JP2018508803A - 波面測定デバイス及び光学波面マニピュレータを有する投影露光装置 - Google Patents

Abstract

投影レンズ（１２）と、波面マニピュレータと、投影レンズ（１２）内で波面を測定するために投影レンズ（１２）の物体平面（２０）及び像平面（２２）内それぞれに配置されるように設計された物体格子（１６）及び像格子（１８）を有するモアレ格子配置（１４）を含む波面測定デバイスとを有する投影露光装置であって、波面測定デバイスが、物体格子（１６）と像格子（１８）が、像平面（２２）上への物体格子（１６）の結像（２４）と像格子（１８）とでモアレ重ね合わせパターンを発生させるようにスケールに中実な方式で互いに連係し、モアレ格子配置（１４）が、物体平面（２０）内の物体視野（２６）及び／又は像平面（２２）内の像視野（２８）の複数の視野点に対してモアレ重ね合わせパターンを同時に発生させるように設計される上記投影露光装置。【選択図】図１

Description

本出願は、本明細書に引用によってその全体内容が組み込まれている２０１４年１２月１７日出願のドイツ特許出願第１０ ２０１４ ２２６ ２６９．０号の優先権を主張するものである。

本発明は、投影レンズと、投影レンズ内で波面を測定するための波面測定デバイスと、波面を操作するための光学波面マニピュレータとを有する投影露光装置に関し、波面測定デバイスは、投影レンズの物体平面内及び像平面内それぞれに配置されるように設計された物体格子及び像格子を有するモアレ格子配置を含み、物体格子と像格子は、像平面上への物体格子の結像と像格子とでモアレ重ね合わせパターンを発生するようにスケールに中実な方式で互いに連係する。

波面測定デバイスは、ＤＥ １０ ２００５ ０２６ ６２８ Ａ１から公知である。

波面測定デバイスは、マイクロリソグラフィのための投影露光装置に使用される。マイクロリソグラフィは、半導体工学及びマイクロシステム工学における中心技術のうちの１つであり、集積回路、半導体構成要素、及び更に別の電子製品を生成するように機能する。マイクロリソグラフィの基本概念は、１又は複数の露光工程を用いて予め定められた構造を基板、例えば、シリコンウェーハに転写することにある。一般的にこの予め定められた構造は、レチクル（フォトマスク又はマスクとしても公知）上に形成された微細及び／又はナノ構造を含む。基板（ウェーハ）は、感光材料（フォトレジスト）で被覆される。露光中に、レチクルを通して投影レンズに露光光が案内され、露光光は投影レンズを通過した後に最終的に基板に到達し、そこで感光材料に対して作用する。その後の現像段階において、基板は溶剤を用いて処理され、それによってこの処理の後に基板面のうちでレチクルの予め定められた構造に対応する領域のみが感光材料によって覆われるか、又はそれとは逆にそのような領域が除去される。最終的に、レチクルの予め定められた構造は、基板面のフォトレジスト不在領域をエッチング溶液によって除去するエッチング段階において基板に転写される。

半導体工学では、単位面積上に集積することができる回路及び／又は半導体構成要素の個数を増大させ、それによって半導体構成要素の性能を高めるために、可能な最も小さい寸法を有する構造を実現することが不可欠であると考えられる。マイクロリソグラフィを用いて実現することができる構造サイズは、投影レンズの分解能に直接に依存し、この場合に、投影レンズの分解能は露光光の波長に反比例する。従って、光スペクトルの短波範囲からの電磁放射線を露光光として使用するのが有利である。現在では紫外（ＵＶ）光、特に１９３ｎｍの波長を有する真空紫外（ＶＵＶ）光を露光光として使用することができる。従来技術では、約７ｎｍ又は１３．５ｎｍの波長を有する極紫外（ＥＵＶ）光を露光光として使用するマイクロリソグラフィ系も開示されている。「マイクロリソグラフィ」という用語は広義に理解しなければならず、一般的に１ｍｍよりも小さい範囲の構造サイズだけではなく、１μｍよりも小さい範囲の構造サイズにも関することに注意されたい。特に、マイクロリソグラフィは、ナノメートル範囲の構造サイズさえも網羅する。

しかし、多くの場合に、ＵＶ光、ＶＵＶ光、及びＥＵＶ光の使用は、例えば、投影レンズ内の光学要素の加熱に帰することができる光学結像収差をもたらす。従って加熱は、露光光の光子エネルギが露光光の波長に反比例するという事実に関連付けられる。その結果、短い波長を有する光が使用される場合は光学要素に高い熱入力が負荷され、この熱入力は、当該光学要素の光学特性、例えば、光学要素の屈折率、反射係数、又は透過係数の劣化をもたらす。それによって引き起こされる結像収差は、球面収差、非点収差、コマ収差、像視野湾曲、及び歪曲のような単色結像収差を含む。更に、そのような過熱の結果として横色収差及び縦色収差のような色結像収差が生じる可能性もある。

新しいマイクロリソグラフィ処理では、分解能を高めるために、多くの場合に複数の連続露光工程を実施することが必要である。この場合に、露光品質に関して、連続する露光工程の露光構造が互いに対して非常に正確に位置合わせされることが極めて重要である。これは、横構造位置決めから構成される精度要件の強化によって達成される。

更に、例えば、露光場所が光伝播方向に変化するテレセントリック性誤差に打ち消すために、投影レンズの像平面をフォトレジストと可能な限り正確に位置合わせさせることが重要である。テレセントリック性誤差は、露光精度に対して悪影響を有する横像位置変化を不可避的にもたらす。

上述のファクタに加えて、フォトレジストで被覆された半導体基板面の凹凸も結像品質の劣化をもたらす。通常この凹凸は、付加工程に起因して不均一な厚みを有するスピンコーティングによって付加されたフォトレジストに関わるものである。そのような凹凸の影響を補償するためには、基板面への投影レンズの焦点位置の正確な適応化が必要である。

上述の背景に対抗して、露光光の波面を操作し、それによって収差の補正を達成するために光学波面マニピュレータが使用されている。一例として、面形状及び／又は屈折率分布が可逆的に可変なマニピュレータ面を有する光学波面マニピュレータは、ＤＥ １０ ２０１３ ２０４ ３９１ Ｂ３から公知である。それによって露光光線の波面に動的に影響を及ぼすための波面操作が可能である。光学波面マニピュレータの更に別の例は、複数の移動可能な正−負非球面を含む。従来技術は、各場合にアクチュエータ系によって少なくとも１つの空間方向に沿って移動可能である及び／又は少なくとも１つの軸の周りに傾斜可能である複数のミラーファセットを含むファセットミラーを有する光学波面マニピュレータを更に開示している。

光学波面マニピュレータがマイクロリソグラフィに必要とされる高い信頼性と共に機能するためには、波面の確実な測定が非常に重要である。測定された波面に基づいて、光学波面マニピュレータは、相応に望ましい収差補正を実現するように設定される。従来技術は、テレセントリック性収差、歪曲収差、コマ収差、及び／又は像シェル収差に適する干渉計波面測定方法を開示している。更に、テレセントリック性誤差を決定するために、冒頭に示したタイプのモアレ格子配置を使用することができることが公知である。

しかし、従来技術で公知の波面測定デバイスは、波長測定に時間を消費するという欠点による影響を受ける。その結果、高いスループット損失及び低い露光効率が発生する。更に、結像収差が十分に高速に識別されることはなく、従って、光学波面マニピュレータの設定誤差をほぼ瞬時又は完全に排除することができない。

ＤＥ １０ ２００５ ０２６ ６２８ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１３ ２０４ ３９１ Ｂ３

従って、本発明の目的は、信頼性が高く、同時に非常に効率的な波面操作を実現することを可能にするために、高速かつ低スループット損失の波面測定を測定精度を少なくとも同じに留めたままで可能にするような冒頭に示したタイプの投影露光装置を開発することである。

本発明により、上述の目的は、請求項１に記載の投影露光装置によって達成される。

本発明による投影露光装置の波面測定デバイスは、物体平面に置かれたレチクル上の構造を像平面にあるフォトレジスト被覆基板面上に結像するマイクロリソグラフィ投影レンズと相互作用するのに適している。物体平面内に物体格子を配置し、像平面に像格子を配置することにより、物体格子を投影レンズによって像平面上に結像することができる。得られる物体格子の結像を空間像と呼び、この像は、同じく像平面に置かれて空間像の基準格子として機能する像格子と重ね合わされる。物体格子と像格子は、スケールに中実な方式で互いに連係するので、空間像も、起こりうる結像収差を除いて像格子とスケールに中実な方式で連係する。空間像と像格子の重ね合わせは、投影レンズの光学特性に依存するモアレ重ね合わせパターンをもたらす。特に、これは、投影レンズの光学特性に関連付けられた全ての結像収差が、得られるモアレ重ね合わせパターンに伝達されることを意味する。モアレ重ね合わせパターンのその後の検出及び／又は解析によって投影レンズの結像収差を推定することができる。

この場合に、物体視野及び／又は像視野の少なくとも２つの視野点に対してモアレ重ね合わせパターンを発生させることができる。従って、本発明による波面測定デバイスは、物体視野及び／又は像視野の複数の視野点で同時に波面測定を実施することを可能にする。

有利なことに、測定が各個々の波点で異なる時間に実施されないので、この波面測定デバイスを使用することで、モアレ技術に内因する高い精度で、かつ同時に高い効率で波面を測定することができる。その結果、露光におけるスループットの損失が低減される。波面測定は、通常は露光休止中に行われるので、それによって露光休止の持続時間を短縮することができる。

更に、本発明による投影露光装置の波面測定デバイスは、光学波面マニピュレータを検出されたモアレ重ね合わせパターンに基づいて投影レンズ内で効率的に制御又は調整することができるので、波面の近視野操作に対して有利である。従って、モアレ技術の簡易性及びロバスト性に起因して、本発明は、簡単で信頼性が高い波面操作に関して特に有利である。

更に、波面パラメータは、閉ループ作動される。

本発明の範囲では、波面測定デバイスは、干渉波面測定デバイスの場合にそうであるように、波面全体又は高い方の次数のゼルニケ多項式ではなく、波面の一部分のみ、特にゼルニケ多項式の低い方の次数のみを測定するように構成することができる。

１つの好ましい構成では、複数の視野点は、物体視野及び／又は像視野の有限数の定められた視野点である。

定められた視野点の個数は、可能な限り大きくすることができる。この対策は、投影レンズの物体視野及び／又は像視野の大部分にわたる又は更にその全体にわたる同時の波面測定を可能にする。有利なことに、１回の波面測定により、物体視野及び／又は像視野全体に関する投影レンズの結像収差を推測することが可能である。

更に別の好ましい構成では、物体格子の結像及び／又は像格子は、投影レンズの光軸に対する角度に関して回転可能である。

この対策は、空間像の格子の向きと像格子の格子の向きの間の角度の設定を可能にし、この場合に、この目的で物体格子及び／又は投影レンズを像格子に対して回転させることができる。回転角に基づいて、像格子に対して相応に回転された空間像が生じる。ターゲットを定めた方式で設定された回転角を用いて、結像収差は、その回転対称性に関して発生されたモアレ重ね合わせパターンに基づいて有利に検査することができる。

更に別の好ましい構成では、発生されたモアレ重ね合わせパターンは、像平面上への物体格子の結像と像格子との少なくとも部分的にコヒーレントな重ね合わせの結果として生じる。

この対策は、物体格子と像格子の間の部分的なインコヒーレント性の場合であっても、波面測定品質のいかなる損失も伴わずに波面測定を実施することを可能にする。有利なことに、波面測定のロバスト性、及び関連の信頼性が高まる。

更に別の好ましい構成では、モアレ格子配置は回折格子であり、物体格子の結像は、回折格子によって発生される少なくとも２つの異なる回折次数の干渉を有する。

この対策は、露光工程において発生し、結像品質に影響を及ぼす回折効果を考慮する。有利なことに、それによって回折効果が関連する投影レンズの結像収差をモアレ重ね合わせパターン内に「格納する」ことができる。

更に別の好ましい構成では、物体格子及び／又は像格子は、「半径方向」に延びる複数の格子線を有する。

半径方向に延びる格子線は、モアレコントラスト像を発生するように機能する。この対策は、特に高い構造分解能を有する波面測定を有利に可能にする。

更に別の好ましい構成では、物体格子及び／又は像格子は、交替するセルの向きを有する複数の格子セルを有する。

交替するセルの向きを使用することで、投影レンズの光軸に対して横向きに延びる平面内で方向依存性を有する投影レンズの光学特性を発生されたモアレ重ね合わせパターン内にこれに伴って考慮することができる。その結果、好ましくは、格子セルのセルの向きの選択により、投影レンズの上述の方向依存光学特性に関連付けられた様々な結像収差を簡単な方式で考慮することができる。

更に別の好ましい構成では、物体格子及び／又は像格子の格子構造は、周期的な線形格子構造及び／又は周期的な２次元格子構造を有する。

周期的格子構造を使用することで、投影レンズの結像収差、特に歪曲がモアレ重ね合わせパターン内で特に明確に視認可能になり、これは、波面測定の有利に高い感度に対応する。線形格子構造及び／又は２次元格子構造を使用することで、像収差は、モアレ重ね合わせパターン内で任意的に検出することができる。

更に別の好ましい構成では、波面測定デバイスは、発生されたモアレ重ね合わせパターンから投影レンズの結像収差を決定するためにパターンを検出するための評価ユニットを含む。

この対策は、発生されたモアレ重ね合わせパターンから投影レンズの結像収差、例えば、歪曲を推定することを可能にする。有利なことに、結像収差の決定は特に簡単で効率的である。

更に別の好ましい構成では、評価ユニットは、発生されたモアレ重ね合わせパターンのコントラスト像、強度分布、位相分布、像視野湾曲、非点収差、及び／又は歪曲を決定するように設計される。

この対策を使用することで、本発明による投影露光装置の波面測定デバイスは、投影レンズの結像収差に関して投影レンズの定量的な検査を実施することができる。それによって投影レンズに対する特に信頼性が高い収差補正又は光学波面マニピュレータに対する特に信頼性が高い設定補正が有利に可能になる。

更に別の好ましい構成では、波面測定デバイスは、像格子の直ぐ下流に配置された蛍光要素を含む。

蛍光要素は、発生されたモアレ重ね合わせパターンを光学的に増幅するように機能する。有利なことに、それによって波面測定の結果の信頼性が特に高くなるようにモアレ重ね合わせパターンを高い精度で検出することができる。

更に別の好ましい構成では、波面測定デバイスは、物体格子の結像をデフォーカスするため及び／又は像格子をデフォーカスするためのデフォーカス系を含む。

本発明によるデフォーカス系を使用することで、像視野湾曲及び／又は投影レンズによる内因性デフォーカスのような通常は検出することが困難な結像収差が有利に考慮されるような空間像及び／又は像格子のデフォーカスをターゲットを定めた方式で実現することができる。

更に別の好ましい構成では、波面は、ゼルニケ次数Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、及びＺ６のうちの少なくとも１つ内の収差を有する。

マイクロリソグラフィにおいてゼルニケ次数（又はゼルニケ係数）は収差を特徴付けるために使用され、収差の複雑さは、ゼルニケ次数と共に高まる。同時に、低ゼルニケ次数の収差は比較的不安定であり、高い方のゼルニケ次数の収差よりも変化を受け易いことは公知である。使用されるモアレ技術の高速性に起因して、本発明は、投影レンズの不安定又は変化を受け易い結像収差にも関わらず、信頼性が高い波面測定を有利に可能にする。

更に別の好ましい構成では、波面測定デバイスは、視野分解式フォーカス交互測定及び／又は干渉測定を用いてゼルニケ次数Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、及びＺ６からの少なくとも１つの収差を有する波面を測定するように設計される。

この対策は、波面測定のための組合せ測定技術を可能にする。有利なことに、モアレ技術の上述の利点及び更に別の利点は、視野分解式フォーカス交互測定及び／又は干渉測定の利点に増補することができる。

投影レンズは、上記で記述した構成のうちの１又は２以上による波面測定デバイスと相互作用し、及び／又は波面測定デバイスを含む。投影レンズは、特にＵＶマイクロリソグラフィ及び／又はＥＵＶマイクロリソグラフィにおける投影露光装置に使用することができ、好ましくは、この装置内に組み込むことができる。

投影レンズ内で波面を操作するための光学波面マニピュレータは、それを波面測定デバイスの少なくとも１つの測定結果に基づいて制御することができるように波面測定デバイスと相互作用する。

波面マニピュレータは、投影レンズ内の中間像内又はそのような中間像の周りに配置することができる。

本発明による投影露光装置は、光学波面マニピュレータと、上記で記述した構成のうちの１又は２以上による波面測定デバイスとを含み、投影レンズの結像性能を最適化するために、波面マニピュレータは、それ自体と波面測定デバイスとの相互作用に基づいて投影レンズ内で波面を補正する。

投影露光装置を作動させるための本発明による方法は、光学波面マニピュレータの設定を反復的に最適化する段階を含み、投影露光装置は、光学波面マニピュレータと、上記で記述した構成のうちの１又は２以上による波面測定デバイスとを含み、反復的に最適化する段階は、波面測定デバイスを用いて波面を測定する段階と、波面測定の結果を評価する段階と、評価に基づいて光学波面マニピュレータを設定する段階とを含む。

このようにして、波面測定デバイスは、好ましくは、投影レンズの作動中に光学波面マニピュレータとの相互作用において投影レンズの結像性能をモニタして最適化する原位置測定技術として使用される。その結果、一例として、投影レンズに置かれたレンズ要素の加熱に帰することができる波面収差が補正される。有利なことに、投影レンズの結像収差は、特に高速に検出されて補正される。

波面を操作する段階は、好ましくは、閉ループに実施される。

更に別の利点及び特徴は、以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。

上述の特徴及び下記で更に説明する特徴は、それぞれ示す組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せ又はこれらの特徴単独で使用することができることは言うまでもない。

本発明の例示的実施形態は、図面に例示し、それを参照して以下で説明する。

一例示的実施形態による波面測定デバイスの概略図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態による投影露光装置内の波面測定デバイスの略子午断面図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ格子配置の概略図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ格子配置の格子構造の概略図である。 更に別の例示的実施形態によるモアレ格子配置の格子構造の概略図である。 図６Ａのモアレ格子配置に関連付けられたモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 デフォーカスが組み込まれた更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 デフォーカスが組み込まれた更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 デフォーカスが組み込まれた更に別の例示的実施形態によるモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 波面の非回転対称収差の場合の更に別の例示的実施形態による複数のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態による線形格子構造を有するモアレ格子配置のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態による線形格子構造を有するモアレ格子配置のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 更に別の例示的実施形態による２次元格子構造を有するモアレ格子配置のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 物体格子が像格子に対して回転された更に別の例示的実施形態による２次元格子構造を有するモアレ格子配置のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 物体格子が像格子に対して回転された更に別の例示的実施形態による２次元格子構造を有するモアレ格子配置のモアレ重ね合わせパターンの概略図である。 投影露光装置の概略図である。

最初に図１１を参照して、投影露光装置１００、例えば、リソグラフィステッパ又はリソグラフィスキャナを以下に説明する。

投影露光装置は、例えば、ＵＶ、ＶＵＶ、又はＥＵＶのスペクトル範囲にある照明光を発生させるための光源５４と、照明ユニット５８とを含む。照明ユニット５８は、光源５４からの光を投影レンズ１２の物体平面２０に配置されたレチクル１０６に案内する。レチクル１０６は、像平面２２に配置されて光源５４からの光で露光される基板又はウェーハ１１２上に投影レンズ１２によって結像される微小構造のパターンを含む。ウェーハ１１２は、ウェーハ台１１６上に支持される。投影レンズ１１０は、レンズ及び／又はミラーのような光学要素を複数個含み、２つのレンズ１１８及び１２０を示している。投影レンズ１２内の光学要素の個数は、実際には２よりも大きいことは理解されるものとする。更に、図１１には、投影レンズ１２の結像品質を最適化するために投影レンズ１２内で波面を操作するための波面マニピュレータ４８を示している。コントローラ又はアクチュエータ１２４がマニピュレータ４８を制御するか又は起動する。マニピュレータ４８は、光軸３０の方向及び／又はそれに対して垂直な方向に変位させることができる１又は２以上の光学要素を含むことができる。マニピュレータ４８の他の例は、変形可能な光学要素、及び／又は波面を操作するために加熱／冷却することができる光学要素を含む。

以下では、投影露光装置１１０の更に別の態様、特に、波面マニピュレータ４８と相互作用することができる投影露光装置１１０に使用するための波面測定デバイスの実施形態を説明する。

図１は、全体的に参照符号１０ａが付与された波面測定デバイスを縮尺が正確ではない非常に概略的な図に示している。波面測定デバイス１０ａは、投影レンズ１２内で波面を測定するように機能し、物体格子１６と像格子１８とを有するモアレ格子配置１４を含む。物体格子１６は投影レンズ１２の物体平面２０に配置され、像格子１８は投影レンズ１２の像平面２２に配置される。

図１に示すように、光線（矢印として示す）は物体格子１６及び投影レンズ１２を通過し、その後に、像平面２２内の像格子１８に到達する。この場合に、物体格子１６は、投影レンズ１２によって像平面２２上に破線で示す空間像２４として結像される。光線を非常に概略的に、縮尺が正確ではない方式で示すことは言うまでもない。更に、この図に示す空間像２４も同じく非常に概略的であることは言うまでもない。

この図に示す例示的実施形態において、物体格子１６及び像格子１８は、各場合に物体平面２０及び像平面２２それぞれに対して斜方に延びる複数の線からなる格子構造を有する。物体格子１６と像格子１８は、スケールに中実な方式で互いに連係する。この連係は、物体格子１６の格子構造と像格子１８の格子構造とがこれらの構造のスケールにおいてのみ互いに異なり、従って、像平面２２内で物体格子１６の空間像２４が像格子１８と重ね合わされることを意味する。

物体平面２０内で、物体格子１６は物体視野２６を定め、像格子１８は像平面２２内で像視野２８を定める。投影レンズ１２、物体平面２０、像平面２２、物体視野２６、及び像視野２８が波面測定デバイス１０ａの構造部分ではなく、波面測定デバイス１０ａと相互作用するに過ぎないことを明確にするために、これらの構成要素及び平面を破線として示すことに注意されたい。

物体視野２６と像視野２８の両方は、複数の視野点を有し、これらの視野点の各々は、物体格子１６、投影レンズ１２、及び／又は像格子１８を通過する光の少なくとも１つの波面に割り当てられる。更に、モアレ格子配置１４は、物体視野２６及び／又は像視野２８の複数の、好ましくは多数の定められた視野点で波面測定を同時に実施することができるように設計される。この設計は、物体視野２６及び／又は像視野２８の少なくとも２つの視野点に対して、好ましくは多数の視野点に対してモアレ重ね合わせパターンが同時に発生されることによって行われる。その結果として発生されるモアレ重ね合わせパターンを用いて、適切な場合は投影レンズ１２の結像収差を識別するために、又は補正対策を実施するために投影レンズ１２の光学特性に関連付けられた結論を引き出すことができる。

図２は、それぞれ空間像２４ａ〜２４ｃと像視野２８ａ〜２８ｃとの重ね合わせの結果として生じる３つの例示的なモアレ重ね合わせパターンを示している。

図２Ａでは、空間像２４ａ及び像視野２８ａが各場合に実質的に周期的な格子構造を有し、これら２つの格子構造は、図１に示す投影レンズ１２の光軸３０に関して互いに対して僅かに回転されている。図２Ａから明らかなように、空間像２４ａと像視野２８ａの重ね合わせから２つの暗い細長ストライプの間に配置された明るい細長ストライプの形態にあるモアレ重ね合わせパターンが生じる。ストライプの長手方向は、空間像２４ａ及び像視野２８ａそれぞれの格子線に対して実質的に垂直な方向を向く。そのようなモアレ重ね合わせパターンを回転モアレと呼ぶ。

図２Ｂは、スケールモアレと呼ぶ更に別のモアレ重ね合わせパターンを示している。空間像２４ｂの格子構造の周期と像視野２８ｂの格子構造の周期は、互いから若干異なる。言い換えれば、空間像２４ｂの格子構造と像視野２８ｂの格子構造が異なる「スケール」を有し、この場合に、これらの格子構造は互いに対して回転されない。得られるモアレ重ね合わせパターンは、格子線に対して実質的に平行であり、明と暗の間で交替する複数のストライプを有する。

図２Ｃでは、空間像２４ｃの格子構造と像視野２８ｃの格子構造は互いに対して回転もされず、異なる周期を有することもない。得られるモアレ重ね合わせパターンは、図２Ａ、図２Ｂに示す例とは対照的に明と暗の間で交替するストライプを持たない。このパターンは、均一又は規則的なモアレ重ね合わせパターンを含み、その強度を特に時間と共に変更又は調節することができる。この目的のために、２つの格子の一方は、格子線に対して垂直な方向、特に、横に変位される。

図２Ａ〜図２Ｃに示す例は、発生させることができる全てのモアレ重ね合わせパターンに関して完全性を要求するものではなく、本発明を概略的に解説するための役割しかもたらさない。発生されるモアレ重ね合わせパターンに基づいて、投影レンズ１２がその望ましい機能性から外れるか否か、及びどの程度外れるかを確立することができ、投影レンズ１２の結像特性の設定変更は、ターゲットを定めた方式で実現することができる。

図３は、図１に示す構成要素に加えて、発生されたモアレ重ね合わせパターンを検出するように機能する評価ユニット３２を含む投影露光装置１１０における使用のための波面測定デバイスの更に別の例示的実施形態１０ｂを示している。この図に示す例示的実施形態において、評価ユニット３２は、第１のレンズ要素３６と、ミラー３８と、第２のレンズ要素４０と、同じくカメラ４２とを含む検出光学ユニット３４を含む。評価ユニット３２は、投影レンズ１２の光軸３０に沿ってモアレ格子配置１４の下流に配置される。この場合に、ミラー３８は光伝播方向に第１のレンズ要素３６の下流に配置され、第２のレンズ要素４０はミラー３８の下流に配置され、カメラ４２は第２のレンズ要素４０の下流に配置される。評価ユニット３２は、発生されたモアレ重ね合わせパターンから投影レンズ１２の結像収差を決定するように機能する。図示の例示的実施形態において、更に、モアレ格子配置１４と評価ユニット３２の間に蛍光要素４４、特に蛍光層が配置される。蛍光要素４４は、発生されたモアレ重ね合わせパターンをマイクロリソグラフィに対して十分な像品質で評価ユニット３２が検出することができるように、このパターンを光学的に増幅するように機能する。

図３に示す評価ユニット３２及び蛍光要素４４は、波面測定デバイス１０ｂの多くの可能な構成のうちの１つを表すに過ぎないことは言うまでもない。一例として、更に別の例示的実施形態による評価ユニット３２は、異なる個数の光学要素（レンズ要素、ミラー、プリズム、．．．等）を有することができる。評価ユニット３２の光学構成要素の配置は、例示的実施形態に依存して変化させることができる。更に別の例示的実施形態により、蛍光要素の代わりに、異なる発光要素、例えば、燐光層を使用することができる。

カメラ４２は、破線として示す線を用いた信号伝達に関して、制御ユニット４６を通して光学波面マニピュレータ４８に接続される。評価ユニット３２によって決定された投影レンズ１２の結像収差は制御ユニット４６によって受信され、制御ユニット４６は、決定された結像収差に基づいて対応する制御信号を発生し、光学波面マニピュレータ４８に送信する。その結果、波面測定デバイス１０ｂは、波面測定の結果に基づいて結像収差が打ち消されるように光学波面マニピュレータ４８の設定を変更することができる。更に別の例示的実施形態により、カメラ４２はＣＣＤカメラを含み、他のタイプのカメラ又は光検出器、例えば、ＣＭＯＳ光検出器、光ダイオード、及び／又は光トランジスタも同じく考えることができる。波面マニピュレータ４８は、閉ループで作動させるか又は制御することができる。

光学波面マニピュレータ４８及び波面測定デバイス１０ｂは、リソグラフィステッパ又はリソグラフィスキャナ１１０内に設けることができ、投影レンズ１２の結像性能を最適化するために、波面マニピュレータ４８は、光学波面マニピュレータ４８と波面測定デバイス１０ｂとの相互作用に基づいて投影レンズ１２内で波面を補正する。特に、波面マニピュレータ４８は、投影レンズ１２の中間像内又はその周りに配置することができる。

更に別の例示的実施形態により、光学波面マニピュレータ４８の設定変更は、波面測定デバイス１０ｂを用いて反復的に実施される。この反復的実施は、反復回毎に波面測定が行われ、次いで、その結果が評価ユニットによって評価され、制御ユニット４６が、評価結果に基づいて対応する制御信号を光学波面マニピュレータ４８に送信することを意味する。この反復工程は、光学波面マニピュレータ４８がその望ましい設定を取得し、投影レンズ１２がその望ましい結像品質を獲得するまで実施することができる。

投影レンズ１２は、光学波面マニピュレータ４８に加えて更に別の光学要素を含み、簡略化のためにこの図には物体側レンズ要素５０ａ、像側レンズ要素５０ｂ、及び物体側レンズ要素５０ａと像側レンズ要素５０ｂの間に配置された１つの絞り５２しか示していない。投影レンズ１２の光学要素の個数及び／又は配置は、例示的実施形態に依存して変化することができることは言うまでもない。図示の例示的実施形態において、光学波面マニピュレータ４８は物体視野２０の近くに配置されるが、これは本発明に対して限定的であると理解すべきではない。原理的には、像視野２２の近く又は投影レンズ１２の中間像内の光学波面パラメータ４８の配置も考えることができる。

図３及び図１には、マイクロリソグラフィ系、特に投影レンズ１２を含む投影露光装置１１０の作動中に物体平面２０内及び像平面２２内それぞれに配置されるレチクル１０６及び基板１１２を示していない。レチクル及び／又は基板が投影露光装置内に組み込まれる場合と、その反対の場合の両方において、波面測定に向けてモアレ格子配置１４を使用することができることに注意されたい。

この図に示す例示的実施形態において、入射光線は光源５４から射出し、それが物体格子１６に到達する前にコリメータ５６を用いて平行化される。コリメータ５６は、照明光学ユニット５８の一部であり、この図には照明光学ユニット５８を例示的に示すに過ぎない。

図４は、物体格子１６の格子の向きを像格子１８の格子の向きに対して投影レンズ１２の光軸３０に関して角度６０だけ回転可能なモアレ格子配置１４の更に別の例示的実施形態を示している。図４では物体格子１６の格子の向きを２次元直交座標系内にｘ軸とｙ軸で例示しており、この場合に、投影レンズ１２の光軸３０は、ｘ軸とｙ軸によって張られる平面と垂直に原点Ｏを通って延びる。像格子１８の格子の向きは、第１の座標系に対して回転された第２の直交座標系内にｘ’軸とｙ’軸で例示しており、この場合に、原点Ｏに関して角度６０だけ第１にｘ軸がｘ’軸に対して回転され、第２にｙ軸がｙ’軸に対して回転される。

一例示的実施形態により、角度６０は、１°、０．１°、及び／又は０．０１°の精度で設定することができる。更に別の例示的実施形態により、１回だけではなく複数回の連続モアレ測定が反復回毎に実施され、角度６０が隣接モアレ測定間で予め定められた可能な区分で増加及び／又は減少するように、自動角度設定が上述の反復設定変更工程内に組み込まれる。更に別の例示的実施形態により、角度６０に対する区分は、１５°の整数倍数、好ましくは、４５、６０°、９０°、又は１８０°である。

図５は、物体格子１６及び／又は像格子１８が複数の矩形格子セグメントを有し、これらのセグメントの短辺が２つの同心円に沿って配置された更に別のモアレ重ね合わせパターンを示している。その結果、物体格子１６及び／又は像格子１８は、タンジェンシャル方向に延びる線形格子線を有する。このモアレ重ね合わせパターンは、図２Ｂに示す両方の線形格子の格子周期の僅かな離調の結果として生じる。サブミリメートル範囲及び／又はマイクロメートル範囲の桁を有する結像収差を考慮することができる。この図に示す例示的実施形態において、物体格子１６及び／又は像格子１８には、これらの間の相対位置合わせに対して機能する複数の二重十字６２が設けられる。

図６Ａは、物体格子１６及び／又は像格子１８が、交替するセルの向きを有する複数の格子セル６４を有するモアレ格子配置１４の更に別の例示的実施形態を示している。この図に示す例示的実施形態において、各格子セル６４は、明と暗の間で交替する複数の垂直又は水平なストライプを有する。セルの向きは、隣接する格子セル６４の間で垂直から水平へ、又はその逆に交替する。図６Ｂに対応するモアレ重ね合わせパターンを示しており、この場合に、交差し、加算的に重なる明るいストライプと暗いストライプとで構成される交差格子状のパターン構造を見て取ることができる。更に別の例示的実施形態により、セルの向きは、隣接格子セル６４の間で９０°とは異なり、好ましくは、４５°及び／又は１３５°の角度だけ変化する。有利なことに、それによってゼルニケ次数Ｚ５及びＺ６のうちの少なくとも一方の収差を有する波面を測定することができる。

図７Ａ〜図７Ｃは、デフォーカス系を用いて空間像２４及び／又は像格子１８の漸増的なデフォーカスが起動される３つのモアレコントラスト像を示している。図７Ａに関するモアレ測定の場合に、デフォーカスはゼロと言ってよい程小さく、モアレコントラスト像の縁部から像中心に向けて延びる低コントラストリングを見ることができる。図７Ｂに関するモアレ測定の場合に、１．５μｍのデフォーカスが起動される。得られるモアレコントラスト像は、縁部において細い低コントラストリングを有し、この低コントラストリングから離れた像中心に円形の低コントラスト領域を有する。図７Ｃのモアレ測定の場合に、２．５μｍのデフォーカスが起動され、それによってモアレコントラスト像内の像中心の周りに円形の低コントラスト領域を見て取ることができる。図７Ａから図７Ｃに、モアレコントラスト像のフォーカスは、像中心から像視野ゾーンを経て像縁部まで変化する。そのようなモアレコントラスト像から進んで、一連の結像収差、例えば、像視野湾曲のプロファイルを簡単な方式で決定することができる。

図７Ａ〜図７Ｃの各々は、ターゲットを定めた方式で起動されるデフォーカスを用いて投影レンズ１２の結像収差及び／又はモアレ重ね合わせパターン１４の誤った構成を確認することができることを示している。

図４に関して上述したように、投影レンズ１２の光学収差は、これらの収差の対称特性に関して同じモアレ格子配置１４の複数のモアレ重ね合わせパターンに基づいて検査することができる。これを下記で図８の例を用いて示している。

図８は、４つのモアレ重ね合わせパターンを明らかにしており、この場合に、空間像２４（実線として示す）及び像格子１８（破線として示す）は、光軸３０（図１、図２）に関して互いに対して回転されている。角度は、それぞれ０°、９０°、１８０°、及び２７０°である。一例示的実施形態により、角度の設定は、像格子１８に対する物体格子１６の光軸３０に関する回転によって達成される。更に別の例示的実施形態により、角度設定は、光軸３０の周りの投影レンズの回転によって達成される。

各モアレ重ね合わせパターンは、明と暗の間で交替する湾曲ストライプを有する。これは、空間像２４が投影レンズの光学特性の劣化に帰することができる歪曲を抱えていることに関連付けられる。回転対称な歪曲の場合に、モアレ測定は、空間像２４と像格子１８の間の角度に依存しないモアレ重ね合わせパターンをもたらす。回転対称歪曲とは対照的に、図８に示す非回転対称歪曲の場合のモアレ測定は、空間像２４と像格子１８の間の角度に依存して別様な挙動を示すモアレ重ね合わせパターンをもたらす。

モアレ格子配置１４は、様々な手法で設計することができる。図９Ａは、周期的な１次元物体格子の空間像２４ｄを示しており、この場合に、空間像２４ｄには、それに対して若干回転された格子の向きを有する周期的な１次元像格子１８ｄが重ねられる。この場合に、明と暗の間で交替する弓形ストライプがもたらされ、これらのストライプは、この図に示す概略図では実質的に水平に延びる。類似のモアレ重ね合わせパターンを図９Ｂに示しており、この場合に、この図に示す概略図では明と暗の間で交替する湾曲ストライプが実質的に垂直に延びる。図９Ａ及び図９Ｂに記載のモアレ格子配置を交差格子と呼ぶ。「モアレ格子配置」は、各場合に一方で少なくとも１つの物体格子及び／又は少なくとも１つの空間像を含み、他方で少なくとも１つの像格子を含む格子配置に関連することに注意されたい。

図９Ｃは、２つの交差格子から構成されるモアレ格子配置１４からのモアレ重ね合わせパターンを示している。このモアレ重ね合わせパターンは、図９Ａ及び図９Ｂに示す２つの格子構造の加算からもたらされる周期的２次元格子構造を含む。その結果、図９Ｃに示すモアレ重ね合わせパターンは、図９Ａ及び図９Ｂに示す２つのモアレ重ね合わせパターンの重ね合わせである。

図１０は、モアレ重ね合わせパターンの２つの更に別の例を示しており、この場合に、それぞれの空間像２４とそれぞれの像視野２８とが互いに対して回転され、周期的な２次元格子構造を有する。得られたモアレ干渉図を用いて、起こりうる結像収差、例えば、歪像及び／又は三波形状に関して投影レンズ１２を簡単かつ正確に検査することができる。「モアレ干渉図」という用語は、厳密に物理的な意味で理解すべきではなく、典型的な干渉パターンと類似の外見を有するモアレ重ね合わせパターンに関することに注意されたい。

更に別の例示的実施形態により、波面測定デバイス１０ａ、１０ｂは、モアレ測定と、異なるタイプの波面測定、例えば、視野分解式フォーカス交互測定及び／又は干渉測定との組合せを可能にする。その結果、波面測定の精度及び信頼性を高めるためにそれぞれの測定方法の利点を組み合わせることができる。更に別の例示的実施形態により、視野分解式フォーカス交互測定がモアレ測定と組み合わされ、この場合に、ゼルニケ次数Ｚ４の収差を有する波面に関して視野分解式測定が実施され、一方、物体視野２６及び／又は像視野２８の複数の、好ましくは全ての視野点で波面のモアレ測定が実施される。

更に別の例示的実施形態により、モアレ測定は干渉測定と組み合わされ、レチクル上で物体格子１６及び／又は像格子１８の範囲での干渉測定の測定マーカに対する複数の領域が省略される。この対策は波面測定の高いロバスト性につながり、この場合に、視野プロファイルの範囲、特に長波視野プロファイルの範囲でのある一定の情報損失を波面測定における品質損失なく満足できる。

更に別の例示的実施形態により、発生されるモアレ重ね合わせパターンは、空間像２４と像格子１６の少なくとも部分的なインコヒーレントな重ね合わせの結果として生じる。従来技術で公知の干渉波面測定において干渉パターンが生じるためには、厳密にコヒーレントな重なり、特にコヒーレンス長さの範囲の重ね合わせが必要である。それと比較して、本発明を使用すると、空間像２４と像格子１８の間にコヒーレント性が不在の場合であっても信頼性が高い波面測定が可能である。

更に別の例示的実施形態により、モアレ格子配置１４は回折格子を含む。回折格子は、入射光の様々な回折次数を発生させるように機能し、これらの回折次数は、像平面２２上に結像されて互いに干渉する。空間像２４は、これに関わる回折次数の干渉からもたらされる。

更に別の例示的実施形態により、評価ユニット３２は、回転対称歪曲、非回転対称歪曲、コマ収差、デフォーカス、像視野湾曲、バナナ形状（連続的な像視野湾曲）という結像収差のうちの少なくとも１つを決定するように設計される。この目的のために、評価ユニット３２は、発生されたモアレ重ね合わせパターンに基づいて一連の物理変数、例えば、コントラスト分布及び／又は強度分布、位相シフト、輝度分布などを決定することができる。

更に別の例示的実施形態により、周期にわたってプロダクト強度を平均することによってモアレコントラスト分布及び／又はモアレ位相が決定される。この場合に、空間像２４の強度分布に像格子１８の強度分布が乗じられ、その積が、空間像２４の格子周期にわたって積分される。最後に、積分結果が空間像２４の格子周期で割り算される。得られるモアレ強度分布は、数１と、モアレコントラスト分布とモアレ位相角の余弦との積を含有する更に別の加数との和に比例する。その結果、モアレコントラスト分布及びモアレ位相という２つの物理変数のうちの少なくとも一方を決定することができる。最後に、投影レンズ１２の歪曲は、決定されたモアレ位相から決定することができる。

位相シフトを決定するための上述の方法は、外乱効果、例えば、調波効果による制限を受ける精度を有する。モアレ位相決定の精度を高めるために、一連の対策を実施することができる。一例として、多段方式の使用、一層小さい格子構造を有するモアレ格子配置の使用、圧電台の使用、広帯域色モアレ重ね合わせパターンの設定、空間畳み込み及び／又はフィルタリング、多重ストライプ法の使用などのような対策のうちの１つを使用することができる。

更に別の例示的実施形態により、モアレ格子配置１４は市松格子を有する。この対策は、発生されるモアレ重ね合わせパターンのモアレストライプが、回転対称歪曲の場合であっても、例えば４５°の回転を示すという利点を有する。これは、物体視野２６及び／又は像視野２８のｘ軸及び／又はｙ軸に沿って回折次数が存在しないということに関連付けられる。従って、この対策は、投影レンズの光学収差に対して特に高感度な検出方法を可能にする。

更に別の例示的実施形態により、モアレ格子配置１４は、２次元格子構造を有する少なくとも１つの市松格子を有する。そのようなモアレ格子配置は、多重ストライプモアレ重ね合わせパターンを特に高い精度で発生させることを可能にする。

１０ａ 波面測定デバイス
１２ 投影レンズ
１４ モアレ格子配置
１６ 物体格子
１８ 像格子

Claims (16)

1. ウェーハを露光するためのマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
   投影レンズと、
   前記投影レンズ内で波面を操作するための光学波面マニピュレータ（４８）と、
   前記投影レンズ（１２）内で波面を測定するために該投影レンズ（１２）の物体平面（２０）及び像平面（２２）内それぞれに配置されるように設計された物体格子（１６）及び像格子（１８）を有するモアレ格子配置（１４）を含む波面測定デバイス（１０ａ、ｂ）と、
   を含み、
   前記物体格子（１６）及び前記像格子（１８）は、前記像平面（２２）上への該物体格子（１６）の結像（２４）と該像格子（１８）とでモアレ重ね合わせパターンを発生させるようにスケールに中実な方式で互いに連係し、
   前記モアレ格子配置（１４）は、前記物体平面（２０）内の物体視野（２６）及び／又は前記像平面（２２）内の像視野（２８）の複数の視野点に対して前記モアレ重ね合わせパターンを同時に発生させるように設計され、
   前記光学波面マニピュレータ（４８）は、該光学波面マニピュレータが前記波面測定デバイス（１０ａ、ｂ）の少なくとも１つの測定結果に基づいて制御可能であるように該波面測定デバイス（１０ａ、ｂ）と相互作用し、
   前記波面マニピュレータは、前記投影レンズ（１２）の結像性能を最適化するために該投影レンズ（１２）内の波面を補正し、
   前記波面マニピュレータは、閉ループで制御されるように構成される、
   ことを特徴とする投影露光装置。
2. 前記複数の視野点は、前記物体視野（２６）及び／又は前記像視野（２８）の有限数の定められた視野点であることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 前記物体格子（１６）の前記結像（２４）及び／又は前記像格子（１８）は、前記投影レンズ（１２）の光軸（３０）に対する角度に関して回転可能であることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載の投影露光装置。
4. 前記発生されるモアレ重ね合わせパターンは、前記像平面（２２）上への前記物体格子（１６）の前記結像（２４）と前記像格子（１８）との少なくとも部分的にコヒーレントな重ね合わせの結果として生じ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項に記載の投影露光装置。
5. 前記モアレ格子配置（１４）は、回折格子であり、
   前記物体格子（１６）の前記結像（２４）は、前記回折格子によって発生される少なくとも２つの異なる回折次数の干渉を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投影露光装置。
6. 前記物体格子（１６）及び／又は前記像格子（１８）は、半径方向に延びる複数の格子線を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投影露光装置。
7. 前記物体格子（１６）及び／又は前記像格子（１８）は、交替するセルの向きを有する複数の格子セル（６４）を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
8. 前記物体格子（１６）及び／又は前記像格子（１８）の格子構造が、周期的に線形及び／又は周期的に２次元の格子構造を有す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項に記載の投影露光装置。
9. 前記発生されるモアレ重ね合わせパターンを該パターンから前記投影レンズ（１２）の結像収差を決定するために検出するための評価ユニット（３２）を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の投影露光装置。
10. 前記評価ユニット（３２）は、前記発生されるモアレ重ね合わせパターンのコントラスト像、強度分布、位相分布、像視野湾曲、非点収差、及び／又は歪曲を決定するように設計されることを特徴とする請求項９に記載の投影露光装置。
11. 前記像格子（１８）の直ぐ下流に配置された蛍光要素（４４）を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の投影露光装置。
12. 前記物体格子（１６）の前記結像（２４）をデフォーカスするための及び／又は前記像格子（１８）をデフォーカスするためのデフォーカス系を特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の投影露光装置。
13. 前記波面は、ゼルニケ次数Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、及びＺ６のうちの少なくとも１つ内の収差を有す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項に記載の投影露光装置。
14. 前記波面測定デバイスは、視野分解式フォーカス交互測定及び／又は干渉測定を用いてＺ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、及びＺ６からの少なくとも１つのゼルニケ次数内の収差を有する波面を測定するように設計されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の投影露光装置を作動させる方法であって、
    光学波面マニピュレータ（４８）の設定を反復的に最適化する段階、
    を含み、
    以下の段階：
    波面測定デバイス（１０ａ、ｂ）を用いて波面を測定する段階、
    前記波面測定の結果を評価する段階、及び
    前記評価に基づいて前記光学波面マニピュレータ（４８）を設定する段階、
    が、各反復回において実施される、
    ことを特徴とする方法。
16. 前記光学波面マニピュレータは、閉ループで制御されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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