JP2005510861A - 投影照明システムの照明角度分布の特性化 - Google Patents

Abstract

特にマイクロリソグラフィに関する投影照明システムにおいて物体を照明するために使用される光源の照明角度の分布に特徴的である少なくとも１つの特性変数を決定するために、フィルター素子（８）が初めに投影照明システムの照明レンズの瞳平面の範囲に置かれる（２８）。フィルター素子（８）は、照明レンズの光軸に関して向き方向で変化するフィルター機能を有する。そして、光源の照明強度が瞳平面に向かうビーム経路の平面で測定される（２９）。その後、フィルター素子（８）は、光軸に関して回転され（３０）、光源の照明強度が再度測定される（３１）。最後に、少なくとも１つの特性変数が、フィルター機能、回転角度および測定された照明強度に基づいて計算される（３２）。本発明の方法は、特性変数を迅速かつ正確な態様で決定することを可能にする。

Description

本発明は、特にマイクロリソグラフィのための、投影露光システムにおいて物体を照明するために使用される光源からの照明の角度分布に特有な少なくとも１つのパラメータを決定する方法であって、
ａ）投影露光システムにおける瞳平面の下流のビーム経路における平面で光源の照明強度を測定する工程と、
ｂ）照明ジオメトリを変化させる工程と、
ｃ）投影露光システムにおける瞳平面の下流のビーム経路における平面で光源の照明強度を再測定する工程とを含む方法に関する。

投影露光システムにおいて最適な投影結果を実現するために、投影される物体の全部の構造的方向、特にその水平と垂直構造が、最適なコントラストで結像されることが重要である。このことに関する投影品質の欠陥は、その照明が必要条件から逸脱している照明装置における瞳平面の照明、例えば非対称的な、特に非点収差照明に起因する。

従って、投影露光システムの投影品質を決定できるためには、照明装置の瞳平面における照明の均質性の程度の決定が必要である。これは、投影される物体の照明の角度分布に特有なパラメータである。

冒頭に述べた形式の商業的に既知の方法において、パラメータは、光源のビーム経路に開口を挿入することによって照明ジオメトリを変化させるということで決定される。そうした方法は時間がかかる。

従って、本発明の目的は、投影露光システムの光源からの照明の角度分布に特有なパラメータの決定を単純化することである。

本発明によれば、この目的は、
ｄ）照明光学系の光軸に関して向き方向で異なるフィルター機能を有するフィルター素子が、工程ａ）の前に照明光学系の瞳平面の領域に導入され、
ｅ）工程ｂ）は、光軸を中心にしたフィルター素子の回転を含み、
ｆ）少なくとも１つのパラメータは、フィルター機能と、回転角度と、測定された照明強度とから計算されることとによって、達成される。

最も単純な実施態様における本発明に従った方法は、単一の回転ステップと２つの積分強度測定により対処する。光源からの照明の角度分布に独特であり、例えば方向的に独立な照明である理想的な照明の場合からの逸脱を決定するために適格な測定変数である瞳の非対称性は、それらのステップによって決定され得る。

そのような決定方法は迅速に実行でき、それは投影露光システムの調整を加速し、それによってそのスループットを高めることができる。

ステップｅ）およびｆ）は、フィルター素子の複数の回転位置で実行してもよい。

照明の角度分布の決定の精度に課される必要条件に応じて、フィルター素子のフィルター機能と回転ステップの数は、パラメータの洗練された決定のために調整できる。

この洗練されたパラメータ測定は、照明の角度分布の正確な決定をもたらし、それは複雑な形状の物体の投影にとって有利である。

本発明の典型的な実施形態を図面に関して以下でさらに詳細に説明する。

図１において１により全体として指示され概略的に図示された投影露光システムは、ウエハ３上にマスク２の構造を転写するために使用される。投影露光システム１の照明構成要素の基本構造は、独国特許ＤＥ１９５２０５６３Ａ１に記載されており、本発明の理解のために必要な範囲においてのみ図１に関して説明される。詳細については独国特許ＤＥ１９５２０５６３Ａ１を参照されたい。

図１の照明構成要素の上流には、矢印４によって図１に指示されている投影光ビームを放出する、例えばレーザーなどの図示せぬ光源が挿入されている。照明対物レンズ５が投影光ビーム４を整形するために最初に使用される。それは多数の光学成分を有しており、それらのうちの２つの両凸レンズ６、７が例として図１に示されている。

照明対物レンズ５の瞳平面には瞳フィルター８が配置されており、それは、図１で点線によって示されており、矢印１１で示されているごとく、瞳フィルター８が照明対物レンズ５の光軸を中心にしてモータによって回転させられるように、略示されたロッド９によってアクチュエータ１０と連結されている。回転は、瞳フィルター８の所定の初期の向きから始まる回転角度Φによって特徴づけられる。

照明対物レンズ５の結像品質を特徴づけるパラメータは、照明対物レンズ５の内部の瞳の非対称性ｅである。瞳の非対称性ｅを定義するために、投影光ビーム４が通過する照明対物レンズ５の瞳平面は４つの四分円に分割される（図２参照）。図２では、瞳平面は、軸ｘ、ｙを有する投影露光システムのデカルト座標系が併記されている。それぞれｘ軸とｙ軸によって２つの等しい大きさの扇形に等分されるような形で、瞳平面が四分円に分割されている。ｘ軸によって等分された２つの四分円Ｈは以下、水平四分円と称し、ｙ軸によって等分された四分円は垂直四分円と称する。瞳の非対称性ｅは、水平四分円Ｈと垂直四分円Ｖを通過する投影光ビーム４の成分の強度の比として定義される。これは以下の通り記述され得る。

ｅ＝Ｉ（Ｈ）／Ｉ（Ｖ） （１）

図３は、瞳フィルター８のフィルター機能を例示している。そのために、瞳フィルター８は４つの四分円に分割されており、図３で相互に対向する２つの上側と下側の透過四分円１２、１３は、それらに入射する投影光ビーム４の成分をほとんど完全に透過させる。すなわちそれらはほぼ１００％の透過領域を有する。図３で相互に対向する２つの残りの左側と右側の減衰四分円１４、１５は、それらに入射する投影光ビーム４の成分についてほぼ９０％の透過領域を有する。従って瞳フィルター８は、照明光学系の光軸に対して向き方向で異なるフィルター機能を有する。減衰四分円は、灰色フィルター領域または部分反射領域として設計できる。

照明対物レンズ５を通過した後、投影光ビーム４は、フラット偏向ミラー１６によって９０°まで偏向させられ（図１参照）、図１には図示されない入力結合光学系によってガラスロッド装置１７の左側端面に結合される。ガラスロッド装置１７は、例えば独国特許ＤＥ１９５２０５６３Ａ１に記載されている通り、投影光ビーム４を均質にするために使用される。ガラスロッド装置１７を通過した後、投影光ビーム４は、下流対物レンズ１８に入り、後者に含まれる偏向ミラー１９によって９０°だけレチクル２上に偏向させられてそれを照明する。

それらのうちの２つの両凸レンズが図１に略示されている多数の光学成分２１、２２を同様に含む投影光学系２０がウエハ３上にマスク２を結像させる。

投影露光システム１の図１に示された測定機器構成において、強度検出器２５が２つの相互に直角な方向（図１の矢印２３、２４参照）に移動されるようにウエハ３の平面に配置されている。強度検出器は、信号線２６を通じてコンピュータ２７に接続されている。強度検出器２５の移動は、位置分解測定を可能にする。

ここで、瞳の非対称性ｅを決定する方法を、ウエハ３の平面における投影光ビーム４の照明の角度分布を特徴づけるパラメータの一例として図４に関して説明する。

最初に、準備ステップ２８において、瞳フィルター８が照明対物レンズ５に挿入され、ロッド９によってアクチュエータ１０と連結される。また、瞳フィルター８は照明対物レンズ５に永久的に存在していてもよい。透過四分円１２、１３が、それらが完全に垂直四分円Ｖを覆うような形で位置合わせされ、瞳フィルター８のその第１の測定位置において、投影光ビーム４の積分照明強度が強度検出器２５によってウエハの平面において測定される。これは測定ステップ２９で行われる。

測定ステップ２９で測定される積分照明強度Ｉ１は、次のように表すことができる。

Ｉ１＝Ｔ（ＴＱ）Ｉ（Ｖ）＋Ｔ（ＡＱ）Ｉ（Ｈ） （２）

ここでＩ（Ｖ）、Ｉ（Ｈ）は、式（１）に関して定義される照明対物レンズ５の瞳平面における強度成分である。Ｔ（ＴＱ）は透過四分円１２、１３の透過率である。Ｔ（ＡＱ）は減衰四分円１４、１５の透過率である。

回転ステップ３０において、瞳フィルター８はその後、アクチュエータ１０を作動させることによって照明対物レンズ５の光軸を中心にして９０°まで回転させられる。この位置で、測定ステップ３１において、投影光ビーム４の積分照明強度が強度検出器２５を用いてウエハの平面でさらに測定される。この第２の照明強度（Ｉ２）は以下のように記述できる。

Ｉ２＝Ｔ（ＡＱ）Ｉ（Ｖ）＋Ｔ（ＴＱ）Ｉ（Ｈ） （３）

その後、瞳の非対称性ｅが、測定された値Ｉ１、Ｉ２から評価／計算ステップ３２において計算される。これは中間変数として以下を生じる。
Ｉ（Ｈ）＝（Ｔ（ＡＱ）Ｉ１−（Ｔ（ＴＱ）Ｉ２））／（Ｔ（ＡＱ）２−Ｔ（ＴＱ）２）
（４）
Ｉ（Ｖ）＝（Ｔ（ＡＱ）Ｉ２−（Ｔ（ＴＱ）Ｉ１））／Ｔ（ＡＱ）２−Ｔ（ＴＱ）２）
（５）
（１）への代入により瞳の非対称性ｅを生じる。

瞳の非対称性ｅは、ウエハの平面における投影光ビーム４の照明の角度分布の直接的な尺度である。

説明した決定方法は、瞳フィルター８の種々の測定位置でウエハの平面における積分照明強度を反復的に測定することによってさらに洗練される。例えば、瞳の非対称性ｅは、固定した実験室座標系（図２におけるｘｙ座標系参照）に関して決定されるだけでなく、瞳の非対称性ｅが値１から最も逸脱するような、固定した実験室系に対して任意に回転された座標系ｘ’ｙ’に関して決定される。

これを行う方法を以下に図５に関して説明する。図１〜４に関して既述したものに一致する方法のステップまたは投影露光システムの構成要素については、参照数字を１００だけ増やしてあり、再び詳述はしない。

図５に従った方法において、瞳フィルター１０８は、回転ステップ１３０において９０°まで回転されず、初めに、例えば１０°といった小さい回転角度ずつ異なる多数の漸増的測定位置の第１のものに回転される。瞳フィルター１０８は個々の測定位置で停止され、積分照明強度がステップ１３０、１３１を反復的に実行することによって各測定位置で測定され、すべての測定位置で測定された積分照明強度は記憶ステップ１３５において一時的に記憶される。この反復的な実行は、図５において矢印１３３で表されている。

そのような測定シーケンスの結果が図６に図式的に示されている。後者において、強度検出器１２５で測定された積分照明強度Ｉは、瞳フィルター１０８の回転角度Φの関数として図示されている。瞳フィルター１０８のフィルター機能の鏡面対称のために、０〜１８０°の間の角度範囲の回転で十分である。図６のＩ／Φ図における連続線は、記憶ステップ１３５後に一時的に記憶される理想化された測定結果である。

測定されたＩ／Φ曲線の最大値Ｉ１およびその最小値Ｉ２ならびに関係する角度位置Φ１、Φ２は、この場合、拡張された評価／計算ステップ１３２において決定される。これらの極値および関係する角度位置からは、最大の瞳の非対称性ｅだけでなく、角度位置Φ１、Φ２によって定義される座標系ｘ’、ｙ’において最小および最大透過照明強度を有する瞳平面における対応する四分円Ｈ’、Ｖ’の角度位置もまた、決定される。

瞳フィルター８、１０８の四分円への分割は、上述の通り、瞳の非対称性ｅの単純な決定をもたらす。照明対物レンズ５の瞳平面における投影光ビーム４の強度分布が、例えば、図５および６の検討の枠組み内で説明した測定シーケンスを用いてさらに詳細に決定されなければならない場合、瞳フィルター８、１０８はまた、別のフィルター機能を有することができる。透過領域（透過四分円１２、１３参照）は例えば、９０°とは異なる扇形角度、例えばもっと小さい扇形角度を有するか、または４とは異なる扇形数を有する透過扇形として設計できる。照明対物レンズ５の瞳平面における投影光ビーム４の強度分布のさらなる詳細は、計算ステップ３２、１３２において適切に適応されたアルゴリズムを用いて透過の放射依存性を有する瞳フィルター８、１０８のフィルター機能によって測定できる。

言うまでもなく、一方の透過四分円１２、１３と他方の減衰四分円１４、１５の透過値は、それぞれ１００％、９０％以外の値をとることができる。決定的な要因は、一方で透過四分円１２、１３の、そして他方で減衰四分円１４、１５の透過率が、パラメータ決定のために十分に異なるということである。

マイクロリソグラフィのために投影露光システムの概略図を示す。 投影露光システムの瞳平面における照明光学系の遮られていない開口を通る、四分円に分割された断面を示す。 図２の瞳平面に配置された瞳フィルターを示す。 投影露光システムにおける照明の瞳の非対称性を決定する方法のフローチャートを示す。 投影露光システムにおける照明の瞳の非対称性を決定する方法のフローチャートを示す。 照明光学系の光軸を中心にした図３に従った瞳フィルターの回転角度に関する図１に従った投影露光システムのウエハ平面において測定された照明強度の依存関係を概略的に示す。

Claims (2)

1. 特にマイクロリソグラフィのための、投影露光システムにおいて物体を照明するために使用される光源からの照明の角度分布に特有な少なくとも１つのパラメータを決定する方法であって、
   ａ）投影露光システムにおける瞳平面の下流のビーム経路における平面で光源の照明強度を測定する工程と、
   ｂ）照明ジオメトリを変化させる工程と、
   ｃ）投影露光システムにおける瞳平面の下流のビーム経路における平面で光源の照明強度を再測定する工程とを含み、
   ｄ）照明光学系（５）の光軸に関して向き方向で異なるフィルター機能（１２、１３、１４、１５）を有するフィルター素子（８；１０８）が、工程ａ）の前に照明光学系５の瞳平面の領域に導入され、
   ｅ）工程ｂ）は、光軸を中心にしたフィルター素子（８；１０８）の回転（３０；１３０）を含み、
   ｆ）少なくとも１つのパラメータ（ｅ）は、フィルター機能（１２、１３、１４、１５）と、回転角度（Φ）と、測定された照明強度（Ｉ１、Ｉ２）とから計算されることとを特徴とする、方法。
2. 工程ｅ）（１３０）およびｆ）（１３２）はフィルター素子（１０８）の複数の回転された位置で実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。

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