JP2012533871A - マイクロリソグラフィ投影露光装置及びそこに収容される光学面に関連するパラメータを測定する方法 - Google Patents

マイクロリソグラフィ投影露光装置及びそこに収容される光学面に関連するパラメータを測定する方法 Download PDF

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Abstract

マイクロリソグラフィ投影露光装置は、光学面(46;M6)と、光学面上の複数の別々の区域において光学面に関連するパラメータを測定する測定デバイス(90)とを含む。測定デバイスは、個々の測定光ビーム(94)を光学面上の区域に向けて誘導する照明ユニット(92)を含む。各測定光ビームは、区域のうちの測定光ビームに関連付けられた少なくとも一部分と、隣接区域のうちの測定光ビームに関連付けられていない少なくとも一部分とを照明する。検出器ユニット(96)は、各測定光ビームが光学面と相互作用した後に各測定光ビームに関する特性を測定する。評価ユニット(102)は、選択された区域に関連付けられた測定光ビームと、選択された区域に隣接する区域に関連付けられた少なくとも1つの測定光ビームとに対して検出器ユニット(96)によって判断された特性に基づいて選択された区域に関する面関連パラメータを判断する。
【選択図】図10

Description

本発明は、一般的に、マスクを感光面上に結像するマイクロリソグラフィ露光装置に関し、特に、光学面、例えば、ミラー又はミラーアレイと、光学面に関連するパラメータを複数の位置で測定するように構成された測定デバイスとを含むそのような装置に関する。更に、本発明は、そのようなパラメータを測定する方法に関する。
マイクロリソグラフィ(フォトリソグラフィ又は単純にリソグラフィとも呼ばれる)は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィ処理は、エッチング処理と併せて基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜積層体内に特徴部をパターン形成するのに使用される。製作の各層では、ウェーハは、最初に深紫外(DUV)光又は極紫外(EUV)光のような放射線に敏感な材料であるフォトレジストで被覆される。次に、フォトレジストを上に有するウェーハは、投影露光装置において投影光に露光される。装置は、パターンを含むマスクをフォトレジスト上にフォトレジストがマスクパターンによって判断されるある一定の位置においてのみ露光されるように投影する。露光の後にフォトレジストは現像され、マスクパターンに対応する像が生成される。次に、エッチング処理が、このパターンをウェーハ上の薄膜積層体内に転写する。最後に、フォトレジストが除去される。異なるマスクを使用するこの工程の繰返しにより、多層微細構造化構成要素がもたらされる。
一般的に、投影露光装置は、マスクを照明するための照明系と、マスクを整列させるためのマスク台と、投影対物系と、フォトレジストで被覆されたウェーハを整列させるためのウェーハ整列台とを含む。照明系は、マスク上に例えば矩形スリット又は湾曲スリットの形状を有することができる視野を照明する。
理想的には、照明系は、マスク上の照明視野の各点を明確に定められた放射照度及び角度分布を有する投影光で照明する。角度分布という用語は、マスク平面内の特定の点に向けて収束する光束の全光エネルギが、光束を構成する光線の様々な方向の間で如何に配分されるかを表す。
マスク上に入射する投影光の角度分布は、通常はフォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適合される。例えば、比較的大きいサイズの特徴部は、小さいサイズの特徴部とは異なる角度分布を必要とする可能性がある。最も一般的に使用される投影光角度分布は、従来照明設定、環状照明設定、二重極照明設定、及び四重極照明設定と呼ばれる。これらの用語は、照明系の系瞳面内の放射照度分布を意味する。例えば、環状照明設定では、系瞳面内で環状領域のみが照明される。この場合、投影光の角度分布において小さい角度範囲しか存在せず、従って、全ての光線は、マスク上に類似の角度で斜めに入射する。
望ましい照明設定を得るために、マスク平面内の投影光の角度分布を修正するための異なる手段が公知である。マスク平面に異なる角度分布を生成するのに最大の柔軟性を得るために、瞳面を照明するミラーアレイを使用することが提案されている。
EP 1 262 836 A1では、ミラーアレイは、1000個を超える微小ミラーを含むマイクロ電気機械系(MEMS)として達成される。ミラーの各々は、2つの直交傾斜軸の回りに傾斜させることができる。従って、そのようなミラーデバイス上に入射する放射線は、ほぼいずれかの望ましい半球方向に反射することができる。ミラーアレイと瞳面の間に配置されたコンデンサーレンズは、ミラーによって生成された反射角を瞳面内の位置に変換する。この公知の照明系は、瞳面を各々が1つの特定の微小ミラーに関連付けられ、このミラーを傾斜させることによって瞳面にわたって自由に移動することができる複数のスポットで照明することを可能にする。
類似の照明系は、US 2006/0087634 A1、US 7,061,582 B2、及びWO 2005/026843 A2から公知である。類似の傾斜可能ミラーアレイは、EUV照明系においても提案されている。
そのようなアレイでは、個々のミラーの向きを高い精度で高速に制御すべきである。この目的のために、閉ループ制御を使用することが提案されている。そのような制御機構は、各ミラーの向きを高い繰返し頻度でモニタすることを必要とする。
国際特許出願WO 2008/095695 A1は、各個々のミラーの向きを測定することを可能にする測定デバイスを開示している。この目的のために、各ミラーに対して個々の測定光ビームを生成する照明ユニットが設けられる。検出器ユニットが、ミラーから反射された後の光ビームの角度を測定する。ミラー上に入射する光ビームの方向が既知である場合には、評価ユニットにより、測定された反射光ビームの方向に基づいてミラーの向きを判断することができる。時間多重化又は周波数多重化を使用することによって測定光ビームを区別することができ、それによって複数のミラーの向きを連続して又は更には1回で判断することができる。
従来技術の照明ユニットは、ミラー上に向けられる測定光ビームを生成する光源としてレーザダイオードアレイ、例えば、垂直空洞面発光レーザ(VCSEL)を使用する。各レーザダイオードに対して、レーザダイオードの前面に配置され、ダイオードの光射出ファセットをミラーのうちの1つの上に結像する結像レンズが設けられる。好ましくは、結像レンズは、レーザダイオードと同じピッチを有するマイクロレンズアレイを形成する。
しかし、そのような測定デバイスの最も好ましい寸法の下でも、多くの場合に精度が十分ではないことが見出されている。
マイクロリソグラフィ投影露光装置の視野内での類似の測定においても同じ問題に遭遇する。例えば、そのような装置の投影対物系では、収差を補正するために変形させることができる光学面を有するレンズ又はミラーが場合によって存在する。光学面の変形は、例えば、機械力を作用するアクチュエータを用いて又は光学面上のある一定の区域上に放射線を誘導することによって達成することができる。変形工程を制御するために、光学面に関連するパラメータを複数の区域で測定するように構成された測定デバイスを用いて、光学面の形状を測定することができる。光学面が連続又は不連続のいずれであるかはそれ程問題ではないことから(ミラーアレイの場合と同様に)、そのような測定デバイスを用いて得ることができる測定精度は、同じく、時に満足できないものである。
EP 1 262 836 A1 US 2006/0087634 A1 US 7,061,582 B2 WO 2005/026843 A2 WO 2008/095695 A1 WO 2005/078522 A US 2004/0036977 A1 US 2005/0018294 A1 WO 2009/080310 A1 WO 2008/095695 A PCT/EP2009/0018027
本発明の目的は、光学面と、光学面上の複数の区域において面関連パラメータを測定するように構成され、改良された測定精度を有する測定デバイスとを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置を提供することである。本発明の更に別の目的は、改良された測定精度でそのようなパラメータを測定する方法を提供することである。
その装置に関しては、この目的は、光学面と、光学面上の複数の別々の区域において光学面に関連するパラメータを測定する測定デバイスとを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置によって解決される。測定デバイスは、個々の測定光ビームを光学面上の区域に向けて誘導するように構成された照明ユニットを含む。各測定光ビームは、区域のうちの測定光ビームに関連付けられた少なくとも一部分と、隣接区域のうちの測定光ビームに関連付けられていない少なくとも一部分とを照明する。各測定光ビームが光学面と相互作用した後に各測定光ビームに関する特性を測定するように構成された検出器ユニットが設けられる。評価ユニットは、選択された区域に関連付けられた測定光ビームと、選択された区域に隣接する区域に関連付けられた少なくとも1つの測定光ビームとに対して検出器ユニットによって判断された特性に基づいて選択された区域に関する面関連パラメータを判断するように構成される。
本発明は、測定光ビームが、この特定の測定光ビームに関連付けられた区域だけではなく、別の測定光ビームに関連付けられた少なくとも1つの区域も照明する場合に測定精度が重度に低下するという認識に基づいている。しかし、測定光ビームによって照明されるスポットが隣接区域に延びないようにこれらのスポットのサイズを縮小するという試みの代わりに、本発明は、選択された区域に対して測定された特性だけではなく、少なくとも1つの他の区域に対して測定された特性も考慮することによってこの悪影響を補償する。これらの他の区域は、隣接区域とすることができ、又は一層良好な測定精度を求めるには1つ置いて隣の区域をそれに加えたものとすることができる。他の実施形態では、選択された区域に関する面関連パラメータが評価ユニットによって判断される際に、測定光ビームがもたらされる全ての区域が考慮される。
一実施形態では、光学面に関連し、かつ複数の区域で測定されるパラメータは、光学面の形状を定める。これは、光学面の形状を非接触方式で高精度に測定することを可能にするので特に有用である。しかし、光学面に関連するパラメータは、例えば、光学面の透過率又は反射率とすることもできる。パラメータは、光学面を形成する界面を有する光学材料の屈折率とすることもできる。従って、本発明は、面形状測定デバイスに限定されない。
光学面の形状測定は、装置が、光学面を変形するように構成された面変形ユニットを含む場合に特に有用である。そのような変形は、光学系、特に、投影露光装置の投影対物系内で波面誤差を低減するために生成することができる。面変形ユニットは、例えば、光学面を含む光学要素を湾曲させるために、光学面に対して作用する力を生成するように構成されたアクチュエータを含むことができる。面変形ユニットは、光を光学面上の選択された区域に向けて誘導する加熱光源を含むことができる。この場合、加熱光の吸収は、光学面の変形をもたらす。この場合、測定デバイスは、閉ループ制御の一部を形成し、面変形ユニットによって生成される面変形をモニタすることができる。
一実施形態では、光学面は、測定光のうちの少なくとも実質的な部分を反射するように構成される。例えば、光学面は、投影露光装置において収差を補正するのに使用される適応ミラーで形成することができる。しかし、光学面は、レンズのような屈折光学要素上に形成することができる。この場合、光学面から反射される光の一部分は(僅かであったとしても)、面関連パラメータを測定するのに十分とすることができる。好ましい実施形態では、光学面は、10%よりも多く、好ましくは、50%よりも多い測定光を反射するように構成される。
別の実施形態では、光学面は、制御信号に応答して可変である反射角で入射光を反射するようになったミラーアレイで形成される。この形成は、ミラー面を変形することにより、又はより簡単には少なくとも1つの傾斜軸で傾斜するように構成されたミラーを設けることによって達成することができる。多くの場合に、各区域は、ミラー面で形成されることになる。ミラーが十分に大きい場合には、各ミラー面上に1つよりも多い区域を配置することもできる。一般的に、少なくとも1つの区域が各ミラー面に関連付けられる。
そのようなミラーアレイは、装置の照明系に配置することができる。この場合、ミラーは、投影光を照明系の系瞳面に向けて誘導する。それによって照明設定、すなわち、マスク上に入射する光の角度光分布を柔軟に変更することが可能になる。
一実施形態では、各測定光ビームは、関連付けられた区域上に最大強度点を生成する。これらの最大強度点は、ミラーの中心に対して僅かにかつ不規則に変位される。この不規則性は、面関連パラメータの数値計算の安定性を改善する。変位が規則的な場合には、多くの場合にそうなるように、この規則的変位は、有害又は有利のいずれの効果も持たない。最大強度点の変位は、1つよりも多い測定光ビームが各区域に関連付けられるように冗長性を設けるものとする場合にも発生させることができる。
測定光ビームは、隣接区域も照明することが許されるので、それによって一般的に光学面上で照明されるスポットの部分重ね合わせがもたらされることになる。しかし、最大強度点が偏心される場合には、いかなるスポット重ね合わせも発生しない場合が起こる可能性もある。
評価ユニットは、照明ユニットによって生成される全ての測定光ビームに対して検出器ユニットによって判断された特性に基づいて、選択された区域に関する面関連パラメータを判断するように構成することができる。従って、選択された区域に関する面関連パラメータは、全ての区域に関する特性が測定された後にのみ把握される。
検出器ユニットにおける少なくとも近似的に線形の応答を仮定すると、この把握は、次の連立線形方程式を解くことによって達成することができる。
Figure 2012533871
ここで、選択された区域kに関する面関連パラメータは、xkで与えられ、ykは、区域kに向けて誘導された測定光ビームに対して検出器ユニットによって測定された特性であり、Aklは、実数係数である。これらの実数係数は、例えば、較正により又はシミュレーションによって判断することができる。
別の実施形態により、評価ユニットは、選択された区域の隣及び1つ置いて隣のものである区域に向けて誘導される測定光ビームに対して検出器ユニットによって判断された特性だけに基づいて、選択された区域に関する面関連パラメータを判断するように構成される。この構成は、照明区域における放射照度が、通常は照明区域の外周に向けて大きく低下するということを利用する。その結果、実質的な測定誤差を過度に招くことなく、選択された区域から遠く離れた区域上に入射する測定光のうちの僅かな部分を無視することができる。
光学面上の区域は、平行な光ビーム又は若干発散する光ビームによって照明することができる。区域は重なることが許されるので、本発明は、従来技術方式の場合のような区域を極めて小さくすべきであるという要件を課さない。しかし、それにも関わらず、区域の重ね合わせが小さい場合には、この重ね合わせは、測定精度に対してプラスの効果を有する。これは、測定光を放出するように構成された光射出ファセットを各々が有する複数の照明部材を含む照明ユニットによって達成することができ、光射出ファセットは、光学面上に結像される。
光射出ファセットを光学面上に結像する段階では、各々が1つの光射出ファセットに関連付けられた複数の結像系を使用することができる。有害な回折効果を低減するために、少なくとも2つ又はそれよりも多くの光射出ファセットに関連付けられた、すなわち、1つよりも多い光射出ファセットを光学面上に共通して結像する結像系を使用することを好ましいとすることができる。
その方法に関しては、上述の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置に収容される光学面に関連するパラメータを光学面上の複数の別々の区域で測定する方法によって達成される。本方法は、a)個々の測定光ビームを光学面上の区域に向けて誘導し、各測定光ビームが、区域のうちの測定光ビームに関連付けられた少なくとも一部分と、隣接区域のうちの測定光ビームに関連付けられていない少なくとも一部分とを照明する段階と、b)各測定光ビームが光学面と相互作用した後に各測定光ビームに関する特性を測定する段階と、c)i)選択された区域に関連付けられた測定光ビームと、ii)選択された区域に隣接する区域に関連付けられた少なくとも1つの測定光ビームとに対して、選択された区域に関する面関連パラメータを段階b)で判断された特性に基づいて判断する段階とを含む。
本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面に関連して以下の詳細説明を参照することによってより容易に理解することができるであろう。
本発明による投影露光装置の大きく簡略化した斜視図である。 図1に示している投影露光装置に収容された照明系を通る子午断面図である。 図2の照明系に収容されたミラーアレイの斜視図である。 測定ユニットを示す図2の拡大抜粋図である。 図4に示す測定デバイスに対して使用することができる照明ユニットを通る子午断面図である。 測定光ビームによって照明されるスポットが近接ミラーに延びないミラーアレイの抜粋図上の上面図である。 近接ミラーに延びない2つのより小さいスポットがミラー上に照明される図6と同様の上面図である。 照明スポットが近接ミラーに確実に延びる第1の実施形態による図6と類似の上面図である。 2つの照明スポットが近接ミラーに確実に延びる第1の実施形態による図7と類似の上面図である。 選択されたミラーの中心に対して偏心された照明スポットを有する図8と同様の上面図である。 選択されたミラーのコーナの近くに照明スポットが配置された図10と類似の上面図である。 第2の実施形態により計算において考慮される項の次数に依存する測定誤差を示すグラフである。 第3の実施形態によるEUV投影露光装置の概略図である。 図13のより詳細な拡大抜粋図である。
I.投影露光装置の一般的な構造
図1は、投影光ビームを生成するための照明系12を含むVUV投影露光装置10の非常に簡略化した斜視図である。投影光ビームは、微細構造18を含むマスク16上の視野14を照明する。この実施形態では、照明視野14は、ほぼリングセグメントの形状を有する。しかし、照明視野14の他の形状、例えば、矩形形状も考えられている。
投影対物系20は、照明視野14内の構造18を基板24上に堆積させた感光層22、例えば、フォトレジスト上に結像する。シリコンウェーハで形成することができる基板24は、感光層22の上面が、投影対物系20の像平面に厳密に位置するようにウェーハ台(図示せず)上に配置される。マスク16は、マスク台(図示せず)を用いて投影対物系20の物体平面に位置決めされる。投影対物系20は、1よりも小さい拡大率を有するので、照明視野14内の構造18の縮小像14が、感光層22上に投影される。
投影中に、マスク16と基板24は、Y方向と一致する走査方向に沿って移動される。従って、照明視野14は、照明視野14よりも大きい構造化区域を連続的に投影することができるようにマスク16上を走査する。そのような種類の投影露光装置は、多くの場合に「ステップアンドスキャン装置」又は単純に「スキャナ」と呼ばれる。マスク16の速度と基板24の速度の間の比は、投影対物系20の拡大率に等しい。投影対物系20が像を反転させる場合には、図1に矢印A1及びA2によって示しているように、マスク16と基板24とは反対方向に移動する。一方、本発明は、マスク16及び基板24がマスクの投影中に移動しないステッパツールに対して使用することもできる。
図示の実施形態では、照明視野14は、投影対物系20の光軸26に中心が位置しない。そのような軸外照明視野14は、ある一定の種類の投影対物系20において必要な場合がある。他の実施形態では、照明視野14は、光軸26に中心が位置する。
EUV投影露光装置は、同じ基本構造を有する。しかし、EUV放射線に対して透過性を有するいかなる光学材料も存在しないので、光学要素としてミラーだけが使用され、同様にマスクも反射型のものである。
II.照明系の一般的な構造
図2は、図1に示しているVUV照明系12を通るより詳細な子午断面図である。明瞭化の目的で、図2の図はかなり簡略化したものであり、正確な縮尺のものではない。これは、特に、異なる光学ユニットを非常に少数の光学要素のみで表すことを意味する。実際には、これらのユニットは、有意により多くのレンズ及び他の光学要素を含むことができる。
照明系12は、ハウジング28、及び図示の実施形態ではエキシマレーザ30として達成される光源を含む。エキシマレーザ30は、約193nmの波長を有する投影光を放出する。他の種類の光源及び他の波長、例えば、248nm又は157nmも考えられている。
図示の実施形態では、エキシマレーザ30によって放出された投影光は、ビーム拡大ユニット32に入射し、光ビームは、ビーム拡大ユニット32内で幾何学的光学流束を変化させることなく拡大される。ビーム拡大ユニット32は、図2に示しているようにいくつかのレンズを含むことができ、又は例えばミラー配列として達成することができる。投影光は、ビーム拡大ユニット32から実質的に平行化されたビーム34として射出する。他の実施形態では、このビームは、有意な発散を有することができる。平行化されたビーム34は、照明系12の全体寸法を縮小するために設けられた平面折り返しミラー36上に入射する。
折り返しミラー36からの反射の後に、ビーム34は、マイクロレンズ40から構成されるアレイ38上に入射する。マイクロレンズ40の後焦点面内又はその近くには、ミラーアレイ46が配置される。以下により詳細に説明するが、ミラーアレイ46は、互いに垂直に整列した2つの傾斜軸によって互いに独立して傾斜させることができる複数の小さい個々のミラーMijを含む。ミラーMijの全数は、100個又は更に数千個を超えるとすることができる。ミラーMijの反射面は平面とすることができるが、付加的な反射力が望ましい場合は曲面とすることができる。それとは別に、ミラー面は、回折構造に対応することができる。この実施形態では、ミラーMijの数は、ビーム34によって照明されるマイクロレンズアレイ38のマイクロレンズ40の数に等しい。従って、各マイクロレンズ40は、収束光ビームをミラーアレイ46の1つのミラーMij上に誘導する。
個々のミラーMijの傾斜移動は、照明系12の全体系制御器52に接続したミラー制御ユニット50によって制御される。ミラーMijの望ましい傾斜角を設定するのに使用されるアクチュエータは、各個々のミラーMijが、制御信号に応答して可変である反射角によって入射光線を反射することができるような制御信号をミラー制御ユニット50から受信する。図示の実施形態では、個々のミラーMijを配置することができる連続的な傾斜角度範囲が存在する。他の実施形態では、アクチュエータは、限られた数の個別傾斜角しか設定することができないように構成される。
図3は、簡略化の目的で8・8=64個のミラーMijのみを含むミラーアレイ46の斜視図である。アレイ46上に入射する光ビーム54aは、ミラーMijの傾斜角に依存して異なる方向に反射される。この概略図では、特定のミラーM35が、別のミラーM77に対して2つの傾斜軸56x、56yの回りに傾斜され、それによってミラーM35及びM77それぞれによって反射される光ビーム54b、54b’が、異なる方向に反射されるようにことを仮定している。
再度図2を参照すると、ミラーMijから反射された光ビームは、第1のコンデンサー58上に入射し、第1のコンデンサー58は、若干発散する光ビームが光学インテグレーター72上にこの時点で少なくとも実質的に平行な光ビームとして入射することを保証し、光学インテグレーター72は、複数の2次光源を生成する。光学インテグレーター72は、光線と照明系12の光軸OAの間に形成される角度の範囲を拡大する。他の実施形態では、光学インテグレーター72上に入射する反射光ビームが大きい発散を有するように第1のコンデンサー58は省かれる。
光学インテグレーター72は、図示の実施形態では、平行な円柱マイクロレンズから構成される2つの直交アレイを各々が含む2つの基板74、76を含むフライアイレンズとして達成される。光学インテグレーターの他の構成、例えば、回転対称な面を有するが、矩形の境界を有するマイクロレンズから構成されるアレイを含むインテグレーターも考えられている。照明系12に適する様々な種類の光学インテグレーターを説明しているWO 2005/078522 A、US 2004/0036977 A1、及びUS 2005/0018294 A1を参照されたい。
参照番号70は、マスク14上に入射する光の角度分布を実質的に定める照明系12の系瞳面を表す。系瞳面70は、通常は平面又はいくらかの曲面であり、光学インテグレーター72内又はその直近に配置される。系瞳面70内の角度光分布は、その後の視野平面内の強度分布に直接変換されるので、光学インテグレーター72は、マスク16上の照明視野14の基本的幾何学形状を実質的に決める。光学インテグレーター72は、走査方向YよりもX方向に有意に大きく角度範囲を拡大するので、照明視野14は、走査方向YよりもX方向に沿って大きい寸法を有する。
光学インテグレーター72によって生成される2次光源から射出した投影光は、図2では簡略化の目的で単一のレンズのみで表す第2のコンデンサー78に入射する。第2のコンデンサー78は、系瞳面70と、視野絞り82が配置されたその後の中間視野平面80との間のフーリエ関係を保証する。第2のコンデンサー78は、第2の光源によって生成された光束を中間視野平面80内で重ねて、それによって中間視野平面80の非常に均一な照明を提供する。視野絞り82は、複数の可動ブレードを含むことができ、マスク16上の照明視野14の鮮明な(望ましい程度に)縁部を保証する。
視野絞り対物系84は、中間視野平面80とマスク16が配置されたマスク平面86との間に光学的共役性を与える。従って、視野絞り82は、視野絞り対物系84によってマスク16上に鮮明に結像される。
III.測定デバイス
ミラーの向き、すなわち、傾斜軸56x、56y(図3を参照されたい)に関する傾斜角は、非常に正確に制御すべきである。この正確な制御の必要性は、感光面22上に生成されるパターンが、ミラーMijの向きに依存する系瞳平面70内の強度分布の変化に非常に影響され易いことによる。
ミラーMijの向きは、ミラーMijの向きを個別に測定することができる場合にのみ正確に制御することができる。この目的のために、照明系12は、測定光ビームを各ミラーMij上に誘導し、そこから反射される測定光ビームの方向を測定するように構成された測定デバイス90を含む。
他の実施形態では、測定デバイス90は、ミラーMijの向きだけではなく、ミラーMijの反射面の形状も測定するように構成される。これらの形状は、投影露光装置10の作動中に、高エネルギ投影光の吸収によってもたらされる熱の結果として変化する可能性がある。EUV照明系では、DUV照明系と比較して投影光のより大きい部分がミラーによって吸収されるので、熱誘起の変形の問題は特別な懸念事項である。個々のミラーMijの形状を測定するには、各ミラーMij上の1つの位置だけではなく、複数の位置に対して面関連パラメータ(表面法線又は距離のような)を取得すべきである。
いずれの場合にも、複数のミラーMijの面が、共同で大きい光学面を形成するものと考えることができる。この場合、測定デバイス90は、この光学面に関連するある一定のパラメータを複数の区域、すなわち、光学面上の複数のミラーMijの面上で測定する。各ミラーMij上には、2つ又はそれよりも多くのそのような区域が存在することができる。パラメータは、例えば、表面法線又は距離とすることができる。この実施形態では、パラメータは、複数のミラーMijの向き、従って、複数のミラーMijによって共同で形成される光学面の形状を表すのに適している。
測定デバイス90は、測定されたパラメータを制御ユニット50に供給する。次に、制御ユニット50は、測定されたミラーの向きとターゲットの向きとの間のずれが所定の閾値を超えた場合に、一部又は全てのミラーMijを再調節することができる。ミラーMijの制御に関するより詳細な内容は、WO 2009/080310 A1から収集することができる。
次に、測定デバイス90の一般的な構造を図2及び同じく図2からのより詳細な拡大抜粋図である図4を参照して以下に説明する。
測定デバイス90は、個々の測定光ビーム94を各ミラーMijに誘導する照明ユニット92を含む。ミラーMijからの反射の後に、測定光ビーム94は、検出器光学系98と位置分解センサ100とを含む検出器ユニット96に入射する。検出器光学系98は、測定光ビーム94の方向を位置分解センサ100上の位置に転換するコンデンサーを含むことができる。センサ100によって得られた位置データは、検出器ユニット96によって測定された反射測定光ビーム94の方向に基づいてミラーMijの向きを判断するように構成された評価ユニット102に供給される。次に、これらのデータは、上述のように制御ユニット50に供給される。検出器ユニット96に関するより詳細な内容は、上述のWO 2008/095695 A1に説明されている。
各ミラーMijの向きを個別に測定することができるためには、測定デバイス90は、検出された測定光ビーム94がどのミラーMijから反射されたかを識別することができなければならない。この点に関しての1つの手法は、複数の個別照明部材103を含む照明ユニット92を使用することである。各部材103は、ミラーMijのうちの1つに向けられる測定光ビーム94を生成する。照明部材103は、個別に制御することができるので、センサ100によって検出される測定光ビーム94を区別するのに、例えば、時間領域又は周波数領域における光学的多重化を使用することができる。
最も単純な場合には、照明部材は、図4に例示しているように、平行な又は若干発散する測定光ビーム94を生成する。各測定光ビーム94は、ミラーMijのうちの1つの上のある一定のスポットを照明する。しかし、照明ユニット92は、平行な投影光34の光路を遮蔽してはならず、従って、ミラーアレイ46からある程度の距離を離して配列すべきである。測定光ビーム94が照明ユニット92からミラーアレイ46までの道筋で発散することが許された場合、ミラーMij上で照明されるスポットは大きくなり過ぎて、これらのスポットを個々のミラーMijに制限することができない。
従って、上述のWO 2008/095695 Aは、各照明部材に対して個別の光学結像構成要素を使用することを提案している。各結像構成要素は、照明部材の光射出ファセットを関連付けられたミラーMij上に結像する。各結像構成要素は、正のレンズで形成され、レンズは、マイクロレンズアレイを形成する。それによって各照明部材によってミラーアレイ46上に照明されるスポットのサイズを大きく縮小することが可能になる。特に、照明部材の光射出ファセットよりも小さいスポットをミラーアレイ上に照明することさえも可能である。しかし、最も好ましい幾何学的条件(照明部材のピッチ、ミラーのピッチ、及び照明部材とミラーの間の距離)の下では、回折が、光射出ファセットの像を大きくぼかす。
回折によってもたらされる制限は、2つ又はそれよりも多い、好ましくは、全ての光射出ファセットが共通してより大きい結像系によって結像される場合は緩和される。これをミラーアレイ46上の区域を照明する照明ユニット92を通る子午断面図である図5の概略図に例示している。2つのレンズ114、116は、照明部材103の光射出ファセット106が配置された物体平面108と、ミラーアレイ46のミラーMijが配置された像平面112との間に光学的共役性を与える。この実施形態では、物体平面108と像平面112は、シャインプルーフ条件に従って傾斜して配置される。この条件の充足は、物体平面108と像平面112との傾斜構成にも関わらず、照明部材103の光射出ファセット106がミラーMij上に鮮明に照明されることを保証する。この手法に関するより詳細な内容は、2009年3月13日に本出願人によって出願された「マイクロリソグラフィ投影露光装置(Microlithographic Projection Exposure Apparatus)」という名称の国際特許出願PCT/EP2009/0018027から得ることができる。
図5に示している照明ユニット92を使用すると、測定光ビーム94によって照明されるスポットをこれらのスポットが近接ミラーMij上に延びないように制限することができる。
これをミラーアレイ46のミラーMijのうちの一部の上の上面図である図6に例示している。この場合、選択されたミラーMs上に測定光ビーム94によってスポットを照明するものとすることを仮定している。図6の円は、そのようなスポットの放射照度分布118を示している。図6の曲線118’は、放射照度分布を放射照度対半径の関数として略示している。図6から分るように、放射照度分布118は、ミラーMsを完全に覆うが、近接ミラーMijのいずれの上にも延びない。
それによって測定光が近接ミラーMij上に入射し、様々な方向に反射されるこが防止される。そのような誤誘導光も検出器ユニット96によって検出されることになるので、以下に説明するような対策を講じないと、選択されたミラーMsの向きの測定に対して利用可能な精度を重度に低下させることになる。例えば、測定光ビーム94の強度のうちの僅かに0.04%が近接ミラーMij上に入射する場合には、選択されたミラーMsの傾斜角を測定するのに利用可能な精度は、0.04%を超えることができない。誤誘導光のうちの僅か0.04%は、0.8mm×0.8mmの例示的ミラー幾何学形状では、選択されたミラーMs上に照明されるスポットが、一般的な放射照度分布118において0.1mm程度の1/e半径を有するべきであることを意味する。この半径は、図5に示している光学レイアウトにおいてさえも得ることが困難である。
図7は、1つではなく2つの照明部材103が各ミラーMijを照明することがきるものとする場合の条件を示している。そのような冗長性は、照明部材103のうちの一部が、装置10の寿命の間に故障することになる場合に必要である可能性がある。1つよりも多い照明部材103が、測定光ビーム94を単一のミラーMijに向けて誘導することができる場合には、故障の場合にこれらの照明部材103のうちの1つが代行することができる。
通常は、これらの2つの照明部材103の光射出ファセットの像をミラーMij上の同じ位置に生成することは可能にはならない。従って、これらの照明部材103によって生成される放射照度分布118a、118bは、図7に示しているように一般的に若干変位される。ここで、いかなる測定光も近接ミラーMij上に入射することが許されない場合には、照明区域の最大サイズに関する制約はより一層厳しい。
図6及び図7に例示している条件を保証するには、図5にレンズ114、116で表す結像系を特にテレセントリック性誤差に関して十分に補正することが必要である。この補正の必要性は、測定光ビーム94がミラーMij上に入射する際の方向を非常に正確に把握すべきであることによる。測定誤差を回避するために、例えば、熱効果の結果としてのこれらの結像特性の変化は、防止又は補償すべきである。
以下では、照明ユニット92に対して課せられる要件、特に、照明部材103の光射出ファセット106をミラーアレイ46上に結像する結像光学系に対して課せられる要件を大きく緩和することを可能にする新しい手法を説明する。
1.第1の実施形態群
新しい手法により、照明部材103によって照明されるスポットは、近接ミラーMijに延びることが許される。言い換えれば、放射照度分布118は、少なくとも1つの他のミラーMijに延びている。図8に図示の実施形態では、照明スポットは、全ての隣接ミラーMijに延びている。図9は、図7で仮定したように2つの照明部材が各ミラーMijに関連付けられる場合に関するこの手法を示している。図9で明らかなように、放射照度分布118a、118bは、隣のミラー要素Mijのうちの少なくとも1つに延びている。
a)計算方式
測定精度の劣化は、ミラーMijの向きを個別に、すなわち、各ミラーMijに対して離間してではなく、隣のミラーMijのうちの少なくとも1つに対して得られた測定値に基づいて判断することによって防止される。
以下では、このより高度な計算方式を1次元ミラーアレイ、すなわち、k=1,2,...,Nの時にN×1個のミラーMkを含むアレイという簡略化した事例に対してより詳細に説明する。この1次元への低減は、以下に続く説明を簡略化するだけのものとし、当然ながら、この概念は、インデックスk=1,2,...,n・mをn×m個のミラーMijに割り当てるか、又は各インデックスkにタプル(i,j)を割り当てることによって2次元ミラーアレイ46に容易に拡張することができる。
kを選択されたミラーMkの傾斜角であると仮定する。この選択されたミラーMkに関連付けられた照明部材103が作動された場合には、ミラーMkは、1であると仮定する放射照度で照明される。
しかし、更に、相対強度Aklを有する光が、同じく別のミラーM1上に入射する。従って、検出器ユニット96は、選択されたミラーMkに対して、傾斜角xkだけでなく、他のミラーのうちの1つ又はそれよりも多くが有する傾斜角にも依存する値ykを有する特性を測定する。検出器ユニット96が線形応答を有する(少なくとも近似的に)場合には、この依存性を式(1)で表すことができる。
Figure 2012533871
検出器96の応答を線形であると仮定することができない場合には、式(1)及びその結果としてそれ以降続く式がより複雑になる。しかし、これは、以下に概説する一般的な原理の正当性に影響を与えない。
式(1)は、式(2)とも書くことができる連立線形方程式を表す。
Figure 2012533871
ここで、
Figure 2012533871
=(y1,y2,...,yN)は、ミラーM1からMNに対して得られた測定値であり、
Figure 2012533871
=(x1,x2,...,XN)は、ミラーM1からMNの傾斜角であり、
Figure 2012533871
は、相対強度Aklを含む行列である。
例えば、LU分解及びその後の後退代入を用いて線形方程式の系(2)を解くことにより、測定値ykに基づいて傾斜角xkにおける望ましい値を計算することができる。上述のように、ミラーMkにおける傾斜角xkは、常に、測定値ykだけではなく、l≠kである時に少なくとも1つの他の測定値ylにも依存する。
測定値:
Figure 2012533871
は、完全に正確になることは決してなく、ある程度の欠陥を有する。従って、傾斜角:
Figure 2012533871
は、欠陥を有する測定値に基づいて計算されることになり、それによって計算傾斜角:
Figure 2012533871
は、一般的に実際の傾斜角とは若干異なることになる。当然ながら、傾斜角:
Figure 2012533871
は、測定値:
Figure 2012533871
に対して利用可能な精度よりも高い精度で判断することができない。むしろ測定傾斜角:
Figure 2012533871
の精度が、測定値:
Figure 2012533871
の精度よりも数桁分悪い危険性さえも存在する。しかし、シミュレーションにより、式(2)では、計算傾斜角:
Figure 2012533871
の最大測定誤差が、測定値:
Figure 2012533871
の測定誤差よりも若干しか大きくない(1.2倍よりも小さい)ことが示されている。計算傾斜角:
Figure 2012533871
の平均測定誤差の場合には、いくつかの測定値が全ての計算値:
Figure 2012533871
内に入ることから統計誤差が低減することに起因して、この平均測定誤差は、単一のミラーMkが照明されたかのように一層小さい。
b)変位
ミラーMij上に照明されるスポットの最大強度点が、何故完全にミラーMijの面の中心に位置すべきであるかといういかなる確固たる理由も存在しない。むしろこれらの点のミラー面に対する若干ではあるが不規則な変位は、上述の計算方式の数値的安定性に対してプラスの効果を有することになる。それによってこの方式の関連におけるある一定の許容範囲を緩和することができる。放射照度分布118の中心120が、選択されたミラーMsの中心に位置しない例を図10に示している。
冗長性を与えるものとする場合には、一般的に、図9に示しているように、最大強度点120を偏心させることが必要になる。図11は、冗長度DR=4が与えられた実施形態を示している。この冗長度は、照明部材103の数が、ミラーMijの数の4倍であることを意味する。最大強度点120は、縁部又はその近くに配置され、この実施形態では、ミラーMijのコーナに近い。その結果、図11に太線に示している選択されたミラーMsを4つの異なる照明部材103のいずれかによって照明することができる。これらの4つの照明部材103のうちの1つが故障した場合には、別の照明部材103が代行することができる。図11に例示している偏心パターンは、検出器ユニット96の精度に対して、図8に示している中心位置パターンの場合に課せられる要件よりも若干しか上回らない要件を課すことが示されている。
c)較正
式(1)における係数Aklを判断するために、以下の較正法を適用することができる。
最初の段階では、選択されたミラーMsを除く全てのミラーMijは、これらのミラーが検出器ユニット96に向けて光を反射することができないような位置に傾斜される。次に、系瞳平面70内の光点の位置が、当業技術で公知の測定機器を用いて測定されることになる。
第2の段階では、選択されたミラーと他のミラーのうちの1つとを除く全てのミラーは、これらのミラーが検出器ユニット96に向けて光を反射することができないような位置に傾斜される。次に、系瞳平面70内の両方の光点の位置が、この測定機器を用いて測定されることになる。
このようにして、全ての係数Aklを判断することができる。
2.第2の実施形態群
線形方程式の系(2)を解くことができるためには、全てのミラーに対して測定値:
Figure 2012533871
を把握すべきである。言い換えれば、特定のミラーMkの傾斜角:
Figure 2012533871
は、ミラーアレイ46の全てのミラーに関する測定値:
Figure 2012533871
が得られた後にのみ判断することができる。
しかし、隣のミラーの測定値しか得られなかった場合にも、特定のミラーMkに関する傾斜角xkを判断することができる。これは、特定の測定光ビーム94によって照明されるスポットが、通常は選択されたミラーMsの直近に配置されたミラーにしか延びないということを利用する。
特定の測定光ビーム94によって生成される放射照度分布のこの低下は、行列Aij=ε|i-j|によって表すことができる。これは、測定光ビーム94の強度の一部分εが、隣接ミラーのうちのいずれかの上に入射することになり、一部分ε2が、1つ置いて隣のミラー上に入射し、以降同様に続くことを意味する。以下の考察が妥当であるためには、これらの仮定が必ずしも満たされなくてもよいことを理解すべきである。
この仮定の下で、測定値ykは、次式のように書くことができる。
Figure 2012533871
この式は、以下のようにしてxkに対して解くことができる。
Figure 2012533871
最初の段階では、式(4)による項xk-1及びxk+1を式(4)に再度代入し直して、以下をもたらす。
Figure 2012533871
このようにして、望ましい次数に至るまで全てのεnxを再帰的に排除することができる。その後に、この計算において、高次のεが無視されることになる。
図12のグラフは、式(5)における高次の項を無視することによってもたらされる誤差ERRの依然として考慮される次数ORDに依存する依存性を示している。明らかなように、3次ORD=3に至るまでの全ての次数が考慮され、それよりも高い全ての次数が無視される場合は、誤差ERRは非常に小さい。ε=1/30であると仮定した。ε>1/8では、ミラーが図6から図11に示しているように規則的な格子状に配置された場合に、上述の級数は良好に収束する。この良好な収束は、各ミラーが、こうして8つの隣接ミラーを有し、かつε=1/8の場合に、選択されたミラーMs上の放射照度が、全ての隣接ミラー上の放射照度と同じであることによる。
3.第3の実施形態群
図13は、EUV放射線源30を有する照明系12と、反射マスク16と、投影対物系20とを含むEUV投影露光装置の概略図である。対物系20は、支持体24上に付加された感光面22上にマスク16の縮小像を形成する6つのミラーM1からM6を含む。
図示の実施形態では、最後のミラーM6は適応ミラーである。この目的のために、ミラーM6の反射面を変形するように構成されたアクチュエータユニット130が設けられる。変形は、収差が低減されると判断される。この変形は、収差が時間変化する場合に特に有用である。多くの場合に、そのような時間変化収差は、マスク16又は照明系12によって生成される照明設定が変更された後にミラーM1からM6の温度分布の変化が発生する可能性があるから、これらの変化によってもたらされる。
図14は、ミラーM6及びアクチュエータユニット130を通したより詳細な略断面図である。アクチュエータユニット130は、共通の支持構造133に固定された複数のアクチュエータ132を含み、これらのアクチュエータ132は、ミラーM6に対して図16に双方向矢印に示している力を作用するように構成される。アクチュエータ132は、望ましい面変形が提供されるようにアクチュエータ132を制御するアクチュエータ制御ユニット134によって制御される。
この目的のために、投影対物系20は、図4を参照して上述したものと実質的に同じ測定デバイス90を含む。照明ユニット92は、ミラーM6の光学面上の選択された別々の区域に向けて測定光ビーム94を誘導する複数の照明部材103を含む。同じくこの実施形態では、ミラーM6上に照明されるスポットが非常に大きいので、少なくとも1つの測定光ビーム94は、上記区域のうちの測定光ビーム94に関連付けられた少なくとも一部分だけではなく、隣接区域のうちの測定光ビーム94に関連付けられていない少なくとも一部分も照明する。
反射測定光ビームは、検出器ユニット96の検出器光学系98に入射し、その後にセンサ100によって検出される。照明ユニット92及び検出器ユニット96の配列は、この配列が、EUV投影光138と干渉しないように判断される。
センサ100に接続した評価ユニット102は、検出器ユニット96によって測定される光ビームの方向に基づいてミラーM6の形状を判断する。測定デバイス90によって得られる面形状情報は、閉ループ制御機構においてアクチュエータ132を制御するのに使用される。
好ましい実施形態の以上の説明は、例示的に提供したものである。提供した開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法に対する様々な明らかな変形及び修正も見出すであろう。従って、本出願人は、全てのそのような変形及び修正が特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲に収まるとして網羅するように求めている。
46 ミラーアレイ
118 放射照度分布
120 最大強度点
ji ミラー
s 選択されたミラー

Claims (15)

  1. マイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
    光学面(46;M6)と、
    前記光学面(46;M6)上の複数の別々の区域(Mij)で該光学面に関連するパラメータを測定するように構成された測定デバイス(90)と、
    を含み、
    前記測定デバイス(90)は、
    a)個々の測定光ビーム(94)を前記光学面上の前記区域(Mij)に向けて誘導するように構成された照明ユニット(92)であって、各測定光ビーム(94)が、区域(Mij)のうちの該測定光ビーム(94)に関連付けられた少なくとも一部分と、隣接区域(Mij)のうちの該測定光ビーム(94)に関連付けられていない少なくとも一部分とを照明する前記照明ユニット(92)と、
    b)各測定光ビーム(94)に関する特性をそれが前記光学面(46;M6)と相互作用した後に測定するように構成された検出器ユニット(96)と、
    c)選択された区域(Ms)に関する前記面に関連のパラメータを、
    i)前記選択された区域(Ms)に関連付けられた前記測定光ビーム(94)と、
    ii)前記選択された区域(Ms)に隣接する区域(Mij)に関連付けられた少なくとも1つの測定光ビーム(94)と、
    に対して前記検出器ユニット(96)によって判断された前記特性に基づいて判断するように構成された評価ユニット(102)と、
    を含む、
    ことを特徴とする装置。
  2. 前記光学面(46;M6)に関連し、かつ前記複数の区域で測定される前記パラメータは、該光学面の形状を定めることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記光学面(46;M6)を変形するように構成された面変形ユニット(130)を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の装置。
  4. 前記光学面(46;M6)は、それが前記測定光ビームの少なくとも実質的な部分を反射するように構成されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記光学面は、制御信号に応答して可変である反射角によって入射光線を反射するようになったミラー(Mij)のアレイ(46)で形成され、
    少なくとも1つの区域が、各ミラー面に関連付けられる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
  6. ミラー(Mij)の前記アレイ(46)は、装置の照明系(12)に配置され、
    前記ミラー(Mij)は、投影光を前記照明系(12)の系瞳面(70)に向けて誘導する、
    ことを特徴とする請求項5に記載の装置。
  7. 各測定光ビーム(94)が、前記関連付けられた区域(Mij)上に最大強度の点(120)を生成し、
    前記最大強度の点(120)は、前記ミラー(Mij)の中心に関して僅かにかつ不規則に変位される、
    ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の装置。
  8. 前記光学面上に前記測定光ビーム(94)によって照明されるスポットが、少なくとも部分的に重なることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 前記評価ユニット(102)は、前記照明ユニット(92)によって生成された全ての測定光ビーム(94)に対して前記検出器ユニット(96)によって判断された前記特性に基づいて、前記選択された区域(Ms)に関する前記面関連パラメータを判断するように構成されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の装置。
  10. 選択された区域kに関する前記面関連パラメータは、ykを区域kに向けて誘導された前記測定光ビームに対して前記検出器ユニットによって測定された前記特性とし、かつAklを実数係数として、以下の連立線形方程式:
    Figure 2012533871
    によって判断されるxkであることを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 前記係数Aklは、較正によって判断されることを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 前記評価ユニット(102)は、前記選択された区域(Ms)に関する前記面関連パラメータを該選択された区域(Ms)の隣及び1つ置いて隣のものである区域(Mij)に向けて誘導された前記測定光ビーム(94)に対して前記検出器ユニット(96)によって判断された前記特性だけに基づいて判断するように構成されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の装置。
  13. 前記照明ユニット(92)は、前記測定光ビーム(94)のうちの1つを放出するように構成された光射出ファセット(106)を各々が有する複数の照明部材(103)を含み、
    前記光学面上で照明される前記区域(Mij)は、前記光射出ファセット(106)の像である、
    ことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の装置。
  14. 前記光学面(46)上に1つよりも多い光射出ファセット(106)を共通して結像する結像系(114,116)を含むことを特徴とする請求項13に記載の装置。
  15. マイクロリソグラフィ投影露光装置に収容された光学面に関連するパラメータを該光学面上の複数の別々の区域で測定する方法であって、
    a)個々の測定光ビームを光学面上の区域に向けて誘導し、各測定光ビームが、該区域のうちの該測定光ビームに関連付けられた少なくとも一部分と隣接区域のうちの該測定光ビームに関連付けられていない少なくとも一部分とを照明する段階と、
    b)各測定光ビームに関する特性をそれが前記光学面と相互作用した後に測定する段階と、
    c)選択された区域に関する前記面に関連のパラメータを、
    i)前記選択された区域に関連付けられた前記測定光ビームと、
    ii)前記選択された区域に隣接する区域に関連付けられた少なくとも1つの測定光ビームと、
    に対して段階b)で判断された前記特性に基づいて判断する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
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