JP4410133B2

JP4410133B2 - リソグラフィ装置の投影システムの収差決定法

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Publication number: JP4410133B2
Application number: JP2005085248A
Authority: JP
Inventors: ヤコブスマテウスバーゼルマンズヨハネス; ヴィクターコックハイコ
Original assignee: エーエスエムエルネザーランズビー．ブイ．
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: KR20060044658A; US7242475B2; DE602005001011T2; EP1580605A3; DE602005001011D1; CN100570487C; KR100695984B1; CN1673874A; SG115770A1; TWI264519B; JP2005277424A; EP1580605B1; US20050213097A1; EP1580605A2; TW200602613A

Description

本発明は、リソグラフィ装置における投影システムの波面収差を測定する方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分上に所望のパターンを印加する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。その場合、マスクのようなパターニング構造体を使ってこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコンウエハ）上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に結像することができる。一般的に、単一基板が隣接する目標部分のネットワークを含み、それらを順次露出する。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射する、ステッパと、このパターンを投影ビームによって与えられた方向（“走査”方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。

絶えず増加する数の電子部品をＩＣに集積する要求がある。これを達成するためには、部品のサイズを縮小すること、従ってマスクのパターンを基板上に投影する投影システムの解像度を上げることが必要である。投影システムの解像度の向上は、益々小さい細部またはライン幅を基板の目標部分上に投影できるようにできる。これは、この投影システムおよびこの投影システムに使うレンズ素子が非常に厳しい品質要件に合格しなければならないことを意味する。レンズ素子および投影システムの製造に非常に注意を払っても、この投影システムには、例えば、変位、焦点ずれ、非点収差、コマ収差および球面収差のような、波面収差がまだあるかも知れない。そのような収差は、像界全域で起る結像ライン幅の重要な変動源である。ライン幅変動が大きければ、上にこの像界が投影される基板がこの基板の品質検査中に不合格にされるかも知れない。位相シフトマスクまたは軸外し照明のような手法を使えば、結像ライン幅への波面収差の影響は、更に増大するかも知れない。

従って、厳しい結像品質要件を満足していることを保証するために、または、もし必要なら、収差の減少を管理するために（波面収差を最小にするために、例えば、投影システムのあるレンズ素子の位置を調整してもよい）、投影システムの波面収差を正確に測定できることが重要である。以下に詳しく説明するように、波面収差を測定するために幾つかの手法が知れているが、これらの手法には系統的誤差、従って精度の限界が有り得る。それらには、テストパターンを結像するときに、ある素子の位置決めの公差が厳しく、それが困難および／または高価であるという問題もある。

本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置の投影システムの波面収差を決定する方法であって、このリソグラフィ装置が放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、この投影ビームの断面にパターンを与えるのに役立つパターニング構造体を支持するための支持構造体、基板を保持するための基板テーブル、および、このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システムを含み、上記方法が基準テストパターンを投影する工程、第２テストパターンを投影する工程、上記基準テストパターンおよび上記第２テストパターンの結果像の項目間の相対変位を測定する工程、および上記測定値を使って、この投影システムの収差についての情報を決定する工程を含み、この第２テストパターンを結像するとき、この投影システムを通る特定の放射線経路を選択するためにフィルタを使い、およびこの測定を、光軸に沿って互いに変位した面で得たこの第２テストパターンの複数の像に対して行う方法が提供される。

この方法は、この投影システムを通る放射線の想定経路が単純な幾何光学モデルに基づいていないので、収差を決定できるようにする。

本発明のもう一つの態様によれば、リソグラフィ装置の投影システムの波面収差を決定する方法であって、このリソグラフィ装置が放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、この投影ビームの断面にパターンを与えるのに役立つパターニング構造体を支持するための支持構造体、基板を保持するための基板テーブル、および、このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システムを含み、上記方法が基準テストパターンを投影する工程、第２テストパターンを投影する工程、上記基準テストパターンおよび上記第２テストパターンの結果像の項目間の相対変位を測定する工程、および上記測定値を使って、この投影システムの収差についての情報を決定する工程を含み、この第２テストパターンを結像するとき、この投影システムを通る特定の放射線経路を選択するためにフィルタを使い、およびこのフィルタの座標を、この収差情報を決定するための計算に変数パラメータとして含む方法が提供される。

この方法は、モデル化する際にそれを考慮に入れるので、フィルタの位置決めについての公差を緩和できるようにし、且つそれでそれが実行するのに安いかも知れない。この収差は、フィルタの想定位置での系統誤差の影響を軽減することによって決定できる。

この発明の更なる態様によれば、リソグラフィ装置の投影システムの波面収差を決定する方法であって、このリソグラフィ装置が放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、この投影ビームの断面にパターンを与えるのに役立つパターニング構造体を支持するための支持構造体、基板を保持するための基板テーブル、および、このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システムを含み、上記方法が基準テストパターンを投影する工程、第２テストパターンを投影する工程、上記基準テストパターンおよび上記第２テストパターンの結果像の項目間の相対変位を測定する工程、および上記測定値を使って、この投影システムの収差についての情報を決定する工程を含み、この第２テストパターンを結像するとき、この投影システムを通る特定の放射線経路を選択するためにフィルタを使い、およびこのフィルタが持込んだ球面収差を、この収差情報を決定するための計算に変数パラメータとして含む方法が提供される。

この方法は、このフィルタの固有の球面収差が持込んだ系統的余分なシフトを実質的に較正して除けるので、収差を決定できるようにする。

この発明の更なる態様は、デバイス製造方法であって、基板を用意する工程、照明システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、この投影ビームの断面にパターンを与えるためにパターニング構造体を使う工程、およびこの放射線のパターン化したビームを基板の目標部分上に投影する工程、この発明の先の態様の何れか一つの方法に従って投影システムの収差を決定する工程、およびこの基板の目標部分上に投影したパターン化したビームの収差を減らすために上記収差を補正する工程を含む方法を提供する。

次にこの発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。

この本文では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があるかも知れないことを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露出の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付け且つ露出したレジストを現像する器具）または計測若しくは検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、二度以上処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。

ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、波長３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。

ここで使う“パターニング構造体”という用語は、投影ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターンを与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきである。この投影ビームに与えたパターンは、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しなくてもよいことに注目すべきである。一般的に、投影ビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。

パターニング構造体は、透過性でも反射性でもよい。パターニング構造体の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクは、リソグラフィでよく知られ、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型がある。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができ、この様にして反射ビームをパターン化する。パターニング構造体の各例で、支持構造体は、例えば、フレームまたはテーブルでもよく、それらは必要に応じて固定または可動でもよく且つこのパターニング構造体が、例えば投影システムに関して、所望の位置にあることを保証してもよい。ここで使う“レチクル”または“マスク”という用語のどれも、より一般的な用語“パターニング構造体”と同義と考えてもよい。

ここで使う“投影システム”という用語は、例えば使用する露出放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折性光学システム、反射性光学システム、および反射屈折性光学システムを含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。

この照明システムも放射線の投影ビームを指向し、成形し、または制御するための屈折性、反射性、および反射屈折性光学要素を含む、種々の型式の光学要素も包含してよく、そのような要素も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ばれてもよい。

このリソグラフィ装置は、二つ（二段）以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出用に使ってもよい。

このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板を比較的屈折率の高い液体、例えば水の中に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、マスクと投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増すためにこの技術でよく知られている。

図１は、この発明の特定の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、
放射線（例えば、ＵＶ放射線またはＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための照明システム（照明器）ＩＬ、
パターニング構造体（例えば、マスク）ＭＡを支持し、且つこのパターニング構造体を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め装置段ＰＭに結合された第１支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ、
基板（例えば、レジストを塗布したウエハ）Ｗを保持し、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め装置ＰＷに結合された基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴ、および
パターニング構造体ＭＡによって投影ビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（例えば、屈折性投影レンズ）ＰＬ、を含む。

ここに描くように、この装置は、（例えば、透過性のマスクを使用する）透過型である。その代りに、この装置は、（例えば、上に言及したような種類のプログラム可能ミラーアレイを使用する）反射型でもよい。

照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線のビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出システムＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出システムＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。

照明器ＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整可能光学素子手段ＡＭを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ）を調整できる。その上、照明器ＩＬは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この照明器は、その断面に所望の均一性および強度分布を有する、投影ビームＰＢと呼ぶ、状態調節した放射線ビームを提供する。

投影ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ上に保持したマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを通り抜けてから、この投影ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め装置ＰＭおよびもう一つの位置センサ（図１にはっきりとは図示せず）を使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭおよびＰＷの一部を形成する、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。しかし、ステッパの場合は（スキャナと違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。

図示する装置は、以下の好適モードで使うことができる。
１．ステップモードでは、投影ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。次に基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して異なる目標部分Ｃを露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、投影ビームの与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光で）しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の（走査方向の）高さを決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング構造体を保持するマスクテーブルＭＴを本質的に固定し、投影ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング構造体を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング構造体を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。

上に説明した使用モードの組合せおよび／または変形または全く異なった使用モードも使ってよい。

本発明の理解を助けるために、次に先行技術とその限界を図２ないし図６を参照して説明する。本質的に、この技術では、以下に説明するように、二つのテストパターンを異なる条件で別々に露出する。この最初のテストパターンは、基準パターンの役をし、一例によれば、図２に示すように、内フレーム１０として知られる、複数の小さい正方形から成り、第２テストパターンは、外フレーム１２として知られる、１組の大きい正方形を含む。各テストパターンは、内フレームか外フレームのアレイを含み、外フレーム１２が、図３に示すように、それらの縁に沿って近隣の外フレームと接触するように配置してもよい。各外フレーム１２は、図２および図３に示すように、それぞれの内フレーム１０とほぼ同心である。しかし、二つのテストパターンを、以下に説明するように、異なる条件で結像するので、各外フレーム１２がその内フレーム１０に関して変位する可能性があり、この変位を測定することによって、投影システムの波面収差についての情報を得ることができる。その理由は、投影システムの波面の局部収差がこの波面の局部傾斜として明らかであり、その傾斜が波面のその特定の部分によって創った像のシフトに帰着するからである。この様に、この像のシフトを波面収差に関連付けることができる。

図４は、レジストを塗被したウエハ上に結像したとき現れるような、第１および第２テストパターンの完全な露出を示す。それは、内フレーム１０の正方形アレイおよび外フレーム１２の実質的に円形のパッチから成る。明確にするために、一つの内フレーム１０と一つの外フレーム１２だけを図４に表示した。

内フレーム１０である第１テストパターンのための結像条件を図５に示す。この第１テストパターンは、マスクＭＡ上に存在し、それを、投影システムＰＬによって作ったマスクＭＡの像の最良合焦平面に位置する基板Ｗに対する通常の結像条件で基板Ｗ上に結像する。位置Ｘ_ｉｆの内フレームを位置ＭＸ_ｉｆに結像し、但し、Ｍは、投影システムの倍率で、典型的に１未満で、例えば１／４である。投影システムＰＬは、瞳面に瞳１４を有する。この瞳面の光強度分布は、本質的に基板Ｗ上に結像するマスクＭＡ上のパターンのフーリエ変換である。第１テストパターンである各内フレームの結像は、図５に光線によって図式的に示すように、瞳１４の全幅を使う。投影レンズＰＬのウエハ側で、基板Ｗ上のある点で結像に寄与する縁光線が半円錐角alphaを形成し、従って開口数ＮＡ＝sin（alpha）である。マスク側では、円錐角alpha'＝Ｍ×alphaである。

図６は、外フレーム１２である第２テストパターンのための結像条件を示す。この場合、フィルタ１６がマスクＭＡの下に所定の距離Ｚ_０に配置してある。この例で、フィルタは、薄い金属板の中の孔のように、他の点は不透明な部材の中のピンホール１８である。ピンホール１８のサイズは、外フレーム１２の一つとほぼ同じであってもよく、この板の厚さは、一般的にこのピンホールの幅より実質的に小さい。図６で、ピンホール１８は、投影システムＰＬの光軸に対する位置Ｘ_０上に中心を置く。簡単のために、図５および図６は、ＸＺ平面での断面であるが、勿論、ピンホール１８および結像されるテストパターンの位置は、ＸＹ平面のどこでもよいと理解する。ピンホール１８はフィルタとして作用し、ピンホール１８で角度（２×alpha'）を張るマスクＭＡ上の測定領域からの放射線だけが投影システムＰＬのこの開口数のためにこの投影システムを通過するようになっている。次に、マスクＭＡ上のその測定領域の各点に対して、ピンホール１８を通過する光線は、投影システムＰＬを通る独特の経路を辿る。これとは対照的に、図５に示すように、マスクＭＡ上の特定の点からの光線は、投影システムＰＬを通る多くのルートを採ることができ、かつ瞳１４全体を満たすことができる。図６において、ピンホール１８に対する位置Ｘ_ｏｆでの外フレームに対して、基板Ｗに達するその外フレームの付近からの放射線は、実線によって示す、投影システムＰＬを通る一つの経路しか採れない。異なる外フレームからの光線は、例えば、図６に破線および点線によって示すように、投影システムＰＬを通る異なる経路を採る。この様に、ピンホール１８は、各外フレームからの光線が投影システムＰＬを通るそれ自体の独特の経路を選択するようにフィルタとして作用する。第２テストパターン露出のためには、照明システムの射出瞳が投影レンズの入射瞳を完全に満たすべきである。

Ｘ_０に中心を置くピンホール１８に関して位置Ｘ_ｏｆの外フレームに対し、投影システムＰＬを通るその外フレームからの放射線の経路は、それが瞳１４を通過する座標Ｐ_ｘに特徴がある。簡単な幾何学的検討から、この瞳座標Ｐ_ｘは、以下の式によって与えられる。

更に一般的に、座標

に中心を置く外フレームに対して、対応する瞳座標は、次のように与えられる：

この瞳の半径が１であるように、これらの式を正規化する。これらの式は、光線の瞳位置に対する幾何光学的予測である。

投影システムを通る特定の経路のために局所的に提示する局在波面収差は、理想的波面に関する傾斜に帰着し、それが外フレームの像の変位を生じる。経路が異なり、従って異なる局部収差を受けるために、各外フレームに対して変位が異なる可能性がある。各内フレームは、投影レンズの全開口数（投影レンズ瞳幅）を使って結像し、それで全ての内フレームが同じ収差を受ける。従って、フレーム毎の局部傾斜ではなく、全ての内フレームが同じ大域的傾斜を受け、それは全パターンの大域的変位になる。従って、内フレーム像に関する外フレーム像のどんな変位も波面収差に変換できる。最低次収差（オフセットおよび傾斜）は、内フレームの全パターンの大域的変位になるので、この手法によっては得られない。

実際には、内および外フレームである第１および第２テストパターンをレジストを塗被した基板上に露出し、次にそれをこのリソグラフィ投影装置とオフラインの別の装置で解析する。このレジストを現像して露出した像を観察できるようにしもよく、またはレジストの潜像を観察することも可能である。レジストを使わずに、これらの像を電子的に捕捉するために、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのような、カメラ装置を使うことも可能である。次にこれらの像に相当する電子データをリソグラフィ投影装置と独立のコンピュータで解析してもよい。

レジストを塗被したウエハ上に結像したとき現れるかも知れないような、内および外フレームである第１および第２テストパターンの露出の例を図４に与える。外フレーム１２のほぼ円形の領域は、瞳１８を通過した光線束のフットプリントに相当する。言換えれば、この外フレームの円板は、瞳１８のピンぼけ像である。一例で、図４の内正方形１０である第１テストパターンのサイズは、約６００×６００μｍで、マスクレベルでの特定の測定領域を表し、その中にピンホール１８で角度２×alpha'を張る円形領域がある。図４のような露出に対して、見える約２５０の外フレームの位置に対応する測定領域内で、約２５０個所で変位の値を測定する。典型的には、そのような約３０組の測定を１０列（スリットを通る）×３行（走査方向に）に対応して行う。

基板レベルの像での各外フレーム１２の寸法は、約２５μｍである。フィルタ１６とマスクＭＡのレベルの間の距離Ｚ_０は、約５ｍｍである。

先に説明したように、投影システムの収差が波面の傾斜、従って像の変位を生じる。この実測した変位が波面の微分に等しく、数学的に次のように関係付けることができる：

但し、

は、単純に各外フレームの指標を示し、
ｄＸ、ｄＹは、内フレームに関して測定した外フレームの変位であり、
∂／∂Ｘおよび∂／∂Ｙは、それぞれＸおよびＹ方向の偏微分であり、
ＷＦは、瞳位置（ｐｘ，ｐｙ）での波面であり、そして
（ｐｘ，ｐｙ）は、フレーム指標

に対応する瞳位置である。

収差のある波面は、ゼルニケ多項式によって記述することができ；即ち、波面を一連の多項式関数の和として表し、各関数の寄与をそれぞれのゼルニケ係数によって評価することができる。これらのゼルニケ多項式は、動径座標の多項式関数であり、角依存性も含む。各ゼルニケ多項式を、特定の収差の寄与を表すとして指定することができる。それで式（３）で、波面の微分がゼルニケ多項式の微分に対応し、それら自体、別の組の多項式である。従来の数値計算手法を使ってこれらの微分多項式を実測した変位に適合して、ゼルニケ係数を得ることができる。例えば、ゼルニケ展開をゼルニケ数６４まで行うように選択したゼルニケ多項式で終えてもよい。この数は、高次ゼルニケ係数から生じて低次ゼルニケ係数に影響するクロストークが限られるように、十分に高く選ぶ。

この発明の第１実施例は、上記式（１）および（２）のような、幾何光学による瞳を横切る光線に位置の計算が完全には有効でないかも知れないという事実から生じる。従って、これは、例えば、ゼルニケ係数として表したレンズの波面収差計算の誤差に繋がる。

それに反して、この発明のこの実施例によれば、特定の外フレームからの光線が横切る瞳位置Ｐを、異なる収束位置に対する像の変位の変化を測定することによって見出すことができる。図７を参照して、マスクＭＡ上の外フレームＯＦが最良焦点面にある基板Ｗ上の位置Ｒに像を作る。Ｚ方向（光軸に沿う）のウエハ位置のΔＺだけのシフトがこの像のΔＲだけの変位を生じる。実際には、特定の測定場所での外フレームＯＦに対して、焦点地点を通る瞳位置Ｐの方への変位の変化を表すベクトルをサンプリングする。この瞳位置Ｐに対する次の関係を保持する。

標準数値近似法を使って、焦点ΔＺによる像の変位ΔＲを最良焦点位置での勾配∂Ｒ／∂Ｚに関係付けることができる。以下では、ΔＺをｄＺとも書き、変位ΔＲは、成分ｄＸおよびｄＹを有する。

更に詳しくは、波面Ｗと焦点ずれｄＺの間の関係は、
Ｗ（θ）＝ｄＺ．ｃｏｓ（θ）（４．１）
θは、焦点ずれした平面の法線に関する結像光線の角度である。

瞳座標ｐは、次の式によって与えられる：
ｐ＝ｓｉｎ（θ）／ＮＡ／ｎ（４．２）
但し、ＮＡは開口数、ｎは屈折率である。
ウエハレベルで測定した変位は、次の式によって与えられる：
ｄＸ＝ｄＷ／ｄｐ_ｘ（４．３）
ｄＹ＝ｄＷ／ｄｐ_ｙ

ウエハ座標に変換すると：
dX/dZ=-dZ.p_ｘ．NA^２/(1-p_ｘ ^２.NA^２-p_ｙ ^２.NA^２)^１／２（４．４）
dY/dZ=-dZ.p_ｙ．NA^２/(1-p_ｘ ^２.NA^２-p_ｙ ^２.NA^２)^１／２
これは次の関係を使う：
ｓｉｎ（θ）＝（１−ｃｏｓ^２（θ））^１／２（４．５）

係数ＮＡは、開口数の縁の基準化のために必要である。式（４．４）は、実測した数量：焦点ずれの変化による変位の変化（ｄＸ／ｄＺ，ｄＹ／ｄＺ）を瞳座標（ｐ_ｘ，ｐ_ｙ）の未知の数量と関係付ける。これは、二つの未知数がある方程式が二つあるので解ける。

測定できる変位の量は、オーバレイ測定ツールの性能によって制限される。典型的最大変位は、外フレームサイズの±５％、即ち１．２５μｍに等しい。θ＝４５°（即ち、ＮＡ＝０．７）の場合、これは、±１．２５μｍの焦点ずれに等しい。

これらの測定および計算に従って得た各外フレームに対応する瞳位置を、式（３）およびその後の段落と同じ解析で、例えば、ゼルニケ係数として表された収差情報を得るために、幾何光学近似の代りに使うことができる。

式（４．４）は、フレーム毎の瞳座標を与える、
ｐ_ｘ(ｋ,ｌ),ｐ_ｙ(ｋ,ｌ) （５）

フレームに関するこの分布を、フィルタ（ピンホール）の位置（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）および球面収差の量を未知パラメータとして、あるモデルに適合できる。このモデルは：
Ｄｘ＝ｋ−coeff(1)；
Ｄｙ＝ｌ−coeff(2)；
Ｄｚ＝coeff(3)−coeff(4)＊(sin(tan^−１((rx^２＋ry^２)^1/2)))^２；
ｓｘ＝ｒｘ−Ｄｘ./Ｄｚ；
ｓｙ＝ｒｙ−Ｄｙ./Ｄｚ；
ｓ＝ｓｘ^２＋ｓｙ^２
但し：
coeff(1)は、ｘ方向の変位（μｍ）であり；
coeff(2)は、ｙ方向の変位（μｍ）であり；
coeff(3)は、ｚ方向の変位（μｍ）であり；
coeff(4)は、焦点ずれしたピンホール内の軸方向球面収差の量（μｍ）であり；
ｋおよびｌは、フレームの位置（μｍ）に等しく、そして
rxおよびryは、分布（５）内の実測した瞳座標に等しい。

このモデルおよび適合プロセスを適用することによって、ピンホールの実際の位置を得ることができ、それは、マスクＭＡ上の外フレームであるテストパターンに関するピンホール１８の必要な位置決めの公差を緩和できることを意味する。これは、ピンホール（またはその他のフィルタ）の製造および位置決めを非常に簡単化し且つ安くする。

本発明の実施例は、収差測定で不正確さに繋がることがある更なる要因も考慮に入れる。図８を参照して、マスクＭＡは、測定領域２０に基板Ｗに結像する外フレームの規則的アレイを提供する。しかし、放射線が通過するピンホール１８が焦点ずれし、これは、ピンホール１８の像に厳しい球面収差があることを意味する。図８に示すように、ピンホール１８で異なる角度を張る光は、基板Ｗの面から異なる距離に焦点を合わせる。完全な結像光学系が存在しても、この効果の発生は無くならない。この効果の結果は、マスク２０で規則的に整列した外フレームが基板Ｗでは最早規則的に整列していないことである。この効果は、テストパターン像の全域で内・外フレーム対の間に余分なシフトを生じる（図４）。

この発明の一実施例によれば、ピンホール球面収差が調整すべきもう一つのパラメータであるので、これらの余分なシフトを投影レンズ収差測定から較正して除く。先に説明したように、式（３）を使ってゼルニケ係数を得る。

瞳直径の０．９以上に相当する半径方向位置の点を無視すれば、収差測定、即ち、ゼルニケ係数計算を改善することが実験的に判っている。

投影システムの収差をこの発明に従って較正してから、結像を改善するために、例えば、波面収差を最小にするためにあるレンズ素子の位置を調整することによって、補正を適用できる。するとこのリソグラフィ装置を使って所望のパターンを基板の目標部分上に露出することができる。この装置の加熱効果、ドリフトおよび老化を補償するために、反復収差測定を定期的に行うことが必要かも知れない。

この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明した以外の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を限定することを意図しない。例えば、内および外フレームは、単に可能なテストパターンの例に過ぎない。これらの実施例は、ゼルニケ多項式およびそれらの係数によってレンズ収差を説明しているが、これは、波面収差を記述するために使える多くの可能な関数の組の一つに過ぎず、それで本発明は、ゼルニケ係数以外のパラメータによって収差を決定するために使うことができる。この発明の上に説明した実施例は別々に使ってもよく、または何か適当な組合せで使ってもよい。テストパターンを指して使う“第１”および“第２”という用語は、単なる標識であり、何も時間的順序を意味せず、パターンをどんな順序で結像してもよい。この第１テストパターンは、ここでは基準テストパターンとも呼ぶ。

本発明の実施例によるリソグラフィ装置を示す。本発明の実施例に使うためのテストパターン露出の例を示す。本発明の実施例に使うためのテストパターン露出の例を示す。本発明の実施例に使うためのテストパターン露出の例を示す。第１テストパターンの結像を示す投影システムの概略断面図である。第２テストパターンの結像を示す投影システムの概略断面図である。本発明の実施例の作用を説明するための投影システムの概略断面図である。本発明の実施例の作用を説明するための投影システムの概略断面図である。

符号の説明

１０基準テストパターン（第１テストパターン）
１２第２テストパターン
１４瞳
１６フィルタ
Ｃ目標部分
ＰＬ投影システム
Ｗ基板

Claims

リソグラフィ装置の投影システムの収差を決定する方法であって、
リソグラフィ装置で基準テストパターンを投影する工程、
リソグラフィ装置で第２テストパターンを投影する工程、
前記基準テストパターンおよび前記第２テストパターンの結果像の相対変位を測定する工程、
前記測定を、光軸に沿って互いに変位した面で得た第２テストパターンの複数の像に対して行うことで、第２テストパターンの特定の部位からの放射線が横切る瞳位置を得る工程、及び
前記測定値及び前記瞳位置を使って、投影システムの収差についての情報を決定する工程を含み、
前記第２テストパターンを投影する工程が、投影システムを通る特定の放射線経路を選択するためにフィルタを用いる工程を含み、
前記フィルタの座標を、前記収差情報を決定するための計算に変数パラメタとして含む方法。
前記フィルタが持込んだ球面収差を、前記収差情報を決定する際に変数パラメタとして含む請求項１に記載された方法。
前記球面収差を使って上記基準テストパターン及び上記第２テストパターンの結果像の測定した変位を補正する請求項２に記載された方法。
複数の像に対して、光軸に沿う変位に関する第２テストパターンの像の変位の変化率を計算することで、前記瞳位置を得る請求項１乃至３に記載された方法。
基板の目標部分上に放射線のパターン化したビームを投影する工程、および
基板の目標部分上に投影したパターン化したビームの収差を減らすために、請求項１乃至４いずれかの方法に基づいてリソグラフィ装置の投影システムの収差を決定し補正する工程、を含むデバイス製造方法。