gegen ein Beleuchtungsretikel austauschbar, welches zur Halbleiterstrukturierung eingesetzt wird. Dazu kann die Wellenfronterzeugungseinheit in eine übliche Retikelstage integriert oder alternativ gegen diese austauschbar sein, wozu sie geeignet gestaltet wird. Der bildseitige Strukturträger 3 mit der zweiten Moire-Struktur 4 ist ebenso gegen einen beim Belichtungsprozess zu strukturierenden Wafer austauschbar, wozu der Strukturträger 3 zusammen mit der restlichen Detektoreinheit vorzugsweise auf einer üblichen Waferstage integriert sein kann. Alternativ ist es auch möglich, die Detektoreinheit nicht in die Waferstage zu integrieren und bei der Wellenfrontvermessung die Waferstage gegen die Detektoreinheit auszutauschen.
Alternativ ist es möglich, die Vorrichtung als eigenständigen Messplatz zu realisieren, in welchen das Projektionsobjektiv 5 zu Messzwecken eingebracht wird. In dem Messplatz werden die Wellenfronterzeugungseinheit, auch als Wellenfrontsensor oder Source-Modul bezeichnet, und die Detektoreinheit, auch als Sensor-Modul bezeichnet, mittels geeigneter Halterungen objektseitig bzw. bildseitig vom Projektionsobjektiv 5 positioniert. Es versteht sich, dass sich die gezeigte Vorrichtung ebenso zur Vermessung anderer optischer Abbildungssysteme eignet, sei es in integrierter Form oder als eigenständiger Messplatz.
Im Betrieb der Vorrichtung wird Messstrahlung, mit der die erste Moire- Struktur 2 durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Lichtquelleneinheit beleuchtet wird, an der ersten Moire-Struktur 2 gebeugt. Durch geeig- nete Auslegung der Wellenfronterzeugungseinheit, worauf nachstehend in Verbindung mit den Fig. 2 bis 4 näher eingegangen wird, wird sichergestellt, dass von einem jeweiligen Feldpunkt 7, d.h. einem transparenten Teilbereich der Moire-Struktur 2, ausgehende Messstrahlung nur einen zugeordneten Teilbereich 8 einer Pupillenebene 9 des Projektionsobjektivs 5 ausleuchtet. Dies ist in Fig. 1 durch ein kegelförmiges Emissionswinkelspektrum 6 für die transparenten Feldpunkte 7 der binären Moire-Struktur 2 veranschaulicht. Die von den verschiedenen transparenten Feldpunkten 7 beleuchteten Pupillenteilbereiche 8 über- läppen sich nicht. Es ist alternativ möglich, dass die Pupillenteilbereiche 8 sich teilweise überlappen. Wesentlich für die Wellenfrontvermessung ist, dass es innerhalb der Pupillenebene 9 eine ausreichende Anzahl von Stützstellen gibt, d.h. dass entsprechende Bereiche des Messretikels 1 insgesamt einen ausreichend großen Teil der Pupille 9 ausleuchten, und dass eine eindeutige Zuordnung der Stützstellen bzw. Pupillenteilbereiche 8 zu den einzelnen Feldpunkten 7 bzw. transparenten Teilbereichen der objektseitigen Moire-Struktur 2 gegeben ist.
Von der Messstrahlung wird ein Moire-Überlagerungsmuster eines in der Ebene des bildseitigen Strukturträgers 3 erzeugten Bildes der ersten Moire-Struktur 2 mit der dort angebrachten zweiten, ebenfalls binären Moire-Struktur 4 erzeugt. Dieses Überlagerungsmuster wird mittels der Detektoreinheit aufgezeichnet und zur Bildfehlermessung, insbesondere zur Verzeichnungsmessung, verwendet. Durch die beschriebene Mess- anordnung wird in Periodizitätsrichtung des Moire-Überlagerungsmusters eine Ermittlung der Bildposition jedes durch das Projektionsobjektiv 5 abgebildeten Feldpunkts 7 ermöglicht, wobei sich mittels einer geeigneten Kalibrierung der Versatz dieser Bildposition relativ zu einer idealen Position ermitteln lässt.
Die erreichbare Messgenauigkeit hängt davon ab, wie gut der Einfluss von nicht idealen Moire-Strukturen auf das Messergebnis vermindert werden kann. Hierzu bieten sich verschiedene, aus der Literatur bekannte Kalibrierverfahren an. Es ist beispielsweise möglich, eine Absolut-Vermessung der Moire-Strukturen außerhalb der Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung, z.B. mittels einer Koordinatenmessma- schine durchzuführen. Gemessene Fehler der Moire-Strukturen können bei der Berechnung des Wellenfront-Gradienten oder bei der Herstellung entsprechend korrigierter Teststrukturen aus der Phase des Moire- Überlagerungsmusters berücksichtigt werden. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, eine Kalibrierung durch Vergleich mit anderen Verfahren zur Wellenfrontvermessung durchzuführen, z.B. dem in dem Zeitschriftenartikel N.R. Farrar et al., „In-situ measurement of lens aberrations", SPIE Proc. 4000, S. 18 - 29 (2000) beschriebenen Verfahren oder dem aus der oben erwähnten Offenlegungsschrift DE 101 09 929 A1 bekannten Verfahren. Die Differenz aus diesen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Eich- konstante betrachtet werden, welche auf alle folgenden Messungen aufaddiert wird.
Bei einer Achskonstanten-Kalibrierung als einer weiteren Kalibrierungsvariante wird das Projektionsobjektiv relativ zur Wellenfrontvermes- sungsvorrichtung gedreht, wobei sich reale Aberrationen, soweit diese nicht rotationssymmetrisch sind, mit dem Projektionsobjektiv mitdrehen, Messartefakte hingegen rotationsinvariant bleiben. Dies erlaubt eine Kalibrierung insbesondere für den axialen Feldpunkt.
Weist die erste Moire-Struktur 2 im Vergleich zur zweiten Moire-Struktur 4 einen Maßstabsfehler auf, so kann dieser lineare Phasenfehler durch ein Phasenschieben über mehrere Perioden und anschließendes Auswerten der Periode des Intensitätssignals ermittelt werden.
Des weiteren sind Selbstkalibrierungsverfahren verwendbar, bei denen zuerst eine Aberrationsmessung an einem beliebigen Feldpunkt durchgeführt wird, wonach die periodischen Strukturen in der Bildebene und der Objektebene des Projektionsobjektivs relativ zueinander um eine oder mehrere Periodenlängen lateral verschoben werden und die Aberrationsmessung wiederholt wird. Durch sukzessives Verschieben der Strukturen und Wiederholen der Aberrationsmessung sowie Aufintegrieren gemessener Strukturdifferenzen lassen sich Strukturfehler benachbarter Perioden der Strukturen bis auf einen Maßstabsfehler bestimmen, der z.B. nach einem der hierzu oben beschriebenen Verfahren korrigiert werden kann.
Neben der Kalibrierung von durch nicht ideale Moire-Strukturen erzeugten Messfehlern mittels eines oder mehrerer der oben beschriebenen Verfahren kann es auch zweckmäßig sein, die Zuordnung zwischen Feldpunkten und Pupillenteilbereichen zu kalibrieren. Hierzu kann beispielsweise ein „Kreis-Fit"-Verfahren verwendet werden. Dieses nutzt die Tatsache aus, dass bei der Abbildung einer objektseitigen Moire-Struktur in die Bildebene nur der Teilbereich abgebildet wird, der innerhalb der üblicherweise kreisförmigen Pupille des optischen Abbildungssystems liegt. An einem Überlagerungsmuster der objektseitigen Moire-Struktur mit einer bildseitigen Moire-Struktur findet eine Modulation durch Phasenschieben daher nur innerhalb eines entsprechenden, kreisförmigen Bereichs statt. Um diesen kreisförmigen Bereich zu bestimmen, werden an einer ausreichend großen Anzahl von Stützstellen eines Detektors, welcher in der Bildebene platziert ist, anhand eines geeignet gewählten Modulations- und/oder Intensitätskriteriums Grenzpixel bestimmt, welche gerade noch innerhalb oder gerade schon außer- halb des Kreises und damit des Pupillenrandes liegen. An diese Pixel wird dann mit der Methode kleinster Fehlerquadrate ein Kreis angefittet, wobei als freie Parameter die Position des Kreismittelpunktes und der Kreisradius dienen. Hierdurch wird eine eindeutige Zuordnung zwischen der Moire-Struktur und der Pupille für den Pupillen-Mittelpunkt sowie den Pupillenrand ermöglicht. Die Zuordnung aller weiteren Punkte erfolgt mit Hilfe geeigneter Modelle. Altemativ oder zusätzlich zum „Kreis-Fit"-Verfahren kann ein Kalibrierverfahren eingesetzt werden, bei dem in mehreren Einzelmessungen für den gleichen Feldpunkt die Fokus-Position der Detektoreinheit in definierten Schritten verfahren wird. Durch Verschieben der Detektoreinheit wird zusätzlich zur Aberration des Objektivs eine genau definierte sphärische Wellenfrontaberration erzeugt. Dadurch sind die Wellenfront- Differenzen zwischen verschiedenen Messungen genau bekannt. Die zur Aberrationsmessung verwendeten Stützstellen müssen jetzt nur noch so den Pupillen-Positionen zugeordnet werden, dass die ge- messenen den vorausgesagten Aberrationsdifferenzen so genau wie möglich entsprechen. Hierdurch wird dann an allen Stützstellen eine optimale Zuordnung zwischen Feldpunkten der periodischen Struktur und Pupillenteilbereichen durchgeführt. Eine solche Kalibriertechnik ist z.B. in der Offenlegungsschrift EP 1 231 517 A1 näher ausgeführt, wo- rauf für weitere Details verwiesen werden kann.
Die Phase des Moire-Überlagerungsmusters kann durch eine in Fig. 1 durch Doppelpfeile V1 , V2 angedeutete horizontale Verschiebung der ersten und/oder der zweiten Moire-Struktur 2, 4 in Periodizitätsrichtung verändert werden. Durch geeignete Algorithmen, wie sie z.B. in dem Aufsatz von G.T. Reid, „Moire Fringes in Metrology", Opt. Lasers Eng. 5 (2), S. 63-93 (1984) beschrieben werden, kann aus einer Sequenz von Intensitätswerten, die bei diesem Phasenschieben erzeugt wird, die Phase rekonstruiert werden, wodurch eine exaktere Auswertung des Moire-Überlagerungsmusters und folglich eine präzisere Wellenfrontvermessung ermöglicht wird.
Aus dem Versatz des Bildpunkts eines jeweiligen Feldpunkts 7 der ersten Moire-Struktur 2 lässt sich aufgrund der eindeutigen Zuordnung zwischen den Feldpunkten 7 der ersten Moire-Struktur 2 einerseits und den Pupillenteilbereichen 8 der Pupillenebene 9 andererseits ein Wellenfrontkipp, d.h. die Steigung der Wellenfront an einer zugeordneten Stützstelle des jeweiligen Pupillenteilbereichs 8, bestimmen. Man erhält somit eine Information über den Wellenfrontgradienten an allen von den Pupillenteilbereichen 8 gebildeten Stützstellen der Pupille 9. Durch geeignete Integrationsverfahren lassen sich aus diesem Gradienten die Wellenfrontaberrationen bis auf eine irrelevante Konstante berechnen. So ist es beispielsweise möglich, die Ableitungen von Zernike-Polynomen mittels Bestimmung kleinster Fehlerquadrate an den Wellenfrontgradienten anzupassen, wie in der Dissertation von H. Schreiber, „Charakterisierung von Sl-Mikrolinsen mit einem lateralen Shearing-Interferometer" auf S. 98-99 (1998) ausgeführt, worauf für weitere Details verwiesen werden kann. Alternativ kann eine pixelweise Integration mittels kleinster Fehlerquadrate durchgeführt werden, wie in dem Zeitschriftenaufsatz von C. Elster, „Exact two-dimensional wave- front reconstruction from lateral shearing interferograms with large shears", Appl. Opt. 39, S. 5353-5359 (2000) beschrieben. Auch eine Integration im Fourier-Raum ist möglich, wie im Aufsatz von D.L. Fried, „Least square fitting a wave-front distortion estimate to an array of phase-difference measurements", J. Opt. Soc. Am. 67, S. 370-375 (1977) dargelegt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Wellenfronterzeugungseinheit für die Vorrichtung von Fig. 1 mit einer einzelnen quasi- punktförmigen Lichtquelle 20, welche die erste Moire-Struktur 2 im Messbetrieb vollständig ausleuchtet. Die Lichtquelle 20 ist so nahe an der Moire-Struktur 2 positioniert, dass die zur Beleuchtung der gesamten Struktur 2 notwendigen Beleuchtungswinkel in etwa der eingangsseitigen numerischen Apertur des zu vermessenden Projektionsobjektivs 5 von Fig. 1 entsprechen. Weisen die Moire-Strukturen 2 verglichen mit der Wellenlänge der Messstrahlung eine hinreichende Größe auf, so ist das Winkelspektrum 6 der Messstrahlung relativ klein und die von benachbarten Feldpunkten 7 ausgeleuchteten Pupillenbereiche unterscheiden sich hinreichend gut. Der Überlapp der von verschiedenen Feldpunkten 7 ausgeleuchteten Pupillenbereiche wird umso kleiner, je größer der Winkel a zwischen dem Zentrum der quasi-punktförmigen Lichtquelle 20 und dem jeweiligen Feldpunkt 7 und je kleiner der Öffnungswinkel y des vom jeweiligen Feldpunkt 7 abgestrahlten Winkelspektrums 6 der Messstrahlung gewählt wird. Für eine ideal punktförmige Lichtquelle wird der Öffnungswinkel γ nur vom Abstand der Strahlungsemittierenden Feldpunkte 7 zur Lichtquelle bestimmt, für die quasi-punktförmige Lichtquelle 20 spielt auch die Winkelausdehnung ß der Lichtquelle 20 aus Sicht des jeweiligen Feldpunktes 7 eine Rolle.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer alternativ in der Vor- richtung von Fig. 1 verwendbaren Wellenfronterzeugungseinheit mit einer einzelnen ausgedehnten Lichtquelle 21 und einer Lochblendeneinheit 23 mit einer einzigen, geeignet engen Durchlassöffnung, auch Nadelloch bzw. Pinhole bezeichnet, zwischen denen eine Moire-Struktur 22 angeordnet ist. Im Messbetrieb der Vorrichtung wird die Moire- Struktur 22 dadurch mit einem Strahlungsfeld beleuchtet, welches das gesamte Winkelspektrum der eingangsseitigen numerischen Apertur des Projektionsobjektivs enthält. Durch die Lochblendeneinheit 23 erfolgt die Selektion auf begrenzte Winkelspektren 25 von Feldpunkten 24. In Fig. 3 ist der Öffnungswinkel y der von den Feldpunkten 24 ausgesandten Messstrahlung unabhängig vom Abstand der Moire-Struktur 22 zur Lichtquelle 21 , jedoch von der Größe des Pinholes der Lochblendeneinheit 23 abhängig. Diese sollte zum einen so klein sein, dass von einem jeweiligen Feldpunkt 24 nur ein möglichst kleiner Pupillenbereich beleuchtet wird. Andererseits muss die Öffnung groß genug sein, um mindestens zwei Beugungsordnungen hindurchzulassen und somit die Abbildung der Feldpunkte 24 zu gewährleisten. Der Überlapp der von verschiedenen Feldpunkten 24 ausgeleuchteten Pupillenteilbereiche hängt vom Winkel γ und von einem Winkel ψ ab, der vom Mittelpunkt des Pinholes der Lochblendeneinheit 23 aus zwischen zwei benach- harten Feldpunkten 24 gemessen wird.
Fig. 4 zeigt eine praktische Realisierung einer als monolithisches optisches Bauteil herstellbaren Wellenfronterzeugungseinheit des Typs gemäß Fig. 3 mit einer Streuscheibe 26 zur Erzeugung von inkohärenter Beleuchtung mit vollständiger Pupillenfüllung und einer Lochblende 30. Eine durch Pfeile angedeutete Beleuchtungsstrahlung 46 wird an der Streuscheibe 26 gestreut und tritt durch ein Substrat 29, bevor sie auf eine Moire-Struktur 27 trifft, die durch eine Abstandshalterschicht 28 von der Lochblende 30 beabstandet wird. Die Funktionsweise der Wellenfronterzeugungseinheit von Fig. 4 entspricht ersichtlich derjenigen von Fig. 3 und braucht daher nicht nochmals näher ausgeführt zu werden.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform beinhaltet die Lichtquelleneinheit zur Beleuchtung des optischen Elements mit der objektseitigen periodischen Struktur nebeneinanderliegend mehrere quasi-punktförmige Lichtquellen nach Art der Lichtquelle 20 von Fig. 2, die in diesem Fall so positioniert sind, dass sie jeweils nur einen Teil aller Feldpunkte beleuchten. In einer weiteren alternativen Ausführungsform beinhaltet die Lichtquelleneinheit nebeneinanderliegend mehrere ausgedehnte Lichtquellen nach Art der Lichtquelle 21 von Fig. 3, jedoch mit geringerer lateraler Ausdehnung, so dass jede ausgedehnte Lichtquelle nur einen Teil aller Feldpunkte beleuchtet. Die Lochblenden- einheit kann dann passend dazu je ein Pinhole für jede Gruppe von Feldpunkten beinhalten, die von einer jeweiligen ausgedehnten Lichtquelle beleuchtet werden. In weiteren alternativen Ausführungsformen sind Mischformen möglich, bei denen die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere punktförmige Lichtquellen und eine oder mehrere ausgedehnte Lichtquellen umfasst, die nebeneinander so angeordnet sind, dass sie jeweils zur Beleuchtung eines zugehörigen Teils aller Feldpunkte dienen. Denjenigen Feldpunkten, die von einer ausgedehnten Lichtquelle beleuchtet werden, wird durch eine entsprechende Lochblendeneinheit ein geeignetes Pinhole zugeordnet, während die von einer jeweiligen punktförmigen Lichtquelle beleuchteten Feldpunkte keiner nachgeschalteten Pinhole-Blendenstruktur bedürfen. Beim Design der Moire-Strukturen ist zu beachten, dass zum einen die Abstände zwischen den Feldpunkten und das Rastermaß möglichst groß gewählt werden sollten, um ein lokales Abtasten der Pupille mit einer großen Anzahl von Stützstellen zu ermöglichen. Um eine hohe Messgenauigkeit bei der Moire-Verzeichnungsmessung zu gewährleisten, sollte andererseits die Moire-Struktur über den gesamten wirksamen Bereich eine möglichst große Anzahl von Perioden aufweisen, d.h. möglichst kleine Strukturelemente. Um aus einem Moire-Überlagerungsmuster eine eindeutige Verzeichnungsinformation zu extrahie- ren, sollten die zur Erzeugung dieses Musters verwendeten Moire- Strukturen nur entlang einer Achse eine Periodizität aufweisen. Für die Rekonstruktion der Wellenfront ist es jedoch nötig, die Verzeichnung an möglichst vielen Punkten entlang von mindestens zwei Achsen zu kennen. Mit den im folgenden beschriebenen Moire-Strukturen wird eine zweidimensionale Rekonstruktion der Wellenfront ermöglicht.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf zwei Moire-Gitterstrukturen 40, 41 mit um 90° zueinander gedrehten Periodizitätsrichtungen zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1. Zur Bestimmung des Wellenfrontgradienten entlang der y-Richtung eines xyz-Koordinatensystems wird ein Element mit der ersten Moire-Gitterstruktur 40, deren Periodizitätsrichtung in y-Richtung weist, in der Objektebene des Projektionsobjektivs 5 der Figur 1 sowie ein Element mit einer identischen, um den Abbildungsmaßstab verkleinerten Moire-Struktur in der Bildebene desselben positioniert, und es wird eine geeignete Anzahl von Messungen mit lateraler Verschiebung der beiden Strukturen relativ zueinander, z.B. durch aktives Verschieben der ersten Moire-Gitterstruktur 40 in y-Richtung, mittels einer geeigneten Verschiebevorrichtung durchgeführt. Danach wird ein Paar von Elementen mit der in x-Richtung periodischen zweiten Moire-Gitterstruktur 41 bild- und objektseitig vom Projektionsobjektiv 5 angeordnet und entsprechend der Wellenfront- gradient entlang der x-Richtung bestimmt. Durch die Verzeichnungsmessung in zwei Richtungen kann eine zweidimensionale Rekonstruk- tion der Wellenfront nach einem der hierzu bekannten Algorithmen durchgeführt werden.
Alternativ zur Verwendung je eines Paares optischer Elemente mit der einen Gitterstruktur 40 bzw. mit der anderen Gitterstruktur 41 der Fig. 5 kann auch nur ein Elementpaar mit einer Gitterstruktur verwendet werden, die zwischen der ersten und der zweiten Messung um 90° gedreht wird.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf drei Moire-Gitterstrukturen 42, 43, 44 mit drei unterschiedlich orientierten, nicht orthogonalen Periodizitätsrichtungen y, w, v. Durch drei aufeinanderfolgende Verzeichnungsmessungen mit diesen Strukturen kann wie oben beschrieben eine zweidimensionale Wellenfrontvermessung durchgeführt werden. Aufgrund der Verwendung von drei unterschiedlichen Periodizitätsrichtungen ist dies mit erhöhter Genauigkeit möglich.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere, in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendbare Moire-Struktur, die ein Schachbrett-Moiremuster 45 beinhaltet. In einem solchen Muster sind periodische Strukturen entlang von zwei aufeinander senkrechten Achsen x und y kombiniert. Eindeutige Informationen über die Verzeichnung können dadurch extrahiert werden, dass nacheinander der Wellenfrontgradient entlang je einer der Periodizitätsrichtungen bestimmt wird. Durch ein Phasenschieben senk- recht zu der Richtung, in welcher der Wellenfrontgradient aktuell bestimmt werden soll, und Mittelung über die Intensitäten der so erzeugten Moire-Überlagerungsmuster verschwindet die Periodizität entlang dieser senkrechten Richtung. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, nacheinander ein Phasenschieben in verschiedene Richtungen durchzu- führen, wobei die so erzeugten Intensitäten der verschiedenen Überlagerungsmuster nur relevante Informationen über den Wellenfrontgradienten in der jeweiligen Phasenschieberichtung enthalten, während der Einfluss der jeweils anderen Richtungen zum Verschwinden gebracht werden kann.
Es versteht sich, dass die in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigten Moire- Strukturen auch untereinander kombiniert werden können. So kann z.B. objektseitig eine der in Fig. 5 gezeigten Strukturen, bildseitig die in Fig. 7 gezeigte Struktur verwendet werden.
Fig. 8 zeigt eine Detektoreinheit mit einem Detektorelement 52 und einer periodischen Moire-Struktur 50 zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1. Das Detektorelement 52 beinhaltet ein CCD-Array mit einer Detektorfläche 54 zum parallelen Auslesen des Moire-Überlagerungsmusters. Es ist auch möglich, nicht parallel arbeitende Detektoren zu verwenden, die eine ortsaufgelöste Information über ein rasterförmiges Abtasten des Bildfeldes liefern, z.B. unter Einsatz einer Lochblende (Pinhole) mit nachgeschalteter Photodiode. Die periodische Struktur 50 ist in diesem Beispiel direkt auf die Detektorfläche 54 aufgebracht und wird zur Wellenfrontvermessung in der Bildebene des Projektionsobjektivs 5 von Fig. 1 positioniert.
Fig. 9 zeigt eine alternative Detektoreinheit mit einer periodischen Struktur 50a auf einem Träger bzw. transparenten Substrat 51, das vor einer Detektorfläche 54a eines CCD-Detektorelements 52a lateral beweglich angeordnet ist. Durch Verschiebung des Substrats 51 mittels einer Verschiebeeinheit 55 wird ein Phasenschieben in der Bildebene ermöglicht, ohne dass hierzu die Detektoreinheit 52a mitbewegt werden muss. Die periodische Struktur 50a wird zur Wellenfrontvermessung in der Bildebene des Projektionsobjektivs 5 von Fig. 1 positioniert.
Fig. 10 zeigt eine weitere alternative Detektoreinheit mit CCD-Detektorelement 52b und einer vorgeschalteten Detektoroptik 53, welche eine periodische Struktur 50b, die auf einem transparenten Substrat 51a aufgebracht ist, auf eine Detektorfläche 54b des CCD-Detektorelements 52b abbildet. Durch Verschiebung des Substrats 51a mittels einer Verschiebeeinheit 55a wird ein Phasenschieben in der Bildebene ermöglicht. Die Detektorfläche 54b nimmt ein um den Abbildungsmaßstab der Detektoroptik 53 vergrößertes Bild der periodischen Struktur 50b auf, wodurch eine Anpassung der Strukturelementgröße der periodischen Struktur an die Ortsauflösung des Detektors erleichtert wird.
Bei den in den Fig. 8 bis 10 gezeigten Detektoreinheiten findet zur Auswertung der Phaseninformation aus dem jeweiligen Überlagerungs- muster an einer jeweiligen Stützstelle eine Intensitätsmittelung der auftreffenden Messstrahlung über einen der Stützstelle zugeordneten Pixelbereich des CCD-Arrays statt, der größer ist als eine Periodenlänge der periodischen Strukturen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die gewünschte Phaseninformation extrahiert werden kann. Die Mess- genauigkeit steigt mit der Größe des Intensitätsmittelungsbereichs, so dass dieser möglichst groß gewählt werden sollte, wobei darauf zu achten ist, dass noch eine ausreichende Anzahl von Stützstellen in der Pupillenebene verbleibt.
Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren zur Wellenfrontvermessung sind nicht auf die Vermessung von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie beschränkt, sondern lassen sich zur Vermessung beliebiger optischer Abbildungssysteme einsetzen. Der erfindungsgemäße Wellenfrontvermessungsvorgang wird mittels einer Wellenfronterzeugungseinheit und einer Detektoreinheit durchgeführt, mit denen eine Wellenfrontvermessung parallel, d.h. an allen berücksichtigten Feldpunkten gleichzeitig, möglich ist. Alternativ sind auch Realisierungen der Wellenfrontvermessungsvorrichtung möglich, bei denen die Wellenfronterzeugung und/oder die Wellenfrontdetektion se- quentiell, d.h. für die einzelnen Feldpunkte nacheinander, durchgeführt werden. Bei Einsatz der Vorrichtung in einem Waferscanner oder Waferstepper ist diese so stabil gehaltert, dass sich Vibrationen, Drifts oder statische Positionierfehler nicht auf die Messgenauigkeit auswirken. Bei Verwendung von Lasern zur Bereitstellung der Messstrahlung können Schwan- kungen der Laserintensität durch Mitteln über viele Pulse hinweg klein genug gehalten oder durch ein Intensitäts-Monitoring wegkalibriert werden. Das spektrale Verhalten von Lasern ist zeitlich ausreichend konstant, so dass die Beleuchtung keinen Einfluss auf die Reproduzierbarkeit der Messgenauigkeit hat. Wesentlich determiniert ist die Messgenauigkeit folglich durch die Genauigkeit der Phasenberechnung aus den Moire-Überlagerungsbildern. Für eine hohe Genauigkeit wichtige Faktoren sind eine hinreichend genaue Positionierung der bildseitigen und/oder objektseitigen Struktur beim Phasenschieben sowie die Anzahl der räumlichen Perioden, über die eine Intensitätsmittelung durchgeführt wird. Die reproduzierbare Messgenauigkeit der hier beschriebenen Vorrichtung kann für niedrige Zernike-Koeffizienten bei ungefähr 1 nm liegen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können alternativ zu Moire-Strukturen auch andere periodische Strukturen verwendet werden, aus deren Überlagerungsmuster eine Rekonstruktion des Wellenfrontverlaufs möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungssystems (5), mit - einer auf der Objektseite des zu vermessenden Abbildungs- systems anzuordnenden Wellenfronterzeugungseinheit, die ein optisches Element (1 ) mit einer objektseitigen periodischen Struktur (2) und eine Lichtquelleneinheit (20,21) zur Beleuchtung der objektseitigen periodischen Struktur mit einer Messstrahlung umfasst, und - einer auf der Bildseite des zu vermessenden Abbildungssystems anzuordnenden Detektoreinheit, die ein optisches Element (3) mit einer bildseitigen periodischen Struktur (4) und ein Detektorelement (52, 52a, 52b) zur Erfassung eines Überlagerungsmusters von abgebildeter objektseitiger periodischer Struktur und bildseitiger periodischer Struktur umfasst, - wobei die Wellenfronterzeugungseinheit auf eine Begrenzung des Winkelspektrums (6) der von einem Feldpunkt (7) ausgehenden Messstrahlung derart ausgelegt ist, dass wenigstens die von einem ersten und einem zweiten Feldpunkt ausgehende Messstrahlung jeweils nur einen Teilbereich (8) einer Pupillenebene (9) des optischen Abbildungssystems ausleuchtet und der zu dem ersten Feldpunkt gehörende Pupillenteilbereich mit dem zu dem zweiten Feldpunkt gehörenden Pupillenteilbereich teilweise überlappt oder nicht überlappt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem optischen Element mit der objektseitigen Struktur und/oder dem optischen Element mit der bildseitigen periodischen Struktur eine Verschiebeeinheit (55, 55a) zur lateralen Verschiebung entlang einer oder mehrerer Periodizitätsrichtungen zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere punktförmige Lichtquellen umfasst, die mit einem derartigen Abstand vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positioniert sind, dass sie zugeordnete Feldpunkte mit entsprechend begrenztem Winkelspektrum beleuchten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit eine einzelne punktförmige Lichtquelle (20) umfasst, die mit einem derartigen Abstand vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positioniert ist, dass deren zugehöriger Beleuchtungswinkel im wesentlichen gleich der eingangsseitigen numerischen Apertur des optischen Abbildungs- systems ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere vor dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positionierte, ausgedehnte Lichtquellen (21) sowie eine hinter dem optischen Element mit der objektseitigen periodischen Struktur positionierte Lochblendeneinheit (23) mit einer oder mehreren Pinholes umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die bildseitige periodische Struktur auf einer Detektorfläche (54) des Detektorelements oder auf einem Substrat (51 , 51a) befindet, das relativ zu einer Detektorfläche (54a, 54b) des Detektorelements lateral beweglich ist und/oder dem eine Detektoroptik (53) zur Abbildung des Überlagerungsmusters auf eine Detektorfläche des Detektorelements nachgeschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite periodische Struktur je eine Moire-Struktur (40, 41 42, 43, 44, 45) mit einer oder zwei Periodizitätsrichtungen beinhalten.
8. Verfahren zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungs- systems mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Schritten: - Positionieren des optischen Elements mit der objektseitigen Struktur in einer Objektebene sowie des optischen Elements mit der bildseitigen Struktur in einer Bildebene des optischen Abbildungssystems, - Erzeugen von Überlagerungsmustern von abgebildeter objekt- seitiger periodischer Struktur und bildseitiger periodischer Struktur und Detektieren dieser Muster durch das Detektorelement, - Berechnen der Ortsableitungen der Wellenfront aus einem oder mehreren Überlagerungsmustern an verschiedenen Stützstellen, die den vom jeweiligen Feldpunkt ausgeleuchteten Pupillenteilbereichen entsprechen, und - Rekonstruieren des Wellenfrontverlaufs aus den Wellenfront- ableitungen an den Stützstellen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Überlagerungsmustern mit unterschiedlichem Phasenversatz das optische Element mit der objektseitigen Struktur und/oder das optische Element mit der bildseitigen Struktur lateral entlang einer Periodizitätsrichtung verschoben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Wellenfronterfassung vor der Durchführung der Wellenfrontvermessung kalibriert wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von Phaseninformation aus dem jeweiligen Überlagerungsmuster an einer Stützstelle die Intensität der auftreffenden Messstrahlung über einen der Stützstelle zugeordneten Bereich der Detektorfläche gemittelt wird, der größer als eine Periodenlänge der periodischen Strukturen ist.
12. Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung am Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
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