DE10261775A1

DE10261775A1 - Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Abbildungssystems

Info

Publication number: DE10261775A1
Application number: DE10261775A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Wegmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01
Also published as: US20050243328A1; US8836929B2; AU2003298221A1; US20140022524A1; US8120763B2; US20120113429A1; WO2004057295A3; US7408652B2; WO2004057295A2; US20090021726A1; AU2003298221A8; US20090257049A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Vermessung eines optischen Abbildungssystems (1), wobei die Vorrichtung eine oder mehrere, vor dem zu vermessenden Abbildungssystem anzuordnende objektseitige Prüfoptikkomponenten (2a, 2b) und/oder eine oder mehrere, nach dem zu vermessenden Abbildungssystem anzuordnende bildseitige Prüfoptikkomponenten (3, 4, 5) umfasst und ein oder mehrere Zwischenräume zwischen je zwei aufeinander folgenden objektseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen je zwei aufeinander folgenden bildseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen einer objektseitig letzten Prüfoptikkomponente und dem anschließenden Abbildungssystem und/oder zwischen dem Abbildungssystem und einer anschließenden, ersten bildseitigen Prüfoptikkomponente gebildet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind fluidkammerbildende Mittel (6, 7a bis 7d) zur fluiddichten Begrenzung wenigstens eines der Zwischenräume vorgesehen, um eine entsprechende Immersionsflüssigkeitskammer (8a) bis (8e) zu bilden. DOLLAR A Verwendung z. B. zur optischen Vermessung von Mikrolithographie-Projektionsobjektiven hoher numerischer Apertur mittels Wellenfronterfassung durch Shearing- oder Punktbeugungsinterferometrie.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Vermessung eines optischen Abbildungssystems, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere, vor dem zu vermessenden Abbildungssystem anzuordnende objektseitige Prüfoptikkomponenten und/oder eine oder mehrere, nach dem zu vermessenden Abbildungssystem anzuordnende bildseitige Prüfoptikkomponenten umfasst und ein oder mehrere Zwischenräume zwischen je zwei aufeinanderfolgenden objektseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen je zwei aufeinanderfolgenden bildseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen einer objektseitig letzten Prüfoptikkomponente und dem anschließenden, zu vermessenden Abbildungssystem und/oder zwischen dem zu vermessenden Abbildungssystem und einer anschließenden, ersten bildseitigen Prüfoptikkomponente gebildet sind.

Derartige Vorrichtungen sind verschiedentlich bekannt, insbesondere zur Vermessung optischer Abbildungssysteme hinsichtlich Bildfehlern. Ein Anwendungsgebiet ist die hochgenaue Ermittlung von Bildfehlern hochaperturiger Abbildungssysteme, wie sie z.B. in Mikrolithographieanlagen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen zum Einsatz kommen, mittels der sogenannten Wellenfronterfassung durch Scher- bzw.

Shearing-interferometrie, Punktbeugungsinterferometrie und andere bekannte Interferometertypen, wie Ronchityp und Twyman-Green-Typ. Wenn für diese Wellenfrontmessung dieselbe Strahlung, z.B. UV-Strahlung, verwendet wird, wie sie vom optischen Abbildungssystem in seinem normalen Betrieb benutzt wird, wobei die vermessende Vorrichtung in einer Baueinheit mit dem Abbildungssystem integriert sein kann, wird dies auch als sogenanntes Betriebsinterferometer (BIF) bezeichnet. Eine Vorrichtung dieser Art ist z.B. in der Offenlegungsschrift DE 101 09 929 A1 offenbart.

Üblicherweise umfasst eine solche BIF-Vorrichtung auf Shearinginterferometriebasis objektseitig, d.h. auf der Objektseite des zu vermessenden optischen Abbildungssystems, nachfolgend auch als Prüfling bezeichnet, eine Beleuchtungsmaske, auch Kohärenzmaske genannt, und eine vorgeschaltete Beleuchtungsoptik. Bildseitig schließt an den Prüfling ein Beugungsgitter an, gefolgt von einem Detektorelement, wie einem CCD-Array, unter optionaler Zwischenschaltung einer Abbildungsoptik, welche die Austrittspupille des Prüflings auf die Detektorebene des Detektorelements abbildet. Meist sind die Kohärenzmaske in der Objektebene und das Beugungsgitter in der Bildebene des Prüflings angeordnet. Entsprechend den für die optische Strahlführung einzuhaltenden Abstandsbedingungen bestehen jeweilige Zwischenräume zwischen der objektseitig letzten Prüfoptikkomponente der Vermessungsvorrichtung und dem Prüfling, zwischen dem Prüfling und der bildseitig ersten Prüfoptikkomponente der Vermessungsvorrichtung und/oder zwischen jeweils aufeinandertolgenden Prüfoptikkomponenten auf der Objektseite und/oder der Bildseite des Prüflings. Alle diese Zwischenräume sind herkömmlicherweise offen, d.h. die verwendete Strahlung durchläuft in den Zwischenräumen eine Atmosphäre, die derjenigen der Systemumgebung entspricht, z.B. Luft oder eine Vakuumatmosphäre.

Unter diesen Gegebenheiten können mittels derartiger Shearinginterferometer-Vermessungsvorrichtungen Abbildungssysteme bis zu numerischen Aperturen in der Größenordnung von 0,8 vermessen werden. Die Vermessung von Objektiven mit höherer numerischer Apertur in der Größenordnung von 1,0 und darüber, wie im Fall von Objektiven, die in der Immersions- und Nahfeld-Lithographie zum Einsatz kommen, ist damit kaum möglich.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die mit relativ geringem Aufwand eine Vermessung auch von optischen Abbildungssystemen sehr hoher numerischer Apertur ermöglicht und sich relativ kompakt bauen lässt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Vorrichtung verfügt über fluidkammerbildende Mittel, die dafür ausgelegt sind, wenigstens einen der Zwischenräume, die zwischen aufeinanderfolgenden Prüfoptikkomponenten und/oder zwischen dem Prüfling und einer objektseitig vorgeschalteten bzw. bildseitig nachfolgenden Prüfoptikkomponente vorliegen, fluiddicht unter Bildung einer Immersionsflüssigkeitskammer zu begrenzen. Die dadurch ermöglichte Füllung des betreffenden Zwischenraums mit einer Immersionsflüssigkeit erlaubt gegenüber einer Strahlführung ohne Immersionsflüssigkeit bei ansonsten gleicher Systemdimensionierung eine Verringerung des Strahlöffnungswinkels bzw. Strahlquerschnitts ohne Informationsverlust. Folglich können auf diese Weise auch optische Abbildungssysteme mit sehr hoher Apertur in der Größenordnung von 1,0 und mehr z.B. durch Shearinginterferometrie-Wellenfronterfassung ausreichend genau vermessen werden. Des weiteren resultiert daraus die Möglichkeit eines sehr kompakten Aufbaus der Vermessungsvorrichtung.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 richtet sich speziell auf eine Interterometrie-Vermessungsvorrichtung, die bildseitig in an sich üblicher Weise eine Interterenzmustererzeugungsstruktur und ein Detektorelement aufweist. Charakteristischerweise sind die fluidkammerbildenden Mittel in diesem Fall so ausgelegt, dass sie eine jeweilige Immersionsflüssigkeitskammer zwischen Prüfling und bildseitiger Interferenzmustererzeugungsstruktur direkt nach letzterer und/oder direkt vor dem Detektorelement bilden. Die Verwendung einer Immersionsflüssigkeit zwischen bildseitiger Interterenzmustererzeugungsstruktur und Detektorelement ermöglicht eine Verkleinerung des Strahlöffnungswinkels zwischen diesen beiden Prüfoptikkomponenten und eine kompaktere Bauweise der Anordnung. Zudem ergeben sich Vorteile hinsichtlich Signal-/Rauschverhältnis.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sieht eine Interferometrievorrichtung zur Wellenfronterfassung vor, die objektseitig eine Interterenzmustererzeugungsstruktur und eine vorgeschaltete Beleuchtungsoptik beinhaltet, wobei die fluidkammerbildenden Mittel zur Bildung einer Immersionsflüssigkeitskammer zwischen objektseitiger Interterenzmustererzeugungsstruktur und Prüfling und/oder zwischen aufeinanderfolgenden objektseitigen Prüfoptikkomponenten ausgelegt sind. Auch dies trägt dazu bei, dass Prüflinge, wie Projektionsobjektive von Mikrolithographieanlagen, hoher Apertur von z.B. 1,0 oder mehr mit dieser Vorrichtung problemlos vermessen werden können.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Vorrichtung auf eine Vermessung mittels Shearing- oder Punktbeugungsinterferometrie ausgelegt.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Vorrichtung vom reflektierenden Doppeldurchtritttyp, alternativ zu einer ebenso möglichen Einzeldurchtrittauslegung. Während bei letzterer die Strahlung nur ein mal durch den Prüfling hindurchtritt, wird sie beim Doppeldurchtritttyp von einem bildseitigen Reflektorelement durch den Prüfling hindurch zurückgeleitet, und die Detektion erfolgt objektseitig, d.h. auf der gleichen Seite des Prüflings, auf der sich die anderen objektseitigen Prüfoptikkomponenten, wie eine objektseitige Interferenzmustererzeugungsstruktur und/oder eine Beleuchtungsoptik, befinden. Beispielsweise kann eine solche Vorrichtung mit Doppeldurchtritt vom Twyman-Green-Interferometertyp sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 umfasst die Vorrichtung Mittel zum kontinuierlichen oder periodischen Austausch von Immersionsflüssigkeit in einer jeweiligen Immersionsflüssigkeitskammer.

In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 beinhalten die fluidkammerbildenden Mittel eine Faltenbalganordnung, eine Dichtbürsten- und/oder Dichtlamellenanordnung und/oder eine Labyrinthdichtungsanordnung als Querbegrenzung der jeweiligen Immersionsflüssigkeitskammer, die axial von den beiden angrenzenden Optikkomponenten begrenzt wird. Derartige Abdichtungen sind vergleichsweise einfach realisierbar und insbesondere auch in BIF-Anordnungen von Mikrolithographie-Projektionsobjektiven einsetzbar.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer BIF-Vorrichtung zur Vermessung eines z.B. in einer Mikrolithographieanlage verwendeten Objektivs durch Shearinginterferometrie-Wellenfronterfassung,
2 eine schematische Seitenansicht des bildseitigen Teils einer BIF-Vorrichtung analog 1, jedoch für eine Variante ohne zusätz liche Abbildungsoptik zwischen Beugungsgitter und Detektorelement,
3 eine schematische Seitenansicht des bildseitigen Teils einer BIF-Vorrichtung analog 2, jedoch für eine Variante mit Labyrinthdichtungs- und Dichtbürsten-/Dichtlamellenanordnungen statt Faltenbalgdichtungen,
4 eine schematische Seitenansicht des bildseitigen Teils einer BIF-Vorrichtung analog 1 für eine Variante mit Labyrinthdichtung zwischen Prüfling und Beugungsgitter sowie oberflächenspannungsbasierter Abdichtung zwischen Beugungsgitter und Mikroobjektiv,
5 eine schematische Seitenansicht einer BIF-Vorrichtung entsprechend 1, jedoch in einer Auslegung zur Objektivvermessung durch Punktbeugungsinterferometrie und
6 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Vermessung eines z.B. in einer Mikrolithographieanlage verwendeten Objektivs durch phasenschiebende Twyman-Green-Interferometrie.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung dient zur optischen Vermessung eines Objektivs 1, wie eines Projektionsobjektivs einer Mikrolithographieanlage zur Halbleiterbauelementstrukturierung, wobei das Objektiv 1 lediglich schematisch durch eine eintrittsseitige Linse 1a, eine Objektivpupille 1b und eine austrittsseitige Linse 1c repräsentiert ist, die in einer Ringhalterung 1d gehalten sind.
Auf der Objektseite des zu vermessenden Objektivs 1 beinhaltet die Vermessungsvorrichtung ein Beleuchtungsmodul 2, von dem eine Be leuchtungslinse 2a und eine anschließende, als objektseitige Interterenzmustererzeugungsstruktur fungierende Kohärenzmaske 2b gezeigt sind. Auf der Bildseite des Objektivs 1 weist die Vermessungsvorrichtung ein als bildseitige Interferenzmustererzeugungsstruktur fungierendes Beugungsgitter 3, ein anschließendes Mikroobjektiv 4 und ein diesem nachgeschaltetes Detektorelement 5 auf. Mikroobjektiv 4 und Detektorelement 5 sind in einer Ringhalterung 6 gehalten.
Die Kohärenzmaske 2b befindet sich in der Objektebene des Objektivs 1. Das Beugungsgitter 3 ist, wie mit einem Bewegungspfeil B angedeutet, lateral beweglich in der Bildebene des Objektivs 1 angeordnet. Die Kohärenzmaske 2b und das Beugungsgitter 3 sind mit geeigneten Strukturen zur Wellenfronterfassung durch Shearing-Interterometrie versehen, wie an sich bekannt.
Das Mikroobjektiv 4 bildet die Pupille des Objektivs 1 auf das Detektorelement 5 ab, das z.B. als CCD-Array einer Bildaufnahmekamera realisiert ist. Die vom Detektorelement 5 aufgenommenen Shearinginterferometrie-Interterenzmuster werden in einer nicht gezeigten Auswerteeinheit zur Ermittlung des Abbildungsverhaltens bzw. der Bildfehler oder Wellenaberrationen in herkömmlicher Weise ausgewertet.
Insoweit ist die Vorrichtung von herkömmlicher Art und bedarf daher keiner weiteren Erläuterungen. Charakteristisch ist über diese herkömmlichen Maßnahmen hinaus vorgesehen, einen oder mehrere der zwischen den verwendeten optischen Komponenten bestehenden Zwischenräume durch fluidkammerbildende Mittel fluiddicht abzugrenzen, so dass sie mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt werden können.
Im gezeigten Beispiel von 1 sind zu diesem Zweck Faltenbalgmittel vorgesehen, die den jeweiligen Zwischenraum radial, d.h. quer zum Strahlverlauf bzw. zur optischen Achse des Abbildungssystems, begren zen, während er axial von der jeweils angrenzenden Optikkomponente begrenzt wird. Im einzelnen zeigt 1 einen ersten Faltenbalg 7a, der den Zwischenraum zwischen dem Beleuchtungsobjektiv 2a und der nachfolgenden Kohärenzmaske 2b unter Bildung einer ersten Immersionsflüssigkeitskammer 8a begrenzt. Ein zweiter Faltenbalg 7b begrenzt den Zwischenraum zwischen der Kohärenzmaske 2b und der eintrittsseitigen Linse 1a des Objektivs 1 zur Bildung einer zweiten Immersionsflüssigkeitskammer 8b. Ein dritter Faltenbalg 7c begrenzt den Zwischenraum zwischen der austrittsseitigen Objektivlinse 1c und dem nachfolgenden Beugungsgitter 3 unter Bildung einer dritten Immersionsflüssigkeitskammer 8c. Ein vierter Faltenbalg 7d begrenzt den Zwischenraum zwischen dem Beugungsgitter 3 und dem Mikroobjektiv 4 unter Bildung einer vierten Immersionsflüssigkeitskammer 8d.
Des weiteren bildet die Ringhalterung 6 einen Teil der fluidkammerbildenden Mittel, indem sie radial den Zwischenraum zwischen Mikroobjektiv 4 und Detektorelement 5 fluiddicht unter Bildung einer weiteren Immersionsflüssigkeitskammer 8e begrenzt.
Die Befüllung der Immersionsflüssigkeitskammern 8a bis 8e mit einer jeweils geeigneten Immersionsflüssigkeit beeinflusst den Strahlverlauf so, dass sich bei ansonsten gleicher Systemdimensionierung der jeweilige Öffnungswinkel und der Strahlquerschnitt verringern, wie sich aus dem in 1 schematisch gezeigten Randstrahlverlauf 9 ergibt. Dies hat zur Folge, dass sich im Vergleich zu einem Systemaufbau ohne Immersionsflüssigkeit in den von den Faltenbälgen 7a bis 7d abgedichteten Kammern 8a bis 8e das Objektiv 1 mit höherer numerischer Apertur über seine gesamte Pupille ortsaufgelöst vermessen und/oder die Vermessungsvorrichtung in kompakterer Bauweise realisieren lässt. So ermöglicht z.B. die in die erste Kammer 8a eingebrachte Immersionsflüssigkeit eine Verkürzung des Abstands der Kohärenzmaske 2b zum Beleuchtungsobjektiv 2a, welches das Beleuchtungslicht auf die Struktur ebene der Kohärenzmaske 2b fokussiert, die gleichzeitig in der Objektebene des Objektivs 1 liegt. Analog ermöglicht die in der vierten Kammer 8d befindliche Immersionsflüssigkeit eine Verkürzung des Abstands zwischen Beugungsgitter 3 und Mikroobjektiv 4.
In alternativen Ausführungsformen sind nur eine, zwei, drei oder vier der fünf in 1 gezeigten Immersionsflüssigkeitskammern 8a bis 8e ausgebildet, indem auf einen oder mehrere der Faltenbälge 7a bis 7d und/oder auf eine fluiddichte Auslegung der Ringhalterung 6 verzichtet wird. Anstelle der Faltenbälge 7a bis 7d bzw. der Ringhalterung 6 können beliebige andere herkömmliche fluidkammerbildende Mittel verwendet werden, um den betreffenden Zwischenraum zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Optikkomponenten abzudichten. Wie sich für den Fachmann versteht, kann die zu verwendende Immersionsflüssigkeit angepasst an den Anwendungsfall aus den hierzu bekannten Flüssigkeiten geeignet ausgewählt werden, insbesondere hinsichtlich ihrer Brechzahl und im Hinblick darauf, die angrenzenden Oberflächen der Optikkomponenten und der fluidkammerbildenden Mittel nicht zu schädigen. So ist z.B. bei Anwendungen mit einer Betriebswellenlänge von 193nm als Immersionsflüssigkeit deionisiertes Wasser mit einer Brechzahl von 1,47 geeignet, wobei die jeweilige Immersionsflüssigkeitskammer eine axiale Ausdehnung von mehreren Millimetern haben kann. Bei einer Betriebswellenlänge von 157nm eignet sich z.B. Perfluorpolyäther, für den der Transmissionsgrad bei einer axialen Länge der Immersionsflüssigkeitskammer von 50μm ca. 90% beträgt. Weitere herkömmliche Immersionsflüssigkeiten, die vorliegend verwendbar sind, sind Lithium- und Strontiumsalze für UV-Strahlung sowie halogenfreie Ölimmersionen für Betriebswellenlängen unterhalb von 400nm.
2 zeigt den bildseitigen Teil einer Kompakt-BIF-Variante von 1, die sich vom Ausführungsbeispiel der 1 darin unterscheidet, dass als nächste Optikkomponente auf das Beugungsgitter 3 das Detektor element 5 ohne Zwischenschaltung einer Abbildungsoptik folgt. Zum leichteren Verständnis sind in 2 für funktionell äquivalente Bauteile, die nicht zwingend identisch sein müssen, gleiche Bezugszeichen gewählt. Der zwischen dem Beugungsgitter 3 und dem Detektorelement 5 bestehende Zwischenraum ist von einem Faltenbalg 7e radial nach außen unter Bildung einer Immersionsflüssigkeitskammer 8f fluiddicht abgeschlossen. Im übrigen können im vorgeschalteten Systemteil eine oder mehrere weitere Immersionsflüssigkeitskammern entsprechend 1 gebildet sein, z.B. die in 2 explizit gezeigte dritte Immersionsflüssigkeitskammer 8c zwischen der austrittsseitigen Objektivlinse 1c und dem Beugungsgitter 3.
Das Einbringen einer Immersionsflüssigkeit in die Kammer 8f zwischen Beugungsgitter 3 und Detektorelement 5 ist bei der Variante von 2 von besonderem Vorteil. Denn zur Ausbildung der Interferenzstrukturen im Fernfeld ist in diesem Fall wegen der fehlenden bildseitigen Abbildungsoptik ein gewisser Mindestabstand des Detektorelements 5 vom Beugungsgitter 3 nötig. Dies bedeutet, dass bei sehr großer numerischer Apertur des Prüflings eigentlich eine entsprechend erhöhte Flächenausdehnung des Detektorelements 5 nötig wäre. Das Einbringen einer Immersionsflüssigkeit in die betreffende Kammer 8f zwischen Beugungsgitter 3 und Detektorelement 5 verkleinert, wie in 2 anhand des Randstrahlverlaufs 9 ersichtlich, den (Öffnungswinkel der das Beugungsgitter 3 verlassenden Strahlung im Vergleich zum Strahlverlauf ohne Immersionsflüssigkeit und ermöglicht so die Verwendung eines Detektorelements 5 mit bei gegebener numerischer Apertur des Prüflings verkleinertem Flächenbedarf. Dies kommt einer kompakteren Bauweise des Gesamtsystems zugute.
Im gezeigten Beispiel ist eine Immersionsflüssigkeit mit einer Brechzahl größer als diejenige des Beugungsgittersubstrats 3 gewählt, mit der Folge, dass der Öffnungswinkel der Strahlung nach Austritt aus dem Beu gungsgittersubstrat 3 kleiner als in selbigem ist. Alternativ sind Immersionsflüssigkeiten mit niedrigerer Brechzahl als diejenige des Beugungsgittersubstrats 3 verwendbar, wie im Beispiel von 3 veranschaulicht. Bei Bedarf kann durch Anpassung der Brechzahlen von Immersionsflüssigkeit und Beugungsgitter 3 auf ansonsten übliche Entspiegelungsschichten am Beugungsgitter 3 verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil des Einbringens einer Immersionsflüssigkeit in die gebildeten Immersionsflüssigkeitskammern gerade auch im bildseitigen Teil der Vermessungsvorrichtung besteht darin, dass sich das Signal-/Rauschverhältnis und damit die Messgenauigkeit verbessern lassen, da die detektierte Intensität von Bildpunkten im Randbereich quadratisch mit dem Kosinus des Öffnungswinkels abnimmt. Unter zusätzlicher Berücksichtigung einer cos²-förmigen Beleuchtungsfunktion nimmt die Intensität zum Pupillenrandbereich hin cos⁴-förmig ab.
3 zeigt in einer der 2 entsprechenden Ansicht eine Variante der Kompakt-BIF-Vorrichtung von 2, bei der die radiale Abdichtung der Immersionsflüssigkeitskammer 8c zwischen der austrittseitigen Objektivlinse 1c und dem Beugungsgitter 3 durch eine zweiteilige Labyrinthdichtung 10 realisiert ist, von der ein äußerer Zylinderring 10a an die austrittseitige Objektivlinse 1c anschließt und ein innerer Zylinderring 10b an das Beugungsgitter 3 angekoppelt ist. Der äußere Ring 10a ist an seiner Innenseite mit mehreren, in axialem Abstand angeordneten, radial nach innen ragenden Labyrinthringen versehen, in deren Zwischenräume radial nach außen ragende Labyrinthringe des inneren Zylinderrings 10b eingreifen, so dass ein schmaler Labyrinthkanal gebildet ist. Der enge Labyrinthkanal hält die Immersionsflüssigkeit aufgrund ihrer Oberflächenspannung in der Immersionsflüssigkeitskammer 8c. Gleichzeitig gestattet diese Labyrinthdichtung 10 eine ausreichende Lateralbeweglichkeit des Beugungsgitters 3 gegenüber der austrittsseitigen Objektivlinse 1c, indem die kammartig ineinandergreifenden Labyrinthringe late ral gegeneinander bewegt werden können, ohne die Weite des Labyrinthkanals zu verändern. Die Lateralbewegung des Beugungsgitters 3 wird in diesem Beispiel durch ein übliches Lateralbewegungs-Stellglied 14 bewirkt.
Als weiterer Unterschied zum Ausführungsbeispiel von 2 ist im Beispiel von 3 die Immersionsflüssigkeitskammer 8f zwischen dem Beugungsgitter 3 und dem Detektorelement 5 radial von einer Dichtbürstenanordnung 11 abgedichtet, die aus einzelnen, vom Detektorelement 5 axial nach oben stehenden Bürstenhaaren 11 besteht, die ringförmig angeordnet sind. Alternativ kann eine Dichtlamellenanordnung aus mehreren koaxialen, zwischen sich einen schmalen Ringspalt belassenden Lamellenringen oder eine Dichtlippenanordnung vorgesehen sein. Die engen Zwischenräume der Bürsten oder Lamellen werden wie im Fall der Labyrinthdichtung 10 aufgrund der Oberflächenspannungs- bzw. Kapillarkraftwirkung durch die Immersionsflüssigkeit selbst abgedichtet. Bei Bedarf können zur Verstärkung der Oberflächenspannungswirkung geeignete Nuten in die abdichtungsrelevanten Flächenbereiche eingebracht sein.
4 zeigt in einer Darstellung analog zu den 2 und 3 eine weitere Variante der BIF-Vorrichtung von 1, die sich von dieser im bildseitigen Teil dadurch unterscheidet, dass zum einen zur Abdichtung zwischen austrittseitiger Objektivlinse 1c und Beugungsgitter 3 die Labyrinthdichtung 10 gemäß 3 vorgesehen ist und zum anderen für die Abdichtung der Immersionsflüssigkeitskammer 8f zwischen Beugungsgitter 3 und einem als das Mikroobjektiv fungierenden Mikroskopobjektiv 4a allein der Oberflächenspannungs- bzw. Kapillarkrafteffekt der eingebrachten Immersionsflüssigkeit genutzt wird, wozu unterstützend eine Ringnut 12 entlang des Randbereichs der planen Vorderseite des Mikroskopobjektivs 4a vorgesehen ist. Die in die so gebildete Immersionsflüssigkeitskammer 8f eingebrachte Immersionsflüssigkeit stabilisiert sich in ihrer lateralen Ausdehnung außenseitig durch ihre Oberflächenspannung an der Ringnut 12 des Mikroskopobjektivs 4a unter Bildung einer entsprechenden, nach außen gekrümmten Randfläche 13. Es versteht sich, dass diese Art der Abdichtung auf Zwischenräume mit ver gleichsweise kleiner Axialhöhe beschränkt ist. Wie auch im Fall der oben erwähnten Faltenbalg-, Bürsten-, Lamellen- oder Dichtlippenanordnungen ermöglicht auch die Abdichtvariante von 4 eine ausreichende Lateralbeweglichkeit des Beugungsgitters 3. Eine laterale Relativbewegung des Beugungsgitters 3 relativ zum Prüfling 1 ist für Justagezwecke und zum Auffinden der Fokuslage erwünscht, während eine Lateralbewegung des Beugungsgitters 3 relativ zum Detektorelement 5 bzw. Mikroobjektiv 4, 4a für den Phasenschiebungsvorgang der Shearinginterferometrie gewünscht ist.
In den gezeigten Beispielen wird deutlich, dass sich durch Einbringen von Immersionsflüssigkeit zwischen das Objektiv 1 und das bildseitige Gitter 3 die numerische Apparatur des Objektivs 1 und damit das Auflösungsvermögen erhöhen läßt, wenn die Vermessungsvorrichtung als BIF-Vorrichtung am Gebrauchsort des Objektivs 1 eingebaut ist, beispielsweise in ein Projektionsbelichtungssystem einer Mikrolithographieanlage. Im Normalbetrieb befindet sich beim Belichtungsprozess in der Bildebene ein zu belichtender Wafer z.B. mit Photolack, so dass sich die BIF-Vorrichtung in vorteilhafter Weise in einen Stepper bzw. Scanner einbauen lässt, wobei die Immersionsflüssigkeitskammern dessen Nutzungsbedingungen entspricht und sogar fördert. Das Füllen eines oder mehrerer der objektseitigen Zwischenräume, wie insbesondere des Zwischenraums zwischen objektseitiger Interterenzmustererzeugungsstruktur 2b, wo sich im Gebrauch des Objektivs 1 z.B. ein Retikel befindet, und dem Objektiv 1 erlaubt die Auslegung des Objektivdesigns mit kleineren Linsendurchmessern.
Das Einbringen von Immersionsflüssigkeit vor dem Mikroobjektiv 4, 4a hat für die Prüfung von Objektiven 1 mit numerischen Aperturen bis ca. 0,9 Vorteile hinsichtlich Design und Bau desselben, da seine numerische Apertur größer oder gleich derjenigen des Prüflings 1 sein muss, wenn wie gewünscht die gesamte Objektivpupille vermessen werden soll. Darüber hinaus ist es auf diese Weise überhaupt erst mit relativ geringem Aufwand möglich, mit dieser Technik auch Objektive mit numerischen Aperturen größer als ca. 0,95 oder sogar größer als 1,0 zu vermessen.
5 zeigt in einer Ansicht entsprechend 1 ein Ausführungsbeispiel vom Punktbeugungsinterferometertyp. Auf der Objektseite des zu vermessenden Objektivs 1 beinhaltet diese Vermessungsvorrichtung ein Beleuchtungsmodul 2' mit einer Beleuchtungslinse 2a und einer anschließenden, als objektseitige Interferenzmustererzeugungsstruktur fungierenden Nadelloch(Pinhole)-Maske 2c. Letztere ist in der Objektebene des Prüflings 1 zwecks Erzeugung einer ersten sphärischen Welle angeordnet. Zwischen der Pinhole-Maske 2c und der eintrittsseitigen Linse 1a des Prüflings 1 ist ein Strahlteiler in Form eines Beugungsgitters 15 vorgesehen, um eine zur ersten kohärente, zweite sphärische Welle zu erzeugen. Alternativ kann dieses Strahlteiler-Beugungsgitter 15 vor der objektseitigen Pinhole-Maske 2c oder bildseitig zwischen der austrittseitigen Objektivlinse 1c und einer weiteren, bildseitigen Pinhole-Maske 3a angeordnet sein, die sich vorzugsweise in der Bildebene des Objektivs 1 befindet. Zum Zwecke der Phasenschiebung ist das strahlteilende Beugungsgitter 15 wiederum durch ein entsprechendes Lateralbewegungs-Stellglied 16 lateral beweglich angeordnet, wie durch den Bewegungspfeil B symbolisiert.
Die in der Bildebene oder alternativ in der Nähe der Bildebene des Objektivs 1 positionierte zweite Pinholemaske 3a weist ein zweites Nadelloch auf, um durch Beugung eine sphärische Referenzwelle zu erzeu gen. Die Strahlung für die Erzeugung der Referenzwelle stammt aus der Abbildung der ersten oder zweiten der vom strahlteilenden Beugungsgitter 15 gelieferten sphärischen Wellen durch das Objektiv 1, die in 5 mit durchgezogenen bzw. gestrichelten Linien schematisch repräsentiert sind, wobei sich je nach Ausführungsform des strahlteilenden Gitters 15 ein unterschiedlicher Beugungswirkungsgrad und damit unterschiedliche Überlagerungsintensitäten ergeben können.
Außer dem Nadelloch weist die zweite, bildseitige Pinholemaske 3a, wie bei Punktbeugungsinterferometern üblich, eine zweite, größere Öffnung zum freien Durchlass der Prüflngswelle auf. Auf der Detektionsebene des Detektorelements 5 kommt es auf diese Weise zur kohärenten Überlagerung von Referenz- und Prüfungswelle, und das entstehende Interferenzmuster kann vom Detektorelement 5 ortsauflösend detektiert und durch eine nachgeschaltete Auswerteeinheit in üblicher Weise ausgewertet werden. Die erwähnte Phasenschiebung ist hierbei von Vorteil, aber nicht prinzipiell notwendig, da durch die relative Kippung von Prüf- und Referenzwelle Vielstreifeninterferogramme entstehen, aus denen mit herkömmlichen Vielstreifenauswertemethoden die Phasenbeziehung berechnet werden kann.
Charakteristisch ist bei der Vorrichtung von 5 wiederum die Bildung der Immersionsflüssigkeitskammern 8a, 8b, 8c, 8f aus den Zwischenräumen zwischen den erwähnten Optikkomponenten durch geeignete fluidkammerbildende Mittel, hier wieder durch die Faltenbälge 7a, 7b, 7c, 7e, wobei das strahlteilende Beugungsgitter 15 innerhalb der Immersionsflüssigkeitskammer 8b angeordnet ist, bzw. diese entsprechend aufteilt. Es versteht sich, dass statt der Faltenbälge auch die oben erwähnten, alternativen fluidkammerbildenden Mittel verwendbar sind. Weiter versteht sich, dass in Varianten der Vorrichtung von 5 nur ein Teil der Zwischenräume unter Bildung einer jeweiligen Immersionsflüssigkeitskammer abgedichtet sein braucht.
Während in den obigen Ausführungsbeispielen Vermessungsvorrichtungen vom Einzeldurchtritttyp beschrieben wurden, bei denen die Prüfstrahlung nur einmal durch den Prüfling hindurchgeleitet wird, zeigt 6 eine Vermessungsvorrichtung vom Doppeldurchtritttyp, speziell vom Typ eines Twyman-Green-Interferometers. Diese Vorrichtung beinhaltet im Anschluss an eine nicht gezeigte Lichtquelle eine Fokussieroptik 17 mit Lochblende als Raumfilter und einen anschließenden Strahlteiler 18, von dem eine erste Hälfte der Strahlung um 90° in Richtung Prüfling 1 umgelenkt wird, während die restliche Strahlung unabgelenkt zu einem Referenzsystemteil 19 mit einem Planspiegel 19a und einem Axialbewegungs-Stellglied 19b gelangt, mit dem der Planspiegel 19a, wie durch Doppelpfeile symbolisiert, zwecks Phasenschiebung axial beweglich ist.
Der vom Strahlteiler 19 umgelenkte Strahlungsanteil wird von einer anschließenden Fokussieroptik 20 in die Objektebene des Prüflings 1 fokussiert, um dort eine sphärische Prüflingswelle bereitzustellen. Bildseitig ist ein Hohlsphärenspiegel 21 so angeordnet, dass sein Krümmungsmittelpunkt in der Bildebene des Prüflings 1 liegt. Der Hohlsphärenspiegel 21 wirft folglich die aus dem Prüfling 1 bildseitig austretende Strahlung wieder durch diesen hindurch zurück. Im idealen Fall, d.h. bei perfekter Justierung und ohne Bauteilfehler, sind Hin- und Rückweg der Welle identisch. Allgemein sind bei solchen Doppeldurchtritt-Anordnungen die Reflexionsflächen sphärisch gekrümmt, d.h. von konkaven oder konvexen Glas- oder Spiegelkörpern gebildet, da der Strahlengang bei zu vermessenden Abbildungsobjektiven austrittsseitig konvergent ist. Über die Fokussieroptik 20 und den Strahlteiler 19 gelangt die Strahlung dann auf die Detektorebene eines hinter dem Strahlteiler 19 angeordneten Detektorelements 5a, das z.B. eine Bildaufnahmekamera sein kann. Zusätzlich gelangt die vom Referenzsystemteil 19 rückreflektierte und vom Strahlteiler 19 um 90° umgelenkte Referenzstrahlung zum Detektorelement 5a und interferiert mit der doppelt durch den Prüfling 1 hindurch getretenen Strahlung, wie beim Twyman-Green-Interferometeraufbau üblich.
Charakteristisch sind wiederum objektseitig und bildseitig angrenzend an den Prüfling 1 je eine Immersionsflüssigkeitskammer 8b, 8c mittels jeweiliger Faltenbälge 7b, 7c, alternativ mittels einer der anderen, oben erwähnten Abdichtvarianten, gebildet, d.h. objektseitig zwischen der Fokussieroptik 20 und der eintrittsseitigen Objektivlinse 1a und bildseitig zwischen der austrittsseitigen Objektivlinse 1c und dem Hohlsphärenspiegel 21. Es ergeben sich wiederum die oben erwähnten Eigenschaften und Vorteile einer Füllung dieser Zwischenräume mit einer Immersionsflüssigkeit.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Immersionsflüssigkeit stationär in die betreffende Immersionsflüssigkeitskammer eingebracht sein, oder es wird alternativ die jeweilige Immersionsflüssigkeitskammer kontinuierlich oder periodisch mit der Immersionsflüssigkeit gespült bzw. neu befüllt. Damit kann jeglicher Störeffekt durch eine Erwärmung der Immersionsflüssigkeit vermieden und/oder eine Kühlung der angrenzenden Optikkomponenten erzielt werden. Hierzu sind dann geeignete herkömmliche Mittel vorgesehen, insbesondere ein Einlass 22a und ein Auslass 22b in bzw. aus der Immersionsflüssigkeitskammer 8c, wie in 6 beispielhaft für den Fall der Immersionsflüssigkeitskammer 8c gezeigt. Die Immersionsflüssigkeit 23 kann auf diese Weise im Kreislauf aus einem Vorratstank durch eine Pumpe in die betreffende Immersionsflüssigkeitskammer gefördert und aus dieser abgezogen werden.
Wie die gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung, mit der sich auch optische Abbildungssysteme mit sehr hoher numerischer Apertur optisch z.B. durch Wellenfronterfassung mittels Shearing-Interferometrie oder Punktbeugungsinterferometrie sehr genau vermes sen lassen. Die Vorrichtung ist insbesondere für BIF-Anordnungen zur Wellenfronterfassung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographieanlagen einsetzbar, wobei sie bei Bedarf in die Lithographieanlage selbst integriert sein kann. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vermessungsvorrichtung auch zur optischen Vermessung beliebiger anderer optischer Abbildungssysteme unter Einsatz interferometrischer oder anderer herkömmlicher Messtechniken einsetzbar ist, insbesondere zur ortsaufgelösten Vermessung über den gesamten Pupillenbereich mit hoher numerischer Apertur. Durch Bildung einer oder mehrerer Immersionsflüssigkeitskammern in einer oder mehreren, von der vermessenden optischen Strahlung durchquerten Zwischenräumen zwischen optischen Komponenten der Vermessungsvorrichtung bzw. zwischen dem Prüfling und jeweils angrenzenden Prüfoptikkomponenten lässt sich der Öffnungswinkel bzw. der Strahlquerschnitt der vermessenden Strahlung reduzieren, und die Vermessungsvorrichtung lässt sich kompakt bauen.

Claims

Vorrichtung zur optischen Vermessung eines optischen Abbildungssystems, mit – einer oder mehreren, vor dem zu vermessenden Abbildungssystem (1) anzuordnenden objektseitigen Prüfoptikkomponenten (2a, 2b) und/oder – einer oder mehreren, nach dem zu vermessenden Abbildungssystem anzuordnenden bildseitigen Prüfoptikkomponenten (3, 4, 5), – wobei ein oder mehrere Zwischenräume zwischen je zwei aufeinanderfolgenden objektseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen je zwei aufeinanderfolgenden bildseitigen Prüfoptikkomponenten, zwischen einer objektseitig letzten Prüfoptikkomponente und dem anschließenden optischen Abbildungssystem und/oder zwischen dem optischen Abbildungssystem und einer anschließenden, ersten bildseitigen Prüfoptikkomponente gebildet sind, gekennzeichnet durch – fluidkammerbildende Mittel (6, 7a bis 7e) zur fluiddichten Begrenzung wenigstens eines der Zwischenräume, um eine entsprechende Immersionsflüssigkeitskammer (8a bis 8f) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie zur interterometrischen Wellenfronterfassung ausgelegt ist und dazu bildseitig eine Interferenzmustererzeugungsstruktur (3) und ein Detektorelement (5) beinhaltet, wobei die fluidkammerbildenden Mittel zur Bildung einer Immersionsflüssigkeitskammer (8c bis 8f) zwischen dem zu vermessenden optischen Abbildungssystem (1) und der bildseitigen Interferenzmusterer zeugungsstruktur (3) und/oder zwischen der bildseitigen Interterenzmustererzeugungsstruktur und einer anschließenden Prüfoptikkomponente (4, 5) und/oder zwischen dem Detektorelement (5) und einer vorausgehenden Prüfoptikkomponente (3, 4) ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie zur interferometrischen Wellenfronterfassung ausgelegt ist und dazu objektseitig eine Interterenzmustererzeugungsstruktur (2b) und eine vorgeschaltete Beleuchtungsoptik (2a) beinhaltet, wobei die fluidkammerbildenden Mittel zur Bildung einer Immersionsflüssigkeitskammer (8a, 8b) zwischen der Beleuchtungsoptik (2a) und der objektseitigen Interterenzmustererzeugungsstruktur (2b) und/oder zwischen der objektseitigen Interferenzmustererzeugungsstruktur und dem optischen Abbildungssystem (1) ausgelegt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Wellenfronterfassung durch Shearing-Interferometrie mit objektseitiger und bildseitiger Interterenzmustererzeugungsstruktur oder durch Punktbeugungsinterferometrie mit objektseitiger und bildseitiger Nadelloch-Beugungsstruktur ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie als Doppeldurchtritt-Interterometersystem mit bildseitigem Reflexionselement ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter gekennzeichnet durch Mittel (22a, 22b) zum kontinuierlichen oder zeitweisen Austausch von Immersionsflüssigkeit in einer jeweiligen Immersionsflüssigkeitskammer.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die fluidkammerbildenden Mittel eine Faltenbalganordnung (7a bis 7e), eine Dichtbürsten- und/oder Dichtlamellenanordnung (11) und/oder eine Labyrinthdichtungsanordnung (10) zur fluiddichten Begrenzung einer jeweiligen Immersionsflüssigkeitskammer quer zum Strahlverlauf des Abbildungssystems beinhalten.