Derartige Vorrichtungen werden typischerweise zur ortsaufgelösten Er- mittlung der Abbildungsqualität bzw. von Bildfehlern optischer Abbil- dungssysteme über deren gesamten Pupillenbereich hinweg eingesetzt.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen, mit denen sich Bildfehler von hochauflösenden Abbildungssystemen, wie sie z. B. in Mikrolithographieanlagen zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen zum Einsatz kommen, mit hoher Präzision ortsaufgelöst über die Pupille des Abbildungssystems hinweg bestimmen lassen. Wenn für die Ver- messung dieselbe Strahlung verwendet wird, wie sie vom Abbildungs- system in seinem normalen Betrieb benutzt wird, wobei die Vermes- sungsvorrichtung in einer Baueinheit mit dem Abbildungssystem integ- riert sein kann, wird dies auch als sogenanntes Betriebsinterferometer (BIF) bezeichnet.

Es ist bekannt, als dem zu vermessenden Abbildungssystem nachge- ordnete, bildseitige Interferenzerzeugungsstruktur ein Beugungsgitter vor oder in der Bildebene vorzusehen und als vor dem Abbildungssys- tem anzuordnende, objektseitige Wellenfrontbildungsstruktur eine Nadelloch-Filtermaske oder eine zweidimensionale, kohärenzbildende Strukturmaske (Kohärenzmaske) einzusetzen, siehe beispielsweise die Offenlegungsschriften WO 02/12826 A1 und DE 101 09 929 A1. In der

älteren deutschen Patentanmeldung DE 102 172 42.0 werden für das bildseitige Beugungsgitter auch zweidimensionale Beugungsstrukturen vorgeschlagen, die in zwei nichtparallelen Richtungen je eine eigene Pe- riodizitätslänge aufweisen, die voneinander verschieden sind, z. B. eine rautenförmige Schachbrettstruktur oder eine Struktur aus zwei benach- barten, nichtparallelen Liniengittermustern. Eine weitere bekannte Tech- nik ist die Verzeichnungsmessung mittels Moire-Strukturen.

Herkömmlicherweise wird bei der Shearinginterferometrie mit ein-oder zweidimensionalen Einfrequenz-Beugungsgittern und entsprechenden Kohärenzmasken gearbeitet, z. B. mit Schachbrett-Beugungsgittern.

Durch die Gitterperiode und die Wellenlänge der verwendeten Strahlung wird der Scherwinkel der Shearing-Interferometrie festgelegt. Die räum- liche Auflösung, mit der die Phasenwerte der Pupille des zu vermessen- den Abbildungssystems, nachfolgend auch als Prüfling bezeichnet, be- stimmt werden können, ist durch das Verhältnis von Scherwinkel zur numerischen Apertur des Prüflings gegeben. In typischen Auslegungen erfolgt die ortsaufgelöste Bestimmung der Phasenwerte der Pupille an- hand einer vorgegebenen Anzahl von Stützstellen, die in einem ortho- gonalen Raster über den Pupillendurchmesser hinweg verteilt sind. Mit steigenden Anforderungen an die Abbildungsqualität und damit die Be- herrschung auch höherfrequenter Wellenfrontanteile, wie sie durch Gra- dienten von Linsen-und Spiegeloberflächen verursacht werden, wächst auch die gewünschte Genauigkeit der Wellenfrontvermessung. So ist beispielsweise die Ermittlung der Beiträge hochfrequenter Wellenfront- anteile zum Streulicht oder zur Kontrolle von Effekten wünschenswert, die als Summenfehler von Bearbeitungsrestfehlern von Linsenoberflä- chen bislang kaum ausreichend erfassbar sind. Andererseits gibt es Fäl- le und Situationen, in denen eine Vermessung mit nicht so hoher Auflö- sung und folglich geringerem Aufwand genügt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer neuartigen Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die eine weiter verbesserte Vermessung optischer Abbildungssysteme, z. B. durch Wellenfronterfassung mittels Shearing-Interferometrie und/oder durch Verzeichnungsmessung mittels Moire-Strukturen, ermöglicht, ins- besondere komfortable und flexible Vermessungen mit unterschiedlicher Ortsauflösung und/oder mit verbesserter Pupillenausleuchtung.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrich- tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Vorrichtung weist die Bildstruktur und/oder die Objektstruktur ein Mehrfrequenzmuster auf, das in wenigstens einer Richtung mindestens zwei periodische Muster unterschiedlicher Periodizitätslänge umfasst und/oder das wenigstens ein zweidimensionales Hauptmuster und wenigstens ein Submuster um- fasst, das in Strukturfeldern des Hauptmusters gebildet ist.

Die Verwendung eines solchen Mehrfrequenzmusters in der Bildstruktur ermöglicht die Vermessung des jeweiligen optischen Abbildungssystems mit zwei oder mehr Musterfrequenzen und folglich mit entsprechend un- terschiedlichen Ortsauflösungen. Durch das Vorhandensein des Mehr- frequenzmusters können die Messungen mit den verschiedenen Ortsauflösungen simultan vorgenommen werden oder jedenfalls ohne dass ein Austausch von Teilen der Vorrichtung erforderlich ist.

Insbesondere ist für Shearinginterferometrie-Messungen mit unterschiedlichen Ortsauflösungen kein Austausch einer bildseitigen Interferenzerzeugungsstruktur bzw. einer objektseitigen Wellenfrontbildungsstruktur erforderlich. Außerdem ist eine verbesserte Anpassung der Strukturfrequenzen an die sogenannte Parzellierung der Pupille möglich, mit welcher der Effekt bezeichnet wird, dass bei vielen üblichen Beleuchtungssystemen, wie sie z. B. in Mikrolithographieanlagen zum Einsatz kommen, eine periodische Intensitätsvariation in der Pupillenebene des zu vermessenden Abbildungssystems auftritt. Die Verwendung des Mehrfrequenzmusters

bei der objektseitigen Wellenfrontbildungsstruktur kann durch den ent- sprechenden Beugungseffekt die sogenannte Pupillenfüllung optimieren, d. h. dass die benutzte Messstrahlung möglichst die ganze Pupille des Abbildungssystems erfasst und nicht nur z. B. einen mittleren Pupillenbe- reich.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 beinhaltet das Mehrfrequenzmuster eine Kombination eines zweidimensionalen Hauptmusters, das periodisch angeordnete Strukturfelder aufweist, z. B. eines Schachbrettmusters, mit mehreren Submustern in Strukturfeldern des Hauptmusters, wobei sich die mehreren Submuster in ihren Periodi- zitätslängen und/oder Periodizitätsrichtungen unterscheiden. Dies er- möglicht z. B. weiter verfeinerte interferometrische Vermessungen opti- scher Abbildungssysteme mit mehreren verschiedenen Ortsauflösungen in verschiedenen Richtungen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Anspruch 3 das Hauptmuster ein periodisches Polygonmuster, z. B. aus schachbrettartig angeordneten Quadraten oder aus Dreiecken, und zusätzlich sind ein oder mehrere Submuster vorgesehen, in das oder die ein jeweiliges Po- lygon des Hauptmusters strukturiert ist. Durch Auswahl von Art und An- ordnung der Polygone und durch die Wahl des oder der weiteren Sub- muster können simultane Vermessungsvorgänge in sehr flexibler Weise mit unterschiedlichen Ortsauflösungen in einer jeweiligen Richtung e- benso wie in mehreren unterschiedlichen Richtungen vorgenommen werden.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun- gen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen : Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur interfe- rometrischen Vermessung eines optischen Abbildungssystems

durch Wellenfronterfassung mittels Shearing-Interferometrie mit objektseitiger Kohärenzmaske und bildseitigem Beugungsgit- ter, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Zweifrequenz-Pupillen- rasterung in einer einzigen Beugungsrichtung, Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch für eine Pupillen- rasterung mit unterschiedlicher Periodizität in zwei zueinander senkrechten Richtungen, Fig. 4 im linken Teilbild eine Beugungsgitterstruktur mit Schachbrett- Hauptmuster und zwei Liniengitter-Submustern die gleiche Pe- riodizitätslänge und zu je einer der beiden orthogonalen Perio- dizitätsrichtungen des Schachbrett-Hauptmusters parallele Pe- riodizitätsrichtungen aufweisen und im rechten Teilbild schema- tisch die Lage der zugehörigen 0. und +1. Beugungsordnun- gen, Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch für eine Variante mit mit um 45° gegenüber den Hauptmuster-Periodizitäts- richtungen gedrehten Submuster-Periodizitätsrichtungen, Fig. 6 eine Darstellung entsprechend den Fig. 4 und 5 für eine kom- binierte Dreifrequenzmustervariante mit vier Submustern mit zu den Hauptmuster-Periodizitätsrichtungen in einem Winkel von 0° bzw. 45° orientierten Submuster-Periodizitätsrichtungen, Fig. 7 eine Darstellung entsprechend den Fig. 4 bis 6, jedoch für eine Variante mit schachbrettartiger Anordnung orthogonaler Einfre- quenz-Liniengitter,

Fig. 8 eine Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch für eine Variante mit schachbrettartiger Anordnung orthogonaler Zweifrequenz- Liniengitter, Fig. 9 eine Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch für eine Variante mit Schachbrett-Submuster, Fig. 10 eine Darstellung entsprechend Fig. 9 für eine Variante mit um 45° zu den Schachbrett-Periodizitätsrichtungen des Hauptmus- ters gedrehten Schachbrett-Periodizitätsrichtungen des Sub- musters, Fig. 11 eine Darstellung entsprechend den Fig. 9 und 10 für eine Mischvariante mit zwei verschiedenen Schachbrett- Submustern, Fig. 12 eine Ansicht entsprechend Fig. 9 für eine Variante mit schach- brettartiger Anordnung mehrerer Schachbrett-Submuster unter- schiedlicher Periodizitätslängen, Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Beugungsstruktur mit ei- nem Mehrfrequenzmuster aus einem dreieckförmigen, periodi- schen Hauptmuster und einem Schachbrett-Submuster, Fig. 14 eine Darstellung entsprechend Fig. 13 für eine Variante mit je zwei orthogonalen Liniengitter-Submustern innerhalb eines je- weiligen Hauptmuster-Dreieckfeldes und Fig. 15 eine Darstellung entsprechend Fig. 4 für eine Variante mit ei- nem schachbrettförmigen Quadrat-in-Quadrat-Mehrfrequenz- muster.

Fig. 1 veranschaulicht einen typischen Aufbau einer Vorrichtung zur pu- pillenaufgelösten Bestimmung der Abbildungsqualität bzw. von eventuel- len Bildfehlern eines optischen Abbildungssystems 1 mittels Shearing- interferometrie-Wellenfrontmessung. Beim zu vermessenden Abbil- dungssystem 1 kann es sich beispielsweise um ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithographieanlage handeln. Das Objektiv 1 ist vereinfacht durch eine objektseitige Linse 1a, eine Objektivpupille 1b und eine bild- seitige Linse 1c repräsentiert. In die Objektebene des Objektivs 1 wird als Objektstruktur eine Wellenfrontbildungsstruktur 2 z. B. in Form einer geeigneten Kohärenzmaske mit zweidimensionaler, kohärenzbildender Beugungsstruktur eingebracht. In die Bildebene wird als Bildstruktur eine Interferenzerzeugungsstruktur 3 z. B. in Form eines Beugungsgitters ein- gebracht. Das Beugungsgitter 3 kann relativ zur Kohärenzmaske 2 late- ral beweglich angeordnet sein. Eine nachgeschaltete Abbildungsoptik 4 ist so angeordnet, dass ihre Objektebene in der Bildebene des zu ver- messenden Abbildungssystems 1 liegt, so dass sie dessen Austrittspu- pille auf eine Detektorebene 5 einer nachgeschalteten, herkömmlichen Detektor-und Auswerteeinheit abbildet.

Alternativ zum gezeigten Beispiel kann die Wellenfrontbildungsstruktur 2 statt in der Objektebene an einer anderen objektseitigen Stelle vor dem Abbildungssystem 1 platziert werden, und ebenso kann die tnterferenz- erzeugungsstruktur 3 bildseitig statt in der Bildebene an einer anderen geeigneten Stelle nach dem zu vermessenden Abbildungssystem 1 po- sitioniert werden.

Erfindungsgemäß wird für die objektseitige Wellenfrontbildungsstruktur 2 und/oder die bildseitige Interferenzerzeugungsstruktur 3 die Verwen- dung von Mehrfrequenzmustern vorgeschlagen, die in wenigstens einer Richtung mindestens zwei unterschiedliche Periodizitätslängen aufwei- sen und/oder bei denen wenigstens ein zweidimensionales Hauptmus- ter, das periodisch angeordnete Hauptstrukturfelder beinhaltet, mit ei-

nem oder mehreren Submustern kombiniert ist, das bzw. die eine weite- re periodische Strukturunterteilung von Strukturfeldern des Hauptmus- ters darstellen. Mit diesen Gitter-/Maskenmustern, die mehrere Periodizi- tätsfrequenzen und/oder Periodizitätsrichtungen kombinieren, können simultan Shearinginterferogramme unterschiedlicher Scherdistanzen und Scherrichtungen gewonnen werden. Durch geeignete Auslegung von Mehrfrequenzmuster, Kohärenzfunktion und Auswerteteil können die Phaseninformationen der einzelnen Interferenzsysteme getrennt er- mittelt und daraus hochgenau durch Wellenfrontrekonstruktion eventuel- le Bildfehler des Abbildungssystems ermittelt werden. Dabei wird die grundlegende Tatsache benutzt, dass bei Einsatz solcher Mehrfre- quenzmuster in der lateralen Shearinginterferometrie über die Frequenz die laterale Auflösung der Pupillenrasterung und über die Orientierung die Achsrichtungen des jeweiligen Koordinatensystems festgelegt wer- den.

In den Fig. 2 und 3 ist der Einfluss hinsichtlich der lateralen Auflösung der Pupillenrasterung für den Fall eines größeren Strahldurchmessers D bzw. eines kleineren Strahldurchmessers d im System von Fig. 1 veran- schaulicht. Speziell zeigt Fig. 2 eine Pupillenrasterung anhand eines Zweifrequenzgitters mit identischen Hauptbeugungsrichtungen in x-bzw. y-Richtung.

Die in Fig. 2 durchgezogen gezeichneten Linien bilden ein gröberes quadratisches Raster mit zugehöriger Periodizitätslänge a. Durch die weitere Gitterfrequenz ist dieses Raster in x-Richtung nochmals unter- teilt, und zwar in ein in dieser x-Richtung feineres Raster mit um den Faktor 4 kleinerer Periodizitätslänge b=a/4, wie mit den gestrichelten Rasterlinien repräsentiert.

Fig. 3 zeigt speziell den Fall einer Pupillenrasterung mit unterschiedli- cher Auflösung in x-und y-Richtung. Das mit den durchgezogenen Li-

nien repräsentierte, gröbere Raster weist in y-Richtung eine Periodizi- tätslänge c1 auf, die kleiner als seine Periodizitätslänge c2 in x-Richtung ist. Das feinere Raster ist durch eine Teilung der Periodizitätslänge c2 des gröberen Rasters in x-Richtung um den Faktor 4 gebildet, d. h. seine Periodizitätslänge c3 in x-Richtung beträgt ein Viertel der Periodizitäts- länge c2 des gröberen Rasters in x-Richtung und ist auch kleiner als die Periodizitätslänge c1 des gröberen Musters in y-Richtung.

Durch geeignete Wahl des Mehrfrequenzmusters für die objektseitige Wellenfrontbildungsstruktur 2 und/oder die bildseitige Interferenzerzeu- gungsstruktur 3 kann eine jeweils geeignete, gerasterte Pupillenaus- leuchtung mit unterschiedlicher Periodizität erzielt werden. Zwar überla- gern sich bei Beugungsgitterstrukturen mit mehr als einer Frequenz die jeweiligen Shearinginterferogramme, die darin codierten Phaseninforma- tionen können jedoch durch geeignete Phasenschiebung und Anwen- dung einer daran angepassten Berechnungsmethode getrennt werden, insbesondere mittels eines entsprechenden Fourieralgorithmus. Derarti- ge Algorithmen sind als solche dem Fachmann geläufig und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. Bei bildseitigen Mehrfrequenz- mustern mit verschiedenen Gitterorientierungen kann die Formung der räumlichen Kohärenzfunktion, d. h. die Kohärenz-bzw. Beleuchtungs- maske 2, als Filter eingesetzt werden. Des weiteren können störende Anteile durch geeignete Maßnahmen im Zeitbereich, wie zeitliche Mitte- lung und schnelle Gitteroszillation, eliminiert bzw. unterdrückt werden.

Durch den Einsatz besagter Mehrfrequenzmuster für die bildseitige In- terferenzerzeugungsstruktur 3, insbesondere in Form eines entspre- chenden Mehrfrequenz-Beugungsgitters, ist die simultane Vermessung des Abbildungssystems 1 mit unterschiedlicher Ortsauflösung über sei- ne Pupille hinweg möglich, ebenso eine optimale Anpassung der Beu- gungsgitterfrequenzen an die Parzellierung der Pupille. Unter der Pupil- lenparzellierung wird bekanntermaßen der Effekt verstanden, dass die

Beleuchtungsintensität in der Pupille des Abbildungssystems nicht ho- mogen, sondern parzelliert ist, wie dies z. B. in Mikrolithographieanlagen häufig der Fall ist, wenn dort konstruktionsbedingt eine entsprechende Parzellierung der Pupille des Beleuchtungssystems vorliegt, die sich in die Pupille des zu vermessenden Projektionsobjektivs abbildet. Bei Ein- satz der besagten Mehrfrequenzmuster in der objektseitigen Wellen- frontbildungsstruktur kann die Pupillenfüllung durch entsprechende Beu- gungseffekte an der Kohärenz-bzw. Beleuchtungsmaske verbessert werden, d. h. auch bei geringeren Strahldivergenzwinkeln eines vorge- schalteten Beleuchtungssystems, wie sie z. B. für extreme UV-Strahlung typisch sind, kann eine ausreichende Ausleuchtung auch des äußeren Pupillenbereichs erzielt werden.

In den Fig. 4 bis 15 sind einige vorteilhafte Realisierungen von Mehrfre- quenzmustern dargestellt, die sich für die Wellenfrontbildungsstruktur 2 und/oder für die Interferenzerzeugungsstruktur 3 eignen und auf die nachfolgend näher eingegangen wird.

Fig. 4 veranschaulicht im linken Teilbild ein Mehrfrequenzmuster, bei dem ein schachbrettförmiges Hauptmuster mit zwei linienförmigen Sub- mustern kombiniert ist. Speziell besitzt das Hauptmuster eine Schach- brettstruktur mit in x-und y-Richtung verlaufenden Diagonalen. Dies entspricht zwei orthogonalen Strichgittern mit gleicher Periodizitätslänge L, die gleich der Länge der Diagonalen jedes Schachfeldes ist. Die "schwarzen"Schachfelder sind alternierend durch orthogonale Liniengit- ter-Submuster ersetzt, die beide dieselbe Periodizitätslänge I aufweisen und von denen die Linien des einen Submusters parallel zur x-Richtung und die Linien des anderen Submusters parallel zur y-Richtung verlau- fen. Dies führt im zugehörigen Beugungsdiagramm, in Fig. 4 im rechten Teilbild schematisch wiedergegeben, zu einem zentralen Beugungsma- ximum Bo 0. Ordnung, an das sich in x-und y-Richtung mit Abstand zu- nächst je ein Beugungsmaximum B 1, X, B1, x, B-1, y, B,, y 1. Ordnung an-

schließen, die vom schachbrettartigen Einfrequenz-Hauptmuster mit Pe- riodizitätslänge L in x-und y-Richtung stammen. Daran schließen nach außen in x-und y-Richtung mit weiterem Abstand jeweilige Beugungs- maximum BS-, x, Bs1, x, Bs y, Bs1, y 1. Beugungsordnung des Liniengit- ter-Submusters mit in x-Richtung parallel versetzten Linien bzw. des Li- niengitter-Submusters mit in y-Richtung nebeneinander liegenden Linien und der jeweiligen Periodizitätslänge 1 an. Dabei dient die Beugungsdia- grammdarstellung nur zum besseren Verständnis der Beugungsresultate bzw. der entstehenden Interferogramme und ist nicht maßstäblich ge- dacht. Bekanntermaßen liegen die Beugungsmaxima einer jeweiligen Beugungsordnung um so weiter vom Symmetriemittelpunkt der Anord- nung entfernt, je kleiner die Periodizitätslänge der Beugungsstruktur ist.

Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem- jenigen von Fig. 5, indem es ebenfalls ein Schachbrett-Hauptmuster mit in x-und y-Richtung verlaufenden Diagonalen beinhaltet, bei dem die schwarzen Felder alternierend durch zwei Liniengitter-Submuster mit zueinander orthogonalen Linienrichtungen ersetzt sind, welche die glei- che Periodizitätslänge I besitzen. Hier und im folgenden ist jeweils die Periodizitätslänge bzw. Gitterperiode eines Hauptmusters mit großem "L"und diejenige eines jeweiligen Submusters mit kleinem"I"bezeich- net, wobei die Hauptmuster-Periodizitätslängen L und die Submuster- Periodizitätslängen I je für sich in den verschiedenen Beispielen unter- schiedliche Werte haben können. Im Unterschied zu Fig. 4 sind beim Mehrfrequenzmuster von Fig. 5 die Liniengitter der Submuster in einem Winkel von jeweils 45° zur x-bzw. y-Richtung orientiert. Dies bedeutet, dass die zugehörigen Achsen der Beugungsordnungen beim Hauptmus- ter von der x-bzw. y-Achse gebildet sind, diejenigen der beiden Linien- gitter-Submuster hingegen unter einem Winkel von 45° zur x-bzw. y- Achse verlaufen, wie im rechten Teilbild von Fig. 5 zu erkennen. Die entsprechenden, auf diesen Winkelhalbierenden der x-und y-Achse lie-

genden Beugungsmaxima 1. Ordnung für die Liniengitter-Submuster sind korrespondierend mit Bsi, xy, Bs-i. xy, Bsi.-xyund Bs-i,-xy bezeichnet.

Während es sich bei den Beispielen der Fig. 4 und 5 um zweidimensio- nale Zweifrequenzmuster handelt, zeigt Fig. 6 ein Beispiel eines zweidi- mensionalen Dreifrequenzmusters. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, besteht dieses wiederum aus einem Schachbrett-Hauptmuster mit gleicher Peri- odizitätslänge L in x-und y-Richtung entsprechend der Schachfeld- Diagonallänge sowie alternierend aus vier Liniengitter-Submustern, von denen zwei denjenigen der Fig. 4 mit zur x-bzw. y-Richtung parallelen Gitterlinien und die beiden anderen den beiden Liniengitter-Submustern der Fig. 5 mit um 45° zur x-bzw. y-Richtung verlaufenden Gitterlinien entsprechen. Dies führt im Beugungsdiagramm zu einem Muster der Beugungsordnungen, das der Summe derjenigen der Fig. 4 und 5 ent- spricht, d. h. es treten sowohl die Beugungsordnungen des Hauptmus- ters in x-und y-Richtung als auch die Beugungsordnungen der beiden Submuster von Fig. 4 ebenfalls in x-und y-Richtung und die Beugungs- ordnungen der beiden Submuster von Fig. 5 entlang der Winkelhalbie- renden des xy-Koordinatensystems auf. Für die beiden Submuster ent- sprechend Fig. 5 ist im Beispiel von Fig. 6 eine Periodizitätslänge I, grö- ßer als die Periodizitätslänge 12 für die beiden Submuster entsprechend Fig. 4 gewählt, so dass sich die auf den Winkelhalbierenden des xy- Koordinatensystems des Beugungsdiagramms liegenden Beugungsord- nungen einen etwas geringeren Abstand vom Diagrammmittelpunkt ha- ben als die auf der x-bzw. y-Achse liegenden, gleichen Beugungsord- nungen der beiden anderen Submuster. Mit dem Mehrfrequenzmuster von Fig. 6 lassen sich folglich simultane Messvorgänge mit drei unter- schiedlichen Ortsauflösungen realisieren.

Während beispielhaft in den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 6 die schwarzen Schachfelder des Hauptmusters durch die Feinstrukturen von Liniengitter-Submustern ersetzt wurden, versteht es sich, dass in

alternativen Ausführungsformen stattdessen die weißen Schachfelder des Hauptmusters durch Submuster-Feinstrukturen gefüllt sein können und die schwarzen Schachfelder einheitlich lichtundurchlässig bleiben.

Fig. 7 zeigt eine weitere Modifikation in Form eines Mehrfrequenzmus- ters, bei dem zwei orthogonale Liniengitter-Einfrequenzmuster schach- brettartig angeordnet sind. Die einen alternierenden Schachbrettfelder sind mit einem Liniengittermuster mit zur x-Achse parallelen Gitterlinien gefüllt, während die übrigen alternierenden Schachfelder mit einem Li- niengittermuster mit zur y-Achse parallelen Gitterlinien gefüllt sind.

Durch die Füllung sowohl der"weißen"als auch der"schwarzen" Schachfelder mit jeweiligen Liniengittermustern verschwinden die den Schachbrett-Hauptmustern der Fig. 4 bis 6 entsprechenden Beugungs- muster im Beugungsdiagramm, während sich entlang der x-bzw. y- Achse die Beugungsmaxima entsprechend den beiden Feinstruktur- Liniengittermustern bilden. Dabei sind im Beispiel von Fig. 7 gleiche Pe- riodizitätslängen I für beide Feinstruktur-Liniengittermuster gewählt, al- ternativ sind unterschiedliche Periodizitätslängen möglich.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mehrfrequenzmusters mit ei- ner schachbrettartigen Anordnung zweier orthogonaler Liniengitter- Zweifrequenzmuster. Speziell sind bei diesem Mehrfrequenzmuster die Schachbrettfelder alternierend mit zwei um 90° verdrehten, d. h. ortho- gonalen Mustern belegt, die ihrerseits jeweils aus einem Grobmuster mit drei dunklen und drei hellen Linien und einem Feinmuster bestehen, bei dem jeder helle Streifen des gröberen Musters durch zwei dunkle Strei- fen in drei einzelne helle Steifen unterteilt ist. Die in x-und y-Richtung gleiche Periodizitätslänge 12 des feineren Musters beträgt folglich ein Drittel der Periodizitätslänge 11 des gröberen Musters, wobei die Periodi- zitätslängen 1,, 12 in x-und y-Richtung jeweils gleich sind. Dies führt dementsprechend zu einem Beugungsdiagrammbild, bei dem vom zent- ralen Beugungsmaximum Bo nullter Ordnung in x-und y-Richtung je-

weils zunächst die Beugungsmaxima Bsgi, x, Bsg-1, x, Bsgl, y und Bsg, y 1. Ordnung des gröberen Liniengittermusters mit der größeren Periodi- zitätslänge 11 und dann die Beugungsmaxima Bsf1wxs Bsf 1, x, Basf,, y und Bsf-1, y 1. Ordnung des feineren Linienmusters mit der kleineren Perio- dizitätslänge 12 folgen.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Zweifre- quenzmusters mit einem schachbrettförmigen Hauptmuster, bei dem die schwarzen Schachfelder durch ein ebenfalls schachbrettartiges Sub- muster ersetzt sind, dessen Diagonalen und damit Beugungsachsen pa- rallel zu denjenigen des Hauptmusters orientiert sind, d. h. parallel zur x- und y-Richtung. Dies führt zu einem Beugungsbild gemäß dem rechten Teilbild von Fig. 9, das qualitativ demjenigen von Fig. 4 entspricht.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das demjenigen von Fig. 9 mit dem Unterschied entspricht, dass die Schachbrettdiagonalen und damit die Beugungsachsen des Schachbrett-Submusters um 45° gegenüber denen des Hauptmusters gedreht sind. Dies führt zu einem Beugungs- diagramm, das qualitativ demjenigen von Fig. 5 entspricht.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mehrfrequenzmusters, das einer Kombination der Beispiele der Fig. 9 und 10 entspricht, bei der im schachbrettartigen Hauptmuster die beiden schachbrettartigen Submus- ter der Fig. 9 und 10 in alternierenden"schwarzen"Schachfeldern des Hauptmusters vorgesehen sind. Dabei ist im gezeigten Fall für das Schachbrett-Submuster mit den zum Schachbrett-Hauptmuster paralle- len Diagonalen eine Periodizitätslänge 11 gewählt, die größer als die Pe- riodizitätslänge 12 des anderen Schachbrett-Submusters ist. Dies führt zu einem im rechten Teilbild von Fig. 11 wiedergegebenen Beugungsdia- gramm, das demjenigen von Fig. 6 qualitativ entspricht.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zweifrequenzmusters mit einer schachbrettartigen Anordnung zweier Schachbrettmuster unter- schiedlicher Frequenz bzw. Periodizitätslänge. Speziell sind alternieren- de Felder eines Schachbrett-Hauptmusters mit der Periodizitätslänge L von zwei Schachbrettmustern unterschiedlicher Periodizitätslängen 11, 12 gefüllt, von denen das eine mit zum Schachbrett-Hauptmuster parallelen Schachfelddiagonalen und das andere mit dazu um 45° geneigten Schachfelddiagonalen angeordnet ist, so dass sich qualitativ das im rechten Teilbild von Fig. 12 wiedergegebene Diagramm der 0. und der 1. Beugungsordnungen ergibt.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mehrfrequenzmusters mit einem zweidimensionalen Hauptmuster aus alternierend hellen und dunklen Dreiecken in Kombination mit einem Schachbrett-Submuster, das die hellen Dreiecksfelder des Hauptmusters ausfüllt. Die Dreiecks- feldanordnung des Hauptmusters erzeugt drei um jeweils 120° gegen- einander gedrehte Beugungsrichtungen mit jeweils gleicher Periodi- zitätslänge L, von denen eine bei dem in Fig. 13 explizit wiedergegebe- nen xy-Koordinatensystem parallel zur y-Richtung liegt, d. h. auf eine in y-Richtung periodische Gitterstruktur zurückgeht. Das Schachbrett- Submuster bildet zwei um jeweils 90° versetzte Beugungsrichtungen in x-bzw. y-Richtung mit gleicher Periodizitätslänge I, indem seine Schach- brettdiagonalen in diesen beiden Richtungen verlaufen.

Fig. 14 zeigt eine Variante von Fig. 13, bei der für das gleiche Dreiecks- feld-Hauptmuster in den"weißen"Dreiecksflächen zwei orthogonale Li- niengitter-Submuster vorgesehen sind. Die beiden Liniengitter- Submuster definieren orthogonale Beugungsrichtungen in x-und y- Richtung, indem ihre Gitterlinien in y-bzw. x-Richtung verlaufen. Für die beiden Liniengitter-Submuster ist im Beispiel von Fig. 14 die gleiche Pe- riodizitätslänge I gewählt, alternativ sind selbstverständlich auch unter- schiedliche Periodizitätslängen möglich. Die beiden Submuster teilen

sich je ein"weißes"Dreiecksfeld des Hauptmusters, indem diese jeweils in vier gleich große, zu den Hauptmuster-Dreiecken kongruente Drei- ecke unterteilt sind, von denen je zwei mit dem gleichen Liniengitter- Submuster"gefüllt"sind. Ersichtlich ergibt sich für dieses Mehrfre- quenzmuster ein zu demjenigen der Fig. 13 äquivalentes Beugungsmus- ter mit den drei um jeweils 120° gedrehten Hauptmuster- Beugungsrichtungen und den beiden Submuster-Beugungsrichtungen x- und y-Richtung.

Es versteht sich, dass als weitere Alternativen der Ausführungsbeispiele der Fig. 13 und 14 die weißen Hauptmuster-Dreiecksfelder frei bleiben können und die schwarzen Dreiecksflächen durch Dreiecksflächen er- setzt sind, welche die betreffenden Submuster tragen.

Fig. 15 veranschaulicht ein weiteres Mehrfrequenzmuster, bei dem wie- derum ein Schachbrett-Hauptmuster mit Schachfelddiagonalen bzw.

Beugungsrichtungen in x-und y-Richtung und Periodizitätslänge L in Kombination mit einem Submuster vorgesehen ist. Das Submuster ist in diesem Fall von inneren hellen Quadraten in den dunklen Hauptmuster- Schachfeldern und dunklen Quadraten in den hellen Hauptmuster- Schachfeldern gebildet, wobei die Quadratseitenlänge des Submusters ein Drittel derjenigen des Hauptmusters beträgt. Dies führt zu dem im rechten Teilbild von Fig. 15 schematisch wiedergegebenen Beugungs- bild.

Wie anhand der obigen Beschreibung der gezeigten Ausführungsbei- spiele und der erwähnten Varianten hiervon deutlich wird, ermöglicht die Erfindung durch die Verwendung eines Mehrfrequenzmusters in der bildseitigen Interferenzerzeugungsstruktur und/oder in der objektseitigen Wellenfrontbildungsstruktur die simultane Vermessung eines Prüflings mit unterschiedlichen Ortsauflösungen in einer einzigen Richtung oder auch in zwei oder mehr verschiedenen Richtungen. Es versteht sich für

den Fachmann, dass außer den gezeigten und oben erwähnten noch zahllose andere Mehrfrequenzmuster verwendet werden können, die sich jeweils dadurch auszeichnen, dass sie in wenigstens einer Richtung eine periodische Struktur mit mindestens zwei unterschiedlichen Perio- dizitätslängen und/oder eine Struktur umfassen, die mindestens ein zweidimensionales Hauptmuster mit periodisch angeordneten Struktur- feldern und ein oder mehrere Submuster beinhaltet, die als Feinstruktur in Strukturfeldern des Hauptmusters ausgebildet sind. Bei einer entspre- chenden Beugungsgitterstruktur führt dies zu entsprechend mehreren Beugungsmustern der jeweiligen Beugungsordnung in der betreffenden Richtung bzw. zu Beugungsmustern in unterschiedlichen Beugungsrich- tungen. Die Phaseninformationen der einzelnen Interferenzsysteme können in herkömmlicher Weise durch geeignete Auslegung der bildsei- tigen Interferenzerzeugungsstruktur, der objektseitigen Wellenfrontbil- dungsstruktur und des Auswertealgorithmus getrennt aus den simula- nen Shearinginterferogrammen unterschiedlicher Scherdistanzen und/oder Scherrichtungen ermittelt werden. Hierzu können unterstüt- zend Maßnahmen im Zeitbereich, wie zeitliche Mittelung und schnelle Beugungsgitteroszillation, und/oder eine als Filter fungierende Beleuch- tungsmaske zur Formung der räumlichen Kohärenzfunktion bei ver- schiedenen Beugungsgitterorientierungen eingesetzt werden.

Außer der simultanen Wellenfrontmessung mit unterschiedlichen Orts- auflösungen bietet die Erfindung als weitere Vorteile die Möglichkeit ei- ner Anpassung der Beugungsgitterfrequenz an eine vorgegebene Par- zellierung der Pupillenausleuchtung, einer Anpassung der Beugungsgit- terfrequenzen an die Wellenlänge der verwendeten Strahlung, einer Messung der Kohärenzfunktion und einer Nutzung der periodischen Submuster-Feinstruktur zur Kalibrierung des Phasenschiebevorgangs bei der lateralen Shearinginterferometrie. Bei der letztgenannten An- wendung werden Submuster-Feinstrukturen der objektseitigen Wellen- frontbildungsstruktur mit solchen der bildseitigen Interferenzerzeugungs-

struktur zur Überlagerung gebracht, um daraus hochgenau den relativen lateralen Verschiebeweg zwischen der objektseitigen Wellenfrontbil- dungsstruktur und der bildseitigen Interferenzerzeugungsstruktur zu er- fassen. Des weiteren kann bei Einsatz des Mehrfrequenzmusters in der objektseitigen Wellenfrontbildungsstruktur die Füllung der Pupille des Prüflings gerade auch im Fall von extremer UV-Strahlung verbessert werden, indem das objektseitige Mehrfrequenzmuster die Strahlung mit merklicher Intensität auch in größere Abstrahlwinkel beugt.

Wenngleich oben die Anwendung der Erfindung primär zur Vermessung von Objektiven, die in Mikrolithografieanlagen zum Einsatz kommen, er- wähnt wurde, wobei die Vermessungsvorrichtung z. B. als BIF- Vorrichtung auch in die Mikrolithografieanlage integriert sein kann, ver- steht es sich, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur hochgenauen ortsaufgelösten Vermessung anderer optischer Abbil- dungssysteme über deren Pupille hinweg eignet. Des weiteren umfasst die Erfindung Vorrichtungen zur Moire-Verzeichnungsmessung, bei de- nen jeweils geeignete Moire-Strukturen der oben erläuterten Mehrfre- quenztypen als Objekt-bzw. Bildstruktur fungieren, sowie kombinierte Vorrichtungen, die eine Vermessung sowohl durch Shearinginterfero- metrie als auch durch Moire-Strukturüberlagerung ermöglichen und dazu objekt-und bildseitig geeignete Shearinginterferometrie-und Moire- Strukturen beinhalten. Dabei können beide Strukturtypen überlagert o- der in verschiedenen Teilbereichen eines jeweiligen Strukturträgers vor- gesehen sein.