CN101833247A - 微光刻投影曝光系统的投影物镜的光学测量的测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于微光刻投影曝光系统的投影物镜的光学测量的测量系统，所述投影物镜被配置为将设置于所述投影物镜的物面中的图案成像到所述投影物镜的像面上，所述投影物镜被设计为浸没物镜，用于借助设置在所述投影物镜的物侧和像侧的至少一个上的浸液进行成像；其特征在于所述测量系统包括：至少一个具有测量结构的结构载体，该结构载体被设置在浸液区域中，给该结构载体分配一个保护系统，以提高测量结构对由浸液导致的降解的抵抗力。因此，在浸液条件下的浸液系统的测量在测量精确度方面，可能不受浸液的有害影响。

Description

微光刻投影曝光系统的投影物镜的光学测量的测量系统
本申请是申请日为2005年6月2日且发明名称为“用于测量光学成像系统的图像质量的系统”的中国专利申请No.200580018031.9的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于光学成像系统的光学测量的测量系统，该光学成像系统被提供以使得设置在该成像系统的目标表面的图形成像到该成像系统的图像表面，该成像系统被设计为用于借助浸液成像的浸液系统，该浸液设置在成像系统的目标侧和图像侧中的至少一个上。
背景技术
在许多技术和研究领域中，光学成像系统被使用，关于它们的成像质量有越来越高的要求。一个例子是半导体元件和其它精细结构元件的光刻生产，其中，借助于高功率的投影物镜，在深紫外线范围(DUV)的工作波长处，能生产亚微米范围的结构。因为这种具有大量光学元件的成像系统的复杂光学结构，所以对于初次生产的调整和在任何必要的维护工作期间，需要测量成像系统发生的图像缺陷。用于这种测试的测量系统和方法的精确度在这种情况下通常与成像系统的成像精确度的要求相匹配。
经常使用的测量系统包括，设置在成像系统的目标侧上的、具有目标侧测量结构的目标侧结构载体，和设置在成像系统的图像侧上的、具有图像侧测量结构的图像侧结构载体，该目标侧测量结构和该图像侧测量结构以这种方式彼此匹配：当目标侧测量结构借助于成像系统在图像侧测量结构上成像时，产生叠加图形。用于叠加图形的局部分辨采集的检测器和与其连接的用于从叠加图形中确定至少一个描述成像系统图像质量的成像参数的计算装置，被用于产生测量值，该值允许得出关于成像系统获得的图像质量的结论，并且从该值能导出成像系统的最优化的预定义。
德国专利申请DE10109929(与该申请人的专利申请US2002/0001088A1相对应)中描述了以用于波前采集的错位干涉仪的方式工作的装置。在该测量系统中，用非相干光照射的目标侧结构载体设置在要被测试的成像系统的目标表面，且具有设置穿过成像系统的测量辐射的预定相干程度的任务，并因此称作相干掩模。提供的该相干掩模例如由石英玻璃制造的透明载体，目标侧测量结构以二维结构的铬涂层形式施加在其上。设置在成像系统的图像表面的是图像侧结构载体，该载体具有用作衍射光栅的图像侧测量结构。这同样能由铬层所形成，其施加到透明的石英玻璃载体上。作为衍射产生的波叠加的结果，产生了剪切图(shearogram)形式的叠加图形，其借助于下游连接的局部分辨检测器来获得，然后被计算。类似的测量系统由EP1231517A1所公开。
对于波前测量，如果同样的辐射的使用也用于打算使用的成像系统中，例如DUV范围的紫外光，测量方法的意义是特别重大的。出于这个目的，测量系统能集成入微光刻投影曝光系统，以致于，对于投影物镜的测量，能够使用在生产作业期间也使用的同样的照射系统。在外部测量情况下，能使用具有同样类型或类似类型的照明系统的独立测量系统。
其它的干涉仪同样能使用，例如Ronchi型或Twyman-Green型干涉仪。此外，点衍射干涉仪(PDI)作为测量系统也是常见的。文献US6307635B1或WO0242728A1中示出了实例。设置在成像系统的目标侧上的目标侧测量结构具有针孔，其设置在目标侧结构载体上且用于从照射辐射产生球面波。成像系统的图像侧上还设置有另一针孔结构，其中，除了针孔之外，还提供了允许样品波自由穿过的另一个较大的第二开口。作为更进一步的测量结构，尤其是设置在目标表面和成像物镜之间或在成像物镜和图像表面之间的测量结构，提供衍射光栅用作分束器。针孔掩模和衍射光栅的精细结构能由在透明载体上的微结构涂层形成。
其它的测量系统和方法，尤其是用于测量光学成像系统失真的系统和方法，利用莫尔效应为基础。在这种情况下，目标光栅设置在要被测试的成像系统的目标表面，并且，例如包括形成目标侧测量结构的大量平行的不透明的线。在图像平面中，设置与目标侧测量结构相似的图像侧测量结构，该目标侧测量结构和该图像侧测量结构彼此匹配，同时考虑成像系统的成像比例，使得当目标侧测量结构成像在图像侧测量结构上时，产生具有莫尔条纹的莫尔图形形态的叠加图形。从用局部分辨检测器取得的条纹图案的强度分布中，能确定例如对于失真的成像参数。莫尔方法是公知的，例如根据专利US5769954、US5973773或EP0418054。
此外，除上述的测量结构之外并独立于后者，可能需要在图像平面内提供隔膜结构，以用于使图像场的不期望的影响远离测量系统的检测元件，从而使杂光的误差影响最小化。该隔膜结构也优选地也由涂敷有构造的铬的透明基板来形成。
就用于微光刻的投影物镜而言，尝试通过各种措施将分辨率提高到这样一种程度：能生产越来越精细的结构，例如100nm或更小的数量级。为了该目的，首先投影物镜的图像侧数值孔径(NA)要增加至在NA＝0.8或以上的范围内的值。其次，要使用越来越短的紫外光波长，例如193nm或157nm的激光波长。
有通过将具有高折射率的浸液引入到投影物镜的末端图像侧光学元件和待曝光的基板之间的空间中，来改进达到的分辨率的方案。该技术称为浸液光刻；用于该目的的投影物镜被称作浸没物镜。浸液光刻的理论优势在于数值孔径可能增加到NA＞1的值，因此可能提高分辨率或改进聚焦深度。这能通过不改变真空波长来实现，从而使得为相应的波长而建立的光产生技术、光学材料的选择技术、涂敷技术等很大成度上无变化的变换。使用浸液介质对于使用具有在NA＝1或以上区域中的极高的数值孔径的投影物镜是附加的前提。
对于193nm，具有n1≈1.437的折射率的超纯水突出为适合的浸液。对于157nm，目前喜欢用基于全氟聚醚(PFPE)的浸液。一种测试的浸液在157nm具有n1＝1.37的折射率(参见M.Switkes和M.Rothschild在2001年11/12月的J.Vac.Sci.Technol.B19(6)的第1ff页上发表的文章“ImmersionLithography at 157nm”)。
因为，为了有意义的测量结果，在类似于计划使用的条件或与该条件相同的条件下执行成像系统的测量是有利的，已经尝试了调整为干燥系统而设立的测量技术为浸没物镜的测量。在本申请人的未公布的专利申请DE10261775.9中，例如为了以能产生装浸液的浸液室的方式界定在目标侧结构载体和成像系统之间的间隙和/或在图像侧结构载体和成像系统之间的间隙，介绍了测量系统，其适合于浸液系统测量在于提供了至少在测量期间形成流体室的手段。该专利申请所公开的内容作为参考引入本说明书中。
根据本发明人的观察，在浸液条件下的测量期间，可能发生测量精确度的逐渐恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在开始时提及类型的测量系统，该测量系统适合于测量浸没成像系统并通过浸液避免损害测量精确度。
作为该目的的解决方案，根据一种方案，本发明提供一种用于光学成像系统的光学测量的测量系统，该光学成像系统被提供以使设置在成像系统的目标表面中的图案成像到成像系统的图像表面中，该成像系统设计为借助于设置在成像系统的目标侧和图像侧的至少一个上的浸液来成像的浸液系统。测量系统包括至少一个具有测量结构的结构载体，将该结构载体设置在浸液区域中，给该结构载体分配保护系统，从而增加测量结构对由浸液引起的降解的抵抗力。
优选地，测量系统包括，设置在成像系统的目标侧上的具有目标侧测量结构的目标侧结构载体；设置在成像系统的图像侧上的具有图像侧测量结构的图像侧结构载体；该目标侧测量结构和该图像侧测量结构以这样的方式彼此匹配：当目标侧测量结构借助于成像系统在图像侧测量结构上成像时，产生叠加图案；和用于叠加图案的局部分辨采集的检测器；其中提供目标侧结构载体和图像侧结构载体中的至少一个设置在浸液区域，并给目标侧结构载体和图像侧结构载体中的至少一个分配保护系统，从而提高测量结构对由浸液引起的降解的抵抗力。
如开始时所提到的，在光学成像系统的调节、限制(qualification)和特征化期间，可能需要测量在这种工作模式中的成像系统，该工作模式借助于假定在成像系统的图像表面区域使用图像侧测量结构的测量技术。例如，该测量技术为前述的莫尔测量技术、点衍射测量技术或错位干涉测量。
如果待限定的成像系统是浸液系统，在有用的工作期间将浸液提供到末端图像侧光学元件和图像表面之间时，为了达到有意义的测量结果，要用在工作期间使用的浸液或光学上类似的浸液，部分或完全地填充在成像系统的末端光学元件和用于测量的图像侧测量结构之间的间隙，是有利的。
在许多已知的测量系统中，图像侧测量结构由构造的薄层所形成，其施加在通常透明的基板上。结构载体可以例如由石英玻璃或氟化物晶体材料的基板形成，其中构造的以形成期望的测量结构的金属层，例如通过蚀刻，施加在基板表面上。典型的例子为玻璃基板上的铬层。由如下事实会产生问题：金属的结构直接暴露于浸液中，同时在浸液操作期间暴露于短波测量辐射。在试验中，在这些条件下，能确定铬层的逐渐降解，其导致受影响的测量结构的逐渐改变，因此也导致由后者得到的光学效应。这样，会以难以监测的方式削弱测量的精确度。
如果用适当的保护系统保护受到降解成胁的测量结构不受浸液介质的化学和物理侵蚀，则能避免这些问题。应以这样的方式设计和设置保护系统：受到降解成胁的结构载体的测量结构由保护系统隔离，没有关于浸液的不可控制的光学条件的损害。结果，对于在浸液下的测量条件，能产生受威胁的测量结构的长期稳定性，以致于在接近实际使用的工作条件下的高精确的测量成为可能。
结构载体通常包括优选地对测量辐射透明的基板、施加在基板的至少一个基板表面上以形成测量结构的涂层。该涂层可以二维结构化，例如通过微光刻方法或直接构造成的方法，以致于在基本透明的区域旁边有基本上不透明(辐射不可穿过)的区域。尤其对于在紫外区域的应用，容易构造的金属或金属合金的薄涂层已证明是值得的；尤其铬或含有铬的金属是有益的。
保护系统能设置在面向远离基板处的涂层一侧上，在一些实施例中，还覆盖了基板的未涂敷区域，在另一些实施例中则基本上仅覆盖涂层本身。保护系统优选以这种方式相对于形成结构的涂层和基板来施加：形成结构的涂层以基本上到处都不能透过液体的方式被密封在基板和保护系统之间。这样，能提供受降解威胁的涂层材料的密封，这能确保在浸液测量条件下的结构载体的长期稳定性。
在一种方案中，保护系统包括至少一层对测量辐射透明的保护层。特别地，该保护系统能专门由保护层形成。保护层能用合适的薄层工艺(例如CVD、PVD或相关涂膜工艺)来生产，并直接沉积在待保护的测量结构上。在另一种方案中，形成测量结构的金属涂层的电镀涂层具有一种金属，该金属对于浸液比该涂层的材料更加化学稳定。也可能从形成测量结构的金属涂层的材料的反应产物中形成保护层，从而形成钝化层形式的坚固粘附的保护层。
保护层能由单一材料层形成。它能是，例如，由透明的固体材料制成的基本上平面平行的板，或用薄层工艺形成的薄的单层。保护层也能包括接连地设置的多个材料层，且例如能形成为介电交替层系统或涂层板。
在一种方案中，保护层包括至少一层基本上不渗透浸液的阻挡层。该阻挡层能由至少一种阻挡层材料构成，该材料对于浸液基本上是耐化学腐蚀的且基本上没有能从背向基板的阻挡层外侧穿过到面向该结构的阻挡层侧的孔。借助于阻挡层，可能防止浸液任何实质程度地渗透至被保护的测量结构。阻挡层能被单独提供或与其它材料层组合提供。阻挡层能形成为单层或多层。
在一种方案中，阻挡层基本上由具有高填充密度的氧化材料构成。特别有利的是使用二氧化硅(SiO2)，因为该材料在低至193nm处还能用作干涉层系统中的免吸收的低折射率材料，且给定适合的涂敷技术，例如离子溅射，则能基本上没有孔的施加该材料。
在一个实施例中，提供的保护层是二氧化硅的单层。几十纳米的几何层厚度，例如约30nm至约100nm之间，是目前认为合适的。
保护层能够以这样的方式设计：除了在此最重要的抗浸液化学-物理侵蚀的保护作用以外，还有可定义的光学作用，例如用于保护层和浸液之间的固-液界面的减少反射的作用。
保护层能包括至少一层具有至少一种氟化物材料的阻挡层，其基本上对相应的工作波长透明，且基本上不溶于浸液介质。特别地，根据工作波长，阻挡层能包括以下材料中的至少一种，或基本上由这样一种材料构成：氟化锕(AcF3)，氟化铋(BiF3)，氟化铒(ErF3)，氟化铕(EuF3)，氟化钆(GdF3)，氟化钬(HoF3)，氟化钾镁(KMgF3)，氟化镧(LaF3)，氟化钠钇(NaYF4)，氟化钕(NdF3)，氟化钐(SmF3)，氟化铽(TbF3)，氟化钛(TiF3)，氟化铥(TmF3)，氟化钒(VF3)，氟化镱(YbF3)，氟化钇(YF3)。所述的所有这些材料都适用于低至193nm。特别地，稀土氟化物ErF3，GdF3，LaF3和KMgF3还能用在157nm处。
对于保护层，还可能包括至少一层阻挡层，该阻挡层含有以下氧化物材料中的至少一种或基本上由这些材料中的一种构成：二氧化硅(SiO2)，氧化铝镁(MgAl2O4)，氧化铝(Al2O3)，二氧化钨(WO2)，三氧化钨(WO3)。这里所有的材料都适用于193nm；如果选择小的层厚度，SiO2还能用于157nm。
保护系统也可能是配备在待保护的测量结构和浸液之间的单独组件，如果需要的话能离测量结构一段距离。可能出现的间隙能例如填充液体或气体，该液体比浸液的侵蚀性小。保护系统能包括在测量结构和浸液之间的透明的平面平行的板，在测量期间，该板直接设置在测量结构上或设置为距离测量结构一段距离。该板的支撑结构，如环形支撑结构，当其适当放置时，能横向密封待保护的测量结构，以致于该测量结构被由板和支撑结构构成的保护系统以液体不能透过的方式密封。
在用于干燥系统的常规测量系统中，测量结构的光学涂层通常被省略，因为涂层会改变待测试的光束的光学特性。为了通过保护系统最小程度损害测量结果，在测量系统的优选实施例中，对整个系统的测量值进行规定，由保护系统的作用来校正，从而得出关于被测量成像系统特性的精确结果。为此，优选实施例的计算装置包括用于计算叠加图案的计算程序和校正程序，校正程序考虑在叠加图案的结构上的保护系统的光学效应的计算。
校正能基于代数或射束的光学计算，通过保护系统在透照区域的厚度、材料或材料组合以及折射率或折射率的组合将保护系统的特性纳入考虑。通过对无保护但其他相同的载体结构的比较测量可以实验确定保护系统对其他变量中的测量结果的作用。
本发明还涉及一种用于光学成像系统的光学测量的测量系统的结构载体，该结构载体具有至少一种测量结构。这例如是衍射光栅、用于莫尔测量方法的线结构，或具有至少一个针孔的测量结构。为了保护测量结构防止浸液出现在基板使用之处，由保护系统保护测量结构，从而提高测量结构对浸液导致的降解的抵抗力。保护系统能例如由薄石英单层来形成，其优选没有从保护层的自由表面穿过到待保护的测量结构的孔。
除了权利要求之外，这些和其它特征也能从说明书和附图中显示出来，对于每种情况下的单独特征而言，在本发明的实施例和其它领域中，能够独立地或以多个再组合的形式实施，而且能够表示有利的、固有地能够保护的实施例。本发明的具体实施例用附图示出，并将在下文中更详细的阐述。
附图说明
图1是用于浸没投影物镜的光学测量的错位干涉测量系统的实施例的侧视示意图，该投影物镜集成入微光刻投影曝光系统；
图2是设置在图1所示的测量系统的图像侧上的元件细节图，该测量系统具有由石英保护层保护的图像侧测量结构；
图3是用于浸没投影物镜的测量系统的侧视示意图，该测量系统通过点衍射干涉仪来测量；
图4是图3的点衍射干涉仪的图像侧测量结构的透视示意图；
图5是测量系统的另一个实施例中设置在图像侧上的元件细节图，该测量系统具有由石英玻璃制成的平板保护的图像侧测量结构；
图6是由电镀产生的保护层保护的线光栅的示意图；而
图7是由电镀产生的保护层保护的棋盘形衍射光栅的示意图。
具体实施方式
图1中示意性图示的测量系统100用于投影物镜150的光学测量，该投影物镜引入微光刻投影曝光系统中，其设计为借助于193nm工作波长下的浸液光刻生产精细构造的半导体元件。由复数个透镜构成并用作缩小物镜的投影物镜150，由入口端透镜151和出口端透镜152示意性地表示，并且在打算使用时，用于使设置在其目标平面155上的结构承载掩模(划线板)的图案成像到投影物镜的图像平面156上，其中具有施加在要构造的半导体晶片上的光敏层。为此，借助于照射系统140照射划线板，该照像系统由用作主要光源的激光器的辐射形成了与投影物镜的焦阑条件匹配的照射辐射。
为了生产操作和测量操作之间的变化，划线板，例如承载半导体元件特定层的布图的划线板，由测量系统的目标侧结构载体110所代替，其中目标侧测量结构111施加于该测量系统上。作为晶片的替代品，具有图像侧测量结构121的图像侧结构载体120安装在图像平面156的区域中。后者被设计成一种局部分辨检测器130，其完全与图像侧结构载体120一同变化，或者能够永久安装在图像平面下面。
在被测量的成像系统150的目标侧，成像系统因此包括投影曝光系统的照射系统140和具有目标侧测量结构111的目标侧结构载体110，该目标侧测量结构111用作相干掩模，用于插入投影物镜150的测量辐射的相干性的规定设置。出于这一目的，将目标侧测量结构111设置在目标平面155中。适合的相干掩模的构造例如在专利申请US2002/0001088A1中有描述，其内容作为参考引入本说明书中。
图像侧测量结构121设置在成像系统150的图像侧，在成像系统150的图像平面内，该结构被设计为衍射光栅，并因此具有光栅结构，该光栅结构的尺寸如线宽和线间隔)为测量辐射的波长的数量级(。如移动箭头B所示，将具有衍射光栅121的图像侧结构载体设置为使得其能在投影物镜150的图像平面内横向移动。
跟踪辐射方向上衍射光栅的检测器130包括二维延伸的、局部分辨光敏检测器元件132。设置在衍射光栅和检测器元件之间的是显微物镜131，其以一种环形装配方式与检测器元件一同安装。显微物镜131设计为使投影物镜的光瞳153的区域成像在检测器元件132上，其例如实现为录像机的CCD阵列。检测器元件记录的错位干涉仪干涉图案在计算单元160中计算，从而确定表示投影物镜的成像特性和/或其成像缺陷或波像差的成像参数。
这种错位干涉仪的功能在这一程度上是公知的，因此不再详细描述。
测量系统的特殊特征在于其是为了浸没物镜150的测量而设计，其中在打算用于半导体生产时，投影物镜的出口面和设置在涂敷于晶片上的抗蚀剂层的图像平面121中的表面之间的窄间隔用浸液填充，该浸液与空气或真空相较是高折射的。这样，就能增加分辨率和聚焦深度而不改变真空工作波长。
为了能在打算使用投影物镜时成功的光学条件下执行测量，将测量系统100调节为与浸液操作相符。出于这一目的，为了测量，借助于波纹管170或其它适合形成流体室的设备，在物镜出口和图像侧测量结构111之间形成流体室，以致于，在测量期间，示例情况下由超纯水构成的浸液171，能设置在物镜出口和衍射光栅之间。任意地，图像侧结构载体120和检测器130之间的间隙也能填充浸液176，其对于数值孔径NA＞1的测量而言是必不可少的。这种情况下，还能将波纹管设备或其它形成流体室的设备提供到衍射光栅载体120和检测器之间。
应当指出，将浸液放入感兴趣的间隙并保持在那的方式对本发明而言是不重要的。给定适合的小的间隙轴向范围，则能有足够的毛细管作用力以将浸液保持在间隔中(参见图2)。
在图2中，详细展示了测量系统100的图像侧部分。图像侧结构载体120包括平面平行的板122，其由对使用的测量辐射透明的材料制成，并且该材料在用于193nm的测量系统中通常为合成石英玻璃，在用于157nm的系统中通常为氟化钙。衍射光栅121由铬微结构涂层形成，其涂敷在平基板表面上以指向投影物镜。用于衍射光栅的可能的结构的例子，例如类似棋盘形的衍射光栅，在US2002/0001088A1中示出。
存在这样的危险性：在短波测量辐射的作用下，形成衍射光栅121的铬层如果相对持久地与浸液接触会被损害，以致于，例如，由于铬的溶解或分离结果和/或由于浸液和铬之间的反应产物的沉积的结果，线宽和/或线间隔会逐渐改变。为了避免这些损害测量精确度的降解现象，由保护系统125保护衍射光栅123不受浸液介质的侵蚀。保护系统125由石英(SiO2)单层保护层形成，其在涂层121结构化以形成结构之后的薄层工艺中，通过气相沉积等以这样的方式施加到涂层上：保护层以在背向基板侧和在侧边上的保护方式覆盖衍射光栅涂层。敏感的图像侧测量结构121因此由保护性石英围绕着所有侧面且由此密封。
借助于适当的工艺管理，在石英层125的离子辅助生产期间，石英层125基本上没有孔或没有从面向浸液的外侧穿直至保护性金属涂层121的孔。因为保护层的透明石英材料还对水是耐化学腐蚀的，所以能确保由不溶于液体的阻挡层125对敏感的测量结构121的持久保护并确保液体不能透过。
已经示出了，具有适当厚度(例如30nm-100nm)的单层的石英涂层满足作为保护层需要的边界条件。这些条件包括辐射稳定性、对所用测量辐射的足够的透明度、对于浸液和可溶于其中的物质的化学稳定性、和/或对于由辐射和/或溶于浸液的物质产生的浸液的反应产物的化学稳定性。此外，提供密封特性，其对于保护层的有效性而言，像对于衍射光栅和(化学性质相同的)基板的铬材料的化学稳定性一样重要。其它适合的层系统在本申请人于2003年12月19日提交的临时美国申请US60/530623中说明，其内容作为参考引入本说明书中。
在本实施例中的干涉图的计算中，考虑到这一事实：保护层125具有光学效应，其叠加在实际要寻求的成像系统的光学特性上。对于第一近似值，在这种情况下，考虑将保护层作为衍射光栅上的平面平行板，其对成像系统的波前提供球面对称作用。并入计算单元中的计算程序包括考虑该效应的校正程序，其相应于球面像差的引入。为此，在关于平板作用的公知关系的基础上(参见，例如，编著的教科书“Technische Optik”[TechnicalOptics]，Vogel Buchverlag，第8版，(1998))，通过利用保护层的光学特性，例如厚度和折射率，借助于代数或射束光学计算来确定保护层对测量结果的作用，并将得到的校正值考虑到计算修正量中。
在其它校正方法中，执行测量系统的实验标准。出于这一目的，通过具有保护层的衍射光栅和未涂敷而其他相同的衍射光栅的比较测量，能实验性确定保护层对测量结果的作用。然后在干涉图的计算期间考虑该作用。比较测量能在不同的结构载体上进行。对于待比较的结构而言，也可以位于同样的结构载体上。未涂敷的比较结构例如能由同样的基板载体的未涂敷或没有保护层的部分来形成。这样的话，在现场比较测量是可能的，其结果与测量期间的光学条件动态相连。
测量结果上的保护层待校正的影响越小，保护层和浸液之间的折射率差就越小。对于在193nm处具有约1.437的折射率的超纯水浸液，这能通过由具有与石英(n≈1.56)相比较低的(平均)折射率的保护层材料制备来实现。例如，能够使用具有低折射率氟化物材料，如上述稀土氟化物材料的保护层。
还应当注意，对于下述事实石英涂层也是有利的：在193nm浸液光刻中，近来尝试借助于使用提高折射率的添加剂来提高水的折射率。例如，通过添加硫酸盐、碱金属如铯、或磷酸盐到水中，能够产生折射率高于超纯水的离子化的液体(参见Internet publication under the title“‘Doped water’couldextend 193-nm immersion litho”by D.Lammers，http:/www.eetimes.com/semi/news/jan.2004)。这样，关于石英层的折射率差能减小至这样的程度：上述校正可能变得不必要了。
在157nm的工作波长处，例如全氟聚醚(PFPE)是适合的，其在157nm处足够透明，并可与一些目前用在微光刻中的光致抗蚀剂材料兼容。一种测试的浸液在157nm处具有nf＝1.37的折射率。用于抗液体保护层的适合材料，例如为上述在157nm处透明的稀土氟化物。
具有根据本发明保护的测量结构的结构载体，对于根据其它测量原理工作的测量系统也是有用的。例如，目标侧测量结构和图像侧测量结构能彼此匹配，以致于当目标侧测量结构在图像侧测量结构上成像时，能产生如开始所述的莫尔图案。与在莫尔系统的情况中根据图1的测量系统的衍射光栅结构的一个区别在于，目标侧测量结构的物理相干特性选择为衍射效应在测量中不起任何相关作用。
在图3中，示出了测量系统300的实施例，其构造为用于浸液操作的点衍射干涉仪。同样的或相应的特征表示的附图标记，与图1中的附图标记加200后一样。
在成像系统350的目标侧上，在照射系统340之后，是目标侧结构载体310，其包括具有针孔312的目标侧测量结构311，该针孔设置在目标平面355中以产生第一球面波。提供在针孔掩模310和投影物镜的入口端透镜351之间的是衍射光栅315形式的分束器，从而产生与第一波相干的第二球面波。可选择地，分束衍射光栅能设置在目标侧针孔测量结构前面或者设置在物镜出口和图像侧测量结构之间的图像侧上，同样是形成为针孔测量结构。出于相移的目的，设置分束衍射光栅315，以致于其能如运动箭头B所示横向移动。
位于图像平面356中或投影物镜的图像平面附近区域中的图像侧测量结构321(参见图4)，具有第二针孔322，以通过衍射产生球面基准波。用于产生基准波的辐射源于穿过成像系统由衍射光栅315提供的第一或第二球面波的成像，其用实线和虚线分别示意性地表示在图3中。除了针孔322之外，成像侧测量结构还具有较大的第二开口323，以允许样品波自由穿过。这样，基准波和样品波的相干叠加发生在检测器元件332的检测平面上，而且产生的干涉图案能由检测器元件332以局部分辨的方式检测到，并由下游连接的计算单元360计算出来。
这里的投影物镜350还是浸没物镜，以致于借助设置在投影物镜和图像侧测量结构321之间的浸液371能有利地进行测量，对于浸液376而言，提供在图像侧结构载体320和检测器之间也是可能的。
从图4中能看到，图像侧结构通过将铬涂层32 1涂敷在石英基板325上来形成，其中提供具有与工作波长相当的直径的针孔322和相比较而言大的多的第二开口323，作为挖去部分。以与像针孔322和基准开口323的透明区域完全相同的方式，具有约30nm-100nm厚度的封闭的石英保护层325横向重叠地覆盖了由铬涂层形成的整个不透明区域。
根据图1和2的实施例，石英涂层325的光学效应也能考虑到用于校正测量结果的点衍射干涉图的计算中。
图5示出了设置在测量系统的另一实施例的投影物镜的图像侧上的元件细节图，该测量系统用于适合浸液操作的错位干涉测量。同样或相应的特征表示的附图标记，与图2中的附图标记加400后一样。
在本实施例中，被保护以不受浸液571影响的图像侧测量结构521，与许多常规测量结构一样，不具有薄光学涂层而是未涂敷的。抗浸液的保护是这样产生：测量结构521由平面平行的透明板525覆盖，其通过环绕衍射光栅521设置的支撑结构526在衍射光栅521上方保持一小段距离。不透液体(liquid-tight)且抗液蚀(liquid-resistant)的支撑环526的高度尺寸大小使得空腔产生在自承重板525和测量结构之间。平板由这样的材料构成：既允许在系统的工作波长下能穿过辐射，而且在照射下对于所用的浸液和可能溶于其中的物质或反应产物是足够化学稳定的。在所示的193nm系统中，板525由合成石英玻璃构成，在157nm系统中，使用氟化钙作为板材料。板能在其平板表面的一面或两面上具有薄光学层，以减少反射。板和支撑结构526一起，以不透液体方式形成围绕测量结构的保护系统。
形成在板525和测量结构521之间的空腔能用气体或第二浸液填充，这取决于测量条件。在填充第二浸液的情况中，应当优选这样选择，其在工作波长处的照射下不侵蚀形成结构521的铬涂层材料，并具有比平板低的折射率。这种情况下，有一种可能：通过在平板和测量结构之间选择适当的距离，以机械光学方式补偿成像射束路径上的平板的光学效应。这种情况下，空腔的高度优选为，使得平板525引入的球面像差很大程度上或完全地由低折射率透明液体的基本平面平行的层来补偿。可选择地，在给定空腔的情况下，平板525的厚度通过适当的再加工步骤，也能与空腔高度匹配。这样，就能省去前述的测量结果的校正。使用第二浸液的另一个优点在于：不用考虑用于成像系统的第一浸液571，可选择一种不侵蚀基板522上的测量结构的液体，即使在照射下，或没有达到与第一浸液571相同的程度也是如此。
如果空腔填充气体，则空腔的补偿特性可以很好地满足，因为气体具有比透明的固体更低的折射率。在填充气体的情况下，要预做安排以保持其在可控正压下，从而避免平板525在第一浸液571的作用下可能的偏斜。为此，加压气体接头527能提供在支撑环526上。当第二浸液用于空腔中时，该接头也能用于给空腔填充液体。在本装置的改进中，第二浸液能通过第二接头528放掉，从而形成液体通路(liquid circuit)。其具有这样的优点：例如由辐射引起的污染，可以由于冲洗效应而减少。
用作保护系统的透明部分的平板525和待保护的测量结构521之间的距离的确定，出于所述的折射率补偿的目的，尤其能够以以下两种方式来进行。第一、如果平板的厚度和折射率以及第二浸液或气体的折射率在工作波长处已知是足够精确的，用计算的方式。可选择地或附加地，通过使用允许连续调节在图像侧测量结构521和平板525之间的轴向间隔的装置，能与没有用上述方法修正而且结构相同的图像侧结构载体520进行对比测量。该设置优选这样实现：通过一步步地改变，直到具有保护系统的测量的测量结果基本上不再不同于没有保护系统而具有同样的测试物镜的测量。
为了最小化测量结构上的保护涂层的光学效应，在本发明的改进中，预作安排以通过机械步骤再加工保护层，其中校正由于下面结构层的可能形状偏差。例如，这种机械步骤能是抛光处理，用其在保护层外侧上能产生高度精确的平面并用作辐射入口表面。如果涂层外侧由于涂敷工艺而已经是平的，则其可能省去这种机械步骤。在图2所示的实施例中，保护层125具有光学平的外表面126，尽管具有金属层121的不透明区域和没有位于它们之间的金属层121的透明区域之间的保护层125的层厚急剧改变。
作为所述保护涂层的替换，其完全用光学透明层材料密封基板和形成测量结构的涂层，还可能仅提供结构层的金属成分，该结构层形成具有适当保护系统的测量结构。这种方法的一个优点在于，在入射辐射的光路中没有射束光学变化，但是无论如何(取决于测量结构的典型结构尺寸)，会有衍射特性的细微结构变化，以致于可期望保护系统的光学效应相当低。
在一种改进中，提供形成具有其它金属的测量结构的金属涂层(例如铬)的电镀涂层，该其他金属，例如金，对于浸液更加化学稳定。由于电化学应用，该选择施加的保护层仅仅粘附至形成测量结构的涂层(例如铬)的导电材料上，而不粘附至非导电的基板材料(例如玻璃)。电镀涂层的前提条件是，待保护的结构必须能例如通过彼此连接而导电性接触。在线光栅的情况下(图6)，这能通过在光栅图案中引入连接电触点626的连接结构627来实现。在尤其适合于错位干涉测量的棋盘形结构(图7)中，通过将小连接带727引入图案中能确保电连接至单独的铬区域728，其中每个都导致电接触。
在其它实施例中，形成测量结构的涂层的金属层材料经过化学处理，以致于在涂层表面上形成相对于浸液比其金属本身更加化学稳定的接合。例如对于铝，这种类型的钝化是公知的。在结合大气氧的具体条件下，铝在表面形成了公知作为钝化层的氧化铝，这使得其对于进一步与水或氧反应而言是不活泼的。因此保护层还能由钝化层形成，该钝化层由形成测量结构的涂层材料与适当的环境介质化学反应来产生。然后该保护层包括作为组分的涂层材料本身。
本发明不限于安装在图像侧上的结构载体的保护。除此之外，根据本发明，也能保护要安装在目标侧上的结构载体的测量结构，例如图1所示的相干掩模110、如3所示的针孔掩模310以及衍射光栅315或莫尔掩模。其尤其适合于这种情况：在测量的成像系统中，在有用的操作期间将浸液用于目标侧上，例如在微光刻系统的划线板区域。

Claims (34)

1.一种用于微光刻投影曝光系统的投影物镜的光学测量的测量系统，所述投影物镜被配置为将设置于所述投影物镜的目标面中的图案成像到所述投影物镜的图像面上，所述投影物镜被设计为浸没物镜，用于借助设置在所述投影物镜的目标侧和图像侧的至少一个上的浸液进行成像；其特征在于所述测量系统包括：
至少一个具有测量结构的结构载体，该结构载体被设置在浸液区域中，给该结构载体分配一个保护系统，以提高测量结构对由浸液导致的降解的抵抗力。
2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于其配置用于波前测量。
3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于其是干涉仪。
4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于包括：
具有目标侧测量结构的目标侧结构载体，设置在成像系统的目标侧上；
具有图像侧测量结构的图像侧结构载体，设置在成像系统的图像侧上；
该目标侧测量结构和该图像侧测量结构彼此以这种方式匹配：当目标侧测量结构借助于成像系统成像到图像侧测量结构上时，产生叠加图案；和
用于叠加图案的局部分辨采集的检测器；
其中提供所述目标侧结构载体和所述图像侧结构载体中的至少一个设置在浸液区域，给所述目标侧结构载体和所述图像侧结构载体中的至少一个分配一个保护系统以提高测量结构对由浸液导致的降解的抵抗力。
5.如权利要求4所述的测量系统，其中所述测量系统是干涉仪，并且所述叠加图案是干涉图案。
6.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于被配置成设置在浸液区域中的所述结构载体包括基板，在基板上形成测量结构的涂层被涂敷在至少一个基板表面上。
7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于所述涂层由金属或金属合金构成。
8.如权利要求7所述的测量系统，其特征在于所述涂层由铬或含铬的金属构成。
9.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于以这种方式相对于形成测量结构的涂层和基板施加所述保护系统：基板和保护系统以在所有面上都基本以不透液体的方式密封涂层。
10.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述保护系统包括至少一层对测量辐射透明的保护层。
11.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述保护系统由施加在该测量结构上的保护层单独形成。
12.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层由对测量辐射透明的单一材料层形成。
13.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层包括至少一层基本上不透浸液的阻挡层。
14.如权利要求13所述的测量系统，其特征在于所述阻挡层由至少一种阻挡层材料构成，该阻挡层材料对浸液基本是耐化学腐蚀的且基本上没有从背向测量结构的阻挡层的外侧穿过到面向测量结构的阻挡层侧的孔。
15.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层是单层二氧化硅。
16.如权利要求15所述的测量系统，其特征在于所述单层二氧化硅具有在约30nm至约100nm之间的几何层厚度。
17.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层包括一层叠于另一层上的多个材料层。
18.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层设计为用于在保护层和浸液之间形成的固-液界面的反射减小层。
19.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层是形成测量结构的金属涂层的电镀涂层，且由对于浸液而言比所述涂层的材料更加化学稳定的金属制成。
20.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于所述保护层以钝化层的方式由形成测量结构的金属涂层的材料的反应产物形成，其对于浸液而言比涂层的材料更加化学稳定。
21.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于相对于由于形成测量结构的下涂层的可能形状偏差，所述保护层以这种方式校正：用作辐射入口表面的保护层外侧是平面。
22.如权利要求1-9之一所述的测量系统，其特征在于所述保护系统是与结构载体分离的元件，并且其是或者能够安装在测量结构和浸液之间。
23.如权利要求1-9之一所述的测量系统，其特征在于所述保护系统以这种方式构造：可用气体或液体填充的间隙能形成在测量结构和保护系统之间。
24.如权利要求1-9之一所述的测量系统，其特征在于所述保护系统包括平面平行的板，其对测量辐射透明并且在测量期间设置在测量结构和浸液之间。
25.如权利要求24所述的测量系统，其特征在于所述保护系统包括用于所述板的支撑结构，当其位于结构载体上时，所述板横向密封待保护的测量结构，以致于通过由板和支撑结构形成的保护系统以不透液体的方式密封该测量结构。
26.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于提供计算装置，用于从叠加图案中确定至少一个描述成像系统的图像质量的成像参数，该计算装置包括用于计算叠加图案的计算程序，和考虑通过计算叠加图案结构上的保护系统的光学效应的校正程序。
27.如权利要求26所述的测量系统，其特征在于确定所述保护系统的光学效应包括：在具有保护系统的测量结构上确定至少一个测量变量以确定用于该测量变量的第一测量值，以及在没有保护系统的另外相同测量结构上确定至少一个测量变量以确定用于该测量变量的第二测量值，并且在该第一和第二测量值之间形成差值。
28.如权利要求27所述的测量系统，其特征在于所述具有保护系统的测量结构和没有保护系统的测量结构通过仅在子区域具有保护系统的测量结构来形成。
29.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于被配置成设置在浸液区域中的所述测量结构是衍射光栅或用于莫尔测量法的线结构，或者所述测量结构包括至少一个针孔。
30.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述浸液被设置在成像系统的出口表面和图像表面之间，并且图像侧结构载体被设置在浸液区域中，以致图像侧测量结构被设置在成像系统的图像表面中或图像表面附近。
31.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于
所述测量系统是被配置用于浸液操作的衍射干涉仪，
图像侧测量结构具有被确定用于产生球面基准波的针孔和大于该针孔的第二开口，该第二开口被确定用于允许自成像系统出现的样品波自由穿过，以致叠加图案是由基准波和样品波的相干叠加形成的干涉图案。
32.如权利要求31所述的测量系统，其特征在于所述测量系统被配置用于在深紫外线范围内的工作波长处工作。
33.如权利要求32所述的测量系统，其特征在于所述工作波长是约193nm。
34.配置为通过浸没光刻产生精细结构元件的微光刻投影曝光系统，包括：
照明系统；
投影物镜；和
如权利要求1所述的测量系统。
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