DE102005056914A1

DE102005056914A1 - Projektionsbelichtungsystem

Info

Publication number: DE102005056914A1
Application number: DE102005056914A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Freimann; Jens Dr. Philipps
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-05-31
Also published as: JP2009517871A; JP5084739B2; US20090002663A1; WO2007062808A1; US8228485B2

Abstract

Ein Projektionsbelichtungssystem mit mehreren optischen Komponenten umfaßt eine Interferometeranordnung, deren Komponenten außerhalb eines Projektionsstrahlenganges des Projektionsbelichtungssystems angeordnet sind. Meßstrahlung der Interferometeranordnung trifft schräg unter einem großen Inzidenzwinkel auf eine Oberfläche der zu vermessenden optischen Komponente. Aktuatoren des Projektionsbelichtungssystems können in Abhängigkeit von einer mit der Interferometeranordnung detektierten Meßstrahlungsintensitätsverteilung angesteuert werden, um Abbildungseigenschaften des Projektionsbelichtungssystems zu ändern und diese auch insbesondere gegenüber Driften stabil zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungssystem.
Bei der Herstellung miniaturisierter Strukturen und Bauelemente werden herkömmlicherweise lithographische Verfahren eingesetzt. Die miniaturisierten Bauelemente und Strukturen umfassen beispielsweise integrierte Schaltkreise, Flüssigkristallelemente, mikromechanische Komponenten und dergleichen. Hierbei werden auf einer Maske ("reticle") vorgegebene Muster bzw. Strukturen auf ein strahlungsempfindliches Substrat, wie beispielsweise einen mit einer strahlungsempfindlichen Schicht ("resist") versehenen Wafer durch eine Abbildungsoptik eines Projektionsbelichtungssystems abgebildet. Das für die Abbildung notwendige Licht wird durch ein Beleuchtungssystem des Projektionsbelichtungssystems erzeugt, welches eine Beleuchtungsoptik zum Beleuchten der Maske umfaßt.
Unter dem ständigen Trend einer zunehmenden Miniaturisierung der herzustellenden Bauelemente werden immer höhere Anforderungen an die Abbildungsqualität von Projektionsbelichtungssystemen gestellt.

Aus beispielsweise US 2002/0001088 A1 ist ein Projektionsbelichtungssystem bekannt, bei welchem bestimmte die Abbildungsqualität charakterisierende Parameter durch eine interferometrische Messung an der Abbildungsoptik bestimmt werden können. Aus beispielsweise US 5,973,863 ist eine Abbildungsoptik bekannt, welche Aktuatoren aufweist, welche eine Position wenigstens einen optischen Elements des Abbildungssystems relativ zu anderen Elementen des Abbildungssystems einstellen. Somit ist es möglich, gewisse Abbildungsfehler der Abbildungsoptik durch entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren zu reduzieren.

Aufgrund der großen Zahl von optischen Komponenten in einem Projektionsbelichtungssystem ist die Abbildungsqualität durch eine Vielzahl von Parametern der optischen Komponenten bestimmt und auch betriebsbedingten Driften unterworfen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Projektionsbelichtungssystem mehrere optische Komponenten, die im Strahlengang einer Projektionsstrahlung, mit der das Projektionsbelichtungssystem betrieben wird, angeordnet sind und eine Interferometeranordnung zur Prüfung wenigstens einer dieser optischen Komponenten mittels einer Meßstrahlung, wobei die Meßstrahlung unter einem Einfallswinkel von wenigstens 30° zur Flächennormalen einer optischen Fläche der optischen Komponente auf die optische Fläche auftrifft und wenigstens ein diffraktives optisches Element im Strahlengang der Meßstrahlung angeordnet ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Projektionsbelichtungssystem vorzuschlagen, welches die Erfassung von Parametern einzelner Komponenten des Systems oder/und die Erfassung von zeitlichen Änderungen von Parametern der Komponenten des Systems ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Projektionsbelichtungssystem zur Belichtung eines Substrats mit einem Muster eine Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung einer musterdefinierenden Struktur mit Projektionsstrahlung, und eine Projektionsoptik zur Übertragung von mit der musterdefinierenden Struktur wechselwirkender Projektionsstrahlung auf das Substrat, wobei die Beleuchtungsoptik und die Projektionsoptik jeweils eine Mehrzahl optischer Komponenten aufweisen, wobei das Projektionsbelichtungssystem wenigstens eine Interferometeranordnung zur Vermessung einer optischen Komponente der Mehrzahl optischer Komponenten umfaßt, wobei die Interferometeranordnung eine Meßstrahlungsquelle, eine strahlformende Optik, einen Rückreflektor mit einem ersten Beugungsgitter und einen zweidimensional ortsauflösenden Strahlungsdetektor umfaßt, welche außerhalb eines Strahlenganges der Projektionsstrahlung durch das Projektionsbelichtungssystem angeordnet und derart konfiguriert sind, daß: von der Meßstrahlungsquelle emittierte Meßstrahlung durch die strahlformende Optik als ausgedehntes Strahlenbündel auf einen ersten ausgedehnten Bereich einer optischen Oberfläche der zu vermessenden optischen Komponente trifft, auf die optische Oberfläche treffende Meßstrahlung nach einer ersten Wechselwirkung mit der zu vermessenden optischen Komponente als ausgedehntes Strahlenbündel auf den Rückreflektor trifft, an dem ersten Beugungsgitter des Rückreflektors reflektierte Meßstrahlung auf einen zweiten ausgedehnten Bereich einer optischen Oberfläche der zu vermessenden optischen Komponente trifft, auf den zweiten ausgedehnten Bereich der optischen Oberfläche treffende Meßstrahlung nach einer zweiten Wechselwirkung mit der zu vermessenden optischen Komponente als ausgedehntes Strahlenbündel in die strahlformende Optik eintritt, und die in die strahlformende Optik eintretende Meßstrahlung in Überlagerung mit Referenzstrahlung auf den zweidimensional ortsauflösenden Detektor trifft.

Die Interferometeranordnung erlaubt eine Erfassung von Parametern der optischen Komponente, auf welche der Meßstrahlungsstrahl gerichtet ist. Da der Meßstrahlungsstrahl auf einen ausgedehnten Bereich der Oberfläche der optischen Komponente trifft, ist es möglich, räumlich abhängige Parameter und zeitliche Änderungen derselben zu erfassen. Der räumlich abhängige Parameter kann hierbei eine Ober flächengestalt des Bereichs der optischen Oberfläche sein, auf welchen der Meßstrahlungsstrahl gerichtet ist. Der räumlich abhängige Parameter kann ebenfalls eine Verteilung eines Brechungsindex eines Substratmaterials der optischen Komponente sein, sofern der Meßstrahlungsstrahl das Substratmaterial durchsetzt.

Indem die Komponenten der Interferometeranordnung außerhalb des Strahlengangs der Projektionsstrahlung angeordnet sind, ist es möglich, diese Parameter während eines Belichtungsbetriebs des Projektionsbelichtungssystems zu erfassen, ohne diesen Betrieb hierbei zu beeinträchtigen. Es ist somit eine online-Erfassung dieser Parameter während des Betriebs möglich, wobei insbesondere zeitlich abhängige Driften dieser Parameter erfaßt werden können. Derartige Driften können beispielsweise durch thermische Veränderungen an dem Projektionsbelichtungssystem während des Belichtungsbetriebs verursacht sein. Beispielsweise können sich optische Komponenten, wie Linsen oder Spiegel, des Projektionsbelichtungssystems aufgrund der auf diese treffenden Projektionsstrahlung erwärmen, so daß sich Oberflächengestalten der optischen Komponenten ändern. Ebenso kann sich ein Brechungsindex und eine Brechungsindexverteilung in einem Substratmaterial einer Linse während des Betriebs ändern. Die Änderungen des Brechungsindex können hierbei sowohl auf eine Erwärmung als auch auf eine strahlungsinduzierte strukturelle Veränderung, wie beispielsweise compaction und rarefaction, des Substratmaterials zurückzuführen sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trifft die Meßstrahlung schräg auf die optische Oberfläche, beispielsweise unter einem mittleren Inzidenzwinkel von größer 30°. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Interferometeranordnung raumsparend zwischen Strukturkomponenten des Projektionsbelichtungssystems, wie etwa Fassungen und Rahmen der optischen Komponenten, anzubringen. Insbesondere ist es möglich, bereits bestehende Projektionsbelichtungssysteme mit einer Interferometeranordnung nachzurüsten, um Parameter bzw. Driften von Parametern der optischen Komponenten zu erfassen.

Gemäß einer Ausführungsform nimmt der ausgedehnte Bereich der optischen Oberfläche, auf welchen der Meßstrahlungsstrahl gerichtet ist, einen relativ großen Teil von mehr als 10%, insbesondere von mehr als 20%, der für die Projektionsstrahlung wirksamen Oberfläche der optischen Komponente ein.

Aufgrund der Ausdehnung des Wechselwirkungsbereichs der optischen Oberfläche und der schrägen Inzidenz des Meßstrahlungsstrahls auf diesen Bereich der optischen Oberfläche wird eine eventuell vorhandene Symmetrie von Wellenfronten des Meßstrahlungsstrahls vor einem Auftreffen desselben auf die optische Oberfläche nach der Wechselwirkung mit der optischen Komponente nicht mehr vorhanden sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dann das erste Beugungsgitter der Rückreflektors derart konfiguriert, daß Strahlung des Meßstrahlungsstrahls, welcher auch als ausgedehnter Strahl auf das Beugungsgitter trifft, an jedem Ort des Auftreffens im wesentlichen in sich zurückreflektiert wird, so daß ein jedes Teilstrahlenbündel des Strahls, welches von dem Rückreflektor zurückgeworfen wird, im wesentlichen den gleichen Weg zurückläuft, wie es zum Rückreflektor hin gelaufen ist. Abweichungen von der Koinzidenz zwischen dem Hinweg und dem Rückweg einzelner Teilstrahlenbündel sind möglich und tragen zu dem mit der Interferometeranordnung erfaßten Effekt einer Parameteränderung bei. Anders ausgedrückt, Änderungen eines Parameters der optischen Komponente werden in der Regel zu einer Änderung der Koinzidenz der Hinwege und Rückwege und damit zu einer Änderung des von dem Strahlungsdetektor erfaßten Interferenzmusters führen. Aus einer Analyse des Interferenzmusters ist es dann entsprechend möglich, auf die Änderung des Parameters zurückzuschließen.

Die Herstellung eines Beugungsgitters, welche die Funktion des Rückreflektors wie gewünscht ausführt, ist technisch möglich. Beispielsweise kann der Verlauf des Meßstrahlungsstrahls in der Interferometeranordnung samt der Wechselwirkung mit der optischen Komponente durch einen Computer simuliert werden, so daß Inzidenzwinkel der einzelnen Teilstrahlenbündel des Meßstrahlungsstrahls auf das Beugungsgitter errechnet werden können. In Abhängigkeit der somit errechneten Inzidenzwinkelverteilung über Orte des Beugungsgitters ist es dann möglich, Liniendichten des Beugungsgitters ortsabhängig so zu bestimmen, daß wenigstens ein Teil der auf das Beugungsgitter treffenden Meßstrahlung unter einer vorgegebenen Beugungsordnung in sich selbst zurückreflektiert wird, um schließlich nach einer erneuten Wechselwirkung mit der optischen Komponente auf den Strahlungsdetektor zu treffen. Es ist dann möglich, ein entsprechendes Beugungsgitter unter Vorgabe der Liniendichteverteilung zu fertigen. Ein solches Beugungsgitter wird üblicherweise als Computer generiertes Hologramm (CGH) bezeichnet. Ein solches CGH kann, ausgehend von einer mathematischen Beschreibung der Liniendichteverteilung mit herkömmlich bekannten Methoden, wie etwa einem Elektronenstrahlschreiber, einem Lithographiegerät, einem Laserstrahlschreiber und dergleichen hergestellt werden.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung variiert die Liniendichte zwischen verschiedenen Orten auf dem Beugungsgitter um mehr als einen Faktor 2, insbesondere um mehr als einen Faktor 3.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt auch die strahlformende Optik ein Beugungsgitter. Das Beugungsgitter kann hierbei ebenfalls ein Computer generiertes Hologramm sein, welches so konfiguriert ist, daß es den auf die optische Oberfläche treffenden Meßstrahlungsstrahl angepaßt an eine Geometrie der, optischen Komponente so formt, daß der Strahl auf den ausgedehnten Bereich der optischen Oberfläche trifft.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Interferometeranordnung einen Referenzlichtreflektor, welcher in einem Strahlengang zwischen der Meßstrahlungsquelle und der strahlformenden Optik angeordnet ist, um die zur Erzeugung des Interferenzmusters nötige Referenzstrahlung aus der Strahlung der Meßstrahlungsquelle abzuleiten. Hierbei kann der Referenzlichtreflektor ein teiltransparenter Spiegel sein. Hierdurch erhält die Interferometeranordnung einen als Fizeau-Interferometer bezeichneten Aufbau, wobei der teiltransparente Spiegel typischerweise ein Planspiegel ist, welcher orthogonal in dem als Parallelstrahl ausgebildeten Meßstrahlungsstrahl zwischen der Meßstrahlungsquelle und der strahlformenden Optik angeordnet ist.

Der Referenzlichtreflektor kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein weiteres Beugungsgitter umfassen. Dieses kann hierbei so gestaltet sein, daß das Referenzlicht unter einem Winkel in Bezug auf die einfallende Meßstrahlung hin zu dem Strahlungsdetektor reflektiert wird, wodurch ein ansonsten in dem üblichen Fizeau-Aufbau vorhandener zusätzlicher Strahlteiler nicht notwendig ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nutzt die Interferometeranordnung die Vorzüge der Technologie der phasenschiebenden Interferometrie (PSI). Hierbei werden in einer Messung mehrere Interferenzmuster detektiert, wobei jeweils verschiedene Phasenverschiebungen in den Strahlengang der Interferometeranordnung erzeugt werden. Zur Erzeugung der Phasenverschiebungen sehen verschiedene Ausführungsformen die Möglichkeiten einer Variation einer Wellenlänge der Meßstrahlung, eine Variation einer Position der strahlformenden Optik, eine Variation einer Position des Rückreflektors, eine Variation einer Position des Referenzlichtreflektors, und dergleichen vor.

Gemäß einer Ausführungsform wird die von dem Rückreflektor reflektierte und dem Strahlungsdetektor zugeführte Meßstrahlung bei der Wechselwirkung mit der optischen Komponente an deren optischen Oberfläche reflektiert. Diese Möglichkeit eignet sich insbesondere dazu, Änderungen einer Oberflächengestalt der optischen Oberfläche zu erfassen. Diese Möglichkeit ist auf optische Komponenten anwendbar, welche Spiegel sind oder Linsen sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die optische Komponente eine Linse, und die von dem Rückreflektor zurückgeworfene und dem Strahlungsdetektor zugeführte Meßstrahlung zur Wechselwirkung mit der optischen Komponente wird an einer ersten Oberfläche der Linse gebrochen, durchdringt deren Substratmaterial, wird an der zweiten Oberfläche der Linse innen reflektiert, durchdringt das Substratmaterial ein zweites Mal und tritt schließlich durch die erste Oberfläche der Linse wieder aus dieser aus. Diese Möglichkeit eignet sich insbesondere dazu, auch Änderungen eines Brechungsindex des Linsenmaterials zu erfassen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
1 ein Projektionsbelichtungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Projektionsbelichtungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Detailansicht einer Interferometeranordnung, wie sie in die Projektionsbelichtungssysteme der 1 und 2 integriert ist,
4 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystemen der 1 und 2 integriert sein kann,
5 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
6 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
7 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
8 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
9 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projek tionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
10 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
11 eine Draufsicht zu der in 10 gezeigten Schnittdarstellung,
12 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
13 eine Interferometeranordnung, wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform in das Projektionsbelichtungssystem der 1 integriert sein kann,
14 eine Draufsicht einer Interferometeranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform entsprechend der 11, und
15 eine Teildarstellung einer in 11 gezeigten Strahlungssendeeinheit.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Projektionsbelichtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Projektionsbelichtungssystem 1 umfaßt eine Projektionsoptik 3 zur Abbildung einer auf einem Maskenträger 5 vorgesehenen Photomaske 7 auf eine mit einem Photolack belegte Oberfläche 11 eines Halbleiterwafers 13, welcher auf einem Wafertisch 15 gehaltert ist.
Die Maske 7 wird mit Projektionsstrahlung 17 belichtet, welche durch eine Beleuchtungsoptik 19 erzeugt wird. Die Beleuchtungsoptik 19 umfaßt zur Erzeugung der Projektionsstrahlung eine Strahlungsquelle 21, beispielsweise einen KrF-Excimer-Laser, welcher Projektionsstrahlung einer Wellenlänge von 248 nm erzeugt. Die aus der Quelle 21 austretende Strahlung wird durch eine Mehrzahl optischer Komponenten geeignet geformt, um mit einer gewünschten Winkelverteilung und möglichst homogenen Ortsverteilung auf einen abzubildenden Bereich der Maske 7 zu treffen. Die optischen Komponenten der Beleuchtungsoptik 19 sind in 1 lediglich schematisch angedeutet und umfassen Komponenten 23 einer Kollimationsoptik, einen Integrator 24 und weitere Komponenten 25 zur Strahlformung. Die Komponenten 25 sind in 1 schematisch als Linsen angedeutet, können jedoch auch andere Elemente, wie etwa Beugungsgitter, Polarisatoren und anderes umfassen. Über einen Spiegel 26 wird die Projektionsstrahlung auf die Maske 7 gerichtet.
Ein auf der Maske 7 vorgegebenes Muster wird durch die Projektionsoptik 3 auf den Wafer 13 übertragen. Hierzu umfaßt die Projektionsoptik 3 eine Mehrzahl von Linsen, von denen in 1 lediglich exemplarisch drei Linsen 29, 30 und 31 dargestellt sind. Die Linsen sind in einem Gehäuse 33 der Projektionsoptik 3 gehaltert. Zur Erfassung von Änderungen einer Oberflächengestalt eines Bereichs einer Oberfläche 35 der Linse 29 umfaßt die Projektionsoptik eine Interferometeranordnung 37 mit einem Rückreflektor 39 und weiteren Komponenten, welche in 1 schematisch als Kasten 40 dargestellt sind und nachfolgend näher erläutert werden. Die Komponenten der Interferometeranordnung 37 sind außerhalb eines Strahlengangs der Projektionsstrahlung 17 angeordnet.
In der 1 ist lediglich exemplarisch die Interferometeranordnung 37 zur Vermessung von Parametern der Linse 29 dargestellt. Es ist jedoch auch vorgesehen, eine entsprechende Interferometeranordnung zur Vermessung von Parametern anderer optischer Komponenten einzusetzen, wie etwa weiterer Linsen 30, 31 bzw. in 1 nicht dargestellter Linsen der Projektionsoptik 3 oder auch von Komponenten der Beleuchtungsoptik 19, wie der in 1 schematisch dargestellten Komponenten 23, 24, 25 und 26 sowie weiterer in der schematischen Darstellung der 1 nicht gezeigter Komponenten der Beleuchtungsoptik 19.
Die optischen Komponenten der Projektionsoptik 3 der 1 sind lediglich Linsen. Es ist jedoch auch möglich, die Prinzipien der Erfindung auf andere Projektionsoptiken anzuwenden, wie beispielsweise katadioptrische Projektionsoptiken, welche neben Linsen auch wenigstens einen Spiegel mit einer gekrümmten Spiegelfläche umfassen.
2 zeigt schematisch einen Aufbau eines katoptrischen Projektionsbelichtungssystems 3a, welches lediglich Spiegel als optische Komponenten aufweist. Auch dieses Projektionsbelichtungssystem 1a umfaßt eine Projektionsoptik 3a zur Abbildung einer mustererzeugenden Struktur 7a auf einen Halbleiterwafer 13a, und eine Beleuchtungsoptik 19a zur Beleuchtung der musterbildenden Struktur 7a mit Projektionsstrahlung 17a. Die Projektionsstrahlung 17a wird durch eine Strahlungsquelle 21a erzeugt, welche beispielsweise eine Plasmaquelle zur Erzeugung von EW-Strahlung umfaßt. Die Beleuchtungsoptik 19a formt die Projektionsstrahlung 17a mittels Spiegeln 51, 52, 53 und 54 derart, daß sie mit einer gewünschten Winkelverteilung auf die musterbildende Struktur 7a trifft. Die musterbildende Struktur 7a reflektiert Projektionsstrahlung gemäß dem darzustellenden Muster, und die Projektionsoptik 3a erzeugt hierauf das abzubildende Muster auf dem Wafer 13a mittels Spiegeln 55, 56, 57, 58, 59 und 60. Oberflächengestalten der Spiegel 51 bis 60 können sich während des Betriebs des Projektionsbelichtungssystems 1a ändern und damit eine Abbildungsqualität des Systems beeinträchtigen. Deshalb kann einem jeden der Spiegel 51 bis 60 eine Interferometeranordnung zugeordnet sein, welche ähnlich der in 1 gezeigten Interferometeranordnung 37 konfiguriert ist und nachfolgend im Detail beschrieben wird. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich dem Spiegel 58 eine Interferometeranordnung 37a, welche dort auch nur schematisch dargestellt ist, zugeordnet, um Änderungen einer Gestalt einer Oberfläche 35a des Spiegels 58 zu erfassen.
Details der Interferometeranordnung 37 der 1 werden nachfolgend anhand der 3 erläutert. Die Interferometeranordnung 37 umfaßt eine Strahlungsquelle 63 für Meßstrahlung 65. Die Strahlungsquelle 63 kann hierbei beispielsweise ein Helium-Neon-Laser sein, welcher die Meßstrahlung 65 einer Wellenlänge von 632,8 nm emittiert. Die Meßstrahlung 65 wird von einer schematisch dargestellten Kollimationsoptik 66 kollimiert und an einem Strahlteiler 67 reflektiert. Sie durchsetzt daraufhin eine Keilplatte 68 mit einer orthogonal zur Strahlrichtung der die Keilplatte 68 durchsetzenden Meßstrahlung 65 orientierten teilreflektierenden Fläche 69, welche eine Fizeau-Fläche der Interferometeranordnung 37 bildet. An der Fizeau-Fläche 69 reflektierte Meßstrahlung dient als Referenzstrahlung, durchsetzt den Strahlteiler 67 geradlinig und wird durch eine Kameraoptik 69 auf einen zweidimensional ortsauflösenden Strahlungsdetektor 70 projiziert. Der Strahlungsdetektor 70 kann ein CCD-Detektor sein, welcher eine Vielzahl von in einem zweidimensionalen Muster angeordneten Pixeln 71 aufweist. Ein die Fizeau-Fläche 69 durchsetzender Teil der Meßstrahlung 65 tritt durch ein Fenster 71, welches in dem Gehäuse 33 der Projektionsoptik 37 angebracht ist, in ein Inneres des Gehäuses 33 ein. Im Inneren des Gehäuses kann beispielsweise Vakuum vorgesehen sein oder eine Gasatmosphäre eines geeigneten Gases, welches mit der Projektionsstrahlung 17 eine geringe Wechselwirkung aufweist.
An einer Innenoberfläche des Fensters 71 ist ein Computer generiertes Hologramm (CGH) 73 vorgesehen, welches derart gestaltet ist, daß die als paralleler Strahl kollimierte und auf das CGH 73 auftreffende Meßstrahlung durch das CGH 73 gebeugt wird, beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung, und hierbei aufgeweitet wird, so daß die Meßstrahlung auf einen ausgedehnten Bereich 61 auf die Oberfläche 35 der Linse 29 trifft. Von dort wird die Meßstrahlung reflektiert und trifft wiederum als ausgedehntes Strahlenbündel auf ein weiteres CGH 75 des Rückreflektors 39, welches derart konfiguriert wird, daß die auf das CGH 75 treffende Meßstrahlung möglichst exakt in sich selbst zurückreflektiert wird. Das CGH 75 erfüllt deshalb für die Strahlung, welche unter einer gegebenen Beugungsordnung, beispielsweise der ersten Beugungsordnung, an dem CGH 75 reflektiert wird, die Funktion eines Rückreflektors.
Die rückreflektierte Meßstrahlung trifft dann wiederum auf einen ausgedehnten Bereich der optischen Oberfläche 35 der Linse 29. Dieser ausgedehnte Bereich wird, sofern die Bedingung der exakten Rückreflexion erfüllt ist, mit dem ausgedehnten Bereich 61, auf den die von der strahlformenden Optik 73 herkommende Meßstrahlung auftrifft, zusammenfallen. Die von dem CGH 75 aus auf den Bereich 61 auftreffende Meßstrahlung wird wiederum an der optischen Oberfläche 35 reflektiert und trifft auf das CGH 73 und wird von diesem zu einem im wesentlichen parallelen Meßstrahlungsstrahl geformt, welcher die Fizeau-Fläche 69 und Keilplatte 68 durchsetzt, dann den Strahlteiler 67 durchsetzt und durch die Kameraoptik 69 auf den Detektor 70 projiziert wird, so daß auf dem Detektor 70 aufgrund der interferenten Überlagerung der an der Fizeau-Fläche 69 reflektierten Referenzstrahlung mit der Meßstrahlung, welche in dem Bereich 61 zweimal mit der Oberfläche 35 der Linse 29 wechselgewirkt hat, ein interferentes Muster entsteht. Dieses wird von dem Detektor 70 in eine Steuerung 81 eingelesen.
Der gesamte Aufbau aus den Komponenten der Interferometeranordnung 37 und der Linse 29 ist der numerischen Simulation zugänglich, so daß bei bekannter Geometrie der Komponenten durch Methoden beispielsweise der Strahlverfolgung (ray tracing) das entstehende Interferenzmuster errechnet werden kann. Durch einen Vergleich eines gemessenen Interferenzmusters mit dem errechneten Interferenzmuster ist es bei geeigneter Eichung der Komponenten der Interferometeranordnung 37 sodann möglich, auf Abweichungen einer Oberflächengestalt der optischen Fläche 35 in dem Bereich 61 von einer Soll-Gestalt zu schließen.
Selbst wenn ein entstehendes Interferenzmuster durch numerische Berechnungen nicht exakt vorhergesagt werden kann, ist es dennoch möglich, Änderungen des Interferenzmusters in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen. Aus solchen Änderungen ist es dann möglich, Rückschlüsse auf Änderungen der Gestalt der optischen Fläche 35 in dem Bereich 61 zu ziehen. Beispielsweise ist es dabei möglich festzustellen, ob sich ein Krümmungsradius der Oberfläche 35 in dem Bereich 61 mit der Zeit erhöht oder erniedrigt. Eine solche Änderung des Krümmungsradius kann beispielsweise durch eine Erwärmung der Linse 29 aufgrund der Projektionsstrahlung 17 hervorgerufen werden.
Die Änderung des Krümmungsradius oder eines anderen Parameters der Oberflächengestalt der optischen Fläche 35 kann zu einer Änderung und gegebenenfalls zu einer Beeinträchtigung der Abbildungsqualität der Projektionsoptik 37 führen. Durch die Interferometeranordnung 37 können derartige Änderungen erfaßt werden, und es können Maßnahmen getroffen werden, um derartigen Änderungen der Abbildungsqualität entgegenzuwirken. Rein beispielhaft zeigt die 3 eine Linse 32 der Projektionsoptik 37, welche an dem Gehäuse 33 mittels einer Halterung 83 gehaltert ist, welche mehrere piezoelektrische Aktuatoren 85 stützen, die wiederum eine Fassung 87 der Linse 32 tragen. Die piezoelektrischen Aktuatoren 85 werden von der Steuerung 81 kontrolliert, um eine Position der Linse 32 relativ zu der Linse 29 zu ändern. Somit ist es möglich, bei einer Änderung der Oberflächengestalt der Linsenoberfläche 35 die Position der Linse 32 relativ zu der Linse 29 so zu verlagern, daß eine Änderung der Abbildungsqualität der Projektionsoptik 37 aufgrund der Änderung der Oberflächengestalt der Oberfläche 35 möglichst kompensiert wird.
Die 3 zeigt noch einen Aktuator 91, welcher dazu konfiguriert ist, das CGH 75 in eine in 3 durch einen Pfeil 92 bezeichnete Richtung zu verlagern, um eine Phasenverschiebung der an dem CGH 75 zurückgeworfenen Meßstrahlung und damit eine Phasenverschiebung in dem durch den Detektor 70 erfaßten Interferenzmuster zu erzeugen. Es ist somit möglich, die Prinzipien der phasenschiebenden Interferometrie (PSI) auszunutzen und für eine Vermessung der optischen Oberfläche 35 in dem Bereich 61 mehrere Interferogramme mit dem Detektor 70 mit jeweils verschiedenen Stellungen des CGHs 75 zu erfassen. Eine Auswertung der mehreren Interferogramme ist vorteilhaft hinsichtlich Genauigkeit und Eindeutigkeit der durchgeführten Messung. Hintergrundinformation zur phasenschiebenden Interferometrie können dem Kapitel 14 des Textbuches von Daniel Malacara, Optical Shop Testing, 2nd edition, Wiley Interscience Publication (1992) entnommen werden.
Die in 3 im Detail gezeigte Interferometeranordnung dient zur Vermessung der Oberflächengestalt der Oberfläche 35 der Linse 29 des in 1 gezeigten Projektionsbelichtungssystems. Es ist jedoch ebenso möglich, mit einem entsprechenden Aufbau einer Interferometeranordnung Oberflächengestalten von anderen optischen Komponenten des Projektionsbelichtungssystems der 1 zu erfassen. Ebenso ist es möglich, mit einem entsprechenden Aufbau von Interferometeranordnung Oberflächengestalten der Spiegel der in 2 gezeigten Ausführungsform des Projektionsbelichtungssystems zu erfassen.
In 3 sind drei an verschiedenen Orten des Bereichs 61 errichtete Oberflächennormalen 89 eingetragen. Ferner sind in 3 drei Inzidenzwinkel α von Teilstrahlen des Meßstrahlenbündels eingetragen, welche auf den Bereich 61 treffen. Aufgrund der Krümmung der Oberfläche 35 und der Divergenz der auftreffenden Meßstrahlung sind die Inzidenzwinkel nicht an jedem Ort des Bereichs 61 gleich. Es ist jedoch möglich, die Inzidenzwinkel über die Fläche des Bereichs 61 zu mitteln, um so einen mittleren Inzidenzwinkel der Meßstrahlung auf die Oberfläche 35 zu bestimmen. Auch aus der schematischen Darstellung der 3 ist ersichtlich, daß die Meßstrahlung unter einem relativ großen Inzidenzwinkel auf die Fläche 35 trifft. Dieser Inzidenzwinkel ist insbesondere größer als 30°.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1b. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform weist hier eine Interferometeranordnung 37b des Projektionsbelichtungs systems 1b einen anderen Aufbau auf. Dieser unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Aufbau im wesentlichen dadurch, daß die Funktion des Strahlteilers 67 der 3 von einem weiteren CGH 93 bereitgestellt ist. Von einer Strahlungsquelle 63b, welche entfernt von einer zu vermessenden optischen Fläche 35b angeordnet ist, wird Meßstrahlung über einen Lichtleiter 95 in die Nähe des Meßortes geleitet und tritt dort aus einem Faserende 96 als divergentes Bündel von Meßstrahlung 65b aus und wird von einer Kollimationsoptik 66b zu einem parallelen Strahl geformt, welcher auf ein CGH 93 trifft, welches an einer Außenseite eines Fensters 71b eines Gehäuses 33b einer Projektionsoptik 3b angebracht ist. Das CGH 93 beugt die auftreffende Meßstrahlung unter einer gegebenen Beugungsordnung, so daß diese auf die als weiteres CGH 73b ausgebildete strahlformende Optik trifft, um die Meßstrahlung auf einen ausgedehnten Bereich 61b der zu vermessenden optischen Oberfläche 35b zu richten. Von dort wird die Meßstrahlung reflektiert und an einem wiederum als CGH 75b ausgebildeten Rückreflektor in sich zurückreflektiert, um erneut in den Bereich 61b von der optischen Oberfläche 35b reflektiert zu werden und auf das strahlformende CGH 73b zu treffen. Dort wird die zu einem Detektor 70b hin zurücklaufende Meßstrahlung unter einem gleichen Winkel gebeugt wie die das CGH 73b durchsetzende und zu dem Bereich 61b hin verlaufende Meßstrahlung, um dann auf das CGH 93 zu treffen. Dort allerdings wird die zurücklaufende Meßstrahlung bei einer gegebenen Beugungsordnung unter einem anderen Winkel gebeugt als die von der Quelle 63b zu dem Bereich 61b hin verlaufende Meßstrahlung, so daß die zurücklaufende Meßstrahlung in eine Kameraoptik 69b eintritt, um auf den Detektor 70b projiziert zu werden.
Das CGH 93 ist ferner derart konfiguriert, daß es einen Teil der von der Quelle 63b her kommenden Meßstrahlung 65b reflektiert, und zwar derart, daß die an dem CGH 93 reflek tierte Meßstrahlung als Referenzstrahlung ebenfalls in die Kameraoptik 69b eintritt und in Überlagerung mit der von dem Bereich 61b zurücklaufenden Meßstrahlung auf den Detektor 70b ein Interferenzmuster erzeugt.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die optische Komponente 29b, welche mit der Interferometeranordnung 37b vermessen wird, ein Spiegel. Eine Oberflächengestalt der Spiegelfläche 35b ist änderbar, indem der Spiegel einerseits am Rand durch in 4 schematisch dargestellte Widerlager 88 gehaltert ist und indem auf ein Zentrum des Spiegels über einen Aktuator 90 eine in eine durch einen Pfeil 94 dargestellte Richtung änderbare Kraft ausgeübt werden kann. Die ausgeübte Kraft wird durch eine Steuerung 81b bestimmt, welche ein Steuersignal für den Aktuator 90 wiederum aus einer Analyse der von dem Detektor 70b erfaßten Interferenzmuster ableitet. Der Spiegel mit änderbarer Oberflächengestalt ist in der 4 lediglich schematisch dargestellt. Hintergrundinformation zu derartigen aktiven Spiegeln kann beispielsweise aus der EP 1 174 770 A2 gewonnen werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1c, welches eine Interferometeranordnung 37c aufweist, welche sich von der in 4 gezeigten Interferometeranordnung im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß Meßstrahlung zur Wechselwirkung mit einer zu vermessenden Linse 29c nicht lediglich reflektiert wird sondern deren Substratmaterial durchsetzt. Hierzu wird Meßstrahlung durch ein CGH 73c auf einen Bereich 61c₁ einer Oberfläche 35c der Linse 29c gerichtet. Ein Teil der Meßstrahlung wird an der Oberfläche 35c nicht reflektiert sondern gebeugt und tritt in die Linse 29c ein, durchläuft deren Substratmaterial und wird an der anderen Linsenoberfläche 36 innen reflektiert. Die an der Oberfläche 36 innen reflektierte Meßstrahlung durchläuft das Substrat erneut und tritt in einem Bereich 61c₂ durch die Oberfläche 35c aus der Linse 29c aus und trifft von dort auf ein CGH 75c, welches als Rückreflektor konfiguriert ist. Die rückreflektierte Meßstrahlung wird von dem CGH 75c auf den Bereich 61c₂ gerichtet, in welchen diese zum Teil in die Linse 29c eindringt, an der anderen Linsenfläche 36 innen reflektiert wird, in dem Bereich 61c₁ aus der Oberfläche 35c der Linse austritt und auf das CGH 73 trifft und über dieses und ein weiteres CGH 93c und eine Kameraoptik 69c einem Detektor 70c zugeführt wird.
Die zu dem auf dem Detektor 70c entstehenden Referenzmuster beitragende Meßstrahlung, welche mit der Linse 29c wechselgewirkt hat, hat somit das Substrat der Linse 29c zweimal durchlaufen. Änderungen in dem Interferenzmuster sind somit ein Indiz nicht nur für eine Änderung der Oberflächengestalt der Flächen 35c und 36c der Linse 29c sondern auch für Änderungen im Brechungsindex des Substratmaterials der Linse 29c.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1d mit einer Interferometeranordnung 37d, welche sich von der in 5 dargestellten Interferometeranordnung im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß zwischen einer strahlformenden Optik 73d, welche die von einer optischen Komponente 29d her zurücklaufende Meßstrahlung umformt, und einem Detektor 70d eine Kameraoptik (Position 69 in den 3, 4 und 5) nicht vorgesehen ist. Die Meßstrahlung und die Referenzstrahlung werden somit direkt auf den Detektor übertragen. Ein solcher Aufbau wird in der Literatur auch als "linsenloses Interferometer" bezeichnet.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1e mit einer Interferometeranordnung 37e, welche sich von den zuvor gezeigten Anordnungen in den 3 bis 6 durch den Aufbau der Interferometeranordnung unterscheidet. Die Interferometeranordnung 37e der 7 hat den Aufbau eines sogenannten point-diffraction-Interferometers. Aus einem Faserende 36e tritt von einer Quelle 63e erzeugte Strahlung als sphärische Welle aus. Ein Teil 65e dieser Strahlung wird als Meßstrahlung verwendet und wird durch die als CGH ausgeführte strahlformende Optik 73e zu einem Meßstrahl geformt, welcher mit der zu vermessenden optischen Komponente, nämlich einer Linse 29e, wechselwirkt und durch einen Rückreflektor 39e wieder zurückgeworfen wird, das CGH 73e erneut durchsetzt und somit zu einem sphärisch zu dem Faserende 36e zurücklaufenden Wellenbündel geformt wird. An dem Faserende 36e wird ein Teil der zurücklaufenden Strahlung reflektiert und trifft dann auf den Detektor 70e. Auf den Detektor 70e trifft allerdings auch ein Teil der direkt aus dem Faserende 36e austretenden Strahlung, welche somit die Referenzstrahlung zur Erzeugung eines Interferenzmusters auf dem Detektor bildet. Wiederum führen Änderungen an Parametern der vermessenen optischen Komponente 29e dazu, daß sich auch das erzeugte Interferenzmuster ändert. Durch Auslesen des erzeugten Interferenzmusters und Analyse desselben können somit Aktuatoren oder dergleichen, welche an dem Projektionsbelichtungssystem vorgesehen sind, kompensierend angesteuert werden.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems, welches sehr ähnlich zu dem in 7 gezeigten Projektionsbelichtungssystem aufgebaut ist. Allerdings unterscheidet sich das Projektionsbelichtungssystem 1j der 8 von dem der 7 dadurch, daß zwischen dem Ort, hier dem Faserende 96j, an welchem die Meßstrahlung 65j aus der Strahlungsquelle als freier Strahl austritt, und der Oberfläche 35j, mit der die Strahlung zuerst wechselwirkt, keine weitere strahlformende Optik (Gitter 73e in 7) angeordnet ist, um die Wellenfronten der Meßstrahlung zu formen. Das Fenster 71j als planparallele Platte führt zu einem gewissen parallelen Versatz der durchtretenden Meßstrahlung, allerdings nicht zur einer wesentlichen Änderung der Gestalt der Wellenfront.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1k, welches eine Interferometeranordnung 37k aufweist, welche sich von den in den 3 bis 8 gezeigten Interferometeranordnungen im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Meßstrahlung zur Wechselwirkung mit einer zu vermessenden Linse 29k diese durchsetzt und an keiner von deren Oberflächen 35k und 36k reflektiert wird. Ein Rückreflektor 39k ist in dieser Ausführungsform als Planspiegel ausgebildet, so daß die Meßstrahlung auf dessen Spiegelfläche orthogonal auftrifft. Entsprechend ist ein an einem Fenster 71k angebrachtes Beugungsgitter 73k derart ausgebildet, daß die Meßstrahlung von dem Beugungsgitter 73k derart geformt wird, daß sie nach einer Brechung an der Linsenfläche 35k in einem ausgedehnten Bereich 61k₁ , dem Durchsetzen des Substratmaterials der Linse 29k und einer weiteren Brechung an der Linsenoberfläche 36k in einem ausgedehnten Bereich 61k₂ als paralleler Strahl hin zu dem Spiegel 39k verläuft.
In einer Variante dieser Ausführungsform kann das Beugungsgitter 73k derart ausgestaltet sein, daß die in dem Bereich 61k₂ aus der Linse 29k austretende Meßstrahlung einen divergenten oder konvergenten Strahlverlauf derart aufweist, daß sie an dem Rückreflektor ebenfalls in sich zurückgeworfen wird, wozu der Rückreflektor dann als konkaver oder konvexer Spiegel ausgebildet ist.
Andererseits kann eine Variante der in 9 gezeigten Ausführungsform auch so ausgestaltet sein, daß der Rückreflektor ein Beugungsgitter umfaßt. In diesem Fall kann in dem Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und der ersten optischen Oberfläche 35k der Linse 29k das Gitter 37k angeordnet sein oder auch weggelassen sein.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform weist die Interferometeranordnung 37k ansonsten einen Aufbau entsprechend der in den 7 und 8 gezeigten Interferometeranordnungen auf. Allerdings ist es auch möglich, die in den 3 bis 6 dargestellten Interferometeranordnungen derart abzuwandeln, daß die Meßstrahlung die Linse ohne Reflexion durchsetzt, wozu dann der Rückreflektor in den Darstellungen der Figuren oberhalb der Linse an einer ähnlichen Position anzuordnen ist, wie dies in 9 dargestellt ist.
Eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1f mit einer Interferometeranordnung 37f ist in 10 dargestellt. Eine Linse 29f, welche in einer Projektionsoptik oder einer Beleuchtungsoptik des Projektionsbelichtungssystems 1f angeordnet sein kann, ist in einem Gehäuse 33f der Optik gehaltert. Die Linse 29f selbst ist in einer Fassung 87f befestigt. Zwischen der Fassung 87f und dem Träger 83f sind mehrere Aktuatoren 85f eingefügt, welche von einer Steuerung 81f angesteuert werden, um eine Position der Linse 29f relativ zu dem Gehäuse 33f präzise einstellen zu können. Zur Vermessung der Position der Linse 29f relativ zu dem Gehäuse 33f umfaßt das Projektionsbelichtungssystem 1f eine Interferometeranordnung 37f. Die Interferometeranordnung 37f umfaßt eine Strahlungssendeeinheit 103 und eine Strahlungsdetektionseinheit 105, welche auf einem Ring 101 montiert sind, welcher von dem Träger 83f getragen ist. Der Ring 101 ist aus einem Material mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Zerodur, gefertigt. Zerodur hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5·10^–6 K^–1, welcher somit wesentlich geringer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers 83f, dessen Komponenten beispielsweise aus Stahl gefertigt sind.
15 zeigt in schematischer Darstellung Details der Strahlungssendeinheit 103. Auf dem Ring 101 ist eine Halterung 127 angebracht, welche auch eine Wärmesenke für eine Halbleiterlaserdiode 121 und Halterung für eine Kollimationsoptik und einen Strahlteiler 125 bildet. Von der Laserdiode 121 emittierte Strahlung wird durch die Linse 123 kollimiert und auf den Strahlteiler 125 gerichtet. Der Strahlteiler 125 ist eine planparallele Platte mit einer teilweise reflektierenden Oberfläche 126 und einer entspiegelten Oberfläche 128. Ein dem Strahlteiler durchsetzender Teil der kollimierten Strahlung bildet einen Meßlichtstrahl 107, und ein an den Strahlteiler 125 reflektierter Teil der Strahlung bildet einen Meßlichtstrahl 109. Die beiden Strahlen 107 und 109 verlaufen unter einem Winkel α zueinander.
Der Strahl 109 verläuft direkt hin zu einem ortsauflösenden Detektor in der Strahlungsdetektionseinheit 105, während der Strahl 107 auf eine Oberfläche 35f der Linse 29f gerichtet ist und von dieser so reflektiert wird, daß ein reflektierter Strahl 108 in Überlagerung mit dem Strahl 109 auf den ortsauflösenden Detektor in der Strahlungsdetektionseinheit 105 trifft. Da der Winkel α zwischen den Strahlen 107 und 109 relativ klein ist, beispielsweise 3° oder 5°, ist der Inzidenzwinkel des Strahls 107 auf der optischen Oberfläche 35f der Linse 29f relativ groß, insbesondere größer als 30°.
Die beiden Strahlen 108 und 109 erzeugen auf dem ortsauflösendem Detektor ein Interferenzmuster. Der ortsauflösende Detektor kann beispielsweise ein zweidimensional ortsauflösender Detektor, wie beispielsweise ein CCD-Detek tor, sein. Für die Zwecke dieser Ausführungsform ist es jedoch auch ausreichend, daß der ortsauflösende Detektor einfacher gestaltet ist und beispielsweise lediglich ein Zeilendetektor oder ein Vierquadrantendetektor ist. Wesentlich ist hier nämlich, daß Änderungen in dem Interferenzmuster detektierbar sind, welche durch eine Verlagerung der Position der Linse relativ zu dem Gehäuse hervorgerufen werden. Eine von dem Detektor erfaßte Änderung einer Strahlungsintensitätsverteilung wird von einer Steuerung 81f ausgelesen, welche daraufhin die Aktuatoren 85f derart ansteuert, daß derartige Änderungen der detektierten Strahlungsintensitätsverteilung kompensiert werden und somit eine Position des Ortes 113, an welchem der Strahl 107 auf die Oberfläche 35f trifft, relativ zu dem Gehäuse 33f konstant bleibt.
11 zeigt eine Draufsicht auf die in 10 im Querschnitt dargestellte Interferometeranordnung 37f. Aus 11 ist ersichtlich, daß die Strahlungssendeeinheit 103 und die Strahlungsdetektionseinheit 105 auf dem Ring 101 gegenüberliegend angeordnet sind, so daß der Ort 113 zentral auf der Oberfläche 35f der Linse angeordnet ist.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1g mit einer Interferometeranordnung 37g zur Vermessung einer Position von zwei Linsen 29g₁ und 29g₂ relativ zueinander. Die beiden Linsen 29g₁ , 29g₂ sind jeweils in einer Fassung 87g₁ bzw. 87g₂ gehaltert, welche über Aktuatoren 85g₁ bzw. 85g₂ an einem Träger 83g₁ bzw. 83g₂ gehaltert sind, wobei die Träger 83g₁ , 83g₂ an einem Gehäuse 33g der Optik des Projektionsbelichtungssystems 1g befestigt sind. Ähnlich wie bei der in 10 gezeigten Ausführungsform sind eine Strahlungssendeeinheit 103g und eine Strahlungsdetektionseinheit 105g der Interferometeranordnung 37g auf einem Ring 101g einander gegenüberliegend befestigt, wobei der Ring 101g von dem Träger 83g₁ getragen ist.
Die Strahlungssendeeinheit 103g sendet zwei Strahlen 107g und 109g aus, welche unter einem Winkel α zueinander verlaufen. Der Strahl 107g wird an einem Ort 113g₁ von einer Oberfläche 35g₁ der Linse 29g₁ derart reflektiert, daß der reflektierte Strahl auf einen ortsauflösenden Detektor in der Strahlungsdetektionseinheit 105g trifft. Anders als bei der in 8 gezeigten Ausführungsform trifft der andere Strahl 109g nicht direkt auf den ortsauflösenden Detektor. Vielmehr ist der andere Strahl 109g auf einen Ort 113g₂ auf einer Linsenfläche 35g₂ der Linse 29g₂ derart gerichtet, daß der Strahl an der Oberfläche 35g₂ der Linse 29g₂ so reflektiert wird, daß der reflektierte Strahl ebenfalls auf den Detektor trifft und dort mit dem an der Oberfläche 35g₁ reflektierten Strahl ein Interferenzmuster bildet. Ändert sich ein relativer Abstand zwischen den beiden Punkten 113g₁ und 113g₂ , so ändert sich entsprechend das auf dem Detektor erzeugte Interferenzmuster, und eine Steuerung (in 12 nicht dargestellt) wird sich ändernde detektierte Strahlungsintensitäten registrieren. In Reaktion darauf kann die Steuerung, ähnlich wie bei der Ausführungsform der 8, die Aktuatoren 85g₁ für die Position der Linse 29g₁ ansteuern, um solchen Änderungen entgegenzuwirken. Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform ist auch die Position der Linse 29g₂ durch Ansteuerung der Aktuatoren 85g₂ änderbar, so daß die Steuerung auch diese Aktuatoren 85g₂ ansteuern kann, um den relativen Abstand zwischen den beiden Orten 113g₁ und 113g₂ wieder herzustellen. Indem beide Linsen 29g₁ , 29g₂ über Aktuatoren getragen sind, entsteht hier auch ein weiterer Freiheitsgrad, um gegebenenfalls andere Änderungen der Abbildungsqualität des Projektionsbelichtungssystems 1g zu kompensieren.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Projektionsbelichtungssystems 1h mit einer Interferometeranordnung 37h. Die Interferometeranordnung 37h dient zur Erfassung von Änderungen von Parametern einer Linse 29h und weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die in 8 gezeigte Interferometeranordnung. Aus einer Strahlungssendeeinheit 103h werden zwei Meßstrahlungsstrahlen 107h und 109h unter einem relativ kleinen Winkel zueinander emittiert. Der eine der beiden Strahlen 109h trifft direkt auf einen in einer Strahlungsdetektionseinheit 105h vorgesehenen Detektor, während der andere Strahl 107h mit einer Linse 29h in Wechselwirkung tritt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform wird dieser Strahl 107 jedoch nicht an einer Oberfläche 35h der Linse 29h reflektiert, um dann direkt auf den Detektor 105 zu treffen. Vielmehr trifft der Strahl 107h an einem Ort 113h auf die Oberfläche 35h der Linse 29h und wird dort, wenigstens zum Teil, gebrochen und tritt in die Linse ein, so daß er deren Linsenmaterial durchsetzt und dann an der anderen Linsenoberfläche 29h an einem Ort 114 innen reflektiert wird. Nach der Reflexion an der anderen Linsenoberfläche 29h durchläuft der Strahl das Linsenmaterial erneut und tritt an einem Ort 116 auf der Oberfläche 35h aus der Linse 29h so aus, daß er in Überlagerung mit dem Strahl 109h auf den Detektor in der Strahlungsdetektionseinheit 105h trifft.
Änderungen in der von dem Detektor erfaßten Intensitätsverteilung sind somit nicht nur kennzeichnend für eine Änderung einer Position der Linse relativ zu dem Gehäuse sondern weiterhin auch kennzeichnend für eine Änderung des Brechungsindex des Linsenmaterials, was ebenfalls zu Änderungen oder Beeinträchtigungen einer Abbildungsqualität des Projektionsbelichtungssystems 1h führen kann. Eine in 13 nicht gezeigte Steuerung kann dann Aktuatoren 85h zur Positionsveränderung der Linse 29h relativ zu dem Gehäuse 33h oder andere in dem Projektionsbelichtungssystem 1h vorgesehene Aktuatoren betätigen, um eine gegebene Abbildungsqualität des Projektionsbelichtungssystems beizubehalten.
14 zeigt eine Draufsicht auf eine Linse 33i eines Projektionsbelichtungssystems 1i in einer Darstellung ähnlich der 11. Im Unterschied zu der 11 sind hier drei separate Interferometeranordnungen 37i₁ , 37i₂ und 37i₃ vorgesehen, welche jeweils eine Strahlungssendeinheit 103i und eine Strahlungsdetektionseinheit 105i aufweisen. Ähnlich wie in der Seitenansicht der 10 gezeigt, sendet jede Sendeeinheit zwei Strahlen 109i und 107i aus, von welchen der Strahl 109i direkt auf einen Detektor der Strahlungsdetektionseinheit 105i trifft, während der andere Strahl 107i an einem Ort 113i auf der Oberfläche 35i der Linse reflektiert wird. Aufgrund der räumlich getrennten Anordnung der drei Interferometeranordnungen 37i₁ , 37i₂ , 37i₃ , sind auch die Orte 113i₁ , 113i₂ und 113i₃ , an welchen die Strahlen 107i₁ , 107i₂ 107i₃ reflektiert werden, mit Abstand voneinander auf der Oberfläche 35i der Linse angeordnet. Hierdurch lassen sich die Positionen der drei Orte 113i_i , 113i₂ , 113i₃ jeweils unabhängig voneinander relativ zu dem Gehäuse 33i bestimmen, woraus sich auch die Orientierung der Oberfläche 35i der Linse ableiten läßt.
Die anhand der 14 erläuterte Verwendung von drei Interferometeranordnungen läßt sich auf eine jede Ausführungsform der Interferometeranordnung, welche vorausgehend anhand der 3 bis 11 erläutert wurden, anwenden. Abgesehen davon kann auch eine Anzahl von zwei oder mehr als drei Interferometeranordnungen zur Vermessung der gleichen optischen Komponente eingesetzt werden.
Zusammenfassend umfaßt ein Projektionsbelichtungssystem mit mehreren optischen Komponenten eine Interferometer anordnung, deren Komponenten außerhalb eines Projektionsstrahlenganges des Projektionsbelichtungssystems angeordnet sind. Meßstrahlung der Interferometeranordnung trifft schräg unter einem großen Inzidenzwinkel auf eine Oberfläche der zu vermessenden optischen Komponente. Aktuatoren des Projektionsbelichtungssystems können in Abhängigkeit von einer mit der Interferometeranordnung detektierten Meßstrahlungsintensitätsverteilung angesteuert werden, um Abbildungseigenschaften des Projektionsbelichtungssystems zu ändern und diese auch insbesondere gegenüber Driften stabil zu halten.

Claims

Projektionsbelichtungssystem, umfassend: mehrere optische Komponenten, die im Strahlengang einer Projektionsstrahlung, mit der das Projektionsbelichtungssystem betrieben wird, angeordnet sind und eine Interferometeranordnung zur Prüfung wenigstens einer dieser optischen Komponenten mittels einer Meßstrahlung, wobei die Meßstrahlung unter einem Einfallswinkel von wenigstens 30° zur Flächennormalen einer optischen Fläche der optischen Komponente auf die optische Fläche auftrifft und wenigstens ein diffraktives optisches Element im Strahlengang der Meßstrahlung angeordnet ist.
Projektionsbelichtungssystem zur Belichtung eines Substrats (13) mit einem Muster, wobei das Projektionsbelichtungssystem (1) eine Mehrzahl optischer Komponenten und wenigstens eine Interferometeranordnung (37) zur Vermessung einer optischen Komponente (29) der Mehrzahl optischer Komponenten umfaßt, wobei die Interferometeranordnung (37) eine Meßstrahlungsquelle (63), eine strahlformende Optik (73), einen Rückreflektor (76) und einen zweidimensional ortsauflösenden Strahlungsdetektor (70) umfaßt, welche außerhalb eines Strahlenganges der Projektionsstrahlung (17) durch das Projektionsbelichtungssystem (1) angeordnet und derart konfiguriert sind, daß: von der Meßstrahlungsquelle (63) emittierte Meßstrahlung (65) durch die strahlformende Optik (73) als ausgedehntes Strahlenbündel auf einen ersten ausgedehnten Bereich (61; 61c₁ ) einer optischen Oberfläche (35) der zu vermessenden optischen Komponente (29) trifft, auf die optische Oberfläche (35) treffende Meßstrahlung nach einer ersten Wechselwirkung mit der zu vermessenden optischen Komponente (29) als ausgedehntes Strahlenbündel auf den Rückreflektor (76) trifft, an dem Rückreflektors (76) reflektierte Meßstrahlung auf einen zweiten ausgedehnten Bereich (61; 61c₂ ) einer optischen Oberfläche (35) der zu vermessenden optischen Komponente (29) trifft, auf den zweiten ausgedehnten Bereich (61; 61c₂ ) der optischen Oberfläche treffende Meßstrahlung nach einer zweiten Wechselwirkung mit der zu vermessenden optischen Komponente (29) als ausgedehntes Strahlenbündel in die strahlformende Optik (73) eintritt, und die in die strahlformende Optik (73) eintretende Meßstrahlung in Überlagerung mit Referenzstrahlung auf den zweidimensional ortsauflösenden Detektor (70) trifft.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 2, wobei der Rückreflektor oder/und die strahlformende Optik ein Beugungsgitter (73, 75) umfassen.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein mittlerer Inzidenzwinkel (α) der auf den ersten ausgedehnten Bereich (61; 61c₁ ) der optischen Oberfläche treffenden Meßstrahlung bezüglich Oberflächennormalen (89) der optischen Oberfläche (35) größer als 30° ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Verhältnis aus einer Fläche des ersten ausgedehnten Bereichs (61; 61c₁ ) der optischen Oberfläche (35) geteilt durch eine Fläche eines Bereichs der optischen Oberfläche (35), in welchem die Projektionsstrahlung (17) auf die optische Oberfläche (35) trifft, größer als 0,1, insbesondere größer als 0,2 ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner umfassend ein Gehäuse (33), in dem die zu vermessende optische Komponente (29) angeordnet ist, wobei die Meßstrahlungsquelle (63) außerhalb des Gehäuses (33) angeordnet ist, und wobei das Gehäuse (33) ein Fenster (71) für einen Durchtritt der Meßstrahlung (65) hin zu der zu vermessenden optischen Komponente (29) aufweist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner umfassend ein Gehäuse (33), in dem die zu vermessende optische Komponente (29) angeordnet ist, wobei das Beugungsgitter (73, 75) innerhalb des Gehäuses (33) angeordnet und fest mit diesem verbunden ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Rückreflektor ein das erstes Beugungsgitter (75) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 8, wobei die Meßstrahlung an dem ersten Beugungsgitter (75) reflektiert wird.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die strahlformende Optik ein zweites Beugungsgitter (73) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Gehäuse (33), in dem die zu vermessende optische Komponente (29) angeordnet ist, wobei die Meßstrahlungsquelle (63) außerhalb des Gehäuses (33) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (33) ein Fenster (71) für einen Durchtritt der Meßstrahlung hin zu der zu vermessenden optischen Komponente (29) aufweist, und wobei das Fenster (71) das zweite Beugungsgitter (73) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Interferometeranordnung (37) einen Referenzlichtreflektor (68) umfaßt, welcher in einem Strahlengang zwischen der Meßstrahlungsquelle (63) und der strahlformenden Optik (73) angeordnet ist, um einen Teil der von der Meßstrahlungsquelle (63) emittierten Meßstrahlung als das Referenzlicht hin zu dem Detektor (70) zu reflektieren.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 12, wobei der Referenzlichtreflektor ein teiltransparenter Spiegel (69) ist.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Referenzlichtreflektor ein drittes Beugungsgitter (93) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 14, wobei die strahlformende Optik ein zweites Beugungsgitter (73b) umfaßt, und wobei das zweite Beugungsgitter (73b) und das dritte Beugungsgitter (93) auf einem gemeinsamen Träger (71b) angeordnet sind.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 15, wobei das zweite Beugungsgitter (73b) auf einer ersten Seite des gemeinsamen Trägers (71b) angeordnet ist und das dritte Beugungsgitter (93) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des gemeinsamen Trägers (71b) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 15, wobei das zweite Beugungsgitter und das dritte Beugungsgitter auf einer gleichen Seite des gemeinsamen Trägers angeordnet sind.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei die Interferometeranordnung (37) einen Strahlteiler (67) umfaßt, welcher in einem Strahlengang zwischen der Meßstrahlungsquelle (63) und dem Referenzlichtreflektor (68) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 18, wobei die Interferometeranordnung (37) einen Aktuator (91) umfaßt, um den Referenzlichtreflektor (69) in eine Richtung des Strahlengangs zwischen der Meßstrahlungsquelle (63) und der strahlformenden Optik (73) zu verlagern.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 19, wobei die Meßstrahlungsquelle eine optische Faser (95e) mit einem Faserende (96e) umfaßt, welches die strahlformende Optik (73e) bildet und relativ zu dem Detektor (70e) derart angeordnet ist, daß von dem Faserende emittierte Strahlung als Meßstrahlung hin zu der optischen Oberfläche (35) und als Referenzstrahlung hin zu dem Detektor (70e) emittiert wird, und wobei das Faserende (96e) einen Reflektor bereitstellt, welcher in einem Strahlengang zwischen der strahlformenden Optik (73e) und dem Detektor (70e) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 20, wobei die Interferometeranordnung (37) einen Aktuator (91) umfaßt, um den Rückreflektor (75) in eine Richtung eines Strahlengangs des auf den Rückreflektor (75) treffenden Strahlenbündels zu verlagern.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 21, wobei eine Wellenlänge der von der Meßstrahlungsquelle (63) emittierten Meßstrahlung (65) änderbar ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 22, wobei die Wechselwirkung der Meßstrahlung mit der zu vermessenden optischen Komponente (29) eine Reflexion der Meßstrahlung an dem ersten ausgedehnten Bereich (61) der optischen Oberfläche (35) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 23, wobei der erste ausgedehnte Bereich (61) der optischen Oberfläche (35) im wesentlichen deckungsgleich mit dem zweiten ausgedehnten Bereich (61) der optischen Oberfläche (35) ist.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 23 oder 24, wobei die zu vermessende optische Komponente einen Spiegel (29b) umfaßt und die optische Oberfläche eine Spiegelfläche (35b) des Spiegels ist.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 25, wobei der Spiegel (29b) einen Aktuator (90) umfaßt, um eine Gestalt der Spiegelfläche (35b) zu ändern.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 26, ferner umfassend eine Steuerung (81b) zur Ansteuerung des Aktuators in Abhängigkeit von einer Analyse von von dem Strahlungsdetektor (71b) detektierten Strahlungsintensitäten.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 23 oder 24, wobei die zu vermessende optische Komponente eine Linse (29) umfaßt und die optische Oberfläche eine Linsenfläche (35) der Linse ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 22, wobei die zu vermessende optische Komponente eine Linse (29c) mit einer ersten optischen Oberfläche (35c) und einer zweiten optischen Oberfläche (36) umfaßt, und wobei die Wechselwirkung der Meßstrahlung mit der zu vermessenden optischen Komponente (29c) ein Durchdringen eines zwischen der ersten und der zweiten optischen Oberfläche (35c, 36) angeordneten Substratmaterials der Linse umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 29, wobei der erste ausgedehnte Bereich (61c₁ ) versetzt zu dem zweiten ausgedehnten Bereich (61c₂ ) auf der ersten optischen Oberfläche (25c) der Linse (29c) angeordnet ist und wobei die Wechselwirkung der Meßstrahlung mit der zu vermessenden optischen Komponente (29c) eine Reflexion der Meßstrahlung an der zweiten optischen Oberfläche (36) umfaßt.
Projektionsbelichtungssystem zu Belichtung eines Substrats (13) mit einem Muster, wobei das Projektionsbelichtungssystem (1f) eine Mehrzahl optischer Komponenten und wenigstens eine Interferometeranordnung (37f) umfaßt, wobei die wenigstens eine Interferometeranordnung (37f) eine Meßstrahlungsquelle (103), eine strahlformende Optik, einen Strahlteiler und einen ortsauflösenden Strahlungsdetektor (105) umfaßt, welche jeweils außerhalb eines Strahlenganges der Projektionsstrahlung (17f) durch das Projektionsbelichtungssystem (1f) angeordnet und derart konfiguriert sind, daß: aus von der Meßstrahlungsquelle (103) emittierter Meßstrahlung ein erster und ein zweiter kollimierter Meßstrahlungsstrahl (107, 109) erzeugt werden, der erste Meßstrahlungsstrahl (107) auf eine erste optische Oberfläche (35f) einer ersten optischen Komponente (29f) derart gerichtet ist, daß ein Inzidenzwinkel des ersten Meßstrahlungsstrahls (107) bezüglich einer Oberflächennormalen der ersten optischen Oberfläche (35f) größer als 30° ist, der auf die erste optische Oberfläche (35f) der ersten optischen Komponente (29f) treffende erste Meßstrahlungsstrahl (107) nach einer Reflexion an der ersten optischen Komponente (29f) auf den Strahlungsdetektor (105) trifft, und der zweite Meßstrahlungsstrahl (109) an der ersten optischen Komponente (29f) vorbei verläuft und in Überlagerung mit dem ersten Meßstrahlungsstrahl (107) auf den Strahlungsdetektor (105) trifft.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 31, ferner umfassend eine Fassung (87f) zur Halterung der ersten optischen Komponente (29f), wobei die strahlformende Optik (103) und der Detektor (105) mit Abstand voneinander an der Fassung (87f) angebracht sind.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 32, wobei die Fassung wenigstens einen Komponententräger (83f) umfaßt, welcher in mechanischem Kontakt mit der ersten optischen Komponente (29f) steht, wobei die Fassung einen Interferometerträger (101) umfaßt, welcher mit dem Komponententräger (83f) mechanisch gekoppelt ist und an welchem die strahlformende Optik (103) und der Strahlungsdetektor (105) befestigt sind.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 33, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Interferometerträgers (101) kleiner ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Komponententrägers (83f).
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 34, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Interferometerträgers (101) kleiner ist als 5·10^–6 K^–1 ist.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 32 bis 35, wobei die Fassung wenigstens einen Aktuator (85f) umfaßt, um die optische Komponente (29f) relativ zu einem Fassungskörper (83f) zu verlagern.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 36, ferner umfassend eine Steuerung (81f) zur Ansteuerung des Aktuators (85f) in Abhängigkeit von einer Analyse von von dem Strahlungsdetektor (105) detektierten Strahlungsintensitäten.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 37, wobei die Reflexion des ersten Meßstrahlungsstrahls (107) an der ersten optischen Oberfläche (35f) des ersten optischen Elements (29f) erfolgt.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 38, wobei das erste optische Element eine Linse (29h) ist, und wobei die Reflexion des ersten Meßstrahlungsstrahls (107h) an einer der ersten optischen Oberfläche (35h) gegenüberliegenden zweiten optischen Oberfläche der Linse (29h) erfolgt.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 39, wobei der zweite Meßstrahlungsstrahl (109) zwischen der strahlformenden Optik (103) oder dem Strahlteiler und dem Strahlungsdetektor (105) geradlinig verläuft.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 39, wobei der zweite Meßstrahlungsstrahl (109g) zwischen der strahlformenden Optik (103g) oder dem Strahlteiler und dem Strahlungsdetektor (105g) eine Reflexion erfährt.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 41, wobei die Reflexion des zweiten Meßstrahlungsstrahls (109g) an einer von der ersten optischen Komponente (29g₁ ) verschiedenen zweiten optischen Komponente (29g₂ ) des projektionsoptischen Systems (1g) erfolgt.
Projektionsbelichtungssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 42, wobei das Projektionsbelichtungssystem einer Mehrzahl von Interferometeranordnungen (37i) umfaßt, deren erste Meßstrahlen (107i) jeweils an mit Abstand voneinander angeordneten Orten (113i) auf die erste optische Oberfläche (35i) des ersten optischen Elements treffen.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 43, wobei eine Anzahl der Mehrzahl von Interferometeranordnungen (37i) gleich drei ist.
Projektionsbelichtungssystem nach Anspruch 43 oder 44, wobei strahlformende Optiken (103i) und Strahlungsdetektoren (105i) der Mehrzahl von Interferometeranordnungen auf einem gemeinsamen Träger (101i) angeordnet sind.