WO2019101419A1 - Verfahren und vorrichtung zur kalibrierung einer diffraktiven messstruktur - Google Patents

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    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for calibrating a diffractive measuring structure.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • FIG. 8a schematically shows a measurement setup for determining wavefront errors of a projection objective 810 via shear interferometry, wherein a measurement mask 811 arranged in the object plane of the projection objective 810 to be measured is in the form of a two-dimensional shear grid and a reflection arranged in the image plane of the projection objective 810 is shown in FIG.
  • a measurement mask 811 arranged in the object plane of the projection objective 810 to be measured is in the form of a two-dimensional shear grid and a reflection arranged in the image plane of the projection objective 810 is shown in FIG.
  • the measuring mask 811 is imaged onto the diffraction grating 812, an overlay pattern in the form of an interferogram is produced, which is detected and evaluated by a spatially resolving (eg camera-based) detector 813.
  • a spatially resolving eg camera-based
  • FIG. 8b schematically shows a structure for the realization of an aerial image measurement technique which can also be used to determine wavefront errors, wherein an object mask 821 having test structures in the object plane of a projection objective 820 to be measured is connected via the
  • Projection lens 820 imaged on a (possibly defocused) image plane and recorded with a detector 822.
  • FIG. 8c shows a structure for determining the distortion via Moire measuring technology, in which one in the object plane of one to be measured
  • Projection lens 830 arranged first grating 831 on a arranged in the image plane of the projection lens 830 second grating 832 (also referred to as "moire mask") projected and each transmitted through this arrangement light intensity with a detector 833 is measured.
  • the measuring method described above has in common that in each case at least one diffractive measuring structure in the form of the masks or grids used is used.
  • a problem which arises in practice in this case is that the actual diffractive effect of such diffractive measuring structures may differ from the respective predetermined or desired effect due to different causes. These causes may include, for example, manufacturing errors as a result of process deviations occurring in the mask production process, but also the three-dimensional topography of the mask, which may, for example, result in different shading effects on the steps or edges present in the respective mask structure, depending on the illumination direction.
  • CGHs computer-generated holograms
  • Such CGHs are phase gratings or phase masks.
  • the calibration of the respective measurement structures represents a demanding challenge, not only in the case of transmission masks, but also in the case of such phase masks due to the different phase delay effect depending on the illumination direction.
  • FIG. 7 a merely schematically shows a transmission mask 710 which is constructed from materials or regions 710 a, 710 b with different absorption and thus effects a location-dependent weakening of the light passing through.
  • FIG. 7b also shows schematically only a phase mask 720 which (in the case of ideally locally constant transmission) causes a phase-dependent phase delay for light passing through due to a surface structuring 721.
  • a method for calibrating a diffractive measuring structure has the following steps:
  • steps of taking a plurality of diffraction patterns and determining transmission properties and / or reflection properties of the diffractive measurement structure are repeatedly performed in a plurality of acquisition sequences, wherein these acquisition sequences with respect to the illumination of the diffractive measurement structure each set illumination angle, under which the diffractive measuring structure is illuminated, differ from each other.
  • the invention is based on the consideration that fundamentally based on the recording of a plurality of different diffraction patterns of each diffractive measurement structure to be examined, a reconstruction of the transmission properties and / or reflection properties of the measurement structure (ie a reconstruction of the amplitude and phase of the electromagnetic radiation after their interaction with the relevant diffractive structure or mask) can be performed using known reconstruction algorithms.
  • the invention is based in particular on the concept of combining this principle of recording different diffraction images with a variation of the illumination direction or the illumination setting used when illuminating the respective diffractive measurement structure and thus determining the transmission properties (or the reflection properties). eg when using masks designed for the EUV range) of the diffractive measuring structure for different angles of incidence.
  • the diffractive measuring structure to be calibrated is examined from different directions by means of tomography, with the result that a calibration is achieved by way of the illumination angle-dependent characterization of the transmission properties or reflection properties, which effects the three-dimensional effects described above Topography of the respective measurement structure considered.
  • the variation of the lighting angle respectively set when the diffractive measuring structure is illuminated comprises setting different lighting settings via the lighting device.
  • the illumination device has a mirror arrangement with a plurality of mutually independently adjustable mirror elements.
  • a variation of the illumination setting takes place by selecting different mirror elements of the mirror arrangement which contribute to illuminating the diffractive measurement structure.
  • the variation of the lighting angle respectively set in the illumination of the diffractive measuring structure comprises a tilting of the measuring structure.
  • a variation of the region of the diffractive measuring structure contributing to the respective diffraction pattern takes place by using at least one aperture displaceable in the optical beam path or by exchanging an aperture located in the optical beam path for at least one aperture deviating geometry.
  • the diffractive measurement structure is a phase mask, in particular a computer-generated hologram (CGH).
  • CGH computer-generated hologram
  • the diffractive measuring structure is a transmission mask for the location-dependent attenuation of incident electromagnetic radiation.
  • the diffractive measurement structure is a measurement structure for use in an arrangement for wavefront or distortion measurement of an optical system, in particular for the microlithography, or a measurement structure for use in an arrangement for interferometric testing of the surface (in particular Passe or form) of an optical element, in particular for microlithography.
  • the taking of a plurality of diffraction images is performed while the diffractive measuring structure is incorporated in this arrangement.
  • the determination of transmission properties and / or reflection properties of the diffractive measurement structure is carried out using a reconstruction algorithm in which the amplitude and phase of an electromagnetic field present in the light propagation direction after the diffractive measurement structure are reconstructed by evaluating the plurality of diffraction images.
  • a transfer function of the diffractive measurement structure is determined on the basis of the reconstruction.
  • J (x, k) the interaction of a photomask with a light wave can be described.
  • x is the coordinate in the spatial space and k is the wave vector of the incident light wave (ie the angle of incidence).
  • J (x, k) takes the form of a complex 2x2 Jones matrix, which measures the amplitude of the incident electromagnetic field.
  • table field E in is linked to the amplitude of the output field E out and is defined for a specific wavelength l:
  • the invention further relates to a device for calibrating a diffractive measuring structure, wherein the device is designed to carry out a method with the features described above.
  • the invention also relates to a microlithographic projection exposure apparatus which has a device with the features described above.
  • FIGS. 1-6 show schematic diagrams for explaining different embodiments of the present invention.
  • FIGS. 7a-7b show schematic representations of different mask types; and FIGS. 8a-8c show schematic diagrams of different measuring arrangements for explaining possible application examples of a measuring structure investigated according to the invention.
  • FIG. 1 shows a diffractive measuring structure 110 as well as a surface-measuring, eg camera-based detector 130 (for example in the form of a CCD camera), by way of which a diffraction image generated by the diffractive structure 110 when illuminated by illumination light 101 can be included.
  • a surface-measuring eg camera-based detector 130 (for example in the form of a CCD camera)
  • a diffraction image generated by the diffractive structure 110 when illuminated by illumination light 101 can be included.
  • a reference to the optical path in front of the diffractive structure 110 in the optical see beam path slidably arranged aperture called.
  • the region of the diffractive measurement structure contributing to the respective diffraction pattern can be varied, with the result that the field plane 120 is different for different displacement positions Diffraction images recorded and a known per se reconstruction algorithm for determining a transfer function of the diffractive measuring structure 110 can be based.
  • an examination of the diffractive measuring structure 110 from different directions in the sense of a tomography is now additionally realized in that the above-described measuring sequence is repeatedly performed for different angles of incidence of the illuminating radiation 101 impinging on the diffractive measuring structure 110.
  • a calibration of the diffractive measurement structure 110 is achieved in this way taking into account the angular dependence of the transmission properties or the reflection properties of the measurement structure 110 (caused, for example, by the 3-dimensional topography of the measurement structure).
  • the above-described acquisition sequences for taking a plurality of diffraction images can also be repeated for different polarization directions of the illumination radiation 101, whereby an i.A. given dependence of the transfer function of the diffractive structure 110 of the polarization direction of the incident electromagnetic radiation can be taken into account.
  • the invention is no further limited.
  • the said incident angle variation can be realized using a mirror device with a plurality of (possibly independently adjustable) mirror elements, wherein for different acquisition sequences, for example, different of the mirror elements of this mirror arrangement can contribute to illuminate the measurement structure.
  • a mirror arrangement can also already be present in the actual measuring arrangement in which the diffractive measuring structure to be calibrated is to be used (and which may, for example, be an arrangement for distortion measurement or for determination of wavefront errors) and used for the angle of incidence variation.
  • the calibratable measuring structure to be calibrated can in particular already be in the installed state of said measuring arrangement, as shown schematically only in FIG. In this case, analogous or essentially functionally identical components with reference numerals increased by "100" are referred to FIG.
  • the diffractive measuring structure 210 is already in the installed state, wherein it is arranged in relation to the light propagation direction after the test object 240 (for example projection objective) to be measured finally.
  • This embodiment has i.a. the advantage that a separate measurement setup is dispensable for the calibration, wherein, in the determination of the transfer function of the diffractive measurement structure 210, effects due to the installation position (for example, due to mechanical stresses) are also detected by the calibration according to the invention.
  • the calibration according to the invention can be repeated at any time after use of the measuring arrangement (for example using one of the measuring concepts illustrated in FIGS. 8a-8c), without it being necessary to remove the diffractive measuring structure from the measuring arrangement.
  • the aperture used in the above-described embodiments for varying the region of the measurement structure contributing to the individual diffraction images may be in a field plane or near-field plane be arranged.
  • the invention is not limited thereto, so that arrangements in a field-far plane (outside a pupil plane) are possible.
  • This makes use of the fact that the projection of the relevant diaphragm onto the diffractive measurement structure to be calibrated does not necessarily have to be sharply delimited in the course of the intensity, but can also have a continuous intensity profile.
  • the use of a field-distant mask is shown only schematically in FIG. 3, wherein components analogous or substantially functionally identical to FIG. 1 are designated by reference numerals increased by "200".
  • the variation according to the invention of the incidence or illumination angles at which the illumination radiation strikes the diffractive measurement structure to be calibrated can also be achieved in embodiments by tilting the diffractive measurement structure, as shown schematically in FIG. 4. Again, analogous or functionally identical components with reference numerals increased by "300" are referred to in FIG.
  • acquisition sequences according to the invention corresponding to the acquisition of a plurality of diffraction images which differ from one another with regard to the respectively contributing region of the measurement structure to be calibrated
  • acquisition sequences according to the invention for different incidence or illumination angles can also be carried out in such a way that, in the case of and the same measurement sequence, the illumination light already impinges on the diffractive structure at more than one illumination or incident angle.
  • the respective recording sequences can be carried out with mutually different illumination settings (eg dipolsetting).
  • FIG. 5 is used to illustrate such embodiments with illumination below in each case more than one illumination angle or angle of incidence, again referring to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Aufnehmen, unter Beleuchtung der Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) über eine Beleuchtungseinrichtung, einer Mehrzahl von Beugungsbildern, welche sich hinsichtlich des zum jeweiligen Beugungsbild beitragenden Bereichs der Messstruktur voneinander unterscheiden, und Ermitteln von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der diffraktiven Messstruktur auf Basis dieser Mehrzahl von Beugungsbildern, wobei die Schritte des Aufnehmens einer Mehrzahl von Beugungsbildern und des Ermittelns von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der diffraktiven Messstruktur in einer Mehrzahl von Aufnahmesequenzen in einer Mehrzahl von Aufnahmesequenzen wiederholt durchgeführt werden, wobei sich diese Aufnahmesequenzen hinsichtlich der bei der Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel, unter welchen die diffraktive Messstruktur beleuchtet wird, voneinander unterscheiden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung
einer diffraktiven Messstruktur
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2017 221 005.2, angemeldet am 23. November 2017. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektions- objektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung be- leuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In der Praxis besteht ein Bedarf, eine Verzeichnung sowie Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs möglichst exakt zu bestimmen. Hierzu bekannte Messanordnungen sind lediglich beispielhaft und schematisch in Fig. 8a-8c dargestellt.
Fig. 8a zeigt schematisch einen Messaufbau zur Bestimmung von Wellen- frontfehlern eines Projektionsobjektivs 810 über Scherinterferometrie, wobei eine in der Objektebene des zu vermessenden Projektionsobjektivs 810 an- geordnete Messmaske 811 in Form eines zweidimensionalen Schergitters und ein in der Bildebene des Projektionsobjektivs 810 angeordnetes Beu- gungsgitter 812 derart aufeinander abgestimmt werden, dass bei Abbildung der Messmaske 811 auf das Beugungsgitter 812 ein Überlagerungsmuster in Form eines Interferogramms entsteht, welches mit einem ortsauflösenden (z.B. kamerabasierten) Detektor 813 erfasst und ausgewertet wird.
Fig. 8b zeigt schematisch einen Aufbau zur Realisierung einer ebenfalls zur Bestimmung von Wellenfrontfehlern einsetzbaren Luftbildmesstechnik, wobei eine in der Objektebene eines zu vermessenen Projektionsobjektivs 820 befindliche, Teststrukturen aufweisende Objektmaske 821 über das
Projektionsobjektiv 820 auf eine (ggf. defokussierte) Bildebene abgebildet und mit einem Detektor 822 aufgezeichnet wird.
Fig. 8c zeigt einen Aufbau zur Bestimmung der Verzeichnung über Moire- Messtechnik, bei welchem ein in der Objektebene eines zu vermessenden
Projektionsobjektivs 830 angeordnetes erstes Gitter 831 auf ein in der Bild- ebene des Projektionsobjektivs 830 angeordnetes zweites Gitter 832 (auch als„Moire-Maske“ bezeichnet) projiziert und die jeweils durch diese Anord- nung transmittierte Lichtintensität mit einem Detektor 833 gemessen wird.
Den vorstehend beschriebenen Messverfahren ist gemeinsam, dass jeweils wenigstens eine diffraktive Messstruktur in Form der eingesetzten Masken bzw. Gitter verwendet wird. Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die tatsächliche beugende Wirkung solcher diffraktiven Messstrukturen aufgrund unter- schiedlicher Ursachen von der jeweils vorgegebenen bzw. gewünschten Wirkung abweichen kann. Zu diesen Ursachen können z.B. Fertigungsfehler infolge von im Maskenfertigungsprozess aufgetretenen Prozess- abweichungen gehören, aber auch die dreidimensionale Topographie der Maske, welche z.B. je nach Beleuchtungsrichtung unterschiedliche Abschat- tungseffekte an in der jeweiligen Maskenstruktur vorhandenen Stufen oder Kanten zur Folge haben kann.
Des Weiteren werden z.B. bei der interferometrischen Vermessung der Oberfläche einzelner optischer Elemente (insbesondere zur hochgenauen Prüfung der in der Beleuchtungseinrichtung oder im Projektionsobjektiv ver- wendeten Spiegel oder Linsen) computergenerierte Hologramme (CGHs) eingesetzt. Bei solchen CGH's handelt es sich um Phasengitter bzw. Phasenmasken. Die Kalibrierung der jeweiligen Messstrukturen stellt nicht nur bei Transmissionsmasken, sondern auch bei solchen Phasenmasken aufgrund der je nach Beleuchtungsrichtung unterschiedlichen Phasen- Verzögerungswirkung eine anspruchsvolle Herausforderung dar.
Fig. 7a-7b dienen zur Veranschaulichung der vorstehenden genannten Maskentypen. Fig. 7a zeigt lediglich schematisch eine Transmissionsmaske 710, welche aus Materialien bzw. Bereichen 710a, 710b mit unterschiedlich großer Absorption aufgebaut ist und somit eine ortsabhängige Abschwä- chung des hindurchtretenden Lichts bewirkt. Fig. 7b zeigt ebenfalls lediglich schematisch eine Phasenmaske 720, welche (bei im Idealfall örtlich konstanter Transmission) für hindurchtretendes Licht aufgrund einer Ober- flächenstrukturierung 721 eine ortsabhängig variierende Phasenverzöge- rung bewirkt.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf Hoppe, W.: "Beugung im inhomogenen Primärstrahlwellenfeld. I. Prinzip einer Phasenmessung von Elektronenbeungungsinterferenzen". Acta Crystallographica Section A. 25 (4): 495, 1969, verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor dem obigen Flintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Mess- struktur bereitzustellen, welche bei Verwendung der jeweiligen Messstruktur, insbesondere in Messanordnungen zur Vermessung von Verzeichnungs- und/oder Wellenfrontfehlern oder bei der hochgenauen Prüfung optischer Elemente, die Erzielung höherer Messgenauigkeiten unter zumindest teil- weiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unab- hängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 14 gelöst.
Ein Verfahren zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur weist folgende Schritte auf:
- Aufnehmen, unter Beleuchtung der Messstruktur über eine Beleuch- tungseinrichtung, einer Mehrzahl von Beugungsbildern, welche sich hinsichtlich des zum jeweiligen Beugungsbild beitragenden Bereichs der Messstruktur voneinander unterscheiden; und
- Ermitteln von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexions- eigenschaften der diffraktiven Messstruktur auf Basis dieser Mehrzahl von Beugungsbildern;
wobei die Schritte des Aufnehmens einer Mehrzahl von Beugungsbildern und des Ermittelns von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionsei- genschaften der diffraktiven Messstruktur in einer Mehrzahl von Aufnah- mesequenzen wiederholt durchgeführt werden, wobei sich diese Aufnahme- sequenzen hinsichtlich der bei der Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel, unter welchen die diffraktive Messstruktur beleuchtet wird, voneinander unterscheiden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass grundsätzlich basierend auf der Aufnahme einer Mehrzahl von unterschiedlichen Beugungsbildern der jeweils zu untersuchenden diffraktiven Messstruktur eine Rekonstruktion der Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der Messstruktur (d.h. eine Rekonstruktion von Amplitude und Phase der elektromagnetischen Strahlung nach deren Wechselwirkung mit der betref- fenden diffraktiven Struktur bzw. Maske) unter Anwendung von für sich be- kannten Rekonstruktionsalgorithmen erfolgen kann. Von dieser Überlegung ausgehend liegt der Erfindung nun insbesondere das Konzept zugrunde, dieses Prinzip der Aufnahme unterschiedlicher Beugungsbilder mit einer Variation der bei Beleuchtung der jeweiligen diffraktiven Messstruktur einge- stellten Beleuchtungsrichtung bzw. des verwendeten Beleuchtungssettings zu kombinieren und so die Transmissionseigenschaften (bzw. die Reflexionseigenschaften, z.B. bei Verwendung von für den EUV-Bereich ausgelegten Masken) der diffraktiven Messstruktur für unterschiedliche Ein- fallswinkel zu bestimmen.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß im Wege einer Tomographie die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur aus unterschiedlichen Richtungen untersucht mit der Folge, dass über die hierbei realisierte, beleuchtungswin- kelabhängige Charakterisierung der Transmissionseigenschaften bzw. Reflexionseigenschaften letztlich eine Kalibrierung erzielt wird, welche die eingangs beschriebenen Effekte der dreidimensionalen Topographie der jeweiligen Messstruktur berücksichtigt.
Insbesondere bei den vorstehend beschriebenen Messverfahren (Bestim- mung von Wellenfrontfehlern oder Verzeichnung eines Projektionsobjektivs sowie hochgenaue Oberflächenprüfung optischer Elemente) kann somit aufgrund der typischerweise in diesen Anwendungen jeweils erfolgenden Beleuchtung der jeweiligen Messstruktur aus unterschiedlichen Beleuch- tungsrichtungen im Ergebnis eine signifikante Erhöhung der jeweils erzielten Messgenauigkeit erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Variation der bei der Beleuch- tung der diffraktiven Messstruktur jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel eine Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungssettings über die Beleuch- tungseinrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl unabhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente auf.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Variation des Beleuchtungsset- tings unter Auswahl unterschiedlicher, zur Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur beitragender Spiegelelemente der Spiegelanordnung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Variation der bei der Beleuch- tung der diffraktiven Messstruktur jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel ein Verkippen der Messstruktur.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt im Schritt des Aufnehmens einer Mehrzahl von Beugungsbildern eine Variation des zum jeweiligen Beu- gungsbild beitragenden Bereichs der diffraktiven Messstruktur unter Ver- wendung wenigstens einer im optischen Strahlengang verschiebbaren Blende oder unter Austausch einer im optischen Strahlengang befindlichen Blende gegen wenigstens eine Blende mit abweichender Geometrie.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt im Schritt des Aufnehmens einer Mehrzahl von Beugungsbildern eine Variation des zum jeweiligen Beugungsbild beitragenden Bereichs der diffraktiven Messstruktur derart, dass jeweils benachbarte, zu unterschiedlichen Beugungsbildern beitragen- de Bereiche der Messstruktur einander überlappen. Gemäß einer Ausführungsform ist die diffraktive Messstruktur eine Phasen- maske, insbesondere ein computergeneriertes Hologramm (CGH).
Gemäß einer Ausführungsform ist die diffraktive Messstruktur eine Trans- missionsmaske zur ortsabhängigen Abschwächung auftreffender elektro- magnetischer Strahlung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die diffraktive Messstruktur eine Mess- struktur zur Verwendung in einer Anordnung zur Wellenfront- oder Ver- zeichnungsmessung eines optischen Systems, insbesondere für die Mikro- lithographie, oder eine Messstruktur zur Verwendung in einer Anordnung zur interferometrischen Prüfung der Oberfläche (insbesondere der Passe bzw. Form) eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Aufnehmen einer Mehrzahl von Beugungsbildern, während die diffraktive Messstruktur in dieser Anordnung eingebaut ist.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ermitteln von Transmissions- eigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der diffraktiven Messstruk- tur unter Anwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus, bei welchem durch Auswertung der Mehrzahl von Beugungsbildern Amplitude und Phase eines in Lichtausbreitungsrichtung nach der diffraktiven Messstruktur vorliegenden elektromagnetischen Feldes rekonstruiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird auf Basis der Rekonstruktion eine Transferfunktion der diffraktiven Messstruktur ermittelt. Über eine solche Transferfunktion J(x, k) kann die Wechselwirkung einer Photomaske mit einer Lichtwelle beschrieben werden. Dabei ist x die Koordinate im Orts- raum und k der Wellenvektor der einfallenden Lichtwelle (also der Einfall s- winkel). Für eine Wahl von x und k hat J(x, k) die Form einer komplexwerti- gen 2x2 Jones-Matrix, welche die Amplitude des einfallenden elektromagne- tischen Felds Ein mit der Amplitude des Ausgangsfeldes Eout verknüpft und für eine bestimmte Wellenlänge l definiert ist:
Figure imgf000010_0001
Die Erfindung betrifft weiter auch eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer dif- fraktiven Messstruktur, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Verfah- ren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vortei- len sowie vorteilhaften Ausgestaltungen wird auf die Ausführungen im Zu- sammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine mikrolithographische Projekti- onsbelichtungsanlage, welche eine Vorrichtung mit den vorstehend be- schriebenen Merkmalen aufweist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildun- gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1-6 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschied- licher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Figur 7a-7b schematische Darstellungen unterschiedlicher Masken- typen; und Figur 8a-8c schematische Darstellungen unterschiedlicher Mess- anordnungen zur Erläuterung möglicher Anwendungs- beispiele einer gemäß der Erfindung untersuchten Mess- struktur.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in Fig. 1-6 beschrieben. Diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das für sich bekannte Prinzip, nämlich aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Beugungsbildern einer diffraktiven Struktur unter An- wendung eines Rekonstruktionsalgorithmus die Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften dieser Messstruktur zu bestimmen, für voneinander verschiedene Einfallswinkel der auf die Messstruktur auftref- fenden Beleuchtungsstrahlung realisiert wird und somit im Ergebnis die Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der zu kalib- rierenden diffraktiven Messstruktur winkelaufgelöst für unterschiedliche Einfallswinkel erhalten werden. Hinsichtlich geeigneter Rekonstruktions- algorithmus wird in diesem Zusammenhang beispielhaft auf Hoppe, W.: "Beugung im inhomogenen Primärstrahlwellenfeld. I. Prinzip einer Phase n- messung von Elektronenbeungungsinterferenzen". Acta Crystallographica Section A. 25 (4): 495, 1969, verwiesen.
Fig. 1 zeigt zunächst zur Veranschaulichung dieses Prinzips eine diffraktive Messstruktur 110 sowie einen flächig messenden, z.B. kamerabasierten Detektor 130 (beispielsweise in Form einer CCD-Kamera), über welchen ein durch die diffraktive Struktur 110 bei deren Beleuchtung mit Beleuchtungs- licht 101 erzeugtes Beugungsbild aufgenommen werden kann. Mit„120“ ist eine bezogen auf den Lichtweg vor der diffraktiven Struktur 110 im opti- sehen Strahlengang verschiebbar angeordnete Blende bezeichnet. Durch Verschiebung der Blende 120 in einer wie durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet quer zur Lichtausbreitungsrichtung bzw. parallel zur diffraktiven Messstruktur 110 befindlichen Ebene kann der zum jeweiligen Beugungsbild beitragende Bereich der diffraktiven Messstruktur variiert werden mit der Folge, dass für unterschiedliche Verschiebestellungen der Feldebene 120 jeweils unterschiedliche Beugungsbilder aufgenommen und einem für sich bekannten geeigneten Rekonstruktionsalgorithmus zur Ermittlung einer Transferfunktion der diffraktiven Messstruktur 110 zugrundegelegt werden können.
Erfindungsgemäß wird nun insofern zusätzlich eine Untersuchung der diffraktiven Messstruktur 110 aus unterschiedlichen Richtungen im Sinne ei- ner Tomographie dadurch realisiert, dass die vorstehend beschriebene Messsequenz für unterschiedliche Einfallswinkel der auf die diffraktive Messstruktur 110 auftreffenden Beleuchtungsstrahlung 101 wiederholt durchgeführt wird. Im Ergebnis wird auf diese Weise eine Kalibrierung der diffraktiven Messstruktur 110 unter Berücksichtigung der (z.B. durch die 3- dimensionale Topographie der Messstruktur bewirkten) Winkelabhängigkeit der Transmissionseigenschaften bzw. der Reflexionseigenschaften der Messstruktur 110 erzielt.
In Ausführungsformen der Erfindung können die vorstehend beschriebenen Aufnahmesequenzen zur Aufnahme einer Mehrzahl von Beugungsbildern ferner auch für unterschiedliche Polarisationsrichtungen der Beleuchtungs- Strahlung 101 wiederholt werden, wodurch zusätzlich eine i.A. gegebene Abhängigkeit der Transferfunktion der diffraktiven Struktur 110 von der Polarisationsrichtung der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung be- rücksichtigt werden kann.
Die Erfindung ist hinsichtlich der konkreten Realisierung der vorstehend be- schriebenen Variation des Einfallswinkels der auf die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur auftreffenden Beleuchtungsstrahlung nicht weiter eingeschränkt. In Ausführungsformen kann die besagte Einfallswinkelvaria- tion unter Verwendung einer Spiegeleinrichtung mit einer Mehrzahl von (ge- gebenenfalls unabhängig voneinander verstellbaren) Spiegelelementen rea- lisiert werden, wobei z.B. für unterschiedliche Aufnahmesequenzen jeweils andere der Spiegelelemente dieser Spiegelanordnung zur Beleuchtung der Messstruktur beitragen können. Gegebenenfalls kann eine derartige Spiegelanordnung auch bereits in der eigentlichen Messanordnung, in welcher die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur zum Einsatz kommen soll (und bei der es sich z.B. um eine Anordnung zur Verzeichnungs- messung oder zur Bestimmung von Wellenfrontfehlern handeln kann), vor- handen sein und für die Einfallswinkelvariation genutzt werden.
Die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur kann sich weiter insbesondere bereits im Einbauzustand der besagten Messanordnung befinden, wie ledig- lich schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei sind zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„100“ erhöhten Be- zugsziffern bezeichnet. Die diffraktive Messstruktur 210 befindet sich gemäß Fig. 2 wie vorstehend beschrieben bereits im Einbauzustand, wobei sie be- zogen auf die Lichtausbreitungsrichtung nach dem letztlich zu vermessen- den Prüfling 240 (z.B. Projektionsobjektiv) angeordnet ist. Diese Ausgestal- tung hat u.a. den Vorteil, dass ein separater Messaufbau für die Kalibrierung entbehrlich ist, wobei bei der Ermittlung der Transferfunktion der diffraktiven Messstruktur 210 zudem bereits Effekte aufgrund der Einbaulage (z.B. infol- ge mechanischer Spannungen) von der erfindungsgemäßen Kalibrierung er- fasst werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Kalibrierung jederzeit nach Verwendung der Messanordnung (z.B. unter Anwendung eines der in Fig. 8a-8c dargestellten Messkonzepte) wiederholt werden, ohne dass ein Ausbau der diffraktiven Messstruktur aus der Messanordnung erforderlich ist.
Die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zur Variation des zu den einzelnen Beugungsbildern jeweils beitragenden Bereichs der Mess- struktur eingesetzte Blende kann in einer Feldebene oder feldnahen Ebene angeordnet sein. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, so dass auch Anordnungen in einer feldfernen Ebene (außerhalb einer Pupillen- ebene) möglich sind. Hiermit wird ausgenutzt, dass die Projektion der betref- fenden Blende auf die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur nicht not- wendigerweise im Intensitätsverlauf scharf begrenzt sein muss, sondern auch einen kontinuierlichen Intensitätsverlauf aufweisen kann. Die Verwen- dung einer feldfernen Maske ist lediglich schematisch in Fig. 3 dargestellt, wobei zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponen- ten mit um„200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die erfindungsgemäße Variation der Einfalls- bzw. Beleuchtungswinkel, unter welchen die Beleuchtungsstrahlung auf die zu kalibrierende diffraktive Messstruktur auftrifft, kann in Ausführungsformen auch durch Verkippen der diffraktiven Messstruktur erreicht werden, wie in Fig. 4 schematisch darge- stellt ist. Dabei sind wiederum zu Fig. 1 analoge bzw. funktionsgleiche Kom- ponenten mit um„300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Durchführung von Aufnahmesequenzen (entspre- chend der Aufnahme einer Mehrzahl von Beugungsbildern, die sich hinsicht- lich des jeweils beitragenden Bereichs der zu kalibrierenden Messstruktur voneinander unterscheiden) für unterschiedliche Einfalls- bzw. Beleuch- tungswinkel kann auch derart erfolgen, dass bei ein- und derselben Mess- sequenz das Beleuchtungslicht bereits unter mehr als einem Beleuchtungs- bzw. Einfallswinkel auf die diffraktive Struktur auftrifft. Hierbei können insbe- sondere (z.B. unter Verwendung einer bereits zuvor erwähnten Spiegel- anordnung mit unabhängig voneinander einstellbaren Spiegelelementen) die jeweiligen Aufnahmesequenzen mit voneinander verschiedenen Beleuch- tungssettings (z.B. Dipolsetting) durchgeführt werden. Zur Veranschauli- chung derartiger Ausführungsformen mit Beleuchtung unter jeweils mehr als einem Beleuchtungs- bzw. Einfallswinkel dient Fig. 5, wobei wiederum zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „400“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Insbesondere bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Kalibrierung auf eine diffraktive Messstruktur bzw. Maske mit vergleichsweise großen Ab- messungen kann, wie in Fig. 6 schematisch angedeutet, auch eine sequen- tielle Vermessung der jeweiligen Struktur erfolgen. Hierbei sind wiederum zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „500“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Wie in Fig. 6 angedeutet erfolgt hierbei die Durchführung der Aufnahmesequenzen unter Aufnahme der jeweiligen Beugungsbilder nur auf einem Teilbereich 611 der diffraktiven Messstruktur 610, wobei eine entsprechende Iteration über eine Mehrzahl solcher Teilbereiche der diffraktiven Struktur 610 durchgeführt wird.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrie- ben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Aus- führungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
a) Aufnehmen, unter Beleuchtung der Messstruktur (110, 210, 310,
410, 510, 610) über eine Beleuchtungseinrichtung, einer Mehrzahl von Beugungsbildern, welche sich hinsichtlich des zum jeweiligen Beugungsbild beitragenden Bereichs der Messstruktur voneinan- der unterscheiden; und
b) Ermitteln von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexions- eigenschaften der diffraktiven Messstruktur auf Basis dieser Mehr- zahl von Beugungsbildern;
wobei die Schritte a) und b) in einer Mehrzahl von Aufnahmesequenzen wiederholt durchgeführt werden, wobei sich diese Aufnahmesequenzen hinsichtlich der bei der Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur (110,
210, 310, 410, 510, 610) jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel, unter welchen die diffraktive Messstruktur beleuchtet wird, voneinander unter- scheiden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der bei der Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur jeweils eingestell- ten Beleuchtungswinkel eine Einstellung unterschiedlicher Beleuch- tungssettings über die Beleuchtungseinrichtung umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beleuchtungseinrichtung eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl un- abhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variati- on des Beleuchtungssettings unter Auswahl unterschiedlicher, zur Be- leuchtung der diffraktiven Messstruktur beitragender Spiegelelemente der Spiegelanordnung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Variation der bei der Beleuchtung der diffraktiven Messstruktur jeweils eingestellten Beleuchtungswinkel ein Verkippen der Messstruktur (410) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Schritt a) eine Variation des zum jeweiligen Beugungs- bild beitragenden Bereichs der diffraktiven Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) unter Verwendung wenigstens einer im optischen Strah- lengang verschiebbaren Blende (120, 220, 320, 420, 520, 620) oder unter Austausch einer im optischen Strahlengang befindlichen Blende gegen wenigstens eine Blende mit abweichender Geometrie erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Schritt a) eine Variation des zum jeweiligen Beugungs- bild beitragenden Bereichs der diffraktiven Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) derart erfolgt, dass jeweils benachbarte, zu unterschiedli- chen Beugungsbildern beitragende Bereiche der Messstruktur einander überlappen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Messstruktur eine Phasenmaske (720), insbesondere ein computergeneriertes Hologramm (CGH), ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Messstruktur eine Transmissionsmaske (710) zur ortsabhängigen Abschwächung auftreffender elektromagnetischer Strah- lung ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die diffraktive Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) eine Messstruktur zur Verwendung in einer Anordnung zur Wellenfront- oder Verzeichnungsmessung eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie, oder eine Messstruktur zur Verwendung in einer Anordnung zur interferometrischen Prüfung der Oberfläche eines opti- schen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auf- nehmen einer Mehrzahl von Beugungsbildern erfolgt, während die dif- fraktive Messstruktur (210) in dieser Anordnung eingebaut ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Ermitteln von Transmissionseigenschaften und/oder Reflexionseigenschaften der diffraktiven Messstruktur (110, 210, 310, 410, 510, 610) unter Anwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus er- folgt, bei welchem durch Auswertung der Mehrzahl von Beugungsbildern Amplitude und Phase eines in Lichtausbreitungsrichtung nach der diffrak- tiven Messstruktur vorliegenden elektromagnetischen Feldes rekonstru- iert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Rekonstruktion eine Transferfunktion der diffraktiven Messstruktur ermittelt wird.
14. Vorrichtung zur Kalibrierung einer diffraktiven Messstruktur, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
15. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekenn- zeichnet, dass diese eine Vorrichtung nach Anspruch 14 aufweist.
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