DE60209652T2

DE60209652T2 - Verfahren zur Messung der Aberration eines lithographischen Projektionssystems

Info

Publication number: DE60209652T2
Application number: DE60209652T
Authority: DE
Inventors: Hans Van Der Laan
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP2003158071A; KR20030017404A; JP4073735B2; US20030047694A1; TWI254837B; US6787789B2; DE60209652D1; KR100562190B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Aberration eines Projektionssystems einer lithographischen Vorrichtung, mit:

– einem Bestrahlungssystem zur Zufuhr eines Projektionsstrahls einer Strahlung;
– einer Lagerstruktur zur Lagerung von Musterungsmitteln, wobei die Musterungsmittel dazu dienen, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster zu mustern;
– einem Substrattisch zum Halten eines Substrats; und
– einem Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt auf dem Substrat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von:
– Mustern des Projektionsstrahls mittels der Musterungsmittel gemäß einem Testmuster;
– Durchführen einer Direktbestimmung in Echtzeit wenigstens eines Parameters eines im Raum erzeugten Bildes des Testmusters, gebildet durch das Projektionssystem; und
– Berechnen wenigstens eines Koeffizienten, der die Aberration des Projektionssystems darstellt, auf der Grundlage des wenigstens einen Parameters.

Der Begriff "Musterungsmittel", wie er hier verwendet wird, sei im weiteren Sinn so zu interpretieren, dass er Mittel bezeichnet, die verwendet werden können, einen eingehenden Bestrahlungsstrahl mit einem gemusterten Querschnitt entsprechend einem Muster zu versehen, welches in einem Zielabschnitt des Substrates zu erzeugen ist; in diesem Zusammenhang kann auch der Begriff "Lichtmodulator" verwendet werden. Allgemein gesagt, besagtes Muster wird einer bestimmten funktionellen Schicht; in einer Vorrichtung entsprechen, welche in dem Zielabschnitt erzeugt wird, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis oder einer anderen Vorrichtung (siehe weiter unten). Beispiele solcher Musterungsmittel umfassen:

– Eine Maske. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie allgemein bekannt und es umfasst Maskentypen wie binäre, alternierende Phasenverschiebungs- und gedämpfte Phasenverschiebungs-, sowie verschiedene hybride Maskentypen. Die Anordnung einer solchen Maske in dem Bestrahlungsstrahl bewirkt eine selektive Transmission (im Fall einer durchlässigen Maske) oder Reflektion (im Fall einer reflektierenden Maske) der auf die Maske auftreffenden Strahlung abhängig von dem Muster auf der Maske. Im Fall einer Maske ist die Lagerstruktur üblicherweise ein Maskentisch, der sicherstellt, dass die Maske in einer gewünschten Position in dem eingehenden Bestrahlungsstrahl gehalten werden kann und dass sie relativ zu dem Strahl bewegt werden kann, wenn dies gewünscht ist.
– Eine programmierbare Spiegelgruppierung. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Steuerschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das Grundprinzip hinter einer solchen Vorrichtung ist, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes Licht als gebeugtes Licht reflektieren, wohingegen unadressierte Bereiche einfallendes Licht als ungebeugtes Licht reflektieren. Unter Verwendung eines geeigneten Filters kann das ungebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, so dass nur das gebeugte Licht zurückbleibt; auf diese Weise wird der Strahl abhängig von dem Adressierungsmuster auf der matrixadressierbaren Oberfläche gemustert. Die notwendige Matrixadressierung kann unter Verwendung einer geeigneten elektronischen Vorrichtung durchgeführt werden. Nähere Informationen über solche Spiegelgruppen lassen sich beispielsweise den US-PSen 5,296,891 und 5,523,193 entnehmen. Im Fall einer programmierbaren Spiegelgruppe kann die Lagerstruktur als beispielsweise ein Rahmen oder Tisch ausgeführt werden, der je nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.
– Eine programmierbare LCD-Gruppe. Ein Beispiel einer solchen Konstruktion ist in der US-PS 5,299,872 angegeben. Wie oben kann die Lagerstruktur in diesem Fall beispielsweise als Rahmen oder Tisch ausgeführt sein, der nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.

Aus Gründen der Einfachheit wird der Rest dieser Beschreibung an bestimmten Stellen konkret Bezug nehmen auf Beispiele, welche eine Maske und einen Maskentisch umfassen; die allgemeinen Prinzipien, welche in solchen Beispielen diskutiert werden, sollten jedoch in dem breiteren Zusammenhang der Musterungsmittel gesehen werden, wie oben ausgeführt.
Lithographische Projektionsvorrichtungen können beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In einem solchen Fall können die Musterungsmittel ein Schaltkreismuster entsprechend einer einzelnen Schicht des IC erzeugen und dieses Muster kann auf einem Zielabschnitt (der z. B. einen oder mehrere Rohwafer enthält) auf einem Substrat (Siliciumwafer) abgebildet werden, welches mit einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Materials (Resist) beschichtet wurde. Allgemein enthält ein einzelner Wafer ein ganzes Netzwerk von benachbarten Zielabschnitten, welche aufeinander folgend über das Projektionssystem bestrahlt werden, und zwar jeweils einzeln. Bei bekannten Vorrichtungen, welche eine Musterung durch eine Maske auf einem Maskentisch verwenden, kann unterschieden werden zwischen zwei unterschiedlichen Gerätetypen. Bei einem Typ von lithographischen Projektionsvorrichtungen wird jeder Zielabschnitt beleuchtet, indem das gesamte Maskenmuster in einem Durchgang auf den Zielabschnitt belichtet wird; eine solche Vorrichtung wird allgemein als Waferstepper bezeichnet. Bei einer anderen Vorrichtung – welche üblicherweise als Step-and-scan-Vorrichtung bezeichnet wird – wird jeder Zielabschnitt durch progressives Abtasten des Maskenmusters unter dem Projektionsstrahl in einer gegebenen Referenzrichtung (der Abtastrichtung) beleuchtet, während synchron der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung abgetastet wird; da üblicherweise das Projektionssystem einen Vergrößerungsfaktor M (üblicherweise < 1) hat, ist die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch abgetastet wird, M-mal größer als diejenige, mit der der Maskentisch abgetastet wird. Nähere Informationen betreffend lithographische Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben wurden, lassen sich beispielsweise der US-PS 6,046,792 entnehmen.
Bei einem Herstellungsprozess unter Verwendung einer lithographischen Projektionsvorrichtung wird ein Muster (z. B. einer Maske) auf einem Substrat abgebildet, wel ches zumindest teilweise mit einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Materials (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedene Bearbeitungen durchlaufen, wie Priming, Resistbeschichtung und Weichbacken. Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Bearbeitungen unterworfen werden, wie Nachbelichtungsbacken (PEB), Entwicklung, Ausbacken und Messung/Inspektion der abgebildeten Einzelheiten. Diese Folge von Abläufen wird als Basis zur Musterung einer einzelnen Schicht einer Vorrichtung, z. B. eines IC verwendet. Eine so gemusterte Schicht kann dann verschiedene Abläufe durchlaufen, wie Ätzen, Ionenimplantation (Dotierung), Metallisierung, Oxidation, chemisch-mechanisches Polieren etc., welche alle beabsichtigten, eine einzelne Schicht endzubearbeiten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, wird der gesamte Ablauf oder eine Abwandlung hiervon für jede neue Schicht wiederholt. Schließlich ist eine Gruppierung von Vorrichtungen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden. Diese Vorrichtungen werden dann voneinander durch eine Technik wie Trennschneiden oder Sägen getrennt, wonach die einzelnen Vorrichtungen auf einem Träger angeordnet werden können, mit Anschlussstiften verbunden werden können etc. Weitere Informationen betreffend solche Abläufe können beispielsweise dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Ausgabe, Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 entnommen werden.
Aus Gründen der Einfachheit sei das Projektionssystem nachfolgend als "Linse" bezeichnet; dieser Begriff soll jedoch im weiteren Sinn verschiedene Typen von Projektionssystemen umfassend interpretiert werden, einschließlich Brechungsoptiken, Reflektionsoptiken und catadioptrischen Systemen, um Beispiele zu nennen. Das Bestrahlungsystem enthält auch Bauteile, welche abhängig von einem dieser Gestaltungstypen arbeiten und solche Bauteile können ebenfalls nachfolgend gemeinsam oder einzeln als "Linse" bezeichnet werden. Das Bestrahlungssystem, sowie das Projektionssystem weisen üblicherweise Bauteile zum Richten, Formen oder Steuern des Projektionsstrahls der Strahlung auf. Insbesondere wird das Projektionssystem üblicherweise Vorrichtungen aufweisen, um die numerische Apertur (üblicherweise als "NA" bezeichnet) des Projektionssystems festzulegen und das Bestrahlungssystem weist typischerweise Einstellmittel auf, um die äußere und/oder innere radiale Erstreckung (üblicherweise als σ-Außen und σ-Innen bezeichnet) der Intensitätsverteilung stromauf der Musterungsvorrichtung (in einer Pupille des Bestrahlungssystems) festzulegen. Weiterhin kann die lithographische Vorrichtung von dem Typ sein, der zwei oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische) hat. Bei solchen "Mehrfachstufen"-Vorrichtungen werden die zusätzlichen Tische parallel verwendet oder Vorbereitungsschritte können an einem oder mehreren Tischen durchgeführt werden, während einer oder mehrere andere Tische für die Belichtungen verwendet werden. Doppelstufige lithographische Vorrichtungen sind beispielsweise in der US-PS 5,969,441 und der WO 98/40791 beschrieben.
Allgemein gesagt, um die Integration einer wachsenden Anzahl elektronischer Bauteile in einem IC zu realisieren, ist es notwendig, den Oberflächenbereich eines IC zu vergrößern und/oder die Größe der Bauteile zu verringern. Für das Projektionssystem bedeutet dies insbesondere, dass die Auflösung erhöht werden muss, so dass zunehmend kleinere Details oder Linienbreiten auf gut definierte Weise auf einen Zielabschnitt abgebildet werden können. Dies macht ein Projektionssystem notwendig, welches sehr strenge Qualitätsanforderungen erfüllen kann. Beispielsweise kann aufgrund von Herstellungstoleranzen und in der Natur der Sache liegenden Linsengestaltungsgrenzen das Projektionssystem eine Restaberration zeigen. In der Praxis ist das Projektionssystem kein ideales (diffraktionsbegrenztes) System; üblicherweise ist das Projektionssystem ein aberrationsbegrenztes System. Der Einfluss einer Restaberration wird zunehmend wesentlich bei der Anwendung neuerer Techniken, beispielsweise Phasenverschiebungsmasken oder Außerachsenbeleuchtung, um die Auflösungsleistung einer lithographischen Projektionsvorrichtung zu verbessern. Besagte Restaberration kann Aberrationen niedriger Ordnung aufweisen (beispielsweise Verzerrung dritter Ordnung, x-Astigmatismus dritter Ordnung, 45°-Astigmatismus dritter Ordnung, x-Koma dritter Ordnung, x-Koma dritter Ordnung, sphärische Aberration dritter Ordnung), sowie Aberrationen höhererer Ordnung (beispielsweise Verzerrung fünfter Ordnung und siebter Ordnung, x- und 45°-Astigmatismus, x- und y-Koma und x- und y-Dreiwellenaberration). Für nähere Informationen betreffend der oben erwähnten Aberrationen sei beispielsweise auf die Veröffentlichung mit dem Titel "Towards a comprehensive control of full-field image quality in optical photolithography" von D. Flagello et al, Proc. SPIE 3051, Seiten 672–685, 1997 verwiesen.
Beispielsweise aufgrund einer Änderung der Umgebungsbedingungen oder reversibler Änderungen aufgrund von Linsenerwärmung oder aufgrund einer Alterung von Bestandteilen des Projektionssystems aufgrund einer Wechselwirkung der Strahlung des Projektionsstrahls mit dem Material der Bestandteile sind die Aberrationen niedriger und höherer Ordnung nicht konstant über die Zeit hinweg. Um die Restaberration (z. B. mitten während eines Herstellungsprozesses) zu minimieren, weisen moderne lithographische Projektionsvorrichtungen üblicherweise Vorrichtungen auf, um Aberrationen niedriger Ordnung und/oder hoher Ordnung zu messen, welche zu der Restaberration beitragen, Mittel, um die Aberrationen einzustellen (z. B. durch Einstellungen der Positionen von einem oder mehreren beweglichen Linsenelementen des Projektionssystems oder der Lagerstruktur) und Mittel zur Berechnung und zur Anwendung der benötigten Einstellungen. Für eine Beschreibung eines Verfahrens, um die Restaberration im Wesentlichen zu minimieren, sei beispielsweise auf die europäische Patentanmeldung 01303036.6 verwiesen, welche als EP 1246014 A1 veröffentlicht wurde und Stand der Technik nach Artikel 54(3) EPC darstellt.
Die internationale Patentanmeldung WO 00/31592 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Aberration in einem optischen Projektionssystem. Insbesondere beschreibt diese WO-Anmeldung den Aberrationsringtest ("ART"). Diese Technik verwendet eine Reihe von ringartigen Merkmalen auf einer speziellen Teststrichplatte, welche durch ein optisches Projektionssystem auf ein photoempfindliches Substrat abgebildet werden. Die Bilder der ringartigen Merkmale auf dem Substrat werden dann unter Verwendung einer Technik SEM (Abtastelektronenmikroskop) untersucht. Ein Vergleich der gemessenen Bilder mit den entsprechenden Originalmerkmalen auf der Strichplatte zeigt die Art oder die Arten von Aberration, welche das optische Projektionssystem in die Bilder eingebracht hat. Besagte WO-Anmeldung beschreibt auch eine Verfeinerung der ART-Technik, welche als ARTEMIS (ART Extended to Multiple Illumination Settings) bekannt ist. Diese Verfeinerung verwendet die Tatsache, dass die Art von Aberration mathematisch als spezielle fourier'sche Harmonische ausgedrückt werden kann, welche eine Kombination einer Anzahl sogenannter Zernike-Polynome, jeweils mit einem zugehörigen Zernike-Aberrationskoeffizient und einem Gewichtungsfaktor ist. Um eine Anzahl N solcher Zernike-Aberrationskoeffizienten zu bestimmen, wird die ART-Technik an einer Mehrzahl von N unterschiedlicher Gruppen von Einstellungen von σ-Außen, σ-Innen und NA durchgeführt. Aus Gründen der Einfachheit wird eine Gruppe von Einstellungen von σ-Außen, σ-Innen und NA nachfolgend als σ-NA-Einstellung bezeichnet. Auf diese Weise ist man in der Lage, die gleiche fourier'sche Harmonische für jede aus der Mehrzahl N von σ-NA-Einstellungen zu messen. Unter Verwendung eines Simulationsprogramms können für die oben genannten Gewichtungsfaktoren Referenzwerte erhalten werden. In Kombination erlaubt dies die Berechnung des gewünschten Satzes von Zernike-Aberrationskoeffizienten, was die Quantifizierung der betreffenden Aberration ermöglicht.
Ein anderes Verfahren zur Messung von Aberrationen des lithographischen Projektionssystems ist in der europäischen Patentanmeldung 01301571.4 beschrieben, welche als EP 1 128 217 A2 veröffentlicht wurde und Stand der Technik nach Artikel 54(3) EPC ist. Sie betrifft die Messung von Aberrationen an Ort und Stelle, welche schnell genug derart ist, dass die Anzahl von Substraten, welche pro Zeiteinheit bearbeitet werden können, nicht wesentlich beeinflusst wird. Bei diesem Verfahren wird der Projektionsstrahl in ein gewünschtes Testmuster gemustert und die Intensitätsverteilung des projizierten im Raum erzeugten Bildes des Testmusters wird an Ort und Stelle unter Verwendung einer Erkennungsvorrichtung erkannt, welche in dem Substrattisch enthalten ist. Die Position der besten Brennweite (entlang der optischen Achse des Projektionssystems), sowie die seitliche Position (in zueinander senkrechten Richtungen senkrecht zur optischen Achse des Projektionssystems) des projizierten im Raum erzeugten Bildes des Testmusters wird für eine Mehrzahl unterschiedlicher σ-NA-Einstellungen gemessen. Koeffizienten, welche eine oder mehrere Aberrationen des Projektionssystems darstellen, können basierend auf den Ergebnissen der besten Brennweite und der seitliche Positionsmessungen berechnet werden. Das Verfahren wird nachfolgend als TAMIS (Transmission image sensing At Multiple Illumination Settings) bezeichnet. Besagtes Testmuster ist typischerweise beispielsweise ein Segment eines periodischen Gitters bestehend aus Linien und Abständen, welche eine Projektionsstrahlbestrahlung im Wesentlichen unterbrechen und durchlassen. Auch werden Segmente solcher Gitter, wo die Breite der Abstände im Vergleich zur Breite der Linien groß ist, als Testmuster verwendet. Typischerweise werden zwei Testmuster, wobei die Linien und Abstände parallel zu zwei entsprechenden, zueinander senkrechten Richtungen (in der Ebene, welche das Muster aufweist) liegen, verwendet, um eine Messung von Aberrationen wie beispielsweise ein x-Koma und ein y-Koma zu ermöglichen. Trotz solcher Messungen kann jedoch die Intensitätsverteilung vom projizierten im Raum erzeugten Bilder irgendwelcher solcher Gittersegmente keine wesentlichen erkennbaren Informationen hinsichtlich des Vorhandenseins bestimmter Aberrationen höherer Ordnung liefern, beispielsweise einer Dreiwellenaberration. Folglich besteht das Problem der Bereitstellung von Testmustern, die in der Lage sind, das Vorhandensein und die Größe von Aberrationen sowohl niedriger Ordnung als auch höherer Ordnung zuverlässig anzuzeigen und zu messen, wobei die Messung an Ort und Stelle derart erfolgen soll, dass die Anzahl von Substraten, welche pro Zeiteinheit bearbeitet werden können, nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu beseitigen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung einer Aberration mit verbesserter Empfindlichkeit zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Aberration eines optischen Projektionssystems geschaffen, wie es in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die Bezeichnung "Kontrast" bezieht sich hier auf die Bereitstellung eines Musterungseffekts an der Strahlung des Projektionsstrahls. Beispielsweise können kontras tierende isolierte Bereiche als opake oder reflektierende Chrombereiche auf einer Oberfläche einer im Wesentlichen transparenten Strichplatte ausgeführt werden oder als im Wesentlichen durchlässige Bereiche in einem strahlungsblockierenden oder reflektierenden Chromüberzug, der eine Strichplattenoberfläche abdeckt. Weiterhin können sich analog zu gedämpften Phasenverschiebungsmasken die Durchlässigkeits- und/oder Phasenverschiebungseigenschaften isolierter Bereiche von der Durchlässigkeits- und/oder Phasenverschiebungseigenschaft eines Bereichs unterscheiden, der die isolierten Bereiche aufweist.
Ein Muster, welches für eine einzelne Schicht einer Vorrichtung repräsentativ ist, kann typischerweise eine sich wiederholende zweidimensionale Struktur von Merkmalen aufweisen, welche gemäß einem fiktiven zweidimensionalen Gitter in einer Ebene positioniert sind, welche das Muster aufweist. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Wiedergabetreue eines projizierten (im Raum erzeugten) Bildes eines solchen Musters üblicherweise stark von dem Vorhandensein bestimmter Aberrationen höherer Ordnung abhängt. Folglich ist gemäß der Erfindung ein Testmuster, welches eine sich wiederholende zweidimensionale Struktur isolierter Bereiche aufweist, welche gemäß dem zweidimensionalen Gitter positioniert sind, besonders geeignet für Messungen der bestimmten Aberrationen höherer Ordnung.
Bevorzugt sollte ein Testmuster, welches isolierte Bereiche aufweist, die gemäß einem Gitter angeordnet sind, wobei die Einzelzelle des Gitters eine sechseckförmige Zelle ist, welche sechs isolierte Bereiche aufweist, die bei oder nahe den sechs Ecken der sechseckförmigen Zelle angeordnet sind, zum Erhalt einer guten Empfindlichkeit einer Dreiwellenaberration (höherer Ordnung) verwendet werden.
Allgemein gesagt, um eine gewünschte Empfindlichkeit auf bestimmte unterschiedliche Typenaberrationen höherer Ordnung zu erhalten, kann die Einzelzelle des Gitters eine Form haben, welche ausgewählt ist aus der Formengruppe, bestehend aus Dreieckform, Quadratform und Sechseckform. Besagte isolierte Bereiche müssen nicht notwendigerweise an den Ecken einer Einzelzelle liegen. Sie können auch entlang der Seiten einer Einzelzelle liegen oder sowohl an den Ecken und entlang den Seiten einer Einzelzelle oder innerhalb einer Einzelzelle.
Die Messung von Aberrationen kann auf der Durchführung einer direkten Bestimmung wenigstens eines Parameters eines im Raum erzeugten Bildes in Echtzeit durchgeführt werden, welches durch das Projektionssystem gebildet wird, und zwar für eine Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen wenigstens eines Systems, ausgewählt aus der Gruppe von Systemen, bestehend aus dem Bestrahlungssystem und dem Projektionssystem (für beispielsweise eine Mehrzahl unterschiedlicher σ-NA-Einstellungen). Der wenigstens eine Parameter stellt eine Differenz zwischen einer Eigenschaft eines projizierten Bildes von wenigstens zwei isolierten Bereichen innerhalb einer Einzelzelle dar. Besagte Eigenschaft kann eine Eigenschaft sein, ausgewählt aus der Gruppe von Eigenschaften, bestehend aus Spitzenintensität, räumlich integrierter Intensität, räumlicher Intensitätsverteilung, der Form eines Bildquerschnitts und der Größe eines Bildquerschnitts, um Beispiele zu nennen. Die Verfügbarkeit eines Parameters, der die Differenz darstellt, ermöglicht die Messung einer größeren Anzahl von Aberrationskoeffizienten im Vergleich zu beispielsweise TAMIS in Kombination mit der Verwendung von Gittersegmenten als Testmustern.
In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die direkte Bestimmung in Echtzeit wenigstens eines Parameters eines im Raum erzeugten Bildes des Testmusters mittels einer Strahlungserkennungsvorrichtung, welche eine durchlässigkeitsgemusterte Strahlungsapertur aufweist, wobei die durchlässigkeitsgemusterte Strahlungsapertur ein zweidimensionales Gitter isolierter Bereiche mit einer Durchlässigkeit aufweist, welche wesentlich unterschiedlich zu der Durchlässigkeit eines Bereichs der Strahlungsapertur ist, welche die isolierten Bereiche aufweist. Die Positionen der isolierten Bereiche der Erkennungsapertur bezüglich einander können an Positionen der isolierten Bereiche des Testmusters angepasst werden, wobei der Vergrößerungsfaktor N des Projektionssystems berücksichtigt wird. Die Verwendung einer solchen Erkennungsapertur zur Abtastung eines projizierten Bildes auf das Testmuster und zur Messung von Aberrationen kann zu einer erhöhten Empfindlichkeit im Vergleich zur Verwendung einer schlitzförmigen Erkennungsapertur führen.
Bevorzugt wird eine Mehrzahl von Parametern an einer entsprechenden Mehrzahl unterschiedlicher numerischer Apertureinstellungen des Projektionssystems und/oder unterschiedlicher Einstellungen einer Pupillengröße in einer Pupillenebene des Bestrahlungssystems bestimmt. Diese unterschiedlichen Einstellungen der Pupillengröße können unterschiedliche Beleuchtungsmoden aufweisen, welche ausgewählt werden aus der Gruppe aufweisend scheibenförmiger, ringförmiger, quadrupoler, dipolarer und weich-multipolarer Beleuchtungsmodus, um Beispiele zu nennen. Für mehr Informationen betreffend Definition und Realisierung von Beleuchtungsmoden sei beispielsweise auf die US-Patentanmeldung 09/287,014 verwiesen, welche als US 2001/046038 A1 veröffentlicht wurde und gemäß Artikel 54 EPC nicht zum Stand der Technik gehört und der EP 0 949 541 A2 entspricht, welche nach Artikel 54(2) EPC zum Stand der Technik gehört.
Alternativ kann der wenigstens eine Parameter die Position des besten Brennpunkts und/oder die seitliche Position eines projizierten Bildes des Testmusters sein.
Die Erfindung kann auch den Schritt der Berechnung einer theoretischen Schwankung für jede aus der Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen des oder der bestimmten Parameter als Funktion einer kleinen Änderung des wenigstens eines Koeffizienten bereitstellen, welcher die Aberration des Projektionssystems darstellt. Folglich kann man den wenigstens einen Koeffizienten durch multiple Regression oder eine Methode der kleinsten Quadrate eines Satzes gleichzeitiger Gleichungen berechnen. Insbesondere können Zernike-Aberrationskoeffizienten erhalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird neben besagtem Testmuster, welches isolierte Bereiche hat, welche gemäß einem Gitter angeordnet sind, wenigstens ein Zusatz-Testmuster zur Messung von Aberrationen bereitgestellt, beispielsweise für x-Astigmatismus und 45°-Astigmatismus. Das Zusatz-Testmuster kann beispielsweise aus der Gruppe zweidimensionaler Strukturen gewählt werden, welche ein Segment eines Gitters mit periodischen Linien und Abständen und eine sich wiederholende Struktur von parallelen, linienförmigen isolierten Bereichen aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung geschaffen, welches die Schritte aufweist von:

– Bereitstellen eines Substrats, welches wenigstens teilweise durch eine Schicht aus strahlungsempfindlichen Material bedeckt ist;
– Bereitstellen eines Projektionsstrahls einer Strahlung unter Verwendung eines Bestrahlungssystems;
– Verwenden einer Musterungsvorrichtung, um den Projektionsstrahl in seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen;
– Verwenden eines Projektionssystems zur Projektion des gemusterten Strahls der Bestrahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus strahlungsempfindlichen Material; und
– Bestimmung der Aberration des Projektionssystems vor dem Schritt der Verwendung des Projektionssystems durch ein Verfahren gemäß der Ansprüche; und
– Korrigieren der Aberration auf der Grundlage des wenigstens einen berechneten Koeffizienten, um die Aberration eines durch das Projektionssystem projizierten Bildes zu verringern.

Obgleich in diesem Text konkreter Bezug gemacht wird auf die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung von ICs, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine solche Vorrichtung viele andere Anwendungsmöglichkeiten hat. Beispielsweise kann sie bei der Herstellung integrierter optischer Systeme, bei Lenk- und Erkennungsmustern für Magnetic Domain Speicher, für Flüssigkristallanzeigeschirme, Dünnfilmmagnetköpfe, etc. verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass im Zusammenhang mit solchen anderen Anwendungen jegliche Verwendung der Bezeichnung "Strichplatte", "Wafer" oder "Rohchip" in diesem Text ersetzt werden kann durch die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" und "Zielabschnitt".
In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe "Strahlung" und "Strahl" verwendet, alle Arten elektromagnetischer Strahlung zu beschreiben einschließlich ultravioletter Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und EUV (extreme UV-Strahlung, beispielsweise mit einer Wellenlänge im Bereich von 5–20 nm).
Ausführungsformen der Erfindung werden nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein sogenanntes "Ziegelwandmuster" und ein entsprechendes Gitter mit sechseckförmigen Einzelteilen zeigt;
3 ein Testmuster isolierter Bereiche entsprechend einem Gitter sechseckförmiger Einzelzellen zeigt;
4 eine Intensitätsverteilung eines projizierten Bildes eines Testmusters von isolierten Bereichen entsprechend einem Gitter sechseckförmiger Einzelzellen (gemäß 3) beim Fehlen von Restaberration zeigt. Gezeigt ist die Darstellung einer örtlichen Intensitätsverteilung; entlang der Vertikalachse veerläuft die Intensität der Projektionsstrahlstrahlung als Funktion der Position entlang einer Linie in x-Richtung, einen Gitterpunkt schneidend;
5 eine Intensitätsverteilung eines projizierten Bildes eines Testmusters beim Vorhandensein einer Dreiwellenaberration zeigt. Die Grafik zeigt entlang der vertikalen Achse ein erkanntes Signal, gemessen mit einem schlitzförmigen Strahlungsdetektor und entlang der horizontalen Achse eine seitliche Position des schlitzförmigen Strahlungsdetektors;
6 eine Zerlegung eines erkannten Signals in ein harmonisches Signal und ein harmonisches Signal einer ersten höheren Ordnung zeigt. Entlang der vertikalen Achse sind die Signale aufgeführt und entlang der horizontalen Achse eine seitliche Position des schlitzförmigen Strahlungsdetektors;
7 eine Tabelle von Zernike-Koeffizienten und Polynomen aufführt;
8 eine Korrelation zwischen Messergebnissen für Aberrationen, welche mit ARTEMIS gemessen wurden, mit einem Scherungsinterferometer und mit dem vorliegenden Verfahren zeigt. Entlang der vertikalen Achse ist ein quadratischer Mittelwert in nm einer Differenz zwischen den Messergebnissen aufgeführt;
9 ein Testmuster mit isolierten Bereichen zeigt, welches auf einem Gitter angeordnet ist, welches eine quadratförmige Einzelzelle hat.
Ausführungsform 1
1 zeigt schematisch eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung weist auf:

– ein Bestrahlungssystem Ex, IL, zur Zufuhr eines Projektionsstrahls PB einer Strahlung (z. B. UV-Strahlung oder Strahlung mit Wellenlänge innerhalb spektraler Wellenlängebereiche, welche im Wesentlichen bei 248 nm, 193 nm, 157 nm, 126 nm oder 13,5 nm zentriert sind. In diesem besonderen Fall weist das Bestrahlungssystem auch eine Bestrahlungsquelle LA auf;
– einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske MA (z. B. einer Strichplatte) und in Verbindung mit einer ersten Positioniervorrichtung zum genauen Positionieren der Maske bezüglich dem Gegenstand PL;
– einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats W (z. B. einem resistbeschichteten Siliciumwafer) und in Ver bindung mit einer zweiten Positioniervorrichtung zur genauen Position des Substrates bezüglich dem Gegenstand PL;
– ein Projektionssystem ("Linse") PL (beispielsweise ein Quarz- und/oder CaF₂-Linsensystem, ein catadioptrisches System mit Linsenelementen aus solchen Materialien oder ein Spiegelsystem) zur Abbildung eines bestrahlten Abschnittes der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (z. B. einen oder mehrere Rohwafer aufweisend) des Substrats W.

Wie hier dargestellt, ist die Vorrichtung vom Durchlässigkeitstyp (d. h. hat eine durchlässige Maske). Allgemein gesagt, kann sie jedoch auch vom reflektierenden Typ sein, (beispielsweise mit einer reflektierenden Maske). Alternativ kann die Vorrichtung andere Arten von Musterungsvorrichtungen verwenden, beispielsweise eine programmierbare Spiegelgruppe des oben beschriebenen Typs.
Die Quelle LA (z. B. ein UV-Excimer-Laser, eine mit Laser erzeugte Plasmaquelle, eine Entladungsquelle oder ein Undulator oder Wiggler um den Pfad eines Elektrodenstrahls in einem Speicherring oder Synchrotron herum) erzeugt einen Strahl einer Strahlung. Dieser Strahl wird einem Beleuchtungssystem (Beleuchter) IL entweder direkt oder nach Durchlauf durch eine Formungsvorrichtung, beispielsweise einen Strahlexpander Ex, zugeführt. Der Beleuchter IL weist eine Einstellvorrichtung AM zur Einstellung von σ-Außen bzw. σ-Innen der Intensitätsverteilung im Strahl auf. Zusätzlich weist er üblicherweise verschiedene andere Bestandteile auf, beispielsweise einen Integrierer IN oder einen Kondensor CO. Auf diese Weise hat der auf die Maske MA auftreffende Strahl PB eine gewünschte Gleichförmigkeit und Intensitätsverteilung im Querschnitt.
Es sei festzuhalten, dass 1 betreffend, die Quelle LA innerhalb des Gehäuses der lithographischen Projektionsvorrichtung sein kann (wie das oft der Fall ist, wenn die Quelle LA beispielsweise eine Quecksilberlampe ist), sie kann jedoch auch entfernt von der lithographischen Projektionsvorrichtung sein; der Strahlungsstrahl, den sie erzeugt, wird in die Vorrichtung geführt, beispielsweise unter Zuhilfenahme geeigne ter Richtspiegel). Dieses letztere Szenario trifft oftmals zu, wenn die Quelle LA ein Excimerlaser ist. Die vorliegende Erfindung und die Ansprüche umfassen beide genannten Szenarien.
Der Strahl PB schneidet nachfolgend die Maske MA, welche auf einem Maskentisch MT gehalten ist. Nach Durchlauf der Maske MA läuft der Strahl PB durch die Linse PL, welche den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C auf dem Substrat W fokussiert. Unter Zuhilfenahme der zweiten Positioniervorrichtung (und der interferometrischen Messvorrichtung IF), kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, z. B. so, dass unterschiedliche Zielabschnitte C im Pfad des Strahls PB positioniert werden. Auf ähnliche Weise kann die erste Positioniervorrichtung verwendet werden, die Maske MA bezüglich dem Pfad des Strahls PB genau zu positionieren, z. B. nach der mechanischen Entnahme der Maske MA aus einem Maskenlager oder während einer Abtastung. Üblicherweise wird die Bewegung der Objekttische MT und WT durch Zuhilfenahme eines langhubigen Moduls (Grobpositionierung) und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung) realisiert, welche in 1 nicht näher dargestellt sind. Im Fall eines Wafersteppers (im Gegensatz zu einer Step-and-scan-Vorrichtung) muss jedoch der Maskentisch MT nur mit einem kurzhubigen Stellglied verbunden werden oder er kann festgelegt sein.
Die dargestellte Vorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Moden verwendet werden:

1. Im Schrittmodus wird der Maskentisch MT im Wesentlichen ortsfest gehalten und ein gesamtes Maskenbild wird in einem Durchgang (d. h. einem einzelnen "Flash") auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtungen verschoben, so dass ein unterschiedlicher Zielabschnitt C durch den Strahl PB beleuchtet werden kann;
2. Im Abtastmodus trifft im Wesentlichen das gleiche Szenario zu, mit der Ausnahme, dass ein gegebener Zielabschnitt C nicht in einem einzelnen "Flash" belichtet wird. Anstelle hiervon ist der Maskentisch MT in einer bestimmten Richtung (der sogenannten "Abtastrichtung", z. B. der y-Richtung) mit einer Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl PB veranlasst wird, über ein Maskenbild abzutasten; gleichzeitig wird der Substrattisch WT simultan in gleiche oder entgegen gesetzte Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M der Vergrößerungsfaktor der Linse PL ist (typischerweise M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass Kompromisse bei der Auflösung gemacht werden müssen.

Um eine Messung von Aberrationen machen zu können, weist eine bestimmte Maske Testmuster auf. Üblicherweise werden Standardausrichtungsmarkierungen, bestehend aus gleichen Linien/Abständen (z. B. mit einer Linienbreite von 8 μm für die abgebildete Markierung) entlang der x- und y-Richtungen in 1 und spezielle asymmetrisch segmentierte Ausrichtungsmarkierungen als Testmuster verwendet. Die seitliche Position (d. h. die Position in der x-, y-Ebene von 1, nachfolgend auch als horizontale Position bezeichnet) und die Position des besten Brennpunkts (d. h. die Position entlang der z-Richtung in 1, nachfolgend auch als vertikale Position bezeichnet) von im Raum erzeugten Bildern von Testmustern können mit einem Transmissionsbildsensor TIS gemessen werden. Der Transmissionsbildsensor TIS ist in eine körperliche Referenzoberfläche eingesetzt, welche dem Substrattisch WT zugeordnet ist. In einer bestimmten Ausführungsform sind zwei Sensoren auf einer Bezugsplatte angeordnet, welche wiederum auf der oberen Oberfläche des Substrattisches WT angeordnet ist, und zwar an diagonal entgegen gesetzten Positionen außerhalb des Bereichs, der vom Wafer W abgedeckt wird. Die Bezugsplatte ist aus einem hochstabilen Material mit einem sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Invar und hat eine flache reflektierende Oberfläche, die Markierungen trägt, welche in Ausrichtungsprozessen mit einem anderen Bezug verwendet werden. Der Transmissionsbildsensor TIS wird verwendet, direkt die vertikale und horizontale Position des im Raum erzeugten Bildes eines Testmusters auf der Maske, wie es von der Projektionslinse projiziert wird, zu bestimmen. Er weist Öffnungen in der reflektierenden Oberflächeauf, nahe hinterhalb denen ein Fotodetektor angeord net ist, der empfindlich für die Strahlung ist, die für den Belichtungsprozess verwendet wird. Insbesondere kann er schlitzförmige Aperturen mit Schlitzen parallel zur x- und/oder y-Richtung in 1 aufweisen. Allgemein wird ein bestimmtes Testmuster in Kombination mit einer speziellen entsprechenden Apertur des Transmissionsbildsensors TIS verwendet. Um die Position der Brennebene zu bestimmen, projiziert die Projektionslinse ein Bild eines Testmusters auf der Maske MA, welches kontrastierende helle und dunkle Bereiche hat, in den Raum. Die Substratstufe wird dann horizontal abgetastet (in einer oder bevorzugt zwei Richtungen), sowie vertikal abgetastet, so dass eine entsprechende Apertur des Transmissionsbildsensors TIS den Raum durchläuft, wo das im Raum erzeugte Bild angenommen wird. Wenn die entsprechende Apertur durch die hellen und dunklen Abschnitte des Bildes des Testmusters läuft, schwankt der Ausgang des Fotodetektors (ein Moiré-Effekt). Der vertikale Pegel, zu dem die Änderungsrate der Amplitude des Fotodetektorausgangs am höchsten ist, zeigt den Pegel an, bei dem das Bild eines Testmusters den größten Kontrast hat und zeigt somit die Ebene des optimalen Brennpunkts an. Die horizontale Position, an der die Änderungsrate am höchsten ist, zeigt die seitliche Position des im Raum erzeugten Bildes an. Ein Beispiel eines Transmissionsbildsensors dieses Typs ist näher in der US-PS 4,540,277 beschrieben. Die Vorteile des Transmissionsbildsensor sind Robustheit und Geschwindigkeit, da es sich um eine Direktmesstechnik handelt, welche keine Resistbelichtung beinhaltet.
In der Ausführungsform dieser Erfindung wird ein Testmuster in Betracht gezogen, welches geeignet ist zur Messung von Aberrationen niedriger Ordnung und Aberrationen höherer Ordnung (beispielsweise Dreiwellenaberration). Das Vorhandensein einer Dreiwellenaberration ist besonders schädlich für die Wiedergabetreue eines projizierten Bildes auf ein Muster mit einer sogenannten "Ziegelwandstruktur". In einer Ziegelwandstruktur ist ein rechteckförmiger isolierter Bereich wie die Ziegelsteine in einer Ziegelwand aneinander gereiht. Folglich kann gemäß der Erfindung ein Testmuster mit einer sich wiederholenden zweidimensionalen Struktur gemäß einer Ziegelwandgeometrie verwendet werden, um die Messgenauigkeit dieser besonderen Aberration höherer Ordnung zu verbessern.
In 2 ist der charakteristische Aufbau einer (zweidimensionalen) Ziegelwand 200 dargestellt. Die Position eines jeden langgestreckten/rechteckförmigen isolierten Bereiches, der einen (zweidimensionalen) Ziegel 201 darstellt, kann durch die Position von zwei Punkten 203 definiert werden, wobei jeder Punkt auf der Längssymmetrieachse eines Ziegels 201 und in einem bestimmten Abstand von einer entsprechenden Endfläche dieses Ziegels 201 liegt. Die Punkte 203 der Ziegel 201 stimmen mit den Gitterpunkten 205 eines Gitters 207 überein. Das Gitter 207 ist durch eine sechseckförmige Einzelzelle 209 charakterisiert. Ein solches Gitter wird nachfolgend als Bienenwabengitter oder HC-Gitter bezeichnet und ein Testmuster mit isolierten Bereichen, welche bei oder nahe den Gitterpunkten 205 liegen, wird als Bienenwabenmuster oder HC-Muster bezeichnet.
In 3 ist eine typische Ausgestaltung einer Einzelzelle eines HC-Musters gezeigt. Die isolierten Bereiche 310, 320, 330, 340, 350 und 360 der Einzelzelle des HC-Musters liegen im Wesentlichen mittig auf Punkten 205 eines Sechseckgitters 207. Im Fall einer Maske kann das HC-Muster beispielsweise als im Wesentlichen durchlässige quadratische Bereiche ausgebildet werden, welche von einer strahlungsblockierenden Schicht (beispielsweise eine Chromschicht) auf einer Oberfläche einer Strichplatte umgeben sind. Die Abstände 301, 302 und 303 betragen in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise 400 nm bzw. 200 nm bzw. 350 nm.
Ein projiziertes Bild eines solchen HC-Musters ist in 4 schematisch für eine Einzelzelle und einen isolierten Bereich einer benachbarten Einzelzelle gezeigt. In dem Bild ergibt sich das Vorhandensein isolierter Bereiche 310, 320, 330, 340, 350 und 360 einer Einzelzelle des HC-Musters durch entsprechende Intensitätsverteilung 410, 420, 430, 440, 450 und 460 bei oder nahe den Punkten 405 eines entsprechenden Sechseckgitters 407. Die Intensitätsverteilung 480 in 4 ist ein Bild eines entsprechenden isolierten Bereiches einer benachbarten Einzelzelle in dem Testmuster; andere derartige Intensitätsverteilungen sind in 4 (aus Gründen der Einfachheit) nicht gezeigt. Um die Intensitätsverteilung eines Bildes des HC-Musters ingesamt von einer Intensitätsverteilung eines Bildes eines einzelnen isolierten Bereiches, beispielsweise der Intensitätsverteilung 440 unterscheiden zu können, können die letzteren Intensitätsverteilungen nachfolgend als "örtliche" Intensitätsverteilungen bezeichnet werden. In 4 ist eine Darstellung einer örtlichen Intensitätsverteilung für die Intensitätsverteilung 440 dargestellt. Entlang der Vertikalachse ist die Intensität der Projektionsstrahlstrahlung als eine Funktion einer Position entlang einer Linie in x-Richtung dargestellt, welche den Mittelpunkt 405, der durch die Intensitätsverteilung 440 gebildet ist, schneidet. Der Satz von Intensitätskonturlinien 441, 442 und 443 in 4 stellt Linien gleicher örtlicher Intensitäten entsprechender Intensitäten 401, 402 und 403 dar. Diese Intensitäten sind auf ähnliche Weise dargestellt durch die Sätze von Intensitätskonturlinien (411, 412, 413), (421, 422, 423), (431, 432, 433), (451, 452, 453), (461, 462, 463) und (481, 482, 483), gekennzeichnet durch die jeweiligen örtlichen Intensitätsverteilungen 410, 420, 430, 450, 460 und 480.
Beim Fehlen von Aberrationen sind die Eigenschaften eines Bildes eines isolierten Bereichs (beispielsweise die Spitzenintensität örtlicher Intensitätsverteilungen) im Wesentlichen gleich; diese Situation ist in 4 gezeigt. Üblicherweise sind beim Vorhandensein von Restaberration diese Eigenschaften von Bildern isolierter Bereiche zueinander unterschiedlich. Beispielsweise unterscheidet sich beim Vorhandensein einer x-Dreiwellenaberration die Spitzenintensität der Intensitätsverteilungen 410, 430 und 450 von der Spitzenintensität der Intensitätsverteilung 420, 440, 460 und 480. In 5 ist dieser Effekt dargestellt; die Intensitätskonturlinien 461, 462, 463 und 481, 482, 483 der örtlichen Intensitätsverteilungen 460 bzw. 480 sind radial von den entsprechenden Gitterpunkten 405 gegenüber ihren Positionen in 4 nach außen verschoben, was einen Anstieg der Spitzenintensität anzeigt. Auf ähnliche Weise sind die Konturlinien 411, 412, 413 bzw. 451, 452, 453 der örtlichen Intensitätsverteilung 410 bzw. 450 radial nach innen verschoben, was eine Abnahme der Spitzenintensität anzeigt. Dieser Effekt kann gemessen werden, indem die Intensitätsverteilung des Bildes des Testmusters mit einer schlitzförmigen Apertur 410 des TIS (mit dem Schlitz parallel zur y-Achse in 5) abgetastet wird (in 5 in x-Richtung). Die Grafik in 5 zeigt entlang der Vertikalachse die durch den TIS er kannte Intensität als Funktion der Position des Schlitzes entlang der x-Richtung. Beim Fehlen einer Restaberration ist die erkannte Intensität 520 eine sich periodisch ändernde Funktion von x mit Spitzenwerten, welche an Schlitz-x-Positionen 521 auftreten; das Vorhandensein einer x-Dreiwellenaberration führt zu einem (phasen-) verschobenen, periodisch sich ändernden Intensitätssignal 530 mit Spitzenwerten, welche an Schlitz-x-Positionen 522 auftreten. Ein messbarer Parameter des Bildes des Testmusters (der eine x-Dreiwellenaberration darstellt) ist beispielsweise die Positionsverschiebung, die in 5 durch den Pfeil 523 angegeben ist. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf diesen Parameter begrenzt. Beispielsweise kann aus dem erkannten Signal 530 eine am besten passende, sich sinusförmig ändernde Funktion 531 bestimmt werden und die Phasenverschiebung zwischen den Signalen 520 und 531 kann gemessen werden. Alternativ kann gemäß 6 das erkannte Signal 530 in die am besten passende sich sinusförmig ändernde Funktion 531 und ein erstes harmonisches Signal 632 höherer Ordnung zerlegt werden. Die Phasenverschiebung 633 des Signals 632 ist ein messbarer Parameter, der die x-Dreiwellenaberration darstellt.
Bevorzugt werden Zernike-Aberrationskoeffizienten, auch Zernike-Koeffizienten genannt, gemessen. Diese Koeffizienten, welche die Aberrationen des Projektionssystems darstellen, beschreiben insbesondere die Projektionslinsen-Wellenfrontaberrationen. Die Wellenfrontaberrationen W kann als eine Serie beschrieben werden, welche Zernike-Expansion genannt wird, und der folgenden Winkelform folgt: W = Zifi(r, θ) + Zifj(r, θ) + Zkfk(r, θ) + ... (1)
Wobei jedes Z ein Zernike-Koeffizient ist und jedes f das entsprechende Zernike-Polynom ist und wobei r und θ radiale bzw. Winkel-Koordinaten sind. Hierbei ist r durch den Pupillenradius des Projektionssystems normalisiert. Die Funktionen f nehmen die Form des Produkts eines Polynoms in r und in sin oder cos von mθ an. Die in 7 gezeigte Tabelle zeigt in Spalte 1 den Zernike-Koeffizienten, in Spalte 2 das entsprechende Zernike-Polynom, in Spalte 3 die sogenannte "Ordnung" der Aberration und in Spalte 4 einen Namen der Aberration. Spalte 5 wird nachfolgend als Bezug verwendet.
Bei dem TAMIS-Verfahren enthalten Parameter, welche zur Messung der Zernike-Aberrationskoeffizienten verwendet werden können, die Position des besten Brennpunkts und die seitliche Position des Bildes des Testmusters insgesamt. Wie oben erläutert, können genauso gut die Parameter betreffend Differenzen zwischen örtlichen Intensitätsverteilungen, beispielsweise diejenigen gemäß obiger Erläuterung, verwendet werden. Einer der Parameter wird bevorzugt für eine Mehrzahl unterschiedlicher σ-NA-Einstellungen gemessen. Die Beziehung zwischen gemessenen Parametern und Zernike-Aberrationskoeffizienten kann auf folgende Weise ausgedrückt werden: Pmeas = ScalcZ (2)
Die Komponenten des Vektors Pmeas können irgendeiner der gemessenen Parameter bei irgendeiner bevorzugten σ-NA-Einstellung sein. Weiterhin sind die Komponenten des Vektors Z die Zernike-Aberrationskoeffizienten, welche zu messen sind, und die Elemente der Matrix Scalc sind berechnete Empfindlichkeitskoeffizienten, welche in linearer Annäherung den Wert einer Zernike-Aberration zu dem Wert eines Parameters in Relation bringen, wie er gemessen wurde. Mit einem HC-Muster, wie es teilweise in 3 gezeigt ist, kann der Vector Z beispielsweise die Zernike-Aberrationskoeffizienten erhalten, die in der Tabelle von 7 mit "hc x" bezeichnet sind. Ein Hilfs-HC-Muster, welches in der x-, y-Ebene in 3 um 90 Grad gedreht ist, kann verwendet werden, um die in der Tabelle von 7 mit "hc y" markierten Zernike-Aberrationen zu messen. Die Zernike-Aberrationskoeffizienten können aus den Messdaten durch Umkehrung von Gleichung (2) berechnet werden. Wenn die Verwendung zweier zueinander senkrechter HC-Muster notwendig ist, um einen einzelnen Aberrationskoeffizienten aus den Messdaten zu berechnen, ist dies in Spalte 5 der Tabelle von 7 durch "hc x, y" angegeben.
Eine Bestätigung der Anwendungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Technik ist in 8 gezeigt. Für ein bestimmtes Projektionssystem einer lithographischen Projektionsvorrichtung, welche mit einer Wellenlänge von 248 nm betrieben wird und eine maximale NA von 0,75 hat, wurden die Werte von Zernike-Koeffizienten vom Linsenhersteller bei einem Satz von 13 unterschiedlichen Positionen entlang der x-Richtung in einem Bildfeld (entsprechend einem Zielabschnitt C) unter Verwendung einer Technik gemessen, welche nachfolgend als SIF bezeichnet wird (ein Durch-die-Linse-Shearing-InterFerometrie-Verfahren, vom Hersteller entwickelt). Die mit SIF erhaltenen Messergebnisse werden als Referenzen verwendet und mit Zernike-Aberrationen verglichen, welche mit ARTEMIS gemessen wurden, und solchen, welche mit dem vorliegenden Verfahren gemessen wurden. Als Ergebnis werden für jedes der letzteren zwei Verfahren 13 unterschiedliche Werte entsprechend dem Satz von 13 unterschiedlichen Positionen für jeden Zernike-Koeffizienten erhalten. In 8 sind die quadratischen Mittelwerte der 13 unterschiedlichen Werte entlang der vertikalen Achse in nm für eine Anzahl unterschiedlicher Zernike-Aberrationskoeffizienten dargestellt. Die schwarzen Balken stellen die Ergebnisse dar, welche mit ARTEMIS erhalten wurden; die schattierten Balken stellen die Ergebnisse dar, welche mit dem vorliegenden Verfahren erhalten wurden, unter Verwendung eines HC-Musters, welches nachfolgend als HC-TAMIS bezeichnet wird. 8 zeigt, dass die Korrelation der HC-TAMIS-Messergebnisse mit den SIF-Messergebnissen vergleichbar mit oder sogar besser als die Korrelation der ARTEMIS-Messergebnisse mit den SIF-Messergebnissen ist. Die Verbesserung gegenüber ARTEMIS ist besonders erheblich bei der Messung der x-Dreiwellen- und y-Dreiwellen-Aberrationskoeffzienten Z10 bzw. Z11.
Ausführungsform 2
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von HC-Mustern beschränkt. In einer zweiten Ausführungsform, welche die gleiche Sicherheit wie die erste Ausführungsform bietet, wie nachfolgend beschrieben, wird ein Testmuster mit einem zweidimen sionalen Gitter isolierter Bereiche, wobei die Einzelzelle eine Quadratform hat, verwendet. Ein solches Testmuster ist empfindlich beispielsweise für das Vorhandensein einer x- und y-Vierwellenaberration.
Ein Testmuster, gekennzeichnet durch ein Gitter von aneinander gereihten quadratischen Einzelzellen kann isolierte Bereiche bei oder nahe den Ecken des Gitters haben, ist jedoch nicht auf eine solche Ausgestaltung beschränkt. In 9 ist ein Beispiel eines Testmusters gezeigt, angepasst an ein Gitter 900 mit einer quadratischen Einzelzelle 910 mit acht isolierten Bereichen 920 (vier davon liegen bei oder nahe den Ecken 930 einer jeden Einzelzelle). Die Verwendung eines solchen Testmusters führt zu einer verbesserten Empfindlichkeit sowohl bei einer Drei- als auch Vier-Wellenaberration.
Üblicherweise können Testmuster mit dreieckförmigen, quadratischen und sechseckförmigen Einzelzellen verwendet werden, was von der gewünschten Empfindlichkeit auf bestimmte Aberrationen abhängt. Alternativ können zur Messung von x- und y-Koma und x- und 45°-Astigmatismus beispielsweise Testmuster mit einem Segment eines Gitters mit periodischen Linien und Abständen und/oder einer sich wiederholende Struktur paralleler linienförmig isolierter Bereiche verwendet werden. Bevorzugt weist ein Testmuster zur Messung von Aberrationen eine Mehrzahl von unterschiedlich ausgebildeten Testmustern, beispielsweise solcher wie hier beschrieben, auf.
Ausführungsform 3
In einer dritten Ausführungsform, welche genauso sicher wie die erste oder zweite Ausführungsform sein kann, wie nachfolgend beschrieben, weist der Bildsensor TIS eine Strahlungsapertur mit einem zweidimensionalen Gitter von isolierten, im Wesentlichen durchlässigen Bereichen in der reflektierenden oberen Oberfläche der Bezugsplatte auf. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit des erkannten Signals für das Vorhandensein von Aberrationen im Vergleich zur Empfindlichkeit verbessert werden, die bei der Verwendung einer schlitzförmigen Apertur erhalten wird.
Beispielsweise in Kombination mit einem HC-Muster zur Verwendung als Testmuster kann eine Erkennungsapertur mit einer sechseckförmigen Aneinanderreihung isolierter Aperturen (nachfolgend einfach als "Sub-Aperturen" bezeichnet) verwendet werden. Die Form der Sub-Aperturen ist kein kritischer Parameter; die Form der Sub-Aperturen kann beispielsweise kreis- oder rechteckförmig sein. Die Positionen der Sub-Aperturen bezüglich zueinander sind in der reflektierenden oberen Oberfläche der Bezugsplatte an Positionen isolierter Bereiche des HC-Musters angepasst, wobei der Vergrößerungsfaktor M des Projektionssystems mit berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann eine Anpassung an Positionen von Bildern isolierter Bereiche des HC-Testmusters erreicht werden, wenn das Testmuster in Ausrichtung mit der Erkennungsapertur ist. Der Bereich der Erkennungsapertur, der die Sub-Aperturen aufweist, kann beispielsweise schlitzförmig sein, wie in Ausführungsform 1 beschrieben. Die Abtastung eines projizierten Bildes auf das HC-Muster mit einer solchen schlitzförmigen Erkennungsapertur, welche besagte Sub-Aperturen aufweist, führt zu einer verbesserten Modulation des erkannten Signals als Funktion der Abtastfunktion der Erkennungsapertur und zu einer Verbesserung des Effekts des erkannten Signals hinsichtlich des Vorhandensein von Aberrationen, wie in der Grafik 530 von 5 dargestellt.
Alternativ können zwei separate Strahlungsaperturen, von denen jede Sub-Aperturen aufweist, die gemäß einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind, wobei jede Strahlungsapertur eine Strahlung für einen entsprechenden separaten Strahlungsdetektor liefert, verwendet werden. Beispielsweise können die Sub-Aperturen einer Strahlungsapertur gemäß einem Gitter angeordnet sein, welches eine dreieckförmige Einzelzelle zeigt, so dass – in Ausrichtung gemäß obiger Beschreibung – eine Anpassung mit den Positionen der Intensitätsverteilungen 410, 430 und 450 in 4 erfolgt. Ähnlich können die Sub-Aperturen der anderen Strahlungsaperturen so ausgeformt werden, dass – in Ausrichtung – eine Anpassung mit den Positionen der Intensitätsverteilungen 420, 440 und 460 in 4 erfolgt. Ein solches doppeltes Apertur-Layout schafft eine verbesserte Empfindlichkeit für Aberrationen, die durch seitliche Verschiebungen der Intensitätsverteilungen 410, 430 und 450 bezüglich der Intensitätsverteilungen 420, 440 und 460 in 4 ausgelöst werden.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf das Beispiel des HC-Musters und das Schema der Anpassung von Sub-Aperturen an gewünschte bestimmte isolierte Bereiche einer sechseckförmigen Einzelzelle des Testmusters beschränkt. Auf ähnliche Weise können eine oder mehrere Strahlungserkennungsaperturen mit Sub-Aperturen zur Verwendung mit Testmustern gemäß Gittern mit dreieckförmigen und quadratischen Einzelzellen ausgeführt werden. Auch kann jedes gewünschte Schema der Anpassung von Sub-Aperturen an gewünschte bestimmte isolierte Bereiche einer Einzelzelle eines Testmusters ausgeführt werden, wie in obigem Beispiel beschrieben.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben worden sind, versteht sich, dass die Erfindung anders als beschrieben ausgeführt werden kann. Die Beschreibung beabsichtigt nicht, die Erfindung zu beschränken, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zur Bestimmung der Aberration eines Projektionssystems einer lithographischen Vorrichtung, mit: – einem Bestrahlungssystem (IL) zur Zufuhr eines Projektionsstrahls einer Strahlung; – einer Lagerstruktur (MT) zur Lagerung von Musterungsmitteln (MA), wobei die Musterungsmittel dazu dienen, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster zu mustern; – einem Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats; und – einem Projektionssystem (PL) zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt auf dem Substrat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von: – Mustern des Projektionsstrahls mittels der Musterungsmittel gemäß einem Testmuster (200); – Durchführen einer Direktbestimmung in Echtzeit wenigstens eines Parameters eines im Raum erzeugten Bildes des Testmusters, gebildet durch das Projektionssystem; und – Berechnen wenigstens eines Koeffizienten, der die Aberration des Projektionssystems darstellt, auf der Grundlage des wenigstens einen Parameters, – wobei das Testmuster (200) ein zweidimensionales Gitter (207) isolierter Bereiche aufweist, welche mit einem Bereich des Testmusters, welches die isolierten Bereiche aufweist, kontrastieren und wobei eine Einzelzelle (209) des Gitters wenigstens drei der isolierten Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter (523, 633) eine Differenz zwischen den Bildern (450, 460) von zwei der isolierten Bereiche (350, 360) innerhalb einer Einzelzelle darstellt.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einzelzelle (209) des Gitters eine sechseckförmige Zelle ist, welche sechs isolierte Bereiche (310–360) aufweist, die bei oder nahe den sechs Ecken der sechseckförmigen Zelle angeordnet sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einzelzelle (209) des Gitters (209) eine Form hat, ausgewählt aus einer Gruppe von Formen enthaltend eine Dreiecksform, Quadratform und Sechseckform.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Differenz eine Differenz in einer Eigenschaft ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe von Eigenschaften bestehend aus Spitzenintensität, räumlich integrierter Intensität, räumlicher Intensitätsverteilung, der Form eines Bildquerschnittes und der Größe eines Bildquerschnittes.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens zwei der isolierten Bereiche innerhalb einer Einzelzelle einander benachbarte Bereiche (350, 360) innerhalb einer Einzelzelle sind.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die direkte Bestimmung in Echtzeit mit Strahlungserkennungsmitteln durchgeführt wird, welche eine Mehrzahl von Strahlungsaperturen aufweisen, welche in einem zweidimensionalen Matrixmuster angeordnet sind.
Ein Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6, wobei die direkte Bestimmung in Echtzeit für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Einstellungen wenigstens eines Systems durchgeführt wird, ausgewählt aus der Gruppe von Systemen, bestehend aus dem Bestrahlungssystem (IL) und dem Projektionssystem (PL).
Ein Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von unterschiedlichen Einstellungen unterschiedliche numerische Apertureinstellungen aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mehrzahl von unterschiedlichen Einstellungen unterschiedliche Einstellungen des äußeren und/oder inneren radialen Betrags der Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene in dem Bestrahlungssystem aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Mehrzahl von unterschiedlichen Einstellungen unterschiedliche Beleuchtungsmoden aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem scheibenförmigen, ringförmigen, quadrupolen, dipolaren und weich-multipolaren Beleuchtungsmodus.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Parameter die Position des besten Fokus und/oder der zeitlichen Position des Bildes des Testmusters ist.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt der Berechnung einer theoretischen Schwankung, für jede aus der Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen, des oder der bestimmten Parameter als eine Funktion einer Änderung in dem wenigstens einen Koeffizienten.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Koeffizient berechnet wird durch eine multiple Regression oder eine Methode der kleinsten Quadrate eines Satzes gleichzeitiger Gleichungen.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Koeffizient ein Zernike-Koeffizient ist.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Testmuster wenigstens ein Zusatz-Testmuster zur Bestimmung von Aberrationen aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 15, wobei das wenigstens eine Zusatz-Testmuster ausgewählt wird aus der Gruppe von zweidimensionalen Musterstrukturen, aufweisend ein Segment eines Gitters mit periodischen Linien und Abständen und einer sich wiederholenden Struktur von parallelen, linienförmigen isolierten Bereichen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung unter Verwendung einer lithographischen Projektionsvorrichtung, aufweisend die Schritte von: – Bereitstellen eines Substrats (W), welches wenigstens teilweise durch eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Material bedeckt ist; – Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) einer Strahlung unter Verwendung eines Bestrahlungssystems; – Verwenden einer Musterungsvorrichtung (MA), um den Projektionsstrahl in seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen; – Verwenden eines Projektionssystems (PL) zur Projektion des gemusterten Strahls der Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus strahlungsempfindlichem Material; und – Bestimmung der Aberration des Projektionssystems durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche vor dem Schritt der Verwendung des Projektionssystems und Korrigieren der Aberration auf der Grundlage des wenigstens einen berechneten Koeffizienten, um die Aberration eines durch das Projektionssystem projizierten Bildes zu verringern.
Eine lithographische Vorrichtung, aufweisend: – ein Bestrahlungssystem (IL) zur Lieferung eines Projektionsstrahls (PB) einer Strahlung; – eine Lagerstruktur (MT) zum Lagern von Musterungsmitteln, wobei die Musterungsmittel (MA) dazu dienen, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster zu mustern; – einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats (W); und – ein Projektionssystem (PL) zur Projektion des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt (C) des Substrats; wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist: – Mittel, die eine direkte Bestimmung in Echtzeit wenigstens eines Parameters eines im Raum erzeugten Bildes, gebildet durch das Projektionssystem (PL) eines Testmusters (200) durchzuführen vermögen, mit einem zweidimensionalen Gitter (207) von isolierten Bereichen (310, 320, 330, 340, 350, 360), wobei die Einzelzelle (209) des Gitters wenigstens drei der isolierten Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: der Parameter (523, 633) eine Differenz zwischen den Bildern (450, 460) der beiden isolierten Bereiche (330, 360) innerhalb einer Einzelzelle (209) darstellt.