DE10317278A1

DE10317278A1 - Diffusor, Wellenfrontquelle, Wellenfrontsensor und Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE10317278A1
Application number: DE10317278A
Authority: DE
Inventors: Martin Schriever; Helmut Haidner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2003-11-06
Also published as: US20070046912A1; US7158237B2; JP2005522871A; EP1495369A2; WO2003087945A2; AU2003222799A8; US20050264827A1; WO2003087945A3; AU2003222799A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenfrontquelle mit einer Wellenfrontbildungsstruktur (4a) und einem Diffusor mit einer Streustruktur (2b) im Strahlengang vor oder auf Höhe der Wellenfrontbildungsstruktur sowie auf einen hierfür verwendbaren Diffusor, auf einen damit ausgerüsteten Wellenfrontsensor und eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist der Diffusor eine diffraktive CGH-Steuerstruktur mit vorgegebenem Winkelprofil auf. Die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle beinhaltet einen solchen Diffusor und/oder ein Fokussierelement mit einer reflektierenden diffraktiven Fokussierstruktur (3a) im Strahlengang auf Höhe der Streustruktur oder zwischen der Streustruktur (2b) und der Wellenfrontbildungsstruktur (4a). DOLLAR A Verwendung z.B. bei der Wellenfrontvermessung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Wellenlängenbereich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diffusor mit einer Streustruktur für eine Wellenfrontquelle, auf eine entsprechende Wellenfrontquelle, die zusätzlich zu dem Diffusor eine Wellenfrontbildungsstruktur im Strahlengang nach oder auf Höhe der Streustruktur beinhaltet, auf einen zugehörigen Wellenfrontsensor und eine zugehörige Projektionsbelichtungsanlage.
Eine Wellenfrontquelle dieser Art ist in der Offenlegungsschrift DE 101 09 929 A1 als Teil einer Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung optischer Systeme mittels Scherinterferometrie offenbart, insbesondere eines Projektionsobjektivs einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Als Wellenfrontbildungsstruktur fungiert dort vorzugsweise eine zweidimensionale Mehrlochmaske, die auch als Kohärenzmaske bezeichnet wird. Die räumliche Struktur der Wellenfrontquelle dient zur Formung der räumlichen Kohärenz der Wellenfront. Des weiteren ist es aus dieser Druckschrift bekannt, dass die Wellenfrontbildungsstruktur auf einer Mattscheibe angebracht oder ihr eine Mattscheibe vorgeschaltet sein kann, um die räumliche Kohärenz zu steuern, da die Beleuchtung der Wellenfrontbildungsstruktur idealerweise möglichst inkohärent sein sollte. Zusätzlich kann ein refraktives oder diffraktives, in Transmission arbeitendes Fokussierelement vor der Wellenfrontbildungsstruktur vorgesehen sein, um die Beleuchtungsapertur an die Aperturblende des vermessenen Projektionsobjektivs anzupassen. Die Mattscheibe kann vor oder hinter dem Fokussierelement liegen.
Mit der erwähnten interferometrischen Wellenfrontvermessung lassen sich Aberrationen eines mikrolithographischen Projektionsobjektivs und anderer hochauflösender optischer Abbildungssysteme sehr präzise ermitteln. Die Verwendung der Wellenfrontquelle, auch als Wellenfrontmodul oder Sourcemodul bezeichnet, ermöglicht die Nutzung des Beleuchtungssystemteils der Projektionsbelichtungsanlage oder eines anderen vermessenen optischen Abbildungssystems auch für diese interferometrische Aberrationsbestimmung. Von Vorteil ist eine Gestaltung der Wellenfrontquelle derart, dass sie einfach in eine Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage integrierbar ist, um die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs nicht nur vor seinem Einbau in die Projektionsbelichtungsanlage, sondern auch danach an seinem Einsatzort von Zeit zu Zeit überprüfen zu können.
In der älteren deutschen Patentanmeldung 102 17 242.0, deren Priorität die vorliegende Anmeldung in Anspruch nimmt und auf die hiermit durch Verweis voll umfänglich Bezug genommen wird, wird als weiterbildende Maßnahme vorgeschlagen, die Wellenfrontbildungsstruktur neben einem Nutzmuster, das vom Projektionsobjektiv bestimmungsgemäß z. B. auf einen Wafer abgebildet werden soll, auf einem gemeinsamen Substrat anzuordnen. Dies ermöglicht eine Aberrationsbestimmung und damit auch bei Bedarf eine Aberrationssteuerung oder Aberrationsregelung während des normalen Belichtungsbetriebs.
Für die Vermessung optischer Systeme mit der durch die Wellenfrontquelle bereitgestellten Wellenfront sind bekanntermaßen außer der erwähnten Scherinterferometrie auch andere interferometrische Verfahren möglich, aber auch nicht-interferometrische Verfahren, wie das Shack- Hartmann-Verfahren oder Hartmann-Verfahren. In letzterem Fall beinhaltet die Wellenfrontbildungsstruktur typischerweise ein einzelnes sogenanntes Pinhole oder eine ein- oder zweidimensionale Anordnung mehrerer solcher Pinholes, d. h. Öffnungen sehr kleinen Durchmessers.
Speziell für das Einsatzgebiet der Mikrolithographie besteht zur Erzielung sehr feiner Waferstrukturen der Trend zu immer kürzeren Belichtungswellenlängen im UV-Bereich unter 200 nm und besonders im EUV- Bereich. Dementsprechend besteht ein Bedarf an Wellenfrontquellen, die in der Lage sind, in diesem Wellenlängenbereich eine Wellenfront zu liefern, mit der sich ein Projektionsobjektiv ausreichend genau hinsichtlich Aberrationen interferometrisch vermessen lässt. Eine Schwierigkeit besteht hierbei darin, dass übliche Beleuchtungssysteme, wie sie in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden, um die gewünschte UV- bzw. EUV-Belichtungsstrahlung zu liefern, eine gewisse Pupillenparzellierung aufweisen und zudem nicht die volle numerische Apertur des Projektionsobjektivs ausfüllen.
Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereitstellung einer Wellenfrontquelle der eingangs genannten Art zugrunde, die in der Lage ist, die Wellenfrontstrahlung über den interessierenden Strahlquerschnitt hinweg vergleichsweise homogen und über die volle numerische Apertur des vermessenen optischen Systems mit vergleichsweise hoher Effektivität auch für UV- und insbesondere EUV-Systeme zur Verfügung zu stellen, sowie eines für eine solche Wellenfrontquelle verwendbaren Diffusors, eines mit einer solchen Wellenfrontquelle ausgerüsteten Wellenfrontsensors und einer diesen enthaltenden Projektionsbelichtungsanlage.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Diffusors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 einer Wellenfrontquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 6 oder 8, eines Wellenfrontsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Der erfindungsgemäße Diffusor weist charakteristischerweise eine diffraktive CGH(computergenerierte Hologramm)-Streustruktur mit vorgegebenem Winkelstreuprofil auf. Derartige diffraktive Streustrukturen können durch hierfür an sich bekannte Algorithmen berechnet werden, wie sie für computergenerierte Hologramme (CGH) gebräuchlich sind (daher die Bezeichnung "CGH-Struktur"), und sind typischerweise nicht durch analytische Funktionen beschreibbar. Je nach Bedarf kann die Streustruktur transmittierend oder reflektierend realisiert sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die diffraktive CGH-Streustruktur auf ein zweidimensionales, im wesentlichen gaussförmiges Winkelstreuprofil ausgelegt.
Die Streustruktur kann vorteilhaft durch eine transmittierende, reflektierende oder absorbierende Mehrschichtstruktur gebildet sein, z. B. mit einer Basisschicht und wenigstens einer darüberliegenden Strukturschicht gemäß dem berechneten CGH-Muster, so dass die Mehrschichtstruktur wenigstens zwei definierte Stufenhöhen besitzt. Mit der Strukturierung wird eine Lichtwegvariation gemäß dem berechneten CGH-Muster bewirkt. Die Dimensionen der Strukturen ergeben sich aus der Wellenlänge und den eingesetzten Materialien und der geforderten Streubreite. Für die bevorzugte Mehrschichtstruktur zum Einsatz bei EUV ergeben sich senkrecht zur Lichtrichtung günstige Strukturgrößen von 30 nm bis 3000 nm und in Lichtrichtung von 3 nm bis 200 nm.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur beweglichen Halterung der diffraktiven CGH-Streustruktur vorgesehen, mit denen letztere je nach Bedarf in einer oder mehreren Raumrichtungen, d. h. bezüglich einem oder mehreren der sechs Bewegungsfreiheitsgrade, bewegt werden kann, vorzugsweise während eines Messvorgangs.
Die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle beinhaltet in einem ersten Aspekt der Erfindung einen solchen erfindungsgemäßen Diffusor.
Es zeigt sich, dass eine derartige diffraktive CGH-Streustruktur gerade auch für den UV- und speziell den EUV-Wellenlängenbereich zum einen gut dimensioniert und zum anderen mit für diesen Wellenlängenbereich geeigneten Materialien realisiert werden kann und ein ausreichendes Streuvermögen besitzt.
In einer Ausgestaltung dieser Wellenfrontquelle befindet sich ein Fokussierelement im Strahlengang vor der Wellenfrontbildungsstruktur. Die diffraktive CGH-Streustruktur kann sich vor oder hinter dem Fokussierelement oder auf Höhe desselben befinden. Bei dem Fokussierelement kann es sich um ein beliebiges herkömmliches, refraktives oder diffraktives, in Transmission oder Reflexion arbeitendes Fokussierelement handeln.
In einem weiteren Erfindungsaspekt beinhaltet die Wellenfrontquelle ein Fokussierelement mit reflektierender diffraktiver Fokussierstruktur im Strahlengang auf Höhe der Streustruktur des Diffusors oder zwischen dieser und der Wellenfrontbildungsstruktur. Bei dem Diffusor kann es sich in diesem Fall je nach Bedarf um einen erfindungsgemäßen oder einen herkömmlichen Diffusor handeln.
Beide genannten Maßnahmen, d. h. der spezielle Diffusor und die reflektierende diffraktive Fokussierstruktur, tragen einzeln und in Kombination dazu bei, dass die Wellenfrontquelle eine Wellenfront mit vergleichsweise homogener und vollständiger Ausleuchtung des Feldes bzw. der Pupille des interferometrisch zu vermessenden optischen Systems gerade auch im UV- und insbesondere EUV-Wellenlängenbereich zur Verfügung stellen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Wellenfrontquelle sind die Streustruktur des erfindungsgemäßen oder herkömmlichen Diffusors und die Wellenfrontbildungsstruktur nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet. Diese Maßnahme lässt sich bevorzugt mit der Verwendung eines reflektierenden Fokussierelementes kombinieren.
Die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle ist vorteilhaft für einen Wellenfrontsensor verwendbar, mit dem Objektive zum Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen hinsichtlich Abbildungsfehlern hochgenau vermessen werden können. Der Wellenfrontsensor kann als eigenständige Messvorrichtung realisiert sein, er kann aber auch in eine Projektionsbelichtungsanlage integriert sein. Bei solchen erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlagen kann die Wellenfrontquelle des Wellenfrontsensors z. B. fester Bestandteil einer Retikelverschiebeeinheit oder auf einem Träger angeordnet sein, der anstelle eines Maskenretikels in die Retikelebene der Projektionsbelichtungsanlage geladen werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung eines optischen Abbildungssystems,
Fig. 2 eine schematische, ausschnittweise Draufsicht auf eine diffraktive CGH-Streustruktur, wie sie für einen Diffusor einer Wellenfrontquelle der Vorrichtung von Fig. 1 verwendbar ist,
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht durch die diffraktive CGH-Streustruktur von Fig. 2 in einer transmittierenden Mehrschicht-Realisierung mit durchgehender Basisschicht und darüberliegender CGH-Strukturschicht,
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht entsprechend Fig. 3, jedoch für eine reflektierende Realisierung der Streustruktur,
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht entsprechend Fig. 3, jedoch für eine Mehrschichtstruktur mit eingebrachten CGH- Strukturvertiefungen zur Realisierung der Streustruktur,
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht entsprechend Fig. 5, jedoch für eine Mehrschichtstruktur mit in eine Basisschicht eingebrachten CGH-Strukturvertiefungen,
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht entsprechend Fig. 3, jedoch für eine Streustrukturrealisierung durch entsprechende Zonen unterschiedlicher Brechzahl einer Strukturschicht,
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer zu derjenigen von Fig. 1 alternativen Wellenfrontquelle mit reflektierendem Fokussierelement und einem kombinierten Streustruktur-Wellenfrontbildungsstruktur-Substrat,
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternativen Wellenfrontquelle mit reflektierender Streustruktur, reflektierendem Fokussierelement und reflektierender Wellenfrontbildungsstruktur und
Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternativen Wellenfrontquelle mit einem kombinierten Streustruktur-Wellenfrontbildungsstruktur-Substrat ohne Fokussierelement.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur interferometrischen Wellenfrontvermessung eines optischen Systems 1, bei dem es sich insbesondere um ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage handeln kann. In diesem Fall kann die Vorrichtung in die Projektionsbelichtungsanlage als sogenanntes Betriebsinterferometer integriert sein, um die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs 1 an seinem Einsatzort von Zeit zu Zeit zu überprüfen, wobei die Vermessungsvorrichtung vorzugsweise die gleiche Strahlung benutzt, die von der Anlage im normalen Belichtungsbetrieb verwendet und von einem hierfür üblichen, vorgeschalteten, in Fig. 1 nicht gezeigten Beleuchtungssystem geliefert wird. Hierbei kann es sich vorzugsweise um UV- Strahlung und speziell um EUV-Strahlung handeln.
Zwischen dem nicht gezeigten Beleuchtungssystem und dem zu vermessenden Projektionsobjektiv 1 ist eine Wellenfrontquelle angeordnet, die dazu dient, vom Beleuchtungssystem kommende Strahlung in eine zur interferometrischen Wellenfrontvermessung des Objektivs 1 geeignete Wellenfrontstrahlung zu formen. Dazu weist die Wellenfrontquelle im Strahlengang hintereinander einen transmittierenden Diffusor 2, ein transmittierendes Fokussierelement 3 und eine transmittierende Kohärenzmaske 4 bzw. Wellenfrontbildungsstruktur auf. Der Diffusor 2 und die Kohärenzmaske 4 befinden sich jeweils ungefähr im Brennweitenabstand f vor bzw. hinter dem Fokussierelement 3, d. h. die Wellenfrontquelle bewirkt mit dieser Anordnung eine sogenannte 2f-Abbildung. Dabei ist ein Abstand von nur annähernd, aber nicht exakt f für den Diffusor 2 bevorzugt.
Die Kohärenzmaske 4 befindet sich, wie üblich, vorzugsweise im Bereich der Objektebene des Objektivs 1. Der gezeigte bildseitige Systemteil ist ebenfalls herkömmlicher Art und umfasst in diesem Beispiel ein vorzugsweise im Bereich der Bildebene des Objektivs 1 angeordnetes Beugungsgitter 5, ein Mikroobjektiv 6, vorzugsweise mit Brennweitenabstand hinter dem Beugungsgitter 5, und ein Detektorelement 7, z. B. eine Bildaufnahmekamera mit CCD-Array.
Der zugehörige Strahlverlauf ist in Fig. 1 schematisch anhand eines parallel zur optischen Systemachse 8 einfallenden Randstrahls 9 repräsentiert, wobei das Abbildungsverhalten des Fokussierelements 3 der Wellenfrontquelle zusätzlich durch den Verlauf eines schräg einfallenden Randstrahls 10 strichpunktiert veranschaulicht wird, der auf einen Punkt versetzt zur optischen Systemachse 8 auf die Kohärenzmaske 4 fokussiert wird. Die Maske 4 ist mit einer Wellenfrontbildungsstruktur üblicher Art versehen, die vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig gewählt wird, z. B. eine null-, ein- oder zweidimensionale Pinholestruktur oder eine Scherinterferometrie-Maskenstruktur. Während im Beispiel von Fig. 1 alle drei Komponenten 2, 3, 4 der Wellenfrontquelle als in Transmission arbeitende Elemente gezeigt sind, ist für jede dieser Komponenten in alternativen Ausführungsformen eine in Reflexion arbeitende Realisierung möglich.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Ausschnitt eines Diffusors 2a, der für die Wellenfrontquelle von Fig. 1 verwendet werden kann. Der Diffusor 2a weist eine diffraktive CGH-Streustruktur 11 auf, die mittels eines herkömmlichen Algorithmus berechnet wird, wie er typischerweise zur Berechnung computergenerierter Hologramme (CGH) eingesetzt wird und die nicht durch analytische Funktionen beschreibbar ist. Die diffraktive CGH-Streustruktur 11 ist so bestimmt, dass durch ihre Beugungsordnungen ein vorgegebenes Winkelstreuprofil erhalten bzw. optimiert wird, vorzugsweise ein im wesentlichen gaussförmiges zweidimensionales Winkelstreuprofil, d. h. eine zweidimensionale gaussförmige Streuwinkelverteilung. Dabei kann es sich je nach Bedarf um eine reine Phasenstreustruktur, eine reine Amplitudenstreustruktur oder um kombinierte Amplituden- und Phasenstreustrukturen handeln. Die in Fig. 2 teilweise und in einer Hell/Dunkel-Verteilung dargestellte, diffraktive CGH-Streustruktur 11 erzeugt als eine zweistufige Phasen- und/oder Amplitudenstruktur eine solche gaussförmige zweidimensionale Streuwinkelverteilung. Für einen Streuwinkelbereich von ±0,5° bis ±5°, wie er für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Bereich typisch ist, beinhaltet die Streustruktur 11 minimale Strukturgrößen senkrecht zur Lichteinfallrichtung von etwa 30 nm bis etwa 3000 nm, bevorzugt von etwa 100 nm bis etwa 200 nm.
Diese und andere diffraktive CGH-Streustrukturen lassen sich mit EUVtauglichen Materialien sowohl in Transmission als auch in Reflexion realisieren. So zeigt Fig. 3 schematisch und ausschnittweise eine Realisierung der diffraktiven CGH-Streustruktur 11 von Fig. 2 in Transmission als eine Mehrschichtstruktur 11a mit einer transmittierenden Basisschicht 12 z. B. aus Silizium oder Siliziumnitrid und einer darauf aufgebrachten, transmittierenden Strukturschicht 13, auch Membranschicht genannt, z. B. aus Molybdän. Die Membranschicht 13 ist entsprechend des berechneten CGH-Musters strukturiert, d. h. dunkle Flächenbereiche in Fig. 2 entsprechen z. B. Bereichen der Mehrschichtstruktur 11a, in denen sich die Strukturschicht 13 befindet, während letztere in den in Fig. 2 hellen Bereichen fehlt, so dass dort die Basisschicht 12 freiliegt.
Strahlungsanteile 14, welche die Strukturschicht 13 zusätzlich zur Basisschicht 12 durchlaufen, haben folglich eine andere effektive Lichtweglänge und/oder Absorption als Strahlungsanteile 15, die in von der Strukturschicht 13 freigelassene Bereiche der Mehrschichtstruktur 11a einfallen und nur die Basisschicht 12 durchlaufen, was zusammen mit der lateralen CGH-Ortsverteilung der Bereiche der Strukturschicht 13 die gewünschte diffraktive Phasenstruktur- und/oder Amplitudenstruktur- Streuwirkung ergibt. Für die Schichtdicke der Strukturschicht 13 dieser zweistufigen Amplituden- und/oder Phasenstruktur sind je nach Anwendungsfall Werte zwischen etwa 3 nm bis etwa 200 nm geeignet, unter anderem abhängig von der Strahlungswellenlänge und dem Strukturschichtmaterial.
Fig. 4 zeigt eine Realisierung der diffraktiven CGH-Streustruktur 11 von Fig. 2 als reflektierende Mehrschichtstruktur 11b. Diese Mehrschichtstruktur 11b beinhaltet eine reflektierende Basisschicht 16, z. B. eine herkömmliche reflektierende MoSi-Mehrlagenschicht auf einer Trägerschicht z. B. aus Zerodur-Material oder eine andere herkömmliche reflektierende Mehrlagenschicht. Auf die Basisschicht 16 ist wiederum eine die berechnete CGH-Struktur beinhaltende Struktur- bzw. Membranschicht aufgebracht, bei der es sich insbesondere, wie gezeigt, um die gleiche transmittierende Strukturschicht 13 wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 handeln kann. Materialauswahl und Dimensionierung der Strukturschicht 13 zur Bereitstellung der zweistufigen Amplituden- und/oder Phasenstruktur sind entsprechend wie für das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 vorzunehmen, so dass auf die obigen Ausführungen hierzu verwiesen werden kann. Wie in Fig. 4 verdeutlicht ist, ergibt sich bei gegebener Dicke der Strukturschicht 13 in Reflexion ein doppelt so großer Amplituden- bzw. Phaseneffekt wie im Fall der Transmission gemäß Fig. 3, da Strahlungsanteile 14a, die in Bereichen der Strukturschicht 13 einfallen und reflektiert werden, letztere zweimal durchqueren, während in Zwischenbereichen einfallende Strahlung 15a nicht durch die Strukturschicht 13 läuft.
In einer weiteren Variante kann die diffraktive CGH-Streustruktur von einer absorbierenden Mehrschichtstruktur gebildet sein, z. B. entsprechend der Struktur 11b von Fig. 4 mit der Modifikation, dass statt der transmittierenden Strukturschicht 13 eine absorbierende Strukturschicht verwendet wird.
Fig. 5 zeigt eine Realisierung der diffraktiven CGH-Streustruktur in Form einer Mehrschichtstruktur 11c, die über einer Trägerschicht 30 sechs Schichtlagen aus je einer ersten Schichtlage 31 und einer zweiten Schichtlage 32 beinhaltet, die zweifach wiederholt alternierend übereinandergestapelt sind. In die vier oberen Schichtlagen sind Vertiefungen 33 gemäß dem gewünschten CGH-Muster eingebracht, z. B. durch Ätzen.
Bei einer weiteren, in Fig. 6 gezeigten Variante ist die diffraktive CGH- Streustruktur durch eine Mehrschichtstruktur 11d gebildet, bei der das gewünschte CGH-Muster als Vertiefungen 34 z. B. durch Ätzen in eine Basisschicht 35 eingebracht ist. Auf die solchermaßen CGH-strukturierte Oberseite der Basisschicht 35 sind dann mehrere, z. B. drei, Schichtlagen 36 ganzflächig und konform aufgebracht, d. h. mit einer Gesamtdicke der Schichtlagen 36, die deutlich kleiner als die Tiefe der CGH- Strukturvertiefungen 34 ist.
Fig. 7 zeigt eine Realisierung der diffraktiven CGH-Streustruktur in Form einer Mehrschichtstruktur 11e, die eine Brechzahlvariationsschicht 37 über einer Basisschicht 38 beinhaltet. Die Brechzahlvariationsschicht 37 ist ganzflächig mit konstanter Dicke auf die Basisschicht 38 aufgebracht, jedoch in zwei Zonen 37a, 37b unterschiedlicher Brechzahl unterteilt. Die beiden Zonen 37a, 37b haben in ihrer lateralen Ausdehnung die Gestalt des gewünschten CGH-Musters, d. h. die diffraktive CGH- Streustruktur ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Brechzahlunterschied verwirklicht. Im Beispiel von Fig. 7 liegt jeweils ein abrupter Übergang von der einen zur anderen Brechzahl an den Grenzflächen der beiden Zonen 37a, 37b vor. In einer alternativen Variante kann ein in lateraler Richtung allmählicher Brechzahlübergang vorgesehen sein, d. h. die Brechzahl geht innerhalb einer vorgebbaren lateralen Grenzflächenbreite stetig vom einen auf den anderen Wert über. Wie zu den Fig. 3 und 4 oben erläutert, kann jede der Mehrschichtstrukturen nach Art der Fig. 5 bis 7 je nach Bedarf in Transmission oder Reflexion arbeitend ausgelegt sein. Des weiteren versteht es sich, dass beliebige geeignete Kombinationen der oben zu den Fig. 3 bis 7 erläuterten Mehrschichttypen zur Herstellung der CGH-Streustruktur möglich sind.
Während die Fig. 2 bis 7 Beispiele zweistufiger Amplituden- und/oder Phasenstrukturen zeigen, sind in alternativen Ausführungsformen der Erfindung auch Mehrschicht-Phasenstrukturen mit drei oder mehr Stufen möglich.
In analoger Weise können bekanntermaßen auch diffraktive Fokussierstrukturen als Mehrschichtstruktur realisiert werden, indem ein entsprechendes Fokussiermuster ausgebildet wird, z. B. ein Fresnelzonenmuster, je nach Bedarf in transmittierender oder reflektierender Realisierung.
Fig. 8 zeigt hierzu ein Anwendungsbeispiel in Form einer Wellenfrontquelle, die ein in Reflexion arbeitendes Fokussierelement 3a umfasst, das durch einen solchen Mehrschichtaufbau mit einer diffraktiven Fokussierstruktur gebildet ist, wie einer Fresnelzonenplattenstruktur. Dazu kann analog zum Ausführungsbeispiel von Fig. 4 auf eine reflektierende Mehrlagen-Basisschicht eine entsprechende Fresnelzonen-Strukturschicht aufgebracht sein, wobei für einen Einsatz im EUV-Wellenlängenbereich insbesondere wiederum die oben zu den Fig. 3 und 4 genannten Schichtmaterialien verwendbar sind.
Des weiteren sind bei der Wellenfrontquelle von Fig. 8 die Streu- und die Wellenfrontbildungsfunktion in einem gemeinsamen Substrat 17 integriert. Dazu beinhaltet das Substrat 17 mit etwas Abstand nebeneinanderliegend zum einen eine Streustruktur 2b und zum anderen eine Wellenfrontbildungsstruktur 4a. Bei der Streustruktur 2b handelt es sich um eine diffraktive CGH-Streustruktur z. B. der zu Fig. 2 erläuterten Art oder alternativ um eine herkömmliche diffraktive Streustruktur, wie eine Mattscheibe. Die Wellenfrontbildungsstruktur 4a entspricht der vom Anwendungsfall abhängig zu wählenden Kohärenzmasken- bzw. Objektstruktur, wie oben zur Kohärenzmaske 4 von Fig. 1 erläutert, z. B. zur Vermessung durch Scherinterferometrie oder das Shack-Hartmann- Verfahren.
Bei der Wellenfrontquelle von Fig. 8 wird die ankommende Strahlung auf die Streustruktur 2b gerichtet und anschließend vom reflektierenden diffraktiven Fokussier- bzw. Linsenelement 3a auf die Wellenfrontbildungsstruktur 4a fokussiert, welche dann die gewünschte Wellenfrontstrahlung abgibt. Dabei weist auch die Wellenfrontquelle von Fig. 8 vorzugsweise einen 2f-Aufbau auf, bei dem die Streustruktur 2b um etwa den Brennweitenabstand f, jedoch vorzugsweise nicht exakt im Abstand f, im Strahlungsweg vor dem Fokussierelement 3a und die Wellenfrontbildungsstruktur 4a um etwa den Brennweitenabstand f im Strahlungsweg hinter dem Fokussierelement 3a liegen, wodurch sich das 2f- Abbildungsverhalten ergibt.
Fig. 9 zeigt eine weitere Wellenfrontquelle mit 2f-Abbildungsverhalten, bei der alle drei funktionswesentlichen Komponenten reflektierend ausgelegt sind. Einfallende Strahlung (18) trifft auf einen Diffusor 2c mit reflektierender Streustruktur, bei der es sich um eine diffraktive CGH- Streustruktur oder um eine beliebige andere, herkömmliche Streustruktur handeln kann, und wird von dieser auf ein als Fokussierspiegel 3b realisiertes Fokussierelement reflektiert. Hierbei kann es sich z. B. um einen üblichen Konvexspiegel oder Fresnelzonenspiegel handeln. Alternativ ist eine diffraktive reflektierende Fokussierstruktur verwendbar, wie die reflektierende Mehrschicht-Fokussierstruktur 3a von Fig. 8. Das Fokussierelement 3b reflektiert die Strahlung fokussierend auf eine reflektierende Maske 4b mit der zur Formung der gewünschten Wellenfrontstrahlung erforderlichen Wellenfrontbildungsstruktur.
Optional ist der Diffusor 2c beweglich angeordnet, je nach Bedarf in einem oder mehreren seiner sechs Bewegungsfreiheitsgrade. Für diesen optionalen Fall ist der Diffusor 2c, wie in Fig. 9 schematisch veranschaulicht, an einem Achsstück 21 entsprechend in einer, zwei oder drei Raumrichtungen verschiebebeweglich und/oder drehbeweglich gehalten. Eine Bewegung des Diffusors 2c ist insbesondere während eines Vermessungsvorgangs vorteilhaft, bei dem ein Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage oder ein anderes optisches Abbildungssystem durch einen mit der Wellenfrontquelle ausgerüsteten Wellenfrontsensor hinsichtlich Abbildungsfehlern vermessen wird. Das Bewegen des Diffusors 2c trägt zu einer Steigerung der räumlichen Inkohärenz der Strahlung bei, wie dies für entsprechende Messtechniken gewünscht ist.
In weiteren, nicht gezeigten alternativen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wellenfrontquelle sind die Streufunktion und die Fokussierfunktion in ein gemeinsames Streu- und Fokussierelement integriert. Dazu sind z. B. eine diffraktive CGH-Streustruktur oder eine andere, herkömmliche Streustruktur und eine Fokussierstruktur, z. B. eine Fresnelzonenplattenstruktur, je nach Bedarf in Reflexion oder Transmission arbeitend auf einem gemeinsamen Substrat vorgesehen, z. B. einem aus EUV-tauglichen Materialien aufgebauten Mehrschichtsubstrat. In weiteren alternativen Ausführungsformen der Erfindung befindet sich die Streustuktur in einem Abstand kleiner als der Brennweitenabstand f im Lichtweg vor dem Fokussierelement.
Des weiteren umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen von Wellenfrontquellen nur mit Streustruktur und Wellenfrontbildungsstruktur, d. h. ohne Fokussierstruktur. Fig. 10 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel, bei der die Streufunktion und die Wellenfrontbildungsfunktion in einem gemeinsamen, kombinierten Streu- und Wellenfrontbildungselement 19 integriert sind. Dazu kann dieses kombinierte Element 19 z. B. von einem Mehrschichtaufbau aus EUV-tauglichen Materialien gebildet sein, der eine diffraktive CGH-Streustruktur und eine Wellenfrontbildungsstruktur kombiniert enthält. Unter einem bestimmten Winkel α schräg auf das kombinierte Element 19 auftreffende Strahlung 20 wird von diesem durch Streuung in seiner Intensitäts- und Winkelverteilung in gewünschter Weise homogenisiert und in die geforderte Wellenfrontstrahlung geformt. In alternativen Ausführungsformen sind Streufunktion und Wellenfrontbildungsfunktion getrennt, indem sich im Strahlengang vor einer Wellenfrontbildungsstruktur eine diffraktive CGH-Streustruktur ohne fokussierendes Element befindet.
Wie die oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung eine Wellenfrontquelle zur Verfügung, die sich für Wellenfrontsensoren speziell auch für EUV-Interferometrie oder das Shack- Hartmann-Verfahren zur Wellenfrontvermessung von hochauflösenden Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen und im übrigen für beliebige andere Wellenfrontvermessungsanwendungen eignet, um eine sehr homogene und voll ausleuchtende Wellenfrontstrahlung bei gleichzeitiger Strahlverstärkung bereitzustellen. Von Vorteil ist die Verwendung einer diffraktiven CGH-Streustruktur zur Erzeugung eines definierten, z. B. zweidimensionalen gaussförmigen Winkelspektrums. Eine solche Streustruktur ist in Transmission und Reflektion sowie als Amplituden- oder Phasenstruktur oder kombinierte Amplituden- und Phasenstruktur realisierbar, gerade auch für den Einsatz im EUV-Wellenlängenbereich.
Speziell in Anwendung für die Shack-Hartmann-Vermessung oder die interferometrische Vermessung von Projektionsobjektiven in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen ist es mit der erfindungsgemäßen Wellenfrontquelle auch im EUV-Wellenlängenbereich möglich, die Pupille bzw. das Feld des Objektivs vollständig und sehr homogen auszuleuchten, auch wenn ein vorgelagertes Beleuchtungssystem verwendet wird, das einen Pupillenparzellierungseffekt aufweist und allein nicht in der Lage ist, die volle numerische Apertur des Objektivs auszuleuchten.
Die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle kann, wie als solches für Wellenfrontquellen an sich bekannt, je nach Bedarf in einkanaliger oder mehrkanaliger Ausführung realisiert sein. In letzterem Fall sind mehrere, vorzugsweise viele, gleichartige strahlführende Kanäle nebeneinander in der Wellenfrontquelle angeordnet.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen sind insbesondere als sogenannte Stepper oder Scanner gebräuchlich. Um z. B. deren Projektionsobjektiv hochgenau zu vermessen, kann ein erfindungsgemäßer Wellenfrontsensor, der die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle beinhaltet, als eigenständige Messvorrichtung realisiert sein, in der das Projektionsobjektiv vor Einbau in den Stepper oder Scanner vermessen wird. Alternativ kann der Wellenfrontsensor im Stepper oder Scanner integriert sein. Die erfindungsgemäße Wellenfrontquelle kann in diesem Fall z. B. als komplettes Bauteil auf einen Träger montiert sein, der anstelle eines im normalen Belichtungsbetrieb verwendeten Retikels in der Retikelebene in den Stepper oder Scanner geladen werden kann. Alternativ können ein oder mehrere Kanäle der Wellenfrontquelle fester Bestandteil des Steppers bzw. Scanners sein, indem die Wellenfrontquelle z. B. einen festen Bestandteil einer Retikelverschiebeeinheit der Projektionsbelichtungseinheit des Steppers bzw. Scanners bildet.

Claims

1. Diffusor für eine Wellenfrontquelle eines Wellenfrontsensors, mit
einer Streustruktur (11),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Streustruktur eine diffraktive CGH-Streustruktur (11) mit vorgegebenem Winkelstreuprofil ist.

2. Diffusor nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive CGH-Streustruktur ein zweidimensionales, im wesentlichen gaussförmiges Winkelstreuprofil aufweist.

3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive CGH-Streustruktur durch eine transmittierende, reflektierende oder absorbierende Mehrschichtstruktur (11a, 11b) gebildet ist, die gemäß einem CGH-Muster in ihrer effektiven Schichtdicke und/oder in ihrer Brechzahl variiert.

4. Diffusor nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strukturschicht minimale Strukturabmessungen senkrecht zur Lichtrichtung im Bereich zwischen 30 nm und 3000 nm, insbesondere 100 nm bis 200 nm, und/oder in Lichtrichtung zwischen etwa 3 nm und etwa 200 nm aufweist.

5. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter gekennzeichnet durch Mittel (21) zur in einer oder mehreren Translations- und/oder Drehrichtungen beweglichen Halterung der diffraktiven CGH-Streustruktur.

6. Wellenfrontquelle für einen Wellenfrontsensor, insbesondere zur Wellenfrontvermessung optischer Systeme, mit
einer Wellenfrontbildungsstruktur (4, 4a, 4b, 19) und
einem Diffusor (2, 2a) mit einer Streustruktur (11, 2b, 2c, 19) im Strahlengang vor oder auf Höhe der Wellenfrontbildungsstruktur,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Diffusor (2, 2a) ein solcher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.

7. Wellenfrontquelle nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch ein Fokussierelement (3, 3a, 3b) im Strahlengang vor der Wellenfrontbildungsstruktur und auf Höhe der diffraktiven CGH- Streustruktur oder vor oder hinter der difiraktiven CGH- Streustruktur.

8. Wellenfrontquelle für einen Wellenfrontsensor, insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, mit
einer Wellenfrontbildungsstruktur (4, 4a, 4b, 19) und
einem Diffusor (2, 2a) mit einer Streustruktur (2b, 2c, 11, 19) im Strahlengang vor der Wellenfrontbildungsstruktur,
gekennzeichnet durch
ein Fokussierelement (3, 3a, 3b) mit einer reflektierenden Fokussierstruktur im Strahlengang vor der Wellenfrontbildungsstruktur und auf Höhe der Streustruktur oder vor oder hinter der Streustruktur.

9. Wellenfrontquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Streustruktur (2b) und die Wellenfrontbildungsstruktur (4a) nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat (17) ausgebildet sind.

10. Wellenfrontsensor mit einer Wellenfrontquelle zur Vermessung von Objektiven für Projektionsbelichtungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrontquelle eine solche nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ist.

11. Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem Objektiv und mit einem Wellenfrontsensor zur Vermessung des Objektivs, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenfrontsensor ein solcher nach Anspruch 10 ist.

12. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, weiter gekennzeichnet durch eine Retikelverschiebeeinheit, welche die Wellenfrontquelle des Wellenfrontsensors als festen Bestandteil beinhaltet.

13. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, weiter gekennzeichnet durch einen Träger, auf dem die Wellenfrontquelle angeordnet ist und der in eine Retikelebene der Projektionsbelichtungsanlage ladbar ist.