JP2008541130A - 光学系フレアを原位置および原位置以外で測定する装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決課題】光学系により引き起こされたフレアの複素振幅の係数および強度の空間的変化特性を原位置および原位置以外で測定する装置および方法。
【解決手段】上記原位置および原位置以外での測定は、上記光学系の対物面内に同時に配置された一連の回折部位を使用することで共役結像面におけるフレアの測定済み特性に関する信号を増進する干渉的および非干渉的な測定から成る。上記回折部位は、ランダム化された相対位相を備える回折ビームを生成する。概略的に、上記干渉変化特性測定は位相シフト点回折干渉計測を採用することでトポグラフ的干渉信号を生成し、且つ、上記非干渉的測定はトポグラフ的干渉信号以外のフレア関連信号に基づく。上記トポグラフ的干渉信号およびフレア関連信号は検出器により、電気的干渉信号、又は、電気的なフレア関連信号、又は、記録媒体における対応露光誘起変化として生成される。
【選択図】図３ｂ
【解決手段】上記原位置および原位置以外での測定は、上記光学系の対物面内に同時に配置された一連の回折部位を使用することで共役結像面におけるフレアの測定済み特性に関する信号を増進する干渉的および非干渉的な測定から成る。上記回折部位は、ランダム化された相対位相を備える回折ビームを生成する。概略的に、上記干渉変化特性測定は位相シフト点回折干渉計測を採用することでトポグラフ的干渉信号を生成し、且つ、上記非干渉的測定はトポグラフ的干渉信号以外のフレア関連信号に基づく。上記トポグラフ的干渉信号およびフレア関連信号は検出器により、電気的干渉信号、又は、電気的なフレア関連信号、又は、記録媒体における対応露光誘起変化として生成される。
【選択図】図３ｂ
Description
本発明は概略的に、光学的画像化システムと、たとえば光学系の製造、および、夫々のリソグラフィック・ツールによる半導体ウェハおよび集積回路(IC)の如き多層構造の処理の間において光学系フレアを原位置および原位置以外で測定する方法とに関する。光学系フレアに関して獲得された情報は、光学系の製造と、リソグラフィック・ツールによるウェハのインプロセスのための先進プロセス制御(APC)とにおいて使用され得る。
本出願は、2005年5月18日に出願された米国仮出願第60/682,216号、2005年8月24日に出願された米国仮出願第60/711,020号、2005年9月6日に出願された米国仮出願第60/714,258号、2005年11月15日に出願された米国仮出願第60/737,102号、2006年4月5日に出願された米国仮出願第60/789,386号、および、2006年4月18日に出願された米国仮出願第60/792,895号の利益を主張するものであり、言及したことによりそれらの全てが本明細書中に援用される。
本出願は、2005年5月18日に出願された米国仮出願第60/682,216号、2005年8月24日に出願された米国仮出願第60/711,020号、2005年9月6日に出願された米国仮出願第60/714,258号、2005年11月15日に出願された米国仮出願第60/737,102号、2006年4月5日に出願された米国仮出願第60/789,386号、および、2006年4月18日に出願された米国仮出願第60/792,895号の利益を主張するものであり、言及したことによりそれらの全てが本明細書中に援用される。
一個以上の光学的要素を備える光学系であって、多数のレンズ要素を有する投影レンズ系の如き光学系、すなわち投影光学機器(PO)は、ウェハ・ステッパもしくはウェハ・ステップ／スキャナとして知られる光学的フォトリソグラフィック投影システムにおいて使用される。斯かる投影システムはたとえば、集積回路すなわちICの製造に使用される。フォトリソグラフィック投影システムにおいて、マスク内に存在するマスク・パターンは、その都度、たとえばUV範囲における365nmまたは深UV範囲における248nmの波長を有する投影ビームを以てPOにより基板の異なる領域(IC領域)上として、多数回に亙り画像化される。
光学系の収差を測定するひとつの技術は、点回折干渉計測(PDI)である。PDIは、波面の全体に亙る位相の変動を測定する所定等級の干渉計であって共通光路干渉計であり且つその等級の通常の利点を有するという干渉計として、非特許文献１および非特許文献２において呈示かつ記述されている。縞は振動に対して非常に安定的であり且つ白色光源が使用され得る。その可干渉性に対して必要ではないが、レーザはPDIに対して非常に有効な光源である、と言うのも、それは其処における相当に大きな光損失を克服するからである。斯かる干渉計において、通常は球面波もしくは平面波である可干渉的な基準波は、検証されつつある波と干渉させられる。この干渉は、縞位置の変動として、波面の全体に亙る位相差の変動を示す。PDIはその基準波を、上記光の内の幾分かの回折により、測定されつつあるビームの経路内に載置された点状の不連続部にて生成する。
PDIにより検証されつつある波は焦点へともたらされることで、それが到来した点ソースの画像であって通常は収差を有する画像を生成する。焦点面内に載置された吸収薄膜は自身内に、小寸のピンホールまたは小寸の不透明なディスクのいずれかとされ得る回折点を有する。上記波は上記薄膜を通して低減された振幅を以て透過されると共に、一定の光は上記回折点により球面波へと回折される。干渉計の通常の調節は可能である。画像の中心から側方に回折点を変位させることにより直線状の縞を導入するために、各波面間には傾斜が生成され得る。上記焦点面から外れる長手方向の変位は、円形の縞を導入する。
PDIは、小寸の回折ディスクが、対応して回折されたビームと非回折ビームとの間にπ／２の位相シフトを導入するというゼルニケの位相コントラスト試験に密接に関連する［非特許文献３を参照］。この試験は傾斜なしで使用されると共に、π／２の位相シフトは、ゼロ位相の位置を干渉最大箇所から離間移動することにより、小さな位相変動に対する感度を高める。ゼルニケの位相コントラスト試験は、収差の無い光学系のインターフェログラムに対するインターフェログラムの変化を検出する。
PDIの原理は、Ｙ．イチハラ(Y. Ichihara)による“干渉計”と題する特許文献１およびＧ．Ｅ．ソンマーグレン(G.E. Sommargren)による“位相シフト回折干渉計”と題する特許文献２に記述された如く、共通光路干渉計ではない他の形態の干渉計に対して適用されている。位相シフト(PS)はPDIに導入されることで、上記の特許文献２により記述された如き位相シフト点回折干渉計(PS／PDI)を生成することにより、結果的にインターフェログラムの干渉信号成分の測定を可能とする。
先行技術のPDIおよびPS／PDIにおいて、主として測定される量は光学系の瞳または周波数応答関数に関連しており、空間的なインパルス応答または透過関数は獲得もしくは決定されない。結果として、瞳関数の測定は、瞳関数の画像から成る表面であって、測定されつつある光学系の結像面から変位された表面上で行われる。先行技術のPDIおよびPS／PDIのこの特徴は、PDIもしくはPS／PDIの回折点および結果としての検出システムを光学系の結像面内に導入することが非実用的であるという用途において不都合を呈する。
先行技術において実施された如きPDIおよびPS／PDIの別の不都合は、縞の高い視認性を得るためのマスクにおける大きな吸収による、脆弱な信号である。
光学系での一定の収差の影響を検出すべく先行技術において使用された他の方法は、“自己基準式の動的ステップおよび走査フィールド内レンズ歪曲のための方法および装置”と題するＡ．スミス(A. Smith)による特許文献３に記述された光学系に対するフィールド内エラー・マップ、または、“原位置における干渉計機構”と題するＡ．Ｈ．スミス(A. H. Smith)およびＲ．Ｏ．ハンターＪｒ．(R.O.Hunter, Jr.)による特許文献４に記述された如き画像化システムにより形成されるアーチファクトによる画像の相対変位の測定に基づいている。
光学系の画像化特性を検出するために先行技術において使用される更に別の方法は、
試験用物体を光学系の対物面内に配置する段階と、
上記光学系の結像面内にレジスト層を配備する段階と、
上記光学系および画像化ビームにより上記試験用物体を画像化する段階と、
上記レジスト層を現像する段階と、
現像された画像を、原位置以外で、上記光学系の解像度に匹敵するか又はそれより相当に大きくされ得る解像度を有する走査検出デバイスにより検出する段階と、を備えて成る。
試験用物体を光学系の対物面内に配置する段階と、
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上記光学系および画像化ビームにより上記試験用物体を画像化する段階と、
上記レジスト層を現像する段階と、
現像された画像を、原位置以外で、上記光学系の解像度に匹敵するか又はそれより相当に大きくされ得る解像度を有する走査検出デバイスにより検出する段階と、を備えて成る。
上記走査検出デバイスの解像度が上記光学系のそれよりも相当に大きな場合、該検出デバイスによれば、上記光学系により生成される細部よりも相当に小さな細部の観察が許容される。
上述の先行技術の方法は、たとえば、リソグラフィック投影装置における光学系の原位置の収差を測定する方法に関するＫ．カイセ(K.Kaise)、Ｔ．ツカコシ(T. Tsukakoshi)およびＴ．ハヤシ(T. Hayashi)による特許文献５およびＰ．ディレクセン(P. Dirksen)およびＣ．Ａ．Ｈ．ジェファーソン(C.A.H.Juffermans)による特許文献６から公知である。
フォトリソグラフィック投影システムの目的は、増加し続ける個数の電子構成要素をICにおいて集積化することである。これを実現するためには、ICの表面積を増大すると共に構成要素のサイズを減少することが好適である。光学系に対してこのことは、一層小さな細部またはライン幅が、一層大きな画像フィールドにおいて良好に明確化された様式で画像化され得る様に、画像フィールドおよび解像度の両方が増大されるべきことを意味する。このためには、非常に厳しい品質要件に従うべき光学系が必要とされる。斯かる光学系を設計するための相当の労力および該システムを製造するための相当程度の精度にも関わらず、斯かるシステムは依然として、球面収差、コマ収差および非点収差、および特に、想起された用途に対して容認され得ないフレアの如き収差を呈し得る。故に実際問題としてリソグラフィック光学系は、回折が制限された理想的なシステムではなく、収差が制限され且つ背景が制限されたシステムである。
散乱光もしくは漂遊光とも称されるフレアは、光学系を通る所定以外の経路を通り到来する全ての不要な光を指している。フレアの発生源は多様であり、一般的な特性記述は、その影響領域、すなわちミッドレンジ・フレア(MRF)およびロングレンジ・フレア(LRF)により行われる。MRFは、問題となるパターンからの数ミリメートル〜100mmで散乱する光を含む。デバイスにおける透明領域の密度は、光学系フィールドの一定位置における散乱光の量を変化させる。これは、画像コントラストおよびCD均一性の低下、または、光近接効果補正(OPC)の再設計に繋がり得る。
投影ビームに対し、超UV(EUV)放射線、すなわち、数nm〜数十nmの範囲の波長における放射線のビームを使用することも提案されている。これにより光学系の解像度は、該システムの開口数(NA)を増大することなく、相当に増進され得る。EUV放射線に対して利用可能である適切なレンズ材料は無いことから、レンズ投影システムの代わりにミラー投影システムが使用されねばならない。リソグラフィック的なミラー光学系は、たとえばＤ．Ｍ．ウィリアムソン(D.M.Williamson)による特許文献７に記述されている。レンズ投影システムに対するのと同様の理由により、このEUVミラー光学系に対しても、原位置でフレアを測定する正確で高信頼性の方法が必要である。
収差およびフレアを原位置で測定すべく使用される方法の速度もしくはスループットもまた、方法の有用性を制限し得る。レジスト層内に形成された試験マスクの現像済み画像の原位置以外での測定に基づく方法には、低いスループットが伴う。同様に、たとえば非特許文献４および上記で引用された特許文献６に記述された如きSEMなどの走査検出デバイスにより現像済み画像が走査される場合にも、原位置以外での測定には低いスループットが伴う。
上記で引用された特許文献５においては、SEMの如き複雑な顕微鏡を使用する技術により必要とされる面倒な作業に対処する光学手段により現像済み画像を原位置以外で検出することが提案されている。この目的の為に、交互的に放射線透過的および放射線遮断的である帯片のひとつ以上のパターンを有する試験マスクすなわち振幅構造が使用される。投影システムのコマ収差は、斯かるパターンを以て検出され得る。該検出は、形成された画像における明るいもしくは暗い帯片の幅の測定、および／または、上記パターンの画像の端部における帯片同士の間における非対称性の測定に基づいている。
システムがレジストを露光かつ現像するという幾つかのフレア評価方法は広く知られている。その例としては、一定のレジストを用い、透明領域において透明化するための線量に対する、所定のレジスト・パターン収縮を達成するに必要な線量の増分の量の比率として、フレア量を定義するという“透明化線量”の決定[非特許文献５および非特許文献６を参照]、および、幾つかの寸法の比較的に大寸のラインおよび間隔から得られた、格子が出現する線量と格子を透明化する線量とに基づき、コントラストの空間周波数特性としてフレアの変調伝達関数(MTF)の定義[非特許文献７を参照]が挙げられる。これらの方法は、比較的に多くの線量を使用する。フレアと、CD均一性に関するその影響とを決定する別の提案方法は、第2の“フレア”露光の後におけるCD変化測定を介してである[非特許文献８を参照]。
米国特許第5,076,695号
米国特許第5,548,403号
米国特許第6,906,780号
米国特許第6,963,390B1号
欧州特許第0 849 638 A2号
米国特許第6,331,368B2号
欧州特許第0 779 528号
米国光学協会、第62巻、第737頁(1972)(J. Opt. Soc. Amer. 62, p 737 (1972))におけるＲ．Ｎ．スマルト(R. N. Smartt)およびＪ．ストロング(J. Strong)による表題"点回折干渉計(Point Diffraction Interferometer)"
日本雑誌、応用物理、第14巻、第351頁(1975)(Japan J. Applied Physics 14, p 351(1975))におけるＲ．Ｎ．スマルト(R. N. Smartt)およびＷ．Ｈ．スチール(W. H. Steel)による表題"点回折干渉計の理論および用途(Theory And Application Of Point-Diffraction Interferometers)"
"光学的工場試験"、第2版、Ｄ．マラカラ編集、ワイリー(1992)(Optical Shop Testing, 2nd Edition, D. Malacara, Ed., Wiley (1992)) 8.5.1項の表題"ゼルニケ試験およびそのスマルト干渉計に対する関係(Zernike Test and Its Relation to the Smartt Interferometer)"
SPIEの講演要旨集(Proceedings of SPIE)、第4346巻(2001)、第1379頁、"光学的マイクロリソグラフィ(Optical Microlithography)"、第XIV版、Ｃ．Ｊ．プログラ(C. J. Progler)編におけるＭ．メールス(M. Moers)、Ｈ．ファンデル・ラーン(H. van der Laan)、Ｍ．ツェレンラス(M. Zellenrath)、ウィム・デ・ベージ(Wim de Boeij)、Ｎ．ビュードライ(N. Beaudry)、Ｋ．Ｄ．カミングス(K. D. Cummings)、Ａ．ファン・ツヴォル(A. van Zwol)、Ａ．ベッヒト(A. Becht)およびＲ．ウィラーカース(R. Willekers)による表題"レンズ品質を決定してそのリソグラフィック性能を予測するための収差リング試験(ARTEMIS(登録商標))の用途(Application Of The Aberration Ring Test (ARTEMISTM) To Determine Lens Quality And Predict Its Lithographic Performance)"
SPIEの講演要旨集、第2197巻、第566頁(1994)におけるＪ．Ｐ．カーク(J.P. Kirk)の"フォトリソグラフィック・レンズにおける散乱光(Scattered Light in Photolithographic Lenses)"
SPIEの講演要旨集、第3679巻、第368頁(1999)におけるＥ．ルース(E. Luce)、Ｂ．ミンゲッティ(B. Minghetti)、Ｐ．シアヴォン(P. Schiavone)、Ｏ．トウボラン(O. Toublan)およびＡ．Ｐ．ウェイル(A.P. Weill)の"0.25−μm未満のパターン化に対するフィールド内CD制御に関するフレア影響(Flare Impact on the intrafield CD Control for Sub-0.25-um Patterning)"
SPIEの講演要旨集、第4691号、第44頁(2002)、Ｂ．Ｍ．ラ・フォンテーヌ(B.M. La Fontaine)等の"低k1のKrFおよびArFリソグラフィに関するフレアおよびその影響(Flare and its Impact on Low-k1 KrF and ArF Lithography)"
SPIEの講演要旨集、第4346巻、第1388頁(2001)、Ａ．ボーロフ(A. Bourov)、Ｌ．リット(L. Litt)およびＬ．ツァビアロフ(L. Zavyalova)の"248nmおよび193nmのリソグラフィ・システムに対するCD変動に関するフレアの影響(Impact of Flare on CD Variation for 248-nm and 193-nm Lithography Systems)"
現像済み画像の測定が成されるという先行技術においては、レジストにおける“潜像”の現像は高度に非線形のプロセスであり、これは、原位置における収差およびフレアの原位置以外での測定に基づく方法の有用性を制限し得ることが認識されるべきである。特に上記非線形プロセスは、未現像のレジスト内における潜像に含まれた３次元的なトポグラフ的情報およびフレア関連情報を、ウェハの平面において現像された２次元的な形状へと変換する。
上記の考察からは、リソグラフィック・ツールにおいて使用される如き光学系におけるフレアの原位置および原位置以外での測定に対して高スループットを有する高信頼性で正確な方法に対して高まりつつある要望が在ることが明らかである。
本発明の種々の実施例は、光学系により引き起こされたフレアの複素振幅の係数および強度の空間的変化特性の原位置および原位置以外での測定を行う。上記原位置および原位置以外の測定は、光学系の対物面内に同時に配置された一連の回折部位を使用することで共役結像面におけるフレアの測定済み特性に関する信号を増進する干渉的および非干渉的な測定を備える。上記回折部位は、ランダム化された相対位相を備える回折ビームを生成する。フレアの複素振幅の係数および強度の干渉的な変化特性測定に対し、本発明の種々の実施例はPS／PDIを使用することで、複素フレア振幅の共役直交位相に関するトポグラフ的干渉信号を生成する。フレアの強度の上記非干渉的な変化特性測定は、トポグラフ的干渉信号以外のフレア関連信号に基づく。フレアの複素振幅の共役直交位相に関する情報の獲得は、光学系の共役結像面における干渉信号の測定を行うべくPS／PDIの適合化に基づく。
先行技術のPS／PDI技術と対照的に、本発明の種々の実施例において使用されるフレアの干渉変化特性測定は、試験中の光学系の対物面内に同時に載置されたひとつ以上の回折部位の配列を備える試験用物体を使用することで、原位置でのトポグラフ的干渉信号を生成する。上記トポグラフ的干渉信号は、フレアの複素振幅変化特性の共役直交位相に関連する。本発明の一定の実施例における上記光学系の機能は、たとえばCCDなどの光子検出器の如き検出器により、または、検出器の役割を果たす例えばフォトレジスト、光屈折媒体もしくは写真媒体などの記録媒体の特性における露光誘起変化により、干渉計の基準および測定ビーム経路を提供することである。基準および測定ビームは、干渉計におけるビームスプリッタの役割を果たす一連の回折部位を備える試験用物体により生成される。光学系のフレアの干渉変化特性測定が行われるという本発明の他の一実施例において、光学系は干渉計の測定ビーム経路を提供する。上記一定の実施例および他の一実施例の干渉計に対するビームのソースは、ウェハに対して書き込みを行う対応リソグラフィック投影システムにより使用されるのと同一のソースとされ得るか、または、適切な試験用物体が生成され得るという光学系の動作に匹敵する異なるソースとされ得る。
本発明の更なる他の一実施例に対し、試験中の光学系の対物面内に載置された一個以上の回折部位の配列は、フレアの強度の非干渉的な変化特性測定を獲得すべく使用される。更なる他の一定の実施例に対するビームのソースは、ウェハに対して書き込みを行う対応リソグラフィック投影システムにより使用されるのと同一のソース、または、適切な試験用物体が生成され得るという光学系の動作に匹敵する異なるソースとされ得る。非干渉的な変化特性測定において獲得されるフレア関連信号は、たとえばCCDなどの光子検出器の如き検出器により、または、検出器の役割を果たす例えばフォトレジスト、光屈折媒体もしくは写真媒体などの記録媒体の特性における露光誘起変化により記録される。
一定の実施例および他の一実施例の記述を続けると、基準および測定ビームは、検出器平面における基準ビームの複素振幅は収差に感応せず且つフレアと光学系の光軸の変位とに対して比較的に小さな感度を有する一方、上記検出器平面において上記光学系により上記測定ビームから引き続き形成された上記試験用物体の画像の複素振幅が上記光学系のフレアに対して感応的である如く生成される。上記トポグラフ的干渉信号は、電気的干渉信号として検出器により、または、記録媒体における露光誘起変化の結果として該記録媒体のひとつ以上の特性であって光学系により引き起こされたフレアの複素振幅の有用な領域に亙り実質的に線形であるというひとつ以上の特性において生成される。
光学系フレアの原位置での複素振幅変化特性の影響の共役直交位相に関する情報は、トポグラフ的干渉信号の原位置または原位置以外での測定から獲得される。トポグラフ的干渉信号に対応する記録媒体における露光誘起変化により生成された特性の変化は、干渉技術により原位置もしくは原位置以外で、または、AFMもしくはSEMの如き技術により原位置以外で測定される。
本発明の一定の実施例および他の一定の実施例は、光学系フレアの複素振幅の係数および強度の変化特性の情報の獲得に関して増進された感度を呈する。上記増進は、干渉技術を使用して光学系フレアの複素振幅に関するトポグラフ的干渉信号を生成し、且つ、光学系の物体空間に同時に配置された一連の回折部位であってランダム化された相対位相を備える回折ビームを生成するという一連の回折部位を使用した結果である。本発明の更なる他の一定の実施例もまた、光学系フレア強度の変化特性の測定に関して増進された感度を呈する。更なる他の一定の実施例に対する増進は、記録された信号における光学系フレアの強度の効果を増進する技術を使用し、且つ、光学系の物体空間内に同時に配置さえた一連の回折部位であってランダム化された相対位相を備える回折ビームを生成するという一連の回折部位を使用した結果である。上記記録された信号は、たとえばCCDなどの光子検出器、または、記録媒体における露光誘起変化により生成され得る。
上記トポグラフ的干渉信号および記録媒体に記録されるフレア関連信号は、露光後処理ありでもしくはなしでフォトレジスト(レジスト)もしくは写真媒体の屈折率、密度および／または厚みにおける対応変化を備える誘起化学反応を通しての化学組成物の露光誘起変化により、且つ、光屈折媒体における電荷分布の露光誘起変化であって(ポッケルス)電気光学効果すなわち光屈折効果により屈折率を変化させるという露光誘起変化により、生成される。上記トポグラフ的干渉信号、および、フレアの非干渉的測定において生成されたフレア関連信号であって記録媒体に記録されたフレア関連信号は、IR乃至VUVおよびEUVで動作する干渉計測システムおよび干渉画像化計測システムを用いて測定される。
記録媒体を用いてフレア関連信号を記録するという本発明の更なる他の一定の実施例もまた、暗視野モードで動作する記録媒体における露光誘起変化における変動を干渉的に検出することを可能とすべく反射防止(AR)保護膜層を使用することで増進された感度を呈する。本発明の上記一定の実施例、上記他の一定の実施例および上記更なる他の一定の実施例においては、本出願と同様に本出願人が所有し且つ両件ともにヘンリー．Ａ．ヒルに対すると共に“ペリクル・ビームスプリッタおよび非適応的および／または適応的な反射光学表面を備える反射光学画像化システム(Catoptric Imaging Systems Comprising Pellicle Beam-Splitters and Non-Adaptive and/or Adaptive Catoptric Surfaces)”と題する米国仮特許出願第60/506,715号(ZI-56)および米国特許出願第11/231,544号(ZI-56)に記述された如く、たとえばUV、VUVおよびEUVビームなどのビームの検出において蛍光スクリーンまたは蛍光スポット配列が使用され得る。上記仮特許出願および特許出願の内容は、言及したことにより全体的に本明細書中に援用される。
露光時におけるレジスト層の褪色、すなわち、屈折率の虚数部分の変化、屈折率の実数部分の変化、密度の変化、および、厚みの変化は、雑誌“応用物理”(J. Appl. Phys)、第89巻、第8163頁(2001)においてＡ．エルドマン(A. Erdmann)、Ｃ．ヘンダーソン(C. Henderson)およびＣ．Ｇ．ウィルソン(C. G. Willson)により“フォトリソグラフィック・プロセスに対するフォトレジストの露光誘起屈折率変化の影響(Impact of exposure induced refractive index changes of photoresists on the photolithographic process)”と題する論文、“レジスト技術および処理の進歩XVI(Advances in Resist Technology and Processing XVI)”、SPIEの講演要旨集、第3678巻、第643頁(1999)においてH．-K．オー(H.-K. Oh)、Y．-S．ソーン(Y.-S. Sohn)、M．-G．サング(M.-G. Sung)、Y．-M．リー(Y.-M. Lee)、E．-M．リー(E.-M. Lee)、S．-H．ビュン(S.-H. Byun)、I．アン(I. An)、K．-S．リー(K.-S. Lee)およびI．-H．パーク(I.-H. Park)により“193nmの化学増幅レジストに対する露光の間における屈折率変化(Refractive Index Change during Exposure for 193 nm Chemically Amplified Resist)”と題する論文、および、Appl. Phys. Lett.、第68巻、第455頁(1996)のA．ケヴィッチ(A. Kewitsch)およびA．ヤリフ(A. Yariv)による論文に記述された如き多くのレジストにおいて生ずる公知の現象である。エルドマン、ヘンダーソンおよびウィルソンは、たとえば、一連のジアゾナフタキノン−ノボラック(DNQ-ノボラック)レジストにおいて露光時における屈折率の実数部分の変化は正および負の両方であり得ると共に0.05もの大きさの値を取り得ることを報告している。露光時におけるレジストの屈折率の虚数部分の同様の変化も報告されている。密度の変化はたとえば上記で引用されたケヴィッチおよびヤリフによる論文において言及され、且つ、露光時におけるレジストの厚みの変化はたとえば上記で引用されたH．-K．オー等による論文に記述されている。
光屈折媒体における露光誘起変化は、光伝導的および電気光学的な挙動を呈すると共に、変化せしめられた屈折率の空間パターンの形態で、光学強度の空間分布を検出して蓄積する能力を有する。光誘起された電荷は内部電界を生成する空間電荷分布を生成する一方、該電界は、(ポッケルス)電気光学効果により屈折率を変化させる。上記材料は、均一な光の照射により、または、加熱により、その元の状態へと戻され(消去され)得る。重要な光屈折材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化ビスマスケイ素(Bi12SiO20)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、砒化ガリウム(GaAs)およびニオブ酸ストロンチウム・バリウム(SBN)が挙げられる[Ｍ．クロニンーゴロム(M. Cronin-Golomb)およびＭ．クライン(M. Klein)により“光屈折材料およびデバイス(Photorefractive Materials And Devices)”と題する、Ｍ．バス(M. Bass)編、光学機器便覧II、第2版(マグローヒル、1995年)(Handbook Of Optics II, (McGraw-Hill 1995))、第39章を参照]。
本発明の種々の実施例は先行技術のPDIおよびPS／PDIと別個のものである、と言うのも、先行技術の主要測定量は光学系の瞳または周波数応答関数に関連しており、本発明の種々の実施例における如くフレアに関する情報は獲得もしくは決定されないからである。
本発明の種々の実施例はまた先行技術とは別個のものである、と言うのも、それらの本発明の種々の実施例においては線形変位干渉計測の技術が使用されることで、記録媒体におけるパターンの３次元の相対箇所に関する情報が獲得されるからであり、その場合に上記パターンは、たとえば、光学系のフレアの強度の変化特性の干渉的および非干渉的な測定に対して露光後処理ありでまたは無しでウェハ上のレジストの屈折率、密度および／または厚みにおける露光誘起変化により生成される。
本発明の上記一定の実施例および他の一定の実施例においては干渉技術を用いてフレアの振幅の共役直交位相が測定される。上記共役直交位相は、波長の関数として、且つ、測定ビームの偏光状態の関数として測定され得る。露光後処理ありでまたはなしで記録媒体における露光誘起変化により生成されたパターンの相対箇所に関する情報は、ウェハの同一界面層上の第2パターンに関し、または、上記ウェハの異なる界面層上の第2パターンに関し、または、上記ウェハ上の一連の部位に対応する一連の共役直交位相の同時的測定により確立された相対的基準座標系に関し、または、リソグラフィ・ステージ計測システムの基準座標系に関し得る。
本発明の種々の実施例はまた先行技術とは別個のものである、と言うのも、測定中のパターンは、光学系のフレアの強度の測定において、または、フレアの複素振幅に関する情報の獲得においてエラーを導入し得る欠陥の存在に関して走査されるからである。
本発明の種々の実施例はまた先行技術とは別個のものである、と言うのも、１次元または２次元において周期的である感度を有する記録媒体が使用されるからである。
本発明の実施例においては、“半導体に対する国際技術ロードマップ(International Technology Roadmap for Semiconductors)(ITRS)”、2003年版に示されたhp65nm、hp45nm、hp32nmおよびhp22nmノードの技術ノードのための種々の計測に対してUV、VUVおよびEUV測定ビームが効果的に使用され得る。
本発明の種々の実施例は、本出願と同様に本出願人が所有すると共に、“UV、VUVおよびEUVリソグラフィ・マスクにおける特定構造の限界寸法の測定および欠陥の検出のための装置および方法(Apparatus And Methods For Measurement of Critical Dimensions Of Features And Detection Of Defects In UV, VUV, And EUV lithography Masks)”と題する米国仮特許出願第60/568,774号(ZI-60)、“UV、VUVおよびEUVリソグラフィ・マスクにおける特定構造の限界寸法の測定および欠陥の検出のための装置および方法”と題する米国仮特許出願第60/569,807号(ZI-61)、“光学的干渉に基づくオーバレイ、整列マークおよび限界寸法計測のための装置および方法(Apparatus And Methods For Overlay, Alignment Mark, And Critical Dimension Metrologies Based on Optical Interferometry)”と題する米国仮特許出願第60/573,196号(ZI-62)、および、“UV、VUVおよびEUVリソグラフィ・マスクにおける特定構造の限界寸法の測定および欠陥の検出のための装置および方法”と題する米国仮特許出願第60/571,967号(ZI-63)、および、“光学的干渉に基づくオーバレイ、整列マークおよび限界寸法計測のための装置および方法”と題する米国特許出願第11/135,605号(ZI-62)、“UV、VUVおよびEUVリソグラフィ・マスクにおける特定構造の限界寸法の測定および欠陥の検出のための装置および方法”と題する米国特許出願第11/124,603号(ZI-63)に記述された計測法であって、測定は処理されたウェハのパターンもしくはパターンの一部の箇所および特性に対して為され、トポグラフ的干渉信号に対しては為されないという計測法とは別個のものである。引用された４件の仮出願および２件の通常出願の各々はヘンリー．Ａ．ヒルによるものであり、それらの全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。
本発明の種々の実施例は更に、上記で言及された米国仮特許出願第60/568,774号(ZI-60)、第60/569,807号(ZI-61)、第60/573,196号(ZI-62)および第60/571,967号(ZI-63)、および、米国特許出願第11/135,605号(ZI-62)および第11/124,603号(ZI-63)に記述された計測法とは別個のものである、と言うのも、本発明の実施例においては、フレアの強度の変化特性が測定され得ることに加え、フレアの強度は、ウェハ上の夫々の部位の露光後のたとえば0.1秒および1秒後などの短時間以内に且つウェハの露光サイクルの間において測定され得るからである。
本発明の種々の実施例はまた、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“ウェハ上のフォトレジストにおける露光誘起変化の測定に基づくナノメータ未満オーバレイ、限界寸法およびリソグラフィ・ツール投影光学計測システム(Subnanometer Overlay, Critical Dimension, And Lithography Tool Projection Optic Metrology Systems Based On Measurement Of Exposure Induced changes In Photoresist on Wafers)”と題する米国仮特許出願第60/602,999号(ZI-64)、“ウェハ上のフォトレジストにおける露光誘起変化の測定に基づくナノメータ未満オーバレイ、限界寸法およびリソグラフィ・ツール投影光学計測システム”と題する米国仮特許出願第60/618,483号(ZI-65)、および、“ウェハ上のフォトレジストにおける露光誘起変化の測定に基づくナノメータ未満オーバレイ、限界寸法およびリソグラフィ・ツール投影光学計測システム”と題する米国仮特許出願第60/624,707号(ZI-68)、および、“ウェハ上のフォトレジストにおける露光誘起変化の測定に基づくナノメータ未満オーバレイ、限界寸法およびリソグラフィ・ツール投影光学計測システム”と題する米国特許出願第11/208,424号(ZI-68)であって、各々がヘンリー．Ａ．ヒルによる共にそれらの内容は言及したことにより全体的に本明細書中に援用されるという各出願に記述された計測法とも異なる。本発明のそれらの実施例は、干渉技術を用いてトポグラフ的干渉信号を生成する実施方法に関し、上記で言及された米国仮出願第60/602,999号(ZI-64)、第60/618,483号(ZI-65)、第60/624,707号(ZI-68)および米国特許出願11/208,424号(ZI-68)とは別個のものである。
概略的に、ひとつの見地において本発明は、フレアを測定する点回折干渉計を特徴とする。上記干渉計は、ソース・ビームを生成するソースと、対物面と結像面とを有する光学系と、上記光学系の上記対物面に配置された試験用物体を含む光学的要素であって、該試験用物体は、上記光学系を通過することで測定ビームを生成する一連の回折ビームを上記ソース・ビームから生成する回折点の配列を含み、該光学的要素はまた上記ソース・ビームから、上記測定ビームと組み合わされて上記光学系の上記結像面において干渉パターンを生成する基準ビームも生成し、上記干渉パターンは上記光学系のフレアに関する情報を表すという光学的要素とを含む。
他の実施例は、以下の特徴のひとつ以上を含む。上記一連の回折ビームはランダム化された相対位相を有する。上記試験用物体は、両方が上記光学系を通過する上記測定ビームおよび上記基準ビームの両方を生成するビームスプリッタの役割を果たす。上記試験用物体は、開孔と、該開孔と整列された拡散体とを含み、上記開孔は上記拡散体と協働して、ランダム化された相対位相を有する上記一連の回折ビームを生成する。上記試験用物体は、上記第1開孔の回りに環状的に配置された第2開孔を含む。該第2開孔は、上記ソース・ビームから上記基準ビームを生成する。代替的に、上記試験用物体は上記第2開孔と整列された拡散体を含み；上記第1開孔は上記ソース・ビームから上記基準ビームを生成し；且つ、上記第2開孔は上記拡散体と協働して、上記ソース・ビームから上記一連の回折ビームを生成する。上記光学的要素は上記ソース・ビームを受信すべく位置決めされたビームスプリッタであって上記ソース・ビームから上記基準ビームおよび入力ビームを生成するビームスプリッタを更に含み、上記入力ビームは上記試験用物体へと導向されると共に、該入力ビームから上記一連の回折ビームが生成される。上記点回折干渉計測計はまた、上記干渉パターンを受信するために上記光学系の上記結像面内に位置決めされた検出器システムも含む。上記検出器システムは記録媒体を含み、該記録媒体において上記干渉パターンは露光誘起変化を生成する。上記点回折干渉計測計は、上記光学系の上記結像面内に配置された開孔配列であって該開孔配列上には上記干渉パターンが投影されるという開孔配列を更に含む。上記開孔配列は、該配列の各開孔と整列された蛍光材料を有する。上記点回折干渉計測計はまた、検出器、および、該検出器上へと上記開孔配列を作像する第2光学系も含む。
概略的に、別の見地において本発明はフレアを測定する装置を特徴とする。該装置は、ソース・ビームを生成するソースと、対物面と結像面とを有する光学系と、上記光学系の上記対物面に配置された試験用物体を含む光学的要素であって、該試験用物体は、上記光学系を通過することで測定ビームを生成する一連の回折ビームを上記ソース・ビームから生成する回折点の配列を含み、上記測定ビームは上記試験用物体の共役画像として上記結像面上へと投影され、上記試験用物体の上記共役画像は上記光学系に対するフレア関連情報を含むという光学的要素とを含む。
他の実施例は、以下の特徴のひとつ以上を含む。上記光学的要素は上記ソース・ビームから基準ビームも生成し、該基準ビームは上記測定ビームと組み合わされて上記光学系の結像面において干渉パターンを生成し、該干渉パターンは上記光学系のフレアに関する情報を表す。上記装置は、上記干渉パターンを検出して干渉信号を生成する検出器システムであって、該干渉信号からは上記光学系に対するフレア関連情報が導出されるという検出器システムを更に含む。
概略的に、別の見地において本発明は、対物面と結像面とを有する光学系のフレアに関する情報を測定する方法を特徴とする。該方法は、ソース・ビームを生成する段階と、上記光学系の上記対物面内に、回折点の配列を有する試験用物体を位置決めする段階と、上記ソース・ビームの少なくとも一部分を上記試験用物体上へと導向することで、上記回折点の配列から一連の回折ビームを生成する段階と、上記一連の回折ビームを上記光学系に通過させて測定ビームを生成する段階と、上記ソース・ビームから基準ビームを生成する段階と、上記基準ビームを上記測定ビームと組み合わせて上記光学系の上記結像面において干渉パターンを生成する段階であって、上記干渉パターンは上記光学系のフレアに関する情報を表すという段階とを含む。
他の実施例は、以下の特徴のひとつ以上を含む。上記方法は、上記干渉パターンから導出された情報から上記光学系のフレアに関する情報を算出する段階を更に含む。上記試験用物体は上記測定ビームおよび上記基準ビームの両方を生成する役割を果たし、且つ、上記方法は、上記基準ビームを上記光学系に通過させる段階も含む。上記試験用物体は、開孔と、該開孔と整列された拡散体とを含み、上記開孔は上記拡散体と協働して、ランダム化された相対位相を有する一連の回折ビームを生成する。上記試験用物体は、上記第1に言及された開孔の回りに環状的に配置された第2開孔を含む。上記第2開孔は上記ソース・ビームから上記基準ビームを生成する。代替的に、上記試験用物体は、第1開孔と、該第1開孔の回りに環状的に配置された第2開孔と、上記第2開孔と整列された拡散体を含み、上記第1開孔は上記ソース・ビームから上記基準ビームを生成すると共に、上記第2開孔は上記拡散体と協働して上記ソース・ビームから一連の回折ビームを生成する。
概略的に、更に別の見地において本発明は、対物面と結像面とを有する光学系に対するフレア関連情報を測定する方法を特徴とする。該方法は、ソース・ビームを生成する段階と、上記光学系の上記対物面内に複数の試験用物体の各々を順次的に位置決めする段階であって、上記複数の試験用物体の各試験用物体は回折点を含むという段階と、上記ソース・ビームから基準ビームを生成する段階と、上記試験用物体の各々に対し、(a)上記対物面内に位置決めされた上記試験用物体上へと上記ソース・ビームの少なくとも一部分を導向して上記回折点から回折ビームを生成する段階、(b)上記回折ビームを上記光学系に通過させて測定ビームを生成する段階、および、(c)上記基準ビームを上記測定ビームと組み合わせて上記光学系の上記結像面において干渉パターンを生成する段階と、上記複数の試験用物体に対する上記干渉パターンから、上記光学系により引き起こされたフレアに関する情報を算出する段階とを含む。
他の実施例は、以下の特徴のひとつ以上を含む。上記複数の試験用物体の各試験用物体は回折点の配列を含み、その試験用物体に対して最初に言及される回折点はメンバーであり、且つ、上記対物面に位置された上記試験用物体上へと上記ソース・ビームの少なくとも一部分を導向する上記段階は、上記回折点の配列から一連の回折ビームを生成する。上記方法は更に、上記干渉パターンを検出して一連の干渉信号を生成する段階と、上記複数の試験用物体の各試験用物体に対し、N2を１より大きな整数として、上記一連の干渉信号のN2回の測定を行う段階とを含む。上記方法はまた、平均値における統計的誤差に依る相対誤差が一定の所定値未満であるに十分なほど大きくN2を選択する段階も含む。上記方法は更に、各試験用物体に対して上記一連の干渉信号のN2個の測定値を用いて各試験用物体に対する一連の平均値を算出する段階を含む。上記方法はまた、上記複数の試験用物体に対する上記一連の干渉信号の上記N2個の測定値を用いて、上記干渉信号から導出された一連の信号の実数および虚数成分の絶対値の平均値を算出する段階も含む。また上記方法は、少なくとも、上記複数の試験用物体に対する上記一連の干渉信号の上記N2個の測定値に基づき、上記光学系により引き起こされたフレアの複素振幅の係数を算出する段階を含み得る。
本発明の種々な実施例の利点は、光学系フレアの複素振幅の係数および強度の干渉変化特性測定である。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系により引き起こされたフレアの検出に対して増進された感度である。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系のフレアの測定済み特性において減少された系統誤差である。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系のフレアの測定済み特性において減少された統計的誤差である。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系のフレア測定の感度であって振動に対して低減された感度である。
本発明の種々な実施例の別の利点は、IR、可視、UV、VUVおよびEUVの測定ビームが使用され得ることである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系により引き起こされたフレアの測定済み特性がAPCにおいて使用されることである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系のフレアの特性が、リソグラフィック・ツールのスループットに関する最小限の影響を以て、処理中のウェハの露光サイクルの間に測定され得ることである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、感光性表面もしくは記録媒体被覆ウェハ内または該表面もしくはウェハ上における波長未満の欠陥が検出され得ることである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、光学系の欠陥検出における高いスループットである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、記録媒体における信号であって光学系のフレアに関する情報を含む信号を検出すべく使用される計測システムが反射および透過モードの両方で動作し得ることである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、記録媒体における信号であって光学系のフレアに関する情報を含む信号を検出すべく使用される計測システムの特性が非接触形式なことである。
本発明の種々な実施例の別の利点は、記録媒体における信号であって光学系のフレアに関する情報を含む信号を検出すべく使用される計測システムによる光学系の特性の測定が、大きな作動距離を以て為され得ることである。
本発明の種々の実施例において使用される装置および方法は、本発明の実施形態の有効範囲および精神から逸脱せずに、リソグラフィック投影光学系の光ビームに関して記述される。フレアの複素振幅の係数および強度の干渉変化特性測定を行う本発明の種々な実施例の装置および方法は、PS／PDIの変形例を使用することで、光学系フレアの複素振幅に関するトポグラフ的干渉信号を生成する。上記光学系は上記装置および方法において、光子検出器の如き検出器、または、該検出器の役割を果たす記録媒体の特性の露光誘起変化を備えた干渉計の基準および／または測定ビーム経路として使用される。上記トポグラフ的干渉信号は、上記光学系により、該光学系の対物面に同時に配置された回折部位の配列を、光子検出器の感光性表面から成る検出器または記録媒体層上へと作像して画像を形成することにより生成される。上記回折部位は、ランダム化された相対位相を以て回折されたビームを生成する。上記記録媒体層における画像は、該記録媒体層の特性における露光誘起変化により生成された未現像の潜像である。上記試験用物体は、干渉計におけるビームスプリッタの役割を果たし得る。上記トポグラフ的干渉信号は引き続き、上記光子検出器により生成された電気的干渉信号として測定されるか、または、上記記録媒体の特性の変化を幾つかの露光後処理あり、又はなしで測定することにより測定される。
本発明の一定の実施例において上記試験用物体は、試験用物体の各々から光学系へと伝搬して該試験用物体の画像を形成する光ビームが２つの対応ビームにより表され得る如く、構成される。一定の実施例において上記２つの対応ビームの一方は、光学系により生成された画像の対応部分の複素振幅が光学系フレアに対して感応的である如き波面構造を有する。上記２つの対応ビームで第2のビームは、光学系により生成された画像の対応部分の複素振幅が、収差に対しては低減した感度および光学系フレアに対しては比較的に小さな感度を有する如き波面構造を有する。
試験用物体の各々から伝搬する光ビームの第1の対応ビーム波面構造は、回折部位の配列の一群の相対位相シフトを除いて同一であり、且つ、試験用物体の各々から伝搬する光ビームの第2の対応ビーム波面構造は、異なる群の相対位相シフトを除いて同一である。対応する第1および第2ビームは夫々、干渉計のビームスプリッタの役割を果たす試験用物体により生成された測定および基準ビームとして使用され、上記光学系は、上記干渉計における測定および基準ビーム経路として機能する。上記一群の相対位相と上記別の群の相対位相の対応位相間の差の例は、位相modπ／２である。その結果は、光学系の物体空間内に同時に配置された回折部位の配列を伴うPS/PDIである。
本発明の他の一実施例において、夫々の実施例の装置および方法は、該装置および方法により生成された基準ビームは光学系の一定部分を通過しない様に構成される。
本発明の更なる他の一定の実施例において、フレアの強度の非干渉変化特性測定は、フレア関連信号に基づく。フレアの強度の非干渉変化特性測定のために、光学系の物体空間内には回折部位の配列が同時に配置され、上記回折部位はランダム化された相対位相を有する回折ビームを生成する。記録された信号は、たとえばCCDなどの光子検出器、または、記録媒体における露光誘起変化のいずれかにより生成され得る。
フレアの特性の干渉測定のための試験用物体
フレアの特性の干渉測定のための試験用物体は、振幅変調マスク、位相シフト・マスク、減衰位相シフト・マスク、または、これらのマスク形式の２つ以上の組み合わせとして構成され得る。フレアの複素振幅の影響は、PS／PDIまたは干渉技術およびホモダイン検出方法を用いて、夫々の共役直交位相の単一もしくは複数の成分として検出される。
フレアの特性の干渉測定のための試験用物体は、振幅変調マスク、位相シフト・マスク、減衰位相シフト・マスク、または、これらのマスク形式の２つ以上の組み合わせとして構成され得る。フレアの複素振幅の影響は、PS／PDIまたは干渉技術およびホモダイン検出方法を用いて、夫々の共役直交位相の単一もしくは複数の成分として検出される。
欠陥の存在は、トポグラフ的干渉信号を抽出すべく為される次続的な測定においてエラーを導入することもあり、その場合に上記欠陥は例えば、関連する検出器表面の外郭形状におけるエラー、および／または、検出器表面上の粒子の形態のエラーのいずれかの形態であり得る。故に、検出器によるトポグラフ的干渉信号の生成に先立ち、本発明の一定の実施例においては検出器表面の検査が為されることで、上記表面が清浄化される必要があるか、あるいは、必要に応じて、トポグラフ的干渉信号の次続的な分析において欠陥の影響が補償される必要があるかが決定される。
記録媒体におけるトポグラフ的干渉信号を測定すべく使用される干渉顕微鏡システムは、干渉式共焦点または干渉式非共焦点顕微鏡システムのいずれかから成り得る。
先ず、光子検出器を用いてトポグラフ的干渉信号を生成する本発明の干渉システムの種々の実施例が記述され、次に、記録媒体においてトポグラフ的干渉信号を生成する本発明の実施例が記述される。記録媒体においてトポグラフ的干渉信号を生成する実施例においては、トポグラフ的干渉信号の測定に対して、干渉式共焦点顕微鏡システムおよび干渉式非共焦点顕微鏡システムを備える干渉計測システムが使用される。
本発明の種々の実施例の干渉計測システムにおいては、測定ビームの生成において、記録媒体の作像において、および／または、基準ビームの生成において、画像化システムが使用され得る。該画像化システムは、共焦点形態または非共焦点形態のいずれかで使用され得る。
最初に、試験用物体の概略的な構造および作製に対する記述が与えられる。試験用物体の概略的な構造および作製に対する記述は、電気的干渉信号として又は記録媒体における露光誘起変化として記録されたトポグラフ的干渉信号の測定済み共役直交位相から、フレアの複素振幅、複素振幅の係数および強度に関する情報を獲得する処置の記述により追随される。これらの記述は、フレアの強度の非干渉変化特性測定に対して使用される処置の記述により追随される。
非共通光路干渉試験用物体：構造および作製
図３ａには、非共通光路干渉計用途に対して番号1010として表された試験用物体システムの断面図が概略的に示される。試験用物体システム1010は、フレアの複素振幅に関する情報を獲得するために試験用物体1012および拡散体2010を備える。試験用物体システム1010は干渉計に対する測定ビームを生成すると共に、対応する基準ビーム2430は、図４ｃに示された如きビームスプリッタ2440により反射されたビーム1420の一部として生成される。
図３ａには、非共通光路干渉計用途に対して番号1010として表された試験用物体システムの断面図が概略的に示される。試験用物体システム1010は、フレアの複素振幅に関する情報を獲得するために試験用物体1012および拡散体2010を備える。試験用物体システム1010は干渉計に対する測定ビームを生成すると共に、対応する基準ビーム2430は、図４ｃに示された如きビームスプリッタ2440により反射されたビーム1420の一部として生成される。
図３ａに示された試験用物体1012は、透明基板1014と、回折部位の配列を備える拡散層1016と、吸収層1020とを備える。試験用物体システム1010に対して入射する平行化ビーム1080の第1部分は拡散体2010により透過され、その一部は回折ビームとして開孔1030により透過される。上記回折ビームは拡散体1016に入射することで、本明細書において以下に第1ビームと称される第2の散乱もしくは回折ビームを生成する[たとえば、スプリンガ出版、Ｊ．Ｃ．デインティ編、第2版(1948)の4.2.1項の“レーザ・スペックルおよび関連現象”(Section 4.2.1 of Laser Speckle and Related Phenomena, Ed. J.C. Dainty, 2nd Ed. Springer-Verlag (1984))における拡散体に関する考察を参照]。上記第1ビームは、拡散体1016における回折部位により生成されてランダム化された相対位相を備える一連の回折ビームから成る。更に、拡散体1016の特性は、引き続き使用される試験中の光学系の開孔を満たす如く第1ビームが回折される様に選択される。拡散体1016の寸法は、開孔1030により透過される回折ビームの全てが名目的に拡散体1016に入射する如く、開孔1030の対応寸法よりも大きい。上記第1ビームは引き続き、上記光学系を備える干渉計システムに対する測定ビームとして用いられる。
開孔1030は、たとえば円形、矩形とされ得る断面を備えたまさに円形状の円筒体、または、スリット(図３ｄおよび図３ｅを参照)である。図３ｄはスリット1030Bの断面図であり、且つ、図３ｅは十字形を形成すべく配向された一対のスリット1030Cの断面図である。開孔1030に関する引き続く考察は、本発明の実施例の有効範囲および精神から逸脱せずにディスクの形態の断面に関して行われる。
異なる一群のランダム化された相対位相を備えた試験用物体を生成するために、拡散体2010は変換器により横方向に平行移動される。拡散体2010の平行移動のための変換器の記述は、図３ｃに示された位相シフタ3010を平行移動すべく使用される変換器1230および1232に対して与えられる対応記述と同一である。
フレアの特性を干渉的に測定する試験用物体は、試験される画像化システムにより形成された該試験用物体の画像の一定の特性が、引き続いてトポグラフ的干渉信号として検出される如く設計される。上記トポグラフ的干渉信号は、情報が所望されるフレアの影響の領域に対応する径方向領域すなわちMRFまたはLRFに対して検出される。フレアの測定済み特性に対して必要な径方向解像度および信号／ノイズ比は部分的に、開孔1030の寸法により決定される。フレアに対するトポグラフ的干渉信号は、ランダム化された相対位相を備える一連の回折ビームを生成する一連の回折部位の使用により増進され、その場合にトポグラフ的干渉信号は、たとえば直径2a1の円形開孔に対する
に比例するなどの様に開孔1030の面積の平方根に比例し、または更に詳細には、部分的に開孔1030のサイズにより決定される拡散体1016における回折部位の実効個数N1の平方根に比例する。
無限焦点システム：トポグラフ的干渉信号の相対振幅の増大
図３ａに示された如く試験用物体1010により透過されたビームの振幅を増大すべく本発明の実施例においては無限焦点システム1072が使用され得る。試験用物体1012により生成された第1ビームの相対振幅の増大は、無限焦点システム1072の入力ビーム1070および出力ビーム1080の夫々の面積の平方根の比率に比例する。
図３ａに示された如く試験用物体1010により透過されたビームの振幅を増大すべく本発明の実施例においては無限焦点システム1072が使用され得る。試験用物体1012により生成された第1ビームの相対振幅の増大は、無限焦点システム1072の入力ビーム1070および出力ビーム1080の夫々の面積の平方根の比率に比例する。
無限焦点システム1072は、無限焦点レンズおよび／または歪像無限焦点付属具を備え得る[たとえば、光学機器便覧II、第2版(マグローヒル)(Handbook Of Optics II, Second Edition (McGraw-Hill))においてW． B．ウェザレル(W. B. Wetherell)により“無限焦点システム(Afocal Systems)”と題する第2章を参照]。第１実施例は、ガリレイ無限焦点レンズにより代表される如き無限焦点システムに対して概略的に示される。但し、ケプラー無限焦点レンズが使用され得る。ひとつ以上の無限焦点システムに対してケプラー無限焦点レンズが使用されるなら、対応するリレーレンズ系の変換特性は、ケプラー無限焦点レンズの反転特徴を反映すべく変更されねばならない。上記無限焦点システムはまた、円柱レンズ、プリズムおよび複屈折率要素に基づく歪像無限焦点付属具も備え得る。
ガリレイ無限焦点レンズの例は図３ｆに概略図に示され、且つ、プリズム的および複屈折的な歪像無限焦点付属具は図３ｇおよび図３ｈに概略図に示される。図３ｆに示されたガリレイ無限焦点レンズは、正および負レンズ1074Aおよび1074Bを備え、その動作を縮小モードで呈する。
図３ｇに示されたプリズム的な歪像無限焦点付属具は、２個のプリズム1076Aおよび1076Bを備えると共に、同様に、ひとつの次元において縮小モードで動作を呈する。図３ｇにおいて出力ビームは要素1080Aとして示されると共に、図３ａにおけるビーム1080に対応する。
図３ｈに示された複屈折的な歪像無限焦点付属具は、一体的に結合された２個の複屈折プリズム1078Aおよび1078Cを備えると共に、ひとつの次元において縮小モードで動作を呈する。図３ｈにおいて出力ビームは要素1080Bとして示されると共に、図３ａにおけるビーム1080に対応する。上記複屈折プリズムはたとえば、方解石およびパラテルライトの如き単軸結晶から成り得る。複屈折プリズム1078Aおよび1078Cの光軸は図３ｈにおいて夫々、要素1078Bおよび1078Dとして示される。入力ビームの偏光は、異常である。複屈折的な歪像無限焦点付属具を通る入力ビームの経路および光軸1078Bおよび1078Dに対する方向は、正の単軸結晶から成る系に対して示される。
図４ｃに示された非共通光路干渉計は、基準ビームの経路の一部が、試験中の光学系の外部であるという干渉計である。上記干渉計は、ソース1418と、夫々のフレアに関する情報が決定されるべき光学系1410Aと、結像面開孔配列1412を検出器1470上へと作像する光学系1410Bとを備える。試験用物体システム1010は、第1ビームを自身内に生成する図３ａの試験用物体システム1010と同一である。ソース1418は、たとえばリソグラフィ・ツールなどの用途において光学系1410Aにより使用されるのと同一のソース、または、図１ａおよび図１ｂにおけるソース18の如き異なるソースとされ得る。ソース1418は、電子的プロセッサ／コントローラ2480からの信号2492により制御される。
ソース1418はビームスプリッタ2440に入射するビーム1420を生成し、第1部分はビーム1070として透過され且つ第2部分は基準ビーム2430として反射される。光学系1410Aは、図４ｃにおける単一レンズ1430であって、ビーム2422を結像面開孔配列1412における共役結像面内のスポットに対してビーム2424として焦点合わせするという単一レンズ1430により表される。
基準ビーム2430の一部は反射器2422によりビーム2432として反射され、且つ、その一部は位相シフタ2450により位相シフト基準ビーム2434として透過される。位相シフタ2450は電気光学的変調などにより位相シフトを導入し、これは引き続き、ホモダイン検出方法において用いられる。ビーム2434の一部は反射器2444により反射され、その一部は反射器2446により位相シフト基準ビーム2438として反射される。位相シフトは、電子的プロセッサ／コントローラ2480からの信号2494により制御される。位相シフト基準ビーム2438は結像面開孔配列1412における共役結像面に入射し、且つ、同一のスポット・ビーム2424が結像面開孔配列1412における共役結像面に焦点合わせされる。
ビーム2438に対応する位相シフト済み基準ビームは、図１ｂに示された如き更に別の構成において結像面開孔配列1412に入射しても良い。
ビーム2424および2438の一部は結像面開孔配列1412により、ビーム1424の波長とは異なる波長を有するビーム2426へと透過もしくは変換される。ビーム2426は、第2光学系1410Bに入射すると共に、ビーム2428として検出器1470上のスポットへと焦点合わせされる。もしビーム2424および2438が同一の偏光の状態を有さなければ、(不図示の)偏光子が導入されることで、結像面配列1412に入射する混合ビームが生成される。
トポグラフ的干渉信号の共役直交位相に関する情報は、位相シフタ2450により導入された例えば０、π／２、π、および３π／２などの一群の相対位相シフトに対応する、記録媒体における露光誘起変化の一群の測定値、または、光子検出器からの信号によるホモダイン検出方法を用いて獲得される。
異なる一群のランダム化された相対位相を備えた試験用物体を生成するために、図３ａに示された基板1114に対して取付けられた拡散体1116から成る拡散体2010は、(不図示の)変換器により横方向に平行移動される。変換器の記述は、図３ｃにおいて位相シフタ3010を平行移動するために使用された変換器1230および1232に対して与えられた記述と同一である。
図４ｃに示された上記システムの変形例において、結像面開孔配列1412から開始する検出器は記録媒体を使用し得る。
干渉試験用物体の構造および作製：共通光路干渉計用途
図３ｂには、共通光路干渉計用途に対する試験用物体システム1010Aの断面図が概略的に示される。試験用物体システム1010Aは、フレアの複素振幅に関する情報の獲得のために、試験用物体1012A、拡散体2010Aおよび位相シフタ3010を備える。試験用物体1012Aは、フレアの複素振幅に関する情報の獲得のための一連の回折部位を備える。試験用物体1012Aは、ビームスプリッタの役割を果たすと共に、入力ビーム1080から第1および第2ビームを生成し、それらは引き続き、干渉計において測定および基準ビームとして夫々使用される。図４ｄに示された試験用物体システム1010Aは、試験用物体システム1010(図３ｃ参照)により生成された測定ビームと同一の特性を有する測定ビームを生成する。
図３ｂには、共通光路干渉計用途に対する試験用物体システム1010Aの断面図が概略的に示される。試験用物体システム1010Aは、フレアの複素振幅に関する情報の獲得のために、試験用物体1012A、拡散体2010Aおよび位相シフタ3010を備える。試験用物体1012Aは、フレアの複素振幅に関する情報の獲得のための一連の回折部位を備える。試験用物体1012Aは、ビームスプリッタの役割を果たすと共に、入力ビーム1080から第1および第2ビームを生成し、それらは引き続き、干渉計において測定および基準ビームとして夫々使用される。図４ｄに示された試験用物体システム1010Aは、試験用物体システム1010(図３ｃ参照)により生成された測定ビームと同一の特性を有する測定ビームを生成する。
図３ｂに示された試験用物体1012Aは、透明基板1014と、一連の回折部位を備える拡散層1016と、吸収層1020Aと、吸収／位相シフト層1022とを備える。試験用物体1012Aは、本出願と同様に本出願人が所有する米国仮特許出願第60/682,216号(ZI-69)、第60/711,020号(ZI-73)、第60/727,618号(ZI-75)に記述された試験用物体1012の変形例であり、仮特許出願の各々は、ヘンリー．Ａ．ヒル(Henry A. Hill)に対するものであると共に、“原位置でのリソグラフィック投影光学的収差、光学的配置およびフレアの原位置および原位置以外での測定(In Situ And Ex Situ Measurement Of In Situ Lithographic Projection Optic Aberrations, Optic Axis Location, And Flare)”と称されている。上記３件の仮特許出願の各々の内容は、言及したことにより全てが本明細書中に援用される。
試験用物体システム1010Aに入射する平行化ビーム1080の第1部分は、位相シフタ3010および拡散体2010Aにより透過され、その一部は開孔1030により回折ビームとして透過される。上記回折ビームは拡散体1016に入射することで、本明細書で以下においては第1ビームと称される第2の散乱もしくは回折ビームを生成する[たとえば、スプリンガ出版、Ｊ．Ｃ．デインティ編、第2版(1948)の4.2.1項の“レーザ・スペックルおよび関連現象”における拡散体に関する考察を参照]。上記第1ビームは、拡散体1016における回折部位により生成されてランダム化された相対位相を備える一連の回折ビームから成る。図３ｂにおける拡散体1016の特性は図３ａにおける拡散体1016の特性と同一であり、且つ、図３ｂに示された開孔1030の記述は図３ａに示された開孔1030に対して与えられた記述の対応部分と同一である。上記第1ビームは引き続き、光学系を備える干渉計システムに対する測定ビームとして用いられる。
開孔1032により透過されたビームに対応する第2ビームは、アポダイズされた第2ビームとして透過される。上記第2ビームは、開孔1032の縁部におけるアポダイズの影響を除き、該開孔1032と交差する平面波である。アポダイズは、半径r1、r'1、r2およびr'2の選択、および、吸収／位相シフト層1022により導入される減衰および位相シフトの設計により設計されることで、上記光学系により形成される試験用物体1012Aの共役結像面における上記第2ビームの波面に対する回折の影響が低減される。
引き続いて上記第1および第2ビームは夫々、上記光学系を備える干渉計システムに対する測定および基準ビームとして用いられる。
当業者であれば、本発明の実施例の形態の有効範囲および精神から逸脱せずに、本発明の実施例においては上記試験用物体の他の構成が使用され得ることは明らかであろう。別の構成の例においては、光学系のフレアの振幅が比較的に小さな値を呈する領域においてトポグラフ的干渉信号の感度を増進するために、試験用物体1012Aにより生成された第2ビームを画成する開孔1032の全体に亙り、透過係数の振幅の大きさが変化され得る。
フレアの特性を干渉的に測定するための試験用物体は、試験中の画像化システムにより形成された試験用物体の画像の一定の特性が、結像面の一部分であって、試験中の光学系に対する開孔1032の共役画像であるという一部分に対するトポグラフ的干渉信号として引き続き検出される如く設計される。故に図３ｂに示された開孔1032は、光学系により引き起こされたフレアの特性の測定のために、r'1＜r＜r'2として、rの共役画像である半径にて設計される。r'1の値は、たとえば、本出願と同様に本出願人が所有すると共に2006年4月5日に出願されて“位相シフト点回折干渉計測を用いて光学系の空間インパルス応答関数を原位置および原位置以外で測定するための装置および方法(Apparatus And Method For In Situ And Ex Situ Measurement Of Spatial Impulse Response Functions Of An Optical System Using Phase-Shifting Point-Diffraction Interferometry)”と題する米国仮特許出願(ZI-77)に記述された如き他の技術により測定された収差により光学系の特性が適切に表されるという径方向領域の考察により設定される。上記米国仮特許出願はヘンリー．Ａ．ヒルによるものであり、その内容は言及したことにより全体的に本明細書中に援用される。r2'の値は、情報が所望されるフレアの影響の領域のサイズすなわちMRFまたはLRFの考察により設定される。測定されるフレアの特性に対して必要な径方向解像度、および、フレアの特性の測定において所望される信号／ノイズ比は、部分的に、開孔1030の直径2a1により決定される。フレアに対するトポグラフ的干渉信号は、ランダム化された相対位相を備える一連の回折部位の使用により増進され、その場合にトポグラフ的干渉信号は、たとえば直径2a1の円形開孔に対する
に比例するなどの様に開孔1030の面積の平方根に比例し、または更に詳細には、部分的に開孔1030のサイズにより決定される拡散体1016における回折部位の実効個数N1の平方根に比例する。
図３ｂに示された無限焦点システム1072は、図３ａに示された無限焦点システム1072に関して記述された如く試験用物体1010Aにより透過された第1ビームの振幅を増大すべく使用され得る。
図３ｂおよび図３ｃに示された位相シフタ3010によれば、第1および第2ビーム間には相対位相シフトが導入される。位相シフタ3010は、透明基盤1214と、４個の位相シフタ1218A1、1218A2、1218A3および1218A4の如き一群の位相シフタととを備える。位相シフタ1218A1、1218A2、1218A3および1218A4の光学的厚さは、たとえば０、π／２、πおよび３π／２などの一群の相対位相シフトを生成すべく選択される。位相シフタ1218A1、1218A2、1218A3および1218A4の半径a2は開孔1030の半径a1より大きく、且つ、同時に
の制限を満足する。位相シフタ1218A1、1218A2、1218A3および1218A4の間隔は、開孔1032により透過される第2ビームに一切の位相シフトが導入されない様に選択される。試験用物体1012Aに対する位相シフタ3010の箇所は、図３ｂに示されると共に、変換器1230および1232によりｘおよびｙ方向に夫々制御される。
記録媒体における露光誘起変化または光子検出器からの信号の一群の測定値は、一群の試験用物体の内の複数の試験用物体を物体空間内に順次的に載置して順次的に、または、対応する一群の試験用物体を物体空間の所定領域に同時に配置すると共にソースからの対応ビームを上記一群の試験用物体に同時に入射して同時的に、または、たとえば上記一群の試験用物体システムの内の部分集合を物体空間の所定領域に同時に配置すると共にソースからの対応ビームを上記一群の試験用物体の上記部分集合に対して同時に入射するなどして上記の一定の組み合わせにより、獲得され得る。
代替的に、図３ｂに示された第2ビームの経路内に載置されると共に基板1014に取付けられた異なる光学的厚さの(不図示の)位相シフタを備えた一群の試験用物体を生成することにより、第1および第2ビーム間に相対位相シフトが導入される。トポグラフ的干渉信号の共役直交位相に関する情報は、たとえば０、π／２、πおよび３π／２などの一群の相対位相シフトに対応して記録媒体における露光誘起変化または光子検出器からの信号の一群の測定値から、ホモダイン検出方法において獲得される。上記一群の相対位相シフトは、一群の対応試験用物体を、“上記一群の相対位相シフトmod 2π”である位相オフセット以内に設定することで、上記一群の対応試験用物体において生成される。
異なる一群のランダム化された相対位相を備えた試験用物体を生成するために、図３ｂに示された基板1114に対して取付けられた拡散体1116Aの配列を備える拡散体2010Aは、(不図示の)変換器により横方向に平行移動される。上記変換器の記述は、図３ｃに示された位相シフタ3010を平行移動するために使用された変換器1230および1232に対して与えられた記述と同一である。単一の拡散体1116Aのサイズおよび拡散体2012Aにおける拡散体1116Aの分布の選択は、位相シフタ3010の各位相シフタの特性の選択において為されたのと同一の対応考察に基づく。
代替的な干渉試験用物体の構成
非共通光路干渉計用の試験用物体に対する代替的な構成は、図３ａにおける試験用物体1012における開孔1030および拡散体1016を、その環状部もしくは一部分へと変換することにより生成される。変換された開孔1030は、図３ｉに示された該開孔の環状部もしくは一部分3030と同一である。共通光路干渉計に対する試験用物体3012に対する別の代替的構成は、試験用物体1012Aの開孔1030および拡散体1016と試験用物体1012Aの開孔1032とを、夫々、図３ｉに示された如き要素3030としての該開孔の環状部もしくは一部分と、要素3032としての円形開孔へと変換することにより生成される。測定および基準ビームは夫々、開孔3030および3032により生成される。試験用物体に対する代替的構成の引き続く記述は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに示された試験用物体に関して与えられる記述の対応部分と同一である。
非共通光路干渉計用の試験用物体に対する代替的な構成は、図３ａにおける試験用物体1012における開孔1030および拡散体1016を、その環状部もしくは一部分へと変換することにより生成される。変換された開孔1030は、図３ｉに示された該開孔の環状部もしくは一部分3030と同一である。共通光路干渉計に対する試験用物体3012に対する別の代替的構成は、試験用物体1012Aの開孔1030および拡散体1016と試験用物体1012Aの開孔1032とを、夫々、図３ｉに示された如き要素3030としての該開孔の環状部もしくは一部分と、要素3032としての円形開孔へと変換することにより生成される。測定および基準ビームは夫々、開孔3030および3032により生成される。試験用物体に対する代替的構成の引き続く記述は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに示された試験用物体に関して与えられる記述の対応部分と同一である。
減衰マスク：検出器の飽和要素なしでトポグラフ的干渉信号の振幅を増大すること
図４ｃおよび図４ｄにおいては記録媒体または光子感光性検出器表面1470に減衰マスクが配置されることで、対応するトポグラフ的干渉信号が記録される期間の間において検出器により生成される信号の対応部分が飽和しない様に、試験用物体システム1010または1010Aのいずれかからの開孔1030の画像が、たとえば104、106または108の係数だけ減衰される。開孔1030の減衰画像に対応する信号の記録済み部分は、試験中の光学系に対する入力ビームの夫々の積分線束に対し、測定されたトポグラフ的干渉信号を正規化するために用いられる。
図４ｃおよび図４ｄにおいては記録媒体または光子感光性検出器表面1470に減衰マスクが配置されることで、対応するトポグラフ的干渉信号が記録される期間の間において検出器により生成される信号の対応部分が飽和しない様に、試験用物体システム1010または1010Aのいずれかからの開孔1030の画像が、たとえば104、106または108の係数だけ減衰される。開孔1030の減衰画像に対応する信号の記録済み部分は、試験中の光学系に対する入力ビームの夫々の積分線束に対し、測定されたトポグラフ的干渉信号を正規化するために用いられる。
トポグラフ的干渉信号の生成および検出：電気的干渉信号
依然として図４ｃを参照すると、結像面開孔配列1412の各開孔は、一対一マッピングで検出器1470のピクセル上へと作像される。ビーム2428は検出器1470により検出されることで、電気的干渉信号2472を形成する。信号2472は、電子的プロセッサ／コントローラ1480により受信される。光学系1410Aの結像面の全体に亙り結像面配列1412が走査されることで、結像面配列1412の平面における完全な画像に対して、トポグラフ的干渉信号に対応する電気的干渉信号2472が獲得され、該信号は、光学系1410Aの空間インパルス応答関数に関する情報のために電子的プロセッサ／コントローラ2480により処理される。上記処理は、本明細書において“トポグラフ的干渉信号の生成および検出：記録媒体における露光誘起変化”と題する小節および関連小節において記述された如き本発明の実施例において使用されるホモダイン検出方法に従う。
依然として図４ｃを参照すると、結像面開孔配列1412の各開孔は、一対一マッピングで検出器1470のピクセル上へと作像される。ビーム2428は検出器1470により検出されることで、電気的干渉信号2472を形成する。信号2472は、電子的プロセッサ／コントローラ1480により受信される。光学系1410Aの結像面の全体に亙り結像面配列1412が走査されることで、結像面配列1412の平面における完全な画像に対して、トポグラフ的干渉信号に対応する電気的干渉信号2472が獲得され、該信号は、光学系1410Aの空間インパルス応答関数に関する情報のために電子的プロセッサ／コントローラ2480により処理される。上記処理は、本明細書において“トポグラフ的干渉信号の生成および検出：記録媒体における露光誘起変化”と題する小節および関連小節において記述された如き本発明の実施例において使用されるホモダイン検出方法に従う。
結像面配列1412は、一定の実施例においては図４ｅに示された如き一連の波長未満開孔として、且つ、他の一定の実施例においては一連の小径の蛍光スポットとして形成される。他の一定の実施例の内の一実施例における一連の小径の蛍光スポットのパターンの例は、図４ｅに示された開孔のパターンであり、開孔1462は、たとえばルモジェン(lumogen)などの蛍光媒体により充填されることで小径の蛍光スポットを形成する。各開孔のサイズおよび間隔は夫々、aおよびbである。開孔のサイズaは、一定の最終用途においては画像化システム1410Aの分解能未満であるか該分解能に略々等しく、または、両件ともにヘンリー．Ａ．ヒルによると共に“半導体およびマスク計測において波長未満の欠陥およびアーチファクトの特性を検出および測定する高速走査のための装置および方法(Apparatus and Method for High Speed Scan for Detection and Measurement of Properties of Sub-Wavelength Defects and Artifacts in Semiconductor and Mask Metrology)”と称され且つ本出願と同様に本出願人が所有する米国仮特許出願第60/485,507号(ZI-52)および米国特許出願第10/886,010号(ZI-52)に記述された如き他の一定の最終用途においてはひとつまたはふたつの次元において上記分解能より大きい。言及された２件の出願の両方の内容は、言及したことにより全体的に本明細書中に援用される。上記開孔の形状は、円形、または、スリットの如き他の一定の形状とされ得る。
一連の波長未満の小径の蛍光スポットから成る結像面配列1412は、干渉計におけるピンホール配列ビームスプリッタの機能にも役立ち、その場合の記述は、引用された米国仮特許出願第60/442,982号(ZI-45)および米国特許出願第10/765,229号(ZI-45)において与えられた対応記述と同一である。
上記他の一実施例の内の上記一実施例の結像面配列1412は、上記他の一実施例の内の他の実施例の対応する結像面配列1412および本発明の該配列の変形例と比較し、作製に関して最も簡素な結像面配列である。上記一実施例の結像面配列1412の第1の変形例は、図４ｆに概略的に示される。結像面配列1412には、ピンホールの配列1412Aの背後に載置された薄寸蛍光層1412Bが形成される。ピンホール配列1412Aにより透過されたビームを検出する効率は、反射的背面を備えたピンホール配列1412Aを製造することにより増大され得る。ピンホール配列1412Aと薄寸蛍光層1412Bとの間の間隔cの大きさは、最終用途において必要とされる分解能を超えて分解能を相当に低下させずにピンホール配列1412Aにより透過されるビームの検出に対する効率を最適化すべく選択される。ピンホール配列1412Aにおける各ピンホールの形状、サイズaおよび間隔bの記述は、本発明の上記他の一実施例のインタフェース1412における各開孔の形状、サイズaおよび間隔bの記述の対応部分と同一である。
図４ｇには、上記一実施例の結像面配列1412の第2の変形例が概略的に示される。結像面配列1412は、上記一実施例の上記第1変形例の薄寸蛍光層1412Bとピンホールの配列1412Aとの背後に載置された一連のマイクロレンズ1412Cにより形成される。一連のマイクロレンズ1412Cを加えると、ピンホール配列1412Aにより透過されたビームに対して所定の検出効率を得るために第2画像化システム1410Bが必要とする開口数が減少されるか、または、第2画像化システム1410Bの所定開口数に対する検出効率が増大される。
上記他の一定の実施例の小径の蛍光スポットの利点は、低減された背景寄与を以て検出器1470により引き続き検出される光学干渉信号を生成する上で使用されるべき領域の境界を画成すべく蛍光媒体自体が使用されるということ、すなわち、蛍光スポットに入射する短波長の光のみが光学干渉信号の生成に寄与し得るということである。引き続いて検出されるべき光を画成すべく開孔を備えた不透明なスクリーンが使用される場合には、上記光の一部分であって上記開孔の外側部における上記スクリーンの不透明領域により透過される一部分も検出される。背景寄与のこの特定の発生源は、小径の蛍光スポットを用いる場合には存在しない。
小径の蛍光スポットの配列の製造は、マイクロリソグラフィ技術を用いて行われ得る。小径の蛍光スポットの配列の製造の記述は、充填された円錐構造が構成された小径の蛍光スポットの製造に対して上記他の一定の実施例の内の上記一実施例の第3変形例に関して与えられる後続的な記述の対応部分と同一である。
上記他の一定の実施例の内の上記一実施例における結像面配列1412の第3変形例において、結像面配列1412は小径の蛍光スポットの配列で形成され、その場合に各スポットは充填された円錐構造から成ることで、上記他の一実施例の検出効率と比較して検出効率が向上される。円錐構造の蛍光スポットの例は図４ｈの段階６において要素1414Aとして概略的に示され、その場合に要素1412Aは、たとえばアルミニウムまたは白金などの吸収材である。上記円錐構造のサイズおよび間隔の記述は、本発明の上記他の一実施例の内の上記一実施例の結像面配列1412における開孔のサイズaおよび間隔bの記述の対応部分と同一である。インタフェース1412における蛍光スポットはまた、充填されたＶ字溝構造を備えることで、結像面配列1412上に作像されつつある測定ビーム・スポットの分布に依存して検出効率も増進し得る。
図４ｈには、上記一実施例の上記第3変形例において小径の蛍光スポットの配列の製造において使用される各段階が示され、その場合に結像面配列1412は、充填された円錐またはＶ字溝の構造から成る小径の蛍光スポットの配列から形成される。段階１において、基板1450の平板表面は先ず剥離剤で被覆されてから、たとえばアルミニウムまたは白金などの薄寸吸収層1412で被覆される。吸収材媒体は、蛍光媒体により放出される波長と、画像化システム1410Aにおいて使用される波長とにおける吸収材媒体の反射および吸収係数の考察に基づいて選択される。薄寸吸収層1412の厚みは、画像化システム1410Aにおいて使用される波長にて1/eの係数でビームを減衰する吸収材の10倍以上程度の厚みである。段階２において、薄寸吸収層1412は食刻されることで合焦イオンビーム(FIB)により吸収層1412Aを形成することで、円錐形状またはＶ字溝形状の開孔1412Bを生成する。上記円錐形状またはＶ字溝構造の典型的な半角Ψ（図４ｈの段階２）は、0.866および0.940の開口数に夫々対応する60°または70°である。
上記半角Ψは、第2画像化システム1410Bの解像度をそれほど低下させずに蛍光スポット1414Aに入射する短波長光に対する検出効率を効果的に高めるべく、第2画像化システム1410Bの数値開口の外側で蛍光スポット1414Aにより放出される蛍光の一部分が、第2画像化システム1410Bの数値開口内へと反射／散乱される如く選択される。薄寸吸収層1412の厚みの選択は、増大した検出効率の生成に寄与する厚みの考察にも基づく。上記厚みは、たとえば0.5または1ミクロンとされ得る。上記検出効率は、本発明の上記他の一実施例の内の上記一実施例において得られる検出効率と比較して
の係数で増大され得る。第2画像化システム1410Bの解像度の低下の典型的な大きさは、20％のオーダーである。
図４ｈの各段階の記述を続けると、段階３において、吸収層1412Aおよび充填された円錐形状またはＶ字溝形状の開孔1412Bの配列は、たとえばルモジェンなどの薄寸蛍光層1414により被覆される。図４ｈの段階４において、薄寸蛍光層1414はネガ型フォトレジスト1416の薄層により被覆される。段階５においてフォトレジスト層1416は、接触印刷によりまたはリソグラフィ・ツールによりパターン化され、現像され、且つ、層1416の非露光部分が溶解されてフォトレジスト・スポット1416Aが残置される。段階６において、フォトレジスト・スポット1416Aおよび薄寸蛍光層1414を備える上記基板は、フォトレジスト・スポット1416Aにより覆われていない薄寸蛍光媒体を除去すべく食刻されることで、フォトレジスト・スポットにより覆われた薄寸蛍光スポット1414Aが残置される。上記フォトレジスト・キャップは、図４ｈの段階６に示された如く除去され得る。フォトレジスト・スポット有りまたは無しの薄寸蛍光スポット1414Aの配列を備える上記基板(フォトレジスト・スポットは、蛍光スポット1414Aにより放出される放射線の波長にて透明でなければ除去される)は、凸レンズ1452に対して結合されると共に、基板1450から揚動離脱または分離される。剥離剤の代わりに、基板1450は代替的に食刻により除去され得る。
充填された円錐形状またはＶ字溝形状の構造として構成された小径の蛍光スポットの利点は、検出効率を向上すべく且つ背景寄与を低減すべく光学干渉信号の生成において使用されるべき領域の境界の画成を助力すべく蛍光媒体自体が使用されること、すなわち、蛍光スポットに入射する短波長光のみが光学干渉信号の生成に寄与し得ることである。引き続いて検出されるべき光を画成すべく開孔を備えた不透明なスクリーンが使用される場合には、上記光の一部分であって上記開孔の外側部における上記スクリーンの不透明領域により透過される一部分も検出される。背景寄与のこの特定の発生源は、円錐形状またはＶ字状の溝として構成された小径の蛍光スポットを用いる場合には存在しない。
トポグラフ的干渉信号の生成および検出：記録媒体における露光誘起変化
露光後処理ありでまたはなしでの記録媒体における露光誘起変化は引き続き、記録媒体ウェハの露光サイクルの間またはそれに追随して、または、リソグラフィック・ツールからの除去時に、たとえば光学的干渉顕微鏡システムにより干渉的に原位置で測定され得る。AFMの如き他の技術が使用されることで、潜像を原位置以外で測定しても良い。これに加え、リソグラフィ・ツールからの除去時に現像済み画像におけるトポグラフ的干渉信号の特性を測定するために、光学的干渉、AFMまたはSEMの如き技術が使用され得る。
露光後処理ありでまたはなしでの記録媒体における露光誘起変化は引き続き、記録媒体ウェハの露光サイクルの間またはそれに追随して、または、リソグラフィック・ツールからの除去時に、たとえば光学的干渉顕微鏡システムにより干渉的に原位置で測定され得る。AFMの如き他の技術が使用されることで、潜像を原位置以外で測定しても良い。これに加え、リソグラフィ・ツールからの除去時に現像済み画像におけるトポグラフ的干渉信号の特性を測定するために、光学的干渉、AFMまたはSEMの如き技術が使用され得る。
記録媒体に記録された露光誘起変化
記録媒体において記録された露光誘起変化Eは、本発明の実施例の有効範囲および精神を制限せずに、共通光路干渉計における使用に関して記述される。記録された露光誘起変化Eは、所定の倍率内において、次式として表現され得る：
記録媒体において記録された露光誘起変化Eは、本発明の実施例の有効範囲および精神を制限せずに、共通光路干渉計における使用に関して記述される。記録された露光誘起変化Eは、所定の倍率内において、次式として表現され得る：
式中、
T1およびT10は夫々、開孔1030および1032(図３ｂ参照)に関連する経路に対する透過係数であり、
A0は入力ビームの振幅であり、
は夫々、記録媒体の所定箇所における第1および第2ビームの空間応答関数であり、その場合に空間応答関数
は、物体空間における第1および第2ビームの複素振幅に対する光学系の空間インパルス応答関数の積分に対応し、
φは、記録媒体の上記箇所における、上記光学系により生成された測定および基準ビームの相対位相であり、且つ、
E(J)は、上記箇所において記録媒体内で積分線束Jにより生成される露光誘起変化である。
線形の記録媒体に対し、式(1)におけるJに関するE(J)の２次または更に高次の導関数項はゼロである。
T1およびT10は夫々、開孔1030および1032(図３ｂ参照)に関連する経路に対する透過係数であり、
A0は入力ビームの振幅であり、
φは、記録媒体の上記箇所における、上記光学系により生成された測定および基準ビームの相対位相であり、且つ、
E(J)は、上記箇所において記録媒体内で積分線束Jにより生成される露光誘起変化である。
線形の記録媒体に対し、式(1)におけるJに関するE(J)の２次または更に高次の導関数項はゼロである。
トポグラフ的干渉信号Sの生成において使用される特定の記録媒体の選択と積分線束Jの最適値において、積分線束Jに関するE(J)の大きさおよび関数的依存性に対しては、注意が払われる。
記録媒体における露光誘起変化により生成されるトポグラフ的干渉信号Sは、所定の倍率[式(1)参照]以内で、次式として与えられる：
記録媒体の非線形特性、および、(ψ1−ψ2)に対するT1の依存性は、トポグラフ的干渉信号Sにおいて、位相[φ+(ψ1-ψ2)]、位相(ψ1-ψ2)、および／または、それらの組み合わせ[式(3)参照]の調波である位相を備えた項を生成する。本明細書において斯かる調波項は、トポグラフ的干渉信号Sにおける周期的エラー項として処理される。本発明の種々の実施例において周期的エラー項の影響は、“周期的エラーの取扱い：減少、排除および／または補償”と題する小節に記述された如き一連の段階により取扱われる。
開孔1032の縁部におけるアポダイズは、トポグラフ的干渉信号が測定される部位において、且つ、記録媒体における露光誘起変化の横方向微分的干渉測定において必要とされるならば上記部位の近傍領域において、フレネル回折の影響を減少すべく導入される。開孔1032に対して呈示される特定の設計態様において、アポダイズは、吸収／減衰層1022の透過および位相シフトと、対応する径方向寸法r'1−r1およびr2−r'2(図３ａ参照)とを選択することにより、吸収／減衰層1022により導入される。本発明の実施形態の有効範囲および精神から逸脱せずに、他の形態のアポダイズが使用され得る。
記録媒体における露光誘起変化が直面する周期的エラーの取扱い：減少、排除および／または補償
式(3)において表された如き周期的エラーの影響は、本発明の種々の実施例において一連の処置を介して取扱われる。上記一連の処置は、周期的エラーの影響を減少、排除および／または補償する。上記試験用物体のT1の一定の特性の結果として生成された周期的エラーは、対応する周期的エラーの発生源の減少もしくは排除を介する第1処置において減少または排除される。記録媒体の非線形特性により生成された偶調波の周期的エラーは、トポグラフ的干渉信号Sに対応する共役直交位相に関する情報を獲得すべく使用されるホモダイン検出方法の設計を介しての第2処置において排除される。第3処置においては、記録媒体の非線形特性により生成された3次および更に高次の奇調波の周期的エラーが、一定の倍率の設計により減少される。第4処置において、記録媒体の非線形特性により生成された3次調波の周期的エラーの特性は、トポグラフ的干渉信号Sにおいて対応する1次調波項の特性から獲得されると共に、測定された記録媒体の非線形特性と協働して使用されることで、3次調波の周期的エラーの影響が補償される。
式(3)において表された如き周期的エラーの影響は、本発明の種々の実施例において一連の処置を介して取扱われる。上記一連の処置は、周期的エラーの影響を減少、排除および／または補償する。上記試験用物体のT1の一定の特性の結果として生成された周期的エラーは、対応する周期的エラーの発生源の減少もしくは排除を介する第1処置において減少または排除される。記録媒体の非線形特性により生成された偶調波の周期的エラーは、トポグラフ的干渉信号Sに対応する共役直交位相に関する情報を獲得すべく使用されるホモダイン検出方法の設計を介しての第2処置において排除される。第3処置においては、記録媒体の非線形特性により生成された3次および更に高次の奇調波の周期的エラーが、一定の倍率の設計により減少される。第4処置において、記録媒体の非線形特性により生成された3次調波の周期的エラーの特性は、トポグラフ的干渉信号Sにおいて対応する1次調波項の特性から獲得されると共に、測定された記録媒体の非線形特性と協働して使用されることで、3次調波の周期的エラーの影響が補償される。
第1処置：記録媒体における露光誘起変化により生成された周期的エラーの可能的な主要発生源の減少または排除
周期的エラーの主要発生源は、夫々の群のT1が(ψ1−ψ2)[式(1)参照]に対する依存性を呈する如く構成された一群の試験用物体である。可能的な主要発生源は上記第1処置において、トポグラフ的干渉信号Sに関する共役直交位相情報を獲得すべく用いられる一群の試験用物体の設計態様を介して減少もしくは排除される。特に、可能的な主要発生源は上記第1処置において、上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対してT1およびT10が同一である如く、上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対して｜T1｜1/2および｜T10｜1/2を選択することにより減少または排除される。
周期的エラーの主要発生源は、夫々の群のT1が(ψ1−ψ2)[式(1)参照]に対する依存性を呈する如く構成された一群の試験用物体である。可能的な主要発生源は上記第1処置において、トポグラフ的干渉信号Sに関する共役直交位相情報を獲得すべく用いられる一群の試験用物体の設計態様を介して減少もしくは排除される。特に、可能的な主要発生源は上記第1処置において、上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対してT1およびT10が同一である如く、上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対して｜T1｜1/2および｜T10｜1/2を選択することにより減少または排除される。
透過係数T1およびT10の値は、J'／｜A0｜2が上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対して同一であるという条件[式(2)参照]を達成すべく、上記一群の試験用物体の内の複数の試験用物体の各々に対して同一であるべく設計される。上記第１段階の条件が満足される場合、式(1)におけるE(J')の項の寄与は、上記可能的な主要発生源の減少または排除と関連してトポグラフ的信号Sの測定値に関して共役直交位相情報を獲得すべく引き続き使用されるホモダイン検出方法において容易に排除される。
トポグラフ的干渉信号Sの上記共役直交位相に関する情報はホモダイン検出方法において、たとえばπ／４、３π／４、５π／４および７π／４などの一群の相対位相シフト(ψ1−ψ2)に対応するEの一群の測定値から獲得される。上記一群の相対位相シフト(ψ1−ψ2)は、一群の対応試験用物体の(ψ1−ψ2)を、“上記一群の相対位相シフトmod 2π”である位相オフセット以内に設定することで、上記一群の対応試験用物体において生成される。
第2処置：記録媒体における露光誘起変化により生成された偶調波の周期的エラーの排除
上記第1処置を適用すると、トポグラフ的信号Sの共役直交位相に関する情報に対するE(J)の測定値の処理における位相(ψ1−ψ2)の1次調波を含む(ψ1−ψ2)の調波である周期的エラーの可能的な主要発生源の排除に加え、式(1)におけるE(J')項の寄与が減少もしくは排除される。残りの周期的エラーは、位相(φ+ψ1−ψ2)の調波である。
上記第1処置を適用すると、トポグラフ的信号Sの共役直交位相に関する情報に対するE(J)の測定値の処理における位相(ψ1−ψ2)の1次調波を含む(ψ1−ψ2)の調波である周期的エラーの可能的な主要発生源の排除に加え、式(1)におけるE(J')項の寄与が減少もしくは排除される。残りの周期的エラーは、位相(φ+ψ1−ψ2)の調波である。
上記第2処置において、位相(φ+ψ1−ψ2)の偶調波である周期的エラーは、トポグラフ的信号Sの共役直交位相に関する情報に対するE(J)の測定値の処理において減少または排除される。上記第2処置は、π／４、３π／４、５π／４および７π／４の如き対応する一群の位相シフト(ψ1−ψ2)を有する対応する一群の試験用物体に対する１未満の一定の固定値に等しい積｜T1｜1/2｜T10｜1/2を選択する段階と、ホモダイン検出方法を選択する段階とを備える。
上記ホモダイン検出方法の選択は、(φ+ψ1−ψ2)の偶調波である周期的エラー寄与が、上記対応する一群の試験用物体に対する一定の固定値に対して積｜T1｜1/2｜T10｜1/2が等しいときに排除されるという条件の考察に基づく。上記第2処置の上記条件を満足するホモダイン検出方法の例は、modπ／２である対応する一群の位相シフトを備えるトポグラフ的信号Sの共役直交位相に関する情報に対するE(J)の４個の値の測定に基づく。一群の位相シフト０、π／２、πおよび３π／２および一群の位相シフトπ／４、３π／４、５π／４および７π／４は、上記第2処置の条件[式(3)参照]を満足する一群の位相シフトの２つの例である。
本明細書で以下において、上記第2処置により偶調波の周期的エラーが排除されたトポグラフ的干渉信号はS0と称される。
第3処置：記録媒体における露光誘起変化により生成された奇調波の周期的エラーの振幅減少
位相(φ+ψ1−ψ2)の調波である3次および更に高次の奇調波の周期的エラーの大きさは、上記第3処置においては倍率の選択を介して減少される。その倍率は、位相(φ+ψ1−ψ2)の奇調波である２つの連続的な周期的エラー項の振幅の比率において出現する｜T1｜｜T10｜である[式(3)参照]。１未満である倍率｜T1｜｜T10｜に対し、位相(φ+ψ1−ψ2)の高次奇調波の影響は、調波次数に従い急激に減少する。
位相(φ+ψ1−ψ2)の調波である3次および更に高次の奇調波の周期的エラーの大きさは、上記第3処置においては倍率の選択を介して減少される。その倍率は、位相(φ+ψ1−ψ2)の奇調波である２つの連続的な周期的エラー項の振幅の比率において出現する｜T1｜｜T10｜である[式(3)参照]。１未満である倍率｜T1｜｜T10｜に対し、位相(φ+ψ1−ψ2)の高次奇調波の影響は、調波次数に従い急激に減少する。
第4処置：記録媒体における露光誘起変化により生成された奇調波の周期的エラーの補償
第4処置において、記録媒体の非線形特性により生成された3次調波の周期的エラーの特性は、トポグラフ的干渉信号Sにおける対応する1次調波項から獲得されると共に、記録媒体の測定済み非線形特性と組み合わされることで、3次調波の周期的エラーの影響が補償される。
第4処置において、記録媒体の非線形特性により生成された3次調波の周期的エラーの特性は、トポグラフ的干渉信号Sにおける対応する1次調波項から獲得されると共に、記録媒体の測定済み非線形特性と組み合わされることで、3次調波の周期的エラーの影響が補償される。
式(3)により与えられたトポグラフ的干渉信号Sであって上記第2処置により偶調波の周期的エラーが排除された信号すなわちS0の３乗は、次式である：
dnE(J)／dJnにより表される記録媒体の非線形特性は、トポグラフ的干渉信号S0の値を獲得するために使用されるE(J)の一群の測定値の測定から独立して測定される。測定された非線形特性は次に式(4)により使用されることで、以下の補償信号が得られる：
式(5)により与えられた3次補償項は、式(3)により与えられると共に上記第2処置により偶調波の周期的エラー項が排除されたトポグラフ的信号S0から減算されることで、以下の結果を以て補償済みトポグラフ的信号Scが得られる：
上記第3処置において使用された如き倍率｜T1｜｜T10｜および式(6)における他の係数によれば、Scにおいて残存する5次調波の周期的エラーの大きさは、Scにおける1次調波信号項の大きさの
の大きさを有する。
の相対振幅を有する周期的エラーは、Scの夫々の共役直交位相の相対位相において、ナノメータ未満計測に対応する
であるというエラーを生成する。
当業者であれば、上記第4処置の技術は、本発明の各実施例において使用される該第4処置の有効範囲または精神から逸脱せずに、5次および更に高次の奇調波の周期的エラーに対する補償信号を生成するためにも使用され得ることは明らかである。
また当業者であれば、本発明の種々の実施例に対して本明細書において記述される周期的エラーの取扱いの有効範囲または精神から逸脱せずに、上記第4処置の部分集合は周期的エラーの取扱いにおいて使用され得ることも明らかである。
補償されたトポグラフ的干渉信号Scの測定済み共役直交位相を獲得すべく使用され得るホモダイン方法の更なる記述は、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“背景振幅の減少および補償を伴う共焦点干渉顕微鏡検査法のための方法および装置(Method and Apparatus for Confocal Interference Microscopy with Background Amplitude Reduction and Compensation)”と題する米国特許第5,760,901号(ZI-05)および“走査干渉近視野共焦点顕微鏡検査法(Scanning Interferometric Near-Field Confocal Microscopy)”と題する米国特許第6,445,453B1号(ZI-14)；“干渉計測において対象物により反射／散乱されたビームのフィールドの共役直交位相の合同測定のための装置および方法(Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry)”と題する米国特許出願第10/765,368号(ZI-47)、および、“干渉計測において対象物により散乱／反射／直交偏光されたビームのフィールドの共役直交位相の合同測定のための装置および方法(Apparatus and Method for Joint Measurement of Fields of Scattered/Reflected Orthogonally Polarized Beams by an Object in Interferometry)”と題する米国特許出願第10/816,180号(ZI-50)；両件ともに“干渉計測において対象物により反射／散乱および透過／散乱されたビームのフィールドの共役直交位相の成分の合同および時間遅延測定のための装置および方法(Apparatus and Method for Joint And Time Delayed Measurements of Components of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted/Scattered Beams by an Object in Interferometry)”と題する米国仮出願第60/602,046号(ZI-57)および米国特許出願第11/204,758号(ZI-57)；および、両件ともに“ペリクルおよび／または開孔配列ビームスプリッタおよび非適応的および／または適応的な反射光学表面を備える反射光学的画像化システム(Catoptric Imaging Systems Comprising Pellicle and/or Aperture-Array Beam-Splitters and Non-Adaptive and/or Adaptive Catoptric Surfaces)”と題する米国仮出願第60/611,564号(ZI-58)および米国特許出願第11/229,314号(ZI-58)において与えられる。上記２件の特許、２件の仮特許出願の内の最初の出願、および、４件の特許出願の内の最初の３件は全てヘンリー．Ａ．ヒルによるものであり、且つ、それらの全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。
フレアの測定に適用される干渉計測法
光学系フレアの複素振幅の係数および強度の空間的変化特性に関する情報は、本発明の種々の実施例において２つの異なる技術により獲得される。一方の技術は、フレアの複素振幅に対応する共役直交位相の干渉的に測定された特性に基づく。第2の技術はフレアの強度の非干渉的な変化特性測定に基づき、その場合に非干渉的測定はトポグラフ的干渉信号以外のフレア関連信号に基づく。本明細書において、この節ではフレア測定に対する干渉計測の適用が記述され、第2の技術は引き続き、“フレアの強度変化特性の非干渉的測定”と題する節において記述される。
光学系フレアの複素振幅の係数および強度の空間的変化特性に関する情報は、本発明の種々の実施例において２つの異なる技術により獲得される。一方の技術は、フレアの複素振幅に対応する共役直交位相の干渉的に測定された特性に基づく。第2の技術はフレアの強度の非干渉的な変化特性測定に基づき、その場合に非干渉的測定はトポグラフ的干渉信号以外のフレア関連信号に基づく。本明細書において、この節ではフレア測定に対する干渉計測の適用が記述され、第2の技術は引き続き、“フレアの強度変化特性の非干渉的測定”と題する節において記述される。
フレアの複素振幅の係数の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は図６ａに関して記述され、且つ、フレアの強度の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は図６ｂに関して記述される。
フレアの複素振幅の係数の干渉変化特性測定
フレアの複素振幅の係数の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は、以下の段階に関して図６ａを参照して記述される。
フレアの複素振幅の係数の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は、以下の段階に関して図６ａを参照して記述される。
各段階Ｉの一覧表
段階１：光子検出器に対し、または、検出器の役割を果たす記録媒体に対し、検出器“ピクセル”の開孔の２つの対応する特性線形寸法に対する値を選択し、その場合にピクセルという語句は、試験中の光学系の対物面に対して共役された結像面内における検出器の要素の有効口径を指す；
段階１：光子検出器に対し、または、検出器の役割を果たす記録媒体に対し、検出器“ピクセル”の開孔の２つの対応する特性線形寸法に対する値を選択し、その場合にピクセルという語句は、試験中の光学系の対物面に対して共役された結像面内における検出器の要素の有効口径を指す；
段階２：干渉計に第1の試験用物体を装填する；
段階３：トポグラフ的干渉信号の共役直交位相が、一群のランダム化された相対位相を有する回折ビームを生成する一連のN1個の回折部位を備える第1の試験用物体に対して測定される；
段階４：同一の試験用物体に対して段階２を(N2−１)回だけ反復し、フレアの夫々の複素振幅変化特性の実数成分および虚数成分の測定に伴う統計的誤差が減少される；
段階５：上記トポグラフ的干渉信号に関して測定された一群のN2個の共役直交位相の平均を算出する；
段階６：一群の(N3−1)個の付加的で独立的な試験用物体の各々に対して段階３、４および５を反復し、その場合、独立的であるとの分類は、上記一群の試験用物体の回折部位により回折されたビームの夫々の群の相対的なランダム化位相に関して為され、すなわち、夫々の群のランダム化位相は相互に関してランダム化される；
段階７：上記トポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の平均値の絶対値の平均を算出する；
段階８：段階７で獲得されたトポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の平均値の絶対値の平均値を合算することにより、トポグラフ的干渉信号の係数を算出する：
段階９：段階８で獲得されたトポグラフ的干渉信号の係数からフレアの複素振幅の係数を算出する；
段階１０：段階９を介して達成された処を超えて空間的解像度および／または統計的精度の増大が所望されたなら、段階９において獲得されたフレアの複素振幅の係数の測定済み特性から、フレアの複素振幅の係数に対する自己相関関数が決定される；
段階１１ａ：ピクセルの２つの対応する特性線形寸法(段階１参照)に対応する自己相関関数の幅が、段階１１ａに至る各段階Ｉにおいて使用されたピクセルの２個の夫々の特性線形寸法より大きければ、検出器ピクセルの２個の特性線形寸法は、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅の≒1/2に等しく設定され；または、
段階１１ｂ：ピクセルの２つの対応する特性線形寸法(段階１参照)に対応する自己相関関数の幅が、段階１１ａおよび段階１１ｂに至る各段階ＩＩにおいて使用されたピクセルの２個の夫々の特性線形寸法と略々等しく、且つ、空間的解像度における増大が所望されたなら、検出器ピクセルの２個の特性線形寸法は、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅の数分の１、たとえば１／４または１／８に等しく設定される；
段階１２：段階２〜段階９が反復され、フレアの複素振幅の係数に対する夫々の測定済み変化特性が獲得される；
段階１３：段階１１ｂを含む段階１２までの経路であると共に、段階１２を介して達成された処を超えて空間的解像度の更なる増大が所望されたなら、段階１０、段階１１ｂおよび段階１２は、必要に応じて一回以上だけ反復され、または、フレアの振幅の係数の測定済み変化特性の自己相関関数の特性により表される如く最大の空間的解像度が達成されるまで反復される。
各段階Ｉの一覧表における段階１は、たとえば、フレアの複素振幅の係数の変化特性の測定において達成されるべき統計的精度および空間的解像度などの考察を用いて開始される。概略的に、検出器ピクセルの開孔の２つの特性線形寸法に対する好適な値は、段階１０において引き続き測定され得る如きフレアの複素振幅の係数の自己相関関数の夫々の幅の≒１／２である。２つの特性線形寸法に関する段階１における詳細は、部分的に、フレアの複素振幅の係数の変化特性に関する空間情報を喪失しないためのサンプリング定理に基づく。
これに加え、ピクセルの異なる部分が非干渉的に加わる場合であって、トポグラフ的干渉信号が、ピクセルの面積の平方根に対してではなく該ピクセルの面積に対して比例する様にサンプリング定理詳細が満足された場合、ピクセルの上記異なる部分からのフレアの寄与は可干渉的に合算される。検出器ピクセルの開孔の２つの特性線形寸法が、フレアの振幅の固有自己相関関数の対応幅を超えて増大するなら、トポグラフ的干渉信号の対応増大はピクセルの面積の平方根に比例する。
段階９において当該解像度に対してフレアの複素振幅の係数の測定済み特性が獲得されたという解像度が十分なら、各段階Ｉの一覧表の更なる段階が続行される必要はない。但し、最終用途において、段階１の検出器ピクセルの開孔の２つの特性線形寸法の選択により設定された空間的解像度よりも良好な空間的解像度を提供することが所望されたなら、これが適切な選択肢であるか否かを決定すべく段階１０が行われ；段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅に対応する空間的解像度が、ピクセルの２つの特性線形寸法により設定された夫々の空間的解像度よりも大きいなら、統計的精度における増大は達成され得るが、検出器ピクセルの特性線形寸法を変更しても空間的解像度における更なるゲインは獲得され得ない。
但し、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅に対応する空間的解像度が、検出器ピクセルの２つの特性線形寸法により設定された夫々の空間的解像度と略々等しいなら、段階１において設定された検出器ピクセルの開孔の２つの特性線形寸法を、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅の例えば１／４または１／８などの数分の１に減少することにより、空間的解像度の向上が達成され得る。
段階３において、光子検出器から、または、検出器の所定ピクセルに対する記録媒体における測定済み変化から測定された信号Si,jは、以下の通常の位相シフト干渉式に従う：
式中、
｜AR,j｜、｜AB,j｜および｜Af,j｜は夫々、測定インデックスjに対する基準ビーム、背景ビームおよびフレア・ビームの振幅の係数であり；
ψjは、複素基準振幅AR,jに対する複素フレア振幅Af,jの位相であり、且つ、
インデックスi付きのφiは、採用されたホモダイン検出方法に依存してi＝1、2、3またはそれ以上に対して干渉計により基準ビームおよび測定ビーム間に導入された位相シフトである。
｜AR,j｜、｜AB,j｜および｜Af,j｜は夫々、測定インデックスjに対する基準ビーム、背景ビームおよびフレア・ビームの振幅の係数であり；
ψjは、複素基準振幅AR,jに対する複素フレア振幅Af,jの位相であり、且つ、
インデックスi付きのφiは、採用されたホモダイン検出方法に依存してi＝1、2、3またはそれ以上に対して干渉計により基準ビームおよび測定ビーム間に導入された位相シフトである。
一群のランダム化された相対位相を有する一連の回折部位を備えた試験用物体の作製の結果、記録されたフレアの複素振幅は統計的に、
と、個々の回折部位により引き起こされたフレアの振幅との積に比例する。
トポグラフ的干渉信号および夫々の標準偏差の共役直交位相F1,jおよびF2,jは、次式として、０、π／２、πおよび３π／２に等しいφiの対応値を有するi=1、2、3および4の場合に対して与えられる：
式中、
ReAf,jおよびImAf,jは夫々、複素振幅Af,jの実数成分および虚数成分であり、且つ、
(SE)1および(SE)2は夫々、F1,jおよびF2,jにおける系統誤差である。
ReAf,jおよびImAf,jは夫々、複素振幅Af,jの実数成分および虚数成分であり、且つ、
(SE)1および(SE)2は夫々、F1,jおよびF2,jにおける系統誤差である。
段階５に関し、共役直交位相F1,jおよびF2,jの平均値<F1,j>および<F2,j>、および、N2個の測定値からの夫々の標準偏差σ<F1,j>およびσ<F2,j>は、次式により与えられる：
N2の値は、複素振幅の係数を算出する上で使用される平均値<F1,j>および<F2,j>における統計的誤差の影響に対する相対誤差が例えば1/3などの一定の所定値未満である如く選択される[式(17)および式(18)参照]。
段階７に関し、<F1,j>および<F2,j>の絶対値の平均値は、以下の近似により算出される：
式中、sign<F1,j>およびsign<F2,j>は夫々、<F1,j>および<F2,j>の符号である。式(12)および式(13)により表現された関係における近似符号は、<F1,j>および<F2,j>の統計的誤差がゼロに至るときに等しい符号へと減少する。統計的誤差の影響に対する補正は段階９において、フレアの複素振幅の係数の算出において為される。
平均値<<F1,j>sign<F1,j>>および<<F2,j>sign<F2,j>>は段階７において、N3個の測定値に対する干渉トポグラフ信号の共役直交位相の絶対値に対して算出される。結果は、次式の如くである：
段階８において、トポグラフ的干渉信号の係数は、段階７において獲得されたトポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の平均値の絶対値の平均値を合算することで算出される。ランダムに分布したθに関して実数成分および虚数成分であるcosθおよびsinθを備えた複素振幅であって１である複素振幅の係数の平均と、複素振幅｜cosθ｜および｜sinθ｜の絶対値の合計との間の関係は、次式である：
N3の値は、平均係数を算出する上で生ずる統計的誤差の相対的影響が、係数を算出する上で使用された近似の相対的影響より小さくまたはそれと同一程度である如く選択される[式(16)参照]。
共役直交位相の絶対値の算出における統計的誤差の影響に対する補正は、一次影響に対して以下の式により与えられる：
積分線束の測定値として測定ビーム源1030の減衰画像に対応するトポグラフ的干渉信号の測定値を使用すると共に係数の算出において使用された近似に対して補正を行い[式(16)参照]、且つ、共役直交位相の絶対値の算出における統計的誤差の影響に対して補正を行う[式(17)および式(18)参照]ことにより段階８において獲得されたトポグラフ的干渉信号の係数から、段階９においてはフレアの複素振幅の係数が算出される。
段階８の利点は、系統誤差の処理に関している。段階８における処置によれば、段階７において獲得されたトポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の平均値の絶対値の平均値を合算することにより、トポグラフ的干渉信号の係数が算出される。段階８においてトポグラフ的干渉信号の共役直交位相の絶対値を合算する処置は、系統誤差の処理に関するヘテロダイン技術に対応し；該ヘテロダイン技術は、周波数空間における“DC”における系統誤差を、自由空間における非ゼロ周波数における広帯域変調系統誤差へと変換する。結果として、変調された系統誤差の平均値はゼロである：
故に、系統誤差の寄与は、概略的にゼロへと減少される。系統誤差に関する上記結果は、フレアの複素振幅の係数を獲得する処置の重要な利点である。
フレアの強度の干渉変化特性測定
フレアの強度の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は、“フレアの複素振幅の係数の干渉変化特性測定”と題する先行節に記述された各段階Ｉの一覧表における多くの同一段階を備える。該適用は、以下の各段階に関して図６ｂを参照して記述される。
フレアの強度の空間的変化特性測定に対する干渉計測の適用は、“フレアの複素振幅の係数の干渉変化特性測定”と題する先行節に記述された各段階Ｉの一覧表における多くの同一段階を備える。該適用は、以下の各段階に関して図６ｂを参照して記述される。
各段階ＩＩの一覧表
段階１：光子検出器に対し、または、検出器の役割を果たす記録媒体に対し、検出器“ピクセル”の開孔の２つの対応する特性線形寸法に対する値を選択し、その場合にピクセルという語句は、試験中の光学系の対物面に対して共役された結像面内における検出器の要素の有効口径を指す；
段階１：光子検出器に対し、または、検出器の役割を果たす記録媒体に対し、検出器“ピクセル”の開孔の２つの対応する特性線形寸法に対する値を選択し、その場合にピクセルという語句は、試験中の光学系の対物面に対して共役された結像面内における検出器の要素の有効口径を指す；
段階２：干渉計に第1の試験用物体を装填する；
段階３：トポグラフ的干渉信号の共役直交位相が、一群のランダム化された相対位相を有する回折ビームを生成する一連のN1個の回折部位を備える第1の試験用物体に対して測定される；
段階４：同一の試験用物体に対して段階２を(N2−１)回だけ反復し、フレアの夫々の複素振幅変化特性の実数成分および虚数成分の測定に伴う統計的誤差が減少される；
段階５：上記トポグラフ的干渉信号に関して測定された一群のN2個の共役直交位相の平均を算出する；
段階６：一群の(N3−1)個の付加的で独立的な試験用物体の各々に対して段階３、４および５を反復し、その場合、独立的であるとの分類は、上記一群の試験用物体の回折部位により回折されたビームの夫々の群の相対的なランダム化位相に関して為され、すなわち、夫々の群のランダム化位相は相互に関してランダム化される；
段階７：上記トポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の値の二乗の平均を算出する；
段階８：上記トポグラフ的干渉信号の共役直交位相の一群のN3個の平均値の値の二乗の平均の合計として、トポグラフ的干渉信号の係数の二乗が獲得される；
段階９：段階８で獲得されたトポグラフ的干渉信号の係数の二乗から、フレアの強度を算出する；
段階１０：段階９を介して達成された処を超えて空間的解像度および／または統計的精度の増大が所望されたなら、段階９において獲得されたフレアの強度の測定済み特性から、フレアの強度に対する自己相関関数が決定される；
段階１１ａ：ピクセルの２つの対応する特性線形寸法(段階１参照)に対応する自己相関関数の幅が、段階１１ａに至る各段階ＩＩにおいて使用されたピクセルの２個の夫々の特性線形寸法より大きければ、検出器ピクセルの２個の特性線形寸法は、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅の≒1/2に等しく設定され；または、
段階１１ｂ：ピクセルの２つの対応する特性線形寸法(段階１参照)に対応する自己相関関数の幅が、段階１１ａおよび段階１１ｂに至る各段階ＩＩにおいて使用されたピクセルの２個の夫々の特性線形寸法と略々等しく、且つ、空間的解像度における増大が所望されたなら、検出器ピクセルの２個の特性線形寸法は、段階１０において獲得された自己相関関数の夫々の幅の数分の１、たとえば１／４または１／８に等しく設定される；
段階１２：段階２〜段階９が反復され、フレアの強度に対する夫々の測定済み変化特性が獲得される；
段階１３：段階１１ｂを含む段階１２までの経路であると共に、段階１２を介して達成された処を超えて空間的解像度の更なる増大が所望されたなら、段階１０、段階１１ｂおよび段階１２は、必要に応じて一回以上だけ反復され、または、フレアの強度の測定済み変化特性の自己相関関数の特性により表される如く最大の空間的解像度が達成されるまで反復される。
各段階ＩＩの一覧表の各段階の残りの記述は、段階８に関する以外、各段階Ｉの一覧表の各段階の記述の対応部分と同一である。
トポグラフ的干渉信号の検出効率を増進する処置
光学系により引き起こされたフレアの影響の検出効率は、本発明の種々の実施例において、図４ａに概略的に示された如く記録層410の頂面に反射防止(AR)層420を使用することで高められ得る。層430もまたAR層とされることで、記録層410を複数回通過する露光ビームの影響が減少され得ることから、該層430はAR層420と協働して、記録層410における情報記録に際して達成され得る解像度を向上させる。AR層420および430はまた、その様にしなければ該AR層420および430により反射された測定ビーム成分として生成される干渉計の測定ビーム成分の振幅の一部も排除する。測定ビーム成分の振幅の一部を排除すると、夫々の干渉計は、露光ビームの波長または化学波長において暗視野モードで動作する干渉計へと変換される。
光学系により引き起こされたフレアの影響の検出効率は、本発明の種々の実施例において、図４ａに概略的に示された如く記録層410の頂面に反射防止(AR)層420を使用することで高められ得る。層430もまたAR層とされることで、記録層410を複数回通過する露光ビームの影響が減少され得ることから、該層430はAR層420と協働して、記録層410における情報記録に際して達成され得る解像度を向上させる。AR層420および430はまた、その様にしなければ該AR層420および430により反射された測定ビーム成分として生成される干渉計の測定ビーム成分の振幅の一部も排除する。測定ビーム成分の振幅の一部を排除すると、夫々の干渉計は、露光ビームの波長または化学波長において暗視野モードで動作する干渉計へと変換される。
暗視野モードで動作する干渉計の記述および利点は、本出願と同様に本出願人が所有すると共に上記に引用されて“背景振幅の減少および補償を伴う共焦点干渉顕微鏡検査法のための方法および装置”と題する米国特許第5,760,901号(ZI-05)；本出願と同様に本出願人が所有すると共に“横方向微分的干渉共焦点顕微鏡検査法(Transverse Differential Interferometric Confocal Microscopy)”と題する米国仮特許出願第60/447,254号(ZI-40)および“表面特性解析のための縦方向微分的干渉共焦点顕微鏡検査法(Longitudinal Differential Interferometric Confocal Microscopy for Surface Profiling)”と題する第60/448,360号(ZI-41)において与えられた微分干渉計システムに対して与えられた記述、および、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“干渉共焦点顕微鏡検査法を用いる薄膜計測(Thin Film Metrology Using Interferometric Confocal Microscopy)”と題する米国仮特許出願第60/448,250号(ZI-42)；および、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“横方向微分的干渉共焦点顕微鏡検査法(Transverse Differential Interferometric Confocal Microscopy)”と題する米国特許出願第10/778,371号(ZI-40)；“表面特性解析のための縦方向微分的干渉共焦点顕微鏡検査法”と題する米国特許出願第10/782,057号(ZI-41)；および、“暗視野干渉共焦点顕微鏡検査法のための方法および装置(Method And Apparatus For Dark Field Interferometric Confocal Microscopy)”と題する米国特許出願第10/782,058号(ZI-42)において与えられた暗視野干渉システムに対して与えられた記述の対応部分と同一であり、各件はヘンリー．Ａ．ヒルによるものである。上記６件の出願の内容は、言及したことにより全体的に本明細書中に援用される。
AR層420および430はまた異なる光学的厚さを有する非吸収型の媒体で構成されることで、トポグラフ的干渉信号の検出効率を増進し得ると共に、依然として、AR層の目的に資することで、記録層410を複数回通過する露光ビームの影響を減少する。AR層420および430の光学的厚さは夫々、たとえば約４および約２などのように＞１となるべく設計されることから、夫々の界面での反射率が低い極値となる２群の波長が在る。AR層420および430の各々に対する一連の波長は、化学波長、すなわち露光ビームの波長を含む。AR層420の光学的厚さはまた、たとえばAR層430に対する一連の波長の要素がAR層420に対する一連の波長のひとつ置きの要素に対応するなどの様に、AR層430の一連の波長がAR層420の一連の波長の部分集合である如く、AR層430の光学的厚さよりも大きく設計される。AR層420に対する一連の波長の残りの要素の波長にて、AR層430の反射率は比較的に大きい非ゼロ極値である。
上記増進は、AR層420の一連の波長の残りの要素の波長の内のひとつの波長と一致すべく干渉計10の波長を選択することにより可能とされる。上記残りの要素の波長の内のひとつの波長にて動作させると、夫々の干渉計の測定ビームはAR層420により透過されて記録層410を通る第1の通過を行い、その一部はAR層430により比較的に大きい振幅で反射されると共にその反射された部分は記録層410を通る第2の通過を行い、且つ、該第2の通過ビームはAR層420により透過される。故に記録層410の屈折率に対する露光誘起変化の影響は、AR層420により生成された背景信号を低減し乍ら、記録層410に関して透過モードで有効に動作している夫々の干渉計により測定され得る。
フレアの検出効率を増進する処置：反射層
フレアの検出効率は本発明の種々の実施例において、図４ｂに概略的に示された如き基板60と記録層410との間の界面における反射層432を用いることで増大され得る。反射層432は、記録層410に入射するビームの各部分の光路であって該記録層410内における光路を増加する結果、記録層410の露光量が増加される。検出効率の増大に伴い、記録層410に記録された情報に関する空間的解像度は減少する。但し、低い空間周波数のみを概略的に呈するフレアの非干渉成分に関し、空間的解像度の減少は問題ではない。
フレアの検出効率は本発明の種々の実施例において、図４ｂに概略的に示された如き基板60と記録層410との間の界面における反射層432を用いることで増大され得る。反射層432は、記録層410に入射するビームの各部分の光路であって該記録層410内における光路を増加する結果、記録層410の露光量が増加される。検出効率の増大に伴い、記録層410に記録された情報に関する空間的解像度は減少する。但し、低い空間周波数のみを概略的に呈するフレアの非干渉成分に関し、空間的解像度の減少は問題ではない。
本発明の種々の実施例において記述された装置は、ピンホール共焦点式干渉顕微鏡システムまたはスリット共焦点式干渉顕微鏡システムの例から成る。共焦点顕微鏡システムの背景減少能力は、その最も重要な属性のひとつであり、共焦点顕微鏡法の強力な光学的区分特性から帰着する。これは、習用の顕微鏡法における制限された深度の視野とは完全に異なる性質であり、その差は、習用の顕微鏡において焦点外の情報は単に不鮮明である一方、共焦点システムにおいて該情報は強くではないが実際に検出されるということであり；焦点面から軸心方向に分離された一定の場所において散乱された光は、検出器平面においてピンぼけすることから、其処に載置されたマスクを効果的に通過し得ない[Ｔ．ウィルソン(T. Wilson)編、“共焦点顕微鏡法(Confocal Microscopy)”、(ロンドン、アカデミック・プレス(Academic Press, London)、第143〜169頁(1990)、Ｃ．Ｊ．Ｒ．シェパード(C. J. R. Sheppard)およびＣ．Ｊ．コグズウェル(C. J. Cogswell)の“共焦点顕微鏡法における３次元作像(Three-dimensional Imaging In Confocal Microscopy)”を参照]。
非蛍光共焦点走査顕微鏡の２つの有用なモード、すなわち反射モードおよび透過モードが在る[“光学および電子顕微鏡法における進歩(Advances in Optical and Electron Microscopy)”、10巻(アカデミック、ロンドン、1987)におけるＣ．Ｊ．Ｒ．シェパードの“走査光学顕微鏡法(Scanning Optical Microscopy)”；Optica Acta、24(10)、第1051-1073頁、(1977)、Ｃ．Ｊ．Ｒ．シェパードおよびＡ．チョードリ(A. Choudhury)]。実際問題として、共焦点顕微鏡によれば、[上記に引用された米国特許第5,760,901号(ZI-05)、雑誌“顕微鏡法”(J. Microscopy)、第159巻(パート２)、第179〜194頁(1990)、Ｃ．Ｊ．Ｒ．シェパードおよびＣ．Ｊ．コグズウェル；Optics Lett.、第3巻、第115〜117頁(1978)、Ｃ．Ｊ．Ｒ．シェパードおよびＴ．ウィルソン；Proc. R. Soc. Lond.、A387、第171〜186頁(1983)、Ｃ．Ｊ．Ｒ．シェパード、Ｄ．Ｋ．ハミルトン(D. K. Hamilton)およびＩ．Ｊ．コックス(I. J. Cox)に記述された如く]軸心方向に沿い対象物を走査することにより光学的区分を達成することで、３次元画像を形成することは容易である。
本発明の種々の実施例において獲得された記録媒体410における露光誘起変化の３次元画像により表された情報は、散乱／反射された測定ビームの一連の測定済み共役直交位相から導出される。上記一連の測定済み共役直交位相は、上記に引用された米国特許第5,760,901号(ZI-05)に記述された如く干渉計10の軸心方向における記録媒体中の露光誘起変化の変動の箇所に関する情報を包含する。上記軸心方向は、基板60の表面に直交するか(本明細書の図２ａを参照)、または、一定の傾斜角とされ得る[言及された米国仮特許出願第60/624,707号(ZI-68)および米国特許出願第11/208,424(ZI-68)の図１ｂを参照]。
干渉計10の軸心方向における記録媒体中の露光誘起変化の変化特性に関する情報は、測定された一連の共役直交位相から直接的に獲得される。上記軸心方向における露光誘起変化における構造の空間的波長であって測定され得る空間的波長は、干渉計10の開口数に依存してλ／２より大きいか、そのオーダーである。
本発明の種々の実施例においては、上記に引用された米国特許出願第5,760,901号(ZI-05)に記述された如く干渉計の瞳内に配置された位相シフト・アレイを使用しても背景は減少され得る。
フレアの強度変化特性の非干渉的測定
フレアの強度変化特性を非干渉的に測定するための試験用物体
フレアの非干渉的測定のための試験用物体は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに夫々示された開孔450、460および470の共役画像の露光ビームの所望の可干渉性σを以て、記録媒体もしくは光子検出器の如き検出器内に画像を生成すべく設計される。開孔450、460および470は各々が二次元拡散体458、468および478を備え、一連の回折部位を備える各拡散体の特性は、引き続き使用される試験中の光学系の開孔を満たす如く回折ビームの各成分が回折される様に選択される[たとえば上記にて言及されたスプリンガ出版、Ｊ．Ｃ．デインティ編、第2版(1948)の4.2.1項の“レーザ・スペックルおよび関連現象”における考察を参照]。フレアの強度は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃにおいて夫々が番号456、466および476で表された領域の共役画像である領域において測定される。図５ａに示された開孔450の形状は、
という半径rにおいて試験中の光学系のフレアにより生成されたフレアの軸対称成分の測定に対して設計される。比率2(r4−r3)／(r4＋r3)は、フレア強度変化特性が測定される径方向解像度を決定すると共に、上記変化特性が測定される信号／ノイズ比に影響する。上記比率の例は、次式である：
フレアの強度変化特性を非干渉的に測定するための試験用物体
フレアの非干渉的測定のための試験用物体は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに夫々示された開孔450、460および470の共役画像の露光ビームの所望の可干渉性σを以て、記録媒体もしくは光子検出器の如き検出器内に画像を生成すべく設計される。開孔450、460および470は各々が二次元拡散体458、468および478を備え、一連の回折部位を備える各拡散体の特性は、引き続き使用される試験中の光学系の開孔を満たす如く回折ビームの各成分が回折される様に選択される[たとえば上記にて言及されたスプリンガ出版、Ｊ．Ｃ．デインティ編、第2版(1948)の4.2.1項の“レーザ・スペックルおよび関連現象”における考察を参照]。フレアの強度は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃにおいて夫々が番号456、466および476で表された領域の共役画像である領域において測定される。図５ａに示された開孔450の形状は、
もし、式(21)により決定された処よりも高い径方向解像度が所望されるなら、所定の露光および測定期間においてフレアが測定される精度における付随的変化に従い、式(21)の右辺は調節され得る。
フレアの特性が測定される精度は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに示されると共に式(21)により与えられた条件を備えた如き開孔450、460および470を使用することで、且つ、検出器平面におけるスポットであって図５ａ、図５ｂおよび図５ｃにおける要素456、466および476の共役画像であるというスポットにおけるフレア誘起信号を測定することで、高められる。図５ｂおよび図５ｃに示された開孔に対しては、式(21)により表現されたのと同様の比率、すなわち次式も存在する：
式中、図５ｂおよび図５ｃに対して夫々、m=5および7である。
図５ａ、図５ｂおよび図５ｃにおいて夫々、m=3、5および7に対して検出領域の半径r'mもまた、次式の如く選択される：
開孔460および470に対する上記形状は、軸対称でないフレアの特性の検出および測定を許容する。当業者であれば、他の開孔形状寸法を設計してフレアの他の空間的特性を生成および測定する方法は明らかであろう。
開孔450、460および470の共役画像により画成される領域は、必要な精度を以て測定可能な図５ａ、図５ｂおよび図５ｃにおける要素456、466および476と共役な検出領域においてフレア強度信号を生成するに必要な程度まで露光される。
フレアの非干渉的な検出効率を増進する処置：空間的ヘテロダイン技術
本発明の種々の実施例においてフレアの検出効率は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに示された要素456、466および476と夫々が共役である記録要素に対して空間的にパターン化された記録媒体が使用されるという空間的ヘテロダイン技術を使用することで例えば100倍または10,000倍などの数桁の大きさだけ高められ得る。図５ｄには、456の如き記録もしくは感光要素の断面が概略的に示される。上記記録要素は、夫々が寸法w1およびw2を備えた記録もしくは感光要素410Aの配列および非記録性もしくは非感光性要素410Bの配列から成る。上記周期的配列は、スリットの配列、または、記録媒体の２次元配列の形態とされ得る。フレア情報の書き込みおよび記録は、光ディスクにおける記録と類似している。
本発明の種々の実施例においてフレアの検出効率は、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃに示された要素456、466および476と夫々が共役である記録要素に対して空間的にパターン化された記録媒体が使用されるという空間的ヘテロダイン技術を使用することで例えば100倍または10,000倍などの数桁の大きさだけ高められ得る。図５ｄには、456の如き記録もしくは感光要素の断面が概略的に示される。上記記録要素は、夫々が寸法w1およびw2を備えた記録もしくは感光要素410Aの配列および非記録性もしくは非感光性要素410Bの配列から成る。上記周期的配列は、スリットの配列、または、記録媒体の２次元配列の形態とされ得る。フレア情報の書き込みおよび記録は、光ディスクにおける記録と類似している。
本発明の種々の実施例において上記空間的ヘテロダイン技術は、図４ａに示されたAR層420を夫々が寸法w1およびw2を備えた非AR被覆部分およびAR被覆部分の配列へと変換することにより、または、図４ａに示されたAR層430を夫々が寸法w1およびw2を備えた非AR被覆部分およびAR被覆部分の配列へと変換することにより、または、図４ｂに示された反射層432を夫々が寸法w1およびw2を備えた非反射部分および反射部分の配列へと変換することによっても実施され得る。同様に上記空間的ヘテロダイン技術はまた本発明の種々の実施例において、図４ａに示されたAR層420を、夫々が寸法w1およびw2を備えた非AR部分もしくは吸収材非被覆部分および吸収材被覆部分の配列へと変換することでも実施され得る。
上記空間的ヘテロダイン技術は、基本的に低い空間周波数から成るフレアの非干渉成分に関する情報を、該情報の検出のための信号／ノイズ比が概略的に更に高いという高い空間周波数へと移行させる。上記寸法w1およびw2は、記録媒体における露光誘起変化を測定すべく引き続き使用される干渉計測システムの空間分解能のオーダーもしくはそれより大きく、且つ、測定されるべきフレアの構造の規模より小さくなるべく選択される。上記空間的ヘテロダイン技術は、上記で言及された米国仮特許出願第60/447,254号(ZI-40)、第60/448,360号(ZI-41)、第60/448,250号(ZI-42)および第60/485,507号(ZI-52)、および、米国特許出願第10/778,371号(ZI-40)、第10/782,057号(ZI-41)、第10/782,058号(ZI-42)および第10/886,010号(ZI-52)に記述された如き微分干渉計測システムの特性を利用して設計される。
フレアの非干渉成分に関する情報の検出に対する増進は、断面が矩形である記録要素の２次元配列に対しては次式であり、
且つ、非空間的に変調された次元における低い空間周波数成分の検出に対する信号／ノイズ比に依存して、１次元配列の記録要素に対しては次式である：
２次元配列の記録要素に対するw1＝w2＝0.5μmおよびr'm＝5mmの例に関し、式(24)により与えられる増進係数は
である。２次元配列の記録要素に対するw1＝w2＝0.5μmおよびr'm＝5mmの例に関し、式(24)により与えられる増進係数は
である。
上記空間的ヘテロダイン技術はまた本発明の種々の実施例において使用されることで、記録媒体の露光誘起変化における干渉項に関するフレアの可干渉的成分と光学収差の影響との検出に対する感度を増進し得る。記録媒体の露光誘起変化における干渉項に関するフレアの可干渉的成分と光学収差の影響とを検出すべく計測ツールを用いると共に、該計測の解像度が露光誘起変化の高い周波数空間成分の空間的波長に匹敵する場合、上記空間的ヘテロダイン技術は特に有用であり得る。基板上へとパターンを投影するために共役画像化システムの第1画像化システムを用いる代わり、上記空間的ヘテロダイン技術は、記録媒体における高い空間周波数情報を、別様の回折画像化システムにより効果的に検出され得る低い空間周波数へと変換すべく用いられる。
干渉計測システム
露光誘起された記録媒体の特性における変化は、たとえば、記録媒体の反射率の変化または頂面変化特性もしくはトポグラフ的変化特性を測定することにより測定され得る。図１ａは、基板により散乱／反射されたビームのフィールドの共役直交位相の測定を行うべく使用される干渉計測システムの概略図である。
露光誘起された記録媒体の特性における変化は、たとえば、記録媒体の反射率の変化または頂面変化特性もしくはトポグラフ的変化特性を測定することにより測定され得る。図１ａは、基板により散乱／反射されたビームのフィールドの共役直交位相の測定を行うべく使用される干渉計測システムの概略図である。
図１ａに示された干渉計測システムの記述は、上記で言及された米国特許出願第10/778,371号(ZI-40)の図１ａに示された干渉システムに対して与えられた対応部分と同一である。
図１ｂは、基板により散乱／反射されたビームのフィールドの共役直交位相の測定を行うべく使用され、または、フレア干渉計測において使用される干渉非共焦点計測システムの概略図である。図１ｂに示された干渉計測システムの記述は、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“非干渉および干渉顕微鏡法において定常波を用いて画像の高い空間周波数成分の解像度を増進する方法および装置(Method And Apparatus For Enhanced Resolution of High Spatial Frequency Components of Images using Standing Wave Beams in Non-Interferometric and Interferometric Microscopy)”と題するヘンリー．Ａ．ヒルによる米国特許出願第10/954,625号(ZI-55)であってその内容は言及したことにより全体的に本明細書中に援用されるという出願の図１ａに示された非共焦点式干渉システムに対して与えられた記述の対応部分と同一である。
図２ａは、当該特性における露光誘起変化を有する記録媒体の特性を測定すべく本発明の種々の実施例において使用される共焦点顕微鏡システムの概略図である。図２ａに示された共焦点顕微鏡システムの記述は、上記に引用された米国特許出願第10/778,371号(ZI-40)の図２ａに示された干渉システムに対して与えられた記述の対応部分と同一である。
図２ｂは、当該特性における露光誘起変化を有する記録媒体の特性を測定すべく本発明の種々の実施例において使用される非共焦点顕微鏡システムの概略図である。図２ｂに示された共焦点顕微鏡システムの記述は、上記で言及された米国特許出願第10/948,959号(ZI-56)の図１ｂに示された干渉システムに対して与えられた記述の対応部分と同一である。
本発明の種々の実施例においては、本発明の実施例の形態の有効範囲および精神から逸脱せずに、本出願と同様に本出願人が所有すると共に“原位置でのリソグラフィック投影光学収差および光軸箇所の原位置および原位置以外での測定(In Situ And Ex Situ Measurement Of In Situ Lithographic Projection Optic Aberrations And Optic Axis Location)”と題する米国仮特許出願第60/670,218号(ZI-66)、および、“高い空間的解像度による偏光解析測定のための装置および方法(Apparatus and Method for Ellipsometric Measurements with High Spatial Resolution)”と題する米国特許出願第10/886,157号(ZI-53)、および、“非干渉および干渉顕微鏡法において定常波ビームを用いて画像の高い空間周波数成分の解像度を増進する方法および装置(Method And Apparatus For Enhanced Resolution of High Spatial Frequency Components of Images using Standing Wave Beams in Non-Interferometric and Interferometric Microscopy)”と題する第10/938,408号(ZI-54)；上記で言及された米国仮特許出願第60/568,774号(ZI-60)、第60/569,807号(ZI-61)、第60/573,196号(ZI-62)、第60/571,967号(ZI-63)、第60/602,999号(ZI-64)、第60/618,483号(ZI-65)、第60/624,707号(ZI-68)、および、米国特許出願第10/886,010号(ZI-52)、第10/954,625号(ZI-55)、第10/948,959号(ZI-56)、第11/135,605号(ZI-62)、第11/124,603号(ZI-63)および第11/208,424号(ZI-68)に記述された如き他の干渉計測システムが使用され得る。上記の米国仮特許出願第60/670,218号(ZI-66)および米国特許出願第10/886,157号(ZI-53)および第10/938,408号(ZI-54)はヘンリー．Ａ．ヒルによると共に、それらの全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。
図６には、光学系の光軸および／または光学系の収差を計測するシステム830を用いるリソグラフィ・ツール800の例が示される。該計測システムは、正確に、露光システム内において光学系の光軸を位置決定し且つ／又は光学系の収差を測定すべく使用される。図６に示されたリソグラフィ・ツール800の記述は、上記で言及された米国特許出願第11/135,605号(ZI-62)の図７ａに示されたリソグラフィ・ツール800に対して与えられた記述の対応部分と同一である。
図７には、(不図示の)光学系の光軸および／または光学系の収差を計測するシステムを用いるウェハ検査システム900の概略図が示される。上記ウェハ検査システムは正確に、露光後処理ありで又は無しで原位置以外にて、記録媒体における露光誘起変化において記録された、光学系の光軸を位置決定し且つ／又は光学系の収差を測定すべく使用される。図７に示されたウェハ検査システム900の記述は、上記で言及された米国特許出願第11/135,605号(ZI-62)の図８に示されたウェハ検査システム900に対して与えられた記述の対応部分と同一である。
他の実施例は、添付の各請求項の範囲内である。
Claims (35)
- ソース・ビームを生成するソースと、
対物面と結像面とを有する光学系と、
前記光学系の前記対物面に配置された試験用物体を含む光学的要素であって、該試験用物体は、前記光学系を通過することで測定ビームを生成する一連の回折ビームを前記ソース・ビームから生成する回折点の配列を含み、該光学的要素はまた前記ソース・ビームから、前記測定ビームと組み合わされて前記光学系の前記結像面において干渉パターンを生成する基準ビームも生成し、前記干渉パターンは前記光学系のフレアに関する情報を表すという光学的要素とを備えて成る、
フレアを測定する点回折干渉計。 - 前記一連の回折ビームはランダム化された相対位相を有する、請求項１記載の点回折干渉計。
- 前記試験用物体は、その両方が前記光学系を通過する前記測定ビームおよび前記基準ビームの両方を生成するビームスプリッタの役割を果たす、請求項１記載の点回折干渉計。
- 前記試験用物体は、開孔と、該開孔と整列された拡散体とを含み、前記開孔は前記拡散体と協働して、ランダム化された相対位相を有する前記一連の回折ビームを生成する、請求項２記載の点回折干渉計。
- 前記試験用物体は、前記第1開孔の回りに環状的に配置された第2開孔を含む、請求項４記載の点回折干渉計。
- 前記第2開孔は前記ソース・ビームから前記基準ビームを生成する、請求項５記載の点回折干渉計。
- 前記試験用物体は、第1開孔と、該第1開孔の回りに環状的に配置された第2開孔とを含む、請求項２記載の点回折干渉計。
- 前記試験用物体は、前記第2開孔と整列された拡散体を更に備えて成る、請求項７記載の点回折干渉計。
- 前記第1開孔は前記ソース・ビームから前記基準ビームを生成する、請求項８記載の点回折干渉計。
- 前記第2開孔は前記拡散体と協働して、前記ソースから前記一連の回折ビームを生成する、請求項８記載の点回折干渉計。
- 前記光学的要素は前記ソース・ビームを受信すべく位置決めされたビームスプリッタであって前記ソース・ビームから前記基準ビームおよび入力ビームを生成するビームスプリッタを更に含み、前記入力ビームは前記試験用物体へと導向されると共に、該入力ビームから前記一連の回折ビームが生成される、請求項１記載の点回折干渉計。
- 前記光学系の前記結像面内に位置決めされて前記干渉パターンを受信する検出器システムを更に備えて成る、請求項１記載の点回折干渉計。
- 前記検出器システムは記録媒体を備え、該記録媒体において前記干渉パターンは露光誘起変化を生成する、請求項１２記載の点回折干渉計。
- 前記光学系の前記結像面内に配置された開孔配列であって該開孔配列上には前記干渉パターンが投影されるという開孔配列を更に備えて成る、請求項１記載の点回折干渉計。
- 前記開孔配列は、該配列の各開孔と整列された蛍光材料を更に備えて成る、請求項１４記載の点回折干渉計。
- 検出器と、該検出器上へと前記開孔配列を作像する第2光学系とを更に備えて成る、請求項１４記載の点回折干渉計。
- ソース・ビームを生成するソースと、
対物面と結像面とを有する光学系と、
前記光学系の前記対物面に配置された試験用物体を含む光学的要素であって、該試験用物体は、前記光学系を通過することで測定ビームを生成する一連の回折ビームを前記ソース・ビームから生成する回折点の配列を含み、前記測定ビームは前記試験用物体の共役画像として前記結像面上へと投影され、前記試験用物体の前記共役画像は前記光学系に対するフレア関連情報を含むという光学的要素とを備えて成る、フレアを測定する装置。 - 前記光学的要素は前記ソース・ビームから基準ビームも生成し、該基準ビームは前記測定ビームと組み合わされて前記光学系の結像面において干渉パターンを生成し、該干渉パターンは前記光学系のフレアに関する情報を表す、請求項１７記載の装置。
- 前記干渉パターンを検出して干渉信号を生成する検出器システムであって、該干渉信号からは前記光学系に対するフレア関連情報が導出されるという検出器システムを更に備えて成る、請求項１８記載の装置。
- 対物面と結像面とを有する光学系のフレアに関する情報を測定する方法であって、
ソース・ビームを生成する段階と、
前記光学系の前記対物面内に、回折点の配列を有する試験用物体を位置決めする段階と、
前記ソース・ビームの少なくとも一部分を前記試験用物体上へと導向することで、前記回折点の配列から一連の回折ビームを生成する段階と、
前記一連の回折ビームを前記光学系に通過させて測定ビームを生成する段階と、
前記ソース・ビームから基準ビームを生成する段階と、
前記基準ビームを前記測定ビームと組み合わせて前記光学系の前記結像面において干渉パターンを生成する段階であって、前記干渉パターンは前記光学系のフレアに関する情報を表すという段階とを備えて成る、
方法。 - 前記干渉パターンから導出された情報から前記光学系のフレアに関する情報を算出する段階を更に備えて成る、請求項２０記載の方法。
- 前記試験用物体は前記測定ビームおよび前記基準ビームの両方を生成する役割を果たし、且つ、
当該方法は、前記基準ビームを前記光学系に通過させる段階を更に備えて成る、請求項２０記載の方法。 - 前記試験用物体は、開孔と、該開孔と整列された拡散体とを含み、
前記開孔は前記拡散体と協働して、ランダム化された相対位相を有する一連の回折ビームを生成する、請求項２０記載の方法。 - 前記試験用物体は、前記第1に言及された開孔の回りに環状的に配置された第2開孔を含む、請求項２３記載の方法。
- 前記第2開孔は前記ソース・ビームから前記基準ビームを生成する、請求項２４記載の方法。
- 前記試験用物体は、第1開孔と、該第1開孔の回りに環状的に配置された第2開孔とを含む、請求項２０記載の方法。
- 前記試験用物体は前記第2開孔と整列された拡散体を更に備え、且つ、
前記第1開孔は前記ソース・ビームから前記基準ビームを生成すると共に、前記第2開孔は前記拡散体と協働して前記ソース・ビームから一連の回折ビームを生成する、請求項２６記載の方法。 - 対物面と結像面とを有する光学系に対するフレア関連情報を測定する方法であって、
ソース・ビームを生成する段階と、
前記光学系の前記対物面内に複数の試験用物体の各々を順次的に位置決めする段階であって、前記複数の試験用物体の各試験用物体は回折点を含むという段階と、
前記ソース・ビームから基準ビームを生成する段階と、
前記試験用物体の各々に対し、
(a)前記対物面内に位置決めされた前記試験用物体上へと前記ソース・ビームの少なくとも一部分を導向して前記回折点から回折ビームを生成する段階、
(b)前記回折ビームを前記光学系に通過させて測定ビームを生成する段階、および、
(c)前記基準ビームを前記測定ビームと組み合わせて前記光学系の前記結像面において干渉パターンを生成する段階と、
前記複数の試験用物体に対する前記干渉パターンから、前記光学系により引き起こされたフレアに関する情報を算出する段階とを備えて成る、方法。 - 前記複数の試験用物体の各試験用物体は回折点の配列を含み、その試験用物体に対して最初に言及される回折点はメンバーであり、且つ、
前記対物面に位置された前記試験用物体上へと前記ソース・ビームの少なくとも一部分を導向する前記段階は、前記回折点の配列から一連の回折ビームを生成する、請求項２８記載の方法。 - 前記干渉パターンを検出して一連の干渉信号を生成する段階を更に備えて成る、請求項２８記載の方法。
- 前記複数の試験用物体の各試験用物体に対し、N2を１より大きな整数として、前記一連の干渉信号のN2回の測定を行う段階を更に備えて成る、請求項３０記載の方法。
- 平均値における統計的誤差に依る相対誤差が一定の所定値未満であるに十分なほど大きくN2を選択する段階を更に備えて成る、請求項３１記載の方法。
- 各試験用物体に対して前記一連の干渉信号のN2個の測定値を用いて各試験用物体に対する一連の平均値を算出する段階を更に備えて成る、請求項３１記載の方法。
- 前記複数の試験用物体に対する前記一連の干渉信号の前記N2個の測定値を用いて、前記干渉信号から導出された一連の信号の実数および虚数成分の絶対値の平均値を算出する段階を更に備えて成る、請求項３１記載の方法。
- 少なくとも、前記複数の試験用物体に対する前記一連の干渉信号の前記N2個の測定値に基づき、前記光学系により引き起こされたフレアの複素振幅の係数を算出する段階を更に備えて成る、請求項３１記載の方法。
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