WO2022268793A1 - Messanordnung zur optischen vermessung eines testobjekts - Google Patents

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WO2022268793A1
WO2022268793A1 PCT/EP2022/066851 EP2022066851W WO2022268793A1 WO 2022268793 A1 WO2022268793 A1 WO 2022268793A1 EP 2022066851 W EP2022066851 W EP 2022066851W WO 2022268793 A1 WO2022268793 A1 WO 2022268793A1
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WO
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measuring
measuring arrangement
test object
arrangement according
optical element
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Application number
PCT/EP2022/066851
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Baumer
Tobias EDLER
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Carl Zeiss Smt Gmbh filed Critical Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for the optical measurement of a property of a test object with a measuring beam path and a transition area through which the measuring beam path passes between two media with different refractive indices.
  • the measuring arrangement comprises a transition region between two gaseous media with different refractive indices, such as air at atmospheric pressure on the one hand and air at reduced or increased pressure on the other hand.
  • two gaseous media with different refractive indices such as air at atmospheric pressure on the one hand and air at reduced or increased pressure on the other hand.
  • the refractive indices and the change in the propagation direction induced thereby must usually be taken into account during a measurement. Since, for example, in measuring arrangements for high-precision optical position measurement of a test object, even weather-related pressure fluctuations in the atmosphere can lead to significant measurement errors due to the changed refraction at the transition between the two media, known measuring arrangements require time-consuming and resource-consuming acquisition and consideration of the air pressure and other the Measurement of influencing parameters necessary. To do this, further measurements or calibrations must be carried out.
  • the angular deflection due to refraction is not linear to the angle of incidence of the measuring beam at the transition between the media. As the angle of incidence becomes increasingly flat, the angular deflection due to refraction also increases. These circumstances make it difficult to take the refraction into account in an error calculation and lead to cumbersome and time-consuming corrections to the measured values.
  • the above-mentioned object can be achieved according to the invention, for example, with a measuring arrangement for optically measuring a property of a test object, the measuring arrangement comprising a measuring beam path and a transition region through which the measuring beam path passes between two media with different refractive indices. Furthermore, an optical device is arranged in the transition area, which is configured to minimize light refraction in the transition area.
  • Refraction of light means that the direction of propagation of an incident wave changes.
  • the optical device is configured to minimize light refraction in the transition area, in particular to essentially prevent light refraction, preferably to prevent it entirely.
  • This source of error involves variations in a refraction angle caused by light refraction, which can be produced by pressure fluctuations in the atmosphere.
  • the test object can be, for example, an optical element, in particular an optical element for a microlithographic projection exposure system.
  • the property to be measured is, for example, a mechanical, physical or optical property of the test object itself or relative to a reference system.
  • the media is gaseous or liquid and the test object is in one of the media.
  • the optical device in order to minimize the refraction of light in the transition area, is designed to change a wavefront of a plane wave radiated onto the optical device.
  • the minimization of the refraction of light in the transition area is brought about by the design of the optical device such that a wavefront of a plane wave radiated onto the optical element is changed.
  • a measuring arrangement for the optical measurement of a property of a test object which comprises a measuring beam path and a transition region between two media with different refractive indices, which is traversed by the measuring beam path, wherein an optical device is arranged in the transition region, which is configured to To change the wavefront of a plane wave radiated onto the optical element.
  • the plane wave mentioned is a fictitious wave, ie it does not have to be used when the measuring arrangement is in operation.
  • the plane wave only serves to define the said property of the optical element, to generate a wavefront change in the plane wave radiated onto it.
  • the optical element is thus configured to modify the originally plane wavefront by interacting with the fictitious plane wave.
  • the wavefront of the irradiated plane wave deviates by more than 500 nm, more than 1 mhh or more than at least one point of a surface area of the wavefront, in particular a circular surface area with a diameter of at most 30 mm, after interaction with the optical element 5 mih off.
  • the wavefront change over the surface with a maximum diameter of 30 mm is greater than the wavelength 1 of the measurement radiation, in particular greater than twice or ten times the wavelength 1 of the measurement radiation.
  • the minimization of light refraction in the transition area is brought about by the fact that effective light refraction of the measurement radiation when passing through the transition area is reduced or prevented compared to a transition area formed by just a flat glass plate.
  • the effective refraction of light is reduced by at least 50% or by at least 90%, in particular by 100%. This means that the angular deviation that occurs when passing through the transition area is at most 50% or 10%, in particular 0%, of the angular deviation that occurs in particular when the measuring radiation passes through a flat glass plate.
  • the optical device comprises an optical element which has at least one curved optical surface.
  • the stated property of the optical element of changing a wave front of a plane wave radiated onto the optical element is brought about at least partially in this embodiment by the fact that the optical element has at least one curved optical surface.
  • An optical surface is a surface of the optical element to understand where a transition between media of different Refractive indices are present, the media need not be the aforementioned media of the transition region.
  • Such an optical surface can be a surface of a lens or a mirror or also a contact surface of adjacent lens elements of different materials.
  • a curved optical surface is to be understood in particular as an optical surface which deviates by more than 500 nm, in particular more than 1 ⁇ m or more than 5 ⁇ m, over a surface area with a diameter of at most 30 mm.
  • the optical element comprises a diffractive lens, a Fresnel lens or a CGH (computer-generated hologram) for changing the wavefront of a plane wave incident on the optical element.
  • the curved optical surface has a spherical shape.
  • the curved optical surface can be spherically shaped and arranged in such a way that the center point of the associated sphere lies on the optical axis of the measurement beam path or a center point or focus of another optical element of the measurement arrangement.
  • the optical device is designed to prevent beam deflection occurring when passing through the transition region for beams running in the measuring beam path with propagation directions that differ from one another by at least 10°, or to limit it to a maximum value which, compared to beam deflection at a configuration of the transition area with a flat glass plate between the two media is at least half smaller.
  • Direction of propagation differing by at least 10° means that a first Direction of propagation of a first beam and a direction of propagation of a second beam form an angle of at least 10° to one another.
  • the optical device is designed in such a way that the following applies to at least two light beams in the measuring beam path, which have propagation directions that differ by at least 10° before impinging on the transition area:
  • Each of these at least two light beams experiences either no distraction or he experiences a distraction, the distraction being limited to a maximum value. This maximum value is reduced by at least half compared to a configuration of the transition area with a flat glass plate.
  • the reduction in beam deflection when passing through the transition area is to be understood as meaning that a deviation in the beam direction when exiting the transition area from the beam direction when entering the transition area is smaller than a deviation that would occur without the optical element or when a differently designed optical element is arranged optical element would be present.
  • a flat glass plate is to be understood as meaning a glass plate with two flat surfaces parallel to one another.
  • a flat surface is to be understood in particular as a surface which deviates from an ideal flat surface by less than 5 mm, in particular less than 1 ⁇ m or less than 500 nm, in a surface area with a diameter of at least 30 mm.
  • parallel surfaces are to be understood as meaning surfaces which have a deviation of less than 5 ⁇ m, in particular less than 1 ⁇ m or less than 500 nm from ideally parallel surfaces in a surface area with a diameter of at least 30 mm.
  • the two media are formed by gas at different pressures and includes the measuring arrangement a pressure chamber.
  • the test object is arranged inside the pressure chamber.
  • the media can consist of chemically different gases or gas mixtures.
  • the test object is arranged inside the pressure chamber, for example, to protect the test object or a device with the test object from undesirable atmospheric influences.
  • one of the media is vacuum with a pressure of less than 10 3 mbar.
  • one of the media can represent an ultra-high vacuum with a pressure of less than 10 8 mbar. Since real vacuum is still a gas with a correspondingly low pressure, vacuum is also referred to as a medium in this text.
  • a high vacuum with a pressure of less than 10 3 mbar heat conduction or convection usually no longer takes place.
  • the scattering of electromagnetic radiation on gas particles is significantly reduced and objects in the vacuum are protected from harmful influences of the ambient air, such as moisture or oxidation.
  • the optical element is designed as a vacuum window.
  • a vacuum window is a pressure-resistant window in the housing of a vacuum chamber, which allows light to pass from the inside to the outside or vice versa.
  • the vacuum window comprises glass that is transparent in the visible spectral range, material that is transparent to infrared, or material that is transparent to ultraviolet.
  • the vacuum window is therefore arranged in the transition area between vacuum and ambient air as media with different refractive indices or represents the transition area.
  • the optical element has a front side and a rear side, the distance between which is equidistant at least in sections.
  • the optical element is designed as a vacuum window with an inside and an outside whose Distance is at least partially equidistant.
  • Equidistant surfaces mean in particular that the distance between the surfaces over a surface area with a diameter of at least 30 mm or in a section which comprises at least 50% of the surface of the optical element traversed by the measuring beam path is less than 5 ⁇ m, in particular less than 1 pm or less than 500 nm.
  • the optical element is configured in such a way that the beams of the measuring beam path with different propagation directions each pass through the front and the back of the optical element at the same angle.
  • the optical element is designed in such a way that the rays pass through the front side and the back side at right angles to the surface and the optical element is arranged between the two media. In this way, a transition from one medium to the other medium takes place for the beams of the measuring beam path perpendicular to the boundary surfaces and thus without deflection due to refraction.
  • the measuring arrangement has a pinhole, through the opening of which all rays of the measuring beam path pass, and the front and back of the optical element are formed concentrically to the opening of the pinhole. At least sections of the front and rear of the optical element are preferably designed as spheres concentric to the opening of the pinhole diaphragm. All rays running through the pinhole have thus previously passed the front and the back at right angles. There is no refraction due to the transition from one medium to another.
  • the optical device comprises a converging lens, a diverging lens and a vacuum window arranged between the converging lens and the diverging lens.
  • the vacuum window is a planar vacuum window with two mutually parallel planar surfaces described in more detail above.
  • the vacuum window comprises a glass plate with two flat surfaces that are parallel to one another and are arranged perpendicularly to the measuring beam path.
  • the diverging lens is arranged, for example, in the measurement beam path in front of the vacuum window in such a way that all beams then hit the flat vacuum window perpendicularly and pass through it in parallel. After passing through the diverging lens, the measuring beams therefore have planar wave fronts perpendicular to an optical axis of the measuring beam path and are not refracted at the transitions from one medium to the vacuum window and from the vacuum window to the other medium.
  • the converging lens and the negative lens have inverse refractive powers to each other.
  • the refractive power of the converging lens and the diverging lens is therefore the same in absolute terms.
  • the transformation of the measuring beams by the diverging lens is reversed by the converging lens and vice versa. After passing through the negative lens and the positive lens, the rays have the same different directions of propagation as before passing through.
  • the converging lens and the diverging lens are used, for example, to first transform the measuring beams into a measuring beam path that runs parallel and perpendicular to the boundary surfaces of the media and, after passing through the transition area, a back-transformation to the previous propagation directions.
  • the converging lens is arranged in such a way that light passing parallel through the vacuum window is focused onto the opening of the pinhole diaphragm.
  • the converging lens is used to focus radiation that hits the converging lens through the opening of the pinhole diaphragm to infinity, ie to convert the relevant waves into a plane wave.
  • each measurement beam passes through the pinhole with the same direction of propagation as before the transformation and back transformation through the lenses. Conversely, everyone has After passing through the two lenses, the measuring beam propagates in the same direction as before when passing through the pinhole.
  • the measured property includes a position of the test object in space.
  • the measurement arrangement is configured to determine a position of the test object with respect to one or more translational degrees of freedom or rotational degrees of freedom.
  • the measuring arrangement for determining the position with respect to all six degrees of freedom of the test object is preferably designed as a rigid body.
  • the measuring device is configured to measure the position of an optical surface with respect to one, several or all degrees of freedom.
  • an embodiment of the measurement arrangement is configured to record a plurality of points on the test object simultaneously and to determine the position of the test object in space therefrom.
  • the points are recorded, for example, by imaging measuring marks arranged at the various points or sections of extended measuring marks onto an area sensor using a pinhole diaphragm based on the principle of a pinhole camera.
  • the position of the test object in three-dimensional space can be determined from the recorded positions of the points on the surface sensor, the position of the pinhole to the surface sensor and the distances between the measuring marks and their spatial extent.
  • the points on the test object can also be detected by simultaneously detecting measuring marks arranged at the various points or sections of extended measuring marks using a plurality of detectors such as cameras.
  • the measuring marks can be formed by LEDs, in particular blue LEDs.
  • a two-dimensional CCD array, a CMOS array or an APS array (active pixel sensor array) can be used as a surface sensor.
  • the aforementioned object can also be achieved, for example, with a reflectometer for measuring a reflection property of a test object, the reflectometer using one of the described measuring arrangements for determining the position of the test object in the reflectometer.
  • the reflectometer is designed, for example, to measure reflection properties of a test object for electromagnetic radiation at different wavelengths in a predetermined wavelength range and for this purpose comprises a radiation source for providing corresponding electromagnetic radiation, a monochromator for adjusting the wavelength of a measuring beam directed at the test object and a detector for detection of radiation reflected at the test object.
  • the test object can, for example, be a mirror for a microlithographic projection exposure system, in particular a projection exposure system for the extreme ultraviolet spectral range (EUV).
  • EUV radiation is to be understood as meaning electromagnetic radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.7 nm.
  • the reflectometer and the test object are arranged in a vacuum chamber, while a pinhole diaphragm and a surface detector of the measuring arrangement for measuring the positioning of the test object are located outside the vacuum chamber.
  • measurement marks in the form of blue LEDs can be arranged on the test object.
  • FIG. 1 shows a comparative example of a measuring arrangement for a photometric determination of the position of a test object with a measuring beam path and a transition region between two media through which the measuring beam path passes, in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a measuring arrangement according to the invention for photometric position determination of a test object with an optical element with spherical surfaces arranged between two media of different refractive indices in a schematic illustration
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a measuring arrangement according to the invention for photometric position determination of a test object with a
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a reflectometer according to the invention for measuring a reflection property of a test object with a measuring arrangement for photometric position determination of the test object in a schematic illustration.
  • FIGS. 1 to 3 the x-direction runs to the right, the y-direction upwards and the z-direction perpendicular to the plane of the drawing and out of this.
  • Fig. 1 schematically shows a comparative example of a measuring arrangement 10 for a photometric determination of the position of a test object 12.
  • the measuring arrangement 10 works according to the principle of a pinhole camera and contains a pinhole diaphragm 14 and a surface detector 16 for this purpose.
  • the surface detector 16 is, for example, a two-dimensional CCD array or CMOS -Array trained.
  • Measuring marks 18 such as LEDs or reflectors are arranged on the test object 12 .
  • the measuring marks 18 are imaged onto the surface detector 16 through the aperture plate 14 .
  • a straight line is clearly defined on which the measuring mark 18 is located in space.
  • This straight line corresponds to a measuring beam 20 which emanates from the measuring mark 18 and passes through the aperture plate 14 .
  • the exact position of a light mark 18 in space can be determined by evaluating a plurality of imaged measurement marks 18 with a known distance on the test object 12 or spatially expanded Determine measurement marks.
  • the test object 12 is arranged within a vacuum chamber 22, which is only partially shown in Fig. 1, and is in a high vacuum with a pressure of less than 10 3 mbar as the first medium 24.
  • the pinhole 14 and the area detector 16 are positioned outside of the vacuum chamber 22 and are surrounded by atmospheric air as the second medium 26 .
  • the measuring arrangement 10 comprises a vacuum window 32 in a transition area 30 between the two media (24, 26).
  • the vacuum window 32 is designed as a flat glass plate.
  • the media 24 and 26 have different refractive indices, light refraction occurs at the vacuum window 32, ie in the transition region.
  • measuring beams 28 with an angle of incidence of less than 90° are refracted at the vacuum window 32 during the transition from vacuum to air.
  • the measurement beams 28 change their direction of propagation and impinge on the area detector 16 at a different location. This circumstance leads to changed position values for the measuring marks 18.
  • a calibration of the measuring arrangement 10 with measuring marks at known spatial positions must therefore be carried out in a very laborious manner with a high vacuum in the vacuum chamber 22.
  • the refractive index of air depends, among other things, on air pressure and humidity.
  • FIG. 2 a first exemplary embodiment according to the invention of a measuring arrangement 40 for a photometric determination of the position of a test object 12 is shown schematically.
  • the test object 12 is, for example, a mirror for EUV microlithography with wavelengths of less than 100 nm, in particular with a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.7 nm. EUV radiation is generally used to avoid absorption losses in a vacuum.
  • the test object 12 is arranged in a vacuum chamber 22 in which a high vacuum with a pressure of less than 10 ⁇ 3 mbar is present as the first medium 24 .
  • the measuring arrangement 40 includes a pinhole diaphragm 14 and a surface detector 16 and works on the principle of a pinhole camera.
  • the pinhole 14 and the surface detector 16 are arranged outside of the vacuum chamber 22 and are thus in the ambient air as the second medium 26.
  • a surface detector 16 for example, a CCD array or a CMOS or APS array is used.
  • Measurement marks 18 which emit measurement beams 28 are arranged on the test object 12 . In this exemplary embodiment, blue LEDs are used as measuring marks 18 . However, other types of light sources or reflectors can also be used.
  • An evaluation device not shown in Fig. 2, determines the positions of the measurement marks 18 in space and thus the position of the test object 12 with respect to some or all degrees of freedom of a rigid body. Alternatively or additionally, spatially extended measuring marks or several pinholes with area detectors (pinhole cameras) can also be used to determine the position.
  • the measuring arrangement 40 also includes an optical device or an optical element in the form of a vacuum window 42 in a transition region 30 between vacuum as the first medium 24 and air as the second medium 26.
  • the vacuum window 42 has curved surfaces.
  • a front 44 and a back 46 of the vacuum window 42 are each spherically shaped in a portion.
  • the spherical front 44 and back 46 are each shaped and arranged such that the centers of the two spherical sections coincide with the center of the opening of the pinhole 14 .
  • the spherical front 44 and the spherical back 46 of the vacuum window 42 are thus arranged concentrically to the center of the pinhole 14 and the distance between the spheres is equidistant at all locations. This fact is illustrated by the dashed circles 48 .
  • the vacuum window 42 with spherical surfaces represents a spherical-concave-convex optical element in the transition area 30 between the two media 26, 28.
  • All measuring beams 28, which come from the test object 12 through the pinhole 14, pass through the vacuum window 42 at a right angle 50 to the spherical front 44 and the spherical back 46 which are locally parallel to each other.
  • the measurement beams 28 are therefore not refracted during a transition from the first medium 24 to the second medium 26 .
  • This means that there is no refraction of light in the transition area 30 or any refraction of light that occurs is at least minimized, in particular prevented.
  • the wave front of a spherical wave emanating from the opening of the pinhole diaphragm 14 is not changed by the spherical vacuum window 42, in contrast to the wave front of a plane wave .
  • the measured positions of the measuring marks 18 imaged on the area detector 16 are independent of the difference in the refractive indices of the media 24, 26 .
  • the pressure difference between Air side and vacuum side and thus also pressure and humidity fluctuations in the ambient air have no influence on the measurement result.
  • the measurement arrangement 40 can be calibrated before the vacuum chamber 22 is evacuated. The calibration is later also valid when the vacuum is established.
  • Fig. 3 schematically shows a second exemplary embodiment of a measuring arrangement 40 according to the invention for photometric position determination of a test object 12.
  • the measuring arrangement 40 largely corresponds to the measuring arrangement according to FIG 52 having a converging lens 54, a vacuum planar window 32 and a converging lens 56.
  • Converging lens 54 is configured and arranged such that its focus coincides with the center of pinhole 14. Beams emanating divergently from the opening of the pinhole diaphragm 14 are transformed by the converging lens 54 into parallel beams with a plane wave front. The opening of the pinhole 14 is imaged by the converging lens 54 at infinity.
  • the negative lens 56 is configured to have an inverse refractive power to the positive lens 54 .
  • the diverging lens 56 is arranged in the vacuum in such a way that the parallel beam path is transformed back into a divergent beam path.
  • the converging lens 54 has a front side 54v and a rear side 54r, which are each designed as curved optical surfaces, in particular in the form of spherical surfaces.
  • the negative lens 56 has a front side 56v and a rear side 56r, which are each designed as curved optical surfaces, in particular in the form of spherical surfaces.
  • the optical device 52 with the described inverse Fourier optics causes the measuring beams 28 coming from the measuring marks 18 first to a Beams of rays with a parallel beam path 58 are transformed. This bundle of rays strikes the planar vacuum window 32 at a right angle 50 and passes through it without refraction. A transition from the first medium 24 to the second medium 26 thus takes place without a change in direction of the parallel measuring beams 58 . The measuring beams are then transformed back to the original propagation directions by means of the converging lens 54 .
  • the measuring arrangements 40 according to FIG. 2 or FIG. 3 can also be used at transitions between other media with different refractive indices, such as air and water.
  • a reflectometer 60 for measuring a reflection property of a test object 12 is shown schematically.
  • the reflectometer 60 is configured to detect a degree of reflection at a large number of wavelengths in the EUV spectral range, for example in the wavelength range from approximately 6 nm to approximately 18 nm of EUV radiation.
  • the test object 12 is e.g. a mirror for a projection exposure system for EUV microlithography.
  • the reflectometer 60 contains a radiation source 62 for electromagnetic radiation in the EUV spectral range, a monochromator 64 for setting or for selecting the wavelength of an EUV measuring beam 66 directed at the test object 12, a detector 68 for detecting an intensity of a beam reflected by the test object 12 70 and a reference detector 72 for detecting an intensity of the EUV measuring beam 66 directed onto the test object 12.
  • the reflectometer 60 comprises an object holder 74 for adjusting the angle of incidence and the site of incidence of the EUV measuring beam 66 on the test object 12 and a measuring arrangement 40 for determining the exact position of the test object 12.
  • the measuring arrangement 40 corresponds to the measuring arrangement according to FIG a pinhole diaphragm 14 and a surface detector 16 of the measuring arrangement 40 , the reflectometer 60 is arranged in a vacuum chamber 22 .
  • the entire EUV beam path from the radiation source 62 to the detector 68 thus runs within a vacuum of, for example, approximately 2 ⁇ 10 6 mbar.
  • Radiation source 62 includes a pulsed laser 76, such as a Nd:YAG laser, whose laser beam 78 is focused onto a gold target 80 or other suitable material.
  • the laser beam 78 generates a plasma on the surface of the gold target 80, which plasma emits a quasi-continuous spectrum of electromagnetic radiation in the EUV range.
  • the plasma thus represents a source or emission spot for EUV radiation.
  • Such a plasma beam source is also referred to as a laser pulse plasma (LPP) source.
  • LPP laser pulse plasma
  • the monochromator 64 also includes a concave, circular-cylindrical reflection grating 84, a front EUV mirror 86 arranged in the beam path in front of the reflection grating 84 , an exit slit 88 arranged in the beam path after the reflection grating 84 and a rear EUV mirror 42 arranged in the beam path behind the exit slit 88.
  • the reflection grating 84 has a grating support with a concave circular-cylindrical surface. The surface thus runs flat in one direction and in the form of an arc of a circle in a direction essentially orthogonal thereto. Grid lines are provided on the truss with a constant line density, for example 1600 lines per mm. When a light beam is diffracted, focusing occurs along a focal line that is parallel to the planar direction or to the z-axis.
  • Both the front EUV mirror 86 and the rear EUV mirror 90 are designed as concave plano-elliptical mirrors with a coating suitable for reflecting EUV radiation.
  • As plane-elliptical mirrors mirrors denoted by a reflecting surface which is planar in one direction and in the form of an ellipsoid in a direction substantially perpendicular thereto.
  • Both EUV mirrors 86, 90 each focus the EUV measuring beam 66 in a focal line which is parallel to the planar direction of the reflecting surface. The EUV measuring beam 66 is thus focused by the EUV mirrors 86, 90 only in planes perpendicular to the respective focal line.
  • the planar direction of the front EUV mirror 86 is parallel to the xy plane, while the planar direction of the reflection grating 84 and the rear EUV mirror 90 are parallel to the z-axis.
  • the EUV measuring beam 66 After passing through the entrance aperture 82, the EUV measuring beam 66 hits the front EUV mirror 86.
  • This EUV mirror 86 directs the EUV measuring beam 66 onto the reflection grating 84 and is configured in such a way that the emission spot of the radiation source 62 is in relation to a first plane of the EUV measuring beam 66 is imaged onto the test object 12 parallel to the x-z plane. In this case, the emission spot is preferably enlarged.
  • the front EUV mirror 86 has a length of more than 300 mm, e.g. of approximately 600 mm.
  • the entrance aperture 82 is designed according to the size of the front EUV mirror 86 and, in addition to stray radiation, also prevents contamination of components of the reflectometer 60 by the plasma radiation source 62.
  • the reflection grating 84 and the rear EUV mirror 90 are configured and arranged in such a way that the emission spot of the radiation source 62 is imaged on the test object 12 parallel to the xy plane with respect to a second plane of the EUV measuring beam 66 .
  • the reflection grating 84 and the rear EUV mirror 90 are preferably configured in such a way that the emission spot is imaged onto the test object 12 with the same magnification as in the first plane with respect to the second plane. In total, the emission spot is enlarged to scale in this way.
  • the reflection grating 84 diffracts the EUV measuring beam 66 depending on the wavelength in such a way that an intermediate focus with respect to the second plane lies in the beam path in front of the rear EUV mirror 90 .
  • the exit slit 88 is arranged at this intermediate focus.
  • the exit slit 88 only allows a very small wavelength range of the EUV measuring beam 66 to pass.
  • the slit width of the exit slit 88 is adjustable and defines the measurement spot size on the test object 12 and the spectral resolution. With a small slit width, a small measuring spot and a high spectral resolution are generated. A larger gap width results in a larger measurement spot and thus a greater intensity of the EUV measurement beam 66 on the test object 12 at the expense of the spectral resolution.
  • the radiation 70 reflected by the test object 12 is detected by the detector 68 .
  • the detector 68 is designed, for example, as a silicon or germanium photodiode.
  • a portion of the EUV measurement beam 66 is directed onto the reference detector 72 by a beam splitter 92 provided in the beam path in front of the test object 12 .
  • the reference detector 72 is preferably of the same design as the detector 68.
  • the object holder 74 enables the test object 12 to be translated and rotated with respect to all three spatial directions in order to set the point of incidence and the angle of incidence of the EUV measuring beam 66 .
  • the position of the test object 12 with respect to the reflectometer 60 is determined with the aid of the measuring arrangement 40 for all six degrees of freedom, ie translation along or rotation around the three spatial axes.
  • several measuring marks 18 are arranged on the test object 12 .
  • the measuring marks emit measuring beams 28 which first emerge from the vacuum chamber 22 through a spherical vacuum window 42 and then pass through the opening of the aperture plate 14 .
  • the position of the pinhole 14 and the known distances between the measurement marks 18 on the test object 12 can determine its position. With the arrangement of the spherical surfaces of the vacuum window 42 concentrically to the center of the pinhole 14, a refraction of the measuring beams 28 and thus measuring errors are avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (40) zur optischen Vermessung einer Eigenschaft eines Testobjekts (12) mit einem Messstrahlengang (28) sowie einem vom Messstrahlengang durchlaufenen Übergangsbereich (30) zwischen zwei Medien (24, 26) mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Im Übergangsbereich (30) ist zumindest eine optische Einrichtung (42, 54, 56) angeordnet, welche dazu konfiguriert ist, eine Lichtbrechung im Übergangsbereich zu minimieren. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Reflektometer (60) zur Messung einer Reflexionseigenschaft eines Testobjekts (12) mit einer Messanordnung (40) zur Bestimmung der Position des Testobjekts (12) im Reflektometer (60).

Description

Messanordnung zur optischen Vermessung eines Testobjekts
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patent anmeldung 10 2021 206 514.7 vom 24. Juni 2021. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur optischen Vermessung einer Eigenschaft eines Testobjekts mit einem Messstrahlengang sowie einem vom Messstrahlengang durchlaufenen Übergangsbereich zwischen zwei Medien unter schiedlicher Brechungsindizes.
Beispielweise umfasst die Messanordnung einen Übergangsbereich zwischen zwei gasförmigen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wie etwa Luft bei atmosphärischem Druck einerseits und Luft mit reduziertem oder erhöhtem Druck andererseits. Beim Übergang eines Messstrahls von einem Medium ins andere erfolgt eine Brechung des Messstrahls. Die Ausbreitungsrichtung ändert sich in Abhängigkeit vom Unterschied der Brechungsindizes. Dieses kann gegenüber Messungen in nur einem Medium zu Messfehlern führen.
Zur Vermeidung dieser Messfehler ist bei einer Messung üblicherweise eine Berücksichtigung der Brechungsindizes und der dadurch induzierten Änderung der Ausbreitungsrichtung notwendig. Da zum Beispiel bei Messanordnungen zur hochpräzisen optischen Positionsmessung eines Testobjekts bereits wetterbedingte Druckschwankungen der Atmosphäre zu signifikanten Messfehlern durch die veränderte Brechung am Übergang zwischen den beiden Medien führen können, ist bei bekannten Messanordnungen eine zeit- und ressourcen aufwendige Erfassung und Berücksichtigung des Luftdrucks und anderer, die Messung beeinflussender Parameter notwendig. Dazu müssen weitere Messungen oder Kalibrierungen durchgeführt werden.
Weiterhin ist die Winkelablenkung durch Brechung nicht linear zum Einfallswinkel des Messstrahls beim Übergang zwischen den Medien. Mit zunehmend flacherem Einfallswinkel nimmt auch die Winkelablenkung durch Brechung zu. Diese Umstände erschweren eine Berücksichtigung der Brechung bei einer Fehler berechnung und führen zu umständlichen und zeitaufwendigen Korrekturen der Messwerte.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messanordnung bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere Messfehler durch unterschiedliche Brechungsindizes schnell und unkompliziert reduziert werden.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messanordnung zur optischen Vermessung einer Eigenschaft eines Testobjekts, wobei die Messanordnung einen Messstrahlengang sowie einen vom Messstrahlengang durchlaufenen Übergangsbereich zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfasst. Weiterhin ist im Übergangsbereich eine optische Einrichtung angeordnet, welche dazu konfiguriert ist, eine Lichtbrechung im Übergangsbereich zu minimieren.
Unter einer Lichtbrechung ist dabei zu verstehen, dass sich die Ausbreitungsrichtung einer eingestrahlten Welle verändert. Die optische Einrichtung ist dazu konfiguriert, Lichtbrechung im Übergangsbereich zu minimieren, insbesondere Lichtbrechung im Wesentlichen zu verhindern, bevorzugt ganz zu verhindern. Durch die Minimierung der Lichtbrechung wird für die Messung eine wesentliche Fehlerquelle eliminiert bzw. zumindest reduziert. Bei dieser Fehlerquelle handelt es sich um Variationen in einem durch Lichtbrechung bewirkten Brechungswinkel, welche durch Druckschwankungen in der Atmosphäre erzeugt werden können.
Das Testobjekt kann beispielsweise ein optisches Element, insbesondere ein optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie sein. Die zu messende Eigenschaft ist zum Beispiel eine mechanische, physikalische oder optische Eigenschaft des Testobjekts an sich oder relativ zu einem Bezugssystem. Vorzugsweise ist eines der Medien oder sind beide Medien gasförmig oder flüssig und das Testobjekt befindet sich in einem der Medien.
Gemäß einer Ausführungsform ist zur Minimierung der Lichtbrechung im Übergangsbereich die optische Einrichtung dazu ausgebildet, eine Wellenfront einer auf die optische Einrichtung eingestrahlten ebenen Welle zu verändern. Dabei wird insbesondere die Minimierung der Lichtbrechung im Übergangs bereich durch die derartige Ausbildung der optischen Einrichtung, dass eine Wellenfront einer auf das optische Element eingestrahlten ebenen Welle verändert wird, bewirkt. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausführungsform eine Messanordnung zur optischen Vermessung einer Eigenschaft eines Testobjekts bereitgestellt, welche einen Messstrahlengang sowie einen vom Messstrahlengang durchlaufenen Übergangsbereich zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfasst, wobei im Übergangsbereich eine optische Einrichtung angeordnet ist, welche dazu konfiguriert ist, eine Wellenfront einer auf das optische Element eingestrahlten ebenen Welle zu verändern.
Die genannte ebene Welle ist eine fiktive Welle, d.h. sie muss nicht bei Betrieb der Messanordnung zum Einsatz kommen. Die ebene Welle dient lediglich zur Definition der besagten Eigenschaft des optischen Elements, eine Wellenfrontänderung an der darauf eingestrahlten ebenen Welle zu erzeugen. Das optische Element ist somit dazu konfiguriert, durch Interaktion mit der fiktiven ebenen Welle die ursprünglich ebene Wellenfront abzuändern. Insbesondere erfolgt eine Wellenänderung von größer als 500 nm, insbesondere größer als 1 mhi oder größer als 5 mhi über eine Fläche der Wellenfront mit einem Durchmesser von höchstens 30 mm.
Mit anderen Worten weicht die Wellenfront der eingestrahlten ebenen Welle nach Interaktion mit dem optischen Element an mindestens einem Punkt eines Flächenbereichs der Wellenfront, insbesondere eines kreisförmigen Flächenbereichs mit einem Durchmesser von höchstens 30 mm, um mehr als 500 nm, mehr als 1 mhh oder mehr als 5 mih ab. Gemäß einer alternativen Definition ist die Wellenfrontänderung über die Fläche mit dem Durchmesser von höchstens 30 mm größer als die Wellenlänge l der Messstrahlung, insbesondere größer als das Zweifache oder das Zehnfache der Wellenlänge l der Messstrahlung.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird die Minimierung der Lichtbrechung im Übergangsbereich dadurch bewirkt, dass eine effektive Lichtbrechung der Messstrahlung beim Durchtritt durch den Übergangsbereich gegenüber einem durch lediglich eine ebene Glasplatte gebildeten Übergangsbereich verringert oder verhindert wird. Insbesondere wird die effektive Lichtbrechung um mindestens 50% oder um mindestens 90%, insbesondere um 100% verringert. Das heißt, die beim Durchtritt durch den Übergangsbereich auftretende Winkelabweichung beträgt höchstens 50% bzw. 10%, insbesondere 0%, der Winkelabweichung, die insbesondere beim Durchtritt der Messstrahlung durch eine ebene Glasplatte auftritt.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die optische Einrichtung ein optisches Element, welches zumindest eine gekrümmte optische Fläche aufweist. Die genannte Eigenschaft des optischen Elements, eine Wellenfront einer auf das optische Element eingestrahlten ebenen Welle zu verändern, wird in dieser Ausführungsform zumindest teilweise dadurch bewirkt, dass das optische Element zumindest eine gekrümmte optische Fläche aufweist. Unter einer optischen Fläche ist eine Fläche des optischen Elements zu verstehen, an der ein Übergang zwischen Medien unterschiedlicher Brechungsindizes vorliegt, wobei es sich bei den Medien nicht um die zuvor genannten Medien des Übergangsbereichs handeln muss. Eine solche optische Fläche kann eine Oberfläche einer Linse oder eines Spiegels oder auch eine Kontaktfläche von aneinander angrenzenden Linsenelementen unterschiedlichen Materials sein. Unter einer gekrümmten optischen Fläche ist insbesondere eine optische Fläche zu verstehen, die über einen Flächenbereich mit einem Durchmesser von höchstens 30 mm um mehr als 500 nm, insbesondere mehr als 1 pm oder mehr als 5 pm abweicht.
Alternativ oder zusätzlich zur gekrümmten optischen Fläche umfasst das optische Element bei anderen Ausführungsformen nach der Erfindung eine Beugungslinse, eine Fresnel-Linse oder ein CGH (computergeneriertes Hologramm) für eine Veränderung der Wellenfront einer auf das optische Element eingestrahlten ebenen Welle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die gekrümmte optische Fläche eine sphärische Form auf. Insbesondere kann die gekrümmte optische Fläche derart sphärisch geformt und angeordnet sein, dass der Mittelpunkt der zugehörigen Kugel auf der optischen Achse des Messstrahlen gangs oder einem Mittelpunkt oder Fokus eines weiteren optischen Elements der Messanordnung liegt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messanordnung ist die optische Einrichtung dazu ausgebildet, für im Messstrahlengang verlaufende Strahlen mit sich um mindestens 10° voneinander unterscheidenden Ausbreitungsrichtungen jeweils eine beim Durchgang durch den Übergangsbereich auftretende Strahlablenkung zu verhindern oderauf einen Maximalwert zu begrenzen, welcher gegenüber einer Strahlenablenkung bei einer Konfiguration des Übergangsbereichs mit einer ebenen Glasplatte zwischen den zwei Medien um mindestens die Hälfte kleiner ist. „Um mindestens 10° voneinander unterscheidende Ausbreitungsrichtungen“ bedeutet, dass eine erste Ausbreitungsrichtung eines ersten Strahls und eine Ausbreitungsrichtung eines zweiten Strahls einen Winkel von mindestens 10° zueinander bilden.
Mit anderen Worten ist die optische Einrichtung derart ausgebildet, dass für zumindest zwei Lichtstrahlen im Messstrahlengang, welche vor dem Auftreffen auf den Übergangsbereich sich um mindestens 10° unterscheidende Aus breitungsrichtungen aufweisen, folgendes gilt: Jeder dieser mindestens zwei Lichtstrahlen erfährt beim Durchtritt durch den Übergangsbereich entweder keine Ablenkung oder er erfährt eine Ablenkung, wobei die Ablenkung auf einen Maximalwert begrenzt ist. Dieser Maximalwert ist gegenüber einer Konfiguration des Übergangsbereichs mit einer ebenen Glasplatte um mindestens die Hälfte verringert.
Unter der Verringerung der Strahlablenkung beim Durchtritt durch den Übergangsbereich ist zu verstehen, dass eine Abweichung der Strahlrichtung beim Austritt aus dem Übergangsbereich von der Strahlrichtung bei Eintritt in den Übergangsbereich kleiner als eine Abweichung ist, welche ohne dem optischen Element bzw. bei Anordnung eines anders ausgebildeten optischen Elements vorliegen würde.
Unter einer ebenen Glasplatte ist eine Glasplatte mit zwei zueinander parallelen ebenen Oberflächen zu verstehen. Unter einer ebenen Oberfläche ist insbesondere eine Oberfläche zu verstehen, die in einem Flächenbereich mit einem Durchmesser von mindestens 30 mm weniger als 5 miti, insbesondere weniger als 1 pm oder weniger als 500 nm von einer idealen ebenen Fläche abweicht. Analog dazu sind unter parallelen Oberflächen solche Oberflächen zu verstehen, die in einem Flächenbereich mit einem Durchmesser von mindestens 30 mm eine Abweichung von weniger als 5 pm, insbesondere weniger als 1 pm oder weniger als 500 nm von ideal parallelen Flächen aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung werden die beiden Medien durch Gas unterschiedlichen Drucks gebildet und umfasst die Messanordnung eine Druckkammer. Insbesondere ist nach einer Ausführungsform das Testobjekt innerhalb der Druckkammer angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können die Medien aus chemisch unterschiedlichen Gasen oder Gasgemischen bestehen. Eine Anordnung des Testobjekts innerhalb der Druckkammer erfolgt beispielsweise zum Schutz des Testobjekts oder einer Einrichtung mit dem Testobjekt vor unerwünschten atmosphärischen Einflüssen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist eines der Medien Vakuum mit einem Druck von weniger als 103 mbar. Insbesondere kann eines der Medien ein Ultrahochvakuum mit einem Druck von weniger als 108 mbar darstellen. Da reales Vakuum immer noch ein Gas mit entsprechend niedrigem Druck ist, wird in diesem Text Vakuum auch als Medium bezeichnet. In einem Hochvakuum mit einem Druck von weniger als 103 mbar findet üblicherweise keine Wärmeleitung oder Konvektion mehr statt. Weiterhin ist die Streuung von elektromagnetischer Strahlung an Gasteilchen erheblich reduziert und Objekte im Vakuum sind vor schädlichen Einflüssen der Umgebungsluft, wie beispielweise Feuchtigkeit oder Oxidation geschützt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messanordnung ist das optische Element als Vakuumfenster ausgebildet. Ein Vakuumfester ist ein druckfestes Fenster im Gehäuse einer Vakuumkammer, welches Licht von innen nach außen oder umgekehrt passieren lässt. Beispielsweise umfasst das Vakuumfenster im sichtbaren Spektralbereich durchlässiges Glas, Infrarot- durchlässiges Material oder Ultraviolett-durchlässiges Material. Das Vakuum fenster ist somit im Übergangsbereich zwischen Vakuum und Umgebungsluft als Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes angeordnet oder stellt den Übergangsbereich dar.
Bei einerweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das optische Element eine Vorderseite und eine Rückseite auf, deren Abstand zueinander zumindest abschnittsweise äquidistant ist. Zum Beispiel ist das optische Element als Vakuumfenster mit einer Innenseite und einer Außenseite ausgebildet, deren Abstand zumindest abschnittsweise äquidistant ist. Unter äquidistanten Flächen ist insbesondere zu verstehen, dass der Abstand der Flächen über einen Flächenbereich mit einem Durchmesser von mindestens 30 mm bzw. in einem Abschnitt, welcher mindestens 50% der vom Messstrahlengang durchlaufenen Fläche des optischen Elements umfasst, um weniger als 5 pm, insbesondere weniger als 1 pm oder weniger als 500 nm abweicht.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist das optische Element derart konfiguriert, dass die Strahlen des Messstrahlengangs mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen jeweils im gleichen Winkel die Vorderseite und die Rückseite des optischen Elements durchlaufen. Vorzugsweise ist das optische Element derart ausgebildet, dass die Vorderseite und die Rückseite von den Strahlen jeweils im rechten Winkel zur Oberfläche durchlaufen werden und das optische Element zwischen den beiden Medien angeordnet ist. Auf diese Weise findet ein Übergang von einem Medium zum anderen Medium für die Strahlen des Messstrahlengangs senkrecht zu den Grenzflächen und somit ohne eine Ablenkung durch Brechung statt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Messan ordnung eine Lochblende auf, durch deren Öffnung sämtliche Strahlen des Messstrahlengangs verlaufen und sind die Vorderseite und die Rückseite des optischen Elements konzentrisch zur Öffnung der Lochblende geformt. Vorzugsweise sind zumindest Abschnitte der Vorderseite und Rückseite des optischen Elements als zur Öffnung der Lochblende konzentrische Sphären ausgebildet. Alle durch die Lochblende laufenden Strahlen haben somit zuvor die Vorderseite und die Rückseite im rechten Winkel passiert. Dabei tritt keine Brechung durch den Übergang vom einen Medium zu anderen Medium auf.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die optische Einrichtung eine Sammellinse, eine Zerstreuungslinse sowie ein zwischen der Sammellinse und der Zerstreuungslinse angeordnetes Vakuumfenster . Insbesondere ist das Vakuumfenster ein planes Vakuumfenster mit zwei zueinander parallelen, weiter oben näher beschriebenen ebenen Oberflächen. Beispielweise umfasst das Vakuumfenster eine Glasplatte mit zwei zueinander parallelen ebenen Oberflächen, welche senkrecht zum Messstrahlengang angeordnet sind. Die Zerstreuungslinse ist z.B. derart im Messstrahlengang vor dem Vakuumfenster angeordnet, dass alle Strahlen anschließend senkrecht auf das plane Vakuumfenster auftreffen und dieses parallel durchlaufen. Die Messstrahlen weisen also nach Durchlaufen der Zerstreuungslinse ebene Wellenfronten senkrecht zu einer optischen Achse des Messstrahlengangs auf und werden bei den Übergängen von dem einen Medium ins Vakuumfenster und von dem Vakuumfenster ins andere Medium nicht gebrochen.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform nach der Erfindung weisen die Sammellinse und die Zerstreuungslinse zueinander inverse Brechkraft auf. Die Brechkraft von Sammellinse und Zerstreuungslinse ist also betragsmäßig gleich. Die Transformation der Messstrahlen durch die Zerstreuungslinse wird durch die Sammellinse wieder rückgängig gemacht und umgekehrt. Nach Durchlaufen der Zerstreuungslinse und der Sammellinse weisen die Strahlen die gleichen unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen wie vor dem Durchlaufen auf. Es erfolgt mit der Sammellinse und der Zerstreuungslinse z.B. zunächst eine Trans formation der Messstrahlen zu einem parallel und senkrecht zu den Grenzflächen der Medien verlaufenden Messstrahlengangs und nach Durchlaufen des Übergangsbereichs eine Rücktransformation zu den vorherigen Ausbreitungs richtungen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sammellinse derart angeordnet, dass parallel durch das Vakuumfenster tretendes Licht auf die Öffnung der Lochblende fokussiert wird. In umgekehrter Strahlrichtung dient die Sammellinse dazu, Strahlung, die durch die Öffnung der Lochblende auf die Sammellinse trifft, ins Unendliche zu fokussieren, d.h. die betreffenden Wellen in eine ebene Welle umzuwandeln. Zusammen mit der Zerstreuungslinse durchläuft jeder Messstrahl die Lochblende mit derselben Ausbreitungsrichtung wie vor der Transformation und Rücktransformation durch die Linsen. Umgekehrt hat jeder Messstrahl nach Durchlaufen der beiden Linsen die gleiche Ausbreitungsrichtung wie zuvor beim Durchtreten der Lochblende.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die vermessene Eigenschaft eine Position des Testobjekts im Raum. Beispielsweise ist die Messanordnung zum Bestimmen einer Position des Testobjekts bezüglich eines oder mehrerer Translationsfreiheitsgrade oder Rotationsfreiheitsgrade konfiguriert. Vorzugsweise ist die Messanordnung zum Bestimmen der Position bezüglich aller sechs Freiheitsgrade des Testobjekts als starrer Körper ausgebildet. Alternativ ist die Messvorrichtung zum Messen der Position einer optischen Oberfläche bezüglich einer, mehrerer oder aller Freiheitsgrade konfiguriert.
Weiterhin ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Messanordnung dazu konfiguriert, mehrere Punkte am Testobjekt gleichzeitig zu erfassen und daraus die Position des Testobjekts im Raum zu ermitteln. Die Erfassung der Punkte erfolgt etwa durch Abbildung von an den verschiedenen Punkten angeordneten Messmarken oder von Abschnitten ausgedehnter Messmarken auf einen Flächensensor mittels einer Lochblende nach dem Prinzip einer Lochkamera. Aus den erfassten Positionen der Punkte auf dem Flächensensor, der Position der Lochblende zum Flächensensor und der Abstände der Messmarken zueinander bzw. deren räumliche Ausdehnung lässt sich die Position des Testobjekts im dreidimensionalen Raum ermitteln. Alternativ kann die Erfassung der Punkte am Testobjekt auch durch gleichzeitige Erfassung von an den verschiedenen Punkten angeordneten Messmarken oder von Abschnitten ausgedehnter Messmarken mittels mehrerer Detektoren wie zum Beispiel Kameras erfolgen. Die Messmarken können durch LEDs, insbesondere blaue LEDs, gebildet werden. Als Flächensensor kann beispielsweise ein zweidimensionales CCD-Array, ein CMOS-Array oder ein APS-Array (aktiver Pixelsensor-Array) eingesetzt werden.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Reflektometer zur Messung einer Reflexionseigenschaft eines Testobjekts, wobei das Reflektometer eine der beschriebenen Messanordnungen zur Bestimmung der Position des Testobjekts im Reflektometer umfasst. Das Reflektometer ist zum Beispiel zur Messung von Reflexionseigenschaften eines Testobjekts für elektromagnetische Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich ausgebildet und umfasst hierfür eine Strahlenquelle zur Bereitstellung entsprechender elektromagnetischer Strahlung, einen Monochromator zum Einstellen der Wellenlänge eines auf das Testobjekt gerichteten Messstrahls und einen Detektor zum Erfassen von an dem Testobjekt reflektierter Strahlung. Das Testobjekt kann beispielsweise ein Spiegel für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für den extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV), sein. Unter EUV-Strahlung ist im Rahmen dieser Anmeldung elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm zu verstehen.
Weiterhin ist nach einer Ausführungsform das Reflektometer sowie das Testobjekt, z.B. ein EUV-Spiegel, in einer Vakuumkammer angeordnet, während sich eine Lochblende und ein Flächendetektor der Messanordnung zum Vermessen der Positionierung des Testobjekts außerhalb der Vakuumkammer befinden. Auf dem Testobjekt können beispielsweise Messmarken in Gestalt blauer LEDs angeordnet sein.
Die vorstehend aufgeführten und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 ein Vergleichsbeispiel einer Messanordnung für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts mit einem Messstrahlengang und einem vom Messstrahlengang durchlaufenen Übergangsbereich zwischen zwei Medien in einer schematischen Veranschaulichung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts mit einem zwischen zwei Medien unterschiedlicher Brechungsindizes angeordneten op tischen Element mit sphärischen Oberflächen in einer schematischen Veranschaulichung,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts mit einer
Sammellinse und einer Zerstreuungslinse in einer schematischen Veranschaulichung, sowie
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektometers zur Messung einer Reflexionseigenschaft eines Testobjekts mit einer Messanordnung für eine photometrische Positionsbestimmung des Testobjekts in einer schema tischen Veranschaulichung. Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung kann in den Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben sein, aus dem sich die jeweilige Lage beziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In den Figuren 1 bis 3 verläuft die x-Richtung nach rechts, die y-Richtung nach oben und z- Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Vergleichsbeispiel einer Messanordnung 10 für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts 12. Die Messanordnung 10 arbeitet nach dem Prinzip einer Lochkamera und enthält hierfür eine Lochblende 14 und einen Flächendetektor 16. Der Flächendetektor 16 ist beispielsweise als zweidimensionales CCD-Array oder CMOS-Array ausgebildet. An dem Testobjekt 12 sind Messmarken 18 wie z.B. LEDs oder Reflektoren angeordnet. Die Messmarken 18 werden durch die Lochblende 14 auf den Flächendetektor 16 abgebildet.
Mittels der Position einer abgebildeten Messmarke 18 auf dem Flächendetektor 16 und der Position der Öffnung der Lochblende 14 wird eindeutig eine Gerade festgelegt, auf der sich die Messmarke 18 im Raum befindet. Diese Gerade entspricht einem Messstrahl 20, welcher von der Messmarke 18 ausgeht und durch die Lochblende 14 tritt. Die genaue Position einer Lichtmarke 18 im Raum lässt sich durch die Auswertung mehrere abgebildeter Messmarken 18 mit bekanntem Abstand auf dem Testobjekt 12 oder räumlich ausgedehnter Messmarken bestimmen. Alternativ ist auch eine Verwendung von mehreren Lochblenden und Flächendetektoren, also mehreren Lochkameras, für eine Triangulation der Messmarken 18 möglich.
Probleme ergeben sich bei einer solchen Messanordnung 10 dann, wenn das Testobjekt 12 und die Lochblende 14 mit dem Flächendetektor 16 in verschiedenen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes angeordnet sind. In dem Beispiel nach Fig. 1 ist das Testobjekt 12 innerhalb einer Vakuumkammer 22 angeordnet, welche in Fig. 1 nur teilweise dargestellt wird, und befindet sich in einem Hochvakuum mit einem Druck von weniger als 103 mbar als erstes Medium 24. Die Lochblende 14 und der Flächendetektor 16 sind außerhalb der Vakuumkammer 22 positioniert und von atmosphärischer Luft als zweitem Medium 26 umgeben. Damit Messstrahlen 28 von den Messmarken 18 im Vakuum aus der Vakuumkammer 22 austreten können, umfasst die Messanordnung 10 in einem Übergangsbereich 30 zwischen den beiden Medien (24, 26) ein Vakuumfenster 32. Das Vakuumfenster 32 ist als ebene Glasplatte ausgebildet.
Da die Medien 24 und 26 unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, tritt am Vakuumfenster 32, d.h. im Übergangsbereich, Lichtbrechung auf. Mit anderen Worten werden Messstrahlen 28 mit einem Einfallswinkel kleiner als 90° am Vakuumfenster 32 beim Übergang vom Vakuum zur Luft gebrochen. Die Messstrahlen 28 ändern ihre Ausbreitungsrichtung und treffen an einem anderen Ort auf dem Flächendetektor 16 auf. Dieser Umstand führt zu veränderten Positionswerten für die Messmarken 18. Eine Kalibrierung der Messanordnung 10 mit Messmarken an bekannten Raumpositionen muss daher sehr umständlich bei Hochvakuum in der Vakuumkammer 22 durchgeführt werden. Weiterhin hängt der Brechungsindex von Luft u.a. vom Luftdruck und von der Luftfeuchtigkeit ab. Bei hochgenauen Positionsmessungen führen z.B. wetterbedingte Druck- oder Feuchtigkeitsschwankungen zu Messfehlern, welche sich nur durch eine genaue Überwachung und Berücksichtigung dieser Werte reduzieren lassen. Ferner ist die Winkelablenkung durch Brechung nichtlinear abhängig vom Einfallswinkel der Messstrahlen 28. Dieses erschwert eine rechnerische Elimination von durch Brechung verursachten Messfehlern.
In Fig. 2 wird ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 40 für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts 12 schematisch dargestellt. Das Testobjekt 12 ist beispielsweise ein Spiegel für die EUV-Mikrolithographie mit Wellenlängen kleiner als 100 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm. Zur Vermeidung von Absorptionsverlusten erfolgt eine Verwendung von EUV- Strahlung in der Regel in einem Vakuum. Auch bei der Messanordnung 40 ist das Testobjekt 12 in einer Vakuumkammer 22 angeordnet, in der ein Hochvakuum mit einem Druck von weniger als 10-3 mbar als erstes Medium 24 vorliegt.
Die Messanordnung 40 umfasst eine Lochblende 14 und einen Flächendetektor 16 und arbeitet nach dem Prinzip einer Lochkamera. Die Lochblende 14 und der Flächendetektor 16 sind außerhalb der Vakuumkammer 22 angeordnet und befinden sich somit in der Umgebungsluft als zweitem Medium 26. Als Flächen detektor 16 wird beispielsweise ein CCD-Array oder ein CMOS- bzw. APS-Array eingesetzt. Am Testobjekt 12 sind Messmarken 18 angeordnet, welche Messstrahlen 28 ausstrahlen. Als Messmarken 18 werden in diesem Ausführungs beispiel blaue LEDs verwendet. Es können aber auch andersartige Lichtquellen oder Reflektoren eingesetzt werden. Eine in Fig. 2 nicht dargestellte Auswertungseinrichtung ermittelt aus den Positionen der abgebildeten Messmarken, der Position der Öffnung der Lochblende 14 und bekannter Abstände zwischen den Messmarken 18 auf dem Testobjekt 12 die Positionen der Messmarken 18 im Raum und somit die Position des Testobjekts 12 bezüglich einiger oder aller Freiheitsgrade eines starren Körpers. Alternativ oder zusätzlich können auch räumlich ausgedehnte Messmarken oder mehrere Lochblenden mit Flächendetektoren (Lochkameras) zur Positionsbestimmung verwendet werden.
Um den Messstrahlen 28 einen Austritt aus der Vakuumkammer 22 zu ermög lichen, umfasst die Messanordnung 40 weiterhin eine optische Einrichtung bzw. ein optisches Element in Gestalt eines Vakuumfensters 42 in einem Übergangsbereich 30 zwischen dem Vakuum als erstem Medium 24 und Luft als zweitem Medium 26. Im Gegensatz zum ebenen Vakuumfenster 32 nach Fig. 1 weist das Vakuumfenster 42 gekrümmte Oberflächen auf. Eine Vorderseite 44 und eine Rückseite 46 des Vakuumfensters 42 sind jeweils in einem Abschnitt sphärisch geformt. Die sphärische Vorderseite 44 und Rückseite 46 sind jeweils derart geformt und angeordnet, dass die Mittelpunkte der beiden sphärischen Abschnitte mit dem Mittelpunkt der Öffnung der Lochblende 14 zusammenfallen. Die sphärische Vorderseite 44 und die sphärische Rückseite 46 des Vakuumfensters 42 sind somit konzentrisch zum Mittelpunkt der Lochblende 14 angeordnet und der Abstand zwischen den Sphären ist an allen Orten äquidistant. Dieser Umstand wird durch die gestrichelten Kreise 48 veranschaulicht.
Das Vakuumfenster 42 mit sphärischen Oberflächen stellt ein sphärisch-konkav- konvexes optisches Element im Übergangsbereich 30 zwischen den beiden Medien 26, 28 dar. Alle Messstrahlen 28, welche vom Testobjekt 12 kommend die Lochblende 14 passieren, durchlaufen das Vakuumfenster 42 in einem rechten Winkel 50 zur sphärischen Vorderseite 44 und zur sphärischen Rückseite 46, welche lokal parallel zueinander sind. Die Messstrahlen 28 werden daher bei einem Übergang vom ersten Medium 24 zum zweiten Medium 26 nicht gebrochen. Damit tritt keine Lichtbrechung im Übergangsbereich 30 auf bzw. eine auftretende Lichtbrechung wird zumindest minimiert, insbesondere verhindert.Gemäß einer Ausführungsform wird die Wellenfront einer von der Öffnung der Lochblende 14 ausgehenden sphärischen Welle im Gegensatz zur Wellenfront einer ebenen Welle nicht durch das sphärische Vakuumfenster 42 verändert.
Da das sphärische Vakuumfenster 42 und somit der Übergang zwischen den beiden Medien 24, 26 nicht zu einer Richtungsänderung der Messstrahlen 28 der Messanordnung 40 führt, sind die gemessenen Positionen der auf dem Flächendetektor 16 abgebildeten Messmarken 18 unabhängig vom Unterschied der Brechungsindizes der Medien 24, 26. Der Druckunterschied zwischen Luftseite und Vakuumseite und somit auch Druck- und Feuchtigkeitsschwankungen der Umgebungsluft haben keinen Einfluss auf das Messergebnis. Weiterhin kann eine Kalibrierung der Messanordnung 40 vor einer Evakuierung der Vakuumkammer 22 durchgeführt werden. Die Kalibrierung ist später auch bei hergestelltem Vakuum gültig.
Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 40 für eine photometrische Positionsbestimmung eines Testobjekts 12. Die Messanordnung 40 entspricht weitgehend der Messanordnung gemäß Fig. 2, umfasst aber statt einem sphärischen Vakuumfenster im Übergangsbereich 30 zwischen den Medien 24, 26 eine optische Einrichtung 52 mit einer Sammellinse 54, einem ebenen Vakuumfenster 32 und einer Zerstreuungslinse 56. Die Sammellinse 54 ist derart konfiguriert und angeordnet, dass ihr Fokus mit dem Mittelpunkt der Lochblende 14 zusammenfällt. Von der Öffnung der Lochblende 14 divergent ausgehende Strahlen werden von der Sammellinse 54 zu parallelen Strahlen mit einer ebenen Wellenfront transformiert. Die Öffnung der Lochblende 14 wird von der Sammellinse 54 im Unendlichen abgebildet. Weiterhin ist die Zerstreuungslinse 56 so konfiguriert, dass sie eine zur Sammellinse 54 inverse Brechkraft aufweist. Die Anordnung der Zerstreuungslinse 56 im Vakuum erfolgt derart, dass der parallele Strahlengang wieder zu einem divergenten Strahlengang rücktransformiert wird.
Die Sammellinse 54 weist eine Vorderseite 54v und eine Rückseite 54 r auf, welche jeweils als gekrümmte optische Flächen, insbesondere in Form von sphärischen Flächen, ausgebildet sind. Die Zerstreuungslinse 56 weist eine Vorderseite 56v und eine Rückseite 56 r auf, welche jeweils als gekrümmte optische Flächen, insbesondere in Form von sphärischen Flächen, ausgebildet sind.
Die optische Einrichtung 52 mit der beschriebenen inversen Fourier-Optik bewirkt, dass von den Messmarken 18 kommende Messstrahlen 28 zunächst zu einem Strahlenbündel mit parallelem Strahlengang 58 transformiert werden. Dieses Strahlenbündel trifft im rechten Winkel 50 auf das ebene Vakuumfenster 32 auf und passiert dieses ohne Brechung. Somit findet ein Übergang vom ersten Medium 24 zum zweiten Medium 26 ohne eine Richtungsänderung der parallelen Messstrahlen 58 statt. Anschließend erfolgt mittels der Sammellinse 54 eine Rücktransformation der Messstrahlen zu den ursprünglichen Ausbreitungsrichtungen. Anstelle von Luft und Vakuum können die Messanordnungen 40 nach Fig. 2 oder Fig. 3 auch bei Übergängen zwischen anderen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wie zum Beispiel Luft und Wasser, eingesetzt werden.
In Fig. 4 wird schematisch ein Reflektometer 60 zur Messung einer Reflexions eigenschaft eines Testobjekts 12 dargestellt. Das Reflektometer 60 ist zum Erfassen eines Reflexionsgrads bei einer Vielzahl von Wellenlängen im EUV- Spektralbereich konfiguriert, beispielsweise im Wellenlängenbereich von ungefähr 6 nm bis ungefähr 18 nm. Weiterhin ist das Reflektometer 60 zur Auswahl eines Messorts an dem Testobjekt 12 und zum Einstellen eines vorgegebenen Einfallwinkels der EUV-Strahlung ausgebildet. Das Testobjekt 12 istz.B. ein Spiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage der EUV-Mikrolithographie.
Das Reflektometer 60 enthält eine Strahlenquelle 62 für elektromagnetische Strahlung im EUV-Spektralbereich, einen Monochromator 64 zum Einstellen beziehungsweise zur Auswahl der Wellenlänge eines auf das Testobjekt 12 gerichteten EUV-Messstrahls 66, einen Detektor 68 zum Erfassen einer Intensität eines von dem Testobjekt 12 reflektierten Strahls 70 und einen Referenzdetektor 72 zum Erfassen einer Intensität des auf das Testobjekt 12 gerichteten EUV- Messstrahls 66.
Weiterhin umfasst das Reflektometer 60 eine Objekthalterung 74 zum Einstellen des Einfallswinkels und Einfallsorts des EUV-Messstrahls 66 beim Testobjekt 12 und eine Messanordnung 40 zur genauen Positionsbestimmung des Testobjekts 12. Die Messanordnung 40 entspricht der Messanordnung gemäß Fig. 2. Bis auf eine Lochblende 14 und einen Flächendetektor 16 der Messanordnung 40 ist das Reflektometer 60 in einer Vakuumkammer 22 angeordnet. Der gesamte EUV- Strahlengang von der Strahlenquelle 62 bis zum Detektor 68 verläuft somit innerhalb eines Vakuums von beispielsweise ungefähr 2x106 mbar.
Die Strahlenquelle 62 umfasst einen gepulsten Laser 76, z.B. einen Nd:YAG- Laser, dessen Laserstrahl 78 auf ein Gold-Target 80 oderein anderes geeignetes Material fokussiert wird. Der Laserstrahl 78 erzeugt an der Oberfläche des Gold- Targets 80 ein Plasma, welches im EUV-Bereich ein quasikontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Strahlung emittiert. Das Plasma stellt somit einen Quell- oder Emissionsfleck für EUV-Strahlung dar. Eine solche Plasmastrahlen quelle wird auch als Laser-Puls-Plasma (LPP-) Quelle bezeichnet.
Ein Teil der von dem Quellfleck emittierten EUV-Strahlung durchtritt als EUV- Messstrahl 66 eine Eingangsblende 82 als Eintrittsöffnung des Monochromators 64. Der Monochromator 64 umfasst weiterhin ein konkaves, kreiszylindrisches Reflexionsgitter 84, einen im Strahlengang vor dem Reflexionsgitter 84 angeordneten vorderen EUV-Spiegel 86, einen im Strahlengang nach dem Reflexions gitter 84 angeordneten Austrittsspalt 88 und einen im Strahlengang hinter dem Austrittsspalt 88 angeordneten hinteren EUV-Spiegel 42.
Das Reflexionsgitter 84 weist einen Gitterträger mit konkaver kreiszylindrischer Oberfläche auf. Die Oberfläche verläuft somit in einer Richtung eben und in einer dazu im Wesentlichen orthogonalen Richtung in Form eines Kreisbogens. An dem Gitterträger sind Gitterlinien mit einer konstanten Liniendichte vorgesehen, z.B. 1600 Linien pro mm. Bei einer Beugung eines Lichtstrahls erfolgt somit eine Fokussierung entlang einer Brennlinie, welche parallel zur ebenen Richtung beziehungsweise zur z-Achse ist.
Sowohl der vordere EUV-Spiegel 86 als auch der hintere EUV-Spiegel 90 sind als konkave planelliptische Spiegel mit einer zur Reflexion von EUV-Strahlung geeigneten Beschichtung ausgebildet. Als planelliptische Spiegel werden Spiegel mit einer reflektierenden Fläche bezeichnet, welche in einer Richtung eben und in einer dazu im Wesentlichen senkrechten Richtung in Form eines Ellipsoids verläuft. Beide EUV-Spiegel 86, 90 fokussieren den EUV-Messstrahl 66 jeweils in einer Brennlinie, welche parallel zur ebenen Richtung der reflektierenden Oberfläche ist. Der EUV-Messstrahl 66 wird somit von den EUV-Spiegeln 86, 90 nur in Ebenen senkrecht zur jeweiligen Brennlinie fokussiert. Die ebene Richtung des vorderen EUV-Spiegels 86 ist parallel zu x-y-Ebene, während die ebene Richtung des Reflexionsgitters 84 und des hinteren EUV-Spiegels 90 parallel zur z-Achse ausgerichtet sind.
Nach Durchlaufen der Eingangsblende 82 trifft der EUV-Messstrahl 66 auf den vorderen EUV-Spiegel 86. Dieser EUV-Spiegel 86 richtet den EUV-Messstrahl 66 auf das Reflexionsgitter 84 und ist derart konfiguriert, dass der Emissionsfleck der Strahlenquelle 62 bezüglich einer ersten Ebene des EUV-Messstrahls 66 parallel zur x-z-Ebene auf das Testobjekt 12 abgebildet wird. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Vergrößerung des Emissionsflecks. Für eine möglichst große Eingangsapertur und somit hohe Intensität des EUV-Messstrahls 66 weist der vordere EUV-Spiegel 86 eine Länge von über 300 mm, z.B. von ca. 600 mm auf. Die Eingangsblende 82 ist entsprechend zur Größe des vorderen EUV-Spiegels 86 ausgebildet und verhindert neben Streustrahlung auch eine Verunreinigung von Komponenten des Reflektometers 60 durch die Plasmastrahlenquelle 62.
Das Reflexionsgitter 84 und der hintere EUV-Spiegel 90 sind derart konfiguriert und angeordnet, dass der Emissionsfleck der Strahlenquelle 62 bezüglich einer zweiten Ebene des EUV-Messstrahls 66 parallel zur x-y-Ebene auf dem Testobjekt 12 abgebildet wird. Vorzugsweise sind das Reflexionsgitter 84 und der hintere EUV-Spiegel 90 derart konfiguriert, dass der Emissionsfleck bezüglich der zweiten Ebene mit gleicher Vergrößerung wie in der ersten Ebene auf das Testobjekt 12 abgebildet wird. Insgesamt findet auf diese Weise eine maßstabsgetreue Vergrößerung des Emissionsflecks statt. Das Reflexionsgitter 84 beugt den EUV-Messstrahl 66 wellenlängenabhängig derart, dass im Strahlengang vor dem hinteren EUV-Spiegel 90 ein Zwischenfokus bezüglich der zweiten Ebene liegt. An diesem Zwischenfokus ist der Austrittspalt 88 angeordnet. Der Austrittsspalt 88 lässt nur einen sehr kleinen Wellenlängenbereich des EUV-Messstrahls 66 passieren. Die Spaltbreite des Austrittsspalts 88 ist einstellbar und legt die Messfleckgröße auf dem Testobjekt 12 und die spektrale Auflösung fest. Bei kleiner Spaltbreite wird ein kleiner Messfleck und eine hohe spektrale Auflösung erzeugt. Durch eine größere Spaltbreite wird zu Lasten der spektralen Auflösung ein größerer Messfleck und somit eine größere Intensität des EUV-Messstrahls 66 an dem Testobjekt 12 erzielt.
Die von dem Testobjekt 12 reflektierte Strahlung 70 wird vom Detektor 68 erfasst. Der Detektor 68 ist beispielsweise als Silizium- oder Germanium-Photodiode ausgebildet. Ein Anteil des EUV-Messstrahls 66 wird durch einen im Strahlengang vordem Testobjekt 12 vorgesehenen Strahlenteiler 92 auf den Referenzdetektor 72 gerichtet. Der Referenzdetektor 72 ist vorzugsweise von gleicher Bauart wie der Detektor 68. Mit den erfassten Intensitäten des einfallenden EUV-Messstrahls 66 und des reflektierten Strahls 70 wird der Reflexionsgrad des Testobjekts 12 bezüglich eines eingestellten Einfallswinkels und Einfallsorts auf der dem Testobjekt 12 in Abhängigkeit von der durch den Monochromator 64 festgelegten Wellenlänge des EUV-Messstrahls 66 bestimmt.
Die Objekthalterung 74 ermöglicht zur Einstellung des Einfallorts und des Einfallwinkels des EUV-Messstrahls 66 eine Translation und Drehung des Testobjekts 12 bezüglich aller drei Raumrichtungen. Die Position des Testobjekts 12 bezüglich des Reflektometers 60 wird mit Hilfe der Messanordnung 40 für alle sechs Freiheitsgrade, also Translation entlang oder Rotation um die drei Raumachsen bestimmt. Hierfür sind am Testobjekt 12 mehrere Messmarken 18 angeordnet. Die Messmarken senden Messstrahlen 28 aus, welche zuerst durch ein sphärisches Vakuumfenster 42 aus der Vakuumkammer 22 austreten und dann die Öffnung der Lochblende 14 passieren. Mittels der Position der Abbildungen der Messmarken 18 auf dem Flächendetektor 16, der Position der Lochblende 14 und der bekannten Abstände zwischen den Messmarken 18 auf dem Testobjekt 12 lässt sich dessen Position bestimmten. Mit der Anordnung der sphärischen Oberflächen des Vakuumfensters 42 konzentrisch zum Mittelpunkt der Lochblende 14 werden eine Brechung der Messstrahlen 28 und somit Messfehler vermieden.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste
10 Messanordnung (Vergleichsbeispiel) 12 Testobjekt 14 Lochblende
16 Flächendetektor
18 Messmarke
20 Messstrahl
22 Vakuumkammer 24 erstes Medium
26 zweites Medium
28 Messstrahl im ersten Medium 30 Übergangsbereich
32 ebenes Vakuumfenster 40 Messanordnung
42 sphärisches Vakuumfenster
44 Vorderseite Vakuumfenster
46 Rückseite Vakuumfenster
48 gestrichelter Kreis 50 rechter Winkel
52 optische Einrichtung
54 Sammellinse
54v Vorderseite
54 r Rückseite 56 Zerstreuungslinse
56v Vorderseite
56r Rückseite
58 paralleler Strahlengang
60 Reflektometer 62 Strahlenquelle
64 Monochromator
66 EUV-Messstrahl 68 Detektor 70 reflektierter Strahl 72 Referenzdetektor 74 Objekthalterung 76 Laser
78 Laserstrahl 80 Goldtarget 82 Eingangsblende 84 Reflexionsgitter 86 vorderer EUV-Spiegel
88 Austrittsspalt 90 hinterer EUV-Spiegel 92 Strahlenteiler

Claims

Ansprüche
1. Messanordnung (40) zur optischen Vermessung einer Eigenschaft eines Testobjekts (12) mit einem Messstrahlengang (28) sowie einem vom Messstrahlen gang durchlaufenen Übergangsbereich (30) zwischen zwei Medien (24, 26) mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wobei im Übergangsbereich (30) eine optische Einrichtung (42; 54, 56) angeordnet ist, welche dazu konfiguriert ist, eine Lichtbrechung im Übergangsbereich zu minimieren.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, bei der die optische Einrichtung ein optisches Element (42, 54, 56) umfasst, welches zumindest eine gekrümmte optische Fläche (44, 46, 54v, 54r, 56v, 56 r) aufweist.
3. Messanordnung nach Anspruch 2, bei der die gekrümmte optische Fläche eine sphärische Form aufweist.
4. Messanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die optische Einrichtung (52) dazu ausgebildet ist, für im Messstrahlen gang verlaufende Strahlen (28) mit sich um mindestens 10° voneinander unterscheidenden Ausbreitungsrichtungen jeweils eine beim Durchgang durch den Übergangsbereich (30) auftretende Strahlablenkung zu verhindern oder auf einen Maximalwert zu begrenzen, welcher gegenüber einer Strahlenablenkung bei einer Konfiguration des Übergangsbereichs (30) mit einer ebenen Glasplatte (32) zwischen den zwei Medien (24, 26) um mindestens die Hälfte kleiner ist.
5. Messanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die beiden Medien (24, 26) durch Gas unterschiedlichen Drucks gebildet werden und die Messanordnung (40) eine Druckkammer (22) umfasst.
6. Messanordnung nach Anspruch 5, wobei eines der Medien (24) Vakuum mit einem Druck von weniger als 103 mbar ist.
7. Messanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der das optische Element als Vakuumfenster (42) ausgebildet ist.
8. Messanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der das optische Element (42) eine Vorderseite (44) und eine Rückseite (46) aufweist, deren Abstand zueinander zumindest abschnittsweise äquidistant ist.
9. Messanordnung nach Anspruch 8, bei der das optische Element (42) derart konfiguriert ist, dass die Strahlen (28) des Messstrahlengangs mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen jeweils im gleichen Winkel die Vorderseite (44) und die Rückseite (46) des optischen Elements (42) durchlaufen.
10. Messanordnung nach Anspruch 8 oder 9, welche eine Lochblende (14) aufweist, durch deren Öffnung sämtliche Strahlen (28) des Messstrahlengangs verlaufen und bei der die Vorderseite (44) und die Rückseite (46) des optischen Elements (42) konzentrisch zur Öffnung der Lochblende (14) geformt sind.
11. Messanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die optische Einrichtung eine Sammellinse (54), eine Zerstreuungslinse (56) sowie ein zwischen der Sammellinse (54) und der Zerstreuungslinse (56) angeordnetes Vakuumfenster (32) umfasst.
12. Messanordnung nach Anspruch 11, bei der die Sammellinse (54) und die Zerstreuungslinse (56) zueinander inverse Brechkraft aufweisen.
13. Messanordnung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Sammellinse (54) derart angeordnet ist, dass parallel durch das Vakuumfenster (32) tretendes Licht auf die Öffnung der Lochblende (14) fokussiert wird.
14. Messanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die vermessene Eigenschaft eine Position des Testobjekts (12) im Raum umfasst.
15. Messanordnung nach Anspruch 14, welche dazu konfiguriert ist, mehrere Punkte (18) am Testobjekt (12) gleichzeitig zu erfassen und daraus die Position des Testobjekts (12) im Raum zu ermitteln.
16. Reflektometer (60) zur Messung einer Reflexionseigenschaft eines Testobjekts (12) mit der Messanordnung (40) nach einem der vorausgehenden Ansprüche zur Bestimmung der Position des Testobjekts (12) im Reflektometer (60).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042123A1 (de) * 2000-08-28 2002-03-21 Nanophotonics Ag Vorrichtung zur Durchführung von Messungen im Vakuum
US20160282282A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 Asml Netherlands B.V. Metrology Methods, Metrology Apparatus and Device Manufacturing Method
DE102018205163A1 (de) * 2018-04-06 2018-08-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Messvorrichtung zur Messung von Reflexionseigenschaften einer Probe im extremen ultravioletten Spektralbereich

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042123A1 (de) * 2000-08-28 2002-03-21 Nanophotonics Ag Vorrichtung zur Durchführung von Messungen im Vakuum
US20160282282A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 Asml Netherlands B.V. Metrology Methods, Metrology Apparatus and Device Manufacturing Method
DE102018205163A1 (de) * 2018-04-06 2018-08-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Messvorrichtung zur Messung von Reflexionseigenschaften einer Probe im extremen ultravioletten Spektralbereich

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