(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、光学システムから出射する放射の出射偏光状態を検出するための偏光検出手段を有する検出器部分を備えた、光学システムを偏光固有に調査する装置、付属の光学的結像システムおよび装置を校正する方法に関する。【解決手段】本発明に基づく装置は、偏光する格子構造４を備えた偏光検出手段を有している。代替的に、二重屈折させる素子と後段に接続された偏光素子とを備えたスナップショット偏光計測する装置が設けられており、偏光素子は、非準平行の放射も十分に偏光させるのに適している。たとえば、マイクロリソグラフィー投影対物レンズによるＵＶ放射の偏光状態の影響を定めるために使用。【選択図】      図１
2005043353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−光学システムから出射する放射（６）の出射偏光状態を検出するための、偏光検出手段（４、５）を備えた検出器部分を有し、
特に光学的な結像システムによる光学的放射の偏光状態の影響を定めるために、光学システムを偏光固有に調査する装置において、
偏光検出手段が、偏光する格子構造（４）を有していることを特徴とする、光学システムを偏光固有に調査する装置。
【請求項２】
さらに、検出器部分が、周期的な回折構造（２）を有しており、その場合に偏光する格子構造（４）が光路内で周期的な回折構造（２）の前または後ろに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、本装置が光学的結像システムを偏光固有に調査するように整えられており、かつ
周期的な回折構造（２）が、大体において結像システムの画像平面内に、かつ／または偏光する格子構造（４）が画像平面近傍に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
さらに、偏光する格子構造（４）と周期的な回折構造（２）が、共通の担体（１ａ）上に配置されており、その場合に２つの構造（２、４）の一方は、担体前側に、そして他方が担体後ろ側に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
本装置が、シヤ干渉計タイプ、点回折干渉計タイプ、シャック−ハートマンタイプまたはリッテルタイプであって、かつ／またはマイクロリソグラフィー投影対物レンズによる光学的放射の偏光状態の影響を瞳孔解像で定めるように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
−光学システムから出射する放射（６）の出射偏光状態を検出するための、偏光検出手段（４、５、７）を備えた検出器部分を有し、
特に高開口数の光学的結像システムによる光学的放射の偏光状態の影響を定めるために、光学システムを偏光固有に調査する装置において、
−偏光検出手段が、光学システムから出射する放射をビーム角度に従って遅延変化させる素子（７）と、後段に接続された偏光素子（４）とを有しており、前記偏光素子は、二重屈折させる素子から来る、非平行の入射角度を有する非準平行の放射も、十分に偏光させるのに適していることを特徴とする、光学システムを偏光固有に調査する装置。
【請求項７】
さらに、偏光素子が、偏光する格子構造（４）を有していることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
さらに、光学的放射（６）の波長が、約４００ｎｍの下の領域、特に約１４０ｎｍから約２００ｎｍの領域または１４０ｎｍの下の領域にあることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
−１つまたは複数の光学的素子（８ａ）であって、そのうちの少なくとも１つが可変に調節可能である、前記光学的素子と、
−結像システムを偏光固有に調査するための、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置と、
−少なくとも１つの調節可能な光学的素子（８ａ）を、結像システムを偏光固有に調査する装置の測定結果に従って調節するための、制御回路（９、１０）と、
を有する、特にマイクロリソグラフィー投影露光設備のための、光学的結像システム。
【請求項１０】
請求項６または７までに記載の特徴を有する装置を校正する方法であって、次のステップを有する方法：
ａ）調節された偏光状態を有する準平行の校正ビーム束（１２ａ）を準備し、
ｂ）準平行の校正ビーム束を高開口数の光学系（１４）によって、収束する校正ビーム束（１２ｂ）に変形し、前記校正ビーム束が偏光調査する装置へ結合され、
ｃ）調節された偏光状態について偏光調査装置によって生成された構造パターン画像を検出して、それを校正する基準パターンとして使用し、かつ
ｄ）それぞれ他の調節された偏光状態について、ステップａからｃを１回または複数回繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器部分を有し、その検出器部分が光学システムから出射する放射の出射偏光状態を検出する偏光検出手段を有する、光学システムの偏光固有の調査装置、この種の装置を備えた光学的な結像システムおよび付属の校正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特にこの種の装置は、光学システムが光学的放射の偏光状態にどのように影響するか、を定めるために利用することができる。そのために種々のタイプの装置が知られている。その場合に光学システムという概念は、入射する光学的な放射を透過および／または反射する、１つまたは複数の光学的コンポーネントの各配置、特にまたレンズとそれと共に組み立てられた対物レンズのことである。光学的放射という概念は、ここでは、調査される光学システムに供給される、任意の電磁的な放射、たとえば可視光またはＵＶ放射のことである。特に、楕円偏光計測方法と楕円偏光計測装置が様々な仕様で広まっている。偏光状態と、光学システムによるその影響ないし変化を説明するためには、ストークスパラメータ、ミュラーマトリクス、偏光マトリクスおよびジョーンズマトリクスのような、適切な変量が用いられる。これに関する詳細については、当該文献を参照することができる。
【０００３】
高精密に結像させる光学系の結像品質を求めるために、既知のように、波面センサを使用することができ、その波面センサによって、理想的な結像行動からの画像側の波面の偏差を極めて正確に定めることができる。そのために、たとえば、いわゆるシヤリング干渉計が使用される。それに基づいた波面検出装置は、ドイツ公開公報ＤＥ１０１０９９２９Ａ１に開示されている。この装置は、特にマイクロリソグラフィックの投影露光設備の投影対物レンズの結像品質を定めるためにも適しており、調査される光学的な結像システムの物体平面内に、たとえば光ガイドとその出力に配置された穴あきマスクによって、波面フロント源を準備する手段と、物体平面に対して集束する画像平面内の回折格子とを有している。回折格子の後段には、たとえばＣＣＤチップの形式の、場所解像する放射検出器が接続されており、その場合に中間に位置する光学系が、回折格子によって形成されたインターフェログラムを検出器のセンサ面上へ結像させる。この種の波面センサ技術は、結像システムによってその正常な駆動において使用されるのと同じ放射を用いて、結像システムを調査することができる。従ってこの波面センサタイプは、駆動干渉計（ＢＩＦ）とも称され、特に結像システムと１つの構成ユニット内にまとめることができる。
【０００４】
前に公開されていないドイツ特許出願１０２１７２４２．０には、測定装置が記載されており、その測定装置は特にこの種のＢＩＦ装置とすることができ、かつ光学的な結像システムの干渉計による測定のために用いられ、その結像システムはマスクに設けられている有効パターンを画像平面内へ結像させるために用いられ、そのためにマスクが物体平面内に配置される。干渉計による測定のための波面源を、有効パターンに加えてマスクに形成された測定パターンによって実現することが、提案される。
【０００５】
高精密な結像システムの波面を検出する、実際に使用されている他の方法は、点回折干渉法（Ｐｏｉｎｔ−Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ）であって、その基本原理は、当該の専門文献に記載されている。たとえばマラカラ（Ｄ．Ｍａｌａｃａｒａ）の「オプティカル  ショップ  テスティング（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）」、第３．７章（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９１）を参照。具体的な実施は、米国特許公報ＵＳ６３４４８９８Ｂ１とＵＳ６３１２３７３および日本公開公報ＪＰ１１−１４２２９１および国際公開公報ＷＯ０２／４２７２８に記載されている。高精密の結像システムの結像エラーを定め、ないしは補正するために利用される他の方法は、たとえばシャック−ハートマン方法と、リッテルインスツルメンツ社が利用している、いわゆるリッテル方法であり、後者についてはたとえば米国特許公報ＵＳ５３９２１１９、ＵＳ５６４０２３３、ＵＳ５９２９９９１およびＵＳ５９７８０８５を参照。これらの干渉計による、あるいは干渉計によらない測定方法は、特にマイクロリソグラフィック投影露光設備の投影対物レンズの収差を定めるために利用することができる。
【０００６】
たとえばマイクロリソグラフィック投影対物レンズとして使用されるような、開口数の高い、最近の高精密の結像システムにおいては、使用される放射の偏光状態に結像システムが及ぼす影響は、もはや無視できない。すなわち、短い波長のために多く使用されるような、フッ化カルシウムからなるレンズにおいて二重屈折により、そして偏向ミラーにおける偏光効果により、結像品質に偏光による作用が生じる。従って、開口数の高い光学的な結像システムの偏光状態の影響をできるだけ良好に量的に定めて、それによって偏光に依存する結像品質を推定することができるようにすることが必要である。
【０００７】
光学システムによる偏光状態の影響を定めるための種々の装置とそれに適した偏光分析配置が、前に公開されていない、時間的に古い特許出願１０３０４８２２．７に記載されており、これをもって指示することによりその内容がその範囲全体において取り入れられる。そこに記載されている装置とそこに記載されている方法によって、たとえば調査される光学的な結像システムの、特にまた高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズの、位相減少された、あるいは完全なジョーンズマトリクスを瞳孔解像して定めることができる。そこでは、調査される光学的な結像システムの画像側に配置されている検出器部分の偏光検出手段は、後段に配置された、典型的には偏光ビームスプリッタ素子の形状の、偏光分析素子を備えた、典型的にはλ／４−プレートの形状の、補償器−偏光器ユニットと、前段に接続されている、視準する光学系とを有しており、それによって調査される光学的な結像システムから出るアパーチャビーム束が偏光分析ユニットに適した平行ビーム束に変形される。この種の視準する光学系は、それに応じた、検出器部分の高さを必要とする。代替的に記載されている偏光検出手段は、後段に接続された小型化された偏光分割ダイスを備えた屈折または回折小レンズを有している。しかし、この種の小型化された光学的な構成部分は、製造するのが比較的めんどうである。
【０００８】
雑誌の論文「オルソ−バビネ−ポラリゼーション−インテロゲーティングフィルタ：偏光測定への干渉計測的アプローチ（Ｏｒｔｈｏ−Ｂａｂｉｎｅｔ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒ：ａｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」、（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２９巻、１４、１５号、２００３年、７月、ｐ．１１７３）には、画像を与えるストークス−干渉計測技術がＯＢＰＩフィルタを使用して記載されており、それによればほぼ平行に入射する、画像を与える放射について４つすべてのストークスパラメータとそれに伴って放射の偏光状態を画像を越えて場所解像して、可動の部分なしで定めることができる。このＯＢＰＩ方法においては、一度の画像記録のみが必要とされ、それはスナップショット（“ｓｎａｐ−ｓｈｏｔ”）偏光測定とも称される。ＯＢＰＩフィルタは、２つのリターダ素子と後段に接続された線形偏光計を有しており、それらリターダ素子はそれぞれ１対の単軸の線形に二重屈折させるくさび素子を有しており、かつ互いに対して９０°だけ回動されたくさび角度をもって互いに相前後して接続されている。２つの二重屈折させるくさびプレートリターダは、通過する放射の遅延の、２つの次元において空間的に線形に上昇する変化を発生させる。後段に接続されている線形偏光器は、この遅延変化を空間的に振動する輝度分布に変換する。入射する放射の、予め定めることのできる、純粋な偏光状態について、強度分布の様々な周期の構造パターンが得られ、それがベーシックパターンないし基準パターンとして用いられる。その場合にこれを用いて、低開口数の結像の画像の未知の偏光状態を、測定された構造パターンから適切な評価方法を用いて種々の基準パターンの成分を再構築することにより、定めることができる。基準パターンが経験的に求められる場合には、それは同時に、場合によっては機器に基づく、非理想的な影響も有しているので、それによって内部の校正が与えられている。
【特許文献１】ドイツ公開公報ＤＥ１０１０９９２９Ａ１
【特許文献２】ドイツ特許出願１０２１７２４２．０
【特許文献３】米国特許公報ＵＳ６３４４８９８Ｂ１
【特許文献４】米国特許公報ＵＳ６３１２３７３
【特許文献５】日本公開公報ＪＰ１１−１４２２９１
【特許文献６】国際公報公開ＷＯ０２／４２７２８
【特許文献７】米国特許公報ＵＳ５３９２１１９
【特許文献８】米国特許公報ＵＳ５６４０２３３
【特許文献９】米国特許公報ＵＳ５９２９９９１
【特許文献１０】米国特許公報ＵＳ５９７８０８５
【特許文献１１】ドイツ特許出願１０３０４８２２．７
【非特許文献１】マラカラ（Ｄ．Ｍａｌａｃａｒａ）の「オプティカル  ショップ  テスティング（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）」、第３．７章（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９１）
【非特許文献２】オルソ−バビネ−ポラリゼーション−インテロゲーティングフィルタ：偏光測定への干渉計測的アプローチ（Ｏｒｔｈｏ−Ｂａｂｉｎｅｔ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒ：ａｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」、（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２９巻、１４、１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の技術的な課題は、光学システムを、特に使用される放射の、調査される光学システムによる影響に関して、偏光固有に調査し、比較的わずかな組み立て高さで実現され、高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズにおける結像品質に及ぼされる偏光に基づく影響を、たとえば瞳孔解像して求めるために使用することのできる、冒頭で挙げた種類の装置（すなわち検出器部分を有し、その検出器部分が光学システムから出射する放射の出射偏光状態を検出する偏光検出手段を有する、光学システムの偏光固有の調査装置）を提供することである。本発明の他の目的は、この種の装置のための校正方法と、この種の装置の測定結果に従って駆動可能な、光学システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、この課題を請求項１または５の特徴を有する装置（すなわち偏光検出手段が、偏光する格子構造を有していることを特徴とする装置、または偏光検出手段が、光学システムから出射する放射をビーム角度に従って遅延変化させる素子と、後段に接続された偏光素子とを有しており、前記偏光素子は、二重屈折させる素子から来る、非平行の入射角度を有する非準平行の放射も、十分に偏光させるのに適していることを特徴とする装置）、あるいは請求項９の特徴を有する光学的な結像システム（すなわち−１つまたは複数の光学的素子であって、そのうちの少なくとも１つが可変に調節可能である、前記光学的素子と、−結像システムを偏光固有に調査するための、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置と、−少なくとも１つの調節可能な光学的素子を、結像システムを偏光固有に調査する装置の測定結果に従って調節するための、制御回路と、を有する、特にマイクロリソグラフィー投影露光設備のための、光学的結像システム）および請求項１０の特徴を有する校正方法（すなわち次のステップを有する：ａ）調節された偏光状態を有する準平行の校正ビーム束を準備し、ｂ）準平行の校正ビーム束を高開口数の光学系によって、収束する校正ビーム束に変形し、前記校正ビーム束が偏光調査する装置へ結合され、ｃ）調節された偏光状態について偏光調査装置によって生成された構造パターン画像を検出して、それを校正する基準パターンとして使用し、かつｄ）それぞれ他の調節された偏光状態について、ステップａからｃを１回または複数回繰り返す、校正する方法）を提供することによって、解決する。
【００１１】
本発明の第１の観点においては、偏光固有に調査する装置は、偏光する格子構造を備えた偏光検出手段を有している。この場合に「偏光する格子構造」という概念は、たとえば使用される放射の波長の規模までの周期性長さを備えた、偏光する特性を示す、周期的構造を意味する。この種の偏光する格子構造は、格子構造周期が、放射波長よりも小さい場合には、サブ−λ格子とも称される。偏光する格子構造に関する、さらに詳細なことについては、これに関する専門文献を参照することができる。たとえば「ホログラフィッククォーターウェーブプレート（Ｌ．Ｈ．Ｃｅｓｃａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．、“Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅ  ｐｌａｔｅｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ２９（１９９０）、ｐ．３２８６）」、「偏光干渉計測を使用した、サブ波長構造とゼロオーダー格子の調査（Ｍ．Ｔｏｔｚｅｃｋ  ｅｔ  ａｌ．、“Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｚｅｒｏ−ｏｒｄｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  ＸＩ：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、ＳＰＩＥ  ４７７７−３９（２００２））」、「５２−１４０ｎｍ放射のトランスミッション格子フィルタリング（Ｍ．Ｇｒｕｎｔｍａｎ、“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ５２−１４０ｎｍ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ３６（１９９７）、ｐ．２２０３）」、「サブ波長周期金属ストリップ格子による可視光偏光の研究（Ｂ．Ｓｃｈｎａｂｅｌ  ｅｔ  ａｌ．、“Ｓｔｕｄｙ  ｏｎ  ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ｌｉｇｈｔ  ｂｙ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｐｅｒｉｏｄ  ｍｅｔａｌ−ｓｔｒｉｐｅ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”、Ｏｐｔ．  Ｅｎｇ．３８（１９９９）、ｐ．２２０）」および「逆金属ストリップ偏光器（Ｍ．Ｈｏｎｋａｎｅｎ、“Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｍｅｔａｌ−ｓｔｒｉｐｅ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ”、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ６８（１９９９）、ｐ．８１）」を参照。
【００１２】
本発明に従って偏光する格子構造を偏光検出手段内に使用することは、光学システムを偏光固有に調査する装置の検出器部分を比較的コンパクトかつ簡単に実現することを可能にする。特に、それによって前段に接続される視準する光学系を省くことができ、小型レンズと小型化された偏光ビームスプリット素子も必ずしも必要とされない。それにもかかわらず、装置は特に、特にＵＶ波長領域内でも、高い開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズによる光学的放射の偏光状態の影響を瞳孔解像で定めるのにも適しており、その場合にコンパクトに組み立てられる検出器部分は、該当するマイクロリソグラフィー投影露光設備内のその場所において投影対物レンズの画像側に問題なく位置決めすることができる。すべての開口ビームは、偏光する格子構造へのインシデンスを変化させながら分析することができ、専用の視準する光学系が必要になることはない。その他において、装置はこの使用目的のために従来の方法の１つにおいて構築することができ、それによって対物レンズを該当する技術によって、たとえばシヤ干渉計測、点回折干渉計測によって、シャック−ハートマン方法またはリッテル方法によって、測定することができる。
【００１３】
特に、装置の検出器部分はそのために、本発明の展開において、該当する回折効果を準備するための周期的な回折構造を有している。回折構造は、たとえば回折格子によって実現することができ、その場合にその格子周期性は典型的に、使用される放射の波長よりもずっと大きく、従って回折する作用を有するが、はっきりと偏光する作用は持たない。調査される光学的結像システムの場合には、好ましくは、周期的な回折構造は大体においてその画像平面内に配置することができ、かつ／または偏光する格子構造を画像平面近傍に配置することができる。
【００１４】
周期的な回折構造と偏光する格子構造は、それぞれ必要に応じて、それぞれ専用の担体上に、あるいは共通の担体上に配置することができ、後者の場合には、たとえば一方の構造が共通の担体の前側に、そして他方の構造は後ろ側に配置することができる。
【００１５】
本発明の好ましい形態においては、装置はシヤ干渉計測タイプ、点回折干渉計測タイプ、リッテルタイプまたはシャック−ハートマンタイプであって、かつ／またはマイクロリソグラフィー投影対物レンズによる光学的放射の偏光状態の影響を定めるように構成されている。
【００１６】
他の観点においては、本発明は、光学システム、特に高開口数の光学的結像システムを偏光固有に調査する装置を有しており、装置は偏光検出手段を備えており、その偏光検出手段は光学システムから出射する放射をビーム角度に従って遅延変化させるための二重屈折させる素子と、後段に接続された偏光素子とを有しており、その偏光素子は二重屈折させる素子上へ非準平行に入射し、かつそこから出射する放射も十分に偏光させるのに、適している。その場合に「非準平行」という概念は、たとえば高開口数の結像システムから供給されるような、典型的に５°よりも大きく、特に約６０°までとそれより大きい入射角を有する放射を意味している。「十分に偏光する」という言い方は、偏光素子が二重に屈折させる素子から来る放射を、偏光素子から供給される放射から、入射する放射の偏光状態を所望の、予め定めることのできる精度で定めるのに十分に大きい消去比で偏光することを意味している。この装置は、好ましくは、可動の部分を持たない、高開口数の結像システム、たとえばマイクロリソグラフィー投影対物レンズにおいて、具体的には、ＵＶ放射で作動する、高開口数の結像システムにおいても、瞳孔解像でスナップショット偏光計測するのに、極めて適している。
【００１７】
この装置の展開においては、二重屈折させる素子の後段に接続されている偏光素子は、偏光する格子である。これは、著しく非平行な入射角度を有するＵＶ放射、特に高開口数の結像システムからのＵＶ放射も、十分な消去比で偏光することができる。
【００１８】
上述した２つの観点において、本発明は、まさに、約４００ｎｍより下の波長領域内と特に約１４０ｎｍから約２００ｎｍまで、あるいは１４０ｎｍより下のＵＶ領域内で作動する光学システムの、偏光固有の調査を可能にする。その場合に高開口数の結像システムを偏光固有に調査するために、特に偏光素子として偏光する格子の使用が効果的である。
【００１９】
他の観点において、本発明は、特にマイクロリソグラフィー投影露光設備のための、光学的結像システムを準備し、同システムに制御回路の一部として偏光固有に調査するための本発明に基づく装置が対応づけられており、それによって結像システムの少なくとも１つの光学素子が、偏光調査装置の測定結果に従って調節される。これが、結像システムの駆動使用において結像駆動に使用される放射の偏光状態の測定された影響に反応して、結像システムを再調整することを可能にする。
【００２０】
本発明は、さらに、本発明に基づく偏光調査装置に適した、特に高開口数の結像システムを調査する場合にこの装置を使用するための校正方法を有しており、同装置において偏光検出手段は二重に屈折させる素子と後段に接続された偏光素子とを有している。そのために準平行の校正ビーム束において、次々と異なるように定義された偏光状態が調節され、校正ビーム束が高開口数の光学系によって変形される。それぞれ調節された偏光状態について、それに基づいて生じる構造パターン画像が検出されるので、このようにして求められた構造パターン画像は、たとえば高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズから供給される放射の未知の偏光状態について、偏光調査装置によって測定された構造パターン画像を評価する場合の基準として用いることができる。校正方法は、経験的に、あるいはシミュレーションによって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施形態を、図面に示し、以下で説明する。
【００２２】
図１は、光学的システムを偏光固有に調査するための装置の、ここで特に興味のある部分を示しており、その場合に装置は特に、開口の高いマイクロリソグラフィー投影対物レンズによる、光学的放射の偏光状態の影響を瞳孔解像して定めるように、設計することができる。もっと正確に言うと、図１は、光学的な結像システムを調査する場合にその画像側に配置されている、検出器部分を備えた装置部分を示しており、その検出器部分は特に偏光検出手段を有している。
【００２３】
詳細には、図１に示す装置部分は、その前側に配置された回折格子構造２を備えた、第１の格子担体１、その前側に配置された偏光する格子構造４を備えた、第２の格子担体３および検出器素子５を有しており、その検出器素子は、たとえば画像記録カメラのＣＣＤチップによって形成することができる。回折格子構造２を備えた第１の担体１、偏光する格子構造４を備えた第２の担体３および検出器素子５は、調査すべき光学システムから出る、分析すべき放射６の光路内に相前後して配置されている。
【００２４】
好ましい実現においては、図１に示す装置は、付属の投影露光設備内で正常な露光駆動において、たとえばウェファコーティングのために、すなわちＢＩＦとして、使用されるのと、同じ波長の放射を使用して、シヤ干渉計測によりマイクロリソグラフィック投影対物レンズを瞳孔解像で測定するために用いられる。見やすくするために、図１においては、投影対物レンズおよびその物体側にある、測定装置の部分は示されておらず、その場合に物体側の装置部分は、選択された測定方法に従った、従来の構造を有しており、したがってそれについては詳細に説明する必要はない。それについて、たとえば上述した、時間的に古いドイツ特許出願１０３０４８２２．７を参照することができる。
【００２５】
シヤ干渉計測による対物レンズ測定の上述した使用場合において、回折格子２は付属のシヤ干渉計測−回折構造として機能し、そのために回折格子は、好ましくは、当業者に知られているように、使用される放射６の波長に比較してずっと大きい格子周期性を有している。それとは異なり、偏光する格子構造４は、最大で、使用される放射波長の規模の格子周期性を有している。この種の偏光する格子構造は、実際においては、約１４０ｎｍから２００ｎｍの領域におけるような、高解像するマイクロリソグラフィー投影露光設備の典型的なＵＶ放射波長のためにも、たとえば約９０ｎｍから１００ｎｍの厚みを有する金と薄いクォーツ担体上の同様に約９０ｎｍから１００ｎｍの格子周期性からなる格子構造によって、あるいはそれぞれ約１００ｎｍのニッケル金属細片の厚みと周期性を有する自由支持のニッケル格子によって（これは約５０ｎｍの構造幅を意味している）、実現可能である。
【００２６】
シヤ干渉計測回折構造２は、図１に放射６の中央と２つのの端縁ビームを用いて示すように、好ましくは調査される対物レンズの画像平面内に配置されており、偏光する格子構造４はそれからわずかな距離で、回折格子２と検出器素子５の間に位置決めされている。それぞれ必要と使用場合に応じて、２つの周期的な構造２、４の他の位置決めも可能であって、その場合に偏光する格子構造４は、図示されている、回折構造２の後方とは異なり、前に配置することもできる。
【００２７】
図１から明らかなように、図示されている装置は検出器部分内に、回折構造２と検出器素子５の間に、偏光する格子構造４の他には他の光学系要素、特に視準する光学系構成部分を必要としない。このことが、わずかな組立て高さを有する検出器部分のコンパクトな構造を可能にするので、検出器部分は組立て空間の問題なしに調査される対物レンズの画像側に、特に付属の投影露光設備内の投影対物レンズの箇所に、位置決めすることができる。典型的に比較的高い開口数を有する、６０°までとそれより大きい開口角度を備えた投影対物レンズのすべての開口ビームは、偏光する格子４上へのインシデンスを変化させながら、後段に接続されている検出器素子５によって検出して、付属の従来の、図示されていない評価ユニットによって瞳孔解像で分析することができる。
【００２８】
調査の結果、検出器部分内に高いインシデンス角度において作動する、偏光する格子４を有するこの種の装置によって、特に上述したマイクロリソグラフィーのために特に興味のある、約１４０ｎｍと２００ｎｍの間の領域のＵＶ波長についても、十分な精度を有するジョーンズマトリクスを求めることが可能であることが、明らかにされた。
【００２９】
図２は、図１の装置の変形例を示しており、これは図１の装置とは、回折構造２と偏光する格子構造４が共通の担体１ａ上に配置されていることによって、異なっており、その場合に機能的に等価の部材については、同一の参照符号が選択されており、その限りにおいて上の図１の説明を参照することができる。
【００３０】
図２に示す図示の例においては、回折格子２は共通の担体１ａの前側に、そして偏光する格子構造４は後ろ側に設けられている。形成するためには、たとえばまず、担体１ａの前側に回折格子２を形成し、次に偏光する格子４を予め形成された構造として担体１ａの後ろ側に、たとえば密着によって、固定することができる。
【００３１】
その他においては明らかに、図２の装置について、図１の装置について上述したのと同じ特性、使用可能性および利点が得られ、それについてはそれらを参照することができる。
【００３２】
実例として、上では本発明に基づく装置を、高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズを偏光固有に、瞳孔解像してシヤ干渉計測測定するために使用することが説明されている。しかし、本発明に基づく装置は、それに応じて設計した場合には、対物レンズと他の光学的システムを偏光固有に調査する、他の各調査にも適している。特に偏光する格子を備えた、コンパクトに構成すべき検出器部分を有する装置を、マイクロリソグラフィー投影対物レンズまたは他の光学的な結像システムを、点回折干渉測定方法、シャック−ハートマン方法またはリッテル−方法を使用して、結像エラーに関して測定し、ないしは補正するように、設計することもできる。
【００３３】
図３は、光学システムを偏光固有に調査するための他の装置を示しており、それは可動の部分を持たないスナップショット偏光測定に適している。図３に示す装置は、その構造、その機能方法およびそれと結びついた利点において、図１に示す装置に所定程度相当するので、その限りにおいて、以下で異なる説明をしない限り、上述した説明を参照することができる。
【００３４】
図１に示す装置とは異なり、図３に示す装置は、回折構造２の代わりに、単純な二重屈折させる素子７、たとえば二重屈折させる平坦なプレートを有している。この二重屈折させる素子７は、ここで示す高開口数の結像システム８から画像を与えるように出射する、高開口数のビーム束６の遅延の二次元の変化をもたらす。結像システム８は、ここでも特に高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズとすることができる。図３に示す装置には、二重屈折させる素子７の後段に、図１に示す装置と同様に、格子担体３上の偏光する格子構造４と検出器素子５が接続されている。
【００３５】
図３に示す装置の機能方法および、この装置によってスナップショット偏光計測を用いて可動部分なしで唯一の画像記録によって得られる偏光状態測定結果の評価は、上述したヴァン・デルデンの雑誌論文とそこで引用されている文献に記載されているように、ＯＢＰＩ方法の機能方法と評価方法に相当し、もっと詳しいことについてはここではそれを参照するよう指示することができ、それについてこの雑誌論文の内容が指示により完全な範囲で取り入れられる。しかし、そこに記載されている装置とは異なり、図３に示す装置は、高開口数の結像システム８から出射する、画像を形成するビーム束６のような、はっきりと非平行の入射角度を有する放射について偏光状態を定めるのに適しており、かつそのように設計されている。なお、入射角度は、たとえば高開口数のマイクロリソグラフィー投影対物レンズにおいて存在するように、少なくとも約５°から典型的に６０°またはそれより大きい角度であるものとされる。図３に示す装置は、特に、マイクロリソグラフィー投影露光設備において露光放射としてますます多く使用されるような、たとえば約１４０ｎｍと約２００ｎｍの間または１４０ｎｍの下の波長を有する、ＵＶ波長領域内の放射にも、適している。
【００３６】
高開口数の結像システム８によって発生される点状の画像のビーム束６は、激しく二重屈折させる素子７を通過する。この素子によってビーム６はその遅延が変化する。というのは、種々のビームについて、二重屈折させる素子７の主軸に関する距離区間と方位付けは、放射角度に従って変化するからである。後段に接続されている、偏光する格子素子３、４の形状の偏光素子によって、遅延変化が従来のＯＢＰＩ方法におけるように、輝度変調に変換されるので、画像平面内には偏光状態に依存する構造パターンが形成され、それが検出器素子５によって記録される。偏光素子３、４は、ここに存在している比較的高い入射角度の下においても、放射を十分な消去比で偏光するように、設計されている。特にＵＶ波長領域において、偏光する格子構造４はそうすることができ、結晶光学的な要素は典型的に最大で約５°の入射角までだけ、十分な消去比で偏光することができる。その場合に、検出器素子５によって記録された構造パターンの評価は、従来のＯＢＰＩ方法におけるようにして行われ、それを参照することができ、従ってそれについてはここではこれ以上の説明は不用である。二重屈折させる素子７における入射角の変化は、中央ビーム近傍においては、端縁ビーム近傍におけるよりもずっと小さいので、ＯＢＰＩ方法とは異なり、画像平面内に空間的に著しく不均一な構造パターンが生じる。必要な場合にはこれを、たとえば当業者によく知られた歪み補正アルゴリズムによる計算機的な歪み補正によって、補正することができる。
【００３７】
検出器素子５として、たとえば図１の装置の場合のように、画像記録カメラのＣＣＤ素子が適している。代替的に、露光される写真フィルムも使用することができ、その後その上に形成された構造パターン画像が適切に評価される。この変形例の使用は、図３に示す装置においては、スナップショット偏光測定技術に従って唯一の画像記録しか必要とされないことによって、容易になる。それぞれ使用される放射の波長領域に応じて、偏光する格子構造４の代わりに、二重屈折させる素子から出射する放射を著しく非平行な入射角度についても十分に偏光させるのに適した、他の偏光素子も使用することができる。
【００３８】
従って図３の装置は、極めてコンパクトな構造において、唯一の露光しか必要としない、極めて単純な画像記録プロシージャにより高開口数の結像システムの全瞳孔にわたって、画像を形成する瞳孔解像されるストークス偏光測定を可能にし、可動のコンポーネント、またはマイクロスコープ光学系あるいは少なくとも１つのビーム、たとえば軸ビームにおける付加的な楕円偏光計測測定は、必ずしも必要とされることはない。付属の評価アルゴリズムの実施は、典型的に提供される計算機能力で問題はなく、制御／評価ユニット９はそれに応じて設計されている。
【００３９】
図３には、さらに、結像システム８のための制御回路内に偏光状態調査装置を使用することが示されている。制御回路は、制御／評価ユニット９を有しており、それには検出器素子５の測定信号が供給され、かつその制御／評価ユニットはその測定信号を上述したように評価する。それによって求められた、結像システム８による放射６の偏光状態の影響に従って、制御／評価ユニット９は結像システム８のマニピュレータユニット１０を駆動する。マニピュレータユニット１０は、結像システム８の１つまたは複数の調節可能なコンポーネントを調節するために、１つまたは複数のマニピュレータを有している。マイクロリソグラフィー投影対物レンズ８の場合には、これは、光学軸に対して平行にｚ−方向において、ないしはそれに対して垂直のｘｙ−横平面において、対物レンズ８のレンズ素子を調節するための、１つまたは複数のｘｙ−マニピュレータおよび／またはｚ−マニピュレータとすることができる。このようにして結像システム８は、その結像駆動使用の間に、必要な場合には、結像のために使用される放射６の偏光状態へ結像システムが与える影響を考慮して、その結像特性を再調整することができる。なお、必要な場合には、図３の装置の代わりに、図１の装置を同様に結像システム８のための制御回路に内蔵することもできる。
【００４０】
図４は、図３の装置のための校正技術を説明している。図４に示すように、そのために適当な、従来の照明システム１１によって準平行のビーム束１２ａが形成され、その波長は、校正すべき偏光調査装置ないしはそれによって測定された結像システム８の駆動波長に相当する。
【００４１】
偏光状態ジェネレータ１３によって、ビーム束１２ａのために定められた任意の偏光状態が調節される。そのために偏光状態ジェネレータ１３は、たとえば回転可能な偏光ビームスプリッタ１３ａと、従来の種類の回転可能な遅延プレート１３ｂを有している。次に、このようにしてその偏光状態を定められた、準平行のビーム束が、適切な高開口数の光学系１４、たとえばマイクロスコープ対物レンズによって、対応する集束するビーム束１２ｂに変形される。後者は、偏光調査装置内へ結合され、すなわち二重屈折させる素子７上へ入射されて、それによって次に偏光する格子３、４を通過して、検出器素子５上へ入射する。検出器素子５によって記録された構造パターンが、その後、調節された偏光状態に属する基準パターンとして用いられる。
【００４２】
校正プロセスは、偏光状態ジェネレータ１３によって調節された、種々の定められた偏光状態について、繰り返されるので、この校正プロセスの終了後は、種々の予め定められた偏光状態に属する、基準パターンのセットが得られる。この基準パターンは、その後、図３の装置の測定駆動において、検出器素子５によって記録された構造パターンを評価する場合、すなわち結像システム８によってもたらされた、求められる偏光状態影響を再構築する場合に、従来のＯＢＰＩ方法における評価方法に従って、利用される。
【００４３】
上述した経験的な校正方法の代わりに、装置内で使用される光学的コンポーネントの偏光光学的特性が十分正確にわかっている場合には、評価のために必要とされる、定められた偏光状態のための構造パターン画像を、計算機シミュレーションによって定めることもできる。
【００４４】
必要に応じて、場合によっては存在する、マイクロ対物レンズ１４による非回転対称の偏光影響を、偏光調査装置を校正する際に探し出すことによって除去することができる。そのためにそれぞれ調節された偏光状態について、マイクロ対物レンズ１４の、その光学軸に関する種々の回転位置における複数の校正測定が実施されて、これらの測定プロセスの結果が求められる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】それぞれ専用の構造担体上に周期的な回折構造と偏光する格子構造とを有する検出器部分を使用して、光学的なシステムを偏光固有に調査する装置の発明的に重要な部分を概略的に示す側面図である。
【図２】周期的な回折構造と偏光する格子構造のための共通な担体を有する変形例についての、図１と同様の表示である。
【図３】スナップショット偏光計測を可能にし、かつ二重屈折させる素子と偏光する格子構造とを有する変形例についての、図１と同様の表示である。
【図４】図３に示す装置を校正するための配置を概略的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  第１の格子担体
２  回折格子構造
３  第２の格子担体
４  格子構造
５  検出器素子
６  放射
７  素子
８  結像システム
９  制御／評価ユニット
１０  マニピュレータユニット
１１  照明システム
１２ａ  ビーム束
１３  偏光状態ジェネレータ
１４  マイクロ対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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