TW201341976A - 測量一光學成像系統中影像品質之系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於一光學成像系統之光學測量之測量系統，其被提供以將一配置於該成像系統之物件表面中之圖案成像於該成像系統之影像表面中，其包含一具有一待配置於該成像系統之物件側上的物件側測量結構之物件側結構載體；一具有一待配置於該成像系統之影像側上的影像側測量結構之影像側結構載體；該物件側測量結構及影像側測量結構以一使得當物件側測量結構借助於該成像系統而成像於影像側測量結構上時，產生一疊加圖案的方式彼此匹配；及一用於局部地解析所獲取之疊加圖案的偵測器。該成像系統經設計為一借助於浸液而成像的浸沒系統。待配置於浸液區域中的結構載體經指派有一保護系統以增加測量結構對由浸液引起之降級之阻抗。因此，在浸液對於測量精確性無不利影響的情況下，在浸沒條件下浸沒系統之測量為可能的。

Description

測量一光學成像系統中影像品質之系統
本發明係關於一種用於一光學成像系統之光學測量之測量系統，其被提供以將一配置於該成像系統之物件表面中之圖案成像於該成像系統之一影像表面中，該成像系統被設計成一用於借助於配置於該成像系統之物件側及影像側中之至少一者上的浸液而成像的浸沒系統。
在許多技術及研究領域中，使用光學成像系統，關於光學成像系統，對於其成像品質的要求愈來愈高。一實例為半導體組件及其它精細結構化組件之光微影生產，其中，借助於高功率投影物鏡，在深紫外線範圍(DUV)中之操作波長處，可產生亞微米範圍中之結構。因為具有大量光學組件之此等成像系統之複雜光學結構，有必要為了調整原始生產且亦在任何必要的維修工作期間相對於發生之影像缺陷來測量該成像系統。在此情形中，用於測試的該測量系統及方法之精確性通常與對成像系統之成像精確性之要求相匹配。
經常使用測量系統，其包含一具有一待配置於該成像系統之物件側上的物件側測量結構之物件側結構載體；一具有一待配置於該成像系統之影像側上的影像側測量結構之影像側結構載體，該物件側測量結構及影像側測量結構以一使得當物件側測量結構借助於該成像系統而成像於該影像側測量結構上時，產生一疊加圖案的方式彼此匹配。一用於 局部地解析所獲取之疊加圖案的偵測器及一連接至其的用於自該疊加圖案判定至少一個描述該成像系統之成像品質之成像參數的評估裝置用於產生允許作出關於可經由該成像系統達成之成像品質之總結的測量值，且自該等測量值可得出對該成像系統之最佳化的預定條件。
德國專利申請案DE 101 09 929(對應於來自該申請者之專利申請案US 2002/0001088 A1)中描述了以用於波前獲取之剪錯干涉儀之方式操作之裝置。在此測量系統中，待用非相干光照明之物件側結構載體配置於待測試之成像系統之物件表面中且具有設定穿過該成像系統之測量輻射之預定相干性程度的工作，且因此亦被指定一相干光罩。該提供之相干光罩可為(例如)由石英玻璃製成的透明載體，在其上以具有鉻之二維結構塗層之形態施加物件側測量結構。具有充當繞射光柵之影像側測量結構之影像側結構載體配置於該成像系統之影像表面中。此同樣可由一鉻層形成，其可施加至一透明石英玻璃載體。由於經由繞射所產生之波的疊加，產生呈干擾圖(全息圖(shearogram))形態之疊加圖案，其借助於連接於下游的局部解析偵測器而獲得且接著被評估。EP 1 231 517 A1中揭示了類似的測量系統。若為了此波前測量，使用亦用於成像系統之預期用途中的同一輻射(例如，自DUV範圍之紫外光)，則該測量方法之意義尤其高。為此目的，該測量系統可整合入一微影投影曝光系統，使得為了一投影物鏡之測量，可使用亦在生產操作期間使用之同一照明系統。在外部測量之情形中，可使用具有相同類型或類似類型的照明系統之獨立測量系統。
同樣可使用其它干涉儀，例如，倫奇(Ronchi)類型或特懷曼-格林(Twyman-Green)類型之干涉儀。此外，點繞射干涉儀(PDI)亦通常作為測量系統。文獻US 6,307,635 B1或WO 02/42728 A1中展示了實例。待配置於該成像系統之 物件側上的物件側測量結構具有一針孔，其配置於一物件側結構載體上且用於自照明輻射產生一球面波。在該成像系統之影像側上，配置有另一針孔結構，其中除針孔之外，提供一第二更大的開口以允許試樣波自由通過。作為特定言之配置於物件表面與成像接物鏡之間或成像接物鏡與影像表面之間的另一測量結構，提供一充當光束分裂器之繞射光柵。針孔光罩及繞射光柵之精細結構可由透明載體上之微結構化之塗層形成。
其它測量系統及方法(尤其用於測量光學成像系統之失真的)係基於使用莫爾效應(Moiré effect)。在此情形中，一物件光柵配置於待測試之成像系統之物件表面中，且包含(例如)形成物件側測量結構的大量平行、非透明線。在其中配置有類似於物件側測量結構之影像側測量結構之影像平面中，該物件側測量結構與影像側測量結構彼此匹配，同時考慮該成像系統之成像比例，使得當該物件側測量結構被成像於該影像側測量結構上時，產生呈具有莫爾條紋之莫爾圖案形態的疊加圖案。自由一局部解析偵測器獲取的該條紋圖案之強度分佈，可判定成像參數(例如，關於失真)。可自(例如)專利US 5,769,954、US 5,973,773或EP 0 418 054得知莫爾方法。
此外，除上述測量結構(但亦獨立於後者)外，可能必要於影像平面中安裝一光闌結構，其用於保持像場之非想要影響遠離該測量系統之偵測元件之目的，以最小化自雜散光之誤差影響。此光闌結構較佳地同樣由塗覆有結構化之鉻的透明基板形成。
在用於微影之投影物鏡之情形中，嘗試藉由多種方法增加解析能力至使得可產生具有(例如)大約100 nm或更少量值的愈來愈精細的結構的程度。由於此目的，首先投影物鏡之影像側數值孔徑(NA)增加至在NA=0.8或更大之範圍 中的值。其次，使用紫外光之愈來愈短的波長，例如193 nm或157 nm之雷射波長。
存在用於經由具有高折射率之浸液來改良可達成之解析度之方法，其中該浸液被引入該投影物鏡之最後影像側光學元件與待曝光之基板間之間隙中。此技術指定為浸沒微影；適用於此目的之投影物鏡指定為浸沒物鏡。浸沒微影之理論優勢在於可能將數值孔徑增加至值NA>1且因此可能增加解析能力或改良之景深。此可由未改變之真空波長來達成，使得關於相應波長建立之光產生技術、對光學材料之選擇技術、塗覆技術等可大體上保持不變地被轉移。此外，浸沒介質之使用為投影物鏡之使用的先決條件，其中該投影物鏡具有極其高的在NA=1或更大之範圍中的數值孔徑。
對193 nm而言，具有折射率n1 1.437之極其純淨的水作為適當浸液為出類拔萃的。對於157 nm而言，目前傾向於基於全氟聚醚(PFPE)之浸液。經測試之一種浸液在157 nm下具有折射率n1=1.37(見M.Switkes及M.Rothschild著的文章"Im-mersion Lithography at 157 nm"，J.Vac.Sci.Technol.B 19(6),Nov./Dec.2001，第1頁及其下)。
由於(為了有意義的測量結果)在類似於或等同於期望的用途期間之條件的條件下執行該成像系統之測量係有利的，已嘗試將為乾式系統建立之測量技術調適成浸沒接物鏡之測量。在來自該申請人之尚未公佈之專利申請案DE 102 61 775.9中，展現因提供形成流體腔之構件而適合於測量浸沒系統之測量系統，提供形成流體腔之構件係用於(例如)以使得產生一其中可保持浸液至少達一段測量時間之浸液腔室的方式定界物件側結構載體與成像系統間之間隙及/或影像側結構載體與成像系統間之間隙。此專利申請案之揭示內容以引用方式併入本描述內容中。
根據發明者之觀察，在浸沒條件下之測量期間，可能發生測 量精確性之逐漸惡化。
本發明係基於提供剛開始時提及之類型的測量系統之目的，該測量系統適用於測量浸沒成像系統且其避免浸液損害測量精確性。
作為對此目的之解決，本發明根據一規劃提供一用於光學成像系統之光學測量之測量系統，其被提供以將一配置於該成像系統之物件表面中之圖案成像於該成像系統之影像表面中，該成像系統被設計成一用於借助於配置於該成像系統之物件側及影像側中之至少一者上的浸液而成像的浸沒系統。該測量系統包括至少一個具有一測量結構之結構載體，該結構載體提供成配置於浸液區域中，該結構載體經指派有一保護系統以增加對浸液引起該測量結構降級之阻抗。
較佳地，該測量系統包括一具有一待配置於該成像系統之物件側上的物件側測量結構之物件側結構載體；一具有一待配置於該成像系統之影像側上的影像側測量結構之影像側結構載體；該物件側測量結構及影像側測量結構以一使得當物件側測量結構借助於該成像系統而成像於影像側測量結構上時，產生一疊加圖案的方式彼此匹配；及一用於局部地解析所獲取之疊加圖案的偵測器；其中該物件側結構載體及影像側結構載體中之至少一者提供成配置於浸液區域中且經指派有一保護系統以增加對浸液引起該測量結構降級之阻抗。
如剛開始時所提及，在光學成像系統之調整、限定及特徵化期間，可能必須以借助於測量技術設想之操作模式來測量成像系統，該測量技術採用該成像系統之影像表面區域中的影像側測量結構。該等測量技術可為(例如)上述之莫爾測量技術、點繞射測量技術或剪錯干涉測量法。
若待限定之成像系統係一浸沒系統，在此期間一浸液在有用操作期間提供於該最後影像側光學元件與影像表面之間，為達成有意義的測量結果，用在操作期間使用之浸液或光學類似的浸液部分或完全填充該成像系統之最後光學元件與用於測量的影像側測量結構之間的間隙係有利的。
在許多已知測量系統中，該等影像側測量結構由結構化之薄層形成，其施加至一大體上透明之基板。一結構載體可由(例如)石英玻璃或氟化晶體材料之基板形成，其中一(例如)藉由蝕刻結構化以形成所要測量結構的金屬層施加至一基板表面。一典型實例為玻璃基板上之鉻層。可自在浸沒操作期間金屬結構直接曝露至浸液且同時曝露至短波測量輻射之事實產生問題。在試驗中，在此等條件下，可判定鉻層之逐漸降級，此導致受影響之測量結構中之逐漸變化且因此亦導致由後者達成之光學效應。以此方式，可以一難以監控之方式削弱測量之精確性。
若受到降級威脅之測量結構由適當保護系統保護以不經受浸沒介質之化學及物理侵蝕，則可避免此等問題。應以使得受到降級威脅之該結構載體之測量結構由保護系統保護而不產生關於浸液之光學條件之不可控制的損害的方式設計並配置該保護系統。因此，可關於浸沒下的測量條件建置受威脅之測量結構之長期穩定性，使得在接近彼等實際使用之操作條件的操作條件下，高度精確之測量係可能的。
該結構載體通常包含一基板，其較佳地對測量輻射透明，一形成測量結構之塗層塗覆至該基板之至少一個基板表面。該塗層可藉由(例如)微影方法或直接結構化方法二維地結構化，使得在大體上透明之區域附近存在實質上不透明(輻射不可滲透)區域。特定言之，對紫外線區域中之應用而言，可容易地結構化之金屬或金屬合金之薄塗層被證明為值得的，尤其鉻或含有鉻之金屬可為有利的。
該保護系統可配置於朝向遠離基板之塗層之側面，且在某些實施例中，亦覆蓋該基板之未經塗覆之區域，在其它實施例中大體上僅覆蓋塗層自身。該保護系統較佳地相關於形成該結構之塗層及基板以使得形成該結構之塗層以在所有側面上大體上不滲透液體之方式密封於該基板與保護系統之間的方式而被塗覆。以此方式，可提供受降級威脅之塗層材料之封裝，其確保在浸泡測量條件下之結構載體之長期穩定性。
在一研發中，該保護系統包含至少一個對測量輻射透明之保護層。特定言之，該保護系統可專門由保護層形成。保護層可在適當薄層方法(例如，CVD、PVD或相關塗覆方法)中產生且直接在待保護之測量結構上沉積。在另一研發中，形成測量結構之金屬塗層之電鍍塗層具有一金屬，其較塗層之材料關於浸液在化學上更穩定。亦可能自形成測量結構之金屬塗層之材料的反應產物形成一保護層，以用於以一鈍化層方式產生一堅固地黏附之保護層。
保護層可由單一材料層形成。其可為(例如)由透明固體材料製成之大體上平面平行之板或在薄層方法中產生之薄的個別層。保護層亦可包含複數個彼此疊加之材料層，且可(例如)形成為介電交替層系統或形成為塗覆板。
在一研發中，該保護層包含至少一個障壁層，其大體上不可滲透浸液。該障壁層可由至少一種障壁層材料組成，該至少一種障壁層材料大體上對浸液化學地阻抗且大體上無穿過朝向遠離基板的障壁層之外側至朝向該結構的障壁層之側面的孔。借助於障壁層，可能防止浸液向前滲透遠至受保護之測量結構達任何實質程度。可獨自地或結合其它材料層來提供該障壁層。一障壁層可形成為個別層或多個層。
在一研發中，該障壁層大體上由具有高填料密度之氧化材料組成。由於在干涉層系統中，二氧化矽(SiO2)材 料可低至193 nm用作無吸收、低折射率材料，且給定適當塗覆技術(例如，離子濺鍍)可大體上無孔塗覆，因此二氧化矽(SiO2)之使用特別有利。
在一實施例中，所提供之保護層為一單一二氧化矽層。幾十奈米的幾何層厚度(例如，在約30 nm與約100 nm之間)在目前被視為適當的。
該保護層可以使得除防止浸液之化學物理侵蝕之保護作用(在此處最為重要)之外，亦存在可定義之光學作用(例如，用於保護層與浸液之間的固液界面之反射減少作用)的方式設計。
該保護層可含有至少一個具有至少一種氟化材料之障壁層，其大體上對相應操作波長透明且大體上不可溶解於浸沒介質中。特定言之，視操作波長而定，該障壁層可含有以下材料中之至少一者或大體上由此一材料組成，氟化錒(AcF3)、氟化鉍(BiF3)、氟化餌(ErF3)、氟化銪(EuF3)、氟化釓(GdF3)、氟化鈥(HoF3)、氟化鉀鎂(KMgF3)、氟化鑭(LaF3)、氟化鈉釔(NaYF4)、氟化釹(NdF3)、氟化釤(SmF3)、氟化鋱(TbF3)、氟化鈦(TiF3)、氟化銩(TmF3)、氟化釩(VF3)、氟化鐿(YbF3)、氟化釔(YF3)。所有提及之材料低至193 nm為適當的。特定言之，稀土氟化物ErF3、GdF3、LaF3及KMgF3亦可在157 nm下使用。
保護層亦可能包含至少一個障壁層，其含有以下氧化材料中之至少一者或大體上由此等材料中之一者組成，二氧化矽(SiO2)、氧化鎂鋁(MgAl2O4)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鎢(WO2)、三氧化鎢(WO3)。在此處所有材料均在193 nm下適當；若選定了較小層厚度，SiO2亦可在157 nm下使用。
保護層亦可能為一單獨組件，其安裝於待保護之測量結構與浸液之間，若必要距該測量結構有一定距離。可存在之間隙可(例如)填充有較浸液相比更不具侵蝕性的液體 或填充有氣體。該保護系統可包含一透明平面平行板，其在測量期間配置成直接位於測量結構上或以距後者有一定距離之方式配置於後者與浸液之間。當用於該板之固持結構(例如，環形固持結構)置於適當位置中時，其側向密封待保護之測量結構，使得該測量結構由該板及固持結構形成之保護系統以一不透液體之方式密封。
在用於乾式系統之習知測量系統中，由於塗層改變待測試之光束之光學特性，因此通常省略測量結構之光學塗層。為最小化保護系統對測量結果之損害，在測量系統之較佳實施例中，對於待由保護系統之影響校正之來自整體系統之測量值採取措施，以允許做出關於待測量之成像系統之特性的精確結論。為此，較佳實施例之一評估裝置含有一用於評估疊加圖案之評估程式及一用以藉由結構上之保護系統之光學效應之計算來考慮疊加圖案的校正程式。
校正可基於代數或光束光學計算，保護系統之特性藉由其厚度、材料或材料組合及透照區域中之折射率或折射率組合而被考慮。保護系統對測量結果之呈其它變體之影響由與未受保護但在其它方面相同的結構載體之比較測量來試驗地判定。
本發明亦關於用於光學成像系統之光學測量之測量系統之結構載體，其中該結構載體具有至少一個測量結構。此可為(例如)一繞射光柵、一用於一莫爾測量方法之線結構或一具有至少一個針孔之測量結構。為保護該測量結構不受在使用結構載體之時點存在之浸液的損害，該測量結構受保護系統之保護以增加該測量結構對浸液所引起之降級的阻抗。該保護系統可由(例如)薄的單層石英形成，該單層石英較佳地無穿過該保護層之自由表面至待保護之測量結構的孔。
此特徵及其它特徵亦自除申請專利範圍外之描 述內容及圖式出現，每一情形中之個別特徵可能獨自地或以亞組合形式之複數地實現於本發明或其它領域之實施例中，且可能代表有利的且亦固有地能保護之實施例。圖式中說明了本發明之例示性實施例且將在下文中更詳細地加以解釋。
100‧‧‧測量系統
110‧‧‧物件側結構載體
111‧‧‧影像側測量結構
120‧‧‧影像側結構載體
121‧‧‧影像側測量結構/繞射光柵
122‧‧‧平面平行板
123‧‧‧繞射光柵
125‧‧‧保護系統
126‧‧‧外表面
130‧‧‧偵測器
131‧‧‧顯微鏡物鏡
132‧‧‧感光偵測器元件
140‧‧‧照明系統
150‧‧‧投影物鏡
151‧‧‧入口側透鏡
152‧‧‧出口側透鏡
153‧‧‧瞳孔
155‧‧‧物件平面
156‧‧‧影像平面
160‧‧‧評估單元
170‧‧‧波紋管
171‧‧‧浸液
176‧‧‧浸液
300‧‧‧測量系統
310‧‧‧影像側結構載體/針孔光罩
311‧‧‧物件側測量結構
312‧‧‧針孔
315‧‧‧繞射光柵
320‧‧‧影像側結構載體
321‧‧‧影像側測量結構
322‧‧‧第二針孔
323‧‧‧開口
325‧‧‧石英基板
332‧‧‧偵測器元件
340‧‧‧照明系統
350‧‧‧成像系統
351‧‧‧入口側透鏡
355‧‧‧物件平面
356‧‧‧影像平面
360‧‧‧評估單元
371‧‧‧浸液
376‧‧‧浸液
520‧‧‧影像側基板載體
521‧‧‧影像側測量結構
522‧‧‧基板
525‧‧‧透明板/支撐板
526‧‧‧固持結構
527‧‧‧加壓氣體連接
528‧‧‧第二連接
571‧‧‧浸液
626‧‧‧電接點
627‧‧‧連接結構
727‧‧‧連接焊盤
728‧‧‧鉻場
圖1係用於一整合入一微影投影曝光系統中之用於浸沒投影物鏡之光學測量之剪錯干涉測量系統之實施例的示意側視圖；圖2係配置於圖1中展示之測量系統之影像側上之組件之詳細圖，其中影像側測量結構由石英保護層保護；圖3係用於藉由點繞射干涉測量法進行之測量的浸沒投影物鏡之測量系統之示意側視圖；圖4係來自圖3的點繞射干涉儀之影像側測量結構之示意透視圖；圖5係配置於具有一受由石英玻璃製成之平板保護之影像側測量結構之測量系統之另一實施例之影像側上之組件之詳細圖；圖6係一受由電鍍方法產生之保護層保護之線光柵之示意說明；且圖7係一受由電鍍方法產生之保護層保護之棋盤形繞射光柵之示意說明。
圖1中示意地展示之測量系統100係用於併入一微影投影曝光系統之投影物鏡150之光學測量，該微影投影曝光系統設計成藉由浸沒微影法在193 nm之操作波長下產生經精細結構化之半導體組件。自多個透鏡建構且用作還原物鏡之投影物鏡150由入口側透鏡151及出口側透鏡152圖 示地表示，且在期望使用期間，用於將配置於其物件平面155中之結構載運光罩(主光罩)之圖案成像至投影物鏡之影像平面156中之目的，影像平面156中存在一施加至待結構化之半導體晶圓之感光層。為此目的，該主光罩借助於照明系統140加以照明，該照明系統140自充當主要光源之雷射之輻射形成與投影物鏡之焦闌要求相匹配之照明輻射。
由於生產操作與測量操作間之變化，該主光罩(例如，具有半導體組件之特定層之布局)由測量系統之物件側結構載體110替代，其中一物件側測量結構111施加至該物件側結構載體110。作為晶圓之替代，具有影像側測量結構121之影像側結構載體120安裝於影像平面156之區域中。後者被指派有一局部解析偵測器130，其或與影像側結構載體120一起進進出出地變化或可永遠安裝於影像平面下方。
在待測量之成像系統150之物件側上，該測量系統因此包含投影曝光系統之照明系統140及具有物件側測量結構111之物件側結構載體110，物件側測量結構111被用作進入投影物鏡150之測量輻射之相干性的所定義之設定的相干光罩。為此目的，物件側測量結構111配置於物件平面155中。舉例而言，申請專利案US 2002/0001088 A1中描述了適當相干光罩之構造，該案之內容以引用方式併入本描述內容中。
在成像系統之影像平面中，配置於成像系統150之影像側上之影像側測量結構121設計成繞射光柵且因此具有光柵結構，光柵結構之尺寸(例如，線寬及線間距)大約為測量輻射之波長之量值。具有繞射光柵121之影像側結構載體由移動箭頭B表示，配置成使得其可在投影物鏡150之影像平面中側向移動。
在輻射方向上追蹤繞射光柵之偵測器130包含 一二維延伸的局部解析感光偵測器元件132。一顯微鏡物鏡131配置於繞射光柵與偵測器元件之間，其與偵測器元件一起安裝於一環形安裝台中。顯微鏡物鏡131係設計成將投影物鏡之瞳孔153之區域成像至偵測器元件132上，該偵測器元件作為(例如)影像記錄攝像機之CCD陣列加以實施。由偵測器元件記錄之剪錯干涉測量法干涉圖案在一評估單元160中加以評估以判定成像參數，其代表投影物鏡之成像行為及/或其成像缺陷或波像差。
至此程度已知此等剪錯干涉儀之功能且因此將不作詳細描述。
測量系統之特別特徵在於，其為浸沒接物鏡150之測量加以設計，其中在半導體生產之期望使用期間，投影物鏡之出口表面與配置於施加至晶圓之光阻層之影像平面121中之表面間之窄間隙由較空氣或真空相比高度折射的浸液填充。以此方式，解析能力及景深可增加，而真空操作波長不變。
為能夠在投影物鏡之期望使用期間盛行之光學條件下執行測量，將測量系統100調適成適於相應浸沒操作。為此目的，為進行測量，一流體腔藉由波紋管170或其它形成流體腔之適當構件形成於接物鏡出口與影像側測量結構111之間，使得在測量期間，在例示性情形中由極其純淨的水組成之浸液171可配置於接物鏡出口與繞射光柵之間。視需要，影像側結構載體120與偵測器130間之間隙亦可由浸液176填充，該浸液對具有數值孔徑NA>1之測量而言為必不可少的。在此情形中，波紋管構件或其它形成流體腔之構件亦可提供於繞射光柵載體120與偵測器之間。
應指出其中將浸液置入所關注之間隙中且將其保持於此的方式對本發明而言並不重要。給定該等間隙之適當較小軸向範圍，毛細管力可足以將浸液保持於間隙中(參看 圖2)。
在圖2中，詳細展示了測量系統100之影像側部分。該影像側結構載體120包含一平面平行板122，該板由對所使用之測量輻射透明且在193 nm測量系統中通常為合成之石英玻璃且在157 nm之系統中通常為氟化鈣的材料製成。繞射光柵121係由施加至待指向投影物鏡之平坦基板表面的鉻之微結構化之塗層形成。US 2002/0001088 A1中展示了繞射光柵之可能結構之實例(例如，類似棋盤之繞射光柵)。
存在一危險，若相對長期地接觸浸液，則形成繞射光柵121之鉻層將在短波測量輻射作用下受損，使得(例如)線寬度及/或線間距可由於鉻之溶解或分離及/或由於浸液與鉻之間的反應產物之沉積而逐漸變化。為避免此等對測量精確性有損害之降級現象，用保護系統125保護繞射光柵123防止浸沒介質之侵蝕。該保護系統125由單一石英(SiO2)保護層形成，其在結構化形成該結構之塗層121後的薄層過程中藉由氣相沉積或類似方法以一使得保護層以保護方式既在朝向遠離基板之側面上又在側向邊緣上覆蓋繞射光柵塗層的方式施加至塗層。敏感影像側測量結構121因此在所有側面上由保護性石英環繞且因此被密封。
藉由在離子輔助產生石英層125期間之適當過程管理，後者大體上無孔或無自朝向浸液之外部穿過直至保護金屬塗層121之孔。由於保護層之透明石英材料亦對水化學阻抗，確保了由不可溶於液體中且不滲透液體之障壁層125對敏感測量結構121之永久保護。
已展示具有一適當厚度(例如，在30 nm與100 nm之間)之單一層的石英塗層滿足其作為保護層之用途所必需之邊界條件。此等包括輻射穩定性、對所使用之測量輻射之足夠透明度、關於浸液及可溶解於其中之物質之化學穩定性，及/或關於由輻射產生的浸液之反應產物及/或溶解於其 中之物質的化學穩定性。此外，提供對保護層之有效性而言至關重要的密封特性，亦提供關於繞射光柵及(化學性相同的)基板之鉻材料之化學穩定性。申請者2003年12月19日申請之臨時美國申請案US 60/530,623中展示了其它適當層系統，因此該案之內容以引用方式併入此描述內容中。
在干涉圖之評估中，在此實施例中，考慮以下事實，保護層125具有一光學效應，其疊加於實際上探尋之成像系統之光學特性上。對一第一近似值而言，在此情形中，該保護層被考慮為繞射光柵上之平面平行板，其提供球面對稱影響至該成像系統之波前。整合入該評估單元之評估程式含有一校正程式以考慮此效應，其對應於球面像差之引入。為此目的，基於關於平板作用之已知關係(參看，例如，由Schröder撰寫之課本"Technische Optik"[Technical Optics]，Vogel Buchverlag，第八版，(1998))，藉由使用保護層之光學特性(諸如厚度及折射率)，保護層對測量值之影響藉由代數或光束光學計算來判定且在計算校正中考慮所得校正值。
在另一校正方法中，執行測量系統之一試驗校準。為此目的，藉由比較測量具有一保護層之繞射光柵與未經塗覆但在其它方面相同之繞射光柵，試驗地判定保護層對測量結果之影響。接著在評估干涉圖期間考慮此影響。可在不同結構載體上執行比較測量。待比較之該等結構亦可置於同一結構載體上。可由(例如)未經塗覆或無保護層之同一基板載體之一部分來形成未經塗覆之比較結構。以此方式，原位比較測量係可能的，其結果動態地與在測量期間存在之光學條件關聯。
保護層對測量結果之待校正之影響愈低，保護層與浸液之間的折射率上的差異愈低。對在193 nm下具有約為1.437之折射率的浸液極度純淨之水而言，此可藉由使用較石英(n1.56)相比具有較低(平均)折射率之保護層材料來達 成。舉例而言，可使用具有低折射率氟化物材料之保護層(例如，上述之稀土氟化物材料)。
亦應注意相對於以下事實而言石英塗層亦為有利的，在193 nm浸沒微影而言，最近已嘗試藉由增加折射率之添加劑增加所使用之水的折射率。舉例而言，藉由添加硫酸鹽、鹼金屬(諸如銫)或磷酸鹽至水，能產生離子液體，其折射率高於極度純淨之水的折射率(參看，標題為"'Doped water' could extend 193-nm immersion litho"之由D.Lammers著作的網際網路公開案，http：/www.eetimes.com/semi/news/jan.2004)。以此方式，關於石英層之折射率上之差異可減少至使得上述校正可能變得可有可無的程度。
在157 nm之操作波長下，(例如)全氟聚醚(PFPE)為適合的，其在157 nm下足夠透明且可與當前在微影技術中所使用之某些光阻材料相容。一種所測試之浸液在157 nm下具有n1=1.37之折射率。用於液體阻抗保護層之適當材料為(例如)在157 nm下透明之上述稀土氟化物。
具有根據本發明而保護之測量結構之結構載體亦適用於根據其它測量原理操作之測量系統。舉例而言，該物件側測量結構與影像側測量結構可彼此匹配使得當物件側測量結構成像至影像側測量結構上時，產生一如開始所提及之莫爾圖案。在莫爾系統之情形中，一自根據圖1之測量系統之繞射光柵結構之差異在於選定物件側測量結構之物理相干特性使得繞射效應在測量中不發揮任何相關作用。
在圖3中，展示了測量系統300之一實施例，其構造成用於浸沒操作之點繞射干涉儀。相同或相應特徵具有如圖1中相同的增加200之參考符號。
在照明系統340後的成像系統350之物件側上為一物件側結構載體310，其包含一具有針孔312之物件側測 量結構311，其配置於物件平面355中以產生第一球面波。光束分裂器以繞射光柵315之形式提供於針孔光罩310與投影物鏡之入口側透鏡351之間，以產生一與第一波相干的第二球面波。或者，光束分裂繞射光柵可配置於物件側針孔測量結構之前或接物鏡出口與同樣形成為一針孔測量結構之影像側測量結構間之影像側上。為相移之目的，光束分裂繞射光柵315經配置使得其可如由移動箭頭B表示而側向移動。
置於影像平面356中或投影物鏡之影像平面附近的影像側測量結構321(參看，圖4)具有一第二針孔322，以藉由繞射產生一球面參考波。用於參考波之產生的輻射源自由繞射光柵315供應之第一或第二球面波經由成像系統之成像，其在圖3中分別由實線及虛線示意地表示。除針孔322之外，影像側測量結構具有一第二、更大開口323以允許試樣波自由通過。以此方式，參考波及試樣波之相干疊加發生於偵測器元件332之偵測平面上，且所產生之干涉圖案可由偵測器元件332以局部解析之方式加以偵測且由連接於下游之評估單元360加以評估。
此處，投影物鏡350亦為一浸沒接物鏡，使得測量係借助於配置於投影物鏡與影像側測量結構321間之浸液371而有利地執行，浸液376亦可能提供於影像側結構載體320與偵測器之間。
如可自圖4看出，影像側結構由施加至石英基板325之鉻塗層321形成，其中具有可與操作波長相當之直徑的針孔322及經比較大體上較大之第二開口323作為切口被提供。具有約30 nm至100 nm之厚度的封閉石英保護層325以橫向重疊方式覆蓋由鉻塗層形成之整個不透明區域(以與針孔322及參考開口323之透明區域完全相同之方式)。
如在根據圖1及圖2之實施例中，在用於校正測量結果之點繞射干涉圖之評估中亦可考慮石英塗層325之光 學效應。
圖5展示了配置於適於浸沒操作之剪錯干涉測量之測量系統的另一實施例之投影物鏡之影像側上之組件之詳細圖。相同或相應特徵具有如圖2中相同的增加400之參考符號。
在此實施例中，待保護不受浸液571損害之影像側測量結構521如在許多習知測量結構中一樣，不具有薄光學塗層但未被塗覆。針對浸液之保護係由以下事實產生：測量結構521由平面平行、透明板525覆蓋，其由待環狀地置於繞射光柵521周圍之固持結構526於繞射光柵521上保持一較小距離。確定液體不可滲透及液體阻抗固持環526之高度尺寸使得一中空空間產生於自我支撐板525與測量結構之間。平面板由一種材料組成，該材料既允許該系統之在操作波長下之輻射穿過，且在照射下足以相對於所使用之浸液及可能溶解於其中的物質或反應產物化學穩定。在所展示之193 nm系統中，板525由合成石英玻璃組成，在157 nm系統之情形中，氟化鈣可用作板材料。該板在其一個平板表面或兩個平板表面上可具有一薄光學層以減少反射。該板與固持結構526一起形成一以一不滲透液體之方式環繞該測量結構之保護系統。
視測量條件而定，形成於板525與測量結構521之間的中空空間可由氣體或由第二浸液填充。在填充一第二浸液之情形中，此應較佳地選定使得其在以操作波長之照射下不侵蝕形成結構521之鉻塗層之材料，且較平板相比具有一較低折射率。在此情形中，可能藉由選擇平板與測量結構之間的適當距離來以一機械光學方式補償平板對成像光束路徑之光學效應。在此情形中，較佳地選擇中空空間之高度使得由平板525引入之球面像差大體上或完全由具有低折射率之透明液體之大體上平面平行層補償。或者，在一給定中空 空間之情形中，平板525之厚度亦可藉由適當再加工步驟與中空空間之高度相匹配。在此等情形中，可省卻測量結果之上述校正。當使用一第二浸液時，另一優勢在於，不考慮用於成像系統之第一浸液571，可能選擇一甚至在照射下亦不侵蝕基板522上之測量結構，或不具有如第一浸液571般之相同侵蝕程度的液體。
若該中空空間由氣體填充，由於氣體較透明固體相比具有較低折射率，因此可完全滿足中空空間之補償特性。在由氣體填充之情形中，可採取措施以使此保持於一可控正壓下，使得可避免在第一浸液571作用下之平板525之可能偏移。為此目的，可在固持環526上提供加壓氣體連接527。當在中空空間內使用第二浸液時，該連接亦可用於用液體填充中空空間。在此裝置之一研發中，該第二浸液可由一第二連接528排除，使得可產生一液態迴路。此具有一優勢：可藉由沖洗效應減少污染(例如，由輻射引發)。
為所描述之折射率補償的目的，特定而言可以下列兩種方式來完成對充當保護系統之透明部分之平板525與待保護之測量結構521間之距離的判定。第一，若足夠精確地已知操作波長下的平板之厚度及折射率及第二浸液或氣體之折射率，則以一計算方式。或者或此外，可藉由使用一允許持續調整影像側測量結構521與平板525間之軸向間距之裝置來執行具有未以上述方式修正但以其它方式而結構上相同之影像側基板載體520之比較測量。此設定較佳地以逐步改變之方式執行直至來自具有保護系統之測量的測量結果不再大體上不同於不具有保護系統但具有相同測試接物鏡之測量的測試結果。
為最小化保護塗層對測量結構之光學效應，在本發明之一研發中採取措施以藉由加工步驟再加工該保護層，其中校正歸因於下方結構層之可能的形狀偏差。舉例而言， 此一加工步驟可為一拋光過程，藉由該步驟，一高度精確之平面可產生於保護層之外側上且用作輻射入口表面。若由於塗覆過程，該塗層之外側已平坦，則可能省卻此一加工步驟。在圖2中展示之實施例中，儘管具有金屬層121之不透明區域與位於其間的不具有金屬層121之透明區域間之保護層125之層厚度急劇改變，但該保護層125具有一光學上平坦之外表面126。
作為對用光學透明之層材料完全密封基板及形成測量結構之塗層的上述保護塗層之替代，亦可能將適當保護系統僅提供給形成測量結構之結構層的金屬組件。此方法之一優勢在於在用於入射輻射之光路中不存在光束光學變化，但在任何情形中(視測量結構之典型結構尺寸而定)，在繞射特性中存在一細微結構變化，使得可期望保護系統之顯著更低的光學效應。
在一研發中，提供具有相對於浸液而言化學上更穩定的另一金屬(例如金)的形成測量結構之金屬塗層(例如，鉻)之電鍍塗層。由於電化學應用，此選擇性施加之保護層僅附著至形成測量結構之塗層之導電材料(例如鉻)而不附著至不導電之基板材料(例如玻璃)。電鍍塗層之一先決條件為待保護之結構必須能進行導電接觸(例如，藉由彼此連接)。在線光柵(圖6)之情形中，此可藉由在光柵設計中併入一連接至電接點626之連接結構627來完成。在一尤其適於剪錯干涉測量之棋盤形結構(圖7)中，可藉由併入較小連接焊盤727至設計中來確保至個別鉻場728之電連接，該等連接焊盤中之一導向至電接點。
在另一實施例中，形成測量結構之塗層之材料的金屬層經受一化學處理，使得在塗層之表面上產生較金屬自身相比相對於浸液在化學上更穩定之連接。舉例而言，已知用於鋁之此類型之鈍化。在結合大氣氧之特定條件下，鋁形 成表面處之氧化鋁之所謂鈍化層，此使得其相對於與水或氧之進一步反應而呈惰性。因此保護層亦可由鈍化層形成，該鈍化層由形成測量結構之塗層材料與適當周圍介質之化學反應產生。此保護層接著含有作為組成組件之塗層材料自身。
本發明不限於對待安裝於影像側上之結構載體之保護。此外，待安裝於影像側上的結構載體之測量結構可根據本發明加以保護，例如圖1中展示之相干光罩110、圖3中展示之針孔光罩310及繞射光柵315或莫爾光罩。此尤其適用於以下情形，其中在所測量之成像系統中，浸液在有用操作期間用於物件側上，例如，在微影系統之主光罩之區域中。
100‧‧‧測量系統
110‧‧‧物件側結構載體
111‧‧‧影像側測量結構
120‧‧‧影像側結構載體
121‧‧‧影像側測量結構/繞射光柵
125‧‧‧保護系統
130‧‧‧偵測器
131‧‧‧顯微鏡物鏡
132‧‧‧感光偵測器元件
140‧‧‧照明系統
150‧‧‧投影物鏡
151‧‧‧入口側透鏡
152‧‧‧出口側透鏡
153‧‧‧瞳孔
155‧‧‧物件平面
156‧‧‧影像平面
160‧‧‧評估單元
170‧‧‧波紋管
171‧‧‧浸液
176‧‧‧浸液

Claims (28)

  1. 一種用於一微影曝光系統之一投影物件之光學測量之測量系統，該投影物件被設定以將一配置於該成像系統之一物件表面中之圖案成像於該投影物件之一影像表面中，該投影物件被設計成一用於借助於一配置於該投影物件之該物件側及該影像側中之至少一者上的浸液而成像的浸沒物件；該測量系統包含：至少一個具有一測量結構之結構載體，該結構載體被設定成配置於該浸液之區域中，該結構載體被指派有一保護系統以增加該測量結構對由該浸液所引起之降級之阻抗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該測量系統係設定用於一波前量測。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該測量系統為一剪錯干涉儀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，包含：一具有一待配置於該成像系統之該物件側上的物件側測量結構之物件側結構載體；一具有一待配置於該成像系統之影像側上的影像側測量結構之影像側結構載體；該物件側測量結構及該影像側測量結構當該物件側測量結構借助於該成像系統而成像於該影像側測量結構上時，以產生一疊加圖案的方式使得彼此匹配；及 一用於局部地解析該所獲取之疊加圖案的偵測器；其中該物件側結構載體及該影像側結構載體中之至少一者被提供成配置於該浸液之該區域中且被指派有一保護系統以增加該測量結構對由該浸液所引起之降級之阻抗。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之測量系統，其中該測量系統為一剪錯干涉儀，且該疊加圖案為一剪錯干涉圖案。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該結構載體包含一基板，在該基板上一形成該測量結構之塗層施加於至少一個基板表面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之測量系統，其中該塗層由一金屬或一金屬合金組成，尤其由鉻或一含鉻金屬組成。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之測量系統，其中該保護系統係相關於形成該測量結構之該塗層及該基板以一使得該塗層由該基板及該保護系統以一在所有側面上大體上不滲透液體之方式密封的方式而施用。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該保護系統包含至少一個對測量輻射透明之保護層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該保護系統係專門地由一施加至該測量結構之保護層形成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層係由一對測量輻射透明之單一材料層形成。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層包含至少一個大體上不可滲透該浸液之障壁層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之測量系統，其中該障壁層由至少一種大體上對該浸液化學阻抗且大體上無自朝向遠離該測量結構的該障壁層之一外側穿過至朝向該測量結構的該障壁層之一側的障壁層材料組成。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層係一單一二氧化矽層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之測量系統，其中該個別二氧化矽層具有一介於約30 nm與約100 nm之間之幾何層厚度。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層包含複數個彼此疊加之材料層。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層經設計為一用於一在該保護層與該浸液之間形成的固液界面之反射減少層。
  18. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層為一形成該測量結構之一金屬塗層之電鍍塗層且由一較該塗層之該材料而言相對於該浸液在化學上更穩定之金屬製成。
  19. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層係以一來自一形成該測量結構之金屬塗層之該材料之一反應產物的鈍化層方式形成，其較該塗層之該材料而言相 對於該浸液在化學上更穩定。
  20. 如申請專利範圍第9項所述之測量系統，其中該保護層係相關於由於一形成該測量結構之下方塗層而導致的可能之形狀偏差以一使得充當一輻射入口表面之該保護層之一外側為一平坦表面的方式而加以校正。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該保護系統係一與該結構載體分離且處於或可安裝於該測量結構與該浸液之間的組件。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該保護系統係以一使得一可由一氣體或一液體填充之間隙可產生於該測量結構與該保護系統之間的方式構造。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之測量系統，其中該保護系統包含一對測量輻射透明且在該測量期間配置於該測量結構與該浸液之間的平面平行板。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之測量系統，其中該保護系統包含一用於該板之固持結構，當其置於該結構載體上時，其側向密封待保護之該測量結構，使得該測量結構由該板及該固持結構所形成之該保護系統以一不可滲透液體之方式密封。
  25. 如申請專利範圍第4項所述之測量系統，其中一用於自該疊加圖案判定至少一個描述該成像系統之該成像品質之成像參數的評估裝置被提供，其包含一用於評估該疊加圖案之評估程式及一用以藉由該結構上之該保護系統之一光學效應之計算來考慮該疊加圖案之校正程式。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之測量系統，其中對該保護系統之該光學效應之判定包含對於一具有保護系統之測量結構之至少一個測量變數的判定，以判定該測量變數之一第一測量值及對於一不具有保護系統之於其它方面相同之測量結構，以判定用於該測量變數之一第二測量值，且該差異形成於該第一測量值與該第二測量值之間。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之測量系統，其中具有保護系統之該測量結構及不具保護系統之該測量結構係由一具有一僅在一子區域中的保護系統之測量結構形成。
  28. 一種微影投影曝光系統，設定藉由浸潤式微影以製造一細微結構元件，包含：一照明系統；一投影物件：及如申請專利範圍第1項所述之量測系統。
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