Beleuchtungsquelle, Wellenfrontvermessungsvorrichtung und Mikrolithografie-Proiektionsbelichtungsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsquelle, die in der Lage ist, eine räumlich strukturierte Beleuchtungsstrahlung bereitzustellen, insbesondere im EUV-Wellenlängenbereich, auf eine Vorrichtung zur optischen Wellenfrontvermessung eines Prüflings, die von einer solchen Beleuchtungsquelle Gebrauch macht, und auf eine damit ausgerüstete Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet solcher Beleuchtungsquellen und Wellenfrontvermessungsvorrichtungen ist die Mikrolithografie zur HaIb- leiterwaferstrukturierung. Auf diesem Gebiet wächst das Interesse am Einsatz von Beleuchtungsstrahlung bei sehr niedrigen Wellenlängen, insbesondere im fernen bzw. extremen UV-Bereich (EUV-Bereich) und im nahen, weichen Röntgenstrahlungsbereich. Speziell besteht gegen¬ wärtig Interesse am EUV-Wellenlängenbereich bei 10 nm bis 20 nm, z.B. bei der Wellenlänge von 13,4 nm, für die es geeignete Materialien, wie Mo und Si, mit relativ hohem Reflexionsvermögen z.B. zur Her¬ stellung von reflektierenden Spiegeln gibt.
In der Offenlegungsschrift EP 1 306 698 A1 sind derartige reflektierende Mehrschichtspiegel für den EUV-Bereich und verschiedene Wellenfront- vermessungsvorrichtungen zur Vermessung solcher Spiegel offenbart. Als Wellenfrontvermessungsvorrichtungen werden die üblichen Typen vorgeschlagen, wie solche, die nach dem Prinzip der lateralen Scher- interferometrie, der Punktbeugungsinterferometrie und nach dem Shack- Hartmann-Prinzip arbeiten. Als mögliche EUV-Lichtquelle für die Wellen- frontvermessungsvorrichtung sind eine Synchrotronstrahlungsquelle, eine Laserplasmastrahlungsquelle, eine auf elektrischer Entladung basierende Plasmastrahlungsquelle und ein Röntgenstrahllaser genannt. Mit den gleichen Messtechniken unter Verwendung der gleichen EUV- Strahlungsquellen werden auch EUV-Abbildungssysteme, insbesondere Projektionsobjektive für die EUV-Mikrolithografie, vermessen, die mit derartigen Spiegeln ausgerüstet sind und im normalen Betrieb mit der gleichen Wellenlänge arbeiten, mit der sie durch die Wellenfrontvermes- sungsvorrichtung vermessen werden. Die EUV-Beleuchtungsquelle ist so ausgelegt, bei Bedarf unter Verwendung einer Kondensoranordnung, dass sie die zu prüfende Spiegeloberfläche vollständig ausleuchtet bzw. eine Vollfeldbeleuchtung zur Vermessung des optischen Systems bereitstellt.
In der Patentschrift US 6,559,952 B1 ist eine Wellenfrontvermessungs- vorrichtung in Form eines phasenschiebenden Punktbeugungsinterfero- meters von einem parallelisierten Typ offenbart, das zur Vermessung im EUV-Wellenlängenbereich eingerichtet und so ausgelegt ist, dass sich mit ihm auch Verzeichnungsmessungen z.B. an einem Mikrolithografie- Projektionsobjektiv durchführen lassen. Als EUV-Beleuchtungsquelle wird zur Vermessung eine Synchrotronstrahlungsquelle vorgeschlagen, während für den normalen Belichtungsbetrieb der Mikrolithografie-Pro- jektionsbelichtungsanlage vorzugsweise eine Laserplasmastrahlungs¬ quelle verwendet wird.
Der Einsatz von Synchrotronstrahlungsquellen und Plasmastrahlungs¬ quellen mit Vollfeldausleuchtung bei ausreichender Strahlungsintensität erfordert einen relativ hohen apparativen Aufwand.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Beleuchtungsquelle, durch die mit relativ geringem Aufwand eine räum¬ lich strukturierte Beleuchtungsstrahlung, insbesondere im EUV-Wellen- längenbereich, zur Verfügung gestellt werden kann, einer mit einer solchen Beleuchtungsquelle ausgerüsteten Wellenfrontvermessungs- Vorrichtung und einer entsprechenden Mikrolithografie-Projektionsbelich- tungsanlage zugrunde.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Beleuchtungsquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3, einer Wellenfrontvermessungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 oder 8 und einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Die Beleuchtungsquelle nach Anspruch 1 beinhaltet eine Teilchenstrahl- quelle und eine Beleuchtungsmaske. Die Struktur ist auf der Beleuch¬ tungsmaske unter Verwendung eines Targetmaterials gebildet, das bei Beschuss durch den Teilchenstrahl die Beleuchtungsstrahlung emittiert. Folglich wird von der Beleuchtungsmaske bei Teilchenbeschuss die Beleuchtungsstrahlung mit einer entsprechenden, gewünschten räumli- chen Struktur emittiert. Je nach gewünschter Wellenlänge der Beleuch¬ tungsstrahlung sind die Teilchenstrahlquelle und das Targetmaterial aus den hierzu bekannten herkömmlichen Typen geeignet ausgewählt. Je nach Anwendung kann die Beleuchtungsmaske vom Teilchenstrahl z.B. vollflächig oder abrastemd beaufschlagt werden, um die Beleuch- tungsmaskenstruktur zur Emission der Beleuchtungsstrahlung zu veran¬ lassen.
In Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Beleuchtungsquelle eine Teilchenstrahlführungseinheit, um den von der Teilchenstrahlquelle erzeugten Teilchenstrahl auf eine Struktur der Beleuchtungsmaske zu richten.
Die Beleuchtungsquelle nach Anspruch 3 beinhaltet eine Teilchenstrahl¬ quelle und eine Beleuchtungsmaske mit einer unstrukturierten Flächen¬ belegung aus einem Targetmaterial, das bei Beschuss mit einem von der Teilchenstrahlquelle erzeugten Teilchenstrahl die Beleuchtungs- Strahlung im gewünschten Wellenlängenbereich emittiert, wozu Teil¬ chenstrahlquelle und Targetmaterial geeignet aus den hierzu bekannten Typen ausgewählt werden. Eine Teilchenstrahlführungseinheit ist so ausgelegt, dass sie den Teilchenstrahl gemäß einer vorgebbaren Auf¬ treffstruktur über die Beleuchtungsmaske führt, d.h. für eine entspre- chende Relativbewegung von Teilchenstrahl und Beleuchtungsmaske sorgt. Da somit der Teilchenstrahl nur längs dieser Struktur auf das Targetmaterial der Beleuchtungsmaske auftrifft, emittiert dieses selektiv nur im Auftreffstrukturbereich. Damit wird die Beleuchtungsstrahlung mit der gewünschten Wellenlänge und der gewünschten räumlichen Struktur zur Verfügung gestellt.
In Ausgestaltung dieser Beleuchtungsquelle ist gemäß Anspruch 4 die Teilchenstrahlführungseinheit dafür eingerichtet, den Teilchenstrahl während zeitlich versetzter Beleuchtungsvorgänge mit vorgebbarer räumlicher Verschiebung der Auftreffstruktur auf die Beleuchtungsmaske zu richten. Damit kann eine Verschiebung der die Beleuchtungsstrah¬ lung emittierenden Strukturbereiche für aufeinander folgende Beleuch¬ tungsvorgänge erzielt werden, ohne dass zu diesem Zweck die Beleuch¬ tungsmaske verschoben werden muss. Dies lässt sich beispielsweise für Wellenfrontvermessungsvorgänge ausnutzen, bei denen eine derartige Strukturverschiebung zu Phasenschiebezwecken verwendet wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Beleuch¬ tungsquelle zur Bereitstellung von räumlich strukturierter Beleuchtungs¬ strahlung im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt. Für den EUV-Wellen- längenbereich um 13,4 nm eignet sich z.B. Silizium als Targetmaterial. Der Teilchenstrahl ist von einem beliebigen herkömmlichen Typ, durch den ein zugehöriges Targetmaterial bei Beschuss die Beleuchtungs¬ strahlung im gewünschten Wellenlängenbereich emittiert. In einer Aus¬ gestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 kann dies insbesondere ein Elektronenstrahl sein. Die Teilchenstrahlquelle kann hierbei einer her- kömmlichen Röntgenstrahlquelle entsprechen, bei der die übliche Anode durch die als Anode fungierende Beleuchtungsmaske ersetzt ist, die das durch Elektronenstrahlbeschuss Strahlungsemittierende Targetmaterial in strukturierter oder unstrukturierter Form trägt.
Die erfindungsgemäße Wellenfrontvermessungsvorrichtung nach An¬ spruch 7 eignet sich zur optischen Wellenfrontvermessung beliebiger Prüflinge, insbesondere von optischen Elementen und optischen Sys¬ temen, wie Abbildungssystemen, und ist mit einer erfindungsgemäßen, als zugehörige Wellenfrontquelle fungierenden erfindungsgemäßen Beleuchtungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgerüstet.
Die erfindungsgemäße Wellenfrontvermessungsvorrichtuhg nach An¬ spruch 8 ist gleichfalls zur optischen Wellenfrontvermessung beliebiger Prüflinge geeignet und beinhaltet eine Beleuchtungsquelle zur Bereit- Stellung einer räumlich strukturierten Beleuchtungsstrahlung, insbeson¬ dere im EUV-Wellenlängenbereich, als Messstrahlung. Dazu umfasst die Beleuchtungsquelle eine Beleuchtungsstrahlquelle, eine als Mess- maske fungierende Beleuchtungsmaske mit einer die Beleuchtungs¬ strahlung reflektierenden oder transmittierenden Messstruktur und eine Beleuchtungsstrahlführungseinheit, um einen von der Beleuchtungs¬ strahlquelle gelieferten Beleuchtungsstrahl in einer oder in zwei nicht¬ parallelen Richtungen ablenkbar über die Messstruktur zu führen. Die
Messstruktur kann z.B. ein einzelnes Schachbrettmuster oder mehrere Schachbrettmuster beinhalten, die nebeneinander über die Messmaske verteilt angeordnet sind und von denen jedes einzelne einen Feldpunkt repräsentiert. Eine solche Anordnung von Maskenmustern hat den Vorteil, dass der Messstrukturträger nicht bewegt werden muss, wenn verschiedene Feldpunkte vermessen werden sollen. Dies hat insbeson¬ dere Vorteile bei der Messung von Verzeichnung und Bildschale. Denn eine Verschiebebewegung kann zu Positionierfehlern führen, bei Ver¬ zeichnung hauptsächlich in x-y-Richtung, bei Bildschale hauptsächlich in z-Richtung.
Indem der Beleuchtungsstrahl solchermaßen ablenkbar über die Mess¬ struktur geführt werden kann, braucht sein Strahldurchmesser nicht die Größe der Messstruktur haben oder auf diese aufgeweitet werden. Daher können Beleuchtungsstrahlquellen verwendet werden, die einen Beleuchtungsstrahl mit vergleichsweise kleinem Strahldurchmesser und ausreichender Strahlfleckintensität auf der Messstruktur liefern, wobei der Strahlfleck z.B. in einer linearen oder zweidimensional abrasternden Bewegung über die Messstruktur geführt wird.
In einer Ausgestaltung dieser Wellenfrontvermessungsvorrichtung ist nach Anspruch 9 die Beleuchtungsstrahlführungseinheit darauf ausge¬ legt, den Beleuchtungsstrahl defokussiert als im Wesentlichen kohärente Strahlung oder fokussiert als im Wesentlichen inkohärente Strahlung auf die Beleuchtungsmaske zu richten.
Bei dem Prüfling kann es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 insbesondere um ein optisches Abbildungssystem, wie ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungs- anläge, handeln.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 sind der zu vermessende Prüfling und/oder die Beleuchtungs-/Teilchenstrahlquelle um eine optische Systemachse relativ zueinander verdrehbar angeord¬ net. Dazu können je nach Anwendungsfall nur der Prüfling oder nur die Beleuchtungs-/Teilchenstrahlquelle oder beide Komponenten durch entsprechende Mittel aktiv drehbar angeordnet sein. Diese Drehbarkeit lässt sich z.B. bei der Vermessung eines optischen Abbildungssystems, wie eines Mikrolithografie-Projektionsobjektivs, dazu nutzen, in Kombi¬ nation mit einem oder mehreren anderen Bewegungsfreiheitsgraden für den Prüfling, für die Beleuchtungs-/Teiichenstrahlquelle oder für die Be- Ieuchtungs~/Teilchenstrahlablenkung eine Vollfeldvermessung zu rea¬ lisieren.
In einer Weiterbildung der Wellenfrontvermessungsvorrichtung nach Anspruch 12 beinhaltet die Beleuchtungs- oder Teilchenstrahlführungs- einheit einen oder zwei drehbare Ablenkspiegeleinheiten, um den Beleuchtungs- bzw. Teilchenstrahl in einer oder zwei nicht-parallelen Richtungen abzulenken. Der oder die dadurch gegebenen Bewegungs¬ freiheitsgrade für den Beleuchtungs- bzw. Teilchenstrahl ermöglichen allein oder in Kombination mit weiteren Bewegungsfreiheitsgraden des Systems, wie der erwähnten Drehbarkeit von Prüfling oder Beleuch- tungs-/Teilchenstrahlquelle, das geforderte Führen des Beleuchtungs¬ oder Teilchenstrahls über die Beleuchtungsmaske bzw. die Messstruktur hinweg und bei Bedarf eine Vollfeldvermessung des Prüflings.
Als ein weiterer, hierzu nutzbringend einsetzbarer Bewegungsfreiheits¬ grad ist in einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 13 eine Verschiebbarkeit der Beleuchtungs-/Teilchenstrahlungsquelle relativ zum Prüfling mit einer zu einer optischen Systemachse senkrechten Richtungskomponente vorgesehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 14 ist die Wellen- frontvermessungsvorrichtung zur Messung wenigstens des oder der Abbildungsfehler Verzeichnung und/oder Bildschale eingerichtet, wobei für Fälle mit mehreren Messkanälen die einzelnen Messkanäle für die verschiedenen Feldpunkte geeignet zueinander kalibriert sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 15 ist die Wellenfrontvermessungsvorrichtung als laterales Scherinterfero- meter oder Punktbeugungsinterferometer ausgelegt.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Mikrolithografie- Projektionsbelichtungsanlage, z.B. vom Scanner-Typ, in die eine er¬ findungsgemäße Beleuchtungsquelle und/oder eine erfindungsgemäße Wellenfrontvermessungsvorrichtung integriert ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wellenfrontvermessungsvorrichtung Teil eines Regelkreises zur Einregelung eines Projektionsobjektivs und/oder der Beleuchtungsquelle der Mikrolithografienlage sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer auf lateraler Scherinter- ferometrie basierenden Wellenfrontvermessungsvorrichtung mit einer EUV-Beleuchtungsquelle nach Art einer Röntgenröhre mit Strahlablenkspiegel zur Vermessung eines EUV-Abbildungs- systems,
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 , jedoch für eine auf Punkt- beugungsinterferometrie basierende Variante der Wellenfront- Vermessungsvorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Wellenfrontver- messungsvorrichtung für ein EUV-Abbildungssystem, die eine Beleuchtungsquelle mit Elektronenstrahlquelle und Beleuch¬ tungsmaske mit einer Struktur aus einem Anodentargetmaterial beinhaltet,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Wellenfrontver- messungsvorrichtung für ein EUV-Objektiv, bei der die Beleuch¬ tungsquelle linear beweglich und das Objektiv drehbeweglich angeordnet sind,
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Wellenfrontver- messungsvorrichtung für ein EUV-Objektiv, bei der die Teilchen¬ strahlquelle und die Beleuchtungsmaske der Beleuchtungsquelle drehbeweglich angeordnet sind und ein einzelner Ablenkspiegel vorgesehen ist,
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Wellenfrontver- messungsvorrichtung für ein EUV-Abbildungssystem, bei der die Beleuchtungsquelle zwei Ablenkspiegel zur Teilchenstrahl¬ ablenkung in zwei senkrechten Richtungen umfasst, und
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Wellenfrontver- messungsvorrichtung nach Art von Fig. 6 jedoch mit zusätzlicher Drehbeweglichkeit der Teilchenstrahlquelle.
Die in Fig. 1 schematisch mit ihren hier interessierenden Komponenten gezeigte Wellenfrontvermessungsvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der lateralen Scherinterferometrie und dient zur Vermessung eines Projektionsobjektivs 1 , wie es in Mikrolithografie-Projektionsbelichtungs- anlagen z.B. vom Scanner- oder Stepper-Typ zur Halbleiterwaferstruk- turierung zum Einsatz kommt. Alternativ ist die Wellenfrontvermessungs-
Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung beliebiger anderer optischer Abbildungssysteme und allgemeiner von beliebigen optischen Systemen und anderen Prüflingen einsetzbar.
Die Vermessungsvorrichtung weist eine als sogenannte Wellenfront- quelle fungierende Beleuchtungsquelle mit einer Beleuchtungsstrahl¬ quelle 2 auf, die nach Art einer Röntgenröhre aufgebaut ist, d.h. sie beinhaltet eine Kathode und einen Wehneltzylinder zur Elektronen- strahlerzeugung und eine Anode, auf die der Elektronenstrahl gerichtet wird. Die Anode ist mit einem Targetmaterial belegt, das so ausgewählt ist, dass es durch den Elektronenstrahlbeschuss eine Messstrahlung im gewünschten Wellenlängenbereich emittiert. In einer vorteilhaften Rea¬ lisierung wird als Targetmaterial Silizium verwendet. Silizium emittiert unter geeignetem Beschuss EUV-Strahlung mit einer Schwerpunkt- weilenlänge von 13,5 nm. Je nach Wahl des Anodentargetmaterials und der Parameter für den Elektronenstrahlbeschuss kann Messstrahlung in einem gewünschten anderen EUV-Wellenlängenbereich oder in irgend einem anderen Wellenlängenbereich erzeugt werden.
Des weiteren weist die Beleuchtungsquelle eine Beleuchtungsmaske 4 und eine fokussierende Ablenkspiegeleinheit 5 auf. Ein von der Beleuch¬ tungsstrahlquelle 2 gelieferter Beleuchtungsstrahl 3 wird von der Ab¬ lenkspiegeleinheit 5 auf die Beleuchtungsmaske 4 gerichtet, genauer gesagt auf eine Messstruktur 8a, die sich auf einer Seite der Beleuch- tungsmaske 4 befindet und für die verwendete Messstrahlung reflek¬ tierend wirkt. Dazu ist die Beleuchtungsmaske 4 auf der betreffenden Seite mit einer gemäß der gewünschten Messstruktur 8a strukturierten Reflexionsschicht aus einem Material versehen, das für die Messstrah¬ lung, z.B. im EUV-Bereich von 13,5 nm, reflektierend ist, während die Beleuchtungsmaske 4 im übrigen für die Messstrahlung weitestgehend absorbierend ist. Hierfür verwendbare, geeignete Materialien sind an sich bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erwähnung.
Die Beleuchtungsstrahlquelle 2, die Ablenkspiegeleinheit 5 und die Beleuchtungsmaske 4 bilden somit eine Beleuchtungsquelle, die einen entsprechend der Messstruktur 8a räumlich strukturierten Beleuchtungs- strahl 3a liefert. Dieser Messstrahl 3a kann zur Wellenfrontvermessung des Objektivs 1 durch eine laterale Scherinterferometrietechnik benutzt werden, wozu die als Messmaske fungierende Beleuchtungsmaske 4 mit ihrer Messstruktur 8a vorzugsweise in der Objektebene des Objektivs 1 positioniert wird, während bildseitig ein Beugungsgitter 6, vorzugsweise in der Bildebene des Objektives 1 , und eine Detektor¬ einheit 7 positioniert werden. Mögliche Realisierungen und die Wir¬ kungsweise dieser weiteren Vermessungskomponenten sind auf dem Gebiet der lateralen Scherinterferometrietechnik bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. Der Vermessungsvorgang beinhaltet eine laterale Relativverschiebung von Beleuchtungsmaske 4 bzw. Messstruktur 8a einerseits und Beugungsgitter 6 bzw. der zuge¬ hörigen Beugungsgitterstruktur andererseits. Die entstehenden Inter- ferogramme werden z.B. von einem CCD-Array der Detektoreinheit 7 erfasst und ausgewertet. Dies umfasst z.B. die Bestimmung der Wellen- frontableitungen aus den Interferogrammen und daraus die Rekon¬ struktion der Wellenfront in einer Pupillenebene des Objektives 1.
In den meisten Fällen ist die Ausdehnung der abzubildenden Mess¬ struktur 8a größer als der Durchmesser des auf die Beleuchtungsmaske 4 auftreffenden Beleuchtungsstrahls 3. Um die gesamte Messstruktur 8a abzubilden, wird der Beleuchtungsstrahl 3 abrasternd über die Mess¬ struktur 8a hinweggeführt, z.B. durch entsprechendes Verdrehen der Ablenkspiegeleinheit 5 in einer oder in zwei nicht-parallelen, vorzugs¬ weise orthogonalen Scanrichtungen. Geeignete Scanspiegelanordnungen und Ablenksteuermittel zur Realisierung einer solchen Beleuchtungs¬ strahlführung sind an sich bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung. Für die laterale Scherinterferometrie ist eine über die
Messstruktur 8a hinweg im Wesentlichen inkohärente Beleuchtung gefordert, die sich hier dadurch realisieren lässt, dass der Beleuch¬ tungsstrahl 3 fokussiert auf die Messstruktur 8a gerichtet wird. Wenn die Ausdehnung der abzubildenden Messstruktur kleiner als diejenige des Beleuchtungsstrahls ist, kann alternativ zum abrastemden Führen des Beleuchtungsstrahls über die Messstruktur eine vollflächige Beaufschla¬ gung der Messstruktur mit dem Beleuchtungsstrahl vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt schematisch ein System entsprechend Fig. 1 , mit dem Unterschied, dass die Wellenfrontvermessungsvorrichtung als Punkt- beugungsinterferometer ausgelegt ist, wobei für identische oder funktionell äquivalente Elemente der Übersichtlichkeit halber gleiche Bezugszeichen gewählt sind. Entsprechend der Auslegung als Punkt- beugungsinterferometer umfasst die Wellenfrontvermessungsvorrich- tung von Fig. 2 eine Beleuchtungsmaske 4b mit einer reflektierenden Messstruktur 8b in Form eines geeigneten, reflektierenden Pinholemus¬ ters zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahls 3a aus dem auftreffenden Beleuchtungsstrahl 3 sowie ein strahlaufteilendes Beugungsgitter 9 zwischen Beleuchtungsmaske 4b und zu vermessendem Objektiv 1. Im übrigen sind für die Vorrichtung von Fig. 2 die gleiche Beleuchtungs¬ strahlquelle 2 und die gleiche Ablenkspiegeleinheit 5 wie im Beispiel von Fig. 1 verwendbar. Auf der Bildseite des vermessenen Objektives 1 befinden sich in üblicher Weise die weiteren Komponenten eines Punktbeugungsinterferometers, speziell eine geeignete Lochmaske 10 mit einer oder mehreren Pinholes und einer oder mehreren Durchlass¬ öffnungen größeren Durchmessers, wobei die Lochmaske 10 bevorzugt in der Bildebene des Objektives 1 angeordnet ist, gefolgt von der bildaufnehmenden Detektoreinheit 7. Die Punktbeugungsinterferometrie- technik benötigt eine im Wesentlichen kohärente Beleuchtung der Pinhole-Maskenstruktur 8b, was in diesem Fall dadurch realisiert werden kann, dass der Strahl 3 durch die Ablenkspiegeleinheit 5 defokussiert auf die Beleuchtungsmaske 4b gerichtet wird.
Wenn wie oben erwähnt für die Wellenfrontvermessungsvorrichtungen der Figuren 1 und 2 als Beleuchtungsstrahlquelle 2 eine Art Röntgen¬ quelle für EUV-Strahlung verwendet wird, ist die Strahlungsemissions- leistung zwar im Vergleich zu typischen Plasmastrahlungsquellen geringer, z.B. im Bereich von bis ca. 100 μW, durch Abbilden des Anodenquellspotts auf eine kleine Fläche der Beleuchtungsmaske kann aber dennoch die für eine laterale Scherinterferometriemessung oder Punktbeugungsinterferometriemessung nötige Intensität bereitgestellt werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante einer Wellenfrontvermessungsvorrich- tung z.B. für den EUV-Wellenlängenbereich mit spezieller Beleuchtungs¬ quelle. Bei dieser Vermessungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungs- quelle eine Elektronenstrahlquelle 11 , die z.B. von einer Kathoden- Baugruppe einer kommerziell erhältlichen Röntgenröhre gebildet sein kann, eine herkömmliche Elektronenstrahl-Ablenkeinheit 12 und eine Beleuchtungsmaske 4c, die als Anode der Elektronenstrahlquelle 11 fungiert und zu diesem Zweck mit einer geeigneten Anoden-Target- materialschicht 8c versehen ist. Das Targetmaterial dieser Schicht 8c ist so gewählt, dass es bei Beschuss mit einem von der Elektronen¬ strahlquelle 11 und der Ablenkeinheit 12 gelieferten Elektronenstrahl 13 Messstrahlung im gewünschten Wellenlängenbereich als Messstrahl 3a emittiert. Zur Bereitstellung von Messstrahlung im Bereich von 13,5 nm eignet sich dazu beispielsweise eine Beschichtung mit Silizium. Eine Blende 14 sorgt für eine Strahlwinkelbegrenzung des Messstrahls 3a und für eine Abschirmung von störender Streustrahlung.
Für die Realisierung der Anoden-Targetmaterialschicht 8c gibt es zwei wesentlich unterschiedliche Möglichkeiten. In einer ersten Variante ist sie als strukturierte Schicht in Form der gewünschten Messstruktur zur
Durchführung der gewählten Wellenfrontvermessung des Objektivs 1 auf
die Beleuchtungsmaske 4c aufgebracht. Diejenigen Strukturbereiche, welche die Messstrahlung emittieren sollen, sind mit dem entsprechen¬ den Anodenmaterial, z.B. Silizium für EUV-Strahlung 13,5 nm, belegt, während die übrigen Bereiche aus einem Material bestehen, das im Wellenlängenbereich der Messstrahlung nicht emittiert. Das ist auf zwei inverse Weisen im Sinne eines Positiv- bzw. Negativbildes möglich. Für das Material, welches die Messstrahlung nicht emittiert, ist es günstig, wenn es innerhalb des gesamten Reflexionsbandes von Spiegelschich¬ ten nicht emittiert, mit denen in einem Objektiv für EUV-Strahlung üblicherweise vorhandene Spiegel belegt sind. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 3 ein solcher herkömmlicher Spiegelaufbau für das zu vermessende Objektiv 1 schematisch gezeigt.
Eine zweite, alternative Realisierung der Targetmaterialbeschichtung 8c besteht darin, sie ganzflächig, d.h. homogen ohne Strukturierung, auf der Beleuchtungsmaske 4c vorzusehen und die gewünschte Mess¬ struktur durch den Elektronenstrahl 13 in diese unstrukturiert flächige Targetmaterialschicht 8c zu schreiben. In diesem Fall steuert die Ablenkeinheit 12 den Elektronenstrahl 13 anhand von z.B. digital vorlie- genden Messstrukturdaten so an, dass er in einer der gewünschten Messstruktur entsprechenden Auftreffstruktur auf die ganzflächige Targetmaterialbeschichtung 8c auftrifft, d.h. der auftreffende Strahlfleck bewegt sich gezielt entlang derjenigen Bereiche der gewünschten Messstruktur, welche die Messstrahlung emittieren soll. In diesem Sinn kann dieser Beleuchtungsbetriebsmodus auch als maskenlose Beleuch¬ tungsart bezeichnet werden. Für die homogene Anoden-Targetmaterial- beschichtung eignen sich die gleichen Materialien wie die oben zu den anderen Ausführungsbeispielen genannten Targetmaterialien. Diese Realisierung mit homogener Targetmaterialbeschichtung ist praktisch frei von thermischen Problemen, da die Maskenstruktur allein durch den Elektronenstrahl 13 und dessen ablenkender Führung durch die Ablenkeinheit 12 definiert ist.
Ein besonderer Vorteil der letztgenannten Variante mit homogener Anoden-Targetmaterialbeschichtung der Beleuchtungsmaske 4c liegt darin, dass die Strahlungsemittierende Messstruktur lateral, d.h. in einer Ebene senkrecht zu einer in Fig. 3 gestrichelt angedeuteten optischen Achse 15 des Systems, verschoben werden kann, ohne dass dazu mechanische Teile, insbesondere die Beleuchtungsmaske 4c, bewegt werden müssen. Vielmehr kann die Messstrukturverschiebung allein dadurch bewerkstelligt werden, dass die Ablenkeinheit 12 den Elektronenstrahl 13 zum entsprechend versetzten Schreiben der Auf¬ treffstruktur ansteuert, d.h. der Elektronenstrahl 13 schreibt eine ent- sprechend verschobene Messstruktur auf die homogene Targetmaterial- beschichtung 8c. Dies lässt sich insbesondere dazu ausnutzen, eine laterale Messstrukturverschiebung zum Phasenschieben bei der Wellen- frontvermessung z.B. durch laterale Scherinterferometrie zu realisieren. Die ansonsten notwendige aktive Verschiebung der die Messstruktur tragenden Maske, wie der Beleuchtungsmaske 4c, kann dadurch ent¬ fallen.
Wie in Fig. 3 des weiteren angedeutet, ist die Elektronenstrahlquelle 11 zusammen mit der Ablenkeinheit 12 und dem Objektiv 1 in einer gemeinsamen Ultrahochvakuumkammer 16 untergebracht und kann auf diese Weise auch in eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage integriert sein. Die Beleuchtungsmaske 4c befindet sich dann in einer üblichen Retikelstage, während auf der Bildseite des Projektionsob¬ jektivs 1 an die UHV-Kammer 16 eine übliche Waferstage 17 anschließt. Für Wellenfrontmessungen können eine oder mehrere bildseitige Komponenten der Wellenfrontvermessungsvorrichtung auf der Wafer¬ stage 17 angeordnet werden, z.B. ein Beugungsgitter und/oder eine Detektoreinheit.
In vielen Fällen ist eine Vollfeldvermessung eines Prüflings, z.B. des in den gezeigten Beispielen stellvertretend für andere mögliche Prüflinge betrachten Mikrolithografie-Projektionsobjektivs 1 , gewünscht. Um dies mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsquelle zu ermöglichen, die auf einem Beschuss eines geeigneten Targetmaterials durch einen Teil¬ chenstrahl, wie einen Elektronen- oder lonenstrahl, basiert, können geeignete Bewegungsfreiheitsgrade für den Prüfling, für die Beleuch- tungs- oder Teilchenstrahlquelle und/oder für andere Komponenten der Beleuchtungsquelle vorgesehen sein, um den Messstrahl sukzessive über das gesamte Feld hinweg zu führen. Dies vermeidet eine inten- sitätsschwächende Aufweitung des Messstrahls, der bei diesem Mess- strahlerzeugungsprinzip typischerweise einen relativ kleinen Durch¬ messer hat. Auf diese Weise sind auch Strahlquellen mit relativ geringer Strahlungsleistung verwendbar, insbesondere auch solche, die auf einem konventionellen Röntgenröhrenprinzip basieren.
In den Figuren 4 bis 7 sind verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der für Vollfeldmessungen erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade anhand entsprechender Ausführungsbeispiele gezeigt, wobei der Über- sichtlichkeit halber für identische oder funktionell äquivalente Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Prüfling 1 um eine zu seiner optischen Achse parallele Drehachse 18 von einer zugehörigen Halterung 19 drehbeweglich gehalten ist, wie durch einen Drehpfeil D1 symbolisiert. Die gesamte Beleuchtungsquelle der zugeordneten WeI- lenfrontvermessungsvorrichtung ist auf einer Schlittenhalterung 20 linear in einer lateralen, d.h. zur Prüflingsdrehachse 18 senkrechten Richtung verfahrbar angeordnet, wie durch einen Verschiebepfeil T1 symbolisiert. Die Wellenfrontvermessungsvorrichtung kann z.B. derjenigen von Fig. 1 entsprechen, wobei die Beleuchtungsstrahlquelle bzw. Röntgenröhre 2, die Beleuchtungsmaske 4a und die Ablenkspiegeleinheit 5 durch geeig-
nete, nur teilweise schematisch gezeigte Tragelemente an der verfahr¬ baren Schlittenhalterung 20 gehalten sind. Durch lineares Verfahren der Beleuchtungsquelle kann der von ihr gelieferte Messstrahl 3a in radialer Richtung über das Prüflingsfeld geführt werden. In Kombination mit dem Drehen des Prüflings 1 wird die gewünschte Vollfeldmessung erzielt, d.h. die Messung an allen Feldpunkten. Bildseitig befinden sich die zugehörigen weiteren Vermessungskomponenten wie Beugungsgitter 6 und Detektoreinheit 7.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist der Prüfling 1 ortsfest in einer Halterung 21 fixiert. Hingegen sind die Beleuchtungsstrahlquelle 2, die Ablenkspiegeleinheit 5 und die Beleuchtungsmaske 4a einer Beleuch¬ tungsquelle der zugehörigen Wellenfrontvermessungsvorrichtung dreh¬ beweglich um eine zur optischen Achse des Prüflings 1 parallele, erste Drehachse 18a an einer Drehhalterung 22 gehalten, wie durch einen Drehpfeil D2 symbolisiert. Damit kann der Messstrahl 3a in Drehrichtung über das Prüflingsfeld geführt werden. Die für eine Vollfeldmessung noch fehlende radiale Führung des Messstrahls 3a über das Prüflings¬ feld wird dadurch bewerkstelligt, dass die Ablenkspiegeleinheit 5 zusätzlich um eine zur ersten Drehachse 18a senkrechte, zweite Drehachse 18b drehbeweglich angeordnet ist, wie durch einen Drehpfeil D3 angedeutet. Im übrigen entspricht die Wellenfrontvermessungs- vorrichtung von Fig. 5 derjenigen von Fig. 4.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Prüfling 1 an der Halterung 21 fixiert und zudem auch die Beleuchtungsstrahlquelle 2 und die Beleuchtungsmaske 4a ortsfest gehalten sind. Um den Messstrahl 3a über das volle Prüflingsfeld zu führen, sind in diesem Fall zwei in orthogonalen Richtungen strahlablenkend arbeitende Ablenkspiegel- einheiten vorgesehen. Dazu ist die Ablenkspiegeleinheit 5 wie im Beispiel von Fig. 5 als eine Scanspiegeleinheit um die Drehachse 18b senkrecht zur optischen Achse des Prüflings 1 drehbeweglich ange-
ordnet. Von dieser Ablenkspiegeleinheit 5 wird der Beleuchtungsstrahl 3 auf eine zweite Ablenkspiegeleinheit 5a reflektiert, die um eine zur optischen Achse des Prüflings 1 parallele Drehachse 18c drehbeweglich angeordnet ist, wie durch einen Drehpfeil D4 symbolisiert. Insgesamt kann dadurch der Messstrahl 3a abrasternd in zwei zueinander senk¬ rechten Richtungen über das Prüflingsfeld geführt werden. Im übrigen entspricht die gezeigte Wellenfrontvermessungsvorrichtung von Fig. 6 derjenigen von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels von Fig. 6, die sich von diesem darin unterscheidet, dass die Beleuchtungsstrahlquelle 2 nicht ortsfest, sondern um eine zur optischen Achse des Prüflings 1 parallele Drehachse 18d drehbeweglich gehalten ist, wie mit einem Drepfeil D5 symbolisiert. Die Bereitstellung dieses zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrades hat den Effekt, dass für die beiden Scan¬ spiegeleinheiten 5, 5a ein verringerter Ablenkhub, d.h. ein geringerer Schwenkwinkelbereich, ausreicht.
Wie aus den obigen, beispielhaft erläuterten Ausführungsformen der Figuren 4 bis 7 deutlich wird, kann erfindungsgemäß eine Vollfeld¬ vermessung eines Prüflings unabhängig vom jeweiligen Messverfahren auf unterschiedliche Weise erzielt werden, z.B. durch Drehen des Prüflings in Kombination mit einem linearen Verschieben der Beleuch¬ tungsquelle, durch Drehen der Beleuchtungs-/Teilchenstrahlquelle um eine zur optischen Achse des Prüflings parallele Drehachse in Kombination mit einer Drehung eines Scanspiegels um eine dazu orthogonale Achse, durch Verwenden einer Anordnung mit zwei Scanspiegeln für zwei senkrechte oder allgemein nicht-parallele Scan¬ richtungen oder durch zwei derartige Scanspiegel mit verringertem Schwenkwinkelbereich in Kombination mit einer drehbeweglichen An¬ ordnung der Beleuchtungs-/Teilchenstrahlquelle und/oder des Prüflings.
Die gezeigten und beschriebenen Wellenfrontvermessungsvorrichtun- gen eignen sich außer zur Bestimmung anderer Abbildungsfehler insbesondere auch zur Bestimmung von Bildschale und Verzeichnung eines Mikrolithografie-Projektionsobjektivs. Die Messung von Bildschale und Verzeichnung kann z.B. auf eine Messung der Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und/oder Z4 für die einzelnen Feldpunkte und eine Kalibrierung dieser Feldpunkte zurückgeführt werden. Die Kalibrierung umfasst eine Messung der Relativbewegung beim Verschieben bzw. Drehen der be¬ weglichen Systemkomponenten und eine Messung des Abstands zwi- sehen Strukturelementen der Messstruktur, z.B. zwischen den Pinholes einer Pinhole-Struktur für Punktbeugungsinterferometrie oder zwischen Strukturelementen einer Messstruktur für laterale Scherinterferometrie.
Es versteht sich, dass es bei sämtlichen oben genannten Bewegungen und Bewegungsfreiheitsgraden jeweils nur auf die relative Bewegung der beteiligten Komponenten ankommt, d.h. es können je nach Bedarf nur die eine oder nur die andere oder beide Komponenten aktiv bewegt werden. Des weiteren versteht sich, dass sich die Erfindung nicht nur für Wellenfrontvermessungsvorrichtungen eignet, die mit lateraler Scher- interferometrie oder Punktbeugungsinterferometrie arbeiten, sondern auch für solche, die auf einem anderen herkömmlichen Wellenfront- vermessungsprinzip basieren, z.B. dem Shack-Hartmann-Prinzip. Dabei kann je nach Wunsch die Vermessung mit einer Messstrahlung, die in ihrem Wellenlängenbereich der Arbeits- bzw. Nutzstrahlung entspricht, mit welcher der vermessene Prüfling in seinem normalen Funktions¬ einsatz arbeitet, oder mit einer davon verschiedenen Messstrahlung erfolgen. Speziell ist die Erfindung auch zur Wellenfrontvermessung von optischen Abbildungssystemen für Lithografiesysteme im EUV-Wellen- längenbereich geeignet.