JP5420130B2 - 波面検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、特に可視光や紫外光及び軟Ｘ線などの電磁放射線の波面検出のための装置に関している。

冒頭に述べたような形式の波面検出のための装置は、公知文献“APPLIED OPTICS/Vol.27,No.3/Februar 1988”中の５２３頁〜５２８頁に記載されている“Katsuyuki Omura”らによる論文“Phase measuring Ronchitest”から公知である。この公知の装置（これはテストレンズの結像品質を検査するために用いられる）では、He-Ne-レーザーのような単色性点光源が、次のような波面を生成している。すなわちコリメータとテストレンズを通過し、その後でロンキー格子と称される回折格子から出射される波面である。このこりメータは、点光源から出射した波面を、テストレンズから出射する平面波に変形する。この場合回折格子は、テストレンズの結像側焦平面におかれている。ロンキー格子によって生成された回折格子パターンないしインターフェログラムは、ＴＶカメラを含んだ空間分解能型検出器によって撮影され、それに基づいて光学システムを離れた波面検出のための評価がなされる。

ドイツ民主共和国特許出願 DD 0154 239 明細書からは、干渉計を用いた対物レンズの検査のための、シアリング干渉計とも称される冒頭に述べたような形式の波面検出装置が開示されている。この波面検出装置では、回折格子が被検対物レンズの焦平面外におかれている。

ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 38 747 A1明細書には、波面検出のための格子型シアリング干渉計が記載されており、ここでは検査すべき平面波の光が、相前後して設けられている２つの位相格子に入射し、その後で波面解析のためにＣＣＤカメラによって検出されている。

公知文献“APPLIED OPTICS/Vol.14,No.1/Januar 1975”中の142頁〜150頁に記載されている“M.P. Rimmer”らによる論文“Evaluation of Large Aberrations Using a Lateral-Shear Interferometer Having Variable Shear”からは、本願の請求項１の上位概念によるさらなる波面検出装置が公知である。ここで波面源と回折格子の間に設けられている光学系は、このケースでは湾曲ミラーである。

“J.E. Pearson”らによる公知文献“APPLIED OPTICS AND OPTICAL ENGINEERING,Vol.VII, Academic Press. Inc.1979, Kapitel 8”に記載されている論文“Adaptive Optical Techniques for Wave-Front Correction”では、波面センサとしてのシアリング干渉計を備えた適応型光学系と、それに対して可能な適用領域としてのフォトリソグラフィーが示唆されている。

公知文献“APPLIED OPTICS/Vol.36,No.25/September 1977”中の6178頁〜6189頁に記載されている“K. Hibino”らによる論文“Dynamic range of Ronchi test with a phase-shifted sinusoidal grating”には、冒頭に述べたような形式の波面検出装置が記載されており、ここでは、テストレンズが単色性の平面波を変形し、正弦−透過型格子として構成された回折格子の方向へ向けられている。回折格子によって回折された波面は、結像レンズによって平行化され、結像レンズの焦平面に配置される回転マットディスク上にシアリングインターフェログラムがが形成される。このインターフェログラムは、ＣＣＤ検出器によって検出され、テストレンズの検査のために評価される。

本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の波面検出のための装置をさらに改善することである。

前記課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明によって解決される。というのも波面源の二次元的構造によって、ビームの空間コヒーレンスが次のように適合化されるからである。すなわち光学系によって変形された波面が高精度に測定できるように適合化されるからである。

本発明によれば、このことが作動光源を用いて光学系の作動波長のもとで行われる。本発明による波長検出装置は、赤外線領域からＸ線領域のコヒーレンスなビームに対してもインコヒーレンスなビームに対しても適している。さらに空間分解能型検出器に対する従来方式のＣＣＤカメラ技術を利用するだけで、より広いスペクトル領域をアクセスできる。極端に短い波長のもとでは、例えば空間分解能型検出器として光電子放出型電子顕微鏡（ＰＥＥＭ；Photoemission-electoron microscope ）も使用できる。

前記引用された従来技術とは異なって本発明によれば、検査すべき光学システムに、（例えばコリメータの直列接続などによって）平面波を照射する必要がなくなる。

この場合Ｘ線領域に入り込むまでの非常に短い波長に対しては、波面源を反射型素子として、例えば反射マスクとして構成するのがよい。

有利な実施形態によれば、波面源がホールマスク（Lochmaske）を含んでおり、これによって、コントラストの高い波面源の二次元的構造を有するようになる。この種のホールマスクは、特に多方向の対称性、例えば三方対称、四方対称(vierzaehliger Symmetrie,dreizaehliger Symmetrie）に配置された開口部を有し得る。

この場合ホールマスクは、光導波路の出射面と光学系の間に配置されてもよい。特にこのホールマスクと光導波路が結合されている場合には、高輝度な小型の波面源が得られる。

ホールマスクが物体面内にあって、回折格子は物体面に共役な像面内にある時には、光学系の有限−有限−結像（Endlich-Endlich-Abbildung）のもとで、波面が光学系の正確なバックフォーカス（Schnittweite）を維持しつつ測定可能となる。それにより光学系の品質をその特有の使用領域で検査可能となる。このことは付加的な構成部材、例えば物体（対象）と像の間の光学系の光路内にコリメータレンズなどを設けなくても可能なので、本発明によれば、この種の付加的構成部材の較正が省ける。

別の有利な実施形態によれば、光導波路とホールマスクの組合せにシフトモデルが対応付けられる。このシフトモデルは、ホールマスクを光導波路の出射面と一緒に物体面にシフトさせる。波面源のこのように可能なシフトによって、光学系の結像品質は、広大な結像フィールドに対して測定可能となる。

光導波路は、光学系の結像品質を波長ミクサの白光を用いたもとでも、あるいはコヒーレント長の短い（数１０μｍ）のマルチモードレーザーを用いたもとでも検査可能にするために、マルチモード−光導波路であってもよい。もちろんここでの光導波路とは、可視スペクトル領域を超えた電磁ビームに適したビーム用導波路も意味している。

さらに別の有利な実施形態では、回折格子が波面源の構造に依存して次のように構成される。すなわち、所定の回折次数のみが回折格子における干渉に寄与する。

そのことに依存することなく、この回折格子は位相格子または振幅格子、あるいはその他の適切な回折格子のタイプであってもよい。例えばディザリングによって生成されるグレー値格子や反射型格子など。これは特に非常に短い波長に向いている。

他の実施形態によれば、回折格子はそのつどの異なる方向毎に周期的な回折構造を有する。それにより、唯一の空間分解能型検出器によって撮影されたインターフェログラムにより位相グラジエントが２方向以上で定められる。

その際それらの方向が相互に直交していると（例えばチェス盤型の格子もしくは交差型の格子として構成されている回折格子のように）特に有利である。というのもそれによって横方向シアリング干渉計の理論上で回折格子によって引き起こされたシアリングがＸ方向とＹ方向で同時に生成されるからである。

回折格子は、また４５°、６０°あるいは１２０°の角度を含んだ周期性方向を有し得る。三角形状格子としてそれぞれ対毎に１２０°の角度を包含した周期性方向で形成される回折格子、あるいは４５°と９０°の角度を有する三角形、すなわち直角三角形状の格子のもとでは、２つ以上の周期性ないしシフト方向が生じる。その結果から生じる冗長性は、補償計算によって測定精度の向上のために利用できる。

この種の複数の周期性方向を有する回折格子、例えばＸ方向とＹ方向に周期的な正弦格子は、不所望な回折次数の抑圧とその製造に関して適切な形態で位相格子としても実施可能である。

光学系をその作動バックフォーカス（Betriebsschnittweite）のもとでできるだけ正確に検査出来るようにするために、回折格子を物体面に共役な像面内でできるだけ正確に微調整することが望ましい。そのために回折格子は、異なる周期性方向にそれぞれ１つの周期性回折構造を有する格子と、共面的な線形格子、例えば回折格子面に配設された、当該回折格子と結合される線形格子を含んでいる。というのも物体面内でのさらなる線形格子との組合せにおいては、（これはその光学系の結像尺度に対する格子定数と回折格子と結合した線形格子の格子定数に適合化されている）、２つの線形格子の適切な配向のもとでモアレパターンが生じるからである。従って回折格子に対する最良な調整面は、最大のモアレコントラストによって表わされる。

インターフェログラムの評価に関しては、有利には回折格子に、相互に直交する方向への回折格子のシフトのための変換モジュールが対応付けられる。それにより、そのつどの格子周期の整数倍分の回折格子の移動によって、直交干渉系のコントラストが抑圧できる。

しかしながら回折格子は、線形格子であってもよい。この場合はこの回折格子に有利には、回折格子の９０°回転のための回転モジュールが対応付けられる。それにより２つの直交干渉系の完全な波面構造に対する検出が可能となる。

回折格子と検出器の間に配設される結像系によって、検出器は、適切な手法でインターフェログラムに適応化できる。その際には、光導波路に対応付けられるシフトモジュールによって光導波路の出射面のシフトの際に結像系も像面に平行にシフトされると有利である。

この種の結像系のアッベの正弦条件に対する補正のもとでは、回折格子によって引き起こされた波面の横方向シアリングが全ての開口角に対して一定に検出器に伝送される。

ビーム源と波面源の間に配設され、波面源に給電されるビーム成分を減結合する第１のビーム分割器（ビームスプリッタ）と、該第１のビーム分割器によって減結合されたビーム成分を光学系と回折格子の迂回のもとで検出器に偏向させる第２のビームスプリッタを用いて、ビーム源ないしは波面源の不変性が監視できる。その際参照光導波路は、第１のビームスプリッタによって減結合されたビーム成分を第２のビームスプリッタまで伝送する。しかしながら照明ビームの一部が回折格子を通り過ぎること、例えば回折格子の切欠を通って検出器へ偏向させることも可能である。

本発明のさらなる観点によれば、基本とされる課題が請求項３５の特徴部分に記載された構成によって解決される。というのも回折格子の方向へ湾曲した検出器によって、回折格子により生成されたインターフェログラムが、それに続くインターフェログラムの評価において有利に把握できるからである。

それにより領域毎に球面状の検出器のもとで、回折格子を通って生成された波面の横方向シアリングが回折角に依存することなく一定にないしは歪みなしで検出器まで伝送される。このことは、シアリングインターフェログラムからの波面トポグラフィーの著しく簡単な再生を引き起こす。

このことは次のことによって理解できる。すなわちシアリングインターフェログラムが、回折された波面と回折されない波面の間の位相ずれに基づいて、この位相ずれが、非回折波面の原点に同心的な球面上で一定であることによって理解できる。

検出器が、回折格子とビーム感応性のセンサ面との間に配設される、少なくとも領域毎に球面状の二次照射面を含んでいるならば、本発明による装置に対しては、ビーム感応性のフラットなセンサ面を有する慣用の画像センサ、例えばＴＶカメラ、ＣＣＤセンサ、ＰＥＥＭなどが使用できる。適切な二次照射面は、例えば艶消盤または蛍光層として形成されてもよい。

周波数変化に適する二次照射面面（例えば蛍光層）によれば、検出器自体は、従来の可視波長領域に最適なビーム感応性のセンサ面を用いて広大な波長領域内でそれぞれの測定波長にマッチングできる。

さらなる実施形態によれば、検出器は、回折格子側で多数の光導波路を含んでいる。それらの回折格子側の光導波路端部は、球状キャロット部（Kugelkalotte）に配設されている。このことは、例えば画像供給側の光導波路ファイバー束端部内あるいは光導波路ファイバープレートへの凹球面の研磨によって実現されてもよい。

回折格子と検出器の間に配置される多数の光導波路は、画像受取り側の光ファイバ束としてインターフェログラムを比較的自由に位置付け可能なセンサ面まで伝送する。それにより、例えば回折格子を真空内に配設でき、熱源として作用する画像センサ（例えばＴＶカメラ）を真空外に配設できる。

シアリングインターフェログラムの信頼性の高い検出に関して、回折格子とは反対側の光導波路端部がビーム感応性のセンサ面に直接対応付けされてもよい。例えばファイバー束端部が直接、カメラチップにコンタクトしていてもよい。

検出器は、テレセントリック光学結像系を含んでいてもよい。それにより、センサ面のサイズにマッチしたインターフェログラムの結像が、ビーム感応性のセンサ面上で可能となる。また有利には前記検出器は少なくとも領域毎に球面状であってもよい。さらに前記検出器は、回折格子とビーム感応性のセンサ面の間に配置された、少なくとも領域毎に湾曲した二次照射面を含んでいてもよい。前記二次照射面は有利には周波数変化され得る。また有利には前記検出器は、回折格子側に多数の光導波路を含み、それらの回折格子側の光導波路端部は、球状キャロット部に配設され得る。

本発明の別の観点によれば、基礎とされる課題が請求項４０の特徴部分に記載された構成によって解決される。というのも、回折格子も二次照射面も有する回折格子支持体を用いて、当該波面検出装置が特にコンパクトにできるからである。それにより、本発明による波面検出装置を、モード毎の結像品質監視のための既存の光学結像装置内へ集積化することが可能となる。

特に有利には、半形状部が回折格子とビーム感応性のセンサ面との間に配設され、回折格子がその表面領域上で支持される。それにより既に実証された球面状センサ面の利点がコンパクトで剛性の高い構造形態において達成可能となる。この場合有利には半球形状部の球面状の表面領域が二次照射面として構成される。

前記回折格子支持体の半球状の実施形態は、回折格子側の光導波路端部が周波数変換パテによって半球形状部の球面状の表面領域に結合されるならば、製造技術的に見て効果的な形で光導波路ファイバー束と二次照射面に組合わせることができる。

さらに別の実施形態によれば、回折格子の前に波面モジュールが配設され、この波面モジュールと回折格子の間に光学系が設けられる。

それにより、この光学系は、波面モジュールに合わせられた回折格子−検出器−ユニットを用いて高精度な検査が可能となる。

波面モジュール内の多数の波面源のもとで、この光学系は、多数のフィールドポイントにおけるその対象領域に関して同時に、つまり平行した検査が可能となる。このような、多数のフィールドポイントにおける複数の波面の同時測定によって、光学系の検査に対する時間コストの著しい低減が可能となる。

各波面源がホールマスクを有しているならば、これらの波面源の構造を次のようにして光学系の結像寸法と回折格子に合わせてもよい。すなわち、回折格子における干渉に対して所定の回折次数のみが寄与するようにである。これによって、インターフェログラムの評価が特に効果的となる。さらに波面源の二次元的構造のホールマスクは、高いコントラストを与える。高精度な波面解析に対しては、ホールマスクは多数の開口を有し得る。

別の実施形態によれば、各波面源に、屈折性または非屈折性の収束光学系が対応付けられる。これは入射する照明光を波面源の方向に集中させるものである。それにより、通常の比較的広い対象フィールドを照明する、光学系用標準照明装置を波面モジュールに対して利用できる。

有利には、各波面源に多数の光導波路が対応付けされる。それにより、個々の波面源のインターフェログラムが高い信頼性でもって、それぞれの対応付けされたビーム感応性のセンサ面領域に結合できる。

球面状の二次照射面の各波面源への対応付けは、回折格子によって生成される横方向シアリングの、検出器による歪みなしの検出を可能にする。

本発明による装置は、特にそのコンパクト性と効果的な評価および高精度な特徴に基づいて、マイクロリソグラフィのための投影対物レンズの検査に特に適している。また有利には前記波面検出装置１において、回折格子を支持する回折格子支持体が、二次照射面を有していてもよい。さらに有利には、前記回折格子は、半球状部の平坦な表面領域に設けられ、前記半球状部の球面状の表面領域が二次照射面として構成されていてもよい。有利には前記回折格子側の光導波路端部が、周波数変化させるパテによって半球状部の球面状表面領域に結合される。また有利には、前記回折格子の前方に多数の波面源が配設され得る。その他に前記検出器は各波面源毎に多数の光導波路４６０を含んでいてもよい。また前記検出器は波面源毎に球面状の二次照射面を含んでいてもよい。有利には前記光学系は、マイクロリソグラフィ用の投影対物レンズである。

本発明は、請求項４８に記載の方法にも関している。波面源または回折格子のその周期性方向での相応する格子周期の整数倍分のシフトによって、直交する干渉系コントラストを抑えることができ、インターフェログラムの評価を著しく容易にすることができる。

その際、波面源ないし回折格子のシフトは、検出器の画像撮影期間（典型的には３０ｍｓｅｃ）中に行うことができる。この場合の回折格子のシフト距離は、典型的には６〜１８μｍである。

非常に高速な検出器を用いれば、波面源ないし回折格子のシフト期間中に多数のインターフェログラム画像を撮影することも可能である。この場合はその後でこれらの多数のインターフェログラム画像を波面検出に利用できる。というのも個々のインターフェログラム画像の重畳は、完全な回折格子シフト期間中の前記の画像統合に再び相応させられるからである。

この本発明による回折格子の、相応する格子周期の整数倍分の周期性方向へのシフトには、例えば先のドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 38 747 A1 明細書から公知の位相変調を、回折格子の周波数ωでの往復移動とそれに続く狭帯域なフィルタによってさらに重畳させることも可能である。

さらに本発明によれば有利には、前記波面源または回折格子を検出器の画像撮影期間中に相応する格子周期の整数倍分だけシフトさせてもよい。また前記波面源または回折格子の相応する格子周期の整数倍分だけのシフト期間中に、多数のインターフェログラム像を撮影し、それらの多数のインターフェログラム像を波面検出のために利用することも可能である。さらに有利には、前記波面源または回折格子を、異なる周期性方向の指向性の重畳によって定められる方向においてシフトさせてもよい。また前記波面源または回折格子の全シフト量を相応する格子周期以下にしてもよい。これらの本発明の観点は、以下の問題に基づくものである。

インターフェログラムにおいては、これまでの経験上から有効信号に対して複数のノイズ信号が重畳しているものである。これらのノイズ信号は、製造エラー、ないし回折格子または波面源の不完全性、構成素子自身の極僅かな調整ずれ、波面源の不完全な照明、光学系並びに波面検出装置（例えば検出器面、格子裏側など）からの場合によって生じる逆反射に基づくゴースト画像ないしインターフェログラムなどに起因する。これらの障害は、有効信号に典型的には周期的に重畳し、つまりそれらは周期的に正しい測定値分だけ変化する。それらの周波数、位相位置、および振幅は、初期フェーズ（波面源に対する格子の位相位置）の変更によって検出可能である。

特に波面源の位相位置の変更のもとでは、例えば位置固定された回折格子に対する照明マスクのシフトによって明確な振幅、すなわちノイズ信号の大きな変化が現れる。

この種のノイズは周期的に平均値分だけ変化するので、それらは、その都度の周期の所定のほんの一部分だけの波面源または回折格子のポジションシフトによって計算上で消去可能である。

出願人はこの関係において、ノイズ信号が有効信号の第２高調波の優勢な寄与を有していることを見つけ出した。つまり格子または波面源の１周期分の初期フェーズの変更のもとで２つの振動周期が実行される。

さらに本発明は、先に述べた波面検出のための装置の１つを有する、マイクロリソグラフィのためのステッパないしスキャナに関している。

この種のステッパ/スキャナは、波面モジュールを作動式に投影対物レンズの対称面内へもたらしそこから離すことができるのであるならば、および/または回折格子を作動式に投影対物レンズの像面内へもたらしそこから離すことができるのであるのならば、生産経過に比較的大きなノイズを伴うことなく原位置で、すなわち生産拠点において生産周期の間にその生産品質を監視できる（例えばそのつどの画像エラー傾向における許容限界の維持を監視できる）。

この場合特に有利には、前記ステッパ/スキャナが収差制御回路を有し、この制御回路が作用ないし操作エレメントを介して投影対物レンズに作用できる。

マイクロリソグラフィのためのステッパ/スキャナへの本発明による波面検出装置の特別な適性は、次のことに基づいている。すなわちそれが赤外線領域からＸ線領域までのコヒーレントなビームに対してもインコヒーレントなビームに対しても適していることであり、特に短いコヒーレント長のビーム源に対しても適している（例えばＨＢＯランプ、エキシマーレーザー、シンクロトロン放射器など）。生産の監視は、作動光源を用いてマイクロリソグラフィ用投影対物レンズの作動波長のもとで行える。

以下の明細書では、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。ここで図１は、本発明による波面検出のための装置の実施形態を示したものであり、
図２は、図１の波面源の照明マスクの平面図であり、
図３は、代替的な照明マスクの平面図であり、
図４は、図１の波面源に適したさらなる照明マスクを示したものであり、
図５は、図１の波面源に適したさらに別の照明マスクを示したものであり、
図６は、照明システムと照明マスクの実施形態を示した図であり、
図７は、照明システムと照明マスクのさらなる実施形態を示した図であり、
図８は、図１による装置の回折格子の平面図であり、
図９は、図１による装置に適用可能な第２の回折格子を示した図であり、
図１０は、図１による装置に適用可能な第３の回折格子を示した図であり、
図１１ａは、図１による装置に適用可能な第４の回折格子を示した図であり、
図１１ｂは、図１１ａの断面拡大図であり、
図１２は、回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明による波面検出のためのさらなる装置を示した図であり、
図１３は、回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明の第３の実施形態を示した図であり、
図１４は、回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明の第４の実施形態を示した図であり、
図１５は、多数の平行した測定チャネルを有する実施形態を示した図であり、
図１６は、図１５による実施形態の波面モジュールの拡大断面図であり、
図１７は、多チャネル型の波面検出装置を有するマイクロリソグラフィ用装置を示した図であり、
図１８は、収差制御回路を備えた図１７による装置を示した図である。

実施例
図１には、波面検出のための装置１が断面図で概略的に示されている。この場合光学系５の物体面３内に設けられた波面源７が波面を生成する。この波面源７から出射し、輪郭線で概略的に表わされている波面９は、光学系５を透過し、該光学系５によって出射されるべき波面１０に変形される。この波面はその後回折格子１１に入射する。

光学系５（この光軸５０はＺ方向に平行している）は、双方向矢印で表わされた光学素子、例えばレンズ１３，１５を含み、波面源７を回折格子１１に結像している。この場合この回折格子１１は、物体面３に対して共役な結像面におかれる。光学系５の絞り１７は図１にも認められる。

回折格子１１には、空間分解能型検出器１９が後置接続されている。検出器２０は、ビーム感応性のセンサ面２０（例えばＣＣＤチップ）を含んでおり、さらに回折格子１１と当該センサ面２０の間に配置された結像系２２を含んでいる。この結像系２２は、回折格子１１から生成されたインターフェログラムないしシアリンググラム（Scherogramm）としてセンサ面２０に結像される。この結像系２２は、顕微鏡対物レンズ２１とさらなる光学素子２３および２５を有しており、光学素子１５と共に絞り１７をセンサ面２０に結像している。これは瞳ビーム経路２７によって表わされている。この結像系２２は正弦補正されており、この場合は顕微鏡対物レンズ２１の正弦補正の品質であって、これは測定された波面に関するシアリング距離の不変性に対して決定的なものである。

波面源７は、図２に詳細に示されているホールマスク８を含んでいる。これは光導波路２９の出力側に設けられている。この光導波路２９は、光学系５の全画像領域の検査のために、シフトモジュール３１を用いて物体面３に対して平行にＸ軸方向および/またはＹ軸方向にシフト可能である。このことは、双方向矢印３３と一点鎖線のゴースト図３５によって表わされている。

装置１では、シフトモジュール３１によって光学系５の画像フィールドの走査のために、光導波路２９と同時に検出器１９もＸ軸方向および/またはＹ軸方向にシフトされる。

回折格子１１は、回折格子１１の直交干渉系のうちの１つのコントラストを抑えるために、移動モジュール３７によって光学系５の像面内を、すなわちＸ軸方向および/またはＹ軸方向にシフトされ得る。

ビーム源４３と波面源７の間には、第１のビームスプリッタ４５が波面源に供給されるビームの一部を減結合するための設けられている。光学素子２３と２５の間の波面の焦点に配置されている第２のビームスプリッタ４７は、第１のビームスプリッタ４５から減結合されたビーム成分を、光学系５と回折格子１１の迂回のもとでセンサ面２０に偏向する。これによってビーム源４３の不変性が監視され得る。その際参照光導波路４９が、第１のビームスプリッタ４５から減結合されたビーム成分を第２のビープスプリッタ４７に伝送する。

図２からわかるように、波面源７のホールマスク８は、光学系５の光軸５０に同心的に配設された矩形の開口部５３とこの開口部５３を中心に間隔をおいて光軸５０に対して対称に周りを囲むように配置された４つの開口部５１を有している。

図３には、波面源７に適したホールマスクのさらなる実施形態が示されている。このホールマスク８′は、同じように光学系５の光軸に対して同心的に配置された矩形の開口部５３′と、この開囗部５３′に接するように、光軸５０に対して対称に周りを囲むように配置された４つの開口部５１′を含んでいる。

適用のケースに応じて、本発明によるホールマスクの開口部の数は図２や図３より多くてもよい。

波面源７の二次元的構造は、図８及び図９に示された回折格子に次のように調整される。すなわちこの回折格子における干渉に対して所定の回折次数のみが寄与するように調整される。

図４には、回転対称な伝送分配を有するホールマスク８″が示されている。その際中央の円形部５４並びに環状部５６は透過性で相補的環状部５２は、不透明である。

図５には、開口部５７を有する照明マスク８′″が示されており、これは正三角形として構成されている。この照明マスク８′″は、三方対称であり、所定の回折次数の消去に関して、特に有利には図１０の回折格子と共に作用する。

図６及び図７は、照明系と照明マスクの配置構成に関する代替的実施形態が示されている。

図６には、光ファイバ２９′とマットディスク６上に配置されたホールマスク８との間に、拡大または集束レンズ３０が設けられている。

マットディスク６を介して空間コヒーレンスが制御される。この場合注意すべきことは、ホールマスクの幾何学形態によって空間コヒーレンス分布を所期のように形成するために、ホールマスク８の照明が理想的にインコヒーレンスなことである。

レンズ３０によってイルミネーション・アパーチャが絞り１７に整合される。それによって絞り１７は、完全に照明される。すなわち照明用ファイバ２９′と光学系の開口数が相互に相応していなくても絞り１７のカバー不足が回避される。

図７には、集光レンズ３２を介して照明されるホールマスク８′が介在的に設けられているマットディスク６′と拡大または集束レンズ３０′と共に示されている。

図８には回折格子１１が示されている。この回折格子１１は、チェス盤状格子５５を含んでおり、これは干渉を、すなわち波面の横方向シアリングを生じさせる。この図８中に示されているＸ軸およびＹ軸方向は、図１〜図３に示されている方向に準じており、これは当該のチェス盤状格子５５が装置１において波面源（ホールマスク）８および８′の開口部５１，５３，ないし５１′、５３′に相応して対角線状に配置されていることを意味している。

図９は図１の装置に適した回折格子のさらに別の実施形態１１′を示したものであり、これは交差型格子１１′として構成された振幅型格子である。

図１０には、図１の装置に適した回折格子のさらに別の実施形態１１′″が示されており、これは特に有利には図５の照明マスク８′″と共同作用する。この回折格子１１′″は、三角格子として構成された振幅型格子であり３つの回折方向を有している。

さらに別の有利な回折格子１１″は、図１１ａと図１１ｂに示されている。この回折格子１１″は、チェス盤状格子５８を含んでおり、これは図１１ｂに抜き出して拡大図で示されており、干渉、すなわち波面の横方向シアリングを生じさせている。このチェス盤状格子５８の平面には、波面のシアリングに対して不要な領域内にチェス盤状格子５８に結合されたモアレライン格子５９が配設されている。

図１２には、波面検出のためのさらなる装置１０１が長手軸方向断面図で示されている。図１〜図９の要素に相応する図１２内の要素には同じような参照符号が１００番台で付されている。これらのエレメントの説明に対しては、図１〜図９に基づいた説明が参照される。

波面源から出射された波面は光学系を透過する。ここでは光学系のうちの光学素子１１５のみが示されている。この光学系によって出射されるべき波面１１０が変形され、これが回折格子１１１に入射する。

この回折格子１１１は、空間分解能型検出器１１９と共に回折格子−検出器−ユニット１１１，１１９に統合されている。

この場合検出器１１９のビーム感応性のセンサ面１２０に、画像を受取る光ファイバー束１６０がコンタクトしている。このファイバー束１６０は回折格子側では球面状の蛍光層１６１において終端している。これは光軸１５０と回折格子１１１の交点に対して同心的であり、この場合この光軸１５０は、Ｚ方向に対して平行である。

ファイバー束１６０の凹面内には、蛍光層１６１の構成のもとで、透過性の半球形状部１６３が蛍光性のパテで接合されており、この場合この半球形状部１６３が蛍光層１６１の保護にも用いられている。回折格子１１１は半球形状部１６３の平面側に設けられている。

蛍光層１６１の全方向への発散作用に基づいて、この蛍光層１６１により、センサ面１２０のスペクトル感度に対して１つの波長整合のみでなく、個々の光ファイバー内への回折ビームの入力結合も改善される。周波数ないし波長変換は不要であるべきなので、蛍光層１６１の代わりに発散性の二次照射面がファイバ束１６０の凹面のフロスティングによって得られるようにしてもよい。

回折格子１１１は、チェス盤状格子または交差型格子として構成されている。すなわちそれらは、Ｘ軸方向とそれに直交したＹ軸方向への回折性の周期的構造を有している。それにより、空間分解能型検出器１１９によって撮影される唯一のインターフェログラムから、１つ以上の方向での位相勾配が検出できる。インターフェログラムの評価に関して回折格子１１１には、回折格子−検出器−ユニット１１１，１１９と回折格子１１１のそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向へのシフトのための移動モジュール１３７が対応付けられている。それに伴って、ビーム感応性のセンサ面１２０の積分期間中のそのつどの格子周期の整数倍分の回折格子の移動によって、回折格子１１１の直交干渉系のうちの１つのコントラストが抑圧できる。

図１３には、さらに別の回折格子−検出器−ユニットが認められる。ここでも図１２の要素に相応する図１３の要素には図１２と同じような参照番号が図１２のように、但しここでは２００番台で付けられる。これらの要素の説明に対しては図１２ないしは図１〜図９の説明が参照される。

図１３の回折格子−検出器−ユニット２０１では、インターフェログラムが、二次照射面２６１から画像センサ２２０に、当該二次照射面２６１と画像センサ２２０に直接コンタクトする、ファイバープレートとして構成された光ファイバ束２６０を介して結像される。この実施形態では、回折格子２１１が検出器２１９から分離されて移動可能である（例えば前述したように、光軸２５０に対して直交的な回折格子２１１の周期性方向のうちの１つへのシフトなど）。その他にもこの回折格子２１１は、センサ面２２０上の射出瞳のサイズ調整のために光軸２５０に対して平行方向にもシフト可能である。

図１４にも回折格子−検出器−ユニットが認められる。このユニットでは、回折格子と二次照射面が１つの共通の回折格子支持体に配設されている。ここでも図１２の要素に相応する図１４の要素に対して同じような参照番号が用いられるが、ここでは３００番台で付される。これらの要素の説明に対しては図１２ないしは図１〜図９の説明が参照される。

図１４の実施形態３０１は、テレセントリックな光学的結像系３２２を有している。この結像系ではインターフェログラムが、回折格子支持体３６３の回折格子とは反対側の、当該回折格子３１１方向に湾曲した二次照射面３６１からビーム感応性のセンサ面３２０に結像される。

フラットな二次照射面が、センサ面に直接隣接する結像系３２２の省略のもとで配設されてもよい。それによって回折格子支持体は、同時にセンサ面３２０のカバーガラスとしても用いられる。

図１５と図１６には、本発明による波面検出装置のさらなる実施形態が示されている。図１〜図９の要素ないしは図１２の要素に相応する、図１５及び図１６中の要素も図１〜図９並びに図１２における参照番号と同じような番号が用いられるが、但しここでは４００番台で付けられる。これらの要素の説明に対しては、図１〜図９並びに図１２に対する説明が参照される。

装置４０１は、図１６に断面図で詳細に示されている波面モジュール４６５と複数の球面状二次照射面４６１を含んでいる。この球面状二次照射面にはそれぞれ光ファイバ束４６０が対応付けられている。

図１６に断面図で示されている波面モジュール４６５は、光学系４０５の物体面に二次元的に例えば六角形状に展開されている複数の集束レンズ４３０とホールマスク４０８からなる装置（配置構成）を含んでいる。この場合はそれぞれ１つの集束レンズ４３０が、回折格子４１１方向に入射された照明光を対応するホールマスク４０８へ集束している。

この波面検出のための装置４０１によれば、光学系４０５の全画像領域内の波面が、多数のフィールドポイントに対して平行に検出することができる。このことは例えば図１５のケースでは波面源４０７から出射された３つのビーム経路で示されている。本発明に基づけば、この光学系４０５では、その結像特性に関して多数のフィールドポイントが平行して、つまり同時に測定可能である。

それにより、この図１５の装置４０１は、図１〜図１４の装置に対して（その意味ではシングルチャンネル型である）多チャンネル型の波面検出装置である。しかしながらこの装置４０１に対しては、図１３の回折格子−検出器−ユニットも適している。

図１７には、マイクロリソグラフィのための装置５０２が概略的に示されており、この装置内には本発明による多チャネル型の波面検出装置が統合されている。図１５の要素に相応するここでの要素には、図１５と同じような参照番号が用いられるが、但しここでは５００番台で付される。これらの要素の説明に対しては図１５の説明が参照される。

このマイクロリソグラフィ装置５０２は、特にステッパないしスキャナであり、マイクロリソグラフィ−投影対物レンズ５０５を含んでおり、それらの物体面ではレチクルによる交換において波面モジュール５６５がスライドないし旋回可能である。この波面モジュール５６５は、照明領域レンズ５６９を介して照明ビームを供給される。１枚のウエハに代えて、（作動モード毎に１つのウエハと交換可能に）ウエハステージ５７１上には図１３で示されたタイプのような回折格子−検出器−ユニット５１１，５１９が設けられている。この場合回折格子５１１は、投影対物レンズ５０５の像面に配設されている。回折格子５１１の前述したようなシフトは、いずれにせよ投影対物レンズ５０５の光軸に対して直交方向に移動可能なウエハステージ５７１を用いて行われる。この場合は回折格子−検出器−ユニット５１１，５１９全体が移動される。必要とされるシフト区間のサイズ的オーダは、典型的には１０μｍであるので、このシフトによって引き起こされるセンサ面上の射出瞳の移動は無視できるくらいに小さなものである。

回折格子−検出器−ユニットとして、マイクロリソグラフィ用のステッパ/スキャナに対しては、有利には図１５に示されている回折格子−検出器−ユニットも使用できる。

マイクロリソグラフィ用のステッパ/スキャナ５０２を用いれば、波面モジュール５６５と回折格子−検出器−ユニット５１１，５１９の多チャネル性に基づいて、投影対物レンズ５０５のひずみも測定できる。個々の測定チャネルのもとでの位相関係は、１つの構造ユニットに統合されたコンパクトな回折格子−検出器−ユニットに基づいて固定的で既知でもあるので、詳細には相対的な位相測定によって相対的な波面傾斜とひずみが確定できる。

図１８には、収差制御回路を備えたマイクロリソグラフィ用の装置６０２が長手軸方向の断面図で概略的に示されている。図１７の要素に相応する図１８の要素には、図１７と同じような参照番号が用いられるが、但しここでは６００番台で示される。これらの要素の説明に対しては図１７ないし図１〜図１６の説明が参照される。

ステッパ/スキャナ５０２との違いは、図１８の装置が照明システムとして各ホールマスク６０８に割当てられた多数の照明光用光ファイバ６２９を有していることである。つまりこの照明装置は、図６に示されている装置の二次元的アレイに相応する。

この照明用ファイバのマトリックス的配置構成のもとでは、照明の光軸がメインビーム方向に対して固定的に配向され、それによって各物体フィールドポイントにおいて絞りによる均質な照明が可能となる。

このステッパないしスキャナとして構成されたマイクロリソグラフィ装置６０２の投影対物レンズ６０５には、光学素子として例えば３つのレンズ６７３，６７５，６７７が含まれている。これらのレンズ６７３，６７５，６７７には、それぞれ１つの作用素子６７９，６８１，６８３が対応付けられており、それらによって対応するレンズの結像特性と当該投影対物レンズの制御が行われる。これらの作用素子は、例えば対応するレンズをシフトさせたり回転されたりできる調整部材や、対応するレンズを所期のように変形させたり機械的に圧力をかけたりするアクチュエータであってもよい。

波面検出のための装置６０１は、評価ユニット６０４を含んでいる。この評価ユニットは、センサ面６２０で撮影されたインターフェログラムから目下の、投影対物レンズ６０５の結像特性を特徴付ける波面トポグラフィを確定する。

評価ユニット６０４からは、検出された目下の波面に相応する信号６８６が比較装置６８５に伝送される。この比較装置６８５は、この信号６８６を投影対物レンズ６０５の所望の結像特性に相応する目標値信号６８７と比較する。この比較の結果に基づいて作用信号６８９が作用素子６７９，６８１，６８３に供給される。それによってこれらの作用素子は、投影対物レンズ６０５の収差を縮小するように光学素子６７３，６７５，６７７に作用する。

制御回路、すなわちここでは閉ループ制御回路の方式で、このステップは、検出された目下の波面に相応する信号６８６が目標値信号６８７に相応するようになるまで、つまり投影対物レンズ６０５か所望の結像特性を有するようになるまで繰返される。

しかしながら当該装置６０２は、収差制御、すなわち開ループ制御の方式で、フィードバックループ部分を省略させて作動させることも可能である。

それに対して有利には、装置６０１が投影対物レンズ６０５の全画像領域内で多数のフィールドポイント毎に波面を平行して検出してもよい。その結果からは収差のフィールド分布を計算できる。この収差のフィールド分布結果からは、作用素子によって影響し得る収差成分が確定され、適切な方法（例えば投影対物レンズに対する光学的計算に基づくバリエーションテーブルなど）を用いて作用素子に対する調子量が算出される。

図１は、本発明による波面検出のための装置の実施形態を示したものである。 図１の波面源の照明マスクの平面図である。 代替的な照明マスクの平面図である。 図１の波面源に適したさらなる照明マスクを示したものである。 図１の波面源に適したさらに別の照明マスクを示したものである。 照明システムと照明マスクの実施形態を示した図である。 照明システムと照明マスクのさらなる実施形態を示した図である。 図１による装置の回折格子の平面図である。 図１による装置に適用可能な第２の回折格子を示した図である。 図１による装置に適用可能な第３の回折格子を示した図である。 図１による装置に適用可能な第４の回折格子を示した図である。 図１１ａの断面拡大図である。 図１２は、回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明による波面検出のためのさらなる装置を示した図である。 回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明の第３の実施形態を示した図である。 回折格子−検出器−ユニットとして構成された、本発明の第４の実施形態を示した図である。 多数の平行した測定チャネルを有する実施形態を示した図である。 図１５による実施形態の波面モジュールの拡大断面図である。 多チャネル型の波面検出装置を有するマイクロリソグラフィ用装置を示した図である。 収差制御回路を備えた図１７による装置を示した図である。

Claims (4)

1. 波面（９）を生成する波面源（７）と、
   前記波面源（７）に後置接続された回折格子（１１）と、
   前記回折格子（１１）に後置接続された空間分解能型検出器（１９）と、
   投影対物レンズとを有する、マイクロリソグラフィ用の装置（１）において、
   前記波面源（７）が、測定すべき光学系の透過のために設けられる波面を生成するように設定され、さらに二次元構造を有しており、
   前記波面源および前記回折格子は周期性方向を有し、前記波面光源および前記回折格子の少なくとも何れか一方は前記周期性方向の一つにシフト可能であり、
   波面源は、操作により、前記投影対物レンズの物体面へ組み入れられるか、または投影対物レンズの物体面から除去されることを特徴とする装置。
   
2. 前記波面源（７）は、局所的に変化する透過機能を備えた照明マスク（８；８′；８″）を含んでいる、請求項１記載の装置（１）。
   
3. 前記照明マスク（８″）は、回転対称な透過分布を有する、請求項２記載の装置（１）。
   
4. 前記波面源（７）は、ホールマスク（８；８′；８″）を含んでいる、請求項１から３いずれか１項記載の装置（１）。

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