JP2008197094A - 対象物上の１以上の構造位置の測定装置、測定装置における照明装置の使用方法及び測定装置における保護ガスの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置の熱の影響を受けない、微細な構造のマスク及び基板の検査装置を提供すること。
【解決手段】対象（２）上の構造（３）の座標システムに関する位置測定装置であって、対象（２）はブロック（２５）が規定する平面（２５ａ）を移動可能な測定テーブル（２０）に載置され、１以上の光学装置（４０、５０）が落射光照明及び／又は透過光照明のため配設されている。光学装置（４０、５０）は落射光照明及び／又は透過光照明のための照明装置（４１、５１）及び１以上の第１又は第２の光学要素（９ａ、９ｂ）を含み、１以上の第１又は第２の光学要素（９ａ、９ｂ）の少なくとも一部はブロック（２５）と光学システムサポート（１００）の間のスペースに延在している。ブロック（２５）及び／又は光学システムサポート（１００）は測定テーブル（２０）が可動な平面から照明装置（４１、５１）を空間的に分離している。
【選択図】図２

Description

関連出願

本特許出願は、２００７年２月１３日出願のドイツ特許出願ＤＥ１０２００７００７６６０．８、２００７年１０月１１日出願のドイツ特許出願ＤＥ１０２００７０４９１３３．８及び２００７年２月１３日出願の米国仮出願ＵＳ６０／８８９５９５に基づく優先権を主張し、これらの出願の内容は全て参照により本書に組み込み記載されているものとする。

本発明は、（測定）対象上の構造の位置を測定する装置に関する。特に、本発明は座標システムに関して対象上の構造の位置を測定する装置に関する。対象は、１平面内を移動可能な測定テーブル上に配置され、測定テーブルが移動できる平面はブロックで規定されている。平面内での測定テーブルの位置的移動を測定する１以上のレーザ干渉計がさらに配置されている。透過光照明及び／又は落射（反射）光照明のための１以上の光学装置（光学的に配置構成された装置）が配置されている。

本発明はさらに、対象上の１以上の構造位置を測定する装置と共に用いる１以上の照明装置の使用（方法）に関する。

本発明はさらに、対象上の１以上の構造位置を測定する装置と共に用いる保護ガスの使用（方法）に関する。

半導体装置の製造に用いられるマスク又は基板上の構造を測定する測定装置は、キャローラ ブレージング(Carola Blaesing)博士の講演用原稿「マスク製造におけるパターン配置計測法」(Pattern Placement Metrology for Mask Making)により公知である。この講演は１９９８年３月３１日にジュネーブで開催された半導体教育プログラム会議(Semicon Education Program congress)の機会に行われた。この講演用原稿には、基板上の構造の位置を測定する装置の基礎が開示されている。この種の装置の構造及び操作の詳細に関し、本出願における従来技術として図１に示す。

従来技術における測定機器及び装置では、要求される測定精度（現状では数ナノメートルの範囲）が、用いる光の波長（近紫外のスペクトル範囲）で達成できる解像度よりはるかに低いにもかかわらず、光センサ法がいまだに好まれている。光測定法を用いる装置の利点は、例えばＸ線又は電子ビームといった他のセンサシステムを用いるシステムに比べて、本質的に構造が複雑でなく操作が容易であるという点にある。

透明な基板の構造を測定する測定装置も、出願公開番号ＤＥ１９８１９４９２により開示されている。この測定装置は、落射光照明装置と、撮像装置と、基板上の構造の画像検出装置を含む。基板は、光軸に垂直な方向に移動可能な可動測定テーブル上に配置される。測定テーブルの位置は干渉手段で測定される。検出装置は、構造により形成された端部（エッジ）の形状（ないし輪郭プロフィル）を記憶する。この形状に基づき、それぞれの構造の端部の位置が、固定された座標システムに関して測定できる。

この種の装置は、例えばＤＥ１９９４９００５、ＤＥ１９８５８４２８、ＤＥ１０１０６６９９及びＤＥ１０２００４０２３７３９に開示されている。これらの従来技術文献全てにおいて、基板上の構造測定が可能な座標測定装置が記載されている。基板は、Ｘ座標方向及びＹ座標方向に移動可能な測定テーブル上に定置される。基板を照明するための適切な光源が用いられる。基板は透過光及び／又は落射光により照明されうる。照明された構造を撮像するため、落射光線路内に測定用対物レンズが配置される。対物レンズにより集められた光は検出器に集められ、コンピュータとともに受け取った信号がデジタル数値に変換される。

ウエハ又は露光に用いるマスク上の構造は、非常に高い精度が要求される。これらの構造をチェックするためには、非常に高い測定精度（現状ではナノメートル範囲）が必要である。これらの構造の位置の測定方法及び装置は、ドイツの出願公開公報ＤＥ１００４７２１１Ａ１に開示されている。位置測定の詳細については、この文献を参照することをここに明記する。

以前は、マスク又はマスク上の構造の測定装置には、測定光学システムを照明するために水銀−キセノンランプが用いられていた。これらは波長３６５ｎｍに非常に強い最大強度を持つ。この波長又はこの波長の周辺領域が測定光学システムの照明に用いられる。この線のエネルギーは、従来は測定光学システムを照明するのに十分であった。
ＤＥ１９８１９４９２ ＤＥ１９９４９００５ ＤＥ１９８５８４２８ ＤＥ１０１０６６９９ ＤＥ１０２００４０２３７３９ ＤＥ１００４７２１１Ａ１

将来のシステムは、より高い解像力を求められることから、より短い波長（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍなど）に変更する必要がある。マスク構造がより小さくなりつつあることから、このような高い解像度が顧客から要求されることになるであろう。しかしこのような波長において、典型的には顕微鏡の照明に用いられるランプは十分な強度のスペクトル線を全く生成しない。従って、基板上の構造測定装置の代替的な光源又は代替的な構成配置を利用することが必要となる。ここで必要とされる波長範囲において、必要なスペクトル線は十分な強度では存在しないのが現状である。
そこで本発明の第１の視点における課題は、より微細な構造のマスク及び基板の検査をすることができる装置を提供することである。さらに、測定すべき対象が移動される範囲は、用いられる可能性のある適切な照明装置が発生する熱の影響を受けることがあってはならない。

本発明の第２の視点における課題は、より細かい構造を分離して対象を測定するために用いられるように、対象上の１以上の構造の位置を測定する装置に用いるための照明装置を提供することである。

本発明の第３の視点における課題は、光学部材の耐用寿命がより長い対象上の構造測定装置を提供することである。

本発明の第１の視点における上記課題は、座標系に関して対象上の構造の位置及び／又は寸法を測定する本発明に係る装置により解決される。この装置は対象を載置する測定テーブルを有し、測定テーブルは平面内を移動可能である。ブロックが該平面を規定し、平面内で測定テーブルの位置的変化を測定する１以上のレーザ干渉計システムが用いられる。対象の透過光照明及び／又は落射光照明のための、それぞれが照明分岐路を規定する１以上の（光学的に配置構成した）光学装置が配設される。落射光照明及び／又は透過光照明のための照明装置及び１以上の光学要素が配設される。１以上の光学要素の少なくとも一部がブロックと光学システムサポート（支持体）との間に形成されるスペース（空間）に延在する。ブロック及び／又は光学システムサポート（支持体）は照明装置を測定テーブルが移動可能な平面から空間的に分離（隔離）している。
照明装置は、照明光源として１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含みうる。エキシマレーザは、バンド幅を制限する装置を装備できる。１以上の光学要素は、測定対象表面上の構造の画像を反射光及び／又は透過光のもとで４００ｎｍ未満のスペクトル範囲で検出器上に結像する高分解能顕微鏡用レンズでありうる。照明装置は落射光配置にのみ配設され、第１の光学要素は測定対象の構造を有する表面に対向して落射光配置のもとで配置される対物レンズとして構成されうる。照明装置は透過光配置でのみ配設され、第２の光学要素は測定対象の構造を持たない表面に対向して透過光配置のもとで配置される集光装置として構成されうる。照明装置は落射光照明及び透過光照明のいずれとしても適用可能であり、第１の光学要素は落射光配置のもとで測定対象の構造を有する表面に対向して対物レンズとして配置され、第２の光学要素は透過光配置のもとで測定対象の構造を持たない表面に対向して集光装置として配置されうる。落射光照明のため及び／又は透過光照明のために単一の光源又はそれぞれ独立した複数の光源が配設され得る。落射光照明及び／又は透過光照明のための各照明分岐路内の光学装置は、スペックル減少装置及び／又は１以上のシャッター及び／又は１以上のホモジナイザ及び／又は１以上のビーム減衰器を含みうる。光学装置の第１の光学要素は落射光配置で配設され、光学要素は前記光学システムサポートの下部に配置され、照明装置は光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に入射するように光を放射することができる。第１の照明分岐路内にはビーム減衰器、シャッター、スペックル（小斑点）減少装置及びホモジナイザが配置されうる。その照明装置にビームモニタが割り当てられうる。照明装置からの光を第１の照明分岐路から第１の光学要素に向けて偏向する第１の偏向ミラーがさらに配設され得る。少なくとも照明装置が測定装置の側部に配置され、照明装置からの光は第２の偏向ミラーによって、光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に沿って走るように偏向可能である。照明装置に加え、ビーム減衰器及びビームモニタも測定装置の側部に配置されうる。少なくとも照明装置に向けて空気流を流すことができる。光学装置の第２の光学要素は落射光配置に配置され、第２の光学要素は部分的にブロックの上部に配置され、ブロックの下部では照明装置がブロック下部の第２の照明分岐路に入射するように光を放射し、測定対象の構造を有する表面に対向して第２の光学要素が配置されうる。第２の照明分岐路内にビーム減衰器、シャッター、スペックル減少装置及び／又はホモジナイザが配設されうる。照明装置にビームモニタが割り当てられうる。第３の偏向ミラーが、照明装置の第２の照明分岐路からの光をブロックを通過して第２の光学要素に入射するように偏向可能である。少なくとも照明装置が測定装置の側部に配置され、照明装置からの光が第４の偏向ミラーによってブロック下部の第２の照明分岐路に沿って走るように偏向可能である。照明装置に加え、ビーム減衰器及び前記ビームモニタも測定装置の側部に配置可能である。１以上の照明装置が光学システムサポートの下部もしくは上部又は前記ブロックの下部に配置され、１つの照明装置が、光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に沿って第１の光学要素に向けて走る光線と、ブロック下部の第２の照明分岐路に沿って第２の光学要素に向けて走る光線の双方を放射することができる。照明装置が光学システムサポートに平行な光を放射し、照明装置からの光の一部をブロックを通過して第２の照明分岐路に入射するように偏向する分割器が配設されうる。第５の偏向ミラーが、分割器から来る光を第２の照明分岐路に入射するように偏向しうる。照明装置がブロック下部に配置され、照明装置からの光の一部をブロックを通過して第１の照明分岐路に入射するように偏向する分割器が配設されうる。第６の偏向ミラーが、分割器から来る光を第１の照明分岐路に入射するように偏向しうる。少なくとも照明装置が測定装置の側部に配置され、照明装置からの光が光学手段を通過して、光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路及びブロック下部の第２の照明分岐路に沿って走ることができる。照明装置の下流側にビーム減衰器を配置することができる。第１の照明分岐路内及び第２の照明分岐路内に１以上のスペックル減少装置及びホモジナイザが配置されうる。１つの照明装置が測定装置の側部に配置され、照明装置は照明光の第１出口及び第２出口を有し、第１出口から出た照明光線は光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に沿って第１の光学要素に到達し、第２出口から出た照明光線は前記ブロック下部の第２の照明分岐路に沿って第２の光学要素に到達することができる。第１出口及び第２出口の両方にビーム減衰器を割り当てることができる。第１出口からの照明光は光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に入射するように偏向ミラーにより偏向可能であり、及び／又は第２出口からの照明光はブロック下部の第２の照明分岐路に入射するように偏向ミラーにより偏向可能である。シャッターは遮光物体又は旋回ミラー又は可動式分割器又はミラーとして構成しうる。シャッターは照明装置の直後に配置されうる。可変ビーム減衰器が少なくとも１つの照明分岐路に配設され得る。ビーム減衰器は、異なる透過率又は反射率のプレート片を持つフィルタホイールから構成しうる。ビームの可変減衰は、少なくとも１つの照明光源からの光の傾斜コーティング基板（減衰板）上への入射角度を変えることによって達成でき、該照明光源からの該減衰及び透過された光はさらに利用可能である。傾斜コーティング基板（減衰板）による光線のずれ（オフセット）は、さらに傾斜基板（減衰板）を置くことで補償されうる。それぞれの前記基板（減衰板）の角度的配置はモータにより調節できうる。落射光照明及び／又は透過光照明のための照明装置は、領域照明のためのホモジナイザならびに／もしくは第１の光学要素及び／又は第２の光学要素の瞳照明のためのホモジナイザを含みうる。ホモジナイジングはヘキサゴナル配列又は直交配列又は２つの直交するシリンドリカルレンズ配列である複数のシリンドリカルレンズとして構成されるマイクロレンズを用いて行うことができる。マイクロレンズは非球面の表面を持ちうる。ホモジナイジングは回折要素又は光混合ロッドにより行うことができる。スペックル減少装置が第１の照明分岐路内及び／又は第２の照明分岐路内に配設されうる。スペックル減少装置は回折装置又は回転する散乱ディスク（スクリーン）又はモード混合ファイバとして構成されうる。照明装置は、光学システムサポート及び／又はブロックへの熱伝導を減少させるために熱伝導率の小さな材料で測定装置に接続されうる。放散熱を空気中に逃がすための冷却リブをさらに備え、それによって照明装置からの放散熱のブロック及び／又は光学システムサポートへの熱伝導をさらに減少させることができる。空調チャンバが配設され、該空調（環境）チャンバの外部に前記１以上の照明装置が配置することができる。空調チャンバ内に保護ガスが供給されうる。気密とした空調チャンバ内に窒素が保護ガスとして供給されうる。透過光照明及び／又は透過光照明のための光学装置はカプセル（仕切り）内に配設され、カプセル内は保護ガスで満たすことができる。カプセル内の保護ガスは窒素でありうる。カプセル内に大気圧よりも高い圧力（過圧）をかけることができる。

本発明の第２の視点における前記課題は、対象上の１以上の構造の位置及び／又は寸法を測定する装置における１以上の照明装置（の使用）であって、落射光照明装置及び／又は透過光照明装置の中に配設され、照明装置は第１の光学要素及び／又は第２の光学要素のための光を提供し、照明光を発生する契機となる１以上のシステムが照明装置の中に割り当てられて（対応付けられて）いる、対象上の１以上の構造位置を測定する装置における１以上の照明装置（の使用）により解決される。契機システムは照明装置からの光放射を遮断することを含みうる。契機システムはシャッターでありうる。照明装置は、照明光源として１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含みうる。落射光照明及び透過光照明のため、それぞれごとに独立した照明装置が配設され、又は両方のために単一の照明装置が配設され得る。照明装置は、１以上の光源、ビーム減衰器及びシャッターを含みうる。照明装置は、スペックル減少装置及び／又は１以上のホモジナイザを含みうる。照明装置の光源は、第１及び第２の出口を有し、光は第１の照明分岐路及び第２の照明分岐路に分割することができる。第１の照明分岐路は落射光照明のための光を提供し、第２の照明分岐路は透過光照明のための光を提供することができる。照明装置の１つの出口にビームモニタを配設することができる。

本発明の第３の視点における前記課題は、１以上の照明装置から１以上の光学要素に至る光路内の１以上の光学部材が保護ガスにより包囲されている、対象上の１以上の構造の位置及び／又は寸法の測定装置の中での保護ガスの使用により解決できる。１以上の照明装置から光学要素に至る光路中のすべての光学部材が保護ガス雰囲気中にあり、この目的のため、（すべての）光学部材はカプセルでカバーされ、１以上の照明装置からの光はカプセル内を走ることができる。カプセル内の保護ガスは窒素でありうる。カプセルは少なくとも一部が空調チャンバ内にありうる。カプセル内には大気圧よりも高い圧力がかけられうる。光学部材は、１以上の光学要素とともに１以上のシャッター、１以上のビーム減衰器、１以上のスペックル減少装置及び／又は１以上のホモジナイザを含みうる。
本発明のさらなる視点は、これらに限らず、本出願の全記載からも明らかとなろう。

対象上の構造の座標系に関する位置を測定する場合、平面内を移動可能な測定テーブル上に対象が載置されていると有利である。そのため、テーブルが移動可能な平面を規定するためのブロックが備えられている。さらに、その平面内での測定テーブルの位置移動を測定するための１以上のレーザ干渉計装置を備える。また、透過光照明及び／又は落射光照明のための、それぞれが照明分岐路を規定する１以上の光学装置（光学的に配置構成された装置）を備える。この光学装置は、１以上の光学要素の落射光照明及び／又は透過光照明のための照明装置も含む。１以上の光学要素の少なくとも１部分は、ブロックと光学システムサポート（支持体）の間に形成されるスペースに配設される。ブロック及び／又は光学システムサポートは、測定テーブルが可動な平面から照明装置を分離（隔離）する。（基本形態１）

照明装置は光源として１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍（frequency-multiplied）した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含む。エキシマレーザは、バンド幅を制限する装置を装備しうる。対物レンズを表す１以上の光学要素は、近ＵＶ（特に４００ｎｍ未満）のスペクトル範囲の反射光及び／又は透過光の下で１以上の検出器に対象表面上の構造の像を結像する、高分解能顕微鏡用対物レンズとして設計される。

本発明を実現する装置の有利な実施形態がいくつか存在する。例えば、照明装置は落射光配置にのみ取り付けられ、第１の光学要素は落射光配置内の対象に対向して取り付けられる。この実施形態では、第１の光学要素は対物レンズである。更なる可能性として、照明装置は透過光配置にのみ取り付けられる。第２の光学要素は透過光配置内の対象の下方に取り付けられる。第２の光学要素は集光装置である。この配置はまた、対象が測定テーブル上において対象の表面構造が第２の光学要素の方向へ向くように載置されている場合、落射光配置であるとみなすこともできる。このように対象を配置した場合、第２の光学要素はまた対物レンズ（顕微鏡用対物レンズ）にもなる。この配置の利点は、半導体製造のステッパー内においてマスク、対象又は基板が配置される状態と同様、対象、マスク又は基板が装置内で同じ方向に配置されることである。

本装置のさらに有利な実施形態として、照明装置は光を落射光照明として、及び透過光照明として用いるようにすることができる。第１の光学要素は、落射光配置における対象に対向する対物レンズとして取り付けられ、集光装置としての第２の光学要素は、透過光配置における対象の下方に取り付けられる。また、落射射光照明及び透過光照明を提供する光源（複数）を別々とすることも考えられるし、単一光源で両方を提供してもよい。

照明装置の光源としては、例えば、波長１５７ｎｍ又は２４８ｎｍのエキシマレーザを用いることが有利である。例えば波長２６６ｎｍ、２１３ｎｍ又は１９３ｎｍの周波数増倍した（高周波発振の）固体（半導体）レーザ又はガスレーザも照明装置の光源として利用可能である。典型的なエキシマレーザ線（複数）を持つエキシマランプも利用可能である。

基板上の構造測定のための装置に用いる（光学的に配置構成された）光学装置は、落射光照明及び／又は透過光照明のための照明の分岐した（光線路）中に、それぞれ１以上のスペックル減少装置及び／又は１以上のシャッター及び／又は１以上のホモジナイザ及び／又は１以上のビーム減衰器を含む。

第１の照明分岐路の中に、光学装置の種々の部材の可能な組み合わせとして、照明装置はその下流側に接続されたビーム減衰器を持つことが有利である。ビーム減衰器に続いて、シャッター、スペックル減少装置及びホモジナイザを配置することができる。光線は、ホモジナイザを通過した後、第１の光学要素に到達することができる。さらに照明装置は、それに割り当てられた（対応付けられた）ビームモニタを有することもできる。このビームモニタにより、照明装置又は光源から放散される光の強度をチェックすることができる。チェックした結果により、照明装置の光強度を調節することができ、結果的に測定対象には常に同じ強度の光が照射される。

照明装置から光学システムサポートを通過して第１の光学要素へ光を向ける、偏向ミラーを第１の照明分岐路の中に備えることが有利である。これは照明装置からの光が光学システムサポートと平行に、かつ上部を通過していく場合のみである。もしもビーム減衰器、シャッター、スペックル減少装置及び／又はホモジナイザを備える照明装置がブロックの下つまり第２の照明分岐路内に取り付けられている場合はまた、光を照明装置からブロックを通過し第２の光学要素に向ける偏向ミラーを備えることが有利である。

照明装置は装置の側部（ないし側面側）にも配置しうる。照明装置が側部に配置された場合、ビーム減衰器及びビームモニタが照明装置に割り当てられ（対応付けられ）うる。この側部の配置は、空気流が相当量の熱を発生する照明装置及び付属部材の方向へ邪魔されることなく流れ、照明装置の冷却をする点で有利である。その目的は、熱によって装置が影響を受け、結果的に装置による測定結果が影響を受けることのないように、放散熱を除去するためである。

本発明の好ましい実施形態として、１つの照明装置を備える。照明装置から発生する光は、適切な偏向手段又は照明装置から発生する光腺を分割する分割器により誘導され、光学システムサポートに実質的に平行に走る第１の照明分岐路に入射し、そしてブロックの下方にある第２の照明分岐路に入射する。ブロックを光が通過できるように、ブロックには適切な通過孔を設ける。照明の一部が光学システムサポートに平行かつ上部を通過して導かれる（走る）場合、光学システムサポートには照明光が通過できるように適切な切り欠き（貫通孔又は凹部）を設けることが有利である。

本装置に用いられるシャッターは、（光）遮断物体（オブストラクタ）として、又は旋回ミラーとして、又は可動式分割器又はミラーとして構成することができる。ビーム減衰器は第１又は第２の照明分岐路内に配置しうる。ビーム減衰器は、異なる透過率のプレート片（複数）を備えたフィルタホイールからなることが有利である。必要に応じ、対応するプレート片をホイールから取り外して第１又は第２の照明分岐路内に配置することができる。さらにプレート片には異なる反射率を持たせることができる。可変ビーム減衰器のさらに可能な実施形態は、１以上の照明源から傾斜したコーティング基板（減衰板）への光線の入射角度を変えることである。コーティング基板（減衰板）を透過した、光源からの減衰された光は、さらに測定装置内で利用できる。傾斜したコーティング基板（減衰板）は、光線のずれ（オフセット）を生じさせる。この光線のずれは、さらに傾斜基板（減衰板）を（対応）配置することで補償される。個々の基板（減衰板）の角度的配置は、モータにより変更できる。

落射光又は透過光照明のための照明装置は、領域照明のためのホモジナイザ及び／又は第１の光学要素及び／又は第２の光学要素の瞳照明のためのホモジナイザを持つ。

ホモジナイザは異なる構成でありうる。それは複数のマイクロレンズを含みうる。それはまたマイクロレンズのヘキサゴナル（六角状）配列でありうる。マイクロレンズの直交配列も考えられる。マイクロレンズは、２つの直交したシリンドリカル（円筒状）レンズ配列を備えるシリンドリカルレンズ配列としてもまた構成できる。マイクロレンズは非球面の表面を持ちうる。ホモジナイザの別な実施形態は、回折要素を備えるものである。ホモジナイザはまた、光混合ロッドからなることもできる。

第１の照明分岐路内及び／又は第２の照明分岐路内に、スペックル（小斑点）減少装置を備えることができる。スペックル減少装置は回折性であるように設計できる。スペックル減少装置はまた、（回転する）散乱ディスク（スクリーン）として構成できる。さらにスペックル減少装置の可能な設計として、モード混合ファイバがある。

照明装置は、光学システムサポート及び／又はブロックへの熱伝導を減少させるため、低熱伝導度の材料によって装置に固定（接続）されることが好ましい。また熱を効率よく放散させるため、冷却リブもまた備えることが好ましい。既述のように、熱の放散除去効率を上げるために、空気流を照明装置の方向に向けることが好ましい。

１以上の照明装置がその外部に配置される、空調（環境）チャンバ（Klimakammer）を備えることが有利である。この方法により、照明装置から生成した放散熱が測定装置の他の部材に与える影響を減少させることができる。空調チャンバは、例えば保護ガスで満たすことができる。保護ガスとして窒素ガスが有効であることが判明している。照明装置からの光は窓を通って空調チャンバ内部へ透過する。

本発明の更なる有利な実施形態は、対象上の１以上の構造を測定する装置内での１以上の照明装置の使用（方法）である。１以上の照明装置は、落射光照明装置として、及び／又は透過光照明装置として、配置できる。照明装置は、第１の光学要素のための光及び／又は第２の光学要素のための光を提供する。照明装置は、配属する（割り当てられた）１以上のシャッターを持つ。既述のように、照明装置は、照明源として１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含む光源を備える。

本発明のさらに有利な点は、対象上の１以上の構造を測定する装置内での保護ガスの使用（方法）である。１以上の照明装置から１以上の光学要素に向かう光路内の１以上の光学部材が保護ガスで囲まれている。

１以上の照明装置から光学要素に向かう光路内のすべての光学部材が保護ガス雰囲気中にあることが特に有利である。このため、光学部材をカプセル（閉じ込め用仕切り）で囲み、１以上の照明装置からの光はこのカプセルの中を通過する。特に入手が容易で安価であることから、カプセルの中の保護ガスは窒素ガスが用いられる。

本発明のさらに有利な実施形態と使用法は従属項に記載されているとおりである。ここに、本願の各従属項の記載事項を、引用をもって繰込み記載されているものとする。

本発明の典型的な実施形態とその利点を、添付図面を用いてさらに詳細に説明する。

図１は、従来技術の座標測定装置の一例の概略図である。座標測定装置は以下「測定装置」という。以下の記載及び図面中では、同一の要素は同一の参照符号で示す。

本測定装置は例えば、基板２上の構造の幅（ＣＤ、Critical Dimension目的寸法）を測定するために用いられる。また本測定装置を用いて、基板上の構造３の位置を測定できる。図１に示す測定装置は従来技術として古くから公知であるが、念のため装置の操作と装置の各要素の配置について述べる。

測定装置１は、平面２５ａ内をＸ軸方向及びＹ軸方向に空気ベアリング２１の上で移動可能に配置された測定テーブル２０を含む。測定テーブル２０を載置するためには、空気ベアリング以外のベアリングもまた用いることができる。平面２５ａは、１つの要素２５から形成されている。好ましい実施形態として、要素２５は花崗岩である。しかし当業者に明らかなように、要素２５は、測定テーブル２０を移動させるための正確な平面を提供できる他の材料を用いることができる。測定テーブルの位置は、測定のための光線２３を測定テーブル２０に向けて放射する１以上のレーザ干渉計２４により測定される。要素２５自体は、建物の振動が装置に伝わらないように、振動ダンパ２６の上に載置されている。

測定テーブル２０の上に、測定すべき構造３を持つ基板２を載置する。基板２は、透過光照明装置６及び／又は落射光照明装置１４で照明できる。透過光照明装置６は（光学的に配置構成された）光学装置４０の中に配設される。落射光照明装置１４は同様に光学装置５０の中に配設される。光学装置４０は、透過光照明装置、偏向ミラー及び集光装置からなる。偏向ミラーにより、透過光照明装置６からの光が集光装置に向けられる。他の光学装置５０は、落射光照明装置１４、ビーム分割ミラー１２、測定用対物レンズ９及び測定用対物レンズ９に配属した（割り当てられた）移動装置１５からなる。移動装置１５により、測定用対物レンズ９はＺ軸方向に（例えば焦点合わせのため）移動できる。測定用対物レンズ９は基板２から来る光を集光し、次いで光は半透過性の偏向ミラー１２により落射光照明光軸５から偏向（・取出）される。光は検出器１１に設けたカメラ１０に到達する。検出器１１はコンピュータシステム１６に連結され、コンピュータシステムは検出器１１により測定された測定値からデジタル画像を生成する。

図２は本発明に係る測定装置１の１つの実施形態である。光学装置５０が光学システムサポート１００の上に配置されている。光学装置５０は、１以上の照明装置５１を含む。光学システムサポート１００に加え、ブロック２５が配設されている。ブロック２５と光学システムサポート１００は、その間にスペース１１０を形成するように構成されている。間のスペースには第１の光学要素（対物レンズ）９ａが配設されている。この第１の光学要素９ａは、ブロック２５上の平面２５ａを移動するように構成された測定テーブル２０に対向するように配置されている。測定テーブル２０の位置は、測定テーブルに向けてレーザ光線２３を放射する１以上の干渉計２４を用いて測定される。測定テーブル２０上には測定対象２が載置され、測定対象２上の構造は第１の光学要素９ａを用いて測定できる。第１の光学要素９ａは、測定対象２に関する落射光照明装置の中に配置される。照明装置５１からの光は、偏向ミラー６０を介して第１の光学要素９ａに到達する。図２に示す実施形態では、照明装置からの光は、光学システムサポート１００に平行に、かつ上部を通過する。しかし照明装置からの光は、光学システムサポート１００に平行に、かつ下部を通過することも考えられる。図２に示す実施形態では、照明装置５１からの光が妨害されずに第１の光学要素９ａに到達するように、光学システムサポート１００に切り欠きが設けられている。第１の光学要素９ａによって形成された測定対象２の構造３の画像を記録するため、カメラ１０が設けられている。さらに照明装置５１と偏向ミラー６０との間に、光学装置５０がビーム減衰器５２、シャッター５３、スペックル減少器５４及び／又はホモジナイザ５５を有している。特に好ましい実施形態としては、照明装置５１はエキシマレーザとして構成される。このため、照明装置５１は、照明装置５１で生成される光が第１の照明分岐路２００へ放射される第１の出口５８を有する。エキシマレーザとしての照明装置５１の実施形態とは別に、照明装置５１として他の可能性のある設計選択肢も考えられる。照明装置の設計における１つの可能性として、エキシマレーザと同じ波長の光を発するいわゆるエキシマランプがある。さらに周波数増倍した（即ち、波長の短い）固体（半導体）レーザ及びガスレーザも使用可能である。以下において、照明装置及び光源について述べる場合は、本発明に用いられ成功する見込みのある光源として、これらの３種類を常に含むものとする。

図３は、光学システムサポート１００の上部の光学装置５０の光学要素の他の実施形態である。図３に示す測定装置１の構造は、ビームモニタ５６を除き図２に示す測定装置１の構造と同じである。照明装置５１は第１の出口５８及び第２の出口５９を有する。第２の出口５９に割り当てられて（対応付けられて）ビームモニタ５６が配置され、照明装置５１から放射される光の質がモニターされる。こうしてビームモニタ５６を用いることにより、照明装置の強度の変動を測定し、一定の強度の光が常に基板２に照射されるように修正を開始することが可能になる。

図４は、図３と本質的に同一の構成を持つ測定装置１の１実施形態である。以下において、図面及びそれに関連する記載を明確にするため、図面に記載された要素の必ずしもすべてについて参照符号を付けることはしない。図４において、照明装置５１、ビーム減衰器５２及びビームモニタ５６は共に測定装置１の側方（側部）に配置されている。図示の場合、照明装置５１はブロック２５の側部に配置されている。ブロック２５の側部への配置は、本発明の可能性のあるいくつかの実施形態のうちの１つに過ぎない。照明装置５１から放射された光は、ビーム減衰器５２を経て第２の偏向ミラー６１に到達する。偏向ミラー６１は、光を第１の光学装置５０の第１の照明分岐路２００に偏向するように配置されている。これによって光は光学システムサポート１００を回り込むように偏向され、次いで第１の偏向ミラー６０により光学システムサポート１００を通過して第１の光学要素９ａに到達する。照明装置５１から発生する熱のため、照明装置は測定すべき基板２からできるだけ離しておくことが有利である。図４は特に有利な実施形態を示しており、空気流７０をブロック２５の側部に配置された照明装置５１に向けて流す（導く）ことができ、照明装置５１から発生する放散熱を特に効果的に除去することができる。

図５は本発明に係る測定装置１の照明装置４１の適用可能な配置例である。照明装置４１は第２の光学装置４０内に配設されている。光学装置４０は測定装置１のブロック２５の下部に配設されている。照明装置４１から放射された光は、偏向ミラー６２に到達し、そこで第２の光学要素９ｂ（ここでは対物レンズとして機能する）に向けられ、一部はブロック２５と光学システムサポート１００との間のスペース１１０内に到達する。第２の光学要素９ｂは、測定テーブル２０の上に置かれた基板２に対向するように配置される。さらに、第２の光学装置４０はビーム減衰器４２、シャッター４３、スペックル減少器４４及び／又はホモジナイザ４５を有している。偏向ミラー６２は、基板から来て第２の光学要素９ｂに捕捉（集光）される光が透過してカメラ１０に到達するように、ハーフミラーとして構成しうる。

測定テーブル２０上の基板の配向（置き方ないし方向性）」により、図２又は図５に示す本発明の実施形態は、透過光配置及び落射光配置のいずれでも使用できる。基板の配向とは、基板２の構造３が検査に用いる第１の光学要素９ａ又は第２の光学要素９ｂのいずれかの方向（上向きか、下向きか）へ向いているか、あるいは基板の構造３が検査に用いる第１の光学要素９ａ又は第２の光学要素９ｂのいずれの方向へも向いていないか、を意味する。図９Ａは通常の配向性を持つ、つまり基板２の表面上の構造３が、検査に用いる第１又は第２の光学要素９ａ又は９ｂのいずれかの方向に向いている、基板２を示す。もしも基板２が測定テーブル２０にこの方向で挿入された場合、図２の配置は落射光照明配置といわれる。図９Ｂは、測定テーブル２０の基板２の構造３が、検査に用いられる第１の光学要素９ａ（図２中の）の方向を向いていない場合の基板２の方向を示す。しかしそれに対して図５では、基板２上の構造３は第２の光学要素９ｂの方向を向いている。もしも基板２が測定テーブル２０に図９Ｂで示す方向に挿入された場合、図２に示すように提案される光学要素９ａの配置は透過光照明配置といわれる。それに対して、図５に示す光学要素９ｂの配置で、図９Ｂのような基板方向であれば、それは落射光照明配置といわれる。さらに、図９Ａ及び９Ｂに示す基板２の配置では、測定テーブル２０での支持位置により基盤２が曲がっている。基板２の湾曲は図９Ａ及び９Ｂにおいて実線で表され、曲がった基板は符号２ｄで示されている。図５に提案される装置は、図９Ｂに示す方向の基板が図５に示す配置の測定テーブル２０に挿入された場合に特に有利である。そのため図５に示す配置は落射光配置で用いられる。従って、図５に示す配置によって基板はステッパー内にあるときと同じ方向で測定できる。加えて図５に示す装置により、もしもマスクがステッパーを通してウエハ上で照明されている場合、ステッパーに用いられる波長と同じ波長で測定できる。

図６は、図５に示す装置に比べて照明装置４１にビームモニタ４６が付属している点を除いて同じである測定装置の実施形態を示す。ビームモニタ４６は照明装置４１の第２の出口４９に対応付けられている。こうして照明装置４１の発光出力はビームモニタ４６でモニターできる。ビームモニタ４６の測定結果により、照明装置４１を、対象２上に常に同じ強度の光が照射するように調節できる。

図７は、第２の光学装置４０の少なくとも照明装置４１がブロック２５の側部に配置されている、本測定装置の他の実施形態を示す。照明装置４１からの光は偏向ミラー６３でブロック２５の下部の照明分岐路３００に導かれる。それ以外は、光学装置４０のすべての部材は図５及び図６と本質的に同じであり、ここでは説明しない。照明装置４１に加え、ビーム減衰器４２及びビームモニタ４６がブロック２５の側部に配置されうる。レーザ又は通常のエキシマランプとして構成された照明装置４１は熱の発生源となる。照明装置４１をブロック２５の側部に配置することにより、放散する熱を除去するために空気流７０を照明装置４１に向けることができる。放散する熱を最適に除去するため、空気流７０は適切な方法で流さなければならないことは当業者にとって明らかである。空気流によって引き起こされる空気の乱れは、測定装置の他の光学部材に影響を与えないように遮断する必要がある。空気の乱れは、再現することのできない方法で得られた測定値を誤らせるからである。照明装置４１のブロック２５への取り付けは適切な材料８０により行われる。適切な材料８０は、低い熱伝導率を持つという特性がある。放散熱の除去率をさらに向上させるため、材料８０はさらに冷却リブ（図示せず）を持ちうる。この冷却リブは当然空気流７０の中に配置される。

図８は、第１の照明分岐路２００及び第２の照明分岐路３００の中に、それぞれ照明装置５１及び４１が配設されている、本測定装置の１実施形態を示す。従って独立の照明装置５１が第１の光学要素９ａ（ここでは対物レンズ）の落射光照明配置のために配設されている。同様に、第２の光学要素９ｂ（ここでは集光装置）を用いる透過光照明のために、独立した照明装置４１が配設されている。第１の照明分岐路２００の中にはシャッター５３が配設されている。第２の照明分岐路３００の中にはシャッター４３が配設されている。第１のシャッター５３及び第２のシャッター４３は、それぞれの照明分岐路２００、３００で透過光照明及び落射光照明を切り替えるために必要である。もしも落射光照明が必要又は用いる場合、第２の照明分岐路３００内のシャッター４３が閉じられ、また逆の場合もある。測定テーブル２０が移動中で画像が記録されない間は、２つのシャッター５３及び４３は、マスク又は対象２を光線に曝すことを減らす又は避けるために閉じられる。この目的のためには、シャッター５３及び４３は、第１の照明分岐路２００又は第２の照明分岐路３００のどの場所でも配置できる。しかしシャッター４３及び５３は、第１の照明装置５１又は第２の照明装置４１の第１の出口４８又は５８に直接面していることが特に有利であることが判明した。このシャッター５３及び４３の配置は、第１の照明分岐路２００及び／又は第２の照明分岐路３００の中の種々の光学部材を照明に曝すことを減らし、その寿命を増加させる。

図１０は、照明装置５１が光学システムサポート１００の上部に配置された、本発明の１実施形態を示す。この測定装置は、落射光照明及び透過光照明の両方が自由に行えるように構成したものである。分割器６５が第１の照明分岐路２００の中に配置されている。分割器６５は照明装置５１からの光の一部を偏向させ、光学システムサポート１００及びブロック２５を通過し、偏向ミラー６３に到達させ、そこで照明光は第２の照明分岐路３００の中に偏向される。照明光を通過させて第２の照明分岐路３００に導くために、光学システムサポート１００及びブロック２５には適切な切り欠き１０６及び貫通孔１０８が設けられている。既に何度も説明したように、第２の照明分岐路３００からの光は、第２の光学要素９ｂ（集光装置）に向けられる。第１の照明分岐路２００からの光は、第１の光学要素９ａ（対物レンズ）に向けられる。

図１１に示す実施形態は、図１０の実施形態に比べて照明装置４１がブロック２５の下部に配置されている点で異なっている。照明装置４１から放射されて第２の照明分岐路３００に入った光は最初に分割器６６に到達する。分割器６６から照明光の一部は第２の照明分岐路３００に入射する。残りの照明光は分割器６６により偏向され、ブロック２５及び光学システムサポート１００の貫通孔１０８及び１０６を通過し、偏向ミラー６４に到達し、第１の照明分岐路２００に偏向入射される。かくて光を第１の光学要素９ａ又は第２の光学要素９ｂに自在に向けることができる。既に述べたように、第１の照明分岐路２００にはシャッター５３が配設されている。同様に第２の照明分岐路３００にはシャッター４３が配設されている。透過光照明又は落射光照明のいずれを選択するかにより、シャッター４３及び５３が、第１の照明分岐路２００又は第２の照明分岐路３００の中の光のいずれかを利用できるように開閉される。

図１０、１１に示したように、照明装置５１の下流側にはビーム減衰器５２が配設され、照明装置４１の下流側にはビーム減衰器４２が配設されている。ビーム減衰器４２、５２は、撮像チャンネル内のカメラ１０のオーバードライビング（過作動）を避けるために光源の反射光強度を調節する役割を持つ。原則として、ビーム減衰器４２、５２は照明光線路２００又は３００のどこにでも配置可能である。ビーム減衰器５２、４２の配置のただ１つの条件は、第１の照明分岐路２００又は第２の照明分岐路３００の中で、光線の幾何学的配置がそこに配置されるビーム減衰器５２、４２に適合する必要があることである。たいていのビーム減衰器の場合、減衰率は入射角度に依存する。従って、ビーム減衰器５２又は４２はその位置で光線の発散（角）が小さい位置に配置される。特に有利なビーム減衰器５２、４２の配置は、シャッター５３又は４３の直後に配置することである。これは第１の照明分岐路２００又は第２の照明分岐路３００の中の他の光学部材が、弱められた光線に曝されることになるという点で有利である。

図１２は、照明装置４１がブロック２５の側部（面）に配置されている、１実施形態を示す。この照明装置４１の配置は図７に示す照明装置４１の配置と実質的に同一である。照明装置４１から放射される光は第１の照明分岐路２００及び第２の照明分岐路３００に供給される。このため、照明装置４１から放射される光線を、分割器６６により光学システムサポートの切り欠き１０６及びブロック２５の貫通孔１０８を通過して偏向ミラー６４に向け、そこで第１の照明光線路２００に入射する。

図１３も、照明装置４１がブロック２５の側部（面）に配置されている、１実施形態を示す。図１２の配置と異なる点は、照明装置４１が第１の出口４８と第２の出口４９を持つことである。照明装置４１の第１の出口４８の下流側には、ビーム減衰器４２が配設されている。照明装置４１の第２の出口４９の下流側には、ビーム減衰器５２が配設されている。照明装置４１の第１の出口４８及び第２の出口４９からの光は、偏向ミラー６３、６４により偏向されて、第１の照明分岐路２００又は第２の照明分岐路３００に入る。第１の照明分岐路２００及び第２の照明分岐路３００にはいずれもシャッター５３又は４３が配設されている。シャッター５３及び４３により、照明は必要に応じ落射光照明又は透過光照明に調節できる。

図１４もまた、照明装置４１がブロック２５の側部に配置されている、本発明の１実施形態を示す。照明装置４１の第１の出口の下流側にはシャッター４３が配設されている。さらにシャッター４３の下流側にはビーム減衰器４２が配設されている。また、照明装置４１の第２の出口４９の下流側にはシャッター５３が配設されている。さらにシャッター５３の下流側にはビーム減衰器５２が配設されている。本実施形態では、第１の照明分岐路２００の照明光及び第２の照明分岐路３００の照明光は、光学システムサポート１００の側面を通過し、ブロック２５の側面を通過する。照明装置４１からの光は偏向ミラー６３によって偏向され、第２の照明分岐路３００に入る。照明装置４１の第２の出口４９からの光は分割器６６によって偏向され、第１の照明分岐路２００に入る。光の一部は分割器６６を通過してビームモニタ５６に到達し、既述のごとくこれによって照明装置４１の強度がモニターされる。

図１５は照明装置５１の１実施形態である。図１５及び１６に関する以下の説明は照明装置の符号として５１のみを用いているが、当業者に明らかなように、照明装置４１に対しても同様の設計条件が適用できる。図１５では、照明装置５１の下流側にシャッター５３が配設されている。本実施形態では、シャッター５３は照明装置５１の第１の出口５８の直後に配置されている。以下の説明では、照明装置５１はレーザである。シャッター５３の下流側にビーム減衰器５２が配設されている。ビーム減衰器５２は、第１の傾斜板５２ａ及び第２の傾斜板５２ｂを有する。第２の傾斜板５２ｂは、ビーム減衰器５２の第１の傾斜板５２ａとは反対側に同じ度数だけ傾斜している。傾斜板５２ａ、５２ｂは例えば公知の実施形態のように吸収フィルタとともに用いられる。特に有利な実施形態としては、それぞれの傾斜板５２ａ及び５２ｂの傾斜角が調節可能であることである。選択した傾斜角度により、所定の割合（％）の光が光線路外に反射される。既述のごとく、傾斜板により生じた光線のずれ（オフセット）は第２の傾斜板５２ｂにより補償できる。もしも傾斜板５２ａ及び５２ｂの角度位置がモータで調節される場合、測定装置の強度レベルは完全に自動でセットできる。

図１６は、ビームモニタ５６が照明装置５１の第２の出口５９に対応して設けられている以外は、図１５に示す測定装置と同じである。第１の傾斜板５２ａで反射された部分光９１は、ビームトラップ９２に到達し、そこで吸収される。これによって放散熱を発生するが、放散熱は基板又はマスクに近づけてはいけない。従って、ビーム減衰器５２はマスク及び基板から幾何学的にできるだけ遠くに配置することが望ましい。何度も説明したように、照明装置５１又は４１は、放散熱を除去するために空気流の中に配置することが好ましい。ビーム減衰器５２は照明装置５１の第１の出口５８又は第２の出口５９の直後に配置されるので、ビーム減衰器もまた空気流の中に配置されることになり、そのため十分な冷却及び放散熱除去が行われる。

図１７は、測定装置１が空調（環境）チャンバ５００として構成された筐体（ハウジング）内に配置されている、本発明の１実施形態を示す。空調チャンバ５００は、所望の圧力、湿度及び保護ガス雰囲気に調整及びモニターするためのコントロールシステム５０１に接続されている。ビーム減衰器から反射された光（図１６参照）を空調チャンバ外に導くことも有益である。その場合、ビームトラップ９１は空調チャンバ外に配置される。放散熱はもはや基板又は対象２に影響することはない。照明装置４１を空調チャンバ５００の外に配置することも有益である。空調チャンバ５００には、照明装置４１からの波長の光を透過する適切な窓５１０を有するため、照明装置４１からの光は空調チャンバ５００の中に入射する。本実施形態においては、照明装置４１は第１の出口及び第２の出口を有する。シャッター５３とビーム減衰器５２をそれぞれ２つの出口に配置可能である。照明装置４１からの光の一部は分割器６６を通過してビームモニタ５６に到達し、既述のごとく照明装置４１の強度がモニターされる。照明装置４１からの光は分割器６６から第１の照明分岐路２００に入射する。照明装置４１からの光は偏向ミラー６３で偏向され、第２の照明分岐路３００に入射する。当業者にとって、図１７は本発明を限定するものではないことが明らかである。ここで重要なことは、測定装置のうち、放散熱を発生するできるだけ多くの部材を、ハウジング外に配置すべきということだけである。照明装置４１及び放散熱を発生する他の部材からの放散熱を除去する空気流７０は、これらの部材に向けて流される。当業者にとって、空気流７０は放散熱を最適に除去できる適切な方法で流す（導く）べきであることは明らかである。

図１８は、空調チャンバ５００の内外の、照明装置からのすべての光線路がさらにカプセル（閉じ込め用の密閉仕切り）化された、本発明の１実施形態である。カプセル５０ａは貯蔵容器４００からの適切な保護ガスで満たされる。窒素ガスは特に好ましい保護ガスであることが判明した。保護ガスの使用は、対象２の照明に２２０ｎｍ未満の波長が選択された場合に特に有利である。この波長では、通常の大気環境では吸収が大きすぎるからである。その理由は主に大気中に含まれる湿分にある。吸収ロスを小さくするため、保護ガスでのフラッシング（洗い流し）が必要になる。多くの不活性乾燥ガスが保護ガスとして適している。前述のごとく、窒素ガスが安価で取り扱いが安全であることから特に有利である。加えて大気中には炭化水素が常に存在する。このような短波長の光は炭化水素を分解し、分解生成物が第１の照明分岐路及び第２の照明分岐路のそれぞれの光学要素に膜状に堆積する。光学要素にこのような分解生成物が堆積する結果、これらの光学要素の伝達特性が劣化する。従って、保護ガスでフラッシングすることにより、表面への炭化水素汚染が回避され、光学要素の寿命が長くなる。本実施形態では、照明装置４１、シャッター４３及びビーム減衰器４２が空調チャンバ５００の外に配置されている。シャッター４３には、装置で測定していない時には残りの部材を照明装置４１からの光に曝さないですむという利点がある。測定装置の全ての光学部材は不要な光線に曝されることなく保護され、よって耐用期間が増加する。照明装置４１からの光は、空調チャンバ５００の内部に設置されたカプセル５０ａ内に窓５１０を介して透過入射する。照明装置４１からの光の一部は、分割器６６を介して光学システムサポート１００に平行に導かれる。ここに示す図では、照明装置４１からの光は光学システムサポート１００の上部に導かれているが、本発明はこれに限定されるものではない。分割器６６から一部の光が偏向ミラーに到達し、そこで光はブロック２５の下部を平行に進むように偏向される。光学システムサポート１００に平行に進む光線及びブロック２５の下部を平行に進む光線のいずれにも、それぞれシャッター５３、スペックル減少装置５４及びホモジナイザ５５が配設されている。

上述のごとく、光学装置４０又は５０にはホモジナイザ５５又は４５を含むことができる。ホモジナイザ５５又は４５は、対象領域及び瞳の両方を均等に照明する働きをする。均等な対象照明により、測定結果が対象領域内の測定対象である構造３の位置によらないことを確実にできる。不均等な瞳照明は、構造３の実際の寸法に依存する測定の系統誤差を生じる。クリティカル照明を適用した、対象２上の構造３の測定においてこれを避けるため、瞳照明はホモジナイズされる。

照明装置５１又は４１にレーザを用いる場合、この光源のコヒーレンスレベルが高すぎてスペックル（小斑点模様）が発生する。そのため、光斑のあるノイズの多い画像となり、対象２上の構造３の位置を測定するのに不適当である。この種の光斑は、評価時に位置測定誤差を生じる。これを避けるため、スペックル減少装置５４又は４４を挿入することが必要である。これらの装置は、本質的に複数の画像にわたり平均化した画像にするという原理に基づいており、これによってスペックルは時間的に（全体として）一定でなくなる。これは以下の方法のいずれかにより実行される。

もしもパルス状の光源が用いられる場合、スペックルパターンは２つのパルスの間で変動する。そのため、複数の個々に撮像した画像にわたる平均化が可能である。連続光源においては、回転するつや消しガラスディスクが考えられる。これによって露光時間内での平均化が発生する。モード混合特性を持つグラスファイバを用いることも考えられる。このようなグラスファイバ（複数）を用いて平均化が可能である。

照明装置５１又は４１（エキシマランプを除く）はパルス光源である。これらの光源では必然的にパルスとパルスの間で強度の変動が生じる。大きな偏差を検知するため又は実際のパルスエネルギーを修正するため、それは測定値とともに記録しておかなければならない。このため、ビームモニタ５６をビーム減衰器５２のすぐ背後に配置することが有利である。ビームモニタ５６の測定結果はビーム減衰器５２の自動調整に用いることができる。

第１の光学要素９ａ（落射光の場合は対物レンズ）の前、又は第２の光学要素９ｂ（透過光の場合は集光装置）の前で強度を測定することが有利である。この箇所で、光線路におけるこの箇所までの損失が検出されるからである。光学部材の劣化が進行するにつれて、照明装置４１の近傍又はビーム減衰器４２の直後で測定された強度測定結果は、最終的に対象２又はマスクに到達する強度と一致しなくなる。これもまた構造位置の測定結果に誤差を生じる原因となるであろう。対象２上の構造３の位置測定の際その結果の修正及び光学システムの劣化の検出のため、測定された強度を用いることが有利である。

基板上の構造を測定する、従来技術の装置の概略図である。 光学システムサポートの上に照明装置とともに光学装置を配置した、本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 照明装置にビームモニタを配属した、図２に示す実施形態の別な構成である。 照明装置が測定装置の側部に配置され、照明装置に向けて空気流がある本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 第２の照明分岐路がブロックの下部に配置され、照明装置からの光が第２の光学要素上に向けられている、本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 照明装置にビームモニタも配属した、本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 照明装置を測定装置の側部に取り付けた、図６に類似の本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 第１の照明分岐路内及び第２の照明分岐路内のいずれにも照明装置が配置されている、本発明に係る装置の１実施形態の概略図である。 （Ａ）構造が第１の光学要素の方向に向くようにテーブル上に置かれた基板である。（Ｂ）構造が第２の光学要素の方向に向くようにテーブル上に置かれた基板である。 照明装置が光学システムサポートの上に配置され、照明装置からの光が第１の照明分岐路及び第２の照明分岐路内に供給されている、本発明に係る装置の１実施形態である。 照明装置がブロックの下方に配置された点が図１０と異なる、本発明に係る装置の１実施形態である。 図１１に類似で照明装置が測定装置の側部に配置された、本発明に係る装置の１実施形態である。 照明装置は測定装置の側部に配置されているが、照明装置からの光は光学システムサポート又はブロックを通過して第１の照明分岐路又は第２の照明分岐路に導入可能ではない場合の１実施形態である。 図１３に類似であるが照明装置からの２つの出力はそれぞれ配属するシャッター及びビーム減衰器を有する、本発明に係る装置の１実施形態である。 照明装置がエキシマレーザの場合の１実施形態である。 照明装置が同様にエキシマレーザとして構成されているが、エキシマレーザが第１及び第２の出口を有する、本発明に係る装置の１実施形態である。 装置の大部分が空調チャンバ内に配置された、本発明に係る装置の１実施形態である。 第１の照明分岐路又は第２の照明分岐路のすべての光学部品がカプセル内に配置されている、本発明に係る装置の１実施形態である。

符号の説明

１ 測定装置
２ 基板
３ （基板上の）構造
４ 透過光照明光軸
５ 落射（反射）光照明光軸
６ 透過光照明装置
７ 偏向ミラー
８ 集光装置（コンデンサ）
９ 測定用対物レンズ
９ａ、９ｂ 光学要素（対物レンズ）
１０ カメラ
１１ 検出器
１２ ビーム分割ミラー（偏向ミラー）
１４ 落射（反射）光照明装置
１５ 移動装置
１６ コンピュータシステム
２０ 測定テーブル
２１ 空気ベアリング
２３ レーザ光線
２４ 干渉計
２５ ブロック（要素）
２５ａ 平面
２６ 振動ダンパ
４０、５０ （光学的に配置構成した一連の）光学装置
５０ａ カプセル（仕切り）
４１、５１ 照明装置
４２、５２ ビーム減衰器
４３、５３ シャッター
４４、５４ スペックル減少器
４５、５５ ホモジナイザ
５６ ビームモニタ
５８、５９ 出口
６０、６１、６２、６３、６４、６６ 偏向ミラー
７０ 空気流
８０ 材料
９１ 部分光
９２ ビームトラップ
１００ 光学システムサポート（支持体）
１０６ 切り欠き
１０８ 貫通孔
１１０ ブロックと光学システムサポートとの間のスペース
２００、３００ 照明分岐路
４００ 貯蔵容器
５００ 空調（環境）チャンバ

Claims (23)

1. 測定対象を載置する測定テーブルを有し、座標システムに関する該測定対象上の構造位置の測定装置であって、
   該測定テーブルはブロックが規定する平面内を移動可能であり、
   該測定テーブルの該平面内での位置的変化を測定するために１以上のレーザ干渉計システムが用いられ、
   該測定対象の透過光照明及び／又は落射（反射）光照明のための、それぞれが照明分岐路を規定する１以上の光学装置が配設され、
   該落射光照明及び／又は透過光照明のための照明装置及び１以上の光学要素が配設され、
   １以上の該光学要素の少なくとも一部が該ブロックと光学システムサポート（支持体）との間に形成されるスペースに延在し、
   該ブロック及び／又は該光学システムサポートは該測定テーブルが移動可能な該平面から該照明装置を空間的に分離している、
   ことを特徴とする測定装置。
2. 前記照明装置は、１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含み、落射光照明及び／又は透過光照明のための単一光源又は独立した複数の光源が配設されることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記エキシマレーザは、バンド幅を制限する装置を装備することを特徴とする、請求項２に記載の測定装置。
4. １以上の前記光学要素は、前記測定対象表面上の構造の画像を反射光及び／又は透過光のもとで４００ｎｍ未満のスペクトル範囲で検出器上に結像する高分解能顕微鏡用レンズであることを特徴とする、請求項１〜３の一に記載の測定装置。
5. 前記照明装置は落射光配置にのみ配設され、第１の前記光学要素は前記測定対象の構造を有する表面に対向して落射光配置のもとで配置される対物レンズとして構成され、及び／又は前記照明装置は透過光配置でのみ配設され、第２の前記光学要素は前記測定対象の構造を持たない表面に対向して透過光配置のもとで配置される集光装置として構成されることを特徴とする、請求項１〜４の一に記載の測定装置。
6. 前記落射光照明及び／又は透過光照明のための各照明分岐路内の前記光学装置は、スペックル減少装置及び／又は１以上のシャッター及び／又は１以上のホモジナイザ及び／又は１以上のビーム減衰器を含むことを特徴とする、請求項１〜５の一に記載の測定装置。
7. 前記照明装置にビームモニタが割り当てられていることを特徴とする、請求項６に記載の測定装置。
8. 少なくとも前記照明装置に向けて空気流を導くことができることを特徴とする、請求項１〜７の一に記載の測定装置。
9. １以上の照明装置が前記光学システムサポートの下部もしくは上部又は前記ブロックの下部に配置され、１つの照明装置が、前記光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に沿って前記第１の光学要素に向けて走る光線と、前記ブロック下部の第２の照明分岐路に沿って前記第２の光学要素に向けて走る光線の双方を放射することを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
10. 前記照明装置が前記光学システムサポートに平行な光を放射し、該照明装置からの光の一部を前記ブロックを通過して前記第２の照明分岐路に入射するように偏向する分割器が配設されていることを特徴とする、請求項９に記載の測定装置。
11. １つの照明装置が前記測定装置の側部に配置され、該照明装置は照明光の第１出口及び第２出口を有し、
    該第１出口から出た該照明光線は前記光学システムサポートに平行な第１の照明分岐路に沿って前記第１の光学要素に到達し、該第２出口から出た該照明光線は前記ブロック下部の前記第２の照明分岐路に沿って前記第２の光学要素に到達することを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
12. 落射光照明及び／又は透過光照明のための前記照明装置は、領域照明のためのホモジナイザならびに／もしくは前記第１の光学要素及び／又は前記第２の光学要素の瞳照明のためのホモジナイザを含むことを特徴とする、請求項１〜１１の一に記載の測定装置。
13. ホモジナイジングはマイクロレンズを用いて行われ、該マイクロレンズはヘキサゴナル配列として又は直交配列として又は２つの直交するシリンドリカルレンズ配列である複数のシリンドリカルレンズとして又は非球面の表面を持つようにして構成されることを特徴とする、請求項１２に記載の測定装置。
14. ホモジナイジングは回折要素又は光混合ロッドにより行われることを特徴とする、請求項１３に記載の測定装置。
15. スペックル減少装置が前記第１の照明分岐路内及び／又は第２の照明分岐路内に配設されていることを特徴とする、請求項１〜１４の一に記載の測定装置。
16. １以上の前記スペックル減少装置が回折装置又は回転する散乱ディスク（スクリーン）又はモード混合ファイバとして構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の測定装置。
17. 前記照明装置は、前記光学システムサポート及び／又は前記ブロックへの熱伝導を減少させるために熱伝導率の小さな材料で前記測定装置に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１６の一に記載の測定装置。
18. 空調チャンバが配設され、該空調（環境）チャンバの外部に前記１以上の照明装置が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１７の一に記載の測定装置。
19. 透過光照明及び／又は透過光照明のための前記光学装置はカプセル（仕切り）内に配設され、該カプセル内は保護ガスで満たすことができることを特徴とする、請求項１〜１８の一に記載の測定装置。
20. 対象上の１以上の構造の位置及び／又は寸法を測定する装置における１以上の照明装置の使用方法であって、
    該１以上の照明装置は落射光照明装置及び／又は透過光照明装置として配設され、該照明装置は第１の光学要素及び／又は第２の光学要素のための光を供給し、該照明光を発生する契機（トリガー）となる１以上のシステムが該照明装置に割り当てられ、該契機システムは前記照明装置からの光放射を遮断することを含むことを特徴とする、使用方法。
21. 前記照明装置は、照明光源として１以上のエキシマレーザ、１以上の周波数増倍した固体（半導体）もしくはガスレーザ、又は１以上のエキシマランプを含むことを特徴とする、請求項２０に記載の使用方法。
22. 落射光照明及び透過光照明のため、それぞれごとに独立した照明装置が配設され、又は両方のために単一の照明装置が配設されていることを特徴とする、請求項２０又は２１に記載の使用方法。
23. 前記照明装置は、１以上の光源、ビーム減衰器及びシャッター及び／又はスペックル減少装置及び／又は１以上のホモジナイザを含むことを特徴とする、請求項２０〜２２の一に記載の使用方法。

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