JP5165101B2 - マイクロリソグラフィ投影露光用の装置および基板の表面を検査するための装置 - Google Patents

Description

本出願は、ドイツ国特許出願公開第１０２００８０１７６４５．１号公報ならびに米国仮出願第６１／０７２，９８０号の優先権を主張するものであり、その開示内容の全体は、本出願明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置およびマイクロリソグラフィ投影露光用の装置と該装置の露光位置に配置された基板とを備えるシステムの特性を決定するための方法に関する。さらに本発明は、基板の表面を検査するための検査装置およびこのような検査装置と基板とを備えるシステムの特性を決定する方法に関する。

このような検査装置には、顕微鏡、および、例えばリソグラフィマスクまたは露光されたウェーハを検査するために使用される光学検査システムが挙げられる。さらにマスクパターン形成システムを較正するための光学システム、リソグラフィマスクにおける位置マークを高精度に測定するいわゆる「位置合わせ装置」が挙げられる。

マイクロ構造またはナノ構造をリソグラフィ露光装置によって高精度な結像を行うためには、いわゆる「ウェーハ」の形態の露光基板のトポグラフィーまたは表面状態を認識することが重要である。位置を検出するためには、例えば焦点センサーが使用される。焦点センサーは、基板テーブルの直接の周辺で、測定信号を基板平面に実質的にかすめ入射させ、再び捕捉する。基板トポグラフィーを測定するためには、投影光学系に対して平行に構成された測定光学系が使用されることも多い。このような測定光学系は、いわゆる「ツインステージ」と称される。このように平行に構成された測定光学系は、付加的な光学系および付加的な変位ステージが必要とされるので、複雑なものとなる。

このような計測システムの使用に関して、特にＥＵＶ波長領域（極紫外線波長領域、例えば１３．４ｎｍ）で作動されるリソグラフィ露光装置では、これらのシステムにおける基板側の作動距離が、光路における最後から２番目のミラーによって決定されるという問題が生じる。光学的な観点からは、この距離を特に小さく選択することができる場合、有利である。しかしながら、極めて小さい作動距離は、従来の焦点センサーにおける設置スペースをわずかにしか残さないか、または全く残さない。

本発明の課題は、上記のような欠点を解決し、特に光学系と基板との間の作動距離ができるだけ小さい場合に光学系の結像方向に関して基板の位置を決定することができる装置および方法を提案することである。

この課題は、本発明によれば、結像光線によってマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像させる投影光学系の形態の光学系を備えるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置によって解決される。光学系は、ＥＵＶ波長領域および／または高周波数波長領域、すなわち、ＥＵＶ領域の波長および／またはこれよりも小さい波長で作動するように構成されている。さらに本発明による装置は、測定光線を案内するための測定光路を備える。測定光路は、光学系の少なくとも２つの光学素子が測定光路に含まれ、光学系が装置の作動時に測定光線によって部分的にのみ照射されるように、光学系の内部に延在している。

さらに上記課題は、本発明によれば、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置と該装置の露光位置に配置された基板とを備えるシステムの特性を決定するための方法により解決することができる。上記投影露光装置は、ＥＵＶおよび／または高周波数の波長領域の結像光線によってマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系を備えている。本発明による方法は、光学系の少なくとも２つの光学素子が測定光路に含まれ、光学系が測定光線によって部分的にのみ照射されるように、光学系の内部で測定光線を案内するステップと、測定光線からシステムの特性を決定するステップとを含む。

換言すれば、本発明によれば、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置と露光位置に配置された基板とを備えるシステムの特性を決定することができる測定光線のための光線経路が光学系の内部に形成される。光学系は、測定光線によってマスクパターンを投影することによりマスクパターンを基板の表面に結像するための役割を果たし、投影露光装置の投影対物レンズと呼ぶこともできる。光学系は、ＥＵＶおよび／または高周波数の波長領域の結像光線によって作動するように構成されている。ＥＵＶ波長領域は、１００ｎｍ未満、特に５ｎｍ〜２０ｎｍの波長領域である。光学系は、特に１３．５ｎｍまたは６．９ｎｍの波長で作動するように構成してもよい。上記波長領域における光学系の構成は、一般に反射性光学素子のみによって、したがって、いわゆる「反射光学的投影対物レンズ」として光学系を実施し、対応した反射性被覆層を設けることを前提とする。

測定光路は、光学系の少なくとも２つの光学素子が測定光路に含まれ、装置の作動時に光学系が測定光線によって部分的にのみ照射されるように、光学系の内部に延在する。すなわち、全ての光学素子が測定光路に含まれるわけではない。例えば、測定光線がそれぞれの光学素子で反射された場合に１つの光学素子が測定光路に含まれてもよい。ミラーの形態の光学素子が測定光路に含まれる別の形態が、測定光線がこのミラーの開口部を通過する場合に得られる。換言すれば、測定光路は、光学系の内部に部分的にのみ延在し、したがって、上記意味では測定光路に含まれない少なくとも１つの光学素子が存在する。

例示的な実施形態によれば、本発明により、結像方向に関して基板表面における少なくとも１点について基板表面の位置を測定することができる。回転対称的な光学素子の使用時のように光学系が光軸を有する場合、光軸に対して軸線方向位置に関して基板表面の少なくとも１点を測定することができる。軸線方向位置とは、光学系における光軸の方向に延在する座標軸に関する位置である。

次いで基板表面の位置は、基板表面における測定光線の反射および反射された測定光線の後続の評価によって決定することができる。測定光線は光学系の内部から基板表面に入射するので、光学系の最終素子と基板との間に測定素子を取り付ける必要はなくなる。これにより、基板の最も近くに設けた反射性光学素子と基板との間の作動距離を極めて小さく保持することができる。測定光線が基板で反射されずに、例えばマスクパターンを備えるマスクで反射される場合、マスクの最も近くに設けた反射光学素子とマスクとの間の作動距離に関して対応した利点が得られる。基板表面における位置ではなく、一般にシステムの特性が決定される場合にこのような効果または類似の効果が得られる。

本発明による実施形態では、測定光路は、装置の作動時に、測定光路を案内される測定光線によって基板表面の少なくとも１点をその位置に関して測定するように構成されている。別の実施形態では、測定光路は、装置の作動時に、光学系の結像方向における位置に関して基板表面の少なくとも１点を測定光線によって測定するように構成されている。さらに本発明による装置は、有利には、基板と相互作用した後の測定光線から基板表面における点の位置を決定するように構成されている評価手段を備える。

一般に、装置は、測定光線から投影露光装置と基板とを備えるシステムの特性を決定するように構成された評価手段を備える。

一実施形態によれば、測定光路は、測定光線が装置の作動時に基板の表面で反射されるように構成されている。この場合、基板表面で反射された測定光線から基板表面における軸線方向位置を決定することができる。これは様々な形式で行うことができる。例えば米国特許出願公開第２００７／００８０２８１号公報に記載のように、例えば、基板表面で反射された測定光線は、光学系を通過し、測定光線と同じ光線源に戻る光線によって決定することができる。さらに、例えば米国特許第５，２６８，７４４号明細書に記載のように、ｚ方向に基板表面を変位することにより、検出面における測定光線の変位を生じさせる測定原理を使用することもできる。距離測定の別の測定原理がドイツ国特許第４１０９４８４号明細書に記載されている。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、装置の作動時に、測定光路を案内される測定光線によって、光学系の結像方向に対して横方向の位置に関して基板表面の少なくとも１点を測定するように構成されている。これにより、横方向における少なくとも１点位置が測定される。これは特に調整マークを用いて行うことができる。最も簡単な場合、基板に位置する調整マークのみが必要となる。この調整マークは、測定光線によって検出器に結像される。結像された調整マークの位置から、調整マークの側方位置が得られ、これにより、基板の側方位置、基板のいわゆる「配向」を決定することができる。

基板における調節マークに加えて、例えば基準ミラーにおける基準として別の調整マークを設けてもよい。このような基準マークは、測定光路で基板の上流側または下流側に配置することができる。上流側に配置した場合、測定光線は「あらかじめパターン形成されて」基板の調整マークに照射され、下流側に配置した場合には、基準マークによってパターン形成された測定光線が基準マークに結像される。いずれの場合にも、下流側に設けた検出器によって、基準マークおよび基板マークの相対位置を含む画像を形成することができる。これにより、基準マークに対する基板マークの側方位置を決定することができる。基板マークおよび基準マークを用いたこのような位置決定の例はモアレ法である。当業者には基本的に既知のモアレ測定法は、モアレ効果を利用し、長い周期の輝度変調が、格子定数がわずかにのみ相互に異なる２つの線格子を重ねることにより生成される。生成されたパターンの評価により、両方の格子の相対変位を高精度で検出することができる。モアレ評価は、有利には空間分解式表面センサーによって行うことができる。

マイクロリソグラフィ投影露光装置では、例えば、いわゆる「ダブルパターニング」方法の場合のように、特にパターンが側方で高精度に重ねられている必要があり、したがって高い「オーバレイ」要求を有する方法では、このような側方位置測定が重要である。側方位置の測定は、以下に説明する検査装置にも関係する。「位置合わせ装置」とも呼ばれるこのような装置では、本発明によれば、例えば「あらかじめの配向」のための側方位置測定、すなわち、いわばおおよその位置決めが可能である。一実施形態では、調整マークの高精度の測定は測定光路によってではなく、別の光路、例えば結像光路によって行われる。

本発明による別の実施形態では、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置は、結像方向に対して横方向に変位可能な基板テーブルと、制御手段とを備えている。制御手段は、装置の作動時に基板表面の少なくとも１点が、２つの異なる時点で結像方向に対して横方向の位置に関して測定されるように装置を制御するように構成されており、装置は、これにより、基板テーブルの側方変位速度またはいわゆる「操作速度」を決定するように設定されている。基板は、「ウェーハステージ」と呼ぶこともできる基板テーブルによって保持される。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、装置の作動時に測定光線が基板表面で反射されるように構成されている。

本発明による別の実施形態では、装置は、少なくとも２つの異なる波長を有する測定光線を生成する測定光線源を備える。さらに装置は、波長を分解する光線検出器を備え、この光線検出器は、基板における反射後に測定光線のそれぞれの強度を少なくとも２つの異なる波長それぞれについて測定し、これにより、基板表面の温度を決定するように構成されている。これは、赤外線温度計による温度測定に類似して行う。

本発明による別の実施形態では、結像すべきマスクパターンはマスクに配置されており、測定光路は、装置の作動時に、マスクにおける光学系に向いた表面で測定光線が反射されるように構成されている。

本発明による別の実施形態では、装置は、結像方向に対して横方向に変位可能なマスクテーブルと、制御手段とを備え、制御装置は、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置を制御し、装置の作動時に、基板表面における少なくとも１点が結像方向に対して横方向の２つの異なる時点で測定されるように構成されており、装置は、これにより、マスクテーブルの側方変位速度を決定するように設定されている。

本発明による別の実施形態では、装置は少なくとも２つの異なる波長を有する測定光線を生成する測定光線源を備える。さらに装置は、波長を分解する光線検出器を備え、この光線検出器は、マスク表面における反射後に測定光線のそれぞれの強度を少なくとも２つの異なる波長それぞれについて測定し、これにより、基板表面の温度を決定するように構成されている。

本発明による別の実施形態では、装置は、装置の作動時に光学系を通過した際の測定光線の強度低下を検出し、これにより、光学系に含まれるガスの濃度を決定するように構成されている。このガスは、光学系の光学素子を包囲する。ガスは、真空で作動される光学系の残留ガスであってもよい。

本発明による別の実施形態では、さらに装置は測定光線を光学系に結合するために設けられた光学的な結合素子を備える。さらに光学系から測定光線を分離するための光学的な分離素子を設けてもよい。このためには測定光線を反射するように構成された２つの偏向ミラーを設けてもよい。これらの偏向ミラーは、有利には、光学系における少なくとも１つの反射光学素子とは無関係である。一実施形態では、第１偏向ミラーは、測定光線をいずれか１つの反射光学素子に偏向するか、またはいずれか１つの反射光学素子が開口部を備えている実施形態では、この開口部に偏向するように配置されている。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、装置の作動時に、光学系への結合と光学系からの分離との間に基板の表面またはマスクの表面で測定光線が反射されるように構成されている。これにより、光学系に関して反射点における基板の軸線方向位置を決定することが可能である。

本発明による別の実施形態では、光学系は少なくとも１つの反射光学素子を備え、測定光路は、装置の作動時に少なくとも１つの反射光学素子で測定光線が反射されるように光学系の内部に延在している。別の変化態様によれば、測定光路は、装置の作動時に測定光線が少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するように、光学系の内部に延在している。

本発明による別の実施形態では、さらに装置は、装置の作動時にマスクパターンが結像される基板平面を備え、測定光路は、測定光線がこの基板平面に集束されるように構成されている。

本発明による一実施形態では、光学系の瞳平面に遮光膜が配置されている。このような遮光膜は、遮光絞りとも呼ばれる。遮光膜は、例えば結像光線の波長を有する光線に関して非反射性の層によって形成してもよい。このような遮光膜は、例えば国際公開第２００６／０６９７２５号に開示されているように、遮光システムで小さい入射角を実現することができるので、結像光線の光路における高い光損失を防止するために用いられることが多い。遮光膜は、光線横断面の中央領域で結像光線を遮断する。瞳平面に遮光膜を配置することにより、視野に関係した瞳の遮光を行うことができる。瞳が遮光されたこのような光学系は、特に本発明による解決方法の恩恵を受ける。なぜなら、光学系と基板との間の作動距離が小さい程、それだけ遮光部の大きさを小さく保持することができるからである。

本発明による別の実施形態では、少なくとも１つの反射光学素子は開口部を備え、測定光路はこの開口部を通って延在している。開口部を備える少なくとも１つの反射光学素子は、結像光線の光路で遮光膜に関して下流側に配置されており、開口部は、反射光学素子における、結像光線に関して遮光膜によって少なくとも部分的に遮光された領域に配置されている。したがって、光学系の結像特性は、測定光線によりネガティブな影響を受けることはない。

本発明による別の実施形態では、第１の瞳平面に遮光膜が配置されており、光学系は、結像光路で遮光膜に関して下流側に配置され、かつ遮光膜によって部分的に遮光された別の瞳平面を有し、測定光路は、少なくとも一回、遮光された領域で少なくとも部分的に別の瞳平面を通って延在する。別の瞳平面は、例えば光学系における最後から２番目の反射光学素子と最後の反射光学素子との間で基板の前に配置してもよい。有利には、別の瞳平面は、測定光線によって２回通過される。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、光学系の瞳平面を少なくとも１回通って延在する。

本発明による別の実施形態では、少なくとも１つの反射光学素子は開口部を備え、測定光路は開口部を通って延在している。この実施形態では、開口部は少なくとも１つの光学素子の中央領域に配置されている。反射光学素子の中央領域に開口部を配置することにより、開口部が配置されている場合には、開口部によって光学系における結像光路に対称作用が生じる。これにより、光学系によるマスクパターンの結像時に結像エラーが防止される。

本発明による別の実施形態では、光学系は少なくとも２つの反射光学素子を備え、測定光路は２つの開口を通って延在する。一実施形態では、それぞれの開口を備える反射光学素子は光学系の開口率の高い部分に配置されており、特に光学系の最後の２つの反射光学素子である。

本発明による別の実施形態では、少なくとも１つの反射光学素子は開口部を備え、測定光路は、装置の作動時に測定光線が開口を通過し、光学系における少なくとも１つの別の反射光学素子で反射されるように構成されている。したがって、本発明による解決方法は、光学系における多数の光学設計において実施することができる。

本発明の別の実施形態では、測定光路は、装置の作動時に測定光線が少なくとも１つの反射光学素子で反射され、反射光学素子は、結像光線の光路の外部に配置された縁部領域を備え、測定光路は、測定光線がこの縁部領域で反射されるように構成されている。この縁部領域は、例えば測定光線の波長に特別に適合させた反射層を備える。これにより、結像光線および測定光線のために著しく異なる波長を用いることができる。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、測定光線が少なくとも１つの反射光学素子で２回反射されるように構成されている。有利には、測定光線は、基板における反射前に１回、反射後に１回、対応反射光学素子で反射される。これにより、基板で反射された測定光線を、光学系の内部を通って検出手段に案内することができ、したがって、最後の光学素子と基板平面との間に別の光学素子を配置する必要はない。これにより、光学系の作動距離は測定光線の検出による影響を受けない。

本発明による別の実施形態では、光学系は複数の光学素子を備え、測定光路は、装置の作動時に測定光線が少なくとも２個、特に３、４、５、６個などの反射光学素子で反射されるように構成されている。一実施形態では、反射光学素子における反射は、基板への測定光線の入射前に行われ、次いで測定光線は、上記反射光学素子で再び反射される。

本発明による別の実施形態では、光学系におけるいずれの反射光学素子も、光学面の光学的に使用される領域に開口部を備えていない。これにより、反射光学素子の光学面は、全て連続的に構成されている。したがって、測定光線は、光学系の内部においてそれぞれの反射光学素子で反射されるか、またはそれぞれの反射光学素子を通過する。

本発明による別の実施形態では、測定光路は、測定光路を案内された測定光線によって基板の表面における少なくとも２点の相対位置、特に基板の表面における少なくとも一部のトポグラフィーが測定可能となるように構成されている。すなわち、基板の表面における複数の点が、相互の軸線方向相対位置に関して測定光線によって測定される。これにより、基板表面の表面状態を測定することができる。決定した表面状態から、基板表面へのマスクパターンの結像における焦点設定に関して露光条件の適合を行うことができる。

本発明による別の実施形態では、装置の作動時に所定の時点で基板における限定された面が結像光線により露光され、測定光路は、基板の露光時点で測定光線が露光される面に向けられるように構成されている。したがって、基板の表面における位置測定は、それぞれの基板面の露光中に同時に行われる。基板のスキャン動作に起因した位置エラーの可能性は、同時的な測定により除外される。所定の時点で露光される基板における面は、いわゆる「ステッパー」として構成された投影露光装置の場合には、例えば、ウェーハにおける露光される視野全体であってもよいし、またはいわゆる「スキャナー」として構成された投影露光装置の場合には、露光スリットによって照明されたスリット状の面であってもよい。

本発明による別の実施形態では、装置はスキャナーとして構成されており、作動時に基板におけるスリット状の面が露光光線によって露光され、基板は、基板における露光された面が変位されるように結像光線に対して相対移動される。この実施形態では、測定光路は、露光動作時に露光される面に先行および／または後続する基板部分に測定光線が向けられるように構成されている。測定光線が、露光される面に先行する部分に向けられた場合には、基板における、測定光線によってあらかじめ「走査された」部分の露光前に、露光に不可欠な焦点設定が既に提供されているという利点が生じる。これにより、例えば機械的な走査により、最適な焦点設定を行うために十分な準備時間が基板部分の露光のために提供されている。基板面を「後から測定する」場合には、測定結果を例えば結像設定を後から確認するために用いるか、または露光の質チェックのために用いることもできる。

本発明による別の実施形態では、基板面へのマスクパターンの結像を行うと同時に、基板表面における少なくとも１点の位置を決定するように構成されている。この場合、基板表面の測定は露光動作の間にリアルタイムで行われる。

本発明によれば、結像光線によって結像方向にマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系と、基板の表面における少なくとも１点を投影方向における位置に関して測定するために用いられる測定光線を案内するための測定光路とを備え、測定光路が、装置の作動時に少なくとも１つの反射光学素子で測定光線が反射されるように構成されているマイクロリソグラフィ投影露光用の装置がさらに提供される。

さらに、本発明によれば、結像光線によってマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系を備え、光学系が、少なくとも１つの反射光学系を備えるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置がさらに提供される。さらに、上記光学系は、測定光線を案内するための測定光路を備え、測定光路は、装置の作動中に少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、またはさらに基板表面で反射されるように、光学系の内部に、特に部分的に延在する。

反射光学素子は、特に結像光路を形成する光学素子である。換言すれば、この場合、反射光学素子は、基板の表面へのマスクパターンの結像時に結像光線を反射するように、光学系に配置されている。したがって、反射光学系は、マスクパターンの結像に関しては光学系の結像光学素子である。

さらに本発明によれば、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置が提供される。この装置は、結像光線によってマスクパターンを投影することによって基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系を備え、光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を備える。さらに上記装置は、測定光線を案内するための測定光路を備え、測定光路は、装置の作動時に測定光線が少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過し、さらに基板の表面で反射されるように、特に部分的に光学系の内部に延在する。光学系は、この場合には少なくとも１つの反射光学素子の他に少なくとも１つの屈折性または回折性の光学素子を備える反射屈折性のシステムとして構成してもよいし、または反射光学系として構成してもよい。

さらに、本発明によれば、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置と該装置の露光位置に配置された基板とを備えるシステムの特性を決定するための方法が提供される。上記装置は、結像光線によって結像方向にマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系を備え、上記方法は、測定光線が、少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、または少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するように、光学系の内部で測定光線を案内するステップと、基板の表面で測定光線を反射するステップと、反射された測定光線から上記システムの特性を決定するステップとを含む。

さらに、本発明によれば、結像光線によって結像方向にマスクパターンを投影することにより基板に表面にマスクパターンを結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系を備えるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置が提案される。この装置は、測定光線を案内するための測定光路であって、結像方向における位置に関して基板表面の少なくとも１点を測定するために用いられる測定光路をさらに備える。この場合、少なくとも１つの反射光学素子は開口を備え、測定光路はこの開口を通って延在する。

本発明によれば、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置の露光位置に配置された基板の表面における位置を決定するための方法が提供される。この場合、上記装置は、結像光線によってマスクパターンを投影することにより基板の表面にマスクパターンを結像するための光学系を備える。この光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を備え、本発明による方法は、測定光線が少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、または少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するように、光学系の内部で測定光線を少なくとも部分的に案内するステップと、基板の表面における少なくとも１点で測定光線を反射するステップと、反射された測定光線から結像方向に関して基板表面における少なくとも１点の位置を決定するステップとを含む。有利には、反射光学素子における上記開口は、結像光線を用いた基板の表面へのマスクパターンの結像が、開口による影響を受けないか、またはわずかにしか影響を受けないように構成されている。光学系が、部分的に遮光された瞳を備える場合には、開口は、結像光路における遮光された領域に配置してもよい。

上述のように、本発明による装置は、マイクロリソグラフィ投影露光装置、特にＥＵＶ投影露光装置として構成されていてもよい。

さらに、本発明により、基板の表面を検査するための装置が提供され、この装置は、結像光線によって検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部を結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系と、測定光線を案内するための測定光路であって、装置の作動時に反射光学素子で反射されるように、または反射光学素子における開口を通過するように、光学系の内部に部分的に延在する測定光路とを備える。

さらに本発明により、基板の表面を検査するための装置が提供される。この装置は、結像光線によって結像方向に検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部を結像するための光学系であって、ＥＵＶ波長領域および／または高周波数波長領域で作動するように構成された光学系と、測定光線を案内するための測定光路であって、装置の作動時に光学系が測定光線によって部分的にのみ照射されるように光学系の内部に延在する測定光線とを備える。基板は、半導体ウェーハ、リソグラフィマスクまたは一般に検査対象物であってもよい。

さらに、検査装置および検査装置における検査位置に配置された基板を備える装置の特性を決定するための方法が提供され、検査装置は、検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部をＥＵＶ波長領域および／または高周波数波長領域で結像光線によって結像するための光学系を備え、光学系は、少なくとも１つの反射光学素子とを備え、この方法は、光学系が測定光線によって部分的にのみ照射されるように光学系の内部で測定光線を案内するステップと、測定光線から装置の特性を決定するステップとを含む。

さらに、本発明によれば、基板の表面を検査するための装置が提供され、この装置は、結像光線によって結像方向に、検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部を結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系と、測定光線を案内するための測定光路であって、装置の作動時に測定光線が少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、または少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するように特に部分的に光学系の内部に延在する測定光路とを備える。

この検査装置の一実施形態によれば、検査装置は、測定光線から上記装置と基板とを備えるシステムの特性を決定するように構成された評価手段を備えている。この評価手段によって決定可能な特性は、例えば基板表面における点の位置であってもよい。

さらに、検査装置と検査装置の検査位置に配置された基板とを備えるシステムの特性を決定するための方法が提供され、検査装置は、結像光線によって検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部を結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系を備え、この方法は、少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、または少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するよう光学系の内部で測定光線を案内するステップと、反射された測定光線から上記システムの特性を決定するステップとを含む。

さらに、本発明によれば、検査装置の検査位置に配置された基板の表面における位置を決定するための方法が提供され、検査装置は、結像光線によって結像方向に検出平面に基板の検査すべき表面の少なくとも一部を結像するための光学系であって、少なくとも１つの反射光学素子を備える光学系を備え、上記方法は、少なくとも１つの反射光学素子で反射されるように、または少なくとも１つの反射光学素子における開口を通過するように光学系の内部で測定光線を部分的に案内するステップと、基板の表面における少なくとも一点で測定光線を反射するステップと、反射された測定光線から結像方向に関して基板表面の少なくとも１点における位置を決定するステップとを含む。

本発明の一実施形態によれば、検査装置は顕微鏡として構成されている。本発明の別の実施形態では、検査装置は、マイクロリソグラフィ投影露光用の装置によって露光された基板を検査するための光学検査システムとして構成されている。さらに別の実施形態では、検査装置は、マイクロリソグラフィのためのマスクを検査するための光学検査システムとして構成されている。したがって、マスクパターンシステムを較正するための検査装置、ひいては、リソグラフィマスクにおける位置マークを高精度に測定するいわゆる「位置合わせ装置」を構成してもよい。この測定により、リソグラフィマスクに配置された、ウェーハ結像されるべきマスクパターンの書込精度に関する結論を引き出すことができる。

本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置の上記実施形態に関して述べた特徴は、対応して本発明による、基板の表面を検査するための装置にも適用することができる。

さらに本発明による装置の上記実施形態に関して述べた特徴は、本発明による方法に適用することができ、その逆もいえる。本発明による方法によって得られる実施形態は、本発明の開示により明示的に含まれるものとする。さらに、本発明の装置の実施形態に関して上述した利点は、本発明による方法の対応した実施形態にも関連し、その逆もいえる。

次に本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置の実施例を添付の概略的な図面基づき説明する。

本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置の第１実施例を著しく概略的に示した結像光路および測定光路を備える第１図平面において示す概略断面図である。 図１に示した結像光路を示す詳細図である。 図１に示した概略図における結像光路を正確な光線経路を表す個別光線によって示す図である。 図１〜図３に示した結像光路を９０度回動させて第２図平面で示す断面図である。 マイクロリソグラフィ投影露光用の装置の反射光学素子を示す平面図である。 本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置の第２実施形態を第１図平面で示す断面図である。 本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置の第３実施形態を第１図平面で結像光路のみを書き込んだ断面図である。 図７に示した装置を測定光路のみを書き込んだ図である。 図７に示した結像光路を第２図平面で示す図である。 露光プロセスを説明する図１〜図９までのいずれかの装置によって露光された基板の平面図である。 本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光素位置を測定光路のみが示された第１図平面で示す図である。 本発明による基板の表面を検査するための装置の実施形態を示す断面図である。

以下に説明する実施例では、機能的または構造的に相互に類似の素子には可能な限り同じまたは類似の符号を付している。したがって、特定の実施例における個別の素子の特徴を理解するためには、他の実施例の説明または本発明の一般的な説明を参照されたい。

図１は、ＥＵＶ投影露光装置の形態のマイクロリソグラフィ投影露光用の装置１０の第１実施形態を座標系によるｘｚ平面で示す断面図である。装置１０は、図示のように、簡潔に「スキャナー」とも呼ばれるいわゆる「ステップ・アンド・スキャン露光装置」として設計してもよいし、またはいわゆる「ステッパー」として設計してもよい。

装置１０は、マスクパターン１６を配置したマスク１４にＥＵＶ波長領域の照明光線１３（例えば１３．４ｎｍの波長を有する極紫外線）を入射させる照明システム１２を備える。マスク１４は、いわゆる「レチクルステージ」の形態のマスクテーブル１１によって保持される。

さらに装置１０は、基板平面１９に配置した、ウェーハの形態の基板２０の表面２１にマスクパターン１６を結像するための投影光学系の形態の光学系１８を備える。装置１０は、基板２０を保持するいわゆる「ウェーハステージ」の形態の基板テーブル２０ａをさらに備える。上述のように図示の実施形態による装置は、いわゆる「スキャナー」として構成されている。基板２０への視野の露光時に、マスクテーブル１１および基板テーブル２０ａは、異なる速度で、図１に示した座標系によるｙ方向に変位される。

光学系１８は、ミラーの形態の反射光学素子２２のみを備える。したがって、光学系１８は、「反射光学的投影対物レンズ」と呼ぶこともできる。基板２０の表面２１へのマスクパターン１６の結像は、結像方向１７ａにマスクパターンを投影することによって行われる。結像方向１７ａは、図１ではｚ方向に延在する、光学系１８における基準軸線１７の方向に延在する。反射光学素子２２が回転対称的である場合には、基準軸線１７は光学系の光軸に対応する。

照明光線１３は、マスク１４によって結像光線１５に変化させられる。結像光線１５は、図１では見やすくするために輪郭のみを示す光学系１８における結像光路２４を通過する。図２は、結像光路２４および結像光路に含まれる多数の個別光線を示す。光学系１８における結像光線１５の経路をさらに示すために、図３には、結像光線１５の例示的な個別光線２５が示されている。図３からわかるように、結像光線１５は結像光路２４で個別の反射光学系２２−１〜２２−６で順次に反射される。この場合、素子２２−１および２２−２はそれぞれ凹面鏡であり、素子２２−３は凸面鏡であり、素子２２−４は再び凹面鏡であり、素子２２−５は凸面鏡、素子２２−６は再び凹面鏡である。

光学系１８は、反射光学素子２２−３と反射光学素子２２−４との間に配置された第１瞳平面２８を備える。第１瞳平面２８における結像光線１５の光線横断面の中央領域には、「遮光絞り」とも呼ばれる遮光膜２９が配置されている。遮光膜２９は、視野とは無関係に瞳を遮光し、ＥＵＶ波長領域における露光波長で光線を反射しない材料からなるか、またはそうような層を備える。この材料は、実質的にこの波長の入射光線を吸収する。

光路２４に下流側に配置された反射光学素子２２−５および２２−６は、光学系１８における開口率の高い部分に配置されており、それぞれの反射光学面２７を通る中央孔の形態のそれぞれ１つの開口部２６を有している。図５は、例示的な反射光学素子２２におけるこのような開口部２６を示している。図５に示すような開口部２６は、反射光学素子２２−５および２２−６における、遮光膜２９により少なくとも部分的に遮光された領域に配置されている。このような遮光膜２９は、例えば国際公開第２００６／０６９７２９号パンフレットに記載のように、照明光路２４における高い光損失を防止するための役割を果たすことができる。

さらに装置１０は測定光線３４を生成するための測定光線源３２を備える。測定光線３４は、結像光線１５として別の波長、例えば可視波長領域の波長、特に、例えば６３２．８ｎｍ、ＵＶ波長領域、特にＤＵＶ波長領域、例えば２４８ｎｍ、ＶＵＶ波長領域、例えば１９３ｎｍまたは赤外線領域の波長を有していてもよい。測定光線３４は、入射ミラーもしくは入射素子の形態の第１偏向ミラー３８によって光学系１８に入射させる。入射は、まず測定光路３６が反射素子２２−６における開口部２６、次いで反射光学素子２２−５における開口部２６を通過して行われる。

次いで測定光線３４は基板２０の表面２１で反射され、光学素子２２−５および２２−６における開口部２６を再び通過する。この場合、測定光路３６は、遮光膜２９により遮光された領域で第１瞳平面２８と共役の第２瞳平面３０を２回通過する。測定光線３４は、開口部２６を再び通過した後に、射出ミラーもしくは射出素子の形態の第２偏向ミラー４０によって検出器システム４２に偏向される。測定光線３４は、光学系１８の一連の光学素子、特に光学素子２２−１および２２−２を通過することも、またこれらで反射されることもないので、光学系１８を測定光線３４は部分的にのみ通過する。

検出器システム４２によって、基板面２１における１点以上において測定光線３４が反射され、これらの点が結像方向１７ａにおける位置に関して測定される。このために、検出器システム４２は、検出器および評価手段４５を有し、検出手段４５は、検出器が示した信号から基板表面２１における１つまたは複数の測定点を決定する。図１に示した測定方向１７ａは、ｚ座標軸に対して平行に延在しているので、一点のｚ座標または複数点のそれぞれのｚ座標を決定することができる。例えば米国特許出願公開第２００７／００８０２８１号公報に記載のように、このｚ座標の決定は、例えば反射された測定光線３４と、光学系１８を通過した測定光源３２からの光線とを重ねることによって行われる。代替的に、米国特許第５２６８７４４号に記載の測定原理を用いることもでき、この測定原理では、基板表面２１をｚ方向に変位することにより、検出器システム４２の検出面における測定光線の入射場所が変位される。代替的には、反射された測定光線３４を評価するためにドイツ国特許第４１０９４８４号明細書に記載の測定システムを使用することもできる。図４は、図１〜図３に示した結像光路２４をｙｚ平面で示す。測定光線３４によって、基板表面２１のトポグラフィー、ひいては基板表面２１における複数点の相対位置を決定することもできる。

さらに、測定光線３４は、基板表面２１に配置した調整マークの側方位置を決定し、これにより、露光前に基板２０を整列するために用いることができる。上述のように、このために調整マークを検出器システム４２に直接に結像することができる。代替的に、測定光路３６における、例えば基準ミラーに基準マークを付加的に配置してもよい。側方位置測定の可能性は、当業者には基本的に既知のモアレ測定法である。

図６は、本発明による装置１０の第２実施形態をｘｚ平面における断面図で部分的に示す。図６に示す装置１０は、測定光路３６の構成のみが図１の装置１０とは異なる。図６に示す測定光路３６は、光学系１８への入射後に測定光線３４が第１偏向ミラー３８によってまず反射性光学素子２２−６で反射されるように構成されている。この場合、反射は反射性光学素子２２−６の縁部領域２３で行われる。この縁部領域２３は、結像光路１５の外部または内部に配置してもよく、縁部領域２３は、結像光路１５と部分的に重なっていてもよい。

縁部領域２３で反射された測定光線３４は、次いで反射素子２２−５における開口部２６を通過し、基板表面２１で反射され、反射素子２２−５における開口部２６を再び通過し、反射性光学素子２２−６の縁部領域２３でもう一度反射される。この繰返しの反射は、第１の反射に関して光学系１８の基準軸線１７に対して反対側に位置する縁部領域２３で行われる。次いで測定光線３４は、第２偏向ミラー４０を介して検出器システム４２に偏向される。

図７、図８および図９は、本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置１０の第３実施形態を示す。より良好に図示するために、図７および図９には結像光路２４のみを示し、図８には結像光路３６のみを示す。図７および図８は、ｘｚ面における断面図で、図９はｙｚ面における断面図で実施形態を示している。

図７〜図９に示す光学系１８は、上述の光学系１８とは異なり、遮光膜２９を備えていない。図９からわかるように、結像光路１５は、反射光学素子２２−１〜２２−６の個別光学素子で、これら光学素子における反射前後に反射光学面を通過することなしにそれぞれ側方を案内される。反射光学素子２２−１〜２２−６は、前記実施形態とは異なり開口部２６を備えていないものである。

図８に示すように、測定光路３６は、測定光線３４が反射光学素子２２−１〜２２−６で反射されるように、またはこれら反射光学素子を通過するように延在している。したがって、測定光線３４はこの実施形態では反射光学素子２２における開口部を通過しない。第１偏向ミラー３８による光学系１８への入射後に、測定光線３４は凸面鏡の形態の光学素子２２−３、同様に凸面鏡の形態の光学素子２２−４、同様に凸面鏡の形態の光学素子２２−５および同様に凸面鏡として構成された光学素子２２−６で反射される。次いで測定光線３４は基板表面２１に入射し、第２偏向ミラー４０によって検出器システム４２で偏向されるまで、上記素子において反対の順序で反射されて光学系１８を通過する。

図１０は、例示的に示した露光領域４３を有するウェーハの形態の基板２０を平面図で示している。装置１０を「スキャナー」として設計した場合、基板に入射した露光光線は、所定の時点でスリット状の面４４を露光するように構成されている。このスリット状の面は、長方形またはリングセグメント状に構成されていてもよい。スキャン動作時には、基板２０は不動の光学系１８に対してｙ方向５０にスキャンされる。これによりスリット状の露光面４４は、反対方向５２に効果的にスキャンされる。

測定光路３６は、装置１０の上記実施形態全てにおいて３つの異なる変化態様で構成されていてもよい。第１変化態様では、測定光線３４は、露光時点でスリット状の露光面４４の内部の点または領域に向けられる。これにより、基板表面２１の表面状態がスキャン工程の間に同時に測定される。第２変化態様では、測定光線３４は露光面４４における、基板２９の先行する部分４６に向けられる。第３変化態様では、測定光線３４は、基板２０における露光面４４に後続する部分４８に向けられる。

装置１０の本発明による別の実施形態では、基板表面２１における点は基板２０のスキャン動作中に結像方向１７ａに対して横方向の位置に関して２つの異なる時点で測定される。これにより、基板２０のスキャン速度もしくは側方変位速度が決定される。

装置１０の本発明による別の実施形態では、測定光線源３２によって生成された測定光線３４は少なくとも２つの異なる波長を有している。光線検出器４２は、少なくとも２つの異なる波長に関して波長を解像し、基板表面２１における反射後の測定光線３４のそれぞれの強度を決定する。次いで光線強度から、基板表面２１の温度が赤外線温度計の機能に類似した形で決定される。

装置１０の本発明による別の実施形態では、装置１０の作動時に、光学系１８を通過する測定光線３４の強度低下が検出され、これにより、光学系１８に含まれるガスの濃度が決定される。

図１１は、マイクロリソグラフィ投影露光素位置１０の本発明による別の実施形態を示す。この実施形態では、測定光路３６は、装置１０の作動時にマスク１４における光学系１８に向いた表面１４ａで測定光線３４が反射されるように構成されている。これにより、例えばマスク表面１４ａにおける点の位置またはマスク表面１４ａのトポグラフィーを決定することもできる。基板２０で測定光線３４が反射される実施形態に関して上述した装置の他の特性を決定することもできる。

図１２は、基板２０の表面を検査するための装置１１０の本発明による実施形態を示す。この装置１１０は、例えばリソグラフィマスクを検査するため、または露光されたウェーハを検査するための顕微鏡、または、光学検査システムである。装置は、マスク構造化システムを較正する、リソグラフィマスクにおける位置マークを高精度に測定するいわゆる「位置合わせ装置」として構成してもよい。このような測定により、リソグラフィマスクに配置され、ウェーハへの結像のために決定されたマスクパターンの書込み精度に関する結論を引き出すことができる。

したがって、基板２０は、半導体ウェーハ、リソグラフィマスクまたは一般に検査対象物である。装置１１０は、反対の結像方向１７ａに結像が行われる点においてだけ前述のマイクロリソグラフィ投影露光用の装置１０とは異なっている。基板２０は、かすめ入射した照明光線１１３によって照明される。基板２０の表面２１から放出した結像光線１５は、光学系１８の結像光路２４を装置１０の場合とは反対に通過する。表面２１における検査すべき部分は、検出平面１５６に配置した検出手段１５４の検出面１５８に結像され、検出面１５４によって検出される。

装置１１０は、図１に示した測定光路３６と類似に構成された測定光路３６を備える。図２〜図５に示した構成は、対応して図１２に示した実施形態における装置１１９に適用することができる。さらに、装置１１０は、図６〜図９に示した装置１１０に類似して構成してもよい。

１０ 投影露光装置
１１ マスクテーブル
１２ 照明システム
１３ 露光光線
１４ マスク
１４ａ 表面
１５ 結像光線
１６ マスクパターン
１７ 基準軸線
１７ａ 結像方向
１８ 光学系
１９ 基板平面
２０ 基板
２０ａ 基板テーブル
２１ 基板表面
２２−１〜２２−６ 反射光学素子
２３ 縁部領域
２４ 結像光路
２５ 結像光線の個別光線
２６ 開口部
２７ 光学面
２８ 第１瞳平面
２９ 遮光膜
３０ 第２瞳平面
３２ 測定光線源
３４ 測定光線
３６ 測定光路
３８ 第１偏向ミラー
４０ 第２偏向ミラー
４２ 検出器システム
４３ 露光領域
４４ スリット状の露光面
４５ 評価手段
４６ 先行する部分
４８ 後続する部分
５０ 基板のスキャン方向
５２ 露光面の効果的なスキャン方向
１１０ 検査装置
１１３ 照明光線
１５４ 検出手段
１５６ 検出平面
１５８ 検出面

Claims (17)

1. 結像光線（１５）によってマスクパターン（１６）を投影することにより基板（２０）の表面（２１）に前記マスクパターン（１６）を結像するための光学系（１８）と、
   測定光線（３４）を案内するための測定光路（３６）であって、前記光学系（１８）の内部に延在する測定光路（３６）と
   を備えるマイクロリソグラフィ投影露光用の装置（１０）であって、
   該装置（１０）はスキャナーとして構成されており、作動時に前記基板表面（２１）におけるスリット状の面（４４）が前記結像光線（１５）の露光光線によって露光され、前記基板（２０）が、該基板における露光される前記面（４４）が変位されるように露光光線に対して相対移動され、前記測定光路（３６）が、露光される前記面（４４）に先行および／または後続する前記基板（２０）の部分（４６，４８）に露光動作時に前記測定光線（３４）が向けられるように構成されている装置。
2. ＥＵＶ波長領域および／または高周波数波長領域で作動するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記光学系（１８）の少なくとも２つの光学素子（２２）が前記測定光路（３６）に含まれるように、前記測定光路（３６）が前記光学系（１８）の内部に延在することを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１０）。
4. 前記装置（１０）の作動時に、前記測定光路に含まれない少なくとも一つの光学素子が存在するように、前記測定光線（３４）は、部分的にのみ前記光学系（１８）を通過することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
5. 前記基板表面（２１）への前記マスクパターンの結像を行うと同時に、前記基板表面（２１）における少なくとも１点の位置を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記測定光線（３４）を前記光学系（１８）に結合するために設けられた光学的な結合素子（３８）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記光学系（１８）から前記測定光線（３４）を分離するための光学的な分離素子（４０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記光学系（１８）が少なくとも１つの反射光学素子（２２）を備え、前記装置（１０）の作動時に前記少なくとも１つの反射光学素子（２２−６；２２−３，２２−４，２２−５，２２−６）で前記測定光線（３４）が反射されるように、前記測定光路（３６）が前記光学系（１８）の内部に延在していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記測定光路（３６）は、前記少なくとも１つの反射光学素子（２２−３，２２−４，２２−５，２２−６）で前記測定光線（３４）が２回反射されるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記光学系（１８）が少なくとも１つの反射光学素子（２２）を備え、前記測定光路（３４）が、前記装置（１０）の作動時に前記測定光線（３４）が前記少なくとも１つの反射光学素子（２２−５，２２−６）における開口（２６）を通過するように前記光学系（１８）の内部に延在していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記光学系（１８）が、反射光学系として構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記測定光路（３６）が、前記装置（１０；１１０）の作動時に、前記測定光路（３６）を案内される前記測定光線（３４）によって前記基板表面（２１）の少なくとも１点をその位置に関して測定するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記測定光路（３６）が、前記装置（１０；１１０）の作動時に前記測定光線（３４）が前記基板（２０）の表面（２１）で反射されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 結像すべき前記マスクパターン（１６）がマスク（１４）に配置されており、前記測定光路（３６）が、前記装置（１０）の作動時に前記マスク（１４）における前記光学系（１８）に向いた表面（１４ａ）で前記測定光線（３４）が反射されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記光学系（１８）の瞳平面（２８）に遮光膜（２９）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記測定光路（３６）が、前記光学系（１８）の前記瞳平面（３０）を少なくとも１回通って延在することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. マイクロリソグラフィ投影露光用の装置（１０）と、該装置（１０）の露光位置に配置された基板（２０）とを備えるシステムの特性を決定するための方法において、
    前記装置（１０）が、結像光線（１５）によってマスクパターン（１６）を投影することにより前記基板（２０）の表面（２１）に前記マスクパターン（１６）を結像するための光学系（１８）を備え、前記方法が、
    スキャナーとして構成される前記装置の露光動作を行うステップであって、前記基板の前記表面（２１）におけるスリット状の面（４４）が前記結像光線（１５）の露光光線によって露光され、前記基板（２０）が、該基板における露光された前記面（４４）が変位されるように前記露光光線に対して相対移動されるステップと、
    測定光線（３４）が、露光される前記面（４４）に先行および／または後続する前記基板（２０）の部分（４６，４８）に向けられるように、前記装置の露光動作時に、前記光学系（１８）の内部の測定光路内で前記測定光線（３４）を案内するステップと、
    該測定光線（３４）から前記システムの特性を決定するステップと
    を含むことを特徴とする方法。

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