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Title:
MEASURING APPARATUS FOR INTERFEROMETRICALLY DETERMINING A SURFACE SHAPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/063766
Kind Code:
A1
Abstract:
A measuring apparatus (10) for interferometrically determining a shape of a surface (12) of a test object (14) comprises: a radiation source for providing an input wave (42), a multiply encoded diffractive optical element (60), which is configured to generate a test wave (66) with a wavefront in the form of a free-form surface that is directed at the test object (14) and at least one calibration wave (70) from the input wave by diffraction, wherein the calibration wave has a wavefront with a non-rotationally symmetric shape (68f), wherein cross sections through the wavefront of the calibration wave along cross-sectional areas aligned transversely to one another in each case have a curved shape and wherein the curved shapes in the various cross-sectional areas differ in terms of an opening parameter. Furthermore, the measuring apparatus comprises a detection device (46) for detecting a calibration interferogram formed by superposition of a reference wave (40) with the calibration wave following the interaction with a calibration object (74).

Inventors:
SCHULTE STEFAN (DE)
FREIMANN ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/076557
Publication Date:
April 08, 2021
Filing Date:
September 23, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ZEISS CARL SMT GMBH (DE)
International Classes:
G01B9/02; G01M11/00; G02B5/18; G02B5/32; G03H1/00
Foreign References:
US20150198438A12015-07-16
DE102017217369A12019-04-04
Other References:
C.PRUSS, E. GARBUSI, W. OSTEN: "Advances in 3D asphere testing and reconstruction", SPIE, PO BOX 10 BELLINGHAM WA 98227-0010 USA, vol. 7329, 6 May 2009 (2009-05-06), pages 732905-1, XP040496858
PROTEEP C.V. MALLIK, RENE ZEHNDER, JAMES H. BURGE, ALEXANDER POLESHCHUK: "Absolute calibration of null correctors using dual computer-generated holograms", SPIE, PO BOX 10 BELLINGHAM WA 98227-0010 USA, vol. 6721, 21 November 2007 (2007-11-21), pages 672104-1, XP040245761
Attorney, Agent or Firm:
SUMMERER, Christian et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Ober- fläche (12) eines Testobjekts (14), umfassend:

- eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle (42),

- ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element (60), welches dazu konfigu- riert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle eine auf das Testobjekt (14) gerichte- te Prüfwelle (66) mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindes- tens eine Kalibrierwelle (70) zu erzeugen, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymme- trischen Form (68f) aufweist, wobei Querschnitte durch die Wellenfront der Kalibrierwelle (70) entlang quer zueinander ausgerichteten Querschnittsflächen jeweils eine gebogene Form aufwei- sen und wobei sich die gebogenen Formen in den verschiedenen Querschnittsflächen in einem Öffnungsparameter unterscheiden, sowie eine Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen eines durch Überlagerung einer Refe- renzwelle (40) mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit einem Kalibrierobjekt (74) gebildeten Kalibrierinterferogramms.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei sich die gebogenen Formen in den zwei verschiedenen Querschnittsflächen in ihrer Krümmungsrichtung unterscheiden.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Kreisform angenähert ist und der Öffnungsparameter der Kreisradius ist.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die gebogene Form jeweils einem Abschnitt einer Parabelform angenähert ist und der Öffnungsparameter die Parabelöffnung ist.

5. Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4 bei der die Wellenfront der Kalibrierwelle eine astigmatische Form aufweist.

6. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die nicht-rotationssymmetrische Form (68f) der Kalibrierwelle (70) der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Rotationskörpers (88) entspricht, welcher durch Rotation einer zu einer Symmetrieachse (92) symmetrischen Fläche (90, 90a, 90b, 90c) um eine Drehachse (94) gebildet wird.

7. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Wellenfront der Kalibrierwelle (70) von jeder beliebigen rotationssymmet- rischen Form um mindestens 50 pm abweicht.

8. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das diffraktive optische Element (60) dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle neben der Prüfwelle mindestens drei Kalibrierwellen (68, 70, 72) zu erzeugen.

9. Verfahren zum Kalibrieren eines diffraktiven optischen Elements (60), welches zum Erzeugen einer Prüfwelle (66) mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformflä- che zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) konfiguriert ist, mit den Schritten:

- Bereitstellen des diffraktiven optischen Elements (60) mit einer Mehrfachkodierung und Einstrahlen einer Eingangswelle (42), sodass an der Mehrfachkodierung durch Beugung neben der Prüfwelle eine auf ein Kalibrierobjekt (74) gerichtete Kalibrierwel- le (70) erzeugt wird, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymme- trischen Form (68f) aufweist,

- derartiges Anordnen des Kalibrierobjekts (74) an unterschiedlichen Kalibrierpositio- nen (P1 , P2), dass die Kalibrierwelle jeweils im Wesentlichen senkrecht auf unter- schiedliche Bereiche einer Oberfläche (76) des Kalibrierobjekts auftrifft, sowie Erfassen und miteinander Vergleichen von Kalibrierinterferogrammen, welche durch Überlagerung einer Referenzwelle (40) mit der Kalibrierwelle (70) nach Wechselwir- kung mit dem Kalibrierobjekt an den verschiedenen Kalibrierpositionen erzeugt wer- den.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die unterschiedlichen Kalibrierpositionen des Kalibrierobjekts durch eine Kombination aus Verschieben und Verkippen des Kalibrierobjekts (74) eingestellt werden.

11. Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), mit den Schritten:

- Bereitstellen eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements (60), wel- ches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle (42) eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle (70) zu erzeugen,

- Kalibrieren des diffraktiven optischen Elements gemäß Anspruch 9 oder 10,

- Erfassen eines durch Überlagerung der Referenzwelle (40) mit der Prüfwelle (66) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts erzeugten Messinterfero- gramms, sowie

- Ermitteln der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung des Messin- terferogramms unter Berücksichtigung des Kalibrierinterferogramms.

12. Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer jeweiligen Form einer Viel- zahl von Oberflächen, welche jeweils die Gestalt einer Freiformfläche aufweisen, wobei ein astigmatischer Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformfläche von einer bestangepassten Sphäre zwischen 70% und 90% liegt, mit dem Schritt: Kalibrieren von interferometrisch bestimmten Formmessergebnissen der Oberflächen mittels einer einheitlichen Kalibrierfläche, wobei eine Abweichung der einheitlichen Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil auf- weist, welcher dem Mittelwert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der Oberflä- chen entspricht.

13. Optisches Element (14) für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage mit einer optischen Oberfläche (12), welche eine Sollform (12a) in Gestalt einer Freiformfläche und eine Abweichung der tatsächlichen Form der opti- schen Oberfläche von der Sollform mit einem quadratischen Mittelwert von maximal 100 pm aufweist, wobei die Soliform eine maximale Abweichung von ihrer bestangepassten Sphäre (104) aufweist, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt, und wobei die Sollform (12a) von jeder rotationssymmetrischen Asphäre um mindestens 5 μm abweicht.

14. Optisches Element nach Anspruch 13, welches als Spiegelelement für eine mikrolithographische Belichtungsanlage im

EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert ist.

Description:
Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Oberflächenform

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patent- anmeldung 102019214979.0 vom 30. September 2019. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung auf- genommen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, ein Verfahren zum Kalibrieren eines dif- fraktiven optischen Elements, ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen ei- ner Form einer Oberfläche eines Testobjekts sowie ein optisches Element für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage.

Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für die Mikrolithographie, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken verwendet. Dabei wird die Wellenfront einer Prüfwelle durch ein diffraktives Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass die Einzelstrahlen der Prüfwelle an jedem Ort senk- recht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würden. Ab- weichungen von der Sollform lassen sich durch Überlagerung der reflektierten Prüf- welle mit einer Referenzwelle bestimmen. Als diffraktives Element kann beispielswei- se ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.

Die Genauigkeit der Formvermessung hängt von der Genauigkeit des CGH ab. Ent- scheidend dabei ist nicht unbedingt die möglichst exakte Herstellung des CGH, son- dern vielmehr eine möglichst exakte Vermessung aller möglichen Fehler im CGH. Bekannte Fehler können bei der Formvermessung des Prüflings heraus gerechnet werden. Das CGH bildet somit die Referenz. Während bei rotationssymmetrischen Asphären eine Kalibrierung aller nicht rotationssymmetrischen Fehler mit hoher Ge- nauigkeit möglich ist, schlagen bei Freiformflächen, d.h. nicht-sphärischen Flächen ohne Rotationssymmetrie, alle CGH-Fehler auf die Formvermessung durch. Die An- forderungen an die Genauigkeit der Vermessung des CGH steigen dadurch stark an. Dabei ist es wichtig, die Verzeichnung der beugenden Strukturen des CGH, d.h. die Lateralpositionen der beugenden Strukturen in Bezug auf ihre Sollpositionen, sowie die Profilform des CGH's hochgenau zu kennen. Die Messgenauigkeit, mit der diese Parameter mittels aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräten bestimmt werden können, reicht jedoch für die ständig steigenden Anforderungen nicht aus.

In DE 102012217800 A1 wird eine solche Messanordnung mit einem komplex ko- dierten CGH beschrieben. Eine Lichtwelle wird zunächst durch ein Fizeau-Element in eine Referenzwelle und eine Prüfwelle geteilt. Die Prüfwelle wird anschließend von dem komplex kodierten CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberflä- che angepassten Wellenfront und Kalibrierwellen mit sphärischer oder ebener Wel- lenfront umgewandelt. Hierfür enthält das CGH geeignet ausgebildete diffraktive Strukturen. Die Kalibrierwellen werden zur Kalibrierung des CGH verwendet. An- schließend wird ein Testobjekt in der Prüfposition angeordnet und eine Messung mit der Prüfwelle durchgeführt. Die Prüfwelle wird von der Oberfläche des Testobjekts reflektiert, von dem CGH rücktransformiert und nach Durchlaufen des Fizeau- Elements von der Referenzwelle überlagert. Aus dem in einer Ebene erfassten Inter- ferogramm lässt sich die Form der Oberfläche bestimmen. Dabei wird durch die Ka- librierung des CGHs zwar eine verbesserte Genauigkeit erzielt, diese ist jedoch für fortgeschrittene Anwendungen nicht immer ausreichend.

Zugrunde liegende Aufgabe

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Messverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Bestimmung der Form optischer Oberflächen in Ge- stalt von Freiformflächen mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht wird. Erfindungsgemäße Lösung

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Ober- fläche eines Testobjekts, wobei die Messvorrichtung umfasst: eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle, ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Frei- formfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle zu erzeugen, wobei die Kalibrierwel- le eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufweist. Quer- schnitte durch die Wellenfront der Kalibrierwelle entlang quer zueinander ausgerich- teten Querschnittsflächen weisen jeweils eine gebogene Form auf. Dabei unter- scheiden sich die gebogenen Formen in den verschiedenen Querschnittsflächen in einem Öffnungsparameter. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Erfassungs- einrichtung zum Erfassen eines durch Überlagerung einer Referenzwelle mit der Ka- librierwelle nach Wechselwirkung mit einem Kalibrierobjekt gebildeten Kalibrierinter- ferogramms.

Unter einer Freiformfläche ist eine Form mit Abweichung von jeder beliebigen rotati- onssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 pm, insbesondere mehr als 10 pm, zu verstehen. Weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um min- destens 0,05 mm, insbesondere mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindes- tens 5 mm ab. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche erfassten Interferogramms unter Berücksichtigung des durch Überla- gerung mit der Kalibrierwelle gebildeten Interferogramms.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kalibrierwelle mit einer nicht-rotations- symmetrischen Wellenfront kann die Differenz zwischen der Wellenfront der Prüfwel- le und der Wellenfront der Kalibrierwelle, nachstehend auch Prüfwellenfrontdifferenz bezeichnet, minimiert werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Qualität der Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements im Hinblick auf die zu erzeugende Freiform-Prüfwelle umso besser ist, je geringer die Abweichung der Form der Kalibrierwelle von der Wellenfrontform der Prüfwelle ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die für die Erzeu- gung der Kalibrierwelle und der Prüfwelle verantwortlichen Teilstrukturen des mehr- fachkodierten diffraktiven optischen Elements sich umso ähnlicher sind, je ähnlicher die Kalibrierwelle und die Prüfwelle zueinander sind. Ähnliche Teilstrukturen wiede- rum unterliegen bei der Fertigung des diffraktiven optischen Elements ähnlichen Fer- tigungsfehlern und weisen vergleichsweise geringe Unterschiede in ihren Furchen- breitenverläufen auf.

Durch die derartige Konfiguration des diffraktiven optischen Elements, dass dieses die Kalibrierwelle mit einer nicht-rotationssymmetrischen Wellenfront erzeugt, wird es möglich, die Prüfwellenfrontdifferenz möglichst klein zu halten. Damit wiederum kön- nen Auswirkungen von Fertigungsfehlern im diffraktiven optischen Element auf die Prüfwelle anhand von mittels der Kalibrierwelle ermittelten Kalibrierdaten mit einer hohen Genauigkeit vorhergesagt werden.

Wie vorstehend erwähnt, weisen Querschnitte durch die Wellenfront der Kalibrierwel- le entlang quer zueinander ausgerichteten Querschnittsflächen jeweils eine geboge- ne Form auf, wobei sich die gebogenen Formen in den verschiedenen Querschnitts- flächen in einem Öffnungsparameter unterscheiden. Insbesondere sind die Quer- schnittsflächen senkrecht zueinander ausgerichtet. Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die gebogenen Formen in den zwei verschiedenen Querschnittsflächen in ihrer Krümmungsrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gebogene Form jeweils einem Ab- schnitt einer Kreisform angenähert und der Öffnungsparameter ist der Kreisradius. Darunter ist zu verstehen, dass die gebogene Form in den verschiedenen Quer- schnitten jeweils einen Abschnitt einer Kreisform oder annähernd den Abschnitt der Kreisform aufweist, insbesondere entspricht die gebogene Form jeweils einem Ab- schnitt einer Kreisform. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gebogene Form jeweils einem Ab- schnitt einer Parabelform angenähert und der Öffnungsparameter ist die Parabelöff- nung. Darunter ist zu verstehen, dass die gebogene Form in den verschiedenen Querschnitten jeweils einem Abschnitt einer Parabelform oder annähernd dem Ab- schnitt der Parabelform entspricht. Der Abschnitt der Parabelform umfasst insbeson- dere den Scheitelbereich der Parabel, insbesondere weist der Abschnitt einen sym- metrischen Scheitelbereich der Parabel auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Wellenfront der Kalibrierwelle eine astigmatische Form auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die nicht-rotationssymmetrische Form der Kalibrierwelle der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Rotati- onskörpers, welcher durch Rotation einer zu einer Symmetrieachse symmetrischen Fläche, nachstehend auch Rotationsfläche bezeichnet, um eine Drehachse gebildet wird. Der Ausschnitt aus der Oberfläche dieses Rotationskörpers weist eine Symmet- rie zu einer Ebene auf und kann deshalb auch als spiegelsymmetrisch bezeichnet werden. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist die Rotationsfläche kreisförmig und die Drehachse ist echt parallel zur Symmetrieachse angeordnet. In diesem Fall ergibt sich ein Torus als Rotationskörper. Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist die Rotationsfläche nicht-rotationssymmetrisch, z.B. elliptisch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weicht die Wellenfront der Kalibrierwelle von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 miti, insbesondere um mindestens 100 pm, ab.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dazu konfiguriert, durch Beugung aus der Eingangswelle neben der Prüfwelle mindestens drei Kalibrierwellen zu erzeugen.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Kalibrieren eines diffraktiven optischen Elements, welches zum Er- zeugen einer Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Freiformfläche zur inter- ferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts konfigu- riert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Bereitstellen des diffraktiven optischen Elements mit einer Mehrfachkodierung und Einstrahlen einer Eingangswel- le, sodass an der Mehrfachkodierung durch Beugung neben der Prüfwelle eine auf ein Kalibrierobjekt gerichtete Kalibrierwelle erzeugt wird, wobei die Kalibrierwelle eine Wellenfront mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufweist. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein derartiges Anordnen des Kalibrierobjekts an unterschiedliche Kalibrierpositionen, dass die Kalibrierwelle jeweils im Wesentlichen senkrecht auf unterschiedliche Bereiche einer Oberfläche des Kalibrierobjekts auf- trifft. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Erfassen und ein mitei- nander Vergleichen von Kalibrierinterferogrammen, welche durch Überlagerung einer Referenzwelle mit der Kalibrierwelle nach Wechselwirkung mit dem Kalibrierobjekt an den verschiedenen Kalibrierpositionen erzeugt werden.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kalibrierobjekt an unterschied- lichen Kalibrierpositionen derart angeordnet, dass die Kalibrierwelle jeweils im We- sentlichen senkrecht auf unterschiedliche Bereiche einer Oberfläche des Kalibrierob- jekts auftrifft. Weiterhin werden die an den verschiedenen Kalibrierpositionen erzeug- ten Kalibrierinterferogramme miteinander verglichen. Mit anderen Worten werden in den unterschiedlichen Kalibrierpositionen verschiedene Subaperturen des Kalib- rierobjekts mit der Kalibrierwelle angestrahlt. Durch Auswertung der Gesamtheit der verschiedenen Kalibrierinterferogramme mittels eines geeigneten Auswertealgorith- mus lassen sich Wellenfrontfehler der Kalibrierwelle von Formfehlern des Kalibrierob- jekts trennen.

Gemäß einer Ausführungsform werden die unterschiedlichen Kalibrierpositionen des Kalibrierobjekts durch eine Kombination aus Verschieben und Verkippen des Kalib- rierobjekts eingestellt. Weiterhin können für die verschiedenen Kalibrierpositionen auftretende Retrace-Fehler rechnerisch berücksichtigt werden.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts bereitgestellt. Dieses Verfahren um- fasst die Schritte: Bereitstellen eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Ele- ments, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer Wellenfront in Gestalt einer Frei- formfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle zu erzeugen, Kalibrieren des diffrak- tiven optischen Elements gemäß einer der vorausgehend beschriebenen Ausfüh- rungsformen bzw. Ausführungsvarianten, Erfassen eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Test- objekts erzeugten Messinterferogramms, sowie Ermitteln der Form der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung des Messinterferogramms unter Berücksichtigung des Kalibrierinterferogramms.

Gemäß einer Ausführungsform kann zum Zwecke der Prüfung mehrerer zueinander ähnlicher, aber doch voneinander verschiedener, Freiformflächen die Gesamtheit aller Prüfwellenfrontdifferenzen, d.h. der Differenzen zwischen den Wellenfronten von Prüfwelle und Kalibrierwelle, kleingehalten werden, beispielsweise durch Wahl der realisierten Prüfwellenfrontdifferenz als Mittelwert der Prüfwellenfrontdifferenzen aller geprüfter Freiformflächen.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer jeweiligen Form einer Vielzahl von Oberflächen bereitgestellt. Die Oberflächen weisen jeweils die Gestalt einer Freiformfläche auf, wobei ein astigmatischer Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformfläche von einer bestangepassten Sphäre zwischen 70% und 90%, insbesondere zwischen 75% und 85%, liegt. Das erfin- dungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt: Kalibrieren von interferometrisch be- stimmten Formmessergebnissen der Oberflächen mittels einer einheitlichen Kalibrier- fläche, wobei eine Abweichung der einheitlichen Kalibrierfläche von einer bestange- passten Sphäre einen astigmatischen Anteil aufweist, welcher dem Mittelwert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der Oberflächen entspricht.

Bezüglich der Definition des astigmatischen Anteils wird insbesondere auf DE 10 2013226 668 A1 verwiesen. Die vermessenen Oberflächen sind aufgrund des ge- nannten astigmatischen Anteils zueinander ähnlich, aber doch voneinander ver- schieden. Mit anderen Worten wird zur Bestimmung der jeweiligen Form einer Viel- zahl von Oberflächen unter jeweiliger Verwendung einer Kalibrierfläche lediglich eine einzige Kalibrierfläche benötigt. Die Bestimmung der Formmessergebnisse der Ober- flächen kann jeweils analog zum vorstehend beschriebenen interferometrischen Messverfahren erfolgen, wobei die Kalibrierwelle jeweils an die genannte einheitliche Kalibrierfläche angepasst ist.

Wie vorstehend erwähnt, weist eine Abweichung der einheitlichen Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil auf, welcher dem Mittel- wert der astigmatischen Anteile der Vielzahl der Oberflächen entspricht. Darunter ist zu verstehen, dass der der einheitlichen Kalibrierfläche zugeordnete astigmatische Anteil um maximal 10%, insbesondere maximal 5%, von dem genannten Mittelwert abweicht.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein optisches Element für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage mit einer optischen Oberfläche be- reitgestellt, welche eine Sollform in Gestalt einer Freiformfläche und eine Abwei- chung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform mit einem quadratischen Mittelwert von maximal 100 pm aufweist, wobei die Sollform eine ma- ximale Abweichung von ihrer bestangepassten Sphäre aufweist, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt. Insbesondere beträgt der quadratische Mittelwert der Abweichung der tatsächlichen Form von der Sollform maximal 20 pm, insbesondere maximal 10 pm. Der quadratische Mittelwert (QMW) ist auch unter der englischen Abkürzung RMS bekannt (englisch „Root Mean Square“). Eine mikrolithographische Belichtungsanlage umfasst eine Strahlungsquelle, ein Beleuchtungssystem zur An- strahlung einer Maske sowie ein Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstruk- turen auf ein Substrat. Weiterhin weicht die Sollform von jeder rotationssymmetri- schen Asphäre um mindestens 5 pm, insbesondere um mindestens 10 pm, ab.

Die Sollform weist am Punkt der maximalen Abweichung von der bestangepassten Sphäre einen Abweichungswert auf, welcher mindestens 0,1 mm und höchstens um 20 mm beträgt. Anders formuliert, beträgt die maximale Abweichung der Sollform von jeder beliebigen Sphäre mindestens 0,1 mm, die Abweichung von der bestangepass- ten Sphäre beträgt jedoch maximal 20 mm. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung der Sollform von ihrer bestangepassten Sphäre mindes- tens 1 mm, insbesondere mindestens 5 mm. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung höchstens 8 mm. Unter der bestangepassten Sphäre kann gemäß einer Ausführungsvariante die- jenige Sphäre verstanden werden, bei der die maximale Abweichung von der Soll- form am kleinsten ist. Alternativ kann die bestangepasste rotationssymmetrische Re- ferenzfläche auch durch Minimierung des quadratischen Mittels der Abweichung oder durch Minimierung der mittleren Abweichung bestimmt werden. Unter einer Freiform- fläche wird eine nicht-sphärische Fläche ohne Rotationssymmetrie verstanden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als Spiegelelement für eine mikrolithographische Belichtungsanlage im EUV-Wellenlängenbereich konfi- guriert. Unter dem EUV-Wellenlängenbereich (extrem ultravioletter Wellenlängenbe- reich) wird der Wellenlängenbereich unter 100 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, verstanden.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungs- beispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Kalibrier- verfahren bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur interferometrischen Formbe- stimmung übertragen werden, und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der er- findungsgemäßen 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 schutzfä- hig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausfüh- rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestim- mung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung einer an eine Sollform der Oberfläche angepass- ten Prüfwelle,

Fig. 2 das diffraktive optische Element gemäß Fig. 1 mit einem mehrfachkodierten diffraktiven Strukturmuster zur Erzeugung von Kalibrierwellen neben der Prüfwelle,

Fig. 3a das diffraktive optische Element gemäß Fig. 2 bei der Vermessung eines ers- ten Kalibrierobjekts mitels einer ersten Kalibrierwelle,

Fig. 3b das diffraktive optische Element gemäß Fig. 2 bei der Vermessung eines zweiten Kalibrierobjekts mitels einer zweiten Kalibrierwelle,

Fig. 3c das diffraktive optische Element gemäß Fig. 2 bei der Vermessung eines drit- ten Kalibrierobjekts mitels einer driten Kalibrierwelle,

Fig. 3d das diffraktive optische Element gemäß Fig. 2 bei der Vermessung der opti- schen Oberfläche des Testobjekts,

Fig. 3e eine Veranschaulichung der ersten Kalibrierwelle gemäß Fig. 3a sowie der Prüfwelle gemäß Fig. 3c beim Auftreten eines nachteiligen Sonderfalls,

Fig. 4 eine Ausführungsform eines Ringtorus, an dem ein erster Oberflächenaus- schnit gekennzeichnet ist,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnitansicht entlang der Linie Vl-Vl in Fig. 4,

Fig. 7 der Ringtorus gemäß Fig. 4, an dem ein weiterer Oberflächenausschnitt ge- kennzeichnet ist,

Fig. 8 eine Schnitansicht entlang der Linie Vlll-Vlll in Fig. 7, Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX- IX in Fig. 7,

Fig. 10 der Ringtorus gemäß Fig. 4 in aufgeschnittener Darstellung,

Fig. 11 eine Ausführungsform eines elliptischen Spindeltorus, an dem ein Oberflä- chenausschnitt gekennzeichnet ist,

Fig. 12 eine Schnittansicht entlang der Linie Xll-Xll in Fig. 11,

Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XII l-XI 11 in Fig. 11,

Fig. 14a das diffraktive optische Element gemäß Fig. 1 sowie ein Kalibrierobjekt, wel- ches in einer ersten Kalibrierposition angeordnet ist,

Fig. 14b das diffraktive optische Element gemäß Fig. 1 sowie ein Kalibrierobjekt, wel- ches in einer zweiten Kalibrierposition angeordnet ist,

Fig. 15 eine Draufsicht auf das Kalibrierobjekt mit Veranschaulichung von in unter- schiedlichen Kalibrierpositionen angestrahlten Flächen,

Fig. 16a eine beispielhafte Sollform der optischen Oberfläche des Testobjekts gemäß Fig. 1 in einer ersten Schnittebene, eine beispielhafte nicht-rotationssymmetrische Form einer Kalibrierwelle sowie eine bezüglich der Sollform bestangepasste Kreis- form,

Fig. 16b eine beispielhafte Sollform der optischen Oberfläche des Testobjekts gemäß Fig. 1 in einer zweiten Schnittebene, eine beispielhafte nicht-rotationssymmetrische Form einer Kalibrierwelle sowie eine bezüglich der Sollform bestangepasste Kreis- form, sowie

Fig. 17 eine beispielhafte Ausführungsform der optischen Oberfläche eines optischen Elements eine Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Belichtungsanlage. Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Ele- mente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimm- ten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.

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 Fig. 1 verläuft die x-Richtung senk- recht zur Zeichenebene in diese hinein, die y-Richtung nach oben und die z-Richtung nach rechts.

Fig. 1 veranschaulicht eine interferometrische Messvorrichtung 10 in einer beispiel- haften Ausführungsform nach der Erfindung. Die Messvorrichtung 10 ist geeignet zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 in Gestalt eines optischen Elements. Dies erfolgt durch Ermittlung einer Abwei- chung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform.

Das Testobjekt 14 kann beispielsweise in Gestalt einer optischen Linse oder eines Spiegels ausgeführt sein. Im dargestellten Fall handelt es sich beim Testobjekt 14 um einen konkaven Spiegel für die EUV-Lithographie, d.h. einen Spiegel, der zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Belichtungswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich, insbesondere zur Verwen- dung im Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage, konzipiert ist. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm, und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm und/oder etwa 6,8 nm.

Das optische Testobjekt 14 ist in der Messvorrichtung 10 mittels einer nicht zeichne- risch dargestellten Halterung montiert. Die Messvorrichtung 10 ist dazu konfiguriert, optische Oberflächen 12 zu vermessen, deren Sollform eine Freiformfläche ist. Unter einer Freiformfläche ist in diesem Text eine Form mit einer Abweichung von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 pm, insbesondere mehr als 10 pm, zu verstehen, weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm, ab.

Die interferometrische Messvorrichtung 10 umfasst ein Interferometer 16, welches wiederum eine Lichtquelle 18, einen Strahlteiler 34 sowie eine Erfassungseinrichtung 46 in Gestalt einer Interferometerkamera umfasst. Die Lichtquelle 18 erzeugt eine Beleuchtungsstrahlung 20 und umfasst dazu beispielsweise einen Laser 22, wie et- wa einen Helium-Neon-Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls 24. Die Beleuch- tungsstrahlung 20 weist ausreichend kohärentes Licht zur Durchführung einer interfe- rometrischen Messung auf. Im Falle eines Helium-Neon-Lasers beträgt die Wellen- länge der Beleuchtungsstrahlung 20 etwa 633 nm. Die Wellenlänge der Beleuch- tungsstrahlung 20 kann aber auch andere Wellenlängen im sichtbaren und nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen.

Der Laserstrahl 24 wird von einer Fokussierlinse 26 auf eine Blende 28 derart fokus- siert, dass ein divergenter Strahl 30 kohärenten Lichts von der Blendenöffnung aus- geht. Die Wellenfront des divergenten Strahls 30 ist im Wesentlichen sphärisch. Der divergente Strahl 30 wird von einer Linsengruppe 32 kollimiert, wodurch die Beleuch- tungsstrahlung 20 mit einer, im vorliegenden Fall im Wesentlichen ebenen Wellen- front erzeugt wird. Die Beleuchtungsstrahlung 20 breitet sich entlang einer optischen Achse 56 des Interferometers 16 aus und durchläuft den Strahlteiler 34.

Daraufhin trifft die Beleuchtungsstrahlung 20 auf ein Fizeauelement 36 mit einer Fizeaufläche 38. Ein Teil des Lichts der Beleuchtungsstrahlung 20 wird als Refe- renzwelle 40 an der Fizeaufläche 38 reflektiert. Das das Fizeauelement 36 durchlau- fende Licht der Beleuchtungsstrahlung 20 breitet sich als eingehende Messwelle, nachfolgend Eingangswelle 42 bezeichnet, mit einer ebenen Wellenfront 44 weiter entlang der optischen Achse 56 aus und trifft auf ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element 60. In anderen Ausführungsformen der Messvorrichtung 10 kann die Wellenfront der Eingangswelle 42 auch sphärisch sein. Das diffraktive optische Element 60 umfasst ein bezüglich der Wellenlänge der Be- leuchtungsstrahlung 20 durchlässiges Substrat 62 sowie ein auf dem Substrat 52 angeordnetes diffraktives Strukturmuster 64 in Gestalt eines computergenerierten Hologramms (CGH).

In einer ersten Ausführungsform ist das Strukturmuster 64 derart konfiguriert, dass die Eingangswelle 42 durch Beugung am Strukturmuster 64 in eine Prüfwelle 66 in Gestalt einer Freiformfläche sowie mindestens eine Kalibrierwelle 68 (vgl. Fig. 2) mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form aufgespalten wird. Im allgemeinen Fall ist unter einer nicht-rotationssymmetrischen Form eine Form zu verstehen, welche von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 pm abweicht. Ge- mäß einer Ausführungsvariante weicht die nicht-rotationssymmetrische Form von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre um mehr als 5 pm ab, weiterhin kann die nicht-rotationssymmetrische Form die vorstehend definierte Form einer Frei- formfläche aufweisen. Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der nicht-rotationssymmetrischen Form beschrieben, welche neben dem allgemeinen Merkmal der Abweichung von mindestens 50 pm von jeder beliebigen rotationssym- metrischen Form durch weitere Parameter gekennzeichnet ist.

Alternativ zur in Fig. 1 veranschaulichten interferometrischen Messvorrichtung 10 mit einem Fizeau-Element 36 zur Erzeugung der Referenzwelle 40 kann die Referenz- welle auch am diffraktiven optischen Element 60 erzeugt werden, wie beispielsweise in Fig. 1 von DE 102015209490 A1 dargestellt, und mittels eines Referenzspiegels zurückgeworfen werden.

In der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform werden am Strukturmuster 64 neben der Kalibrierwelle 68 zwei weitere Kalibrierwellen 70 und 72 erzeugt. Die Ka- librierwellen 70 und 72 können jeweils eine ebene oder eine sphärische Wellenfront aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform weisen eine oder beide der weiteren Ka- librierwellen 70 und 72 jeweils, wie die Kalibrierwelle 68, eine nicht- rotationssymmetrische Form auf, die jedoch anders geartet ist als bei der Kalibrier- welle 68. Die Prüfwelle 66 ist auch in Fig. 1 eingezeichnet und dient zur Vermessung der tat- sächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Die Prüfwelle 66 weist dazu eine Wellenfront auf, die an die Sollform der optischen Oberfläche 12 an- gepasst ist. Wie vorstehend erwähnt, weist die Prüfwelle 66 die Form einer Freiform- fläche auf.

Vor Vermessung des Testobjekts 14, bei dem dieses, wie in Fig. 1 veranschaulicht, im Strahlengang der Prüfwelle 66 angeordnet wird, wird die Messvorrichtung 10 zu- nächst in einem Kalibriermodus betrieben. In diesem Modus wird zunächst anstatt des Testobjekts 14 ein erstes Kalibrierobjekt 74 ausgangswellenseitig bezüglich des diffraktiven optischen Elements 60, und zwar im Strahlengang der ersten Kalibrier- welle 68 angeordnet, wie schematisch in Fig. 3a dargestellt. Die Form der Kalibrier- welle 68 entspricht mit Ausnahme von Fehlerabweichungen der Form einer Kalibrier- fläche 76 des Kalibrierobjekts 74, d.h. die Form der Kalibrierfläche 76 des Kalib- rierobjekts 74 ist an die vorstehend erwähnte nicht-rotationssymmetrische Sollform der Kalibrierwelle 68 angepasst. Diese nicht-rotationssymmetrische Sollform dient damit sowohl für die Kalibrierwelle 68 als auch für das Kalibrierobjekt 74 als Sollform.

Die Kalibrierwelle 68 trifft auf die Kalibrierfläche 76 des Kalibrierobjekts 74 auf und wird an dieser in sich selbst zurückreflektiert. Die reflektierte Kalibrierwelle 68 durch- läuft abermals das diffraktive optische Element 60 und wird nach Reflexion am Strahlteiler 34 mittels eines Objektivsystems 48 der Erfassungseinrichtung 46 auf eine Erfassungsfläche 50 eines Kamerachips 52 der Erfassungseinrichtung 46 ge- lenkt (vgl. Fig. 1 unter Ersetzung der Prüfwelle 66 durch die Kalibrierwelle 68).

Auf der Erfassungsfläche 50 entsteht durch Überlagerung mit der Referenzwelle 40 ein Kalibrier-Interferenzmuster, aus welchem mittels einer Auswerteinrichtung 54 die Abweichung der Kalibrierwelle 68 von ihrer Sollwellenfront bestimmt wird. Dies erfolgt jedoch unter der Annahme, dass etwaige Abweichungen des Kalibrierobjekts 74 von der Sollform vernachlässigbar sind. Damit wird die tatsächliche Wellenfront der Kalib- rierwelle 68 mittels des Kalibrierobjekts hochgenau bestimmt. Die Abweichungen der Kalibrierwelle 68 von ihrer Sollwellenfront werden als Kalibrierabweichungen K1 in der Auswerteeinrichtung 54 abgespeichert. Gemäß einer in den Figuren 14a, 14b und 15 veranschaulichten Ausführungsvarian- te der Bestimmung der Kalibrierabweichungen K1 wird das Kalibrierobjekt 74 an mehreren unterschiedlichen Kalibrierpositionen vermessen. Dazu wird das Kalib- rierobjekt 74 vorzugsweise derart konfiguriert, dass der Durchmesser der Kalibrierflä- che 76 mindestens 5%, insbesondere mindestens 10%, größer ist als der Durchmes- ser der Kalibrierwelle 68, d.h. bei zentraler Einstrahlung der Kalibrierwelle 68 ver- bleibt ein entsprechender unbestrahlter Randbereich auf der Kalibrierfläche 76.

Zur Einstellung der unterschiedlichen Kalibrierpositionen wird das Kalibrierobjekt 74 mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Positioniereinrichtung durch eine Kom- bination aus Verkippen und insbesondere Verschieben verlagert. Fig. 14a zeigt eine erste Kalibrierposition des Kalibrierobjekts 74, in der die Kalibrierwelle 68 im Wesent- lichen zentral auf die Kalibrierfläche 76 auftrifft. Dabei treffen die Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 im Wesentlichen senkrecht auf die Kalibrierfläche 76 auf.

Fig. 14b zeigt eine zweite Kalibrierposition, welche ausgehend von der ersten Kalib- rierposition durch ein nach unten Verkippen des Kalibrierobjekts 74 (d.h. Verkippen bezüglich der x-Achse) eingestellt wird, sodass der von der Kalibrierwelle 68 be- strahlte Bereich der Kalibrierfläche beispielsweise um mindestens 5% oder mindes- tens 10% des Durchmessers der Kalibrierwelle 68 nach oben verschoben wird. Auch hier treffen die Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 im Wesentlichen senkrecht auf die Kalibrierfläche auf. Um dies sicherzustellen, erfolgt neben der genannten Verkip- pung eine geeignete Verschiebung des Kalibrierobjekts 74 in der y-z-Ebene.

Wie nachstehend näher erläutert, kann die Querschnittsform der Kalibrierfläche 76 und damit auch der Wellenfront der Kalibrierwelle 70 z.B. kreisförmig oder auch pa- rabelförmig sein. Durch eine geeignete Kombination aus Verkippung und Verschie- bung lässt sich sowohl bei einer kreisförmigen als auch bei einer parabelförmigen Querschnittsform auch in der in Fig. 14b veranschaulichten zweiten Kalibrierposition eine im Wesentlichen senkrechte Einstrahlung der Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68 bewirken. Bei einer kreisförmigen Querschnittsform spricht man bei der Kombina- tion aus Verkippung und Verschiebung auch von einer „Verkugelung“. Fig. 15 veranschaulicht in Draufsicht auf die Kalibrierfläche 76 die jeweilige, in unter- schiedlichen Kalibrierpositionen, von der Kalibrierwelle 68 bestrahlte Fläche. Die mit Bezug auf Fig. 14a beschriebene zentrale Kalibrierposition ist mit P1 und die mit Be- zug auf Fig. 14b beschriebene nach unten verkippte Kalibrierposition mit P2 be- zeichnet. Durch ein entsprechendes nach oben Verkippen des Kalibrierobjekts 74 lässt sich unter gleichzeitiger Verschiebung in der y-z-Ebene die mit P3 bezeichnete Kalibrierposition einstellen. Weiterhin können die mit P4 und P5 bezeichneten Kalib- rierpositionen durch nach links bzw. nach rechts Verkippen des Kalibrierobjekts (d.h. Verkippen bzgl. der y-Achse) unter gleichzeitiger Verschiebung des Kalibrierobjekts 74 in der x-y-Ebene eingestellt werden.

Für einige oder alle dieser weiteren Kalibrierpositionen P2 bis P5, und ggf. für weite- re Kalibrierpositionen, werden gemäß einer Ausführungsform anlog zur Kalibrierposi- tion P1 entsprechende Kalibrier-Interferogramme aufgezeichnet. Durch Auswertung aller aufgezeichneten Kalibrier-Interferogramme durch die Auswerteeinrichtung 54 mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus können nun Wellenfrontfehler der Ka- librierwelle 68 von Formfehlern des Kalibrierobjekts 74 getrennt werden. Mit anderen Worten können gemäß dieser Ausführungsform die tatsächlichen Abweichungen des Kalibrierobjekts 74 von der Sollform berücksichtigt werden und somit die tatsächliche Wellenfront der Kalibrierwelle 68 sowie die Kalibrierabweichungen K1 mit einer wei- ter verbesserten Genauigkeit bestimmt werden. Zur weiteren Verbesserung der Ge- nauigkeit der Kalibrierabweichungen K1 können die für die verschiedenen Kalibrier- positionen P1 bis P5 auftretenden Retrace-Fehler, d.h. die aufgrund der Linsenfehler in der Optik der interferometrischen Messvorrichtung 10 in Abhängigkeit des Strah- lengangs der Prüfwelle 66 durch die Optik akkumulierten Fehler, rechnerisch berück- sichtigt werden.

Bei der Auswertung der unterschiedlichen Kalibrier-Interferogramme werden gemäß einer Ausführungsform die in den verschiedenen Kalibrierpositionen P1 bis P5 vor- liegenden und jeweilige Subaperturen der Kalibrierfläche 76 beleuchtenden Wellen- frontabschnitte der Kalibrierwelle 68 durch sogenannte Stitching-Verfahren zusam- mengesetzt. Zusätzlich zu den mittels der Kalibrierwelle 68 bestimmten Kalibrierabweichungen K1 können gemäß der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform anhand der weite- ren Kalibrierwellen 70 und 72 weitere Kalibrierabweichungen K2 und K3 bestimmt werden. Die Ausbreitungsrichtungen der Kalibrierwellen 70 und 72 unterscheiden sich einerseits voneinander und andererseits von der Ausbreitungsrichtung der Kalib- rierwelle 68. Die Bestimmung der Kalibrierabweichungen K2 und K3 erfolgt analog zur Bestimmung der Kalibrierabweichungen K1 unter Anordnung des in Fig. 3b ver- anschaulichten Kalibrierobjekts 78 mit der Kalibrierfläche 80 im Strahlengang der Kalibrierwelle 70 sowie des in Fig. 3c veranschaulichten Kalibrierobjekts 82 mit der Kalibrierfläche 84 im Strahlengang der Kalibrierwelle 72.

Durch Auswertung der ermittelten Kalibrierabweichungen K1 bis K3 können nun x- und y-Koordinaten von Verzeichnungen der die Kalibrierwellen 68, 70 und 72 erzeu- genden Phasenfunktionen des diffraktiven Strukturmusters 64 auf dem diffraktiven optischen Element 60 ermittelt werden. Weiterhin können aus den Kalibrierabwei- chungen K1 bis K3 Form- und/oder Profilabweichungen der das diffraktive Struktur- muster 64 aufweisenden Substratoberfläche des diffraktiven optischen Elements 60 bestimmt werden. Aus den so gewonnenen Verzeichnungskoordinaten sowie Form- und/oder Profilabweichungen wird daraufhin auf die Verzeichnung in x- und y- Koordinaten sowie die Form und/oder Profilabweichungen des gesamten diffraktiven Strukturmusters 64 geschlossen. Diese Abweichungsdaten werden in der Auswer- teeinrichtung 54 abgespeichert und dienen der Korrektur der Prüfwelle 66 bei der nun folgenden Vermessung der Oberflächenform des Testobjekts 14.

Dazu wird der Prüfling in Gestalt des Testobjekts 14, wie in Fig. 1 sowie Fig. 3d ge- zeigt, derart im Strahlengang der Prüfwelle 66 angeordnet, dass diese in Autokolli- mation auf die optische Oberfläche 12 trifft und daran reflektiert wird. Die reflektierte Welle läuft daraufhin durch das diffraktive optische Element 60 in das Interferometer 16 als rücklaufende Prüfwelle 66 zurück. Die rücklaufende Prüfwelle 66 interferiert mit der Referenzwelle 40 auf der Erfassungsfläche 50 und erzeugt damit ein Prüf- Interferogramm. Das Prüf-Interferogramm wird mittels der Auswerteeinrichtung 54 ausgewertet und daraus die Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Ober- fläche 12 von ihrer Sollform ermittelt. Bei der Auswertung werden alle zuvor bei der Vermessung der Kalibrierflächen ermittelten Abweichungsdaten berücksichtigt. In Fig. 3e wird ein nachteiliger Sonderfall übereinstimmender Beugungsrichtungen zwischen Kalibrierwelle und Prüfwelle an einer sogenannten Polstelle 86 veran- schaulicht, welcher jedoch aufgrund der durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Kalibrierwelle mit einer nicht-rotationssymmetrischen Form ermöglichten Frei- heitsgrade vermieden werden kann. Dieser nachteilige Sonderfall wird in Fig. 3e durch gleichzeitige Darstellung einerseits der Einzelstrahlen 66-1 bis 66-6 der an die Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 angepassten Prüfwelle 66 und anderer- seits der Einzelstrahlen 68a-1 bis 68a-6 der Kalibrierwelle 68a dargestellt, welche an die Kalibrierfläche 76a einer nachteiligen Ausführungsform des ersten Kalibrierob- jekts 74a angepasst ist.

Wie in Fig. 3e ersichtlich, laufen die in der gezeigten nachteiligen Ausführungsform die von dem als Polstelle 86 bezeichneten Punkt des diffraktiven Strukturmusters 64a des zugehörigen diffraktiven optischen Elements 60a ausgehenden Einzelstrah- len 66-4 (der Prüfwelle 66) und 68a-4 (der Kalibrierwelle 68) auf dem gleichen Weg entlang. An der Polstelle 86 weist die Differenz der beiden zugehörigen Phasenfunk- tionen des zugehörigen diffraktiven Strukturmusters 64a eine Nullstelle auf, was in verhältnismäßig großen Furchenabständen im diffraktiven Strukturmuster 64a resul- tiert. Diese können wiederum die Beugungsintensität nachteilig beeinflussen. Verein- facht ausgedrückt, führt dieser Fall zu einer Lücke im diffraktiven Strukturmuster 64a. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann aufgrund der Freiheitsgrade bei der Konfigu- rierung der Kalibrierwelle 68, die durch die Verwendung einer nicht- rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer astigmatischen Form, für die Ka- librierwelle 68 zur Verfügung stehen, eine derartige Polstelle vermieden werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann zur interferometrischen Vermessung einer je- weiligen Form einer Vielzahl optischer Oberflächen 12, welche dahingehend ähnlich sind, dass deren jeweils die Gestalt einer Freiformfläche aufweisenden Sollformen einen jeweiligen astigmatischen Anteil einer Abweichung der jeweiligen Freiformflä- che von einer bestangepassten Sphäre mit einem Wert zwischen 70% und 90% auf- weisen, eine einheitliche Kalibrierfläche zur Kalibrierung der Formmessergebnisse verwendet werden. Dabei kann die einheitliche Kalibrierfläche derart konfiguriert sein, dass eine Abweichung der Kalibrierfläche von einer bestangepassten Sphäre einen astigmatischen Anteil aufweist, welcher dem Mittelwert der astigmatischen An- teile der Vielzahl der optischen Oberflächen entspricht.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 13 verschiedene Aus- führungsformen der vorstehend erwähnten, nicht-rotationssymmetrischen Form der Kalibrierwelle 68 sowie des zugehörigen Kalibrierobjekts 74 veranschaulicht. Wie vorstehend erwähnt, ist die nicht-rotationssymmetrische Form dadurch gekennzeich- net, dass sie von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Form um mindestens 50 pm abweicht. Die nachstehend veranschaulichten Ausführungsformen der nicht- rotationssymmetrischen Form können bei weiteren am diffraktiven Strukturmuster 64 des diffraktiven optischen Elements 60 erzeugten Kalibrierwellen, wie etwa den Ka- librierwellen 70 und 72, Verwendung finden.

Bei sämtlichen in den Figuren 4 bis 13 dargestellten Ausführungsformen entspricht die nicht-rotationssymmetrische Form der Kalibrierwelle 68, nachstehend mit 68f be- zeichnet, der Form eines Ausschnitts einer Oberfläche 89 eines in Fig. 10 veran- schaulichten Rotationskörpers 88. Dieser wird durch Rotation einer zu einer Symmet- rieachse 92 symmetrischen Rotationsfläche 90 um eine Drehachse 94 gebildet. Die Symmetrieachse 92 ist in den gezeigten Ausführungsformen parallel zu Drehachse 94 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen kann die Symmetrieachse 92 auch nicht-parallel gegenüber der Drehachse 94 ausgerichtet sein. Die Rotationsflä- che 90, welche wegen ihrer Achsensymmetrie auch als „spiegelsymmetrisch“ be- zeichnet werden kann, kann beispielsweise rotationssymmetrisch und damit kreis- förmig (vgl. Rotationsfläche 90a) oder auch nicht-rotationssymmetrisch, wie etwa el- liptisch (vgl. Rotationsfläche 90b mit großer Halbachse a senkrecht zur Drehachse 94 sowie Rotationsfläche 90c mit kleiner Halbachse a senkrecht zur Drehachse 94) konfiguriert sein.

Der Abstand zwischen der Drehachse 94 und der Symmetrieachse 92 ist der Radius R des Rotationskörpers 88. Der Radius R kann größer, gleich oder kleiner als der Radius r der Rotationsfläche 90a bzw. als die Halbachse der Rotationsfläche 90b bzw. 90c senkrecht zur Symmetrieachse 92 sein. Im Fall der kreisförmigen Rotati- onsfläche 90a ergibt sich für den R > r für den Rotationskörper 88 der in Fig. 10 dar- gestellte Ringtorus, im Fall R = r ein sogenannter Horntorus und für den Fall R < r ein sogenannter Spindeltorus. Im Fall der kreisförmigen Rotationsfläche 90a gilt erfin- dungsgemäß R F 0.

Im Fall der elliptischen Rotationsflächen 90b bzw. 90c ergeben sich analoge Körper, die hier als „elliptischer Ringtorus“ für R > a, „elliptischer Horntorus“ für R = a sowie „elliptischer Spindeltorus“ für R < a bezeichnet werden. Im Fall der elliptischen Rota- tionsflächen 90b bzw. 90c ist auch der Fall R = 0 erlaubt. Ein Beispiel eines „ellipti- schen Spindeltorus“ mit R=0 ist in Fig. 11 dargestellt.

In den Figuren 4 und 7 werden beispielhaft zwei unterschiedliche Ausschnitte aus der Oberfläche 89 des in Fig. 10 dargestellten Rotationsköpers 88 in Gestalt eines Ringtorus jeweils als nicht-rotationssymmetrische Form 68f der Kalibrierwelle 68 ge- wählt. Diese Form 68f ist jeweils spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine durch die in Fig. 4 mit V-V bezeichnete Linie bzw. die in Fig. 7 mit Vlll-Vlll bezeichnete Linie ver- laufende Spiegelebene. In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 befindet sich der ge- wählte Ausschnitt an der Außenseite des Ringtorus und weist damit eine konvexe Form auf.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie V-V und Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie Vl-Vl jeweils in der im rechten Abschnitt von Fig. 4 dargestellten Abbildung der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f. Mit anderen Worten zeigen die Figuren 5 und 6 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellenfront der Kalibrierwelle 68 entlang senkrecht zueinander angeordneten Querschnittsflächen, nämlich einmal entlang der y-z-Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. In jeder dieser beiden Querschnittsflächen weist die Form 68f der Wellenfront eine Kreisform und damit eine gebogene Form auf. Die Kreisformen weisen die gleiche Krümmungs- richtung auf und unterscheiden sich in ihrem Öffnungsparameter in Form ihres jewei- ligen Radius n bzw. xz.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 befindet sich der gewählte Ausschnitt an der Innenseite des Ringtorus und weist damit eine Sattelform auf. Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie Vlll-Vlll und Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in der im rechten Abschnitt von Fig. 7 dargestellten Abbildung der nicht- rotationssymmetrischen Form 68f. Analog zu den Figuren 5 und 6 zeigen die Figuren 8 und 9 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellenfront der Kalibrierwelle 68 gemäß Fig. 7 entlang senk- recht zueinander angeordneten Querschnittsflächen, nämlich einmal entlang der y-z- Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. Auch hier weist die Wellenfront in jeder dieser beiden Querschnittsflächen eine Kreisform und damit eine gebogene Form auf. Die Kreisformen weisen unterschiedliche Krümmungsrichtungen und damit be- reits unterschiedliche Öffnungsparameter, nämlich Radien mit unterschiedlichen Vor- zeichen auf (n > 0 bzw. k < 0), weiterhin unterscheiden sich auch die Beträge der beiden Radien ( |n| < |r2| ).

In der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform des Rotationskörpers 88 in Gestalt eines „elliptischen Spindeltorus“ mit R=0 weist der an der Vorderseite des Rotations- körpers 88 gewählte Ausschnitt 68f analog zum Ausschnitt gemäß Fig. 5 eine konve- xe Form, jedoch mit parabelförmigen Querschnittsverläufen, auf. Die Form des Aus- schnitts 68f ist spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine durch die mit Xll-Xll bezeichne- te Linie verlaufende Spiegelebene.

Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie Xll-Xll und Fig. 13 eine Schnittan- sicht entlang der Linie Xlll-Xlll jeweils in der im rechten Abschnitt von Fig. 11 darge- stellten Abbildung der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f. Mit anderen Worten zeigen die Figuren 12 und 13 Querschnitte durch eine Ausführungsform der Wellen- front der Kalibrierwelle 68 entlang senkrecht zueinander angeordneten Querschnitts- flächen, nämlich einmal entlang der y-z-Ebene und einmal entlang der x-z-Ebene. In jeder dieser beiden Querschnittsflächen ist die Form 68f der Wellenfront jeweils an den Scheitelbereich 98 einer Parabelform 96-1 bzw. 96-1 angenähert und weist da- mit eine gebogene Form auf.

Die in Fig. 12 dargestellte Parabelform 96-1 lässt sich wie folgt beschreiben: z= - aiy 2 +bi, die in Fig. 13 dargestellte Parabelform 96-2 wie folgt: z=-a2X 2 +b2, wobei in vorliegenden Fall gilt: bi=0 und b2=0. Die Öffnungsparameter der Parabel- formen in Form der Parabelöffnungen ai und a2 unterscheiden sich voneinander a2 < ai). Damit weist die Wellenfront der Kalibrierwelle 68 für die Ausführungsform gemäß Fig. 11 eine astigmatische Form auf. In den Figuren 16a und 16b wird eine beispielhafte Sollform 12a der optischen Ober- fläche 12 zusammen mit der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f der Kalibrierwel- le 68 sowie einer bestangepassten Kreisformen 100 in der jeweiligen Schnittansicht von Fig. 12 bzw. Fig. 13, d.h. in zwei zueinander orthogonalen Schnittebenen, veran- schaulicht. Als nicht-rotationssymmetrische Form 68f der Kalibrierwelle 68 ist zu Ver- anschaulichungszwecken, wie in den Figuren 12 und 13, eine an den jeweiligen Scheitelbereich 98 der Parabelformen 96-1 und 96-2 angenäherte Form gewählt. Die in den Figuren 16a und 16b eingezeichneten bestangepassten Kreisformen 100 stel- len jeweils die Schnittansicht durch eine an die Sollform 12a bestangepasste Sphäre dar und weisen damit den gleichen Radius auf.

Betrachtet man nun den Hub 102-1 bzw. 102-2, d.h. die maximale Abweichung, zwi- schen der Sollform 12a der optischen Oberfläche 12 und der Form 68f der Kalibrier- welle 68 in den beiden Schnittansichten der Figuren 16a und 16b, so wird deutlich, dass dieser gegenüber dem entsprechenden Hub 102a-1 bzw. 102a-2 zwischen der Sollform 12a und der bestangepassten Kreisform 100 erheblich verringert ist. Auf- grund dieses verringerten Hubes ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemä- ßen Kalibrierwelle 68 mit der nicht-rotationssymmetrischen Form 68f eine im Ver- gleich zur im Stand der Technik üblichen Verwendung einer sphärischen Kalibrier- welle eine erhebliche Verbesserung in der erzielbaren Kalibriergenauigkeit des dif- fraktiven optischen Elements 60.

In Fig. 17 ist schematisch die optische Oberfläche 12 eines optischen Elements der in Fig. 1 als Testobjekt 14 bezeichneten Art in der y-z-Ebene veranschaulicht. Im speziellen handelt es sich bei dem optischen Element 14 um ein Element eines Pro- jektionsobjektivs einer mikrolithographischen Belichtungsanlage, insbesondere um ein Spiegelelement für den EUV-Wellenlängenbereich.

Neben der optischen Oberfläche 12 in ihrer tatsächlichen Form sind in Fig. 17 analog zur Fig. 16a die Sollform 12a der optischen Oberfläche sowie die Schnittansicht der an die Sollform 12a bestangepassten Sphäre 104 dargestellt. Dabei ist die durch ei- ne zweidimensionale Abweichung D(x,y) beschriebene Abweichung der tatsächli- chen Form der optischen Oberfläche 12 von der Sollform 12a stark vergrößert und schematisiert dargestellt, wobei x und y die Koordinaten auf der Oberfläche 12 be- zeichnen.

Der über die gesamte optische Oberfläche 12 ermittelte quadratische Mittelwert der Abweichung D(x,y) beträgt maximal 100 pm, insbesondere maximal 20 pm. Die Soll- form 12a hingegen weist gegenüber der bestangepassten Sphäre 104 eine maximale Abweichung D auf, welche im Bereich von 0,1 mm und 20 mm liegt, d.h. die maxima- le Abweichung D beträgt mindestens 0,1 mm und maximal 20 mm. Insbesondere be- trägt der untere Wert des Bereichs 1 mm oder 5 mm und der obere Wert kann insbe- sondere 8 mm betragen.

Bei einem Querschnitt der optischen Oberfläche 12 des optischen Elements 14 in der x-z-Ebene verläuft die optische Oberfläche 12, abgesehen von der durch D(x, y) be- schriebene Abweichung, entlang der in Fig. 16b dargestellten Sollform 12a. Die ma- ximale Abweichung der Sollform 12a von der bestangepassten Sphäre 104 ist in die- ser Schnittebene kleiner als die Abweichung D in der in Fig. 17 dargestellten Schnitt- ebene. In dieser Ausführungsform ist die maximale Abweichung in der Schnittebene gemäß Fig. 17 größer als in allen anderen möglichen Schnittebenen. Die maximale Abweichung D gemäß Fig. 17 wird daher, wie bereits vorstehend, als die maximale Abweichung D gegenüber der bestangepassten Sphäre angesehen.

Da die Sollform 12a in der x-z-Ebene (Fig. 16a) sich erheblich von der Sollform 12a in der y-z-Ebene (Fig. 16b) unterscheidet, weicht die Sollform 12a in dreidimensiona- ler Form von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre erheblich ab. Gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung der Soll- form 12a von jeder rotationssymmetrischen Asphäre mindestens 5 pm, insbesondere mindestens 10 pm.

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungs- formen 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 Ver- ständnis 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.

Bezugszeichenliste

10 interferometrische Messvorrichtung 12 optische Oberfläche 12a Sollform

14 Testobjekt

16 Interferometer

18 Lichtquelle

20 Beleuchtungsstrahlung 22 Laser

24 Laserstrahl

26 Fokussierlinse

28 Blende

30 divergenter Strahl 32 Linsengruppe

34 Strahlteiler

36 Fizeau-Element

38 Fizeau-Fläche

40 Referenzwelle 42 Eingangswelle

44 ebene Wellenfront 46 Erfassungseinrichtung 48 Objektivsystem

50 Erfassungsfläche 52 Kamerachip

54 Auswerteeinrichtung 56 optische Achse

60 diffraktives optisches Element

60a diffraktives optisches Element in nachteiliger Ausführungsform 62 Substrat

64 diffraktives Strukturmuster

64a diffraktives Strukturmuster in nachteiliger Ausführungsform

66 Prüfwelle

66-1 bis 66-6 Einzelstrahlen der Prüfwelle 66 68 Kalibrierwelle

68a-1 bis 68a-6 Einzelstrahlen der Kalibrierwelle 68a 68f nicht-rotationssymmetrische Form 70 Kalibrierwelle 72 Kalibrierwelle

74 erstes Kalibrierobjekt

74a erstes Kalibrierobjekt in nachteiliger Ausführungsform

76 Kalibrierfläche

76a Kalibrierfläche des Kalibrierobjekts 76 78 zweites Kalibrierobjekt

80 Kalibrierfläche 82 drittes Kalibrierobjekt 84 Kalibrierfläche 86 Polstelle 88 Rotationskörper

89 Oberfläche

90, 90a, 90b, 90c Rotationsfläche 92 Symmetrieachse 94 Drehachse 96-1 , 96-2 Parabelform

98 Scheitelbereich 100 bestangepasste Kreisform

102-1, 102-2 Hub bei Verwendung einer nicht-rotationssymmetrischen Kalib- rierwelle 102a-1, 102a-2 Hub bei Verwendung einer sphärischen Kalibrierwelle

104 bestangepasste Sphäre