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

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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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