WO2019214892A1 - Prüfvorrichtung und verfahren zum prüfen der oberflächenform eines optischen elements - Google Patents

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Henriette Müller
Stefan Schulte
Ondrej Hybl
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Definitions

  • the invention relates to a test apparatus and a method for testing the surface shape of an optical element, in particular a mirror or a lens of a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out, inter alia, 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
  • NA image-side numerical aperture
  • NA image-side numerical aperture
  • FIG. 4 shows a schematic illustration for explaining the possible structure of an interferometric test device for testing a mirror.
  • the illumination radiation produced by a light source (not shown) and emerging from the exit surface of an optical waveguide 401 emerges as an input shaft 405 with a spherical wavefront, passes through a beam splitter 410 and then strikes a diffractive optical element in the form CGH 420 generates in transmission in the example according to its complex coding from the input shaft 405 a total of four output waves, of which an output wave as a test wave on the surface of the test object in the form of a mirror 440th with a wavefront matched to the nominal shape of the surface of this mirror 440.
  • the CGH 420 generates three more from the input shaft 405 in transmission Output shafts, each of which encounters a respective reflective optical element 431, 432 and 433, respectively.
  • the elements 431 and 432 are each configured as a plane mirror in the example and the element 433 as a spherical mirror. With "435" is called a shutter.
  • the CGH 420 also serves to superimpose the test wave reflected by the test object or mirror 440 as well as the reference waves reflected by the elements 431-433, which meet again as convergent beams onto the beam splitter 410 and are reflected by it in the direction of an interferometer camera 460, wherein go through an eyepiece 450.
  • the interferometer camera 460 detects an interferogram generated by the interfering waves, from which the actual shape of the optical surface of the mirror 440 is determined via an evaluation device (not shown).
  • the accuracy of setting or knowing the wavelength of the laser light forming the input shaft directly affects the measurement accuracy achievable in the mating measurement and thus has a decisive influence on the precision-fabricated surface shape of the relevant optical element.
  • the adequately accurate wavelength setting represents a challenging challenge.
  • conventional approaches which are based on determining the wavelength with a commercially available wavemeter and / or at which a recalibration of the (laser) light source prove at certain intervals Based on a suitable reference light source is performed, inter alia due to not sufficiently high thermal stability for the respective new requirements as no longer sufficient.
  • An interferometer with which an examination of at least a partial surface of the optical element by interferometric superposition of a resulting from the laser light source generated by the laser light source and directed to the optical element test shaft and a reference wave is feasible;
  • a frequency stabilizing means for stabilizing the frequency of laser light generated by the laser light source based on an atomic or molecular vapor resonance.
  • a laser light source in particular a laser light source with high temporal coherence (in particular with a single frequency or longitudinal Mode) and preferably also a single transverse mode (eg TEM00) used.
  • the invention is based on the concept of achieving an increase in measurement accuracy in determining the passes of an optical element in an interferometric test apparatus by providing highly accurate knowledge of the (absolute) wavelength of the laser light forming the input shaft of an interferometer by active stabilization Laser light source is realized on an atomic or molecular resonance.
  • Knowledge of the (absolute) wavelength is particularly important if one or more diffractive optical elements (such as computer-generated holograms, CGHs for short) are used in the test beam path, since such optical elements are very wavelength-sensitive in comparison to purely refractive elements are.
  • diffractive optical elements such as computer-generated holograms, CGHs for short
  • the active stabilization according to the invention involves the use of a closed loop, with the result that a recalibration used in conventional approaches - which, as stated above, would in any case only provide insufficient accuracies with increasing demands on the pilling determination or precision manufacturing, is dispensed with , Rather, according to the invention, the current valid wavelength of the radiation coupled into the interferometer in the sense of a real-time correction is always known during the pass determination.
  • the frequency stabilization device has a first control circuit for regulating the frequency of the laser light generated by the laser light source.
  • the test apparatus has a spectroscopic unit coupled to the first control loop for carrying out atomic or molecular vapor spectroscopy for providing an absolute frequency reference.
  • the test apparatus further comprises a reference laser light source, wherein an active frequency stabilization of the laser light generated by the laser light source via the first control circuit based on a measurement of the difference frequency between the frequency of the laser light generated by the laser light source and the frequency of the reference laser light source is generated.
  • the frequency stabilization device has a second control circuit for regulating the frequency of the laser light generated by the reference laser light source.
  • the test apparatus has a spectroscopy unit coupled to the second control loop for performing atomic or molecular vapor spectroscopy to provide an absolute frequency reference.
  • the optical element to be tested for its surface shape is a mirror or a lens.
  • the optical element to be tested for its surface shape is an optical element of a microlithographic projection exposure apparatus.
  • At least one diffractive optical element is arranged in a beam path of the laser light generated by the laser light source.
  • the diffractive optical element is a computer-generated hologram.
  • the invention also relates to a test device for testing the surface shape of an optical element, with
  • an interferometer with which a test of at least one subarea of the optical element can be carried out by interferometric superimposition of a test wave originating from the laser light generated by the laser light source and directed onto the optical element and a reference wave;
  • At least one diffractive optical element arranged in a beam path of the laser light generated by the laser light source
  • a frequency stabilization device for stabilizing the frequency of the laser light generated by the laser light source based on a frequency comb.
  • the diffractive optical element is a computer-generated hologram.
  • the optical element is a mirror or a lens.
  • the invention further relates to a method for checking the surface shape of an optical element, in particular of an optical element of a microlithographic projection exposure apparatus,
  • the frequency of the laser light generated by the laser light source is stabilized based on an atomic or molecular vapor resonance.
  • the invention also relates to methods for testing the surface shape of an optical element, in particular of an optical element of a microlithographic projection exposure apparatus,
  • a test of at least a partial surface of the optical element is performed by interferometric superimposition of a resulting from the laser light source generated by a laser light source and directed to the optical element test shaft and a reference wave;
  • At least one diffractive optical element is arranged in a beam path of the laser light generated by the laser light source
  • the frequency of the laser light generated by the laser light source is stabilized based on a frequency comb.
  • FIG. 1-3 are schematic representations for explaining exemplary
  • Figure 4 is a schematic representation of a possible structure of an interferometric tester.
  • Figure 5 is a schematic representation of a designed for operation in the EUV projection exposure system.
  • a test device first comprises, in a manner known per se, a laser light source 110 and an interferometer 140 (which, by way of example only, may have the structure described initially with reference to FIG. 4).
  • a beam splitter 115 is located in the light path between laser light source 110 and interferometer 140, via which part of the laser light is decoupled and supplied to a spectroscopic unit 120 designed to carry out atomic or molecular vapor spectroscopy.
  • This spectroscopy unit 120 can be embodied, for example, as absorption spectroscopy or as Doppler-free saturation spectroscopy.
  • the laser beam typically passes through a cell in which the atomic / molecular species to be spectroscopic is in the gas phase.
  • a suitable photodetector generates the relevant absorption / saturation signal, which is used as the input signal to the control loop 130.
  • the laser light source 110 is stabilized with respect to the provided frequency of the laser light coupled into the interferometer 140.
  • the selection of the spectroscopy method realized by the spectroscopy unit 120 or the atomic or molecular species used is carried out as a function of the respective desired wavelength accuracy and in dependence on the optical design of the interferometer 140.
  • a molecular vapor spectroscopy based on the molecular resonance of iodine molecules (l 2 ) are performed, which can exploit the fact that the iodine molecule provides a comparatively high number of extremely narrow frequency lines available.
  • other suitable types of atoms or molecules can be selected, in particular alkali metals, alkaline earth metals and also transition metals can provide suitable resonances available.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of another possible embodiment of a test device according to the invention, in which analogous or essentially functionally identical components with reference numerals increased by "100" are designated in comparison with FIG.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that the spectroscopy unit used according to the invention for stabilization in combination with an active control loop does not itself contain the laser light source 210 used for generating the laser light coupled into the interferometer 240 but stabilizes a reference laser light source 250.
  • the laser light generated by the reference laser light source 250 is split as shown in FIG. 2 via a further beam splitter 255, whereby a portion of this laser light is supplied to the spectroscopic unit 220 designed to carry out atomic or molecular vapor spectroscopy.
  • the output signal provided by this spectroscopy unit 220 is supplied in an analogous manner to FIG.
  • the stabilization of the reference laser light source 250 obtained in this way can again be carried out, for example, on the basis of the molecular resonance of iodine molecules (I 2 ).
  • a frequency comparison unit 225 is provided for comparing the said reference frequency and the frequency of the laser light generated by the laser light source 210 (typically by difference frequency or beat frequency measurement).
  • the output signal provided by said frequency comparison unit 225 is supplied to a further active control loop 230, via which the frequency of the laser light generated by the laser light source 210 is kept constant.
  • the embodiment according to FIG. 2 has u.a. the advantage that the laser light source 210 serving to generate the laser light coupled into the interferometer 240 can be tuned over a comparatively large frequency range (for example over a frequency range of more than 10 GHz), without the reference essential to the invention being provided by the spectroscope. skopie unit 220 atomic or molecular resonance is lost.
  • an interferometric passport measurement with a variable operating wavelength over a comparatively large wavelength range is made possible while at the same time highly accurate knowledge of the absolute wavelength and thus high measurement accuracy.
  • the embodiment described above with reference to FIGS. 1 and 2 has in common that, in order to achieve particularly high absolute frequency stabilities (in the range from a few MHz to a few 10 MHz) on the side of the spectroscopy unit 120 or 220, preferably a saturation spectroscopy
  • the actual interferometric measurement in the interferometer 140 or 240 should be carried out under vacuum conditions in order to detect significant inaccuracies in an otherwise necessary conversion of values of the wavelength in vacuo to values of the wave frequency. length eg in air (due to insufficiently accurate knowledge of coefficients of the Edlen equation).
  • a comparatively simple absorption spectroscopy may be sufficient on the part of the spectroscopy unit 120 or 220.
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment of a test device according to the invention, again analogous or essentially functionally identical components having reference numerals increased by "200" being compared with FIG.
  • the embodiment according to FIG. 3 differs from that of FIG. 1 in that, instead of the spectroscopy unit 120, a so-called frequency comb 320 is used in combination with the active control loop 330 for stabilizing the laser light source 310, which enters the interferometer 340 coupled laser light generated.
  • a so-called frequency comb 320 is used in combination with the active control loop 330 for stabilizing the laser light source 310, which enters the interferometer 340 coupled laser light generated.
  • the per se known concept of the laser-based frequency comb for providing a frequency standard reference is merely made by way of example to DE 10 2004 022 037 A1 and US 2008/069159 A1.
  • the embodiment of FIG. 3 has the advantage that restrictions to a fixed frequency of the laser light source 210 are dispensed with.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary projection exposure apparatus designed for operation in the EUV, which has mirrors that can be tested using a method according to the invention.
  • a lighting device in a design for EUV has
  • the projection exposure apparatus 410 includes a field facet mirror 503 and a pupil facet mirror 504.
  • the light of a light source unit comprising a plasma light source 501 and a collector mirror 502 is directed.
  • a first telescope mirror 505 and a second telescope mirror 506 are arranged in the light path after the pupil facet mirror 504.
  • a deflecting mirror 507 is arranged downstream of the light path, which deflects the radiation impinging on it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 521-526.
  • a reflective structure-carrying mask 531 is arranged on a mask table 530, which is imaged by means of the projection objective into an image plane in which a photosensitive layer (photoresist) coated substrate 541 is located on a wafer table 540.
  • the optical element examined in the context of the invention in terms of its surface shape or passes may be e.g. to act any mirror of the projection exposure system 510, for example, the (comparatively large) on the image plane side last mirror 526 of the projection lens.
  • the optical element may also be a lens, e.g. act for operation in the DUV (for example, at wavelengths less than 250nm, in particular less than 200nm) designed exposure exposure system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt weist eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung eine Laserlichtquelle (110, 210), ein Interferometer (140, 240), mit welchem eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist, und eine Frequenzstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung der Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes basierend auf einer Atom- oder Moleküldampfresonanz auf.

Description

Prüfvorrichtung und Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2018 207 081.4, angemeldet am 07. Mai 2018. 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 eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess wird u.a. in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanla- ge durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektions- objektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuch- teten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bild- ebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellen- längen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Kom- ponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 2016/0085061 A1 bekannt, können bei- spielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bild- ebene bzw. Waferebene ab.
Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischer- weise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Die hierbei zu bestimmende Abweichung von einer vorgegebenen Sollform der Oberfläche eines optischen Elements wird im Einklang mit der üblichen Terminologie als „Passe“ bezeichnet. Zur hochgenauen Passemessung kommen interferometri- sche Messverfahren zum Einsatz.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Auf- baus einer interferometrischen Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Spiegels. Gemäß Fig. 4 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 401 austretende Beleuchtungs- Strahlung als Eingangswelle 405 mit einer sphärischen Wellenfront aus, durch- läuft einen Strahlteiler 410 und trifft anschließend auf ein diffraktives optisches Element in Form eines komplex kodierten Computer-generierten Hologramms (CGH) 420. Das CGH 420 erzeugt in Transmission im Beispiel gemäß seiner komplexen Kodierung aus der Eingangswelle 405 insgesamt vier Ausgangs- wellen, von denen eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des Testobjekts in Form eines Spiegels 440 mit einer an die Sollform der Ober- fläche dieses Spiegels 440 angepassten Wellenfront auftrifft. Des Weiteren er- zeugt das CGH 420 aus der Eingangswelle 405 in Transmission drei weitere Ausgangswellen, von denen jede auf jeweils ein weiteres reflektives optisches Element 431 , 432 bzw. 433 trifft. Von diesen reflektiven optischen Elementen 431 -433 sind die Elemente 431 und 432 im Beispiel jeweils als Planspiegel und das Element 433 als sphärischer Spiegel ausgestaltet. Mit„435“ ist ein Shutter bezeichnet. Das CGH 420 dient auch zur Überlagerung der vom Testobjekt bzw. Spiegel 440 reflektierten Prüfwelle sowie der von den Elementen 431 -433 reflektierten Referenzwellen, welche als konvergente Strahlen wieder auf den Strahlteiler 410 treffen und von diesem in Richtung einer Interferometerkamera 460 reflektiert werden, wobei sie ein Okular 450 durchlaufen. Die Interferome- terkamera 460 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Inter- ferogramm, aus welchem über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Spiegels 440 bestimmt wird.
In interferometrischen Prüfvorrichtungen wie der vorstehend beschriebenen Prüfvorrichtung geht die Genauigkeit der Einstellung bzw. Kenntnis der Wellen- länge des die Eingangswelle bildenden Laserlichts direkt in die bei der Passe- messung erzielbare Messgenauigkeit ein und hat somit maßgeblichen Einfluss auf die präzisionsgefertigte Oberflächenform des betreffenden optischen Elements. Mit steigenden Passeanforderungen stellt hierbei die hinreichend genaue Wellenlängeneinstellung eine anspruchsvolle Herausforderung dar. Dabei erweisen sich insbesondere herkömmliche Ansätze, welche auf einer Ermittlung der Wellenlänge mit einem kommerziell erhältlichen Wavemeter basieren und/oder bei denen in gewissen Zeitabständen eine Nachkalibrierung der (Laser-) Lichtquelle auf Basis einer geeigneten Referenzlichtquelle durch- geführt wird, u.a. aufgrund nicht hinreichend hoher thermischer Stabilität für die jeweiligen neuen Anforderungen als nicht mehr ausreichend.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2015 209 490 A1 und die Publikationen T.W. Hänsch et al. :„Complete Hyperfine Structure of a Molecular lodine Line“, Phys. Rev. Lett. Vol. 26 No. 16, 946-949 (1971 ), J. Ye et al.:„Absolute Frequency Atlas of Molecular l2 Lines at 532 nm", IEEE Trans- actions on Instrumentation and Measurement, Vol. 48, No. 2, April 1999, R.W.P. Drever et al.:“Laser Phase and Frequency Stabilization using an Opti- cal Resonato , Appl. Phys. B 31 , 97-105 (1983) und J.L. Hall et al.:“Stabiliza- tion and Frequency Measurement of the -Stabilized Nd. YAG Lasef, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 48, No. 2, April 1999 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor dem obigen Flintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse einer mikro- lithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine zuverlässige Charakterisierung der Oberflächenform unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patent- ansprüche gelöst.
Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements weist auf:
- eine Laserlichtquelle;
- ein Interferometer, mit welchem eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist; und
- eine Frequenzstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung der Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes basierend auf einer Atom- oder Moleküldampfresonanz.
Als Laserlichtquelle wird insbesondere eine Laserlichtquelle mit hoher zeitlicher Kohärenz (insbesondere mit einer einzigen Frequenz bzw. longitudinalen Mode) sowie vorzugsweise auch einer einzigen transversalen Mode (z.B. TEM00) verwendet.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei der Bestimmung der Passe eines optischen Elements in einer interferometrischen Prüfvorrich- tung eine Steigerung der Messgenauigkeit dadurch zu erzielen, dass eine hochgenaue Kenntnis der (absoluten) Wellenlänge des die Eingangswelle eines Interferometers bildenden Laserlichts durch aktive Stabilisierung der Laserlichtquelle auf eine atomare oder molekulare Resonanz realisiert wird. Die Kenntnis der (absoluten) Wellenlänge ist besonders wichtig, wenn im Prüfstrahlengang ein oder mehrere diffraktive optische Elemente (wie z.B. Computer-generierte Hologramme, kurz CGHs) verwendet werden, da derarti- ge optische Elemente im Vergleich zu rein refraktiven Elementen sehr wellen- längensensitiv sind.
Dabei beinhaltet die erfindungsgemäße aktive Stabilisierung den Einsatz eines geschlossenen Regelkreises mit der Folge, dass eine in herkömmlichen Ansät- zen angewandte Nachkalibrierung - welche wie vorstehend ausgeführt mit steigenden Anforderungen an die Passebestimmung bzw. Präzisionsfertigung ohnehin gegebenenfalls nur unzureichende Genauigkeiten liefern würde - ent- behrlich wird. Vielmehr ist erfindungsgemäß während der Passebestimmung die jeweils aktuell gültige Wellenlänge der in das Interferometer eingekoppelten Strahlung im Sinne einer Echtzeitkorrektur jederzeit bekannt.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen aktiven Stabilisierung der verwen- deten Laserlichtquelle diese Stabilisierung direkt auf eine Atom- oder Molekül- resonanz erfolgt, können im Ergebnis besonders hohe Genauigkeiten hinsicht- lich der Kenntnis der absoluten Wellenlänge, typischerweise auf Genauigkeiten von weniger als 100 Femtometern (fm), erreicht werden. Dies ermöglicht wie- derum hochgenaue Passebestimmungen mit Genauigkeiten, welche einem RMS-Fehler (d.h. einem quadratischen Mittelwert des Fehlers) von weniger als 0.1 nm entsprechen. Dabei ist zur berücksichtigen, dass erfindungsgemäß bewusst ein signifikanter technischer Mehraufwand u.a. im Hinblick auf den zusätzlich erforderlichen Aufbau des vorstehend genannten geschlossenen Regelkreises in Kauf ge- nommen wird, um im Gegenzug die insbesondere bei der avisierten Mikrolitho- graphie-Anwendung geltenden Genauigkeitsanforderungen hinsichtlich der Kenntnis der absoluten Wellenlänge und der Passebestimmung zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Frequenzstabilisierungseinrichtung einen ersten Regelkreis zur Regelung der Frequenz des von der Laser- lichtquelle erzeugten Laserlichtes auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung eine an den ersten Regelkreis gekoppelte Spektroskopie-Einheit zur Durchführung der Atom- oder Moleküldampfspektroskopie zur Bereitstellung einer Absolutfrequenz-Referenz auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung ferner eine Referenz- Laserlichtquelle auf, wobei eine aktive Frequenzstabilisierung des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes über den ersten Regelkreis auf Basis einer Messung der Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes und der Frequenz des von der Refe- renz-Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Frequenzstabilisierungseinrichtung einen zweiten Regelkreis zur Regelung der Frequenz des von der Referenz- Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung eine an den zweiten Regelkreis gekoppelte Spektroskopie-Einheit zur Durchführung der Atom- oder Moleküldampfspektroskopie zur Bereitstellung einer Absolutfrequenz-Referenz auf. Gemäß einer Ausführungsform ist das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu prüfende optische Element ein Spiegel oder eine Linse.
Gemäß einer Ausführungsform ist das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu prüfende optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß einer Ausführungsform ist in einem Strahlengang des von der Laser- lichtquelle erzeugten Laserlichts zumindest ein diffraktives optisches Element angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element ein computer-generiertes Hologramm.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, mit
- einer Laserlichtquelle;
- einem Interferometer, mit welchem eine Prüfung zumindest einer Teil- fläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlicht hervorgegan- genen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist;
- zumindest einem in einem Strahlengang des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichts angeordneten diffraktiven optischen Element; und
- einer Frequenzstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung der Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes basierend auf einem Frequenzkamm.
Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element ein computer-generiertes Hologramm. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel oder eine Linse.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
- wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von der Laserlicht- quelle erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchgeführt wird; und
- wobei die Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes basierend auf einer Atom- oder Moleküldampfresonanz stabilisiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
- wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von einer Laser- lichtquelle erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchgeführt wird;
- wobei in einem Strahlengang des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichts zumindest ein diffraktives optisches Element angeordnet wird; und
- wobei die Frequenz des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichtes basierend auf einem Frequenzkamm stabilisiert wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen: Figur 1-3 schematische Darstellungen zur Erläuterung beispielhafter
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfvorrichtung; und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zunächst in für sich bekannter Weise eine Laserlichtquelle 110 sowie ein Interferometer 140 (welches lediglich beispielhaft den eingangs anhand von Fig. 4 beschriebenen Aufbau besitzen kann) auf. Im Lichtweg zwischen Laserlichtquelle 110 und Interferometer 140 befindet sich gemäß Fig. 1 ein Strahlteiler 115, über welchen ein Teil des Laserlichts ausgekoppelt und einer zur Durchführung ei- ner Atom- bzw. Moleküldampfspektroskopie ausgelegten Spektroskopie- Einheit 120 zugeführt wird. Diese Spektroskopie-Einheit 120 kann z.B. als Absorptionsspektroskopie oder als dopplerfreie Sättigungsspektroskopie ausgeführt sein. Grundsätzlich passiert der Laserstrahl dabei typischerweise eine Zelle, in der die zu spektroskpierende Atom-/Molekülsorte in Gasphase vorliegt. Ein geeigneter Photodetektor erzeugt das relevante Absorptions- /Sättigungssignal, welches als Eingangssignal für die Regelungsschleife 130 verwendet wird. Über die aktive Regelungsschleife 130 wird die Laserlicht- quelle 110 hinsichtlich der bereitgestellten Frequenz des in das Interferometer 140 eingekoppelten Laserlichts stabilisiert.
Die Auswahl der durch die Spektroskopie-Einheit 120 realisierten Spektros- kopie-Methode bzw. der verwendeten Atom- oder Molekülsorte erfolgt in Abhängigkeit von der jeweils angestrebten Wellenlängengenauigkeit sowie in Abhängigkeit von der optischen Auslegung des Interferometers 140. In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann z.B. bei einer Arbeitswellenlänge von etwa 532nm eine Moleküldampf-Spektroskopie auf Basis der molekularen Resonanz von lod-Molekülen (l2) durchgeführt werden, wobei ausgenutzt wer- den kann, dass das lod-Molekül eine vergleichsweise hohe Anzahl extrem schmaler Frequenzlinien zur Verfügung stellt. In weiteren Ausführungsformen können auch andere geeignete Atom- oder Molekülsorten gewählt werden, wobei insbesondere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle sowie auch Übergangs- metalle geeignete Resonanzen zur Verfügung stellen können.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, wobei im Vergleich zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 1 dadurch, dass die erfindungsgemäß zur Stabilisierung in Kombination mit ei- ner aktiven Regelungsschleife eingesetzte Spektroskopie-Einheit nicht die zur Erzeugung des in das Interferometer 240 eingekoppelten Laserlichts verwen- dete Laserlichtquelle 210 selbst, sondern eine Referenz-Laserlichtquelle 250 stabilisiert. Hierzu wird das von der Referenz-Laserlichtquelle 250 erzeugte Laserlicht über einen weiteren Strahlteiler 255 wie aus Fig. 2 ersichtlich auf- geteilt, wobei ein Anteil dieses Laserlichts der zur Durchführung einer Atom- bzw. Moleküldampfspektroskopie ausgelegten Spektroskopie-Einheit 220 zu- geführt wird. Das von dieser Spektroskopie-Einheit 220 bereitgestellte Aus- gangssignal wird in zu Fig. 1 analoger Weise einer aktiven Regelungsschleife 260 zugeführt, über welche die Referenz-Laserlichtquelle 250 bzw. das von ihr erzeugte Laserlicht auf eine feste Referenzfrequenz geregelt wird. Die auf diese Weise erzielte Stabilisierung der Referenz-Laserlichtquelle 250 kann wiederum lediglich beispielhaft auf Basis der molekularen Resonanz von lod- Molekülen (l2) durchgeführt werden.
Des Weiteren ist gemäß Fig. 2 eine Frequenzvergleichseinheit 225 zum Ver- gleich der besagten Referenzfrequenz und der Frequenz des von der Laser- lichtquelle 210 erzeugten Laserlichts (typischerweise durch Differenzfrequenz- bzw. Schwebungsfrequenzmessung) vorgesehen. Das durch besagte Fre- quenzvergleichseinheit 225 bereitgestellte Ausgangssignal wird gemäß Fig. 2 einer weiteren aktiven Regelungsschleife 230 zugeführt, über welche wiede- rum die Frequenz des von der Laserlichtquelle 210 erzeugten Laserlichts konstant gehalten wird.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat u.a. den Vorteil, dass die zur Erzeu- gung des in das Interferometer 240 eingekoppelten Laserlichts dienende Laserlichtquelle 210 über einen vergleichsweise großen Frequenzbereich (z.B. über einen Frequenzbereich von mehr als 10 GHz) durchgestimmt werden kann, ohne dass der erfindungswesentliche Bezug zu der durch die Spektro- skopie-Einheit 220 bereitgestellten Atom- bzw. Molekülresonanz verloren geht. Mit anderen Worten wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 eine interferometri- sche Passemessung mit über einen vergleichsweise großen Wellenlängen- bereich variabler Arbeitswellenlänge bei zugleich hochgenauer Kenntnis der absoluten Wellenlänge und damit hoher Messgenauigkeit ermöglicht.
Den vorstehend anhand von Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsfor- men ist gemeinsam, dass zur Erzielung besonders hoher absoluter Frequenz- Stabilitäten (im Bereich von wenigen MHz bis einigen 10MHz) auf Seiten der Spektroskopie-Einheit 120 bzw. 220 vorzugsweise eine Sättigungsspektrosko- pie realisiert wird, wobei zugleich die eigentliche interferometrische Messung im Interferometer 140 bzw. 240 unter Vakuumbedingungen durchgeführt wer- den sollte, um signifikante Ungenauigkeiten bei einer ansonsten erforderlichen Umrechnung von Werten der Wellenlänge im Vakuum auf Werte der Wellen- länge z.B. in Luft (infolge unzureichend genauer Kenntnis von Koeffizienten der Edlen-Gleichung) zu vermeiden.
In Anwendungsszenarien mit vergleichsweise geringeren Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit, z.B. bei einer geforderten absoluten Frequenzstabil i- tät von mehreren 100 Megahertz (MHz) (entsprechend etwa 100 Femtometern Wellenlängengenauigkeit bei einer Wellenlänge von 532nm) bis einigen Giga- hertz (GHz) (entsprechend einer Wellenlängengenauigkeit von einigen Piko- metern bei einer Wellenlänge von 532nm) kann hingegen auf Seiten der Spekt- roskopie-Einheit 120 bzw. 220 auch eine vergleichsweise einfache Absorptionsspektroskopie ausreichend sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, wobei wiederum im Vergleich zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„200“ erhöhten Bezugs- ziffern bezeichnet sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 1 dadurch, dass anstelle der Spektroskopie-Einheit 120 ein sogenannter Frequenzkamm 320 in Kombination mit der aktiven Regelungsschleife 330 zur Stabilisierung der Laserlichtquelle 310 verwendet wird, welche das in das Inter- ferometer 340 eingekoppelte Laserlicht erzeugt. Hinsichtlich des für sich be- kannten Konzepts des laserbasierten Frequenzkamms zur Bereitstellung eines Frequenznormals wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2004 022 037 A1 sowie US 2008/069159 A1 verwiesen. Die Ausführungsform von Fig. 3 hat gegen- über derjenigen von Fig. 1 den Vorteil, dass Einschränkungen auf eine feste Frequenz der Laserlichtquelle 210 entfallen.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche mit einem erfin- dungsgemäßen Verfahren prüfbare Spiegel aufweist.
Gemäß Fig. 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgeleg- ten Projektionsbelichtungsanlage 410 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacetten- spiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspie- gel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 ange- ordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebe- ne eines sechs Spiegel 521-526 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 531 auf einem Maskentisch 530 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 541 auf einem Wafertisch 540 be- findet.
Bei dem im Rahmen der Erfindung hinsichtlich seiner Oberflächenform bzw. Passe untersuchten optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 510, beispielsweise den (vergleichs- weise großen) bildebenenseitig letzten Spiegel 526 des Projektionsobjektivs handeln. In weiteren Anwendungen kann es sich bei dem optischen Element auch um eine Linse z.B. einer für den Betrieb im DUV (z.B. bei Wellenlängen kleiner als 250nm, insbesondere kleiner als 200nm) ausgelegten Projektions- belichtungsanlage handeln.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alterna- tive Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsfor- men von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalen- te beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, mit
• einer Laserlichtquelle (110, 210);
• einem Interferometer (140, 240), mit welchem eine Prüfung zumin- dest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometri- sche Überlagerung einer aus dem von der Laserlichtquelle (110, 210) erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist; und
• einer Frequenzstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung der Frequenz des von der Laserlichtquelle (110, 210) erzeugten Laser- lichtes basierend auf einer Atom- oder Moleküldampfresonanz.
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzstabilisierungseinrichtung einen ersten Regelkreis (130, 230) zur Regelung der Frequenz des von der Laserlichtquelle (110, 210) erzeugten Laserlichtes aufweist.
3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine an den ersten Regelkreis (130) gekoppelte Spektroskopie-Einheit (120) zur Durchführung der Atom- oder Moleküldampfspektroskopie zur Bereitstellung einer Absolutfrequenz-Referenz aufweist.
4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Referenz-Laserlichtquelle (250) aufweist, wobei eine aktive Frequenzstabilisierung des von der Laserlichtquelle (210) erzeugten Laserlichtes über den ersten Regelkreis (230) auf Basis einer Messung der Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des von der Laserlichtquelle (210) erzeugten Laserlichtes und der Frequenz des von der Referenz- Laserlichtquelle (250) erzeugten Laserlichtes erfolgt.
5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzstabilisierungseinrichtung einen zweiten Regelkreis (260) zur Regelung der Frequenz des von der Referenz-Laserlichtquelle (250) erzeugten Laserlichtes aufweist.
6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine an den zweiten Regelkreis (260) gekoppelte Spektroskopie-Einheit (220) zur Durchführung der Atom- oder Moleküldampfspektroskopie zur Bereitstellung einer Absolutfrequenz-Referenz aufweist.
7. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel oder eine Linse ist.
8. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
9. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn- zeichnet durch zumindest ein in einem Strahlengang des von der Laser- lichtquelle (110, 210) erzeugten Laserlichts angeordnetes diffraktives optisches Element.
10. Prüfvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element ein computer-generiertes Hologramm ist.
11. Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, mit einer Laserlichtquelle (310); einem Interferometer (340), mit welchem eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von der Laserlichtquelle (310) erzeug- ten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist;
• zumindest einem in einem Strahlengang des von der Laserlichtquelle (310) erzeugten Laserlichts angeordneten diffraktiven optischen Element; und
• einer Frequenzstabilisierungseinrichtung zur Stabilisierung der Frequenz des von der Laserlichtquelle (310) erzeugten Laserlichtes basierend auf einem Frequenzkamm.
12. Prüfvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element ein computer-generiertes Hologramm ist.
13. Prüfvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel oder eine Linse ist.
14. Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
• wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von einer Laserlichtquelle (110, 210) erzeugten Laserlicht hervorgegan- genen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchgeführt wird; und
• wobei die Frequenz des von der Laserlichtquelle (110, 210) erzeug- ten Laserlichtes basierend auf einer Atom- oder Moleküldampf- resonanz stabilisiert wird.
15. Verfahren zum Prüfen der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer aus dem von einer Laserlichtquelle (310) erzeugten Laserlicht hervorgegangenen und auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchgeführt wird; wobei in einem Strahlengang des von der Laserlichtquelle (310) erzeugten Laserlichts zumindest ein diffraktives optisches Element angeordnet wird; und wobei die Frequenz des von der Laserlichtquelle (310) erzeugten Laserlichtes basierend auf einem Frequenzkamm stabilisiert wird.
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