用于表征测试物体的表面形状的设备和方法
阅读说明：本技术 用于表征测试物体的表面形状的设备和方法 (Apparatus and method for characterizing the surface shape of a test object ) 是由 J.赫茨勒 H.詹内怀恩 于 2019-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于表征测试物体的表面形状的设备和方法。根据本发明的用于表征测试物体的表面形状的设备具有：测试布置(130,230),用于使用测试波来确定测试物体(111,112,113,211,212,213)的表面形状,其中,该测试波具有由衍射光学元件处的衍射产生的波前；第一真空室(110,210)；以及第二真空室(120,220),其中,第二真空室(120,220)具有用于存放至少两个衍射光学元件(121,122,123,221,222,223)的供应室。(The present invention relates to an apparatus and method for characterizing the surface shape of a test object. The device for characterizing the surface shape of a test object according to the invention has: a test arrangement (130, 230) for determining a surface shape of a test object (111, 112, 113, 211, 212, 213) using a test wave, wherein the test wave has a wavefront resulting from diffraction at the diffractive optical element; a first vacuum chamber (110, 210); and a second vacuum chamber (120, 220), wherein the second vacuum chamber (120, 220) has a supply chamber for storing at least two diffractive optical elements (121, 122, 123, 221, 222, 223).)
本申请要求于2019年2月12日提交的德国专利申请DE 10 2019 201 762.2的优先权。此DE申请的内容通过援引并入本申请文本中。
发明背景
发明领域
本发明涉及一种用于表征测试物体的表面形状的设备和方法。
现有技术
显微光刻法用于生产微结构化部件，比如集成电路或LCD。显微光刻工艺在所谓的投影曝光设备中进行，该投影曝光设备具有照明装置和投影透镜。在此情况下通过投影透镜将通过照明装置照亮的掩模(＝分划板)的图像投影到涂覆有光敏层(光刻胶)并布置在投影透镜的像平面中的衬底(例如，硅晶片)上，以将掩模结构转移至衬底的光敏涂层上。
在被设计用于EUV范围(即，波长例如约13nm或约7nm)的投影透镜中，由于缺少可用的适合光透射式折射材料，所以反射镜被用作用于成像过程的光学部件。例如从US2016/0085061 A1已知的针对EUV设计的典型投影透镜的像侧数值孔径(NA)可以例如在NA＝0.55的区域中，并且投影透镜将(例如，环段形)物场成像到像平面或晶圆平面中。
像侧数值孔径(NA)的增大典型地伴随着在投影曝光设备中使用的反射镜的所需反射镜面积的扩大。这进而导致的结果是，除了制造之外，对测试反射镜的表面形状也提出了艰巨的挑战。在这种情况下，使用衍射光学元件(例如计算全息元件(CGH))的干涉测量方法被特别用于反射镜的高精度测试。在这种情况下，除了实际测试所需的功能之外，还已知编码至少一个另外的“校准功能”，用于提供在同一个CGH中用于校准或误差校正的参考波前(即，被设计为根据反射镜形状用于成形数学上对应于测试物体形式的波前的CGH结构)。
为了满足在测试显微光刻EUV反射镜时可适用的准确度方面的高要求，这种干涉测量方法典型地在真空条件下执行(典型压力小于100mbar、特别是小于1mbar的量级)。尤其这考虑到的情况是，由于例如空气的折射率的温度依赖性，如果干涉测试布置在大气压下操作，将需要准确度为10mK量级的高度准确的闭环温度控制。
然而，当在所需的上述真空条件下执行干涉反射镜测试时，在实践中出现的另一问题是，将光学部件引入真空室伴随着相应光学部件的表面冷却，这是抽空过程中空气膨胀的结果。为了避免由热致变形引起的温度相关测量误差，可以规划适当的温度控制阶段。然而，当测试反射镜时，这种温度控制阶段可能需要显著超过60分钟的等待(为了例如获得4mK的温度均匀性，以0.1nm的准确度测量EUV反射镜)，其结果是在相应的测量布置中获得的生产量受到不期望的限制。
上述问题甚至更严重，因为不同的衍射光学元件或CGH通常用于测试不同的测试物体或EUV反射镜，其结果是总的等待时间进一步延长。
关于现有技术，仅通过示例的方式参考DE 10 2015 209 490 A1和DE 10 2015202 676 B4。
发明内容
在上述背景下，本发明的目的是提供一种用于表征测试物体的表面形状的设备和方法，其使得可以提高测量准确度，同时至少部分地避免上述问题。
此目的通过根据独立专利权利要求1的特征的设备和根据替代性独立专利权利要求15的特征的方法来实现。
根据本发明的一方面，一种用于表征测试物体的表面形状的设备包括：
-测试布置，用于使用测试波来确定测试物体的表面形状，该测试波具有由衍射光学元件处的衍射产生的波前；
-第一真空室，以及
-第二真空室，
-其中，该第二真空室包括供应室，用于存放至少两个衍射光学元件。
特别地，当在不同的测试物体(例如，EUV反射镜)上执行干涉测量时，本发明(通过提供两个真空室，其中一个真空室具有用于存放多个衍射光学元件的供应室)能够确保相应的衍射光学元件(例如，CGH)能够永久地保持在真空中，结果是不利的长时间等待或温度控制阶段变得没有必要。
在此，在本申请的含义内，“供应室”应当理解为表示用于接收多个(即，至少两个)衍射光学元件的任何存放或支承设备。
此外，在本申请的含义内，真空状态应当理解为优选地是指(恒定或变化的)压力小于100mbar，特别是小于1mbar的状态。
在此，尤其本发明的出发点是，在衍射光学元件，例如CGH，(特别是具有石英玻璃制成的衬底的衍射光学元件)的情况下，即使在相对中等的真空条件(真空压力的范围例如从1mbar到100mbar)的情况下的如开篇所述的热致变形的问题对于干涉测量应用中的测量准确度具有关键影响，而-与所述CGH相比以及与在实际显微光刻投影曝光设备中的使用相比，实际测试物体(例如EUV反射镜)的热行为在这种情况下相对稳定。
从这个出发点开始，在本发明的实施例中，对于测试物体，在真空压力与大气压之间进行相应测试物体的改变，但是对于衍射光学元件或CGH，不进行相应的改变。
在这种情况下，本发明的范围既接受由于在真空中存放多个衍射光学元件而导致的安装空间增大的需求，又接受特别是用于调节干涉测试布置中的相应衍射光学元件或CGH的增加的自动化程度，以便作为回报，通过避免开篇所述的长时间的温度控制阶段来实现测试布置中所寻求的高产量。
根据一个实施例，第二真空室被配置为在设备操作期间永久保持真空状态。
根据一个实施例，第一真空室被配置为在设备操作期间在大气压状态与真空状态之间交替。
根据一个实施例，设备包括第一传送装置，用于将测试物体从外部区域传送到第一真空室中。
根据一个实施例，测试布置被布置在第二真空室中。
根据一个实施例，设备包括第二传送装置，用于分别将一个测试物体从第一真空室传送到第二真空室中。
根据另一个实施例，测试布置被布置在第一真空室中。
根据一个实施例，第一真空室和第二真空室被配置为在真空条件下第一真空室的端部接收来自第二真空室的相应的衍射光学元件。
根据一个实施例，设备包括交换机构，用于交换分别位于测试布置中的衍射光学元件。
根据一个实施例，这些衍射光学元件是计算全息元件(CGH)。
根据一个实施例，这些衍射光学元件包含石英玻璃(SiO2)。
根据一个实施例，这些测试物体是光学元件，特别是显微光刻光学元件。
根据一个实施例，这些测试物体是反射镜，特别是被设计用于在EUV条件下操作的反射镜。
本发明进一步涉及一种用于在具有上述特征的设备中使用的真空室系统，并且涉及一种使用具有上述特征的设备来表征测试物体的表面形状的方法。
本发明的其他配置可以从说明书和从属权利要求中获得。
下面基于附图所示示例性实施例更详细地说明本发明。
附图说明
在附图中：
图1至图2示出了用于说明本发明的示例性实施例的示意图；
图3示出了干涉测试布置的可能结构的示意图；
图4示出了干涉测试布置的另一种可能配置的示意图；以及
图5示出了被设计用于在EUV中操作的投影曝光设备的示意图。
具体实施方式
图5首先示出了示例性投影曝光设备的示意图，该投影曝光设备被设计用于在EUV中操作，并且包括可通过根据本发明的设备测试的反射镜。
根据图5，在被设计用于EUV的投影曝光设备510中的照明装置具有场分面反射镜503和光瞳分面反射镜504。来自光源单元(包括等离子体光源501和聚光反射镜502)的光被导引到场分面反射镜503处。第一望远镜反射镜505及第二望远镜反射镜506布置在光瞳分面反射镜504下游的光路中。偏转反射镜507布置在光路下游，所述偏转反射镜将入射在其上的辐射导引到投影透镜(包括六个反射镜521-526)的物平面中的物场处。在物场的位置处，反射结构支承掩模531布置在掩模台530上，所述掩模借助于投影透镜成像到像平面中，在像平面中，涂覆有光敏层(光刻胶)的衬底541位于晶圆台540上。
如下所述，在根据本发明的设备中测试的测试物体可以是例如投影曝光设备510的任何反射镜。
下面将参照图1和图2的示意图描述本发明的实施例。
尤其是图1和图2的实施例的共同之处在于，根据本发明的用于表征例如EUV反射镜的测试物体的表面形状的设备包括第一真空室(分别用“110”和“210”表示)和第二真空室(分别用“120”和“220”表示)，其中所述第二真空室120、220具有用于存放多个衍射光学元件(分别用121、122、123、……和221、222、223……表示，其数量根据原理需要而定)的供应室(图1至图2中未详细展示)。
在此，所述第二真空室120和220分别被配置为分别永久保持真空条件(例如，真空压力小于100mbar，特别是小于1mbar)，而第一真空室110和210分别被配置为在大气压与真空条件之间交替，如下所述。
在图1的实施例中，用于确定一个测试物体111、112、113……的表面形状的测试布置130分别位于第二真空室120中。仍将参照图3和图4a至图4b描述这种测试布置的可能配置。
此外，根据图1，第一真空室110被配置为具有对应气闸114、115的气闸室，通过该气闸室，可以将不同的测试物体111、112、113……从处于大气压的外部区域转移到在相反方向的第二真空室120中。根据图1，为此提供了两个传送装置150、160(用双箭头表示)，以便将相应的测试物体111、112、113……首先从外部区域(处于大气压)转移到在这种情况下用作气闸室的第一真空室110中，随后传送到处于真空条件的第二真空室120中。在这种情况下，传送装置150、160可以包括例如在机器人辅助下操作的夹持臂，所述夹持臂接合在相关测试物体(例如，CGH)的安装座处。
在根据图1的设备的操作过程中，在将待测试的“新”测试物体111、112、113……转移到用作气闸室的第一真空室110中之后，并且在气闸114、115锁定之后，第一真空室110被抽吸到期望的真空(例如，抽吸到压力小于100mbar，优选地小于1mbar)，其中，鉴于所寻求的高产量，优选地实现尽可能短的抽吸时间，少于10分钟或特别是少于1分钟(例如，分别直到达到1mbar的压力)。
在这种情况下，用于接收相应的新测试物体111、112、113……的命令可以按照图1以计算机控制的方式传输到传送装置150、160，相关的测试物体111、112、113……然后遵从适当的命令被移位到测试布置130内的(测量)位置，此外，交换机构140然后被驱动以将衍射光学元件121、122、123……(其分别适合于测试相关的测试物体)放置在测试布置130中。在实施例中，用于存放多个衍射光学元件121、122、123……的供应室也可以布置或集成在交换机构140的区域中。
本发明还尤其利用了这样的情况，即用于上述相对适中的真空条件的适当的电驱动装置是可商购的，并且这些电驱动装置可以被放置在第一真空室110或第二真空室120中，并且可以通过合适的真空引线被驱动而没有问题。
优选地，测试物体111、112、113……可转移到测试布置130内的相应测量位置，并且能够被再次从此测量位置移除，而这不会导致与相应衍射光学元件121、122、123……碰撞，根据图1和根据图2两者，这通过将相应测试物体横向送入到测量位置来实现。以此方式，可以测试不同的测试物体111、112、113……(对于其测量，例如，同一个衍射光学元件是合适的)，而不需要为此从测试布置130或230移除衍射光学元件。
特别地，图2的实施例与图1的实施例的不同之处是，根据图2的测试布置230被布置在第一真空室210中(其在大气压与真空条件之间交替)，因此测试布置230同样在大气压与真空条件之间交替。
进一步，与图1相比，根据图2仅提供了一个传送装置250(用双箭头表示)，用于将测试物体211、212、213……从外部区域(在大气压下)传送到第一真空室110或210中。根据图2，可以通过此传送装置250(其可以具有例如位于大气压下的机器人)将相应的测试物体211、212、213……直接放置在测试布置230中的测量位置，随后典型地仍然只需要调整例如几微米(μm)。
在此，图2的实施例优于图1的实施例，因为即使相对较大和较重的测试物体，例如EUV反射镜，也可以使用单个(例如基于轨道的)传送系统直接从外部区域(在大气压下)转移到相应的测量位置，因为与图1不同，不需要进一步引导测试物体通过另一气闸到达测试布置。相比之下，排空接收测试布置230的真空室210的容积(该容积比图1中的真空室110的容积更大)是被接受的。
图3和图4a至图4b示出了上述实施例中干涉测试布置130或230的示例性可能实现方式的示意图。
根据图3，由光源(未展示)产生并从光波导301的出射表面出射的照明辐射作为具有球面波前的输入波305出射，穿过分束器310，然后入射到复杂编码的CGH 320上。在示例中，CGH 320根据其复杂编码从传输中的输入波305产生总共四个输出波，其中一个输出波作为测试波入射在呈反射镜340形式的测试物体的表面上，该测试波具有适于所述反射镜340的表面的目标形状的波前。此外，CGH 320从传输中的输入波305产生三个另外的输出波，每个另外的输出波入射到相应的另外的反射光学元件331、332和333上。“335”表示遮光器。CGH 320还用于叠加从测试物体或反射镜340反射的测试波和从元件331-333反射的参考波，这些波作为会聚束再次入射到分束器310上，并从该分束器沿被设计为CCD相机的干涉仪相机360的方向反射，在此过程中，这些波穿过目镜350。干涉仪相机360捕获由干涉波产生的干涉图，通过评估装置(未展示)从所述干涉图确定测试物体340的光学表面的实际形状。
图4a至图4b示出了用于说明用于测试反射镜401的干涉测试布置的另一可能的功能原理的示意图。根据图4a，在参考表面410(“Fizeau板”)处反射的参考光(参考波)与在反射镜401处反射的测量光(测试波)之间的干涉图是在Fizeau布置中产生的。在此，测量光通过计算全息元件(CGH)420形成非球面波前，所述波前在数学上正确地对应于预期距离处的“测试物体形式”(即，相关的反射镜401的形式)。首先被参考表面410反射，然后被相关的反射镜401或测试物体反射的波前在干涉仪405中相互干涉(在图4b中以示例的方式示意性地展示了该干涉仪的整体设计)，在图4b中描绘了用于干涉仪405的准直器409、分束板408、光阑407、目镜406和CCD相机404以及光源403。通过CCD相机404记录相应的反射镜的干涉图。
即使基于特定实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多变型和替代实施例将是显而易见的，例如通过组合和/或交换单独实施例的特征。相应地，对于本领域技术人员自不用说，这些变型和替代实施例相伴地包含在本发明中，本发明的范围仅受限于所附专利权利要求及其等同物的含义。
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