JP2004289116A - リソグラフィ装置と測定系 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ投影装置内の波面収差を測定するための測定系を得、それにより従来技術の問題点を、少なくとも部分的に緩和する。
【解決手段】リソグラフィ投影装置、それも、放射投影ビームを得るための放射系と、目標パターンにしたがって投影ビームにパターン付与するパターニング素子を支持する支持構造物と、基板を保持する基板テーブルと、基板ターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系と、投影系の波面収差を測定するための測定系とを含む形式のものに係わり、前記測定系が、回折素子７と、投影系の瞳孔内への放射ビームの充填を増大させるための構造物とを含み、それら双方が、放射系と投影系との間で投影ビーム内へ移動可能であり、更に前記測定系が、投影系の波面収差測定のため、投影系を通過した放射ビームを検出するセンサモジュールを含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置、より詳しくは、放射投影ビーム用の放射系と、目標パターンに従って投影ビームにパターン付与するのに役立つパターニング素子を支持する支持装置と、基板を保持する基板テーブルと、基板のターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系とを含むリソグラフィ投影装置の波面収差の測定に関するものである。

ここで使用する「パターニング素子」という用語は、入射ビーム横断面に、基板のターゲット区画に形成されるべきパターンに相応するパターンを付与するのに使用できる素子を言い、それと関連して「ライトバルブ」という用語も使用される。概して、前記パターンは、ターゲット区画に形成されるデバイス、例えば集積回路その他のデバイス（後述する）内の特定機能層に対応する。該パターニング素子の代表的な例には、マスクと、プログラム可能なミラー配列と、プログラム可能なＬＣＤ配列とが含まれている：

マスク。マスクの概念は、リソグラフィでは周知であり、種々の型のマスク、例えばバイナリ型、交番位相偏移型、減衰移相偏移型などを含み、種々のハイブリッド型のマスクも含んでいる。放射ビーム内へマスクを配置することで、マスクに入射する放射ビームは、マスクパターンに従って選択的に透過（透過性マスクの場合）又は反射（反射性マスクの場合）される。マスクの場合、支持構造物は、概してマスクテーブルであり、該マスクテーブルは、マスクを入射ビーム内の目標位置に確実に保持し、所望とあればビームに対して移動させることができる。

プログラム可能なミラー配列。この種のデバイスの一例は、粘弾性制御層と反射面とを有する行列形式で区画認識可能な面である。この配列の背後の基本原理は、反射面の（例えば）アドレス区画が、入射ビームを回折光として反射する一方、非アドレス区画は入射ビームを非回折光として反射することにある。適当なフィルタを使用することによって、この非回折光は、反射光から濾外され、回折光のみを残すことができる。このようにして、ビームは、行列形式で区画認識可能な面のアドレスパターンにしたがってパターン付与される。プログラム可能なミラー配列の別の実施例では、行列構成の小ミラーが採用され、小ミラーの各々は、適当な局所的電場の印加により、又は圧電アクチュエータ装置の使用により、軸線を中心として個別に傾けることができる。繰返すが、ミラーは行列形式で区画認識可能であり、その結果、アドレスされたミラーは、非アドレスミラーとは異なる方向へ入射ビームを反射する。このようにして、反射ビームは、行列形式で区画認識可能なミラーのアドレスパターンにしたがってパターン付与される。必要な行列形式での区画認識作業は、適当な電子装置を用いて行うことができる。前述の状況の双方において、パターニング素子は、１つ以上のプログラム可能なミラー配列を含むことができる。ミラー配列についてのこれ以上の情報は、例えば米国特許５，２９６，８９１及び５，５２３，１９３、ＰＣＴ出願ＷＯ ９８／３８５９７及びＷＯ ９８／３３０９６から収集できる。これらは、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。プログラム可能なミラー配列の場合、前記支持構造物は、要求に応じて固定又は移動の可能な、例えばフレーム又はテーブルとして具体化できる。

プログラム可能なＬＣＤ配列。この構成の一例は、米国特許５，２２９，８７２に示されており、該特許は、ここに引用することで本明細書に取り入れられる。前述のように、この場合の支持構造物は、要求に応じて固定又は移動の可能な、例えばフレーム又はテーブルとして具体化できる。
簡単化のため、本明細書の以下の部分は、ある箇所では、特にマスクまたはマスクテーブルに関係する例で説明することにする。しかし、それらの例で説明される一般原則は、既述のように、パターニング素子とのより広い関連で見られるべきである。

リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。その場合、パターニング素子は、ＩＣの個別層に対応する回路パターンを発生させることができ、このパターンが、放射線感受性材料層（レジスト）で被覆された基板（シリコンウェーハ）上のターゲット区画（例えば１つ以上のダイを含む）に転写される。一般的に言って、単一ウェーハは、投影系を介して一度に１個づつ順次に照射される複数隣接ターゲット区画の全ネットワークを含んでいる。マスクテーブル上のマスクによってパターン付与が行われる従来の装置には、２種類の異なる型がある、一方の型のリソグラフィ投影装置では、全マスクパターンがターゲット区画上へ一括露光されることにより、各ターゲット区画が照射され、この型の装置は、普通、ウェーハステッパと呼ばれる。他方の型の装置−通常、ステップアンドスキャン装置と呼ばれる−の場合は、各ターゲット区画が、所定基準方向（「走査」方向）で投影ビーム下のマスクパターンを順次走査することで照射される一方、同時に、基板テーブルが前記方向に平行または逆平行に走査される。一般に、投影系は、倍率Ｍ（概して＜１）を有するので、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスクテーブルが走査される速度のＭ倍である。ここに述べたリソグラフィデバイスに関するこれ以上の情報は、例えば米国特許６，０４６，７９２から収集でき、該特許は、ここに引用することで本明細書に取り入れるものである。

リソグラフィ投影装置を使用する製造工程では、パターン（例えばマスク内の）が、少なくとも部分的に放射線感受性材料層（レジスト）で被覆された基板上に転写される。この転写段階の前に、基板には、種々の処理、例えばプライミング、レジスト被覆、ソフトベイク等が施される。露光後、基板には、他の処理、例えば露光後ベイク（ＰＥＢ）、現像、ハードベイク、転写された形状特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の測定/点検等が行われる。この一連の処理は、例えばＩＣ等のデバイスの個別層にパターン付与する基礎として行われる。こうしてパターン付与された層は、次いで種々の処理、例えばエッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、化学・機械式研摩等を受けるが、これらの処理は、すべて個別層を仕上げる意図のものである。数層を要する場合は、全処理、またはその変化形式が、各層に反復される必要がある。場合により、複数デバイスが基板（ウェーハ）上に配列される。それらのデバイスは、ダイシング又はソーイング等の技術で互いに分離され、次いで、個々のデバイスは、ピンに接続されたキャリア等に載せることができる。これらの処理に関するこれ以上の情報は、例えばピーター・ヴァン・ザント『半導体処理便覧』（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（第三版、１９９７年マグロウヒル出版社刊、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）から得ることができ、該情報は、ここに引用することで本明細書に取り入れられる。

簡単化のため、以下では、投影系を「レンズ」と呼ぶことがあるが、この用語は、種々の型の投影系、例えば屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子を含むものと広義に解釈されたい。放射系もまた、それらの種類の設計のいずれれかにより動作する構成素子を含むことで、投影放射ビームを指向させ、付形し、制御することができ、かつそれらの構成素子も、以下では、集合的に又は単一で「レンズ」と呼ぶことがある。更に、リソグラフィ装置は、２個以上の基板テーブル（及び／又は２個以上のマスクテーブル）を有する型のものにすることができる。この型の「多重ステージ」装置では、付加テーブルが並列的に使用されるか、準備段階が１個以上のテーブルで行われる一方、１個以上の別のテーブルが露光に使用される。２重ステージのリソグラフィ装置は、例えばＵＳ５，９６９，４４１及びＷＯ９８／４０７９１に記載されており、それらは、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。

ＩＣの場合、数が増す一方の電子構成素子を統合することが望まれている。これを実現するためには、構成素子の寸法を縮小して、投影系の解像力を増すことにより、一層微小な細部又は線幅を基板のターゲット区画へ投影できるようにする必要がある。投影系の場合、このことは、投影系及び投影系に使用するレンズが、品質に対する極めて厳格な要求を満たさなければならないことを意味する。だが、レンズ素子及び投影系は、製造時に十分な配慮をしても、波面収差により、例えば変位、焦点ずれ、非点収差、コマ、投影系による基板ターゲット区画へ投影された映像区域を横切る球面収差を生じる。これらの収差は、影像区域を横切って生じる影像線幅の変動の主原因である。影像線幅は、影像区域内の異なる箇所で一定であることが重要である。線幅変動が大であれば、影像区域が投影される基板は、基板の品質検査時に不合格とされる。位相偏移型マスク等の技術又は軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）照明等の技術を使用する場合には、影像線幅に対する波面の影響は更に増大する。

レンズ素子製造時に、レンズ素子の波面収差を測定し、その測定成績を使用して該レンズ素子の収差を整調したり、品質が不十分であれば該素子を不合格とするのが好ましい。複数レンズ素子をまとめて投影系を形成する場合には、また投影系の波面収差の測定が必要となる。それらの測定成績を投影系内の或るレンズ素子の位置調節に使用して、全投影系の波面収差が最小化される。
投影系をリソグラフィ装置に組み込んだ後、再度、投影系の波面収差が測定される。加えて、波面収差は、投影系内で、例えばレンズ材料の劣化やレンズの熱の影響（レンズ材料の局所的な加熱）により、時とともに変化するので、時が経てば装置の動作中の或る時点での収差を測定し、可動のレンズ素子を調節して、波面収差を最小化することが必要になる。レンズの加熱の影響が生じる短期的な尺度では、波面収差を頻繁に測定する必要がある。

「シャーリング（ｓｈｅａｒｉｎｇ）干渉計」として知られる原理を利用して投影系の波面収差を測定する測定系が、既に提案されている。この提案によれば、パターニング素子のレベルでの特定箇所から、投影ビームの異なる部分が、異なる経路に沿って投影レンズを通過させられる。この措置は、投影ビーム内で放射系と投影系との間に配置された回折素子によって達せられる。放射ビームは、回折素子、例えば客体格子としても知られる格子により回折され拡散されることで、複数の異なる経路に沿って投影系を通過する。投影系を通過した投影ビームは、次に、例えば影像格子として知られる格子又はピンホール等の別の回折素子に入射する。この別の回折素子は「シャーリング機構」として働き、該機構により、レンズを通過する多経路からの放射ビームが組合わされることで、干渉、例えば、レンズを通過する多経路からの異なる次数の回折光の干渉が得られる。例えば１つの経路からの零次回折光を、他の経路からの１次回折光に干渉させられる。この結果、回折パターンが得られ、該パターンがセンサにより検出され、影像区域内の特定箇所での波面収差に関する情報を得ることができる。

しかし、特にいくつかの種類の放射ビームの場合、該ビームが投影レンズの全瞳孔を満たすように放射ビームを拡散させる点で問題がある（投影レンズの瞳孔を満たすことはインコヒーレント光に相応し、言い換えると投影レンズへの入射ビームは特定の角度バイアスを有さない）。放射ビームが投影レンズの瞳孔を適切に満たさない場合、レンズの収差は、必ずしも正確には測定されない。なぜなら、その場合には、レンズを通過する放射ビームの特定の経路がサンプリングされるのみだからである。十分な程度に瞳孔を満たさない場合、高次の収差は全く測定できない。

別の問題は次の点である。２つの位置合わせマークの影像投影によって焦点ずれを測定することが既に提案されているが、その場合、一方の位置合わせマークは遠隔中心（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）であり、他方は非遠隔中心（ｎｏｎ−ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）である。位置合わせマークの影像間の距離で、レチクルと基板間の距離が正確か否かが分かる。しかし、一方のビームが非遠隔中心であるため、基板が誤った高さにある場合（すなわち最良の収束位置にない場合）、マーク間の距離は合致しない。実際には、非遠隔中心のマークの横方向ずれの量は、焦点ずれの量に直接に比例する。ＤＵＶ等の放射ビームの場合、非遠隔中心ビームを生じさせるマークを発生させる方法は、ウェッジ、プリズム、類似の構造物のいずれかをレチクルマスク上に付加することである。しかし、これは、反射性ＥＵＶマスクでは不可能な点が問題である。

本発明の目的は、リソグラフィ投影装置内の波面収差を測定する装置を得ることであり、それによって、既述の問題を、少なくとも部分的に緩和することにある。

本発明によれば、次のようなリソグラフィ投影装置が得られる。すなわち、
該リソグラフィ投影装置は、
放射投影ビームを得るための放射系と、
目標パターンにしたがって投影ビームにパターン付与するパターニング素子を支持する支持構造物と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板のターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系と、
測定系とを含む形式のものであって、
該測定系が、回折素子と、投影系の瞳孔内への放射ビームの充填度を増大させるための構造物とを含み、それら双方が、放射系と投影系との間で投影ビーム内へ移動可能であり、
前記測定系が、更に、投影系の波面収差測定のために、投影系を通過した放射ビームを検出するセンサモジュールを含むことを特徴とするリソグラフィ装置である。

この構成が有利なのは、瞳孔への放射ビーム充填により、測定される投影系の高次の収差が可能になり、全体的な収差測定が改善できるからである。
瞳孔への放射ビーム充填を増大させる構造物は、放射ビームを拡散させる構造物を含むのが好ましい。こうすることが有利なのは、放射ビームを拡散させる構造物は、放射ビームのコヒーレンスを低減し、投影系の瞳孔への放射ビーム充填を改善するからである。
一好適実施例によれば、単一部材が回折素子と放射ビーム拡散構造物の双方のの機能を有している。こうすることの利点は、測定系内に拡散構造物を含むことで特別な費用を必要としない点である。両機能は、部材の単一表面内及び／又は単一表面上に組合わせて備えることができる。例えば、該表面は、格子として具体化された放射ビーム回折構造物と、放射ビームを回折又は散乱により拡散する表面構造物とを備えることで、投影系の瞳孔の充填が改善される。

回折素子は反射格子を含み、該反射格子の反射区画は、放射ビーム拡散用の構造物を含んでいる。該構造物は、高さがランダムに段階付けられた反射区画の配列を含んでいる。この構造物は、有利にはランダムな位相拡散器として働き、投影系の瞳孔に放射ビームを事実上充填する。各反射区画は多層構造物を含むのが好ましく、該多層構造物は、ＥＵＶ放射ビームの反射器として機能できるのが有利である。
あるいは又、放射ビーム拡散用の構造物は、副解像度（ｓｕｂ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）の吸収形状特徴、例えばランダムな配列の吸収ドットを含み、該ドットは、ランダムな振幅変調により放射ビームを拡散するのが利点である。

別の実施例によれば、回折素子は透過性格子を含み、測定系は、更に背方から格子が照明されるように投影ビームを指向させるミラーを含んでおり、この場合、放射ビームを拡散する構造物が、ミラーに不完全部分を含んでいる。好ましくは、ミラーは、収束効果が得られるように、曲線状をなしている。こうすることで、センサモジュールにより検出される放射ビーム強度を増大させる利点が得られ、それによりインターフェログラムのＳＮ比が改善され、収差測定用のデータ収集に要する時間が短縮される。
更に別の実施例によれば、回折素子は透過性格子を含み、測定系が、更に背方から格子が照明されるように投影ビームを指向させるミラーを含み、しかも、該ミラーは、収束効果が得られるように曲線状をなし、投影系の瞳孔内への放射ビームの充填度を増大させるための構造物を含んでいる。

本発明の別の態様によれば、リソグラフィ装置であって、
放射投影ビームを得るための放射系と、
目標パターンに従って投影ビームにパターン付与するのに役立つパターニング素子を支持する支持構造物と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板のターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系と、
装置の焦点ずれを測定する測定系とを含む形式のものにおいて、
前記測定系が、透過性格子と、背方から格子が照明されるように投影ビームを指向させるミラーとを含み、しかも、使用時には、ミラーが、格子平面に対し或る角度に傾けられることで傾斜照明ビームを生じさせることを特徴とするリソグラフィ装置が得られる。

本発明は、また投影系の波面収差を測定する測定系、それも、
放射投影ビームを得るための放射系と、
投影系が投影ビームにより照明されるように投影ビーム内に投影系を保持する投影系ホールダとを含む形式のものに係わり、
前記測定系は、更に
回折素子と、投影系の瞳孔内への放射ビーム充填度を増大させるための構造物とを含み、それら双方が、放射系と投影系との間で投影ビーム内へ移動可能であり、前記測定系が、また
投影系の波面収差測定のため、投影系を通過した放射ビームを検出するセンサモジュールを含むことを特徴としている。

前記測定系により、レンズ素子の製造時に、単一レンズ素子の波面収差をより精密に測定でき、したがって、そのレンズ素子を選択することもできれば、品質が不十分なら排除することもできる。また、異なる複数レンズ素子がまとめられている投影系の波面収差をより精密に測定することもできる。この測定成績はレンズ素子の調節に使用され、波面収差が最小化される。

本明細書では、本発明による装置を特に集積回路製造に使用する場合について説明したが、該装置は、他の多くの用途にも使用可能であることは言うまでもない。例えば、集積光学系、磁区メモリ用の案内兼検出パターン、液晶ディスプレーパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用できる。当業者には明らかだろうが、それらの用途の場合には、本明細書で用いられている用語「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」は、それぞれ、より一般的な用語「マスク」、「基板」、「ターゲット区画」に代えられるものと考えられたい。
本明細書では、「放射線」及び「ビーム」の用語は、紫外線（例えば波長３６５、２４８、１９３、１５７、１２６ｎｍのいずれか）、ＥＵＶ（例えば波長５〜２０ｎｍの極端紫外線）、例えばイオンビーム又は電子ビーム等の粒子ビームなど、あらゆる種類の電磁放射線を含んでいる。

以下で、本発明の実施例を添付略示図面を参照して説明するが、該実施例は単に説明のためのものに過ぎない。
図において、対応する部品には等しい符号が付されている。

図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置を略示したものである。該装置には、
この実施例の場合、放射線源ＬＡをも含む、放射投影ビーム（例えば極端紫外線ＥＵＶ）ＰＢを供給する放射系Ｅｘ，ＩＬと、
マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するマスクホールダを備え、かつ素子ＰＬに対しマスクを精密位置決めする第１位置決め素子に接続された第１客体テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコンウェーハ）を保持する基板ホールダを備え、かつ素子ＰＬに対し基板を精密位置決めする第２位置決め素子に接続された第２客体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗのターゲット区画Ｃ（例えば１個以上のダイを含む）上にマスクＭＡの照射区域を結像させる投影系（「複数レンズ」）ＰＬ（例えばミラー群）とが含まれている。

図示のように、該装置は反射型である（例えば反射性マスクを有している）。しかし、一般的に、例えば透過型（例えば透過性マスクを有している）の装置でもよい。あるいはまた、該装置は、別の種類のパターニング素子、例えば既述の種類のプログラム可能なミラー配列を採用することもできる。
線源ＬＡ（例えばレーザ発生源又は放電プラズマ源）は放射ビームを発生させる。このビームは、照明系（照明器）ＩＬへ、直接に又は例えばビームエキスパンダＥｘ等のコンディショニング装置を通過後に供給される。照明器ＩＬは、ビーム内の強度分布の半径方向外方及び／又は内方の広がり（通常、それぞれσ−外方及びσ−内方と呼ぶ）を設定する調節装置ＡＭを含んでいる。加えて、一般的に、照明器は、その他種々の構成素子、例えば積分器ＩＮ、集光レンズＣＯ等を含んでいる。このようにすることで、マスクＭＡ上に入射する投影ビームＰＢには、その横断面での目標均一性及び目標強度分布が可能になる。

図１に関して注意すべき点は、線源ＬＡは、リソグラフィ投影装置のハウジング内に配置できるが（多くは、線源ＬＡが例えば水銀灯の場合）、リソグラフィ投影装置から離れた場所に設置して、線源からの放射ビームを装置内へ導入することもできる（例えば適当な指向性ミラーを用いて）。後者の構成の場合は、線源ＬＡがエキシマレーザの場合が多い。本発明及び特許請求の範囲は、前記双方の場合を含むものである。

ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡと交差する。マスクＭＡにより選択的に反射されたビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、該レンズにより基板Ｗのターゲット区画Ｃへ収束される。第２位置決め装置（及び干渉測定装置ＩＦ）は、基板テーブルＷＴを精密に移動させ、例えば、ビームＰＢの経路内に異なるターゲット区画Ｃを位置決めすることができる。同じように、第１位置決め装置は、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリーから機械式に取出した後か、又は走査中に、ビームＰＢの経路に対しマスクＭＡを精密位置決めするのに使用できる。概して、客体テーブルＭＴ，ＷＴの運動は、長行程モジュール（コース位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）とによって実現されるが、これらのモジュールは、図１には明確には示されていない。しかし、ウェーハステッパの場合には（ステップアンドスキャン装置の場合と異なり）、マスクテーブルＭＴを、短行程アクチュエータに接続するか、又は固定することができる。

図示の装置は、２つの異なるモードで使用できる：
１． ステップモードでは、マスクテーブルＭＴは、事実上定置されたままであり、全マスク像がターゲット区画Ｃに一括して（すなわち単一「フラッシュ」で）投影される。次いで、基板テーブルＷＴがｘ方向及び／又はｙ方向に変位され、それによって別のターゲット区画ＣがビームＰＢによって照射される。
２． 走査モードでも、事実上同じシナリオがび適用されるが、所定ターゲット区画Ｃが単一「フラッシュ」では露光されない点が異なる。その代わり、マスクテーブルＭＴが所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速度νで移動せしめられ、それにより投影ビームＰＢは、マスク像全体にわたって走査せしめられる。同時に、基板テーブルＷＴが、等方向又は逆方向に速度Ｖ＝Ｍνで移動せしめられる。この場合、ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４又は１／５）。こうして、比較的大きいターゲット区画Ｃが露光でき、解像度に関して妥協する必要がない。

図２には、図１のリソグラフィ投影装置に組込まれている波面収差測定系が示されている。図２には、リソグラフィ投影装置の一部のみが示され、この部分は投影系ＰＬを含んでいる。該測定系は、格子モジュール３とセンサモジュール５とを含んでいる。格子モジュール３は、随時にマスクテーブルＭＴに載置されるか、又はマスクテーブルＭＴの一部を形成し、かつ客体格子７を含んでいる。センサモジュール５は、随時、基板テーブルＷＴ上に載置されるか、又は該基板テーブルＷＴの一部を形成でき、かつ透過性格子である影像格子９と、検出器１１と、ルミネセンス層１３とを含んでいる。影像格子９は、客体格子７に対応するが、既述の投影系ＰＬの倍率Ｍに決められている。検出器１１は、ＣＣＤチップでよく、ルミネセンス層１３は、入射放射ビームを、ＥＵＶ等の投影ビームから、検出器１１がより敏感に感受できる可視光等の放射ビームに変換する。特定放射ビームと検出器１１の感度とに応じて、ルミネセンス層１３は、任意に取捨選択可能である。

図３は、格子モジュール３の拡大図である。この実施例の客体格子７は、交互に非反射区域１５と反射区域１７とから成る反射性格子である。該格子は、１Ｄ格子又は２Ｄ格子であるが、実際には２つ以上の異なる配向の１Ｄ格子を備えることもできる。図示の実施例では、反射区域１７が、放射ビームを拡散させる構造物を有し、該構造物が、不均一の高さの基板上に設けた多層構造物を含み、これにより、各反射区域１７内には、高さがランダムに段階的に異なる複数反射部分１９が存在している。これによって、反射区域１７の異なる部分１９から反射される放射ビームの相対位相が変化することで、放射ビームが拡散する。このようにすることで、投影系の瞳孔の事実上完全な充填が達成される。

この拡散構造物は、先ず、特別に設計された基板を得ることで製造される。要求される規模でこれを行う１つのやり方では、電子ビームによる書込みが使用される。別のやり方では、正常に分布する粒子霧に曝露して、基板に粒子が不均一に付着される。次いで、多層反射性構造物が特別に設計された基板上に成長せしめられる。反射部分１９は、高さがランダムに段階的に異なるものと説明したが、このことは、偽似ランダム分布を含むものであり、図３に示すように複数のランダムに段階的に異なる高さを包含する上に、等高だが空間的にランダム又は偽似ランダムに分布する多くの部分をも含み得ることを理解せねばならない。基板上に多層が被着された後、非反射性区域１５用の吸収素子が被着され、格子が形成される。
以下の実施例では、説明を簡単にし反復を避けるために、第１実施例との主な相違点のみを説明する。

既述の放射ビーム拡散用構造物の別の実施例では、均一の高さを有する反射区域に、副解像度（ｓｕｂ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）の吸収ドットがランダムな又は偽似ランダムな配列で散在する格子が得られる。該吸収ドットは、振幅拡散器として働く。格子からの放射ビーム角度の連続体を生じさせることが望まれるとしても、それは、副解像度の吸収ドット配列を有する反射区域からの散乱によって生じる離散型フーリエ級数として近似できる。

図４には、この実施例による格子モジュール３が示されている。格子モジュール３は、好ましくは取外し可能なレチクルとして具体化されるが、言うまでもなく、マスクテーブルＭＴに組込むこともできる。該格子モジュールは、透過性格子である客体格子７を含んでいる。格子７は、レチクルに備わる開口２３を覆う自己支持膜にエッチングされている。該開口は、約６ｍｍの深さと、約２ｍｍの幅とを有している。ミラー２１、又は相応の反射面もしくは反射構造物が、開口の底部に設けられている。図４に示すように、照明器からの光は開口２３の左側から入射し、ミラー２１によって反射され、開口２３の右側の格子７の裏を照明する。

この実施例では、放射ビームを拡散する構造物は、ミラー２１の表面を粗面にすることで実現できる。実際には、ＥＵＶ放射ビームの場合、ミラー２１の最善の仕上げの場合にも、多量の散乱が見られる。このため、特に表面を粗面にする必要はなく、予め決めた程度までミラー表面を簡単に研磨することで、実質的に拡散器として働くミラーが得られる。適当な研磨工具を選択することで、空間中周波範囲（ＭＳＦＲ、通常１ｍｍ〜１μｍ）の寄与が増大でき、それにより、主に前方方向に散乱するため、ＥＵＶ放射ビーム用の拡散ミラーとして機能する。拡散機能は、またミラー２１に、実施例１及び２の格子の反射部分用の、既述の位相又は振幅の拡散構造物を付加することでも達せられる。

この実施例は、図５に示すように、開口内に設けたミラー２５を曲面ミラーにして、収束効果を得るようにした点以外は、実質的には実施例３に等しい。図４に示した平面ミラー２１の場合、付加的な収束効果は存在しない（照明器により収束せしめられるため、放射ビームは格子７に収斂はする）。図５に示す本発明の実施例の場合、曲面ミラー２５は、少なくとも最高４倍に収束させ得る球面ミラー形状にすることができ、それによって、入射ビームは、客体格子７に遮られる前に１６倍高い強度になる。これにより、測定されるインタフェログラムの強度が増し、したがってＳＮ比が改善され、所要走査時間が短縮される。

収束効果により、曲面ミラー２５は、光軸に対しより大きい角度で伝播する放射ビーム部分を生じさせることができ、したがって、瞳孔への充填が増大する。その結果、拡散機能は原則として、不要となる。したがって、曲面ミラーは、拡散構造物の代わりか、又は拡散構造物と協働して、投影系の瞳孔内への放射ビーム充填を増大させる構造物として機能する。
曲面ミラー２５には、もちろん、図３の実施例のさいに既に説明したように、任意に拡散機能を与えることもできる。客体格子への放射ビーム入射スポットに何らかの微細構造物が存在する場合、他の実施例の拡散器に比して小さい散乱角度の拡散器によって除去することができる。

図６に示したこの実施例の場合、ミラー２７が傾けられ、格子７の平面に対して或る角度で傾斜している点を除けば、細部は実施例３及び実施例４と等しい。ミラーの傾斜により、傾いた照明が生じる。例えば、ミラー２７を１５度傾斜させることで、３度傾斜した照明が得られる。それによって、非遠隔中心の影像をＥＵＶ放射ビームを使用して投影することが可能になり、焦点ずれの測定が可能になる。本発明のこの実施例の場合、瞳孔への充填を増大させることが主眼ではない。

反射性マスクを使用するリソグラフィ装置では、照明放射ビームは、或る角度でマスク上へ入射する。しかし、照明系は、照明放射ビームの角分布の重心が投影系の瞳孔の中心に位置するように配置される。このような配置は、「非傾斜型」と呼ぶことができる。この実施例の傾斜型照明では、照明放射ビームの重心が投影レンズの瞳孔中心からずらされる結果を生じ、それによって基板レベルが付加的に非遠隔中心となる。この事態を、焦点の検出に利用することができる。なぜなら、基板レベルが非遠隔中心となることで、収束誤差が容易かつ精密に測定可能な位置（オーバレイ）誤差に変換できるからである。
ミラー２７は、平面又は曲面のいずれかにすることができる。１個以上の相互交換可能な格子モジュール３には、予め定めた各角度だけ傾けたミラー２７が備えられる。あるいはまた、格子モジュール３のミラー２７は、例えば圧電素子等のアクチュエータによって、調節可能に傾斜可能にすることもでき、それにより目標傾斜角度又は非傾斜状態を選択できる。

この実施例の場合、１個以上のフレネル偏角ゾーンプレートが、回折素子へ入射すべき放射ビーム内に配置される。これらの偏角ゾーンプレートは、既出の実施例のいずれとも協働使用でき、付加的な収束力を生ぜしめ、インターフェログラムの強度が増大し、既述の付随的な利点が得られる。
収束力が得られることにより、単数又は複数のフレネル偏角ゾーンプレートは、光軸に対しより大きい角度で伝播する放射ビーム部分を生じさせ、したがって瞳孔への充填が増大する。このように、ゾーンプレートは、拡散用構造物の代わりに、又は拡散用構造物と協働して、投影系の瞳孔内への放射ビーム充填度を増すための構造物として機能できる。

ゾーンプレートは標準的な教科書、例えばヘヒト著「光学」で知ることができる。ゾーンプレートの一形式では、環状ゾーンが交互に透過性又は非透過性となるように構成されている。ｍ番目のゾーンの場合、該ゾーンの外縁の半径Ｒｍは次式で与えられる：

この式において、λは波長、ｒ_０はフレネルゾーンプレートの焦点距離である。焦点距離が５０ｍｍ、ＥＵＶ波長が１３．５の場合、ゾーン間の分離は、ほぼ１０：ｍである。この場合、ゾーンプレートは、自己支持的な金属薄板（約１０：ｍ）へのエッチングと光還元を使用して容易に製造できる。

単数又は複数のフレネルゾーンプレートによって生じる何らかの望ましくない位相関係は、例えば既述のランダムな位相拡散器等の適当な拡散構造物によって解消される。ゾーンプレートの色収差も、拡散構造物があるため重大にはならない。
収差測定を行う場合に、所望どおりに照明放射ビーム内へ、１個以上のゾーンプレートを除去可能に挿入するために、交換器が備えられている。
既述の実施例のすべての場合に、ステップモード及び走査モードで、波面をどのように測定して収差を検出するかについての、このほかの詳細は、ヨーロッパ特許出願第０２２５０９６７．３に記載されており、該出願は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。
以上、本発明の特定実施例を説明したが、本発明は、既述の説明とは別様に実施できることは理解されよう。以上の説明は、本発明を限定する意図のものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置を示す図である。 図１のリソグラフィ投影装置に組込まれた波面収差測定系の一実施例を示す図である。 本発明の一実施例で使用するための客体格子の一部の詳細断面図である。 本発明の別の実施例で使用するための、レチクルモジュールの客体格子の断面図である。 本発明の更に別の実施例で使用するための、レチクルモジュールの客体格子の断面図である。 本発明の別の実施例で使用するための、レチクルモジュールの傾斜ミラー付き客体格子の断面図である。

符号の説明

ＬＡ 線源
Ｅｘ ビームエキスパンダ
ＩＬ 照明系
ＡＭ 調節装置
ＩＮ 積分器
ＣＯ 集光レンズ
ＰＢ 投影ビーム
ＭＡ マスク
ＭＴ マスクテーブル
ＰＬ 投影系（レンズ）
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
Ｃ ターゲット区画
３ 格子モジュール
５ センサモジュール
７ 客体格子
９ 影像格子
１１ 検出素子
１３ 発光層
１５ 非反射区域
１７ 反射区域
１９ 反射性部分
２１ ミラー
２３ 開口
２５ 曲面ミラー
２７ 傾斜ミラー

Claims (18)

1. リソグラフィ投影装置において、該リソグラフィ投影装置が、
   放射投影ビームを得るための放射系と、
   目標パターンにしたがって投影ビームにパターン付与するパターニング素子を支持する支持構造物と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   基板ターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系と、
   測定系とを含む形式のものにおいて、該測定系が、
   回折素子と、投影系の瞳孔内への放射ビーム充填を増大させるための構造物とを含み、これら双方が放射系と投影系との間で投影ビーム内へ移動可能であり、
   前記測定系が、更に投影系の波面収差測定のために、投影系を通過した放射ビームを検出するセンサモジュールを含むことを特徴とする、リソグラフィ投影装置。
2. 前記センサモジュールが、投影系の波面収差を測定するようにされている、請求項１に記載されたリソグラフィ投影装置。
3. 瞳孔への充填を増大させるための前記構造物が、放射ビームを拡散する構造物を含む、請求項１又は請求項２に記載されたリソグラフィ投影装置。
4. 単一の素子が、回折素子と放射ビーム拡散用の構造物との双方の機能を有している、請求項３に記載されたリソグラフィ投影装置。
5. 前記回折素子が反射性格子を含み、該反射性格子の反射部分が、放射ビーム拡散用の構造物を有している、請求項３又は請求項４に記載されたリソグラフィ投影装置。
6. 前記放射ビーム拡散用構造物が、ランダムに段階的に高さが異なる反射部分の配列を含んでいる、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
7. 前記各反射部分が多層構造を含む、請求項６に記載されたリソグラフィ投影装置。
8. 前記放射ビーム拡散用構造物が、副解像度の吸収形状特徴を含む、請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
9. 前記回折素子が透過性格子を含み、前記測定系が、更に背方から格子を照明するように投影ビームを方向付けるミラーを含み、しかも、前記放射ビーム拡散用構造物がミラー内に不完全部分を含む、請求項３から請求項８までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
10. 前記ミラーが収束効果を得るために曲面ミラーにされている、請求項９に記載されたリソグラフィ投影装置。
11. 前記回折素子が透過性格子を含み、前記測定系が、更に背方から格子を照明するように投影ビームを指向させるミラーを含み、しかも、前記ミラーが、収束効果を得るために曲面ミラーにされ、かつ投影系の瞳孔への放射ビームの充填を増大させるための構造物を含む、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
12. 使用時に、前記ミラーが、格子の平面に対し或る角度に傾けられることで、傾斜した照明ビームが得られる、請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
13. 更に、回折素子に達する放射ビームを収束させるためにビーム内へ移動可能な少なくとも１つのフレネルゾーンプレートを含む、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
14. 前記瞳孔への充填を増すための構造物が、測定系の放射ビームを少なくとも実質的に投影系の瞳孔に充填するようにされている、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
15. 前記センサモジュールが、更に例えば格子等の回折素子と、例えばＣＣＤ等の放射ビームセンサとを含む、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
16. 前記放射ビームがＥＵＶ放射ビームを含む、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
17. 投影系の波面収差を測定する測定系であって、該測定系が、
    投影放射ビームを得るための放射系と、
    投影系が投影ビームにより照射されるように、投影系を投影ビーム内に保持するための投影系ホールダとを含む形式のものにおいて、
    前記測定系が、更に回折素子と、投影系の瞳孔内への放射ビームの充填を増大させるための構造物とを含み、これら双方が放射系と投影系との間で投影ビーム内へ移動可能であり、前記測定系が、また
    投影系の波面収差を測定するため、投影系を通過した放射ビームを検出するセンサモジュールを含むことを特徴とする、投影系の波面収差を測定する測定系。
18. リソグラフィ投影装置であって、該リソグラフィ投影装置が、
    放射投影ビームを得るための放射系と、
    目標パターンにしたがって投影ビームにパターン付与するパターニング素子を支持する支持構造物と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    基板ターゲット区画にパターン付与されたビームを投影する投影系と、
    装置の焦点ずれを測定する測定系とを含む形式のものにおいて、
    前記測定系が、透過性格子と、該格子を背方より照明するように投影ビームを方向付けるミラーとを含み、しかも、使用時に、該ミラーが、格子平面に対して或る角度に傾けられることで、傾斜した照明ビームが得られることを特徴とする、リソグラフィ投影装置。

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