JP5860877B2 - マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの光学系を検定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの光学系を検定する方法及び装置と、この種の装置を備える投影露光ツールとに関する。さらに、本発明は、マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの光学系の干渉波面測定用のセンサモジュールに関する。

本願は、２０１０年７月３０日に出願された独国特許出願第１０ ２０１０ ０３８ ６９７．９号及び２０１０年７月３０日に出願された米国仮出願第６１／３６９２２５号の優先権を主張する。上記独国特許出願の全開示及び上記米国仮出願を、参照により本願に援用する。

この種の投影露光ツールは、マスクを露光放射線で照明する照明系と、マスクの物体構造をウェーハの形態の基板に結像する投影対物系とを含む、種々の光学系モジュールを有する。露光波長に応じて、光学系モジュールは、異なる数のミラー素子を有する。例えば１３．５ｎｍの波長を有するＥＵＶ放射線を用いる場合、ミラー素子は、露光光路の光学素子の全部で用いられる。ＥＵＶ放射線の反射に最適化したミラー素子は、概して多層構造から成るコーティングを有する。ＥＵＶ放射線は、多層構造の深くまで侵入し、ＥＵＶ放射線の一部は各個別層で反射される。

投影露光ツールの作動前及び通常は作動中に、個々の光学系モジュールの光学特性を検定する必要がある。投影露光ツールの結像特性は、ツールの作動中に低下することが多い。これには多くの原因があり得るが、例えば、ミラーの劣化、ミラーの位置ずれ等があり得る。その際、このような低下の原因を確実に突き止めることができないという問題が生じることが多い。

本発明の目的は、上記課題を解決でき、特に少なくとも１つのミラーを有する投影露光ツールの結像挙動不良の原因を特定することができる、方法及び装置並びに投影露光ツールを提供することである。

上記目的は、本発明によれば、例えば、マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの、反射コーティングを設けた少なくとも１つのミラー素子を備える光学系を検定する方法により達成される。本発明による方法は、少なくとも２つの異なる波長の電磁放射線を光学系に照射するステップであり、ミラー素子のコーティングへの放射線の侵入深さは個々の波長間で変わるステップと、波長それぞれに関して光学系の光学測定を行うステップと、各波長でのミラー素子のコーティングへの放射線の確定侵入深さを考慮して、異なる波長に関する測定結果を評価するステップとを含む。

換言すると、本発明によれば、第１電磁放射線及び第２電磁放射線が検査対象の光学系に照射される。第１放射線及び第２放射線は、異なる波長、特に異なる平均波長を有し、ミラー素子のコーティングへの第１放射線の侵入深さが第２放射線の侵入深さとは異なるようになっている。２つの放射線は、狭帯域又は同じく広帯域の波長範囲を有し得る。高帯域波長範囲の場合、放射線は重なり合うこともできる。波長範囲が同一でなく、したがって異なる侵入深さが生じることが重要である。好ましくは、侵入深さは、２つの放射線間でコーティングの厚さの少なくとも２％、特に少なくとも５％、又は少なくとも５０％異なる。絶対値では、侵入深さが波長間で少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも５０ｎｍ異なれば有利である。例えば、第１放射線はＥＵＶ放射線であり、第２放射線は、ＤＵＶ波長範囲内の放射線、例えば１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの放射線等である。

本発明によれば、第１放射線及び第２放射線の両方を用いて検査対象の光学系の光学測定を行う。この種の光学測定は、例えば、シアリング干渉による波面測定、瞳透過測定、及び／又は物体構造の撮像時の基板平面における像位置の場所の測定を含み得る。個々の光学測定の基礎を形成する放射線のコーティングへの侵入深さは、波長が異なることに起因して変わるので、測定結果も変わると予想される。例えば、特定の物体構造の像間の横方向像オフセットを、異なる波長を用いて通常は観察する。

本発明によれば、異なる波長に関する測定結果を評価し、評価時に、各波長に関して確定侵入深さを考慮する。例えば、見込み画像オフセットに対する、又は以前に測定した像オフセットに対する横方向像オフセットの偏差を判定した場合、これは光学系の劣化を示唆する。しかしながら、光学系のコーティングへの放射線の各侵入深さは、個々の波長について既知であるので、本発明によれば、侵入深さを考慮して、劣化のある層深さを絞り込むことができる。したがって、本発明による評価は、例えば、多層コーティングの特定の個別層の劣化を特定することを可能にする。さらに、例えば、鏡面に存在する汚染も検出できる。このような汚染が明らかになるのは、例えば、可視波長を有する放射線が鏡面に強く吸収される一方で、例えばＥＵＶ放射線が吸収される程度はそれよりも弱いことによるものである。したがって、波長毎の光学測定の測定結果は特徴的な形で変化する。

したがって、本発明による検定法は、層深さに応じて投影露光ツールの結像挙動不良の原因を特定することを可能にし、すなわち、例えば個別層の劣化又はミラー汚染も特定することができる。本発明による方法は、例えば、１００ｎｍよりも大きな波長での光学測定を用いたマニピュレータ調整をさらに可能にする。したがって、例えば、ＥＵＶ放射線を用いずにＥＵＶ対物系を検定することができ、これにより得られ得る結果として、投影露光ツールを検定する際の時間が節約される。

すでに上述したように、本発明による一実施形態では、測定結果の評価時に、少なくとも１つのミラー素子のコーティングの所望の状態からの当該コーティングの光学特性の層深さ依存偏差を判定する。層深さ依存偏差を判定できるコーティングの光学特性として、コーティングの反射率、層平面性、及び吸収レベルを考慮し得る。

本発明によるさらに別の実施形態では、コーティングを多層構造として構成し、測定結果の評価時に、多層構造の個別層で生じた可能性のある表面変形の程度を判定する。換言すると、層スタック又は「多層」膜と呼ぶこともできる多層構造の個別層の劣化の可能性を判定することができる。

本発明によるさらに別の実施形態では、すでに上述したように、光学測定結果の評価時に、コーティングで生じた可能性のある汚染の程度を判定する。この目的で、波長の１つは、この波長の放射線が汚染を貫通しないか、又はわずかにしか貫通せず、すなわち汚染により吸収又は反射されるよう選択することが好ましい。

本発明によるさらに別の実施形態では、光学測定及び測定結果の評価を、時間間隔を置いて複数回繰り返し、光学系の状態を評価結果の比較により監視する。したがって、この実施形態では、検定法は光学系の状態を経時的に監視する方法である。

本発明によるさらに別の実施形態では、光学系の光学測定は波面測定を含む。この種の波面測定は、特に、おそらくはシアリング干渉計を用いて偏光又は非偏光の干渉測定により行うことができる。

本発明によるさらに別の実施形態では、光学系の光学測定は瞳透過測定を含む。こうした測定の実施に関するさらなる詳細は後述する。瞳透過測定では、マスク平面に入る露光放射線の強度分布を角度の関数として解析することができる。したがって、瞳透過測定は、照明系の検定を可能にする。特に、ＥＵＶリソグラフィシステムでは、高強度に起因して、ミラーコーティングの放射線誘発劣化及び汚染に関する問題が照明系で生じることが多い。

同様にすでに述べたように、本発明によるさらに別に実施形態では、光学系の光学測定を行う際、異なる波長により発生する物体構造の像間の横方向オフセットを判定する。横方向オフセットは、像の平面すなわち投影露光ツールの基板平面における物体構造の像の変位であると理解される。

本発明によるさらに別の実施形態では、異なる波長の１つは投影露光ツールの露光波長である。一変形形態によれば、光学系をＥＵＶ光学系として構成し、すなわちＥＵＶ波長範囲内の放射線を案内するよう構成する。有利には、異なる波長の少なくとも１つは１００ｎｍよりも大きく、例えばＤＵＶ波長範囲、可視波長範囲、又は赤外波長範囲内にあり得る。

本発明によるさらに別の実施形態では、検定対象の光学系は投影露光ツールの投影対物系を含む。投影対物系は、リソグラフィマスクの構造をウェーハの形態の基板に結像するよう構成する。

本発明によるさらに別の実施形態では、検定対象の光学系は投影露光ツールの照明光学系を含む。照明光学系は、投影露光ツールの放射線源が発生した放射線を均一性及び所望の角度分布に関して調節し、こうして調節した放射線をリソグラフィマスクへ指向させる。

本発明によるさらに別の実施形態では、光学系は複数のミラー素子を備え、測定結果の評価時に判定した光学系の所望の特性からの光学系の光学特性の偏差の原因を、光線追跡により１つ又は複数のミラー素子に割り当てる。換言すると、これに関与するミラー素子に関する偏差の原因は、コンピュータ上のシミュレーションにより「光線追跡」として当業者に既知のものを用いて特定する。好ましくは、ミラー素子における原因の場所を、光線追跡によりさらに判定する。

本発明によるさらに別の実施形態では、光学測定は分光測定である。この種の測定では、振動励起に基づき汚染のタイプに関して結論を出すことができ、これは、本発明による異なる波長の使用に基づく深さ方向分解を伴う。

上記目的は、本発明によれば、マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの、反射コーティングを設けた少なくとも１つのミラー素子を備える光学系を検定する装置であって、投影露光ツールの露光波長とは異なる少なくとも１つの第１波長の電磁放射線を発生する測定放射線源と、第１波長及びさらに別の波長の電磁放射線を用いて光学系の光学測定を行うよう構成した測定デバイスと、各波長でのミラー素子のコーティングへの放射線の確定侵入深さを考慮して、異なる波長に関する測定デバイスの測定結果を評価するよう構成した評価デバイスとを備える装置により達成することができる。上記さらに別の波長は、当該さらに別の波長の放射線の侵入深さが第１波長の放射線の侵入深さから逸れるよう選択することが好ましい。本発明及びさらに他の実施形態による装置で達成できる利点に関しては、本発明による検定法に関する上記解説を参照されたい。

さらに、本発明によれば、本発明による光学系を検定する装置を備えるマイクロリソグラフィ用の投影露光ツールが提供される。投影露光ツールは、物体構造を露光放射線により基板に結像するよう構成し、上記さらに別の波長を有する電磁放射線を露光放射線とする。一実施形態によれば、投影露光ツールは、ＥＵＶ放射線で作動するよう構成する。

さらに、本発明によれば、マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの光学系の干渉波面測定用のセンサモジュールが提供される。本発明によるセンサモジュールは、少なくとも２つの異なる波長の電磁放射線を検出するよう構成した局所分解検出器と、異なる波長それぞれの電磁放射線を回折させるようにした異なる格子周期を有する、少なくとも２つの回折格子とを備える。この種のセンサモジュールにより、上述の本発明による検定法に従って２つの異なる波長の放射線で投影露光ツールの光学系の波面測定を行うことができる。一実施形態によれば、回折格子の１つはＥＵＶ放射線を回折させるよう構成し、第２回折格子は１００ｎｍよりも大きな波長を有する放射線を回折させるよう構成する。本発明による一変形形態によれば、本発明によるセンサモジュールは、本発明による検定装置の一部である。

さらに、本発明によれば、マイクロリソグラフィ用のＥＵＶ投影露光ツールで用いるよう構成した投影対物系が提供される。投影対物系は、投影対物系を通る光路を画定するミラー素子と、光路内の最終ミラー素子の表面清浄度を観察する装置と、最終ミラー素子を洗浄又は交換する欠陥除去装置とを備える。最終ミラー素子は、投影対物系の光路内で投影露光ツールの作動中にウェーハに最も近いミラー素子である。

本発明の一実施形態によれば、上述の本発明による検定装置を、表面清浄度を観察する装置として用いる。

本発明によるさらに別の実施形態によれば、表面清浄度を観察する装置は、最終ミラー素子を測定する干渉計構成体を備える。ここで、干渉計構成体は、測定放射線源、ビーム整形光学系、後方反射板、及び２次元局所分解検出器を備える。これらは、投影対物系を通る光路の外部に配置され、以下のように構成される。測定放射線源が放出した測定放射線が、ビーム整形光学系を通って拡大光線束として最終ミラー素子の光学面の第１拡大領域に当たり、最終ミラー素子との第１相互作用後に、光学面に当たった測定放射線が、拡大光線束として後方反射板に当たり、後方反射板で反射した測定放射線が、最終ミラー素子の光学面の第２拡大領域に当たり、光学面の第２拡大領域に当たった測定放射線が、最終ミラー素子との第２相互作用後に拡大光線束としてビーム整形光学系に入り、ビーム整形光学系に入った測定放射線が、参照放射線と重なり合って２次元局所分解検出器に当たる。第２拡大領域は、第１拡大領域と同一であり得るが、第１拡大領域とは異なることもできる。上述の干渉計構成体の基本原理は、独国特許第１０ ２００５ ０５６ ９１４号明細書から当業者に既知である。代替的に、干渉計構成体は、本発明による投影対物系において独国特許第１０ ２００５ ０５６ ９１４号明細書に記載の他の実施形態で用いることもできる。これらの実施形態を本願の開示に明示的に援用する。

本発明によるさらに別の実施形態では、欠陥除去装置は、最終ミラー素子を原子状水素で洗浄する洗浄装置の形態である。

上述の本発明による方法の実施形態に関して指定した特徴は、本発明による装置に対応して適用され得る。逆に、上述の本発明による装置の実施形態に関して指定した特徴は、本発明による方法に対応して適用され得る。

本発明の上記及びさらに他の有利な特徴を、添付図面を参照して以下の本発明による例示的な実施形態の詳細な説明に示す。

投影対物系を検定するよう投影対物系に組み込んだ装置を備えるリソグラフィ用の投影露光ツールの概略断面図である。 図１に示す投影露光ツールの投影対物系の領域の、露光光路に加えて測定光路を描き込んだ拡大図である。 ミラーのコーティングへの照射放射線の異なる侵入深さを示す、図２に示す投影対物系のミラーの拡大図である。 異なる波長の電磁放射線に関する図３に示すコーティングへの侵入深さを示す図である。 照明系及び投影光学系の複合検定用の装置を組み込んだ、図１に示す投影露光ツールである。 瞳透過測定を行うよう構成した実施形態の、本発明による装置の概略図である。 波面測定を行うよう構成し、この目的で回折格子構成体を有するさらに別の実施形態の、本発明による装置の概略図である。 図７に示す装置の回折格子構成体の実施形態の断面の上面図である。 最終ミラー素子の表面清浄度を観察する干渉計構成体と、最終ミラー素子を洗浄する洗浄装置とを有する、投影素子の最終ミラー素子の概略断面図である。

以下に記載する例示的な実施形態において、機能的又は構造的に相互に同様である要素には、可能な限り同一又は同様の参照符号を付けてある。したがって、特定の例示的な実施形態の個々の要素の特徴を理解するには、他の例示的な実施形態の説明又は本発明の概要を参照されたい。

投影露光ツールの説明を容易にするために、図示のコンポーネントの各相対位置を得ることができる直交ｘｙｚ座標系を図面中で指定する。図１において、ｘ方向は右に延び、ｙ方向は図平面に向かって垂直に延び、ｚ方向は上に延びる。

図１は、ＥＵＶ波長範囲で作動するよう設計したマイクロリソグラフィ用の投影露光ツール１０の例示的な実施形態を示す。この目的で、投影露光ツール１０は、１００ｎｍ未満の波長、この場合は１３．５ｎｍの波長を有する電磁放射線を発生するＥＵＶ放射線源１２を備える。投影露光ツール１０は、照明系１４をさらに備え、照明系１４を用いて、以下で露光放射線１３と称する放射線源１２が発生した放射線をマスクテーブル２２が保持したマスク１８へ指向させる。

露光放射線１３は、続いて、マスク１８上の物体構造を基板平面２４に結像するよう構成した投影対物系１６を通過する。この目的で、ウェーハの形態の基板（図１に示さない）が、基板テーブル２６上の基板平面２４に配置される。投影露光ツール１０は、製品マスクを基板に結像する際にマスク及び基板テーブル２６の両方を異なる速度でｘ方向に同期移動させる、いわゆるスキャナの形態であり得る。放射線源１２のコンポーネントと、照明系１４及び投影対物系１６を含む投影露光ツール１０の残りのコンポーネントとの両方が、真空容器２８及び３０により包囲される。

ＥＵＶ放射線源１２は、放電デバイス３２、プラズマエミッタ３４、コレクタミラー３３、及び波長フィルタ３５を備える。コレクタミラー３３は、例えば、プラズマエミッタ３４が等方的に放射したＥＵＶ放射線を本質的に集める球面ミラーにより形成される。波長フィルタ３５は、望ましくない波長部分を保持する。当然ながら、図１に示すプラズマ放電源の代替として、他のＥＵＶ放射線源を用いることができる。プラズマエミッタ３４が放出した放射線スペクトルは、ＤＵＶ波長範囲（例えば、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍ）も含む。したがって、波長フィルタ３５を対応した構成にすれば、図１に示す放射線源もＤＵＶ源として用いることができる。さらに別の実施形態では、所望の測定波長構造に応じて波長フィルタを完全になくし、対応するサイズの構造をマスク１８上で照明し、測定をロックイン法により評価する。

図示の実施形態では、照明系１４は、放射線源１２が発生した露光放射線１３を所望の角度分布でマスク１８へ指向させるよう構成した７個のミラー１４−１〜１４−７を備える。露光放射線１３は、マスク１８の表面で反射してから投影対物系１６を通過し、投影対物系１６は、本実施形態では６個のミラー素子１６−１〜１６−６を備える。投影対物系１６は、ｚ方向に延びる光軸１７を有する。

本発明によれば、投影対物系１６を検定する装置が、図１に示す投影露光ツール１０に組み込まれる。この装置は、測定放射線源４０及びセンサモジュール５０を備える。図２は、マスクテーブル２２、基板テーブル２６、及び投影対物系１６を備える投影露光ツール１０の一部を拡大図で再度示す。ＥＵＶ露光放射線１３の光路は、ここでは破線で描き込まれている。さらに、測定放射線源４０が放出した測定放射線４２の光路を示す。

測定放射線４２は、ＥＵＶ放射線の波長とは異なる波長を有する。好ましくは、測定放射線４２の波長は、より詳細に後述するように、ＤＵＶ波長範囲、可視波長範囲、又は赤外波長範囲内にある。測定放射線源４０は、ＬＥＤ、レーザダイオード、レーザ、又は任意の他の適当な放射線源を含み得る。測定放射線源４０は、マスクテーブル２２に、特にマスクホルダに組み込まれ、測定放射線４２がマスク１８のうち投影対物系１６に面しない裏側に当たるようにする。測定放射線源４０とマスク１８との間に光学中間素子４４を位置決めすることができ、これは、図２の詳細図に示すように、例えば拡散ディスク、拡散スクリーン、又は結像光学系の形態である。図２に示す例示的な実施形態では、マスク１８は、層１９にピンホールの形態の孔構造２１の配置を有し、層１９のそれ以外の場所は放射線を透過させない。簡単のために図２に１つしか示さない孔構造２１は、投影対物系１６により基板平面２４に結像される。ここには、基板テーブル２６に組み込まれて基板平面２４に入る放射線を検出するセンサモジュール５０が位置付けられる。

本発明によれば、投影対物系１６は、２つの異なる波長を有する電磁放射線を放射されて通過させ、波長のそれぞれに関して光学測定が行われる。図２に示す実施形態では、第１波長を有する放射線は、ＥＵＶ波長範囲の露光放射線１３である。第２波長を有する放射線は、測定放射線源４０が発生した、例えば可視波長範囲の測定放射線４２である。代替的又は付加的に、測定放射線源４０は、２つの異なる波長を有する放射線を提供することもでき、光学測定をこれに基づき行うことができる。

光学測定の第１変形形態では、物体構造の結像時にマスク平面２０から出て基板平面２４に入る横方向オフセットを、用いた２つの波長間で測定する。図２に示す実施形態では、マスク１８における孔構造２１は、測定放射線４２による結像時の物体構造として働く。露光放射線１３による結像には、無反射マスク環境での類似の反射点構造が用いられ得る。図２の詳細図に示すように、波長が異なればΔｘの横方向像オフセットが生じる。この像オフセットの原因は、電磁放射線が波長に応じてミラー１６−１〜１６−６に設けた反射コーティング５２に異なる深さで侵入することによる。これにより、鏡面反射毎に異なる波長の光路間にわずかな変位が生じることになる。

図３は、投影対物系１６のミラーの１つ、この場合はミラー１６−６に対するＥＵＶ露光放射線１３及び測定放射線４２の反射を示す詳細図である。ミラーは、コーティング５２を多層構造の形態で設けた凹面を有するミラー基板５１を備える。一実施形態によれば、多層構造は、モリブデン層及びシリコン層を有し、ＥＵＶ放射線を反射するよう設計される。

図４は、放射線の波長に応じたコーティング５２への照射放射線の侵入深さｔを示す図を示す。ＥＵＶ放射線が１００ｎｍを超える波長を有する放射線よりも実質的に深くコーティング５２に侵入することが、ここから明らかである。さらに、１００ｎｍを超える範囲では、波長の増加に伴い侵入深さが再度いくらか増加することが、図から明らかである。したがって、近赤外波長範囲（ＩＲ）では、侵入深さは可視波長範囲（ＶＩＳ）よりも大きく、可視波長範囲はさらに、例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、又は３６５ｎｍの低いＵＶ波長範囲（ＤＵＶ）での侵入深さを超える。侵入深さｔは、入射放射線がその初期強度の１／ｅになった深さとして定義される。

図３に当てはめると、この知識は、可視波長範囲の測定放射線４２がコーティング５２の外側個別層ですでに反射することを意味する。しかしながら、ＥＵＶ放射線１３は、多層構造の非常に深くまで侵入し、部分ビーム５５が各個別層５４で反射される。ミラー１６−６の例に対する、図３に示す異なる侵入深さの効果は、図２に示すミラー１６−１〜１６−６のそれぞれでの反射で生じる。

評価デバイス４６での本発明による検定法により、異なる波長に関して測定した光学測定の測定結果、先の例示的な実施形態では横方向像オフセットΔｘが、用いた波長に関して確定したコーティング５２への放射線の侵入深さを考慮してここで評価される。ここで、実測横方向像オフセットΔｘを見込み像オフセットΔｘ_０と比較する。見込み像オフセットは、例えば、用いた波長での個々のミラーのコーティング５２への侵入深さｔに基づき、光学シミュレーションプログラムにより計算され得る。代替的に、見込み像オフセットは、以前に測定した像オフセットでもあり得る。

評価の結果として、適切な場合、変形したミラーコーティング５２の個別層５４を識別することができる。どの層深さで個別層の変形が本発明による方法により検出され得るかは、どの波長を光学測定に用いるかに応じて変わる。測定放射線４２が可視波長を有する図３に示す例示的な実施形態では、例えば、約２０ｎｍの層深さでの層劣化を特に良好に検出できる。侵入深さが異なる波長を多く光学測定に用いるほど、より正確に既存の層劣化を検出できる。

本発明による有利な一実施形態によれば、検定法は、規則的な時間間隔で実施され、層深さに応じてコーティング５２に生じる劣化が、測定結果の比較により判定される。

さらに、評価の結果として、ミラーコーティング５２の表面で生じた可能性のある汚染を識別できる。このような汚染がある場合、可視測定放射線４２はミラーコーティング５２によりかなりの程度まで吸収されるが、ＥＵＶ放射線１３はあまり吸収されない。ＥＵＶ放射線１３は、表面効果及び層境界面劣化を「捉える」。他方、可視測定放射線４２は、有効媒のみを「捉える」、すなわち境界面粗さの変化は検出されない。小さな侵入深さに関連して、可視測定放射線４２の測定は、表面特性に敏感に反応する。汚染を診断するために、閾値との比較を行うことが好ましい。本発明によりミラー汚染を検出できることで、いずれは汚染源の識別及び停止が可能である。さらに、より詳細に後述するように、洗浄を開始することができる。

多くの場合、投影対物系１６の光路内の最終ミラー素子１６−６は、水への近接に起因した、特に塗料層からの蒸気に起因した汚染により最も影響を受ける。これが当てはまる構成では、図１に示す検定装置を用いて、最終ミラー素子１６−６の表面清浄度を観察することができる。評価時に判定された投影対物系１６の汚染が、このとき最終ミラー素子１６−６の汚染の測度として用いられ得る。代替的な実施形態によれば、測定放射線４２は、最終ミラー素子１６−６の前で投影対物系の光路に注入されるにすぎないので、最終ミラー素子１６−６のみが汚染測定の影響を受ける。

図１に示す実施形態又は最終ミラー素子１６−６のみを監視する代替的な実施形態の発明による一変形形態では、制御ユニット８２が評価デバイス４６の下流に接続され、図１に示す洗浄装置８４及び／又は交換装置８６を制御する。洗浄装置８４は、汚染が発見された場合に最終ミラー素子１６−６を洗浄するよう構成される。これは、例えば、原子状水素８８をミラー素子１６−６の反射面に吹き付けることにより行われる。洗浄プロセスは、本発明による検定装置を用いた監視により効率的に準備することができる。代替的又は付加的に、制御ユニットは、交換装置８６を制御し、交換装置８６は、ミラー素子１６−６の対応の汚染に関してミラー素子１６−６を交換ミラー素子１６−６’と交換する。投影露光ツールの作動中に本発明による検定装置を用いてミラー素子を監視することにより、交換が必要となるまでの残りの作動時間を確実に予測することができ、ミラー交換を事前に計画することができる。

図５は、投影対物系１６だけでなく照明系１４の層劣化も検出できる検定装置の本発明によるさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、検定装置は、光学測定を行うために、照明系１４の第１ミラー素子１４−１の前で露光放射線１３の光路に導入され得る折り返しミラー５６を備える。図２のマスク１８に相当する測定マスク１１８が、折り返しミラー５６の上方でマスク平面２０と共役な平面１２０に位置決めされる。測定放射線源４０は、測定マスク１１８の上方に位置付けられるので、上記放射線源は、測定マスク１１８を通して測定放射線４２を放射する。

マスク平面２０には、鏡面５８を有するマスク１８が、測定放射線４２を鏡面５８で反射させるよう配置される。代替的に、無構造マスクをマスク１８として用いることもできる。図２に示す測定と同様に、図５に示す実施形態では、光学測定を２つの異なる波長で行うことができる。例えば、孔構造２１が少なくとも２つの異なる波長の測定放射線４２で基板平面２４に結像される際に生じる横方向像場所オフセットが測定される。異なる波長は、測定放射線源４０によりそれぞれ発生させることができる。波長の１つがＥＵＶ範囲にある場合、本発明によれば、ＥＵＶ透過レチクルを基板平面２４と共役な照明系１４の平面に測定マスク１１８として配置することができる。この用途に特によく適しているのは、場合によっては、図５に示す照明系１４と比べて変更した光学設計であり、測定マスクに容易にアクセス可能な第１ミラー素子１４−１の前に共役基板平面を設けた設計である。

像場所オフセット測定の代替として又はそれに加えて、図６に示すように、図２又は図５に示す検定装置により各波長で瞳透過測定を行うこともできる。この目的で、図１に示すマスク平面２０内のマスク１８又は図５に示す共役平面１２０内のマスク１１８に、マスク表面にわたって均等に分配したいわゆるピンホールの形態のテスト構造６０が設けられ、これは、照明波長に関して点状である。代替的に、基本的に放射線を透過させるマスクに、放射線を透過させない点状テスト構造６０を設けて用いることもできる。実施形態に応じて、測定対象の光学系は、投影対物系１６のみであってもよく、又は照明系１４及び投影対物系１６の組み合わせであってもよい。

テスト構造６０から出る放射線１３及び４２に関して広い放射線円錐を発生させるために、テスト構造６０は、過照射で照明されることが好ましい。この目的で、図示しない拡散ディスクをマスクに設けることができる。拡散ディスクは、比較的インコヒーレントな形態の照明放射線（例えば、σ０．８）で概して照射される。

投影露光ツール１０を通る放射線１３及び４２の進路は以下の通りである。点状テスト構造６０が放射した放射線は、光学系１６及び１４＋１６それぞれの光軸１７に関して大きな角度分布を有する。光学系の瞳６２を通過する光線束６４は、テスト構造６０から出る放射線の一部のみを構成する。

瞳透過を測定するために、この場合は局所分解検出器７２により形成されたセンサモジュールが、基板平面２４に関してｚ方向に変位した位置に配置される。ここで、局所分解検出器７２は、例えば光学系に５０μｍ近付いて変位した位置、ゆえに焦点内位置６６、又は例えば光学系から５０μｍ離れて変位した位置、ゆえに焦点外位置６８に配置することができる。これらの位置で、テスト構造６０は、基板平面２４におけるテスト構造６０の直径の少なくとも１０倍である光点７０を発生させる。これらの光点は、いわゆる瞳孔図（pupillograms）でもあり、瞳照明又は瞳透過の像を構成する。瞳孔図の定義に関しては、ジョー・カーク（Joe Kirk）及びクリストファー・プログラー（Christopher Progler）による論文、「ピンホール及び瞳充填量（Pinholes and Pupil Fills）」（マイクロリソグラフィ・ワールド、１９９７年秋、２５〜３４ページ）を参照されたい。この種の異なる波長を有する放射線での瞳透過測定を用いて、瞳に近い光学系１６及び１４＋１６のミラーに生じた層劣化を特に識別することができる。

図６に示す配置の代替として、瞳透過測定に関して、マスク１８又は１１８をなくすこともでき、又はマスク１８又は１１８を完全に透明に設計することにより、落射照明（flood illumination）が測定対象の光学系に照射されるようにすることができる。この実施形態では、テスト構造をいわゆるピンホールの形態でマスク表面に分配したマスクが、基板平面２４に配置される。局所分解検出器は、マスクの下に配置される。

像オフセット測定及び／又は瞳透過測定の代替として又はそれに加えて、図７に示すように、測定対象の光学系１６又は１４＋１６それぞれの光学測定は波面測定も含み得る。この目的で、図２に示すマスク１８又は図５に示す測定マスク１１８は、コヒーレンスマスクの形態であり、これには、例えば米国特許第７，３３３，２１６号明細書に示す測定パターンの１つが設けられる。センサモジュール５０には、投影対物系１６の像平面又は基板平面２４に配置した回折格子構成体７６が設けられる。さらに、センサモジュール５０は、局所分解検出器７２を備える。

測定中、コヒーレンスマスクの測定パターンは、回折格子構成体７６に結像される。回折により発生した波の重畳により、局所分解検出器７２の検出面７４上にインターフェログラムの形態でパターンが生成される。回折格子構成体７６を、光軸１７に対して横方向に移動させ、このようにして生成された複数のインターフェログラムが、検出器７２により検出される。評価デバイスにより、光学系１６又は１４＋１６を通過した後の放射線１３及び４２の波面が、記録されたインターフェログラムから測定され、そこから所望の見込み波面からの実測波面の偏差が判定される。

ここで行った測定は、シアリング干渉による測定であり、その機能原理は、例えば米国特許第７，３３３，２１６号明細書等から当業者に既知であるので、現時点では詳述しない。上記刊行物に記載されているように、干渉測定では、場合によっては参照放射線を放射波から分離してセンサモジュール５０へ送ることもできる。図７に示す測定構成体では、測定チャネルが１つだけ示されている。代替的に、複数の測定チャネルを設けて、平行測定が同時に複数の視野点で可能であるようにすることもできる。

図８は、本発明による実施形態における回折格子構成体７６の上面図を示す。図示の回折格子構成体は、第１格子定数ｇ_１を有する第１回折格子７８及び格子定数ｇ_２を有する第２回折格子８０を含む。第１回折格子７８の格子定数ｇ_１は、ＥＵＶ露光放射線１３を回折させるよう構成され、図示の例における第２回折格子８０の格子定数ｇ_２は、１９３ｎｍの波長を有する測定放射線４２を回折させるよう構成される。したがって、格子定数ｇ_２は、格子定数ｇ_１よりも２オーダ以上大きい。局所分解検出器７２は、測定中に用いた両波長、この場合はＥＵＶ及び１９３ｎｍを検出するよう構成される。

さらに、分光測定を異なる波長で光学系１６及び１４＋１６に対して行うこともできる。この種の測定では、振動励起に基づき、本発明による異なる波長の使用に基づき層深さ分解された汚染のタイプに関して結論を出すことができる。

ここで、層劣化を異なる波長の測定の比較から判定した場合、上述の種々の光学測定法、特に瞳透過測定及び波面測定を用いて得られた結果を比較することにより、生じている層劣化をミラー１４−１〜１４−７又は１６−１〜１６−６の１つ又は複数に割り当てることができる。この目的で、特に光線追跡による光路の解析が実施される。好ましくは、光線追跡により、対応のミラー素子の表面における層劣化の位置も判定される。

図９は、図１に示す投影対物系１６の最終ミラー素子１６−６を観察する上述の検定装置の代替として、又はそれに加えて用いることができる干渉計構成体２３７を示す。干渉計構成体２３７は、測定放射線２６５を発生する放射線源２６３を備える。放射線源２６３は、ここでは例えば、６３２．８の波長を有する測定放射線２６５を放出するヘリウムネオンレーザであり得る。測定放射線２６５は、概略的に示すコリメーティング光学系２６６によりコリメートされ、ビームスプリッタ２６７で反射される。測定放射線２６５は、続いて部分反射面２６９を有する楔板２６８を通過し、部分反射面２６９は、楔板２６８を通過する測定放射線２６５のビーム方向に直交した向きであり、干渉計構成体２３７のフィゾー面を形成する。

フィゾー面２６９で反射した測定放射線は、参照放射線として用いられ、ビームスプリッタ２６７を直線状に通過し、カメラ光学系２９５により２次元局所分解放射線検出器２７０へ投影される。放射線検出器２７０は、２次元パターンで配置した複数の画素２７１を有するＣＣＤ検出器であり得る。フィゾー面２６９を通過する測定放射線２６５の一部は、ＥＵＶ投影対物系１６のハウジング３０に嵌め込んだ窓２９７を通過してハウジング３０の内部に入る。ハウジング３０の内部には、例えば真空、又は露光放射線１３とほとんど干渉しない適当なガスのガス雰囲気が設けられ得る。

窓２９７の内面には、計算機ホログラム（ＣＧＨ）２７３の形態のビーム整形光学系が設けられ、ＣＧＨ２７３は、平行ビームとしてコリメートされてＣＧＨ２７３に当たる測定放射線が、ＣＧＨ２７３により例えば１次の回折で回折され、ここで拡大されて測定放射線が最終ミラー素子１６−６の反射面２３５の拡大領域２６１に当たるように形成される。ここから測定放射線は反射され、さらに拡大光線束として後方反射板２３９のさらに別のＣＧＨ２７５に当たり、後方反射板２３９は、ＣＧＨ２７５に当たる測定放射線ができる限り正確に元に反射し戻るよう構成される。したがって、ＣＧＨ２７５で所与の回折次数未満、例えば１次の回折で反射した放射線に対して、ＣＧＨ２７５は後方反射板の機能を果たす。

後方反射された測定放射線は、続いてさらにミラー素子１６−６の光学面２３５の拡大領域に当たる。正確な後方反射の条件が満たされれば、この拡大領域は、ＣＧＨ２７３からの測定放射線が当たる拡大領域２６１と一致する。領域２６１に当たったＣＧＨ２７５からの測定放射線は、さらに光学面２３５で反射されてＣＧＨ２７３に当たり、ＣＧＨ２７３により実質的に平行な測定放射ビームに形成され、フィゾー面２６９及び楔板２６８を通過してからビームスプリッタ２６７を通過し、カメラ光学系２９５により検出器２７０に投影される。それにより、フィゾー面２６９で反射した参照放射線とミラー素子１６−６の表面２３５の領域２６１と２回相互作用した測定放射線との重畳をもたらす干渉に起因して、検出器２７０で干渉パターンが生成される。これが、検出器２７０により制御ユニット２８２に入力される。

干渉計構成体２３７のコンポーネント及びミラー素子１６−６を備える全体的構造は、数値シミュレーションにアクセス可能であるので、コンポーネントの幾何学的形状が既知であれば、生成される干渉パターンを例えば光線追跡等の方法により計算することができる。測定した干渉パターンと計算した干渉パターンとの比較により、干渉計構成体２３７のコンポーネントを適当に較正して、所望の形態からの領域２６１における光学面２３５の表面形態の偏差があるという、したがって光学面２３５に汚染があるという結論を下すことができる。

生成された干渉パターンが数値計算により正確に予測できない場合でも、時間に応じて干渉パターンの変化を検出することが可能である。続いてこれらの変化から、領域２６１における光学面２３５の形態の変化に関する結論を出すことが可能である。例えば、領域２６１における面２３５の曲率の経時的な増減をここで確認することが可能である。

図９は、ＣＧＨ２７５へ照射し戻される測定放射線の位相シフトを発生させて、検出器２７０が検出した干渉パターンで位相シフトを発生させるために、図９に矢印２９２で示す方向にＣＧＨ２７５を変位させるよう構成した、別のアクチュエータ２９１を示す。したがって、位相シフト干渉法（ＰＳＩ）の原理を利用すること、及び領域２６１における光学面２４５の測定に関して検出器２７０を用いてＣＧＨ２７５のそれぞれ異なる位置で複数のインターフェログラムを検出することが可能である。複数のインターフェログラムの評価は、行った測定の精度及び明確性に関して有利である。位相シフト干渉法に関する背景情報は、ダニエル・マラカラ（Daniel Malacara）による教科書「光学実験・測定法（Optical Shop Testing）」第２巻の第１４章（ワイリー・インターサイエンス・パブリケーション１９９２年）から得ることができる。

図９には、領域２６１の異なる位置に定めた３つの面法線２８９が描き込まれている。さらに、図９には、領域２６１に当たる測定ビーム束の部分ビームの３つの入射角（α）が描き込まれている。表面２３５の曲率及び入射測定放射線の発散に起因して、入射角は、領域２６１の全位置で等しくはない。しかしながら、領域２６１の表面にわたって入射角を平均化することで、表面２３５にわたる測定放射線の平均入射角を判定することが可能である。測定放射線が比較的大きな入射角で表面２３５に当たることも、図９の概略図から明らかである。この入射角は、特に３０°よりも大きい。

表面２３５の汚染増加が干渉計構成体２３７により観察された場合、図１に関してすでに説明した制御ユニット８２により洗浄装置８４が起動されて、原子状水素８８を表面２３５に吹き付けて表面２３５を洗浄する。さらに、図９に示す制御ユニットは、ミラー素子１６−６の対応の汚染がある場合にこのミラー素子１６−６を交換ミラー素子１６−６’と交換するために、図１に示す交換デバイス８６も制御することができる。図９に示す干渉計構成体２３７の基本原理は、独国特許第１０ ２００５ ０５６ ９１４号明細書から当業者に既知である。代替的に、干渉計構成体は、独国特許第１０ ２００５ ０５６ ９１４号明細書に記載されている他の実施形態で本発明に従って用いることもできる。これらの実施形態を本願の開示に明示的に援用する。

１０ 投影露光ツール
１２ 放射線源
１３ 露光放射線
１４ 照明系
１４−１ 照明系のミラー素子
１４−２ 照明系のミラー素子
１４−３ 照明系のミラー素子
１４−４ 照明系のミラー素子
１４−５ 照明系のミラー素子
１４−６ 照明系のミラー素子
１４−７ 照明系のミラー素子
１６ 投影対物系
１６−１ 投影対物系のミラー素子
１６−２ 投影対物系のミラー素子
１６−３ 投影対物系のミラー素子
１６−４ 投影対物系のミラー素子
１６−５ 投影対物系のミラー素子
１６−６ 投影対物系のミラー素子
１６−６’ 交換ミラー素子
１７ 光軸
１８ マスク
１９ 放射線透過層
２０ マスク平面
２１ 孔構造
２２ マスクテーブル
２４ 基板平面
２６ 基板テーブル
２８ 真空ハウジング
３０ 真空ハウジング
３２ 放電デバイス
３３ コレクタミラー
３４ プラズマエミッタ
３５ 波長フィルタ
３６ 評価デバイス
４０ 測定放射線源
４２ 測定放射線
４４ 光学中間素子
４６ 評価デバイス
５０ センサモジュール
５１ ミラー基板
５２ コーティング
５４ 個別層
５５ 反射部分ビーム
５６ 折り返しミラー
５８ 鏡面
６０ テスト構造
６２ 瞳
６４ 光線束
６６ 焦点内位置
６８ 焦点外位置
７０ 光点
７２ 局所分解検出器
７４ 検出面
７６ 回折格子構成体
７８ 第１回折格子
８０ 第２回折格子
８２ 制御ユニット
８４ 洗浄装置
８６ 交換装置
８８ 原子状水素
１１８ 測定マスク
１２０ 共役平面
２３５ 表面
２３７ 干渉計構成体
２３９ 後方反射板
２６１ 拡大領域
２６３ 測定放射線源
２６５ 測定放射線
２６６ コリメーティング光学系
２６７ ビームスプリッタ
２６８ 楔板
２６９ フィゾー面
２７０ 放射線検出器
２７１ 画素
２７３ ＣＧＨ
２７５ ＣＧＨ
２８２ 制御ユニット
２８９ 面法線
２９１ アクチュエータ
２９２ 矢印
２９５ カメラ光学系
２９７ 窓

Claims (24)

1. マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの、反射コーティングを設けた少なくとも２つのミラー素子を備える光学系を検定する方法であって、
   少なくとも２つの異なる波長の電磁放射線を前記光学系に照射するステップであり、前記ミラー素子の前記コーティングへの前記放射線の侵入深さは個々の波長間で変わるステップと、
   前記波長それぞれに関して前記光学系の光学測定を行うステップと、
   各波長での前記ミラー素子の前記コーティングへの前記放射線の確定侵入深さを考慮して、前記異なる波長に関する光学測定結果を評価するステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記光学測定結果の評価時に、前記少なくとも２つのミラー素子の前記コーティングの所望の状態からの該コーティングの光学特性の層深さ依存偏差を判定する方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記コーティングを多層構造として構成し、前記光学測定結果の評価時に、前記多層構造の個別層で生じた可能性のある表面変形の程度を判定する方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記光学測定結果の評価時に、前記コーティングで生じた可能性のある汚染の程度を判定する方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   前記光学測定及び前記光学測定結果の評価を、時間間隔を置いて複数回繰り返し、前記光学系の状態を、前記光学測定結果の評価結果の比較により監視する方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記光学系の前記光学測定は波面測定を含む方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記光学系の前記光学測定は瞳透過測定を含む方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定において、
   前記光学系の前記光学測定を行う際、前記異なる波長により発生する物体構造の像間の横方向オフセットを判定する方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、前記異なる波長の１つは前記投影露光ツールの露光波長である方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、
    前記光学系をＥＵＶ光学系として構成した方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法において、前記異なる波長の少なくとも１つは１００ｎｍよりも大きい方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法において、検定対象の前記光学系は前記投影露光ツールの投影対物系を含む方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法において、
    検定対象の前記光学系は前記投影露光ツールの照明光学系を含む方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法において、
    前記光学系は複数のミラー素子を備え、前記光学測定結果の評価時に判定した前記光学系の所望の特性からの前記光学系の光学特性の偏差の原因を、光線追跡により１つ又は複数のミラー素子に割り当てる方法。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法において、前記光学測定は分光測定である方法。
16. マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの、反射コーティングを設けた少なくとも２つのミラー素子を備える光学系を検定する装置であって、
    前記投影露光ツールの露光波長とは異なる少なくとも１つの第１波長の電磁放射線を発生する測定放射線源と、
    前記第１波長及びさらに別の波長の前記電磁放射線を用いて前記光学系の光学測定を行うよう構成した測定デバイスと、
    各波長での前記ミラー素子の前記コーティングへの前記放射線の確定侵入深さを考慮して、前記異なる波長に関する前記測定デバイスの光学測定結果を評価するよう構成した評価デバイスと
    を備える装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、
    マイクロリソグラフィ用の投影露光ツールの光学系の干渉波面測定用のセンサモジュールであって、
    少なくとも２つの異なる波長の電磁放射線を検出するよう構成した局所分解検出器と、
    前記異なる波長のそれぞれ１つの前記電磁放射線を回折させるようにした異なる格子周期を有する、少なくとも２つの回折格子と
    を有するセンサモジュールを備える装置。
18. 請求項１６又は１７に記載の装置を備えるマイクロリソグラフィ用の投影露光ツールであって、
    物体構造を露光放射線により基板に結像するよう構成し、前記さらに別の波長を有する電磁放射線を前記露光放射線とした投影露光ツール。
19. 請求項１８に記載の投影露光ツールにおいて、
    ＥＵＶ放射線で作動するよう構成した投影露光ツール。
20. マイクロリソグラフィ用のＥＵＶ投影露光ツール用の投影対物系であって、
    該投影対物系を通る光路を画定する少なくとも２つのミラー素子と、
    前記光路内の最終ミラー素子の表面清浄度を観察する装置であって、前記最終ミラー素子は反射コーティングを有し、前記投影対物系の光学測定結果を取得するように構成され、前記反射コーティングで生じた可能性のある汚染の程度を判定するために前記光学測定結果を評価する装置と、
    前記最終ミラー素子を洗浄又は交換する欠陥除去装置と
    を備える投影対物系。
21. 請求項２０に記載の投影対物系において、
    前記表面清浄度を観察する装置を請求項１６又は１７に記載の装置として構成した投影対物系。
22. 請求項２０に記載の投影対物系において、
    前記表面清浄度を観察する装置は、前記最終ミラー素子を測定する干渉計構成体を備え、該干渉計構成体は、測定放射線源、ビーム整形光学系、後方反射板、及び２次元局所分解検出器を備え、前記測定放射線源、前記ビーム整形光学系、前記後方反射板、及び前記２次元局所分解検出器を、前記投影対物系を通る前記光路の外部に配置し、
    前記測定放射線源が放出した測定放射線が、前記ビーム整形光学系を通って拡大光線束として前記最終ミラー素子の光学面の第１拡大領域に当たり、
    前記最終ミラー素子との第１相互作用後に、前記光学面に当たった前記測定放射線が、拡大光線束として前記後方反射板に当たり、
    該後方反射板で反射した前記測定放射線が、前記最終ミラー素子の前記光学面の第２拡大領域に当たり、
    前記光学面の前記第２拡大領域に当たった前記測定放射線が、前記最終ミラー素子との第２相互作用後に拡大光線束として前記ビーム整形光学系に入り、
    該ビーム整形光学系に入った前記測定放射線が、参照放射線と重なり合って前記２次元局所分解検出器に当たる
    よう構成した投影対物系。
23. 請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の投影対物系であって、
    前記欠陥除去装置は、前記最終ミラー素子を原子状水素で洗浄する洗浄装置の形態である投影対物系。
24. 請求項１７に記載の装置において、
    前記回折格子の１つをＥＵＶ放射線を回折させるよう構成し、第２回折格子を１００ｎｍよりも大きな波長を有する放射線を回折させるよう構成した、装置。
    

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