JP2008502126A

JP2008502126A - 光学結像系の像品質測定システム

Info

Publication number: JP2008502126A
Application number: JP2007513852A
Authority: JP
Inventors: メンゲルマルクス; ヴェークマンウルリッヒ; エーァマンアルブレヒト; エマーヴォルフガング; クレメントライナー; マティーセンルード
Original assignee: カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US9429495B2; US7796274B2; US20130293869A1; EP1774405A2; TW200609689A; WO2005119368A2; WO2005119368A3; TWI406100B; US7760366B2; KR101257960B1; US20080180688A1; EP1774405B1; US20100315651A1; JP4845880B2; US20080252876A1; US8488127B2; US8823948B2; CN101833247B; CN100594430C; KR101368523B1

Abstract

【課題】液浸結像系の測定に適し、且つ浸漬液による測定精度の低下を回避する測定システムを提供する。
【解決手段】結像系の物体面上に配置されたパターンを結像系の像面上に結像するために設けられた光学結像系であって、結像系の物体側及び像側の少なくとも一方の上に配置された浸漬液によって結像することができる液浸系として構成される光学結像系の光学測定用の測定システムにおいて、測定構造体を有する少なくとも１つの構造体キャリアであって、浸漬液の領域内に配置されるように設けられ、且つ保護システムを割り当てられ、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした構造体キャリアを備える、測定システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、結像系の物体面上に配置されたパターンを結像系の像面上に結像するために設けられ、結像系の物体側及び像側の少なくとも一方に配置された浸漬液によって結像する液浸系として構成されている光学結像系の光学測定用の測定システムに関する。

技術及び研究の多くの分野で、光学結像系が使用されており、それらの結像品質に関する要求がますます高くなっている。一例は、半導体部品及び他の微細構造部品のフォトリソグラフィ製造であり、それでは、高倍率投影対物レンズにより、遠赤外線範囲（ＤＵＶ）の動作波長でサブミクロン範囲の構造体を製造することができる。多数の光学部品を有するそのような結像系の複雑な光学構造体のため、オリジナル作製の調節のため、及び必要な保守点検作業中の両方で、発生する像欠陥に関して結像系を測定する必要がある。この場合、試験に使用される測定システム及び方法の精度は通常、結像系の結像精度に対する要求と一致する。

結像系の物体側に配置される、物体側測定構造体を有する物体側構造体キャリアと、結像系の像側に配置される、像側測定構造体を有する像側構造体キャリアとを有し、結像系によって物体側測定構造体を像側測定構造体上に結像したとき、重ね合わせパターンが生成されるように、物体側測定構造体及び像側測定構造体を互いに一致させるようにした測定システムがしばしば使用される。重ね合わせパターンの局部分解収集用の検出器と、それに接続されて、結像系の結像品質を説明する少なくとも１つの結像パラメータを重ね合わせパターンから決定するための評価装置とを使用して、結像系で達成することができる結像品質に関する結論を引き出すことができるようにする測定値であって、それから結像系の最適化のための事前定義を導き出すことができる、測定値を生じることができる。

波面収集のためにシヤリング干渉計のように動作する装置が、ドイツ特許出願第１０１０９９２９号（本出願人の米国特許出願第２００２／０００１０８８号に対応）に記載されている。この測定システムでは、インコヒーレント光で照明すべき物体側構造体キャリアが、試験すべき結像系の物体面上に配置されて、結像系を通過する測定放射光の所定のコヒーレンスレベルを設定する仕事を行い、したがってコヒーレンスマスクとも呼ばれる。設けられるコヒーレンスマスクは、たとえば石英ガラスから作製された透明キャリアであることができ、その上に物体側測定構造体が、クロムの二次元構造被膜の形で塗布される。結像系の像面上には、回析格子として作用する像側測定構造体を有する像側構造体キャリアが配置されている。これも同様に、透明な石英ガラスキャリアに塗布されたクロム層によって形成されることができる。回折によって生成された波の重なり合いの結果として、干渉写真（シヤログラム）の形の重ね合わせパターンが生成され、これは、下流側に接続された局部分解検出器によって収集され、次に評価される。同様な測定システムが、欧州特許第１２３１５１７Ａ１号に開示されている。

この波面測定のために、結像系の所期の使用でも使用される同じ放射光を、たとえばＤＵＶ範囲の紫外線を使用する場合、この測定方法の重要性が特に高い。この目的のため、測定システムをマイクロリソグラフィ投影露光系に組み込むことができ、それにより、投影対物レンズの測定用に、生成動作中にも使用される同じ照明系を使用することができる。外部測定の場合、同一タイプ又は類似タイプである照明系を備えた独立的な測定システムを使用することができる。

他の干渉計、たとえばロンキータイプ又はトワイマン・グリーンタイプの干渉計なども同様に使用することができる。さらに、点回折干渉計（ＰＤＩ）も、測定システムとして一般的である。例が、米国特許第６，３０７，６３５Ｂ１号又は国際特許第０２／４２７２８Ａ１号の書類に示されている。結像系の物体側に配置すべき物体側測定構造体がピンホールを有し、これは、物体側構造体キャリア上に配置されて、照明光から球面波を生成するために使用される。結像系の像側には、さらなるピンホール構造体が配置されており、これには、ピンホールに加えて、より大きい第２開口が設けられ、それにより、試料波が自由に通過できるようにしている。特に、物体面及び結像対物レンズ間、又は結像対物レンズ及び像面間に配置されるさらなる結像構造体として、ビームスプリッタとして機能する回折格子が設けられる。ピンホールマスク及び回折格子の微細構造体は、透明キャリア上の微細構造被膜によって形成されることができる。

特に光学結像系のゆがみを測定するための他の測定システム及び方法は、モアレ効果の利用に基づく。この場合、試験すべき結像系の物体面上に物体格子が配置され、これはたとえば、物体側測定構造体を形成する多数の平行な不透明線を有する。像面には、物体側測定構造体と同様の像側測定構造体が配置されており、物体側測定構造体及び像側測定構造体を互いに一致させる一方、結像系の結像縮尺を考慮して、物体側測定構造体を像側測定構造体上に結像したとき、モアレ縞を有するモアレ模様の形の重ね合わせパターンが生成されるようにする。局部分解検出器で収集される縞模様の濃度分布から、結像パラメータを、たとえばゆがみについて決定することができる。モアレ法は、たとえば米国特許第５，７６９，９５４号、米国特許第５，９７３，７７３号又は欧州特許第０４１８０５４号から既知である。

さらに、上記測定構造体に加えるが、またそれから独立させて、ダイアフラム構造体を像面に取り付けることが必要であると思われ、これは、像側視野の望ましくない寄与を測定システムの検出素子から遠ざけておき、それにより、迷光からのエラー寄与を最小限に抑えるために使用される。好ましくはこのダイアフラム構造体も同様に、構造化クロムで被覆された透明基板によって形成される。

マイクロリソグラフィ用の投影対物レンズの場合、たとえば１００ｎｍ以下の桁の大きさのますます微細な構造体を生成することができる程度まで、さまざまな方法によって分解能を高めることが試みられている。この目的のために、第１に、投影対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を約ＮＡ＝０．８以上の値まで高める。第２に、より短い波長の紫外線、たとえば１９３ｎｍ又は１５７ｎｍのレーザ波長を使用する。

投影対物レンズの最後の像側光学素子と露光すべき基板との間の空間に、高い屈折率の浸漬液を導入することにより、達成可能な分解能を向上させる方法がある。この技法は液浸リソグラフィと呼ばれ、この目的に適する投影対物レンズは、液浸対物レンズと呼ばれる。液浸リソグラフィの理論的利点は、開口数をＮＡ＞１の値まで増加させる可能性、したがって、分解能の増加又は焦点深度の改善の可能性にある。これは、不変の真空波長で達成されることができ、それにより、対応波長用に確立された光発生、光学材料の選択、塗布技術などの技法をほぼ変化させないで転用することができる。また、浸漬媒質の使用は、約ＮＡ＝１以上の非常に高い開口数を有する投影対物レンズを使用するための前提条件である。

１９３ｎｍの場合、屈折率ｎ_１≒１．４３７の超純水が適当な浸漬液として卓越している。１５７ｎｍの場合、現時点では、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）をベースにした浸漬液が好ましい。１つの試験浸漬液は、１５７ｎｍでｎ_１＝１．３７の屈折率を有する（J. Vac. Sci. Technol. B 19(6) ２００１年１１／１２月、１ページ以降のM. Switkes及びM. Rothschildによる「Immersion Lithography at 157nm（１５７ｎｍでの液浸リソグラフィ）」と題する論文を参照されたい）。

有意義な測定結果には、所期の使用中の状態と同様、又はそれと同一の状態下で結像系の測定を実施することが好都合であるので、乾式システム用に確立されている測定技法を液浸対物レンズの測定に応用することがすでに試みられている。本出願人による未公開のドイツ特許出願第１０２６１７７５．９号には、たとえば、少なくとも測定期間中、浸漬液を保持することができる浸漬液室を形成するように、物体側構造体キャリア及び結像系間の隙間及び／又は像側構造体キャリア及び結像系間の隙間を画定するために、流体室を形成する手段を設ける点で、液浸システムの測定に適応させた測定システムが提示されている。この特許出願の開示内容は、参照によって本説明に援用される。

本発明者による観察によれば、液浸状態下での測定中、測定精度が徐々に悪化する可能性がある。
ドイツ特許出願第１０１０９９２９号米国特許出願第２００２／０００１０８８号欧州特許第１２３１５１７Ａ１号米国特許第６，３０７，６３５Ｂ１号国際特許第０２／４２７２８Ａ１号米国特許第５，７６９，９５４号米国特許第５，９７３，７７３号欧州特許第０４１８０５４号ドイツ特許出願第１０２６１７７５．９号 J. Vac. Sci. Technol. B 19(6) ２００１年１１／１２月、１ページ以降のM. Switkes及びM. Rothschildによる「Immersion Lithography at 157nm（１５７ｎｍでの液浸リソグラフィ）」と題する論文

本発明は、冒頭に述べたタイプの測定システムであって、液浸結像系の測定に適し、且つ浸漬液による測定精度の低下を回避する測定システムを提供することを目的とする。

本発明の解決手段は、特許請求の範囲に例示されている。

発明の実施の形態

本目的の解決策として、本発明は、一形態によれば、結像系の物体面上に配置されたパターンを結像系の像面上に結像するために設けられた光学結像系であって、結像系の物体側及び像側の少なくとも一方の上に配置された浸漬液によって結像することができる液浸系として構成される光学結像系の光学測定用の測定システムを提供する。測定システムは、測定構造体を有する少なくとも１つの構造体キャリアであって、浸漬液の領域内に配置されるように設けられ、且つ保護システムを割り当てられ、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした、少なくとも１つの構造体キャリアを備える。

好ましくは、測定システムは、物体側測定構造体を有する、結像系の物体側に配置すべき物体側構造体キャリアと、像側測定構造体を有する、結像系の像側に配置すべき像側構造体キャリアとを備え、結像系によって物体側測定構造体を像側測定構造体上に結像したとき、重ね合わせパターンが生成されるように、物体側測定構造体及び像側測定構造体を互いに一致させており、さらに重ね合わせパターンの局部分解収集用の検出器を備え、物体側測定構造体キャリア及び像側測定構造体キャリアの少なくとも一方は、浸漬液の領域内に配置されるように設けられ、且つ保護システムを割り当てられ、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにしている。

冒頭に述べたように、光学結像系の調節、品質認定及び特徴付けの間、結像系の像面の領域内に像側測定構造体を使用することを想定する測定技法によって考えられる動作モードにおいて結像系を測定することが必要であろう。その測定技法は、たとえばモアレ測定技法、点回折測定技法、又は記載したシヤリング干渉法であることができる。

品質認定すべき結像系が、有効動作中に最後の像側光学素子及び像面間に浸漬液が設けられる液浸系である場合、有意義な測定結果を得るために、結像系の最後の光学素子と測定に使用される像側測定構造体との間の空間に、動作中に使用される浸漬液又は光学的に同様な浸漬液を部分的又は完全に満たすことが好都合である。

多くの既知の測定システムでは、像側測定構造体は、一般的に透明である基板に塗布された構造化薄層によって形成される。構造体キャリアは、石英ガラス又はフッ化物結晶材料の基板によって形成されることができ、この場合、所望の測定構造体を、たとえばエッチングによって形成するように構成された金属層が、基板表面に塗布される。典型的な例は、ガラス基板上のクロム層である。金属構造体は、液浸作業中に直接的に浸漬液に、また同時に短波測定放射光に暴露されることから、問題が発生するであろう。これらの状態での試験では、クロム層の漸進的劣化を確認することができ、これは、影響を受ける測定構造体の、したがって、それによって達成される光学効果の漸進的変化をもたらす。このように、監視が困難であるようにして、測定精度が低下する可能性がある。

適当な保護システムによって、劣化の恐れがある測定構造体を浸漬媒質による化学的及び物理的攻撃から保護する場合、これらの問題を回避することができる。浸漬液に関する光学状態の制御不能な低下を伴うことなく、構造体キャリアの劣化の恐れがある測定構造体が保護システムによって遮蔽されるように、保護システムを構成且つ配置すべきである。その結果、浸漬下での測定状態において、脅かされている測定構造体の長期的な安定性を生じることができ、それにより、実際の使用状態に近い動作状態下において高精度の測定が可能である。

構造体キャリアは多くの場合、好ましくは測定放射光を透過する基板を有し、測定構造体を形成する被膜が、その基板の少なくとも１つの基板表面に塗布されている。被膜は、たとえばマイクロリソグラフィ方法又は直接構成方法によって二次元的に構成されることができ、それにより、ほとんど透明な領域の横にほぼ不透明な（放射光が透過しない）領域が存在する。特に紫外線領域に適用する場合、容易に構成することができる金属又は合金の薄い被膜が有意義であることがわかっており、特にクロム又はクロム含有金属が有利であることができる。

保護システムは、被膜の、基板と反対側に面する側部に配置されることができ、また一部の実施形態では、基板の未被覆領域も覆い、他の実施形態では、被膜自体だけをほぼ覆う。保護システムは好ましくは、構造体を形成する被膜及び基板に対して、構造体を形成する被膜が、基板及び保護システム間に、その全側部がほぼ液密状態に閉鎖されるように塗布される。このように、劣化の恐れがある被膜材料のカプセル化を行うことができ、これにより、液浸測定状態下での構造体キャリアの長期的な安定性が確保される。

一発展では、保護システムは、測定放射光を透過する少なくとも１つの保護層を有する。特に、保護システムを保護層だけで形成することができる。保護層は、適当な薄層処理（たとえば、ＣＶＤ、ＰＶＤ又は関連の被覆処理）で生成されて、保護すべき測定構造体上に直接的に溶着される。別の発展では、測定構造体を形成する金属被膜に、浸漬液に対して被膜の材料より化学的に安定している金属を電気メッキする。パッシベーション層のようにしっかり付着する保護層を生成するために、測定構造体を形成する金属被膜の材料の反応生成物から保護層を形成することも可能である。

保護層は、単一材料層によって形成されることができる。たとえば、透明な固形材料製の略平行平面プレート又は薄層処理で生成された薄い個別層であることができる。保護層はまた、上下に重なる複数の材料層を有することもでき、また、たとえば誘電性交互層システムとして、又は被覆プレートとして形成されることができる。

一発展では、保護層は、浸漬液をほとんど透過しない少なくとも１つのバリア層を有する。バリア層は、浸漬液に対して実質的な化学的耐性を有する材料であって、バリア層の、基板と反対側に面する外側から、バリア層の、測定構造体に面する側まで貫通する細孔をほとんど有していない少なくとも１つのバリア層材料からなることができる。バリア層により、浸漬液が保護された測定構造体まで貫入して進むことをほとんどまったく防止することができる。バリア層は、単独で、又はさらなる材料層と組み合わせて設けられることができる。バリア層は、個別層として、又は多重層として形成されることができる。

一発展では、バリア層は、実質的に高パッキング密度の酸化物材料からなる。二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）は、干渉層システム内の無吸収低屈折率材料として１９３ｎｍまで使用されることができるので、この材料の使用が特に好都合であり、任意の適当な塗布技術、たとえばイオンスパッタリングを、ほぼ細孔をなくして適用することができる。

一実施形態では、設けられた保護層は、二酸化ケイ素の単層である。現在では、数十ナノメートル、たとえば約３０ｎｍ〜約１００ｎｍの幾何学的層厚さが適当であると見なされる。

保護層は、ここでは最も重要である、浸漬液による化学的／物理的攻撃に対する保護作用に加えて、明確に限定可能な光学作用、たとえば保護層及び浸漬液間の固体／液体境界面に対する反射防止作用もあるように構成されることができる。

保護層は、対応の動作波長をほぼ透過するとともに、浸漬媒質内にほとんど溶解しない少なくとも１つのフッ化物材料を有する少なくとも１つのバリア層を含むことができる。特に、動作波長に応じて、バリア層は、フッ化アクチニウム（ＡｃＦ_３）、フッ化ビスマス（ＢｉＦ_３）、フッ化エルビウム（ＥｒＦ_３）、フッ化ユーロピウム（ＥｕＦ_３）、フッ化ガドリウム（ＧｄＦ_３）、フッ化ホルミウム（ＨｏＦ_３）、フッ化マグネシウムカリウム（ＫＭｇＦ_３）、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）、フッ化イットリウムナトリウム（ＮａＹＦ_４）、フッ化ネオジム（ＮｄＦ_３）、フッ化サマリウム（ＳｍＦ_３）、フッ化テルビウム（ＴｂＦ_３）、フッ化チタン（ＴｉＦ_３）、フッ化ツリウム（ＴｍＦ_３）、フッ化バナジウム（ＶＦ_３）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）の材料の少なくとも１つを含有することができる、又は実質的にそのような材料からなることができる。上記材料はすべて、１９３ｎｍまで適する。特に、希土類フッ化物のＥｒＦ_３、ＧｄＦ_３、ＬａＦ_３及びＫＭｇＦ_３は、１５７ｎｍでも使用可能である。

保護層が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウムマグネシウム（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化タングステン（ＷＯ_２）、三酸化タングステン（ＷＯ_３）の酸化物材料の少なくとも１つを含有する、又は実質的にこれらの材料の１つからなる少なくとも１つのバリア層を有することも可能である。ここで、すべての材料が１９３ｎｍに適し、ＳｉＯ_２は、小さい層厚さを選択すれば、１５７ｎｍでも使用可能である。

保護システムが、保護すべき測定構造体と浸漬液との間に、必要ならば、測定構造体から距離をおいて、取り付けられた個別部品であることも可能である。存在しうる隙間には、たとえば、浸漬液と比べて攻撃性が低い液体を満たす、又は気体を満たすことができる。保護システムは、測定中に直接的に測定構造体上に載るように配置される、又は測定構造体及び浸漬液間に測定構造体から距離をおいて配置される透明な平行平面プレートを有することができる。プレート用の保持構造体、たとえば環状保持構造体は、それを所定位置に置くと、保護すべき測定構造体の側方を囲むことができ、それにより、測定構造体は、プレートによって形成された保護システム及び保持構造体によって液密状に閉鎖される。

乾式システム用の従来の測定システムでは、被膜が、試験すべき光束の光学特性を変化させるので、測定構造体の光学被覆が一般的に省略される。保護システムによる測定結果の悪化を最小限に抑えるために、測定システムの好適な実施形態では、システム全体からの測定値を保護システムの寄与によって補正する対策が講じられ、それにより、測定すべき結像系の特性に関する正確な結論が可能になるようにしている。この目的のため、好適な実施形態の評価装置は、重ね合わせパターンを評価するための評価プログラムと、重ね合わせパターンの構造体に対する保護システムの光学効果を計算によって考慮に入れるための補正プログラムとを備える。

補正は、代数的又はビーム光学的計算に基づくことができ、保護システムの特性は、その厚さ、材料又は材料の組み合わせ、透照領域内での屈折率又は屈折率の組み合わせによって考慮に入れられる。他の変更形での測定結果に対する保護システムの寄与は、保護されていない以外は同一の構造体キャリアとの比較測定によって実験的に決定される。

本発明はまた、光学結像系の光学測定用の測定システムのための、少なくとも１つの測定構造体を有する構造体キャリアに関する。これは、たとえば回折格子、モアレ測定法用の線構造体、又は少なくとも１つのピンホールを有する測定構造体であることができる。基板キャリアの使用点に存在する浸漬液から測定構造体を保護するために、測定構造体は保護システムによって保護され、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにしている。保護システムは、好ましくは保護層の自由面から保護すべき測定構造体まで貫通する細孔を有していない、たとえば石英の薄い単層によって形成されることができる。

上記及びさらなる特徴は、特許請求の範囲に加えて、明細書及び図面からも明らかになり、それぞれの場合で個々の特徴が、発明の実施形態において、又は他の分野において、単独で、又は複数を小組み合わせの形で実行されること、及び好都合であるとともに本質的に保護が可能である実施形態を表すことが可能である。本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下の本文でより詳細に説明する。

図１に概略的に示されている測定システム１００は、１９３ｎｍの動作波長で液浸リソグラフィによって微細構造半導体部品を製造するように構成されているマイクロリソグラフィ投影露光系に組み込まれた投影対物レンズ１５０の光学測定に使用される。多数のレンズからなり、縮小対物レンズとして作用する投影対物レンズ１５０は、入射側レンズ１５１及び出射側レンズ１５２によって概略的に表されており、所期の使用中、物体面１５５上に配置された構造体担持マスク（レチクル）のパターンを投影対物レンズの像面１５６上に結像する目的で使用され、像面１５６上には、構成すべき半導体ウェハに塗布される感光層が設けられている。この目的のために、レチクルが照明系１４０によって照明され、この照明系は、主光源として機能するレーザの放射から、投影対物レンズのテレセントリック要件に合致する照明光を形成する。

製造動作と測定動作との間の切り換えのため、たとえば、半導体部品の特定層用のレイアウトを記録しているレチクルを、測定システムの、物体側測定構造体１１１を塗布した物体側構造体キャリア１１０と交換する。ウェハの代わりに、像側測定構造体１２１を有する像側構造体キャリア１２０を像面１５６の領域内に取り付ける。この領域に局部分解検出器１３０が割り当てられており、この検出器は、像側構造体キャリア１２０と一緒に内外に切り換えられるか、像面の下方に永久的に据え付けられることができるかのいずれかである。

したがって、測定システムは、測定すべき結像系１５０の物体側に、投影露光系の照明系１４０と、物体側測定構造体１１１を備える物体側構造体キャリヤ１１０とを含み、物体側測定構造体１１１は、投影対物レンズ１５０に入射する測定放射光のコヒーレンスの所定の設定用のコヒーレンスマスクとして使用される。この目的のため、物体側測定構造体１１１は、物体面１５５上に配置されている。適当なコヒーレンスマスクの構成は、たとえば米国特許出願第２００２／０００１０８８Ａ１号に記載されており、その内容は参照によって本説明に援用される。

結像系１５０の像側でその像面上に配置された像側測定構造体１２１は、回折格子として構成され、したがって、ほぼ測定放射光の波長の大きさである寸法（たとえば、線幅及び線間隔）を有する格子構造体を備える。回折格子１２１を有する像側構造体キャリアは、移動矢印Ｂで表されるように、投影対物レンズ１５０の像面上を側方に移動することができるように構成されている。

放射方向において回折格子に続く検出器１３０は、二次元に延在する局部分解感光検出器素子１３２を有する。回折格子と検出器素子との間に顕微鏡対物レンズ１３１が配置されており、これは、検出器素子と一緒に環状取り付け具内に取り付けられている。顕微鏡対物レンズ１３１は、投影対物レンズのひとみ１５３の領域を検出器素子１３２上に結像するように構成されており、検出器素子は、たとえば画像記録カメラのＣＣＤアレイとして実現される。検出器素子によって記録されたシヤリング干渉分光の干渉パターンを評価装置１６０によって評価し、それにより、投影対物レンズの結像挙動及び／又はその像欠陥又は波面収差を表す結像パラメータを決定することができる。

そのようなシヤリング干渉計の機能は、この程度まで既知であり、したがって、詳細には説明しない。

測定システムの特別な特徴は、それが、半導体製造における所期の使用中、投影対物レンズの出射面とウェハに塗布されたレジスト層の像面１２１上に配置された表面との間の狭い隙間に、空気又は真空と比べて屈折率が高い浸漬液を満たしている液浸対物レンズ１５０の測定用に構成されていることである。このように、不変の真空動作波長で分解能及び焦点深度を増加させることができる。

投影対物レンズの所期の使用中に支配的である光学状態下において測定を実行できるようにするために、測定システム１００を対応の液浸動作に適応させる。この目的のため、測定用に、流体室が、対物レンズ出射面と像側測定構造体１１１との間にベローズ１７０、又は流体室を形成する他の適当な手段によって形成され、それにより、測定中、例示的な場合では超純水からなる浸漬液１７１を、対物レンズ出射面及び回折格子間に配置することができる。任意選択であるが、像側構造体キャリア１２０及び検出器１３０間の隙間にも浸漬液１７６を満たすことができ、これは開口数Ｎ＞１での測定には必須である。この場合、ベローズ手段又は他の流体室形成手段を回折格子キャリア１２０及び検出器間にも設けることができる。

浸漬液を問題の隙間に入れてそこに保持する仕方は、本発明にとって重要ではないことを指摘する必要がある。適当な小さい軸方向長さの隙間を設ければ、毛管力が浸漬液を隙間内に十分に保持することができる（図２を参照）。

図２には、測定システム１００の像側部分が詳細に示されている。像側構造体キャリア１２０は、使用される測定放射光を透過する材料であって、１９３ｎｍ用の測定システムでは通常は合成石英ガラスであり、１５７ｎｍ用のシステムでは一般的にフッ化カルシウムである材料からなる平行平面プレート１２２を有する。回折格子１２１は、クロムの微細構造被膜によって形成され、この被膜は、投影対物レンズの方に向けられる平坦な基板表面に塗布される。回折格子の可能な構造体の例、たとえばチェッカー盤様の回折格子が、米国特許出願第２００２／０００１０８８Ａ１号に示されている。

回折格子１２１を形成するクロム層は、浸漬液と比較的長期間にわたって接触する場合、短波測定放射光の作用を受けて損傷し、それにより、クロムの溶解又は分離の結果として、且つ／又は浸漬液及びクロム間の反応生成物の溶着の結果として、たとえば線幅及び／又は線間隔が徐々に変化しうるという危険がある。測定精度に有害であるこれらの劣化現象を回避するために、回折格子１２３は、保護システム１２５によって浸漬媒質による攻撃から保護される。保護システム１２５は、石英（ＳｉＯ_２）の単一の保護層によって形成され、この保護層は、構造体を形成する被膜１２１の構成に続く薄層処理において、回折格子被膜の、基板と反対側に面する側部及び側縁部の両方を保護層が保護状態に覆うように、蒸着などによって被膜に塗布される。このため、感光像側測定構造体１２１は、全側部が保護石英によって包囲され、したがって、カプセル化される。

石英層１２５のイオンアシスト生成中の適当な工程管理により、石英層はほぼ無細孔である、すなわち、浸漬液に面する外側から保護金属被膜１２１まで貫通する細孔がない。保護層の透明石英材料はまた、水に対する化学的耐性を有するので、液体に溶けないとともに液密であるバリヤ層１２５による感光測定構造体１２１の永久保護が確保される。

適当な厚さ（たとえば３０ｎｍ〜１００ｎｍ）の単層の石英被膜が、保護層としてのその目的に必要な境界条件を満たすことがわかっている。これらには、放射光の安定性、使用される測定放射光に対する十分な透明性、浸漬液及びその内部に溶解することができる物質に対する化学的安定性、及び／又は放射光によって生成された浸漬液の反応生成物及び／又はその内部に溶解している物質に対する化学的安定性が含まれる。さらに、回折格子のクロム材料及び（化学的に同一の）基板に対する化学的安定性と同様に、保護層の有効性にとってきわめて重要である密封特性が得られる。他の適当な層システムが、本出願人の、２００３年１２月１９日に出願された米国特許仮出願第６０／５３０，６２３号に示されており、その内容は、参照によって本明細書に援用される。

干渉写真の評価において、本実施形態では、保護層１２５は、実際に求める結像系の光学特性に重なる光学効果を有することを考慮に入れる。この場合、第１近似化に対して、保護層を、結像系の波面に対して球対称的に寄与する、回折格子上の平行平面プレートとして考慮に入れる。評価装置に組み込まれた評価プログラムは、この効果を考慮に入れるための補正プログラムを含み、これは球面収差の導入に対応する。この目的のため、平面プレートの作用に関する既知の関係（たとえば、Schroederによる教科書「Technische Optik」［Techinal Optics］Vogel Buchverlag第８版（１９９８年）を参照されたい）に基づいて、厚さや屈折率などの保護層の光学特性を使用することにより、保護層が測定結果に与える寄与は、代数的又はビーム光学的計算によって決定され、その結果の補正値が、計算補正で考慮される。

別の補正方法では、測定システムの実験的校正が行われる。この目的のために、保護層を備える回折格子と被膜なしである以外は同一の回折格子との比較測定により、測定結果に対する保護層の寄与が実験的に決定される。次に、干渉写真の評価時に、この寄与が考慮に入れられる。比較測定は、異なった構造体キャリア上で行うことができる。比較すべき構造体を同一の構造体キャリア上に置くことも可能である。被膜なしの対比構造体は、たとえば同一基板キャリアの、被膜されていない、すなわち保護層がない部分によって形成されることができる。このように、現場比較測定が可能であり、その結果は、測定中に存在する光学状態と動的に連係する。

測定結果に対する保護層の補正すべき影響は、保護層及び浸漬液間の屈折率の差が小さいほど、少ない。１９３ｎｍでの屈折率が約１．４３７である超純水の浸漬液の場合、（平均）屈折率が石英（ｎ≒１．５６）と比べて低い保護層材料を使用することにより、これを達成することができる。たとえば、低屈折率の保護層には、フッ化物材料、たとえば上記希土類フッ化物材料を使用することができる。

また、１９３ｎｍの液浸リソグラフィにおいて、最近では、屈折率を高める添加物によって使用する水の屈折率を高めようと試みられている点に関しても、石英被膜は有利であることを指摘しなければいけない。たとえば、硫酸塩、アルカリ、たとえばセシウム、又はリン酸塩を水に添加することにより、屈折率が超純水のものより高いイオン化液体を生成することができるであろう（D. Lammersによる“‘Doped water’ could extend 193 nm immersion litho”（「ドープ水」が１９３ｎｍ液浸リソグラフィを伸展させることができる）というタイトルのインターネット出版、http:/www.eetimes.com/semi/news/jan.2004を参照されたい）。このように、石英層との屈折率の差を、上記補正を不要にすることができる程度まで、減少させることができる。

１５７ｎｍの動作波長では、たとえばパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）が適しており、これは、１５７ｎｍで十分に透明であり、現時点でマイクロリソグラフィに使用されている幾つかのフォトレジスト材料と適合する。試験した１つの浸漬液は、１５７ｎｍでの屈折率ｎ_１＝１．３７である。液体に対する耐性を有する保護層に適した材料は、たとえば１５７ｎｍで透明である上記希土類フッ化物である。

本発明に従って保護された測定構造体を有する構造体キャリアは、他の測定原理に従って動作する測定システムにも有用である。たとえば、物体側測定構造体を像側測定構造体上に結像したとき、冒頭に述べたように、モアレ模様が発生するように、物体側測定構造体及び像側測定構造体を互いに一致させることができる。モアレシステムの場合の、図１に従った測定システムの回折格子構造体との１つの違いは、物体側測定構造体の物理的コヒーレンス特性が、測定において回折効果が該当する役割をまったく果たさないように選択されることである。

図３には、浸漬動作用の点回折干渉計として構成された測定システム３００の一実施形態が示されている。同一又は対応機能部には、図１と同じ参照番号に２００を加えた番号が付けられている。

照明系３４０の次に続く結像系３５０の物体側に、物体側構造体キャリア３１０が設けられており、これは、第１球面波を発生するために物体面３５５上に配置されたピンホール３１２付きの物体側測定構造体３１１を有する。第１波とコヒーレントな第２球面波を発生するために、ピンホールマスク３１０と投影対物レンズの入射側レンズ３５１との間に、回折格子３１５の形のビームスプリッタが設けられている。代替として、物体側ピンホール測定構造体の前方に、又は像側で対物レンズ出射側及び像側測定構造体間に、やはりピンホール測定構造体として形成されたビーム分割回折格子を配置することができる。位相偏移のために、ビーム分割回折格子３１５は、移動矢印Ｂで示されているように、側方へ移動することができるように構成されている。

投影対物レンズの像面３５６上又は像面の近傍に位置する像側測定構造体３２１（図４を参照）は、回折によって球面基準波を発生するために、第２ピンホール３２２を有する。基準波を発生するための放射光は、図３にそれぞれ連続線及び破線によって概略的に示されている、回折格子３１５によって与えられて結像系を通る第１又は第２球面波の画像化から発生する。試料波が自由に通過できるようにするために、像側測定構造体は、ピンホール３２２に加えて、より大きい第２開口３２３を有する。このように、基準及び試料波のコヒーレントな重ね合わせが、検出器素子３３２の検出面上で起きて、生成された干渉模様を検出器素子３３２によって局部分解式に検出し、且つ下流側に接続された評価装置３６０によって評価することができる。

ここでも、投影対物レンズ３５０は、液浸対物レンズであり、そのため、投影対物レンズと像側測定構造体３２１との間に配置された浸漬液３７１によって測定が好都合に実行され、像側構造体キャリア３２０及び検出器間にも浸漬液３７６を設けることが可能である。

図４からわかるように、像側構造体は、石英基板３２５に塗布されたクロム被膜３２１によって形成されており、それには、動作波長に匹敵する直径を有するピンホール３２２と、それに比べて相当に大きい第２開口３２３とがカットアウトとして設けられている。厚さが約３０ｎｍ〜１００ｎｍの密閉石英保護層３２５が、ピンホール３２２及び基準開口３２３の透明領域とまったく同様にして、クロム被膜によって形成された不透明領域全体を、側方重なり部分を伴って覆う。

図１及び図２による実施形態の場合と同様に、測定結果の補正のために、ここでも点回折干渉写真の評価に石英被膜３２５の光学効果を考慮に入れることができる。

図５は、液浸動作に適応させたシヤリング干渉法のための測定システムの別の実施形態の、投影対物レンズの像側に配置された構成部品の詳細図である。同一又は対応する機能部には、図２と同じ参照番号に４００を加えた番号が付けられている。

本実施形態では、多くの従来型測定構造体のように、浸漬液５７１から保護すべき像側測定構造体５２１は、薄い光学被膜を備えておらず、被覆されていない。浸漬液からの保護は、測定構造体５２１を、回折格子５２１の周囲に環状に配置すべき保持構造体５２６によって回折格子５２１から上方にわずかに離して保たれている平行平面透明プレート５２５によって覆うことによって行われる。液密且つ液体に対して耐性を有する保持リング５２６の高さは、自立形プレート５２５と測定構造体との間に中空空間が生じるような寸法になっている。平面プレートは、システムの動作波長の放射光を透過することができるとともに、照射状態において、使用された浸漬液、及びおそらくはその中に溶解する物質又は反応生成物に対して十分に化学的に安定している材料からなる。図示の１９３ｎｍシステムでは、プレート５２５は合成石英ガラスからなり、１５７ｎｍシステムの場合、プレート材料としてフッ化カルシウムを使用することができる。反射防止のために、プレートは、その平坦なプレート面の一方又は両方に薄い光学層を備えることができる。プレートは、保持構造体５２６と協働して、測定構造体を液密状態で包囲する保護システムを形成する。

プレート５２５と測定構造体５２１との間に形成された中空空間には、測定状態に応じて、気体又は第２浸漬液を満たすことができる。第２浸漬液を満たす場合、これの選択は好ましくは、構造体５２１を形成しているクロム被膜の材料を動作波長の照射状態下で攻撃しないとともに、平面プレートより屈折率が低いように行われるべきである。この場合、平面プレートと測定構造体との間に適当な距離を選択することにより、結像ビーム経路上の平面プレートの光学効果を機械的／光学的方法で補償できる可能性がある。この場合、中空空間の高さの選択は好ましくは、平面プレート５２５によって誘発された球面収差が、低屈折率の透明液の略平行平面層によってほとんど、又は完全に補償されるように行われる。代替として、ある中空空間の場合、平面プレート５２５の厚さを適当な再機械加工ステップによって中空空間の高さと一致させることもできる。これらの場合、測定結果の上記補正を省くことができる。第２浸漬液を使用するときのさらなる利点として、結像系に使用される第１浸漬液５７１に関係なく、照射状態下においても基板５２２上の測定構造体を攻撃しない、又は第１浸漬液５７１と同程度までも攻撃しない液体を選択することができる。

中空空間に気体を満たす場合、気体の屈折率は透明な固形体より低いので、中空空間の補償特性を十分に満足させることができる。気体を満たす場合、これを制御可能な正圧に保ち、それにより、第１浸漬液５７１の作用によって考えられる平面プレート５２５の不良を回避することができるようにする対策を講じることができる。この目的のため、加圧気体接続部５２７を保持リング５２６に設けることができる。中空空間内に第２浸漬液を使用するとき、その接続部を使用して、中空空間にこの液体を満たすこともできる。この装置の発展において、第２浸漬液を第２接続部５２８から引き出し、それにより、液体回路を生じることができる。これには、たとえば放射によって誘発された汚染を洗浄効果によって減少させることができるという利点がある。

上記の屈折率補償のための、保護システムの透明部分として機能する平面プレート５２５と保護すべき測定構造体５２１との間の距離の決定は、特に以下の２つの方法で行われることができる。第１に、計算方法では、動作波長における平面プレートの厚さ及び屈折率と第２浸漬液又は気体の屈折率とが十分に正確にわかっている場合。代替又は追加的に、像側測定構造体５２１及び平面プレート５２５間の軸方向隙間の連続的調節を可能にする装置を使用することにより、上記のように変更されていないが、他の点では構造的に同一である像側基板キャリア５２０との比較測定を実行することができる。この設定は好ましくは、同一の試験対物レンズで、保護システム付きの測定の測定結果が、保護システムなしの測定の測定結果と大して違わなくなるまで、徐々に変化させることによって実行される。

本発明の発展において、測定構造体上の保護被膜の光学効果を最小限に抑えるために、下側の構造体層のために考えられる形状のずれを補正する機械加工ステップにより、保護層を再機械加工するための対策が講じられている。たとえば、そのような機械加工ステップは、研摩処理であることができ、これにより、高精度の平坦面が保護層の外側に生じ、放射光入射面として使用される。塗布処理のために被膜の外側がすでに平坦である場合、そのような機械加工ステップを省くことが可能である。図２に示された実施形態では、保護層１２５は光学的に平坦な外面１２６を有するが、保護層１２５の層厚さは、金属層１２１を有する不透明領域と、その間に位置する、金属層１２１を有していない透明領域との間で大きく変化する。

基板と測定構造体を形成する被膜とを光学的に透明な層材料で完全に密封する上記保護被膜の代替として、測定構造体を形成する構造体層の金属構成部品だけに適当な保護システムを設けることも可能である。この方法の１つの利点は、入射光用の光路にビーム光学変化がまったくないことであるが、いずれの場合も（測定構造体の一般的な構造体寸法次第で）、回折特性にわずかな構造的変化があり、それにより、保護システムの光学効果が相当に低くなることを予想することができる。

１つの発展では、測定構造体を形成する金属被膜（たとえばクロム製）に別の金属、たとえば、浸漬液に対して化学的により安定している金を電気メッキする。電気化学的塗布のため、この選択的に塗布された保護層は、測定構造体を形成する被膜の導電材料（たとえばクロム）だけに付着し、非導電性の基板材料（たとえばガラス）には付着しない。電気メッキの前提条件として、保護すべき構造体は、たとえば相互に接続されることにより、導電接触させることができなければならない。線格子（図６）の場合、これは、電気接点６２６に接続された接続構造体６２７を格子構造に組み込むことによって行われることができる。特にシヤリング干渉法に適するチェッカー盤様構造体（図７）では、小さい接続ランド７２７を構造に組み込み、その１つを電気接点につなぐことにより、個々のクロムフィールド７２８への電気接続を確保することができる。

別の実施形態では、測定構造体を形成する被膜の材料の金属層に化学処理を施し、それにより、浸漬液に対して金属自体より化学的に安定している接続部を被膜の表面に生成する。このタイプのパッシベーションは、たとえばアルミニウムについて既知である。大気中の酸素に関連した特殊な状態下において、アルミニウムは、表面に酸化アルミニウムのパッシベーション層として知られるものを形成し、これにより、それは水又は酸素とのさらなる反応に対して不活性化される。このように、測定構造体を形成する被膜材料と適当な周囲媒体との化学反応によって生成されるパッシベーション層により、保護層を形成することもできる。その場合、この保護層は、構成成分として被膜材料自体を含む。

本発明は、像側に取り付けるべき構造体キャリアの保護に限定されない。また、物体側に取り付けるべき構造体キャリアの測定構造体を、たとえば図１に示されたコヒーレンスマスク１１０、図３に示されたピンホールマスク３１０及び回折格子３１５又はモアレマスクを本発明に従って保護することもできる。これは特に、測定される結像系において、有効動作中に浸漬液が物体側に、たとえばマイクロリソグラフィシステムのレチクルの領域内に使用される場合に当てはまる。

マイクロリソグラフィ投影露光系に組み込まれた液浸投影対物レンズの光学測定用のシヤリング干渉測定システムの一実施形態の概略的な側面図である。図１に示された測定システムの像側に配置された構成部品を、石英保護層によって保護された像側測定構造体とともに示す詳細図である。点回折干渉法によって測定するための、液浸投影対物レンズ用の測定システムの概略的な側面図である。図３の点回折干渉計の像側測定構造体の概略的な斜視図である。石英ガラス製の平面プレートによって保護された像側測定構造体を有する測定システムの別の実施形態の像側上に配置された構成部品の詳細図である。は、電気メッキによって生成された保護層によって保護された線格子の概略説明図である。電気メッキによって生成された保護層によって保護されたチェッカー盤回折格子の概略説明図である。

Claims

結像系の物体面上に配置されたパターンを結像系の像面上に結像するために設けられた光学結像系であって、結像系の物体側及び像側の少なくとも一方の上に配置された浸漬液によって結像することができる液浸系として構成される光学結像系の光学測定用の測定システムにおいて、
測定構造体を有する少なくとも１つの構造体キャリアであって、浸漬液の領域内に配置されるように設けられ、且つ保護システムを割り当てられ、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした構造体キャリアを備える、測定システム。
物体側測定構造体を有する、結像系の物体側に配置すべき物体側構造体キャリアと、
像側測定構造体を有する、結像系の像側に配置すべき像側構造体キャリアとを備え、
結像系によって物体側測定構造体を像側測定構造体上に結像したとき、重ね合わせパターンが生成されるように、物体側測定構造体及び像側測定構造体を互いに一致させており、さらに
重ね合わせパターンの局部分解収集用の検出器を備え、
物体側構造体キャリア及び像側構造体キャリアの少なくとも一方は、浸漬液の領域内に配置されるように設けられ、且つ保護システムを割り当てられ、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした、請求項１に記載の測定システム。
構造体キャリアは、基板であって、測定構造体を形成する被膜が、少なくとも１つの基板表面に塗布される基板を備える、請求項１に記載の測定システム。
被膜は、金属又は合金、特にクロム又はクロム含有金属からなる、請求項３に記載の測定システム。
保護システムは、測定構造体を形成する被膜及び基板に対して、基板及び保護システムによって被膜の全側部がほぼ液密状に閉鎖されるように塗布される、請求項３に記載の測定システム。
保護システムは、測定放射光を透過する少なくとも１つの保護層を有する、請求項１に記載の測定システム。
保護システムは、測定構造体に塗布された保護層だけによって形成される、請求項１に記載の測定システム。
保護層は、測定放射光を透過する単一材料層によって形成される、請求項６に記載の測定システム。
保護層は、浸漬液をほとんど透過しない少なくとも１つのバリア層を有する、請求項６に記載の測定システム。
バリア層は、浸漬液に対して実質的な化学的耐性を有する材料であって、バリア層の、測定構造体と反対側に面する外側から、バリア層の、測定構造体に面する側まで貫通する細孔をほとんど有していない少なくとも１つのバリア層材料からなる、請求項９に記載の測定システム。
保護層は、二酸化ケイ素の単一層である、請求項６に記載の測定システム。
二酸化ケイ素の個々の層は、幾何学的層厚さが約３０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項１１に記載の測定システム。
保護層は、上下に重なる複数の材料層を有する、請求項６に記載の測定システム。
保護層は、保護層と浸漬液との間に形成された固体／液体境界面用の反射防止層として構成される、請求項６に記載の測定システム。
保護層は、測定構造体を形成する金属被膜の、浸漬液に対して被膜の材料より化学的に安定している金属製の電気メッキである、請求項６に記載の測定システム。
保護層は、測定構造体を形成する金属被膜の材料の、浸漬液に対して被膜の材料より化学的に安定している反応生成物からパッシベーション層のように形成される、請求項６に記載の測定システム。
保護層は、測定構造体を形成する下側の被膜のために考えられる形状ずれに関して、保護層の、放射光入射面として機能する外側が平坦面であるように補正される、請求項６に記載の測定システム。
保護システムは、構造体キャリアから分離した構成部品であって、測定構造体及び浸漬液間に取り付けられた、又は取り付けられることができる構成部品である、請求項１に記載の測定システム。
保護システムは、気体又は液体を満たすことができる隙間が、測定構造体及び保護システム間に生じることができるように構成される、請求項１に記載の測定システム。
保護システムは、測定中に測定構造体及び浸漬液間に配置される、測定放射光を透過する平行平面プレートを有する、請求項１に記載の測定システム。
保護システムは、プレート用の保持構造体であって、構造体キャリア上に載置されたとき、保護すべき測定構造体の側方を囲み、それにより、プレート及び保持構造体によって形成された保護システムによって測定構造体が液密状に閉鎖されるようにする、保持構造体を有する、請求項２０に記載の測定システム。
結像系の結像品質を説明する少なくとも１つの結像パラメータを重ね合わせパターンから決定するための評価装置が設けられ、該評価装置は、重ね合わせパターンを評価するための評価プログラムと、重ね合わせパターンの構造体に対する保護システムの光学効果を計算によって考慮に入れるための補正プログラムとを備える、請求項２に記載の測定システム。
保護システムの光学効果の決定は、少なくとも１つの測定変数を、保護システム付きの測定構造体について決定し、それにより、測定変数の第１測定値を決定できるようにし、また、他の点では同一である保護システムなしの測定構造体について決定し、それにより、測定変数の第２測定値を決定できるようにし、第１及び第２測定値間に差を生じる、請求項２２に記載の測定システム。
保護システム付きの測定構造体及び保護システムなしの測定構造体は、小領域だけに保護システムを設けた１つの測定構造体によって形成される、請求項２３に記載の測定システム。
光学結像系の光学測定用の測定システムのための構造体キャリアにおいて、保護システムによって保護された少なくとも１つの測定構造体であって、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした、少なくとも１つの測定構造体を有する構造体キャリア。
測定構造体は、回折格子である、請求項２５に記載の構造体キャリア。
測定構造体は、モアレ測定法のための線構造体である、請求項２５に記載の構造体キャリア。
測定構造体は、少なくとも１つのピンホールを有する、請求項２５に記載の構造体キャリア。
保護システムは、測定構造体上に配置された、測定放射光を透過するが浸漬液をほとんど透過しない保護層によって形成される、請求項２５に記載の構造体キャリア。
保護層は、二酸化ケイ素の単一層である、請求項２９に記載の構造体キャリア。
光学結像系の光学測定用の測定システムのための構造体キャリアであって、保護システムによって保護され、それにより、浸漬液によって引き起こされる劣化に対する測定構造体の耐性を高めるようにした、測定フィールドを制限するためのダイアフラム構造体を有する構造体キャリア。