(57)【要約】本発明は、特にリソグラフィによる位相マスクの干渉測定のための装置および同方法に関する。位相マスク（４）の干渉測定ための本発明の装置においては、コヒーレント・マスク（１）を通過する放射線が回折格子（３）によって干渉させられ、第１の結像光学部品（２）の瞳面内または近傍に、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な位相マスク（４）が配置され、この位相マスクによって、ｘ−ｙ方向に位相シフトされたインターフェログラムがコヒーレンス・マスク（１）または回折格子（３）をそれぞれ並進的に変位させることにより生成され、第２の結像光学部品（５）を用いて空間分解検出器（６）上に結像され、位相マスクの位相関数および透過関数が評価ユニットによって決定される。提案された解決法は、特にリソグラフィ用位相マスクの干渉測定のために提供されるが、この解決法は一般に、当然ながら生物学的構造などの平坦な位相物体に応用することができ、例えば、この場合は干渉顕微鏡に対する確立ポイントが提供される。
2009506335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉測定装置から構成され、位相マスク（４）の干渉測定のための装置であって、放射線源と、回折格子（３、３’）と、２つの結像光学部品（２、５）と、空間分解検出器（６）と、評価ユニットとを備え、コヒーレンス・マスク（１）またはピンホール（１’）を通る放射線が回折格子（３、３’）によって干渉させられ、該第１の結像光学部品（２）の瞳面内または近傍には、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な位相マスク（４）が配置され、該位相マスクによって、ｘ−ｙ方向に位相シフトされたインターフェログラムが該コヒーレンス・マスク（１）または該ピンホール（１’）、または該回折格子（３、３’）をそれぞれ並進的に変位させることにより生成され、該インターフェログラムが第２の結像光学部品（５）を介して該空間分解検出器（６）上に結像され、このインターフェログラムから、該評価ユニットが該位相マスクの位相関数および透過関数を決定し、該インターフェログラムが該空間分解検出器（６）上に拡大して結像される、装置。
【請求項２】
インコヒーレントな放射線源が前記結像光学部品（２、５）を適切に補正するための異なる波長の放射線を放出し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記インコヒーレントな放射線が、前記第１の結像光学部品（２）の瞳面と共役な平面の近傍に配置された追加の偏光フィルタによって異なって偏光される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記コヒーレンス・マスク（１）または前記ピンホール（１’）が好ましくは、レチクル上に可動かつ交換可能に配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記コヒーレンス・マスク（１）が２本または３本のビームが干渉するように設けられている、請求項１および４に記載の装置。
【請求項６】
前記回折格子（３、３’）が好ましくは、基板上に可動かつ交換可能に振幅格子として配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に配置された前記位相マスク（４）が、前記干渉測定装置の光軸に対して所定の様式で傾斜可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記インターフェログラムの結像の拡大が、前記第１の結像光学部品（２）、前記第２の結像光学部品（５）またはその両方の結像光学部品（２、５）によって実現される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第２の結像光学部品（５）が、異なる拡大レベルを実現するように交換可能である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
既知の厚さの平坦なプレートが、位相関数の較正のために前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に設けられる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
既知の透過率の平坦なプレートが、透過関数の較正のために前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に設けられる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記干渉測定装置が差動横シアリング干渉計であり、前記回折格子（３）が前記第１の結像光学部品（２）の焦点面内に配置される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
横シアリング干渉計（ＬＳＩ）の形態の前記干渉測定装置がピンホール（１’）を備え、前記回折格子（３’）が前記第１の結像光学部品（２）の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造（７）が前記面内に配置されている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
点回折干渉計（ＰＤＩ）の形態の前記干渉測定装置がピンホール（１’）を備え、前記回折格子（３’）が前記第１の結像光学部品（２）の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造（７）が前記面内に配置されている、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記干渉測定装置が、差動横シアリング干渉計、横シアリング干渉計、および／または点回折干渉計を選択的にまたは組み合わせて含むように、前記コヒーレンス・マスク（１）または前記ピンホール（１’）のそれぞれ、前記回折格子（３、３’）および前記絞り構造（７）が交換可能である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
位相マスクの干渉測定のための方法であって、コヒーレンス・マスク（１）またはピンホール（１’）を通る放射線が回折格子（３、３’）によって干渉させられ、該第１の結像光学部品（２）の瞳面内または近傍には、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な位相マスク（４）が配置され、該位相マスクによって、ｘ−ｙ方向に位相シフトされたインターフェログラムが該コヒーレンス・マスク（１）、該ピンホール（１’）、または該回折格子（３、３’）をそれぞれ並進的に変位させることにより生成され、該インターフェログラムが第２の結像光学部品（５）を介して該空間分解検出器（６）上に結像され、このインターフェログラムから、該評価ユニットが該位相マスクの位相関数および透過関数を決定し、該インターフェログラムが該空間分解検出器（６）上に拡大して結像される方法。
【請求項１７】
前記インコヒーレントな放射線源が前記結像光学部品（２、５）を適切に補正するための異なる波長の放射線を放出し得る、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記インコヒーレントな放射線が、前記第１の結像光学部品（２）の瞳面と共役な平面の近傍に配置された追加の偏光フィルタによって異なって偏光される、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コヒーレンス・マスク（１）または前記ピンホール（１’）が好ましくは、レチクル上に可動かつ交換可能に配置されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記コヒーレンス・マスク（１）が２本または３本の光線が干渉するように設けられている、請求項１６または１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記回折格子（３、３’）が好ましくは、基板上に可動かつ交換可能に振幅格子として配置されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に配置された前記位相マスク（４）が、前記干渉測定装置の光軸に対して所定の様式で傾斜可能である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記インターフェログラムの結像の拡大が、前記第１の結像光学部品（２）、前記第２の結像光学部品（５）またはその両方の結像光学部品（２、５）によって実現される、請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の結像光学部品（５）が、異なる拡大レベルを実現するように交換可能である、請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
既知の厚さの平坦なプレートが、位相関数の較正のために前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に設けられる、請求項１６乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
既知の透過率の平坦なプレートが、透過関数の較正のために前記第１の結像光学部品（２）の瞳面内に設けられる、請求項１６乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
差動横シアリング干渉計（ｄＬＳＩ）の形態の前記干渉測定装置が、前記第１の結像光学部品（２）の焦点面内に配置された回折格子（３）を備える、請求項１６乃至２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
横シアリング干渉計（ＬＳＩ）の形態の前記干渉測定装置がピンホール（１’）を備え、前記回折格子（３’）が前記結像光学部品（２）の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造（７）が前記面内に配置される、請求項１６乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
点回折干渉計（ＰＤＩ）の形態の前記干渉測定装置がピンホール（１’）を備え、前記回折格子（３’）が前記第１の結像光学部品（２）の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造（７）が前記面内に配置されている、請求項１６乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記干渉測定装置が、差動横シアリング干渉計、横シアリング干渉計、および／または点回折干渉計を選択的にまたは組み合わせて含むことができるように、前記コヒーレンス・マスク（１）、前記ピンホール（１’）、前記回折格子（３、３’）および前記絞り構造（７）が交換可能である、請求項１６乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記評価ユニットが、前記位相シフトされたインターフェログラムから前記位相マスクの位相関数および透過関数を決定する、請求項１６乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記位相関数および／または前記透過関数の決定が、前記干渉測定装置のパラメータが考慮された測定モデルを用いて行われる、請求項１６乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記測定モデルが逆回折理論に基づく、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記測定モデルが厳密な回折理論によって算出されたルックアップ・テーブルを使用する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
測定が異なるシアリング距離および異なるシアリング方向を用いて行われ、差動横シアリング干渉計（ｄＬＳＩ）の形態の前記干渉測定装置が、格子間隔および格子方向に関して異なる回折格子（３）をコヒーレンス・マスク（１）と組み合わせる、請求項１６乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
測定が異なるシアリング距離および異なるシアリング方向を用いて行われ、横シアリング干渉計（ＬＳＩ）の形態の前記干渉測定装置が、異なる距離で、格子間隔および格子方向に関して異なる回折格子（３’）を絞り構造（７）と組み合わせる、請求項１６乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
測定が異なるシアリング距離および異なるシアリング方向を用いて行われ、点回折干渉計（ＰＤＩ）の形態の前記干渉測定装置が、異なる距離で、格子間隔および格子方向に関して異なる回折格子（３’）をピンホールの形態の絞り構造（７）と組み合わせる、請求項１６乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にリソグラフィにおいて、位相マスクの干渉測定のための装置および同方法に関する。リソグラフィにおいては、アッベ解像度限界以下の構造をウエハに転写するために位相マスクが用いられる。構造が誤って転写されるのを防ぐために、位相マスクの測定が必要である。
【背景技術】
【０００２】
既知の先行技術によれば、横方向分解能を向上させるためにリソグラフィでは位相マスクが用いられる。透明領域および非透明領域を含む従来のマスクとは対照的に、ＰＳＭ（「位相シフト・マスク」）は透明領域間に通常１８０°の位相シフトを有する。更に、従来のマスク領域および位相シフト構造を含む領域の両方を備えるマスクも存在する。
【０００３】
先行技術によれば、リソグラフィ用途の光学結像系の測定のために、干渉装置に基づいた解決法が知られている。
これに関連して、独国特許出願公開第１０２５８１４２号明細書には、シアリング干渉計を用いた波面検出による結像系の光学測定用の装置が記載されている。これは、結像系の前の物体側に配置される物体構造、結像系の後のイメージ側に配置される画像構造、ならびに前記画像構造の後に配置された検出器および評価ユニットを用いて、重ね合わされた構造を検出し、前記重ね合わされた構造を物体構造および画像構造を用いて評価することを含む。画像構造および／または物体構造は、周期的な多周波数パターンを含み、その多周波数パターンは、少なくとも１つの方向において、少なくとも２つの異なる周期の長さおよび／または少なくとも１つの２次元主要パターンを含み、少なくとも１つの２次元主要パターンは周期的に配置された構造フィールドと、主要パターンの構造フィールド内に形成された少なくとも１つのサブパターンとを有する。例えば、この装置は、半導体素子を構造化するためのマイクロリソグラフィ・システムにおける投影レンズの高精度空間分解測定に使用されることもある。
【０００４】
更に、独国特許出願公開第１０２６０９８５号明細書には、光学結像系の波面干渉測定用の装置が記載されており、この装置では、光学結像系の測定はシアリング干渉計を用いた波面検出によってなされる。この解決法は、結像系の前の物体側に配置された照明部、結像系の後で、前記結像系の像平面の前に配置された回折格子、結像系の像平面内に配置されたフィルタ・マスク、およびフィルタ・マスクの後に配置された検出器ユニットを使用することを提供し、前記照明部がコヒーレンス・マスクを含み、そのコヒーレンス・マスクは不所望の回折次数を低減するように設計された多開口構造を有する。また、フィルタ・マスクが結像系の結像面において可動的に配置される。例えば、この装置は起こり得る結像誤差に対して、マイクロリソグラフィ・システムの高開口数投影レンズの空間分解測定のために用いられることがある。
【０００５】
特に可視光および紫外光のほか軟Ｘ線においては、電磁放射線の波面を検出するための装置および方法を主張する更なる解決法が、独国特許出願公開第１０１０９９２９号明細書に記載されている。波面源の２次元構造によって、光学系によって変換された波面を高精度で測定できるように放射の空間コヒーレンスを適合させることができる。この提案された装置は、赤外光からＸ線までのコヒーレントおよび非コヒーレント放射の両方に適している。空間分解検出器用に従来のＣＣＤカメラ技術を用いるとき、大きなスペクトル範囲が利用可能である。しかし、極端に短い波長では、例えば、光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）も空間分解検出器として用いることができる。この空間分解検出器は、ＣＭＯＳ技術を用いて設計され、低電力消費量で、Ｄ／Ａ変換器を検出器上に組み込むことを可能にするセンサを備えることもできる。ＣＩＤ（電荷注入素子）技術を用いたセンサも可能である。
【０００６】
米国特許第６５７３９９７号明細書にはシアリングおよび点回折の複合型干渉計が記載されており、この干渉計は既存の２種類の干渉法の長所を組み合わせ、測定精度を向上し、かつ、両方法の運動性を改善する。この装置において用いられ、光学系の結像面近傍に配置される絞りは、両干渉計方法のためのパターンを含む。記載された解決法は、フォトリソグラフィ・システムの投影光学部品を検査するのに提供される。特に、この解決法の一実施形態によって、単一の光学素子の検査も可能になる。この目的のために、この光学素子は、電磁エネルギー源によって照射され、続いて、シアリングおよび位相シフト点回折格子干渉計を用いて、干渉的にハイブリッド・マスクを光学ビーム経路内にシフトすることによって、検査される。この記載のハイブリッド干渉計システムを用いれば、異なる結像誤差を決定し、特徴付けて、不鮮明な、焦点の合っていない像を投影光学部品がウェハ上に投影するのを防止することができる。インターフェログラムおよび得られた波面を分析すれば、ずれの存在を推測することが可能となる。
【０００７】
更に、先行技術では、干渉装置を用いて構造の検査を可能にする解決法が知られている。
横シアリング干渉計（ＬＳＩ）に基づく方法が、フッテラー（Ｆｕｔｔｅｒｅｒ）［非特許文献１］およびシュヴァイダー（Ｓｃｗｉｄｅｒ）［非特許文献３］によってそれぞれ記載されている。この測定装置では、照明源としてピンホールを備えており、回折格子が平行なビーム経路内の焦点の外側に位置決めされる。ある種の回折次数を除去する絞りが第１の結像系の焦点内に配置される。
【０００８】
クスノセ（Ｋｕｓｕｎｏｓｅ）らによってシアリング干渉顕微鏡が記載されている［非特許文献２］。しかし、この干渉計は多数の光学素子が使用されることから非常に大型で、非常に小型の測定装置ではない。
【非特許文献１】フッテラー・ジーら（Ｆｕｔｔｅｒｅｒ  Ｇ．ｅｔ  ａｌ）、Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｈｅａｒｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｍａｓｋ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｎｅｎｔ  ａｔ  １９３ｎｍ、２００２年、ＳＰＩＥ、第４６９１巻、５４１〜５５１ページ
【非特許文献２】クスノセ・エッチら（Ｋｕｓｕｏｎｅｓｅ  Ｈ．ｅｔ  ａｌ）、Ｐｈａｓｅ  Ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  ＵＶ  Ｌｉｇｈｔ  ｆｏｒ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｉｎｇ  Ｍａｓｋ  Ｉｎｓｐｅｃｔｏｉｏｎ、１９９４年、ＳＰＩＥ、第２２５４巻、２９４〜３０１ページ
【非特許文献３】シュヴァイダー・ジェーら（Ｓｃｈｗｉｄｅｒ  Ｊ．ｅｔ  ａｌ）、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｍａｓｋ  Ｍａｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ、２００５年、ＳＰＩＥ、第５７７６巻、２７０〜２７７ページ
【非特許文献４】プチ・アール（Ｐｅｔｉｔ  Ｒ）、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ、ベルリン所在Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ社、１９８０年
【非特許文献５】ハイドナー・エッチ（Ｈａｉｄｎｅｒ  Ｈ．）、キプファー・ピー（Ｋｉｐｆｅｒ  Ｐ．）シュトライブル・エヌ（Ｓｔｒｅｉｂｌ  Ｎ．）、Ｏｐｔｉｍａｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｌｉｅｆ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ、Ｏｐｔｉｋ  ９０、１９９２年、第９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、マスク検査に関連して透過および位相に対して約２００ｎｍの領域の非常に小さい構造寸法を有する位相マスクの特徴づけを可能にする迅速かつ定量的な測定方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は独立請求項の特徴によって達成される。好適な改善および実施形態が従属請求項によって包含される。
位相マスクの干渉測定のための本発明の解決法では、インコヒーレントに照明されたコヒーレンス・マスクが、第１の結像光学部品を介して回折格子上に結像される。例えば異なるシアリング距離およびシアリング方向を有する位相マスクを測定するために、第１の結像光学部品の瞳面内または近傍には、ｘ−ｙ平面に正確に位置決め可能な位相マスクが存在する。ｘ−ｙ方向に位相シフトされたインターフェログラムが、コヒーレンス・マスク、ピンホール、または回折格子をそれぞれ並進シフトさせることによって、この位相マスクによって生成され、第２の結像光学部品を介して空間分解検出器上に結像される。これらのインターフェログラムに基づき、評価ユニットが位相マスクの位相関数および透過関数を決定し、インターフェログラムが空間分解検出器上に拡大して結像される。
【００１１】
特にフォトリソグラフィ用位相マスクの干渉測定のための提案された装置およびそれに相当する方法が提供されるが、この解決法は一般に、当然ながら生物学的構造などの平坦な位相物体に応用することができ、例えば、この場合、干渉顕微鏡にポイントを接続することが生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
例示的な実施形態を参照して以下本発明を更に詳細に記載する。
以下においては、ＬＳＩ差動測定装置とは、一般的なピンホールの代わりにコヒーレンス・マスクが用いられ、回折格子が結像系の焦点内に配置されるＬＳＩ測定装置を指すものとする。レチクル内のコヒーレンス・マスクは、いくつかの回折次数のみ、ここでは特に−１次、ゼロ次、＋１次の回折次数を干渉させるという効果を有する。
【００１３】
位相マスクの干渉測定のための本発明の装置は、干渉測定装置から構成され、放射線源、回折格子、２つの結像光学部品、空間分解検出器および評価ユニットからなる。コヒーレンス・マスクまたはピンホールを通る放射線は、回折格子によって干渉させられる。第１の結像光学部品の瞳面内または近傍には、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な位相マスクが配置される。ｘ−ｙ方向に位相シフトされたインターフェログラムが、コヒーレンス・マスク、ピンホール、または回折格子をそれぞれ並進的に変位させることによりこの位相マスクによって生成され、第２の結像光学部品を介して空間分解検出器上に結像される。位相シフトされたインターフェログラムに基づき、評価ユニットが位相マスクの位相関数および透過関数を決定し、インターフェログラムが空間分解検出器上に拡大して結像される。これによって、位相マスクの小さな部分領域、例えば１０μｍ×１０μｍのサイズを測定すること、および生成され、位相シフトされたインターフェログラムを空間分解検出器上に拡大して結像することが可能となる。
【００１４】
有利な実施形態では、放射線源は結像光学部品を適切に補正するための異なる波長の放射線を放出し得る。更に、インコヒーレントな放射線が追加の偏光フィルタによって異なって偏光された放射線を放出することができれば有利である。この目的のために、偏光フィルタは第１の結像光学部品の瞳面と共役な平面近傍に配置される。レチクル上に配置されたコヒーレンス・マスクおよび基板上に振幅格子として配置された回折格子は、可動かつ交換可能であることが好ましい。第１の結像光学部品の瞳面内に配置された位相マスクは、干渉測定装置の光軸に対して所定の様式で傾斜可能である。位相シフトされたインターフェログラムの結像の拡大は、第１、第２またはその両方の結像光学部品によって達成され、第２の結像光学部品は異なる倍率レベルを実現するように好ましくは交換可能である。
【００１５】
好ましくは異なる波長の放射線を放出する放射線源を用いれば、スペクトル依存性の測定データ、すなわちスペクトル依存性の振幅分布および位相分布によって、局所的外乱、例えば汚染に起因する材料特性の外乱の種類に関する結論を導く追加の情報を取得することが可能となる。
【００１６】
更に有利な実施形態は、干渉測定の光軸に対して所定の様式で傾斜可能な位相マスクを提供する。これは特に、位相ステップの端部を改善された方位分解能で結像および測定することを可能にする。更に、これによって反射アーチファクトを回避することが可能となる。
【００１７】
これら２つの有利な実施形態を適用することによって、更に多くの様々な測定データが使用可能となるので、測定の信頼性および精度が実質的に改善され得る。
干渉測定装置の結像エラーによる測定結果の歪曲を回避するためには、測定装置を較正することが好都合である。位相関数の較正は、第１の結像光学部品の瞳面内に配置された既知の厚さの平坦なプレートによって行われるが、透過関数の較正は、第１の結像光学部品の瞳面内にまた配置された既知の透過率の平坦なプレートによって行われる。これによって、照明および結像系によって生じる、結像系の収差および照明の不均一性の両方を較正することが可能となる。
【００１８】
第１の代替実施形態では、干渉測定装置が、第１の結像光学部品の焦点面に回折格子が配置された「差動横シアリング干渉計」（ＬＳＩ）として提供され得る。
図１に示す差動ＬＳＩ（ｄＬＳＩ）測定装置では、インコヒーレントに照明されるコヒーレンス・マスク１が第１の結像光学部品２を介して回折格子３上に結像される。第１の結像光学部品２の瞳面内また近傍には、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な、測定されるべき位相マスク４が配置される。この場合、位相マスク４は、位相マスクをμｍの精度で所望のｘ−ｙ位置まで移動することができるので、位相マスク４の所望の所定の領域を検査することができる。位相マスク４の位相シフトされたインターフェログラムが、コヒーレンス・マスク１または回折格子３をｘ−ｙ方向に並進的に変位させることによって生成され、第２の結像光学部品５を介して空間分解検出器６上に結像される。位相シフトされたインターフェログラムに基づき、評価ユニット（図示せず）が位相マスク４の位相関数および透過関数を決定し、インターフェログラムが空間分解検出器６上に拡大されて結像される。この場合、ＬＳＩ測定装置の個々の素子は、既に述べた有利な実施形態を有し得る。
【００１９】
差動ＬＳＩ（ｄＬＳＩ）測定装置の例示的実施形態は、以下のパラメータによって表すことができる：
マスク間隔：５．７９ｍｍ
回折格子の間隔：５．７９ｍｍ
第１の結像光学部品の開口数：１、２、３：０．９
第２の結像光学部品の倍率：１：３６０
観察される位相マスクの詳細：１０μｍ×１０μｍ
検出器：９μｍのピクセル・サイズにおいて８００ピクセル
未拡大の画像のシアリング：１００ｎｍ
拡大された画像のシアリング：３６ｎｍ
更なる実施形態では、構造分解能を増大するために、１より大きい開口数が可能となるように、結像光学部品２および５を液浸光学部品として設計することもできる。
【００２０】
位相マスクの干渉測定のために、回折次数が−１次、０次および＋１次の重ね合わせに起因して形成されるインターフェログラムが生成され、このうちの２つまたは３つ全部を相互に重ね合わせることができる。この場合、アスペクト比も考慮すると、コヒーレンス・マスクの間隔は回折格子の間隔と同じである。他方、（再びアスペクト比を参照すれば）回折格子の間隔の２倍になるようにコヒーレンス・マスクの間隔を選択すると、コヒーレンス関数は、シアリング距離１（格子の回折次数が０次と１次との間または０次と−１次との間）について０ポイントを有し、シアリング距離２（格子の回折次数が１次と＋１次との間の距離）について有限の値を有し、この結果、−１次の回折次数および＋１次の回折次数が相互に重ね合わされ、次いで０次の回折次数の重ね合わせが阻止されるときに、インターフェログラムはコントラストを示す。
【００２１】
３つの回折次数が重ね合わされる場合、２つの導出結果（回折次数が−１次および０次からのインターフェログラムおよび回折次数が０次および＋１次のからのインターフェログラム）の測定された勾配が平均化されるので、効果が平均化されるであろう。２ビームのコヒーレンス・マスクとは対照的に、３ビーム・コヒーレンス・マスクは、位相マスクおよび位相マスクの透過率に関する情報がない領域には達しない。
【００２２】
他方、３ビーム干渉を用いたインターフェログラムの評価は更に困難であることがわかる。特に透明領域から非透明領域までの移行時には、２ビーム干渉を用いた領域と３ビーム干渉を用いた領域とを区別しなければならない。平均化効果を数値的に補正しなければならないので、ある領域では２ビーム・コヒーレンス・マスクを用い、その他の領域では３ビーム・コヒーレンス・マスクを用いて作業することが有利であり得る。
【００２３】
第２の代替実施形態では、干渉測定装置は「点回折干渉計」（ＰＤＩ）として提供され得る。差動ＬＳＩ装置とは対照的に、コヒーレンス・マスクの代わりに、ここでピンホールが用いられる。更に、回折格子が第１の結像光学部品の焦点面の外側に配置され、追加のピンホールがその焦点面内に配置されている。
【００２４】
図２に示したＰＤＩ測定装置では、ピンホールを有するマスク１’が第１の結像光学部品２によって絞り構造７上に結像される。この場合、ピンホールが回折によってコヒーレントな球面波を生成する。ピンホールの直径は典型的には波長よりも小さい。この変形例では、回折格子３’が第１の結像光学部品２の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造７がその焦点面内に配置されている。追加の絞り構造７もピンホールとして提供される。第１の結像光学部品２の瞳面においては、ここでもｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な、測定される位相マスク４が配置される。この場合、位相マスク４をμｍの精度で所望のｘ−ｙ位置まで移動することができるので、位相マスク４は、位相マスク４の所望の所定の領域を検査することができる。位相マスク４の位相シフトされたインターフェログラムが、マスク１’または回折格子３’をｘ−ｙ方向に並進的に変位させることによって生成され、第２の結像光学部品５を介して空間分解検出器６上に結像される。位相シフトされたインターフェログラムに基づき、評価ユニット（図示せず）が位相マスク４の位相関数および透過関数を決定し、インターフェログラムが空間分解検出器６上に拡大されて結像される。この場合、ＰＤＩ測定装置の個々の素子は、既に述べた有利な実施形態を有し得る。
【００２５】
第３の代替実施形態では、干渉測定装置がＬＳＩまたはＰＤＩとして選択的に用いられるように、コヒーレンス・マスク、回折格子および絞り構造は交換可能である。
位相マスクの干渉測定のための本発明の方法は、コヒーレンス・マスクまたはピンホールを通過する放射線を回折格子によって干渉させる。第１の結像光学部品の瞳面内または近傍に、ｘ−ｙ方向に正確に位置決め可能な位相マスクが配置される。位相シフトされたインターフェログラムが、ピンホールまたは回折格子をｘ−ｙ方向に並進的に移動させることによって生成され、第２の結像光学部品によって空間分解検出器上に結像される。これらの位相シフトされたインターフェログラムに基づいて、評価ユニットが位相マスクの位相関数および透過関数を決定し、インターフェログラムが空間分解検出器上に拡大されて結像される。
【００２６】
有利な実施形態では、放射線源は結像光学部品を適切に補正するための異なる波長の放射線を放出し得る。更に、インコヒーレントな放射線が追加の偏光フィルタによって異なって偏光された放射線を放出し得ることが有利である。この目的のために、偏光フィルタは第１の結像光学部品の瞳面と共役な平面近傍に配置される。レチクル上に配置されたピンホールおよび基板上に振幅格子として配置された回折格子は、可動かつ交換可能であることが好ましい。第１の結像光学部品の瞳面内に配置された位相マスクは、干渉測定装置の光軸に対して所定の様式で傾斜可能である。位相シフトされたインターフェログラムの結像の拡大は、第１、第２またはその両方の結像光学部品によって達成され、第２の結像光学部品は異なる倍率レベルを実現するように好ましくは交換可能である。結像の拡大が第１の結像光学部品によって行われる場合、前記光学部品は２ステージ結像系として実現されるべきであり、必要な拡大はこの２ステージ間で行われなければならない。
【００２７】
有利な実施形態では、図示のＰＤＩ測定装置はハイブリッドＰＤＩ／ＬＳＩ測定装置として実現することができる。
これに関して、図３は拡大された画像が部分光学部品２と部分光学部品２’との間に生成される２ステージの第１の結像光学部品を備える差動ＬＳＩ測定装置を示す。
【００２８】
干渉測定装置の結像エラーによる測定結果の歪曲を回避するためには、測定装置を較正することが好都合である。位相関数の較正は、第１の結像光学部品の瞳面内に配置された既知の厚さの平坦なプレートによって行われるが、透過関数の較正は、第１の結像光学部品の瞳面内に更に配置された既知の透過率の平坦なプレートによって行われる。これによって、照明および結像系によって生じる、結像系の収差および照明の不均一性の両方を較正することが可能となる。
【００２９】
この場合、干渉測定は差動「横シアリング干渉計」（ｄＬＳＩ）および「点回折干渉計」（ＰＤＩ）の両方によって行うことが可能である。ｄＬＳＩ測定装置は回折格子が第１の結像光学部品の焦点面内に配置されているが、ＰＤＩ測定装置は回折格子が第１の結像光学部品の焦点面の外側に配置され、追加の絞り構造がこの焦点面内に配置されている。ＰＤＩ測定装置はピンホールを用いて照明するが、ＬＳＩ測定装置とは対照的に、ｄＬＳＩ測定装置はピンホールの代わりにコヒーレンス・マスクを有する。
【００３０】
コヒーレンス・マスク、ピンホール、回折格子および絞り構造は交換可能になされている場合、干渉測定装置をｄＬＳＩまたはＰＤＩとして選択的に用いることができる、特に有利な代替実施形態が得られる。
【００３１】
用いられる干渉測定装置に関係なく、位相マスクの位相関数および透過関数は、位相シフトされたインターフェログラムに基づいて評価ユニットによって決定される。透過関数を決定する際、干渉計光学部品に起因する反射および／または吸収された放射線成分を考慮する必要がある。システムの透過率は干渉計光学部品を通過する場所に左右されるので、この考慮は空間分解的なやり方で行われなければならない。
【００３２】
本発明の解決法によって、構造寸法が小さい位相マスクの位相関数および透過関数の両方を絶対項で決定することが可能となる。しかし、既に述べたように、このことは干渉測定装置の較正を必要とする。
【００３３】
記載の干渉測定装置を用いる際に、特別な要求が、小さな構造寸法の測定に対してなされなければならないことが判明した。
このため、例えば、結像光学部品の開口数（ＮＡ）およびロンキー格子の間隔を変えながら、位相深さΠを有する位相マスクとして機能するロンキー格子のインターフェログラムを評価した。
【００３４】
小さい構造を有する位相マスクの測定された位相関数、およびひいては測定された透過関数も、以下のパラメータの関数であることがわかった。
結像光学部品のＮＡ；
使用される光源の偏光条件；
使用される光源の波長；
空間分解検出器のピクセル・サイズ；
シアリングの距離および方向；
および位相マスクの表面プロファイルおよび材料組成
検出器平面内の測定された位相関数は、位相関数、すなわち位相マスクの表面プロファイルへ１：１で変換されないので、これにより、測定された位相関数を解釈することが困難となる。
【００３５】
位相マスクの位相関数および透過関数がシアリング方向に左右されることをより明確に説明するために、図４ａは干渉測定のために異なるシアリング方向Ａ、ＢおよびＣを有する位相マスクの構造８を示す。これらの異なるシアリング方向Ａ、ＢおよびＣに関して測定された位相関数の区間を図４ｂに表す。シアリング方向が異なるために分解能の増大が可能であることがわかる。小さい構造に関して特に重要である適切なシアリング方向Ａ、ＢおよびＣを選択することによって、空間分解能を増大させることができることに留意されたい。異なるシアリング方向でかつ／または異なるシアリング距離で、また異なる傾斜角度で位相マスクを測定することによって、更に多くの異なる測定データが評価に使用できるので、この場合も測定の信頼性および精度を大幅に改善することができる。
【００３６】
シアリングの距離および方向の変更は、使用される干渉測定装置に応じて異なる様式でなされる。
「横シアリング干渉計」（ＬＳＩ）または「点回折干渉計」（ＰＤＩ）の形態の干渉測定装置は、格子間隔および格子方向に関して異なる回折格子を、異なる距離にある絞り構造と組み合わせることによって異なるシアリング距離と異なるシアリング方向で測定を行うが、差動「横シアリング干渉計」（ｄＬＳＩ）の形態の干渉測定装置は、コヒーレンス・マスクと、格子間隔および格子方向の異なる回折格子とを組み合わせる。
【００３７】
更に、小さい構造寸法を有する位相マスクの干渉測定においては、測定結果に影響を及ぼす異なる光学的効果が生じることが想定され得る。このため、例えば、小さい構造寸法の場合はすべての空間周波数が結像光学部品によってそれ以上伝達されるというわけではない。表された位相領域の遷移点で、所謂、リップルの「オーバーシュート」（ギブス現象）が現れる。
【００３８】
位相マスクの構造寸法が既にその波長の範囲内にある場合、位相マスクの効果は、実数部分が透過率を表し、虚数部分が位相遅延を表す透過関数だけでは単に説明することは最早できない。このような構造寸法の効果は、ベクトル回折理論［非特許文献４］によって説明される。決定された測定結果は照明放射線に用いられる偏光方向に応じて変動するので、偏光フィルタの使用が推奨される。
【００３９】
放射線源の偏光方向の規定された設定のために偏光フィルタを用いることに加え、異なるコヒーレンス・マスクと組み合わされた多周波数回折格子を用いて位相マスク上の検査された場所の構造寸法にシアリング距離を適合させれば、高精度の測定を保証することができる。
【００４０】
位相関数および／または透過関数の決定は、干渉測定装置の前述のパラメータを考慮した測定モデルを用いて行われる。この測定モデルの助けを借りて、測定された位相関数および透過関数に基づいて位相マスクの表面プロファイルが算出される。
【００４１】
この場合、測定モデルは逆回折理論に基づくものであってもよく、この逆回折理論は、位相マスクの表面プロファイルに関する先験的情報および測定パラメータに関する情報に基づく。
【００４２】
この測定モデルでは、例えば測定方法によって決定された位相関数および透過関数に基づいて、結像が行われる前の実際の位相マスクに戻る逆の計算がなされる。このような逆の計算は、単純な構造についてのみ可能である。実際は、位相マスクの位相関数および透過関数を取得すべく、より単純な順方向の計算［非特許文献４］が反復最適化法［非特許文献５］と組み合わせて用いられる。より迅速に計算できるようにするために、ある表面パラメータ、例えば構造の高さおよび幅等が計算された「ルックアップ・テーブル」が用いられる。この測定モデルは、前述の測定条件、例えば伝達されるＮＡ、波長、偏光条件、検出器のピクセル・サイズ、シアリング距離、シアリング方向等を考慮する。位相マスクの構造寸法がこの波長の領域内にある場合、厳密な回折理論が順方向の計算に用いられるべきである。前記計算も光の偏光条件を考慮に入れる。位相マスクの効果は、実数部分が透過率を表し虚数部分が位相マスクに起因する位相遅延を表す透過関数のみによっては最早説明することができない。
【００４３】
位相マスクの干渉測定のための本発明の装置および方法は、構造寸法の小さい位相マスクの位相関数および透過関数の両方を絶対項において計算することのできる解決法を提供する。
【００４４】
提案された解決策の特徴は、特に、例えばスキャナ／ステッパ・システムなどと同じレーザ放射線源で動作するということにある。
ビーム経路に傾斜して配置された位相マスクおよび異なる波長を放出するインコヒーレントな放射線源がシアリング距離およびシアリング方向を変えることを可能にするので、測定の信頼性および精度を大幅に向上させることができる。
【００４５】
提案された干渉測定装置は小型で、環境の影響に対してロバストである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】差動ＬＳＩ測定装置を示す図。
【図２】ＰＤＩ測定装置を示す図。
【図３】第１の２ステージ結像光学部品を備える差動ＬＳＩ測定装置を示す図。
【図４ａ】異なるシアリング方向を有する位相マスクの構造を示す図。
【図４ｂ】異なるシアリング方向についての位相関数の測定された区間を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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