(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像提供基板のマスク構造を構造化される基板上に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影露光ツールであって、
基板のうちの１つの面上に配置された測定構造の該基板面に関する少なくとも１つの横方向の互いに対する相対位置を判断し、それによって互いに対して横方向にオフセットして配置されたいくつかの測定構造を同時に測定するように構成された測定装置、
を含み、
前記測定装置が入射測定光を、該入射測定光がビームスプリッタによって異なる伝播方向を有する少なくとも２つの測定ビームへと分割されて、該少なくとも２つの測定ビームが、各測定ビームが測定される前記基板に当たった該少なくとも２つの測定ビームを合成ビームへと合成する該ビームスプリッタに戻るような、該ビームスプリッタに送るよう構成され、
前記測定構造の前記同時の測定が前記合成ビームに基づく、
ことを特徴とする投影露光ツール。
【請求項２】
前記測定装置は、前記基板面全体にわたって分布された測定構造の前記横方向相対位置を同時に測定するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影露光ツール。
【請求項３】
前記測定装置は、前記構造化される基板上の前記横方向位置の測定値を取得するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項４】
前記測定構造の前記横方向位置測定のための前記測定装置は、干渉計測装置として構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項５】
前記測定装置は、前記測定構造上での回折によって前記入射測定光を分割することにより生成される前記少なくとも２つの測定ビームの測定光を該測定構造上に反射して戻すように機能する少なくとも２つの反射要素を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項６】
前記ビームスプリッタは、前記入射測定光を前記測定される基板に当たる前に異なる伝播方向を有する前記少なくとも２つの測定ビームに分離するために構成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項７】
前記ビームスプリッタは、回折格子を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項８】
前記測定装置は、前記測定光を測定される前記基板面に対してある角度で前記ビームスプリッタ上に照射するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項９】
前記測定装置は、前記２つの測定ビームによって発生する前記測定構造の像をコヒーレントに重ねるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項１０】
前記測定装置は、前記基板面にわたる歪曲を前記横方向位置測定値から判断するように構成され、投影露光ツールが、前記基板を露光する時に局所結像スケールを該歪曲に動的に適応させるように構成された露光制御デバイスを更に含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項１１】
前記測定装置は、前記基板面のいくつかの点においてトポグラフィ測定値を同時に取得するように更に構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項１２】
前記測定装置は、第１の波長の測定光を用いて前記横方向位置測定値及び第２の波長の測定光を用いて前記トポグラフィ測定値を取得するように構成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の投影露光ツール。
【請求項１３】
前記測定装置は、前記第１の波長の前記測定光を２つの測定ビームに分離するための前記ビームスプリッタとして機能する回折格子を含み、該回折格子は、前記第２の波長の前記測定光の少なくとも９０％が回折されることなく該回折格子を通過するように構成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の投影露光ツール。
【請求項１４】
前記回折格子は、前記第２の波長の前記測定光の伝播方向に対して傾斜される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の投影露光ツール。
【請求項１５】
前記測定装置は、前記基板面全体の前記測定値を１０秒未満で取得するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項１６】
像提供基板のマスク構造の構造化される基板上へのマイクロリソグラフィ結像の方法であって、
入射測定光を、該入射測定光を異なる伝播方向を有する少なくとも２つの測定ビームに分割するビームスプリッタに向ける段階と、
前記少なくとも２つの測定ビームを、各測定ビームが測定される前記基板に当たった該少なくとも２つの測定ビームを合成ビームへと合成する前記ビームスプリッタに戻るように向ける段階と、
基板のうちの１つの面上に配置された測定構造の該基板面に関する少なくとも１つの横方向の互いに対する相対位置を、互いに対して横方向にオフセットされたいくつかの測定構造を前記合成ビームに基づき同時に測定することによって判断する段階と、
構造化される前記基板上にマスク構造をマイクロリソグラフィのための投影露光ツールを用いて結像し、露光中に結像パラメータが、前記横方向位置測定値に基づいて局所的に変更される段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記基板の前記露光中に、前記結像スケールは、局所的に変更される、
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板上に配置された前記測定構造は、異なる周期性を有する回折格子を含む、
ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記構造化される基板は、測定され、前記測定構造の全体が、構造化可能な製品区域を前記像提供基板のそれぞれ１回の露光によって取り囲む複数の蜘蛛の巣メッシュを有する蜘蛛の巣構造を形成する、
ことを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
基板を測定する方法であって、
入射測定光が、該入射測定光を異なる伝播方向を有する少なくとも２つの測定ビームに分割するビームスプリッタに向けられ、
前記少なくとも２つの測定ビームが、各測定ビームが測定される前記基板に当たった該少なくとも２つの測定ビームを合成ビームへと合成する前記ビームスプリッタに戻るように向けられ、
基板の面上に配置された測定構造の相対位置が、互いに対して横方向にオフセットされたいくつかの測定構造の前記合成ビームに基づく同時干渉計測を用いて該基板面に関する少なくとも１つの横方向に互いに対して判断される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記測定構造は、前記測定装置によってそこに照射された測定光を回折させるように構成された格子構造である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の投影露光ツール。
【請求項２２】
前記ビームスプリッタが回折光学要素である、
請求項１から請求項１５又は請求項２１に記載の投影露光ツール。
【請求項２３】
前記測定構造は、前記位置の測定の間にそこに照射された測定光を回折させる格子構造である、請求項１６から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ビームスプリッタが回折光学要素である、
請求項１６から請求項２０又は請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年９月２８日出願のドイツ特許出願第１０  ２０１０  ０４１  ５５６．１号に対する優先権を請求するものである。この特許出願の開示内容全体が、引用によって本出願に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、レチクルの形態にある像提供基板を構造化される基板、特にウェーハ上に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影露光ツールに関する。更に、本発明は、像提供基板のマスク構造の構造化される基板上へのマイクロリソグラフィ結像の方法に関する。
【０００３】
マイクロチップを製造する時には、望ましい構造を結像するために、通常、半導体ウェーハがいくつかの連続する露光段階においてリソグラフィ露光される。各露光段階の後に、結像された構造に従ってウェーハを構造化するために、例えば、エッチング処理及び材料堆積を用いて手順的処理段階が実施される。全ての露光段階において、露光が、前の露光に対して横方向に調節されることを確実にすべきである。言い換えれば、任意的に、設計において与えられた位置逸脱を考慮しながら、前に露光された構造の上に横方向に正確に重なる露光によって発生する構造を生成することができなければならない。個々の露光レベルの横方向調節は、一般的に「オーバーレイ」と呼ばれる。
【０００４】
横方向調節に関して、一般的に、先行する露光段階において印刷されたアラインメントマークとも呼ばれる基準構造又は調節マークが、ウェーハ及びウェーハ台の上でウェーハ台の横方向位置に対して測定される。この目的のために、調節マークは、測定光学系によって順次アクセスされ、測定される。測定によってウェーハの収量を制限しないように、多くの最新のリソグラフィツールでは、測定値は、露光台に隣接して配置された測定台上で得られる。既に測定されたウェーハは、ウェーハの測定と並行して露光台上で露光される。この場合、測定時間は、ウェーハ収量のいずれの損失も許容しなくてもよいように、ウェーハを露光するのに必要とされる時間に制限される。それによって必要とされる測定時間は、測定台の高い速度及び高い加速度による以外は得ることができない。この高い速度及び高い加速度は、測定台の振動の露光台への望ましくない伝達を招き、それによって望ましい位置に対するリソグラフィ像の位置誤差がもたらされる。１つのウェーハ台のみを有するリソグラフィ露光ツールでは、測定時間は、ウェーハ収量に線形に影響を及ぼし、これが、この場合にウェーハを測定する時にウェーハ台の高い加速度及び高い速度を得るために相応に高い技術的複雑さが使用される理由である。
【０００５】
更に、一般的に、投影露光ツールでは、露光されるレチクル上の調節マークは、これらのマークの横方向位置に関して測定される。この測定は、これらの調節マークの順次サンプリングにより、走査処理を用いたウェーハ測定におけるものと同じ手法で実施される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を解消し、特に、ウェーハ又はレチクル上での横方向位置測定をより短い時間内に妥当な複雑度で行うことができる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により、上述の目的は、例えば、像提供構造であるマスク構造を構造化される基板上に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影露光ツールを用いて達成することができる。本発明による投影露光ツールは、基板のうちの１つの面上に配置された測定構造の基板面に関する少なくとも１つの横方向の互いに対する相対位置を判断し、それによって互い対して横方向にオフセットされたいくつかの測定構造を同時に測定するように構成された測定装置を含む。この関連における基板面に関する横方向は、基板面と平行なベクトルによって特徴付けられる。
【０００８】
言い換えれば、本発明による測定装置は、基板上に配置された測定構造の横方向相対位置に対して、レチクルの形態にある像提供基板を測定するか、又は例えばウェーハ又はＬＣＤディスプレイのための基板の形態にある構造化される基板を測定するかのいずれかであるように構成される。この測定値は並行して得られ、すなわち、いくつかの測定構造が同時に測定される。従って、測定装置は、基板面のうちの少なくとも１つの２次元区画にわたって分布された測定構造を同時に測定するように構成される。
【０００９】
実施形態により、測定構造の横方向位置のその望ましい位置からの逸脱が、それによって測定される。本発明による１つの変形により、同時に測定される測定構造のうちの２つは、互いから少なくとも１ｍｍ、特に少なくとも１０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、又は少なくとも１００ｍｍ分離し、特に両方の横方向座標方向に基板面にわたってオフセットされる。本発明により判断された互いに対する測定構造の横方向相対位置を望ましい値と比較することにより、測定構造を含む前の露光レベルの像のウェーハ上の歪曲を判断することができる。
【００１０】
本発明によるウェーハ面上でのいくつかの測定構造の互いに対する同時測定を使用すると、差し迫ったウェーハ露光のウェーハ上に既に設けられた構造に対する横方向調節に必要とされる測定データを判断するための測定時間が短縮される。従って、測定に使用される測定台の速度及び加速度に対する要件は軽減し、それによって露光台上への可能な振動伝達を回避することができる。更に、同時測定値は、既存の時間窓内でのより緊密にメッシュ分割されたウェーハ測定を可能にし、それによって個々の露光レベルの間のオーバーレイの品質を高めることができる。
【００１１】
本発明による実施形態により、測定装置は、基板面にわたって分布された測定構造の横方向相対位置を同時に測定するように構成される。基板面全体は、基板の測定装置を向く側の面を意味すると理解すべきである。言い換えれば、測定装置は、横方向相対位置を測定するために基板面全体を網羅する検出領域を含む。別の実施形態により、測定装置は、基板面を少なくとも区画毎に測定するように構成され、個々の基板区画の測定値を組み合わせるように構成された評価デバイスを有する。区画毎の測定に起因して、測定装置に必要とされる設置空間及び測定装置自体の複雑さを低減することができる。
【００１２】
本発明による実施形態により、測定構造は、測定の対象である基板の同じ構造レベルに配置される。例えば、そのような構造レベルは、１００ｎｍよりも薄い、特に５０ｎｍよりも薄いか又は１０ｎｍよりも薄い厚み、すなわち、基板の高さ方向の広がりを有することができる。変形により、構造化される基板、例えば、ウェーハが、測定の対象であり、測定構造は、この基板の同じ露光レベルに配置される。言い換えれば、相対位置に関して測定装置を用いて測定される測定構造は、同じ前の基板露光中に印刷されたものである。従って、これらの測定構造は、基板の同じ構造レベルに配置される。これは、構造が異なる露光レベルに配置されるオーバーレイ測定を実施するのに使用される測定構造とは対照的である。
【００１３】
本発明による実施形態において、測定装置は、少なくとも３つの測定構造、特に、少なくとも４つ、少なくとも５つ、又は少なくとも６つの測定構造のそれぞれの横方向相対位置を同時に測定するように構成される。
【００１４】
本発明による更に別の実施形態により、測定装置は、構造化される基板、従って、例えば、半導体ウェーハ又はＬＣＤディスプレイのための基板上の横方向位置の測定値を取得するように構成される。
【００１５】
本発明による更に別の実施形態により、測定構造の横方向位置測定のための測定装置は、干渉計測装置として構成される。言い換えれば、測定装置は、測定構造の横方向位置測定のための２つの光ビームを干渉測定的に重ねて、得られる干渉図形から望みの測定値を判断するように構成される。
【００１６】
本発明による更に別の実施形態により、測定装置は、測定構造上の回折によって２つの測定ビームに分割される測定光を測定構造上に反射して戻すように機能する少なくとも２つの反射要素を含む。２つの測定ビームは、特に、正及び負の回折次数に回折された測定光によって形成することができる。一実施形態により、測定装置は、４つの反射要素、特に、各横方向測定方向にそれぞれ２つの反射要素を含む。反射要素として、ミラー又はキャッツアイ反射器を使用することができる。反射要素は、好ましくは、測位置置に配置された基板の反対側部に配置され、一実施形態により、少なくとも３００ｍｍ×少なくとも５０ｍｍの寸法を有する。
【００１７】
本発明による実施形態により、測定装置は、測定光を測定される基板に当たる前に異なる伝播方向を有する２つの測定ビームに分離するためのビームスプリッタを含む。一部の実施形態により、ビームスプリッタは、回折格子を含む。回折格子は、例えば、チェス盤型のパターンを有する２次元格子の形態にあるとすることができる。別の変形により、回折格子は、互いに対して約９０°回転された２つの向きに設けられた１次元線格子の形態にある個々の格子区間で構成され、異なる向きを有するこれらの格子区間は、チェス盤パターンの形態で交互に配置される。
【００１８】
更に別の実施形態により、測定装置は、横方向位置測定のための測定光を発生させるための測定光源を含み、測定光の波長は、ビームスプリッタの格子間隔よりも小さい。従って、測定光とビームスプリッタの格子との相互作用により、部分光がゼロ回折次数とは異なる回折次数でもたらされることが保証される。一実施形態により、ビームスプリッタは、基板上の格子構造に適応された格子を含む。
【００１９】
更に別の実施形態により、測定装置は、測定光を測定される基板面に対して傾斜した角度でビームスプリッタ上に照射するように、又はいずれのビームスプリッタも存在しない実施形態では基板面上に照射するように構成される。言い換えれば、測定光の伝播方向は、表面法線から逸脱する。逸脱は、特に少なくとも０．１°、好ましくは、少なくとも０．５°である。
【００２０】
更に別の実施形態により、測定装置は、測定光の測定ビームの両方を測位置置に配置された基板上に異なる角度で向けるように構成される。
【００２１】
本発明の更に別の実施形態により、測定装置は、２つの測定ビームを用いて発生する測定構造の像をコヒーレントに重ねるように構成される。この重ね合わせは、測定構造の横方向相対位置を判断するために評価される干渉図形をもたらす。
【００２２】
本発明による更に別の実施形態により、測定装置は、基板面にわたる歪曲を横方向位置測定値から判断するように構成され、投影露光ツールは、基板を露光する時に、局所結像スケールを歪曲に動的に適応させるように構成された露光制御装置を更に含む。言い換えれば、本発明による測定は、基板を露光する時のスケールマニピュレータの動的な適応を可能にする。この場合、歪曲は、特に先行する光学結像処理において基板面上に書き込まれた構造のスケールの視野毎の変化であると理解すべきである。
【００２３】
更に別の実施形態により、測定装置は、基板面のいくつかの点においてポグラフィ測定値を同時に取得するように更に構成される。言い換えれば、基板面のいくつかの場所において、形状測定と高さ変化の測定とが並行して実施される。好ましくは、測定装置は、トポグラフィ測定値を１０ｎｍよりも高い精度で取得するように構成される。
【００２４】
更に別の実施形態により、測定装置は、測定構造の横方向相対位置の測定値とトポグラフィ測定値とを同時に取得するように構成される。
【００２５】
更に別の実施形態により、測定装置は、第１の波長の測定光を用いて横方向位置測定値を取得し、第２の波長の測定光を用いてトポグラフィ測定値を取得するように構成される。第１の波長は、第２の波長とは、個々の波長の光によって発生する干渉図形の別々の検出が可能であるように異なる。好ましくは、測定波長は、少なくとも１００ｎｍだけ異なる。例えば、これらの波長として、１０６４ｎｍのようなレーザ波長は、５３２ｎｍの周波数が２倍の波長と共に使用することができる。本発明による更に別の実施形態により、トポグラフィ測定のための測定光は、横方向位置測定のための測定光と偏光において異なる。
【００２６】
本発明による更に別の実施形態により、測定装置は、第１の波長の測定光を２つの測定ビームに分離するためのビームスプリッタとして機能する回折格子を含み、回折格子は、第２の波長の測定光のうちの少なくとも９０％が回折されることなく回折格子を通過するように構成される。それによってトポグラフィ測定に使用される測定光のゼロ回折次数とは異なる回折次数への回折による干渉光の発生が回避される。これは、第２の波長を回折格子の間隔よりも大きく選択すること、又は高い回折次数を抑制するように特別に適応された格子プロフィールを使用することのいずれかによって達成することができる。
【００２７】
更に別の実施形態により、回折格子は、第２の波長の測定光の伝播方向に対して傾斜される。それによって第２の波長の測定光によってビームスプリッタ上に発生する戻り反射光が測定に対して悪影響を持たないことが保証される。
【００２８】
更に、特に、トポグラフィ測定に使用される測定光の伝播方向は、測定される基板の表面法線に対して傾斜される。更に、回折格子が、測定される基板の面に対して傾斜されるならば有利である。これらの解決法の全ては、干渉反射光が測定に使用される検出器に到達するのを防止する。更に、回折格子の背後側には、干渉反射光を更に弱めるためのコーティングを設けることができる。
【００２９】
更に別の実施形態により、測定装置は、基板面全体の測定値を１０秒未満で取得するように構成される。本発明によると、この場合に測定装置は、互いに対する測定構造の横方向相対位置を１ｎｍよりも高い精度で判断するように構成することができる。
【００３０】
更に、本発明の更に別の態様により、上述の目的は、例えば、像提供基板のマスク構造の構造化される基板上へのマイクロリソグラフィ結像の方法によって達成することができる。本方法により、基板のうちの１つの面上に配置された測定構造の基板面に関する少なくとも１つの横方向の互いに対する相対位置は、互い対して横方向にオフセットされたいくつかの測定構造を同時に測定することによって判断される。更に、マスク構造は、構造化される基板上にマイクロリソグラフィのための投影露光ツールを用いて結像され、露光中に横方向位置測定値に基づいて結像パラメータが局所的に変更される。結像パラメータのそのような局所変更は、例えば、マスク構造の構造化される基板上への結像に関する結像スケールの視野毎の変更とすることができる。
【００３１】
本発明による方法の更に別の実施形態により、基板の露光中に結像スケールが局所的に変更される。この変更は、横方向位置測定値に基づいて実施される。本発明による変形により、基板上に配置された測定構造は、異なる周期性を有する回折格子を含む。好ましくは、これらの回折格子は、ビームスプリッタを用いて発生する上述の測定ビームのこれらの回折格子自体への反射に向けて構成される。一部の実施形態により、異なる周期性を有する格子区画を互いに直交する格子の２つの向きにそれぞれ配置することができる。
【００３２】
更に別の実施形態により、構造化される基板が測定され、測定構造の全体は、像提供基板の結像によってそれぞれ構造化することができる製品区域を取り囲む複数の蜘蛛の巣メッシュを有する蜘蛛の巣構造を形成する。これらの製品区域は、多くの場合に「ダイ」とも呼ばれる。
【００３３】
更に、本発明の更に別の態様により、基板を測定する方法を提供し、互いに対して横方向にオフセットして配置されたいくつかの測定構造の同時干渉計測を用いて、基板の面上に配置された測定構造の相対位置は、基板面に関する少なくとも１つの横方向に互いに対して判断される。
【００３４】
本発明の上述の態様のうちのいずれかによる方法の実施形態により、同時に測定される構造のうちの２つは、互いから少なくとも１ｍｍ、特に少なくとも１０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、又は少なくとも１００ｍｍ分離する。更に別の実施形態により、少なくとも３つの測定構造、特に、少なくとも４つ、少なくとも５つ、又は少なくとも６つの測定構造のそれぞれの横方向相対位置は、同時に測定される。
【００３５】
上述の態様のうちのいずれかによる方法の更に別の実施形態により、測定構造は、測定の対象である基板の同じ構造レベルに配置される。
【００３６】
上述の本発明による投影露光ツールの実施形態に関して指定した特徴は、図示した実施形態における本発明による方法に相応に適用することができる。それとは逆に、本発明による方法の上述の実施形態に関して指定した特徴は、本発明による投影露光ツールに相応に適用することができる。
【００３７】
本発明の上記及び更に別の有利な特徴を添付の模式的な図面を参照して本発明による例示的な実施形態の以下の詳細説明に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ウェーハ面の歪曲及びウェーハ面のトポグラフィを判断するための測定装置の本発明による実施形態を有するマイクロリソグラフィのための投影露光ツールの断面図である。
【図２】図１に記載の測定装置のミラー要素及び測定されるウェーハの断面図である。
【図３】図２に記載の配列の上面図である。
【図４】図１に記載の投影露光ツールに使用するための本発明による測定装置の更に別の実施形態を示す図である。
【図５】図１に記載の投影露光ツールに使用するための本発明による測定装置の更に別の実施形態の断面図である。
【図６】図５に記載の測定装置の機能原理の図である。
【図７】図５に記載の測定装置の回折光学要素と測定されるウェーハの間の光路の図である。
【図８】図５に記載の測定装置の本発明による変形の図である。
【図９】図５に記載の測定装置の回折要素上の回折パターン配列の本発明による２つの異なる実施形態の上面図である。
【図１０】図５に記載の測定装置を用いて測定されるウェーハ面上の測定構造配列の上面図である。
【図１１】図１に記載の投影露光ツールに使用するための本発明による測定装置の更に別の実施形態の断面図である。
【図１２】図１に記載の測定装置の回折光学要素と測定されるウェーハの間の光路の図である。
【図１３】図１１に記載の測定装置に使用するための回折光学要素の本発明による変形の図である。
【図１４】図１１に記載の測定装置に使用するための回折光学要素の本発明による更に別の変形の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に説明する例示的な実施形態において、互いに機能的又は構造的に類似の要素には、可能な限り同じか又は類似の参照番号を付与している。従って、特定の例示的な実施形態の個々の要素の特徴を理解するためには、本発明の他の例示的な実施形態の説明又は一般的な説明を参照されたい。
【００４０】
投影露光ツールの説明を容易にするために、図内に示す構成要素のそれぞれの相対位置を得ることができる直交ｘｙｚ座標系を図面内に指定している。図１では、ｘ方向は右に延び、ｙ方向は作図面と垂直に作図面に向けて延び、ｘ方向は上方に延びている。
【００４１】
図１には、本発明による実施形態におけるマイクロリソグラフィのための投影露光ツールを示している。投影露光ツール１０は、マスク２０の形態にある像提供基板を露光放射線１５で照明するための照明系１２と投影対物系１８とを含む。投影対物系１８は、マスク平面からのマスク構造２２をウェーハ３０の形態にある構造化される基板上に結像するように機能する。シリコンウェーハに加えて、例えば、透明のいわゆる「フラットパネル」であるＬＣＤディスプレイのための基板を構造化される基板として使用することができる。
【００４２】
照明系１２は、露光放射線１５を発生させるための露光放射線源を含む。投影露光ツール１０の実施形態に基づいて、露光放射線１５の波長は、ＵＶ波長範囲にあるもの、例えば、２４８ｎｍ又は１９３ｎｍとすることができ、又は極紫外波長範囲（ＥＵＶ）内にあるもの、例えば、約１３．５ｎｍ又は約６．８ｎｍとすることができる。露光波長に基づいて、照明系１２及び投影対物系１８の光学要素は、レンズ及び／又はミラーとして設計される。
【００４３】
露光放射線源１４によって発生した露光放射線１５は、ビーム伝播光学系１６を通過し、次に、照明器１７によってマスク２０上に照射される。マスク２０は、投影露光ツール１０のフレーム１９に対してシフト可能に装着されたマスク台２４によって保持される。ウェーハ３０は、ウェーハシフト装置として機能する露光台３３上に配置される。
【００４４】
露光台３３は、ウェーハ３０をその下側から、例えば、負の圧力によって固定するためのウェーハホルダ３４と、ウェーハ３０を投影対物系１８の光軸に対して横方向に、すなわち、図１に記載の座標系によるｘ方向とｙ方向にシフトさせることができるシフト台３６とを含む。更に、シフト台３６は、光軸の方向、従って、図１に記載の座標系によるｚ方向へのウェーハ３０のシフトを可能にする。ｚ方向へのこの種のシフトは、特に、ウェーハ３０を露光する際に、ウェーハ３０の面３１を露光放射線１５の焦点内に保持するのに使用される。
【００４５】
一般的に、ウェーハ３０の面３１は、区画毎に、すなわち、視野毎に露光される。ウェーハ３０とマスク２０は，ウェーハ面３１上でスロット形の露光領域が走査されるように、それによってｘ軸に沿う反対方向に移動される。この移動は、マスク２０がウェーハ面３１上で互いに隣合わせにある複数の視野の形態で結像されるように複数回発生する。
【００４６】
投影露光ツール１０内には、ウェーハ３０の全面を一方でその歪曲に関して、他方でトポグラフィ変化に関して測定するように構成された測定装置４０が統合される。ウェーハ３０の歪曲は、ウェーハ面３１上に配置された測定構造のウェーハ平面３１、すなわち、Ｘ−Ｙ平面に関して互いに対して横方向の相対位置逸脱を意味すると理解すべきである。図１では、測定構造には参照番号３２が付与されており、この測定構造は、前のウェーハ処理段階においてウェーハ３０に付加されたものである。測定構造３２は、以下により詳細に説明するように、格子構造の形態にある。
【００４７】
投影露光ツール１０の実施形態において、ウェーハ３０は、測定のために測定装置の下で露光台３３上に配置される。この目的のために、露光台３３は、図１に示す位置に投影対物系１８の光軸に対して横方向にシフトされる。別の実施形態において、投影露光ツール１０は、測定装置４０を用いた測定中にウェーハ３０が上に配置される別々の測定台３８を含み、測定中に、既に測定されたウェーハ３０は、同時に露光台３３上に設けられ、並列で露光される。
【００４８】
測定装置４０は、２次元測定の光学測定装置として設計される、すなわち、ウェーハ面３１の点毎のサンプリングとは対照的に、ウェーハ３０の歪曲及び面トポグラフィの両方の測定中に、対応する測定値は、面３１のいくつかの場所において同時に判断される。
【００４９】
測定装置４０は、異なる波長の測定光を発生させるために、２つの測定光源４１及び４３を含む。第１の測定光源４１は、以下では形状測定とも呼ぶ面トポグラフィ測定に使用される、波長λ2を有する第１の測定光４２を発生させる。第２の測定光源４３は、測定構造の横方向位置を測定するために、従って、歪曲測定に使用される波長λ1を有する第２の測定光４４を発生させる。測定構造の位置を測定構造の「配置」と呼ぶ場合もある。両方の測定光源４１及び４３の測定光は、それぞれの光ファイバ４５を通じてビームスプリッタ４８上に照射される。以下により詳細に説明するように、測定光４２には、可視範囲又は近赤外線範囲の波長を使用することができる。従って、例えば、ヘリウムネオンレーザ、レーザダイオード、固体レーザ、及びＬＥＤを測定光源として使用することができる。
【００５０】
測定光に対して、波長は、露光放射線１５を用いた露光に向けてウェーハ３０上に設けられるフォトレジストが感度を持たないように選ばなければならない。好ましくは、測定波長は、フォトレジストの露光閾値よりも低くなければならない。一実施形態により、測定波長は、このようにして発生する光子のエネルギが、シリコンの禁制帯よりも低いように選択される。従って、測定中のウェーハ加熱を最小に抑制することができる。形状測定のための測定光４２は、ビームスプリッタ４８によってウェーハ面３１の方向に偏向される。ウェーハ面３１に当たる前に、測定光はフィゾーコリメータ５０を通過する。
【００５１】
フィゾーコリメータ５０は、測定光４２の一部を基準光として反射して戻すフィゾー面５２を含み、この反射光に対して、測定光４２のうちで反射されなかった部分はウェーハ面３１上で反射され、次に、ＣＣＤカメラの形態にある局所分解検出器６０の検出面６１上の接眼レンズの形態にあるコリメータレンズ５８を通過した後に基準光と干渉する。一実施形態により、フィゾーコリメータ５０は、焦点幅対直径比ｆ／ｄ＜１を有して大きく開いたコリメータとして設計され、それによって投影露光ツール１０内の設置空間を節約することができる。
【００５２】
検出器面６１上の干渉図形は、検出器６０によって検出される。検出された干渉図形から、評価デバイス６２を用いて、ウェーハ面２１のうちで測定光によって照射された区画の面のプロフィールが判断される。言い換えれば、ウェーハ３０の面トポグラフィが少なくとも区画毎に判断される。一実施形態により、測定装置４０の検出領域は、ウェーハ面３１全体を面トポグラフィに関して同時に測定するために十分に大きい。
【００５３】
位置測定のための測定光４４も、ビームスプリッタ４８によってウェーハ面３１の方向に偏向される。それによって測定光４４の伝播方向は、測定光４２の伝播方向に対して若干傾斜される。この例示的な実施形態において、測定光４２はフィゾーコリメータの光軸５１に沿って伝播し、それに対して測定光４４の伝播方向は、フィゾーコリメータ５０を通過する時に、フィゾー面５２上で発生する測定光４４の戻り反射光が、コリメータレンズ５８の前に配置された開口部５６上で遮蔽され、それによってこの戻り反射光が位置測定と干渉することができず、形状測定値を同時に取得する場合に、形状測定とも干渉することができないように光軸５１に対して傾斜される。
【００５４】
フィゾーコリメータ５０を通過した後に、測定光４４は、ウェーハ面３１に当たり、この面上に配置された格子構造の形態にある測定構造３２によってマイナス１次又はプラス１次の回折次数でウェーハ３０の上方にある角度で配置された平面ミラー５４上に反射される。このビームプロフィールを図２に明瞭に示している。一般的に、は、測定放射線４４は、測定構造３２上でゼロとは異なる２つの回折次数、この場合、マイナス１次の回折次数とプラス１次の回折次数とで反射される。
【００５５】
マイナス１次の回折次数の光は、第１の測定ビーム４４ａを形成し、プラス１次の回折次数の光は第２の測定ビーム４４ｂを形成する。平面ミラー５４上での反射の後に、第１の測定ビーム４４ａの光は、測定構造３２に戻る。この場合、測定構造３２上でマイナス１次の回折次数で反射された第１の測定ビーム４４ａは、入射測定光４４のビーム経路内でビームスプリッタ４８に戻り、検出面６１に当たる。第２の平面ミラー５４上での反射の後、測定構造３２上での回折の後に、第２の測定ビーム４４ｂの光も、プラス１次の回折次数でビームスプリッタ４８を通過し、検出面３１上で第１の測定ビーム４４ａの光と干渉する。
【００５６】
検出面６１上の像は、２つのミラー５４上の像のコヒーレントな重ね合わせであり、従って、干渉図形を形成する。この干渉図形は、測定ビーム４４ａ及び４４ｂの２つの経路の相対位相、従って、測定構造３２の位置に関する情報を含む。図２を参照すると、検出面６１上の第１の測定ビーム４４ａの光の位相をφ1に示し、検出面６１上の第２の測定ビーム４４ｂの光の位相をφ2に示している。測定構造３２のΔｘのシフトにより、次式の位相差がもたらされる。
Δφ＝φ1−φ2＝４・２π・Δｘ／ｐ          （１）
【００５７】
ｐは、測定構造３２の格子間隔である。測定構造３２の間隔ｐのシフトがあると、それによって測定光４４の波長の４倍のピーク位相逸脱Δφが続く。位相差Δφは、２つのミラー５４上の像のコヒーレントな重ね合わせによって発生する干渉図形から読み取ることができ、この位相差Δφから、それぞれの測定構造３２の位置のその望ましい位置からのｘ座標の方向の逸脱を判断することができる。
【００５８】
図３は、図１に記載のウェーハ３０及び平面ミラー５４の配列を上面図に示している。図１に参照番号５４に示すミラーは、図３に記載のミラー５４ａに対応する。これらのミラーは、測定構造のｘ座標に関する横方向位置の特定に使用される。この目的のために、ｙ方向に延びる格子線を有する線格子３２ａが、測定構造として使用される。ウェーハ３０の面全体の測定では、線格子３２ａは、ウェーハ面３１上で蜘蛛の巣型の配列で位置決めされる。測定構造のｙ方向の位置を測定するために、対応する格子構造３２ｂがウェーハ面３１上に配置され、その格子線はｘ方向に延びている。
【００５９】
格子構造３２ｂは、入射測定光４４をウェーハ３０に対して±ｙ方向の上方にある角度で配置されたミラー５４ｂ上に回折する。回折構造３２ａと３２ｂとの交点３３では、両方の座標方向ｘとｙとにおける位置を判断することができる。全体として、線格子３２ａと３２ｂとはウェーハ面３１上に蜘蛛の巣構造を形成し、蜘蛛の巣メッシュ内のそれぞれの面領域は、マスク２０がそれぞれ結像される露光視野６８として設けられる。露光視野６８は、多くの場合に「ダイ」と呼ばれる。一実施形態により、平面ミラー５４ａ及び５４ｂは、少なくとも３００ｍｍの横方向広がりを有し、少なくとも５０ｍｍの垂直広がりを有する。
【００６０】
図１に図示の実施形態において、既に上述のように、形状測定に使用される測定光４２と、位置測定に使用される測定光４４とは異なる波長を有する。従って、例えば、測定光４４の波長λ１を５３２ｎｍと６３３ｎｍの間のものとすることができ、測定光４２の波長λ２を７００ｎｍと１０６４ｎｍの間のものとすることができる。フィゾーコリメータ５０及びコリメータレンズ５８の形態にある接眼レンズは、色補正したものでなければならない。２つの測定における類似の波長は、色補正を容易にする。形状測定と位置測定との同時実施では、測定値は波長選択的に得られる。この波長選択的測定は、例えば、局所分解検出器４０が、検出面６１上に波長選択的に発生した強度分布を測定することによって行うことができる。代替的に、以下に図４に関して説明するように、測定装置４０の検出モジュール内にカラービームスプリッタを設けることができる。
【００６１】
異なる測定において、異なる波長の代わりに、異なる偏光を使用することができる。別の実施形態において、形状測定と位置測定とにおいて同じ波長の測定光が使用され、２つの測定処理が順次実施される。
【００６２】
形状測定値及び位置測定値を取得した後に、判断された測定値は、図１に示す記録デバイス６４に格納される。その後にウェーハ３０は投影対物系１８の下にシフトされる。この目的のために、実施形態に基づいて、測定台３８から露光台３２へのウェーハ３０の再装填が実施されるか、又はそうでなければウェーハ３０は、投影対物系１８の下に移動する露光台３２上に留まる。次に、ウェーハ３０のその後の露光において、形状測定と位置測定の両方が記録デバイス６４によって制御デバイス６６に通信される。制御デバイス６６は、一方で形状測定値を用いて露光放射線１５の焦点位置（ｚ）を制御し、他方で位置測定値を用いてｘ，ｙ位置を制御し、任意的にウェーハ３０の露光中の結像スケールを制御する。露光中の結像スケールを制御するために、露光は、測定構造３２の局所測定歪みに動的に適応される。
【００６３】
測定装置４０は、ウェーハ面上の高周波歪曲を補正することができる測定データを利用可能にする。高周波歪曲は、従来のスケールの誤差よりも高い周波数を有する歪曲を意味すると理解すべきである。従来のスケールの誤差は、スキャナスロットに沿った座標の１乗に比例する。従って、測定装置４０によって供給される測定データを用いて、スキャナスロットに沿った座標の３又はそれよりも多いべき乗に比例する歪曲を補正することができる。
【００６４】
図４は、本発明による測定装置４０の更に別の実施形態を示している。この測定装置４０は、図１に記載の測定装置４０とは２つの点で異なる。第１の点は、回折された測定光４４を反射するのに、平面ミラーの代わりにキャッツアイミラーアレイ１５４が使用される点である。キャッツアイミラーは、入射平面波を正確にそれ自体に反射して戻す。この場合、キャッツアイミラーの調節は重要ではない。キャッツアイミラーアレイ１５４の使用は、反射器を再調節する必要なく、ウェーハ３０上のあらゆる格子間隔に対して入射平面波自体に戻る反射を得ることを可能にする。
【００６５】
図４に記載の実施形態において図１に記載の実施形態と異なる第２の点は、コリメータレンズ５８の後の測定放射線４２及び４４のビーム経路内でのカラービームスプリッタ１７０の使用である。カラービームスプリッタ１７０は、波長λ1を有する測定光４４がビームスプリッタを通過し、一方、波長λ2を有する測定光４２がビームスプリッタ上で反射されるように構成される。従って、形状測定の測定光部分と位置測定の測定光部分とを分離することができる。測定光部分の各々に対して特定の検出器６０が設けられる。この実施形態により、非波長選択的検出器を用いて形状測定値と位置測定値とを同時に取得することができる。
【００６６】
図５は、図１に記載の投影露光ツール１０に使用するための本発明による測定装置の更に別の実施形態４０を示している。図示の実施形態において、投影露光ツール１０は、位置測定及び歪曲測定だけに向けて構成される。図５に記載の測定装置４０は、トポグラフィ測定のための測定ビーム経路を持たない点だけでなく、平面ミラー５４を持たない点でも図１に記載の測定装置４０と異なる。そればかりではなく更に、図５に記載の測定装置４０では、フィゾーコリメータ５０とウェーハ３０の間に回折光学要素７０が配置される。
【００６７】
回折光学要素７０は、２つの測定ビーム７４ａと７４ｂとへの入射測定光４４のそれぞれの分割のための格子構造７２を含む。図６は、格子構造７２におけるビーム経路を詳細に示している。図６は、回折光学要素７０及びウェーハ３０の配列を詳細に示している。この図では格子構造７２を文字「Ａ」に示している。測定ビーム７４ａと７４ｂとへの入射測定光４４の分割は、格子Ａ上でのマイナス１次の回折次数とプラス１次の回折次数とにおける回折によって実施される。次に、測定ビーム７４ａ及び７４ｂは、ウェーハ３０の面上の測定構造３２上でマイナス１次の回折次数とプラス１次の回折次数とにおける回折によってこれらの測定ビーム自体に反射して戻される。格子構造７２は、有利な態様においては、ウェーハ３０の面全体を測定することができるように、少なくとも３００ｍｍの直径を有するように設計される。
【００６８】
測定構造３２も格子構造として設計され、図６では測定構造３２を格子「Ｂ」と示し、測定ビーム７４ａを反射する格子３２は位置１に設けられ、測定ビーム７４ｂを反射する格子３２は位置２に設けられ、これが、対応する格子を「Ｂ＿ｐｏｓ１」及び「Ｂ＿ｐｏｓ２」と示す理由である。反射して戻された測定ビーム７４ａと７４ｂとは、格子構造７２上で回折されてマイナス１次の回折次数とプラス１次の回折次数とで通過し、従って、入射測定光４４のビーム経路に向け戻される。２つの測定ビーム７４ａと７４ｂとによって発生する像は、図１に記載の測定装置４０における状況と同様に、検出面６１上でコヒーレントに重ね合わされる。ウェーハ３０のｘ方向の量Δｘのシフトにより、次式の位相差がもたらされる。
Δφ＝φ1−φ2＝４π・Δｘ／ｐ          （２）
【００６９】
ｐは、測定構造３２の格子間隔を示している。図２に記載の配列によって発生する位相差と比較すると、図６では、同じシフトΔｘによって半分の位相差しかもたらされない。
【００７０】
測位置相差から計算される位置は、格子Ｂ＿ｐｏｓ１及びＢ＿ｐｏｓ２の位置の重心シフトに対応する。図７は、図５に記載の回折光学要素７０及びウェーハ３０を格子構造７２及び２つの関係する測定構造３２によってそれぞれ形成されるいくつかの測定チャンネルに対して示している。回折光学要素上の格子構造７２のこの配列では、例えば、測定構造３２上の回折に起因して測定光７４ａ又は７４ｂの反射によってもたらされるいずれの干渉光４４ｓも検出器６０に到達しないことを保証することが重要である。従って、格子構造７２は、干渉光４４ｓが、回折光学要素７０の格子構造７２には当たらず、実際には要素７０の格子構造７２の間の区域上で反射されるように、ウェーハ３０上に配置される。従って、測定値を不正にすることになる干渉光が、別の測定チャンネル内に導入される可能性はない。
【００７１】
更に、回折光学要素７０上にビームスプリッタとして機能する異なる格子を配置することができる。ウェーハ３０上で、相応に適応された格子をビームスプリッタに割り当てなければならない。更に、測定台３８の位置を検出する特殊格子を回折光学要素７０上に設けることができる。そのような格子は、測定台３８上の格子構造に適応される。
【００７２】
図８は、図１に記載の投影露光ツール１０に使用するための測定装置の更に別の実施形態を示している。この実施形態は、測定放射線４４が、回折光学要素７０上に垂直に照射されず、法線に対して角度αで照射される点においてのみ、図５に記載の実施形態とは異なる。この場合、マイナス１次の回折次数又はプラス１次の回折次数で発生する測定ビーム７４ａ及び７４ｂは、異なる角度でウェーハ面に当たる。測定ビームの対応する戻り反射を保証するために、ウェーハ３０上の測定構造３２は、Ｂ＿ｐｏｓ１格子が間隔ν−Δν、Ｂ＿ｐｏｓ２における格子が間隔ν＋Δνという異なる間隔を有し、この場合、次式が成り立つ。
ν＝＝２・νgratingA  及び  Δν＝＝２・１／λ・ｓｉｎ（α）          （３）
νgratingAは、格子構造７２の間隔を表している。一実施形態により、角度αは少なくとも０．１°である。
【００７３】
図８に記載の配列における非対称ビーム経路を使用すると、干渉光４４ｓが、回折光学要素７０上の格子構造７２の配列に関係なく隣接する測定チャンネル内に導入されるのを防止することができる。従って、測定構造３２をウェーハ面３１上のどこかに配置することができる。格子構造７２は、にわたって設計することができる。図８に記載の実施形態において、露光視野６８及び「ダイ」のサイズ及び位置は、位置測定の観点から任意に選択される。
【００７４】
図９は、（ａ）及び（ｂ）に、回折光学要素７０上の格子構造７２の全面配列又は全域配列とも呼ぶにわたる配列における２つの異なる変形を示している。変形（ａ）では、格子構造７２は、格子区画が、ｘ方向とｙ方向とに交互に整列したチェス盤型配列から構成される。従って、それぞれ照射される格子対Ｂ＿ｐｏｓ１及びＢ＿ｐｏｓ２の重心座標をウェーハ３０上でｘ座標又はｙ座標に関して測定することができる。格子対Ｂ＿ｐｏｓ１及びＢ＿ｐｏｓ２の格子整列は、ｘ成分又はｙ成分のいずれが測定されるかを定義する。（ｂ）変形では、格子構造７２は、ｘ成分又はｙ成分に関する位置測定値を取得することができる２次元偏菱形格子の形態にある。
【００７５】
図１０は、図８に記載の実施形態に使用するためのウェーハ３０上の測定構造３２の可能な配列を示している。この図では、それぞれの重心のｘ座標を測定するための測定構造Ｂ＿ｐｏｓ１及びＢ＿ｐｏｓ２を３２ａ及び３２ｂで表している。ｙ方向のそれぞれの重心座標を測定するための格子構造を１３２ａ及び１３２ｂで表している。図１０から分るように、格子構造３２ａ及び３２ｂは、水平の帯内に交互配列で位置決めされ、それに対して格子構造１３２ａ及び１３２ｂは垂直の帯に配置され、それによって全体として露光視野６８を取り囲むメッシュを有する蜘蛛の巣構造がもたらされるようにする。
【００７６】
図１１は、図１に記載の投影露光ツール１０に使用するための測定装置４０の更に別の実施形態を示している。図５に記載の実施形態と同様に、この実施形態は、回折光学要素７０を含む。しかし、図１１に記載の回折光学要素７０は、ウェーハ３０に対して傾斜される。それによって図１で既出の測定光源４１の測定光４２を用いて形態測定を同時に実施することができる。回折光学要素７０の傾斜は、測定光４２を回折光学要素７０に垂直に当てさせず、従って、いずれの干渉戻り反射光も、開口部５６を通って検出器６０に到達しない。格子構造７２の間隔は、波長λ２の測定光４２が、回折されることなく格子構造７２を通過し、同時に波長λ１の測定光４４が、マイナス１次の回折次数とプラス１次の回折次数とで回折されるように選択される。
【００７７】
図１２は、図１１に記載の回折光学要素７０及びウェーハ３０の領域内に、歪曲及び位置の測定のための測定光４４と、形状及びトポグラフィの測定のための測定光４２との両方における光路を示している。この場合、図１２では、位置測定のためのビームと形状測定のためのビームとを隣合わせに示している。しかし、この測定法は、全ての位置における形状の全域測定を可能にし、同時に、設けられた位置格子の全てにおける位置の測定を可能にする。位置のための領域又は形状のための領域への空間的分離は必要ではない。入射測定光を４４ｅ及び４２ｅに示している。更に、この図では、太線は、位置測定において入射測定光４４ｅ、測定ビーム４４ａ及び４４ｂ、並びに戻り使用光ビーム４４ｎを含む使用光路を示している。形状測定では、使用光路は、方向転換なしに回折光学要素７０を通過する入射測定光４２ｅ、及びウェーハ面３１上での反射の後に干渉計に戻るビーム４２ｎとを含む。
【００７８】
更に、図１２には、干渉光路を細線で描き込んでいる。干渉光路は、格子７２、３２ａ、及び３２ｂのうちの１つの上での使用光の回折によってもたらされる。図１２には、格子７２、３２ａ、及び３２ｂのうちの１つの上でゼロ、マイナス１次、及びプラス１次の回折次数でもたらされるいくつかの干渉光路を描き込んでいる。この場合、干渉光路は、例えば、入射測定光４４ｅがゼロ回折次数で格子７２を通過し、ウェーハ面３１上で反射し、その後に、ゼロ、プラス１次、又はマイナス１次の回折次数で格子構造７２を通過する時にもたらされる。得られる干渉光ビームを図１２にｂ、ｃ、及びｄに示している。
【００７９】
位置決めチャンネル内の干渉光の更に別の例は、格子３２ａ上での反射時にマイナス１次の回折次数で反射して戻されず、ゼロ回折次数で回折光学要素７０に通過し、次に、格子７２上でプラス１次の回折次数で回折され、測定装置４０の光学系内に戻る測定ビーム４４ａの光に関連する。得られる干渉光をａに示している。同様な方法で、干渉光路は、例えば、入射測定光４２ｅが格子７２上でゼロとは異なる回折次数で回折され、次に、回折格子３２ａ及び３２ｂのうちの１つの上に当たる場合に形状チャンネル内に生成することができる。
【００８０】
既に上述のように、回折光学要素７０は、ウェーハ３０に対して図１２に示す角度βで傾斜される。更に、位置測定のための入射測定光４４ｅのウェーハ面３１に対する法線に対する入射角は、角度αだけ傾斜される。傾斜角α及びβの大きさ判断は、可能な限り僅かな干渉光しか検出器６０に通過しないように具現化される。角度α及びβを巧みに選択することにより、干渉光を開口部５６によって少なくとも相当程度まで遮蔽することができる。
【００８１】
下記の表１は、位置測定中に、格子７２、３２ａ、及び３２ｂ上でのマイナス１次、ゼロ次、及びプラス１次の回折次数を考慮して生成することができる光ビームの全てのリストを含む。個々の光ビームの方向を示すために、対応する方向ベクトルのそれぞれのｘ成分を表１に明記している。測定光４４ｅの入射方向には、５というｘ成分を適用している。個々の列は、最初に回折光学要素７０上の入射測定光４４ｅの回折次数を示し、２番目の列は、ウェーハ３０上の格子構造３２ａ上の回折次数を示し、３番目の列は、測定装置４０の光学系内への光の戻り経路上の格子構造７２上の回折次数を示している。４番目の列には、２回目に回折光学要素７０を通過した後の対応する光ビームの方向ベクトルのｘ成分を明記している。
【００８２】
（表１）
0005898210.tif 000002
Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ：位置決め
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの入射方向ｘ成分
ＤＯＥ  ｏｕｔｗａｒｄ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ外向き経路
Ｗａｆｅｒ：ウェーハ
ＤＯＥ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ戻り経路
ｅｍｅｒｇｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの射出方向ｘ成分
ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＲＤＥＲＳ：回折次数
ｕｓｅｄ  ｒｅｆｌｅｘ：使用反射光
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ：入射方向
ＤＯＥ  ｏｕｔｗａｒｄ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ外向き経路
Ｗａｆｅｒ：ウェーハ
ＤＯＥ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ戻り経路
ｅｍｅｒｇｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの射出方向ｘ成分
ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＲＤＥＲＳ：回折次数
ｕｓｅｄ  ｒｅｆｌｅｘ：使用反射光
【００８３】
表１の右手側に位置決めされた列５から８は、対応する光路が、ウェーハ３０上の格子構造３２ｂの上に向ける場合の類似情報を提供している。表１により、格子間隔として格子７２に値５００を格子３２ａに値１０１０を更に格子３２ｂに値９９０を適用している。これらの値は、格子の線条密度を任意単位に示し、１次の回折を有する光波の伝播方向のｘ成分の変化に対応する。例えば、１ミリメートル当たりの線数を単位として選択することができる。図１２に示すビームａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｙを表１に示している。この表から分るように、干渉光ベクトルのいずれも、「ｙ」に示す使用光４４ｎの方向を持たない。
【００８４】
表２は、表１と類似の情報を形状測定チャンネルに対して示している。この表では、入射測定光のｘ成分はゼロである。この表から、干渉光４２ｓのうちの２つの反射光、すなわち、干渉反射光ｆ及びｈが、使用反射光ｚの伝播方向を有することを得ることができる。全ての他の干渉光ビーム４２ｓは、使用反射光ｚとは異なる方向を向く。以下では、残りの干渉反射光ｈ及びｆを同じく抑制するのに使用される解決法を説明する。
【００８５】
（表２）
0005898210.tif 000003
Ｆｏｒｍ：形状
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの入射方向ｘ成分
ＤＯＥ  ｏｕｔｗａｒｄ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ外向き経路
Ｗａｆｅｒ：ウェーハ
ＤＯＥ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ戻り経路
ｅｍｅｒｇｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの射出方向ｘ成分
ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＲＤＥＲＳ：回折次数
ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｒｅｆｌｅｘ：干渉反射光
ｕｓｅｄ  ｒｅｆｌｅｘ：使用反射光
ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｒｅｆｌｅｘ：干渉反射光
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ：入射方向
ＤＯＥ  ｏｕｔｗａｒｄ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ外向き経路
Ｗａｆｅｒ：ウェーハ
ＤＯＥ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ：ＤＯＥ戻り経路
ｅｍｅｒｇｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｘ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｋ−ｖｅｃｔｏｒ：ｋ−ベクトルの射出方向ｘ成分
ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＲＤＥＲＳ：回折次数
ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｒｅｆｌｅｘ：干渉反射光
ｕｓｅｄ  ｒｅｆｌｅｘ：使用反射光
ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｒｅｆｌｅｘ：干渉反射光
【００８６】
角度α及びβの大きさ判断は、以下の基準リストに従って実施することができる。干渉光ビームａ、ｃ、及びｅは、測定装置４０の光学系に角度αで戻るので、角度αは、検出器６０上へのウェーハ３０の結像の開口数ＮＡよりも大きくなければならない。
ｓｉｎ（α）＞ＮＡ          （４）
【００８７】
ウェーハ３０の検出器６０への結像の横方向分解能に対しては、分解能Ｒに対して次式が適用される。
Ｒ＝λ／ＮＡ          （５）
【００８８】
λは、着目している測定光の波長である。λ＝６３３ｎｍの場合のＲ＝０．２５ｍｍの分解能はＮＡ＝０．００２５をもたらす。入射角αに対しては、この場合、＞０．１４°の値を与える。
【００８９】
干渉光ｊは、角度２βで戻らなければならないので、次式が適用される。
ｓｉｎ（２β）＞ＮＡ          （６）
【００９０】
従って、傾斜角βに対しては、上述の場合、＞０．０７°の値を与える。３００ｍｍの直径を有するウェーハでは、回折光学要素７０とウェーハ３０の間に０．３７ｍｍの距離変化しか存在しない。入射角αと傾斜角βとを互いに垂直に設計することを有利とすることができる。より高い横方向分解能は、より大きい入射角αとより大きい傾斜角βとを必要とする。
【００９１】
図１３及び図１４は、図１１に記載の回折光学要素の格子構造７２における２つの異なる実施形態を示している。図１３に記載の実施形態において、格子構造７２をゼロ次数の格子と呼び、格子構造７２は、形状測定の測定光４２の波長λ２に向けて設計される。ゼロ次数の格子では、ゼロ次の次数以外の回折次数の全てが抑制される。位置測定のための測定光４４の波長λ１は、プラス／マイナス１次の回折次数を発生させることができるようにλ２よりも小さくなければならない。格子７２の間隔ｐは、波長λ２の値と波長λ１の値の間になければならない。図１３に指定しているように、λ２には７００ｎｍと１０６４ｎｍの間の波長が、λ１には５３２ｎｍと６３２ｎｍの間の波長が有利である。例えば、λ２に１０６４ｎｍを用い、λ１に５３２ｎｍの周波数が２倍の波長を使用するのを有利とすることができる。
【００９２】
格子構造７２の高さｈは、次式の寸法を有する。
ｈ＝０．５×λ２／（ｎ−１）＝λ２、ｎ＝１．５の場合          （７）
【００９３】
ゼロ次数の格子を使用する方法とは別に、以下の通りに進めることができる。
【００９４】
図１４に記載の回折光学要素の実施形態において、格子構造７２は、形状測定のための波長λ２を有する測定光４２の高い回折次数の効率を低下させるために、最適化された格子プロフィールを用いて構成される。しかし、対応する回折効率を電磁効果に基づいて完全にゼロまで低下させることができない。５λよりも小さい格子間隔では、百分率範囲の効率を予想することができる。それによって約１０ｎｍの波面の外乱しかもたらされない。図１４に指定しているように、この実施形態において、λ１に例えば１２６６ｎｍ、及びλ２に例えば６９３ｎｍを選択することができる。
【００９５】
高い回折次数を用いて形状測定中の干渉を抑制するための更に別の代替として、上流の空洞を用いた白色光干渉測定を使用することができる。
【００９６】
形状測定及び位置測定のための本発明による測定装置４０をウェーハ３０を測定する実施例に対して上述した。本発明による更に別の実施形態により、形状測定及び位置測定のための本発明による測定装置４０は、レチクル又はマスク２０上で使用される。
【００９７】
参照番号のリスト
１０  投影露光ツール
１２  照明系
１４  露光放射線源
１５  露光放射線
１６  ビーム伝播光学系
１７  照明器
１８  投影対物系
１９  フレーム
２０  マスク
２２  マスク構造
２４  マスク台
３０  ウェーハ
３１  ウェーハ面
３２  測定構造
３２ａ  線格子
３２ｂ  線格子
３３  露光台
３４  ウェーハホルダ
３６  変位台
３８  測定台
４０  測定装置
４１  第１の測定光源
４２  第１の測定光
４２ｎ  使用光
４２ｓ  干渉光
４３  第２の測定光源
４４  第２の測定光
４４ａ  第１の測定ビーム
４４ｂ  第２の測定ビーム
４４ｅ  入射測定光
４４ｎ  使用光
４４ｓ  干渉光
４６  干渉計
４８  ビームスプリッタ
５０  フィゾーコリメータ
５１  光軸
５２  フィゾー面
５４  平面ミラー
５４ａ  平面ミラー
５４ｂ  平面ミラー
５６  開口部
５８  コリメータレンズ
６０  局所分解検出器
６１  検出面
６２  評価デバイス
６４  記録デバイス
６６  制御デバイス
６８  露光視野
７０  回折光学要素
７２  格子構造
７４ａ、７４ｂ  測定ビーム
１３２ａ  格子構造
１３２ｂ  格子構造
１５４  キャッツアイ配列
１７０  カラービームスプリッタ
【符号の説明】
【００９８】
１０  投影露光ツール
１２  照明系
１８  投影対物系
２２  マスク構造
３０  ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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