WO2015039751A1 - Vorrichtung zum bestimmen einer optischen eigenschaft eines optischen abbildungssystems - Google Patents

Vorrichtung zum bestimmen einer optischen eigenschaft eines optischen abbildungssystems Download PDF

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Albrecht Ehrmann
Markus GÖPPERT
Helmut Haidner
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for determining a property of an optical imaging system and to a projection exposure apparatus for microlithography with such a device.
  • An important field of application of the invention is the wavefront measurement of high-resolution projection objectives in microlithography for semiconductor wafer structuring in order to be able to determine aberrations of the projection objective with high precision.
  • a technique based on lateral shear interferometry as well as other interferometric techniques such as Point Diffraction Interferometer (PDI), Line Diffraction Interferometer (LDI), and the use of a Shack-Hartmann sensor or Moire -Techniques based sensor possible.
  • a so-called coherence mask is placed in the object plane of the optical system to be tested. On this an object pattern is arranged.
  • an object pattern is arranged in the image plane of the imaging system.
  • a trained as a diffraction grating reference pattern In the image plane of the imaging system is a trained as a diffraction grating reference pattern. The superimposition of the waves generated by diffraction at the diffraction grating results in an overlay pattern in the form of an interferogram, which with the aid of a suitable detector is detected.
  • Possible embodiments of a coherence mask and of a diffraction grating of a shear interferometer are listed, for example, in DE 10 2005 041 373 A1.
  • the object according to the invention can be achieved by means of a device for determining an optical property of an optical imaging system, in particular an objective of a projection exposure apparatus for the Microlithography, which is configured as follows.
  • the device according to the invention comprises an illumination system, which is configured to direct electromagnetic radiation generated by a radiation source to an object plane of the imaging system, in particular to focus on the object plane, and a useful detector for determining the optical property.
  • the Nutzdetektor is configured to detect the electromagnetic radiation after passing through a Nutzstrahlenganges.
  • the useful beam path extends, starting from the radiation source via the imaging system to the useful detector.
  • the device according to the invention comprises a decoupling device which is arranged in the useful beam path and is configured to decouple a sensor radiation from the useful beam path so that the decoupled sensor radiation extends in a sensor beam path that differs from the useful beam path.
  • the device according to the invention furthermore comprises an intensity sensor which is arranged in the sensor beam path to record an angle-resolved intensity distribution present at at least one point in the object plane of the optical imaging system, which reproduces the intensity of the electromagnetic radiation as a function of the angle of incidence with respect to the object plane.
  • the sensor radiation can be coupled out of the useful beam path, whereby the radiation-resolved intensity distribution with a high resolution over the entire angular range, i. the entire pupil, to be determined. This can be done for different points in the object plane, in which case any field points detected by the useful beam path can be measured with respect to the beam angle-resolved intensity distribution. In other words, there are neither restrictions on the measurable angle range nor on the measurable field range.
  • recorded interferograms can be corrected with high accuracy on the basis of the angle-resolved intensity distributions determined by the intensity sensor according to the invention. This correction makes it possible to determine the wavefront aberration behavior of the optical imaging system with improved accuracy and reproducibility.
  • the angle-resolved intensity distributions determined by the intensity sensor according to the invention make it possible to calculate the influence of the illumination system with high accuracy from the measurements made by the useful detector. While in conventional apodization measurements, the angle-resolved intensity distribution in the object plane is generally assumed to be known, the device according to the invention makes it possible to take into account the actual intensity distribution in the apodization measurement. This can be done, in particular, by subtracting the intensity distribution measured by the intensity sensor from the intensity distribution measured by the useful sensor.
  • the intensity sensor is arranged in the sensor beam path such that the beam angle-dependent intensity distribution present in the object plane of the optical imaging system can be recorded directly therefrom; this is the case, for example, when the intensity sensor is in the region of a pupil plane of the illumination system or a plane conjugate thereto is arranged. If the intensity sensor is not arranged in a plane suitable for direct recording of the irradiation angle-dependent intensity distribution, then the intensity sensor can be equipped with a computing unit for calculating back measured intrinsic values on the irradiation angle-dependent intensity distribution in the object plane by means of ray tracing, also known as ray tracing.
  • the apparatus further comprises an evaluation device, which is configured to determine the optical property from a signal recorded by the useful detector during detection of the electromagnetic radiation, taking into account the intensity distribution of the irradiation angle-dependent intensity distribution recorded by the intensity sensor.
  • the signal recorded by the useful detector can be corrected in particular with time resolution.
  • the decoupling device is arranged in an area of the useful beam path upstream of the imaging system.
  • the coupling-out device is arranged at a location of the useful beam path, which is located upstream of the optical imaging system with respect to the radiation guided in the useful beam path.
  • the decoupling device is arranged in the illumination system.
  • the output device can be configured, for example, as a diffuser, spectral filter or beam splitter.
  • the coupling-out device has an at least partially reflecting element.
  • the at least partially reflecting element serves for coupling out the sensor radiation from the useful beam path by reflection and can be formed, for example, by a partially reflecting layer on a mask membrane, such as a partially transparent EUV MoSi layer system.
  • the at least partially reflecting element may have a grating which, by reflection in zero diffraction order, allows the useful radiation to pass through in the useful beam path and decouples the sensor radiation by reflection in a diffraction order different from the zeroth diffraction order.
  • the device further comprises a test mask arranged in the object plane and the outcoupling device is part of the test mask.
  • the illumination system is configured to radiate the electromagnetic radiation obliquely to the object plane. This is to be understood as meaning an irradiation direction which deviates from the perpendicular to the object plane, in particular by more than 3 ° or by more than 10 °.
  • the coupling-out device comprises a radiation-converting element, which is configured to generate the sensor radiation by changing the wavelength of a portion of the guided in the Nutzstrahlengang electromagnetic radiation.
  • a radiation-converting element can be embodied as a fluorescent element or as a scintillator.
  • a fluorescent element may be formed by a fluorescent layer disposed on a fluorescent membrane-impermeable mask.
  • the fluorescent element may for example be formed from P43, ie terbium-doped gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S: Tb) or cerium-doped carrier materials such as YAG, YAP or quartz.
  • a scintillator layer can be arranged as an intermediate layer between an EUV radiation-reflecting cover layer and a mask support. It can thus be achieved that the radiation-converted sensor radiation, which passes through the mask carrier impermeable to EUV radiation, can be recorded by means of the intensity sensor, which is arranged behind the test mask.
  • the coupling-out device is configured to generate from the electromagnetic radiation of the useful beam path radiation having a wavelength which differs from an operating wavelength of the optical imaging system Disconnect sensor radiation.
  • the decoupled sensor radiation has a different wavelength than the operating wavelength of the optical imaging system, in particular, the wavelength of the sensor radiation is at least twice as large as the operating wavelength of the optical imaging system.
  • the sensor radiation is at least partially reflected at a mask membrane impermeable to the wavelength of the sensor radiation, while the radiation with the operating wavelength passes through the mask membrane.
  • the decoupling device is configured to decouple the sensor radiation by diffraction in +/- 4. or magnitude higher diffraction order from the Nutzstrahlengang.
  • the test mask in +4., in -4. and / or in magnitude higher diffraction order, i. in +5., in -5., in +6., in -6. and / or in +7., in -7. etc.
  • formed light can be used as sensor radiation.
  • These diffraction orders have a larger numerical aperture than the optical imaging system and thus do not reach the useful detector, since they are usually blocked by the optical imaging system.
  • the intensity sensor for detecting this diffraction light may be arranged either in the region between the test mask and the optical imaging system or on a socket of an optical element in the imaging system.
  • the decoupling device may also comprise a diffuser plate arranged specially in the useful beam path.
  • the coupling-out device comprises a diffraction grating.
  • a diffraction grating can be configured to allow the useful radiation to pass in the zeroth diffraction order in the useful beam path and to decouple the sensor radiation in a diffraction order different from the zeroth diffraction order.
  • a diffraction grating can be arranged, for example, on a spectral filter in the illumination system or on a test mask.
  • a diffraction grating can be realized on a transmission-operated spectral filter with small openings.
  • the diffraction grating can be configured as a partially transparent membrane grid, which is formed from mutilages and in which the reflectance can be adjusted by the number of layers.
  • the outcoupling means comprises an analysis grid configured to generate an interferogram on the payload detector from a radiation portion of the electromagnetic radiation having a first wavelength, and a radiation portion of the electromagnetic radiation having a second wavelength in one of the zeroth Diffraction order different diffraction order to direct the intensity sensor.
  • Below the diffraction order different from the zeroth order of diffraction is the +/- 2. or a magnitude higher diffraction order to understand.
  • the interferogram formed from the first wavelength radiation is spatially separated from the second wavelength radiation in the diffraction order different from the zeroth diffraction order.
  • the decoupling device is arranged in the region of the useful beam path downstream of the imaging system.
  • the electromagnetic radiation generated by the radiation source comprises the radiation components of the first and second wavelengths, the first wavelength corresponding to the operating wavelength of the optical imaging system, and e.g. may be an EUV wavelength, and the second wavelength is e.g. in the UV range, in the visible range or in the infrared range.
  • the useful detector and the intensity sensor are integrated in a one-piece detector.
  • the useful detector has different detection ranges, one for detecting the electromagnetic radiation after passing through the useful beam path and one for detecting the sensor radiation.
  • the device is configured to periodically interrupt the radiation emitted by the illumination system so that the radiation impinges on the object plane in time-limited radiation packets.
  • the radiation packets have a minimum time duration of 50 milliseconds and in particular a maximum length of 5 seconds.
  • the periodic interruption can take place by moving a closure element in and out of the beam path or out of the beam path of the electromagnetic radiation. Alternatively, the periodic interruption can occur by triggering a radiation source generating the electromagnetic radiation.
  • an interferogram is generated on the detector, the respective radiation energy of the individual radiation packets is measured angularly resolved by means of the intensity sensor, the corresponding measured angle-resolved radiation energy distribution is assigned to the interferogram generated by the corresponding radiation packet, the interferograms are assigned using the individual interferograms Radiation energy distributions manipulated and from the manipulated interferograms, the wavefront of the electromagnetic radiation is determined after their interaction with the optical system.
  • the device is designed for an operating wavelength in the EUV wavelength range.
  • the useful radiation guided in the useful beam path is EUV radiation.
  • the apparatus further comprises an evaluation device which is configured to make a correction to the optical property of the optical imaging system determined by the useful detector on the basis of the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor.
  • the evaluation device is configured to communicate with the payload detector to correct the measurement taken on the basis of the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor and thus to produce a measurement result of the optical property with high accuracy.
  • the optical property determinable by the device comprises a wavefront aberration behavior of the optical imaging system.
  • the device comprises for this purpose a wavefront measuring device, in particular a shear interferometer.
  • the optical property which can be corrected by means of the evaluation device comprises a wavefront aberration behavior of the optical imaging system.
  • the optical property to be determined by the device comprises a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system.
  • a pupil-resolved transmission behavior is also referred to in the art as "apodization.”
  • the term “apodization” does not refer to the optical filtering method listed in many textbooks the outer rings of a diffraction disk are suppressed to improve the contrast of the image at the expense of resolving power.
  • the device furthermore has an evaluation device which is configured to determine a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system by evaluating measurement results of the useful detector and the angularly resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor.
  • the optical property of the optical system to be determined is pupil-resolved Transmission behavior and the angle-resolved intensity distribution provided by the intensity sensor make it possible to calculate the influence of the illumination system on the measurement result of the useful detector with high accuracy.
  • the pupil-resolved intensity distribution can be determined with a higher accuracy than would be possible only on the basis of the measurement of the useful detector, for example taking into account an estimate of the intensity distribution in the object plane.
  • the evaluation device is both configured to make a correction to the optical characteristic determined by the useful detector, in particular the wavefront aberration behavior, of the optical system on the basis of the angularly resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor, and also configured by evaluating measurement results of the useful detector and the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor to determine a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system.
  • relative movements of the radiation source to the membrane of a test mask are measured by means of a detection system and taken into account in the evaluation of the apodization measurement
  • the intensity sensor comprises a focusing element and a two-dimensionally resolving intensity detector, also called a camera, arranged downstream of the focusing element.
  • the intensity sensor can also be designed without a focusing element.
  • a diaphragm is arranged in a focal plane between the focusing element and the intensity detector. The diaphragm forms a filtering through the membrane of a test mask Angular distribution of the radiation source after. Alternatively, filtering through the membrane can also be done by calculation.
  • the intensity sensor is further configured to record the intensity distribution in the object plane of the optical imaging system in a spatially resolved manner.
  • the spot shape of the radiation source is recorded in addition to the Einstrahlwinkeluken intensity distribution at least one location of the object plane.
  • the intensity sensor can have two separate measuring modules, one for determining the irradiation angle-dependent intensity distribution and one for determining the spatially resolved intensity distribution.
  • the intensity sensor may also be configured to combine the two measurement functions in one meter, with the meter being switchable between the metering functions, e.g. by varying a distance between a focusing element and a camera.
  • microlithography projection exposure apparatus having an optical characteristic determining apparatus incorporated therein in any of the above-described embodiments.
  • a method for determining an optical property of an optical imaging system comprises directing, in particular focusing, electromagnetic radiation onto an object plane of the imaging system and determining the optical property with a useful detector from the electromagnetic radiation after passing through a useful beam path ,
  • the useful beam path extends from a radiation source of the radiation via the imaging system to the useful detector.
  • a sensor radiation is coupled out of the useful beam path, so that the decoupled sensor radiation runs in a sensor beam path that differs from the useful beam path, and also on angle-resolved intensity distribution present at least one point in the object plane of the optical imaging system, which reflects the intensity of the electromagnetic radiation as a function of the angle of incidence with respect to the object plane, recorded by means of an intensity sensor arranged in the sensor beam path.
  • a correction is now made to a measurement made by the useful detector, the correction taking place on the basis of the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor.
  • the measurement made by the useful detector comprises a wavefront aberration behavior of the optical imaging system.
  • a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system is determined as an optical property by evaluating a measurement result of the useful detector and the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a device according to the invention for determining an optical property of an optical system with a test mask and an intensity sensor,
  • 5a is a sectional view of the intensity sensor in a first embodiment
  • 5b is a sectional view of the intensity sensor in a second embodiment
  • 5c is a sectional view of the intensity sensor in a third embodiment
  • FIG. 6a shows a sectional view of the further intensity sensor in a first embodiment
  • FIG. 6b shows a sectional view of the further intensity sensor in a second embodiment
  • 7 is a sectional view of a second embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 8 is a sectional view of a third embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 10 is a sectional view of a fifth embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a projection exposure apparatus according to the invention for microlithography with projection optics and a device according to the invention integrated therein for determining an optical property of the projection optics,
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view of an embodiment of a radiation source of the projection exposure apparatus according to FIG. 11 with an intensity sensor integrated therein, and FIG.
  • FIG. 13 shows a schematic sectional view of a further embodiment of a radiation source of the projection exposure apparatus according to FIG. 11 with an intensity sensor integrated therein.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device 10 according to the invention for determining an optical property of an optical imaging system 12 in the form of projection optics of a projection exposure apparatus for microlithography.
  • the optical system to be measured is for EUV radiation, i. extremely ultraviolet radiation having a wavelength of less than 100 nm, e.g. 13.5 nm or 6.8 nm.
  • the optical imaging system 12 includes only reflective optical elements in the form of mirrors.
  • FIG. 1 illustrates, in addition to the optical axis 13 of the imaging optical system 12, an aperture stop 34 which defines a pupil 36 of the imaging optical system 12.
  • the optical property to be determined with the device 10 according to the invention may in particular be a wavefront aberration behavior of the optical imaging system 12 or a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system.
  • pupil-resolved transmission behavior is also referred to in the art as "apodization.” It should be noted, however, that the term “apodization” here does not refer to the optical filtering method listed in many textbooks in which the outer rings of a diffraction disk are suppressed to improve the contrast of the image at the expense of resolving power. Rather, in this Application under the term “apodization”, as mentioned above, a pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system, in particular the ratio between the transmission behavior of the pupil 36 centrally traversing beam (center beam) and the transmission behavior of a pupil 36 at the edge passing through the beam (edge beam) understood ,
  • the embodiment of the device 10 shown in FIG. 1 and described in greater detail below is specifically configured to determine the wavefront aberration behavior of the optical imaging system 12 from a radiation guided in a useful beam path 45.
  • the pupil-resolved transmission behavior only small changes to the device shown in FIG. 1 are required, which are explained in the following after the description for measuring the wavefront aberration behavior.
  • the device 10 comprises an irradiation arrangement which has a radiation source 16 and an illumination system 20.
  • the radiation source 16 according to the illustrated embodiment comprises a plasma source which is designed to generate electromagnetic radiation 18 in the form of EUV radiation.
  • the electromagnetic radiation 18 is generated by the radiation source 16 in pulsed form at a repetition rate of about one pulse per millisecond. The respective pulse duration amounts to a few nanoseconds.
  • the device 10 further comprises a beam interrupting device 60 in the form of an optical shutter or so-called "shutter.” In the embodiment shown in Fig.
  • the beam interrupting device 60 is between the radiation source 16 and the illumination system 20, which is shown as a mirror in the embodiment shown In other exemplary embodiments, the illumination system 20 can also comprise more complex optical arrangements, but alternatively the beam interruption device 60 can also be located at other locations of the beam path of the electromagnetic field.
  • magnetic radiation 18 may be arranged.
  • the beam interrupting device 60 comprises a closure element 62 and a displacement device 64, by means of which the closure element 62 can be moved back and forth along a displacement direction 63. In this case, the closure element 62 is moved into or moved out of the beam path of the electromagnetic radiation 18.
  • the electromagnetic radiation 18 can thus be interrupted after passing through the useful beam path 45, so that the electromagnetic radiation 18 impinges on a useful detector 42 of the device 10 in time-limited radiation packets.
  • the useful beam path 45 extends from the radiation source 16 through the illumination system 20 and the optical imaging system 12 as far as the useful detector 42.
  • the beam interrupting device 60 is actuated such that the resulting radiation packets have a maximum time length of four seconds, in particular a time length of 100 to 500 milliseconds.
  • the electromagnetic radiation 18 is directed by means of the illumination system 18 to a test mask 24 arranged in an object plane 22 of the optical imaging system 12 in the form of a coherence mask of a shear interferometer. In the case illustrated in FIG. 1, the electromagnetic radiation is focused on the test mask 24.
  • the irradiation direction of the electromagnetic radiation 18 is oblique with respect to the test mask 24, i. the irradiation direction differs from the normal with respect to the test mask 24. According to different embodiments, the deviation is at least 3 ° or at least 10 °.
  • the shear interferometer comprises the test mask 24, an analysis grid 38 and the useful detector 42.
  • the test mask 24 has a test structure area 26 in which test structures, for example in the form of two-dimensional checkerboard patterns, are arranged.
  • the test mask 24 is designed as a transmission mask.
  • the test mask 24 may also be designed as a reflective mask, in which case the configuration of the Device 10, in particular the configuration of the irradiation device 14 must be adjusted accordingly.
  • the test mask 24 has a decoupling device 46 for branching off a sensor radiation 48 from the electromagnetic radiation 18 striking the test mask 24.
  • the decoupling by means of the decoupling device 46 takes place in the illustrated embodiment in such a way that the sensor radiation 48 is radiated back from the test mask 24 in relation to the irradiation direction of the impinging radiation 18 in the reflection angle.
  • Figures 2 to 4 show various embodiments of the test mask 24, in which said extraction function is realized.
  • the test mask 24 comprises a mask substrate 28, which is thinned in the region of the test structure region 26 to form a membrane 32.
  • the membrane 32 is configured to be responsive to a first spectral region of the incoming electromagnetic radiation 18, e.g. EUV radiation, while having a partial reflective effect on a second spectral region of the incoming electromagnetic radiation 18.
  • the radiation in the second spectral region may e.g. Light with a wavelength greater than 100 nm, in particular visible light, be.
  • the membrane 32 according to FIG. 2 forms the outcoupling device 46 in that it reflects the radiation of the second spectral region from the radiation 18 as sensor radiation 48.
  • the part of the radiation 18 of the first spectral region largely passes through the membrane 32 and continues to run as useful radiation 47 in the useful beam path 45.
  • care must be taken in the configuration of the illumination system 20 that it has a sufficiently high permeability for has the proportion of the radiation of the second spectral range.
  • the embodiment of the test mask 24 shown in FIG. 3 differs from the test mask 24 according to FIG. 2 only in that it is connected to your computer incoming radiation 18 facing top is provided with a partially reflective layer assembly 30 which partially reflects radiation of the aforementioned first spectral range, in particular EUV radiation.
  • the partially reflecting layer arrangement 30 in this case forms the outcoupling device 46 and can comprise, for example, a MoSi layer system.
  • the wavelength of the reflected sensor radiation 48 is substantially in the same range as the wavelength of the continuous useful radiation 47.
  • the embodiment of the test mask 24 shown in FIG. 4 differs from the test mask 24 according to FIG. 3 only in that it is used instead of the test mask 24 partially reflective layer arrangement 30 comprises a radiation-converting layer 31 in the form of a fluorescent layer.
  • the radiation converting layer 31 is configured to convert the wavelength of a portion of the incoming radiation 18 of the first spectral region, for which the membrane 32 is substantially transmissive, to a wavelength at which the radiation is reflected at the membrane 32.
  • This wavelength also called the fluorescence wavelength
  • the sensor radiation 48 is therefore formed by fluorescence radiation reflected at the membrane 32.
  • the fluorescent layer may for example be formed from P43, ie terbium-doped gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S: Tb) or cerium-doped carrier materials such as YAG, YAP or quartz.
  • an intensity sensor 50 in the form of a camera is arranged in a sensor beam path 49 of the sensor radiation 48.
  • the intensity sensor 50 is arranged in the sensor beam path 49 to record an angle-resolved intensity distribution present at at least one point in the object plane 22 of the optical imaging system 12, in particular at at least one point in the test structure region 26 of the test mask 24.
  • the angle-resolved intensity distribution reflects the intensity of the incoming radiation 18 as a function of the angle of incidence with respect to the object plane 22.
  • the angle-resolved intensity distribution of the incoming radiation 18 in the object plane 22 corresponds to an intensity distribution of the radiation 18 in a pupil plane of the illumination system 20.
  • one possibility for the above-mentioned arrangement of the intensity sensor 50 for the purpose of recording the angle-resolved intensity distribution therein is to use the intensity sensor 50 in one of the Pupil plane of the illumination system 20 conjugated plane to arrange. This allows a direct recording of the angle-resolved intensity distribution.
  • Another possibility of arranging the intensity sensor 50 for recording the angle-resolved intensity distribution is to arrange it in a plane in which the intensity values measured there can be retropolated back to the beam angle-dependent intensity distribution by means of beam tracing, also known as "ray tracing".
  • FIG. 5 shows different variants of the intensity sensor 50 in (a) to (c).
  • the embodiment according to FIG. 5a corresponds to the design of the intensity sensor 50 shown by way of example in FIG. 1.
  • the intensity sensor 50 comprises an optical element 52 in the form of a Focusing lens and a two-dimensional resolution detector 54.
  • an aperture 56 is additionally disposed between the optical element 52 and the detector 54.
  • the diaphragm 56 serves to effect a filtering of the angular distribution of the sensor radiation 49, which corresponds to a filtering of the angular distribution of the radiation 18 taking place during the passage of the radiation 18 through the membrane 32 of the test mask 24.
  • the diaphragm 56 makes it possible to determine the angular distribution of the radiation 18 shortly after passing through the test mask 24.
  • the influence of the filtering by the diaphragm 32 on the angular distribution can also be taken into account mathematically.
  • the apparatus 10 is designed to measure pupil-resolved transmission behavior of the imaging optical system 12
  • relative movements of the irradiation assembly 14 relative to the test mask 24 can be measured by a detection system and its influence on pupil-resolved transmission behavior corrected accordingly.
  • the intensity sensor 50 in the embodiment variants according to FIGS. 5 a and 5 b is designed for the detection of sensor radiation 48 in the form of radiation having a wavelength greater than 100 nm, in particular visible light, such as when using the test mask 24 according to FIG. 2 and FIG. 3 is generated.
  • the intensity sensor 50 in the embodiment variant according to FIG. 5c can be executed.
  • the sensor radiation 48 impinges directly on a two-dimensionally resolving detector 54.
  • the intensity sensor 50 is mounted in the device 10 on a movable in six degrees of freedom displacement device, so that all field points in the test structure area 26 of the test mask 24 can be approached. In this way, by appropriate positioning of the intensity sensor 50, the angular distributions of the sensor radiation 49 assigned to the respective field points can be recorded.
  • a further intensity sensor 51 can furthermore be used in the device 10. The intensity sensor 51 is used to measure the spot distribution or spatially resolved intensity distribution of the incoming radiation 18 in the object plane 22. FIGS.
  • 6a and 6b show two embodiment variants of such an intensity sensor 51 which, depending on the wavelength of the sensor radiation 48, is designed once with a focusing optical element 52 a lens and once with a focusing mirror 58 for Focusing the sensor radiation to a two-dimensional resolution detector 54 are configured.
  • the intensity sensor 50 By means of the intensity sensor 50, the radiation energy of the irradiation packages irradiated by the irradiation device 14 according to FIG. 1 onto the test mask 24 can be determined angularly resolved and thus resolved relative to the pupil 15 of the optical system 12.
  • the above-mentioned analysis grating 38 is arranged in the image plane 40 of the imaging optical system 12 and fixed to a displacement device 41 with which the analysis grating 32 in the xy plane according to the coordinate system of Fig. 1, and thus transversely to the optical axis 13, is displaceable ,
  • an altered useful radiation 39 is generated, which forms a superposition pattern in the form of an interferogram 44 on a detector surface 43 of the useful detector 32.
  • the device 10 further comprises a control device 68, with which the displacement device 64 of the beam interrupting device 60, the displacement device 41 of the analysis grating 38 and the useful detector 42, as described below, are operated synchronized with each other.
  • the beam interrupting device 60 interrupts the electromagnetic radiation 18 in a periodic sequence so that the electromagnetic radiation 18 traverses the optical system 12 in time-limited radiation packets.
  • the maximum length of the radiation packets is four seconds. In one embodiment, the time length is 100 to 1000 milliseconds.
  • the analysis grating 38 is displaced by means of the displacement device 41 by a fraction of the period of the analysis grating 38, for example by one-sixteenth of the grating period. In this case sixteen so-called phase steps are performed, between which the analysis grid 38 is offset by a fraction of the grating period.
  • the phase steps are respectively synchronized with the successive radiation packets in the form that in each case a phase step takes place when the electromagnetic radiation 18 is interrupted, that is, the closure element 62 is closed.
  • the useful detector 42 is controlled by the control device 68 such that the interferogram 44 generated during a single phase step is recorded or integrated by the useful detector 42 over the entire exposure time of a radiation packet.
  • the test structure area 26 of the test mask 24 has a two-dimensional measurement pattern, and the analysis grid 38 is also structured two-dimensionally.
  • the analysis grid 38 is phase-shifted in both the x and y directions in every n steps. From the interferograms 44 generated by the phase shifting in the x and y directions, the derivatives of the wavefront in the x and y directions are calculated by means of an evaluation device 66. By integration of the two derivatives, the wavefront of the useful radiation 47 is then calculated after passing through the optical imaging system 12.
  • the aberration behavior of the optical imaging system 12 can be determined from the wavefront thus determined.
  • the interferograms 44 are first manipulated in the evaluation device 66 by means of the pupil-resolved radiation energies measured by the intensity sensor 50 for the individual radiation packets.
  • the intensity sensor 50 measures, for each of the individual phase steps, the respective radiation energy of the associated radiation package in an angle-resolved or pupil-resolved manner.
  • the respective measured pupil-resolved radiation energy is assigned to the respective interferogram generated by the corresponding radiation packet.
  • the respective intensity of the individual interferograms 44 detected by the detector 42 is computationally adapted to the pupil-resolved radiation energy associated with the respective interferogram 39. This is done, for example, by dividing the individual interferograms before their further processing by the respectively assigned radiation energy distribution.
  • an interferogram 44 recorded by means of the useful detector 42 is discarded if one or more values of the associated pupil-resolved radiation energy distribution determined by the intensity sensor 50 exceeds a predetermined maximum distribution or falls below a predetermined minimum value distribution. The measurement of the discarded interferogram 44 is then repeated.
  • the evaluation of the recorded interferograms 44 it is decided on the basis of a mathematical criterion whether the respective interferogram 44 is used for determining the optical property of the optical imaging system 12 or instead is discarded. This can also apply to an entire single measurement. In particular, a derivative of the wavefront calculated from interferograms or the wavefront calculated from the derivatives can also be deleted.
  • both the test pattern area 26 of the test mask 24 and the analysis grid 38 are made two-dimensional are in addition a so-called “fast phase shifting" carried out.
  • the test mask 24 used is a mask with a two-dimensional array of point-shaped test structures, for example in the form of pinholes a shadow mask used.
  • the useful detector 42 is arranged so far below the image plane 40 that the angular distribution of the useful radiation 47 present in the image plane 40 becomes visible on the detector surface 43.
  • the useful detector 42 can be arranged, for example, in a plane conjugate to the pupil plane of the optical imaging system 12.
  • the analysis grid 28 can be left in the image plane 40 or removed therefrom.
  • the evaluation device 66 now compares the angle-resolved intensity distribution recorded by the intensity sensor 50 with the intensity distribution recorded by the useful detector 42 and determines the pupil-resolved transmission behavior of the optical imaging system 12 from any deviations that occur.
  • the proportion of the optical imaging system 12 can be determined at the measured by the Nutzdetektor 42 apodization of the total optical system measure.
  • the overall optical system comprises the irradiation arrangement 14 and the optical imaging system 12.
  • FIG. 7 illustrates a further embodiment of the apparatus 10 in which the intensity sensor is integrated into the illumination system 20.
  • the illumination system 20 in this embodiment comprises a lighting module 70, which in its configuration is basically known to the person skilled in the art, for example from FIG.
  • the electromagnetic radiation 18 generated by the radiation source 16 passes through the illumination module 70. Depending on the embodiment, it passes through a further illumination module 71 upstream of the illumination module 70.
  • the illumination module 70 comprises a substrate 72 with a wavefront-forming scattering structure 74 and a focusing element 76 in the form of a reflection operated multi-layer arrangement with a diffractive focusing structure.
  • the focusing element 76 focuses the radiation 18 coming from the structure 74 onto a test structure region 26, which is likewise arranged on the substrate 72.
  • the substrate 72 serves as a common carrier for the scattering structure 74 and the test structure region 26 and thus simultaneously forms the test mask 24 according to FIG. 1.
  • FIG. 8 illustrates a further embodiment of the device 10 according to the invention. This differs from the embodiment according to FIG.
  • the useful radiation 47 is radiation of a first spectral range, in particular EUV radiation, and generates, as already described with reference to FIG. 1, interferograms 44 on the useful detector 42 for the corresponding evaluation.
  • the irradiation arrangement 14 is configured such that the radiation 18 emitted by it also emits radiation of a second spectral range with a greater wavelength, for example light with a wavelength of greater than 100 nm, in particular visible light, which is used as sensor radiation 48. Due to its longer wavelength, the sensor radiation 48 is more strongly diffracted at the analysis grid 38 than the useful radiation 47.
  • the irradiation arrangement 14 furthermore comprises a frequency filter 78 arranged in the beam path of the radiation 18.
  • a frequency filter 78 arranged in the beam path of the radiation 18.
  • This comprises, for example, a zirconium filter or a mesh grid and is configured for the bandwidth of the Sensor radiation 48 to limit so that even pupils with a defined edge on the detector 80 in the area which serves as an intensity sensor 50, can be detected.
  • the pupils of the sensor radiation 48 are spatially separated from each other and therefore do not form interferograms.
  • the radiation cone of the sensor radiation 48 which is shown in the sectional view of FIG. 8 on the left and right with respect to the useful radiation 47 and originates from the analysis grid 38, can be identified, for example, by the +1. and the -1. Diffraction order of the sensor radiation 48 are formed on the analysis grid 38.
  • the zeroth diffraction order of the sensor radiation 48 arrives in the area of the detector 80 serving as the useful detector 42 and forms a constant background in the measurement of the useful detector signal.
  • the time-resolved intensity distribution of the pupil of the sensor radiation 48 can be used to calibrate the intensities of the interferograms 44. Thus, a better reproducibility can be achieved.
  • FIG. 9 illustrates another embodiment of the device 10 according to the invention. This differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the intensity sensor 50 is not arranged above the test mask 24 but below, ie on the side of the imaging system 12.
  • the intensity sensor is here 50 arranged such that light generated from higher diffraction orders at the test structure area 26 can be detected by the latter. This light generated from higher orders of diffraction thus serves as sensor radiation 48. Under such light of higher diffraction orders is in +/- 4. and / or in terms of magnitude higher diffraction order generated light to understand.
  • the said higher diffraction orders have a larger aperture than the optical imaging system 12 and thus do not reach the useful detector 42, since they are usually blocked by the optical imaging system 12.
  • the intensity sensor 50 can either be arranged as shown in FIG. 9 in the region between the test mask 24 and the optical imaging system 12 or also on a socket of an optical element of the imaging system 12. Such an arrangement of the intensity sensor 50 on a socket An optical element of the imaging system 12, upon integration of the device 10 into a microlithography projection exposure apparatus, permits control of the exposure energy during operation of the projection exposure apparatus.
  • FIG. 10 illustrates a further embodiment of the device 10 according to the invention. This differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the test mask 24 is operated in reflection instead of in transmission and the intensity sensor 50 is operated in relation to the side to which the Radiation 18 is irradiated by the irradiation device 14, opposite side of the test mask 24 is arranged.
  • the test mask 24 in the embodiment according to FIG. 10 comprises a carrier element 86 and a multilayer arrangement 82 forming the surface of the test mask 24 facing the irradiation arrangement 14 and the optical imaging system.
  • the multilayer arrangement 82 may be e.g. be designed as a MoSi layer system and is configured to reflect the incident radiation 18 in the form of EUV radiation with a high efficiency.
  • a scintillator layer 84 Arranged between the multilayer arrangement 82 and the carrier element 86 impermeable to the incident radiation 18 is a scintillator layer 84, which is configured to convert a portion of the radiation 18 penetrating the multilayer arrangement 82 into radiation having a wavelength for which the carrier element 86 is permeable. convert. This wavelength-converted radiation then passes through the carrier element 86 as sensor radiation 48 and is recorded by the intensity sensor 50.
  • the apparatus 10 according to FIG. 1 or another embodiment described above can be configured such that it can be used independently of a projection exposure apparatus in the laboratory for measuring a single optical imaging system 12, such as a microlithographic projection optics.
  • the device 10 is integrated into a microlithographic projection exposure apparatus.
  • FIG. 11 shows an embodiment of a microlithography projection exposure apparatus 100 operated in the EUV wavelength range, in which the apparatus 10 is integrated in a slightly modified embodiment relative to the apparatus 10 shown in FIG.
  • the projection exposure apparatus 100 can be embodied as a stepper or as a scanner.
  • the device 10 according to FIG. 11 differs from the device 10 according to FIG.
  • the coherence mask 24 is not designed as a transmission mask but as a reflection mask, and that the beam interrupting device 60 does not exist in front of an illumination mirror of the illumination system 20 but between an illumination mirror of FIG Illumination system 120 and the test mask 24 is arranged.
  • a radiation source 116 and the illumination system 120 are part of a lighting arrangement 114 of the projection exposure apparatus 100 for exposing a product mask during the exposure operation of the projection exposure apparatus 100.
  • the projection exposure apparatus 100 comprises a mask table 125, which is also referred to as a "reticle stage.”
  • the test mask 24 becomes in the embodiment of the measuring method according to the invention held by the mask table 125.
  • Fig. 11 shows an exemplary projection optics 12, which comprises a plurality of reflective optical elements 1 13.
  • the projection exposure apparatus 100 comprises a substrate table 144, which can also be referred to as a "wafer stage" and on which a wafer to be exposed is arranged in the exposure mode of the projection exposure apparatus 100.
  • the useful detector 42 is integrated in an edge region of the substrate table 144.
  • FIG. 12 illustrates a radiation source 1 16 of a projection exposure apparatus 100 of the type described in FIG. 11, known to a person skilled in the art, for example, from FIG. 2.
  • US Pat and a reflection-driven spectral filter 123 with an integrated diffraction grating.
  • the radiation 18 after passing through the beam generating unit 118 passes through the radiation collector 121 and is then reflected at the diffraction grating of the spectral filter 123.
  • the radiation reflected thereby in zeroth diffraction order then occurs as useful radiation 47 in the illumination system not shown in FIG. 12 a.
  • the intensity sensor 50 is arranged above the spectral filter 123 so that a higher diffraction order of the radiation 18 reflected at the diffraction grating of the spectral filter 123 than the zeroth diffraction order can be recorded by the latter as the sensor radiation 48.
  • FIG. 13 illustrates a radiation source 1 16 known to a person skilled in the art, for example from FIG. 2 of US 2012/0182537 A1. This differs substantially from the radiation source 1 16 shown in FIG. 10 in accordance with FIG. 2 of US Pat. No. 8,102,511 1 B2 in that the spectral filter 123 is operated in transmission rather than in reflection.
  • the intensity sensor 50 is arranged in a position which is suitable for detecting the sensor radiation 48 generated by the intensity sensor 50 when passing through the spectral filter 123 in a higher diffraction order.

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems (12) umfasst ein Beleuchtungssystem (20), welches dazu konfiguriert ist, von einer Strahlungsquelle (16) erzeugte elektromagnetische Strahlung (18) auf eine Objektebene (22) des Abbildungssystems zu richten, einen Nutzdetektor (42) zur Bestimmung der optischen Eigenschaft, welcher zum Erfassen der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen eines Nutzstrahlenganges (45) konfiguriert ist, wobei sich der Nutzstrahlengang, von der Strahlungsquelle ausgehend über das Abbild ungssystem bis zum Nutzdetektor erstreckt, eine Auskopplungseinrichtung (46), welche im Nutzstrahlengang angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, eine Sensorstrahlung (48) aus dem Nutzstrahlengang auszukoppeln, sodass die ausgekoppelte Sensorstrahlung in einem sich vom Nutzstrahlengang unterscheidenden Sensorstrahlengang (49) verläuft, sowie einen Intensitätssensor (50), welcher im Sensorstrahlengang dazu angeordnet ist, eine an zumindest einem Punkt in der Objektebene (22) des optischen Abbildungssystems vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung aufzuzeichnen, welche die Intensität der elektro¬ magnetischen Strahlung in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene wiedergibt.

Description

Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 218 991.5 vom 20. September 2013. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems sowie eine Projektions- belichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer derartigen Vorrichtung.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Wellenfrontvermessung von hochauflösenden Projektionsobjektiven in der Mikrolithographie zur Halb- leiterwaferstrukturierung, um Aberrationen des Projektionsobjektivs mit hoher Präzision bestimmen zu können. Hierfür können, wie dem Fachmann bekannt ist, z.B. eine auf lateraler Scherinterferometrie basierende Technik sowie auch andere interferometrische Techniken, wie Punktbeugungsinterferometrie (PDI - „Point Diffraction Interferometer), Linienbeugungsinterferometrie (LDI - „Line Diffraction Interferometer") eingesetzt werden. Weiterhin ist die Verwendung eines Shack-Hartmann-Sensors oder eines auf Moire-Techniken basierenden Sensors möglich.
In einer Ausführungsform der Scherinterferometrie wird in der Objektebene des zu prüfenden optischen Systems eine sogenannte Kohärenzmaske platziert. Auf dieser ist ein Objektmuster angeordnet. In der Bildebene des Abbildungssystems befindet sich ein als Beugungsgitter ausgebildetes Referenzmuster. Durch die Überlagerung der durch Beugung an dem Beugungsgitter erzeugten Wellen entsteht ein Überlagerungsmuster in Form eines Interferogramms, das mit Hilfe eines geeigneten Detektors erfasst wird. Mögliche Ausführungsformen einer Kohärenzmaske sowie eines Beugungsgitters eines Scherinterferometers sind beispielsweise in DE 10 2005 041 373 A1 aufgeführt. Allerdings sind die Reproduzierbarkeit und die absolute Genauigkeit der mittels der herkömmlichen scherinterferometrischen Verfahren durchgeführten Wellen- frontmessungen oft unzureichend, insbesondere bei auf EUV-Strahlung ausgelegten optischen Systemen. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Bestimmung eines pupillenaufgelösten Transmissionsverhaltens von hochauflösenden Projektionsobjektiven in der Mikrolithograhpie, auch „Apodisation" bezeichnet. Dabei wird mittels eines unterhalb der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordneten ortsauflösenden Detektors eine Intensitätsverteilung aufgezeichnet. Auch hier ist die Genauigkeit der mittels herkömmlichen Verfahren durchgeführten Messungen oft unzureichend.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine optische Eigenschaft eines optischen Systems, wie etwa ein Wellenfrontaberrationsverhalten oder ein pupillenaufgelöstes Transmissions- verhalten, mit einer verbesserten Genauigkeit bestimmt werden kann.
Erfindunqsgemäße Lösung Die erfindungsgemäße Aufgabe kann erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems, insbesondere eines Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, gelöst werden welche wie folgt konfiguriert ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Beleuchtungssystem, welches dazu konfiguriert ist, von einer Strahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung auf eine Objektebene des Abbild ungssystems zu richten, insbesondere auf die Objektebene zu fokussieren, sowie einen Nutzdetektor zur Bestimmung der optischen Eigenschaft. Der Nutzdetektor ist zum Erfassen der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen eines Nutzstrahlenganges konfiguriert. Der Nutzstrahlengang erstreckt sich dabei, von der Strahlungsquelle ausgehend über das Abbildungssystem bis zum Nutzdetektor. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auskopplungseinrichtung, welche im Nutzstrahlengang angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, eine Sensorstrahlung aus dem Nutzstrahlengang auszukoppeln, sodass die ausgekoppelte Sensorstrahlung in einem sich vom Nutzstrahlengang unterscheidenden Sensorstrahlengang verläuft. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin einen Intensitätssensor, welcher im Sensorstrahlengang dazu angeordnet ist, eine an zumindest einem Punkt in der Objektebene des optischen Abbildungssystems vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung aufzuzeichnen, welche die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene wiedergibt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Auskopplungseinrichtung lässt sich die Sensorstrahlung aus dem Nutzstrahlengang auskoppeln, wodurch sich die einstrahl- winkelaufgelöste Intensitätsverteilung mit einer hohen Auflösung über den gesamten Winkelbereich, d.h. die gesamte Pupille, bestimmt werden. Dies kann für unterschiedliche Punkte in der Objektebene erfolgen, wobei hierbei beliebige vom Nutzstrahlengang erfasste Feldpunkte hinsichtlich der einstrahlwinkel- aufgelösten Intensitätsverteilung vermessen werden können. Mit anderen Worten gibt es weder Einschränkungen hinsichtlich des vermessbaren Winkelbereichs noch hinsichtlich des vermessbaren Feldbereichs.
Bei Verwendung der Vorrichtung zur Bestimmung des Wellenfrontaberrations- verhaltens des optischen Abbildungssystems mittels interferometrischen Ver- fahren, wie etwa der Scherinterferometrie, können dabei aufgezeichnete Interferogramme auf Grundlage der vom erfindungsgemäßen Intensitätssensor ermittelten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen rechnerisch mit hoher Genauigkeit korrigiert werden. Diese Korrektur ermöglicht es, das Wellen- frontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems mit einer verbesserten Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu bestimmen.
Bei Verwendung der Vorrichtung zur Bestimmung des pupillenaufgelösten Transmissionsverhaltens des optischen Abbildungssystems ermöglichen es die vom erfindungsgemäßen Intensitätssensor ermittelten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen, aus den vom Nutzdetektor vorgenommenen Messungen den Einfluss des Beleuchtungssystems mit hoher Genauigkeit herauszurechnen. Während bei herkömmlichen Apodisationsmessungen in der Regel die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung in der Objektebene als bekannt vorausgesetzt wird, ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung die tatsächliche Intensitätsverteilung bei der Apodisationsmessug zur berücksichtigen. Dies kann insbesondere erfolgen, indem die vom Intensitätssensor gemessene Intensitätsverteilung von der vom Nutzsensor gemessenen Intensitätsverteilung abgezogen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Intensitätssensor derart im Sensorstrahlengang angeordnet, dass die in der Objektebene des optischen Abbild ungssystems vorliegende einstrahlwinkelabhängige Intensitätsverteilung direkt von diesem aufgezeichnet werden kann, dies ist z.B. der Fall, wenn der Intensitätssensor im Bereich einer Pupillenebne des Beleuchtungssystems oder einer dazu konjugierten Ebene angeordnet ist. Ist der Intensitätssensor nicht in einer zur direkten Aufzeichnung der einstrahlwinkelabhängigen Intensitätsverteilung geeigneten Ebene angeordnet, dann kann der Intensiätssensor mit einer Recheneinheit zum Zurückrechnen von gemessenen Instensitätswerten auf die einstrahlwinkelabhängige Intensitätsverteilung in der Objektebene mittels Strahlrückverfolgung, auch als„Ray-Tracing" bekannt, ausgestattet sein. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, die optische Eigenschaft aus einem vom Nutzdetektor beim Erfassen der elektromagnetischen Strahlung aufgezeichneten Signal unter Berücksichtigung der von dem Intensitätssensor aufgezeichneten einstrahlwinkelabhängigen Intensitätsverteilung zu ermitteln. Dabei kann das vom Nutzdetektor aufgezeichnete Signal insbesondere zeitaufgelöst korrigiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auskopplungseinrichtung in einem dem Abbildungssystem vorgelagerten Bereich des Nutzstrahlengangs angeordnet. Mit anderen Worten ist die Auskopplungseinrichtung an einem Ort des Nutzstrahlengangs angeordnet, welcher stromaufwärtsseitig zum optischen Abbildungssystem in Bezug auf die im Nutzstrahlengang geführte Strahlung liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auskopplungseinrichtung im Beleuchtungssystem angeordnet. Dabei kann die Auskopplungseinrichtung z.B. als Streuscheibe, spektraler Filter oder Strahlteiler konfiguriert sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Auskopplungseinrichtung ein zumindest teilweise reflektierendes Element auf. Das zumindest teilweise reflektierende Element dient zum Auskoppeln der Sensorstrahlung aus dem Nutzstrahlengang durch Reflexion und kann z.B. durch eine teilweise reflektierende Schicht auf einer Maskenmembran, wie etwa einem teildurchlässigen EUV-MoSi-Schichtsystem, gebildet sein. Insbesondere kann das zumindest teilweise reflektierende Element ein Gitter aufweisen, welches durch Reflexion in nullter Beugungsordnung die Nutzstrahlung im Nutzstrahlengang passieren lässt und durch Reflexion in einer von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung die Sensorstrahlung auskoppelt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine in der Objektebene angeordnete Testmaske auf und die Auskopplungseinrichtung ist Teil der Testmaske. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Beleuchtungssystem dazu konfiguriert, die elektromagnetische Strahlung schräg auf die Objektebene einzustrahlen. Darunter ist eine Einstrahlrichtung zu verstehen, die von der Senkrechten auf der Objektebene, insbesondere um mehr als 3° oder um mehr als 10°, abweicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Auskopplungseinrichtung ein strahlungswandelndes Element, welches zum Erzeugen der Sensorstrahlung durch Wellenlängenveränderung aus einem Teil der im Nutzstrahlengang geführten elektromagnetischen Strahlung konfiguriert ist. Ein derartiges strahlungswandelndes Element kann als fluoreszierendes Element oder als Szintillator ausgeführt sein. Ein fluoreszierendes Element kann beispielsweise durch eine fluoreszierende Schicht gebildet sein, die auf einer für das Fluoreszenzlicht undurchlässigen Maskenmembran angeordnet ist. Das fluoreszierende Element kann beispielsweise aus P43, d.h. Terbium-dotiertem Gadoliniumoxysulfid (Gd2O2S:Tb) oder Cer-dotierten Trägermaterialien wie YAG, YAP oder Quarz gebildet werden. Weiterhin kann z.B. bei einer in Reflexion betriebenen Testmaske eine Szintillatorschicht als Zwischenschicht zwischen einer EUV-Strahlung reflektierenden Deckschicht und einem Maskenträger angeordnet werden. Damit kann erreicht werden, dass die strahlungsgewandelte Sensorstrahlung, welche den für EUV-Strahlung undurchlässigen Maskenträger durchläuft, mittels des Intensitätssensors, welcher hinter der Testmaske angeordnet ist, aufgezeichnet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Aus- kopplungseinrichtung dazu konfiguriert, aus der elektromagnetischen Strahlung des Nutzstrahlengangs eine Strahlung mit einer Wellenlänge, die sich von einer Betriebswellenlänge des optischen Abbild ungssystems unterscheidet, als Sensorstrahlung auszukoppeln. Mit anderen Worten weist die ausgekoppelte Sensorstrahlung eine andere Wellenlänge auf als die Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems, insbesondere ist die Wellenlänge der Sensorstrahlung mindestens doppelt so groß wie die Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems. Beispielsweise liegt die Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems im EUV-Wellenlängenbereich und die Sensorstrahlung in einem Wellenlängenbereich, der sich vom UV-Bereich über den sichtbaren Bereich bis hin zum Infrarotbereich erstreckt. Beispielsweise wird die Sensorstrahlung an einer für die Wellenlänge der Sensorstrahlung un- durchlässigen Maskenmembran zumindest zum Teil reflektiert, während die Strahlung mit der Betriebswellenlänge die Maskenmembran durchläuft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auskopplungseinrichtung dazu konfiguriert, die Sensorstrahlung durch Beugung in +/- 4. oder betragsmäßig höherer Beugungsordnung aus dem Nutzstrahlengang auszukoppeln. Dazu kann z.B. an der Testmaske in +4., in -4. und/oder in betragsmäßig höherer Beugungsordnung, d.h. in +5., in -5., in +6., in -6. und/oder in +7., in -7. etc., gebildetes Licht als Sensorstrahlung verwendet werden. Diese Beugungsordnungen haben eine größere numerische Apertur als das optische Abbildungssystem und gelangen damit nicht auf den Nutzdetektor, da sie in der Regel von dem optischen Abbild ungssystem abgeblockt werden. Der Intensitätssensor zum Erfassen dieses Beugungslichts kann entweder im Bereich zwischen der Testmaske und dem optischen Abbildungssystem oder an einer Fassung eines optischen Elements im Abbildungssystem angeordnet werden. Alternativ kann die Auskopplungseinrichtung auch eine eigens im Nutzstrahlengang angeordnete Streuscheibe umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Auskopplungseinrichtung ein Beugungsgitter. Ein derartiges Beugungsgitter kann dazu konfiguriert sein, die Nutzstrahlung in nullter Beugungsordnung im Nutzstrahlengang passieren zu lassen und die Sensorstrahlung in einer von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung auszukoppeln. Ein derartiges Beugungsgitter kann beispielsweise auf einem spektralen Filter im Beleuchtungssystem oder auf einer Testmaske angeordnet sein. So kann ein Beugungsgitter auf einem in Transmission betriebenen spektralen Filter mit kleinen Öffnungen realisiert werden. Das Beugungsgitter kann als teil- transparentes Membrangitter konfiguriert sein, welches aus Mutilagen gebildet ist und bei dem der Reflexionsgrad durch die Anzahl der Lagen einstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Auskopplungseinrichtung ein Analysegitter, welches dazu konfiguriert ist, aus einem Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Wellenlänge ein Interferogramm auf dem Nutzdetektor zu erzeugen sowie einen Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge in einer von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung auf den Intensitätssensor zu lenken. Unter der von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung ist die +/-2. oder eine betragsmäßig höhere Beugungsordnung zu verstehen. Das aus der Strahlung mit der ersten Wellenlänge gebildete Interferogramm ist räumlich von der Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in der von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung getrennt. Insbesondere ist die Auskopplungs- einrichtung im dem Abbildungssystem nachgelagerten Bereich des Nutzstrahlengangs angeordnet. Die von der Strahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung umfasst die Strahlungsanteile mit der ersten und der zweiten Wellenlänge, wobei die erste Wellenlänge der Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems entspricht und z.B. eine EUV-Wellenlänge sein kann, und die zweite Wellenlänge z.B. im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich oder im Infrarotbereich liegen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind der Nutzdetektor und der Intensitätssensor in einem einteiligen Detektor integriert. Der Nutz- detektor weist unterschiedliche Erfassungsbereiche auf, einen zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen des Nutzstrahlenganges und einen zur Erfassung der Sensorstrahlung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Vorrichtung dazu konfiguriert, die vom Beleuchtungssystem abgegebene Strahlung periodisch zu unterbrechen, sodass die Strahlung in zeitlich begrenzten Strahlungspaketen auf die Objektebene auftrifft. Die Strahlungspakete weisen eine zeitliche Mindestlänge von 50 Millisekunden und insbesondere eine Maximallänge von 5 Sekunden auf. Das periodische Unterbrechen kann durch Hinein- und Herausbewegen eines Verschlusselements in den Strahlengang bzw. aus dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung erfolgen. Alternativ kann das periodische Unterbrechen durch Triggern einer die elektromagnetische Strahlung erzeugenden Strahlungsquelle erfolgen. Mittels jedes der Strahlungspakete wird ein Interferogramm auf dem Detektor erzeugt, die jeweilige Strahlungsenergie der einzelnen Strahlungspakete wird mittels des Intensitätssensors winkelaufgelöst gemessen, der jeweiligen gemessenen winkelaufgelösten Strahlungsenergieverteilung wird das durch das entsprechende Strahlungspaket erzeugte Interferogramm zugeordnet, die Interferogramme werden unter Verwendung der den einzelnen Interferogrammen zugeordneten Strahlungsenergieverteilungen manipuliert und aus den manipulierten Interferogrammen wird die Wellenfront der elektromagnetischen Strahlung nach deren Wechselwirkung mit dem optischen System ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Vorrichtung auf eine Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt. Mit anderen Worten ist die im Nutzstrahlengang geführte Nutzstrahlung EUV- Strahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, eine Korrektur an der vom Nutzdetektor bestimmten optischen Eigenschaft des optischen Abbildungssystems auf Grundlage der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung vorzunehmen. Mit anderen Worten ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die mit dem Nutzdetektor vorgenommene Messung anhand der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung zu korrigieren und damit ein Messergebnis der optischen Eigenschaft mit hoher Genauigkeit zu erzeugen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die mittels der Vorrichtung bestimmbare optische Eigenschaft ein Wellenfrontaberrations- verhalten des optischen Abbildungssystems. Die Vorrichtung umfasst dazu eine Wellenfrontmesseinrichtung, insbesondere ein Scherinterferometer. Insbesondere umfasst die mittels der Auswerteeinrichtung korrigierbare optische Eigenschaft ein Wellenfrontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die von der Vorrichtung zu bestimmende optische Eigenschaft ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems. Wie bereits vor- stehend erwähnt, wird ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten in der Fachwelt auch als„Apodisation" bezeichnet. Dabei ist jedoch zu beachten, dass hier unter dem Begriff „Apodisation" nicht das in vielen Fachbüchern hierzu aufgeführte Verfahren der optischen Filterung gemeint ist, bei dem die äußereren Ringe eines Beugungsscheibchens unterdrückt werden, um den Kontrast des Bildes auf Kosten des Auflösungsvermögens zu verbessern. Vielmehr wird in dieser Anmeldung unter dem Begriff „Apodisation", ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems, insbesondere das Verhältnis zwischen dem Transmissionsverhalten eines die Pupille zentral durchlaufenden Strahls (Mittelstrahl) und dem Transmissionsverhalten eines die Pupille am Rand durchlaufenden Strahls (Randstrahl) verstanden.
Insbesondere weist die Vorrichtung weiterhin eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, durch Auswertung von Messergebnissen des Nutzdetektors sowie der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkel- aufgelösten Intensitätsverteilung ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems zu bestimmen. Mit anderen Worten ist die zu bestimmende optische Eigenschaft des optischen Systems das pupillenaufgelöste Transmissionsverhalten und die vom Intensitätssensor bereitgestellte winkelaufgelöste Intensitätsverteilung ermöglicht es, den Einfluss des Beleuchtungssystems auf das Messergebnis des Nutzdetektors mit hoher Genauigkeit herauszurechnen. Durch die explizite Messung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung in der Objektebene kann die pupillenaufgelöste Intensitätsverteilung mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden als dies auf lediglich der Grundlage der Messung des Nutzdetektors, etwa unter Berücksichtigung einer Abschätzung der Intensitätsverteilung in der Objektebene, möglich wäre. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung sowohl dazu konfiguriert ist, eine Korrektur an der vom Nutzdetektor bestimmten optischen Eigenschaft, insbesondere des Wellenfrontaberrationsverhaltens, des optischen Systems auf Grundlage der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung vorzunehmen, als auch dazu konfiguriert, durch Auswertung von Messergebnissen des Nutzdetektors sowie der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems zu bestimmen. Gemäß einer Ausführungsform werden Relativbewegungen der Strahlungsquelle zur Membran einer Testmaske mithilfe eines Detektionssystems gemessen und bei der Auswertung der Apodisationsmessung berücksichtigt
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Intensitätssensor ein fokussierendes Element sowie einen dem fokussierenden Element nachgeordneten zweidimensional auflösenden Intensitätsdetektor, auch Kamera bezeichnet. Alternativ kann der Intensitätssensor auch ohne fokussierendes Element ausgeführt sein. Gemäß einer Ausführungsvariante ist eine Blende in einer Fokusebene zwischen dem fokussierenden Element und dem Intensitätsdetektor angeordnet. Die Blende bildet eine durch die Membran einer Testmaske erfolgende Filterung der Winkelverteilung der Strahlungsquelle nach. Alternativ kann die Filterung durch die Membran auch rechnerisch erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist der Intensitäts- sensor weiterhin dazu konfiguriert, die Intensitätsverteilung in der Objektebene des optischen Abbildungssystems ortsaufgelöst aufzuzeichnen. Mit anderen Worten wird neben der einstrahlwinkelabhängigen Intensitätsverteilung an mindestens einem Ort der Objektebene die Spotform der Strahlungsquelle aufgezeichnet. Dazu kann der Intensitätssensor zwei separate Messmodule aufweisen, eines zur Bestimmung der einstrahlwinkelabhängigen Intensitätsverteilung und eines zur Bestimmung der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung. Alternativ kann der Intensitätssensor auch dazu konfiguriert sein, die beiden Messfunktionen in einem Messgerät zu vereinen, wobei das Messgerät zwischen den Messfunktionen umschaltbar ist, wie z.B. durch Verändern eines Abstandes zwischen einem fokussierenden Element und einer Kamera.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche eine darin integrierte Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft in einer der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen aufweist.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems bereitgestellt, welches ein Richten, insbesondere ein Fokussieren, elektromagnetischer Strahlung auf eine Objektebene des Abbildungssystems sowie ein Bestimmen der optischen Eigenschaft mit einem Nutzdetektor aus der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen eines Nutzstrahlenganges umfasst. Dabei erstreckt sich der Nutzstrahlengang, von einer Strahlungsquelle der Strahlung ausgehend über das Abbildungssystem bis zum Nutzdetektor. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird weiterhin eine Sensorstrahlung aus dem Nutzstrahlengang ausgekoppelt, sodass die ausgekoppelte Sensorstrahlung in einem sich vom Nutzstrahlengang unterscheidenden Sensorstrahlengang verläuft, sowie eine an zumindest einem Punkt in der Objektebene des optischen Abbildungssystems vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung, welche die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene wiedergibt, mittels eines im Sensorstrahlengang angeordneten Intensitätssensors aufgezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Bestimmen der optischen Eigenschaft nun eine Korrektur an einer vom Nutzdetektor vorgenommenen Messung vorgenommen, wobei die Korrektur auf Grundlage der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung erfolgt. Insbesondere umfasst die vom Nutzdetektor vorgenommene Messung ein Wellenfrontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein pupillenaufgelöstes Trans- missionsverhalten des optischen Abbildungssystems als optische Eigenschaft durch Auswerten eines Messergebnisses des Nutzdetektors sowie der vom Intensitätssensor aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung bestimmt. Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Systems mit einer Testmaske sowie einem Intensitätssensor,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Testmaske in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Schnittansicht der Testmaske in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Schnittansicht der Testmaske in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 5a eine Schnittansicht des Intensitätssensors in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 5b eine Schnittansicht des Intensitätssensors in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5c eine Schnittansicht des Intensitätssensors in einer dritten Ausführungs- form,
Fig. 6a eine Schnittansicht des weiteren Intensitätssensors in einer ersten Ausführungsform, Fig. 6b eine Schnittansicht des weiteren Intensitätssensor in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 7 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 8 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 9 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 10 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 1 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Projektionsoptik sowie einer darin integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft der Projektionsoptik,
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Strahlungsquelle der Projektionsbelichtungsanlage gemäß Fig. 11 mit einem darin integrierten Intensitätssensor, sowie
Fig. 13 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Strahlungsquelle der Projektionsbelichtungsanlage gemäß Fig. 11 mit einem darin integrierten Intensitätssensor.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden. Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz- Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In Fig. 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z- Richtung nach oben.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems 12 in Gestalt einer Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das zu vermessende optische System auf EUV-Strahlung, d.h. extrem ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, z.B. 13,5 nm oder 6,8 nm, ausgelegt. Das optische Abbildungssystem 12 umfasst dazu lediglich reflektive optische Elemente in Gestalt von Spiegeln. Fig. 1 veranschaulicht neben der optischen Achse 13 des optischen Abbildungssystems 12 eine Aperturblende 34, welche eine Pupille 36 des optischen Abbildungssystems 12 definiert. Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zu bestimmende optische Eigenschaft kann insbesondere ein Wellenfrontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems 12 oder ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems sein.
Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, wird das pupillenaufgelöste Transmissionsverhalten in der Fachwelt auch als„Apodisation" bezeichnet. Dabei ist jedoch zu beachten, dass hier unter dem Begriff „Apodisation" nicht das in vielen Fachbüchern hierzu aufgeführte Verfahren der optischen Filterung gemeint ist, bei dem die äußereren Ringe eines Beugungsscheibchens unterdrückt werden, um den Kontrast des Bildes auf Kosten des Auflösungsvermögens zu verbessern. Vielmehr wird in dieser Anmeldung unter dem Begriff „Apodisation", wie vorstehend erwähnt, ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems, insbesondere das Verhältnis zwischen dem Transmissionsverhalten eines die Pupille 36 zentral durchlaufenden Strahls (Mittelstrahl) und dem Transmissionsverhalten eines die Pupille 36 am Rand durchlaufenden Strahls (Randstrahl) verstanden.
Die in Fig. 1 gezeigte und nachstehend näher beschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung 10 ist speziell dazu konfiguriert, aus einer in einem Nutzstrahlengang 45 geführten Strahlung das Wellenfrontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems 12 zu bestimmen. Zur Bestimmung des pupillenaufgelösten Transmissionsverhaltens bedarf es nur kleiner Veränderungen an der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, welche im Anschluß an die Beschreibung zur Messung des Wellenfrontaberrationsverhalt.es erläutert werden.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Bestrahlungsanordnung welche eine Strahlungsquelle 16 sowie ein Beleuchtungssystem 20 aufweist. Die Strahlungsquelle 16 umfasst gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Plasmaquelle, welche zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung 18 in Gestalt von EUV- Strahlung ausgelegt ist. Die elektromagnetische Strahlung 18 wird von der Strahlungsquelle 16 in gepulster Form mit einer Wiederholungsrate von etwa einem Puls pro Millisekunde erzeugt. Die jeweilige Pulsdauer beträgt dabei einige Nanosekunden. Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Strahlunterbrechungseinrichtung 60 in Gestalt eines optischen Verschlusses bzw. eines sogenannten„Shutters". In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 zwischen der Strahlungsquelle 16 und dem Beleuchtungssystem 20, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als Spiegel aufgeführt ist, angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Beleuchtungssystem 20 auch komplexere optische Anordnungen umfassen. Alternativ kann die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 aber auch an anderen Stellen des Strahlengangs der elektro- magnetischen Strahlung 18 angeordnet sein. Die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 umfasst ein Verschlusselement 62 sowie eine Verschiebeeinrichtung 64, mittels der das Verschlusselement 62 entlang einer Verschiebungsrichtung 63 hin- und her bewegt werden kann. Dabei wird das Verschlusselement 62 in den Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 18 hinein bewegt bzw. daraus heraus bewegt. Als Ergebnis kann damit die elektromagnetische Strahlung 18 nach Durchlaufen des Nutzstrahlengangs 45 unterbrochen werden, so dass die elektromagnetische Strahlung 18 in zeitlich begrenzten Strahlungspaketen auf einen Nutzdetektor 42 der Vorrichtung 10 auftrifft. Der Nutzstrahlengang 45 erstreckt sich von der Strahlungsquelle 16 durch das Beleuchtungssystem 20 und das optische Abbildungssystem 12 bis hin zum Nutzdetektor 42.
Im Betrieb der Vorrichtung 10 wird die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 derart betätigt, dass die resultierenden Strahlungspakete eine maximale zeitliche Länge von vier Sekunden, insbesondere eine zeitliche Länge von 100 bis 500 Millisekunden, aufweisen. Die elektromagnetische Strahlung 18 wird mittels des Beleuchtungssytems 18 auf eine in einer Objektebene 22 des optischen Abbildungssystems 12 angeordnete Testmaske 24 in Gestalt einer Kohärenzmaske eines Scherinterferometers gerichtet. Im in Fig. 1 dargestellten Fall wird die elektromagnetische Strahlung auf die Testmaske 24 fokussiert. Die Einstrahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung 18 ist dabei schräg in Bezug auf die Testmaske 24, d.h. die Einstrahlrichtung weicht von der Normalen bezüglich der Testmaske 24 ab. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsvarianten beträgt die Abweichung mindestens 3° oder mindestens 10°. Das Scher- interferometer umfasst die Testmaske 24, ein Analysegitter 38 sowie den Nutzdetektor 42.
Die Testmaske 24 weist einen Teststrukturbereich 26 auf, in dem Teststrukturen, beispielsweise in Gestalt von zweidimensionalen Schachbrettmustern, ange- ordnet sind. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Testmaske 24 als Transmissionsmaske gestaltet. Alternativ kann die Testmaske 24 auch als reflektive Maske gestaltet sein, wobei in diesem Fall die Konfiguration der Vorrichtung 10, insbesondere die Konfiguration der Bestrahlungsanordnung 14 entsprechend angepasst werden muss.
Die Testmaske 24 weist im Teststrukturbereich eine Auskopplungseinrichtung 46 zum Abzweigen einer Sensorstrahlung 48 aus der auf die Testmaske 24 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung 18 auf. Die Auskopplung mittels der Auskopplungseinrichtung 46 erfolgt in der dargestellten Ausführungsform derart, dass die Sensorstrahlung 48 in Bezug auf die Einstrahlrichtung der auftreffenden Strahlung 18 im Reflexionswinkel wieder von der Testmaske 24 abgestrahlt wird. Die Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten der Testmaske 24, in welcher die genannte Auskopplungsfunktion verwirklicht ist.
Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsvariante umfasst die Testmaske 24 ein Maskensubstrat 28, welches im Bereich des Teststrukturbereichs 26 zu einer Membran 32 ausgedünnt ist. In die Membran 32 sind die vorstehend genannten Teststrukturen eingebracht. Die Membran 32 ist so konfiguriert, dass sie für einen ersten spektralen Bereich der eingehenden elektromagnetischen Strahlung 18, z.B. EUV-Strahlung, durchlässig ist, während sie eine teiireflektive Wirkung auf einen zweiten spektralen Bereich der eingehenden elektromagnetischen Strahlung 18. Die Strahlung im zweiten spektralen Bereich kann z.B. Licht mit einer Wellenlänge größer als 100 nm, insbesondere sichtbares Licht, sein. Die Membran 32 gemäß Fig. 2 bildet in diesem Fall die Auskopplungseinrichtung 46, indem sie aus der Strahlung 18 die Strahlung des zweiten spektralen Bereichs als Sensorstrahlung 48 reflektiert. Der Teil der Strahlung 18 des ersten spektralen Bereichs passiert die Membran 32 weitgehend und läuft als Nutzstrahlung 47 weiter im Nutzstrahlengang 45. Bei Verwendung der Testmaske gemäß Fig. 2 ist bei der Konfigurierung des Beleuchtungssystems 20 darauf zu achten, dass diese eine ausreichend hohe Durchlässigkeit für den Anteil der Strahlung des zweiten spektralen Bereichs aufweist.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsvariante der Testmaske 24 unterscheidet sich von der Testmaske 24 gemäß Fig. 2 lediglich darin, dass diese an Ihrer der eingehenden Strahlung 18 zugewandten Oberseite mit einer teilreflektiven Schichtanordnung 30 versehen ist, welche Strahlung des vorstehend erwähnten ersten spektralen Bereichs, insbesondere EUV-Strahlung, teilweise reflektiert. Die teilreflektive Schichtanordnung 30 bildet in diesem Fall die Auskopplungsein- richtung 46 und kann beispielsweise ein MoSi-Schichtsystem umfassen. In diesem Fall liegt die Wellenlänge der reflektierten Sensorstrahlung 48 im Wesentlichen im gleichen Bereich wie die Wellenlänge der durchlaufenden Nutzstrahlung 47. Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsvariante der Testmaske 24 unterscheidet sich von der Testmaske 24 gemäß Fig. 3 lediglich darin, dass diese anstatt der teilreflektiven Schichtanordnung 30 eine strahlungswandelnde Schicht 31 in Gestalt einer Fluoreszenzschicht umfasst. Die strahlungswandelnde Schicht 31 ist dazu konfiguriert die Wellenlänge eines Teils der eingehenden Strahlung 18 des ersten spektralen Bereichs, für den die Membran 32 im Wesentlichen durchlässig ist, in eine Wellenlänge umzuwandeln bei der die Strahlung an der Membran 32 reflektiert wird. Diese Wellenlänge, auch Fluoreszenzwellenlänge bezeichnet, kann beispielsweise im vorgenannten zweiten spektralen Bereich liegen. Die Sensorstrahlung 48 wird in diesem Fall also von an der Membran 32 reflektierter Fluoreszenzstrahlung gebildet. Die Fluoreszenzschicht kann beispielsweise aus P43, d.h. Terbium-dotiertem Gadoliniumoxysulfid (Gd2O2S:Tb) oder Cer-dotiertem Trägermaterialien wie YAG, YAP oder Quarz gebildet sein.
Wie weiterhin in Fig. 1 gezeigt, ist in einem Sensorstrahlengang 49 der Sensor- Strahlung 48 ein Intensitätssensor 50 in Gestalt einer Kamera angeordnet. Der Intensitätssensor 50 ist im Sensorstrahlengang 49 dazu angeordnet, eine an zumindest einem Punkt in der Objektebene 22 des optischen Abbildungssystems 12, insbesondere eine an zumindest einem Punkt im Teststrukturbereich 26 der Testmaske 24, vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung aufzuzeichnen. Die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung gibt die Intensität der eingehenden Strahlung 18 in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene 22 wieder. Die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung der eingehenden Strahlung 18 in der Objektebene 22 entspricht einer Intensitätsverteilung der Strahlung 18 in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems 20. Damit besteht eine Möglichkeit zur oben genannten Anordnung des Intensitätssensors 50 zum Zweck der Aufzeichnung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung darin, den Intensitätssensor 50 in einer zur Pupillenebene des Beleuchtungssystems 20 konjugierten Ebene anzuordnen. Dies ermöglicht eine direkte Aufzeichnung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung. Eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Intensitätssensor 50 zur Aufzeichnung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung besteht darin, diesen in einer Ebene anzuordnen, in der die dort gemessenen Intensitätswerte mittels Strahlrückverfolgung, auch als„Ray-Tracing" bekannt, auf die einstrahlwinkelabhängige Intensitätsverteilung zurückgerechnet werden können.
Figur 5 zeigt unter (a) bis (c) unterschiedliche Ausführungsvarianten des Intensitätssensors 50. Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 5a entspricht der beispielhaft in Fig. 1 gezeigten Gestaltung des Intensitätssensors 50. In dieser Ausführungsform umfasst der Intensitätssensor 50 ein optisches Element 52 in Gestalt einer Fokussierlinse sowie einen zweidimensional auflösenden Detektor 54. In der in Fig. 5b gezeigten Ausführungsvariante ist zusätzlich eine Blende 56 zwischen dem optischen Element 52 und dem Detektor 54 angeordnet. Die Blende 56 dient dazu, eine Filterung der Winkelverteilung der Sensorstrahlung 49 zu bewirken, die einer beim Durchtritt der Strahlung 18 durch die Membran 32 der Testmaske 24 erfolgenden Filterung der Winkelverteilung der Strahlung 18 entspricht. Mit anderen Worten ermöglicht es die Blende 56, die Winkelverteilung der Strahlung 18 kurz nach Durchtritt durch die Testmaske 24 zu ermitteln. Im Fall, in dem keine solche Blende verwendet wird, wie etwa in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5a kann der Einfluss der Filterung durch die Membran 32 auf die Winkelverteilung auch rechnerisch berücksichtigt werden. In der Ausführungsform, in der die Vorrichtung 10 zur Messung des pupillenaufgelösten Transmissionsverhaltens des optischen Abbildungssystems 12 konzipiert ist, können Relativbewegungen der Bestrahlungsanordung 14 in Bezug auf die Testmaske 24 mit Hilfe eines Detektionssystems gemessen werden und deren Einfluss auf das pupillenaufgelöste Transmissionsverhalten dementsprechend korrigiert werden.
Der Intensiätssensor 50 in den Ausführungsvarianten gemäß Fig. 5a und Fig. 5b ist zur Detektion von Sensorstrahlung 48 in Form von Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 100 nm, insbesondere sichtbarem Licht, konzipiert, wie sie etwa bei Verwendung der Testmaske 24 gemäß Fig. 2 und Fig. 3 erzeugt wird. In dem Fall, in dem die Sensorstrahlung 48 eine Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere eine EUV-Wellenlänge, aufweist, kann der Intensitätssensor 50 in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5c ausgeführt werden. In dieser Variante trifft die Sensorstrahlung 48 direkt auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 54.
Der Intensitätssensor 50 ist in der Vorrichtung 10 auf einer in sechs Freiheitsgraden beweglichen Verschiebeeinrichtung gelagert, derart dass alle Feldpunkte im Teststrukturbereich 26 der Testmaske 24 angefahren werden können. Auf diese Weise können durch entsprechende Positionierung des Intensitätssensors 50 die den jeweiligen Feldpunkten zugeordneten Winkelverteilungen der Sensorstrahlung 49 aufgezeichnet werden. Zusätzlich zum Intensitätssensor 50 kann weiterhin ein weiterer Intensitätssensor 51 in der Vorrichtung 10 zum Einsatz kommen. Der Intensitätssensor 51 dient der Vermessung der Spotverteilung bzw. ortsaufgelösten Intensitätsverteilung der eingehenden Strahlung 18 in der Objektebene 22. Die Figuren 6a und 6b zeigen zwei Ausführungsvarianten eines derartigen Intensitätssensors 51 , welche je nach Wellenlänge der Sensorstrahlung 48 einmal mit einem fokussierenden optischen Element 52 in Gestalt einer Linse und einmal mit einem Fokussierspiegel 58 zur Fokussierung der Sensorstrahlung auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 54 konfiguriert sind.
Mittels des Intensitätssensors 50 kann die Strahlungsenergie der von der Bestrahlungseinrichtung 14 gemäß Fig. 1 auf die Testmaske 24 eingestrahlten Strahlungspakete winkelaufgelöst und damit in Bezug auf die Pupille 15 des optischen Systems 12 aufgelöst bestimmt werden. Das vorstehend erwähnte Analysegitter 38 ist in der Bildebene 40 des optischen Abbildungssystems 12 angeordnet und an einer Verschiebeeinrichtung 41 befestigt, mit der das Analysegitter 32 in der x-y-Ebene gemäß dem Koordinatensystem von Fig. 1 , und damit quer zur optischen Achse 13, verschiebbar ist.
Durch Überlagerung von durch Beugung an dem Analysegitter 38 erzeugten Wellen, speziell durch Überlagerung einer Referenzwelle mit einer Testwelle, wird eine veränderte Nutzstrahlung 39 erzeugt, welche ein Überlagerungsmuster in Form eines Interferogrammes 44 auf einer Detektorfläche 43 des Nutzdetektors 32 bildet.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 68, mit der die Verschiebeeinrichtung 64 der Strahlunterbrechungseinrichtung 60, die Verschiebeeinrichtung 41 des Analysegitters 38 sowie der Nutzdetektor 42, wie nachfolgend beschrieben, zueinander synchronisiert betrieben werden. Auf ein Steuersignal der Steuereinrichtung 68 unterbricht die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 die elektromagnetische Strahlung 18 in periodischer Abfolge, so dass die elektromagnetische Strahlung 18 in zeitlich begrenzten Strahlungspaketen das optische System 12 durchläuft.
Die maximale zeitliche Länge der Strahlungspakete beträgt vier Sekunden. In einer Ausführungsform beträgt die zeitliche Länge 100 bis 1000 Millisekunden. Zwischen den einzelnen Strahlungspaketen wird das Analysegitter 38 mittels der Verschiebeeinrichtung 41 um einen Bruchteil der Periode des Analysegitters 38, beispielsweise um ein Sechzehntel der Gitterperiode, verschoben. In diesem Fall werden sechzehn sogenannte Phasenschritte ausgeführt, zwischen denen das Analysegitter 38 jeweils um einen Bruchteil der Gitterperiode versetzt wird. Die Phasenschritte sind jeweils mit den aufeinanderfolgenden Strahlungspaketen in der Form synchronisiert, dass jeweils dann ein Phasenschritt erfolgt, wenn die elektromagnetische Strahlung 18 unterbrochen ist, d.h. das Verschlusselement 62 zu ist. Der Nutzdetektor 42 wird von der Steuereinrichtung 68 derart gesteuert, dass das während eines einzelnen Phasenschrittes erzeugte Interferogramm 44 über die gesamte Belichtungszeit eines Strahlungspakets vom Nutzdetektor 42 aufzeichnet bzw. integriert wird.
In einer Ausführungsform des die Elemente 24, 38, 41 sowie 42 umfassenden Scherinterferometers weist der Teststrukturbereich 26 der Testmaske 24 ein zweidimensionales Messmuster auf, und das Analysegitter 38 ist ebenfalls zweidimensional strukturiert. In diesem Fall wird das Analysegitter 38 sowohl in x- als auch in y-Richtung in jeweils n Schritten phasengeschoben. Aus den durch das Phasenschieben in x- und y-Richtung erzeugten Interferogrammen 44 werden mittels einer Auswerteeinrichtung 66 die Ableitungen der Wellenfront in x- und y- Richtung berechnet. Durch Integration der beiden Ableitungen wird daraufhin die Wellenfront der Nutzstrahlung 47 nach Durchlaufen des optischen Abbildungs- Systems 12 berechnet.
Aus der so bestimmten Wellenfront lässt sich das Aberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems 12 ermitteln. Vor der Auswertung der Interferogramme 44 zur Berechnung der Wellenfront werden die Interferogramme 44 zunächst in der Auswerteeinrichtung 66 mittels der für die einzelnen Strahlungspakete vom Intensitätssensor 50 gemessenen pupillenaufgelösten Strahlungsenergien manipuliert. Wie bereits erwähnt, misst der Intensitätssensor 50 für jeden der einzelnen Phasenschritte die jeweilige Strahlungsenergie des zugehörigen Strahlungspakets Winkel- bzw. pupillenaufgelöst. Die jeweilige gemessene pupillenaufgelöste Strahlungsenergie wird dem jeweiligen durch das entsprechende Strahlungspaket erzeugten Interferogramm zugeordnet. In einer ersten Ausführungsform der Manipulation der Interferogramme 44 wird die jeweilige Intensität der einzelnen vom Detektor 42 erfassten Interferogramme 44 rechnerisch an die dem jeweiligen Interferogramm 39 zugeordnete pupillenaufgelöste Strahlungsenergie angepasst. Dies geschieht beispielsweise, indem die einzelnen Interferogramme vor deren Weiterverarbeitung durch die jeweils zugeordnete Strahlungsenergieverteilung dividiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Manipulation der Interferogramme wird ein mittels des Nutzdetektors 42 aufgezeichnetes Interferogramm 44 verworfen, falls ein oder mehrere Werte der mittels des Intensitätssensors 50 bestimmten zugehörigen pupillenaufgelösten Strahlungsenergieverteilung eine festgelegte Maximalverteilung überschreitet oder eine festgelegte Minimalwertverteilung unterschreitet. Daraufhin wird die Messung des verworfenen Interferogramms 44 wiederholt. In einer weiteren Ausführungsform wird bei der Auswertung der aufgezeichneten Interferogramme 44 aufgrund eines mathematischen Kriteriums entschieden, ob das jeweilige Interferogramm 44 zur Bestimmung der optischen Eigenschaft des optischen Abbildungssystems 12 verwendet wird oder stattdessen verworfen wird. Dies kann sich auch auf eine gesamte Einzelmessung beziehen. Insbesondere kann auch eine aus Interferogrammen berechnete Ableitung der Wellenfront oder die aus den Ableitungen berechnete Wellenfront gestrichen werden.
Das vorstehend beschriebene Verschieben des Analysegitters 38 um Bruchteile der Gitterperiode in n verschiedenen Phasenschritten wird auch als sogenanntes „langsames Phasenschieben" bezeichnet. Zusätzlich dazu wird in der Ausführungsform des Scherinterferometers, in der sowohl der Teststrukturbereich 26 der Testmaske 24 als auch das Analysegitter 38 zweidimensional gestaltet sind, zusätzlich ein sogenanntes„schnelles Phasenschieben" durchgeführt. Soll die Vorrichtung 10 zur Vermessung des pupillenaufgelösten Transmissionsverhaltens des optischen Abbildungssystems 12 verwendet werden, so wird als Testmaske 24 eine Maske mit einer zweidimensionalen Anordnung von punktförmigen Teststrukturen, z.B. in Gestalt von Pinholes einer Lochmaske, verwendet. Der Nutzdetektor 42 wird derart weit unterhalb der Bildebene 40 angeordnet, dass die in der Bildebene 40 vorliegende Winkelverteilung der Nutzstrahlung 47 auf der Detektorfläche 43 sichtbar wird. Dazu kann der Nutzdetektor 42 beispielsweise in einer zur Pupillenebene des optischen Abbildungssystems 12 konjugierten Ebene angeordnet sein. Das Analysegitter 28 kann dabei in der Bildebene 40 belassen werden oder aus dieser entfernt werden.
Die Auswerteeinrichtung 66 vergleicht nun die vom Intensitätssensor 50 aufgezeichnete winkelaufgelöste Intensitätsverteilung mit der vom Nutzdetektor 42 aufgezeichneten Intensitätsverteilung und bestimmt aus gegebenenfalls auftretenden Abweichungen das pupillenaufgelöste Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems 12. Auf Grundlage der vom Intensitätssensor 50 gemessenen Intensitätsverteilung lässt sich somit der Anteil des optischen Abbildungssystems 12 an der vom Nutzdetektor 42 gemessenen Apodisation des optischen Gesamtsystems messen. Das optische Gesamtsystem umfasst in diesem Zusammenhang die Bestrahlungsanordnung 14 sowie das optische Abbildungssystem 12. Fig. 7 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 10, bei welcher der Intensitätssensor in das Beleuchtungssystem 20 integriert ist. Das Beleuchtungssystem 20 umfasst in dieser Ausführungsform ein Beleuchtungsmodul 70, welches in seiner Konfiguration dem Fachmann z.B. aus Fig. 8 von US 2006/0109544 A1 grundsätzlich bekannt ist. Die von der Strahlungsquelle 16 erzeugte elektromagnetische Strahlung 18 durchläuft das Beleuchtungsmodul 70. Je nach Ausführungsform durchläuft sie zuvor ein dem Beleuchtungsmodul 70 vorgeschaltetes weiteres Beleuchtungsmodul 71. Das Beleuchtungsmodul 70 umfasst ein Substrat 72 mit einer wellenfrontbildenden Streustruktur 74 sowie ein Fokussierelement 76 in Gestalt einer in Reflexion betriebenen Mehrschicht- anordnung mit einer diffraktiven Fokussierstruktur. Das Fokussierelement 76 fokussiert die von der Steustruktur 74 kommende Strahlung 18 auf einen Teststrukturbereich 26, welcher ebenfalls auf dem Substrat 72 angeordnet ist. Das Substrat 72 dient als gemeinsamer Träger für die Streustruktur 74 und den Teststrukturbereich 26 und bildet damit gleichzeitig die Testmaske 24 gemäß Fig. 1 . Unterhalb des Teststrukturbereichs 26 des Substrats 72 ist analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 das optische Abbild ungssystem 12, das Analysegitter 38 sowie der Nutzdetektor 42 angeordnet. Im Teststrukturbereich 26 des Substrats 72 ist analog zu den vorstehend, insbesondere mit Bezug auf die Figuren 2 bis 4, beschriebenen Varianten eine Auskopplungseinrichtung 46 zur Auskopplung der Sensorstrahlung 48 integriert. Die im Reflexionswinkel vom Teststrukturbereich 26 abgestrahlte Sensorstrahlung 48 wird an dem Fokussierelement 76 des Beleuchtungsmoduls 70 reflektiert und auf den unterhalb angeordneten Intensitätssensor 50 gelenkt. In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 veranschaulicht. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dahingehend, dass der Intensitätssensor 50 nicht oberhalb der Testmaske 24 angeordnet ist, sondern zusammen mit dem Nutzdetektor 42 in einen unterhalb der Analysegitters 38 angeordneten einteiligen Detektor 80 integriert ist. Die Nutzstrahlung 47 ist Strahlung eines ersten spektralen Bereichs, insbesondere EUV-Strahlung, und erzeugt, wie bereits in Bezug auf Fig. 1 beschrieben, Interferogramme 44 auf dem Nutzdetektor 42 zur entsprechenden Auswertung. Weiterhin ist die Bestrahlungsanordnung 14 derart konfiguriert, dass die von ihr abgegebene Strahlung 18 auch Strahlung eines zweiten spektralen Bereichs mit größerer Wellenlänge, z.B. Licht mit einer Wellenlänge von größer als 100 nm, insbesondere sichtbares Licht, abstrahlt, welche als Sensorstrahlung 48 verwendet wird. Die Sensorstrahlung 48 wird wegen ihrer größeren Wellenlänge stärker am Analysegitter 38 gebeugt als die Nutzstrahlung 47. Die Bestrahlungsanordnung 14 umfasst weiterhin einen im Strahlengang der Strahlung 18 angeordneten Frequenzfilter 78. Dieser umfasst z.B. einen Zirkonfilter oder ein Mesh-Gitter und ist dazu konfiguriert, die Bandbreite der Sensorstrahlung 48 so zu begrenzen, dass auch Pupillen mit definiertem Rand auf dem Detektor 80 im Bereich, welcher als Intensitätssensor 50 dient, detektiert werden können. Die Pupillen der Sensorstrahlung 48 sind räumlich voneinander getrennt und bilden daher keine Interferogramme aus. Die in der Schnittansicht von Fig. 8 links und rechts bezüglich der Nutzstrahlung 47 gezeigten, vom Analysegitter 38 ausgehenden, Strahlungskegel der Sensorstrahlung 48 können beispielsweise durch die +1. und die -1. Beugungsordnung der Sensorstrahlung 48 am Analysegitter 38 gebildet werden. Die nullte Beugungsordnung der Sensorstrahlung 48 trifft im als Nutzdetektor 42 dienenden Bereich des Detektors 80 auf und bildet einen konstanten Untergrund in der Messung des Nutzdetektorsignals. Die zeitaufgelöste Intensitätsverteilung der Pupille der Sensorstrahlung 48 kann genutzt werden, um die Intensitäten der Interferogramme 44 zu kalibrieren. Damit kann eine bessere Reproduzierbarkeit erzielt werden.
Fig. 9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dahingehend, dass der Intensitätssensor 50 nicht oberhalb der Testmaske 24 angeordnet ist, sondern unterhalb, d.h. auf Seiten des Abbildungssystems 12. Dabei ist der Intensitätssensor 50 derart angeordnet, dass aus höheren Beugungsordnungen am Teststrukturbereich 26 erzeugtes Licht, von diesem erfasst werden kann. Dieses aus höheren Beugungsordnungen erzeugte Licht dient damit als Sensorstrahlung 48. Unter derartigem Licht höherer Beugungsordnungen ist in +/-4. und/oder betragsmäßig höherer Beugungs- Ordnung erzeugtes Licht zu verstehen. Die genannten höheren Beugungsordnungen weisen eine größere Apertur als das optische Abbildungssystem 12 auf und gelangen damit nicht auf den Nutzdetektor 42, da sie in der Regel von dem optischen Abbildungssystem 12 abgeblockt werden. Der Intensitätssensor 50 kann entweder, wie in Fig. 9 gezeigt, im Bereich zwischen der Testmaske 24 und dem optischen Abbildungssystem 12 oder auch an einer Fassung eines optischen Elements des Abbild ungssystems 12 angeordnet werden. Eine derartige Anordnung des Intensitätssensors 50 an einer Fassung eines optischen Elements des Abbildungssystems 12 ermöglicht bei Integration der Vorrichtung 10 in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie eine Kontrolle der Belichtungsenergie während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage.
Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dahingehend, dass die Testmaske 24 anstatt in Transmission in Reflexion betrieben wird und der Intensitätssensor 50 an der in Bezug auf diejenige Seite, auf die die Strahlung 18 von der Bestrahlungsanordnung 14 eingestrahlt wird, gegenüberliegenden Seite der Testmaske 24 angeordnet ist. Die Testmaske 24 in der Ausführungsform gemäß Fig. 10 umfasst ein Trägerelement 86 und eine der Bestrahlungsanordnung 14 und dem optischen Abbildungssystem zugewandte Oberfläche der Testmaske 24 bildende Multilagenanordnung 82. Die Multilagenanordnung 82 kann z.B. als MoSi-Schichtsystem ausgebildet sein und ist dazu konfiguriert die eingestrahlte Strahlung 18 in Gestalt von EUV-Strahlung mit einem hohen Wirkungsgrad zu reflektieren. Zwischen der Multilagenanordnung 82 und dem bzgl. der eingestrahlten Strahlung 18 undurchlässigen Trägerelement 86 ist eine Szintillatorschicht 84 angeordnet, welche dazu konfiguriert wird, einen Teil der die Multilagenanordnung 82 durchdringenden Strahlung 18 in eine Strahlung mit einer Wellenlänge, für die das Trägerelement 86 durchlässig ist, umzuwandeln. Diese wellenlängengewandelte Strahlung durchläuft dann als Sensorstrahlung 48 das Trägerelement 86 und wird vom Intensitätssensor 50 aufgezeichnet.
Die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 bzw. einer anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann derart konfiguriert sein, dass sie unabhängig von einer Projektionsbelichtungsanlage im Labor zur Vermessung eines einzelnen optischen Abbilsungssystems 12, wie etwa einer mikrolithographischen Projektionsoptik, eingesetzt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 in eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie integriert. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform einer im EUV-Wellenlängenbereich betriebenen Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithographie, in der die Vorrichtung 10 in einer gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 10 leicht modifizierten Ausführungsform integriert ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 kann als Stepper oder als Scanner ausgeführt sein. Die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 1 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 darin, dass die Kohärenzmaske 24 nicht als Transmissionsmaske sondern als Reflexionsmaske ausgebildet ist, und dass die Strahlunterbrechungseinrichtung 60 nicht vor einem Beleuchtungsspiegel des Beleuchtungssystems 20 sondern zwischen einem Beleuchtungsspiegel eines Beleuchtungssystems 120 und der Testmaske 24 angeordnet ist.
Eine Strahlungsquelle 1 16 und das Beleuchtungssystem 120 sind Teil einer Beleuchtungsanordnung 114 der Projektionsbelichtungsanlage 100 zum Belichten einer Produktmaske während des Belichtungsbetriebs der Projektionsbelichtungsanlage 100. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst einen Maskentisch 125, welche auch als „Retikel-Stage" bezeichnet wird. Die Testmaske 24 wird bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens vom Maskentisch 125 gehalten. Fig. 11 zeigt eine beispielhafte Projektionsoptik 12, welche mehrere reflektive optische Elemente 1 13 umfasst.
Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 100 einen Substrattisch 144, der auch als „Wafer Stage" bezeichnet werden kann und auf dem im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 100 ein zu belichtender Wafer angeordnet wird. In der gezeigten Ausführungsform ist der Nutzdetektor 42 in einem Randbereich des Substrattisches 144 integriert.
Fig. 12 veranschaulicht eine dem Fachmann z.B. aus Fig. 2 von US 8,102,511 B2 bekannte Strahlungsquelle 1 16 einer Projektionsbelichtungsanlage 100 der in Fig. 1 1 beschriebenen Art. Die Strahlungsquelle 116 umfasst eine Strahlerzeugungseinheit 118, z.B. in Gestalt einer Plasmaquelle, einen Strahlungskollektor 121 sowie einen in Reflexion betriebenen spektralen Filter 123 mit einem integrierten Beugungsgitter. Die Strahlung 18 durchläuft nach Erzeugung die Strahlerzeugungseinheit 118 den Strahlungskollektor 121 und wird daraufhin am Beugungsgitter des spektralen Filters 123 reflektiert. Die dabei in nullter Beugungsordnung reflektierte Strahlung tritt daraufhin als Nutzstrahlung 47 in das in Fig. 12 nicht mehr gezeigte Beleuchtungssystem ein. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Intensitätssensor 50 oberhalb des spektralen Filters 123 angeordnet, sodass eine sich von der nullten Beugungsordnung unterscheidende höhere Beugungsordnung der am Beugungsgitter des spektralen Filters 123 reflektierten Strahlung 18 als Sensorstrahlung 48 von diesem aufgezeichnet werden kann.
Fig. 13 veranschaulicht eine dem Fachmann z.B. aus Fig. 2 von US 2012/0182537 A1 bekannte Strahlungsquelle 1 16. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 10 gezeigten Strahlungsquelle 1 16 gemäß Fig. 2 von US 8,102,51 1 B2 im wesentlichen darin, dass der spektrale Filter 123 in Transmission anstatt in Reflexion betrieben wird. Gemäß der in Fig. 1 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Intensitätssensor 50 in einer Stellung angeordnet, die zur Erfassung der beim Durchtritt durch den spektralen Filter 123 in einer höheren Beugungsordnung erzeugten Sensorstrahlung 48 durch den Intensitätssensor 50 geeignet ist.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft
12 optisches Abbildungssystem
13 optische Achse
14 Bestrahlungsanordnung
16 Strahlungsquelle
18 elektromagnetische Strahlung
20 Beleuchtungssystem
22 Objektebene
24 Testmaske
26 Teststrukturbereich
8 Maskensubstrat
30 teilreflektive Schichtanordnung
1 strahlungswandelnde Schicht
2 Membran
4 Aperturblende
6 Pupille
8 Analysegitter
9 veränderte Nutzstrahlung
0 Bildebene
1 Verschiebeeinrichtung
2 Nutzdetektor
3 Detektorfläche
4 Interferogramm
5 Nutzstrahlengang
6 Auskopplungseinrichtung
7 Nutzstrahlung
8 Sensorstrahlung
9 Sensorstrahlengang
0 Intensitätssensor
1 weiterer Intensitätssensor optisches Element zweidimensional auflösender Detektor
Blende
Fokussierspiegel
Strahlunterbrechungseinrichtung
Verschlusselement
Verschiebungsrichtung
Verschiebeeinrichtung
Auswerteeinrichtung
Steuereinrichtung
Beleuchtungsmodul
weiteres Beleuchtungsmodul
Substrat
Streustruktur
Fokussierelement
Frequenzfilter
integrierter Detektor
Multilagenanordnung
Szintillatorschicht
Trägerelement
Projektionsbelichtungsanlage reflektives optisches Element
Bestrahlungsanordnung
Strahlungsquelle
Strahlungserzeugungseinheit
Beleuchtungssystem
Strahlungskollektor
spektraler Filter
Maskentisch
Substrattisch

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems (12) mit:
- einem Beleuchtungssystem (20), welches dazu konfiguriert ist, von einer Strahlungsquelle (16) erzeugte elektromagnetische Strahlung (18) auf eine Objektebene (22) des Abbildungssystems zu richten,
- einem Nutzdetektor (42) zur Bestimmung der optischen Eigenschaft, welcher zum Erfassen der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen eines Nutzstrahlenganges (45) konfiguriert ist, wobei sich der Nutzstrahlengang, von der Strahlungsquelle ausgehend über das Abbildungssystem bis zum Nutzdetektor erstreckt,
- einer Auskopplungseinrichtung (46), welche im Nutzstrahlengang angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, eine Sensorstrahlung (48) aus dem Nutzstrahlengang auszukoppeln, sodass die ausgekoppelte Sensorstrahlung in einem sich vom Nutzstrahlengang unterscheidenden Sensorstrahlengang (49) verläuft, sowie
- einem Intensitätssensor (50), welcher im Sensorstrahlengang dazu angeordnet ist, eine an zumindest einem Punkt in der Objektebene (22) des optischen Abbildungssystems vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung aufzuzeichnen, welche die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene wiedergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) in einem dem Abbildungssystem (12) vorgelagerten Bereich des Nutzstrahlengangs (45) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) im Beleuchtungssystem (20) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auskopplungseinrichtung (46) ein zumindest teilweise reflektierendes Element (30) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
welche weiterhin eine in der Objektebene angeordnete Testmaske (24) aufweist und die Auskopplungseinrichtung (46) Teil der Testmaske ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der das Beleuchtungssystem (20) dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung (18) schräg auf die Objektebene (22) einzustrahlen.
7. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) ein strahlungswandelndes Element umfasst (31 ), welches zum Erzeugen der Sensorstrahlung (48) durch Wellenlängenveränderung aus einem Teil der im Nutzstrahlengang (45) geführten elektromagnetischen Strahlung (18) konfiguriert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) dazu konfiguriert ist, aus der elektromagnetischen Strahlung (18) des Nutzstrahlengangs (45) eine Strahlung mit einer Wellenlänge, die sich von einer Betriebswellenlänge des optischen Abbildungssystems unterscheidet, als Sensorstrahlung (48) auszukoppeln.
9. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) dazu konfiguriert ist, die Sensorstrahlung (48) durch Beugung in +/- 4. oder betragsmäßig höherer Beugungsordnung aus dem Nutzstrahlengang (45) auszukoppeln.
10. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der die Auskopplungseinrichtung (46) ein Beugungsgitter (123) umfasst.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auskopplungseinrichtung (46) ein Analysegitter (38) umfasst, welches dazu konfiguriert ist, aus einem Strahlungsanteil (47) der elektromagnetischen Strahlung (18) mit einer ersten Wellenlänge ein Interferogramm auf dem Nutzdetektor (42) zu erzeugen sowie einen Strahlungsanteil (48) der elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge in einer von der nullten Beugungsordnung verschiedenen Beugungsordnung auf den Intensitätssensor (50) zu lenken.
12. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei welcher der Nutzdetektor (42) und der Intensitätssensor (50) in einem einteiligen Detektor (80) integriert sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
welche dazu konfiguriert ist, die vom Beleuchtungssytem (20) abgegebene Strahlung (18) periodisch zu unterbrechen, sodass die Strahlung in zeitlich begrenzten Strahlungspaketen auf die Objektebene (22) auftrifft.
14. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
welche auf eine Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
weiterhin mit einer Auswerteeinrichtung (66), welche dazu konfiguriert ist, eine Korrektur an der vom Nutzdetektor (42) bestimmten optischen Eigenschaft des optischen Abbildungssystems auf Grundlage der vom Intensitätssensor (50) aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung vorzunehmen.
16. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
wobei die mittels der Vorrichtung (10) bestimmbare optische Eigenschaft ein Wellenfrontaberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems (12) umfasst.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin mit einer Auswerteeinrichtung (66), welche dazu konfiguriert ist, durch Auswertung von Messergebnissen des Nutzdetektors (42) sowie der vom Intensitätssensor (50) aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems (12) zu bestimmen.
18. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei welcher der Intensitätssensor (50) weiterhin dazu konfiguriert ist, die Intensitätsverteilung in der Objektebene des optischen Abbildungssystems (12) ortsaufgelöst aufzuzeichnen.
19. Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
mit einer darin integrierten Vorrichtung (10) nach einem der vorausgehenden Ansprüche.
20. Verfahren zum Bestimmen einer optischen Eigenschaft eines optischen Abbildungssystems (12), mit den Schritten:
- Richten elektromagnetischer Strahlung (18) auf eine Objektebene (22) des Abbildungssystems,
- Bestimmen der optischen Eigenschaft mit einem Nutzdetektor (42) aus der elektromagnetischen Strahlung nach Durchlaufen eines Nutzstrahlenganges (45), wobei sich der Nutzstrahlengang, von einer Strahlungsquelle (16) der Strahlung ausgehend über das Abbildungssystem bis zum Nutzdetektor erstreckt,
- Auskoppeln einer Sensorstrahlung aus dem Nutzstrahlengang (45), sodass die ausgekoppelte Sensorstrahlung in einem sich vom Nutzstrahlengang unterscheidenden Sensorstrahlengang (49) verläuft, sowie
- Aufzeichnen einer an zumindest einem Punkt in der Objektebene (22) des optischen Abbildungssystems vorliegenden winkelaufgelösten Intensitätsverteilung, welche die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels bezüglich der Objektebene wiedergibt, mittels eines im Sensorstrahlengang (49) angeordneten Intensitätssensors (50).
21. Verfahren nach Anspruch 20,
wobei beim Bestimmen der optischen Eigenschaft eine Korrektur an einer vom Nutzdetektor (42) vorgenommenen Messung auf Grundlage der vom Intensitätssensor (50) aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung vorgenommen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 ,
wobei ein pupillenaufgelöstes Transmissionsverhalten des optischen Abbildungssystems (12) als optische Eigenschaft durch Auswerten eines Messergebnisses des Nutzdetektors (42) sowie der vom Intensitätssensor (50) aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilung bestimmt wird.
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