(57)【要約】【課題】  波面源の領域における単純な構造によって弁別される干渉計測装置を提供する。【解決手段】  マスク上に設けられる有用なパターンを自身の像面に投影するのに用いられる光学的結像装置の干渉計測用計測装置が、結像装置を横切って少なくとも１つの波面を生じしめる波面源と、結像装置の下流に配置可能であって、結像装置によって再整形される波面と干渉する回折格子（３２）と、回折格子に割り当てられて、干渉計測情報を収集する空間分解検出器（３３）を有する。波面源は、マスク（８）上において有用なパターン（３５）に加えて形成される少なくとも１つの計測パターン（３４）を有する。
2005522871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上に設けられる有用なパターンを自身の像面に投影するのに用いられる光学的結像装置の干渉計測用計測装置において：
前記結像装置（４）を横切って少なくとも１つの波面を生じしめる波面源（３１）と；
前記結像装置の下流に配置可能であって、前記結像装置によって再整形される前記波面と干渉する回折格子（３２）と；
前記回折格子に割り当てられて、干渉計測情報を収集する空間分解検出器（３３）とを有し、
前記波面源（３１）は、前記マスク（８）上において前記有用なパターン（３５）に加えて形成される少なくとも１つの計測パターン（３４）を有する計測装置。
【請求項２】
前記計測パターン（３４）は、第１の周期方向と該周期構造に対して横切る方向、特に直交する方向に延在する少なくとも１つの第２の周期方向とを有する二次元構造を有する請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
少なくとも１つの計測パターンは、菱形の基本セルを備える請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
少なくとも１つの計測パターンは、異なる、特に直交する周期方向と、異なる周期長さとを有する、互いに隣り合わせに配置される直線型格子を備える請求項１〜３の１項に記載の計測装置。
【請求項５】
少なくとも１つの領域（４２）において、前記マスク（８）は、自身の下流の光路内における強度分布を均一化する散乱構造（３９）を有する請求項１〜４の１項に記載の計測装置。
【請求項６】
少なくとも１つの散乱構造（３９）が、前記計測パターン（３４）の上流の光路内において設けられて、強度が均一化されるとともに、それが適切である場合は、前記計測パターン（３４）上に当たる光（４１）の空間的コヒーレンスが減じられ、前記散乱構造は、好ましくは前記マスク上において設けられる請求項１〜５の１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記マスク（８）は、光入射側（３８）と前記計測パターン（３４）を備える光出射側（３７）とを有する透明キャリヤ（３６）を有し、散乱構造（３９）は、前記光入射側（３８）において前記計測パターン（３４）の前記領域（４２）内に配置される請求項１〜６の１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記散乱構造（３９）は、透明な板状キャリヤ（３６）の実質的に平坦な側部、特に前記光入射側（３８）の小領域（４２）を粗面化したものとして設計される請求項５〜７の１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記結像装置（４）は、光の強度が瞳周期とともに少なくとも１つの周期方向に周期的に変動する不均一な瞳強度分布を有する瞳平面（２０）を有し、前記計測パターン（３４）と前記回折格子（３２）とは、前記瞳平面（２０）の周期方向に対応する少なくとも１つのシヤリング方向におけるシヤリング距離（５０、５１）が割り当てられた瞳周期または該瞳周期の整数倍に対応するように前記結像装置（４）の前記瞳平面（２０）の前記強度分布に適合せしめられる相互適合周期構造を有する請求項１〜８の１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記結像装置（４）の前記瞳（２０）の前記瞳強度分布は、第１の瞳周期を有する第１の周期方向と、前記第１の周期方向を横切る方向に延在する、第２の瞳周期を有する少なくとも１つの第２の周期方向とを有し、前記計測パターン（３４）および回折格子（３２）の周期構造は、前記第１の周期方向に対応する第１のシヤリング方向における第１のシヤリング距離（５０）が、前記第１の瞳周期または該周期の整数倍に対応するとともに、前記第２の周期方向に対応する第２のシヤリング方向における第２のシヤリング距離（５１）が、前記第２の瞳周期または該周期の整数倍に対応するように形成される請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記瞳平面の第１および第２の周期方向は、互いに対して垂直に延在し、前記回折格子は、２つの互いに垂直な周期方向を有する請求項１０に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記第１の瞳周期と第２の瞳周期とは、異なる長さを有し、前記回折格子は、異なる格子周期を有する第１の周期方向と該周期方向を横切って延在する第２の周期方向とを有する請求項１０または１１に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記回折格子（３２）は、異なる周期長さを有する２つの互いに垂直な周期方向を有し、前記回折格子は、好ましくは、特に菱形の基本セルを有する非正方形のチェスボード型格子として形成されるか、または前記回折格子は、異なる周期方向と周期長さとを有する、互いに隣り合わせに配置される直線型格子を有する請求項１〜１２の１項に記載の計測装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの周期方向におけるシヤリング距離は、前記結像装置（４）の前記瞳平面（２０）における高い光強度の領域の横方向の範囲より小さい請求項９〜１３の１項に記載の計測装置。
【請求項１５】
評価装置（４３）が設けられて、前記検出器（３３）の検出信号が、少なくとも１つの評価しきい条件の関数として選択的に評価される請求項１〜１４の１項に記載の計測装置。
【請求項１６】
前記評価装置（４３）は、さらなる処理に供せられる計測信号が、信号強度が強度しきい値を超え、かつ信号変調が変調しきい値を超える所定の検出領域（６３）のみの寄与によって形成されるように設計される請求項１５に記載の計測装置。
【請求項１７】
自身の像面（９）の領域内に配置されるマスク（８）を照明する照明装置（３）と、前記マスク上に設けられる有用なパターン（３５）の像を自身の像面（１６）に投影する投影対物レンズ（４）と；
前記投影対物レンズ（４）の干渉計測を行なう内蔵型計測装置であって、
前記投影対物レンズの前記像面（１６）の領域に任意で交換されうる回折格子（３２）と、
前記回折格子に割り当てられて、干渉計測情報を収集する空間分解検出器（３３）とを有する内蔵型計測装置とを有し、
前記マスク（８）は、前記有用なパターン（３５）に加えて、前記投影対物レンズ（４）の干渉計測を行なう計測装置の波面源（３１）の少なくとも１つの計測パターン（３４）を有するマイクロリソグラフィー用投影露光装置。
【請求項１８】
請求項２〜１６の少なくとも１項の主要部に記載の特徴により限定される、請求項１７に記載の投影露光装置。
【請求項１９】
動作時において、前記回折格子（３２）は、前記投影対物レンズの前記像面（１６）内に導入または前記像面から除去されて、前記有用なパターン（３５）を利用して露光される基板、特にウェーハと交換されうる請求項１７または１８に記載の投影露光装置。
【請求項２０】
前記投影対物レンズ（４）は、少なくとも１個の光学素子を有し、前記投影対物レンズの前記光学素子（７８、７９、８０）の少なくとも１個は、該光学素子の結像品質を変化させるのに利用されるとともに、前記干渉計測装置を介して制御されうる動作素子（７５、７６、７７）を割り当てられる請求項１７〜１９の１項に記載の投影露光装置。
【請求項２１】
マイクロリソグラフィー用投影露光装置に用いられるマスク（８）において、キャリヤ（３６）と、前記キャリヤ上に形成されて構造化対象の感光性基板を露光する少なくとも１つの有用なパターン（３５）と、前記有用なパターン（３５）に加えて設けられるとともに、干渉計測装置の波面源（３１）のコヒーレンス形成構造として形成される少なくとも１つの計測パターン（３４）とを有するマスク。
【請求項２２】
少なくとも１つの領域（４２）において、自身の下流の光路内において光、特に前記計測パターン（３４）に衝突する照明光（４０）の強度を均一化する散乱構造（３９）を有する請求項２１に記載のマスク。
【請求項２３】
光入射側（３８）と前記計測パターン（３４）を備える光出射側（３７）とを有する透明キャリヤ（３６）を有し、前記散乱構造（３９）は、前記光入射側（３８）において前記計測パターンの前記領域（４２）内に配置される請求項２１または２２の１項に記載のマスク。
【請求項２４】
マイクロリソグラフィー用投影露光装置に用いられるマスク（８）において、キャリヤ（３６）と、前記キャリヤ上に形成されて、構造化対象の感光性基板を露光する少なくとも１つの有用なパターン（３５）とを有し、自身の下流の光路内における光の強度を均一化させる散乱構造（３９）が、マスク（８）の少なくとも１つの領域（４２）内に設けられるマスク。
【請求項２５】
空間分解検出器の信号を評価して、さらなる処理に供せられる計測信号を形成させる方法において：
検出信号を少なくとも１つの評価しきい条件の関数として空間選択的に評価して、前記さらなる処理を行なうことができるだけの信号対雑音比を有する検出器領域を判断する段階を含む方法。
【請求項２６】
さらなる処理の対象となる前記計測信号を形成させるために、信号強度が強度しきい値を超え、かつ信号変調が変調しきい値を超える検出領域からの時間的変調信号のみが選択される請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的結像装置の干渉計測用計測装置と、このような計測装置が組み込まれたマイクロリソグラフィー投影露光装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的結像装置の結像品質には、ますます高度な要件が課せられるようになってきている。その一例が、マイクロメートル未満の範囲の構造を大体において結像誤差なしに製造することを目的とする、半導体構成品およびその他の微細構造素子のマイクロリソグラフィー生産用投影対物レンズである。複雑な光学的構造のために、対物レンズの光学特性を理論計算により導出することは一般に不可能であることから、これらの光学特性は、少なくとも光学的結像装置の組立ておよび調節時に信頼性よく計測されなければならない。さらにまた、投影対物レンズの光学特性を使用現場において動作時に計測することができて、結像品質のわずかな低下にも適時に対処できることが望ましい。
【０００３】
干渉計測法は、頻繁に用いられている。シヤリング干渉計の態様で動作するとともに、極めて高い分解能のフォトリソグラフィー投影対物レンズを高速かつ高精度で計測することができる波面記録装置が、独国特許出願第１０１ ０９ ９２９号において説明されている。この装置は、結像装置を横切って少なくとも１つの波面を生じしめる波面源と、結像装置の下流に配置されて、結像装置により再整形される波面と相互作用する回折格子と、前記回折格子の下流に配置されて、干渉計測情報を収集する空間分解検出器とからなる。波面源の空間構造は、この場合は、波面の空間的コヒーレンスを整形するのに用いられる。このようにして可能になるシヤリング干渉法においては、結像装置の瞳の主として異なる位置が、たとえば、回折されずに回折格子を横断した零次回折光に一次回折光を重ね合わせることによって干渉計測的に互いに比較される。
【０００４】
使用される波面源は、物体平面内に配置される多孔マスクと、前記多孔マスクの上流に接続されて、入射照明光を前記多孔マスクの孔に集中させる二次元穴構造の屈折性、回折性または反射性集束光学素子と、前記集束光学素子の上流に接続されて、マスク平面における強度分布を均一にするとともに、それが適切である場合は、空間的コヒーレンスを減少させるつや消しディスクとからなる波面モジュールでありうる。このような波面モジュールを用いる結果として、投影露光装置の照明装置を同時に干渉計測装置の照明装置として使用して、たとえば投影対物レンズの結像品質を、投影露光装置が用いられる現場において、その時々に確認することが可能になる。このためには、いずれの場合にも、チップ生産作業に用いられるとともにチップ構造を表す有用なパターンを有するレチクルをこうした波面モジュールに置き換えることが必要である。
【特許文献１】独国特許出願第１０１ ０９ ９２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、冒頭部分に記載の種類の干渉計測装置において、波面源の領域における単純な構造によって弁別される干渉計測装置を提供することにある。特に、計測装置がマイクロリソグラフィー投影露光装置に単純な態様で一体化され、かつ投影対物レンズを該レンズの動作状態において迅速に誤りなく計測しうることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明により請求項１の特徴を有する計測装置が提案される。さらにまた、請求項１７の特徴にしたがった、このような計測装置が組み込まれたマイクロリソグラフィー用投影露光装置が提案される。有利な開発形態は、従属請求項に記載されている。全ての請求項の言語表現は、本明細書の内容の１部として取り入れられる。
【発明の実施の形態】
【０００７】
本発明にしたがった計測装置は、マスク上に設けられた有用なパターンを結像装置の像面に投影するのに用いられる光学的結像装置の干渉計測に用いられる。マスクまたはレチクル上に設けられる前記有用なパターンは、たとえば、特定の製作段階における半導体構成品の構造を表す。計測装置は、結像装置を横切って少なくとも１つの波面を生じしめる波面源と、前記結像装置の下流に配置されるか、または配置可能であって、前記結像装置により再整形された波面と干渉する回折格子と、前記回折格子に割り当てられて、干渉計測情報を収集する空間分解検出器とを有する。本発明によれば、前記波面源は、有用なパターンに加えて、マスクまたはレチクル上に設けられる少なくとも１つの計測パターンからなる。
【０００８】
これによって、従来は別個の計測レチクル内にあった干渉計用計測構造をチップ構造用の通常のレチクル内に組み込むことが可能になる。したがって、これにより、投影対物レンズの干渉計測前に、チップ生産時に用いられるチップ生産レチクルを別個の計測レチクル（たとえば波面モジュール）に置き換える必要がなくなる。コヒーレンス整形特性を有することから、「コヒーレンス・パターン」とも呼ばれうる計測パターンは、構造的構成品の生産に用いられるレチクルの一部分として、該レチクル上に設けられる。その結果として、干渉計測装置の設備費は、大幅に削減されうる。加えて、内蔵される対物レンズに関する干渉計測は、以前に可能であった速度より高速になり、このことが、装置のダウン時間を減じるとともに、その結果として投影露光装置の生産性を向上させる。さらにまた、特に単純な態様で、投影対物レンズに関する計測データを生産工程との関係で適時に得ることが可能になって、たとえば投影対物レンズを適切に操作することによって結像品質の低下に適時に対処することができる。本発明にしたがった計測装置を用いると、計測のために、投影対物レンズの像面の領域内に配置されかつ露光される構成要素、たとえば半導体ウェーハを短時間にわたって計測構造と一致する回折格子に置き換えるだけでよい。空間分解検出器は、投影露光装置に恒久的に組み込まれるか、または前記回折格子と一緒に置換または交換されうる。
【０００９】
計測構造と回折格子との位置もまた相互交換可能である。これらは、光学的に互いに共役な平面内に配置されなければならない。このため、前記格子は、有用なパターンに加えてレチクル上に設けられうる。
【００１０】
好ましくは二次元位相分布をシヤリングインターフェログラムから計算可能にするために、好適な計測法において、異なる位相角を有する複数のインターフェログラムが必要とされる。位相角は、移相によって、すなわち像側の回折格子を変位させることおよび／または物体側のマスクを変位させることによって変化せしめられうる。この目的のために、計測装置は、変位装置の１個がたとえばウェーハ段階において組み込まれうる適切な変位装置を有しうる。
【００１１】
計測パターンは、単一の周期方向を有する一次元周期構造を有しうる。二次元構造および互いに交わる方向に延在する少なくとも２つの周期方向を有する計測パターン、特に２つの直交する周期方向を有する計測パターンが好ましい。好ましくは二次元構造の波面源によって、放射線の空間的コヒーレンスを一致させ得て、光学装置により再整形された波面が高精度で複数の方向において計測されうるようにすることができる。適切な二次元構造は、たとえば独国特許第１０１ ０９ ９２９号に記載の全ての構造である。
【００１２】
同様に一次元または二次元周期を有しうる回折格子は、好ましくは、計測パターンの構造の関数として、特定の回折次数のみ、たとえば零次および一次回折のみが回折格子における干渉に寄与するように形成される。位相格子、振幅格子または反射格子等の、独国特許第１０１ ０９ ９２９号に記載の全ての種類の回折格子が考えられうる。いずれの場合も、異なる方向に関して回折性の周期構造を有して、個別のインターフェログラムから１つを超える方向の位相勾配を判断することを可能にする回折格子が好ましい。互いに直交する方向に延在する周期方向を有する回折格子、たとえばチェスボード型回折格子または交差型回折格子が好ましいが、その他の対称性、たとえば周期方向間において４５°、６０°または１２０°の角度を有する格子も考えられうる。
【００１３】
好適な計測装置においては、波面源を照明するために、マイクロリソグラフィー投影露光装置の照明装置が利用され、このことは、照明光の特定の整形が可能であることを意味する。その結果として、特に、計測装置を投影露光装置に組み込み、取り付けられた状態の投影対物レンズを一時的生産停止時において、その時々に計測することが可能になる。さらにまた、照明装置を別個の計測状態の一部分として、たとえば調節のために、投影対物レンズを特に該レンズの組立て時において計測することもできる。
【００１４】
ここで好適に用いられる照明装置は、光源からの照明光を均一化する光混合装置を有する。特に少なくとも１個のハニカムコンデンサまたは万華鏡の態様に動作する少なくとも１個の光伝導棒を有するこの光混合装置は、照明装置の瞳平面内において、複眼コンデンサの場合は実質的に円形であり、光伝導棒の場合は一般に矩形である、二次元格子状の二次光源を生じしめる。次に、さらにまた、照明装置の瞳平面と共役である結像装置の瞳平面内において適切に区分けけされた照明が設けられうる。これにより、複数の周期方向に周期的に変化する強度を有する不均一な瞳照明が得られる。以下の本文中において区分けとも呼ばれるこの不均一な瞳照明は、干渉計測の精度を損ないうる。本発明によれば、このような減損を回避するために代替的または追加的に用いられうる複数の方策が提供されうる。
【００１５】
１つの開発形態によれば、対策として、マスクの少なくとも１つの領域において、散乱構造が設けられて、該散乱構造の光路内における強度分布が均一化されるとともに、それが適切である場合は、照明光の空間的コヒーレンスが減じられる。この散乱構造によって、以前は存在しなかった角度の光線が追加されることおよび／または既存の角度分布が改変されることにより、放射線のエタンデュの変化がもたらされうる。前記散乱構造は、つや消しディスクの場合等に、散乱中心の統計分布を有しうる。さらにまた、前記散乱構造において、たとえばクロス円柱レンズの形態をとる、規則的な分布の散乱中心を設けることも可能である。これらは、たとえばエッチングまたはその他の粗面化処理によって製作される不規則または規則的な構造であってもよい。加えて、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）もまた、散乱構造として考えられうる。レチクル上の散乱構造は、たとえば、上流において接続される照明装置がより小さい開口数を有する場合でも、結像装置をその全開口数において計測することを可能にする。散乱を補助的に用いることにより、この場合にさもなければ露光されない瞳領域も照明されうる。このようにして、照明装置と計測対象の装置との間における散乱構造は、さらに他の角度が取り入れられる結果として、実現効果を有しうる。
【００１６】
前記散乱構造は、計測パターンが、照明光の強度の不均一さの程度に関わりなく、大体において均一に照明されて、実質的に計測パターンのみが計測光の空間的コヒーレンスの整形に寄与するように配置されうる。特に、対策として、マスクに、光源の方を向く光入射側と計測パターンを有する光出射側とを有する透明キャリヤを設けるとともに、散乱構造を前記キャリヤの光入射側において前記計測パターンの領域内に配置することができる。このようなマスクが、結像装置の物体平面の領域内において、計測パターンと有用なパターンとを有する自身の光出射側が物体平面の領域内に位置するように配置されると、つや消しまたは散乱ディスクの態様で作用する前記散乱構造は、前記計測パターンの上流において光路内に配置されるとともに、それが適切である場合は、区分けされた照明光にもかかわらず、計測構造が、実質的に区分けされることなしに、すなわち大体において非干渉的に照明されることを保証しうる。透明キャリヤは、合成石英ガラス、フッ化カルシウムまたはたとえば紫外線領域の用途に用いられる他のフッ化物結晶材料によって構成されうる。散乱構造は、光入射側を局所的につや消しまたは粗面化することによって形成されうる。
【００１７】
さらにまた、代替または追加として、少なくとも１個の散乱構造を、計測パターンを有する平面または表面（たとえば透明マスクの光出射側）に配置することも可能である。有用なパターンの構造の横および／または間に配置される散乱構造は、特に、極紫外線領域（ＥＵＶ）の極度に短い波長、たとえば１３ｎｍの波長で用いられる反射マスクにおいて有利でもありうる。
【００１８】
結像装置の瞳平面が少なくとも１つの周期方向に瞳周期で周期的に変動する瞳強度分布を有する場合は、計測パターンおよび回折格子は、瞳平面の周期方向に対応するシヤリング方向のシヤリング距離が前記瞳周期または該瞳周期の整数倍に対応するように瞳強度分布に適合せしめられた互いに適合する周期構造を有すると有利かもしれない。その結果として、実質的に同じ照明強度を有する結像装置の瞳平面領域のみが、シヤリング干渉法によって互いに比較される。その結果として、高い基本強度の干渉パターンにより、大きい変調範囲の干渉強度を測定に用いることができる。この方策は、たとえば独国特許第１０１ ０９ ９２９号に記載の種類の計測装置の場合において、本発明のその他の方策とは無関係に有利でありうる。
【００１９】
結像装置の瞳強度分布が、第１の瞳周期を有する第１の周期方向と、前記第１の周期方向を横切って延在する第２の瞳周期を有する少なくとも１つの第２の周期方向とを有する場合は、計測パターンおよび回折格子の周期構造は、好ましくは、第１の周期方向に対応する第１のシヤリング方向の第１のシヤリング距離が、第１の瞳周期または該瞳周期の整数倍に対応し、第２周期方向に対応する第２のシヤリング方向の第２のシヤリング距離が、第２の瞳周期または該瞳周期の整数倍に対応するように形成される。その結果として、多次元計測が、不均一な照明によって引き起こされる減損を伴うことなしに可能になる。この場合は、瞳平面と計測パターンおよび回折格子の周期方向は、たとえば棒状積分器を光混合素子として有する照明装置の場合には、特に互いに対して垂直とされうる。
【００２０】
第１および第２の瞳周期は異なる長さを有し得、これは、たとえば側部長さの比が１とは異なるアスペクト比を有する矩形断面を有する棒状積分器が照明装置に用いられる場合に起こる。計測パターンと回折格子とは、たとえば菱形のチェスボード型格子の形態をとる対応する非正方形の多角形構造を有しうる。
【００２１】
結像装置の瞳平面における高強度の区分けまたは領域の横方向の範囲が適正であれば、区分けの範囲と比較して小さいシヤリング距離を設定することも有利でありうる。その結果として、照明強度の最大強度内にある２つ以上の点が、大体において強度および変調の変動なしに比較されうる。
【００２２】
シヤリング距離が不均一な瞳照明の周期性に適合せしめられない場合または不完全にしか適合せしめられない場合は、強度を均一化するためまたは照明光の区分けを無効化するための有効な方策がなければ、瞳全体にわたる変調の変動が起こる可能性がある。計測精度への悪影響を回避するために、好適な開発形態において、適正な信号対雑音比を有する所定の領域において得られるインターフェログラムのみを評価するための対策がなされる。このために、評価装置を用いて検出信号の局所分解評価が行なわれ得、この評価は、空間選択的な態様で少なくとも１つの評価しきい条件の関数として行なわれうる。このようにして、「良好」な領域からの信号のみが選択されるとともに、さらに処理される一方で、「不良」な領域からの信号は、さらなる評価には用いられない。この選択的評価の好適な変形態様では、さらなる処理に供せられる信号の形成には、信号強度が強度しきい値を超え、かつ同時に信号変調が変調しきい値を超える検出領域からの信号のみが寄与することになる。
【００２３】
この適正に良好な信号品質を有する検出領域からの信号の選択的評価は、さらにまた、その他の干渉計測法または計測装置、たとえば独国特許第１０１ ０９ ９２９号に記載の計測装置および方法において、本発明のその他の特徴とは無関係に有利でありうる。
【００２４】
本発明は、さらにまた、本発明にしたがった干渉計測装置が組み込まれるマイクロリソグラフィー用投影露光装置、たとえばウェーハステッパまたはウェーハスキャナに関する。この種の投影露光装置は、その生産品質、たとえば投影対物レンズのそれぞれの像誤差の許容限界に準拠していることを生産現場において生産サイクル時に生産工程を相対的に大幅に中断することなしに監視されうる。計測構造は、チップ生産に用いられるレチクルにすでに一体化されており、投影露光装置の照明装置を照明に用いることができるため、生産と測定との間における切り替えのためには、操作的に回折格子を投影対物レンズの像面に移動させ、かつ投影対物レンズを前記像面から除去するとともに、検出器を配置して、生じしめられる干渉パターンが収集されるようにするだけでよい。
【００２５】
特に、投影露光装置が、計測装置からの計測信号の関数として能動素子またはマニピュレータ素子を介して投影対物レンズの結像特性に作用しうる収差制御または調整を有すると有利である。生産監視または光学的品質監視は、投影露光装置の動作波長の作動光源を用いて行なわれうる。
【００２６】
前記およびその他の特徴は、以下の説明と図面と特許請求の範囲とから明らかになり、個別の特徴は、いずれの場合も、本発明の実施例またはその他の分野において、単独で、または複数の特徴が組み合わされた形態で実施されうるとともに、有利かつ本質的に保護可能な実施例を表しうる。
【実施例】
【００２７】
図１には、高度集積化半導体構成品の生産に用いられるウェーハステッパ１の形態をとるマイクロリソグラフィー投影露光装置が略図の形態で示されている。この投影露光装置は、２４８ｎｍの動作波長を有する光を放射する光源としてのエキシマレーザ２からなり、また他の実施例における動作波長は、これより低い値、たとえば１９３ｎｍまたは１５７ｎｍ、またはこれより高い値であることもありうる。さらにまた、ＥＵＶ領域のより短い波長とそれに対応する光源とを用いて動作する装置もある。下流に接続される照明装置３は、下流に接続される投影対物レンズ４のテレセントリック要件に適合する、鮮明に境界を定められかつ均一に照明される大きい像フィールドを生じしめる。この投影対物レンズ４は、計測対象となる光学的結像装置の好適な実施例である。照明装置は、照明モードを選択する装置を有するとともに、たとえば可変レベルのコヒーレンスを有する従来式照明と環状フィールド照明と双極子または四極子照明との間において切り替えられうる。前記照明装置は、光混合素子として、透明材料によって構成されるとともに、照明装置の瞳平面６内において各々が矩形状の棒断面を有するとともに互いに横方向の間隔を有して配置される区分けされた格子状構成の二次光源を生じしめる矩形断面を有する棒状積分器５からなる。照明装置の下流において、マスク８を保持および操作して、マスク（レチクル）が投影対物レンズの物体平面９の領域内に配置されるとともに、スキャナ駆動装置１１の補助によりこの平面内において移動方向１０（ｙ方向）に移動せしめられて走査されうるようにする装置７が配置される。
【００２８】
さらに物体平面またはマスク平面９の下流において、縮小対物レンズとして作用するとともに、チップ生産時にマスク８上に設けられる有用なパターン３５（図３）の像を縮小倍率、たとえば１：４または１：５の倍率で、縮小対物レンズ４の像面１６内に配置される図示されないがフォトレジスト層により覆われるウェーハ上に投影する投影対物レンズ４が配置される。
【００２９】
生産作業において、ウェーハは、該ウェーハをレチクル８と同期的に移動方向１０に対して平行に移動させるスキャナ駆動装置１８からなる装置１７によって保持される。ウェーハステージとも呼ばれるこの装置１７は、さらにまた、該ウェーハステージ内に収容される物体を互いに対して垂直かつ光軸１２に対して垂直に延在する２つの方向に制御移動させることと、さらにまた光軸に対して平行に変位させることとを可能にする。全ての装置は、制御装置１９によって制御される。
【００３０】
前記投影対物レンズは、一例として、光軸１２に対して回転対称である純粋に屈折性の対物レンズとして形成される。前記投影対物レンズは、さらにまた、物理的または幾何学的なビーム分割機能を有するカタジオプトリック投影対物レンズであってもよい。より低い波長の場合、たとえば軟Ｘ線領域においては、純粋に反射性の装置も用いられうる。
【００３１】
前記投影露光装置は、照明装置のフィールド平面が、物体平面９および投影対物レンズの像面１６と光学的に共役である棒状積分器５の出射面の領域内に位置するように設計される。投影対物レンズの瞳平面２０と光学的に共役である照明装置の瞳６は、光伝導棒５と照明装置の像面９との間に位置する。したがって、投影対物レンズの瞳平面２０において、照明装置の瞳平面６の強度分布に対応する不均一なラスタ状または区分け状の強度分布が存在しうる。これは、図２において略図に示されている。
【００３２】
前記投影露光装置１には、シヤリング干渉計の態様で動作して投影対物レンズ４の結像品質を計測する干渉計測装置が組み込まれる。この計測装置は、二次元周期構造を有して投影対物レンズ４を横切る方向に多数の波面を生じしめる波面源３１と、投影対物レンズの像面１６内に配置されて結像装置４によって再整形される波面と相互作用しうる回折格子３２と、前記回折格子の下流に配置されて、前記回折格子３２において回折される波面と回折されない波面とを重ね合わせることによって得られる干渉計測情報を局所分解収集する空間分解検出器３３（図５参照）とを有する。該検出器は、評価装置４３に接続される。
【００３３】
例証的な実施例において、生じしめられる干渉パターンを収集する検出器３３は、回折格子３２のすぐ下流において光学素子の介在なしに配置されるとともに、像感知器として、局所分解感光検出面を形成するとともに全面積を満たすように配置される多数の像点（ピクセル）に小分割されるＣＣＤチップ６０（図５）を有する。この検出器は、回折格子と別々に移動可能とされうるが、好ましくは回折格子と組み合わされて、全体としてウェーハステージ１７に導入または該ウェーハステージから除去されうる単純な構造の小型回折格子検出装置６１を形成する。さらにまた、前記検出器が像面１６の下流において恒久的に配設されるとともに、回折格子装置のみが交換可能に構成される実施例もある。回折格子と検出器との組合せは、特に、独国特許第１０１ ０９ ９２９号に記載のあらゆる構成を有しうる。たとえば、好ましくはテレセントリック性の光学的結像装置および／または平面状または曲面状の二次放射面が、回折格子３２と検出面６０との間において設けられうる。
【００３４】
好ましくは二次元的な位相分布をシヤリングインターフェログラムから計算可能にするために、異なる位相角を有する複数のインターフェログラムが記録される。位相角は、移相によって、すなわち計測パターンと回折格子とを光軸に対して垂直に相対的に変位させることによって変化せしめられる。この手順における変位距離は、一般に格子周期の何分の一かである。図示されている実施例において、像側の回折格子３２は、変位せしめられている。代替または追加として、計測パターンを有するマスクもまた変位せしめられうる。これらの変位は、いずれの場合も、評価対象の周期方向と平行に行なわれる。この目的のために、計測装置は、本例においてはウェーハステージ１７によって形成される適切な変位装置を有する。移相時において、時間ｔにわたって周期的に変動するとともに干渉パターンの特徴となる強度信号Ｉ（ｔ）は、検出器上の各像位置において生じしめられる（図５（ａ）および（ｂ））。
【００３５】
波面源３１は、照明装置３からの光を用いる。図３に示されるように、波面源は、この光によって照明されるとともにレチクル８の平面状の光出射側３７においてチップ生産に用いられる有用なパターン３５に加えてレチクル８の分離された縁部領域に設けられる計測パターン３４からなるとともに、図示された例では、菱形の基本セルを有する。図示された実施例において、レチクル８は、レチクルステージ７において、光源と逆の方向を向く自身の光出射側３７が投影対物レンズの物体平面９内に位置するように組み込まれる合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムによって構成される平行平面板３６の形態をなす透明キャリヤを有する。反対側の光入射側３８には、計測パターン３４の領域内において、散乱構造３９が、さもなければ平滑な磨き平面３８を粗面化することによって形成される。この散乱構造は、照明装置から到来するとともに瞳６の区分けによって空間的に不均一になる放射線４０を、計測パターン３４に当たる実質的に空間的に均一な放射線４１にするために用いられる。このため、この散乱構造の実質的な機能は、強度を平均化することによって強度分布を均一化させることまたは区分けを破壊することである。計測領域４２から出て行く放射線の空間的コヒーレンスは、実質的に計測パターン３４のコヒーレンス整形特性のみによって判断される。前記計測パターンは、二次元構造の構成の波面源を生じしめる。この目的のために、前記計測パターンは、透明および不透明な領域を有して高いコントラストを有する波面源を形成する多孔マスクの態様に形成されうる。
【００３６】
計測のために投影対物レンズの像面１６に導入される回折格子３２は、干渉、すなわち波面の横方向のシヤリングを限定する菱形のチェスボード型格子の態様に形成される回折格子からなる。具備される特別な特徴は、回折パターンの周期性が互いに対して垂直な２つの周期方向ｘおよびｙにおいて異なることである。図４（ａ）から、菱形パターンのｘ方向の格子定数がｙ方向より大きいことが理解されうる。これらの格子定数は、それぞれ、互いに対して垂直である菱形の短径と長径とに対応する。回折格子構造の周期長さは、区分けされた対物レンズの瞳の異なる周期長さに適合せしめられて（図２）、回折によって互いに対して直交するシヤリング方向に生じしめられるそれぞれのシヤリング距離５０、５１は、区分けされた瞳の対応する方向ｘおよびｙの周期長さに正確に対応するようになる（図２）。
【００３７】
菱形の基本セルを有する回折格子に代わる好適な方法は、互いに隣り合わせに配置される、すなわち物理的に互いに分離される、周期方向が好ましくは互いに対して垂直である異なる周期を有する２つの直線型格子を用いることである。これに関連して、一例として、図４（ｂ）に、回折格子３２’が示されている。共通キャリヤ上に設けられる構造は、計測時において順々に用いられる。さらにまた、対応する構造が、計測パターンとして設けられうる。さまざまな種類の計測パターンおよび格子構造を互いに組み合わせて、たとえば互いに隣り合わせに配置される異なる周期および垂直な周期方向の直線型格子を有する計測パターンが、菱形回折格子と共に用いられるようにすること、または逆の組合せが可能である。
【００３８】
いかなる場合も、回折格子がシヤリング距離を決定する。計測パターンは、コヒーレンス関数を限定する。適切な計測パターンを選択することにより、瞳からの特定の光線のみが干渉可能となり、望ましくない干渉は抑えられる。シヤリング距離によって互いに分離される瞳からの領域が、好ましくは干渉可能であるべきである。このようにして、計測パターンと回折格子との構造の大きさが関係付けられる。このように、これらの２つの構造は、別々の機能を果たすが、信頼性ある計測は、寸法が互いに合致する場合にのみ可能となる。
【００３９】
また別の方法として、計測パターンと回折格子との周期方向は、互いに対して必ずしも垂直でなくてもよい。周期方向間における角度を９０°と異ならせることも可能である。２つを超える周期方向を有する構造を用いることも可能である。
【００４０】
図５から、シヤリング距離５０は、ｘ方向に対して平行に延在するシヤリング方向における回折格子３２の回折角５２に従属しており、ここで好ましくは１次回折の回折角が考慮されることが理解されうる。図５の例において、一次回折の回折角５２は、瞳平面２０において互いに真横に並んで位置する２つの区分け５３、５４の領域が、シヤリング干渉法により互いに比較されるように選択される。これは、より小さい回折格子定数によってより大きいシヤリング距離がもたらされるｙ方向の場合にも相応に当てはまる。
【００４１】
回折格子の適切な格子間隔を選択することによって、互いにさらに離間して配置される区分けの領域を比較すること、またはシヤリング距離を、対応する区分け範囲に比べて小さくなるように設定することも可能である。
【００４２】
いかなる場合も、回折格子周期を瞳の区分けの形状に適合させることにより、互いに干渉する波面に実質的に同じ強度を持たせることが可能であり、このことは、高い計測精度が達成されることを意味する。
【００４３】
図５を用いて、特に良好な信号／雑音比によって区別される、検出領域６０の所定の部分からの信号のみを用いてさらなる処理対象となる計測信号が生じしめられる、好適な実施例において用いられる評価方法を説明する。図５において連続線で描かれている光線６２の場合は、計測構造および回折格子の周期長さは、シヤリング距離５０がシヤリング方向における瞳２０の区分けの周期と一致するように、瞳構造の関連ある周期に適合せしめられる。その結果として、移相時に、関連ある検出領域６３において、相対的に高い強度平均ＩＭにより、図５ａに示される強度信号の強い変調が引き起こされる。他方、格子構造が瞳の区分けに適合せしめられない場合または不完全にしか適合せしめられない場合は、不良な変調の領域が干渉パターンにおいて生じうる。本例において、破線は、考慮される方向のシヤリング距離６５が瞳の区分けの周期長さの略半分に対応する回折光線６７を示す。したがって、関連ある検出領域６６では、瞳２０の強照明および弱照明領域からの波が重ね合わされたものが捕捉される。移相時において、これは、図５ｂの略図に強度曲線で示される、強度信号が弱い変調振幅で、瞳の区分けに良好に適合せしめられる場合（図５ａ）より低い強度平均ＩＭのまわりにおいて経時的に変動する強度信号をもたらす。
【００４４】
良好に評価されうる部分とあまり良好に評価されない部分との間における選択のため、すなわち「有効」および「無効」ピクセル間における選択によって、所定の評価しきい条件を満たす部分からの信号のみがさらに処理される。好ましくは、平均信号強度ＩＭが所定の強度しきい値を超え、かつ同時に信号変調、すなわち周期変動時の最大強度Ｉｍａｘと最小強度Ｉｍｉｎとの間における差の絶対値が変調しきい値を超える領域からの信号のみが用いられる。この二重の評価しきい条件は、その結果として良好に評価されうる領域のある一定の識別が可能になるため、たとえば強度変動のコントラストに基づく単一の評価しきい条件と比較して好ましい。たとえば、最大および最小強度間における差と最大および最小強度の総和との間における比として定義されるコントラストのみをしきい基準として用いると、このコントラストの定義によれば、良好な領域（図５ａ）と不良な領域（図５ｂ）とが略同じコントラストを提供するため、これらの２つの領域間におけるある一定の区別を信頼性よく行なうことができなくなってしまう。
【００４５】
互いに距離をおいて隣り合わせに配置される「良好」な領域からの信号のさらなる処理において、たとえば最小二乗誤差法にしたがった適応方法を適用して、全体としてのインターフェログラムが再構成される。「不良」な領域の欠測値は、補間法によって判断されうる。
【００４６】
この評価方法は、たとえば汚染によって引き起こされうる、動作時に起こる妨害に対して計測装置を安定させる。さらにまた、この方法は、可能性として、縁部を見つけることを容易にするとともに、掩蔽、たとえば中央部のシャドーイングを有する計測光学装置の場合に非常に有用である。
【００４７】
この有利な評価方法は、その他の構造的方策、特に前記の方策によって、たとえば全ての周期方向におけるシヤリング距離を瞳の区分けに適合させることおよび／または特に計測パターンの上流において散乱構造によって瞳照明の区分けを破壊することにより、瞳の区分けの悪影響が低減または解消される場合は、不要になる可能性がある。
【００４８】
本発明は、干渉計測装置を投影露光装置に特に単純な態様で組み込むことを可能にする。チップ生産時の生産作業と途中で行なわれる対物レンズの計測との間における切り替えを行なうためには、適切な回折格子または検出装置６１を露光対象のウェーハの代わりにウェーハステージ１７に導入するだけでよい。その結果として、生産サイクルを短時間にわたって一時停止して生産現場において投影対物レンズを簡単に監視することも可能になる。投影対物レンズの結像特性を干渉計測に基づいて特定の値に設定するために、計測装置は、好ましくは、収差制御または収差調整機能を含む。この目的のために、図示された実施例は、検出器によって記録されるインターフェログラムから投影対物レンズ４の結像特性の瞬間波面トポグラフィー特性を判断する前記の評価装置４３を有する。瞬間的な実際の状態を表す実信号７１は、この実信号を投影対物レンズの所望の結像特性を表す基準信号７３と比較する比較器７２に送られる。この比較の結果によって、能動信号７４が、能動素子７５〜７７に送られ、前記能動素子は、自身に結合される光学素子７８〜８０に対して投影対物レンズの収差を減じる態様に作用する。これらの能動素子は、たとえば関連あるレンズを光軸１２に対して軸方向および／または直交方向に変位または回転させる作動素子、またはその他のアクチュエータであってもよく、これにより、前記関連あるレンズは、特に変形されるか、または機械的応力を受ける。収差調整の場合は、前記の段階が、投影対物レンズの所望の結像特性が設定されるまで閉ループで繰り返される。これに代わる方法として、フィードバックを用いずに動作する収差制御も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明にしたがった実施例の計測装置が組み込まれるウェーハステッパとして構成されるマイクロリソグラフィー投影露光装置の略図である。
【図２】投影対物レンズの瞳平面における照明強度の区分けを示す略図である。
【図３】チップ生産用の有用なパターンと、該パターンに加えて、干渉計測装置の計測パターンとを含む好適な実施例のレチクルの断面略図である。
【図４ａ】直交する格子方向に菱形構造と異なる格子周期とを有する回折格子の詳細図である。
【図４ｂ】互いに隣り合わせに配置される異なる周期の直交する直線型格子を有する変形形態の詳細図である。
【図５】回折格子と検出器とを有する投影対物レンズの瞳および像面の領域における断面略図であり、評価が良好に行なわれうる領域（ａ）と評価が不良に行なわれうる領域（ｂ）とを識別して検出信号の局所選択的評価を説明する図である。
【図５ａ】評価が良好に行なわれうる領域である。
【図５ｂ】評価が不良に行なわれうる領域である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ウェーハステッパ
２  エキシマレーザ
３  照明装置
４  投影対物レンズ
５  棒状積分器
６  瞳平面
９  物体平面
１０  移動方向
１１  スキャナ駆動装置
１２  光軸
１６  像面
１７  ウェーハステージ
１８  スキャナ駆動装置
１９  制御装置
２０  瞳平面
３１  波面源
３２  回折格子
３３  空間分解検出器
３４  計測パターン
３５  パターン
３６  平行平面板
３７  光出射側
３９  散乱構造
４０、４１  放射線
４２  計測領域
４３  評価装置
５０、５１  シヤリング距離
５２  回折角
６０  検出領域
６１  小型回折格子検出装置
６２  光線
６３  検出領域
６５  シヤリング距離
６６  検出領域
６７  回折光線
７１  実信号
７２  比較器
７３  基準信号
７４  能動信号
７８〜８０  光学素子
ｔ  時間
Ｉ  強度信号
ＩＭ  強度平均
【図１】
2005522871.tif 000003
【図２】
2005522871.tif 000004
【図３】
2005522871.tif 000005
【図４ａ】
2005522871.tif 000006
【図４ｂ】
2005522871.tif 000007
【図５】
2005522871.tif 000008
【図５ａ】
2005522871.tif 000009
【図５ｂ】
2005522871.tif 000010
【国際調査報告】
2005522871.tif 000011
2005522871.tif 000012
2005522871.tif 000013
2005522871.tif 000014
2005522871.tif 000015
2005522871.tif 000016
2005522871.tif 000017
2005522871.tif 000018
2005522871.tif 000019
2005522871.tif 000020