JP4116637B2 - 楕円偏光計、測定デバイス及び方法並びにリソグラフィ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置及び方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを適用するマシンである。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。その場合、マスクなどのパターン化構造を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、このパターンが、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば１つ又は複数のダイ部分が含まれている）に画像化される。通常、１枚の基板には、順次露光される目標部分に隣接する回路網が含まれている。知られているリソグラフィ装置には、パターン全体を同時に目標部分に露光することによって目標部分の各々が照射される、いわゆるステッパと、パターンを投影ビームで所与の方向（「走査」方向）に走査し、且つ、基板をこの方向に平行に、或いは非平行に同期走査することによって目標部分の各々が照射される、いわゆるスキャナとがある。

本明細書においては、リソグラフィ装置の、とりわけＩＣの製造における使用が参照されているが、本明細書において説明するリソグラフィ装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造などの他のアプリケーションを有していることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェハ」或いは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」或いは「目標部分」という用語の同義語と見なすことができることは、当業者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、例えばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、且つ、露光済みレジストを現像するツール）或いは度量衡学ツール若しくは検査ツール中で、露光前若しくは露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用することができる。また、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために複数回に渡って処理することができるため、本明細書に使用されている基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。

本明細書に使用されている「放射」及び「ビーム」という用語には、可視レンジ（即ち３８０〜７８０ｎｍ）外の放射、例えば紫外（ＵＶ）放射（例えば波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍの放射）、極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば波長の範囲が５〜２０ｎｍの放射）、及びイオン・ビーム或いは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。

本明細書に使用されている「パターン化構造」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板の目標部分にパターンを生成するために使用することができる構造を意味するものとして広義に解釈されたい。また、放射ビームに付与されるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。通常、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に生成されるデバイス、例えば集積回路内の特定の機能層に対応している。

パターン化構造は、透過型であっても或いは反射型であっても良い。パターン化構造の実施例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ及びプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのマスク・タイプ、及び様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。プログラム可能ミラー・アレイの実施例には、マトリックスに配列された微小ミラーが使用されている。微小ミラーの各々は、入射する放射ビームが異なる方向に反射するよう、個々に傾斜させることができるため、この方法によって反射ビームがパターン化される。

支持構造は、パターン化構造を支持している。つまりパターン化構造の重量を支えている。支持構造は、パターン化構造の配向、リソグラフィ装置の設計及び他の条件、例えばパターン化構造が真空環境中で保持されているか否か等に応じた方法でパターン化構造を保持している。パターン化構造の支持には、機械式締付け技法、真空締付け技法或いは他の締付け技法、例えば真空条件下における静電締付け技法を使用することができる。支持構造は、例えば必要に応じて固定若しくは移動させることができ、且つ、例えば投影システムに対してパターン化構造を確実に所望の位置に配置することができるフレームであっても、或いはテーブルであっても良い。本明細書における「レチクル」或いは「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターン化構造」という用語の同義語と見なすことができる。

本明細書に使用されている「投影システム」という用語には、例えば使用する露光放射に適した、或いは液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要因に適した屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック光学系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。

また、照明システムには、投影放射ビームを導き、整形し、或いは制御するための屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント及びカタディオプトリック光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントが包含されており、このようなコンポーネントについても、以下、集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。

リソグラフィ装置は、場合によっては２つ（二重ステージ）以上の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、或いは１つ又は複数の他のテーブルを露光のために使用している間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。

また、リソグラフィ装置は、基板が比較的屈折率の大きい液体中、例えば水中に浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置であっても良い。また、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムの第１のエレメントの間に液浸液を充填することも可能である。液浸技法は、当分野においては、投影システムの開口数を大きくすることでよく知られている。

表面の複素反射率は、通常、楕円偏光計を使用して決定される。このような表面は、例えばウェハの頂部であり、或いはウェハ上の位置合せマーカ／構造、若しくは人間の組織片であっても良い。測定した複素反射率を解釈することによって、個々の表面の特性に関する情報が得られる。

既存の装置では一次元の測定しかできないが、本発明者は、将来的には二次元の測定の実行が可能であり、例えば位置合せマーカ間の相互距離を決定することができることに注目している。その場合、楕円偏光計をリソグラフィ装置に使用することができる。詳細には、楕円偏光計は、（ウェハの）位置合せに関連して使用される。

現在利用可能な楕円偏光計（スキャタロメータとも呼ばれている）は、一般に低速であり、この低速性が、すべてのアプリケーションにおいて測定に時間がかかる原因になっており、また、スキャタロメータのためのインライン度量衡学アプリケーションに重大な問題をもたらしている。本発明者は、この測定に時間を要する原因が、一般的に、主として楕円偏光計の測定ユニットの技術的な設計に関係していることを認識している。通常、楕円偏光は、回転アナライザ、回転リターダなどの可動部品を備えた測定デバイスを使用して測定され、また、光弾性変調器も広く使用されている。これらの光弾性変調器も、可動部品を備えた測定デバイスと見なすことができる。

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｓｔａｎｔ−ａｎａｌｙｓｉｓ．ｃｏｍ／ｐａｔｅｎｔｓ／ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ＿ｐａｔｅｎｔ＿ｎｅｗ．ｈｔｍ（２００４年５月２日付けで利用可能）で、例えば楕円偏光計の実施例の１つを呼び出すことができる。この文書には、異なる位置に配置された、６つの光検出器をカバーする４つの偏光子からなる特殊な解析板と、２つの光検出器をカバーする波長板が開示されている。単色光が解析板に入射し、続いて光検出器に当たる。光検出器に入射する光によって生成される電気信号を使用して、適切なコンピュータと協力して、解析板に入射する単色光の偏光状態が測定される。単色光の偏光状態を評価するためには、その単色光の偏光度、方位角及び軸比に関する情報を得ることが望ましいが、上記解析マスク及び必要な検出器の数がこの楕円偏光計を比較的複雑にしている。従来の楕円偏光計には少なくとも４つの検出器が必要である。

本発明の一実施例による楕円偏光計は、境界表面に沿って第２の部分に接続された少なくとも第１の部分を備えた光学コンポーネントを備えている。第１の部分及び第２の部分は、複屈折部分である。第１の部分は、第１の方向に沿って配向された第１の光軸を有しており、第２の部分は、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って配向された第２の光軸を有している。光学コンポーネントは、使用中、偏光状態を有する放射ビームを境界表面で受け取るようになされており、境界表面は、楕円偏光計を使用している間、放射ビームを第１の部分へ反射する第１及び第２の成分に分割し、また、同じく楕円偏光計を使用している間、第２の部分へ透過する第３及び第４の成分に分割するようになされている。少なくとも１つの検出器は、偏光状態の計算を可能にするために、この４つの成分のうちの少なくとも３つの成分の特性を測定するようになされている。一アプリケーションでは、このようなデバイスを使用して、入射する光の偏光状態の迅速な測定を可能にしている。

本発明の他の実施例による楕円偏光計は、少なくとも第１の複屈折部分及び第２の複屈折部分を備えた少なくとも１つの光学コンポーネントを備えている。第１の複屈折部分は、第１の方向に沿って配向された第１の光軸を有しており、境界表面に沿って、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って配向された第２の光軸を有する第２の複屈折部分に接続されている。また、楕円偏光計は、少なくとも１つの検出器を備えている。少なくとも１つの光学コンポーネントは、偏光状態を有する放射ビームを前記境界表面で受け取るようになされており、また、境界表面は、放射ビームを第１の複屈折部分へ反射する第１及び第２の成分に分割し、また、放射ビームを第２の複屈折部分へ透過する第３及び第４の成分に放射ビームを分割するようになされている。少なくとも１つの検出器は、偏光状態を計算するために、この４つの成分のうちの少なくとも３つの成分の特性を測定するようになされている。

本発明の一実施例では、上で説明した楕円偏光計と、偏光状態を計算するようになされた検出及び評価ユニットとを備えた測定デバイスが提供される。

本発明の一実施例によるデバイス製造方法には、基板を提供するステップと、照明システムを使用して放射ビームを提供するステップと、放射ビームの断面にパターンを付与するためにパターン化構造を使用するステップと、パターン化された放射ビームを基板の目標部分に投射するステップが含まれており、上で説明した楕円偏光計を使用して基板の表面が特性化される。

他の実施例によるデバイス製造方法には、基板の表面の複素反射率を決定するステップと、放射ビームを提供するステップと、放射ビームをパターン化するステップと、パターン化された放射ビームを前記基板の表面の目標部分に投射するステップが含まれており、本明細書において説明する楕円偏光計を使用して表面の複素反射率が決定される。

本発明の他の実施例によるデバイス製造方法には、基板を提供するステップと、照明システムを使用して放射ビームを提供するステップと、放射ビームの断面にパターンを付与するためにパターン化構造を使用するステップと、パターン化された放射ビームを基板の目標部分に投射するステップが含まれており、上で説明した測定デバイスを使用して基板の表面が特性化される。

一実施例による方法には、放射ビームを提供するステップと、放射ビームの断面をあるパターンを使用してパターン化するステップと、パターン化された放射ビームを基板の表面の目標部分に投射するステップと、本明細書において説明する測定デバイスを使用して基板の表面の複素反射率を測定するステップが含まれている。

本発明の一実施例による測定方法には、測定放射ビームを第１の複屈折部分の光軸に沿って第１の複屈折部分と第２の複屈折部分の間の境界表面に導くステップが含まれている。第２の複屈折部分は、第１の複屈折部分の光軸とは異なる方向に沿って配向された光軸を有している。また、この方法には、前記境界表面で第１の複屈折部分へ反射する測定ビームの第１及び第２の成分、及び前記境界表面を第２の複屈折部分へ透過する測定ビームの第３及び第４の成分を含むグループの少なくとも３つの成分の特性をそれぞれ測定するステップが含まれている。

本発明の他の実施例による楕円偏光計は、第１の複屈折部分と、第２の複屈折部分と、少なくとも１つの検出器とを備えている。第１及び第２の複屈折部分は、前記第１の複屈折部分を透過した放射ビームが、第１の成分、第２の成分、第３の成分及び第４の成分に分割され、前記第１及び第２の成分が前記境界表面で前記第１の複屈折部分へ反射し、また、前記第３及び第４の成分が前記境界表面を前記第２の複屈折部分へ透過するよう、前記境界表面を介して光連絡するようになされている。少なくとも１つの検出器は、第１の成分、第２の成分、第３の成分及び第４の成分のうちの少なくとも３つの成分の特性をそれぞれ測定するようになされている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例に過ぎないが、添付の略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は、対応する部品を表している。

本発明による実施例は、入射する単色光の偏光状態を最小数の検出器のみを使用して、容易に、且つ、高い信頼性で迅速に測定するようになされた改良型設計特性を備えた楕円偏光計（つまり比較的単純な楕円偏光計）を備えている。

図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を略図で示したものである。このリソグラフィ装置は、放射（例えばＵＶ放射若しくはＥＵＶ放射）ビームＰＢを提供するようになされた照明システム（イルミネータ）ＩＬ、及びパターン化構造（例えばマスク）ＭＡを支持するようになされた、該パターン化構造を投影システム（「レンズ」）つまりアイテムＰＬに対して正確に配置するようになされた第１の位置決めデバイスＰＭに接続された第１の支持構造（例えばマスク・テーブル）ＭＴを備えている。また、このリソグラフィ装置は、基板（例えばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するようになされた、該基板を投影システム（「レンズ」）つまりアイテムＰＬに対して正確に配置するようになされた第２の位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴ、及びパターン化構造ＭＡによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイが含まれている）に画像化するようになされた投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬを備えている。

図に示すように、このリソグラフィ装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用した）タイプの装置である。別法としては、このリソグラフィ装置は、反射型（例えば上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイを使用した）タイプの装置であっても良い。

イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。放射源が例えばエキシマ・レーザである場合、放射源及びリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。このような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとは見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビーム・エキスパンダを備えたビーム引渡しシステムＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビーム引渡しシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、ビームの角強度分布を調整するようになされた調整構造ＡＭを備えることができる。通常、イルミネータのひとみ平面内における強度分布の少なくとも外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）は調整が可能である。また、イルミネータＩＬは、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＤなどの他の様々なコンポーネントを備えている。イルミネータは、所望する一様な強度分布をその断面に有する、放射ビームＰＢと呼ばれている調節済み放射ビームを提供している。

放射ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを透過した放射ビームＰＢは、放射ビームを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決めデバイスＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉デバイス）を使用して正確に移動させることができ、それにより、例えば異なる目標部分Ｃを放射ビームＰＢの光路内に配置することができる。同様に、第１の位置決めデバイスＰＭ及びもう１つの位置センサ（図１には明確に示されていない）を使用して、例えばマスク・ライブラリから機械的に検索した後、若しくは走査中に、マスクＭＡを放射ビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決めデバイスＰＭ及びＰＷの一部を形成している長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されているが、ステッパ（スキャナではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータのみに接続することができ、或いは固定することも可能である。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。

図に示す装置は、以下に示す好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、基本的にマスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが静止状態に維持され、放射ビームに付与されたパターン全体が目標部分Ｃに１回で投影される（つまり単一静止露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ及び／又はＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップ・モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一静止露光で画像化される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードでは、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期走査される（つまり単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）及び画像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一動的露光における目標部分の幅（非走査方向の幅）が制限され、また、走査運動の長さによって目標部分の高さ（走査方向の高さ）が決定される。
３．その他のモードでは、プログラム可能パターン化構造を保持するためにマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動若しくは走査される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或いは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラム可能パターン化構造が更新される。この動作モードは、上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターン化構造を利用しているマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。

上で説明した使用モードの組合せ及び／又はその変形形態若しくはまったく異なる使用モードを使用することも可能である。

次に図２を参照して楕円偏光計８の一般動作原理について説明する。このような楕円偏光計８は、例えばリソグラフィ装置（図１参照）内若しくは二重ステージ・スキャン装置の位置合せユニット内のウェハ・ステージの近くに配置することができる。楕円偏光計８は、参照数表示２で示す長方形の略図で示す光学コンポーネント（若しくは複数の光学コンポーネントの組合せ）を備えている。単色光ビーム１５がこの光学コンポーネント２に入射する。単色光ビーム１５は、調査中の表面から受け取ることも可能である。光学コンポーネント２内では、偏光子及び／又は波長板の様々な組合せを使用して、連続する様々な位置で１組の測定を実行することができるが、このような測値を得るためには、これらのコンポーネントを物理的に移動させる必要があるため、これは、時間を消費する動作である。別法としては、単色光ビーム１５を偏光子及び／又は波長板の組合せを同時に通過する複数の成分に分割することも可能であるが、この原理に基づく楕円偏光計が比較的複雑になる。

上記のいずれの方法を使用しても、図２にそれぞれ参照数表示４、１０、１２及び１４で参照されている測定信号を提供することができる（例えば単色光ビーム及び／又はその成分を受け取る１つ又は複数の光検出器から）。測定信号４、１０、１２及び１４は、検出及び評価ユニット３０に入力される。検出及び評価ユニット３０（例えば多数の光検出器及び／又は適切にプログラムされたコンピュータ若しくはプロセッサを備えることができる）は、測定信号４、１０、１２及び１４を評価し、入射する単色光ビーム１５の偏光状態６を提供している。

図３は、本発明の一実施例による楕円偏光計１００を示したものである。図２に使用されている参照数表示と類似の参照数表示は、類似の部品を表している。図３に示す楕円偏光計は、プリズム１を備えている。このプリズム１は、図２に示す光学コンポーネント２として使用することができる。プリズム１は、第１の部分３及び第２の部分５を備えている。第１の部分３は、単軸（即ち「光学」若しくは「光」）軸１７を有しており、また、第２の部分５は、単軸軸２９を有している。

第１の部分３及び第２の部分５は、境界表面即ち境界表面２７に沿って互いに接続されている。第１の部分と第２の部分の間の関係を示すために本明細書に使用されている「接続されている」という用語は、必ずしも固定接続を意味するものではないことは理解されよう。本発明は、第１の部分３及び第２の部分５が互いに近接して配置される（例えば第１の部分から第２の部分への光連絡が生じるように）場合にも機能することを理解されたい。単色光ビーム１５は、境界表面２７で、それぞれ対応する位置１９、２１、２３及び２５に配置されている４つの検出器３１、３３、３５及び３７に衝突する４つの部分、即ち成分７、９、１１及び１３に分割される。検出器３１、３３、３５及び３７は、検出及び評価ユニット３０に接続されている。

楕円偏光計は、次のように機能する。プリズム１は、入射する単色ビーム１５が伝搬する方向に第１の部分３の単軸軸１７が実質的に沿うように配向されている。このように配向するためには、事前の適切な較正を必要とする場合がある。単色ビーム１５には可視光及び／又は電磁スペクトルの可視部分の外側の周波数（可視部分を超える周波数若しくは可視部分未満の周波数）の放射が含まれている場合がある。単色ビーム１５は、プリズム１の前部表面即ち「面」１６に衝突してプリズム１に入射する。前部表面１６及び境界表面２７は、互いに所定の角度で配向されている。

実質的に単軸軸１７に沿って導かれる単色ビーム１５は、第１の部分３を通過する間、実質的に分割されない状態を維持する。境界表面２７に単色ビーム１５が当たると、単色ビーム１５の部分１１及び１３がプリズム１の第２の部分５へ透過し、単色ビーム１５の部分７及び９が第１の部分３へ後方反射する。プリズム１の第１の部分３の単軸軸１７の配向は、プリズム１の第２の部分５の単軸軸２９の配向とは異なっている。第２の部分５は、第１の部分３に対して、透過ビーム１１と単色ビーム１５が正確に整列するように配置することができるが、本発明の原理は、この特定の位置合せが存在しない構造にも適用することができる。

部分３及び部分５は複屈折部分であり、これは、当業者には明らかであるように、境界表面２７で反射した単色ビーム１５が単軸軸１７に対して一定の角度で伝搬し、互いに直交する２つの直線偏光状態、つまり、正規即ち「ｏ」部分９と異常即ち「ｅ」部分７に分割されることを意味している。単色ビーム１５のうちの境界表面２７を透過する部分は、単軸軸２９に対して一定の角度で透過し、正規即ち「ｏ」部分１１と異常即ち「ｅ」部分１３に分割される。「正規」及び「異常」の定義は、当業者に知られている通りである。

続いて、それぞれ対応する位置１９、２１、２３及び２５に配置されている４つの検出器３１、３３、３５及び３７に部分７、９、１１及び１３が当たる。これらの検出器３１、３３、３５及び３７は、部分７、９、１１及び１３の強度を測定し、これらの４つの強度を表す出力信号を検出及び評価ユニット３０に出力する。この検出及び評価ユニットは、例えば本明細書において記述されている表現式を評価するようになされたプロセッサを備えた評価ユニットとして構築することができる。検出及び評価ユニット３０は、強度から、また、ｏ−部分及びｅ−部分の偏光から、当業者に知られている計算規則に従って、入射する単色ビーム１５の偏光を決定する。ｏ−部分９は、単色ビーム１５と比較して０°でｙ偏光され、ｅ−部分７は、単色ビーム１５と比較して９０度で（ｘ＋ｙ）偏光される。また、ｏ−部分１１は、単色ビーム１５と比較して−４５°で（ｘ−ｙ）偏光され、ｅ−部分１３は、単色ビーム１５と比較して４５°で（ｘ＋ｙ）偏光される。別法としては、強度の代わりに（且つ／又は強度に追加して）単色ビーム１５の部分７、９、１１及び１３の位相を使用して、単色ビーム１５の偏光状態を得ることも可能である。

また、境界表面２７は、適切な物質でコーティングすることも可能であり、それにより透過する光パワーと反射する光パワーを等しくすることができる。つまり、検出を容易にするだけの十分なパワーをすべてのビームが有するよう、単色ビーム１５の総入力パワーを反射ビーム７、９及び透過ビーム１１、１３に対して分割することができる（例えば５０％−５０％になるように）。例えばＴＢＰ反射コーティング剤（例えばドイツＧｏｅｔｔｉｎｇｅｎ在所のＬＩＮＯＳ（株）が市場に出している、最大５０％まで反射する広帯域部分反射コーティング剤）を使用することができる。

また、境界表面２７の位置における「充填」材として空気（の層）を考慮することも可能である。本発明の一実施例では、第１の部分３と第２の部分５の間に得られる「エア・ギャップ」が、使用波長の半分程度（例えば数百ナノメートル）になることがあり、このような場合、第１の部分３と第２の部分５の間に直接的な機械的接触が存在することは考えられない。

本発明の他の実施例では、空気とコーティング剤を組み合わせることができる。例えば、第１の部分３と第２の部分５の間のギャップの一部に、例えば上で言及したＴＢＰ反射コーティング剤などの物質を約５マイクロメートルのエア・ギャップと組み合わせて充填することができる。その場合、例えば機械的接触によって物質／コーティング剤に応力がもたらされ、そのために物質／コーティング剤が変形し、且つ／又はコーティング剤の特性（例えば反射特性）がその影響を受けるため、第１の部分３と第２の部分５の間の機械的な接触を回避することが望ましい。

説明を目的として、検出器３１、３３、３５及び３７（図３参照）によって測定される強度から、入射する放射ビーム１５の偏光を如何にして計算することができるかを示す例を以下に示す。

プリズム１を参照すると、図３に示すように、軸｛ｘ、ｙ、ｚ｝が示されている。面１６に入射する楕円偏光は、｛ｘ、ｙ｝平面の２つの成分によって与えられる。
Ｅ_ｘ＝Ｅ_ａｓｉｎ（ωｔ）
Ｅ_ｙ＝Ｅ_ｂｓｉｎ（ωｔ＋δ）
原理的には、上記関係は、位相差δ、振幅比Ｒの２つの直線偏光ビームの和として楕円偏光を見ることができることを示している。

Ｒ及びδは、楕円偏光計を使用して測定することができる。

２つの入射振幅は、複素項で次のように表すことができる。
Ｅ_ｘ＝Ｅ_ａｅ^ｊωｔ
Ｅ_ｙ＝Ｅ_ｂｅ^{ｊ（ωｔ＋δ）}
上式で、

である。これらのビームは、境界表面２７に到達するまで変化することなく「移動」する。境界表面２７に到達すると、入射ビーム１５の部分７及び９が反射し、部分１１及び１３が透過する。最初に反射部分７及び９について考察する。

境界表面２７をコーティングする場合、コーティングが施された境界表面２７の反射は、反射係数ｒで表すことができる。この反射係数は、コーティングの特性であり、通常、光の偏光の配向及び入射角によって決まる。また、この反射係数は複素数である。

プリズム１の第１の部分３の軸１７の特定の配向のため、ビロー・アズＯＮ（入射面に直角の偏光）とも呼ばれる入射ビーム１５の部分９は正規ビームであり、また、ビロー・アズＯＭ（入射面内の偏光）とも呼ばれる部分７は異常ビームであることが分かる。ＯＮ（最初は０^０即ちｙ成分）部分及びＯＭ（最初は９０^０即ちｘ成分）部分に対する境界表面２７のコーティングの反射係数は、ｒ_０及びｒ_９０で表される。

したがって、ＯＭ部分及びＯＮ部分の振幅は、
Ｅ_ＯＭ＝ｒ_９０Ｅ_ａｅ^ｊωｔ
Ｅ_ＯＮ＝ｒ_０Ｅ_ｂｅ^{ｊ（ωｔ＋δ）}
になり、２つの部分７及び９の強度は、

で与えられる。

ここでは（図３参照）、Ｉ_Ｍは、検出器３１によって測定される部分７の強度であり、Ｉ_Ｎは、検出器３３によって測定される部分９の強度である。したがって第１のＲ値は、

として計算することができる。

上に挙げた例の場合、式（１）が適用されるのは、境界表面２７におけるコーティングが施された材料の絶対反射係数のみであることに留意されたい。

δを計算するためには、入射ビーム１５の透過部分１１、１３及び上で引き出された関係から計算することができるＲを使用することができる。

プリズム１の第２の部分５の配向は、ｘ＋ｙ方向の正規透過ビーム１１（ビロー・アズＯＲとも呼ばれる）の偏光が−４５°になり、また、−ｘ＋ｙ方向の異常ビーム１３（ビロー・アズＯＳとも呼ばれる）の偏光が４５°になるように選択することができる。このような場合、光軸２９の配向は、光軸２９が正規軸（ｘ＋ｙ）の偏光に対して直角でなければならないことを考慮して決定することができる。したがって、光軸２９の配向は、ベクトル（ｘ−ｙ）及び（ｚ）によって決定される平面内に制限しなければならない。合理的なオプションの１つは、方向（ｘ−ｙ＋ｚ）である。

また、コーティング層２７は若干の透過係数を有している。この透過係数は、偏光及び入射角にも依存しており、やはり複素数である。この例では、現在重要な数、即ちｔ_＋４５及びｔ_−４５のみが使用されている。ここでｔ_＋４５は、４５°で偏光した入射ビーム１５の部分１３の透過係数であり、ｔ_−４５は、−４５°で偏光した入射ビーム１５の部分１１の透過係数である。したがって、それぞれビロー・アズＯＲ及びビロー・アズＯＳとも呼ばれる透過部分１１及び１３の振幅は、
Ｅ_ＯＲ＝ｔ_−４５Ｅ_−４５
Ｅ_ＯＳ＝ｔ_＋４５Ｅ_＋４５
で表すことができる。

これは、強度を与えている。

ここでは（図３参照）、Ｉ_Ｒは、検出器３５によって測定される強度であり、Ｉ_Ｓは、検出器３７によって測定される強度である。界面Ｅ_＋４５、Ｅ_−４５における入射視野の成分は、既知の入射視野Ｅ_ａ、Ｅ_ｂから計算することができ、また、位相δに対応しているため、ここでは明確に示されていない。これは、図４に示すように、回転行列を使用して実施することができる。

この回転行列は、次のように表される。

上式では、検出器３５及び３７に対する強度の比率の中で相殺されるため、右辺の行列の前に掛かる係数、

は省略されている。検出器３５及び３７に対する強度の比率は、

で表される。

したがって、Ｅ_ｘ及びＥ_ｙの初期複素式が置き換えられ、

が得られる。この式は、さらに次のように単純化される。

上式に対する位相差δの値は、直ちに見出される。

ここで、

である。

上の計算では、反射係数及び透過係数に実数が使用されていることに留意されたい。しかしながら、一般的にはこれらの係数はテンソルであっても良く、したがってこれらの係数を行列化することができる。その場合、結果は上の式（１）及び（２）によってではなく、解を求める必要のある方程式の系によって与えられることになる。この例の式（１）及び（２）は、単なる近似式でしかない。

したがって、コーティングの透過係数ｔ及び反射係数ｒが分かり、また、比率Ｉ_Ｍ／Ｉ_Ｎ及びＩ_Ｓ／Ｉ_Ｒを計算するために４つのすべての検出器３１、３３、３５及び３７の強度を測定する場合、Ｒに対しては式（１）、また、δに対しては式（２）を使用して楕円偏光（Ｒ及びδ）の特性を測定することができることが分かる。さらには検出器の１つを省略し、合計３つの検出器を使用して楕円偏光の特性を得ることも可能である。

もう一度図４を参照して、この着想をさらに説明する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿った偏光（ビーム７、９及び１１）に対応する３つの検出器のみが存在していると仮定する。以下の説明では、反射係数若しくは透過係数の値は考慮されていない。Ｘ方向に対応する第１の検出器によって測定される強度と、Ｙ方向に対応する第２の検出器によって測定される強度の比率によって楕円のパラメータの１つ、即ち、

が与えられる。式（１）を参照されたい。入射する楕円偏光は、Ｘ方向に沿った直線偏光ビームとＹ方向に沿った直線偏光ビームの２つの直線偏光ビームのコヒーレント結合である。振幅の比率Ｅｘ／Ｅｙは、楕円偏光計の中で計算されるパラメータの１つである。

しかしながら、楕円偏光ビームを完全に特性化するためには、さらに、この２つの直線偏光成分ＥｘとＥｙの間の位相が必要であるが、強度Ｉｘ及びＩｙを測定するだけでは位相差を決定することはできない。これは、強度Ｉｘ及びＩｙが同じ強度を維持することを、２つの直線偏光成分ＥｘとＥｙの間の位相差を変化させることによって観察すると分かる。しかしながら、異なる方向（Ｘ’方向など）に沿って測定される強度は変化する可能性がある。例えばＥｘ＝Ｅｙの場合を考察すると、ＥｘとＥｙの間の位相差が０である場合、Ｘ’に沿った直線偏光が得られ（Ｘ’がＸに対して４５度で配向されている場合（図４参照））、したがって、

である。ＥｘとＥｙの間の位相差が１８０度である場合、Ｙ’に沿って偏光した光が得られ、したがってＥｘ’＝０である。つまりＥｘ’は、ＥｘとＥｙの間の位相差に従って０から

まで変化する。この変化は、Ｘ’方向に沿った強度を測定する第３の検出器を使用して測定することができる。

以上の説明では、測定量として強度が使用されているが、測定量として位相を使用した場合も、同じ楕円率特性を得ることができる。位相を測定するためには、反射ビーム及び透過ビーム７、９、１１及び１３を混ぜ合わせ、事実上、干渉計を生成することが望ましい。この結果は、例えば、ビーム１１の偏光を例えば２分の１波長板を使用して９０度回転させた後、単一の検出器にビーム１１及び１３を供給することによって実現することができる。

ビーム１５が入射する前面１６と境界表面２７の間の角度は、ｏ−部分９とｅ−部分７の間の角度が最大化されるように設計することができる。その構成の場合、検出器３１と３３の間の距離を比較的長くすることができる。この所定の角度は、数十度まで大きく変化させることができる。所定の角度と、ｏ−部分とｅ−部分の間の角度との間には数学関係が存在しているが、角度に対する典型的な間隔は、０°〜３０°（方解石製のプリズム１の場合）であり、ｏ−部分とｅ−部分の間が５°ないし１５°で分割される。

第１の部分３及び第２の部分５を互いに重ねて配置すると、入射ビーム１５の反射部分９及び７の強度を小さくすることができ、例えば１０％未満にすることができる。これは場合によっては有益であり、例えば入射ビーム１５が細長い楕円形に偏光される場合に有益である。この場合、プリズム１を調整して、４つの検出器３１、３３、３５及び３７の強度をほぼ同じ強度にすることができる。この調整は、例えば使用するコーティング及び／又はプリズム１の角度に対して実施することができる。

入射するビーム１５の偏光を計算するためには３つの強度で十分であることは理解されよう。しかしながら、同じく取得可能な第４の強度を、較正若しくは誤差制御（例えば単軸軸１７に対する入射ビーム１５の不整列の制御）を目的として使用することができる。入射するビーム１５の偏光には無関係に測定される４つの強度の間には、ある関係、即ち測定した４つの強度の合計がある定数に等しいという関係が存在している。

本発明の一実施例による楕円偏光計を使用して、例えば検出器の前方に回折格子を使用して広帯域測定を実行することができることは理解されよう。回折格子３９は、図３に示すように面１６の前方に配置することができる。追加若しくは別法として、個々の検出器３１、３３、３５及び３７のうちの１つ若しくは複数の前方に回折格子を配置することも可能である。

プリズム１のサイズは、本発明の一実施例では数センチメートル程度にすることができる。本明細書において説明した一実施例による楕円偏光計は、透過型（図１参照）及び反射型の両方のリソグラフィ装置に使用することができることは理解されよう。

本発明の一実施例によれば、成分の位相及び強度のうちの少なくともいずれか１つが測定される。位相及び強度は、偏光状態を容易に得ることができる特性である。

４つの成分の特性、例えば強度などを測定するように１つ又は複数の検出器を構成することができる。４つの強度を使用して望ましくない傾斜を修正し、且つ／又は適切な位置合せを制御することができる。

本発明の他の実施例では、第１の部分及び第２の部分は、それらの間に存在する少なくとも１つの層を介して接続されている。この層は、必要に応じて透過係数と反射係数がほぼ等しくなるように設計することができる。

本発明のさらに他の実施例では、少なくとも１つの層のうちの少なくとも１つに空気が含まれている。空気の層は、光学コンポーネントの２つの部品の間の機械的な接触量を少なくすることができる。

本発明の他の実施例では、楕円偏光計は、さらに、ビーム及び４つの成分のうちの少なくともいずれか１つを透過させるようになされた少なくとも１つの回折格子を備えている。このような構造を適用することにより、広帯域測定を実行することができる。

以上、特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。また、上で説明した実施例は、さらに、リソグラフィ装置を制御して、本明細書において説明した方法を実行するためのコンピュータ・プログラム（例えば１つ又は複数の命令セット若しくは命令シーケンス）、及び１つ又は複数のこのようなプログラムを機械可読形態で記憶した記憶媒体（例えばディスク、半導体メモリ）を備えている。以上の説明は、本発明の制限を意図したものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 楕円偏光計の動作原理を示す図である。 本発明の一実施例による楕円偏光計を示す図である。 本発明の一実施例による回転行列を示すグラフである。

符号の説明

ＡＭ ビームの角強度分布を調整するための調整構造
ＢＤ ビーム引渡しシステム
Ｃ 目標部分
ＣＤ コンデンサ
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明システム（イルミネータ）
ＩＮ インテグレータ
ＭＡ パターン化構造（マスク）
ＭＴ 第１の支持構造（マスク・テーブル）
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合せマーク
ＰＢ 放射ビーム（投影ビーム）
ＰＬ 投影システム（レンズ）
ＰＭ 第１の位置決めデバイス
ＰＷ 第２の位置決めデバイス
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合せマーク
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
１ プリズム
２ 光学コンポーネント
３ プリズムの第１の部分
４、１０、１２、１４ 測定信号
５ プリズムの第２の部分
６ 入射する単色光ビームの偏光状態
７、９、１１、１３ 単色光ビームの成分（部分）
８、１００ 楕円偏光計
１５ 単色光ビーム（単色ビーム、入射する放射ビーム、入射ビーム）
１６ プリズムの前部表面
１７、２９ 単軸軸
１９、２１、２３、２５ 検出器の配置位置
２７ 境界表面（コーティング層）
３０ 検出及び評価ユニット
３１、３３、３５、３７ 検出器
３９ 回折格子

Claims (34)

1. 第１の複屈折部分及び第２の複屈折部分を備えた光学コンポーネントであって、前記第１の複屈折部分が、第１の方向に沿って配向された第１の光軸を有し、且つ、境界表面に沿って前記第２の複屈折部分に接続され、前記第２の複屈折部分が、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って配向された第２の光軸を有する光学コンポーネントと、
   少なくとも１つの検出器とを備えた楕円偏光計であって、
   前記光学コンポーネントが、偏光状態を有する放射ビームを受け取るようになされ、
   前記第１の複屈折部分の前記第１の光軸が、前記放射ビームの伝搬方向に平行であり、かつ、前記境界表面で反射されたビームの伝搬方向に平行ではなく、
   前記境界表面が、前記放射ビームを前記第１の複屈折部分へ反射する第１及び第２の成分に分割し、且つ、前記第２の複屈折部分へ透過する第３及び第４の成分に分割するようになされ、
   前記少なくとも１つの検出器が、前記４つの成分のうちの少なくとも３つの成分の特性を測定するようになされた楕円偏光計。
2. 前記放射ビームが、２つの直線偏光ビームの和として表され、
   前記楕円偏光計が、測定された前記少なくとも３つの成分の特性に基づいて、前記偏光状態として、前記２つの直線偏光ビームの位相差δ、および、前記２つの直線偏光ビームの振幅比Ｒを計算するようになされた評価ユニットを備えた、請求項１に記載の楕円偏光計。
3. 前記評価ユニットがプロセッサを備えた、請求項２に記載の楕円偏光計。
4. 前記特性が、前記成分の位相及び強度のうちの少なくともいずれか１つである、請求項１に記載の楕円偏光計。
5. 前記第１の複屈折部分及び前記第２の複屈折部分が、それらの間に存在する少なくとも１つの層を介して接続された、請求項１に記載の楕円偏光計。
6. 前記少なくとも１つの層が、透過する光パワーと反射する光パワーを等しくするようになされた材料の層を備えた、請求項５に記載の楕円偏光計。
7. 前記少なくとも１つの層のうちの少なくとも１つが少なくとも１つの空気の層を備えた、請求項５に記載の楕円偏光計。
8. 前記少なくとも１つの空気の層の厚さが前記放射の波長の１／２である、請求項７に記載の楕円偏光計。
9. 前記少なくとも１つの光学コンポーネントがプリズムとして形状化された、請求項１に記載の楕円偏光計。
10. 前記４つの成分の各々に対して、前記少なくとも１つの検出器が、前記４つの成分の各々の少なくとも１つの特性を測定するようになされ、前記少なくとも１つの特性が、強度及び位相を含むグループのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の楕円偏光計。
11. 前記ビーム、前記４つの成分のうちの第１の成分、前記４つの成分のうちの第２の成分、前記４つの成分のうちの第３の成分、及び前記４つの成分のうちの第４の成分を含むグループのうちの少なくとも１つを透過させるようになされた少なくとも１つの回折格子をさらに備えた、請求項１に記載の楕円偏光計。
12. 請求項１に記載の楕円偏光計を備えたリソグラフィ装置。
13. 請求項１に記載の楕円偏光計と、前記偏光状態を計算するようになされた検出及び評価ユニットとを備えた測定デバイス。
14. 請求項１３に記載の測定デバイスを備えたリソグラフィ装置。
15. 前記第１の方向が、前記光学コンポーネントが受け取る前記放射ビームの伝搬方向に平行である、請求項１に記載の楕円偏光計。
16. 前記放射ビームの主波長が可視レンジの外側の波長である、請求項１に記載の楕円偏光計。
17. 前記第２の複屈折部分が、前記第３及び前記第４の成分のうちのいずれか一方が、前記光学コンポーネントが受け取る前記放射ビームの伝搬方向に平行の伝搬方向を有するように前記第１の複屈折部分に対して位置合せされた、請求項１に記載の楕円偏光計。
18. 測定放射ビームを第１の複屈折部分の光軸に沿って前記第１の複屈折部分と第２の複屈折部分の間の境界表面に導くステップであって、前記第２の複屈折部分が、前記第１の複屈折部分の前記光軸とは異なる方向に沿って配向された光軸を有するステップと、
    前記測定ビームの第１の成分、前記測定ビームの第２の成分、前記測定ビームの第３の成分及び前記測定ビームの第４の成分を含むグループのうちの少なくとも３つの成分の各々の特性を測定するステップとを含む測定方法であって、
    前記第１の複屈折部分の光軸が、前記測定ビームの伝搬方向に平行であり、かつ、前記境界表面で反射されたビームの伝搬方向に平行ではなく、
    前記第１及び第２の成分が前記境界表面で前記第１の複屈折部分へ反射し、
    前記第３及び第４の成分が前記境界表面を前記第２の複屈折部分へ透過する方法。
19. 前記測定ビームが、２つの直線偏光ビームの和として表され、
    前記方法が、測定された前記少なくとも３つの成分の特性に基づいて、前記測定ビームの偏光状態として、前記２つの直線偏光ビームの位相差δ、および、前記２つの直線偏光ビームの振幅比Ｒを計算するステップを含む、請求項１８に記載の測定方法。
20. 特性を測定する前記ステップが、前記グループの少なくとも３つの成分の位相及び強度のうちの少なくともいずれか１つを測定するステップを含む、請求項１８に記載の測定方法。
21. 前記境界表面が部分反射コーティングを備えた、請求項１８に記載の測定方法。
22. 前記境界表面が空気の層を備えた、請求項１８に記載の測定方法。
23. 特性を測定する前記ステップが、前記第１、第２、第３及び第４の成分の各々の強度を測定するステップを含む、請求項１８に記載の測定方法。
24. 前記測定ビームの主波長が可視レンジの外側の波長である、請求項１８に記載の測定方法。
25. 前記第３の成分の伝搬方向が前記第１の複屈折部分の前記光軸に平行である、請求項１８に記載の測定方法。
26. 前記測定放射ビームを導く前記ステップが、前記測定ビームとして基板の表面で反射された反射ビームを受け取るステップを含む、請求項１８に記載の測定方法。
27. 前記方法が、特性を測定する前記ステップの結果に基づいて前記基板の表面の複素反射率を決定するステップを含む、請求項２６に記載の測定方法。
28. 前記方法が、
    放射ビームをパターン化するステップと、
    パターン化されたビームを基板の表面の目標部分に投射するステップとを含み、
    前記測定放射ビームを導く前記ステップが、前記測定ビームとして基板の表面で反射されたパターン化されたビームの反射ビームを受け取るステップを含み、
    前記投射ステップが特性を測定する前記ステップの結果に基づく、請求項１８に記載の測定方法。
29. 第１の複屈折部分と、
    第２の複屈折部分と、
    少なくとも１つの検出器とを備えた楕円偏光計であって、
    前記第１の複屈折部分の光軸が、該第１の複屈折部分に入射する放射ビームの伝搬方向に平行であり、かつ、該第１の複屈折部分と該第２の複屈折部分との境界表面で反射されたビームの伝搬方向に平行ではなく、
    前記第１及び第２の複屈折部分が、前記第１の複屈折部分を透過した放射ビームが、境界表面で前記第１の複屈折部分へ反射する第１の成分及び第２の成分と、前記境界表面を前記第２の複屈折部分へ透過する第３の成分及び第４の成分に分割されるよう、前記境界表面を介して光連絡するようになされ、
    前記少なくとも１つの検出器が、前記第１、第２、第３及び第４の成分のうちの少なくとも３つの成分の各々の特性を測定するようになされた楕円偏光計。
    
30. 前記第１の複屈折部分が第１の方向に配向された光軸を有し、
    前記第２の複屈折部分が、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向された光軸を有する、請求項２９に記載の楕円偏光計。
31. 前記境界表面が部分反射コーティングを備えた、請求項２９に記載の楕円偏光計。
32. 前記第１の複屈折部分が、前記第１、第２、第３及び第４の成分のうちの少なくとも２つの成分の間のパワー分布を調整するために、前記第２の複屈折部分に対して移動可能になされた、請求項２９に記載の楕円偏光計。
33. 前記少なくとも１つの検出器が、前記４つの成分の特性を測定し、
    前記評価ユニットが、測定された前記４つの成分のうちの３つの成分の特性に基づいて、前記偏光状態を計算するようになされており、
    測定された前記４つの成分のうちの他の１つの成分の特性が較正に用いられる、
    請求項２に記載の楕円偏光計。
34. 前記特性を測定するステップにおいては、前記４つの成分の特性を測定し、
    前記計算するステップにおいては、測定された前記４つの成分のうちの３つの成分の特性に基づいて前記偏光状態を計算し、測定された前記４つの成分のうちの他の１つの成分の特性が較正に用いられる、
    請求項１９に記載の測定方法。

Images