WO2022200209A1 - Messvorrichtung zum interferometrischen vermessen einer oberflächenform - Google Patents

Messvorrichtung zum interferometrischen vermessen einer oberflächenform Download PDF

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WO2022200209A1
WO2022200209A1 PCT/EP2022/057155 EP2022057155W WO2022200209A1 WO 2022200209 A1 WO2022200209 A1 WO 2022200209A1 EP 2022057155 W EP2022057155 W EP 2022057155W WO 2022200209 A1 WO2022200209 A1 WO 2022200209A1
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wave
test
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diffractive optical
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PCT/EP2022/057155
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Jochen Hetzler
Stefan Schulte
Matthias Dreher
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping

Definitions

  • the invention is based on the finding that in the reference mirror interferometer known in the prior art, selective interference reflections often occur on the diffraction pattern of the complex-coded CGFI, which lead to incorrect intensity values occurring at certain points in the interference pattern.
  • This usually involves structural defects at certain locations in the diffraction pattern that only affect one of the waves generated at the relevant location, i.e. either the test wave or the reference wave, or at least affect one of the two waves much more than the other other wave.
  • the affected wave then has a phase disturbance due to the interference reflection. The consequence of this is that at the point in the interference pattern where the two waves interfere after reflection on the reference mirror or on the test object, the intensity of the interference pattern changes, ie is distorted.
  • both the first non-spherical surface and the further non-spherical surface are each configured as a free-form surface.
  • the test wave is directed onto the reference element and the reference surface is configured to split off a reference wave from the radiated test wave in reflection. This means that the reference wave is not already generated on the diffractive optical element, but on the reference surface, from the radiation of the test wave.
  • the diffractive optical element apart from adjustment structures that may be provided at certain locations, can be designed as a single-coded CGH, which generates fewer spurious reflections in comparison to a CGH that is multiply coded to generate the test wave and the reference wave.
  • the reference element is configured as an element that is transparent to the measurement radiation.
  • the reference element can thus also be referred to as an optical matrix.
  • it is to is configured to absorb a portion of the intensity of the test wave, for example up to 80% or up to 60% of the intensity of the test wave.
  • the reference element is an element that is transmissive for the measurement radiation, it being possible for part of the intensity of the test wave to be absorbed by the reference element.
  • a portion of the intensity that is not absorbed or is transmitted through the material of the reference element is reflected as a reference wave on the rear reference surface. In this case, the reflected part can only be the 4% portion of the non-absorbed intensity, which is reflected on the rear side of a transmissive optical element.
  • the measuring device is configured to vary the wavelength of the measuring radiation and to determine a working distance between the test object and the reference element from interference patterns recorded for at least two different wavelengths.
  • the interference patterns are generated in particular by superimposing the test wave generated with the respective wavelength after it has interacted with the surface of the test object with a reference wave split off from the test wave in reflection at the reference element.
  • the reference surface is processed in a suitable manner to further approximate a target reference shape.
  • the target reference shape results from the target shape of the specimen and the distance between the standard specimen and the reference surface. Since the target shape corresponds with a high degree of accuracy to the shape of the surface of the standard test specimen, the reference target shape results essentially from the surface shape of the standard test specimen and the distance between the standard test specimen and the reference surface.
  • the reference target shape is obtained by shifting the points of the target shape along the respective individual beam of the test shaft running through the relevant point by the mean value of the distance between the target shape and the surface of the test object and the reference surface. The respective shifting of the points takes place against the irradiation direction of the test wave.
  • the approximate shape of the reference surface is measured in relation to the shape of the surface of the standard specimen by irradiating the test wave generated by means of the diffractive optical element onto the surface of the standard specimen and superimposing the test wave after interaction with the surface of the standard specimen with the reference wave
  • the further diffractive optical element is configured in particular as a diffractive optical element coded at least 3 times, in particular at least 4 times or at least 5 times, for generating at least one calibration wave next to the further test wave and the further reference wave from an irradiated measurement radiation.
  • Errors in the diffraction pattern of the diffractive optical element can be measured with high precision using the at least one calibration wave, as described in US Pat. No. 10,337,850 B2 for the case of a quadruple-coded CGFI.
  • the deviation of the shape of the reference surface from the desired reference shape can thus be measured with a high degree of accuracy.
  • the measurement of the reference surface takes place in a vacuum or in a vacuum area with a lower pressure.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a measuring device for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a diffractive optical element for generating a test wave and a reference element for splitting off a reference wave from the test wave,
  • FIG. 3 shows an illustration of the use of the measuring device according to FIG. 1 for manufacturing the reference element in a first manufacturing method
  • FIG. 7 shows different embodiments for implementing phase shifting when measuring the test object in the measuring device according to FIG. 1 , 8 an illustration of an asphere and a free-form surface,
  • FIG. 10 shows an embodiment of a projection exposure system with one or more optical elements produced using the measuring device according to FIG.
  • the test object 14 can, for example, be a mirror of a projection exposure system for EUV microlithography, such as the projection exposure system 101 illustrated in FIG EUV radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm.
  • the test specimen 14 can be, for example, the mirror M4 of the projection lens 110 of the projection exposure system 101 according to FIG.
  • FIG. 8 illustrates that rotationally symmetrical asphere 16 of all any aspheres whose maximum deviation D1 from the freeform surface FF is the smallest, ie the rotationally symmetrical asphere 16 shown in FIG FF adapted rotationally symmetrical asphere.
  • the sphere 17 shown is that sphere of all spheres whose maximum deviation D2 from the free-form surface FF is the smallest, ie the sphere 17 shown in FIG rer maximum deviation D2 best adapted to the free-form surface FF sphere.
  • the illustrated in Fig. 1 measuring device 10 comprises an illumination / De tektionsmodul 18, a main assembly 60 and an evaluation device 54.
  • the main assembly 60 in turn comprises a base frame 62 with a deflection element 63 arranged therein, a first interchangeable module 64, in which a dif - fractive optical element 30 and a reference element 38 are mounted, as well as a second interchangeable module 66 for holding the specimen 14.
  • the illumination/detection module 18 contains a radiation source 20 for providing a sufficiently coherent measurement radiation 22 as an input wave.
  • the radiation source 20 comprises a waveguide 24 having an exit surface from which the input wave originates.
  • the waveguide 24 is connected to a radiation generating module 26, for example in the form of a laser.
  • a helium-neon laser with a wavelength of approximately 633 nm can be provided for this purpose, for example.
  • the measurement radiation 22 can also have a different wavelength in the visible or non-visible wavelength range of electromagnetic radiation. According to one embodiment, the bandwidth of the measurement radiation 22 is greater than 10 pm, in particular greater than 50 pm or greater than 100 pm.
  • the radiation source 20 with the waveguide 24 merely represents an example of a radiation source 26 that can be used for the measuring device 10.
  • an optical arrangement with lens elements, mirror elements or the like can be provided to provide a suitable input wave from the measuring radiation 22 be.
  • the shape of the reference surface 40 is configured and the reference element 38 is arranged in the beam path of the test wave 32 such that the wave front of the test wave 32 is adapted to the reference surface 40 .
  • the line defining the relevant distance 43 is both on the reference surface 40 and on perpendicular to the target shape 12s of the surface 12.
  • the distance 43 varies along the desired shape 12s by a maximum of 100 ⁇ m, in particular by a maximum of 10 ⁇ m.
  • the profile of the comparison shape 42v shows the above-mentioned maximum deviation Amax from the target shape 12s of the surface 12 of the test specimen 10 designed as an asphere or as a free-form surface FF, with Amax corresponding to the maximum variation of the distance 43 being, for example, a maximum of 100 ⁇ m and in particular a maximum of 10 ⁇ m can be.
  • the reflected radiation forms the reference wave 34.
  • the reflection can only be caused by the difference in refractive index between the transmissive material of the reference element 38 and the ambient atmosphere, which means that in this case the intensity of the reflected reference wave is about 4% of the intensity of the test wave 32 that is radiated in.
  • a suitable coating can be applied to the reference surface 40 to increase the reflectivity, in particular in such a way that the intensity of the reference wave 34 generated on the reference surface 40 corresponds approximately to the intensity of the useful test wave 32n after reflection on the surface 12 of the test object 14 and entering the reference element 38 again.
  • the phase shift can be carried out by gradually shifting the phase of the reference wave 34 with respect to the test wave 32 by shifting the test object 14 in a shifting direction 96 in the direction of the propagation direction of the test wave 32 .
  • the interference pattern generated with each shift step is recorded in each case.
  • the surface topography of the test object 14 can be reconstructed with a high level of accuracy in the evaluation device 54 from the interference patterns recorded. In doing so, the recorded interference patterns are used to derive the wavefront in the Shift direction 96 is calculated and then the wave front is calculated by integration.
  • the diffractive adjustment structures 68 are configured to generate a distance measurement wave 70 focused on the surface 12 of the test specimen 14 and an adjustment reference wave 72 in Littrow reflection from the measurement radiation 22 radiated onto the diffractive optical element 30 .
  • the distance measuring wave 70 is reflected back on the surface 12 and interferes with the adjustment reference wave 72.
  • the resulting interference at the detector 49 can be used to measure the working distance of the test specimen 14 from the diffractive optical element 30 and adjust it accordingly based on this information.
  • the function for generating the distance measurement wave 70 focused on the surface 12 corresponds to that of a cat's eye.
  • the implementation can analogous to the distance measurement illustrated in FIG. 3 of US Pat. No. 7,605,926 B1, which is carried out there using the focused beam 57i.
  • the working distance of the specimen 14 relative to the reference element 38 can also be measured using a laser distance measuring system 74 .
  • a laser beam 75 is radiated onto a suitable adjustment structure 76 on the diffractive optical element 30 .
  • the adjustment structure 76 is configured to deflect the laser beam 75 in reflection in such a way that it hits the surface 12 of the test piece 14 perpendicularly at a touch location 77a and hits the surface 40 perpendicularly at a touch location 77b and is reflected back into itself by the latter.
  • the laser beam 75 reflected back is detected and the distance between 77a and 77b is determined.
  • the working distance can also be determined by illuminating the rear side 15 of the test object using a laser distance measuring system of this type.
  • the diffractive optical element 89 is configured to form a test wave 90 with an inverse of the desired shape 12s of the irradiated measuring radiation 22 Wavefront adapted to the surface 12 of the specimen 12 for irradiation on the reference surface 40 of the reference element 38 arranged in the aforementioned measuring arm. Furthermore, the diffractive optical element 89 is configured to generate a planar or spherical reference wave 91 for irradiation onto a reference mirror 92 arranged in the aforementioned reference arm and a plurality of spherical or planar calibration waves 93 for irradiation onto the calibration mirror 94 adapted to the respective wavefront of the calibration waves.
  • An evaluation device 95 determines a deviation of the reference surface 40 from the desired reference shape 42s from one or more by superimposing the test wave 90 after reflection on the reference element 38 serving as the measurement object with the reference wave 91 after reflection on the reference mirror 92.
  • the illumination optics 104 comprises a deflection mirror 119 and a first facet mirror 120 downstream of this in the beam path.
  • the deflection mirror 119 can be a flat deflection mirror or, alternatively, a mirror with an effect that influences the beam beyond the pure deflection effect.
  • the mirror 119 can be designed as a spectral filter, which separates a useful light wavelength of the exposure radiation 116 from stray light of a different wavelength.
  • the first facet mirror 120 is arranged in a plane of the illumination optics 104 that is optically conjugate to the object plane 106 as the field plane, it is also referred to as a field facet mirror.
  • the first facet mirror 120 includes a multiplicity of individual first facets 121, which are also referred to below as field facets. Some of these facets 121 are shown in FIG. 10 only by way of example.
  • the deflection mirror 119 can also be omitted, so that the illumination optics 104 can then have exactly two mirrors after the collector 117, namely the first facet mirror 120 and the second facet mirror 122.
  • the imaging of the first facets 121 by means of the second facets 123 or with the second facets 123 and transmission optics in the object plane 106 is regularly only an approximate imaging.
  • the projection lens 110 has a large object-image offset in the y-direction between a y-coordinate of a center of the object field 105 and a y-coordinate of the center of the image field 111.
  • This object-image offset in the y-direction can approximately as large as a z-distance between the object plane 106 and the image plane 112.
  • the projection lens 110 can in particular be anamorphic. In particular, it has different image scales ⁇ x, ⁇ y in the x and y directions.
  • a positive image scale ß means an image without image reversal.
  • a negative sign for the imaging scale ß means imaging with image reversal.
  • a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 104 can be achieved by redistributing the illumination channels.

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Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14) in Bezug auf eine Referenzform umfasst ein diffraktives optisches Element (30) zum Erzeugen einer Prüfwelle (32) aus einer Messstrahlung (22), wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie ein Referenzelement (38) mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche (40), wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist und wobei das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x10-6 K-1 aufweist.

Description

Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Oberflächenform
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmel dung 10 2021 202 909.4 vom 25. März 2021. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufge nommen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum interferomet- rischen Vermessen einer Abweichung einer Form einer Oberfläche eines Prüf lings von einer Referenzform.
Zur hochgenauen Bestimmung einer als nicht-sphärischen Fläche, wie etwa einer Freiformfläche, ausgebildeten Oberflächenform eines Prüflings, wie beispiels weise eines optischen Elements für die Mikrolithographie, sind ein diffraktives op tisches Element umfassende interferometrische Messanordnungen bekannt. Das diffraktive optische Element ist zum Beispiel als computergeneriertes Hologramm (CGH) ausgebildet und derart konfiguriert, dass es eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Hierfür notwendige dif fraktive Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation der Messan ordnung zusammen mit der Solloberfläche ermittelt und anschließend auf einem Substrat als CGH hergestellt werden. Durch eine Überlagerung der von der Ober fläche reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle lassen sich Abweichungen von der Sollform sehr genau bestimmen.
In DE 10 2015 209 490 A1 wird eine derartige Messanordung beschrieben, wel che als sogenanntes Referenzspiegel-Interferometer ausgebildet ist. Bei diesem erzeugt ein komplex kodiertes CGH einerseits eine Prüfwelle mit einer an die Soll form angepassten Wellenfront als auch eine Referenzwelle mit einer ebenen oder sphärischen Wellenfront. Während die Prüfwelle von der zu vermessenden Ober fläche zum CGH zurück reflektiert wird, weist die Referenzwelle eine andere Aus breitungsrichtung auf und trifft, je nach Wellenfront, auf einen ebenen oder sphäri schen Referenzspiegel. Von diesem wird die Referenzwelle ebenfalls zum CGH zurück reflektiert. Nach erneutem Durchlaufen des CGHs überlagern sich die re flektierte Prüfwelle und die Referenzwelle und erzeugen so am Detektor ein Inter ferenzmuster. Durch Auswertung des Interferenzmusters kann daraufhin eine Ab weichung der zu vermessenden Oberfläche von der Sollform und damit die tat sächliche Form der Oberfläche vermessen werden. Unter Berücksichtigung der bekannten Wellenfront der Prüfwelle kann durch Auswertung des Interferenzmus ters natürlich auch eine Abweichung der zu vermessenden Oberfläche von der Form des Referenzspiegels bestimmt werden.
Oft jedoch führen punktuelle Fehler in der Beugungsstruktur des CGH zu Fehlern im Interferenzmuster, woraus wiederum Messungenauigkeiten bei der Bestim mung der tatsächlichen Form der zu vermessenden Oberfläche resultieren.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren be reitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Oberflächenvermessung des Prüflings mit verbesserter Genauigkeit ermög licht wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Prüflings in Bezug auf eine Referenzform. Die Messvorrichtung umfasst ein diffraktives optisches Element zum Erzeugen einer Prüfwelle aus ei ner Messstrahlung, wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht sphärische Fläche konfigurierte Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie ein Referenzelement mit einer die Referenzform aufweisenden Refe renzoberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist und wobei das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Tem peraturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K 1 auf weist.
Unter einer nicht-sphärischen Fläche ist eine asphärische Fläche oder eine Frei formfläche zu verstehen. Unter einer asphärischen Fläche ist eine rotationssym metrische Fläche zu verstehen, die von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindes tens 5 mm abweicht. Eine derartige asphärische Fläche wird in diesem Text auch als rotationssymmetrische Asphäre oder einfach nur als Asphäre bezeichnet. Un ter einer Freiformfläche ist eine Form mit Abweichung von jeder beliebigen rotati onssymmetrischen Asphäre von mindestens als 5 pm, insbesondere mindestens 10 gm, zu verstehen. Weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindes tens 1 mm oder mindestens 5 mm ab. Insbesondere ist auch die Sollform der Prüflingsoberfläche als nicht-sphärische Fläche konfiguriert.
Die Wellenfront der Prüfwelle am Ort der Oberfläche des in der Messkonfiguration angeordneten Prüflings ist damit ebenfalls als nicht-sphärische Fläche konfigu riert, welche von der als erste nicht-sphärische Fläche bezeichneten Sollform nur unwesentlich, insbesondere um weniger als 1 mm oder um weniger als 100 pm abweicht.
Durch Auswertung von mindestens einem Interferenzmuster, welches durch Über lagerung der Prüfwelle mit einer Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechsel wirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war, kann die Oberflächenform des Prüflings bestimmt werden. Die Bestimmung der Oberflächenform erfolgt da bei in Bezug auf die Referenzform, d.h. die Referenzform dient bei der Bestim mung der Oberflächenform als Referenz. Die so bestimmte Abweichung umfasst eine Verteilung von Abweichungswerten in Bezug auf die Referenzform in Abhän gigkeit von der zweidimensionalen Oberflächenkoordinate des Prüflings. Anhand der bestimmten Abweichung kann dann die Prüflingsoberfläche so nachbearbeitet werden, dass die Form der Prüflingsoberfläche mit einer hohen Genauigkeit an eine sich aus der Referenzform und der Position des Referenzelements im Strah lengang der Messvorrichtung ergebenden Vergleichsform angepasst wird. Mit an deren Worten kann die Vergleichsform „kopiert“ werden. In dem Fall, in dem die Referenzform mit einer hohen absoluten Genauigkeit bekannt ist, d.h. das Refe renzelement eine absolute Referenz darstellt, kann durch die Bestimmung der Oberflächenabweichung mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Oberflächenform mit einer hohen Genauigkeit an die Sollform angepasst werden.
Die Messvorrichtung ist insbesondere zum interferometrischen Vermessen einer Form einer optischen Oberfläche eines optischen Elements einer Projektionsbe lichtungsanlage für die Mikrolithographie, wie etwa eines Projektionsobjektivs ei ner derartigen Projektionsbelichtungsanlage, konfiguriert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei dem im Stand der Technik be kannten Referenzspiegel-Interferometer am Beugungsmuster des komplex ko dierten CGFI oft selektive Störreflexe auftreten, die dazu führen, dass an bestimm ten Stellen im Interferenzmuster fehlerhafte Intensitätswerte auftreten. Dabei han delt es sich dann in der Regel um Strukturfehler an bestimmten Orten des Beu gungsmusters, welche lediglich eine der an dem betreffenden Ort erzeugten Wel len, d.h. entweder die Prüfwelle oder die Referenzwelle, betreffen oder zumindest eine der beiden Wellen wesentlich stärker betreffen als die andere Welle. Die be troffene Welle weist dann aufgrund des Störreflexes eine Phasenstörung auf. Dies hat zur Folge, dass an der Stelle des Interferenzmusters, an der die beiden Wel len nach Reflexion am Referenzspiegel bzw. am Prüfling interferieren, die Intensi tät des Interferenzmusters verändert, d.h. verfälscht ist. Ein Grund dafür, dass ein Strukturfehler im Beugungsmuster lediglich die Phase einer der beiden vom Beugungsmuster erzeugten Wellen gestört ist bzw. die Phase einer der beiden Wellen erheblich stärker gestört ist als die Phase der an deren Welle, liegt gemäß erfindungsgemäßer Erkenntnis darin, dass die zur Er zeugung der Prüfwelle verantwortliche Teilstruktur des Beugungsmusters erheb lich von der zur Erzeugung der Referenzwelle verantwortlichen Teilstruktur des Beugungsmusters abweicht. Die genannten Teilstrukturen können Beugungs strukturen mit unterschiedlichen Periodizitäten sein, die zur Bildung des Beu gungsmusters am betreffenden Ort des diffraktiven optischen Elements einander überlagern. Der Grund für die erhebliche Abweichung der Teilstrukturen vonei nander liegt beim aus dem Stand der Technik bekannten Referenzspiegel-Interfe- rometer insbesondere daran, dass sich die Prüfwelle und die Referenzwelle in ih ren Wellenfronten erheblich voneinander unterscheiden. Bei einer Vermessung ei nes Prüflings mit einer als nicht-sphärische Fläche konfigurierten Sollform der Oberfläche ist die Wellenfront der vom Referenzspiegel-Interferometer erzeugten Prüfwelle als nicht-sphärische Fläche konfiguriert, während die Referenzwelle eine plane oder sphärische Wellenfront aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Konfiguration des Referenzelements mit einer als weitere nicht-sphärische Fläche konfigurierten Referenzform können die Wellen fronten von Prüfwelle und Referenzwelle vergleichsweise ähnlich oder identisch zueinander konfiguriert werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich ein Strukturfehler an dem betreffenden Ort des diffraktiven optischen Elements in der Regel relativ gleichmäßig auf die Prüfwelle und die Referenzwelle auswirkt. So kann etwa die ähnlich geartete Konfiguration von Prüfwelle und Referenzwelle dazu genutzt werden, lediglich eine der beiden Wellen am diffraktiven optischen Element zu erzeugen und dann aus dieser die andere Welle zu erzeugen.
Ein am diffraktiven optischen Element auftretender Reflex führt erfindungsgemäß zu vergleichbaren Phasenfehlern in der auf die Oberfläche des Prüflings einge strahlten Prüfwelle und der Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war. Damit kann vermieden werden, wie im Stand der Technik den Prüfling nacheinander mit mehreren diffraktiven opti schen zu vermessen und anschließend die Passen zur Veroderung der Större flexe zu kombinieren. Damit wird das Messverfahren vereinfacht. Insbesondere kann ein bei einer Vermessung im Vakuum aufwändiges Ein- und Ausschleusen mehrerer diffraktiver optischer Elemente in die Messvorrichtung, wie im Stand der Technik zur Veroderung des Störreflexe üblich, vermieden werden.
Mit anderen Worten bewirkt der Störreflex jedenfalls sowohl einen Phasenfehler in der Prüfwelle als auch in der Referenzwelle, wobei der Phasenfehler ähnlich bzw. gleich groß ist oder zumindest deren Differenz geringer ausfällt als herkömmli cherweise. Damit bewirkt der Störreflex, wenn überhaupt, eine verringerte Verfäl schung der Intensität des Interferenzmusters an der betreffenden Stelle. Im Er gebnis kann mittels der erfinderischen Messvorrichtung die Oberflächenvermes sung des Prüflings mit einer verbesserten Genauigkeit erfolgen.
Wie vorstehend erwähnt, weist das Referenzelement ein Material geringer thermi scher Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K 1 auf. Das heißt, der thermische Ausdehnungskoeffizient beträgt im genannten Temperaturbereich mindestens -200x106 K 1 und höchstens +200x106 K 1, insbe sondere betragsmäßig höchstens 50x106 K 1 im genannten Temperaturbereich.
Gemäß einer Ausführungsform enthält das Material geringer thermischer Ausdeh nung ein Silikatglas, beispielsweise ULE®-Glas oder Zerodur®-Glas. ULE®-Glas steht für „Ultra Low Expansion“-Glas und ist ein mit dem Corning Code 2972 ge kennzeichnetes Produkt von Corning. Alternativ oder zusätzlich kann das Silikat glas aus Zerodur®-Glas, einem Produkt der Firma Schott, bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform ist sowohl die erste nicht-sphärische Fläche als auch die weitere nicht-sphärische Fläche jeweils als Freiformfläche konfiguriert. Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist die Prüfwelle auf das Referenzele ment gerichtet und die Referenzoberfläche dazu konfiguriert, in Reflexion eine Referenzwelle von der eingestrahlten Prüfwelle abzuspalten. Damit wird die Refe renzwelle nicht bereits am diffraktiven optischen Element erzeugt, sondern an der Referenzoberfläche, und zwar aus der Strahlung der Prüfwelle. Damit kann das diffraktive optische Element, abgesehen von ggf. an bestimmen Orten vorgesehe nen Justagestrukturen, als einfach kodiertes CGH ausgeführt werden, welches im Vergleich zu einem zur Erzeugung der Prüfwelle und der Referenzwelle mehrfach kodierten CGH weniger Störreflexe erzeugt. Weiterhin führt ein bei der Erzeugung der Prüfwelle am diffraktiven optischen Element auftretender Störreflex zunächst lediglich zu einer Phasenstörung der Prüfwelle und bei der Abspaltung der Refe renzwelle zu einer entsprechenden Phasenstörung der Referenzwelle. Damit führt der Störreflex zu keiner Verfälschung der Intensität des Interferenzmusters an der betreffenden Stelle.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist die Referenzoberfläche an einer Seite des Referenzelements angeordnet, welche der auf das Referenzelement einge strahlten Prüfwelle abgewandt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wellenfront der Prüfwelle an die Referenzoberfläche angepasst. Das heißt, die Wellenfront der Prüfwelle weicht am Ort der Referenzoberfläche gar nicht oder nur unwesentlich von dieser ab. Gemäß einer Ausführungsform weicht die Wellenfront der Prüfwelle weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 pm, von der Referenzoberfläche ab.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine Halterung auf, welche dazu konfiguriert ist, den Prüfling im Strahlengang der Prüfwelle dem Referenzelement nachgeordnet zu positionieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Referenzelement als ein für die Messstrahlung durchlässiges Element konfiguriert. Das Referenzelement kann damit auch als optische Matrize bezeichnet werden. Insbesondere ist es dazu konfiguriert ist, einen Teil der Intensität der Prüfwelle zu absorbieren, beispiels weise bis zu 80% oder bis zu 60% der Intensität der Prüfwelle. Das heißt, das Re ferenzelement ist ein für die Messstrahlung transmissives Element, wobei ein Teil der Intensität der Prüfwelle vom Referenzelement absorbiert werden kann. Ein Teil der nicht-absorbierten bzw. durch das Material des Referenzelements durch gelassenen Intensität wird als Referenzwelle an der rückseitigen Referenzoberflä che reflektiert. Dabei kann der reflektierte Teil lediglich der 4%-ige Anteil der nicht-absorbierten Intensität sein, welcher an der Rückseite eines transmissiven optischen Elements reflektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das diffraktive optische Element ein Beugungsmuster, dessen Füllfaktor eine Variation über einen Querschnitt der ab gestrahlten Prüfwelle aufweist, welche an eine Variation der Dicke des Referen zelements über einen Querschnitt der eingestrahlten Prüfwelle angepasst ist. Un ter einem Füllfaktor eines diffraktiven Strukturmusters ist der Quotient aus der Stegbreite zur Periode der diffraktiven Strukturen zu verstehen. D.h. der Füllfaktor kann unabhängig von der Periode der diffraktiven Strukturen durch Veränderung der Stegbreite variiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform variiert ein Abstand zwischen der Refe renzoberfläche und der Sollform der Oberfläche des Prüflings im Zustand, in dem der Prüfling zur Vermessung in der Messvorrichtung angeordnet ist, um maximal 100 pm, insbesondere um maximal als 10 pm. Dabei ist unter der Anordnung des Prüflings zur Vermessung in der Messvorrichtung zu verstehen, dass der Prüfling ausreichend genau in der Messvorrichtung justiert ist, um die Formvermessung der Prüflingsoberfläche durchzuführen. Der Abstand zwischen der Referenzober fläche und der Sollform der Oberfläche wird für einen betreffenden Ort auf der Re ferenzoberfläche durch die Länge einer senkrecht auf der Referenzoberfläche ste henden Linie, welche am betreffenden Ort beginnt und an der Oberfläche des Prüflings in Sollform endet, definiert. Die Linie entspricht dem entsprechenden Ab schnitt eines Einzelstrahls der Prüfwelle durch den betreffenden Ort der Referenz oberfläche. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform variiert der vorstehend definierte Abstand über die gesamte Referenzfläche um weniger als 100 pm, ins besondere um weniger als 10 pm.
Aufgrund des innerhalb der Variationsbandbreite gleichmäßigen Abstands zwi schen der Referenzoberfläche der Sollform der Oberfläche des Prüflings weicht das Profil einer Vergleichsform, welche sich, wie nachstehend beschrieben, aus der Referenzoberfläche ergibt, um weniger als 100 pm von der Sollform der Ober fläche des Prüflings ab. Die Vergleichsform ergibt sich durch Projektion bzw. Ver schiebung der Punkte der Referenzoberfläche entlang des jeweiligen, durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstrahls der Prüfwelle um den mittleren Ab stand der Oberfläche des Prüflings von der Referenzoberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das diffraktive optische Element diffraktive Justagestrukturen auf, welche dazu konfiguriert sind, aus der Mess strahlung eine auf die Oberfläche des Prüflings fokussierte Abstandsmesswelle und/oder eine auf eine der Referenzoberfläche entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements fokussierte Abstandsmesswelle sowie in Littrow-Reflexion eine Justagereferenzwelle zu erzeugen.
Die Funktion zur Erzeugung der auf die Oberfläche des Prüflings und/oder der auf die Rückseite des Referenzelements fokussierten Abstandsmesswelle entspricht der eines Katzenauges (engl „cat eye“). Aufgrund der Littrow-Reflexion wird die Justagereferenzwelle durch In-sich-Reflexion der auf die Justagestrukturen einge strahlten Welle aus der Messstrahlung erzeugt. Durch Auswertung der durch In terferenz der am Prüfling reflektierten Abstandsmesswellen mit der Justagerefe renzwelle erzeugten Interferenzmuster lässt sich der Arbeitsabstand des Prüflings und/oder der Arbeitsabstand des Referenzelements gegenüber dem diffraktiven optischen Element und/oder der Abstand des Referenzelements messen und die ser entsprechend justieren. In einer alternativen Ausführungsform kann der Arbeitsabstand auch mittels eines Laserabstandssystems gemessen werden, indem ein Laserstrahl auf eine geeig nete Justagestruktur auf dem diffraktiven optischen Element eingestrahlt wird, welche dazu konfiguriert ist, den Laserstrahl in Reflexion derart umzulenken, dass dieser senkrecht auf die Prüflingsoberfläche trifft und von dieser in sich zurückre flektiert wird. Der zurückreflektierte Laserstrahl wird im Laserabstandsmesssys tem mit einem Referenzstrahl überlagert, woraus die Entfernung zwischen dem Laserabstandsmesssystem und dem Reflexionsort auf der Prüflingsoberfläche ge messen werden kann. Alternativ kann der Arbeitsabstand auch durch Anstrahlen der Rückseite des Prüflings mittels eines derartigen Laserabstandsmesssystems erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die Wellenlänge der Messstrahlung zu variieren und aus für mindestens zwei un terschiedliche Wellenlängen aufgezeichneten Interferenzmustern einen Arbeitsab stand zwischen dem Prüfling und dem Referenzelement zu bestimmen. Die Inter ferenzmuster werden dabei insbesondere durch Überlagerung der mit der jeweili gen Wellenlänge erzeugten Prüfwelle nach deren Interaktion mit der Oberfläche des Prüflings mit einer in Reflexion an dem Referenzelement von der Prüfwelle abgespaltenen Referenzwelle erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine der Referenzoberfläche des Referenzelements entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements eine sphä rische Form auf. Damit kann eine Verkippung des Referenzelements gegenüber einer Sollkippstellung vermessen werden. Dazu kann mittels des diffraktiven opti schen Elements aus der Messstrahlung eine sphärische Justagewelle erzeugt werden, welche in Autokollimation auf die sphärische Rückseite des Referenzele ments eingestrahlt wird. Aus einem sich durch Überlagerung der an der Rückseite des Referenzelements reflektierten Justagewelle mit einer in Littrow-Reflexion am diffraktiven optischen Element erzeugten Justagereferenzwelle ergebenden Jus tage referenzmuster kann eine Abweichung der Kippstellung des Referenzele ments von seiner Sollkippstellung vermessen werden. Dies setzt jedoch voraus, dass die Positionierung des Referenzelements in Bezug auf die Ausbreitungsrich tung der sphärischen Justagewelle ausreichend genau bekannt ist. Dies liegt da ran, dass mittels der in Autokollimation auf die sphärische Rückseite eingestrahl ten Justagewelle nur Verkippungen zwischen der sphärischen Wellenfront der Justagewelle und der sphärischen Rückseite des Referenzelements vermessen werden können. Eine Verkippung des Referenzelements, welche sich durch eine Verschiebung der sphärischen Rückseite entlang der sphärischen Wellenfront, mit anderen Worten durch eine „Verkugelung“, ergibt, lässt sich hingegen mittels der Autokollimationsmessung nicht detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an der Rückseite des Referenzele ments mindestens eine Oberflächenmarkierung vorgesehen, insbesondere sind zwei Oberflächenmarkierungen vorgesehen. Damit kann die Position des Refe renzelements in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewel len bestimmt werden und damit die laterale Positionierung des Referenzelements entsprechend justiert werden. Unter der lateralen Positionierung ist die Positionie rung des Justagelements quer zur Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justage welle zu verstehen. Die Oberflächenmarkierungen können einen Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 20 mm, z.B. etwa 5mm, und eine Tiefe im Bereich von 20 nm und 300 nm, z.B. etwa 100 nm, aufweisen.
Durch die mittels der mindestens einen Oberflächenmarkierung erfolgenden Jus tage der lateralen Positionierung kann die mittels der in Autokollimation auf die Rückseite des Referenzelements eingestrahlten sphärischen Justagewelle ver messene Kippstellung der Referenzelements genau bestimmt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Strah lungsquelle zum Erzeugen der Messstrahlung, wobei die auf das diffraktive opti sche Element eingestrahlte Messstrahlung eine Bandbreite von größer als 10 pm, insbesondere von größer als 50 pm bzw. größer als 100 pm, aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, zur Be stimmung der Abweichung der Oberflächenform mehrere mittels Phasenschie bens ermittelte Interferenzmuster auszuwerten.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Phasenschieben durch eine schritt weise Verschiebung der Phase der Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle durch Verschiebung des Prüflings. Das bei jedem Verschiebeschritt erzeugte Interfe renzmuster wird jeweils aufgezeichnet. Mit einer komplexen mathematischen Mo dellierung und iterativen Berechnung kann aus den aufgezeichneten Interferenz mustern die Oberflächentopografie der Testoberfläche mit einer hohen Genauig keit rekonstruiert werden. Dabei wird im Wesentlichen aus den aufgezeichneten Interferenzmustern eine Ableitung der Wellenfront in der Schieberichtung berech net und daraufhin durch Integration die Wellenfront mit berechnet. Gemäß alter nativen Ausführungsformen erfolgt das Phasenschieben durch eine Variation der Wellenlänge der Messstrahlung oder durch ein statisches Verkippen des Prüf lings.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Prüflings in Bezug auf eine Refererenzform. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Einstrahlen zumindest eines Teils einer mittels eines diffrak- tiven optischen Elements erzeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Prüflings, wobei die Wellenfront der Prüfwelle an eine, als eine erste nicht-sphärische Flä che konfigurierte, Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, Bereitstel len eines Referenzelements mit einer die Referenzform aufweisenden Referenz oberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche kon figuriert ist und wobei das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Tem peraturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K 1 auf weist, sowie Erzeugen eines Interferenzmusters durch Überlagern der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Prüflings mit einer Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war. Durch Auswertung des Interferenzmusters lässt sich die Abweichung der Form der Oberfläche des Prüflings gegenüber der Referenzform bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind das dif- fraktive optische Element sowie das Referenzelement in einem ersten Wechsel modul montiert und der Prüfling ist in einem zweiten Wechselmodul montiert, wo bei nach der Vermessung des Prüflings das zweite Wechselmodul durch ein wei teres zweites Wechselmodul mit einem darin montierten weiteren Prüfling ersetzt wird und das erste Wechselmodul durch ein weiteres erstes Wechselmodul er setzt wird. In dem weiteren ersten Wechselmodul sind ein weiteres diffraktives op tisches Element sowie ein weiteres Referenzelement montiert.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Re ferenzwelle durch teilweise Reflexion der Prüfwelle an der Referenzoberfläche er zeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein das Referenzelement durchlau fender Teil der Prüfwelle auf die Oberfläche des Prüflings eingestrahlt. Insbeson dere wird dieser Teil der Prüfwelle an dem Prüfling reflektiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Prüfling während des Einstrahlens der Prüfwelle von einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 103 mbar umgeben. Das heißt, der Prüfling ist in einem Druckbereich oberhalb von Hochva kuum angeordnet, insbesondere weist die Atmosphäre einen Druck von mindes tens 1 mbar, d.h. einen Druck oberhalb von Feinvakuum, bzw. mindestens 100 mbar oder Normaldruck auf. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration die Interferometerkavität sehr kurz gestaltet werden kann, ist es möglich, den Prüfling in einem relativ hohen Druckbereich oder sogar unter Atmosphärendruck (ca. 1 bar) zu vermessen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren hergestellt, bei dem eine genäherte Form der Refe renzoberfläche in Bezug auf eine Form einer Oberfläche eines Normprüflings mit tels der Prüfwelle interferometrisch vermessen wird. Das hier beschriebene Ferti gungsverfahren wird in diesem Text auch als erstes Fertigungsverfahren bezeich net. Der Normprüfling kann auch als Masterprüfling bezeichnet werden und ist ein Prüfling, dessen Oberfläche mit sehr hoher Genauigkeit der Sollform entspricht. Die Fierstellung des Masterprüflings erfolgt insbesondere unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten, oft sehr aufwändigen, Messverfahren zur hochgenauen Vermessung der Oberflächenform. Diese Messverfahren können beispielsweise die Verwendung eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements umfassen, mit welchem nicht nur eine Prüflingswelle und eine Refe renzwelle, sondern auch Kalibierwellen zur hochgenauen Charakterisierung von Fehlern im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements erzeugt werden können. Die Vermessung kann dabei im Flochvakuum oder in einem Vakuumbe reich mit niedrigerem Druck erfolgen. Ein derartiges, mehrfach kodiertes diffrakti- ves optisches Element in Gestalt eines vierfach kodierten CGFIs zu Erzeugung von zwei Kalibrierwellen ist z.B. in US 10,337,850 B2 beschrieben. Analog dazu kann auch ein fünffach kodiertes CGFI, mit dem drei Kalibrierwellen erzeugt wer den können, zum Einsatz kommen. Nach der Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche des Normprüflings wird die Referenzoberfläche zur weiteren Annäherung an eine Referenzsollform auf geeignete Art und Weise bearbeitet. Die Referenzsollform ergibt sich aus der Sollform des Prüflings und dem Abstand zwischen dem Normprüfling und der Re ferenzoberfläche. Da die Sollform ja mit einer hohen Genauigkeit der Form der Oberfläche des Normprüflings entspricht, ergibt sich die Referenzsollform im We sentlichen aus der Oberflächenform des Normprüflings und dem Abstand zwi schen dem Normprüfling und der Referenzoberfläche. Im Speziellen ergibt sich die Referenzsollform durch Verschiebung der Punkte der Sollform entlang des je weiligen durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstahls der Prüfwelle um den Mittelwert des Abstands zwischen der Sollform der Prüflingsoberfläche und der Referenzoberfläche. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte entgegen der Einstrahlrichtung der Prüfwelle.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform erfolgt die Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche des Norm prüflings durch Einstrahlen der mittels des diffraktiven optischen Elements er zeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Normprüflings und Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Normprüflings mit der Re ferenzwelle
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird eine vermessene Abweichung der Referenzform der Referenzoberfläche von einer durch die Form der Oberfläche des Normprüflings festgelegten Referenzsollform als Kalibrierabweichung bei ei ner Auswertung des mittels der auf den zu vermessenden Prüfling eingestrahlten Prüfwelle erzeugten Interferenzmusters berücksichtigt.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren hergestellt, bei dem eine Abweichung einer genä herten Form der Referenzoberfläche von einer durch die Sollform der Oberfläche des Prüflings festgelegten Referenzsollform durch Einstrahlen einer mittels eines weiteren diffraktiven optischen Elements erzeugten weiteren Prüfwelle, deren Wellenfront an die Inverse der Sollform der Oberfläche angepasst ist, auf die Re ferenzoberfläche bestimmt wird. Weiterhin wird bei dem Fertigungsverfahren die Referenzform durch Anpassen der Referenzoberfläche an die Referenzsollform mittels mechanischer Nachbearbeitung auf Grundlage der bestimmten Abwei chung hergestellt. Das hier verwendete Fertigungsverfahren wir in diesem Text auch als zweites Fertigungsverfahren bezeichnet.
Bei der Bestimmung der Abweichung der genäherten Form der Referenzoberflä- che von der Referenzsollform wird insbesondere die weitere Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche mit einerweiteren Referenzwelle überlagert. Das weitere diffraktive optische Element ist insbesondere als mindes tens 3-fach, insbesondere mindestens 4-fach oder mindestens 5-fach kodiertes diffraktives optisches Element zur Erzeugung mindestens einer Kalibrierwelle ne ben der weiteren Prüfwelle sowie der weiteren Referenzwelle aus einer einge- strahlten Messstrahlung konfiguriert. Anhand der mindestens einen Kalibierwelle können Fehler im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements hochge nau vermessen werden, wie in US 10,337,850 B2 für den Fall eines vierfach ko dierten CGFIs beschrieben. Damit kann die Abweichung der Form der Referenz oberfläche von der Referenzsollform mit einer hohen Genauigkeit vermessen wer- den. Insbesondere erfolgt die Vermessung der Referenzoberfläche im Flochva- kuum oder in einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird eine Kalibrierabweichung der Refe renzform der Referenzoberfläche von der Referenzsollform mittels des weiteren diffraktiven optischen Elements interferometrisch vermessen und die Kalibrierab weichung wird bei der Auswertung des Interferenzmusters berücksichtigt.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbei spiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Mess verfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der er findungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiter- hin 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 Zeich nungen veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Prüflings mit einem diffrakti- ven optischen Element zur Erzeugung einer Prüfwelle und einem Referenzele ment zur Abspaltung einer Referenzwelle von der Prüfwelle,
Fig. 2 eine Darstellung eines Abschnitts II aus Fig. 1 zur Veranschaulichung der Justage des diffraktiven optischen Elements, des Referenzelements und des Prüf lings zueinander,
Fig. 3 eine Veranschaulichung der Nutzung der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 zur Fertigung des Referenzelements in einem ersten Fertigungsverfahren,
Fig. 4 eine Veranschaulichung der Nutzung einer weiteren interferometrischen Messvorrichtung zur Fertigung des Referenzelements in einem zweiten Ferti gungsverfahren,
Fig. 5 eine Veranschaulichung der Veränderung des Strahlengangs der Prüfwelle bei einer Verkippung des Prüflings,
Fig. 6 eine Veranschaulichung einer Variation des Füllfaktors des Beugungsmus ters des diffraktiven optischen Elements in Anpassung an die Dickenvariation des Referenzelements,
Fig. 7 unterschiedliche Ausführungsformen zu Implementierung von Phasen schieben bei der Vermessung des Prüflings in der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 , Fig. 8 eine Veranschaulichung einer Asphäre und einer Freiformfläche,
Fig. 9 eine bespielhafte Veranschaulichung einer Sollform der Oberfläche des Prüflings sowie einer sich aus der Oberfläche des Referenzelements ergebenden Vergleichsform, sowie
Fig. 10 eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem oder mehreren unter Verwendung der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 hergestellten op tischen Elementen.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsfor men oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen ver sehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbei spiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen wer den.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Ko- ordinatensystem 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.
In Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometri- schen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Prüflings 14 in Be zug auf eine Referenzform 42 veranschaulicht. Als Ergebnis der Formvermessung wird dabei eine Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmt, wobei die Sollform auf bekannte Weise mit der Refe renzform 42 in Beziehung stehen kann, d.h. gegeben sein kann oder auch in be kannter Weise von dieser abweichen kann. Der Prüfling 14 kann beispielsweise ein Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie, wie etwa der in Fig. 10 veranschaulichten Projektionsbelichtungsanlage 101 , mit einer als nicht-sphärische Fläche, insbesondere als asphärische Fläche oder als Frei formfläche FF, konfigurierten Oberfläche 12 zur Reflexion von EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, sein. Dabei kann es sich bei dem Prüfling 14 bei spielsweise um den Spiegel M4 des Projektionsobjektivs 110 der Projektionsbe lichtungsanlage 101 gemäß Fig. 10 handeln.
Fig. 8 dient der Veranschaulichung einer asphärischen Fläche sowie einer Frei formfläche FF im Sinne dieses Textes. Unter einer asphärischen Fläche 16 ist eine rotationssymmetrische Fläche zu verstehen, die von jeder beliebigen Sphäre 16 um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm abweicht. Unter einer Freiformfläche FF wird jede Form verstanden, welche einerseits von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre 16 eine Abweichung Di von mindestens 5 pm und andererseits von jeder beliebigen Sphäre 17 eine Abweichung D2 von mindestens 1 mm aufweist. In Fig. 8 ist diejenige rotationssymmetrische Asphäre 16 aller beliebiger Asphären veran schaulicht, deren maximale Abweichung D1 von der Freiformfläche FF am kleins ten ist, d.h. die in Fig. 8 eingezeichnete rotationssymmetrische Asphäre 16 ist die hinsichtlich ihrer maximalen Abweichung D1 am besten an die Freiformfläche FF angepasste rotationssymmetrische Asphäre. Dies gilt analog auch für die in Fig. 8 veranschaulichte Sphäre 17. Die dargestellte Sphäre 17 ist diejenige Sphäre aller beliebigen Sphären, deren maximale Abweichung D2 von der Freiformfläche FF am kleinsten ist, d.h. die in Fig. 8 eingezeichnete Sphäre 17 ist die hinsichtlich ih rer maximalen Abweichung D2 am besten an die Freiformfläche FF angepasste Sphäre. Die in Fig. 1 veranschaulichte Messvorrichtung 10 umfasst ein Beleuchtungs-/ De tektionsmodul 18, eine Hauptbaugruppe 60 sowie eine Auswerteeinrichtung 54. Die Hauptbaugruppe 60 wiederum umfasst einen Grundrahmen 62 mit einem da rin angeordneten Umlenkelement 63, ein erstes Wechselmodul 64, in dem ein dif- fraktives optisches Element 30 sowie ein Referenzelement 38 montiert sind, so wie ein zweites Wechselmodul 66 zum Halten des Prüflings 14.
Das Beleuchtungs-/Detektionsmodul 18 enthält eine Strahlungsquelle 20 zum Be reitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung 22 als Eingangswelle. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlungsquelle 20 einen Wellenleiter 24 mit einer Austrittsfläche, an welcher die Eingangswelle ihren Ursprung hat. Der Wellenleiter 24 ist an ein Strahlungserzeugungsmodul 26, z.B. in Gestalt eines Lasers, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit ei ner Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Messstrahlung 22 kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wel lenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Gemäß einer Ausfüh rungsform ist die Bandbreite der Messstrahlung 22 größer als 10 pm, insbeson dere größer als 50 pm oder größer als 100 pm. Die Strahlungsquelle 20 mit dem Wellenleiter 24 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messvorrichtung 10 ver wendbaren Strahlungsquelle 26 dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Wellenleiters 24 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelele menten oder dergleichen zur Bereitstellung einer geeigneten Eingangswelle aus der Messstrahlung 22 vorgesehen sein.
Die Messstrahlung 22 durchläuft zunächst einen Strahlteiler 28 und trifft daraufhin auf das diffraktive optische Element 30 mit einem an einer Oberfläche angeordne ten Beugungsmuster 31 . Das diffraktive optische Element 30 ist als sogenanntes computer-generiertes Hologramm (CGH) konfiguriert und ist Teil einer Prüfoptik, welche dazu dient, eine Prüfwelle 32 mit einer an eine nachstehend, insbeson dere unter Bezugnahme auf Fig. 9, näher erläuterte Sollform 12s der Oberfläche 12 angepassten Wellenfront zum Einstrahlen auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 zu erzeugen. Unter der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der Prüf welle 32 ist zu verstehen, dass die Wellenfront der Prüfwelle 32 weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 pm, von der Sollform 12s abweicht. Weiterhin ist die Form der Referenzoberfläche 40 derart konfiguriert und das Referenzele ment 38 derart im Strahlengang der Prüfwelle 32 angeordnet, dass die Wellen front der Prüfwelle 32 an die Referenzoberfläche 40 angepasst ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Wellenfront der Prüfwelle 32 weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 pm von der Referenzoberfläche 40 abweicht.
Aus der wechselseitigen Anpassung der Sollform 12s und der Referenzoberfläche 40 an die Wellenfront der Prüfwelle 32 ergibt sich, dass ein Abstand 43 zwischen der Referenzoberfläche 40 und der Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 14 in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand, in dem der Prüfling 14 zur Vermessung in der Messvorrichtung 10 angeordnet ist, um weniger als 100 pm, insbesondere um weniger als 10 pm, variiert. Unter der Anordnung des Prüflings 14 zur Vermes sung in der Messvorrichtung 10 ist zu verstehen, dass der Prüfling 14, wie nach stehend im Detail erläutert, ausreichend genau in der Messvorrichtung 10 justiert ist, um die Formvermessung der Prüflingsoberfläche durchzuführen. Der entspre chende Abstand 43 an einem jeweiligen Ort der Referenzoberfläche 40 entspricht der Länge des entsprechenden Einzelstrahls der Prüfwelle 32 von dem betreffen den Ort bis zur Sollform 12s der Oberfläche 12. Die den betreffenden Abstand 43 definierende Linie steht sowohl auf der Referenzoberfläche 40 als auch auf der Sollform 12s der Oberfläche 12 senkrecht. Der Abstand 43 variiert entlang der Sollform 12s um maximal 100 pm, insbesondere um maximal 10 pm.
Wie in Fig. 9 veranschaulicht, kann eine Vergleichsform 42v der Referenzform 42 durch Projektion bzw. Verschiebung der Punkte der Referenzoberfläche 40 ent lang des jeweiligen, durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstrahls 32i der Prüfwelle 32 um den Mittelwert des Abstands 43 der Sollform 12s der Oberflä che 12 des Prüflings 14 von der Referenzoberfläche 40 definiert werden. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte in Einstrahlrichtung der Prüfwelle 32. Die Inverse der Vergleichsform 42v unterscheidet sich von der Sollform 12s durch die eine von Ort zu Ort variierende Abweichung D, wobei ihr maximaler Wert Amax beträgt. Unter der Inversen der Vergleichsform 42v ist diejenige Form zu verstehen, die ein Gegenstück der Vergleichsform 42v aufweisen würde, wel ches derart an die Vergleichsform 42v angekoppelt werden kann, dass die Ober fläche der Vergleichsform 42v und die Kopplungsoberfläche des Gegenstücks lü ckenlos aneinander anliegen. Im dargestellten Beispiel ist die Vergleichsform 42v konvex und die entsprechende Inverse, welche im Wesentlichen der Oberflächen form des Prüflings 14 entspricht, ist konkav.
Das Profil der Vergleichsform 42v weist die vorstehend erwähnte maximale Ab weichung Amax von der als Asphäre oder als Freiformfläche FF ausgebildeten Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 10 auf, wobei Amax entsprechend der maximalen Variation des Abstands 43 beispielsweise maximal 100 pm und insbesondere maximal 10 pm betragen kann.
Analog zur Definition der Vergleichsform 42v in Bezug auf die Referenzform 42 wird eine Referenzsollform 42s mit Bezug auf die Sollform 12s definiert. Die Refe renzsollform 42s ergibt sich durch Verschiebung der Punkte der Sollform 12s ent lang des jeweiligen durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstahls 32i der Prüfwelle 32 um den Mittelwert des Abstands 43. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte entgegen der Einstrahlrichtung der Prüfwelle 32.
Das zweite Wechselmodul 66 dient als Flalterung zum in Bezug auf das Referen zelement 38 nachgeordneten Positionieren des Prüflings 14 im Strahlengang der Prüfwelle 32. Damit durchläuft die Prüfwelle 32 vor dem Auftreffen auf die Ober fläche 12 des Prüflings 14 zunächst das Referenzelement 38, welches als ein für die Messstrahlung 22 durchlässiges Element, mit anderen Worten als Linse bzw. als optische Matrize, konfiguriert ist. Die dem Prüfling 14 zugewandte Seite des Referenzelements 38 dient als Referenzoberfläche 40. Diese ist dazu konfiguriert, in Reflexion eine Referenzwelle 34 von der auf das Referenzelement 38 einge strahlten Prüfwelle 32 abzuspalten. Mit anderen Worten wird ein Teil der Intensität der Prüfwelle 32 an der Referenzoberfläche 40 reflektiert. Der die Referenzober fläche 40 durchlaufende Teil der Prüfwelle 32 trifft auf die optische Oberfläche 12 auf und wird daher auch als Nutz-Prüfwelle 32n bezeichnet.
Die reflektierte Strahlung bildet die Referenzwelle 34. Dabei kann die Reflexion le diglich durch den Brechzahlunterschied des transmissiven Materials des Referen zelements 38 zur Umgebungsatmosphäre bewirkt werden, womit in diesem Fall die Intensität der reflektierten Referenzwelle etwa 4% der Intensität der einge strahlten Prüfwelle 32 beträgt. Alternativ kann an der Referenzoberfläche 40 eine geeignete Beschichtung zu Erhöhung der Reflektivität aufgebracht werden, insbe sondere derart, dass die Intensität der an der Referenzoberfläche 40 erzeugten Referenzwelle 34 in etwa mit der Intensität der Nutz-Prüfwelle 32n nach Reflexion an der Oberfläche 12 des Prüflings 14 und abermaligem Eintritt in das Referen zelement 38 übereinstimmt.
Um Verfälschungen der Wellenfront der Prüfwelle 32 aufgrund Temperaturverän derungen im Referenzelement 38, welche etwa durch Temperaturunterschiede in der Umgebungentstehen können, weitgehend zu vermeiden, ist das Referenzele ment 38 aus einem Material geringer thermischer Ausdehnung, etwa mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K 1, gefertigt. Insbesondere enthält das Material geringer thermischer Ausdehnung ein Silikatglas, beispielsweise ULE®-Glas. ULE®-Glas steht für „Ultra Low Expansion“-Glas und ist ein mit dem Corning Code 2972 gekennzeichnetes Produkt der Firma Corning. Alternativ oder zusätzlich kann das Silikatglas aus Zerodur®-Glas, einem Produkt der Firma Schott, bestehen.
Die Referenzoberfläche 40 weist die Referenzform 42 auf, welche ebenfalls als eine Asphäre oder Freiformfläche FF (vgl. die vorstehende Erläuterung unter Be zugnahme auf Fig. 8) konfiguriert ist. Die von der Oberfläche 12 zurücklaufende Nutz-Prüfwelle 32n sowie die Refe renzwelle 34 durchlaufen zunächst das Referenzelement 38 in umgekehrter Rich tung wie die eingehende Prüfwelle 32. Daraufhin durchlaufen sie das diffraktive optische Element 30 und werden dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Nutz-Prüfwelle 32 sowie der Referenz welle 34 in eine annähernd sphärische Welle, wobei die Wellenfront der Nutz- Prüfwelle 32n Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront aufweist, welche auf Abweichungen der Oberfläche 12 des Prüflings von der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der Prüfwelle 32 zurückgehen. Auch die Wellenfront der Referenzwelle 34 weist ggf. Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront auf, und zwar in dem Maße, in dem die Referenzform 42 von der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der eingestrahlten Prüfwelle 32 abweicht. In Rela tion zueinander weichen die Wellenfronten der rücklaufenden Prüfwelle 32n und der Referenzwelle 34 in dem Maße voneinander ab, in dem die Oberfläche 12 von der aus der Referenzform 42 des Referenzelements 38 abgeleiteten Vergleichs form 42v abweicht.
Der Bereich des Interferometers 10, in dem die Nutz-Prüfwelle 32n und die Refe renzwelle 34 nicht im gleichen Strahlengang verlaufen, wird Interferometerkavität 44 bezeichnet. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Interfero meterkavität 44 zwischen der Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 und der Oberfläche 12 des Prüflings 14 und ist damit kurz im Vergleich zum ge meinsamen Strahlengang der Wellen 32n und 34.
Die zurücklaufende Nutz-Prüfwelle 28n und die Referenzwelle 34 laufen nach dem Durchtritt durch das diffraktive optische Element 30 zum Strahlteiler 28. Die ser führt die Wellen aus dem Strahlengang der eingestrahlten Messstrahlung 22 heraus und lenkt diese auf eine Beobachtungseinheit 46 des Beleuchtungs-/De- tektionsmoduls 18. Beide konvergente Strahlen durchlaufen eine Blende 47 sowie ein Okular 48 der Beobachtungseinheit 46 und treffen schließlich auf einen zweidimensional auflö senden Detektor 49 der Beobachtungseinheit 46. Der Detektor 42 kann beispiels weise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferenzmuster.
In der Auswerteeinrichtung 54 wird die tatsächliche Form der optischen Oberflä che 12 des Prüflings 14 aus dem erfassten Interferenzmuster bzw. mehreren er fassten Interferenzmustern sowie Kalibrierabweichungen 50 bestimmt. Bei den Kalibrierabweichungen 50 kann es sich um Kalibrierabweichungen KA, die wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 bestimmt werden, oder um Kalibrier abweichungen KB, die wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 bestimmt werden, handeln. Zur Bestimmung der tatsächlichen Form verfügt die Auswer teeinrichtung 54 über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Mess vorrichtung 10 einen Datenspeicher oder eine Schnittstelle zu einem Netzwerk enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform mittels des mindestens ei nen gespeicherten bzw. über das Netzwerk übertragenen Interferenzmusters durch eine externe Auswertungseinheit zu ermöglichen.
Für den Fall, dass mehrere erfasste Interferenzmuster der Bestimmung der tat sächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Prüflings 14 zugrunde gelegt werden, können diese mittels Phasenschiebens ermittelt werden. Wie in Fig. 7a veranschaulicht, kann das Phasenschieben durch eine schrittweise Verschiebung der Phase der Referenzwelle 34 gegenüber der Prüfwelle 32 durch Verschiebung des Prüflings 14 in einer Schieberichtung 96 in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle 32 erfolgen. Das bei jedem Verschiebeschritt erzeugte Interferenz muster wird jeweils aufgezeichnet. Mit einer komplexen mathematischen Model lierung und iterativen Berechnung kann in der Auswerteinrichtung 54 aus den auf gezeichneten Interferenzmustern die Oberflächentopografie des Prüflings 14 mit einer hohen Genauigkeit rekonstruiert werden. Dabei wird im Wesentlichen aus den aufgezeichneten Interferenzmustern eine Ableitung der Wellenfront in der Schieberichtung 96 berechnet und daraufhin durch Integration die Wellenfront be rechnet.
Wie ebenfalls in Fig. 7a illustriert, kann gemäß einer alternativen Ausführungsform das Phasenschieben durch eine Variation der Wellenlänge A der Messstrahlung 22 erfolgen. Weiterhin kann das Phasenschieben auch durch eine Kippbewegung 97 des Prüflings 14 bewerkstelligt werden, wie in Fig. 7b veranschaulicht. Das Verfahren zum Phasenschieben per Kippbewegung des Prüflings ist beispiels weise in US 5,361 ,312 beschrieben.
Zur Vermessung des Prüflings 14 werden zunächst das diffraktive optische Ele ment 30 sowie das Referenzelement 38, welches jeweils, wie vorstehend be schrieben, zur Vermessung des Prüflings 14 angepasst sind, an jeweiligen Justa geaktuatoren 67 im ersten Wechselmodul 64 montiert. Weiterhin wird der Prüfling 14 an den dafür vorgesehenen Justageaktuatoren 67 im zweiten Wechselmodul
66 montiert. Daraufhin werden die beiden Wechselmodule 64 und 66 in den Grundrahmen 62 eingesetzt und gemäß einer Ausführungsform dort an einer da für vorgesehenen festen Position arretiert. Daraufhin werden der Prüfling 14, das Referenzelement 38 und das diffraktive optische Element 30, wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben, durch Anpassung der verschie denen Justageakuatoren 67 zueinander justiert. Dazu sind die Justageaktuatoren
67 jeweils zur Translation in allen drei Raumrichtungen ausgelegt, sodass die da ran montierten optischen Elemente jeweils in allen drei Raumrichtungen verscho ben und in allen drei Kipprichtungen verkippt werden können.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration des Referenzelements 38, die wie vorstehend erwähnt, eine kurze Interferometerkavität 44 ermöglicht, kann die Vermessung des Prüflings 14 in einem relativ niedrigen Vakuumniveau oder so gar unter Normaldruck erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Flauptbau- gruppe 60 im montierten Zustand daher nicht als Flochvakuumkammer, sondern etwa als Feinvakuum-oder Grobvakuumkammer konfiguriert. Gemäß einer weite ren Ausführungsform erfolgt die Vermessung unter Normaldruck. Soll nach der Vermessung des Prüflings 14 ein weiterer Prüfling 14-1 vermessen werden, so wie wird dieser in einem weiteren zweiten Wechselmodul 66-1 mon tiert und anstatt des ursprünglichen zweiten Wechselmoduls 66 am Grundrahmen 62 montiert. Sollte die Oberfläche 12-1 des weiteren Prüflings 14-1 , wie in Fig. 1 veranschaulicht, an eine andere Sollform 12s als die Oberfläche 12 des Prüflings 14 angepasst sein, so wird auch das erste Wechselmodul 64 durch ein weiteres erstes Wechselmodul 64-1 ersetzt. In dem weiteren ersten Wechselmodul 66-1 werden ein an die Solllform des Prüflings 14-1 angepasstes weiteres Referenzele ment 38-1 und entsprechendes weiteres diffraktives optisches Element 30-1 an geordnet.
Fig. 2 dient der Veranschaulichung der Justage des diffraktiven optischen Ele ments 30, des Referenzelements 38 und des Prüflings 14 zueinander vor der Durchführung der Formvermessung. Dazu veranschaulicht Fig. 2 lediglich den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten, das diffraktive optische Element 30, das Referen zelement 38 und den Prüfling 14 umfassenden, mit einer gestichelten Linie um randeten, Bereich der Messvorrichtung 10. Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das Beugungsmuster 31 des diffraktiven optischen Elements 30 an ge eigneten Orten erste diffraktive Justagestrukturen 68.
Die diffraktiven Justagestrukturen 68 sind dazu konfiguriert, aus der auf das dif fraktive optische Element 30 eingestrahlten Messstrahlung 22 eine auf die Ober fläche 12 des Prüflings 14 fokussierte Abstandsmesswelle 70 sowie in Littrow-Re- flexion eine Justagereferenzwelle 72 zu erzeugen. Die Abstandsmesswelle 70 wird an der Oberfläche 12 zurückreflektiert und interferiert mit der Justagerefe renzwelle 72. Aus der resultierenden Interferenz am Detektor 49 lässt sich der Ar beitsabstand des Prüflings 14 gegenüber dem diffraktiven optischen Element 30 messen und auf Grundlage dieser Information entsprechend justieren. Die Funk tion zur Erzeugung der auf die Oberfläche 12 fokussierten Abstandsmesswelle 70 entspricht der eines Katzenauges (engl „cat eye“). Die Implementierung kann analog zur in Fig. 3 von US 7,605,926 B1 veranschaulichten Abstandsmessung erfolgen, welche dort anhand des fokussierten Strahls 57i vorgenommen wird.
Alternativ oder zusätzlich kann der Arbeitsabstand des Prüflings 14 gegenüber dem Referenzelement 38 auch mittels eines Laserabstandsmesssystems 74 ge messen werden. Dabei wird ein Laserstrahl 75 auf eine geeignete Justagestruktur 76 auf dem diffraktiven optischen Element 30 eingestrahlt. Die Justagestruktur 76 ist dazu konfiguriert, den Laserstrahl 75 in Reflexion derart umzulenken, dass die ser an einem Antastort 77a senkrecht auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 und an einem Antastort 77b senkrecht auf die Oberfläche 40 trifft und von dieser in sich zurückreflektiert wird. Der zurückreflektierte Laserstrahl 75 wird detektiert und der Abstand zwischen 77a und 77b wird bestimmt. Alternativ kann der Arbeitsab stand auch durch Anstrahlen der Rückseite 15 des Prüflings mittels eines derarti gen Laserabstandsmesssystems erfolgen.
Weiterhin oder alternativ können die Justagestrukturen 68 dazu konfiguriert sein, neben der Justagereferenzwelle 72 aus der auf das optische Element 30 einge strahlten Messstrahlung 22 eine auf eine Rückseite 39 des Referenzelements 38, d.h. auf die der Referenzoberfläche 40 entgegengesetzte Seite des Referenzele ments 38, fokussierte Abstandsmesswelle 78 zu erzeugen. Die Abstandsmess welle 78 wird an der Rückseite 39 zurückreflektiert und interferiert mit der Justa gereferenzwelle 72. Aus der resultierenden Interferenz am Detektor 49 lässt sich, analog zur vorstehend erläuterten Messung des Arbeitsabstandes des Prüflings 14, der Arbeitsabstand des Referenzelements 38 messen und entsprechend jus tieren.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Rückseite 39 des Referenzelements 38 eine sphärische Form 79 auf, deren Mittelpunkt 80 im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel auf derjenigen Seite des diffraktiven optischen Elements 30 liegt, von der die Messstrahlung 22 auf dieses Element eingestrahlt wird. Der Mittel punkt 80 kann auch auf der anderen Seite des diffraktiven optischen Elements 30 angeordnet sein. Diese Konfiguration ermöglicht eine Messung einer Verkippung des Referenzelements 38 gegenüber eine Sollkippstellung. Dazu sind die Justa- gestukturen 68 weiterhin dazu konfiguriert, aus der eingestrahlten Messstrahlung 22 eine sphärische Justagewelle 82 zu erzeugen, welche in Autokollimation auf die Rückseite 39 eingestrahlt wird. Die an der Rückseite 39 reflektierte Justage welle 82 bildet durch Überlagerung mit der Justagereferenzwelle 72, welche durch Beugung in Littrow-Geometrie erzeugt wird, auf dem Detektor 49 ein Justagerefe renzmuster. Aus diesem kann eine Abweichung der Kippstellung des Referen zelements 38 relativ zum diffraktiven optischen Element 30 bestimmt werden.
Dies liegt daran, dass mittels der in Autokollimation auf die sphärische Rückseite 39 eingestrahlten Justagewelle 82 nur Verkippungen zwischen der sphärischen Wellenfront der Justagewelle 82 und der sphärischen Rückseite 39 des Referen zelements 38 vermessen werden können. Eine Verkippung des Referenzele ments 38, welche sich durch eine Verschiebung der sphärischen Rückseite 39 entlang der sphärischen Wellenfront, mit anderen Worten durch eine „Verkuge- lung“, ergibt, lässt sich hingegen mittels der Autokollimationsmessung nicht detek- tieren. Um die entsprechende „Verkugelungsposition“ des Referenzelements 38 zu bestimmten weist die Rückseite 39 des Referenzelements 38 mindestens eine Oberflächenmarkierung 83 auf. Damit kann die Position des Referenzelements 38 in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewelle 82 bestimmt werden und damit die laterale Positionierung des Referenzelements entsprechend justiert werden.
Fig. 5 veranschaulicht den Einfluss, den ein gegenüber seiner Sollkippstellung (durchgezogene Linie) verkippter Prüfling, in diesem Fall der konvexe Prüfling 14- 1 , auf den Strahlengang der Prüfwelle 32 hat. Dieser führt dahingehend zu einer Scherung des Strahlengangs, dass die am Prüfling 14-1 reflekierte Prüfwelle 32r in der verkippten Stellung auf einem anderen Weg durch das Referenzelement 38-1 verläuft (gestrichelte Linie) als in der unverkippten Stellung, in der die reflek ierte Prüfwelle 32r im Strahlengang der eingehenden Prüfwelle 32 zurückläuft. Legt man eine gewisse Brechzahlinhomogenität im Linsenmaterial des Referen zelements 38-1 zugrunde, so hat die Scherung des Strahlengangs zur Folge, dass im vom Detektor 49 aufgezeichneten Interferenzmuster Intensitätsvariatio nen auftreten.
Bei Fertigung des Referenzelements 38-1 in der vorstehend beschriebenen Aus führungsform aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, wie etwa aus ULE®-Glas oder Zerodur®-Glas, kann eine Brechzahlhomogenität von etwa 1x107 erreicht werden, wodurch die Intensitätsvariationen im Interferenzmuster auf einem geringen Niveau gehalten werden können. Gemäß einer Ausführungs form werden die noch auftretenden Intensitätsvariationen bei der Auswertung des Interferenzmusters durch Aufbereitung der Interferogrammdaten mittels eines Bandfilters weitgehend eliminiert. Der dabei verwendete Bandfilter ist insbeson dere auf das Blockieren des RMS-Bandes zwischen 1 mm und 10 mm ausgelegt, mit anderen Worten umfasst der Bandfilter die Funktion eines Flochpassfilters mit einer Grenzwellenlänge von 1 mm sowie eines Tiefpassfilters mit einer Grenzwel lenlänge von 10 mm.
Fig. 6 veranschaulicht eine Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements 30-1 , welche insbesondere bei Fertigung des Referenzelements 38-1 aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, wie etwa ULE®-Glas oder Zero- dur®-Glas, Verwendung finden kann. In dieser Ausführungsform wird der Füllfak tor des Beugungsmusters 31 modifiziert, um den Absorptionsverlust der Mess strahlung 22 beim Durchtritt durch das Referenzelement 38-1 zu kompensieren. Unter dem Füllfaktor eines Beugungsmusters ist der Quotient aus der Stegbreite zur Periode der Beugungsstrukturen zu verstehen. Damit kann der Füllfaktor un abhängig von der Periode des Beugungsmusters variiert werden.
Im in Fig. 6 dargestellten Beispiel ist der Füllfaktor des Beugungsmusters 31 in ei nem zentralen Bereich 31 z gegenüber Randbereichen 31 r des Beugungsmusters verringert. Damit wird der aufgrund der im zentralen Bereich des Referenzele ments 38 größeren Dicke des Referenzelements 38 i vergleichsweise größere In- tensitätsverlust der Messstrahlung 22 durch eine vergleichsweise höhere Trans mission durch das diffraktive optische Element 30-1 im zentralen Bereich 31 z aus geglichen.
Fig. 3 veranschaulicht die Nutzung der Messvorrichtung 10 bei der Fertigung des Referenzelements 38 in einem ersten Fertigungsverfahren unter Verwendung ei nes sogenannten Normprüflings 14n. Unter dem Normprüfling 14n, der auch „Masterprüfling“ bezeichnet werden kann, ist ein optisches Element der Form des Prüflings 14 zu verstehen, dessen Oberfläche 12n mit sehr hoher Genauigkeit der Sollform 12s entspricht. Die Fierstellung des Normprüflings 14n erfolgt insbeson dere unter Verwendung von dem Fachmann bekannten, oft sehr aufwändigen, Messverfahren zur hochgenauen Vermessung der Oberflächenform. Diese Mess verfahren können beispielsweise die Verwendung eines mehrfach kodierten dif- fraktiven optischen Elements umfassen, mit welchem nicht nur eine Prüflingswelle und eine Referenzwelle, sondern auch Kalibierwellen zur hochgenauen Charakte risierung von Fehlern im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements er zeugt werden können. Die Vermessung kann dabei im Flochvakuum oder in ei nem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck erfolgen. Ein derartiges, mehrfach ko diertes diffraktives optisches Element in Gestalt eines vierfach kodierten CGFIs zu Erzeugung von zwei Kalibrierwellen ist z.B. in US 10,337,850 B2 beschrieben. Analog dazu kann auch ein fünffach kodiertes CGFI, mit dem drei Kalibrierwellen erzeugt werden können, zum Einsatz kommen.
In dem ersten Fertigungsverfahren zur Fierstellung des der Vermessung des Prüf lings 14 in der Messvorrichtung 10 gemäß Fig. 1 dienenden Referenzelements 38 wird die Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 zunächst mittels her kömmlicher Schleifmaschinen und Poliermaschinen bearbeitet. Damit kann die Referenzoberfläche 40 typischerweise mit einer Genauigkeit von etwa 10 pm an die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläuterte Referenzsollform 42s an genähert werden. Die Referenzsollform 42s ergibt sich im Wesentlichen aus der Sollform 12s des Prüflings 14, welche ja mit einer hohen Genauigkeit der Form der Oberfläche 12n des Normprüflings 14n entspricht, und dem Abstand 43 zwi schen der Sollform 12s und der Referenzoberfläche 40 . Nun wird die genäherte Form der Referenzoberfläche 40 in mehreren Iterationen mittels der Messvorrich tung 10 in Bezug auf den Normprüfling 14n vermessen und mittels einer Schleif maschine nachbearbeitet bis die Abweichung gegenüber der Referenzsollform 42s in der Größenordung von wenigen Nanometern liegt. Schließlich wird die fi nale Form der Referenzoberfläche 40 abermals in Bezug auf den Normprüfling 14n mittels der Messvorrichtung 10 vermessen. Dabei wird die verbleibende For mabweichung gegenüber der Referenzsollform 42s in Form der vorstehend er wähnten Kalibrierabweichungen KA ermittelt. Die Kalibrierabweichungen KA wer den daraufhin bei der Vermessung des Prüflings 14 mittels der Messvorrichtung 10 genutzt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erwähnt.
Fig. 4 veranschaulicht eine weitere interferometrische Messvorrichtung 86, welche bei der Fertigung des Referenzelements 38 in einem zweiten Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt. Bei diesem Fertigungsverfahren wird die Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 mit einer sehr hohen Genauigkeit an die Referenz sollform 42s angepasst, mit anderen Worten wird das Referenzelement 38 als „Master-Referenzelement“ ausgeführt. Bei diesem Fertigungsverfahren wird mit tels dem Fachmann bekannten Techniken ein diffraktives optisches Element 89 in Gestalt eines CGFI mit einer sehr hohen Genauigkeit für die interferometrische Messvorrichtung 86 hergestellt. Der Typ der interferometrischen Messvorrichtung 86, welche neben einem Messarm einen diesem gegenüber verkippten Referenz arm umfasst, ist dem Fachmann z.B. aus US 10,337,850 B2 bekannt. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung 86 ein Be- leuchtungs-/Detektionsmodul 18 sowie ein Umlenkelement 63, welche dem Be- leuchtungs-/Detektionsmodul 18 sowie dem Umlenkelement 63 aus Fig. 1 ent sprechen.
Das diffraktive optische Element 89 ist dazu konfiguriert, aus der eingestrahlten Messstrahlung 22 eine Prüfwelle 90 mit einer an die Inverse der Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 12 angepassten Wellenfront zur Einstrahlung auf Re ferenzoberfläche 40 des im vorstehend erwähnten Messarm angeordneten Refe renzelements 38 zu erzeugen. Weiterhin ist das diffraktive optische Element 89 dazu konfiguriert, eine ebene oder sphärische Referenzwelle 91 zur Einstrahlung auf einen im vorstehend erwähnten Referenzarm angeordneten Referenzspiegel 92 sowie mehrere sphärische oder ebene Kalibrierwellen 93 zum Einstrahlen auf an die jeweilige Wellenfront der Kalibrierwellen angepasste Kalibrierspiegel 94 zu erzeugen. Eine Auswerteeinrichtung 95 ermittelt aus einem oder mehreren durch Überlagerung der Prüfwelle 90 nach Reflexion am als Messobjekt dienenden Re ferenzelement 38 mit der Referenzwelle 91 nach Reflexion am Referenzspiegel 92 eine Abweichung der Referenzoberfläche 40 von der Referenzsollform 42s.
Für den Fall, in dem, wie in Fig. 4 dargestellt, drei Kalibrierspiegel 94 zum Einsatz kommen, kann das diffraktive optische Element 89 als fünffach kodiertes komple xes CGFI konfiguriert sein. Anhand der Kalibierwellen 93 können Fehler im Beu gungsmuster des diffraktiven optischen Elements 89 hochgenau vermessen wer den, wie in US 10,337,850 B2 für den Fall eines vierfach kodierten CGFIs be schrieben. Damit kann die Abweichung der Form der Referenzoberfläche 40 von der Referenzsollform 42s mit einer hohen Genauigkeit vermessen werden. Insbe sondere erfolgt die Vermessung der Referenzoberfläche 40 im Flochvakuum oder einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck. Analog zum ersten Fertigungsver fahren gemäß Fig. 3 wird die genäherte Form der Referenzoberfläche 40 in meh reren Iterationen mittels der Messvorrichtung 89 vermessen und die Referenz oberfläche 40 mittels einer Poliermaschine nachbearbeitet bis die Abweichung ge genüber der Referenzsollform 42s in der Größenordnung von wenigen Nanome tern liegt. Schließlich wird die finale Form der Referenzoberfläche 40 abermals mittels der Messvorrichtung 89 vermessen. Dabei wird die verbleibende Formab weichung gegenüber der Referenzsollform 42s, in Form der vorstehend erwähn ten Kalibrierabweichungen KB ermittelt. Die Kalibrierabweichungen KB werden da raufhin bei der Vermessung des Prüflings 14 mittels der Messvorrichtung 10 ge nutzt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erwähnt. Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 10 exemplarisch die wesentli chen Bestandteile der bereits vorstehend erwähnten Projektionsbelichtungsan lage 101 für die Mikrolithographie beschrieben, in der ein unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element zum Einsatz kommen kann. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 101 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht ein schränkend verstanden. Bei der hier beschriebenen Projektionsbelichtungsanlage 101 handelt es sich um eine Ausführungsform für die EUV-Lithographie. Analog dazu kann ein unter Verwendung der Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element auch in einer Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Lithographie zum Einsatz kommen. Weiterhin kann ein unter Verwendung der Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element für beliebige optische Anwendungen mit As- phären oder Freiformflächen, z.B. Gleitsichtbrillengläser etc., zum Einsatz kom men.
Ein Beleuchtungssystem 102 der Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst ne ben einer Strahlungsquelle 103 eine Beleuchtungsoptik 104 zur Beleuchtung ei nes Objektfeldes 105 in einer Objektebene 106. Belichtet wird hierbei ein im Ob jektfeld 105 angeordnetes Retikel 107. Das Retikel 107 ist von einem Retikelhal- ter 108 gehalten. Der Retikelhalter 108 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 109 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In Fig. 10 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeich net. Die y-Richtung verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die x-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Fig. 10 längs der x-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objekt ebene 106.
Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst weiterhin das bereits vorstehend erwähnte Projektionsobjektiv 110. Das Projektionsobjektiv 110 dient zur Abbil dung des Objektfeldes 105 in ein Bildfeld 111 in einer Bildebene 112. Die Bild ebene 112 verläuft parallel zur Objektebene 106. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 106 und der Bildebene 112 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 107 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 111 in der Bildebene 112 angeordneten Wafers 113. Der Wafer 113 wird von einem Waferhalter 114 gehalten. Der Waferhalter 114 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 115 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 107 über den Retikelverlagerungsantrieb 109 und andererseits des Wafers 113 über den Wafer- verlagerungsantrrieb 115 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 103 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 103 emittiert Belichtungsstrahlung 116, insbesondere in Form von EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm. Bei der Strahlungsquelle 103 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeug tes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine syn chrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 103 kann es sich auch um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Belichtungsstrahlung 116, die von der Strahlungsquelle 103 ausgeht, wird von einem Kollektor 117 gebündelt. Bei dem Kollektor 117 kann es sich um einen Kol lektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexi onsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 117 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln grö ßer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwin keln kleiner als 45°, mit der Belichtungsstrahlung 116 beaufschlagt werden. Der Kollektor 117 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutz strahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/o der beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 117 propagiert die Belichtungsstrahlung 116 durch einen Zwi schenfokus in einer Zwischenfokusebene 118. Die Zwischenfokusebene 118 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strah lungsquelle 103 und den Kollektor 117, und der Beleuchtungsoptik 104 darstellen. Der Verlauf der Belichtungsstrahlung 116 durch die Beleuchtungsoptik 104 sowie das Projektionsobjektiv 110 wird nachfolgend als Nutzstrahlengang 124 bezeich net.
Die Beleuchtungsoptik 104 umfasst einen Umlenkspiegel 119 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 120. Bei dem Umlenk spiegel 119 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um ei nen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflus senden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Spiegel 119 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Belichtungsstrah lung 116 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 120 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 104 angeord net ist, die zur Objektebene 106 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 120 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 121 , welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 121 sind in Fig. 10 nur bei spielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 121 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 121 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein. Wie beispielsweise aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 121 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbeson dere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facet tenspiegel 120 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 117 und dem Umlenkspiegel 119 verläuft die Belich tungsstrahlung 116 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Nutzstrahlengang der Beleuchtungsoptik 104 ist dem ersten Facettenspiegel 120 der bereits vorstehend erwähnte zweite Facettenspiegel 122 nachgeordnet. Sofern der zweite Facettenspiegel 122 in einer Pupillenebene der Beleuchtungs optik 104 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 122 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 120 und dem zweiten Facettenspiegel 122 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind aus US2006/
0132747 A1 , EP 1 614 008 B1 und US 6,573,978 bekannt.
Der zweite Facettenspiegel 122 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 123. Die zweiten Facetten 123 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 123 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facet ten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein kön nen, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 123 können plane, oder alternativ konvex oder konkav ge krümmte, Reflexionsflächen aufweisen. Die Beleuchtungsoptik 104 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly‘s Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 122 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs 119 optisch kon jugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 122 werden die einzelnen ersten Facetten 121 in das Objektfeld 105 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 122 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Belich tungsstrahlung 116 im Nutzstrahlengang 124 vor dem Objektfeld 105.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 104 kann im Nutzstrahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 122 und dem Objektfeld 105 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Ab bildung der ersten Facetten 121 in das Objektfeld 105 beiträgt. Die Übertra gungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spie gel aufweisen, welche hintereinander im Nutzstrahlengang der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (Nl-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 104 umfasst bei der Ausführung, die in Fig. 10 gezeigt ist, nach dem Kollektor 117 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 119, den Feldfacettenspiegel 120 und den Pupillenfacettenspiegel 122.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 104 kann der Umlenkspie gel 119 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 104 nach dem Kollektor 117 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspie gel 120 und den zweiten Facettenspiegel 122. Die Abbildung der ersten Facetten 121 mittels der zweiten Facetten 123 bezie hungsweise mit den zweiten Facetten 123 und einer Übertragungsoptik in die Ob jektebene 106 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Das Projektionsobjektiv 110 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche ge mäß ihrer Anordnung im Nutzstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 101 durchnummeriert sind.
Bei dem in Fig. 10 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionsobjektiv 110 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer ande ren Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung in Form des vorstehend erwähnten Lochs 84 für die Belichtungsstrahlung 116. Bei dem Projektionsobjek tiv 110 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 110 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssym metrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen zumindest mancher der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssym metrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, ge nauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtun gen für die Belichtungsstrahlung 116 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molyb dän und Silizium, gestaltet sein.
Das Projektionsobjektiv 110 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Rich- tung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 105 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 111. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objekt ebene 106 und der Bildebene 112. Das Projektionsobjektiv 110 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Es weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy in x- und y- Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy des Projektionsobjektivs 110 liegen bevorzugt bei (ßx, ßy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaß stab ß bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Das Projektionsobjektiv 110 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senk recht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1. Das Projektions objektiv 110 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1. Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichenglei che und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Nutzstrah lengang zwischen dem Objektfeld 105 und dem Bildfeld 111 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung des Projektionsobjektivs 110, unterschiedlich sein. Bei spiele für Projektionsobjektive mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwi schenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus US 2018/0074303 A1 bekannt.
Jeweils eine der Pupillenfacetten 123 ist genau einer der Feldfacetten 121 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 105 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 121 in eine Vielzahl an Objektfeldern 105 zerlegt. Die Feldfacetten 121 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordne ten Pupillenfacetten 123.
Die Feldfacetten 121 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 123 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 105 auf das Retikel 107 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 105 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuch tungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille des Projektions objektivs 110 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Be- leuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 104 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objekt feldes 105 sowie insbesondere der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 beschrieben.
Das Projektionsobjektiv 110 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspu pille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 lässt sich regelmäßig mit dem Pu pillenfacettenspiegel 122 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung des Projek tionsobjektivs 110, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 122 tele- zentrisch auf den Wafer 113 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Ins besondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung. Es kann sein, dass das Projektionsobjektiv 110 unterschiedliche Lagen der Ein trittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauele ment der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 122 und dem Retikel 107 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Ein trittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungs optik 104 ist der Pupillenfacettenspiegel 122 in einer zur Eintrittspupille des Pro jektionsobjektivs 110 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 120 ist verkippt zur Objektebene 105 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 120 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 119 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 120 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 122 definiert ist.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungs formen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit er folgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfin dung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifika tionen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung ge mäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein. Bezugszeichenliste
10 Messvorrichtung 12 Oberfläche
12-1 Oberfläche des weiteren Prüflings
12s Sollform der Oberfläche
12n Oberfläche des Normprüflings
14 Prüfling
14-1 weiterer Prüfling 14n Normprüfling
15 Rückseite des Prüflings
16 rotationssymmetrische Asphäre
17 Sphäre
18 Beleuchtungs-/Detektionsmodul 20 Strahlungsquelle
22 Messstrahlung 24 Wellenleiter 26 Strahlungserzeugungsmodul 28 Strahlteiler
30 diffraktives optisches Element
30-1 weiteres diffraktives optisches Element
31 Beugungsmuster
31 r Randbereich des Beugungsmusters
31 z zentraler Bereich des Beugungsmusters
32 Prüfwelle
32i Einzelstrahl der Prüfwelle 32n Nutz-Prüfwelle 32r reflektierte Prüfwelle 34 Referenzwelle
38 Referenzelement
38-1 weiteres Referenzelement
39 Rückseite des Referenzelements 40 Referenzoberfläche
42 Referenzform 42s Referenzsollform 42v Vergleichsform
43 Abstand zwischen Referenzoberfläche und Sollform
44 Interferometerkavität
46 Beobachtungseinheit
47 Blende
48 Okular
49 Detektor
50 Kalibrierabweichungen 54 Auswerteeinrichtung 60 Hauptbaugruppe
62 Grundrahmen
63 Umlenkelement 64 erstes Wechselmodul
64-1 weiteres erstes Wechselmodul
66 zweites Wechselmodul
66-1 weiteres zweites Wechselmodul
67 Justageaktuator 68 erste diffraktive Justagestrukturen
70 Abstandsmesswelle 72 Justagereferenzwelle
74 Laserabstandsmesssystem 74
75 Laserstrahl 76 Justagestruktur
77a Antastort 77b Antastort
78 Abstandsmesswelle
79 sphärische Form 80 Mittelpunkt
82 sphärische Justagewelle 83 Oberflächenmarkierung
84 Schleifmaschine
86 weitere interferometrische Messvorrichtung 89 diffraktives optisches Element 90 Prüfwelle
91 Referenzwelle
92 Referenzspiegel
93 Kalibrierwelle
94 Kalibrierspiegel 95 Auswerteeinrichtung
96 Schieberichtung
97 Kippbewegung
101 Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
102 Beleuchtungssystem 103 Strahlungsquelle
104 Beleuchtungsoptik
105 Objektfeld
106 Objektebene
107 Retikel 108 Retikelhalter
109 Retikelverlagerungsantrieb
110 Projektionsobjektiv
111 Bildfeld
112 Bildebene 113 Wafer
114 Waferhalter
115 Waferverlagerungsantrieb
116 Belichtungsstrahlung
117 Kollektor 118 Zwischenfokusebene
119 Umlenkspiegel
120 erster Facettenspiegel 121 Facetten
122 zweiter Facettenspiegel
123 Facetten
124 Nutzstrahlengang M1-M6 Spiegel
FF Freiformfläche
Di Mindestabweichung von rotationssymmetrischer Asphäre
D2 Mindestabweichung von Sphäre

Claims

Ansprüche
1. Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberflä che eines Prüflings in Bezug auf eine Referenzform mit:
- einem diffraktiven optischen Element zum Erzeugen einer Prüfwelle aus einer Messstrahlung, wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht-sphä rische Fläche konfigurierte Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie
- einem Referenzelement mit einer die Referenzform aufweisenden Referenz oberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche kon figuriert ist und wobei das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Tem peraturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K 1 auf weist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , bei dem das Material geringer thermischer Ausdehnung ein Silikatglas umfasst.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Material geringer thermischer Ausdehnung ULE-Glas oder Zerodur- Glas umfasst.
4. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin ein durch ein weiteres erstes Wechselmodul ersetzbares erstes Wechselmodul sowie ein durch ein weiteres zweites Wechselmodul ersetzbares zweites Wechselmodul umfasst, wobei das diffraktive optische Element sowie das Referenzelement im ersten Wechselmodul montiert sind und das zweite Wechsel modul zum Flalten des Prüflings konfiguriert ist.
5. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der sowohl die erste nicht-sphärische Fläche als auch die weitere nicht-sphäri sche Fläche jeweils als Freiformfläche konfiguriert ist.
6. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Prüfwelle auf das Referenzelement gerichtet ist und die Referenzober fläche dazu konfiguriert ist, in Reflexion eine Referenzwelle von der eingestrahlten Prüfwelle abzuspalten.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Referenzoberfläche an einer Seite des Referenzelements angeordnet ist, welche der auf das Referenzelement eingestrahlten Prüfwelle abgewandt ist.
8. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Wellenfront der Prüfwelle an die Referenzoberfläche angepasst ist.
9. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche eine Halterung aufweist, welche dazu konfiguriert ist, den Prüfling im Strahlengang der Prüfwelle dem Referenzelement nachgeordnet zu positionieren.
10. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher das Referenzelement als ein für die Messstrahlung durchlässiges Ele ment konfiguriert ist.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, bei der das diffraktive optische Element ein Beugungsmuster umfasst, dessen Füllfaktor eine Variation über einen Querschnitt der abgestrahlten Prüfwelle auf weist, welche an eine Variation der Dicke des Referenzelements über einen Quer schnitt der eingestrahlten Prüfwelle angepasst ist.
12. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher ein Abstand zwischen der Referenzoberfläche und der Sollform der Oberfläche des Prüflings im Zustand, in dem der Prüfling zur Vermessung in der Messvorrichtung angeordnet ist, um maximal 100 pm variiert.
13. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das diffraktive optische Element diffraktive Justagestrukturen aufweist, welche dazu konfiguriert sind, aus der Messstrahlung eine auf die Oberfläche des Prüflings fokussierte Abstandsmesswelle und/oder eine auf eine der Referenz oberfläche entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements fokussierte Ab standsmesswelle sowie in Littrow-Reflexion eine Justagereferenzwelle zu erzeu gen.
14. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, die Wellenlänge der Messstrahlung zu variieren und aus für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen aufgezeichneten Interfe renzmustern einen Arbeitsabstand zwischen dem Prüfling und dem Referenzele ment zu bestimmen.
15. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der eine der Referenzoberfläche des Referenzelements entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements eine sphärische Form aufweist.
16. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der Messstrahlung umfasst, wobei die auf das diffraktive optische Element eingestrahlte Messstrahlung eine Band breite von größer als 10 pm aufweist.
17. Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Prüflings in Bezug auf eine Refererenzform mit den Schritten:
- Einstrahlen zumindest eines Teils einer mittels eines diffraktiven optischen Ele ments erzeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Prüflings, wobei die Wellen front der Prüfwelle an eine, als eine erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte, Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist,
- Bereitstellen eines Referenzelements mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist und wobei das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungs koeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200x106 K_1 aufweist, sowie
- Erzeugen eines Interferenzmusters durch Überlagern der Prüfwelle nach Wech selwirkung mit der Oberfläche des Prüflings mit einer Referenzwelle, deren Strah lung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das diffraktive optische Element sowie das Referenzelement in einem ersten Wechselmodul montiert sind und der Prüfling in einem zweiten Wechsel modul montiert ist, wobei nach der Vermessung des Prüflings das zweite Wech selmodul durch ein weiteres zweites Wechselmodul mit einem darin montierten weiteren Prüfling ersetzt wird und das erste Wechselmodul durch ein weiteres erstes Wechselmodul ersetzt wird, in dem ein weiteres diffraktives optisches Ele ment sowie ein weiteres Referenzelement montiert sind.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Referenzwelle durch teilweise Reflexion der Prüfwelle an der Refe renzoberfläche erzeugt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüchen bis 19, bei dem ein das Referenzelement durchlaufender Teil der Prüfwelle auf die Ober fläche des Prüflings eingestrahlt wird.
21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem der Prüfling während des Einstrahlens der Prüfwelle von einer Atmo sphäre mit einem Druck von mindestens 103 mbar umgeben ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , bei dem das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren herge stellt wird, bei dem eine genäherte Form der Referenzoberfläche in Bezug auf eine Form einer Oberfläche eines Normprüflings mittels der Prüfwelle interfero- metrisch vermessen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche des Normprüflings durch Einstrahlen der mittels des diffraktiven optischen Elements erzeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Norm prüflings und Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberflä che des Normprüflings mit der Referenzwelle erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei dem eine vermessene Abweichung der Referenzform der Referenzoberfläche von einer durch die Form der Oberfläche des Normprüflings festgelegten Refe renzsollform als Kalibrierabweichung bei einer Auswertung des mittels der auf den zu vermessenden Prüfling eingestrahlten Prüfwelle erzeugten Interferenzmusters berücksichtigt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, bei dem das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren herge stellt wird, bei dem:
- eine Abweichung einer genäherten Form der Referenzoberfläche von einer durch die Sollform der Oberfläche des Prüflings festgelegten Referenzsollform durch Einstrahlen einer mittels eines weiteren diffraktiven optischen Elements er zeugten weiteren Prüfwelle, deren Wellenfront an die Inverse der Sollform der Oberfläche angepasst ist, auf die Referenzoberfläche bestimmt wird, sowie
- die Referenzform durch Anpassen der Referenzoberfläche an die Referenzsoll form mittels mechanischer Nachbearbeitung auf Grundlage der bestimmten Ab weichung hergestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem eine Kalibrierabweichung der Referenzform der Referenzoberfläche von der Referenzsollform mittels des weiteren diffraktiven optischen Elements interfe- rometrisch vermessen wird und die Kalibrierabweichung bei der Auswertung des Interferenzmusters berücksichtigt wird.
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