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DE102023212214A1 - Device for measuring telecentricity of an optical imaging system - Google Patents

Device for measuring telecentricity of an optical imaging system Download PDF

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DE102023212214A1
DE102023212214A1 DE102023212214.6A DE102023212214A DE102023212214A1 DE 102023212214 A1 DE102023212214 A1 DE 102023212214A1 DE 102023212214 A DE102023212214 A DE 102023212214A DE 102023212214 A1 DE102023212214 A1 DE 102023212214A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
imaging system
optical imaging
intensity detector
intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023212214.6A
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German (de)
Inventor
Daniel Endres
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
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Priority to PCT/EP2024/083810 priority patent/WO2025119741A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur Messung einer Telezentrie (68) eines optischen Abbildungssystems (12) umfasst eine Beleuchtungseinrichtung (22), welche dazu konfiguriert ist, eine Messstrahlung (32) auf eine Objektebene (14) des optischen Abbildungssystems einzustrahlen, einen Intensitätsdetektor (28), welcher mehrere, nicht-überlappende Detektionsabschnitte aufweist, zu einer Bildebene (16) des optischen Abbildungssystems versetzt angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, für zumindest zwei Feldpunkte (18-1, 18-2) in der Bildebene an den Feldpunkten vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilungen (50) mit einem jeweiligen der Detektionsabschnitte (42-1, 42-2) des Intensitätsdetektors zu erfassen, eine Bewegungseinrichtung (30), welche konfiguriert ist zum Einstellen unterschiedlicher Messpositionen (54) durch derartige Veränderung einer relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad, dass die Intensitätsverteilung (50-2) zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte (42-2, 42-1) des Intensitätsdetektors erfassbar sind, sowie eine Auswerteeinrichtung (48), welche dazu konfiguriert ist, anhand von, an den unterschiedlichen Messpositionen (54) aufgezeichneten, winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen (50-1, 50-2) die Telezentrie (68) des optischen Abbildungssystems an jedem der zumindest zwei Feldpunkte zu ermitteln.

Figure DE102023212214A1_0000
A measuring device (10) for measuring a telecentricity (68) of an optical imaging system (12) comprises an illumination device (22) which is configured to radiate a measuring radiation (32) onto an object plane (14) of the optical imaging system, an intensity detector (28) which has a plurality of non-overlapping detection sections, is arranged offset to an image plane (16) of the optical imaging system and is configured to detect angle-resolved intensity distributions (50) present at the field points for at least two field points (18-1, 18-2) in the image plane with a respective one of the detection sections (42-1, 42-2) of the intensity detector, a movement device (30) which is configured to set different measuring positions (54) by changing a relative position of the intensity detector to the optical imaging system in at least one rigid body degree of freedom in such a way that the intensity distribution (50-2) of at least one of the field points before and after the relative position change with two different non-overlapping detection sections (42-2, 42-1) of the intensity detector, and an evaluation device (48) which is configured to determine the telecentricity (68) of the optical imaging system at each of the at least two field points on the basis of angle-resolved intensity distributions (50-1, 50-2) recorded at the different measuring positions (54).
Figure DE102023212214A1_0000

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems, beispielsweise eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to a device and a method for measuring a telecentricity of an optical imaging system, for example a projection lens of a microlithographic projection exposure system.

Eine Telezentriebestimmung dient bekanntermaßen dazu, Abweichungen von einem idealen Telezentrieverhalten eines optischen Abbildungssystems, d.h. Telezentriefehler, zu erkennen. Bei einem Abbildungssystem, das mit einem Telezentriefehler behaftet ist, verläuft der Hauptstrahl für einen jeweiligen Feldpunkt nicht, wie im fehlerfreien Fall, parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems, sondern gegenüber dieser verkippt, wobei der Kippwinkel ein quantitatives Maß des Telezentriefehlers darstellt. Mit anderen Worten bezeichnet die Telezentrie eine energetische Verkippung des Strahlkegels eines optischen Abbildungssystems um den Fokuspunkt in Bild- oder Objektebene. Der Telezentriefehler ist eine 2-dimensionale Größe, die dargestellt werden kann als zwei Kippwinkel von der entsprechenden Ebenen-Normale in Richtung zweier orthogonaler Basisvektoren in der entsprechenden Ebene. Der Telezentriefehler kann feldpunktabhängig sein, das heißt abhängig von der lateralen Position des Fokuspunkts in der entsprechenden Ebene. Die Telezentrie von mikrolithographischen Projektionsobjektiven auf die Bildebene hat Auswirkungen auf die Verzeichnung im Lithographieprozess durch 3D-Effekte im Photoresist.Telecentricity determination is known to detect deviations from the ideal telecentric behavior of an optical imaging system, i.e., telecentricity errors. In an imaging system affected by a telecentricity error, the chief ray for a given field point does not run parallel to the optical axis of the imaging system, as in the error-free case, but is tilted relative to it. The tilt angle represents a quantitative measure of the telecentricity error. In other words, telecentricity refers to an energetic tilt of the ray cone of an optical imaging system around the focal point in the image or object plane. The telecentricity error is a 2-dimensional quantity that can be represented as two tilt angles from the corresponding plane normal in the direction of two orthogonal basis vectors in the corresponding plane. The telecentricity error can be field-point-dependent, i.e., dependent on the lateral position of the focal point in the corresponding plane. The telecentricity of microlithographic projection lenses on the image plane affects the distortion in the lithography process through 3D effects in the photoresist.

Ein naheliegender Ansatz für die Bestimmung eines Telezentriefehlers liegt darin, die energetische Schwerpunktlage des Bildes eines jeweiligen Feldpunktes in einer zur optischen Achse senkrechten xy-Ebene an mehreren, in z-Richtung der optischen Achse gegeneinander verschobenen Messstellen zu messen und daraus den Kippwinkel trigonometrisch zu berechnen. Dem steht jedoch die Schwierigkeit entgegen, dass die energetische Schwerpunktlage des Bildes eines jeweiligen Feldpunktes in der xy-Ebene abhängig von der z-Position auch aufgrund anderer Bildfehler variieren kann, mit denen Abbildungssysteme typischerweise behaftet sind, wie etwa Koma- und Bildschalenfehler.An obvious approach for determining a telecentricity error is to measure the energetic center of gravity of the image of a particular field point in an xy-plane perpendicular to the optical axis at several measuring points offset from each other in the z-direction of the optical axis, and to trigonometrically calculate the tilt angle from this. However, this approach is challenged by the fact that the energetic center of gravity of the image of a particular field point in the xy-plane can vary depending on the z-position, also due to other image errors typically associated with imaging systems, such as coma and image shell errors.

Zur Vermeidung dieser Problematik wird in US 7,365,861 B2 vorgeschlagen, am optischen Abbildungssystem mittels eines Scherinterferometers an verschiedenen z-Positionen eine Wellenfrontmessung durchzuführen und anhand der dabei gemessenen Z2- und Z3-Zernike-Koeffizienten die Telezentrie zu berechnen. Bei der scherinterferometrischen Messung wird eine Messeinheit aus einem Beugungsgitter und einer darunter angeordneten Detektoreinheit in der Bildebene des optischen Abbildungssystems angeordnet. Durch Überlagerung einer der nullten Beugungsordnung mit den am Beugungsgitter erzeugten +/- 1. Beugungsordnungen wird für verschiedene, an unterschiedlichen Feldpunkten angeordnete, Messkanäle ein Interferenzmuster auf der Detektoreinheit erzeugt. Die Messeinheit wird schrittweise in der xy-Ebene verschoben, sodass sich die Phasenverteilung der Interferenzmuster verändert. Dies wird auch als „Phasenschieben“ bezeichnet, wobei die Verschiebeschritte so klein sind, dass die Messkanäle bei der Messung unverändert bleiben, d.h. die den einzelnen Messkanälen zugeordneten Detektorabschnitte ändern sich nicht, es ändert sich lediglich die Phase der aufgezeichneten Interferenzmuster. Allerdings hat sich herausgestellt, dass auch dieses Messverfahren nicht ausreichend genaue Messwerte für die Telezentrie liefert. Darüber hinaus sei auf die Druckschrift CN 114647154 A hingewiesen.To avoid this problem, US 7,365,861 B2 proposed performing a wavefront measurement on the optical imaging system at various z-positions using a shear interferometer and calculating the telecentricity based on the Z2 and Z3 Zernike coefficients measured in the process. In shear interferometric measurement, a measuring unit consisting of a diffraction grating and a detector unit arranged underneath it is arranged in the image plane of the optical imaging system. By superimposing one of the zeroth diffraction orders with the +/- 1st diffraction orders generated on the diffraction grating, an interference pattern is generated on the detector unit for various measuring channels arranged at different field points. The measuring unit is shifted step by step in the xy plane so that the phase distribution of the interference patterns changes. This is also referred to as "phase shifting", whereby the shift steps are so small that the measuring channels remain unchanged during the measurement, i.e. the detector sections assigned to the individual measuring channels do not change; only the phase of the recorded interference patterns changes. However, it has been found that this measurement method does not provide sufficiently accurate measurements for telecentricity. Furthermore, reference is made to the publication CN 114647154 A pointed out.

Zugrunde liegende AufgabeUnderlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und vorzugsweise die Genauigkeit der Telezentriemessung verbessert wird.It is an object of the invention to provide a device and a method of the type mentioned at the outset, whereby the aforementioned problems are solved and preferably the accuracy of the telecentricity measurement is improved.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur Messung einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Messstrahlung auf eine Objektebene des optischen Abbildungssystems einzustrahlen, und einen Intensitätsdetektor, welcher mehrere, nicht-überlappende Detektionsabschnitte aufweist. Der Intensitätsdetektor ist zu einer Bildebene des optischen Abbildungssystems versetzt angeordnet und dazu konfiguriert, für zumindest zwei Feldpunkte in der Bildebene an den Feldpunkten vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilungen mit einem jeweiligen der Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors zu erfassen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung eine Bewegungseinrichtung, welche konfiguriert ist zum Einstellen unterschiedlicher Messpositionen durch derartige Veränderung einer relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad, dass die Intensitätsverteilung zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors erfassbar sind, sowie eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, anhand von, an den unterschiedlichen Messpositionen aufgezeichneten, winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen die Telezentrie des optischen Abbildungssystems an jedem der zumindest zwei Feldpunkte zu ermitteln.The aforementioned object can be achieved according to the invention, for example, with a measuring device for measuring the telecentricity of an optical imaging system. The measuring device according to the invention comprises an illumination device configured to irradiate a measuring radiation onto an object plane of the optical imaging system, and an intensity detector having a plurality of non-overlapping detection sections. The intensity detector is arranged offset from an image plane of the optical imaging system and configured to detect angle-resolved intensity distributions present at the field points for at least two field points in the image plane using a respective detection section of the intensity detector. Furthermore, the measuring device according to the invention comprises a movement device configured to set different measuring positions by changing a relative position of the intensity detector to the optical imaging system in at least one rigid body degree of freedom such that the intensity distribution of at least one of the field points before and after the relative position change can be detected using two different non-overlapping detection sections of the intensity detector, as well as a Evaluation device which is configured to determine the telecentricity of the optical imaging system at each of the at least two field points based on angle-resolved intensity distributions recorded at the different measuring positions.

Der Intensitätsdetektor kann gemäß einer Ausführungsform Teil eines Sensorkopfes sein. Unter Telezentrie ist eine energetische Verkippung eines oder mehrerer, einem jeweiligen Feldpunkt zugeordneten, Strahlkegels des optischen Abbildungssystems um den Fokus-Punkt in der Bildebene oder der Objektebene zu verstehen. Dabei spricht man von der bildseitigen bzw. der objektseitigen Telezentrie. Im vorliegenden Fall umfasst die Telezentriemessung vorzugsweise die bildseitige Telezentrie.According to one embodiment, the intensity detector can be part of a sensor head. Telecentricity is understood to mean an energetic tilt of one or more beam cones of the optical imaging system, assigned to a respective field point, around the focal point in the image plane or the object plane. This is referred to as image-side or object-side telecentricity. In the present case, the telecentricity measurement preferably includes image-side telecentricity.

Unter der Veränderung der relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem ist zu verstehen, dass dazu die Position des Intensitätsdetektors und/oder die Position des optischen Abbildungssystems verändert wird. Die vom Intensitätsdetektor erfasste Intensitätsverteilung wird in diesem Text auch als Pupillenbild bezeichnet. Der Intensitätsdetektor ist gegenüber der Bildebene des optischen Abbildungssystems derart weit versetzt angeordnet, dass die in der Bildebene vorliegenden winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen, d.h. die den einzelnen Feldpunkten zugeordneten Pupillenbilder, auf der Detektionsfläche des Detektors dargestellt werden.Changing the relative position of the intensity detector to the optical imaging system means changing the position of the intensity detector and/or the position of the optical imaging system. The intensity distribution detected by the intensity detector is also referred to in this text as the pupil image. The intensity detector is offset from the image plane of the optical imaging system so that the angle-resolved intensity distributions present in the image plane, i.e., the pupil images assigned to the individual field points, are displayed on the detector's detection surface.

Die an den unterschiedlichen relativen Positionen des Intensitätsdetektors aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen sind Intensitätsverteilungen, die durch die vorstehend erläuterte Veränderung der relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem auf dem Detektor erzeugt werden. Die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung an einem Feldpunkt entspricht der Intensitätsverteilung in der Pupille des optischen Abbildungssystems. Damit ist der Intensitätsdetektor dazu konfiguriert und angeordnet, die Intensitätsverteilung in einer Pupille bzw. eine Pupillenverteilung des optischen Abbildungssystems an den betreffenden Feldpunkten der Bildebene zu erfassen. Mit anderen Worten, wird die relative Position des Intensitätsdetektors derart verändert, dass die einem bestimmten Feldpunkt zugeordnete Pupillenverteilung nach der Positionsveränderung mit einem anderen Abschnitt des Intensitätsdetektors erfasst wird wie vor der Positionsveränderung. Dabei sind die beiden Abschnitte nicht-überlappende Abschnitte, d.h. jeweils eigene Abschnitte, des Detektionsdetektors.The angle-resolved intensity distributions recorded at the different relative positions of the intensity detector are intensity distributions generated by the above-explained change in the relative position of the intensity detector to the optical imaging system on the detector. The angle-resolved intensity distribution at a field point corresponds to the intensity distribution in the pupil of the optical imaging system. The intensity detector is thus configured and arranged to detect the intensity distribution in a pupil or a pupil distribution of the optical imaging system at the relevant field points of the image plane. In other words, the relative position of the intensity detector is changed such that the pupil distribution assigned to a specific field point is detected after the position change with a different section of the intensity detector than before the position change. The two sections are non-overlapping sections, i.e., each a separate section, of the detection detector.

Die erfindungsgemäße Erfassung von winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen an verschiedenen Feldpunkten in der Bildebene, d.h. die Erfassung von den verschiedenen Feldpunkten zugeordneten Pupillenverteilungen, und das derartige Verändern der relativen Position des Intensitätsdetektors, dass die Intensitätsverteilung eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen, nicht-überlappenden, Abschnitten des Intensitätsdetektor erfasst werden können, ermöglicht es durch mathematische Auswertung der an den unterschiedlichen relativen Positionen erfassten Intensitätsverteilungen die Telezentrie mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Die genannte relative Positionsveränderung ermöglicht die Erzeugung von ausreichender Redundanz in den vom Intensitätsdetektor erfassten Messungen, um die mathematische Auswertung zur Bestimmung der Telezentrie zu ermöglichen.The inventive acquisition of angle-resolved intensity distributions at different field points in the image plane, i.e., the acquisition of pupil distributions assigned to the different field points, and the changing of the relative position of the intensity detector such that the intensity distribution of one of the field points before and after the relative position change can be acquired with two different, non-overlapping sections of the intensity detector, makes it possible to determine telecentricity with high accuracy through mathematical evaluation of the intensity distributions acquired at the different relative positions. This relative position change enables the creation of sufficient redundancy in the measurements acquired by the intensity detector to enable the mathematical evaluation for determining telecentricity.

Im Vergleich zu der vorstehend erwähnten Ermittlung der Telezentrie auf Grundlage einer Wellenfrontmessung gemäß US 7,365,861 B2 , bei der die Telezentrie im Wesentlichen mit einem Wellenfrontkipp gleichgesetzt wird, welcher nur näherungsweise der energetischen Verkippung des Strahlkegels eines optischen Abbildungssystems entspricht, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise die direkte Bestimmung der energetischen Verkippung des Strahlkegels und damit die Bestimmung der Telezentrie mit einer höheren Genauigkeit.In comparison to the above-mentioned determination of telecentricity based on a wavefront measurement according to US 7,365,861 B2 , in which the telecentricity is essentially equated with a wavefront tilt, which only approximately corresponds to the energetic tilt of the beam cone of an optical imaging system, the procedure according to the invention enables the direct determination of the energetic tilt of the beam cone and thus the determination of the telecentricity with a higher accuracy.

Bei der genannten scherinterferometrischen Wellenfrontmessung werden zwar ebenfalls Intensitätsverteilungen mit einer Detektoreinheit aufgezeichnet, hierbei handelt es sich jedoch, wie bereits vorstehend erläutert, nicht um an den Feldpunkten vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilungen in Form von den Feldpunkten zugeordneten Pupillenverteilungen, sondern um Interferenzmuster. Selbst, wenn aus diesen Interferenzmustern die +/-1. Beugungsordnungen herausgerechnet würden, würden sich die resultierenden Intensitätsverteilungen immer noch von den erfindungsgemäß unter Veränderung der relativen Position des Intensitätsdetektors erfassten Intensitätsverteilungen unterscheiden. Dies liegt schon daran, dass die bei der Wellenfrontmessung erfolgende Verschiebung der Messeinheit lediglich in kleinen Schritten erfolgt, die dem Phasenschieben dienen und nicht groß genug sind um einen der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen, nicht-überlappenden Abschnitten des Intensitätsdetektors zu erfassen.In the aforementioned shear interferometric wavefront measurement, intensity distributions are also recorded with a detector unit. However, as already explained above, these are not angle-resolved intensity distributions present at the field points in the form of pupil distributions assigned to the field points, but rather interference patterns. Even if the +/- 1st diffraction orders were subtracted from these interference patterns, the resulting intensity distributions would still differ from the intensity distributions recorded according to the invention by changing the relative position of the intensity detector. This is due to the fact that the displacement of the measuring unit during the wavefront measurement only occurs in small steps, which serve to phase shift and are not large enough to detect one of the field points before and after the relative position change with two different, non-overlapping sections of the intensity detector.

Gemäß einer Ausführungsform dienen mindestens zwei unterschiedliche, nicht überlappende, insbesondere die vorstehend erwähnten zwei unterschiedlichen, nicht überlappenden Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors vor der relativen Positionsveränderung zur Vermessung der Intensitätsverteilungen unterschiedlicher Feldpunkte.According to one embodiment, at least two different, non-overlapping detection sections of the intensity detector, in particular the two different, non-overlapping detection sections mentioned above, serve to measure the intensity distributions of different field points before the relative position change.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, Messkanäle durch das optische Abbildungssystem auszubilden, welche die Bildebene an jeweils einem der zu vermessenden Feldpunkte durchlaufen und an unterschiedlichen Detektionsabschnitten einer Detektionsfläche des Intensitätsdetektors auftreffen, wobei die Bewegungseinrichtung dazu konfiguriert ist, die relative Position derart zu verändern, dass ein bestimmter Detektionsabschnitt vor und nach der Positionsveränderung von Messstrahlung unterschiedlicher Messkanäle bestrahlt wird.According to a further embodiment, the measuring device is configured to form measuring channels through the optical imaging system, which pass through the image plane at one of the field points to be measured and impinge on different detection sections of a detection surface of the intensity detector, wherein the movement device is configured to change the relative position such that a specific detection section is irradiated by measuring radiation of different measuring channels before and after the change in position.

Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Messvorrichtung weiterhin eine in der Objektebene angeordnete Messmaske mit Messstrukturen zum Ausbilden der Messkanäle auf. Mit anderen Worten umfasst die Messmaske für jeden der zu vermessenden Feldpunkte der Bildebene eine zugeordnete Messstruktur, die einen jeweiligen Messkanal ausbildet. Die Messmaske ist ggf. auch über eine Bewegungseinrichtung, welche analog zur Bewegungseinrichtung des Intensitätsdetektors ausgeführt sein kann, bewegbar.According to one embodiment, the measuring device further comprises a measuring mask arranged in the object plane with measuring structures for forming the measuring channels. In other words, the measuring mask comprises an associated measuring structure for each of the field points of the image plane to be measured, which structure forms a respective measuring channel. The measuring mask can also be moved, if necessary, via a movement device, which can be designed analogously to the movement device of the intensity detector.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, ein Alignment des Detektors und ggf. der Messmaske in allen Festkörperfreiheitsgraden zur Bild- und Objektebene durchzuführen. Dies kann durch ein externes Messsystem oder eine Wellenfront- oder Intensitätsmessung erfolgen.According to a further embodiment, the measuring device is configured to perform an alignment of the detector and, if applicable, the measurement mask in all solid-state degrees of freedom to the image and object plane. This can be done using an external measuring system or a wavefront or intensity measurement.

Gemäß einer Ausführungsvariante können bei mehr als zwei Messmasken die Abstände dieser Messmasken auf einem äquidistanten Gitter angeordnet sein, um bei Verschiebungen um ganzzahlige Vielfache dieser Abstände in Objekt- oder Bildebene und/oder bei entsprechend gewählten Verdrehungen relativ zum optischen Abbildungssystem identische Messkanäle im optischen Abbildungssystem zu erfassen.According to one embodiment variant, if there are more than two measuring masks, the distances between these measuring masks can be arranged on an equidistant grid in order to detect identical measuring channels in the optical imaging system in the case of displacements by integer multiples of these distances in the object or image plane and/or in the case of correspondingly selected rotations relative to the optical imaging system.

Gemäß einer Ausführungsvariante können weniger Messmasken als Messkanäle des optischen Abbildungssystems verwendet werden, um eine Überlagerung der Intensitätsbilder auf dem Intensitätsdetektor zu verhindern. Durch serielle Messung mit unterschiedlichen Verschiebungen und/oder Verdrehungen des Intensitätsdetektors und der Messmasken zum optischen Abbildungssystem können die übrigen Messkanäle realisiert werden.According to one embodiment, fewer measurement masks can be used than measurement channels of the optical imaging system to prevent overlap of the intensity images on the intensity detector. The remaining measurement channels can be realized by serial measurements with different displacements and/or rotations of the intensity detector and the measurement masks relative to the optical imaging system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Veränderung der relativen Position eine relative Translationsbewegung des Intensitätsdetektors in Bezug auf das optische Abbildungssystem in einer Richtung quer bzw. orthogonal zu einer optischen Achse des optischen Abbildungssystems, welche in diesem Text auch „laterale Richtung“ bezeichnet wird.According to a further embodiment, the change in the relative position comprises a relative translational movement of the intensity detector with respect to the optical imaging system in a direction transverse or orthogonal to an optical axis of the optical imaging system, which is also referred to in this text as “lateral direction”.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Veränderung der relativen Position eine relative Translationsbewegung der in der Objektebene angeordneten Messmaske in Bezug auf das optische Abbildungssystem in einer Richtung quer zu einer optischen Achse des optischen Abbildungssystems. Diese kann entsprechend der relativen Translationsbewegung des Intensitätsdetektors skaliert mit dem Abbildungsmaßstab des optischen Abbildungssystems erfolgen.According to a further embodiment, the change in the relative position comprises a relative translational movement of the measurement mask arranged in the object plane with respect to the optical imaging system in a direction transverse to an optical axis of the optical imaging system. This can be carried out according to the relative translational movement of the intensity detector, scaled with the imaging scale of the optical imaging system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Position des Intensitätsdetektors und ggf. der Messmaske über ein externes Messsystem oder über ein Wellenfront- und/oder Intensitäts-basiertes Alignment zur Bildebene bzw. ggf. zur Objektebene des optischen Abbildungssystems positionierbar.According to a further embodiment, the position of the intensity detector and, if applicable, the measuring mask can be positioned via an external measuring system or via a wavefront and/or intensity-based alignment to the image plane or, if applicable, to the object plane of the optical imaging system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, Messkanäle durch das optische Abbildungssystem auszubilden, welche die Bildebene an jeweils einem der zu vermessenden Feldpunkte durchlaufen, und wobei die Veränderung der relativen Position eine relative Translationsbewegung des Intensitätsdetektors in Bezug auf das optische Abbildungssystem in einer lateralen Richtung zu einer optischen Achse des optischen Abbildungssystems um mindestens einen Abstand zwischen zwei benachbarten Messkanälen umfasst. Dabei handelt es sich vorzugsweise um den Abstand zwischen den zwei benachbarten Messkanälen in der Bildebene.According to a further embodiment, the measuring device is configured to form measurement channels through the optical imaging system, each of which passes through the image plane at one of the field points to be measured, and wherein the change in the relative position comprises a relative translational movement of the intensity detector with respect to the optical imaging system in a lateral direction to an optical axis of the optical imaging system by at least a distance between two adjacent measurement channels. This is preferably the distance between the two adjacent measurement channels in the image plane.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die Telezentrie des optischen Abbildungssystems anhand von winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen, welche an drei unterschiedlichen, sich durch relative Verschiebung des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem entlang eines Translationsfreiheitsgrads unterscheidenden, Messpositionen aufgezeichnet werden, zu ermitteln.According to one embodiment variant, the evaluation device is configured to determine the telecentricity of the optical imaging system based on angle-resolved intensity distributions which are recorded at three different measuring positions which differ by the relative displacement of the intensity detector to the optical imaging system along a translational degree of freedom.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Veränderung der relativen Position eine relative Rotationsbewegung des Intensitätsdetektors in Bezug auf das optische Abbildungssystem um eine in Richtung der optischen Achse ausgerichtete Drehachse.According to a further embodiment, the change in the relative position comprises a relative rotational movement of the intensity detector with respect to the optical imaging system about an axis of rotation aligned in the direction of the optical axis.

Unter der relativen Translationsbewegung bzw. der relativen Rotationsbewegung ist eine Translationsbewegung bzw. Rotationsbewegung des optischen Abbildungssystems und/oder des Sensorelements zu verstehen. Unter der zur optischen Achse lateralen Richtung ist eine Richtung zu verstehen, die senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist bzw. bis zu 45°, insbesondere bis zu 30° oder bis zu 10° von der senkrechten Richtung abweicht. Unter der Ausrichtung der Drehachse in Richtung der optischen Achse ist eine genau parallele Ausrichtung zur optischen Achse bzw. eine um bis zu 45°, insbesondere bis zu 30° oder bis zu 10°, davon abweichende Ausrichtung, zu verstehen.The relative translational movement or relative rotational movement refers to a translational movement or rotational movement of the optical imaging system and/or the sensor element. The direction lateral to the optical axis refers to a direction that is perpendicular to the optical axis. deviates from the vertical direction by up to 45°, in particular up to 30° or up to 10°. The alignment of the rotation axis in the direction of the optical axis is understood to mean an alignment exactly parallel to the optical axis or an alignment deviating from it by up to 45°, in particular up to 30° or up to 10°.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus den aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen für jede der relativen Positionen an allen vermessenen Feldpunkten eine jeweilige zugehörige Pupillenbildlage zu bestimmen.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to determine a respective associated pupil image position from the recorded angle-resolved intensity distributions for each of the relative positions at all measured field points.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die jeweilige bestimmte Pupillenbildlage einen Verschiebungswert des betreffenden Pupillenbilds gegenüber einem zugehörigen Normpupillenbild, welches bei nicht vorhandener Telezentrie vorliegen würde, in zumindest einer Koordinatenrichtung.According to one embodiment variant, the respective determined pupil image position comprises a displacement value of the pupil image in question compared to an associated standard pupil image, which would be present in the absence of telecentricity, in at least one coordinate direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die Verschiebungswerte durch Auswerten eines die bestimmten Pupillenbildlagen enthaltenden Gleichungssystems zu bestimmen.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to determine the displacement values by evaluating a system of equations containing the determined pupil image positions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die Bestimmung der Pupillenbildlagen jeweils, bezogen auf eine Pixelauflösung des Intensitätsdetektors, subpixelgenau zu bestimmen.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to determine the pupil image positions with subpixel accuracy, in each case based on a pixel resolution of the intensity detector.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die Bestimmung der Pupillenbildlagen mittels eines Randkantenfits der aufgezeichneten Intensitätsverteilungen zu bewirken.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to determine the pupil image positions by means of an edge fit of the recorded intensity distributions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt der jeweilige Randkantenfit auf Grundlage von über verschiedene Messpositionen des Intensitätsdetektors gemittelten Intensitätsverteilungen. Die Messpositionen können um einen Bruchteil, z.B. die Hälfte, einer Gitterperiode des Beugungsgitters verschoben sein. Alternativ können die Messpositionen auch um mehr als die Hälfte der Gitterperiode des Beugungsgitters, z.B. um eine, eineinhalb oder zwei Gitterperioden des Beugungsgitters verschoben sein.According to a further embodiment, the respective edge fit is performed based on intensity distributions averaged over various measurement positions of the intensity detector. The measurement positions can be shifted by a fraction, e.g., half, of a grating period of the diffraction grating. Alternatively, the measurement positions can also be shifted by more than half the grating period of the diffraction grating, e.g., by one, one and a half, or two grating periods of the diffraction grating.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die bestimmten Pupillenbildlagen in Telezentriewinkel des optischen Abbildungssystems umzurechnen. Dabei werden die Pupillenbildlagen über Kegelschnittbetrachtungen in Strahlkegelwinkel im Substratmedium umgerechnet und daraus werden die Telezentriewinkel des optischen Abbildungssystems bestimmt.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to convert the determined pupil image positions into telecentricity angles of the optical imaging system. The pupil image positions are converted into beam cone angles in the substrate medium using conic section observations, and the telecentricity angles of the optical imaging system are determined from these.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus den aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen die numerische Apertur an jedem der Feldpunkte zu bestimmen und bei der Bestimmung der Telezentrie zu berücksichtigen. Mit anderen Worten: Es wird ein NA-Feldverlauf bestimmt. Zur Bestimmung der numerischen Apertur wird an jedem der Feldpunkte für jede der relativen Positionen ein Pupillenradius bestimmt. Die Verschiebungswerte der Pupillenbildlage weisen eine Abhängigkeit von der numerischen Apertur auf. Durch die Bestimmung der numerischen Apertur kann dieser Einfluss bei der Ermittlung der Telezentrie berücksichtigt werden. In einer alternativen Ausführungsform wird sichergestellt, dass die Messung der Intensitätsverteilungen bei voller NA erfolgt. In diesem Fall ist die Vermessung des NA-Feldverlaufs nicht notwendig, da er ja bereits vorab bekannt ist.According to a further embodiment, the evaluation device is configured to determine the numerical aperture at each of the field points from the recorded angle-resolved intensity distributions and to take this into account when determining the telecentricity. In other words, an NA field profile is determined. To determine the numerical aperture, a pupil radius is determined at each of the field points for each of the relative positions. The shift values of the pupil image position are dependent on the numerical aperture. By determining the numerical aperture, this influence can be taken into account when determining the telecentricity. In an alternative embodiment, it is ensured that the measurement of the intensity distributions takes place at full NA. In this case, measuring the NA field profile is not necessary, since it is already known in advance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die Messkanäle teil-seriell durch Verschiebung des Intensitätsdetektors und ggf. der Messmaske zu vermessen. Damit kann eine höhere laterale Auflösung erzielt werden als es der Intensitätsdetektor ohne Überlapp der Pupillenbilder erlauben würde.According to a further embodiment, the measuring device is configured to measure the measurement channels partially serially by shifting the intensity detector and, if applicable, the measurement mask. This allows for a higher lateral resolution than would be possible with the intensity detector without overlapping the pupil images.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine im mikrolithographischen Projektionsbelichtungsobjektiv in einer Pupillenebene verbaute NA-Blende definiert teilgeschlossen werden, um die Telezentrie für entsprechende Anwendungsfälle zu bestimmen analog zur Messung bei voller NA.According to one embodiment, an NA diaphragm installed in a pupil plane in the microlithographic projection exposure objective can be partially closed in a defined manner in order to determine the telecentricity for corresponding applications analogously to the measurement at full NA.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Abbildungssystem ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche beispielsweise für DUV oder EUV- Mikrolithographie konfiguriert ist.According to one embodiment, the optical imaging system is a projection lens of a microlithographic projection exposure system, which is configured, for example, for DUV or EUV microlithography.

Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv sowie einer Messanordnung nach einer der vorausgehenden Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten zur Messung einer Telezentrie des Projektionsobjektivs bereitgestellt.Furthermore, according to the invention, a projection exposure system for microlithography is provided with a projection objective and a measuring arrangement according to one of the preceding embodiments or embodiment variants for measuring a telecentricity of the projection objective.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Messen einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems. Das Verfahren umfasst ein Einstrahlen einer Messstrahlung auf eine Objektebene des optischen Abbildungssystems, ein Anordnen eines mehrere, nicht-überlappende Detektionsabschnitte aufweisenden Intensitätsdetektors in einer zu einer Bildebene des optischen Abbildungssystems versetzten Ebene und Erfassen von winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen, welche an zumindest zwei Feldpunkten in der Bildebene vorliegen, mit einem jeweiligen Detektionsabschnitt des Intensitätsdetektors. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Verändern einer relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad zum Einstellen unterschiedlicher Messpositionen und Erfassen der Intensitätsverteilung zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors, sowie ein Ermitteln der Telezentrie des optischen Abbildungssystems anhand von, an den unterschiedlichen Messpositionen aufgezeichneten, winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen an jedem der zumindest zwei Feldpunkte.The above-mentioned object can further be achieved, for example, with a method for measuring a telecentricity of an optical imaging system. The method comprises irradiating a measuring radiation onto an object plane of the optical imaging system, arranging an intensity detector having a plurality of non-overlapping detection sections in a Image plane of the optical imaging system offset from the image plane and detecting angle-resolved intensity distributions present at at least two field points in the image plane with a respective detection section of the intensity detector. Furthermore, the method comprises changing a relative position of the intensity detector to the optical imaging system in at least one rigid body degree of freedom to set different measurement positions and detecting the intensity distribution of at least one of the field points before and after the relative position change with two different, non-overlapping detection sections of the intensity detector, as well as determining the telecentricity of the optical imaging system based on angle-resolved intensity distributions recorded at the different measurement positions at each of the at least two field points.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Einstellen der unterschiedlichen Messpositionen eine relative Position des Intensitätsdetektors und der Messmaske zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad verändert. Daraufhin erfolgt das Erfassen der Intensitätsverteilung zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors.According to one embodiment of the method according to the invention, to set the different measurement positions, a relative position of the intensity detector and the measurement mask to the optical imaging system is changed in at least one rigid body degree of freedom. The intensity distribution of at least one of the field points is then recorded before and after the relative position change using two different non-overlapping detection sections of the intensity detector.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Erfassung der winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen der Intensitätsdetektor gegenüber dem optischen Abbildungssystem justiert, wobei ein Beugungsgitter in der Bildebene angeordnet wird und damit mittels des Intensitätsdetektors eine Wellenfrontmessung des optischen Abbildungssystems durchgeführt wird. Anhand der Wellenfrontmessung kann wiederum der Intensitätsdetektor in Richtung der optischen Achse des optischen Abbildungssystems, d.h. bezüglich der Fokuseinstellung, und/oder quer dazu justiert werden. Die Justierung kann insbesondere nach jeder relativen Positionsveränderung, d.h. vor der der jeweiligen relativen Positionsveränderung folgenden Erfassung der Intensitätsverteilungen, erfolgen.According to one embodiment of the method according to the invention, before the angle-resolved intensity distributions are acquired, the intensity detector is adjusted relative to the optical imaging system. A diffraction grating is arranged in the image plane, and a wavefront measurement of the optical imaging system is thus performed using the intensity detector. Based on the wavefront measurement, the intensity detector can in turn be adjusted in the direction of the optical axis of the optical imaging system, i.e., with respect to the focus setting, and/or transversely thereto. The adjustment can be performed, in particular, after each relative position change, i.e., before the acquisition of the intensity distributions following the respective relative position change.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.The features specified with regard to the above-mentioned embodiments, exemplary embodiments, or embodiment variants, etc. of the measuring device according to the invention can be transferred correspondingly to the measuring method according to the invention, and vice versa. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and the claims. The individual features can be implemented either separately or in combination as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments that are independently protectable and whose protection may be claimed only during or after the application is filed.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Messung einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems an einer Vielzahl an Feldpunkten in einer Bildebene des optischen Abbildungssystems mit einem Sensorkopf in Gestalt eines Intensitätsdetektors,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des Strahlengangs im Bereich eines Feldpunktes eines Sensorkopfes in der Bildebene des optischen Abbildungssystems,
  • 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Sensorkopfes,
  • 4 ein erstes, auf eine Dimension vereinfachtes, Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb der Messvorrichtung gemäß 1 zur Telezentriemessung,
  • 5 ein zweites, auf eine Dimension vereinfachtes, Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betrieb der Messvorrichtung gemäß 1 zur Telezentriemessung, sowie
  • 6 ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv sowie einer in der Projektionsbelichtungsanlage integrierten Messvorrichtung gemäß 1 zur Messung der Telezentrie des Projektionsobjektivs.
The above and other advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments or embodiments or variants of the invention with reference to the attached schematic drawings. They show:
  • 1 an embodiment of a measuring device for measuring a telecentricity of an optical imaging system at a plurality of field points in an image plane of the optical imaging system with a sensor head in the form of an intensity detector,
  • 2 an enlarged view of the beam path in the area of a field point of a sensor head in the image plane of the optical imaging system,
  • 3 an alternative embodiment of the sensor head,
  • 4 a first embodiment, simplified to one dimension, of a method for operating the measuring device according to 1 for telecentric measurement,
  • 5 a second embodiment of the method for operating the measuring device according to 1 for telecentric measurement, as well as
  • 6 an embodiment of a projection exposure system with a projection lens and a measuring device integrated in the projection exposure system according to 1 for measuring the telecentricity of the projection lens.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer AusführungsbeispieleDetailed description of embodiments according to the invention

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente so weit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.In the embodiments or variants described below, functionally or structurally similar elements are provided with the same or similar reference numerals wherever possible. Therefore, to understand the features of the individual elements of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.

Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.To facilitate the description, a Cartesian xyz coordinate system is shown in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. 1 the y-direction runs perpendicular to the drawing plane, the x-direction to the right and the z-direction upwards.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur Messung einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems 12 veranschaulicht. Bei dem optischen Abbildungssystem 12 kann es sich um ein Abbildungssystem für die Mikrolithographie, beispielsweise um ein optisches Abbildungssystem 12 für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere um ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, handeln. Alternativ kann das optische Abbildungssystem 12 auch ein Modul eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder ein Modul einer Waferinspektionsanlage etc. sein. Eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ist in einer beispielhaften Ausführungsform 100 in 6 dargestellt.In 1 An exemplary embodiment of a measuring device 10 for measuring a telecentricity of an optical imaging system 12 is illustrated. The optical imaging system 12 can be an imaging system for microlithography, for example an optical imaging system 12 for a microlithographic projection exposure apparatus, in particular a projection lens of a microlithographic projection exposure apparatus. Alternatively, the optical imaging system 12 can also be a module of an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus or a module of a wafer inspection apparatus, etc. A microlithographic projection exposure apparatus is shown in an exemplary embodiment 100 in 6 shown.

Das optische Abbildungssystem 12 weist eine optische Achse 13 auf, dient zum Abbilden von Strukturen, beispielsweise Strukturen einer Lithographiemaske, aus einer Objektebene 14 in eine Bildebene 16 und kann auf Belichtungsstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt sein, wie z.B. auf DUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 248 nm oder etwa 193 nm oder auf EUV-Strahlung. Unter EUV-Strahlung ist im Rahmen dieses Textes elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm zu verstehen.The optical imaging system 12 has an optical axis 13, serves to image structures, for example, structures of a lithography mask, from an object plane 14 into an image plane 16, and can be designed for exposure radiation of different wavelengths, such as DUV radiation with a wavelength of approximately 248 nm or approximately 193 nm, or EUV radiation. In the context of this text, EUV radiation is understood to mean electromagnetic radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.7 nm.

Wie bereits vorstehend erwähnt, dient die Messvorrichtung 10 zum Vermessen der Telezentrie des optischen Abbildungssystems 12. Unter der Telezentrie ist hier eine Feldverteilung eines Telezentriefehlers in der Bildebene 16 des optischen Abbildungssystems 12 zu verstehen. Bei einem Abbildungssystem, das mit einem Telezentriefehler behaftet ist, verläuft der Hauptstrahl für einen jeweiligen Feldpunkt nicht, wie im fehlerfreien Fall, parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems, sondern gegenüber dieser verkippt, wobei der Kippwinkel ein quantitatives Maß des Telezentriefehlers darstellt. Mit anderen Worten bezeichnet die Telezentrie eine energetische Verkippung des Strahlkegels eines optischen Abbildungssystems um den Fokuspunkt in Bild- oder Objektebene. In 2 ist für einen beispielhaften Feldpunkt 18 in der Bildebene 16 ein derartiger, mit einem Telezentriefehler behafteter, Hauptstrahl 20t dargestellt, welcher gegenüber einem parallel zur optischen Achse des Abbildungssystems 12 verlaufenden Normhauptstrahl 20n (ohne Telezentriefehler) in der x-z-Ebene um den Kippwinkel θx verkippt ist.As already mentioned above, the measuring device 10 serves to measure the telecentricity of the optical imaging system 12. Telecentricity is understood here to be a field distribution of a telecentricity error in the image plane 16 of the optical imaging system 12. In an imaging system that is affected by a telecentricity error, the main ray for a respective field point does not run parallel to the optical axis of the imaging system, as in the error-free case, but is tilted relative to it, with the tilt angle representing a quantitative measure of the telecentricity error. In other words, telecentricity refers to an energetic tilt of the beam cone of an optical imaging system around the focal point in the image or object plane. 2 For an exemplary field point 18 in the image plane 16, such a main ray 20t is shown, which is subject to a telecentricity error and which is tilted by the tilt angle θ x in the xz plane relative to a standard main ray 20n (without telecentricity error) running parallel to the optical axis of the imaging system 12.

Die Messvorrichtung 10 umfasst auf der Eingangsseite des optischen Abbildungssystems 12 eine Beleuchtungseinrichtung 22 und eine Messmaske 24 sowie auf der Ausgangsseite des Abbildungssystems 12 ein Sensormodul 26, welches einen Sensorkopf 27, hier in Gestalt eines Intensitätsdetektors 28, eine Bewegungseinrichtung 30 zur Veränderung einer relativen Position des Intensitätsdetektors 28 zum optischen Abbildungssystem 12 sowie eine Auswerteeinrichtung 32 umfasst.The measuring device 10 comprises an illumination device 22 and a measuring mask 24 on the input side of the optical imaging system 12 and a sensor module 26 on the output side of the imaging system 12, which comprises a sensor head 27, here in the form of an intensity detector 28, a movement device 30 for changing a relative position of the intensity detector 28 to the optical imaging system 12 and an evaluation device 32.

Die Messmaske 24 ist in 1 als Element in Transmission dargestellt, kann gemäß einer alternativen Ausführungsform jedoch auch in Reflexion betrieben werden. Die Beleuchtungseinrichtung 22 ist dazu konfiguriert, eine Messstrahlung 32 zu erzeugen und auf die Messmaske 24 einzustrahlen. Die Messstrahlung 32 kann gemäß einer Ausführungsform die Betriebswellenlänge des zu testendenden optischen Abbildungssystems 12 aufweisen oder in einem ähnlichen Wellenlängenbereich liegen. Für den Fall, in dem das optische Abbildungssystem 12 als Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet ist, kann die Wellenlänge der Messstrahlung 32 damit etwa im DUV- oder im EUV-Wellenlängenbereich liegen.The measuring mask 24 is in 1 shown as an element in transmission, but according to an alternative embodiment can also be operated in reflection. The illumination device 22 is configured to generate a measuring radiation 32 and to radiate it onto the measuring mask 24. According to one embodiment, the measuring radiation 32 can have the operating wavelength of the optical imaging system 12 to be tested or can be in a similar wavelength range. In the case in which the optical imaging system 12 is designed as a projection objective of a microlithographic projection exposure system, the wavelength of the measuring radiation 32 can thus be approximately in the DUV or EUV wavelength range.

Die Messmaske 24 umfasst ein zweidimensionales Punktraster an Messstrukturen 34 (vgl. Messstrukturen 34-1 bis 34-4 gemäß 1). Diese sind jeweils als periodische Strukturen, wie etwa als Schachbrettstrukturen konfiguriert und dienen dazu, Messkanäle 36 durch das optische Abbildungssystem 12 auszubilden, wie in 1 anhand der Messkanäle 36-1 bis 36-4 veranschaulicht. Die in den Messkanälen 36-1 bis 36-4 enthaltenden Strahlen durchlaufen, ausgehend von den einzelnen Messstrukturen 34-1 bis 34-4, in unterschiedlichen Strahlengängen das optische Abbildungssystem 12, durchlaufen dabei mindestens eine Pupillenebene, in welcher der maximale Winkelraum durch geometrische Einschränkungen (z.B. mechanische Blende 40) limitiert wird. Dieser maximale Winkelraum definiert die Pupille 38 des optischen Abbildungssystems 12. Als Pupille 38 wird in diesem Zusammenhang die Fläche in der Pupillenebene bezeichnet, durch welche die jeweiligen Strahlen aller Messkanäle 36-1 bis 36-4 laufen, d.h. die Strahlen der unterschiedlichen Messkanäle 36-1 bis 36-4 passieren jeweils die gleiche Fläche der Pupillenebene. Die die Pupille 38 passierenden Strahlen, d.h. die nicht von der Blende 40 absorbierten Strahlen propagieren weiter und konvergieren in der Bildebene 16 in jeweils einem zu vermessenden Feldpunkt 18-1 bis 18-4, durchlaufen diesen jeweils und treffen an unterschiedlichen, nicht-überlappenden Detektionsabschnitten 42 einer Detektionsfläche des Intensitätsdetektors 28 auf. Die jeweils zueinander benachbarten Feldpunkte 18-1 bis 18-4 weisen einen Abstand ΔK (Bezugszeichen 56) auf. Dies ist der Abstand der entsprechenden benachbarten Messkanäle 36 in der Bildebene 16.The measuring mask 24 comprises a two-dimensional dot matrix of measuring structures 34 (cf. measuring structures 34-1 to 34-4 according to 1 ). These are each configured as periodic structures, such as checkerboard structures, and serve to form measuring channels 36 through the optical imaging system 12, as shown in 1 illustrated using the measuring channels 36-1 to 36-4. The rays contained in the measuring channels 36-1 to 36-4, starting from the individual measuring structures 34-1 to 34-4, pass through the optical imaging system 12 in different beam paths, passing through at least one pupil plane in which the maximum angular space is limited by geometric restrictions (e.g. mechanical aperture 40). This maximum angular space defines the pupil 38 of the optical imaging system 12. In this context, the pupil 38 refers to the area in the pupil plane through which the respective rays of all measuring channels 36-1 to 36-4 pass, ie the rays of the different measuring channels 36-1 to 36-4 each pass through the same area of the pupil plane. The rays passing through the pupil 38, ie the rays not absorbed by the diaphragm 40, propagate further and converge in the image plane 16 in a field point 18-1 to 18-4 to be measured, pass through this point and arrive at different, non-overlapping detection sections 42 of a detection area of the intensity detector 28. The adjacent field points 18-1 to 18-4 are spaced apart by a distance ΔK (reference numeral 56). This is the distance between the corresponding adjacent measurement channels 36 in the image plane 16.

In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist der Intensitätsdetektor 28 mit lediglich zwei in x-Richtung aneinander angrenzenden Detektionsabschnitten 42-1 und 42-2 dargestellt. In dieser Ausführungsform dient der Intensitätsdetektor 28 zur teil-seriellen Vermessung der Messkanäle, d.h. in einer ersten Messung können etwa die Messkanäle 36-1 und 36-2 und dann bei einer zweiten Messung die Messkanäle 36-3 und 36-4 vermessen werden. In den 4 und 5 sind die Detektionsabschnitte 42-1 und 42-2 auch mit den Abkürzungen DA1 und DA2 bezeichnet. Gemäß weiteren, nicht zeichnerisch dargestellten, Ausführungsformen kann der Intensitätsdetektor 28 auch eine größere Anzahl an in x-Richtung aneinander angrenzenden Detektionsabschnitten 42, insbesondere genauso viele Detektionsabschnitte wie Messkanäle 36, aufweisen. Weiterhin kann der Intensitätsdetektor 28 weitere, in y-Richtung aneinander angrenzende Detektionsabschnitte 42 aufweisen, also ein zweidimensionales Raster an Detektionsabschnitten 42 umfassen.In the 1 In the illustrated embodiment, the intensity detector 28 is shown with only two detection sections 42-1 and 42-2 adjacent to each other in the x-direction. In this embodiment, the intensity detector 28 is used for the partially serial measurement of the measurement channels, ie in a first measurement, the measurement channels 36-1 and 36-2 can be measured and then in a second measurement, the measurement channels 36-3 and 36-4 can be measured. 4 and 5 The detection sections 42-1 and 42-2 are also designated by the abbreviations DA1 and DA2. According to further embodiments not shown in the drawing, the intensity detector 28 can also have a larger number of detection sections 42 adjacent to one another in the x-direction, in particular as many detection sections as measuring channels 36. Furthermore, the intensity detector 28 can have further detection sections 42 adjacent to one another in the y-direction, i.e., comprise a two-dimensional grid of detection sections 42.

Der Intensitätsdetektor 28 ist in einer zur Bildebene 16 definiert versetzten Detektionsebene 44 angeordnet, welche im vorliegenden Fall unterhalb der Bildebene 16 liegt, und zwar so, dass an den Detektionsabschnitten 42-1 und 42-2 jeweils die dem entsprechenden Feldpunkt 18-1 bzw. 18-2 zugeordnete Intensitätsverteilung in der Pupille 38 des optischen Abbildungssystems 12 vorliegt. Diese Pupillen-Intensitätsverteilungen entsprechen den winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen an den Feldpunkten 18-1 und 18-2 in der Bildebene 16 und werden in diesem Text auch als Pupillenbilder 50 bezeichnet (vgl. 2). Mit anderen Worten: Der Intensitätsdetektor 28 ist derart angeordnet, dass mit den Detektionsabschnitten 42-1 und 42-2 jeweils die betreffende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung an den Feldpunkten 18-1 bzw. 18-2 erfasst werden kann.The intensity detector 28 is arranged in a detection plane 44 that is offset in a defined manner from the image plane 16, which in the present case lies below the image plane 16, in such a way that the intensity distribution in the pupil 38 of the optical imaging system 12 assigned to the corresponding field point 18-1 or 18-2 is present at the detection sections 42-1 and 42-2. These pupil intensity distributions correspond to the angle-resolved intensity distributions at the field points 18-1 and 18-2 in the image plane 16 and are also referred to in this text as pupil images 50 (cf. 2 ). In other words, the intensity detector 28 is arranged such that the detection sections 42-1 and 42-2 can each detect the respective angle-resolved intensity distribution at the field points 18-1 and 18-2, respectively.

Der Intensitätsdetektor 28 ist an der vorstehend erwähnten Bewegungseinrichtung 30 befestigt, womit der Intensitätsdetektor 28 in der x/y-Ebene, d.h. in einer lateralen Richtung zur in z-Richtung angeordneten optischen Achse 13 des optischen Abbildungssystems 12 verschoben und/oder um eine zur optischen Achse 13 parallelen Drehachse 46 gedreht werden kann. Alternativ kann auch das optische Abbildungssystem 12, ggf. zusammen mit der Messmaske 24, entsprechend verschiebbar und/oder drehbar gelagert werden. Weiterhin kann auch die Position des Intensitätsdetektors 28 zum optischen Abbildungssystem 12 verschoben werden, während gleichzeitig die Position der Messmaske 24 entsprechend dem Abbildungsmaßstab des optischen Abbildungssystems 12 mitgeführt wird, so dass die Zuordnung der Messstrukturen 34 zu den Feldpunkten 18 bestehen bleibt.The intensity detector 28 is attached to the aforementioned movement device 30, whereby the intensity detector 28 can be displaced in the x/y plane, i.e., in a lateral direction to the optical axis 13 of the optical imaging system 12 arranged in the z direction, and/or rotated about a rotation axis 46 parallel to the optical axis 13. Alternatively, the optical imaging system 12, optionally together with the measurement mask 24, can be mounted so as to be displaceable and/or rotatable accordingly. Furthermore, the position of the intensity detector 28 can also be displaced relative to the optical imaging system 12, while simultaneously adjusting the position of the measurement mask 24 according to the image scale of the optical imaging system 12, so that the assignment of the measurement structures 34 to the field points 18 remains intact.

Entscheidend ist, dass die relative Position des Intensitätsdetektors 28 zum optischen Abbildungssystem verändert werden kann und zwar durch Ausführen einer relativen Translationsbewegung in einer lateralen Richtung zur optischen Achse des optischen Abbildungssystems 12 und/oder durch Ausführen einer relativen Rotationsbewegung um eine in Richtung der optischen Achse ausgerichteten Drehachse. Durch die entsprechende relative Positionsveränderung des Intensitätsdetektors 28 lassen sich verschiedene Messpositionen 54 einstellen, von denen in der nachstehend näher erläuterten 4 drei durch Verschieben des Intensitätsdetektors 28 in x-Richtung eingestellte Messpositionen (1.MP, 2.MP und 3.MP) sowie in der ebenfalls nachstehend näher erläuterten 4 zwei durch 180°-Rotation des Intensitätsdetektors 28 eingestellte Messpositionen (1.MP und 2.MP) veranschaulicht sind.What is crucial is that the relative position of the intensity detector 28 to the optical imaging system can be changed, namely by performing a relative translational movement in a lateral direction to the optical axis of the optical imaging system 12 and/or by performing a relative rotational movement about a rotation axis aligned in the direction of the optical axis. By the corresponding relative position change of the intensity detector 28, various measurement positions 54 can be set, some of which are explained in more detail below. 4 three measuring positions (1.MP, 2.MP and 3.MP) adjusted by moving the intensity detector 28 in the x-direction and in the 4 two measurement positions (1.MP and 2.MP) adjusted by 180° rotation of the intensity detector 28 are illustrated.

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 48, welche dazu konfiguriert ist, wie nachstehend genauer erläutert, anhand von an den unterschiedlichen relativen Positionen des Intensitätsdetektors 28 für verschiedene Feldpunkte 18 aufgezeichneten Pupillenbildern 50 die Telezentrie des optischen Abbildungssystems 12 an den verschiedenen Feldpunkten 18 zu ermitteln.Furthermore, the measuring device 10 comprises an evaluation device 48 which is configured, as explained in more detail below, to determine the telecentricity of the optical imaging system 12 at the various field points 18 on the basis of pupil images 50 recorded at the different relative positions of the intensity detector 28 for various field points 18.

In 2 ist der Strahlengang bei der Aufzeichnung des Pupillenbildes 50 für einen beispielhaften Feldpunkt 18 in der Bildebene 16 beim Vorliegen eines Telezentriefehlers, bei dem der Hauptstrahl 20t gegenüber dem Normhauptstrahl 20n ohne Telezentriefehler um den Kippwinkel θx verkippt ist, dargestellt. Das gemessene Pupillenbild 50 ist hierbei um einen Verschiebungswert Δ (Bezugszeichen 52) gegenüber einem mit unterbrochenen Linien dargestellten Normpupillenbild 50n, welches ohne Telezentriefehler messbar wäre, verschoben.In 2 The beam path during the recording of the pupil image 50 for an exemplary field point 18 in the image plane 16 in the presence of a telecentricity error, in which the main ray 20t is tilted by the tilt angle θ x relative to the standard main ray 20n without a telecentricity error, is shown. The measured pupil image 50 is shifted by a shift value Δ (reference numeral 52) relative to a standard pupil image 50n shown with dashed lines, which would be measurable without a telecentricity error.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Sensorkopfes 27 dargestellt, welcher anstatt des lediglich den Intensitätsdetektor 28 umfassenden Sensorkopfes gemäß 1 Verwendung finden kann. Der Sensorkopf gemäß 3 umfasst ein Substrat 58, welches mit seiner Oberseite in der Bildebene 16 angeordnet wird, eine Abbildungsoptik 60 sowie den Intensitätsdetektor 28. An einer Unterseite des Substrats 58, welche die Detektionsebene 44 darstellt, in der das aufzuzeichnende Pupillenbild 50 erzeugt wird, ist eine wellenlängenwandelnde Schicht 62 bzw. ein Quantenkonverter aufgebracht. Die Schicht 62 wandelt die Wellenlänge der Messstrahlung 32 in eine Detektionswellenlänge des Intensitätsdetektors 28 um. Beispielsweise ist die wellenlängenwandelnde Schicht 62 zur Umwandlung von EUV-Strahlung in sichtbare Strahlung konfiguriert. Die Abbildungsoptik 60 ist hier in Gestalt eines Relaisobjektivs ausgebildet und dient dazu, das in der Detektionsebene 44 vorliegende Pupillenbild auf den Intensitätsdetektor 28 abzubilden. In den Fällen, in denen in diesem Text unter Bezugnahme auf den Sensorkopf gemäß 1 von einer relativen Positionsveränderung des Intensitätsdetektors 28 die Rede ist, kann der beschriebene Zusammenhang auf den Sensorkopf 27 gemäß 3 übertragen werden, wobei dann der gesamte Sensorkopf 27 einschließlich dem Substrat 58, der Abbildungsoptik 60 und dem Intensitätsdetektor 28 die relative Positionsveränderung erfährt.In 3 an alternative embodiment of the sensor head 27 is shown, which instead of the sensor head comprising only the intensity detector 28 according to 1 The sensor head according to 3 comprises a substrate 58, which is arranged with its upper side in the image plane 16, an imaging optics 60 and the intensity detector 28. On an underside of the substrate 58, which forms the detection plane 44 in which the pupil image 50 to be recorded is generated, a wavelength-converting layer 62 or a quantum converter is applied. The layer 62 converts the wavelength of the measuring radiation 32 into a detection wavelength of the intensity detector 28. For example, the wavelength-converting layer 62 is configured to convert EUV radiation into visible radiation. The imaging optics 60 is designed here in the form of a relay lens and serves to image the pupil image present in the detection plane 44 onto the intensity detector 28. In the cases in which reference is made in this text to the sensor head according to 1 If a relative position change of the intensity detector 28 is mentioned, the described relationship can be applied to the sensor head 27 according to 3 transmitted, whereby the entire sensor head 27 including the substrate 58, the imaging optics 60 and the intensity detector 28 then experiences the relative position change.

In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Messung der Telezentrie des optischen Abbildungssystems 12 mittels der Messvorrichtung 10 gemäß 1 veranschaulicht. Bei diesem Verfahren wird der Intensitätsdetektor 28 in drei unterschiedlichen Messpositionen 54-1 (1.MP), 54-2 (2.MP) und 54-3 (3.MP) angeordnet. Die an den Detektionsabschnitten 42-1 (DA1) und 42-2 (DA2) anstehenden Pupillenbilder 50 werden in jeder Messposition erfasst und für jedes Pupillenbild 50 wird eine zugehörige Pupillenbildlage 62 auf dem Intensitätsdetektor 28, d.h. im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektor 28, bestimmt.In 4 is a first embodiment of a method for measuring the telecentricity of the optical imaging system 12 by means of the measuring device 10 according to 1 illustrated. In this method, the intensity detector 28 is arranged in three different measuring positions 54-1 (1st MP), 54-2 (2nd MP), and 54-3 (3rd MP). The pupil images 50 present at the detection sections 42-1 (DA1) and 42-2 (DA2) are acquired in each measuring position, and for each pupil image 50, an associated pupil image position 62 is determined on the intensity detector 28, i.e., in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

Konkret befindet sich der Intensitätsdetektor in der ersten Messposition 54-1 an der in 1 dargestellten Position unterhalb der Feldpunkte 18-1 und 18-2, d.h. die Messkanäle 36-1 und 36-2 bestrahlen die Detektionsabschnitte DA1 und DA2. Specifically, the intensity detector is located in the first measuring position 54-1 at the 1 shown position below the field points 18-1 and 18-2, ie the measuring channels 36-1 and 36-2 irradiate the detection sections DA1 and DA2.

Für die Telezentrie an den Feldpunkten 18-1, 18-2, 18-3 und 18-4 werden in 1 zu Illustrationszwecken die Kippwinkel θx 1 = +1,0 mrad, θx 2 = +0,75 mrad, θx 3 = +0,5 mrad und θx 4 = 0,25 mrad angesetzt. In der ersten Messposition 54-1 ergibt sich am Detektionsabschnitt DA1 ein dem ersten Feldpunkt 18-1 bzw. dem ersten Messkanal MK1 zugeordnetes Pupillenbild 50-1, welches aufgrund des Kippwinkels θx 1 gegenüber dem entsprechenden Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk1 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, um Δ1 verschoben ist. Am Detektorabschnitt DA2 ergibt sich ein dem zweiten Feldpunkt 18-2 bzw. dem zweiten Messkanal MK2 zugeordnetes Pupillenbild 50-2, welches aufgrund des Kippwinkels θx 2 gegenüber dem entsprechenden Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, um Δ2 verschoben ist.For the telecentricity at the field points 18-1, 18-2, 18-3 and 18-4, 1 For illustration purposes, the tilt angles θ x 1 = +1.0 mrad, θ x 2 = +0.75 mrad, θ x 3 = +0.5 mrad and θ x 4 = 0.25 mrad are used. In the first measuring position 54-1, a pupil image 50-1 assigned to the first field point 18-1 or the first measuring channel MK1 is obtained at the detection section DA1, which pupil image 50-1 is shifted by Δ 1 compared to the corresponding standard pupil image 50n, the center of which has the x-coordinate x k1 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28, due to the tilt angle θ x 1 . At the detector section DA2, a pupil image 50-2 is produced which is assigned to the second field point 18-2 or the second measuring channel MK2 and which, due to the tilt angle θ x 2 , is shifted by Δ 2 compared to the corresponding standard pupil image 50n, the center of which has the x-coordinate x k2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

Aus in der ersten Messposition 54-1 erfassten Pupillenbildern 50-1 und 50-2 ermittelt die Auswerteeinrichtung 48 die jeweiligen Pupillenbildlagen 62, diese sind im vorliegenden Fall die x-Koordinaten xp1-1 und xp2-1 der Mittelpunkte der Pupillenbilder 50-1 und 50-2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28. Die Pupillenbildlagen 62 werden dabei mittels eines Randkantenfits der erfassten Pupillenbilder 50 jeweils, bezogen auf die Pixelauflösung des Intensitätsdetektors 28 subpixelgenau bestimmt.From pupil images 50-1 and 50-2 acquired in the first measuring position 54-1, the evaluation device 48 determines the respective pupil image positions 62; in the present case, these are the x-coordinates x p1-1 and x p2-1 of the centers of the pupil images 50-1 and 50-2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28. The pupil image positions 62 are determined with subpixel accuracy by means of an edge fit of the acquired pupil images 50, in each case based on the pixel resolution of the intensity detector 28.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Messvorrichtung 10 kann der Sensorkopf gemäß 1 neben dem Intensitätsdetektor 28 weiterhin ein in der Bildebene 16 angeordnetes Beugungsgitter umfassen. In diesem Fall zeichnet der Intensitätsdetektor an der jeweiligen Messposition 54 in den jeweiligen Detektorabschnitten 42 nicht das betreffende Pupillenbild 50 bzw. die am betreffenden Feldpunkt 18 vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilung auf. Vielmehr wird an den jeweiligen Detektorabschnitten 42 ein jeweiliges, durch Überlagerung der nullten Beugungsordnung, welche dem betreffenden Pupillenbild 50 entspricht, mit der +/- 1. Beugungsordnung gebildetes, Interferenzmuster erzeugt. In dieser Ausführungsform werden eine Vielzahl an Interferenzmuster mit jeweils leicht verschobener Phase aufgezeichnet und daraufhin die Interferenzmuster gemittelt. So können etwa zehn Interferenzmuster mit einem jeweils um λ/10 verschobenen Beugungsgitter aufgezeichnet werden. Bei zweidimensionalen Beugungsgittern sind entsprechende laterale Verschiebungen zu wählen, so dass das gemittelte Bild der nullten Beugungsordnung entspricht.According to an alternative embodiment of the measuring device 10, the sensor head can be 1 In addition to the intensity detector 28, the system may further comprise a diffraction grating arranged in the image plane 16. In this case, the intensity detector at the respective measuring position 54 in the respective detector sections 42 does not record the relevant pupil image 50 or the angle-resolved intensity distribution present at the relevant field point 18. Rather, a respective interference pattern is generated at the respective detector sections 42, formed by superimposing the zeroth diffraction order, which corresponds to the relevant pupil image 50, with the +/- 1st diffraction order. In this embodiment, a plurality of interference patterns are recorded, each with a slightly shifted phase, and the interference patterns are then averaged. Thus, approximately ten interference patterns can be recorded, each with a diffraction grating shifted by λ/10. For two-dimensional diffraction gratings, appropriate lateral shifts must be selected so that the averaged image corresponds to the zeroth diffraction order.

Durch das Mitteln der Interferenzmuster kann der DC-Anteil ermittelt werden, welcher im Wesentlichen dem Pupillenbild 50 entspricht. Mit anderen Worten wird bei Verwendung eines Beugungsgitters in der Bildebene 16 ein spezielles Verfahren angewendet, mit dem die +/-1. Beugungsordnungen aus der aufgezeichneten Intensitätsverteilung herausgerechnet werden und damit erst die an den Feldpunkten 18 vorliegenden winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen in Gestalt der Pupillenbilder 50 ermittelt werden. Aus den so ermittelten Pupillenbildern 50 werden dann, wie vorstehend beschrieben, zunächst die x-Koordinaten xp1-1 und xp2-1 der Pupillenbildlagen 62 mittels Randkantenfit bestimmt.By averaging the interference patterns, the DC component can be determined, which essentially corresponds to the pupil image 50. In other words, when using a diffraction grating in the image plane 16, a special method is applied with which the +/-1st diffraction orders are subtracted from the recorded intensity distribution, and only then are the angle-resolved intensity distributions present at the field points 18 determined in the form of the pupil images 50. From the pupil images 50 thus determined, as described above, the x-coordinates x p1-1 and x p2-1 of the pupil image positions 62 are first determined by means of edge fitting.

Nach der Aufzeichnung der Pupillenbilder 50 in der ersten Messposition 54-1 wird der Intensitätsdetektor 28 um den Abstand ΔK zwischen den Messkanälen 36 in x-Richtung und damit in die zweite Messposition 54-2 verschoben. Hier liegt das dem zweiten Messkanal MK2 zugeordnete Pupillenbild 50-2 am Detektorabschnitt DA1 an. Das heißt, das Pupillenbild 50-2 ist in den beiden Messpositionen 54-1 und 54-2 mit zwei unterschiedlichen Detektionsabschnitten, nämlich dem Detektionsabschnitt DA2 in der ersten Messposition 54-1 und dem Detektionsabschnitt DA1 in der zweiten Messposition 54-2, erfassbar.After recording the pupil images 50 in the first measuring position 54-1, the intensity detector 28 is shifted by the distance ΔK between the measuring channels 36 in the x-direction and thus into the second measuring position 54-2. Here, the The pupil image 50-2 assigned to the second measuring channel MK2 is applied to the detector section DA1. This means that the pupil image 50-2 can be captured in the two measuring positions 54-1 and 54-2 with two different detection sections, namely the detection section DA2 in the first measuring position 54-1 and the detection section DA1 in the second measuring position 54-2.

Das dem dritten Messkanal MK3 zugeordnete Pupillenbild 50-3 liegt in der zweiten Messposition 54-2 am zweiten Detektionsabschnitt DA2 an. Das Pupillenbild 52-2 ist, wie in der ersten Messposition 54-1, auch in der zweiten Messposition 54-2 um Δ2 gegenüber dem Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk1 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, verschoben. Das Pupillenbild 52-3 hingegen ist in der zweiten Messposition 54-2 aufgrund des Kippwinkels θx 3 um Δ3 gegenüber dem entsprechenden Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, verschoben. Aus in der zweiten Messposition 54-2 erfassten Pupillenbildern 50-2 und 50-3 ermittelt die Auswerteeinrichtung 48 mittels eines Randkantenfits die jeweiligen Pupillenbildlagen 62, dies sind im vorliegenden Fall die x-Koordinaten xp2-2 und xp3-2 der Mittelpunkte der Pupillenbilder 50-2 und 50-3 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28.The pupil image 50-3 assigned to the third measuring channel MK3 is located at the second detection section DA2 in the second measuring position 54-2. As in the first measuring position 54-1, the pupil image 52-2 is also shifted in the second measuring position 54-2 by Δ 2 relative to the standard pupil image 50n, whose center has the x-coordinate x k1 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28. However, in the second measuring position 54-2, the pupil image 52-3 is shifted by Δ 3 relative to the corresponding standard pupil image 50n, whose center has the x-coordinate x k2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28, due to the tilt angle θ x 3 . From pupil images 50-2 and 50-3 acquired in the second measuring position 54-2, the evaluation device 48 determines the respective pupil image positions 62 by means of a marginal edge fit; in the present case, these are the x-coordinates x p2-2 and x p3-2 of the centers of the pupil images 50-2 and 50-3 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

Nach der Aufzeichnung der Pupillenbilder 50 in der zweiten Messposition 54-2 wird der Intensitätsdetektor 28 abermals um den Abstand ΔK zwischen den Messkanälen 36 in x-Richtung und damit in die dritte Messposition 54-3 verschoben. Hier liegt das dem dritten Messkanal MK3 zugeordnete Pupillenbild 50-3 am Detektorabschnitt DA1 an. Das dem vierten Messkanal MK4 zugeordnete Pupillenbild 50-4 liegt in der dritten Messposition 54-3 am zweiten Detektionsabschnitt DA2 an. Das Pupillenbild 52-3 ist, wie in der zweiten Messposition 54-2, auch in der dritten Messposition 54-3 um Δ3 gegenüber dem Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk1 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, verschoben. Das Pupillenbild 52-4 hingegen ist in der dritten Messposition 54-3 aufgrund des Kippwinkels θx 4 um Δ4 gegenüber dem entsprechenden Normpupillenbild 50n, dessen Mittelpunkt die x-Koordinate xk2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28 aufweist, verschoben. Aus in der dritten Messposition 54-3 erfassten Pupillenbildern 50-3 und 50-4 ermittelt die Auswerteeinrichtung 48 mittels eines Randkantenfits die jeweiligen Pupillenbildlagen 62, dies sind im vorliegenden Fall die x-Koordinaten xp3-3 und xp4-3 der Mittelpunkte der Pupillenbilder 50-3 und 50-4 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28.After recording the pupil images 50 in the second measuring position 54-2, the intensity detector 28 is again shifted by the distance ΔK between the measuring channels 36 in the x-direction and thus into the third measuring position 54-3. Here, the pupil image 50-3 assigned to the third measuring channel MK3 is adjacent to the detector section DA1. The pupil image 50-4 assigned to the fourth measuring channel MK4 is adjacent to the second detection section DA2 in the third measuring position 54-3. As in the second measuring position 54-2, the pupil image 50-3 is also shifted in the third measuring position 54-3 by Δ 3 relative to the standard pupil image 50n, whose center has the x-coordinate x k1 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28. In contrast, the pupil image 52-4 in the third measuring position 54-3 is shifted by Δ 4 relative to the corresponding standard pupil image 50n, whose center point has the x-coordinate x k2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28, due to the tilt angle θ x 4. From the pupil images 50-3 and 50-4 acquired in the third measuring position 54-3, the evaluation device 48 determines the respective pupil image positions 62 by means of a peripheral edge fit. In this case, these are the x-coordinates x p3-3 and x p4-3 of the centers of the pupil images 50-3 and 50-4 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

Für die in der ersten Messposition 54-1 ermittelten x-Koordinaten xp1-1 und xp2-1 gelten die folgenden Zusammenhänge: xp1-1 = Xk1 - Δ1 und xp2-1 = xk2 - Δ2, analoge Zusammenhänge gelten für in der zweiten Messposition 54-2 und der dritten Messposition 54-3 ermittelte x-Koordinaten xp2-2, xp3-2, xp3-3 und xp4-3. Damit kann das folgende Gleichungssystem 66-1 aufgestellt werden: x p1 1 = x k 1 Δ 1

Figure DE102023212214A1_0001
x p2 1 = x k2 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0002
x p2 2 = x k1 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0003
x p3 2 = x k2 Δ 3
Figure DE102023212214A1_0004
x p3 3 = x k1 Δ 3
Figure DE102023212214A1_0005
x p4 3 = x k2 Δ 4
Figure DE102023212214A1_0006
The following relationships apply to the x-coordinates x p1-1 and x p2-1 determined in the first measuring position 54-1: x p1-1 = Xk1 - Δ1 and x p2-1 = x k2 - Δ2. Analogous relationships apply to the x-coordinates x p2-2 , x p3-2 , x p3-3 and x p4-3 determined in the second measuring position 54-2 and the third measuring position 54-3. This allows the following system of equations 66-1 to be established: x p1 1 = x k 1 Δ 1
Figure DE102023212214A1_0001
x p2 1 = x k2 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0002
x p2 2 = x k1 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0003
x p3 2 = x k2 Δ 3
Figure DE102023212214A1_0004
x p3 3 = x k1 Δ 3
Figure DE102023212214A1_0005
x p4 3 = x k2 Δ 4
Figure DE102023212214A1_0006

Dieses Gleichungssystem aus sechs Gleichungen weist mit xk1, xk2, Δ1, Δ2, Δ3 und Δ4 sechs Unbekannte auf, die durch Lösen des Gleichungssystems ermittelt werden können. Dies erfolgt in der Auswerteeinrichtung 48. Weiterhin rechnet die Auswerteeinrichtung 48 die damit ermittelten Verschiebungswerte Δ1, Δ2, Δ3 und Δ4 über entsprechende Kegelschnittbetrachtungen in die betreffenden Kippwinkel θx 1, θx 2, θx 3 und θx 4 (auch Telezentriewinkel bezeichnet) um und ermittelt damit einen Telezentrie-Feldverlauf 68 in der x-Koordinatenrichtung an den Feldpunkten 18-1, 18-2, 18-3 und 18-4. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung 10 dazu konfiguriert, den Telezentrie-Feldverlauf zweidimensional, also in x- und in y-Richtung zu ermitteln, d.h. an den verschiedenen Feldpunkten 18, werden die Kippwinkel θx und θy ermittelt.This system of six equations has six unknowns, x k1 , x k2 , Δ 1 , Δ 2 , Δ 3 and Δ 4 , which can be determined by solving the system of equations. This is done in the evaluation device 48. The evaluation device 48 then converts the displacement values Δ 1 , Δ 2 , Δ 3 and Δ 4 determined in this way into the relevant tilt angles θ x 1 , θ x 2 , θ x 3 and θ x 4 (also referred to as telecentric angles) using corresponding conic section considerations and thus determines a telecentric field profile 68 in the x-coordinate direction at the field points 18-1, 18-2, 18-3 and 18-4. According to a further embodiment, the measuring device 10 is configured to determine the telecentric field profile two-dimensionally, i.e. in the x and y directions, ie the tilt angles θ x and θ y are determined at the different field points 18.

Der Zusammenhang zwischen einem Verschiebungswert Δ des Pupillenbildes und dem zugehörigen Telezentriewinkel θ weist eine Abhängigkeit von der numerischen Apertur (NA) des optischen Abbildungssystems 12 auf. Gemäß einer Ausführungsform wird daher aus den aufgezeichneten Pupillenbildern 50 an den verschiedenen Feldpunkten 18 die numerische Apertur bestimmt und bei der Bestimmung der Telezentriewinkel θ berücksichtigt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird sichergestellt, dass die Messung der Pupillenbilder 50 bei voller numerischer Apertur erfolgt. In diesem Fall ist die numerische Apertur vorab bekannt, damit ist die Vermessung des NA-Feldverlaufs nicht notwendig.The relationship between a shift value Δ of the pupil image and the associated telecentricity angle θ is dependent on the numerical aperture (NA) of the optical imaging system 12. According to one embodiment, the numerical aperture is therefore determined from the recorded pupil images 50 at the various field points 18 and taken into account when determining the telecentricity angle θ. According to another embodiment, it is ensured that the measurement of the pupil images 50 takes place at full numerical aperture. In this case, the numerical aperture is known in advance, thus eliminating the need to measure the NA field profile.

In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Messung der Telezentrie des optischen Abbildungssystems 12 mittels der Messvorrichtung 10 gemäß 1 veranschaulicht. Bei diesem Verfahren wird der Intensitätsdetektor 28 in zwei unterschiedlichen Messpositionen 54-1 (1.MP) und 54-4 (2.MP) angeordnet. Die erste Messposition 54-1 entspricht der ersten Messposition gemäß 4, während die zweite Messposition 54-4, nicht wie in 4 durch eine Verschiebung des Intensitätsdetektors 28, sondern durch eine 180°-Rotation des Intensitätsdetektors 28 um die Drehachse 46 erfolgt.In 5 is a second embodiment of a method for measuring the telecentricity of the optical imaging system 12 by means of the measuring device 10 according to 1 In this method, the intensity detector 28 is positioned in two different measuring positions 54-1 (1.MP) and 54-4 (2.MP). The first measuring position 54-1 corresponds to the first measuring position according to 4 , while the second measuring position 54-4, not as in 4 by a displacement of the intensity detector 28, but by a 180° rotation of the intensity detector 28 around the axis of rotation 46.

Analog zum Messverfahren gemäß 4 werden im Messverfahren gemäß 4 die an den Detektionsabschnitten 42-1 (DA1) und 42-2 (DA2) anstehenden Pupillenbilder 50 in jeder der Messpositionen 54-1 und 54-4 erfasst und für jedes Pupillenbild 50 wird eine zugehörige Pupillenbildlage 62 auf dem Intensitätsdetektor 28, d.h. im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektor 28, bestimmt. Aus in der ersten Messposition 54-1 erfassten Pupillenbildern 50-1 und 50-2 ermittelt die Auswerteeinrichtung 48 damit die jeweiligen Pupillenbildlagen 62, dies sind im vorliegenden Fall die x-Koordinaten xp1-1 und xp2-1 der Mittelpunkte der Pupillenbilder 50-1 und 50-2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28.Analogous to the measuring method according to 4 are measured in accordance with 4 the pupil images 50 present at the detection sections 42-1 (DA1) and 42-2 (DA2) are acquired in each of the measuring positions 54-1 and 54-4, and for each pupil image 50, an associated pupil image position 62 is determined on the intensity detector 28, i.e., in the coordinate system 64 of the intensity detector 28. From the pupil images 50-1 and 50-2 acquired in the first measuring position 54-1, the evaluation device 48 thus determines the respective pupil image positions 62; in the present case, these are the x-coordinates x p1-1 and x p2-1 of the centers of the pupil images 50-1 and 50-2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

In der zweiten Messposition 54-4 liegt das dem ersten Messkanal MK1 zugeordnete Pupillenbild 50-1 am Detektorabschnitt DA2 und das dem zweiten Messkanal MK2 zugeordnete Pupillenbild 50-2 am Detektorabschnitt DA1 an. Das heißt, das Pupillenbild 50-1 ist in den beiden Messpositionen 54-1 und 54-4 mit zwei unterschiedlichen Detektionsabschnitten, nämlich dem Detektionsabschnitt DA1 in der ersten Messposition 54-1 und dem Detektionsabschnitt DA2 in der zweiten Messposition 54-4, erfassbar. Analoges trifft auf das Pupillenbild 50-2 zu. Aus den in der zweiten Messposition 54-4 erfassten Pupillenbildern 50-1 und 50-2 ermittelt die Auswerteeinrichtung 48 damit die jeweiligen Pupillenbildlagen 62, dies sind im vorliegenden Fall die x-Koordinaten xp2-2 und xp2-2 der Mittelpunkte der Pupillenbilder 50-1 und 50-2 im Koordinatensystem 64 des Intensitätsdetektors 28.In the second measuring position 54-4, the pupil image 50-1 assigned to the first measuring channel MK1 is located at the detector section DA2, and the pupil image 50-2 assigned to the second measuring channel MK2 is located at the detector section DA1. This means that the pupil image 50-1 can be captured in the two measuring positions 54-1 and 54-4 with two different detection sections, namely the detection section DA1 in the first measuring position 54-1 and the detection section DA2 in the second measuring position 54-4. The same applies to the pupil image 50-2. From the pupil images 50-1 and 50-2 acquired in the second measuring position 54-4, the evaluation device 48 thus determines the respective pupil image positions 62; in the present case, these are the x-coordinates x p2-2 and x p2-2 of the centers of the pupil images 50-1 and 50-2 in the coordinate system 64 of the intensity detector 28.

Aus den Zusammenhängen, welche für die in den Messpositionen 54-1 und 54-4 ermittelten x-Koordinaten gelten, kann das folgende Gleichungssystem 66-2 aufgestellt werden: x p1 1 = x k1 Δ 1

Figure DE102023212214A1_0007
x p2 1 = x k2 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0008
x p1 2 = x k2 + Δ 1
Figure DE102023212214A1_0009
x p2 2 = x k1 + Δ 2
Figure DE102023212214A1_0010
From the relationships that apply to the x-coordinates determined in the measuring positions 54-1 and 54-4, the following system of equations 66-2 can be established: x p1 1 = x k1 Δ 1
Figure DE102023212214A1_0007
x p2 1 = x k2 Δ 2
Figure DE102023212214A1_0008
x p1 2 = x k2 + Δ 1
Figure DE102023212214A1_0009
x p2 2 = x k1 + Δ 2
Figure DE102023212214A1_0010

Dieses Gleichungssystem aus vier Gleichungen weist mit xk1, xk2, Δ1, und Δ2 vier Unbekannte auf, die durch Lösen des Gleichungssystems ermittelt werden können. Dies erfolgt in der Auswerteeinrichtung 48. Weiterhin rechnet die Auswerteeinrichtung 48 die damit ermittelten Verschiebungswerte Δ1 und Δ2 über entsprechende Kegelschnittbetrachtungen in die betreffenden Kippwinkel θx 1, und θx 2 (auch Telezentriewinkel bezeichnet) um und ermittelt damit den Telezentrie-Feldverlauf 68 in der x-Koordinatenrichtung an den Feldpunkten 18-1 und 18-2.This system of four equations has four unknowns: x k1 , x k2 , Δ 1 , and Δ 2 , which can be determined by solving the system of equations. This is done in the evaluation device 48. Furthermore, the evaluation device 48 converts the displacement values Δ 1 and Δ 2 thus determined into the respective tilt angles θ x 1 and θ x 2 (also called telecentricity angles) using corresponding conic section considerations, and thus determines the telecentricity field profile 68 in the x-coordinate direction at the field points 18-1 and 18-2.

6 veranschaulicht in einer vereinfachten Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsbelichtungsanlage 100 mit einem als Projektionsobjektiv ausgebildeten optischen Abbildungssystem 12. Die Messvorrichtung 10 gemäß 1 ist zur Vermessung des Projektionsobjektivs 12 in der Projektionsbelichtungsanlage 100 integriert. 6 illustrates in a simplified representation an embodiment of a projection exposure apparatus 100 with an optical imaging system 12 designed as a projection lens. The measuring device 10 according to 1 is integrated in the projection exposure system 100 for measuring the projection lens 12.

Die in 6 dargestellte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 100 ist zum Betrieb mit EUV-Belichtungsstrahlung ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung in einer derartigen Anlage beschränkt, sondern auch zur der Vermessung von Projektionsbelichtungsanlagen mit anderen Arbeitswellenlängen, beispielsweise Arbeitswellenlängen im VUV- oder DUV-Bereich anwendbar.The 6 The microlithographic projection exposure system 100 shown is designed for operation with EUV exposure radiation. However, the present invention is not limited to use in such a system, but can also be used for measuring projection exposure systems with other operating wavelengths, for example, operating wavelengths in the VUV or DUV range.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6 weist die Projektionsbelichtungsanlage 100 einen Feld-Facettenspiegel 103 und einen Pupillen-Facettenspiegel 104 auf. Auf dem Feld-Facettenspiegel 103 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 106 und einen Kollektorspiegel 108 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillen-Facettenspiegel 104 sind ein erster Teleskopspiegel 110 und ein zweiter Teleskopspiegel 112 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 114 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene 14 des Projektionsobjektivs 12, welches sechs Spiegel 118, 120, 122, 124, 126 und 128 umfasst, lenkt.According to the embodiment of 6 The projection exposure system 100 has a field facet mirror 103 and a pupil facet mirror 104. The light from a light source unit, which comprises a plasma light source 106 and a collector mirror 108, is directed onto the field facet mirror 103. A first telescopic mirror 110 and a second telescopic mirror 112 are arranged in the light path downstream of the pupil facet mirror 104. A deflecting mirror 114 is arranged downstream in the light path, which deflects the radiation incident upon it onto an object field in the object plane 14 of the projection objective 12, which comprises six mirrors 118, 120, 122, 124, 126, and 128.

Die Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst weiterhin einen Maskentisch 132 sowie einen Wafertisch 136 zum Halten eines zu belichtenden Wafers während eines Belichtungsbetriebs des Projektionsbelichtungsanlage 100. Die Messmaske 24 der Messvorrichtung 10 ist am Maskentisch 132 angeordnet. Der Sensorkopf 27 mit dem Intensitätsdetektor 28 ist in den Wafertisch 136 integriert. Dabei ist der Wafertisch 136 in x- und y-Richtung bewegbar. Der Sensorkopf 27 ist mit einer zur Drehung um die Drehachse 46 konfigurierten Rotationseinrichtung 146 an dem Wafertisch befestigt. Damit dient die Bewegungsmechanik des Wafertisches 136 in Verbindung mit der Rotationseinrichtung als die Bewegungseinrichtung 30 gemäß 1.The projection exposure system 100 further comprises a mask table 132 and a wafer table 136 for holding a wafer to be exposed during an exposure operation of the projection exposure system 100. The measuring mask 24 of the measuring device 10 is arranged on the mask table 132. The sensor head 27 with the intensity detector 28 is integrated into the wafer table 136. The wafer table 136 is movable in the x- and y-directions. The sensor head 27 is attached to the wafer table by a rotation device 146 configured for rotation about the rotation axis 46. Thus, the movement mechanism of the wafer table 136 in conjunction with the rotation device serves as the movement device 30 according to 1 .

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.The above description of exemplary embodiments, embodiments or variants is to be understood as an example. The disclosure herein will enable one skilled in the art to understand the present invention and the associated advantages, and will also encompass variations and modifications of the described structures and methods that are obvious to those skilled in the art. Therefore, all such variations and modifications, insofar as they fall within the scope of the invention as defined in the appended claims, and equivalents, are intended to be covered by the claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Messvorrichtungmeasuring device
1212
optisches Abbildungssystemoptical imaging system
1313
optische Achseoptical axis
1414
ObjektebeneObject level
1616
BildebeneImage plane
1818
FeldpunktField point
20t20t
Hauptstrahl mit TelezentriefehlerMain beam with telecentricity error
20n20n
NormhauptstrahlStandard main beam
2222
BeleuchtungseinrichtungLighting equipment
2424
MessmaskeMeasuring mask
2626
SensormodulSensor module
2727
SensorkopfSensor head
2828
IntensitätsdetektorIntensity detector
3030
BewegungseinrichtungMovement device
3232
MessstrahlungMeasuring radiation
3434
MessstrukturenMeasurement structures
3636
MesskanäleMeasuring channels
3838
Pupillepupil
4040
Blendeaperture
4242
DetektionsabschnitteDetection sections
4444
DetektionsebeneDetection level
4646
Drehachseaxis of rotation
4848
AuswerteeinrichtungEvaluation device
5050
PupillenbildPupil image
50n50n
NormpupillenbildNormal pupil image
5252
Verschiebungswert ΔDisplacement value Δ
5454
MesspositionenMeasuring positions
5656
Abstand zwischen zwei benachbarten MesskanälenDistance between two adjacent measuring channels
5858
SubstratSubstrat
6060
AbbildungsoptikImaging optics
6262
PupillenbildlagePupillary image position
6464
Koordinatensystem des IntensitätsdetektorCoordinate system of the intensity detector
66-1, 66-266-1, 66-2
Gleichungssystemsystem of equations
6868
Telezentrie-FeldverlaufTelecentric field progression
100100
Projektionsbelichtungsanlage für die MikrolithographieProjection exposure system for microlithography
103103
Feld-FacettenspiegelField facet mirror
104104
Pupillen-FacettenspiegelPupillary facet mirror
106106
PlasmalichtquellePlasma light source
108108
KollektorspiegelCollector mirror
110110
erster Teleskopspiegelfirst telescope mirror
112112
zweiter Teleskopspiegelsecond telescope mirror
114114
UmlenkspiegelDeflecting mirror
118, 120, 122, 124, 128118, 120, 122, 124, 128
Spiegel des ProjektionsobjektivsMirror of the projection lens
132132
MaskentischMask table
136136
WafertischWafer table
146146
RotationseinrichtungRotation device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7,365,861 B2 [0004, 0011]US 7,365,861 B2 [0004, 0011]
  • CN 114647154 A [0004]CN 114647154 A [0004]

Claims (20)

Messvorrichtung (10) zur Messung einer Telezentrie (68) eines optischen Abbildungssystems (12) mit: - einer Beleuchtungseinrichtung (22), welche dazu konfiguriert ist, eine Messstrahlung (32) auf eine Objektebene (14) des optischen Abbildungssystems einzustrahlen, - einem Intensitätsdetektor (28), welcher mehrere, nicht-überlappende Detektionsabschnitte aufweist, zu einer Bildebene (16) des optischen Abbildungssystems versetzt angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, für zumindest zwei Feldpunkte (18-1, 18-2) in der Bildebene an den Feldpunkten vorliegende winkelaufgelöste Intensitätsverteilungen (50) mit einem jeweiligen der Detektionsabschnitte (42-1, 42-2) des Intensitätsdetektors zu erfassen, - einer Bewegungseinrichtung (30), welche konfiguriert ist zum Einstellen unterschiedlicher Messpositionen (54) durch derartige Veränderung einer relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad, dass die Intensitätsverteilung (50-2) zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte (42-2, 42-1) des Intensitätsdetektors erfassbar sind, sowie - einer Auswerteeinrichtung (48), welche dazu konfiguriert ist, anhand von, an den unterschiedlichen Messpositionen (54) aufgezeichneten, winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen (50-1, 50-2) die Telezentrie (68) des optischen Abbildungssystems an jedem der zumindest zwei Feldpunkte zu ermitteln.A measuring device (10) for measuring a telecentricity (68) of an optical imaging system (12), comprising: - an illumination device (22) configured to radiate a measuring radiation (32) onto an object plane (14) of the optical imaging system, - an intensity detector (28) having a plurality of non-overlapping detection sections, arranged offset from an image plane (16) of the optical imaging system, and configured to detect angle-resolved intensity distributions (50) present at the field points for at least two field points (18-1, 18-2) in the image plane with a respective one of the detection sections (42-1, 42-2) of the intensity detector, - a movement device (30) configured to set different measuring positions (54) by changing a relative position of the intensity detector to the optical imaging system in at least one rigid body degree of freedom such that the intensity distribution (50-2) at least one of the field points before and after the relative position change can be detected with two different non-overlapping detection sections (42-2, 42-1) of the intensity detector, and - an evaluation device (48) which is configured to determine the telecentricity (68) of the optical imaging system at each of the at least two field points based on angle-resolved intensity distributions (50-1, 50-2) recorded at the different measuring positions (54). Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zwei unterschiedlichen, nicht überlappenden Detektionsabschnitte (42-2, 42-2) des Intensitätsdetektors vor der relativen Positionsveränderung zur Vermessung der Intensitätsverteilungen unterschiedlicher Feldpunkte (18-1, 18-2) dienen.Measuring device according to Claim 1 , wherein the two different, non-overlapping detection sections (42-2, 42-2) of the intensity detector serve to measure the intensity distributions of different field points (18-1, 18-2) before the relative position change. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche dazu konfiguriert ist, Messkanäle (36) durch das optische Abbildungssystem auszubilden, welche die Bildebene (16) an jeweils einem der zu vermessenden Feldpunkte (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) durchlaufen und an unterschiedlichen Detektionsabschnitten (42-1, 42-2) einer Detektionsfläche des Intensitätsdetektors auftreffen, wobei die Bewegungseinrichtung (30) dazu konfiguriert ist, die relative Position derart zu verändern, dass ein bestimmter Detektionsabschnitt (42-1) vor und nach der Positionsveränderung von Messstrahlung unterschiedlicher Messkanäle (50-1, 50-2) bestrahlt wird.Measuring device according to Claim 1 or 2 which is configured to form measuring channels (36) through the optical imaging system, which pass through the image plane (16) at one of the field points (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) to be measured and impinge on different detection sections (42-1, 42-2) of a detection surface of the intensity detector, wherein the movement device (30) is configured to change the relative position in such a way that a specific detection section (42-1) is irradiated by measuring radiation from different measuring channels (50-1, 50-2) before and after the change in position. Messvorrichtung nach Anspruch 3, die weiterhin eine in der Objektebene angeordnete Messmaske (24) mit Messstrukturen (34) zum Ausbilden der Messkanäle (36) aufweist.Measuring device according to Claim 3 which further comprises a measuring mask (24) arranged in the object plane with measuring structures (34) for forming the measuring channels (36). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Veränderung der relativen Position eine relative Translationsbewegung des Intensitätsdetektors (28) in Bezug auf das optische Abbildungssystem (12) in einer Richtung quer zu einer optischen Achse (13) des optischen Abbildungssystems umfasst.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the change in the relative position comprises a relative translational movement of the intensity detector (28) with respect to the optical imaging system (12) in a direction transverse to an optical axis (13) of the optical imaging system. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Position des Intensitätsdetektors (28) über ein externes Messsystem oder über ein Wellenfront- und/oder Intensitäts-basiertes Alignment zur Bildebene des optischen Abbildungssystems positionierbar ist.Measuring device according to one of the preceding claims, in which the position of the intensity detector (28) can be positioned via an external measuring system or via a wavefront and/or intensity-based alignment to the image plane of the optical imaging system. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, Messkanäle (36) durch das optische Abbildungssystem auszubilden, welche die Bildebene (16) an jeweils einem der zu vermessenden Feldpunkte (18) durchlaufen, und wobei die Veränderung der relativen Position eine relative Translationsbewegung des Intensitätsdetektors in Bezug auf das optische Abbildungssystem in einer lateralen Richtung zu einer optischen Achse (13) des optischen Abbildungssystems um mindestens einen Abstand (56) zwischen zwei benachbarten Messkanälen umfasst.Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured to form measuring channels (36) through the optical imaging system, which measuring channels pass through the image plane (16) at one of the field points (18) to be measured, and wherein the change in the relative position comprises a relative translational movement of the intensity detector with respect to the optical imaging system in a lateral direction to an optical axis (13) of the optical imaging system by at least one distance (56) between two adjacent measuring channels. Messvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Auswerteeinrichtung (48) dazu konfiguriert ist, die Telezentrie des optischen Abbildungssystems anhand von winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen, welche an drei unterschiedlichen, sich durch relative Verschiebung des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem entlang eines Translationsfreiheitsgrads unterscheidenden, Messpositionen (54-1, 54-2, 54-3) aufgezeichnet werden, zu ermitteln.Measuring device according to Claim 6 or 7 , in which the evaluation device (48) is configured to determine the telecentricity of the optical imaging system on the basis of angle-resolved intensity distributions which are recorded at three different measuring positions (54-1, 54-2, 54-3) which differ by the relative displacement of the intensity detector to the optical imaging system along a translational degree of freedom. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Veränderung der relativen Position eine relative Rotationsbewegung des Intensitätsdetektors in Bezug auf das optische Abbildungssystem um eine in Richtung der optischen Achse (13) ausgerichtete Drehachse (46) umfasst.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the change in the relative position comprises a relative rotational movement of the intensity detector with respect to the optical imaging system about an axis of rotation (46) aligned in the direction of the optical axis (13). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (48) dazu konfiguriert ist, aus den aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen für jede der relativen Positionen an allen vermessenen Feldpunkten eine jeweilige zugehörige Pupillenbildlage (62) zu bestimmen.Measuring device according to one of the preceding claims, in which the evaluation device (48) is configured to determine a respective associated pupil image position (62) from the recorded angle-resolved intensity distributions for each of the relative positions at all measured field points. Messvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die jeweilige bestimmte Pupillenbildlage einen Verschiebungswert des betreffenden Pupillenbilds (50) gegenüber einem zugehörigen Normpupillenbild (50n), welches bei nicht vorhandener Telezentrie vorliegen würde, in zumindest einer Koordinatenrichtung umfasst.Measuring device according to Claim 10 , wherein the respective determined pupil image position has a shift value of the relevant pupil image (50) compared to an associated standard pupil image (50n), which would be present in the absence of telecentricity, in at least one coordinate direction. Messvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, die Verschiebungswerte durch Auswerten eines die bestimmten Pupillenbildlagen enthaltenden Gleichungssystems (66) zu bestimmen.Measuring device according to Claim 10 or 11 , in which the evaluation device is configured to determine the displacement values by evaluating a system of equations (66) containing the determined pupil image positions. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, die Bestimmung der Pupillenbildlagen (62) jeweils, bezogen auf eine Pixelauflösung des Intensitätsdetektors (28), subpixelgenau zu bestimmen.Measuring device according to one of the Claims 10 until 12 , in which the evaluation device is configured to determine the pupil image positions (62) with subpixel accuracy, in each case based on a pixel resolution of the intensity detector (28). Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, die Bestimmung der Pupillenbildlagen (62) mittels eines Randkantenfits der aufgezeichneten Intensitätsverteilungen (50) zu bewirken.Measuring device according to one of the Claims 10 until 13 , in which the evaluation device is configured to determine the pupil image positions (62) by means of an edge fit of the recorded intensity distributions (50). Messvorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der jeweilige Randkantenfit auf Grundlage von über verschiedene Messpositionen (54) des Intensitätsdetektors gemittelten Intensitätsverteilungen erfolgt.Measuring device according to Claim 14 , in which the respective edge fit is carried out on the basis of intensity distributions averaged over different measuring positions (54) of the intensity detector. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welcher die Auswerteeinrichtung (48) dazu konfiguriert ist, die bestimmten Pupillenbildlagen (62) in Telezentriewinkel des optischen Abbildungssystems umzurechnen.Measuring device according to one of the Claims 10 until 15 , in which the evaluation device (48) is configured to convert the determined pupil image positions (62) into telecentric angles of the optical imaging system. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher die Auswerteeinrichtung (48) dazu konfiguriert ist, aus den aufgezeichneten winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen (50) die numerische Apertur an jedem der Feldpunkte (18) zu bestimmen und bei der Bestimmung der Telezentrie zu berücksichtigen.Measuring device according to one of the preceding claims, in which the evaluation device (48) is configured to determine the numerical aperture at each of the field points (18) from the recorded angle-resolved intensity distributions (50) and to take this into account when determining the telecentricity. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche 3 bis 17, welche dazu konfiguriert ist, die Messkanäle teil-seriell durch Verschiebung des Intensitätsdetektors (28) zu vermessen.Measuring device according to one of the preceding Claims 3 until 17 which is configured to measure the measuring channels partially serially by shifting the intensity detector (28). Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv sowie einer Messanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche zur Messung einer Telezentrie des Projektionsobjektivs.Projection exposure system for microlithography with a projection lens and a measuring arrangement according to one of the preceding claims for measuring a telecentricity of the projection lens. Verfahren zum Messen einer Telezentrie eines optischen Abbildungssystems (12) mit den Schritten: - Einstrahlen einer Messstrahlung (32) auf eine Objektebene (14) des optischen Abbildungssystems, - Anordnen eines mehrere, nicht-überlappende Detektionsabschnitte (42) aufweisenden Intensitätsdetektors (28) in einer zu einer Bildebene (16) des optischen Abbildungssystems versetzten Ebene (44) und Erfassen von winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen (50), welche an zumindest zwei Feldpunkten (18-1, 18-2) in der Bildebene vorliegen, mit einem jeweiligen Detektionsabschnitt (42-2, 42-2) des Intensitätsdetektors, - Verändern einer relativen Position des Intensitätsdetektors zum optischen Abbildungssystem in zumindest einem Starrkörperfreiheitsgrad zum Einstellen unterschiedlicher Messpositionen (54) und Erfassen der Intensitätsverteilung zumindest eines der Feldpunkte vor und nach der relativen Positionsveränderung mit zwei unterschiedlichen der nicht-überlappenden Detektionsabschnitte des Intensitätsdetektors, sowie - Ermitteln der Telezentrie des optischen Abbildungssystems anhand von, an den unterschiedlichen Messpositionen aufgezeichneten, winkelaufgelösten Intensitätsverteilungen an jedem der zumindest zwei Feldpunkte.A method for measuring telecentricity of an optical imaging system (12), comprising the steps of: - irradiating a measuring beam (32) onto an object plane (14) of the optical imaging system, - arranging an intensity detector (28) having a plurality of non-overlapping detection sections (42) in a plane (44) offset from an image plane (16) of the optical imaging system, and detecting angle-resolved intensity distributions (50) present at at least two field points (18-1, 18-2) in the image plane with a respective detection section (42-2, 42-2) of the intensity detector, - changing a relative position of the intensity detector to the optical imaging system in at least one rigid body degree of freedom to set different measuring positions (54), and detecting the intensity distribution of at least one of the field points before and after the relative position change with two different non-overlapping Detection sections of the intensity detector, and - Determining the telecentricity of the optical imaging system based on angle-resolved intensity distributions recorded at the different measurement positions at each of the at least two field points.
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