JP4220656B2 - 光学系の特性を測定する方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は概して光学系の像データを測定する方法と装置に関し、より詳細には、フォーカス、像面湾曲、非点収差、球面収差、コマ収差、焦点面ずれ等の光学系の特性を、高速かつ正確に測定するための方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置及びその他の電子機器の製造において、フォトリソグラフィーが多くの場合使用される。フォトリソグラフィーでは、高品質の投影レンズにより、レチクル上のパターンが、レジストで覆われたウェーハ等の感光性基板上に転写される。転写したいパターン寸法が小さくなるに従い、光学系又は投影レンズ系を常にメンテナンスすること及び、その像品質を検査することが必要である。多くの場合、光学系又は投影レンズ系の性能を発揮するためには、時間のかかる手段を用いなければならない。一般的に、光学系の特性を測定するためには、感光性基板の像フィールド内の様々な位置、及び様々な焦点深度において複数露光することが必要である。そして、光学系は、複数処理像の検査から得られた情報を整理することにより特徴付けられる。複数露光のそれぞれと、対応する処理像は連続的に得られる。その結果、測定中の焦点誤差、スキャン誤差、及び光学系パラメータに関する時間的変動が複雑化する。スキャン及び焦点誤差の場合、有効データは回復不能である。さらに、データはパラメータ範囲にわたって連続的にではなく、不連続にサンプルされる。その結果、隣接するサンプル間にあるデータ値の計算から量子化誤差が生ずる。スループットの向上に対する要求、及び、より小さいパターン寸法を転写可能なように投影レンズ系の性能を向上させることが望まれている現状に鑑みて、光学系の特性を測定するために使用される装置及び方法を改善することが必要である。光学系の性能特性を短時間で容易に測定するために使用される高精度データないし情報を短時間で容易に得ることのでき、かつ、複数の像を複数回露光及び処理することなくデータを同時に取り込み・処理できる、装置及び方法を開発する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、光学系特性情報を短時間で一回の露光又は転写動作内で得、抽出し、分析することのできる装置及び方法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、比較的短時間又は1回の露光においてある一定の容積空間を利用することにより複数の光学系特性情報を同時に得るための方法と装置を提供する。様々な方向性、寸法、及び線種から構成された複数のパターンを有した試験用レチクルが、測定対象である光学系により投影される。レチクルが配設される物体面か、又は特性データが得られる像面のいずれかが、対応の3次元空間内で傾斜ないし角度付けされる。複数のパターンを有するレチクルは、特性測定対象の光学系を使用して投影される。特定容積空間内で、一定の焦点深度において、フォーカスを介したパターン品質の包絡線が得られる。このパターン品質包絡線は、レチクル面に対して傾斜している面内のレチクルの像データを得ると同時に得られる。得られたレチクル及び対応パターン像は干渉計装置等の度量衡的手段により分析され、光学系特性が得られる。得られる光学系特性はフォーカス、像湾曲、非点収差、コマ収差、歪曲収差、テレセントリシティー、焦点面ずれ等、及び、球面収差及びコヒーレンスの変動に関する情報を含む。
【0005】
本発明によれば、光学系の特性測定に必要なデータが短時間で得られる。
【0006】
本発明によれば、公知手段において見られるフォーカス、スキャン、及び時間的誤差に左右されないデータを短時間で得ることができる。
【0007】
本発明では、情報ないしデータは所定の容積の像空間を介して得られる。
【0008】
本発明では、レチクルは、像空間においてデータが得られる面とは異なる面に存在する。
【0009】
本発明では、レチクル及び/又は像面に直交している遮蔽物が、光学系の軸と同一線上にないという特徴を有する。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の概略を示す。フォトリソグラフィー装置10が略示されている。光源12はレチクル又は物体空間ないし容積14内のレチクル16の像を、光学系又は投影レンズ系18を介して、感光性基板又は像空間20内において感光性基板22上に投影する。レチクル16は感光性基板22に対して傾斜を有する面内に配置される。レチクル16及び感光性基板22は様々な態様で傾斜させることができる。好適には、レチクル16又はウェーハ22の配置は、レチクル16又はウェーハ22の何れかが、光学系又は投影レンズ系18の物体容積又は焦点深度を介して延在するように行われる。感光性基板22により記録された像データからは、光学系又は投影レンズ系18の特性を示す情報が得られる。フォーカス、像湾曲、非点収差、コマ収差、焦点面ずれ、及び球面収差とコヒーレンス変動を測定するための情報等の転写特性が得られる。フォーカスを介しての像フィールド全体の像品質を、比較的短時間で一回の投影又は露光動作で得ることができる。レチクルの全体像を度量衡的手段により分析して、光学系又は投影レンズ系18の特性を求めることができる。そして、光学系又は投影レンズ18は、x及びyフィールド方向において、及びz方向の焦点深度に関してその特性が測定される。感光性基板22を、レチクル16を通過する電磁放射を記録するための手段として示したが、その他のあらゆる電磁放射検出手段を使用することができる。例えば、電荷結合素子(CCD)アレー等の光電センサ、位置感応検出器(PSD)、又は同等の検出器を使用することができる。
【0011】
図2は、物体空間又はレチクル空間114を示す。物体又はレチクル空間114内には、レチクル116が配設される。レチクル116は複数の異なる周期的パターン116a、116b、116c、116eから構成される。複数の異なる周期的パターンないし形状116a,116b,116c,116d,116eは様々な線種、形状、寸法及び方向性の格子パターンを有することができ、従って、光学系を特徴付けるための様々な転写情報ないしデータが得られる。周期的パターンないし形状は周期的であればよく、格子である必要はない。レチクル116には物体又はレチクル空間114内で角度124だけ傾斜が与えられる。従って、レチクル116はレチクル又は物体空間114内で深さZ1の範囲にわたって配設される。
【0012】
図3は感光性基板像又は空間120のデータ捕捉面内に角度を有して配設された感光性基板122の斜視図である。感光性基板122は、感光性基板又は像空間120内で角度126を付けて配設されている。感光性基板122は、深さZ2の範囲にわたって延在する。この深さZ2の範囲は、光学系又は投影レンズの焦点深度の範囲内である。感光性基板122は、図2のレチクル116の傾斜角124に対応する角度126において傾斜が設けられている。レチクル116と感光性基板122は互いに様々な態様で角度を付けるないし傾斜させることができ、図2及び3に示した傾斜は本発明において使用できる傾斜の単なる例示である。本発明に従い光学系の特徴データを得る場合には、一方の面を他方の面に対して傾斜させるだけでよく、2つの面の傾斜配置の角度及び態様は所望の特性データの種類及び量のみによって決定される。例えば、レチクル面は傾斜させる必要はなく、他方、感光性基板の面はレチクル面に対して傾斜させる。
【0013】
図4は複数の異なる周期的形状、パターン、構造体ないし格子を上部に有するレチクル216の平面図である。異なる周期的形状をグループ化して異なる形状セットを形成し、光学系を特徴付ける様々な転写情報を得るために使用することができる。例えば、レチクル216は複数の異なる線種、形、大きさ、及び方向性から構成され、4つの形状セットを有することができる。例えば第1形状セット216aはバスケット編みパターンを有し、第2形状セット216bは複数の水平及び垂直ラインを有し、第3形状セット216cは複数の水平及び垂直ラインを有し、該ラインは第2形状セット216bとは異なる間隔又は大きさを有し、第4形状セット216eはバスケット編みを有し、該バスケット編みは第1形状セット216aと同じか又は異なるように構成することができる。レチクル216は複数の異なる形状セットを有し、それらのセットは、物体空間内の傾斜面上に転写するための、像フィールドの全体にわたって異なるライン及び間隔ないし格子を含むことができる。像空間を横切る面内における像の検出及び分析から、光学系を特徴付けるデータが得られ、そのデータを使用して光学系の性能ないし転写特性を決定することができる。
【0014】
図5Aは、レチクルの一部上に置いて感光性基板上に転写できる、別の形状セット316cの一例である。形状セット316cは、形状を形成する多重又は交差する行ないしストライプから構成される、幅w1を有した中央フィールドから構成することができる。例えば行330は、上部に間隔の設けられた垂直ラインを有し、行332は間隔の設けられた水平行を有し、行334は間隔の設けられたマイナス45゜に傾斜したラインを上部に有し、行336はプラス45゜に傾斜したラインを上部に有する。ストライプ又は行330,332,336,336は、図5Aに示すように、例の一部上に形成された形状セット316Cの長さLに装置って延在するパターンを形成することができる。形状セット316cのエッジは、列又は垂直ストライプ328から形成することができる。列328内にはバスケット編みパターンが形成される。列328内のバスケット編みは部分的に透光性の領域又は部分から形成できる。形状セット316cの全体幅はW2である。例えば形状セット316cは長さLが約27mm、幅約5mm、及び中央の幅W1が約4.5mmの寸法を有することができる。個々の行又はストライプは高さないし幅が約50ミクロンである。行内のライン幅はそれぞれ、200ナノメートル程度である。316c内に示された形状セットは単に例示である。その他の公知の形状セットを使用しても光学系の特徴を測定することができる。
【0015】
図5Bは、レチクルの一部上で使用可能な形状セット316dの別の例である。形状セット316dは、水平、垂直、及び傾斜ラインのパターンを有する。ストライプないし列330’は上部に垂直ラインパターンを有する。行ないしストライプ332’は複数の水平方向に間隔が設けられたラインを有する。行ないしストライプ334’は複数の、マイナス45゜に傾斜付けられたラインを有し、行ないしストライプ336’は複数の、プラス45゜に傾斜されたラインを有する。複数の行ないしストライプは水平、垂直、マイナス45゜、プラス45゜から成るパターンで、形状セット316dの長さにわたって繰り返す。検出ないし測定対象である光学系の特性に応じて、その他の行ないしパターンを、形状セット316d内に配置することもできる。
【0016】
図6は特徴付けたい光学系又は投影レンズを用いてレチクルを転写して得られた情報の処理を示す。像面420は感光性基板上において検出ないし記録される。像面は複数の、図4に示されたようなレチクルにより転写された形状セット像420a,420b,420c,420d,420eから構成された像を有する。レチクル面に対して傾斜が設けられた像面420から得られたデータは、像フィールド面の全体にわたって度量衡手段40により抽出される。該像フィールド面は好適には感光性基板上に記録される。度量衡手段40は好適には干渉計である。度量衡手段40は干渉縞等の、レチクル上の形状セット像から測定ないし検出された情報を検出ないし抽出することができる。像は像面420上に形成され、感光性基板上に記録することができる。信号処理装置42は度量衡手段40に結合され、異なる形状セット420a,420b,420c,420d,420eの異なる像を分析及び処理する。信号処理装置42からの処理信号は光学系キャラクタライザ44に送られる。光学系の様々な収差が測定できる。例えば、非点収差を、周期パターン又は格子配列の関数として測定できる。コマ収差は、フォーカスに対する2次歪みシグネチュアの関数として測定できる。球面収差は、対フィールド位置に対するライン寸法間のベストフォーカス差の関数として測定できる。記録されたデータは様々な度量衡手段により分析できる。該度量衡手段は例えば、白色光、暗視野顕微鏡、大開口干渉計、レーザ顕微鏡干渉計、干渉顕微鏡である。
【0017】
図7は、本発明の方法の各ステップを示すブロック図である。ブロック510は、レチクル面に対して傾斜を有した面内で周期格子ないしパターンを有するレチクルを、測定対象である光学系を用いて投影するステップを示す。周期パターンは様々な格子パターンから構成することができ、個々の格子パターンは光学系の所定の特性を測定できるよう設計される。ブロック512は、レチクル面に対して傾斜を有する面内で検出された周期的パターンないし格子の像を表すデータを記録するステップである。周期パターンないし格子の像は感光性基板を使用して、又はデータに電子的手段により記録できる。ブロック514は干渉計を用いて記録データを分析し、光学系の転写特性を決定するステップである。周期的パターン、格子、又は複数の格子を表すデータは干渉計を使用した手段により分析され、光学系の特性が得られる。光学系はフィールド全体にわたって、一回の動作で異なる焦点深度において特徴付けられる。
【0018】
図8〜13は本発明の構成を応用したその他の実施例である。これらの実施例では、像湾曲や、非点収差及び球面収差等の様々な収差等の光学的特性を測定することにより、光学系の特性を測定する。
【0019】
図8Aはある一定の容積を有する空間620を示す。空間620内で、像を表す電磁放射を検出することができる。例えば、感光性基板622は一般的に、空間620内で一定の角度を有して配置される。図示しない光学系からの像が感光性基板622上に投影される。感光性基板622上に投影された像は、既述の図に示されたような、レチクル上に配置された複数の形状セットないし間隔の設けられたラインの像である。感光性基板622の使用は好適な一例であり、空間620内に配置される受光手段は、レチクルの像を表す電磁放射を受光ないし検出することができるものであればその種類を問わない。
【0020】
図8Bは、図8Aに示されたように配置された感光性基板622を使用した像面湾曲の検出を示す。ライン631は特性検出対象の光学系の像面湾曲を表し、ライン631の幅dは同光学系の焦点深度を表す。従って、感光性基板622を空間620内で傾けること、及び、感光性基板に転写される複数の形状を有するレチクルを使用して、像面湾曲及び焦点深度を短時間で容易に測定できる。レチクル上で適切な形状及び方向性を選択する事により、光学系を特徴付ける付加的情報を一回の感光性基板の露光又は該空間内での電磁放射の受け取りの一回のデータ捕捉において、得ることができる。
【0021】
ライン631は、周期的パターン又は格子レチクルが、傾斜された感光性基板622又は弓なりになった感光性基板上に転写されることにより形成される。周期パターン又は格子ストライプ又はライン631はフィールドの中央に沿って形成される。ライン631は、フィールドの中央ストライプを規定できる程度に狭く、かつ、水平方向においていくつかの解像可能な点を含む程度に広くなければならない。これは、ストライプないしライン631を見るために使用される検出器アレー、CCD、又はPSDのピクセル密度の関数である。位相シフト干渉計を使用することができる。データは感光性基板622を、位相シフト干渉計に対してリトロー角度で配置することにより得られる。リトロー角度は、干渉計からの電磁放射が逆回折(retro-diffraction)して干渉計に戻るような角度である。位相シフト干渉計により捕捉された強度マップのピークは、特性測定対象の光学系のベストフォーカス点である。これらのピークは垂直方向に稜線(ridge)を有する。この稜線は、フィールドが上から下へと移動するにつれて水平方向にうねり、像面湾曲を表す。この方法の有効性は強度データの並列捕捉に依存する。データの較正、スケーリング、及び抽出は簡単である。この方法は逆回折の強度を使用する。像面湾曲はまた、逆反射の位相を使用して検出することもできる。この方法では、感光性基板は、位相シフト干渉計軸に直交して配置される。捕捉した位相マップは、感光性基板上の個々の点の形状レジスト高さから構成される。左から右に、がフォーカス曲線の関数としての形状の品質である。上から下は、個々の形状寸法と方向性に関しての、フィールド位置の関数としてのベストフォーカスのシフトである。像面湾曲と非点収差は、直交形状方向性の関数としての湾曲シフトの比較から抽出できる。
【0022】
図9A及び9Bは、本発明による非点収差の検出を示す。図9Aは非点収差を検出するために使用するレチクル又はマスク上に繰り返し複製できるパターンの略図である。部分716は直交格子又はラインパターンを含む。垂直ライン730は、水平ライン732と交互に存在する。垂直ライン730と水平ライン732は互いに直交している。
【0023】
図9Bは図8Aに示すように容積空間内で傾斜された感光性基板上に形成される像を表す。感光性基板上に転写された形状セットないし周期パターン又は格子716の部分は、フィールド深度を表す水平寸法fを有する。寸法f、即ちフィールドの深さにわたって、異なる像品質が得られ、最良の像は寸法fの最高点に位置する。包絡線735が形成される。包絡線735は、図9Aに示された水平ライン732の記録像732‘の焦点深度に沿った寸法Fにおける像品質を表す。同様に、図9Aに示された垂直ライン730は、記録される像730’により表される。包絡線733が形成され、図9Aに示されたレチクルの部分716上の垂直ライン730の記録像730’に対する焦点深度の像品質を表す。最良の像品質は包絡線733と735に沿った最高点により図形的に表される。像位置における光学系内の非点収差は距離aにより表され、それは水平及び垂直ラインの異なる転写を表す。接線方向及びサジタル像面の軸方向分離は、包絡線733と735により表される、異なる焦点により検出され得る。これらの異なる焦点の水平方向シフトは、距離aにより表される。
【0024】
本発明によれば、多くの異なる形状セット又は周期パターンないし格子を使用することができる。図10Aと10Bは、別の形状セット、周期パターン、ないし格子を示し、それらは光学系の非点収差の測定に利用できる。図10Aは、複数のストライプ816を有するレチクルないしマスク817の平面図である。個々のストライプ816はレチクルパターンないし形状セットを含む。図10Bは、図10Aのレチクル817が形成される土台となる、レチクル周期パターンないし格子816の略図である。形状セット、周期パターン、又は格子816は複数の周期パターンないし格子の列から形成される。周期パターンないし格子の列は、直交するラインの対から形成される。例えば、列830は垂直ラインから形成され、列832は水平ラインから形成される。水平及び垂直ラインは直交している。列836は、プラス45°、列834はマイナス45°に傾斜されたラインから形成される。従って、列836と834内のラインは直交している。図10Bに示すように、異なるライン方向性を有する列が交互に配設されることにより、対象の光学系内の非点収差に関する情報が得られる。本発明によれば、フィールドの大部分における様々な非点収差が同時に検出できる。
【0025】
図11Aと11Bには、本発明のこの実施例が略示されている。この実施例では、ライン又は形状セットは行ではなく列において配列される。図11Aはレチクルパターン916の一部の平面図である。レチクルパターンは、複数の形状セット又はラインから形成され、その一部は、水平及び垂直方向において交互に配置されたラインの列から形成される。列930は複数の垂直ラインから形成され、列932は複数の水平ラインから形成される。レチクルの部分916から形成された像は、像空間に投影された場合、非点収差を検出するために使用できる。この実施例では、レチクル部分916の像を記録するために使用される感光性基板は、レチクル部分916に対して傾斜されており、X−Y平面から外れており、Y軸を中心として回転されている。図11Bはフィールド位置において非点収差を測定するために、像空間内での検出と分析を略示したものである。像が記録される感光性基板は回転されX−Y平面から外れており、Y軸を中心として回転されているため、図11Bに示すように、X軸は焦点深度を表す。図11BにおいてZ方向の高さは、異なる焦点深度における像品質を表す。図11Bの矩形930’は、図11Aの垂直ラインの交互の列930の像品質を表す。像品質は焦点深度に沿って増大又は減少し、最大像品質はおよそ中央に位置する。従って、包絡線33が形成され、垂直ラインの列930の像品質を表す。同様に図11Bには、水平ラインの列932の像品質が、矩形932’により表され、Z方向におけるその高さが像品質を表している。象品質はX方向における焦点深度に沿って増大又は減少する。従って、矩形932’の包絡線935が決定され、図11Aに示すレチクル部分916上の水平ラインの列932の像品質が表される。矩形930’により表される垂直ラインの列930の像は、矩形932’により表される水平ラインの列932の像間に交互に位置する。測定中の光学系のフィールド位置において非点収差が無い場合、包絡線933と935は一致する。しかし、非点収差があれば、距離a’により表される、包絡線933と935のシフトにより検出される。
【0026】
図9Aと9B、及び図11Aと11Bは、本発明の異なる実施例において、同じ情報を得るための異なる方法を示す。本発明によれば、レチクル上の複数の形状セット、周期パターン、または格子が同時に転写され、容積空間内で得られた像をを記録する。従って、一回のステップないし露光で光学系の非点収差の検出と特徴付けを行うことができる。本発明によれば、光学系における様々な非点収差を、レチクルの部分上で使用される様々な形状セット、周期パターン、ないし格子に応じて、測定できる。
【0027】
図12は、球面収差を検出するために使用される形状セットないしラインパターンを有した、レチクル1016の一部を示す。レチクル部分1016は、異なるライン間隔又は幅を有する交互ラインの行1030と1032を表す。例えば、行1030のライン間隔は300ナノメートルであり、行1032のライン間隔は100ナノメートルである。図12に示すレチクルパターン部分1016は、図9Aのレチクルパターン部分716に類似する。しかし、レチクルパターン部分716がライン方向性を利用して非点収差を検出するのに対し、レチクルパターン部分1016はライン幅又は間隔を利用して球面収差を検出する。いずれも、容積空間内のそれぞれのレチクルパターン部分の像を異なる焦点深度において検出する。異なる焦点深度は、例えば、感光性基板が像容積空間内で傾斜された時に生ずる。さらに、いずれも、一回のステップで干渉計を使用して、光学系の非点収差を表す情報を含む、異なって転写されたラインを読み取ることができる。レチクルパターン部分1016の場合、像品質は異なるライン幅に対して焦点深度に沿って変化する。従って、それぞれのライン幅領域に関して焦点深度の関数として像品質を表す包絡線は、球面収差に依存してシフトする。異なるラインパターンを有する異なるレチクル部分を、レチクルの部分毎に使用して、フィールドの異なる位置における様々な非点収差を検出することもできる。レチクルパターンのこれら異なる部分は一個のレチクル内に組み込んで、像湾曲及び様々な非点収差を同時に検出及び測定することができる。
【0028】
図13は複数の異なる領域に分割されたレチクル1117を表し、例として領域1119A,1119B,1119C、及び1119Dを有する。各領域は、フィールド上で様々な非点収差を同時に検出して光学系を特徴付けるため、異なるレチクルパターンを有する。例えば倍率は逆回折の角度として測定できる。通常のパターンピッチ及び関連する公称回折ビーム角度は、較正公称ピッチ基板又は較正プリズム又は面間の公称角度から、異なって測定できる。倍率除去後の残留歪みが、スケール化位相マップ残留として測定可能である。スケーリングは、面内歪み、IPD、及び通常周期パターンないし格子ピッチの幾何学的制限、干渉計波長、及び局所逆回折ビーム角度間の関係を反映する。コマ収差は、光学系の焦点深度を通って傾斜されたフィールドにわたる2次歪みとして見られる、フォーカスを介して誘発された像シフトにより測定される。
【0029】
図14は、バスケット編み、交互パターン、交差周期パターン又は格子の像に露光されたレジスト塗布又は感光性基板の干渉計分析又はマップの斜視図である。バスケット編みないし交差周期パターンないし格子は、フィールド全体にわたって直交ラインを有するレチクルである。光学系のフィールド全体は、フィールドにわたるレチクルを、傾斜された感光性基板に露光することにより特徴付けられる。感光性基板は傾斜させて、フィールド全体が光学系の焦点深度内に入るようにしなければならない。傾斜のため、図14のX軸は、X方向におけるフォーカスとフィールド位置を表す。y軸はy方向におけるフィールド位置を表す。z軸は、光学系の非点収差ないし歪みの結果として、周期パターンないし格子内のライン間のピッチ変動を表す。表面形状1221からは、光学系の投影特性に関する情報が得られる。光学系は全体のフィールドを解釈することにより全体的に、又はフィールドの所望部分を解釈することにより局所的に特徴付けることができる。
【0030】
図15は、本発明の実施例において、光学系を特徴付けるために得ることのできる、様々な投影特性及び歪みないし非点収差を表す図である。矢印1202はコマ収差を表し、図14において概して又は全体的に湾曲を有する表面形状により示されている。矢印1204はテレセントリシティを表し、図14において、x−y面における、表面形状1221のy軸を中心とした傾斜として示されている。矢印1206は全体的又は平均倍率を示し、図14の表面形状1221のx軸を中心としたx−y面内の傾斜として表されている。矢印1208は倍率におけるy歪みないし局所変動を表し、図14では表面形状1221内の局所変動として表されている。フィールド全体にわたって非点収差も歪みも無い場合、干渉計マップはフラットな傾斜の無い面となる。
【0031】
図16A〜16Dは、図15に示された対象光学系の様々な歪みないし非点収差の斜視図である。図16Aは、x軸を中心としてx−y面内で傾斜を有するラインを表す。この傾斜はグローバルないし全体的な倍率を表す。従って、フィールド内にグローバルないし全体的な倍率が存在しない場合、x軸を中心としたxーy面内の傾斜も存在しない。図16Bはフォーカスを介した湾曲ないし2次湾曲を有するラインを表す。この湾曲は、フィールド位置の関数としての倍率におけるy歪シグネチュアないし局所変動を表す。これらの形状ないし特性は全て、図14の干渉計マップから独立して抽出できる。従って、光学系の全体フィールドを一回のステップで、すなわち複数の露光ないし別個の分析無しに、特徴付けることができる。
【0032】
図17は本発明の実施例において光学系のベストフォーカスを決定するための露光された感光性基板の平面図である。レチクル像は、光学系のフィールドにわたって、感光性基板1322上に投影される。レチクルはバスケット編み周期パターンないし格子パターンを、矩形フィールドの2つの長軸方向エッジ1328に沿って投影する。感光性基板1322は復合傾斜を有し、すなわち長軸を中心とした第1の傾斜と、水平軸を中心とした第2の傾斜ないし湾曲を有する。従って、比較的狭い第1バンド1331が、第1露光中に、2個の長軸方向エッジ1328内で感光性基板の水平方向にわたって転写される。感光性基板1322はその後、光軸すなわちz軸に沿って既知の距離だけシフトされ、その結果、比較的狭い第2バンド1331’が、第2露光中に、2個の長軸方向エッジ1328内で感光性基板の水平方向にわたって転写される。光学系のベストフォーカス位置は、第1と第2の転写バンド1331,1331’の位置を分析することにより決定される。この分析は、既知のシフト距離に基づいて、容易に決定ないし求めることのできる形状を使用して行うことができる。例えば、位置Mにおけるフィールドの中心のフォーカス位置は、距離OAとO’A’を測定することにより得られる。これらの数値からは、既知のフィールド中心Mに対する露光された第1転写バンドの位置がわかる。第1及び第2バンド1331,1331’を形成する2つの露光のフォーカス値を補間することにより、フィールド中心Mにおけるフォーカス値が求められる。このフォーカス値は、光軸のみに沿っている。水平軸を中心とした傾斜誤差は、基板に沿った距離ABを測定することにより較正される。傾斜角はナノメートル単位で、2つの露光間における、距離ABにより決定されるフォーカス差である、基板のミリメートル当たりのフォーカスシフトである。この傾斜角値を使用して、長軸誤差を中心とした湾曲ないし傾斜が、距離OAとO’A’又は距離OBとO’B’間の距離差の測定を介してラインA−A’又はB−B’の角度を測定することにより決定される。これら4つの距離の測定から、基板は測定誤差補正ないし平均化により、ベストフォーカス面に位置合わせされる。又は、値は以下の公式から抽出することもできる。
【0033】
M’ ラインA−A’とラインB−B’間の中間のラインの中心点にある;
IFS 2つの露光間の、z軸ないし光軸に沿った誘起フォーカスシフトないし意図的シフトである;
IT 水平軸を中心とした誘起傾斜又は意図的シフトである。
【0034】
次に、
傾き(S)はH/Wに等しい;
フォーカス誤差(FE)はIFS/AB x MM’に等しい;
長軸を中心とした傾斜誤差(TE)は(IFS/AB)−ITに等しい;
水平軸を注しとした傾斜ないし湾曲誤差(BE)はS x IFS/ABに等しい。
【0035】
図18は本発明の実施例における球面収差の検出を示す。曲線ないしライン1402は、フォーカスの関数としてのレジスト深さを表す。感光性基板を露光するときのフォーカスを介した傾斜のため、処理レジストにより感光性基板上に形成された周期パターンないし格子は様々な深さを有する。深さはベストフォーカスにおいて最大であり、フォーカスがずれるに従い小さくなる。領域1404により示された湾曲ないしライン1402における非対称性は、球面収差を表す。従って、本発明は光学系における球面収差の検出にも応用できる。
【0036】
図19Aと19Bは本発明の別の実施例であり、最適化投影を得るための光学系におけるレチクルの初期配置を決定する方法を示している。図19A及び19Bにおいて、感光性基板1522はレチクル1516により露光される。レチクルはx軸を中心としてx−y物体面に対して傾斜している。感光性基板1522は好適にはy軸を中心としてx−y面から外れている。従って、レチクル1516及び感光性基板1522は互いに直交して傾斜している。これはすなわち、図1と同様である。レチクル1516は複数の直交した交互ラインを有し、各ラインは異なる幅を有する。例えばライン1531は比較的狭い垂直ライン幅を有し、ライン1533は比較的広い垂直ライン幅を有する。垂直ライン1531と1533はx方向において交互に存在する。比較的狭い水平ライン1534と比較的広い水平ライン1536はy軸方向において交互に存在している。従って、様々な幅を有した、交互の水平及び垂直ラインの格子パターンが形成される。レチクル1522上の格子パターンは、レチクル1522の傾斜のため、レチクル位置を介して投影され、露光時には感光性基板1522の傾斜のために、感光性基板1522にフォーカスして投影される。処理された感光性基板1522は、ライン幅ないしパターンサイズの関数としてベストフォーカス位置の軌跡を有する。この軌跡はレジスト深さを含む像を検査することにより決定される。一般的に、最大レジスト深さがベストフォーカスを決定する。すなわちベストフォーカスにおいて、レジストはより完全に露光され、従ってより大きな深さを有する。個々のライン幅に関してベストフォーカス位置の軌跡が交差する位置が、非点収差を最小限にするためのレチクルの好適な位置を表す。前記非点収差としては特に、球面収差である。図19Aにおいて、ライン1502と1504の交差点が、球面収差を最小限にするためのレチクル1506の最適位置を表す。ライン1506は最良像ないし最小の非点収差を得るためのレチクル1516の最適位置の場所ないし面を表す。例えば、図19Aの感光性基板の左側長軸方向エッジに沿って示されたように、図19Bのレチクル1516がx軸を中心として1単位量だけ傾斜された場合、ライン1506は、最良ないし最適投影を得るためには0.4単位の位置にレチクルを置く必要があることを示す。ライン1506はレチクルの傾斜軸ないしx軸に平行に描かれている。図では2本のライン幅のみが交差しているように示されているが、交差ライン幅の数はいくつでもかまわない。
【0037】
上記の説明における様々な実施例や形状セットないしラインパターン以外にも様々な形状セットないしラインパターンを様々な態様で使用して光学系を特徴付けることが可能である。しかし、本発明の実施例はいずれも、様々なパターン部分を、容積空間内で様々な焦点深度において同時に投影している。異なる深さにおける複数のパターン部分の記録像は干渉計により分析して、光学系を特徴付けることが可能である。この干渉計による分析は好適には一回のステップで実行され、レチクルの記録像の干渉計分析から得られたデータのみで、ほぼ光学系の特徴付けを完了することができる。本発明は従って、光学系のフィールド内において異なる位置を順次選択して分析する必要がない。その結果、本発明によれば、光学系を非常に短時間で特性測定することができる。
【0038】
従って、本発明の方法と装置によれば、光学系の特性測定において、一回の露光又は投影動作で、光学系のフォーカス、像湾曲、非点収差、コマ収差、及び/又はフォーカス面ずれを測定することができる。本発明は特にマスクないしレチクルパターンを感光性基板に転写する際に使用される感光性レンズの特徴付けに使用可能である。本発明はベストフォーカスを、個別のサンプル点x、y及びフォーカスの3次元アレー内の像品質ないしライン品質の評価を介してではなく、フォーカスを介したパターン品質の包絡線を検出することにより決定している。本発明によれば、フォーカス及びレチクル物体位置を介する連続データが得られる。従って、本発明は、自動フォーカス追従であるという特徴を有する。すなわち、本発明は通常の焦点面位置誤差にあまり左右されず、露光されるウェーハ又は感光性基板が焦点深度を横切る場合、常にベストフォーカス領域が転写される。本発明は非常に感度が高く、低ノイズで、一回の露光により特性パラメータが短時間で得られる。本発明によれば、時間のかかる複数回露光を伴う焦点面スライシングが不必要である。試験の結果、感度とノイズレベルがコンスタントに5ナノメートル以下であった。これらの低レベルは公知の手段では得られ愛。公知の手段は概してライン幅が低減するにつれて性能が低下する。しかし、本発明では、ライン幅が低下するにつれてその能力が発揮される。本発明はまた、秒単位という比較的短時間で完全なフィールドデータが得られる。これは深UV以上の波長を使用するリソグラフィー装置においては、ライン幅の小ささ及び熱的に変動する時間定数のため、重要な特徴である。本発明では一回の露光ないし動作で完全なフィールド露光を得られるため、データのスキャン捕捉による位置合わせタイミング誤差が除去される。複数の、多重化されたパラメータ方向性、寸法、及び線種を有する様々な形状セットが使用されるため、焦点位置、非点収差、像湾曲及び焦点深度を測定することができる。さらに、本発明ではコマ収差、球面収差、コヒーレンスの変動に関する情報が得られる。本発明では、試験対象である投影装置により投影される多重周期パターンと、転写された像を分析するための、度量衡手段を含むリソグラフィー記録プロセスが使用され、その結果、光学系を短時間で特徴付けることが可能である。形状セットはグループ化された又は個別の様々なライン種類、形、寸法及び方向性を有する。本発明では一回の露光で、これらの形状セットが投影装置の焦点深度を介して及び越えて投影される。包絡線すなわちフォーカスを介したパターン品質が転写され、分析される。この分析では、自動補正及び相関分析の場合と同様に、フォーカス全深度データ評価を行うことができる。又は、この包絡線の最大値又は最小値又は傾きを特定することができる。これは、個別の形状を所定の、従って最適でない非連続焦点位置において分析する公知の方法とは全く異なる。フォーカスを介した特定の形状セットの品質は、選択されたパターン種類方向性及び/又はサイズに依存して、フラットフォーカス、像湾曲、非点収差、球面収差、部分的コヒーレンス、歪み、及びコマ収差を装置するために使用することができる。非点収差の場合は、フィールド上に異なるライン方向性を交互に配置し、暗視野又は干渉計顕微鏡で読みとることができる。又は、異なるライン方向性をフィールドを横切って交互に配置し、干渉計顕微鏡又は原始力顕微鏡で読みとることができる。歪み場合、パターンは全フィールド干渉計を使用して読みとることができる。
【0039】
従って、本発明によれば、光学系、特に半導体ウェーハの製造におけるフォトリソグラフィーにおいて使用される投影レンズ系を短時間で容易に特徴付ける能力が向上される。一回の露光又はデータ捕捉ステップから、ある1時点における光学系を特徴付ける重要な情報が得られる。これにより、スループット及び歩留まりが大幅に向上し、投影性能を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フォトリソグラフィー装置の略図である。
【図2】レチクルないし物体空間の斜視図である。
【図3】感光性基板又は像空間の斜視図である。
【図4】複数の周期的形状ないしパターンを上部に有した試験用レチクルの平面図である。
【図5】Aは格子ないし周期パターンないし構造体の一例を示す平面図である。Bは格子ないし周期パターンないし構造体の別の例を示す平面図である。
【図6】光学系を特徴付けるために使用されるデータの捕捉を示す図である。
【図7】本発明の方法の各ステップを示すブロック図である。
【図8】Aは容積空間の略図である。Bは感光性基板上に形成された像の平面略図である。
【図9】Aはレチクル上のパターンの一部の一例の平面図である。BはAに示された例に基づく非点収差の検出を示す斜視図である。
【図10】Aはレチクルの平面図である。Bはレチクルパターンの一部の平面図である。
【図11】Aはレチクル上のパターンの一部の別の例の平面図である。BはAに示された例に基づく非点収差の検出を占めウォルシュ斜視図である。
【図12】球面収差の検出において使用されるレチクルパターンの一部の平面図である。
【図13】光学系の特徴付けに使用される様々な非点収差を検出するために、異なる形状セットないしパターン部分に分割されたレチクルの平面図である。
【図14】本発明の実施例において、光学系の歪みないし非点収差を検出するための干渉計マップの斜視図である。
【図15】本発明の実施例において検出される様々な歪みないし非点収差を示すグラフである。
【図16】A〜Dは図15に示された様々な歪みないし非点収差を斜視的に示した図である。
【図17】光学系のベストフォーカスを得るために使用される、本発明の実施例における感光性基板の平面図である。
【図18】本発明の実施例における、球面収差の検出を示すグラフである。
【図19】Aは投影を改善するためのレチクル最適配置を決定するための、本発明の実施例を示す平面図である。Bは、Aにおける本発明の実施例において使用されるレチクルの平面図である。
【符号の説明】
10 フォトリソグラフィー装置
12 光源
14 空間
16、116、 レチクル
18 投影レンズ
20、120 像空間
22、122 感光性基板
114 レチクル空間
116a〜116e 周期パターンないし形状
Claims (5)
- 光学系内のベストフォーカス位置を決定するための方法において、
感光性基板を光軸に垂直な第1の面において第1の角度で傾斜することにより、光学系の焦点深度を第1位置において遮断し、
感光性基板を複数の異なる周期パターンで露光して、基板面を横断する第1露光バンドを形成し、
感光性基板を前記光学系の光軸に沿って既知の距離だけ第2位置までシフトし、
感光性基板を複数の異なる周期パターンで露光して、基板面を横断する第2露光バンドを形成し、
基板を横断して延在する第1及び第2の露光バンドの第1と第2の位置に基づいてベストフォーカスの位置を計算するよう構成された方法。 - 上部に異なるライン幅からなる複数の異なる周期パターンを有する、光軸に垂直な第1の面内のレチクルを第1軸を中心として傾斜させ、
光軸に垂直な第2面内の感光性基板を、第1軸に対して傾斜した第2軸を中心として傾斜させ、
光学系を介して前記感光性基板をレチクル像で露光し、
個々のライン幅に対するベストフォーカスの軌跡を決定し、
個々のライン幅に対するベストフォーカスの軌跡の交差点に基づいて、レチクルの配置を決定するよう構成された、光学系内のレチクルの配置を決定する方法。 - 第1軸が第2軸に対して直交している、請求項2記載の方法。
- 前記異なるライン幅が交互に配置されている、請求項2記載の方法。
- 前記異なるライン幅が、交互に配置されかつ、直交している、請求項2記載の方法。
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