CN100570487C - 确定光刻装置的投影系统的像差的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定光刻装置的投影系统的像差的方法，包含：在该光刻装置中投影参考测试图案；在该光刻装置中投影第二测试图案；测量通过投影所述参考测试图案与所述第二测试图案所得的投影图像中的物体之间的相对偏移；以及使用所述测量结果，确定关于该投影系统的像差的信息。投影该第二测试图案包含进行滤光从而选择通过该投影系统的特殊辐射路径；对于在沿着光轴彼此之间存在偏移的平面上获得的第二测试图案的多个投影图像都执行该测量，以及对于所述多个投影图像，计算第二测试图案的部分的偏移相对于第二测试图案的投影图像沿着光轴的偏移的变化率。本发明还涉及一种半导体装置的制造方法。

Description

确定光刻装置的投影系统的像差的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量光刻装置中投影系统的波前像差的方法。

背景技术

光刻装置是将希望得到的图案施加到基底的靶部的机器。可以将光刻装置用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用一种构图结构，例如掩模，从而产生对应于单层IC的电路图案，并且可以使该图案成像在基底(如硅晶片)上的靶部上(如包含一个或几个电路小片的部分)，其中所述基底具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层。大体上，单个基底将会包含连续曝光的相邻靶部的网络。已知的光刻装置包含所谓的步进器，其中通过一下子使整个图案在靶部上曝光从而对每个靶部进行照射，以及包含所谓的扫描器，其中通过使投影光束按照给定的方向(“扫描”方向)对图案进行扫描并且与此同步地按照平行于该方向或与该方向反平行的方向对基底进行扫描，从而对每个靶部进行照射。

我们希望将数量不断增长的电子器件集成到一个IC中。为了实现这一目的，有必要降低器件的尺寸并且因此增加投影系统的分辨率，其中所述投影系统使掩模的图案成像到基底上。增加投影系统的分辨率使得可以显著地将更小的细节或者线宽度投影到基底的靶部上。这意味着投影系统和用于投影系统中的透镜元件必须遵守非常严格的质量要求。尽管在制造透镜元件和投影系统期间我们非常小心，但是投影系统可能仍然会受到波前像差的影响，例如偏移、散焦、像散、慧差和球差。这些像差是导致成像线宽在图像区域上发生变化的重要原因。重要的是，位于图像区域内不同点处的成像线宽基本上保持恒定。如果该线宽变化大，那么在对基底进行质量检验的过程中就可能拒收其上投影了该成像区域的基底。使用例如相移掩模或离轴照射的技术，可能会进一步加剧波前像差对成像线宽的影响。

因此，重要的是可以准确地测量投影系统的波前像差从而确保可以满足严格的成像质量要求，或者如果必要的话，从而可以控制像差的降低(例如可以调整投影系统中某些透镜元件的位置从而使波前像差最小化)。我们知道一些用于测量波前像差的技术，将在下面更加详细地讨论；这些技术可能受到系统误差的影响，并且因此可能在准确度方面存在局限性。当使测试图案成像时，这些技术还会受到在对某些元件进行定位过程中严格的公差的问题的影响，并且这可能是困难的和/或昂贵的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定光刻装置中投影系统的像差的方法，该光刻装置包含：用于提供投影辐射光束的照明系统，用于支撑构图结构的支撑结构，该构图结构用于使投影光束的横截面具有一种图案，用于保持基底的基底台，以及用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统，并且所述方法包含：投影参考测试图案，投影第二测试图案，测量所述参考测试图案和所述第二测试图案的得到的图像中物体之间的相对偏移，并且使用所述测量结果确定关于该投影系统的像差的信息，其中当使第二测试图案成像时使用了滤光器，从而选择通过投影系统的特殊辐射路径，并且其中对于在沿着光轴彼此之间存在偏移的平面上获得的第二测试图案的多个图像，都执行该测量。

该方法使得可以确定像差，这是因为假设的辐射通过投影系统的路径并不基于简单的几何光学模型。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定光刻装置中投影系统的像差的方法，该光刻装置包含：用于提供投影辐射光束的照明系统，用于支撑构图结构的支撑结构，该构图结构用于使投影光束的横截面具有一种图案，用于保持基底的基底台，以及用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统，并且所述方法包含：投影参考测试图案，投影第二测试图案，测量所述参考测试图案和所述第二测试图案的得到的图像中物体之间的相对偏移，并且使用所述测量结果确定关于该投影系统的像差的信息，其中当使第二测试图案成像时使用了滤光器，从而选择通过投影系统的特殊辐射路径，并且其中在确定像差信息的计算中，将滤光器的坐标包含进来并将其作为可变参数。

该方法可以使得放松对滤光器的定位公差的要求，这是因为在建模的时候就已经考虑到了该公差，并且因此该方法实施起来更为便宜。通过降低滤光器的假设位置中的系统误差的影响，可以确定所述像差。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定光刻装置的投影系统的像差的方法，该光刻装置包含：用于提供投影辐射光束的照明系统，用于支撑构图结构的支撑结构，该构图结构用于使投影光束的横截面具有一种图案，用于保持基底的基底台，以及用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统，并且所述方法包含：投影参考测试图案，投影第二测试图案，测量所述参考测试图案和所述第二测试图案的得到的图像中物体之间的相对偏移，并且使用所述测量结果确定关于该投影系统的像差的信息，其中当使第二测试图案成像时使用了滤光器，从而选择通过投影系统的特殊辐射路径，并且其中在确定像差信息的计算中，将滤光器引入的球差包含进来并将其作为可变参数。

该方法使得可以确定像差，这是因为可以基本上校准由滤光器的固有球差引入的系统额外偏移。

本发明的另一个方面提供了一种装置制造方法，包含：提供基底，使用照明系统提供投影辐射光束，使用构图结构从而使投影光束的横截面具有一种图案，并且将带图案的辐射光束投影到基底的靶部，根据本发明的上述方面中任意一个所述的方法确定投影系统的像差，以及对所述像差进行校正从而降低投影到基底靶部上的带图案的光束的像差。

附图说明

现在将仅通过例子，参考附图对本发明的实施例进行描述，并且在这些附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：

图1描述了根据本发明的实施例的光刻装置；

图2、3和4描述了用于本发明实施例的测试图案曝光的实例；

图5和6是投影系统的横截面示意图，并且分别描述了第一和第二测试图案的成像；

图7和8是投影系统的横截面示意图，用于解释本发明的实施例的工作情况。

具体实施方式

尽管在本上下文中具体提到的是将该光刻装置用于制造IC，但是应该理解，本文中描述的光刻装置还可以有其它的应用，例如制造集成光学系统，用于磁域存贮器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头的导引和探测图案等等。本领域的技术人员可以理解，在这些可替换的应用的上下文环境中，可以将本文中所使用的术语“晶片”或者“电路小片”看成分别与更加通用的术语“基底”或“靶部”是同义词。可以在例如轨道(典型地将一层抗蚀剂施加到基底并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)或者计量工具或检验工具中，在对本文中提到的基底进行曝光之前或之后对其进行处理。

本文中所使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包含紫外(UV)辐射(如波长为365、248、193、157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(如波长在5-20nm范围内)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

应该将本文中所使用的术语“构图结构”广义地理解为指这样一种装置，所述装置可以用于使得投影光束的横截面具有一种图案，从而可以在基底的靶部中生成一种图案。应该注意到，施加到投影光束的图案可能并不与基底的靶部中希望得到的图案完全对应。通常，施加到投影光束的图案将会对应于在靶部中生成的器件中的特定功能层，例如集成电路。

构图结构可以是透射的或是反射的。构图结构的例子包含掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。在光刻技术中掩模是公知的，并且包含多种掩模类型，例如二进制、交替相移、衰减相移，以及多种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子使用了小反射镜的矩阵排列，并且可以单独使每个小反射器进行倾斜从而反射不同方向上的入射辐射光束；通过这种方式，对反射光束进行构图。在构图结构的每个实例中，支撑结构可以是框架或台，例如根据要求它可以是固定的或者是可以移动的，并且它可以确保构图结构位于希望得到的位置，例如相对于投影系统位于希望得到的位置。可以认为本文中所使用的术语“分划板”或“掩模”是更通用的术语“构图结构”的同义词。

本文中所使用的术语“投影系统”应该被广义地理解为包含各种类型的投影系统，包含折射光学系统、反射光学系统以及反折射光学系统，并且适用于例如所使用的曝光辐射，或者适用于其它因素，例如使用浸没流体或者使用真空。可以认为本文中所使用的术语“透镜”与更通用的术语“投影系统”代表相同的意思。

照明系统还可以包含各种光学器件，包含用于导引、成形或控制投影辐射光束的折射、反射和反折射光学器件，并且在下面将这样的单个器件或器件集合称为“透镜”。

光刻装置可以为具有两个(双级)或多个基底台(以及/或者两个或多个掩模台)的类型的光刻装置。在这样的“多级”机器中，可以并行地使用额外的台，或者在一个或多个台上进行准备步骤而将其它的一个或多个台用于进行曝光。

光刻装置还可以为这样一种类型的光刻装置，其中基底浸没在具有较高折射率的液体(例如水)中，从而填充投影系统的最后一个元件与基底之间的空间。还可以将浸没液体施加到光刻装置的其它空间，例如在掩模和投影系统的第一个元件之间的空间。在本技术领域中公知的是，浸没技术是一种用于提高投影系统的数值孔径的技术。

图1示意性地描述了根据本发明的一个特殊实施例的光刻装置。该装置包含：

用于提供投影辐射光束PB(如UV辐射或EUV辐射)的照明系统(照明器)IL；

用于支撑构图结构(如掩模)MA的第一支撑结构(如掩模台)MT，并且该第一支撑结构连接到用于使构图结构相对于物体PL准确定位的第一定位装置PM；

用于保持基底(如涂敷有抗蚀剂的晶片)W的基底台(如晶片台)WT，并且该基底台连接到用于使基底相对于物体PL准确定位的第二定位装置PW；以及

用于使图案成像到基底W的靶部C(如包含一个或多个电路小片)上的投影系统(如折射投影透镜)PL，并且其中是由构图结构MA将该图案赋予到投影光束PB中的。

如这里所描述的，该装置是一种透射类型的装置(如使用透射掩模)。可替换的，该装置可以是反射类型的装置(如上面提到的使用可编程反射镜阵列的类型的装置)。

照明器IL接收来自辐射光源SO的辐射光束。该光源和光刻装置可以是分立的实体，例如在光源是受激准分子激光器的情况下。在这种情况下，光源并不视为形成光刻装置的一部分，并且借助于光束传递系统BD，将来自光源SO的辐射光束传输到照明器IL，其中该光束传递系统BD包含例如适当的导引反射镜和/或光束扩展器。在其它的情况下，光源可以是集成到光刻装置中的一部分，例如在光源是水银灯的情况下。光源SO和照明器IL，以及如果需要的话再加上光束传递系统BD，可以被称作辐射系统。

照明器IL可以包含用于调整光束的角度强度分布的可调整光学元件装置AM。通常，至少可以调整照明器的瞳平面中的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称作σ-外部或σ-内部)。另外，照明器IL通常包含各种其它类型的器件，例如积分器IN和聚光器CO。该照明器提供一种被称作投影光束的受到处理的辐射光束PB，并且该光束在它的横截面上具有希望得到的均匀性和强度分布。

投影光束PB入射到掩模MA上，并且该掩模被保持在掩模台MT上。投影光束PB在穿过掩模MA之后通过透镜PL，并且该透镜使得光束会聚到基底W的靶部C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(如干涉仪装置)，可以准确地移动基底台WT，例如，从而在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似地，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(并没有在图1中明确描述该传感器)用于使掩模MA相对于光束PB的路径准确地定位，如在从掩模库中完成机械检索之后或者在扫描期间。大体上，将借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)实现物体台MT和WT的运动，并且该长行程模块和短行程模块是定位装置PM和PW的一部分。但是，在使用步进器的情况下(与使用扫描仪的情况相反)，可以使掩模台MT仅连接到短行程电机，或者是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2来对准掩模MA和基底W。

可以将所描述的装置用于下述优选的模式中：

1.在步进模式中，使得掩模台MT和基底台WT基本上保持静止，而将赋予给投影光束的整个图案一下子投影到靶部C上(即一次单个静态曝光)。然后，使得基底台WT在X和/或Y方向上偏移，从而可以使得不同的靶部C曝光。在步进模式中，曝光域的最大尺寸限制了在一次单个静态曝光中可以成像的靶部C的尺寸。

2.在扫描模式中，同步地对掩模台MT和基底台WT进行扫描，而与此同时将赋予给投影光束的图案投影到靶部C上(即一次单个动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的移动速率和方向是由投影系统PL的放大率(缩小率)和图像反转特性确定的。在扫描模式中，曝光域的最大尺寸限制了在一次单个动态曝光中靶部的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定了靶部的高度(在扫描方向上)。

3.在另一种模式中，掩模台MT基本上保持静止并且保持可编程构图结构，并且在将赋予给投影光束的图案投影到靶部C上时移动基底台WT或对基底台WT进行扫描。在这种模式中，通常使用一种脉冲辐射源，并且在基底台WT的每次运动之后或者在扫描期间的连续辐射脉冲之间按照要求对可编程构图结构进行更新。可以容易地将这种工作模式应用于使用了可编程构图结构的无掩模光刻中，其中该可编程构图结构例如上述类型的可编程反射镜阵列。

还可以使用上述模式的组合和/或变体，或者使用完全不同的模式。

为了帮助理解本发明，现在将会参考图2到6描述一种现有技术以及它的局限性。实际上在该种技术中，如将在下面解释的那样，在不同的条件下对两个测试图案单独进行曝光。该第一测试图案起到了参考图案的作用，并且在一个实例中该第一测试图案包含多个被称作内部框架的10的小方块，如图2中所示；以及第二测试图案包含一组被称作外部框架12的较大的方块。每个测试图案包含内部框架的阵列或者包含外部框架的阵列，并且可以这样安排每个测试图案，从而这些外部框架12沿着它们的边缘接触到它们的相邻外部框架，如图3中所示。每个外部框架12与各自的内部框架10是近似同心的，如图2和3中所示。但是，因为是在不同的条件下使得两个图案成像，所以如下面将要解释的那样，每个外部框架12相对于它的内部框架10可能会出现偏移，并且通过测量该偏移，就可以获得关于投影系统的波前像差的信息。之所以会有这样的结果是因为，投影系统中波前的局部像差以波前的局部倾斜的形式出现，这会导致由该波前的特定局部部分产生的图像发生偏移。因此，图像的偏移可以与波前像差相关。

图4显示了当使第一和第二测试图案成像到涂敷有抗蚀剂的晶片上时它们的完全曝光的情况。它包含方形的内部框架10的阵列，以及外部框架12的基本上为圆形的斑(patch)。为了清楚起见，在图4中仅标识出了一个内部框架10和一个外部框架12。

在图5中显示了用于内部框架10的第一测试图案的成像条件。第一测试图案位于掩模MA上，并且在正常成像条件下使得该掩模成像在基底W上，其中基底W位于由投影系统PL产生的掩模MA的图像的最佳聚焦平面上。位于位置X_if处的内部框架成像在位置MX_if处，其中M是投影系统的放大率，并且该放大率典型地小于1，例如1/4。投影系统PL在光瞳平面上具有光瞳14。光瞳平面上的光强度分布基本上是成像在基底W上的掩模MA上图案的傅立叶变换。第一测试图案的每个内部框架的成像都利用了光瞳14的全部宽度，如图5中的射线所示意表示的。在投影透镜PL的晶片侧，对基底W上某一点处的成像有贡献的最后的射线规定了半角度为alpha的圆锥，并且因此规定了数值孔径NA＝sin(alpha)。在掩模侧，圆锥角度alpha’＝M x alpha。

图6显示了用于外部框架12的第二测试图案的成像条件。在这种情况下，滤光器16位于掩模MA下面的预定距离处Z₀。在该实例中，滤光器是位于其它位置不透明的装置中的孔18，例如薄金属板中的孔径。孔18的尺寸可以近似地等于一个外部框架12的尺寸，并且板的厚度通常基本上小于孔的宽度。在图6中，孔18的中央位于相对于投影系统PL的光轴的位置X₀处。为了简化起见，图5和6是XZ平面上的截面图，但是当然我们可以理解，孔18的位置和被成像的测试图案的位置可以位于XY平面上的任何地方。光瞳18起到了滤光器的作用，从而由于投影系统的数值孔径的原因，只有那些来自掩模MA上的某个测量区域的辐射才会通过投影系统PL，并且这些辐射在孔18处形成的夹角为2x alpha’。接下来，对于掩模MA上的该测量区域中的每个点而言，通过孔18的射线将会按照唯一的路径穿过投影系统PL。相比之下，如图5中所示，来自掩模MA上特定点的射线可以按照多种路径通过投影系统PL并且充满了整个光瞳14。在图6中，对于相对于孔18位于位置X_of处的外部框架而言，到达基底W的来自该外部框架附近的辐射只能按照一种路径通过投影系统PL，其中该路径由实线所示。来自不同外部框架的射线将会按照不同的路径通过投影系统PL，例如，如在图6中由虚线和点线所示的。因此，孔18起到了滤光器的作用，从而来自每个外部框架的射线选择它们自己唯一的路径通过投影系统PL。对于第二测试图案曝光，照明系统的出瞳应该完全充满投影透镜的入瞳。

对于相对于孔18(其中央位于X₀处)位于位置X_0f处的外部框架而言，来自该外部框架的辐射通过投影系统PL的路径的特征可以由坐标p_x确定，其中来自该外部框架的辐射在该坐标点处通过光瞳14。通过简单的几何关系，由下式给出光瞳坐标p_x：

p_X＝sin[tan^-1(X_of/Z₀)]/sin(alpha′)   (1)

更一般地，对于其中央位于坐标(X_0f，Y_0f)＝R处的外部框架而言，由下式给出对应的光瞳坐标：

$P=\frac{R}{\left|R\right|}\sin \left[{\tan }^{-1}\left(\right|R|/Z_0)\right]/\sin \left({\mathrm{alpha}}^{\′}\right)---\left(2\right)$

即

$p_X=\frac{X_{\mathrm{of}}}{\left|R\right|}\sin \left[{\tan }^{-1}\left(\right|R|/Z_0)\right]/\sin \left({\mathrm{alpha}}^{\′}\right)$

和

$p_Y=\frac{Y_{\mathrm{of}}}{\left|R\right|}\sin \left[{\tan }^{-1}\left(\right|R|/Z_0)\right]/\sin \left({\mathrm{alpha}}^{\′}\right)$

其中

$\left|R\right|=\sqrt{X_{\mathrm{of}}^2+Y_{\mathrm{of}}^2}$

对这些表达式进行归一化，从而使光瞳的半径为1。这些表达式是对射线的光瞳位置的几何光学预测。

在通过投影系统的特定路径中存在的波前像差会导致相对于理想波前的倾斜，而这会引起外部框架的图像的偏移。对于每个外部框架而言，不同的路径会潜在地导致出现不同的偏移，并且因此会导致经历不同的局部像差。利用投影透镜的整个数值孔径(投影透镜光瞳宽度)对每个内部框架成像，因此所有内部框架将会经历相同的像差。因此，并不是每个框架会出现一种局部倾斜，而是所有内部框架都会具有相同的共同倾斜，这会导致整个图案的共同偏移。因此，可以将外部框架图像相对于内部框架图像的任何偏移都转换为波前像差。通过这种技术不能获得最低阶的像差(偏移和倾斜)，这是因为这些像差导致了内部框架的整个图案的共同偏移。

实际上，使内部和外部框架的第一和第二测试图案在涂敷有抗蚀剂的基底上进行曝光，然后在脱离于光刻投影装置的分立装置中对该基底进行分析。可以对抗蚀剂进行显影，从而使得可以观察到曝光图像，或者可以观察到抗蚀剂中的潜像。还可以使用一种照相机装置，例如CCD或CMOS照相机，用于以电的方式捕捉图像，而不使用抗蚀剂。然后，在独立于光刻投影装置的计算机中分析对应于该图像的电子数据。

图4显示了当使内部和外部框架的第一和第二测试图案成像在涂敷有抗蚀剂的晶片上时它们的曝光情况的实例。近似为圆形的外部框架区域12对应于已经通过光瞳18的铅笔形射线的印记。换句话说，外部框架圆盘是光瞳18的散焦图像。在一个实例中，图4中内部方块10的第一测试图案的尺寸大约为600微米乘以600微米，并且代表了掩模平面上的特定测量区域，而在该测量区域内具有在孔18处构成角度2xalpha’的圆形区域。对于例如图4的曝光而言，在该测量区域内，在对应于可视的大约250个外部框架位置的大约250个位置处测量偏移值。典型地，对应于十列(通过狭缝)乘以三行(沿扫描方向)，进行大约30组这样的测量。

基底平面上的图像中的每个外部框架12的尺寸大约为25微米。滤光器16与掩模MA的平面之间的距离Z₀大约为5mm。

如前面解释过的那样，投影系统的像差会导致波前的倾斜并且因此会导致图像的偏移。测量得到的偏移等于波前的导数，并且可以用下面的数学公式表示两者之间的关系：

$(\mathrm{dX}(k,l),\mathrm{dY}(k,l))=(\frac{\∂}{\∂X}\mathrm{WF}(p_X(k,l),p_Y(k,l)),\frac{\∂}{\∂Y}\mathrm{WF}(p_X(k,l),p_Y(k,l)))---\left(3\right)$

其中k和l是指示每个外部框架的指数。

dX、dY是测量得到的外部框架相对于内部框架的偏移；

/X和/Y分别是X和Y方向上的部分导数；

WF是光瞳位置处(p_x，p_y)的波前；以及

(p_x，p_y)是对应于为k、l的框架指数的瞳孔位置。

可以通过Zernike多项式描述发生像差的波前；也就是可以将波前表示为多个多项式函数的和的形式，由各自的Zernike系数来确定每个函数的贡献量所占的比例。Zernike多项式是径向坐标的多项式函数，并且还具有角度依赖性。可以认为每个Zernike多项式代表特定像差的贡献量。因此在等式3中，波前的导数对应于Zernike多项式的导数，而Zernike多项式的导数本身是另一组多项式。可以使用常规的数值计算方法将这些导数多项式与测量得到的偏移配合在一起从而获得Zernike系数。可以在所选择的Zernike多项式处终止Zernike扩展，从而，例如Zernike扩展一直进行到第64号Zernike。所选择的数量足够多，从而使得由较高阶Zernike系数导致的串扰对较低阶Zernike系数的影响是有限的。

实施例1

本发明的第一实施例源于这样一个事实：根据上述等式1和2中的几何光学理论对穿过光瞳的射线的位置所进行的计算并非都是完全有效的。因此，这会导致例如用Zernike系数表示的计算得到的透镜波前像差中出现误差。

相比之下，根据本发明的该实施例，通过测量对于不同聚焦位置的图像的偏移变化，可以得到被来自特定外部框架的射线穿过的光瞳位置P。参考图7，当基底W位于最佳聚焦平面上时，掩模MA上的外部框架OF在该基底W上的位置R处产生了图像。晶片的位置沿Z轴方向(沿着光轴)的偏移量ΔZ会导致图像偏移ΔR。实际上，对于位于特定测量点处的外部框架OF而言，代表偏移的变化的矢量通过聚焦点指向它正在对其进行采样的光瞳位置。对于光瞳位置P，有下述关系：

$P=\sin \left({\tan }^{-1}(\∂R/\∂Z)\right)/\mathrm{NA}---\left(4\right)$

可以将标准数值近似用于使图像的偏移ΔR通过焦距ΔZ相关于在最佳聚焦位置处的梯度R/Z。接下来，将ΔZ也可写成dZ，并且偏移ΔR将具有成分dX和dY。

更详细地说，波前W和散焦dZ之间的关系为：

(4.1) W(θ)＝dZ.cos(θ)

其中θ是成像射线相对于散焦表面的法线的角度。

由下式给出光瞳坐标p：

(4.2) p＝sin(θ)/NA/n

其中NA是数值孔径，并且n是折射率。

由下式给出在晶片平面上测量得到的偏移：

(4.3) dX＝dW/dp_x

      dY＝dW/dp_y

将偏移转换为晶片坐标，可以得到：

(4.4) dX/dZ＝-dZ.p_x.NA²/(1-p_x ².NA²-p_y ².NA²)^1/2

      dY/dZ＝-dZ.p_y.NA²/(1-p_x ².NA²-p_y ².NA²)^1/2

其中该等式使用了下面的关系：

(4.5)  sin(θ)＝(1-cos²(θ))^1/2

之所以需要因数NA是因为对于数值孔径的边缘进行了归一化。等式(4.4)使得测量得到的量(即散焦的变化导致的偏移的变化(dX/dZ，dY/dZ))相关于光瞳坐标的未知量(p_x，p_y)。这是可解的，因为存在两个具有两个未知量的等式。

可以测量得到的偏移量受到位于其上的测量工具的能力的限制。典型的最大偏移等于外部框架尺寸的±5％，即1.25微米。当θ＝45°时(即NA＝0.7)，这等于±1.25微米的散焦。

可以使用根据这些测量结果和计算结果获得的对应于每个外部框架的光瞳位置，从而替代如等式3中那样通过几何光学近似对光瞳位置进行的分析，以及替代随后的为了获得像差信息的段落，例如将像差信息表示为Zernike系数。

实施例2

等式(4.4)将会给出每框架的光瞳坐标，

(5)p_x(k，l)，p_y(k，l)，

可以将该框架上的分布配用到一个模型当中，其中滤光器(孔)的位置(Dx，Dy，Dz)和球差的量(s)是已知参数。该模型是：

    Dx＝k-coeff(1)；

    Dy＝1-coeff(2)；

    Dz＝coeff(3)-coeff(4)*(sin(tan^-1((rx²+ry²)^1/2)))²；

    sx＝rx-Dx./Dz；

    sy＝ry-Dy./Dz；

    s＝sx²+sy²

其中：

coeff(1)是沿x方向上的偏移(微米)；

coeff(2)是沿y方向上的偏移(微米)；

coeff(3)是沿z方向上的偏移(微米)；

coeff(4)是散焦孔内的轴向球差的量(微米)；

k和l为框架的位置(微米)；以及

rx和ry为该分布内测量得到的光瞳坐标(5)。

通过应用该模型和配用过程，可以获得孔的实际位置，这意味着可以放松对孔18相对于掩模MA上的外部框架的测试图案之间定位要求的公差。这使得孔(或其它滤光器)的制造和定位得到了极大的简化并且变得更便宜。

本发明的实施例还考虑到了可能会导致像差测量中的不准确的另一个因素。参考图8，掩模MA在测量区域20中提供了一种规则的外部框架阵列，其中该测量区域成像在基底W上。但是，辐射所通过的孔18被散焦并且这意味着孔18的图像将会出现严重的球差。如图8中所示，在孔18处形成不同角度的光在距基底W的平面的不同距离处聚焦。这种影响的发生是基本的，即使在理想成像光学系统的条件下情况也是如此。这样影响导致的后果是，在掩模20上规则排列的外部框架在基底W上不再是规则排列的。该影响导致在测试图案图像上内部和外部框架对之间会出现额外的偏移(图4)。

根据本发明的一个实施例，通过校准，可以消除这些额外偏移对投影透镜像差测量结果的影响，这是因为孔球差是要被配用的另一个参数。如前面解释过的那样，使用等式3获得Zernike系数。

根据经验，我们发现如果不考虑对应于大于光瞳直径的0.9的径向位置处的点，那么像差测量结果(即Zernike系数计算结果)会得到改善。

在根据本发明计算了投影系统的像差之后，可以进行校正从而改善成像，例如通过调整某些透镜元件的位置从而使波前像差最小化。因此，可以将该光刻装置用于使希望得到的图案在基底的靶部上曝光。可能需要周期性地进行重复的像差测量，从而补偿装置的热效应、漂移以及老化。

尽管在上面已经对本发明的特殊实施例进行了描述，但是可以理解，可以按照不同于上述内容的方式实施本发明。上述描述并非为了限制本发明。例如，内部和外部框架仅仅是可能的测试图案的例子。这些实施例通过Zernike多项式和它们的系数对透镜像差进行了描述，但是这仅仅是可以被用于描述波前像差的多种可能的函数集合中的一种，并且可以将本发明用于根据除Zernike系数之外的其它参数确定像差。可以单独使用本发明的上述实施例，或者可以使用这些实施例的适当的组合。术语“第一”和“第二”仅用于指示测试图案，并不意味着存在时间上的顺序；可以按照任意一种顺序使得图案成像。这里，也将该第一图案称作参考测试图案。

Claims (6)

1.一种用于确定光刻装置的投影系统的像差的方法，包含：

在该光刻装置中投影参考测试图案；

在该光刻装置中投影第二测试图案；

测量通过投影所述参考测试图案与所述第二测试图案所得的投影图像中的物体之间的相对偏移；以及

使用所述测量结果，确定关于该投影系统的像差的信息，

其中投影该第二测试图案包含进行滤光从而选择通过该投影系统的特殊辐射路径；

其中对于在沿着光轴彼此之间存在偏移的平面上获得的第二测试图案的多个投影图像都执行该测量，以及

对于所述多个投影图像，计算第二测试图案的部分的偏移相对于第二测试图案的投影图像沿着光轴的偏移的变化率。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：对于该第二测试图案的特定部分使用计算得到的变化率来计算辐射穿过的投影系统的光瞳中的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在确定像差信息的计算中，将用于滤光的滤光器的坐标包含进来作为可变参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在确定像差信息时，将用于滤光的滤光器所引入的球差包含进来作为可变参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将该球差用于校正通过所述参考测试图案与所述第二测试图案的所得的投影图像中的各个部分之间测得的偏移。

6.一种半导体装置的制造方法，利用如权利要求1所述的用于确定光刻装置的投影系统的像差的方法，其特征在于包含：

将带图案的辐射光束投影到基底的靶部上，以及

对所述像差进行校正从而降低投影到基底的靶部上的带图案光束的像差。

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