JP2002530878A - 光学結像システムの収差を検出する方法 - Google Patents

光学結像システムの収差を検出する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来とは異なった原理に基づき、かつ各種の収差を互いに独立に測定することができる第一パラグラフに記述した型の方法を提供すること。 【解決手段】 結像システム(PL)の収差は、結像システムによってフォトレジスト(PR)に円形の位相構造(22)を結像させ、レジストを現像し、かつイメージプロセッサ(IP)に結合している走査検出デバイス(SEM)によりそれを走査して、正確でかつ信頼できる方法により、検出することができる。円形の位相構造は、リング構造(25)に結像され、そしてコマ収差、非点収差、三点収差などのようないくつかの可能性のある収差の各々は、リングの内側の輪郭(CI)と外側の輪郭(CE)の形状に特定変化を起こす。その結果、収差を、互いに独立して検出することが出来る。この新たな方法は、リソグラフィック投影装置のための投影システムを測定するために使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光学結像システムの収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクトを配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設けるステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジェクトを結像させるステ
ップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、そして - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度を有する走査検出デバイ
スによって前記現像されたイメージを検出するステップ を有する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査検出デバイスの解像度が結像システムのそれよりかなり高いと言う事実は
、結像システムにより個別に撮像することができる細部よりかなり小さい細部の
観測が、検出デバイスにより可能になることを意味する。
【０００３】 多数のレンズ素子を有する映写レンズシステムの形態の光学結像システムは、
ウェーハステッパとしてまたはウェーハ・ステップ・アンド・スキャナとして知
られているフォトリソグラフィック投影装置に、使用されている。このような装
置は、とりわけ、集積回路つまりICの製造に使用される。フォトリソグラフィッ
ク投影装置の場合、マスクに存在するマスクパターンは、UV領域の場合、例えば
、365nmの波長、また深紫外線領域の場合、例えば、248nmの波長を有する投影ビ
ームと映写レンズシステムとによって、基板の異なった領域(IC領域)上に何倍に
も拡大されて結像される。
【０００４】 上述した方法は、リソグラフィック投影装置における投影レンズシステムのコ
マ収差を測定する方法に関する、EPA 0 849 638の第一パラグラフにより知られ
ている。
【０００５】 この目的は、増大し続ける数の電子部品をICに集積化することにある。これを
実現するには、ICの表面領域を増大させ、かつコンポーネントのサイズを減少さ
せることが望ましい。投影レンズシステムに対しては、これは、イメージフィー
ルドと解像度の両方を増大させなければならないことを意味し、これにより、ま
すます微小化しつつある細部または線幅を、ますます増大しつつあるイメージフ
ィールドに、明確に定義された方法で結像させることが可能になる。これは、非
常に厳しい品質要件に対応しなければならない投影レンズシステムを必要とする
。このような投影レンズシステムの設計における多大な注意とこのシステムの製
造における高度の精度にもかかわらず、このようなシステムは、実際の応用に対
しては受け入れられない収差（例えば、球面収差、コマ収差と非点収差）を示す
場合がある。したがって、リソグラフィック投影レンズシステムは、実際には、
理想的な、回折−制限されたシステムではなく収差-制限されたシステムである
。これらの収差は、イメージフィールドの位置に依存し、かつイメージフィール
ドに結像された走査線の幅を変化させてしまう重要な原因となる。例えば、USA
5,217,831に記載されているように、移相マスクの使用のような新規な技術を、
リソグラフィック投影装置の分解能または解像度を向上させるために使用しても
、また、例えば、USA 5,367,404に説明されるように、軸ずれ照射を適用しても
、結像された線幅についての収差の影響は、増大する。
【０００６】 さらに、今日のリソグラフィック投影レンズシステムでは、収差は一定でない
。ひずみ、フィールドの曲り、非点収差、コマ収差および球面収差のような、低
いオーダの収差を最小にするために、これらのシステムは、一つ以上の可動レン
ズ素子を有する。同じ目的のために、投影ビームの波長またはマスクテーブルの
高さを、調整可能としても良い。これらの調整機能を使用すると、別のかつより
小さい収差が導入される。さらに、投影ビームの輝度は、出来る限り高くなけれ
ばならないので、リソグラフィック投影レンズは、収差の程度が時間と共に変化
してしまうエージングを受ける。
【０００７】 上述した考察に基づくと、収差の測定についての信頼性がありかつ正確な方法
に、増大するニーズが存在する。
【０００８】 また、投影ビームについては、極紫外(EUV)放射（すなわち、数nm〜数十nmの
範囲の波長の放射）のビームを使用することも、提案されている。これにより、
投影レンズシステムの解像度は、システムの開口数( NA )を増大させずにかなり
向上させることができる。EUV放射に対しては適切なレンズ材料が存在しないの
で、この場合には、レンズ投影システムの代わりにミラー投影システムを使用し
なければならない。リソグラフィックミラー投影システムは、とりわけ、EPA 0
779 258に記述されている。レンズ投影システムに対する理由と同様な理由によ
り、このEUVミラー投影システムに対しても、収差を測定する正確でかつ信頼で
きる方法に対するニーズがある。
【０００９】 前述のEPA 0 849 638の第一パラグラフは、フォトレジスト層に形成されるテ
ストマスクのイメージを、走査型電子顕微鏡の形態の走査検出デバイスにより走
査させる方法を除外している。その代わりに、光学手段により当該イメージを検
出することが、提案されている。この目的のために、交互に、放射を透過させか
つ放射を阻止する（すなわち、振幅構造の）ストリップの一つ以上のパターンを
有するテストマスクが使用されている。投影システムのコマ収差は、このような
パターンにより検出することができる。この検出は、形成されるイメージの明る
いストリップまたは暗いストリップの幅を測定し、および／またはパターンのイ
メージの端でのストリップ間の非対称を測定することに基づいている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、これとは異なった原理に基づき、かつ各種の収差を互いに独
立に測定することができる第一パラグラフに記述した型の方法を提供することで
ある。この方法が特徴とする点は、少なくとも一つの閉じた単一図形を有するテ
ストオブジェクトが使用され、そして前記走査検出デバイスにより観測されるこ
の図形のイメージが、前記単一図形の前記イメージ内の形状変化の異なった型の
少なくとも一つを確かめるためにイメージ解析され、形状変化の各型が、所定の
収差を示すことである。
【００１１】 単一図形とは、それ自体が閉じている単一等高線を有している図形を意味する
ものと理解すべきである。等高線は、図形とその雰囲気の間の境界線である。
【００１２】 本発明は、位相構造を有している図形の等高線が、単一線内に結像されるので
はなく、第一イメージ線と第二イメージ線内に結像され、その第二イメージ線が
、第一イメージ線の範囲内に位置し、そして、第一および第二イメージ線間の距
離が、結像システムの点広がり関数、つまりエアリ(Airy)分布によって決定され
ていると言う認識に基づく。したがって、本発明による方法の場合、結像システ
ムの点広がり関数即ちエアリ分布が有効に使用されている。このシステムが収差
を与えた場合、イメージ線の形状の偏差および／または2つのイメージ線の相互
位置の変更のような、理想的なイメージの所定の偏差が発生する。したがって、
この新規な方法は、振幅または黒白構造形態のテストチャートの使用では検出す
ることができない収差の検出を可能にする。振幅構造を有するテストチャートを
使用すると、その等高線は単一線に結像される。従って、そのようなテストオブ
ジェクトを使用すると、結像された単一等高線の偏差の原因となる結像システム
の収差しか、検出することができないので、これの正確度は、劣る。種類の異な
った収差の効果が、形成されたイメージ内で十分区別できる状態にある、換言す
れば、種類の異なった収差が、いかなる混線も示さないので、位相構造を有する
テストチャートを使用すると、同時に発生する種類の異なった収差を別々に検出
することができる。
【００１３】 リソグラフィック投影システムの非対称収差を測定する方法とデバイスに関す
る、USA 5,754,299に記述されている一実施例の場合、テストオブジェクトは、
位相パターンとして示されていることに留意する必要がある。しかしながら、こ
のパターンは、閉じた単一図形ではなく位相格子（例えば、位置合せマーク）で
ある。この格子から形成されるイメージは、格子それ自体と同じ外観を有する、
すなわち、各格子線は単一線に結像される。さらに、収差の測定に対しては、格
子のイメージは、異なった焦点セッティングごとに形成され、そして検出は、イ
メージそれ自体の形状および／または位置の変化を検出するのではなく、これら
のイメージの間の非対称を測定することに基づく。
【００１４】 本発明の方法は、さらに、走査型電子顕微鏡が、走査検出デバイスとして使用
されることを特徴とすることが好ましい。
【００１５】 実際問題としてすでに頻繁に使われているこのような顕微鏡は、この応用に対
し充分な解像度を有する。走査検出デバイスの別のより新たな型は、原子力顕微
鏡(AFM: atomic force microscope)と走査光学プローブ顕微鏡のようないくつか
の実施形態において使用可能である走査プローブ顕微鏡である。
【００１６】 本発明の方法は、さらに、使用されるイメージ分析法が、フーリエ解析を有す
ることを特徴とすることが好ましい。
【００１７】 フーリエ解析が正弦および余弦関数により作動するので、イメージの等高線を
直接分析することは著しく適切である。
【００１８】 テストオブジェクトの位相構造は、種々の方法で実現させることができる。例
えば、単一図形は、板の残りの部分の屈折率は異なっている屈折率を有する透明
板における領域によって構成させることができる。
【００１９】 本発明の方法の好適な一実施例は、すべての単一図形が、当該板の残部とは異
なった高さに置かれる板の領域によって構成されることを特徴とする。
【００２０】 当該領域は、板にさら穴をあける、または板から突出させる。この板は、結像
ビームの放射に透明であるか、またはそれを反射させるものとすることができる
。
【００２１】 単一図形は、正方形のまたは三角形の形状のような、種々の形状を有すること
ができる。本発明の方法の好適な一実施例は、当該領域が円形に形成されている
ことを特徴とする。
【００２２】 この時、単一図形の形状は、結像システムの円対称性に、最適に適合化されて
いて、そしてこの図形のイメージは2つの円のイメージ線から成る。形状の変化
とこれらのイメージ線の相互のオフセットは、容易に観測することができる。正
方形の単一図形が使用される場合であっても、投影システムによって形成される
この図形のイメージ線が充分に円形状に近似できるので、この新規な方法は良好
な結果を与える。
【００２３】 各単一図形は、さらに、この図形の領域と板の残部間の高さの差が、l80°の
位相差が結像ビームのに導入されるように、決められていることを特徴とするこ
とが好ましい。
【００２４】 透過性または反射性テストオブジェクトに対しては、これは、この高さの差が
、λ/(2(n2-n1)またはλ/4nのオーダでなければならないことを意味する（ここ
で、λは結像ビームの波長で、n2はテストオブジェクト材料の屈折率で、そして
n1は周囲の媒体の屈折率である）。この高さの差で、単一図形の領域から始まっ
ている結像ビームの一部とこの領域の環境から始まっている結像ビームの一部と
の間の位相差が最大となり、そして形成されるイメージのコントラストも最大と
なる。この領域の径が結像ビームの波長のオーダまたはそれより大きいオーダで
ある場合、最適の高さの差は、λ/(2(n2-n1))またはλ/4nに等しい。より小さい
径では、分極効果を考慮しなければならなく、そして、最適の高さの差は最後に
記載した値とは数パーセント異なる。
【００２５】 別の好ましい一実施例によると、領域の径は、λ/(NA.M)に比例している（こ
こで、λは結像ビームの波長、NAはイメージ側での投影システムの開口数、そし
てMはこのシステムの拡大倍率である）。
【００２６】 この時、テストオブジェクトのサイズは、投影システムにより行われる最小イ
メージの収差の測定を可能にするように、投影システムの解像度に適合化される
。
【００２７】 この方法は、とりわけ、フォトレジスト層が設けられている製造基板上に、製
造マスクに存在するマスクパターンを結像させる目的のリソグラフィック装置に
おいて、投影システムの収差を検出するために使用することができる。この方法
は、さらに、前記投影装置の製造マスクの前記位置に配置されている、位相構造
を備えた単一図形を少なくとも有するマスクが、テストオブジェクトとして使用
され、かつ、サポートを備えたフォトレジスト層が、製造基板の位置に設けられ
ていることを、特徴とする。
【００２８】 この方法は、この投影システムが目的とする環境に対応する環境の下で、投影
システムの収差を検出することができる利点を提供する。単一図形の数は、一〜
数十とさせることができる。これらの図形が、投影システムのイメージフィール
ドの範囲内で、異なった位置に結像されるので、イメージフィールドに渡って収
差が変化する。単一図形は小さいので、それらを、マスクパターンの細部の外側
の位置で製造マスクに設けることができる。
【００２９】 しかしながら、この方法は、さらに、少なくとも単一図形を有する空のテスト
マスクを使用することを特徴とすることが好ましい。
【００３０】 テストオブジェクトは、製造マスクと同じ材料でかつ同じ厚さを有し、マスク
パターンまたはその一部が無い透明板（この板を空のテストマスクと言うことが
ある）の凹部が形成されたまたは盛り上げられた部分により構成される。
【００３１】 本発明は、さらに、上述した方法を実行するシステムにも関する。このシステ
ムは、結像システムが一部を形成する光学装置、位相構造を有する少なくとも一
つの図形を有するテストオブジェクト、前記テストオブジェクトが結像されるフ
ォトレジスト層、前記フォトレジスト層内に形成されかつ現像される少なくとも
一つのテストオブジェクトイメージを走査する走査検出デバイス、そして前記観
測されたイメージを格納しかつ分析する、前記走査検出デバイスに結合されてい
るイメージプロセッサ、の組合せにより構成され、前記イメージプロセッサが、
前記一つの図形の前記形成されたイメージの形状変化の異なる型の少なくとも一
つを検出する評価手段を有することを特徴とする。
【００３２】 本発明は、マスクに存在するマスクパターンを基板に結像させるリソグラフィ
ック投影装置であって、投影ビームを供給する照射ユニット、前記マスクを収容
するマスクホールダ、前記基板を収容する基板ホールダ、そして前記マスクホー
ルダと前記基板ホールダ間に配置される投影システムを有する、前記方法を実行
するのに適した装置にも関する。この装置は、前記方法の前記インプリメンテー
ションにおいて、前記投影ビームが結像ビームとして使用され、そして前記照射
ユニットが、前記マスクパターンの前記基板への投影の間、前記方法のための前
記投影ビーム断面の前記径を、前記投影ビーム断面の前記径より小さい値に減ら
す手段を有することを特徴とする。
【００３３】 本発明は、上述した方法に使用されるテストオブジェクトにも関する。このテ
ストオブジェクトは、テストオブジェクトに関する上述した方法の実施例の特性
的特長の一つ以上を有する。このテストオブジェクトは、請求項12-17に記載の
特性的特長をさらに有することができる。
【００３４】 これらのそしてまた他の本発明の態様は、以下に記載する実施例を参照するこ
とにより、非限定的具体例から明らかになるであろう。
【００３５】
【発明を実施するための形態】 図1は、繰り返して基板上にマスクパターンを結像させる、リソグラフィック
装置の実施例の最も重要な光学要素のみを線図的に示す。この装置は、投影レン
ズシステムPLを収容している投影カラムを有する。このシステムの上部には、マ
スクパターンC（例えば、結像されるICパターン）が設けられているマスクMAを
収容するマスクホールダMHが配置されている。このマスクホールダは、マスクテ
ーブルMT内に存在する。基板テーブルWTは、投影カラム内の投影レンズシステム
PLの下に配置されている。この基板テーブルは、ウェーハと呼ばれる基板W（例
えば、半導体基板）を収容する基板ホールダWHも支持する。この基板には、マス
クパターンが、異なったIC領域Wdごとに何度も結像させなければならない放射感
光性の層PR（例えば、フォトレジスト層）が設けられている。この基板テーブル
はXとY方向に可動であるので、IC領域にマスクパターンを結像させた後、マスク
パターンの下に次のIC領域を配置させることができる。
【００３６】 この装置は、放射線源LA（例えば、クリプトンフッ化エキシマーレーザまたは
水銀ランプ）が設けられている照射システム、レンズシステムLS、反射板RE、そ
して集光レンズCOを更に含む。照射システムによって供給される投影ビームPBは
、マスクパターンCを照射する。このパターンは、基板WのIC領域上に投影レンズ
システムPLによって結像される。この照射システムは、EPA 0 658 810に記載さ
れているように、実施させることができる。この投影システムは、例えば、拡大
倍率M = 1/4、開口数NA = 0.6、および22mmの径を有する回折-制限されたイメー
ジフィールドを有する。
【００３７】 この装置には、さらに、複数の測定システム、すなわち、XY平面において相互
にマスクMAと基板Wを整列配置する位置合せシステム、基板ホールダの（それゆ
え、基板の）XおよびY位置とオリエンテーションを決定する干渉計システム、そ
して投影レンズシステムPLの焦点のイメージ面と基板W上のフォトレジスト層PR
の表面間の偏差を決定する焦点エラー発見システムが、設けられている。これら
の測定システムは、電子信号-処理および制御回路およびドライバ、またはアク
チュエータを有するサーボシステムの一部である。これによって、基板の位置と
オリエンテーションおよび集束を、これらの測定システムによって供給される信
号を参照して補正することができる。
【００３８】 位置合せシステムは、図1の右上部に示されるマスクMAの2つの位置合せマーク
M1とM2を使用する。これらのマークは、回折格子により構成するのが好ましいが
、これに代えて、それらの環境とは光学的に異なっている正方形またはストリッ
プのような他のマークによって構成させることもできる。位置合せマークは、二
次元である、すなわち、それらが、図1において2つの相互に垂直な方向、XとY方
向に延在することが好ましい。基板Wは、少なくとも2つの位置合せマーク、好ま
しくは、それらの内の2つ、P1とP2が、図1に示されている二次元の回折格子を有
する。マークP1とP2は、パターンCのイメージを形成しなければならない基板Wの
領域の外側に置かれる。格子マークM1とM2は、位相格子として実施するのが好ま
しく、格子マークP1とP2は、振幅格子として実施するのが好ましい。位置合せシ
ステムは、2つの位置合せビームbとb'が、基板位置合せマークP2とマスク位置合
わせマークM2を、または基板位置合せマークP1とマスク位置合わせマークM1を相
互に結像させるために使用される、ダブル位置合せシステムとすることが出来る
。位置合せシステムを通過したあと、位置合せビームは、放射-感光性の検出器1
3または13'によって受信される。この検出器は、関連するビームを、基板マーク
がマスクマークに対して整列配置される程度を表す電気信号に変換する。この結
果、基板はマスクに対して整列配置される。ダブル位置合せシステムは、このシ
ステムがより詳細に言及されているUSA 4,778,275に記載されている。
【００３９】 基板のXとY位置の正確な決定のために、リソグラフィック装置には、図1にお
いて線図的にブロックIFと示されている多軸干渉計システムが設けられている。
2-軸干渉計システムはUSA 4,251,160に記述されていて、3-軸システムはUSA 4,7
37,823に記述されている。5-軸干渉計システムは、EPA 0 498 499に記述されて
いる。これによると、Xとy軸方向の基板の変位と、z軸についての回転と、Xとy
軸についてのチルトを、非常に正確に測定することができる。ステップ・アンド
・スキャン・リソグラフィック装置は、基板干渉計システムのみならず、マスク
干渉計システムも有する。
【００４０】 図1に線図的に示されるように、干渉計システムの出力信号Siと位置合せシス
テムの信号S13とS'13は、信号-演算処理装置SPU（例えば、XY面で基板テーブルW
Tにより基板ホールダを移動させるアクチュエータACに対する制御信号SACに、当
該信号を処理するマイクロコンピュータ）に与えられる。
【００４１】 この投影装置は、更に、焦点面と投影レンズシステムPLとフォトレジスト層PR
の面との間の偏差を検出する、図1に示されていない焦点エラー検出デバイスを
含む。このような偏差は、例えば、レンズシステムと基板を相互にZ方向に移動
させることにより、または投影レンズシステムの一つ以上のレンズ素子をZ方向
に移動させることにより補正することができる。例えば、投影レンズシステムに
固着することができるこのような検出デバイスは、USA 4,356,392に記載されて
いる。基板の焦点エラーと局所的チルトの両方を検出するることができる検出デ
バイスは、USA 5,191,200に記載されている。
【００４２】 投影レンズシステムには、非常に厳しい要件が課される。例えば、0.35μm以
下の線幅を有している細部は、このレンズシステムによりシャープに結像されな
ければならないので、このシステムは、相対的に大きいNA（例えば、0.6）を有
していなければならない。さらに、このシステムは、例えば、23mmの径を有する
相対的に大きい、良好に補正されたイメージフィールドを有していなければなら
ない。これらの厳しい要件に対応することを可能とするために、投影レンズシス
テムは、大きい数（例えば、何十もの）のレンズ素子を有し、そしてレンズ素子
は、非常に正確に制作されなければならず、そしてこのレンズシステムは、非常
に正確に組み立てられなければならない。この時、投影システムの良好な制御は
、システムから十分に収差が除かれていて、かつこのシステムが、投影装置への
組み込みに適しているか否かを決定し、かつ補償する対策を講じることが出来る
、収差が、いろいろな原因によりまだ発生する可能性があるか否かを確かめるこ
とを可能とするために、不可欠である。
【００４３】 収差の検出には、投影装置それ自体を、検出方法を実行する測定システムの一
部として使用することができる。この方法によると、所定のテストパターンを有
するテストマスクは、マスクホールダ内に配置され、そしてこのテストパターン
は、製造マスクパターンが製造プロセスの間、放射-感光性の層に結像されるの
と同様に、放射-感光性またはフォトレジスト層に結像される。続いて、この基
板は、この装置から除去され、かつ、基板にレリーフパターン形態のテストパタ
ーンのイメージが得られるように、現像されそしてエッチングされる。このレリ
ーフイメージは、続いて走査検出デバイス（例えば、走査型電子顕微鏡）により
走査される。電子顕微鏡は、観測されたイメージをイメージデータに変換し、こ
れは、特別な映像処理プログラムを使用して、画像処理デバイス内で処理される
。その結果は、ダイアグラムまたはグラフに視覚化させることができる。これに
代えて、電子顕微鏡により観測される構造のビジュアルイメージを、例えば、モ
ニタに示すことも可能である。
【００４４】 この方法は、図2にブロック図で示されている。この図において、投影装置はP
Aにより示され、現像およびエッチング装置はEDにより示され、そして電子顕微
鏡はSEMにより示され、そして画像処理デバイスはIPにより示され、そしてモニ
タはMOにより示されている。
【００４５】 本発明によると、位相構造を有するテストオブジェクトが使用される。テスト
オブジェクトの小さい部分が、図3aの下面図と図3bの断面図に示されている。こ
のテストオブジェクトは、例えば、クォーツの透明なテストマスクの円い凹部22
の形で位相構造を有する少なくとも一つの閉じた図形を有する。この凹部は、径
Dと深さdを有する。凹部の代わりに、テストオブジェクトの図形は、当該凹部と
マスクの残部に関して同じ径と同じ高さ差を有する盛り上がった部分により、構
成することができる。テストマスクは、テスト図形をフォトレジスト層に結像さ
せる投影ビームに対して、十分透明であるので、この図形はこのビームのための
位相構造を形成する。これは、テストマスクの通過後、円領域22に入射する投影
ビームPBの一部が、ビームの残部とは異なった位相を得たことを意味する。ビー
ム部分間の(radでの)位相差は、
【式１】 で定義される。ここで、n2は、マスク材料の屈折率で、n1は、通常、空気（n =
1）である周囲の媒体の屈折率であり、そしてλは、投影ビームPBの波長である
。円22は、図4に示されるリング24の投影レンズシステムにより結像される。こ
のリングがどのように得られるかについては、図5を参照して説明される。
【００４６】 この図において、参照番号22は、投影ビームPB（電磁放射のビーム）が入射す
るテストマスクの円領域を示す。位相パターン22の通過後、このビームの電界ベ
クトルEのサイズは、位置pの関数としてグラフ25のように変化することが示され
ている。このグラフにおける垂直線は、位相パターン22の等高線の位置に置かれ
る。図5における単レンズによって線図的に示される投影レンズシステムPLを通
過した後、電界ベクトルE'のサイズは、位置の関数としてグラフ29のように変化
することが示されている。垂直線は、斜めの傾斜に変化した。これは、投影レン
ズシステムが理想システムではなく、点広がり関数を有する、すなわち、結像の
間ポイントが、ポイントとして結像されずに、多少エアリーパターンに渡って広
がっている、と言う事実から発生する。電界ベクトルのサイズは、投影ビームの
振幅を表示するので、グラフ29は、フォトレジスト層PRの面における、位置の関
数としてのビームの振幅を示す。ビームの輝度Iが振幅の二乗に等しい(I = E'2)
ので、この輝度は位置の関数としてグラフ31のように変化する。グラフ29におけ
る各端は、2つの端で逆向きの傾斜で変化している。これは、位相パターンの単
一等高線が、2つの等高線に結像され、すなわち、円が図4に示されるようにリン
グ24内に結像されることを意味する。このリングの幅wiは、点広がり関数により
決定され、そして、その径diは、投影レンズシステムの解像度により決定される
。投影レンズシステムがいかなるポイント拡がりも有しない場合、フォトレジス
ト層における投影ビームの輝度は、破線グラフ32により示されるような変化を示
し、そして位相パターン22は円に結像されるであろう。本発明による方法におい
ては、投影レンズシステムのポイント拡がり（小さいにもかかわらず）が慎重に
使用される。
【００４７】 所定の投影装置にこの方法を使用すると、リング24は、80nmの幅wiと350nmの
径diを有した。マスクにおける位相パターンが径D = 1.4μmを有するように、投
影レンズシステムは、拡大倍率M = 1/4を有していた。350nmの径diが、最適値と
考えられ、かつこれは、投影レンズシステムが0.63のNAを有しそして投影ビーム
が248nmの波長を有する場合の装置の解像度に対応していた。他の投影装置に対
しては、diは異なった最適値を有するであろう。例え、diが、最適の値とは異な
る値を有する場合であっても、収差はまだ測定することができる。
【００４８】 イメージにおける良好な対比を得るためには、円領域22を通過したビーム部分
とビームの残部間の位相差は、φ= πradでなければならない。これは、マスク
材料の屈折率が1.5であり、そして周囲の媒体が1の屈折率を有している空気であ
る場合、凹部の深さdがビームPBの波長に等しくなければならないことを意味す
る。実際的な実施例に対しては、最適の深さdは、例えば、233nmである。有用な
結果は、最適の深さとは異なった深さでも得ることができる。
【００４９】 円領域22とその環境の両方が反射性テストマスクを使用する場合、円領域の最
適の深さまたは高さは波長の4分の1に等しい。
【００５０】 投影レンズシステムがいかなる収差も示さない場合、図4におけるリングの内
側の円ciと外側の円ceは同心であり、そして、焦点を通る走査の間、このリング
は対称動作をする。焦点を通る走査とは、フォトレジスト層に対して+Z方向と-Z
方向に、イメージを投影レンズシステムの光軸で移動させることを意味するもの
と理解されるべきである。層に対するイメージのこの移動は、投影システムの焦
点を変更することにより、またはこのシステムとフォトレジスト層をZ方向に相
互に移動させることにより実現することができる。
【００５１】 収差が発生すると、当該対称性は乱される。以下に説明されるように、各種の
収差は、リングの特性変形と言う結果をもたらす。
【００５２】 近接して配置されている内側の円ciと外側の円ceを満足に観測することを可能
とするためには、走査型顕微鏡を、投影システムの解像度(λ/NA)より大きい解
像度で使用することが出来る。100,000倍のオーダの拡大倍率を有し、かつ3.5nm
のオーダの細部を観測することができる走査型電子顕微鏡は、この目的に対し、
特に、多数のイメージを検出しなければならない場合に、非常に適している。こ
れに代えて、特に、少数のイメージしか検出する必要が無い場合、例えば、光学
プローブ顕微鏡またはAFM (原子力顕微鏡)、またはこれらの組み合わせのような
プローブ顕微鏡の形態の他の走査型顕微鏡を使用することも可能である。
【００５３】 走査により得られたイメージデータは、特別な画像処理方法により処理される
。この方法は、例えば、2つの動作から成る。第一動作は、次のステップに従っ
てリングの輪郭を決定する - 入って来るイメージデータからノイズを除去するステップ; - 例えば、微分により、または各観測されたピクセルの輝度が所定のしきい値
からでどの程度離れているかについて決定することによりイメージの輪郭を決定
するステップ; − 観測されたイメージの輝度分布の重心点を決定するステップ; − ピクセルとこの重心点間の距離を測定するステップ;そして − より小さい距離が群がる、リングの内側の輪郭を表示するピークの内側端と
、より大きい距離が群がる、外側の輪郭を表示するピークの外側端の2つのピー
クを示す棒グラフにおいて測定された距離をプロットするステップ。
【００５４】 第二動作は、次のステップを有するフーリエ解析から成る − x軸に対する異なった角度θで毎回延在しているこれらの輪郭の半径を、こ
れらの角度の正弦と余弦関数に分解し、そして輪郭をフィルタリングするステッ
プ; − このように得られたフーリエ成分の輝度をグラフに視覚化するステップ。こ
の代わりに、このフーリエ解析とは異なる分析法を使用することもできる。輪郭
の半径を角度θの関数として測定することが本質的事項である。基底関数として
正弦関数と余弦関数を有する点が、フーリエ解析の利点である。輪郭の半径を角
度θの関数として決定することは、正弦関数と余弦関数により最も容易に行うこ
とができる。これにより、収差は、直接の態様で検出することができる。他の分
析法の場合、より多くの動作を実行しなければならない。
【００５５】 投影レンズシステムがいかなる収差も有しない場合、環状イメージの内側の輪
郭と外側の輪郭は十分に円形であり、そして図6に示されるように、円はそれら
の周長の全体にわたって十分に同心である。さらに、この時、回転対称は焦点を
通る走査に応じて維持される。
【００５６】 図6は、収差のないレンズシステムと次の結像条件とにより得られたSEMイメー
ジを示す: X =248nm、 NA = 0.63、σ= 0.3、フォトレジスト層の厚み=280nm。
コヒーレンス係数とも呼ばれるσは、結像ビームがレンズシステムのひとみを満
たす程度を示す。0.3のσは、結像ビームが、ひとみ断面図の0.3に等しい断面図
を有することを意味する。
【００５７】 投影レンズシステムの主な収差は、コマ収差、非点収差、三点または三葉収差
、かつ球面収差である。投影レンズシステムがコマ収差を有する場合、SEMとと
もに形成されかつSEMにより観測されるイメージは、図7に示されるような形状を
有する。この例のコマは、いくらか結像ビームの波長を故意に変更することによ
り人偽的に得られる。他の結像条件は、図6に関して記載される条件と同じであ
る。図7に形成されるイメージは、この画像平面が、図面の面に一致すると考え
られる場合、以下に記載される図15の場合と同様に、画像平面の右上に形成され
るイメージである。このイメージは、45°のコマを有する。内側の輪郭と外側の
輪郭は、相互にもはや中心を共有せず、コマの方向で、それゆえ、45°の方向に
相互にオフセットされている円である。
【００５８】 図8は、収差を有する投影レンズシステムにより形成されるイメージを示す。
ここでも、他の結像条件は、図6を参照して記載される条件と同じである。非点
収差イメージの等高線は楕円であり、これらの線間の距離、すなわち、リングの
幅wiは周長を通して定数である。楕円の主軸は、収差の方向に平行である。ここ
でも、図8におけるイメージが、画像平面の一番上の直角に形成されるイメージ
であるので、楕円の主軸は45°の下に延在する。投影レンズシステムの収差は、
このシステムの可動レンズ素子をその公称位置に対してある程度故意に変位させ
ることにより人偽的に得られた。
【００５９】 通常、等高線のポイントは、級数
【式２】 により表示させることができる。ここで、rm(r)はイメージの中心への当該ポイ
ントの公称距離で、cは、当該ポイントが、内側の輪郭か外側の輪郭の何れに関
連するかを示し、cos(mθ)とsin(mθ)は、当該ポイントと中心間の実距離の角度
依存関係であり、そしてmは収差の型により決定される。
【００６０】 球面収差に対しては、m = 0である。この収差は、角度θに依存しないので、
球面収差を有する結像システムにより形成されるイメージは、結像システムの光
軸のまわり、すなわち図1におけるz軸のまわりで回転対称である。球面収差によ
るイメージは、z軸に沿った位置に依存して変化する。
【００６１】 コマ収差に対しては、m = 1である。この収差を有する結像システムにより形
成されるイメージは、単一の対称軸、つまり、図7の具体例の場合、円がそれに
沿って相互に変位する45°の軸を有する。
【００６２】 非点収差に対しては、m = 2である。この収差が発生すると、形成された楕円
のイメージは、2つの対称軸（すなわち、楕円の主軸と短軸）を有する。図8の具
体例の場合、これらの軸は、45°の軸とそれに垂直な軸である。
【００６３】 三葉または三点収差に対しては、m = 3である。この収差が発生するときには
、イメージは3つの対称軸を示す。図7のイメージは、コマ収差のみならず、小さ
い三点収差も有する。より大きい三点収差を有するイメージは、図9に示されて
いる。
【００６４】 ここまでの説明は、単一テストパターンに基づいて行われた。しかしながら、
収差を投影レンズシステムのイメージフィールドにおいて同数の多数の位置で測
定することができるように、テストマスクは、多数のテストパターン（例えば、
121）を有することができる。実際には、これらのテストパターンの全てではな
く、より小さい数（例えば、21）wを使用し、これらのテストパターンを、収差
についてのほとんどの情報がそこから得ることができるような位置に配置する。
テストパターンは非常に小さいので、それらを、関連するICパターンの細部を損
なうことなく、製造マスク、すなわち、ICパターンを有するマスクに設けること
もできる。この場合、別々のテストマスクを製造し、かつ収差を測定するために
マスクを交換する必要はない。
【００６５】 リソグラフィック投影装置によってこの新規な方法を実行するためには、投影
放射の最大量がテストパターンに集中されそしてクリアなイメージが得られるよ
うに、マスクの位置で投影ビームのビーム断面は小さいことが好ましい。リソグ
ラフィック投影装置の新規な生成は、とりわけ、維持されているビームの全放射
エネルギーにより、投影ビームの断面を適合化する可能性を与える特別な照射シ
ステムを有する。このような照射システムは、例えば、論文「可変NAウェーハス
テッパにおける、AERIAL照射器を使用するフォトリソグラフィ」SPIE 第2726巻
、Optical Microlithography IX、1996年3月13-15日、54-70頁に、記載されてい
る。投影ビームの断面とひとみ断面の間の比率は、σによりまたはコヒーレンス
係数により示される。マスクパターンの突出に対しては、現在、1〜0.3の間の値
が使用されている。本発明によれば、ビーム断面を制限する手段が、値を0.2以
下のオーダにセットすることができるように機能する場合には、このようなリソ
グラフィック装置は、収差を測定するこの新規な方法を実行するのに非常に適す
るものにすることが出来る。投影ビームの断面を、基板にマスクパターンを投影
するために使用されるビーム断面よりかなり小さくすることができるようにして
、すでにリソグラフィック装置に存在するビーム制限手段を適合化することによ
り、これらの手段を得ることができる。この場合、このさらなるビーム断面の低
減は、ビームの全エネルギーを維持しつつ、実現させることができる。収差測定
に対しては、これに代えて、放射線源とマスクホールダ間の放射パスに余分のダ
イアフラムを配置することも可能である。ここで、このダイアフラムの開口は、
σ値を1と、例えば、0.1の間のオーダにセットすることができるように調整可能
である。
【００６６】 ここまで、ステッピングリソグラフィック装置における本発明の使用が記述さ
れた。すなわち、この装置においては、次のIC領域がマスクパターンと投影シス
テムの下に配置されるまで、第一IC領域においてマスクパターン全体が照射され
かつ結像され、そして続いてマスクパターンと基板が相互に移動されて、一ステ
ップが実行され、この後、マスクパターンが基板の全てのIC領域に結像されるま
で、このIC領域は、マスクパターンにより照射され、そして他のステップが再び
実行され、そして同様なステップが実行される。投影レンズシステムに課される
大きいNAと大きいイメージフィールドの要件を軽減するためにおよび／またはこ
の装置の解像度とイメージフィールドを増大するために、ステップ・アンド・ス
キャニング装置を使用することが好ましい。この装置の場合、マスクパターンは
、全体として一ステップで結像されず、このマスクパターンは、狭いか、矩形で
あるか円形のセグメント-成形ビーム断面を有するビームにより照射され、そし
て投影システムの拡大倍率を考慮しつつ、マスクパターンと基板はシステムに対
し同期して、移動され、その結果マスクパターンの全てのサブエリアが、基板の
対応するサブエリアに連続的に結像される。一方向（例えば、X方向）における
投影ビームの断面が、このような装置の場合すでに小さいので、他の方向（例え
ば、Y方向）におけるビーム断面のみを、この新規な方法に対して最適の照度を
得るように、減少させなければならない。
【００６７】 図10-25は、本発明による方法によって得られた測定結果の多くの具体例を示
す。
【００６８】 図10-14は、球面収差に関する。すでに言及したように、環状イメージ25は、
この収差が発生する時、回転対称のままであるが、リングの幅wiは焦点外れの程
度に依存する。実際の実験の場合、球面収差は、公称高さに対してマスクテーブ
ルの高さ（Z位置）を40μm分再調整することにより人為的に導入された。図10は
、公称焦点に対して-0.3μmから+0.3μmまで投影レンズシステムの焦点を再調整
することにより得られた環状イメージを示す。図11は、この時発生するリングの
幅の変化を示す。この図において、焦点外れDEFは水平軸にμmでプロットされて
いて、そしてリング幅wiは垂直軸にプロットされている。図11に示されるように
、公称焦点設定でのリング幅は、上述の80nmから約130nmまで増大し、80nmのリ
ング幅が0.4μmの焦点外れで得られる。
【００６９】 図12は、最良の焦点位置における環状イメージのXY平面における形状と位置を
示す。座標のXYシステムの原点は、投影システムの光軸に置かれる。図13は、こ
のイメージのフーリエ解析データを示す。角度θの周波数で表されるフーリエ項
FTは、水平軸にプロットされている。位置1でのフーリエ項は、cosθに比例して
いるコマ収差を表し、位置2のそれは、cos2θに比例している非点収差を表し、
位置3のものは、cos3θに比例している三点収差を表し、そして、位置4, 5と6の
ものは、所定の具体例に対する無視できるほど小さい他の収差を表している。円
の偏差の振幅は、垂直軸にnmでプロットされている。図12に示される具体例の場
合、角度θ= 124°にコマ収差が、θ= 178°に非点収差が、そしてθ=- 2°に三
点収差がある。
【００７０】 三次元の図14は、球面収差の、この例では20×20mmの大きさの、イメージフィ
ールド全体にわたる変化の具体例を示す。イメージフィールドにおけるXとY位置
が、ベース面の軸にプロットされていて、そして球面収差が、垂直軸にプロット
されている。この収差は、焦点のμmオフセット当たりのリング幅wiのnm変化の
数で表されている。イメージフィールドにわたる平均球面収差は、この例では、
-85nm/μmである。
【００７１】 図15-18は、公称波長（すなわち、この投影システムの設計波長）より40pm長
い波長の放射により、テストオブジェクトを結像させることにより人為的に導入
させたコマ収差に関する。図15は、イメージフィールドの異なった位置でこの時
形成される環状イメージ40-48を示す。すでに言及したように、内側の輪郭と外
側の輪郭は、コマが発生する時には、相互にオフセットされているので、これら
の輪郭は、もはや相互に中心を共有しない。コマは、中央のイメージ40により示
されているように、イメージフィールドの中央では相対的に小さい。中心からの
変位に応じて、コマの方向が変位の方向と一致して、コマは増大する。コマ方向
は、イメージ45、46、47および48に対して、それぞれ、約+45°、+135°、-135
°、および-45°である。
【００７２】 コマは、イメージフィールドにおける位置のみならず、結像ビームがフォトレ
ジスト層にフォーカスされる程度にも依存する。イメージにおける固定された位
置で焦点を通るフィールド走査が行われると、コマは、集束が最適の場合に発生
する最も小さいコマにより、焦点外れの関数として、放物線状に変化する。図16
は、最良の焦点条件に対するイメージ48の拡大図を示す。
【００７３】 図17は、図16のイメージに関するフーリエグラフを示す。図17から、コマの方
向が、-48°で、その振幅が、30nmであることは明らかである。このイメージを
形成する投影システムも、118°の角度θでの約7nmの非点収差と、17°の角度θ
での約5nmの三点収差を有する。
【００７４】 図18は、イメージフィールド（XY平面）における21の異なった位置でテストパ
ターンを結像させることにより得られるコマチャートを示す。測定された位置で
のコマの方向は、その位置で示される矢印の方向により示されていて、コマのサ
イズは、この矢印の近くの下線が引かれた数により示されている。図18における
各数は、関連するフィールド位置と関連しかつ焦点を通る走査により得られるコ
マ数の平均である。図18に示される具体例のイメージフィールドに渡る平均コマ
は、18nmである。
【００７５】 図19-22は、非点収差に関する。非点収差を有する結像システムは、単一の焦
点の代わりに、第一および第二の非点収差の、相互に垂直である焦点の線を有す
る。これらの焦点の線の長さは、結像システムの光軸の位置に依存する。ビーム
がその最も狭いくびれを有する位置で、焦点の線は、長さが等しく、そしてイメ
ージは円形である。最も狭いくびれの位置の前の位置で、第一焦点の線は第二の
それより長く、そしてイメージは楕円で、その楕円の主軸は、第一焦点の線の方
向に延在している。最も狭いくびれの位置の前の位置で、第二焦点の線は、第一
のそれより長く、そしてイメージは楕円で、その楕円の主軸は、第二焦点の線の
方向に延在している。レンズシステムの非点収差を決定するためには、焦点を通
る走査が必要である。この新規な方法によると、非点収差は、第二調波(29)の変
化を焦点外れの関数として決定することにより検出される。この収差は、μm焦
点外れ当たりのnmで表される。
【００７６】 図19は、非点収差を有する投影システムにより、イメージフィールドにおける
9つの異なった位置で形成されるイメージ50-58を示す。この収差は、投影システ
ムの可動レンズ素子をその公称位置に対して40μm変位させることにより人為的
に導入された。中央イメージ50により示されているように、非点収差は、イメー
ジフィールドの中央で、相対的に小さい。中心からの変位に応じて、収差の方向
は変位の方向と一致し、収差は増大する。非点収差の方向は、イメージ55、56、
57および58に対して、それぞれ、約+45°、+135°-135°および-45°である。
【００７７】 図20はイメージ58の拡大図を示し、そして図21はそれに関するフーリエグラフ
を示す。非点収差の方向が136°で、かつそのサイズが約18nm/μmであることが
、図21から明らかである。このイメージを形成する投影システムも、51°の角度
θで11nmのコマ、11°の角度θで4nmの三点収差、および3°の角度θでcos4θに
比例した6nmの四点収差を有する。四点収差で投影レンズシステムにより形成さ
れるイメージは、4つの対称軸を有する。
【００７８】 図22は、イメージフィールド（XY平面）の21の異なった位置でテストパターン
のイメージを形成することにより得られた非点収差チャートを示す。測定された
位置での非点収差の方向は、その位置で矢印の方向により示されていて、そして
非点収差の量は、その位置で下線が引かれた数により示されている。図22におけ
る各数は、関連する位置に関連しかつ焦点を通る走査により得られる非点収差数
の平均である。所定の具体例に対しては、イメージフィールド全体にわたる平均
収差、すなわち、図22の数の平均は、31.1nmである。
【００７９】 測定された三点収差の具体例は、図23に三次元で示されている。イメージフィ
ールドにおけるXとY位置は、この図ではベース面の軸に沿ってプロットされてい
て、そして収差のサイズは、垂直軸にnmでプロットされている。また、この収差
は、イメージフィールドの角度で最大となる。収差は、相対的に小さく、この収
差の平均値は、この例では4.7nmである。
【００８０】 図24と25は、同時に発生している異なった型の収差を、本発明の方法によって
個別に測定することができることを示す。図24は、図18のそれと同様なコマチャ
ートを示す。純粋なコマを表示している第一矢印が、イメージフィールドの21の
異なった位置で示されているのみならず、球面収差がある場合に測定されたコマ
を表示する第二矢印、および非点収差がある場合に測定されたコマを表示する第
三矢印も示されている。測定されたコマサイズと方向が、当該2つの他の収差が
発生する時、通常、僅か変化することは、この図から明らかである。
【００８１】 図25は、図22のそれと同様な非点収差チャートを示す。純粋な非点収差を表示
する第一矢印が、イメージフィールドの21の異なった位置で示されているのみな
らず、球面収差がある場合に測定された非点収差を表示する第二矢印、およびコ
マがある場合に測定された非点収差を表示する第三矢印も示されている。非点収
差の測定されたサイズと方向が、球面収差とコマが同時に発生する時、通常、僅
か変化することは、この図から明らかである。
【００８２】 上述したように、コマ収差、非点収差および三点収差の3つの収差は、相互に
独立に測定することが出来、そして各々のこれらの収差は、フーリエスペクトラ
ムにおける特定調波により表される。同心の輪郭を有する完全なリングに対して
は、フーリエスペクトラムは、平均半径と等価である零周波数しか含まない。リ
ングの外側の輪郭、テスト円の空中イメージに対しては、式(1)は、
【式３】 と書くことができる（ここで、加算は、m = 1からmについて行われる）。この式
において、rは、関連する輪郭ポイントのイメージの中心への公称距離で、zは、
結像システムの軸に沿った位置で、φは、輪郭ポイントの角度位置で、サブスク
リプトmは、フーリエ調波とサブスクリプトcの数であり、そしてsは、余弦と正
弦関数に関する。リングの内側の輪郭も、同様の式により表すことができる。こ
こで、原点は、内側の輪郭の質量中心と一致するように選ばれた。この
【式４】 条件と定義とにより、内側の輪郭の第一高調波はゼロとなる。
【００８３】 この収差については、イメージが回転対称のままであるので、球面収差を、上
記の式においてr0にしか関係しないようにすることができる。コマ収差はr1に、
非点収差はr2に、そして三点収差はr3に関係する。しかしながら、同じcos(mφ)
項を有する各収差は、mフーリエ調波に貢献するであろう。すなわち、各型の収
差は、より低いかつより高いオーダの多くのサブ収差からなる。これらのサブ収
差の各々は、通常、ゼルニケ係数（すなわち、37個の最大多項式を有する「フリ
ンジゼルニケコード」からのある数の特定ゼルニケ多項式）により表示される。
ゼルニケ項Zのリストは、それらの多項式と共に表Iに示されている。この表は、
（Sigma C社が所有する）光リソグラフィシミュレーションプログラム"Solid C"
のマニュアルから公知である。このような表は、Born & Wolfの周知のハンドブ
ック「オプティックスの原理」からも導出することができる。全ての収差に対す
るゼルニケ係数の貢献は、これらの係数の数を増大させることにより減少する。
球面収差(m = 0)に対しては、低いオーダのゼルニケ係数はZ9で、そしてより高
いオーダの係数は、Z16、Z25、Z36およびZ37である。X-コマに対しては、低いオ
ーダの係数がZ7で、より高いオーダの係数は、Z14、Z23およびZ34で、Y-コマに
対しては、これらの係数は、それぞれ、Z8、Z15、Z24およびZ35である。非点収
差（すなわち、H/Vつまり水平/垂直非点収差）に対しては、低いオーダの係数は
Z5であり、より高いオーダの係数は、Z12、Z21およびZ32で、45°での非点収差
に対しては、これらの係数は、それぞれ、Z6、Z13、Z22およびZ33である。x方向
における三点収差に対しては、低いオーダ係数はZ1Oで、そしてより高い係数はZ
19とZ30であり、y方向における三点収差に対しては、これらの係数は、それぞれ
、Z11、Z20、Z31である。
【００８４】 上述した方法、とりわけ、図18、図22と図23（これらの図は、イメージフィー
ルドの異なったポイントに対するこれらの収差を示す）にそれぞれ示されている
方法により、コマ収差、非点収差および三点収差を測定すると、より低いオーダ
とこれらの収差に対するより高いオーダのゼルニケ係数の合計が、決定されるが
、これは個別ゼルニケ係数ではない。換言すれば、これらの収差の各々に対して
得られるものは、mλで表される波面収差に関する個別サブ収差(ゼルニケ係数)
と言うよりむしろ、nmまたはnm/μmで表される位相パターンの形状偏差に関する
サブ収差の合計である。
【００８５】 本発明の重要な点は、個別ゼルニケ係数も、決定することができる点である。
ここでは、収差が、結像システムの開口数（NA）およびマスクにテスト円の密着
次数と径のような、結像パラメータに依存すると言う事実が使用される。密着次
数とは、結像システムの入射ひとみの面における結像ビームの断面の半径とこの
ひとみの半径との比である。一般に、フーリエ調波は、テイラー級数で表すこと
が出来る、全てのゼルニケ係数の組合せである。リソグラフィック投影レンズシ
ステムの製造は、このように高い精度で行われるので、この種のレンズシステム
の収差はすでに小さいものとなっているので、テイラー級数は、フーリエ調波と
それに属するゼルニケ係数間の比例関係になる。ゼルニケ係数を決定する方法が
、フーリエ調波とゼルニケ係数間に比例関係がある場合に、以下に記載されてい
るが、この方法を、最適合致方法と組み合わせて、より一般に、適用させること
もできる。既存のリソグラフィック装置は、そのNAを異なった値にセットするこ
とが出来る結像システムと、密着次数を変更する可能性を提供する照射システム
とを有する。このような装置の場合、NAと密着次数との間に関係（例えば、NAと
σの積が定数である）が存在する。ゼルニケ係数を決定する照度パラメータを設
定する魅力的なシナリオは、先ず、NAを選択し、そして密着次数σを選択された
NAに適合化させることである。できる限り高感度にかつ正確に収差リング試験を
行うためには、マスクのテストサークルの径φと基板のテストリングの径を、照
射システムのNAに適合化させることが好ましい。しかしながら、ゼルニケ係数を
決定するときに、照度パラメータの1つまたは2つのみを変化させることも可能で
ある。
【００８６】 特定種類と対応するサブ収差の収差の上述した比例関係は、x方向におけるコ
マに対して、
【００８７】 F1(x)=α.Z7+β.Z14+γ.Z23 (3) である。そしてy方向におけるコマに対しては、
【００８８】 F1(y)=α.Z8+β.Z15+γ.Z24 (4) である。これらの方程式F1(x)とF1(y)において、測定されたフーリエ項、Z7、Z1
4、Z23およびZ8、Z15、Z24は、所定の結像システムに特定の未知のゼルニケ係数
である。ファクタα、βとγは、結像システムのNA値そしてσとφの値に依存す
る重み係数である。例えば、NA値の変化に加えて、σとφの値も変化すると、後
者は、独立にではなくNAの変化と同時にかつそれに応じて変化することが好まし
い。(3)および(40)のような方程式においては、それらの重み係数が小さく、お
よび／またはゼルニケ項が結像システムにほとんど存在しない場合、より高いオ
ーダのゼルニケ係数は省略することができる。これが、ゼルニケ項Z34とZ35がそ
れぞれ方程式(3)と(4)に存在しない理由である。ゼルニケ係数Z7、Z14およびZ23
を測定するためには、例えば、NAを変化させ、そして少なくとも3つの異なったN
A値: NA1、NA2、NA3の対してF1(x)を測定する。これらの値に対する式:
【００８９】 F1(x)NA1=αNA1.Z7+βNA1.Z14+γNA1.Z23
【００９０】 F1(x)NA2=αNA2.Z7+βNA2.Z14+γNA2.Z23
【００９１】 F1(x)NA3=αNA3.Z7+βNA3.Z14+γNA3.Z23 から、NA1、NA2とNA3に対する重み係数α、βとγの値が知られていると仮定す
ると、個別ゼルニケ係数Z7、Z14とZ23を決定することができる。
【００９２】 異なったNAに対する重み係数は、既知の光リソグラフィコンピュータシミュレ
ーションプログラムの一つを使用するシミュレーションプロセスにより決定する
ことができる。一般に、このようなプログラムには、NA、σ、フォーカス、結像
システムの既知の収差のような、ウェーハステッパまたはスキャナのパラメータ
、およびウェーハのパラメータと現像プロセスのデータが、供給される。プログ
ラムの出力は、三次元のプロファイルを記述するデータである。これらのデータ
は、フーリエ調波を計算する他のコンピュータプログラムに供給される。NAの異
なった値に対する重み係数αの値を決定するために、ゼルニケ係数Z7の所定の値
とNAの逐次異なる値が、プログラムに供給される他のパラメータを一定にして、
シミュレーションプログラムに供給され、そしてNAの各値に対して、第一フーリ
エ調波F1の値が、決定される。同様に、異なったNA値に対するβの値は、シミュ
レーションプログラムに所定のゼルニケ係数Z14値および逐次異なったNA値を供
給することにより、決定することができる。異なったNAに対するyの値を得るた
めに、所定のゼルニケ係数Z23値と異なったNA値が、プログラムに供給されなけ
ればならない。このようにして得られた異なったNAに対するα、βおよびγは、
ゼルニケ係数を決定する電子プロセッサ内に格納することができる表に置くこと
ができる。このようなテーブルは、多くのリソグラフィック投影レンズまたは結
像システムの収差を測定するために使用することができる。
【００９３】 ゼルニケ係数Z34とZ35も、コマに無視できない貢献を与えると考えられる場合
には、第四の重み係数δを使用すべきで、そして異なったNA値に対してこのファ
クタの異なった値をシミュレーションプログラムにより決定することができる。
ゼルニケ係数の決定の間、NAの代わりにまたはこれに加えて、σおよび／または
φのような他のパラメータが変化すると、パラメータσおよび／またはφに対す
る重み係数α、βおよびγの従属性は、NAに対して記述したものと同様にσおよ
び／またはφの逐次異なる値をシミュレーションプログラムに供給することによ
り決定することができる。
【００９４】 原理的には、3個または一般にn個の重み係数は、NAまたはσに対し3個または
一般にn個の異なった値を使用することにより決定することができる。しかしな
がら、NAおよび／またはσに対して3個以上、例えば、6個または一般に2n個の異
なる値を使用することも可能である。これにより、重み係数をより正確にかつ信
頼性高く決定することが出来る。
【００９５】 一例として、図26には、これらの係数の各々に50mλの値を与えると、水平軸
にプロットされる異なるNAに対して、ゼルニケ係数Z7、Z14とZ23が、垂直軸にプ
ロットされかつnmで表される 第一フーリエ調波F1にどのように貢献するかが、
示されている。この図から、異なるNA値に対する重み係数αの値は、これらのNA
値に対するZ7値を50mλにより分割することにより得ることができることが判る
。同様に、他の重み係数βとγの値は、Z14とZ23に対する値をそれぞれ50mλに
より分割することにより得ることができる。第二かつ第三フーリエ調波F2とF3に
対する重み係数は、第一フーリエ調波F1の重み係数に対して図26に示される従属
性と同様であるNAに対する従属性を示す。フーリエ調波F2(y)のゼルニケ係数Z8
、Z15とZ24は、式(3)からのフーリエ調波F1(x)の係数Z8、Z15とZ24と同様の方法
で式(4)から決定することができる。一例として、図27は、NAの6つの異なる値に
対しイメージフィールドの所定の位置での2つのコマ項F1(x)とF1(y)に対する測
定値を示す。このコマに属しかつmλで表されるゼルニケ係数は、 Z7 = 19、Z14 =-10、Z23 =-20、Z8 = 17、Z15 = 13およびZ24 =-23 である。第二フーリエ調波F2(H/V)により表されるH/V非点収差に対しては、この
調波とゼルニケ係数の関係は、
【００９６】 F2(H/V) = a..Z5 + b.Z12 + c.Z21 となる。そして、第二フーリエ調波F2(H/V)により表される45°非点収差に対し
て、この関係は、
【００９７】 F2(45) = a.Z6 + b.Z13 + c.Z22 となる。フーリエ調波に対するそれらの貢献は無視できると考えられるので、F2
に対するゼルニケ係数Z32とF2(45)に対するZ33とは省略された。重み係数a、bと
cは、NA、σとφに依存し、かつコマに対するファクタα、βとγと同様の方法
でシミュレーションプロセスにより決定することができる。結像パラメータ（例
えば、結像システムのNA）に対する少なくとも3つの異なる値を選択し、かつこ
れらの値に対するF2とF2(45)を測定することにより、非点収差のゼルニケ係数Z5
、Z12、Z21とZ6、Z13とZ22を、コマのゼルニケ係数と同様に決定することができ
る。
【００９８】 コマと非点収差のゼルニケ係数に対して記載されているのと同じ方法で、x-3
点式収差F3(x)に対するゼルニケ係数Z10、Z19、Z30とy-3点式収差F3(y)に対する
Z11、Z20、Z31を、式によって決定することができる:
【００９９】 F3(x) = e.Z10 + f.Z19 + g.Z30
【０１００】 F3(y) = e.Z1l + f.Z20 + g.Z31 ここで、重み係数e、fとgは、コマに対するファクタα、βとγおよび非点収差
に対するファクタa、bとcとの同様に、NAおよび／またはσまたはφに依存する
。
【０１０１】 例えば、式(3)と(4)のようなフーリエ調波に対する線形式と、重み係数を得る
ツールとしてのシミュレーションプログラムとにより個別ゼルニケ係数を決定す
る代わりに、シミュレーションプログラムに、リング形状のイメージから開始し
て、ゼルニケ係数に対する多数の値を供給し、かつゼルニケ係数の異なる値から
プロファイルを計算することも、また、可能である。これらのプロファイルは、
プロファイルが記載されているデータ形態またはグラフィック表示の何れかのル
ックアップテーブルに格納することができる。このルックアップテーブルは、観
測されたリング形状のイメージを格納しかつ処理する、走査装置に結合された、
イメージプロセッサ内に配置することができる。この時、結像システムの収差の
検出中に観測されたリング形状のイメージを、どの参照イメージが、実際に観測
されたイメージに最も合うかを決定するために、ルックアップテーブルの参照イ
メージと比較することができる。最も適合する参照イメージのゼルニケ係数は、
既知であるので、観測されたイメージのゼルニケ係数は、知られている。
【０１０２】 円形の位相構造は、マスク表面領域の非常に小さい部分しかカバーしない。完
全に透明なテストマスクが使用されると、位相構造の領域の外側のマスクを通過
すろ放射は、干渉放射の効果を有し、かつ位相構造のイメージの品質を減らすか
もしれない。これを防ぐためには、円形の位相構造（以下では、図形と呼ばれる
）と、それのまわりの相対的に小さい領域（以下では、図形領域と呼ばれる）の
みを、透明とし、マスクの残部（以下では、外側の領域と呼ばれる）を、例えば
、それをクロムでおおうことにより、不透明体にしたテストマスクを使用するの
が好ましい。図28は、円形の位相構造またはここでも参照番号22により示される
領域を有するテストマスクTMの一部分を示す。円22のまわりの透明な図形領域は
、参照番号80により示されている。この領域は、透明なマスク材料(図3bにおけ
る20)から成る。図形領域の外側では、マスクはクロム層82によりおおわれてい
る。
【０１０３】 走査型電子顕微鏡または他の走査検出デバイスが、図形22の小さいイメージを
容易に見いだすことができるためには、認識マーク84が、図28に示されるように
、テストマスク内と、各位相パターンの外側の領域に設けられる。図示の具体例
におけるクロム層におけるF-形状の開口により形成されるこのマークは、それが
、Y方向に延在する細部とX方向に延在する細部とを有すると仮定すると、任意の
マークとすることができる。図形26により示されているように、X方向に延在す
るストリップと認識マークのY方向に延在するストリップは、図形22よりかなり
大きいので、このマークはより容易に認識可能であり、かつ検出デバイスのナビ
ゲーションに適切である。このマークが観測されるとすぐに、検出デバイスは、
テストマスクの外側の領域82に対応する基板の領域内で、図形領域80のイメージ
に向けられ、かつこの領域の範囲に位置する図形22のイメージを探索することを
開始することができる。X方向における不透明なクロムが被覆されたストリップ8
6とY方向におけるストリップ88は、図形領域80に対応する基板の領域の範囲内で
の検出デバイスのナビゲーションを単純化するために、図形領域80の範囲内に存
在させることができる。
【０１０４】 参照番号90により示されているように、さらなる情報を、テストマスクの各外
側の領域82に設けることができる。この例の場合、この情報は、関連する領域82
に対して選ばれた結像リングの径(図4におけるd)に関する。この情報は、また、
例えば、位置情報とし、そして、テストマスクの関連する図形領域80のXとY座標
を示すことも出来る。この方法を実行するのに有用となる別の情報を、認識マー
ク84に設けることもできる。
【０１０５】 マーク84と90は相対的に大きい細部を有するので、例え、結像環境が理想的で
ない場合（例えば、使用される照度の量が最適でない場合）であっても、走査検
出デバイスがそれらを合理的に認識できる程度に、これらの細部は常に結像され
るであろう。例えば、使用される照度の量が少なすぎる場合、位相図形22のイメ
ージの品質は、この方法をもはや十分に使用することができない程度に、減少す
るであろう。マーク84および／または90を観測することにより、貧弱な画質の原
因を確かめることができるので、位相パターンの有用なイメージをまだ得ること
が可能でかつこの方法をまだ使用することが可能であるように、この環境を、そ
れに適合化させることが出来る。
【０１０６】 ここまでは、位相図形22は、板またはテストマスク20の残部より高いかより低
い位置の領域により形成されているものと仮定されていた。しかしながら、位相
図を、板の残部とは屈折率が異なる領域により構成しても良い。このような領域
は、板を通過するビームに位相ジャンプも導入する。反射型製造マスクが、リソ
グラフィック装置に使用され、そしてこの新規な方法が、反射型テストマスクに
より実行される場合、図形22と図形領域80は、この図形22が屈折率がずれた位相
構造として活性化されるようにマスクテストに対し透明でなければならないであ
ろう。図形22と図形領域80の位置でテストマスクを通過した結像ビームを反射さ
せるために、テストマスクには、関連する位置に反射手段を設けることができる
。
【０１０７】 ここまでは、リソグラフィック装置の投影レンズシステムについての測定のみ
が記載された。しかしながら、このような装置に対する投影システムは、ミラー
投影システムであっても良い。EUV放射を投影放射として使用する場合、このよ
うな投影システムを使用しなければならない。EUV(極紫外線)放射は、数nm〜数
十nmの範囲の波長を意味するものと理解すべきである。この放射は、軟X線放射
とも呼ばれる。EUV放射の使用は、0.1μm以下のオーダの極めて小さい細部を十
分に結像させることができると言う多大の利点を提供する。換言すれば、EUV放
射が使用される結像システムは、システムのNAを極めて大きくする必要なしに非
常に高い解像度を有するので、システムの焦点深度も、合理的に大きい値を有す
る。十分に透明でかつレンズの製造に適する適切な材料はEUV放射に対しては存
在しないので、従来の投影レンズシステムに代えてミラー投影システムが、基板
にマスクパターンを結像させるために使用されなければならない。このようなミ
ラー投影システムの様々な実施例（3〜6つのミラーを有する）が知られている。
ミラーの数が増大するにつれ、イメージの品質は向上するが、反射損により、基
板上の放射線量は減少する。6つのミラーを有するミラー投影システムは、例え
ば、EPA 0 779 528に記載されている。
【０１０８】 図27は、0.20のオーダのNA (イメージ側で)、0.25の拡大倍率M、1.5mmの幅を
有する円形のセグメント形状のイメージフィールド、および相対的に大きい自由
作動距離fwdを有するステップ・アンド・スキャニング・リソグラフィック投影
装置に対する6つのミラーを有する他の型のミラー投影システムの一実施例を示
す。この装置は、EUV放射線源と、その断面が円形セグメントの形状を有する投
影ビームPBを形成する光学システムを収容する、線図的に示されている照射ユニ
ット60を有する。図示されるように、照射ユニットは、基板テーブルWTと投影シ
ステムの結像セクション69、70の近くに配置することができるので、投影ビーム
PBは、これらの要素に沿って近接して投影カラムに入ることが出来る。結像され
るマスクMA'（この例では反射性マスク）は、マスクを走査方向62とその走査方
向と垂直方向に移動させることができる手段により、マスクテーブルMTの一部分
を形成するマスクホールダMH内に、マスクパターンの全ての領域を、投影ビーム
PBにより形成される照射スポットの下に配置させることが出来るように、配置さ
れる。マスクホールダとマスクテーブルは、線図的にのみ示されていて、かつ種
々の方法で実施させることができる。基板Wは、基板テーブルwtにより支持され
る基板ホールダWH内に配置される。このテーブルは、基板を、走査方向（X方向
）のみならず、それに垂直のY方向にも移動させることができる。この実施例の
場合、マスクと基板は、走査の間、同じ方向に移動する。基板テーブルは、ブロ
ック64により支持されている。
【０１０９】 反射性マスクMAにより反射された投影ビームは、凹形の第一ミラー65に入射す
る。このミラーは、ビームを集束性ビームとして、わずかに凹形である第二ミラ
ー66に反射させる。ミラー66は、ビームをより大きく集束するビームとして、第
三ミラー67に反射させる。このミラーは、凸面で、かつビームをわずかに発散す
るビームとして、第四ミラー68に反射させる。このミラーは、凹形で、かつビー
ムを集束性ビームとして、凸面である第五ミラー69に反射させ、かつビームを発
散ビームとして第六のミラー70に反射させる。このミラーは、凹形で、かつ基板
Wに設けられているフォトレジスト層PRにフォーカスする。ミラー65、66、67と6
8は、協働してマスクの中間イメージを形成し、ミラー69と70は、フォトレジス
ト層PRに中間イメージの所望のテレセントリック(telecentric)イメージを生成
する。
【０１１０】 上述したミラー投影システムと他の投影システムが、前述の収差（球面収差、
コマ収差、非点収差、三点収差、そして他の収差）を有することもでき、そして
これらの収差は、本発明の方法によって正確にかつ高い信頼で測定することがで
きる。EUVリソグラフィの場合、反射性マスクの方が透過性マスクより技術的に
優れているので、とりわけ、反射性マスクを使用することが好ましい。反射性テ
ストマスクまたは製造マスクにおけるこの新規な方法に必要とされるテストパタ
ーンは、周囲の媒体が空気の場合、4分の1波長に等しい深さを有していなければ
ならない。これは、EUVリソグラフィにおいて良く使用される13nmの波長に対し
て、非常に浅い3.25nmの深さが必要であることを意味する。その場合、位相構造
を有する図形22を、この板の残部とは異なる屈折率を有する板またはテストマス
ク20における領域から構成することもできる。
【０１１１】 上述した具体例から明らかなように、収差は、測定されたリソグラフィック投
影システムに対して相対的に小さい。したがって、実際には、より高いオーダの
収差を測定することは不必要である。しかしながら、図13、17と21のフーリエグ
ラフから明らかなように、この新規な方法は、これらのより高いオーダの収差を
測定することにも適している。
【０１１２】 本発明が、リソグラフィック投影装置に対する投影レンズシステムまたはミラ
ー投影システムの測定を参照して記載されたと言う事実は、その応用が、それに
限定されることを意味するものではない。本発明は、結像システムの収差を、相
互に独立にかつ高い精度と信頼性をもって測定しなければならない全ての場合に
、使用することができる。このような結像システムの具体例は、宇宙望遠鏡であ
る。しかしながら、リソグラフィック投影装置においてこの新規な方法を使用す
るときに、この装置自体が、基板にパターンを結像させ、そしてこの装置の結像
およびサーボシステムを、この新規な方法を実行するために使用することができ
ると言う事実が、適切に使用される。さらに、前述した余分のダイアフラムのよ
うな、この方法を実行するために要求される可能な手段を、この装置内に容易に
配置することができる。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実行することができるフォトリソグラフィック投影装置
の一実施例を線図的に示す。
【図２】本発明の方法を実行するシステムのブロック図である。
【図３】図3aは、凹部の形態の単一図形を備えたテストオブジェクトの下面図で
、図3bは、このテストオブジェクトの断面図である。
【図４】当該凹部の形成される環状イメージを示す。
【図５】イメージ形成の理論を示す。
【図６】収差のない環状イメージを示す。
【図７】コマのある環状イメージを示す。
【図８】非点収差のある環状イメージを示す。
【図９】三点収差のある環状イメージを示す。
【図１０】様々な焦点セッティングに対する球面収差による環状イメージのリン
グ幅の変化を示す。
【図１１】この変化をグラフで示す。
【図１２】最良のフォーカス条件の下で得られた環状イメージを示す。
【図１３】このイメージに関連する様々なフーリエ項を示す。
【図１４】投影システムのイメージフィールドについての球面収差の変化を示す
。
【図１５】イメージフィールドの様々な位置で形成されるコマのある環状イメー
ジを示す。
【図１６】イメージフィールドのある角度で形成されるこのようなイメージを、
拡大して示す。
【図１７】このイメージに関連する様々なフーリエ項を示す。
【図１８】イメージフィールドの21個の位置で測定されるコマのチャートを示す
。
【図１９】イメージフィールドの異なった位置で形成される非点収差のある環状
イメージを示す。
【図２０】イメージフィールドのある角度で形成されるこのようなイメージを拡
大して示す。
【図２１】このイメージに関連する異なったフーリエ項を示す。
【図２２】イメージフィールドの21個の位置で測定される非点収差のチャートを
示す。
【図２３】投影システムのイメージフィールドについての三点収差の変化を示す
。
【図２４】イメージフィールドについて測定されたコマに対する球面収差と非点
収差の影響を示す。
【図２５】イメージフィールドについて測定された収差に対する球面収差とコマ
の影響を示す。
【図２６】結像システムのNAの異なった値に対する、x-コマ収差への異なったゼ
ルニケ係数の貢献を示す。
【図２７】結像システムのNAを変化させることによるxとyコマ収差の変化の一例
を示す。
【図２８】検出マークと別のマークを有するテストマスクの実施例の小さい一部
を示す。
【図２９】ミラー投影システムを有するリソグラフィック投影装置の一実施例を
示す。
【符号の説明】
20 テストマスク 22 位相パターン 29 第二調波 C マスクパターン M1,M2 位置合せマーク PL 投影レンズシステム MA マスク MT マスクテーブル LA 放射線源 LS レンズシステム RE 反射板 CO 集光レンズ
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月３１日（２００１．１０．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】削除
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２６】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２７】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 光学結像システムの収差を検出する方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】 本発明は、光学結像システムの収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクトを配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設けるステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジェクトを結像させるステ
ップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、そして - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度を有する走査検出デバイ
スによって前記現像されたイメージを検出するステップ を有する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 走査検出デバイスの解像度が結像システムのそれよりかなり高いと言う事実は
、結像システムにより個別に撮像することができる細部よりかなり小さい細部の
観測が、検出デバイスにより可能になることを意味する。
【０００３】 多数のレンズ素子を有する映写レンズシステムの形態の光学結像システムは、
ウェーハステッパとしてまたはウェーハ・ステップ・アンド・スキャナとして知
られているフォトリソグラフィック投影装置に、使用されている。このような装
置は、とりわけ、集積回路つまりICの製造に使用される。フォトリソグラフィッ
ク投影装置の場合、マスクに存在するマスクパターンは、UV領域の場合、例えば
、365nmの波長、また深紫外線領域の場合、例えば、248nmの波長を有する投影ビ
ームと映写レンズシステムとによって、基板の異なった領域(IC領域)上に何倍に
も拡大されて結像される。
【０００４】 上述した方法は、リソグラフィック投影装置における投影レンズシステムのコ
マ収差を測定する方法に関する、EPA 0 849 638の第一パラグラフにより知られ
ている。
【０００５】 この目的は、増大し続ける数の電子部品をICに集積化することにある。これを
実現するには、ICの表面領域を増大させ、かつコンポーネントのサイズを減少さ
せることが望ましい。投影レンズシステムに対しては、これは、イメージフィー
ルドと解像度の両方を増大させなければならないことを意味し、これにより、ま
すます微小化しつつある細部または線幅を、ますます増大しつつあるイメージフ
ィールドに、明確に定義された方法で結像させることが可能になる。これは、非
常に厳しい品質要件に対応しなければならない投影レンズシステムを必要とする
。このような投影レンズシステムの設計における多大な注意とこのシステムの製
造における高度の精度にもかかわらず、このようなシステムは、実際の応用に対
しては受け入れられない収差（例えば、球面収差、コマ収差と非点収差）を示す
場合がある。したがって、リソグラフィック投影レンズシステムは、実際には、
理想的な、回折−制限されたシステムではなく収差-制限されたシステムである
。これらの収差は、イメージフィールドの位置に依存し、かつイメージフィール
ドに結像された走査線の幅を変化させてしまう重要な原因となる。例えば、USA 5,217,831に記載されているように、移相マスクの使用のような新規な技術を、
リソグラフィック投影装置の分解能または解像度を向上させるために使用しても
、また、例えば、USA 5,367,404に説明されるように、軸ずれ照射を適用しても
、結像された線幅についての収差の影響は、増大する。
【０００６】 さらに、今日のリソグラフィック投影レンズシステムでは、収差は一定でない
。ひずみ、フィールドの曲り、非点収差、コマ収差および球面収差のような、低
いオーダの収差を最小にするために、これらのシステムは、一つ以上の可動レン
ズ素子を有する。同じ目的のために、投影ビームの波長またはマスクテーブルの
高さを、調整可能としても良い。これらの調整機能を使用すると、別のかつより
小さい収差が導入される。さらに、投影ビームの輝度は、出来る限り高くなけれ
ばならないので、リソグラフィック投影レンズは、収差の程度が時間と共に変化
してしまうエージングを受ける。
【０００７】 上述した考察に基づくと、収差の測定についての信頼性がありかつ正確な方法
に、増大するニーズが存在する。
【０００８】 また、投影ビームについては、極紫外(EUV)放射（すなわち、数nm〜数十nmの
範囲の波長の放射）のビームを使用することも、提案されている。これにより、
投影レンズシステムの解像度は、システムの開口数( NA )を増大させずにかなり
向上させることができる。EUV放射に対しては適切なレンズ材料が存在しないの
で、この場合には、レンズ投影システムの代わりにミラー投影システムを使用し
なければならない。リソグラフィックミラー投影システムは、とりわけ、EPA 0 779 258に記述されている。レンズ投影システムに対する理由と同様な理由によ
り、このEUVミラー投影システムに対しても、収差を測定する正確でかつ信頼で
きる方法に対するニーズがある。
【０００９】 前述のEPA 0 849 638の第一パラグラフは、フォトレジスト層に形成されるテ
ストマスクのイメージを、走査型電子顕微鏡の形態の走査検出デバイスにより走
査させる方法を除外している。その代わりに、光学手段により当該イメージを検
出することが、提案されている。この目的のために、交互に、放射を透過させか
つ放射を阻止する（すなわち、振幅構造の）ストリップの一つ以上のパターンを
有するテストマスクが使用されている。投影システムのコマ収差は、このような
パターンにより検出することができる。この検出は、形成されるイメージの明る
いストリップまたは暗いストリップの幅を測定し、および／またはパターンのイ
メージの端でのストリップ間の非対称を測定することに基づいている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 本発明の目的は、これとは異なった原理に基づき、かつ各種の収差を互いに独
立に測定することができる第一パラグラフに記述した型の方法を提供することで
ある。この方法が特徴とする点は、少なくとも一つの閉じた単一図形を有するテ
ストオブジェクトが使用され、そして前記走査検出デバイスにより観測されるこ
の図形のイメージが、前記単一図形の前記イメージ内の形状変化の異なった型の
少なくとも一つを確かめるためにイメージ解析され、形状変化の各型が、所定の
収差を示すことである。
【００１１】 単一図形とは、それ自体が閉じている単一等高線を有している図形を意味する
ものと理解すべきである。等高線は、図形とその雰囲気の間の境界線である。
【００１２】 本発明は、位相構造を有している図形の等高線が、単一線内に結像されるので
はなく、第一イメージ線と第二イメージ線内に結像され、その第二イメージ線が
、第一イメージ線の範囲内に位置し、そして、第一および第二イメージ線間の距
離が、結像システムの点広がり関数、つまりエアリ(Airy)分布によって決定され
ていると言う認識に基づく。したがって、本発明による方法の場合、結像システ
ムの点広がり関数即ちエアリ分布が有効に使用されている。このシステムが収差
を与えた場合、イメージ線の形状の偏差および／または2つのイメージ線の相互
位置の変更のような、理想的なイメージの所定の偏差が発生する。したがって、
この新規な方法は、振幅または黒白構造形態のテストチャートの使用では検出す
ることができない収差の検出を可能にする。振幅構造を有するテストチャートを
使用すると、その等高線は単一線に結像される。従って、そのようなテストオブ
ジェクトを使用すると、結像された単一等高線の偏差の原因となる結像システム
の収差しか、検出することができないので、これの正確度は、劣る。種類の異な
った収差の効果が、形成されたイメージ内で十分区別できる状態にある、換言す
れば、種類の異なった収差が、いかなる混線も示さないので、位相構造を有する
テストチャートを使用すると、同時に発生する種類の異なった収差を別々に検出
することができる。
【００１３】 リソグラフィック投影システムの非対称収差を測定する方法とデバイスに関す
る、USA 5,754,299に記述されている一実施例の場合、テストオブジェクトは、
位相パターンとして示されていることに留意する必要がある。しかしながら、こ
のパターンは、閉じた単一図形ではなく位相格子（例えば、位置合せマーク）で
ある。この格子から形成されるイメージは、格子それ自体と同じ外観を有する、
すなわち、各格子線は単一線に結像される。さらに、収差の測定に対しては、格
子のイメージは、異なった焦点セッティングごとに形成され、そして検出は、イ
メージそれ自体の形状および／または位置の変化を検出するのではなく、これら
のイメージの間の非対称を測定することに基づく。
【００１４】 本発明の方法は、さらに、走査型電子顕微鏡が、走査検出デバイスとして使用
されることを特徴とすることが好ましい。
【００１５】 実際問題としてすでに頻繁に使われているこのような顕微鏡は、この応用に対
し充分な解像度を有する。走査検出デバイスの別のより新たな型は、原子力顕微
鏡(AFM: atomic force microscope)と走査光学プローブ顕微鏡のようないくつか
の実施形態において使用可能である走査プローブ顕微鏡である。
【００１６】 本発明の方法は、さらに、使用されるイメージ分析法が、フーリエ解析を有す
ることを特徴とすることが好ましい。
【００１７】 フーリエ解析が正弦および余弦関数により作動するので、イメージの等高線を
直接分析することは著しく適切である。
【００１８】 テストオブジェクトの位相構造は、種々の方法で実現させることができる。例
えば、単一図形は、板の残りの部分の屈折率は異なっている屈折率を有する透明
板における領域によって構成させることができる。
【００１９】 本発明の方法の好適な一実施例は、すべての単一図形が、当該板の残部とは異
なった高さに置かれる板の領域によって構成されることを特徴とする。
【００２０】 当該領域は、板にさら穴をあける、または板から突出させる。この板は、結像
ビームの放射に透明であるか、またはそれを反射させるものとすることができる
。
【００２１】 単一図形は、正方形のまたは三角形の形状のような、種々の形状を有すること
ができる。本発明の方法の好適な一実施例は、当該領域が円形に形成されている
ことを特徴とする。
【００２２】 この時、単一図形の形状は、結像システムの円対称性に、最適に適合化されて
いて、そしてこの図形のイメージは2つの円のイメージ線から成る。形状の変化
とこれらのイメージ線の相互のオフセットは、容易に観測することができる。正
方形の単一図形が使用される場合であっても、投影システムによって形成される
この図形のイメージ線が充分に円形状に近似できるので、この新規な方法は良好
な結果を与える。
【００２３】 各単一図形は、さらに、この図形の領域と板の残部間の高さの差が、l80°の
位相差が結像ビームのに導入されるように、決められていることを特徴とするこ
とが好ましい。
【００２４】 透過性または反射性テストオブジェクトに対しては、これは、この高さの差が
、λ/(2(n2-n1)またはλ/4nのオーダでなければならないことを意味する（ここ
で、λは結像ビームの波長で、n2はテストオブジェクト材料の屈折率で、そして
n1は周囲の媒体の屈折率である）。この高さの差で、単一図形の領域から始まっ
ている結像ビームの一部とこの領域の環境から始まっている結像ビームの一部と
の間の位相差が最大となり、そして形成されるイメージのコントラストも最大と
なる。この領域の径が結像ビームの波長のオーダまたはそれより大きいオーダで
ある場合、最適の高さの差は、λ/(2(n2-n1))またはλ/4nに等しい。より小さい
径では、分極効果を考慮しなければならなく、そして、最適の高さの差は最後に
記載した値とは数パーセント異なる。
【００２５】 別の好ましい一実施例によると、領域の径は、λ/(NA.M)に比例している（こ
こで、λは結像ビームの波長、NAはイメージ側での投影システムの開口数、そし
てMはこのシステムの拡大倍率である）。
【００２６】 この時、テストオブジェクトのサイズは、投影システムにより行われる最小イ
メージの収差の測定を可能にするように、投影システムの解像度に適合化される
。
【００２７】 この方法は、とりわけ、フォトレジスト層が設けられている製造基板上に、製
造マスクに存在するマスクパターンを結像させる目的のリソグラフィック装置に
おいて、投影システムの収差を検出するために使用することができる。この方法
は、さらに、前記投影装置の製造マスクの前記位置に配置されている、位相構造
を備えた単一図形を少なくとも有するマスクが、テストオブジェクトとして使用
され、かつ、サポートを備えたフォトレジスト層が、製造基板の位置に設けられ
ていることを、特徴とする。
【００２８】 この方法は、この投影システムが目的とする環境に対応する環境の下で、投影
システムの収差を検出することができる利点を提供する。単一図形の数は、一〜
数十とさせることができる。これらの図形が、投影システムのイメージフィール
ドの範囲内で、異なった位置に結像されるので、イメージフィールドに渡って収
差が変化する。単一図形は小さいので、それらを、マスクパターンの細部の外側
の位置で製造マスクに設けることができる。
【００２９】 しかしながら、この方法は、さらに、少なくとも単一図形を有する空のテスト
マスクを使用することを特徴とすることが好ましい。
【００３０】 テストオブジェクトは、製造マスクと同じ材料でかつ同じ厚さを有し、マスク
パターンまたはその一部が無い透明板（この板を空のテストマスクと言うことが
ある）の凹部が形成されたまたは盛り上げられた部分により構成される。
【００３１】 本発明は、さらに、上述した方法を実行するシステムにも関する。このシステ
ムは、結像システムが一部を形成する光学装置、位相構造を有する少なくとも一
つの図形を有するテストオブジェクト、前記テストオブジェクトが結像されるフ
ォトレジスト層、前記フォトレジスト層内に形成されかつ現像される少なくとも
一つのテストオブジェクトイメージを走査する走査検出デバイス、そして前記観
測されたイメージを格納しかつ分析する、前記走査検出デバイスに結合されてい
るイメージプロセッサ、の組合せにより構成され、前記イメージプロセッサが、
前記一つの図形の前記形成されたイメージの形状変化の異なる型の少なくとも一
つを検出する評価手段を有することを特徴とする。
【００３２】 本発明は、マスクに存在するマスクパターンを基板に結像させるリソグラフィ
ック投影装置であって、投影ビームを供給する照射ユニット、前記マスクを収容
するマスクホールダ、前記基板を収容する基板ホールダ、そして前記マスクホー
ルダと前記基板ホールダ間に配置される投影システムを有する、前記方法を実行
するのに適した装置にも関する。この装置は、前記方法の前記インプリメンテー
ションにおいて、前記投影ビームが結像ビームとして使用され、そして前記照射
ユニットが、前記マスクパターンの前記基板への投影の間、前記方法のための前
記投影ビーム断面の前記径を、前記投影ビーム断面の前記径より小さい値に減ら
す手段を有することを特徴とする。
【００３３】 本発明は、上述した方法に使用されるテストオブジェクトにも関する。このテ
ストオブジェクトは、テストオブジェクトに関する上述した方法の実施例の特性
的特長の一つ以上を有する。このテストオブジェクトは、請求項12-17に記載の
特性的特長をさらに有することができる。
【００３４】 これらのそしてまた他の本発明の態様は、以下に記載する実施例を参照するこ
とにより、非限定的具体例から明らかになるであろう。
【００３５】
【発明を実施するための形態】 図1は、繰り返して基板上にマスクパターンを結像させる、リソグラフィック
装置の実施例の最も重要な光学要素のみを線図的に示す。この装置は、投影レン
ズシステムPLを収容している投影カラムを有する。このシステムの上部には、マ
スクパターンC（例えば、結像されるICパターン）が設けられているマスクMAを
収容するマスクホールダMHが配置されている。このマスクホールダは、マスクテ
ーブルMT内に存在する。基板テーブルWTは、投影カラム内の投影レンズシステム
PLの下に配置されている。この基板テーブルは、ウェーハと呼ばれる基板W（例
えば、半導体基板）を収容する基板ホールダWHも支持する。この基板には、マス
クパターンが、異なったIC領域Wdごとに何度も結像させなければならない放射感
光性の層PR（例えば、フォトレジスト層）が設けられている。この基板テーブル
はXとY方向に可動であるので、IC領域にマスクパターンを結像させた後、マスク
パターンの下に次のIC領域を配置させることができる。
【００３６】 この装置は、放射線源LA（例えば、クリプトンフッ化エキシマーレーザまたは
水銀ランプ）が設けられている照射システム、レンズシステムLS、反射板RE、そ
して集光レンズCOを更に含む。照射システムによって供給される投影ビームPBは
、マスクパターンCを照射する。このパターンは、基板WのIC領域上に投影レンズ
システムPLによって結像される。この照射システムは、EPA 0 658 810に記載さ
れているように、実施させることができる。この投影システムは、例えば、拡大
倍率M = 1/4、開口数NA = 0.6、および22mmの径を有する回折-制限されたイメー
ジフィールドを有する。
【００３７】 この装置には、さらに、複数の測定システム、すなわち、XY平面において相互
にマスクMAと基板Wを整列配置する位置合せシステム、基板ホールダの（それゆ
え、基板の）XおよびY位置とオリエンテーションを決定する干渉計システム、そ
して投影レンズシステムPLの焦点のイメージ面と基板W上のフォトレジスト層PR
の表面間の偏差を決定する焦点エラー発見システムが、設けられている。これら
の測定システムは、電子信号-処理および制御回路およびドライバ、またはアク
チュエータを有するサーボシステムの一部である。これによって、基板の位置と
オリエンテーションおよび集束を、これらの測定システムによって供給される信
号を参照して補正することができる。
【００３８】 位置合せシステムは、図1の右上部に示されるマスクMAの2つの位置合せマーク
M1とM2を使用する。これらのマークは、回折格子により構成するのが好ましいが
、これに代えて、それらの環境とは光学的に異なっている正方形またはストリッ
プのような他のマークによって構成させることもできる。位置合せマークは、二
次元である、すなわち、それらが、図1において2つの相互に垂直な方向、XとY方
向に延在することが好ましい。基板Wは、少なくとも2つの位置合せマーク、好ま
しくは、それらの内の2つ、P1とP2が、図1に示されている二次元の回折格子を有
する。マークP1とP2は、パターンCのイメージを形成しなければならない基板Wの
領域の外側に置かれる。格子マークM1とM2は、位相格子として実施するのが好ま
しく、格子マークP1とP2は、振幅格子として実施するのが好ましい。位置合せシ
ステムは、2つの位置合せビームbとb'が、基板位置合せマークP2とマスク位置合
わせマークM2を、または基板位置合せマークP1とマスク位置合わせマークM1を相
互に結像させるために使用される、ダブル位置合せシステムとすることが出来る
。位置合せシステムを通過したあと、位置合せビームは、放射-感光性の検出器1 3または13'によって受信される。この検出器は、関連するビームを、基板マーク
がマスクマークに対して整列配置される程度を表す電気信号に変換する。この結
果、基板はマスクに対して整列配置される。ダブル位置合せシステムは、このシ
ステムがより詳細に言及されているUSA 4,778,275に記載されている。
【００３９】 基板のXとY位置の正確な決定のために、リソグラフィック装置には、図1にお
いて線図的にブロックIFと示されている多軸干渉計システムが設けられている。
2-軸干渉計システムはUSA 4,251,160に記述されていて、3-軸システムはUSA 4,7 37,823に記述されている。5-軸干渉計システムは、EPA 0 498 499に記述されて
いる。これによると、Xとy軸方向の基板の変位と、z軸についての回転と、Xとy
軸についてのチルトを、非常に正確に測定することができる。ステップ・アンド
・スキャン・リソグラフィック装置は、基板干渉計システムのみならず、マスク
干渉計システムも有する。
【００４０】 図1に線図的に示されるように、干渉計システムの出力信号Siと位置合せシス
テムの信号S13とS'13は、信号-演算処理装置SPU（例えば、XY面で基板テーブルW Tにより基板ホールダを移動させるアクチュエータACに対する制御信号SACに、当
該信号を処理するマイクロコンピュータ）に与えられる。
【００４１】 この投影装置は、更に、焦点面と投影レンズシステムPLとフォトレジスト層PR の面との間の偏差を検出する、図1に示されていない焦点エラー検出デバイスを
含む。このような偏差は、例えば、レンズシステムと基板を相互にZ方向に移動
させることにより、または投影レンズシステムの一つ以上のレンズ素子をZ方向
に移動させることにより補正することができる。例えば、投影レンズシステムに
固着することができるこのような検出デバイスは、USA 4,356,392に記載されて
いる。基板の焦点エラーと局所的チルトの両方を検出するることができる検出デ
バイスは、USA 5,191,200に記載されている。
【００４２】 投影レンズシステムには、非常に厳しい要件が課される。例えば、0.35μm以
下の線幅を有している細部は、このレンズシステムによりシャープに結像されな
ければならないので、このシステムは、相対的に大きいNA（例えば、0.6）を有
していなければならない。さらに、このシステムは、例えば、23mmの径を有する
相対的に大きい、良好に補正されたイメージフィールドを有していなければなら
ない。これらの厳しい要件に対応することを可能とするために、投影レンズシス
テムは、大きい数（例えば、何十もの）のレンズ素子を有し、そしてレンズ素子
は、非常に正確に制作されなければならず、そしてこのレンズシステムは、非常
に正確に組み立てられなければならない。この時、投影システムの良好な制御は
、システムから十分に収差が除かれていて、かつこのシステムが、投影装置への
組み込みに適しているか否かを決定し、かつ補償する対策を講じることが出来る
、収差が、いろいろな原因によりまだ発生する可能性があるか否かを確かめるこ
とを可能とするために、不可欠である。
【００４３】 収差の検出には、投影装置それ自体を、検出方法を実行する測定システムの一
部として使用することができる。この方法によると、所定のテストパターンを有
するテストマスクは、マスクホールダ内に配置され、そしてこのテストパターン
は、製造マスクパターンが製造プロセスの間、放射-感光性の層に結像されるの
と同様に、放射-感光性またはフォトレジスト層に結像される。続いて、この基
板は、この装置から除去され、かつ、基板にレリーフパターン形態のテストパタ
ーンのイメージが得られるように、現像されそしてエッチングされる。このレリ
ーフイメージは、続いて走査検出デバイス（例えば、走査型電子顕微鏡）により
走査される。電子顕微鏡は、観測されたイメージをイメージデータに変換し、こ
れは、特別な映像処理プログラムを使用して、画像処理デバイス内で処理される
。その結果は、ダイアグラムまたはグラフに視覚化させることができる。これに
代えて、電子顕微鏡により観測される構造のビジュアルイメージを、例えば、モ
ニタに示すことも可能である。
【００４４】 この方法は、図2にブロック図で示されている。この図において、投影装置はP Aにより示され、現像およびエッチング装置はEDにより示され、そして電子顕微
鏡はSEMにより示され、そして画像処理デバイスはIPにより示され、そしてモニ
タはMOにより示されている。
【００４５】 本発明によると、位相構造を有するテストオブジェクトが使用される。テスト
オブジェクトの小さい部分が、図3aの下面図と図3bの断面図に示されている。こ
のテストオブジェクトは、例えば、クォーツの透明なテストマスクの円い凹部22 の形で位相構造を有する少なくとも一つの閉じた図形を有する。この凹部は、径
Dと深さdを有する。凹部の代わりに、テストオブジェクトの図形は、当該凹部と
マスクの残部に関して同じ径と同じ高さ差を有する盛り上がった部分により、構
成することができる。テストマスクは、テスト図形をフォトレジスト層に結像さ
せる投影ビームに対して、十分透明であるので、この図形はこのビームのための
位相構造を形成する。これは、テストマスクの通過後、円領域22に入射する投影
ビームPBの一部が、ビームの残部とは異なった位相を得たことを意味する。ビー
ム部分間の(radでの)位相差は、
【式１】 で定義される。ここで、n2は、マスク材料の屈折率で、n1は、通常、空気（n = 1）である周囲の媒体の屈折率であり、そしてλは、投影ビームPBの波長である
。円22は、図4に示されるリング24の投影レンズシステムにより結像される。こ
のリングがどのように得られるかについては、図5を参照して説明される。
【００４６】 この図において、参照番号22は、投影ビームPB（電磁放射のビーム）が入射す
るテストマスクの円領域を示す。位相パターン22の通過後、このビームの電界ベ
クトルEのサイズは、位置pの関数としてグラフ25のように変化することが示され
ている。このグラフにおける垂直線は、位相パターン22の等高線の位置に置かれ
る。図5における単レンズによって線図的に示される投影レンズシステムPLを通
過した後、電界ベクトルE'のサイズは、位置の関数としてグラフ29のように変化
することが示されている。垂直線は、斜めの傾斜に変化した。これは、投影レン
ズシステムが理想システムではなく、点広がり関数を有する、すなわち、結像の
間ポイントが、ポイントとして結像されずに、多少エアリーパターンに渡って広
がっている、と言う事実から発生する。電界ベクトルのサイズは、投影ビームの
振幅を表示するので、グラフ29は、フォトレジスト層PRの面における、位置の関
数としてのビームの振幅を示す。ビームの輝度Iが振幅の二乗に等しい(I = E'2) ので、この輝度は位置の関数としてグラフ31のように変化する。グラフ29におけ
る各端は、2つの端で逆向きの傾斜で変化している。これは、位相パターンの単
一等高線が、2つの等高線に結像され、すなわち、円が図4に示されるようにリン
グ24内に結像されることを意味する。このリングの幅wiは、点広がり関数により
決定され、そして、その径diは、投影レンズシステムの解像度により決定される
。投影レンズシステムがいかなるポイント拡がりも有しない場合、フォトレジス
ト層における投影ビームの輝度は、破線グラフ32により示されるような変化を示
し、そして位相パターン22は円に結像されるであろう。本発明による方法におい
ては、投影レンズシステムのポイント拡がり（小さいにもかかわらず）が慎重に
使用される。
【００４７】 所定の投影装置にこの方法を使用すると、リング24は、80nmの幅wiと350nmの
径diを有した。マスクにおける位相パターンが径D = 1.4μmを有するように、投
影レンズシステムは、拡大倍率M = 1/4を有していた。350nmの径diが、最適値と
考えられ、かつこれは、投影レンズシステムが0.63のNAを有しそして投影ビーム
が248nmの波長を有する場合の装置の解像度に対応していた。他の投影装置に対
しては、diは異なった最適値を有するであろう。例え、diが、最適の値とは異な
る値を有する場合であっても、収差はまだ測定することができる。
【００４８】 イメージにおける良好な対比を得るためには、円領域22を通過したビーム部分
とビームの残部間の位相差は、φ= πradでなければならない。これは、マスク
材料の屈折率が1.5であり、そして周囲の媒体が1の屈折率を有している空気であ
る場合、凹部の深さdがビームPBの波長に等しくなければならないことを意味す
る。実際的な実施例に対しては、最適の深さdは、例えば、233nmである。有用な
結果は、最適の深さとは異なった深さでも得ることができる。
【００４９】 円領域22とその環境の両方が反射性テストマスクを使用する場合、円領域の最
適の深さまたは高さは波長の4分の1に等しい。
【００５０】 投影レンズシステムがいかなる収差も示さない場合、図4におけるリングの内
側の円ciと外側の円ceは同心であり、そして、焦点を通る走査の間、このリング
は対称動作をする。焦点を通る走査とは、フォトレジスト層に対して+Z方向と-Z 方向に、イメージを投影レンズシステムの光軸で移動させることを意味するもの
と理解されるべきである。層に対するイメージのこの移動は、投影システムの焦
点を変更することにより、またはこのシステムとフォトレジスト層をZ方向に相
互に移動させることにより実現することができる。
【００５１】 収差が発生すると、当該対称性は乱される。以下に説明されるように、各種の
収差は、リングの特性変形と言う結果をもたらす。
【００５２】 近接して配置されている内側の円ciと外側の円ceを満足に観測することを可能
とするためには、走査型顕微鏡を、投影システムの解像度(λ/NA)より大きい解
像度で使用することが出来る。100,000倍のオーダの拡大倍率を有し、かつ3.5nm のオーダの細部を観測することができる走査型電子顕微鏡は、この目的に対し、
特に、多数のイメージを検出しなければならない場合に、非常に適している。こ
れに代えて、特に、少数のイメージしか検出する必要が無い場合、例えば、光学
プローブ顕微鏡またはAFM (原子力顕微鏡)、またはこれらの組み合わせのような
プローブ顕微鏡の形態の他の走査型顕微鏡を使用することも可能である。
【００５３】 走査により得られたイメージデータは、特別な画像処理方法により処理される
。この方法は、例えば、2つの動作から成る。第一動作は、次のステップに従っ
てリングの輪郭を決定する - 入って来るイメージデータからノイズを除去するステップ; - 例えば、微分により、または各観測されたピクセルの輝度が所定のしきい値
からでどの程度離れているかについて決定することによりイメージの輪郭を決定
するステップ; − 観測されたイメージの輝度分布の重心点を決定するステップ; − ピクセルとこの重心点間の距離を測定するステップ;そして − より小さい距離が群がる、リングの内側の輪郭を表示するピークの内側端と
、より大きい距離が群がる、外側の輪郭を表示するピークの外側端の2つのピー
クを示す棒グラフにおいて測定された距離をプロットするステップ。
【００５４】 第二動作は、次のステップを有するフーリエ解析から成る − x軸に対する異なった角度θで毎回延在しているこれらの輪郭の半径を、こ
れらの角度の正弦と余弦関数に分解し、そして輪郭をフィルタリングするステッ
プ; − このように得られたフーリエ成分の輝度をグラフに視覚化するステップ。こ
の代わりに、このフーリエ解析とは異なる分析法を使用することもできる。輪郭
の半径を角度θの関数として測定することが本質的事項である。基底関数として
正弦関数と余弦関数を有する点が、フーリエ解析の利点である。輪郭の半径を角
度θの関数として決定することは、正弦関数と余弦関数により最も容易に行うこ
とができる。これにより、収差は、直接の態様で検出することができる。他の分
析法の場合、より多くの動作を実行しなければならない。
【００５５】 投影レンズシステムがいかなる収差も有しない場合、環状イメージの内側の輪
郭と外側の輪郭は十分に円形であり、そして図6に示されるように、円はそれら
の周長の全体にわたって十分に同心である。さらに、この時、回転対称は焦点を
通る走査に応じて維持される。
【００５６】 図6は、収差のないレンズシステムと次の結像条件とにより得られたSEMイメー
ジを示す: X =248nm、 NA = 0.63、σ= 0.3、フォトレジスト層の厚み=280nm。
コヒーレンス係数とも呼ばれるσは、結像ビームがレンズシステムのひとみを満
たす程度を示す。0.3のσは、結像ビームが、ひとみ断面図の0.3に等しい断面図
を有することを意味する。
【００５７】 投影レンズシステムの主な収差は、コマ収差、非点収差、三点または三葉収差
、かつ球面収差である。投影レンズシステムがコマ収差を有する場合、SEMとと
もに形成されかつSEMにより観測されるイメージは、図7に示されるような形状を
有する。この例のコマは、いくらか結像ビームの波長を故意に変更することによ
り人偽的に得られる。他の結像条件は、図6に関して記載される条件と同じであ
る。図7に形成されるイメージは、この画像平面が、図面の面に一致すると考え
られる場合、以下に記載される図15の場合と同様に、画像平面の右上に形成され
るイメージである。このイメージは、45°のコマを有する。内側の輪郭と外側の
輪郭は、相互にもはや中心を共有せず、コマの方向で、それゆえ、45°の方向に
相互にオフセットされている円である。
【００５８】 図8は、収差を有する投影レンズシステムにより形成されるイメージを示す。
ここでも、他の結像条件は、図6を参照して記載される条件と同じである。非点
収差イメージの等高線は楕円であり、これらの線間の距離、すなわち、リングの
幅wiは周長を通して定数である。楕円の主軸は、収差の方向に平行である。ここ
でも、図8におけるイメージが、画像平面の一番上の直角に形成されるイメージ
であるので、楕円の主軸は45°の下に延在する。投影レンズシステムの収差は、
このシステムの可動レンズ素子をその公称位置に対してある程度故意に変位させ
ることにより人偽的に得られた。
【００５９】 通常、等高線のポイントは、級数
【式２】 により表示させることができる。ここで、rm(r)はイメージの中心への当該ポイ
ントの公称距離で、cは、当該ポイントが、内側の輪郭か外側の輪郭の何れに関
連するかを示し、cos(mθ)とsin(mθ)は、当該ポイントと中心間の実距離の角度
依存関係であり、そしてmは収差の型により決定される。
【００６０】 球面収差に対しては、m = 0である。この収差は、角度θに依存しないので、
球面収差を有する結像システムにより形成されるイメージは、結像システムの光
軸のまわり、すなわち図1におけるz軸のまわりで回転対称である。球面収差によ
るイメージは、z軸に沿った位置に依存して変化する。
【００６１】 コマ収差に対しては、m = 1である。この収差を有する結像システムにより形
成されるイメージは、単一の対称軸、つまり、図7の具体例の場合、円がそれに
沿って相互に変位する45°の軸を有する。
【００６２】 非点収差に対しては、m = 2である。この収差が発生すると、形成された楕円
のイメージは、2つの対称軸（すなわち、楕円の主軸と短軸）を有する。図8の具
体例の場合、これらの軸は、45°の軸とそれに垂直な軸である。
【００６３】 三葉または三点収差に対しては、m = 3である。この収差が発生するときには
、イメージは3つの対称軸を示す。図7のイメージは、コマ収差のみならず、小さ
い三点収差も有する。より大きい三点収差を有するイメージは、図9に示されて
いる。
【００６４】 ここまでの説明は、単一テストパターンに基づいて行われた。しかしながら、
収差を投影レンズシステムのイメージフィールドにおいて同数の多数の位置で測
定することができるように、テストマスクは、多数のテストパターン（例えば、
121）を有することができる。実際には、これらのテストパターンの全てではな
く、より小さい数（例えば、21）wを使用し、これらのテストパターンを、収差
についてのほとんどの情報がそこから得ることができるような位置に配置する。
テストパターンは非常に小さいので、それらを、関連するICパターンの細部を損
なうことなく、製造マスク、すなわち、ICパターンを有するマスクに設けること
もできる。この場合、別々のテストマスクを製造し、かつ収差を測定するために
マスクを交換する必要はない。
【００６５】 リソグラフィック投影装置によってこの新規な方法を実行するためには、投影
放射の最大量がテストパターンに集中されそしてクリアなイメージが得られるよ
うに、マスクの位置で投影ビームのビーム断面は小さいことが好ましい。リソグ
ラフィック投影装置の新規な生成は、とりわけ、維持されているビームの全放射
エネルギーにより、投影ビームの断面を適合化する可能性を与える特別な照射シ
ステムを有する。このような照射システムは、例えば、論文「可変NAウェーハス
テッパにおける、AERIAL照射器を使用するフォトリソグラフィ」SPIE 第2726巻
、Optical Microlithography IX、1996年3月13-15日、54-70頁に、記載されてい
る。投影ビームの断面とひとみ断面の間の比率は、σによりまたはコヒーレンス
係数により示される。マスクパターンの突出に対しては、現在、1〜0.3の間の値
が使用されている。本発明によれば、ビーム断面を制限する手段が、値を0.2以
下のオーダにセットすることができるように機能する場合には、このようなリソ
グラフィック装置は、収差を測定するこの新規な方法を実行するのに非常に適す
るものにすることが出来る。投影ビームの断面を、基板にマスクパターンを投影
するために使用されるビーム断面よりかなり小さくすることができるようにして
、すでにリソグラフィック装置に存在するビーム制限手段を適合化することによ
り、これらの手段を得ることができる。この場合、このさらなるビーム断面の低
減は、ビームの全エネルギーを維持しつつ、実現させることができる。収差測定
に対しては、これに代えて、放射線源とマスクホールダ間の放射パスに余分のダ
イアフラムを配置することも可能である。ここで、このダイアフラムの開口は、
σ値を1と、例えば、0.1の間のオーダにセットすることができるように調整可能
である。
【００６６】 ここまで、ステッピングリソグラフィック装置における本発明の使用が記述さ
れた。すなわち、この装置においては、次のIC領域がマスクパターンと投影シス
テムの下に配置されるまで、第一IC領域においてマスクパターン全体が照射され
かつ結像され、そして続いてマスクパターンと基板が相互に移動されて、一ステ
ップが実行され、この後、マスクパターンが基板の全てのIC領域に結像されるま
で、このIC領域は、マスクパターンにより照射され、そして他のステップが再び
実行され、そして同様なステップが実行される。投影レンズシステムに課される
大きいNAと大きいイメージフィールドの要件を軽減するためにおよび／またはこ
の装置の解像度とイメージフィールドを増大するために、ステップ・アンド・ス
キャニング装置を使用することが好ましい。この装置の場合、マスクパターンは
、全体として一ステップで結像されず、このマスクパターンは、狭いか、矩形で
あるか円形のセグメント-成形ビーム断面を有するビームにより照射され、そし
て投影システムの拡大倍率を考慮しつつ、マスクパターンと基板はシステムに対
し同期して、移動され、その結果マスクパターンの全てのサブエリアが、基板の
対応するサブエリアに連続的に結像される。一方向（例えば、X方向）における
投影ビームの断面が、このような装置の場合すでに小さいので、他の方向（例え
ば、Y方向）におけるビーム断面のみを、この新規な方法に対して最適の照度を
得るように、減少させなければならない。
【００６７】 図10-25は、本発明による方法によって得られた測定結果の多くの具体例を示
す。
【００６８】 図10-14は、球面収差に関する。すでに言及したように、環状イメージ25は、
この収差が発生する時、回転対称のままであるが、リングの幅wiは焦点外れの程
度に依存する。実際の実験の場合、球面収差は、公称高さに対してマスクテーブ
ルの高さ（Z位置）を40μm分再調整することにより人為的に導入された。図10は
、公称焦点に対して-0.3μmから+0.3μmまで投影レンズシステムの焦点を再調整
することにより得られた環状イメージを示す。図11は、この時発生するリングの
幅の変化を示す。この図において、焦点外れDEFは水平軸にμmでプロットされて
いて、そしてリング幅wiは垂直軸にプロットされている。図11に示されるように
、公称焦点設定でのリング幅は、上述の80nmから約130nmまで増大し、80nmのリ
ング幅が0.4μmの焦点外れで得られる。
【００６９】 図12は、最良の焦点位置における環状イメージのXY平面における形状と位置を
示す。座標のXYシステムの原点は、投影システムの光軸に置かれる。図13は、こ
のイメージのフーリエ解析データを示す。角度θの周波数で表されるフーリエ項
FTは、水平軸にプロットされている。位置1でのフーリエ項は、cosθに比例して
いるコマ収差を表し、位置2のそれは、cos2θに比例している非点収差を表し、
位置3のものは、cos3θに比例している三点収差を表し、そして、位置4, 5と6の
ものは、所定の具体例に対する無視できるほど小さい他の収差を表している。円
の偏差の振幅は、垂直軸にnmでプロットされている。図12に示される具体例の場
合、角度θ= 124°にコマ収差が、θ= 178°に非点収差が、そしてθ=- 2°に三
点収差がある。
【００７０】 三次元の図14は、球面収差の、この例では20×20mmの大きさの、イメージフィ
ールド全体にわたる変化の具体例を示す。イメージフィールドにおけるXとY位置
が、ベース面の軸にプロットされていて、そして球面収差が、垂直軸にプロット
されている。この収差は、焦点のμmオフセット当たりのリング幅wiのnm変化の
数で表されている。イメージフィールドにわたる平均球面収差は、この例では、
-85nm/μmである。
【００７１】 図15-18は、公称波長（すなわち、この投影システムの設計波長）より40pm長
い波長の放射により、テストオブジェクトを結像させることにより人為的に導入
させたコマ収差に関する。図15は、イメージフィールドの異なった位置でこの時
形成される環状イメージ40-48を示す。すでに言及したように、内側の輪郭と外
側の輪郭は、コマが発生する時には、相互にオフセットされているので、これら
の輪郭は、もはや相互に中心を共有しない。コマは、中央のイメージ40により示
されているように、イメージフィールドの中央では相対的に小さい。中心からの
変位に応じて、コマの方向が変位の方向と一致して、コマは増大する。コマ方向
は、イメージ45、46、47および48に対して、それぞれ、約+45°、+135°、-135
°、および-45°である。
【００７２】 コマは、イメージフィールドにおける位置のみならず、結像ビームがフォトレ
ジスト層にフォーカスされる程度にも依存する。イメージにおける固定された位
置で焦点を通るフィールド走査が行われると、コマは、集束が最適の場合に発生
する最も小さいコマにより、焦点外れの関数として、放物線状に変化する。図16 は、最良の焦点条件に対するイメージ48の拡大図を示す。
【００７３】 図17は、図16のイメージに関するフーリエグラフを示す。図17から、コマの方
向が、-48°で、その振幅が、30nmであることは明らかである。このイメージを
形成する投影システムも、118°の角度θでの約7nmの非点収差と、17°の角度θ
での約5nmの三点収差を有する。
【００７４】 図18は、イメージフィールド（XY平面）における21の異なった位置でテストパ
ターンを結像させることにより得られるコマチャートを示す。測定された位置で
のコマの方向は、その位置で示される矢印の方向により示されていて、コマのサ
イズは、この矢印の近くの下線が引かれた数により示されている。図18における
各数は、関連するフィールド位置と関連しかつ焦点を通る走査により得られるコ
マ数の平均である。図18に示される具体例のイメージフィールドに渡る平均コマ
は、18nmである。
【００７５】 図19-22は、非点収差に関する。非点収差を有する結像システムは、単一の焦
点の代わりに、第一および第二の非点収差の、相互に垂直である焦点の線を有す
る。これらの焦点の線の長さは、結像システムの光軸の位置に依存する。ビーム
がその最も狭いくびれを有する位置で、焦点の線は、長さが等しく、そしてイメ
ージは円形である。最も狭いくびれの位置の前の位置で、第一焦点の線は第二の
それより長く、そしてイメージは楕円で、その楕円の主軸は、第一焦点の線の方
向に延在している。最も狭いくびれの位置の前の位置で、第二焦点の線は、第一
のそれより長く、そしてイメージは楕円で、その楕円の主軸は、第二焦点の線の
方向に延在している。レンズシステムの非点収差を決定するためには、焦点を通
る走査が必要である。この新規な方法によると、非点収差は、第二調波(29)の変
化を焦点外れの関数として決定することにより検出される。この収差は、μm焦
点外れ当たりのnmで表される。
【００７６】 図19は、非点収差を有する投影システムにより、イメージフィールドにおける
9つの異なった位置で形成されるイメージ50-58を示す。この収差は、投影システ
ムの可動レンズ素子をその公称位置に対して40μm変位させることにより人為的
に導入された。中央イメージ50により示されているように、非点収差は、イメー
ジフィールドの中央で、相対的に小さい。中心からの変位に応じて、収差の方向
は変位の方向と一致し、収差は増大する。非点収差の方向は、イメージ55、56、
57および58に対して、それぞれ、約+45°、+135°-135°および-45°である。
【００７７】 図20はイメージ58の拡大図を示し、そして図21はそれに関するフーリエグラフ
を示す。非点収差の方向が136°で、かつそのサイズが約18nm/μmであることが
、図21から明らかである。このイメージを形成する投影システムも、51°の角度
θで11nmのコマ、11°の角度θで4nmの三点収差、および3°の角度θでcos4θに
比例した6nmの四点収差を有する。四点収差で投影レンズシステムにより形成さ
れるイメージは、4つの対称軸を有する。
【００７８】 図22は、イメージフィールド（XY平面）の21の異なった位置でテストパターン
のイメージを形成することにより得られた非点収差チャートを示す。測定された
位置での非点収差の方向は、その位置で矢印の方向により示されていて、そして
非点収差の量は、その位置で下線が引かれた数により示されている。図22におけ
る各数は、関連する位置に関連しかつ焦点を通る走査により得られる非点収差数
の平均である。所定の具体例に対しては、イメージフィールド全体にわたる平均
収差、すなわち、図22の数の平均は、31.1nmである。
【００７９】 測定された三点収差の具体例は、図23に三次元で示されている。イメージフィ
ールドにおけるXとY位置は、この図ではベース面の軸に沿ってプロットされてい
て、そして収差のサイズは、垂直軸にnmでプロットされている。また、この収差
は、イメージフィールドの角度で最大となる。収差は、相対的に小さく、この収
差の平均値は、この例では4.7nmである。
【００８０】 図24と25は、同時に発生している異なった型の収差を、本発明の方法によって
個別に測定することができることを示す。図24は、図18のそれと同様なコマチャ
ートを示す。純粋なコマを表示している第一矢印が、イメージフィールドの21の
異なった位置で示されているのみならず、球面収差がある場合に測定されたコマ
を表示する第二矢印、および非点収差がある場合に測定されたコマを表示する第
三矢印も示されている。測定されたコマサイズと方向が、当該2つの他の収差が
発生する時、通常、僅か変化することは、この図から明らかである。
【００８１】 図25は、図22のそれと同様な非点収差チャートを示す。純粋な非点収差を表示
する第一矢印が、イメージフィールドの21の異なった位置で示されているのみな
らず、球面収差がある場合に測定された非点収差を表示する第二矢印、およびコ
マがある場合に測定された非点収差を表示する第三矢印も示されている。非点収
差の測定されたサイズと方向が、球面収差とコマが同時に発生する時、通常、僅
か変化することは、この図から明らかである。
【００８２】 円形の位相構造は、マスク表面領域の非常に小さい部分しかカバーしない。完
全に透明なテストマスクが使用されると、位相構造の領域の外側のマスクを通過
すろ放射は、干渉放射の効果を有し、かつ位相構造のイメージの品質を減らすか
もしれない。これを防ぐためには、円形の位相構造（以下では、図形と呼ばれる
）と、それのまわりの相対的に小さい領域（以下では、図形領域と呼ばれる）の
みを、透明とし、マスクの残部（以下では、外側の領域と呼ばれる）を、例えば
、それをクロムでおおうことにより、不透明体にしたテストマスクを使用するの
が好ましい。図26は、円形の位相構造またはここでも参照番号22により示される
領域を有するテストマスクTMの一部分を示す。円22のまわりの透明な図形領域は
、参照番号80により示されている。この領域は、透明なマスク材料（図3bにおけ
る20）から成る。図形領域の外側では、マスクはクロム層82によりおおわれてい
る。
【００８３】 走査型電子顕微鏡または他の走査検出デバイスが、図形22の小さいイメージを
容易に見いだすことができるためには、認識マーク84が、図26に示されるように
、テストマスク内と、各位相パターンの外側の領域に設けられる。図示の具体例
におけるクロム層におけるF-形状の開口により形成されるこのマークは、それが
、Y方向に延在する細部とX方向に延在する細部とを有すると仮定すると、任意の
マークとすることができる。図形26により示されているように、X方向に延在す
るストリップと認識マークのY方向に延在するストリップは、図形22よりかなり
大きいので、このマークはより容易に認識可能であり、かつ検出デバイスのナビ
ゲーションに適切である。このマークが観測されるとすぐに、検出デバイスは、
テストマスクの外側の領域82に対応する基板の領域内で、図形領域80のイメージ
に向けられ、かつこの領域の範囲に位置する図形22のイメージを探索することを
開始することができる。X方向における不透明なクロムが被覆されたストリップ8 6とY方向におけるストリップ88は、図形領域80に対応する基板の領域の範囲内で
の検出デバイスのナビゲーションを単純化するために、図形領域80の範囲内に存
在させることができる。
【００８４】 参照番号90により示されているように、さらなる情報を、テストマスクの各外
側の領域82に設けることができる。この例の場合、この情報は、関連する領域82 に対して選ばれた結像リングの径（図4におけるd）に関する。この情報は、また
、例えば、位置情報とし、そして、テストマスクの関連する図形領域80のXとY座
標を示すことも出来る。この方法を実行するのに有用となる別の情報を、認識マ
ーク84に設けることもできる。
【００８５】 マーク84と90は相対的に大きい細部を有するので、例え、結像環境が理想的で
ない場合（例えば、使用される照度の量が最適でない場合）であっても、走査検
出デバイスがそれらを合理的に認識できる程度に、これらの細部は常に結像され
るであろう。例えば、使用される照度の量が少なすぎる場合、位相図形22のイメ
ージの品質は、この方法をもはや十分に使用することができない程度に、減少す
るであろう。マーク84および／または90を観測することにより、貧弱な画質の原
因を確かめることができるので、位相パターンの有用なイメージをまだ得ること
が可能でかつこの方法をまだ使用することが可能であるように、この環境を、そ
れに適合化させることが出来る。
【００８６】 ここまでは、位相図形22は、板またはテストマスク20の残部より高いかより低
い位置の領域により形成されているものと仮定されていた。しかしながら、位相
図を、板の残部とは屈折率が異なる領域により構成しても良い。このような領域
は、板を通過するビームに位相ジャンプも導入する。反射型製造マスクが、リソ
グラフィック装置に使用され、そしてこの新規な方法が、反射型テストマスクに
より実行される場合、図形22と図形領域80は、この図形22が屈折率がずれた位相
構造として活性化されるようにマスクテストに対し透明でなければならないであ
ろう。図形22と図形領域80の位置でテストマスクを通過した結像ビームを反射さ
せるために、テストマスクには、関連する位置に反射手段を設けることができる
。
【００８７】 ここまでは、リソグラフィック装置の投影レンズシステムについての測定のみ
が記載された。しかしながら、このような装置に対する投影システムは、ミラー
投影システムであっても良い。EUV放射を投影放射として使用する場合、このよ
うな投影システムを使用しなければならない。EUV(極紫外線)放射は、数nm〜数
十nmの範囲の波長を意味するものと理解すべきである。この放射は、軟X線放射
とも呼ばれる。EUV放射の使用は、0.1μm以下のオーダの極めて小さい細部を十
分に結像させることができると言う多大の利点を提供する。換言すれば、EUV放
射が使用される結像システムは、システムのNAを極めて大きくする必要なしに非
常に高い解像度を有するので、システムの焦点深度も、合理的に大きい値を有す
る。十分に透明でかつレンズの製造に適する適切な材料はEUV放射に対しては存
在しないので、従来の投影レンズシステムに代えてミラー投影システムが、基板
にマスクパターンを結像させるために使用されなければならない。このようなミ
ラー投影システムの様々な実施例（3〜6個のミラーを有する）が知られている。
ミラーの数が増大するにつれ、イメージの品質は向上するが、反射損により、基
板上の放射線量は減少する。6個のミラーを有するミラー投影システムは、例え
ば、EPA 0 779 528に記載されている。
【００８８】 図27は、0.20のオーダのNA (イメージ側で)、0.25の拡大倍率M、1.5mmの幅を
有する円形のセグメント形状のイメージフィールド、および相対的に大きい自由
作動距離fwdを有するステップ・アンド・スキャニング・リソグラフィック投影
装置に対する6つのミラーを有する他の型のミラー投影システムの一実施例を示
す。この装置は、EUV放射線源と、その断面が円形セグメントの形状を有する投
影ビームPBを形成する光学システムを収容する、線図的に示されている照射ユニ
ット60を有する。図示されるように、照射ユニットは、基板テーブルWTと投影シ
ステムの結像セクション69、70の近くに配置することができるので、投影ビーム
PBは、これらの要素に沿って近接して投影カラムに入ることが出来る。結像され
るマスクMA'（この例では反射性マスク）は、マスクを走査方向62とその走査方
向と垂直方向に移動させることができる手段により、マスクテーブルMTの一部分
を形成するマスクホールダMH内に、マスクパターンの全ての領域を、投影ビーム
PBにより形成される照射スポットの下に配置させることが出来るように、配置さ
れる。マスクホールダとマスクテーブルは、線図的にのみ示されていて、かつ種
々の方法で実施させることができる。基板Wは、基板テーブルwtにより支持され
る基板ホールダWH内に配置される。このテーブルは、基板を、走査方向（X方向
）のみならず、それに垂直のY方向にも移動させることができる。この実施例の
場合、マスクと基板は、走査の間、同じ方向に移動する。基板テーブルは、ブロ
ック64により支持されている。
【００８９】 反射性マスクMAにより反射された投影ビームは、凹形の第一ミラー65に入射す
る。このミラーは、ビームを集束性ビームとして、わずかに凹形である第二ミラ
ー66に反射させる。ミラー66は、ビームをより大きく集束するビームとして、第
三ミラー67に反射させる。このミラーは、凸面で、かつビームをわずかに発散す
るビームとして、第四ミラー68に反射させる。このミラーは、凹形で、かつビー
ムを集束性ビームとして、凸面である第五ミラー69に反射させ、かつビームを発
散ビームとして第六のミラー70に反射させる。このミラーは、凹形で、かつ基板
Wに設けられているフォトレジスト層PRにフォーカスする。ミラー65、66、67と6 8は、協働してマスクの中間イメージを形成し、ミラー69と70は、フォトレジス
ト層PRに中間イメージの所望のテレセントリック(telecentric)イメージを生成
する。
【００９０】 上述したミラー投影システムと他の投影システムが、前述の収差（球面収差、
コマ収差、非点収差、三点収差、そして他の収差）を有することもでき、そして
これらの収差は、本発明の方法によって正確にかつ高い信頼で測定することがで
きる。EUVリソグラフィの場合、反射性マスクの方が透過性マスクより技術的に
優れているので、とりわけ、反射性マスクを使用することが好ましい。反射性テ
ストマスクまたは製造マスクにおけるこの新規な方法に必要とされるテストパタ
ーンは、周囲の媒体が空気の場合、4分の1波長に等しい深さを有していなければ
ならない。これは、EUVリソグラフィにおいて良く使用される13nmの波長に対し
て、非常に浅い3.25nmの深さが必要であることを意味する。その場合、位相構造
を有する図形22を、この板の残部とは異なる屈折率を有する板またはテストマス
ク20における領域から構成することもできる。
【００９１】 上述した具体例から明らかなように、収差は、測定されたリソグラフィック投
影システムに対して相対的に小さい。したがって、実際には、より高いオーダの
収差を測定することは不必要である。しかしながら、図13、17と21のフーリエグ
ラフから明らかなように、この新規な方法は、これらのより高いオーダの収差を
測定することにも適している。
【００９２】 本発明が、リソグラフィック投影装置に対する投影レンズシステムまたはミラ
ー投影システムの測定を参照して記載されたと言う事実は、その応用が、それに
限定されることを意味するものではない。本発明は、結像システムの収差を、相
互に独立にかつ高い精度と信頼性をもって測定しなければならない全ての場合に
、使用することができる。このような結像システムの具体例は、宇宙望遠鏡であ
る。しかしながら、リソグラフィック投影装置においてこの新規な方法を使用す
るときに、この装置自体が、基板にパターンを結像させ、そしてこの装置の結像
およびサーボシステムを、この新規な方法を実行するために使用することができ
ると言う事実が、適切に使用される。さらに、前述した余分のダイアフラムのよ
うな、この方法を実行するために要求される可能な手段を、この装置内に容易に
配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実行することができるフォトリソグラフィック投影装置
の一実施例を線図的に示す。
【図２】本発明の方法を実行するシステムのブロック図である。
【図３】図3aは、凹部の形態の単一図形を備えたテストオブジェクトの下面図で
、図3bは、このテストオブジェクトの断面図である。
【図４】当該凹部の形成される環状イメージを示す。
【図５】イメージ形成の理論を示す。
【図６】収差のない環状イメージを示す。
【図７】コマのある環状イメージを示す。
【図８】非点収差のある環状イメージを示す。
【図９】三点収差のある環状イメージを示す。
【図１０】様々な焦点セッティングに対する球面収差による環状イメージのリン
グ幅の変化を示す。
【図１１】この変化をグラフで示す。
【図１２】最良のフォーカス条件の下で得られた環状イメージを示す。
【図１３】このイメージに関連する様々なフーリエ項を示す。
【図１４】投影システムのイメージフィールドについての球面収差の変化を示す
。
【図１５】イメージフィールドの様々な位置で形成されるコマのある環状イメー
ジを示す。
【図１６】イメージフィールドのある角度で形成されるこのようなイメージを、
拡大して示す。
【図１７】このイメージに関連する様々なフーリエ項を示す。
【図１８】イメージフィールドの21個の位置で測定されるコマのチャートを示す
。
【図１９】イメージフィールドの異なった位置で形成される非点収差のある環状
イメージを示す。
【図２０】イメージフィールドのある角度で形成されるこのようなイメージを拡
大して示す。
【図２１】このイメージに関連する異なったフーリエ項を示す。
【図２２】イメージフィールドの21個の位置で測定される非点収差のチャートを
示す。
【図２３】投影システムのイメージフィールドについての三点収差の変化を示す
。
【図２４】イメージフィールドについて測定されたコマに対する球面収差と非点
収差の影響を示す。
【図２５】イメージフィールドについて測定された収差に対する球面収差とコマ
の影響を示す。
【図２６】検出マークと別のマークを有するテストマスクの実施例の小さい一部
を示す。
【図２７】ミラー投影システムを有するリソグラフィック投影装置の一実施例を
示す。
【符号の説明】 20 テストマスク 22 位相パターン 29 第二調波 C マスクパターン M1,M2 位置合せマーク PL 投影レンズシステム MA マスク MT マスクテーブル LA 放射線源 LS レンズシステム RE 反射板 CO 集光レンズ
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２９
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 1/08 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 7/20 ５２１ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ジュファーマンス カスパラス エー エ ッチ オランダ国 5656 アー アー アインド ーフェン プロフホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 2G086 HH06 2H052 AA07 AF02 2H095 BB03 BE04 BE05 BE06 BE08 BE09 5F046 DA13 DB05 【要約の続き】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学結像システムの収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクトを配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設けるステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジェクトを結像させるステ
    ップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、そして - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度を有する走査検出デバイ
    スによって前記現像されたイメージを検出するステップ を有する方法において、 少なくとも一つの閉じた単一図形を有するテストオブジェクトが使用され、そ
    して前記走査検出デバイスにより観測されるこの図形のイメージが、前記単一図
    形の前記イメージ内の形状変化の異なった型の少なくとも一つを確かめるために
    イメージ解析され、形状変化の各型が、所定の収差を示すことを特徴とする光学
    結像システムの収差を検出する方法。
  2. 【請求項２】 走査型電子顕微鏡が、走査検出デバイスとして使用されることを
    特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項３】 使用される前記イメージ分析法が、フーリエ解析を有することを
    特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項４】 すべての単一図形が、板の残部とは異なる高さに位置する前記板
    内の領域により構成されていることを特徴とする請求項1、2または3に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記単一図形の前記領域と前記板の前記残部間の前記高さの差が
    、180°の位相差が前記結像ビームに導入されるように決められていることを特
    徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記領域の前記径が、λ/(NA.M)に比例している（ここで、λは
    、前記結像ビームの前記波長、NAは、前記イメージ側での前記結像システムの前
    記開口数、そして、Mは、前記結像システムの前記拡大倍率である）ことを特徴
    とする請求項4または5に記載の方法。
  7. 【請求項７】 製造マスクに存在するマスクパターンを、フォトレジスト層が設
    けられるている製造基板に投影することを目的とするリソグラフィック投影装置
    における投影システムの収差を検出する請求項1、2、3、4、5または6に記載の方
    法において、 位相構造を有する単一図形を少なくとも有するマスクが、前記投影装置内の前
    記製造マスクの前記位置に配置されていて、かつサポートを有するフォトレジス
    ト層が、製造基板の前記位置に設けられていることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 位相構造を有する単一領域を少なくとも有する空のテストマスク
    が、使用されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項９】 収差の各種類が、各項で重み係数が先行するある数のゼルニケ多
    項式の組合せである特定フーリエ調波により表される請求項3に記載の方法にお
    いて、 それが、 - 前記照射パラメータの少なくとも一つを異なる値の数で逐次セットし、前記数
    が、決定されるゼルニケ多項式の前記数に少なくとも等しいステップと、 - 各々の当該異なる値に対して同じフーリエ調波を測定し、かつ当該フーリエ調
    波に対する前記測定値から、かつ以前に実行されたシミュレーションプログラム
    により得られた格納されている重み係数によって前記ゼルニケ係数を計算するス
    テップ の追加のステップによって、ゼルニケ係数の前記測定を行うことを特徴とする方
    法。
  10. 【請求項１０】 収差が、各々がゼルニケ係数の組合せからなるフーリエ調波に
    より表される請求項3に記載の方法において、 前記イメージ解析が、観測されたイメージを多くの参照イメージと比較するこ
    とにより観測されたイメージの前記ゼルニケ係数を決定するステップをさらに有
    し、その参照イメージが、前記参照イメージのどれが、前記観測されたイメージ
    に最も合うかを決定するために、ルックアップテーブルにそれらのゼルニケ係数
    についてのデータと共に格納されていて、前記ルックアップテーブルが、以前に
    実行されたシミュレーションプログラムにより得られていることを特徴とする方
    法。
  11. 【請求項１１】 - 結像システムが一部を形成する装置; - 位相構造を有する少なくとも一つの図形を有するテストオブジェクト; - 前記テストオブジェクトが結像されるフォトレジスト層; - 前記フォトレジスト層内に形成されかつ現像される少なくとも一つのテストオ
    ブジェクトイメージを走査する走査検出デバイス、そして - 前記観測されたイメージを格納しかつ分析する、前記走査検出デバイスに結合
    されているイメージプロセッサ、 の組合せにより構成される、前記請求項の何れかに記載の前記方法を実行するシ
    ステムにおいて、 前記イメージプロセッサが、前記一つの図形の前記形成されたイメージの形状
    変化の異なる型の少なくとも一つを検出する評価手段を有することを特徴とする
    システム。
  12. 【請求項１２】 マスクに存在するマスクパターンを基板に結像させるリソグラ
    フィック投影装置であって、投影ビームを供給する照射ユニット、前記マスクを
    収容するマスクホールダ、前記基板を収容する基板ホールダ、そして前記マスク
    ホールダと前記基板ホールダ間に配置される投影システムを有し、請求項1-8の
    何れかに記載の前記方法を実行するのに適した装置において、 前記方法の前記インプリメンテーションにおいて、前記投影ビームが結像ビー
    ムとして使用され、そして前記照射ユニットが、前記マスクパターンの前記基板
    への投影の間、前記方法のための前記投影ビーム断面の前記径を、前記投影ビー
    ム断面の前記径より小さい値に減らす手段を有することを特徴とするリソグラッ
    フィック投影装置。
  13. 【請求項１３】 前記テストオブジェクトに関する、請求項1-8の何れかに記載
    の一つ以上の当該特性特長を有しているテストオブジェクト。
  14. 【請求項１４】 各閉ざされた図形が、前記マスク表面領域の一部により形成さ
    れる図形領域により囲まれていて、その図形領域が、前記図形と同じ透過係数ま
    たは反射係数を有することを特徴とする、テストマスクとして実施される請求項
    13に記載のテストオブジェクト。
  15. 【請求項１５】 各図形領域が、前記マスク表面領域の一部により形成される外
    側の領域により囲まれている請求項13に記載のテストオブジェクトにおいて、各
    外側の領域に、前記図形と前記図形領域と同じ透過係数または反射係数を有する
    認識マークが設けられていることを特徴とするテストオブジェクト。
  16. 【請求項１６】 請求項15に記載のテストオブジェクトにおいて、各図形領域に
    、前記検出装置に対するナビゲーションマークが設けられていて、そのナビゲー
    ションマークが、前記図形と前記図形領域と異なる透過係数又は反射係数有する
    ことを特徴とするテストオブジェクト。
  17. 【請求項１７】 請求項15または16に記載のテストオブジェクトにおいて、各外
    側の領域に、前記図形および／または前記マスク表面領域上のその位置について
    の情報を有する別のマークが設けられていて、当該別のマークが、前記図形と前
    記図形領域と同じ透過係数または反射係数を有していることを特徴とするテスト
    オブジェクト。
  18. 【請求項１８】 請求項14、15、16または17に記載のテストオブジェクトにおい
    て、前記テストマスクが、透明で、そして前記図形と前記図形領域の外側でかつ
    前記認識マークの外側でこのマスクの前記表面領域に、これらが存在する場合、
    放射-阻止層が設けられていることを特徴とするテストオブジェクト。
  19. 【請求項１９】 請求項14、15、16または17に記載のテストオブジェクトにおい
    て、前記テストマスクが反射性で、そして前記図形と前記図形領域の外側でかつ
    前記認識マークと前記別のマークの外側でこのマスクの前記表面領域に、これら
    が存在する場合、放射-吸収層が設けられていることを特徴とするテストオブジ
    ェクト。
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