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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Aberration
eines optischen Abbildungssystems, beispielsweise einer lithographischen
Projektionsvorrichtung. Beobachtungen werden als Funktion von Parametern
der Projektionsvorrichtung angestellt, und anhand dieser kann das
Vorhandensein verschiedener Arten von Aberrationen quantifiziert
werden. Die lithographische Projektionsvorrichtung kann umfassen:
- – ein
Strahlungssystem zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- – einen
Halteraufbau zum Halten von Musteraufbringungseinrichtungen, wobei
die Musteraufbringungseinrichtungen dazu dienen, den Projektionsstrahl
entsprechend einem gewünschten
Muster zu mustern;
- – einen
Substrattisch zum Halten eines Substrats; und
- – ein
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielabschnitt des Substrats.
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Die
Musteraufbringungseinrichtung, auf die hier Bezug genommen wird,
sollte dahingehend breit ausgelegt werden, als das sie sich auf
eine Einrichtung bezieht, die dazu verwendet werden kann, den Querschnitt eines
eingehenden Strahls aus Strahlung mit einem Muster zu versehen,
wobei das Muster einem Muster entspricht, das auf einem Zielabschnitt
des Substrats zu erzeugen ist; der Begriff „Lichtventil" kann in diesem Zusammenhang
ebenso verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht dieses Muster
einer bestimmten Funktionsschicht in einem Bauteil, das in dem Zielabschnitt
erzeugt wird, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis oder
einem anderen Bauteil (siehe unten). Beispiele solcher Musteraufbringungseinrichtungen
umfassen:
- – eine
Maske. Das Maskenkonzept ist in der Lithographie geläufig, und
es umfasst verschiedene Arten von Masken, beispielsweise binäre Masken,
alternierende Phasenverschiebungs-, dämpfende Phasenverschiebungs-
sowie verschiedenartige Hybridmasken. Wird eine derartige Maske
in den Strahl aus Strahlung gestellt, wird dadurch eine selektive
Transmission (im Falle einer transmissiven Maske) oder Reflektion
(im Falle einer reflektierenden Maske) der auf die Maske auftreffenden
Strahlung gemäß dem Muster
auf der Maske bewirkt. Im Falle einer Maske wird der Halteraufbau
allgemein ein Maskentisch sein, welcher sicherstellt, dass die Maske
an einer erwünschten
Position in dem eingehenden Strahl aus Strahlung gehalten werden
kann, und dass die Maske, falls erwünscht, relativ zu dem Strahl
bewegt werden kann.
- – eine
programmierbare Spiegelanordnung. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung
ist eine matrix-adressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen
Steuerschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das einem solchen Gerät zugrundeliegende
Prinzip besteht darin, dass (zum Beispiel) adressierte Bereiche
der reflektierenden Oberfläche
das einfallende Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht-adressierte Bereiche
das einfallende Licht als nicht-gebeugtes Licht reflektieren. Unter
Verwendung eines geeigneten Filters kann das nicht-gebeugte Licht
aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, wodurch lediglich das
gebeugte Licht zurückbleibt;
auf diese Weise wird der Strahl gemäß dem Adressmuster der matrix-adressierbaren
Oberfläche
gemustert. Die erforderliche Matrix-Adressierung kann unter Verwendung geeigneter
elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. Mehr Informationen über solche
Spiegelanordnungen können,
zum Beispiel, den US-Patenten US
5,296,891 und US 5,523,193 entnommen
werden. Im Falle einer programmierbaren Spiegelanordnung kann der
Halteraufbau beispielsweise aus einem Rahmen oder einem Tisch bestehen,
der je nach Bedarf fixiert oder beweglich sein kann.
- – eine
programmierbare LCD-Anordnung. Ein Beispiel eines solchen Aufbaus
ist in dem US-Patent 5,229,872 beschrieben.
Wie bereits zuvor kann der Halteraufbau in diesem Fall beispielsweise
aus einem Rahmen oder einem Tisch bestehen, der je nach Bedarf fixiert
oder beweglich sein kann.
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Der
Einfachheit halber kann der verbleibende Teil dieser Beschreibung
an manchen Stellen spezielle Beispiele betreffen, die eine Maske
oder einen Maskentisch beinhalten; jedoch sollten die im Zusammenhang mit
solchen Fällen
beschriebenen allgemeinen Prinzipien im weitestgehenden Sinne von
Musteraufbringungseinrichtungen, wie sie voranstehend erwähnt worden
sind, verstanden werden.
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Eine
lithographische Projektionsvorrichtung kann beispielsweise bei der
Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) verwendet werden. In
einem solchen Fall kann die Musteraufbringungseinrichtung ein Schaltkreismuster
erzeugen, das einer einzelnen Schicht des ICs entspricht, und dieses
Muster kann auf einen Zielabschnitt (der beispielsweise ein oder
mehrer "dies" aufweist) eines
Substrats (eines Siliziumwafers) abgebildet werden, welcher mit
einer Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Material (Photolack) überzogen worden
ist. Im Allgemeinen enthält
ein einzelner Wafer ein gesamtes Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die
nacheinander von dem Projektionssystem belichtet werden. Bei gegenwärtigen Vorrichtungen,
bei denen die Musteraufbringung durch eine Maske auf einem Maskentisch
geschieht, kann zwischen zwei unterschiedlichen Gerätearten
unterschieden werden. Bei einer Art von lithographischer Projektionsvorrichtung
wird jeder Zielabschnitt dadurch bestrahlt, dass das gesamte Maskenmuster
auf den Zielabschnitt belichtet wird; eine solche Vorrichtung wird
herkömmlich
als ein Waferstepper bezeichnet. Bei einer alternativen Vorrichtung – die herkömmlich als "Step-and-Scan"-Vorrichtung bezeichnet
wird – wird
jeder Zielabschnitt durch progressives Scannen des Maskenmusters
unter dem Projektionsstrahl längs
einer vorgegebenen Referenzrichtung (der "Scan"-Richtung)
bestrahlt, während
synchron dazu der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser
Richtung gescannt wird; da das Projektionssystem allgemein einen
Vergrößerungsfaktor
M (im Allgemeinen < 1) besitzt,
beträgt
die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch gescannt wird,
das M-fache der Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch gescannt
wird. Mehr Informationen im Hinblick auf lithographische Vorrichtungen, wie
sie hier beschrieben sind, können
beispielsweise der
US 6,046,792 entnommen
werden.
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Bei
einem Herstellungsprozess unter Verwendung einer lithographischen
Projektionsvorrichtung wird ein Muster (beispielsweise in einer
Maske) auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit
einer Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Material (Photolack) überzogen
ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen
Prozeduren unterzogen werden, beispielsweise einer Primärbehandlung,
einer Photolackbeschichtung sowie einer weichen Erwärmung ("soft bake"). Nach der Belichtung
kann das Substrat anderen Prozeduren unterzogen werden, beispielsweise
einer Nachbelichtungserwärmung
(PEB), einer Entwicklung, einer harten Erwärmung ("hard bake") sowie einer Messung/Inspektion der
abgebildeten Merkmale. Diese Abfolge von Prozeduren wird als Grundlage
dafür verwendet,
eine einzelne Schicht eines Bauteils, beispielsweise eines ICs,
mit einem Muster zu versehen. Eine solche gemusterte Schicht kann
anschließend verschiedenen
Prozessen unterzogen werden, beispielsweise dem Ätzen, der Ionen-Implantation
(Dotierung), der Metallisierung, der Oxidation, dem chemisch-mechanischen
Polieren, etc., die allesamt zur Fertigstellung einer einzelnen
Schicht dienen. Falls mehrere Schichten benötigt werden, wird die gesamte
Prozedur, oder eine Abwandlung derselben, für jede neue Schicht wiederholt.
Schließlich
ist dann eine Anordnung von Bauteilen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden.
Diese Bauteile werden anschließend
voneinander getrennt, beispielsweise durch Dicen oder Sägen, und
danach können
die einzelnen Bauteile auf einen Träger montiert, mit Stiften verbunden,
etc. werden. Weitere Informationen im Hinblick auf solche Prozesse
können
beispielsweise dem Buch „Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", 3. Auflage, von
Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4
entnommen werden.
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Der
Einfachheit halber kann das Projektionssystem im Anschluss als „Linse" bezeichnet werden;
dieser Begriff sollte jedoch weitestgehend breit dahingehend ausgelegt
werden, als das er verschiedene Arten von Projektionssystemen umfasst,
einschließlich
beispielsweise einer refraktiven Optik, einer reflektierenden Optik
sowie katadioptrischer Systeme. Das Strahlungssystem kann ebenso
Komponenten umfassen, die gemäß einem
dieser Designarten betrieben werden können, um den Projektionsstrahl
aus Strahlung zu richten, zu formen oder zu steuern, und solche
Komponenten können
im Anschluss, zusammen oder einzeln, als "Linse" bezeichnet werden. Des Weiteren kann
das lithographische Gerät
von der Sorte sein, dass es zwei oder mehr Substrattische (und/oder
zwei oder mehr Maskentische) aufweist. Bei solchen „mehrstufigen" Vorrichtungen können die
zusätzlichen
Tische parallel zueinander benutzt werden, oder vorbereitende Schritte
können auf
einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während ein
anderer oder mehrere andere Tische für die Belichtung verwendet
werden. Zweistufige lithographische Geräte werden beispielsweise in
der
US 5,969,441 sowie
der
WO 98/40791 beschrieben.
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Es
besteht der Wunsch, eine stetig wachsende Anzahl elektronischer
Bauteile in einem IC zu integrieren. Um dies zu realisieren ist
es notwendig, den Oberflächenbereich
eines ICs zu vergrößern und/oder
die Größe der Bauteile
zu verringern. Für
das Projektionssystem bedeutet dies, dass sowohl das Abbildungsfeld und/oder
die Auflösung
erhöht
werden muss, so dass zunehmend kleinere Details, oder Linienbreiten,
auf gut definierte Weise auf einen Zielabschnitt abgebildet werden
können.
Dies erfordert ein Projektionssystem, welches sehr strenge Qualitätsanforderungen
erfüllen
muss. Obwohl solche Projektionssysteme mit großer Sorgfalt entworfen und
mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt werden, kann ein solches
System weiterhin Aberrationen zeigen, wie z. B. eine sphärische Aberration,
ein Koma oder einen Astigmatismus. In der Praxis ist das Projektionssystem
("Linse") auf diese Weise
kein ideales diffraktionsbegrenztes System, sondern ein aberrationsbegrenztes
System. Die Aberrationen sind von der Position in dem Abbildungsfeld
abhängig,
und es entstehen daraus Abweichungen in den abgebildeten Linienbreiten,
die quer über
das Abbildungsfeld auftreten, und sie beeinflussen die Bildschärfe, die
Belichtungsgrenzen und so weiter. Sie bewirken ebenso feldabhängige Überlappungsfehler
zwischen unterschiedlichen Maskenstrukturen und/oder unterschiedlichen
Beleuchtungseinstellungen. Der Einfluss der Aberrationen wird zunehmend
signifikanter bei der Anwendung neuerer Techniken, beispielsweise
bei Phasenverschiebungsmasken oder einer "offaxis" Beleuchtung, um das Auflösungsvermögen einer
lithographischen Projektionsvorrichtung zu verbessern.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass Aberrationen in modernen lithographischen
Projektionssystemen nicht konstant sind. Um Aberrationen niedriger
Ordnung, beispielsweise Verzerrungen, Feldkrümmungen, Astigmatismus, Koma
sowie sphärische
Aberrationen zu minimieren, weisen diese Projektionssysteme im Allgemeinen
ein oder mehrere bewegliche Elemente auf. Die Wellenlängen des
Projektionsstrahls oder die Position des Maskentisches können für den gleichen
Zweck einstellbar sein. Wenn diese Einstelleinrichtungen verwendet
werden, können
andere kleinere Aberrationen in Erscheinung treten. Da überdies
die Intensität
des Projektionsstrahls so groß wie
möglich
sein sollte, altern die Komponenten des Projektionssystems mit der
Folge, dass die Aberrationen sich während der Lebensdauer der Vorrichtung ändern. Überdies
können
reversible Veränderungen,
die beispielsweise durch eine Erwärmung der Linsen verursacht
werden, vorübergehend
die Aberrationen verändern.
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Folglich
besteht ein weiteres Problem darin, wie die Aberration auf zuverlässige und
genaue Weise gemessen werden kann.
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Die
Veröffentlichung
von Saito et al. „Evaluation
of coma aberration in projection lens by various measurements", PROCEEDINGS OF
THE SPIE – THE
INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING SPIE-INT. SOC. OPT.
ENG USA, Vol. 3334, 1998, Seiten 297–308, XP002302391 ISSN: 0277-786X
offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 zum Messen
des Einflusses der Koma-Aberration.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen der Aberration eines Abbildungssystems
bereitzustellen.
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Entsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der
Aberration eines optischen Abbildungssystems bereit, mit:
- – einem
Strahlungssystem zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- – einem
Halteraufbau zum Halten von Musteraufbringungseinrichtungen, wobei
die Mustereinbringungseinrichtungen dazu dienen, den Projektionsstrahl
entsprechend einem gewünschten
Muster zu mustern;
- – einem
Substrattisch zum Halten eines Substrats; und
- – einem
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielabschnitt des Substrats, wobei das Verfahren folgende Schritte
umfasst:
- – Mustern
des Projektionsstrahls durch die Musteraufbringungseinrichtungen,
und
- – Messen
von mindestens einem Parameter einer durch das Projektionssystem
gebildeten Abbildung bei einer Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen
des Strahlungssystems und/oder des Projektionssystems;
wobei
das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt: - – Extrahieren
eines Koeffizienten einer Ausdehnung der Wellenfrontaberration des
Abbildungssystems aus den Messungen des mindestens einen Parameters
bei der Vielzahl von Einstellungen.
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Vorzugsweise
weisen die Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen verschiedene
Einstellungen der numerischen Apparatur und/oder der Sigma-Einstellungen,
Beleuchtungsmodi oder telezentrische Modi auf; ferner können verschiedene
Arten und Größen von
Teststrukturen verwendet werden, zum Beispiel eine oder mehrere
Masken, um unterschiedliche Beugungseffekte in dem Projektionssystem
zu erzeugen. Sämtliche derartigen
Variationen sollten dahingehend ausgelegt werden, als dass sie von
dem Begriff "unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen", wie er in dieser
Beschreibung verwendet wird, umfasst sind. Der Ausdruck „Sigma(σ)-Einstellung" bezieht sich auf
die radiale Ausdehnung der Intensitätsverteilung in dem Strahl
an der Pupille des Abbildungssystems, durch die die Strahlung verläuft, und
zwar normalisiert in Bezug auf den maximalen Radius der Pupille.
Auf diese Weise stellt ein Sigmawert von 1 eine Intensitätsverteilung
der Beleuchtung mit einem Radius an der Pupille dar, der gleich
dem maximalen Radius der Pupille ist. Der Begriff „Beleuchtungsmodus" weist auf die räumliche
Verteilung der Strahlung an der Pupille hin, die zum Beispiel scheibenförmig, ringförmig (die
durch eine innere Sigma- sowie eine äußere Sigma-Einstellung gekennzeichnet
sein würde),
quadrupolar, dipolar, weich-multipolar (einschließlich eines
Strahlungsflusses zwischen den Polen) etc. sein kann. Der Ausdruck „telezentrische
Modi" umfasst eine
Ausbildung des Abbildungssystems mit Telezentrizität und/oder
mit variierendem Grad der Nicht-Telezentrizität, zum Beispiel
durch Verwendung von Prismen auf einer Maske, um das Beleuchtungsprofil
zu neigen. Diese unterschiedlichen Einstellungen können auf bequeme
Weise in einer lithographischen Projektionsvorrichtung ausgewählt werden.
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Der
gemessene Parameter kann einen der folgenden oder mehrere der folgenden
Parameter umfassen: die beste Brennweitenposition der Abbildung;
die laterale Position der Abbildung; die Deformation der Abbildung
und andere Eigenschaften der lithographischen Belichtung der Abbildung,
beispielsweise die Linienbreite und die Form sowie der Abstand zwischen
benachbarten Strukturen.
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Vorzugsweise
sind die Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen derart ausgewählt, dass
die Änderung in
dem oder in jedem der mindestens einen gemessenen Parameter im Wesentlichen
maximal ist. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des (der) bestimmten
Koeffizienten verbessert werden.
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Vorzugsweise
sind die Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen derart ausgewählt, dass
die aus der Aberration resultierende Änderung des mindestens einen
gemessenen Parameters, der durch einen oder mehrere Koeffizienten
dargestellt wird, im Wesentlichen gleich Null ist, während die Änderung
in dem mindestens einen Parameter als Funktion eines gewünschten
zu bestimmenden Koeffizienten ungleich Null ist. Diese Technik ermöglicht,
dass unterschiedliche Aberrationskoeffizienten, beispielsweise Zernike-Koeffizienten,
unabhängig
voneinander erhalten werden können.
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Die
Erfindung stellt ebenso eine lithographische Projektionsvorrichtung
bereit zum Projizieren eines gemusterten Strahls aus Strahlung auf
ein Substrat, das mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehen ist,
wobei die Vorrichtung umfasst:
- – ein Strahlungssystem
zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus Strahlung;
- – einen
Halteraufbau zum Halten von Musteraufbringungseinrichtungen, wobei
die Musteraufbringungseinrichtungen dazu dienen, den Projektionsstrahl
gemäß einem
gewünschten
Muster zu mustern;
- – einen
Substrattisch zum Halten eines Substrats;
- – ein
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielabschnitt des Substrats;
- – Beleuchtungseinstelleinrichtungen
zum Bereitstellen einer Vielzahl von verschiedenen Beleuchtungseinstellungen
des Strahlungssystems und/oder des Projektionssystems;
- – Messeinrichtungen
zum Messen von mindestens einem Parameter einer von dem Projektionssystem
gebildeten projizierten Abbildung;
- – Steuereinrichtungen
zum Auswählen
einer Vielzahl verschiedener Beleuch tungseinstellungen, bei denen die
Messungen durch die Messeinrichtungen vorgenommen werden;
wobei
die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst: - – Berechnungseinrichtungen,
die angeordnet sind, um einen Koeffizienten einer Ausdehnung der
Wellenfrontaberration des Projektionssystems und/oder des Strahlungssystems
aus den Messungen des mindestens einen von den Messeinrichtungen
gemessenen Parameters bei der Vielzahl verschiedener Beleuchtungseinstellungen
zu extrahieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Bauelements bereitgestellt mit den Schritten:
- (a) Bereitstellen eines Substrats, das zumindest teilweise von
einer Schicht aus strahlungsempfindlichen Material bedeckt ist;
- (b) Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus Strahlung unter
Verwendung eines Strahlungssystems;
- (c) Verwenden von Musteraufbringungseinrichtungen, um den Querschnitt
des Projektionsstrahls mit einem Muster zu versehen;
- (d) Verwenden eines Projektionssystems, um den gemusterten Strahl
aus Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus strahlungsempfindlichem
Material zu projizieren,
wobei das Verfahren ferner die
Schritte umfasst:
Messen, vor Schritt (d), von mindestens einem
Parameter einer durch das Projektionssystem gebildeten Abbildung
bei einer Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen des Strahlungssystems
und/oder des Projektionssystems;
wobei das Verfahren gekennzeichnet
ist durch:
Extrahieren eines Koeffizienten einer Ausdehnung
der Wellenfrontaberration des Projektions- und/oder Strahlungssystems
aus den Messungen des mindestens einen Parameters bei der Vielzahl
von Einstellungen; und
Korrigieren der Aberration auf der Basis
des extrahierten Koeffizienten, um die Aberration einer durch das
Projektionssystem projizierten Abbildung zu reduzieren.
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Obgleich
in diesem Text speziell Bezug genommen wird auf die Verwendung der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
zur Herstellung von ICs, so sei ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass eine solche Vorrichtung viele andere Anwendungsmöglichkeiten
besitzt. Zum Beispiel kann sie bei der Herstellung integrierter
optischer Systeme, bei Führung-
und Erfassungsmustern für
magnetische Domainspeicher, für
Flüssigkristallanzeigefelder,
Dünnfilmmagnetköpfe, etc.
verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass im Zusammenhang
mit solchen anderen Anwendungen jegliche Verwendung der Begriffe "Retikel", "Wafer" oder "die" in diesem Text ersetzt
werden kann durch die eher allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt".
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In
der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „Strahlung" sowie „Strahl" verwendet, um sämtliche
Arten elektromagnetischer Strahlung zu umfassen, einschließlich ultravioletter
Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157
oder 126 nm) sowie EUV (extreme UV-Strahlung, beispielsweise mit
einer Wellenlänge
im Bereich von 5–20
nm).
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 eine
lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 eine
Tabelle ist, welche die Beziehung zwischen unterschiedlichen Aberrationen
niedriger Ordnung und ihren jeweiligen Zernike-Koeffizienten zusammenfasst;
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3(a) und 3(b) Tabellen
sind, die berechnete beste Brennweitenpositionen (in Bezug auf einen Fall
ohne Aberration) bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen
als Funktion der Aberration aufgrund der Zernike-Koeffizienten Z9
und Z16 zeigen;
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4 ein
Diagramm ist, das die Korrelation zwischen einer gemessenen besten
Brennweitenposition und einer besten Brennweite zeigt, die anhand
der Zernike-Aberrationskoeffizienten
Z9 und Z16 bestimmt wurde, welche gemäß der vorliegenden Erfindung
gemessen wurden, wobei jeder Punkt in dem Diagramm einer der Beleuchtungseinstellungen
der 3 entspricht. Die gemessene beste
Brennweitenposition ist entlang der vertikalen Achse in nm angegeben;
die berechnete beste Brennweitenposition ist entlang der horizontalen Achse
in nm angegeben;
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5(a) und 5(b) Diagramme
sind, welche die Korrelation zwischen einem Zernike-Koeffizienten, der
unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
gemessen wurde (in nm entlang der vertikalen Achse aufgetragen),
und einem Zernike-Koeffizienten, der unter Verwendung eines weiteren
Verfahrens bestimmt wurde (in nm entlang der horizontalen Achse
aufgetragen), zeigen;
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6(a) und 6(b) Diagramme
sind, welche die Zernike-Koeffizienten Z9 bzw. Z16 als Funktion der
X-Position entlang des Schlitzes des Projektionssystems in einer "Step-and-Scan"-Vorrichtung (bei
der der Schlitz in Y-Richtung gescannt wird) zeigen, die sowohl
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung als auch durch ein
weiteres Verfahren bestimmt worden sind. Die vertikalen Achsen beider 6(a) und 6(b) stellen
Werte des Aberrationskoeffizienten in nm dar. Die horizontalen Achsen
stellen die X-Position entlang des Schlitzes in mm dar;
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7 ein
Diagramm von Z12 (entlang der vertikalen Achse in nm gezeigt) als
Funktion der X-Position entlang des Schlitzes des Projektionssystems
(entlang der horizontalen Achse in mm gezeigt) ist, der sowohl gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung als auch unter Verwendung eines weiteren
Verfahrens gemessen wurde;
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8(a) und 8(b) Konturdiagramme
der besten Brennweitenposition sind als Funktion der äußeren Sigma-Einstellung
(entlang der horizontalen Achsen gezeigt) und der numerischen Apertur
(entlang der vertikalen Achsen gezeigt) des Projektionssystems resultierend
aus der Aberration aufgrund der Zernike-Koeffizienten Z9 bzw. Z16,
die ungleich Null sind;
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9 ein
Konturdiagramm des Abbildungskontrastes ist als Funktion der äußeren Sigma-Einstellung (entlang
der horizontalen Achse gezeigt) und der numerischen Apertur (entlang
der vertikalen Achse gezeigt) des Projektionssystems;
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10 eine
Tabelle berechneter lateraler Verschiebungen der Abbildungsposition,
die aus einer komatischen (Koma) Aberration (Z7 ist ungleich Null)
resultieren, als Funktion der Beleuchtungseinstellung ist;
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11 ein
Diagramm ist, das die Korrelation zwischen gemessenen X-Verschiebungen
(entlang der vertikalen Achsen in nm gezeigt) und berechneter X-Verschiebungen (entlang
der horizontalen Achsen in nm gezeigt) aufgrund der komatischen
Aberration zeigt, wobei jeder Punkt in dem Diagramm einer der Beleuchtungseinstellungen
der 10 entspricht;
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12(a) und 12(b) Konturdiagramme
der aus den Zernike-Koeffizienten Z7 bzw. Z14, die ungleich Null
sind, resultierenden X-Verschiebungen als Funktion der äußeren Sigma-Einstellung
(entlang der horizontalen Achse gezeigt) und der numerischen Apertur
(entlang der vertikalen Achse gezeigt) des Abbildungssystems sind;
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13(a) und 13(b) Diagramme
der Zernike-Komakoeffizienten Z7 bzw. Z8 (entlang der vertikalen
Achsen in nm gezeigt) als Funktion der X-Position entlang des Schlitzes
des Abbildungssystems (entlang der horizontalen Achsen in mm gezeigt)
sind, die sowohl gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung als auch unter Verwendung eines weiteren
Verfahrens gemessen wurden; und
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14 ein
Diagramm ist, das dem der 13(a) entspricht,
bei dem allerdings die Daten der vorliegenden Erfindung wellenlängenkorrigiert
sind.
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In
den Figuren deuten entsprechende Bezugssymbole auf entsprechende
Teile hin.
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Erste Ausführungsform
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1 stellt
schematisch eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer
spezifischen Ausführungsform
der Erfindung dar. Die Vorrichtung umfasst:
- – ein Strahlungssystem
Ex, IL zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls PB aus Strahlung
(beispielsweise UV- oder EUV-Strahlung). In diesem spezifischen
Fall umfasst das Strahlungssystem ebenso eine Strahlungsquelle LA;
- – einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT, der mit einem Maskenhalter
zum Halten einer Maske MA (beispielsweise eines Retikels) versehen
und mit einer ersten Positioniereinrichtung zum genauen Positionieren
der Maske in Bezug auf den Gegenstand PL verbunden ist;
- – einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT, der mit einem Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (beispielsweise eines mit Photolack
beschichteten Silizium-Wafers) versehen und mit einer zweiten Positioniereinrichtung
zum genauen Positionieren des Substrats in Bezug auf den Gegenstand
PL verbunden ist;
- – ein
Projektionssystem ("Linse") PL (beispielsweise
ein refraktives oder katadioptrisches System oder eine Spiegelgruppe)
zum Abbilden eines bestrahlten Abschnittes der Maske MA auf einen
Zielabschnitt C (der beispielsweise ein oder mehrere dies aufweist)
des Substrats W.
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Wie
hier dargestellt, ist die Vorrichtung vom Transmissionstyp (d. h.
sie besitzt eine durchlässige
Maske). Allgemein kann sie jedoch zum Beispiel auch vom Reflektionstyp
sein (mit einer reflektierenden Maske). Alternativ kann die Vorrichtung
eine andere Art von Musteraufbringungseinrichtung verwenden, wie
z. B. eine programmierbare Spiegelanordnung vom voranstehend beschriebenen
Typ.
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Die
Quelle LA (beispielsweise eine Hg-Lampe oder ein Excimer-Laser)
erzeugt einen Strahl aus Strahlung. Dieser Strahl wird in ein Beleuchtungssystem
(Illuminator) IL geführt,
entweder direkt oder nachdem er eine Aufbereitungseinrichtung durchlaufen
hat, beispielsweise einen Strahlaufweiter Ex. Der Illuminator IL kann
eine Einstelleinrichtung AM zum Einstellen des äußeren σ- sowie des inneren σ-Werts der
Intensitätsverteilung
in dem Strahl aufweisen. Zusätzlich
weist er im Allgemeinen verschiedene andere Komponenten auf, beispielsweise
einen Integrator IN sowie einen Kondensor CO. Auf diese Weise besitzt
der Querschnitt des auf die Maske MA auftreffenden Strahls PB eine
erwünschte
Gleichmäßigkeit
sowie Intensitätsverteilung.
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Es
wird in Bezug auf die 1 darauf hingewiesen, dass die
Quelle LA innerhalb des Gehäuses
der lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann
(wie es oftmals dann der Fall ist, wenn die Quelle LA zum Beispiel
eine Quecksilberlampe ist), oder dass sie auch von der lithographischen
Projektionsvorrichtung abgelegen sein kann, wobei der von ihr erzeugte
Strahl in die Vorrichtung geführt
wird (beispielsweise mit Hilfe geeigneter Richtspiegel); letzteres
ist oft der Fall, wenn die Quelle LA ein Excimerlaser ist. Die vorliegende
Erfindung und die Ansprüche
umfassen beides.
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Der
Strahl PB fällt
anschließend
auf die Maske MA, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nach Durchlaufen
der Maske MA verläuft
der Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C
des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positioniereinrichtung
(und der interferometrischen Messeinrichtung IF) kann der Substrattisch
WT genauestens bewegt werden, beispielsweise um so unterschiedliche Zielabschnitte
C in den Pfad des Strahls PB zu positionieren. Auf ähnliche
Weise kann die erste Positioniereinrichtung dazu verwendet werden,
die Maske MA in Bezug auf den Pfad des Strahls PB genauestens zu
positionieren, beispielsweise nach dem mechanischen Herausholen
der Maske MA aus einem Maskenarchiv oder während eines Scans. Allgemein
wird die Bewegung der Objekttische MT, WT mit Hilfe eines Moduls
mit langem Hub (grobe Positionierung) und eines Moduls mit kurzem
Hub (feine Positionierung) realisiert, die allerdings in 1 nicht
explizit dargestellt sind. Im Falle eines Wafer-Steppers (im Gegensatz
zu einer "Step-and-Scan"-Vorrichtung) kann der Maskentisch MT
jedoch mit einem Aktuator mit kurzem Hub verbunden oder fixiert
sein.
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Die
dargestellte Vorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Modi verwendet
werden:
- 1. In einem Schritt-Modus wird der
Maskentisch MT im Wesentlichen stationär gehalten, und die gesamte Maskenabbildung
wird auf einmal (d. h. bei einer einzelnen "Belichtung") auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der
Substrattisch WT wird anschließend
in X- und/oder Y-Richtung bewegt, so dass ein anderer Zielabschnitt
C mit dem Strahl PB belichtet werden kann;
- 2. Im Scan-Modus geschieht im Wesentlichen das Gleiche, außer dass
ein gegebener Zielabschnitt C nicht während einer einzelnen "Belichtung" belichtet wird.
Stattdessen wird der Maskentisch MT in einer vorgegebenen Richtung
(der sog. "Scan-Richtung", beispielsweise
in Y-Richtung) mit einer Geschwindigkeit v bewegt, so dass der Projektionsstrahl
PB über
die gesamte Maskenabbildung gescannt wird; gleichzeitig wird der
Substrattisch WT simultan in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung
mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M gleich der Vergrößerung der
Linse PL ist (typischerweise ist M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise
kann ein relativ großer
Zielabschnitt C ohne Einschränkung
des Auflösungsvermögens belichtet
werden.
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Aberrationen
der Projektionslinse werden insbesondere bei den Ausführungsformen
dieser Erfindung in Betracht gezogen. Die Wellenfrontaberrationen
der Projektionslinse können
als eine Reihe entsprechend ihrer Winkelform geschrieben werden:
wobei r und θ radiale
bzw. Winkelkoordinaten sind (r ist normalisiert), und wobei m ein
Index ist, der den Anteil der m-ten Aberration anzeigt. R und R' sind Funktionen
von r.
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Die
Aberration kann ebenso im Sinne der Zernike-Ausdehnung ausgedrückt werden: W = Zifi(r, θ) + Zjfj(r, θ)
+ Zkfk(r, θ) + ...,wobei jedes Z
dem Zernike-Koeffizienten und jedes f dem entsprechenden Zernike-Polynom entspricht.
Die Funktionen f besitzen die Form eines Polynomprodukts aus r und
sin oder cos von mθ.
Zum Beispiel kann die komatische Aberrration (m = 1) durch eine
Zernike-Reihe aus Z7, Z8, Z14, Z15, Z23, Z24, Z34, Z35, etc. dargestellt
werden und die Funktion, die zum Beispiel dem Z7 Koeffizienten zugeordnet
ist [f7(r, θ) in der voranstehenden Notation],
ist: (3r3-2r)cos(θ).
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Die
Zernike-Ausdehnung für
die Aberrationen niedrigerer Ordnung ist in der in 2 gezeigten
Tabelle zusammengefasst.
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Ein
Effekt der sphärischen
Aberration besteht darin, dass sich die Position der besten Brennweite
("position of best
focus") in Z-Richtung
verschiebt, und dies wird bei der vorliegenden Ausführungsform
zur Bestimmung von Z9 und Z16 verwendet. Zu nächst wird die theoretische
Verschiebung der besten Brennweitenposition unter Verwendung bekannter
Rechenverfahren berechnet, wie zum Beispiel das als "Solid C" bekannte Programm,
das kommerziell als Software-Paket von der Firma Sigma-C GmbH in
Deutschland erhältlich
ist, um optische Lithographie zu simulieren und zu modellieren.
Andere geeignete Software-Pakete, wie zum Beispiel das als "Prolith" bekannte Programm,
kann alternativ verwendet werden. Die 3(a) und 3(b) sind Tabellen, welche die Ergebnisse dieser
Berechnungen für
zwei unterschiedliche lithographische Projektionsvorrichtungen angeben.
Die ersten beiden Spalten geben die Einstellungen des Beleuchtungsmodus
bezüglich der
numerischen Apparatur (NA) auf der Abbildungsseite sowie die Sigma
(σ)-Einstellung
an. Die in den Tabellen der 3(a) und 3(b) verwendeten Beleuchtungsmodi sind ringförmige Beleuchtungsmodi,
wobei die beiden Werte in der Sigma-Spalte den inneren und äußeren Radius
eines jeden Rings angeben; und wobei die Differenz zwischen den
beiden Werten die Breite des Rings als Bruchteil des maximalen Radius
der Pupille angeben. Gelegentlich wird der äußere Sigma-Wert nach dem inneren
Sigma-Wert angegeben, und manchmal auch umgekehrt; die Reihenfolge
der Sigma-Werte ist jedoch ohne Bedeutung. Der Bereich der radialen
Positionen des Strahls an der Pupille bezieht sich auf den Bereich
des schrägen
Einfalls des Projektionsstrahls auf das Substrat.
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Die
dritte und die vierte Spalte in den
3(a) und
3(b) geben die berechneten besten Brennweitenpositionen
in nm relativ zu einem bestimmten Datum an. Die dritte Spalte wurde
unter der Annahme berechnet, dass die Linse eine Aberration entsprechend
einem Zernike-Koeffizienten Z9 von 1 nm hat, wobei die anderen Zernike-Koeffizienten
gleich Null sind. Die vierte Spalte gilt für die gleiche Situation, allerdings
ist die Aberration durch den Zernike-Koeffizienten Z16 von 1 nm
bedingt, wobei alle anderen Zernike-Koeffizienten gleich Null sind.
Die Werte in der dritten und der vierten Spalte (BF
Z9=1nm und
BF
Z16=1nm) stellen gewissermaßen die
Gradienten oder partiellen Differentiale der besten Brennweitenpositionen
als Funktion des jeweiligen Zernike-Koeffizienten dar, d. h.:
wobei die Näherung gilt,
dass 1 nm eine geringe Änderung
von Z9 darstellt und dass eine entsprechende Beziehung für Z16 gilt.
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Die
beste Brennweitenposition wird im Anschluss unter Verwendung der
tatsächlichen
lithographischen Projektionsvorrichtung bei den gleichen sechs unterschiedli chen
Beleuchtungseinstellungen wie bei jeder Tabelle der 3 gemessen.
Die beste Brennweitenposition ist diejenige Z-Position mit maximalem
Kontrast, beispielsweise definiert durch das Maximum einer Polynom-Regression
sechster Ordnung der Kontrast-Position-Kurve, wenn die Position
von unscharf über
scharf und wieder zu unscharf bewegt wird. Die beste Brennweite
kann experimentell unter Verwendung bekannter Verfahren bestimmt
werden, beispielsweise durch das als „FOCAL" (wird im Anschluss beschrieben) bekannte
Verfahren; alternativ kann man das im Raum erzeugte Bild messen,
beispielsweise unter Verwendung eines Transmissions-Bildsensors (TIS)
(wird im Anschluss beschrieben) oder eines Überlapp-Mikroskops oder kommerziellen
Fokus-Monitors.
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FOCAL
ist ein Akronym für „FOcus
Calibration by using ALignment".
Es ist ein Messverfahren der besten Brennweite, um Informationen über die
Brennebene unter Verwendung des Einstellsystems der lithographischen
Vorrichtung vollständig
zu bestimmen. Eine spezielle, asymmetrisch segmentierte Richtmarkierung wird über den
Fokus auf einen photolackbeschichteten Wafer abgebildet. Die Position
dieser abgebildeten Markierung (latent oder entwickelt) kann durch
das Einstellsystem gemessen werden. Aufgrund der asymmetrischen
Segmentierung hängt
die von dem Einstellsystem gemessene Position von der während der
Belichtung verwendeten Defokussierung ab, wodurch eine Bestimmung
der besten Brennweitenposition ermöglicht wird. Indem diese Markierungen über das
gesamte Bildfeld verteilt und unterschiedliche Ausrichtungen der Segmentierung
verwendet werden, kann die komplette Brennebene für mehrere
Strukturorientierungen gemessen werden. Dieses Verfahren wird im
Detail in der
US 5,674,650 beschrieben,
das hierin unter Bezugnahme enthalten ist.
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Ein
oder mehrere Transmissionsbildsensoren (TIS) können verwendet werden, um die
laterale Position sowie die beste Brennweitenposition (d. h. vertikale
und horizontale Position) des projizierten Bildes unterhalb der
Projektionslinse zu bestimmen. Ein Transmissionsbildsensor (TIS)
wird in eine physikalische Referenzoberfläche eingelassen, die dem Substrattisch
(WT) zugeordnet ist. Bei einer besonderen Ausführungsform werden zwei Sensoren
auf einer Fiduzialplatte, die auf der oberen Oberfläche des
Substrattisches (WT) befestigt ist, an diagonal gegenüberliegenden
Positionen außerhalb
des von dem Wafer W bedeckten Bereichs angebracht. Die Fiduzialplatte
ist aus einem hochstabilen Material mit einem sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hergestellt, zum Beispiel Invar, und besitzt eine flache reflektierende
obere Oberfläche,
auf der Markierungen aufgebracht sind, welche mit einem weiteren
Fiduzial bei Ausrichtungsprozessen verwendet werden. Die TIS wird benutzt,
um direkt die vertikale (und horizontale) Position des im Raum erzeugten
Bildes, wie es von der Projektionslinse projiziert wird, eines TIS-Musters
auf der Maske zu bestimmen. Sie weist Öffnungen in der reflektierenden
Oberfläche
auf, hinter denen unmittelbar ein in Bezug auf die bei dem Belichtungsprozess
verwendete Strahlung empfindlicher Photodetektor angeordnet ist.
Um die Position der Brennebene zu bestimmen, projiziert die Projektionslinse
in den Raum ein Bild eines auf der Maske MA vorgesehenen Musters,
das kontrastreiche helle und dunkle Bereiche aufweist. Die Substratplattform
wird anschließend
in horizontaler Richtung (in einer oder vorzugsweise zwei Richtungen)
sowie vertikaler Richtung gescannt, so dass die Öffnung der TIS durch den Raum
verläuft,
in dem das im Raum erzeugte Bild zu vermuten ist. Während die
TIS-Öffnung
durch die hellen und dunklen Abschnitte des Bildes des TIS-Musters
verläuft,
fluktuiert der Ausgang des Photodetektors (ein Moiré-Effekt).
Das vertikale Niveau, bei dem sich die Amplitude des Photodetektorausgangs
am stärksten ändert, zeigt
dasjenige Niveau an, bei dem das Bild eines TIS-Musters den größten Kontrast besitzt, und
deutet daher auf die Ebene mit optimaler Fokussierung hin. Das horizontale
Niveau, bei dem die Veränderung
am größten ist,
deutet auf die laterale Position des im Raum erzeugten Bildes hin.
Ein Beispiel eines TIS von dieser Sorte ist noch mehr im Detail
in der
US 4,540,277 beschrieben.
Vorteile eines TIS sind u.a. Robustheit und Geschwindigkeit, da
es ein direktes Messverfahren ist, was keine Belichtung eines Photolackes
erfordert.
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In
Fällen,
in denen die vorliegende Ausführungsform
einen Parameter des Bildes (die beste Brennweitenposition in diesem
Fall) unter Verwendung des FOCAL-Verfahrens bei einer Vielzahl unterschiedlicher
Beleuchtungseinstellungen mist, wird das Akronym FAMIS benutzt,
was für „FOCAL
At Multiple Illumination Settings" steht.
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Die
tatsächlichen
Zernike-Koeffizienten des Projektionslinsensystems können anschließend aus
der folgenden Beziehung abgeleitet werden, die die Korrektur erster
Ordnung der besten Brennweitenposition angibt, welche aus der Aberration
aufgrund eines spezifischen Zernike-Koeffizienten resultiert: BFmeas(NA, σ) = a + b·BFZ9=1nm(NA, σ) + c·BFZ16=1nm(NA, σ),wobei
BFmeas die empirische beste Brennweitenposition
ist, die als Funktion von NA und σ gemessen
wird.
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Die
Koeffizienten b und c werden als die Zernike-Koeffizienten Z9 bzw.
Z16 bezeichnet; der Koeffizient a steht in Beziehung zu Z4 und kann
als im Wesentlichen kon stant in diesem Zusammenhang angesehen werden.
Folglich kann die Beziehung in Form der folgenden Gleichung geschrieben
werden: BFmeas(NA, σ) = const
+ Z9·BFZ9=1nm(NA, σ) + Z16·BFZ16=1nm(NA, σ).
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Diese
Gleichung ist eine Näherung,
welche Korrekturen höherer
Ordnung, Kreuzprodukte, die sowohl Z9 und Z16 beinhalten, usw. vernachlässigt, obwohl
diese bei Bedarf berücksichtigt
werden könnten.
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Eine
Gleichung wie die voranstehende wird für jede Beleuchtungseinstellung
(NA- und σ-Werte) erhalten,
und dies ergibt eine Gesamtzahl von sechs Gleichungen für die Daten
der
3(a) oder
3(b).
Anhand dieser sechs simultanen Gleichungen müssen drei Unbekannte (const,
Z9, Z16) extrahiert werden. Da es mehr Gleichungen als Unbekannte
gibt, ist die Gruppe der Gleichungen überbestimmt. Eine Mehrfachregression oder
eine Anpassung kleinster Quadrate kann verwendet werden, um die
besten Werte für
die Zernike-Koeffizienten zu bestimmen. In Matrix-Notation können die
simultanen Gleichungen geschrieben werden als:
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Die
ersten beiden Spalten der Matrix entsprechen der dritten und der
vierten Spalte der Tabellen in den 3(a) oder 3(b) und stellen Eigenvektoren des Problems dar.
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In
kompakter Schreibweise kann dies wie folgt ausgedrückt werden:
wobei die Zernike-Koeffizienten
extrahiert werden gemäß:
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Die
Zernike-Koeffizienten Z9 und Z16 können auf diese Weise extrahiert
werden. Nicht nur ihre (absoluten) Werte sind für den Mikrolithographen von
Interesse, sondern ebenso ihr Einfluss auf die beste Brennweitenposition
(und ebenso auf den lateralen Versetzungs- oder Überlappfehler, insbesondere
im Falle anderer Zernike-Koeffizienten,
die unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform beschrieben werden),
so dass geeignete Korrekturen an dem Abbildungssystem bei unterschiedlichen
Beleuchtungseinstellungen vorgenommen werden können. 4 ist ein
Korrelationsdiagramm zwischen der tatsächlich gemessenen besten Brennweitenposition
und der berechneten besten Brennweitenposition basierend auf Z9
und Z16, die gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung bestimmt wurden. Jedes Quadrat stellt eine unterschiedliche Beleuchtungseinstellung
der Vorrichtung dar.
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Wie
zu sehen ist, ergibt sich eine ausgezeichnete Korrelation zwischen
der maximalen Abweichung der Brennweite und der angepassten Linie
von immer weniger als 10 nm. Der Korrelationskoeffizient beträgt R2 = 0,972 (R2 = 0
stellt keine Relation und R2 = 1 stellt
eine perfekte Korrelation dar).
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Eine
weitere Bestätigung
der Nützlichkeit
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in den 5(a) und 5(b) dargestellt.
In diesen Figuren sind die Werte von Z9 bzw. Z16, wie sie gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung gemessen wurden (FAMIS), gegenüber Werten von Z9 aufgetragen, die
unabhängig
von dem Linsenhersteller unter Verwendung eines Verfahrens gemessen
wurden, das im Anschluss als SIF („Shearing InterFerometry”) bezeichnet
wird. SIF ist ein interferometrisches "durch-die-Linse" (TTL)-Verfahren, das von dem Linsenhersteller
entwickelt wurde. Jedes Quadrat stellt Messungen an einer spezifischen
X-Position entlang des Schlitzes des Abbildungssystems in einer „Steg-and-Scan"-Vorrichtung dar,
und jedes Diagramm zeigt eine lineare Kurvenanpassung. Die Korrelation
ist wiederum ausgezeichnet, wobei die Korrelationskoeffizienten
R2 0,86 und 0,83 betragen. Die maximale
Abweichung von der Anpassung, die in Beziehung zur Genauigkeit des
Messverfahrens steht, beträgt
ungefähr
1 nm Zernike. Dies liegt deutlich unterhalb der Toleranz, mit der
das Linsensystem hergestellt wird. Das Verfahren der vorliegenden
Erfindung besitzt den Vorteil, dass es mit dem Abbildungssystem
in einer lithographischen Projektionsvorrichtung in situ durchgeführt werden
kann.
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Die 6(a) und 6(b) zeigen
Diagramme von Zernike-Koeffizienten Z9 und Z16, die als Funktion der
Position in X-Richtung gemessen wurden, d.h. senkrecht zur Scanrichtung
in einer Vorrichtung, die im voranstehend beschriebenen Scanmodus
verwendet wird. Die Aberrationsdaten wurden an einem „Steg-and-Scan"-System gemessen,
welches allerdings im Schrittmodus benutzt wurde. Die Aberrationsdaten werden
für jede
X-Position (entlang des Schlitzes) aufgetragen, allerdings entlang
der Scanrichtung (Y-Richtung) gemittelt, so dass die Koeffizienten
integrierte Werte von Z9 und Z16 darstellen. Jedes Diagramm zeigt einen
Verlauf des Zernike-Koeffizienten, der gemäß dem vorliegenden FAMIS-Verfahren
gemessen und unabhängig
durch das SIF-Verfahren gemessen wurde. Das Diagramm in 6(a) zeigt den Verlauf des Z9-Koeffizienten, und
das Diagramm in 6(b) zeigt den Verlauf des Z16-Koeffizienten.
Diese Diagramme zeigen wiederum die gute Korrelation zwischen den
beiden Messverfahren. Die Korrelationsverläufe der 5(a) und 5(b) entsprechen den Daten in den Diagrammen der 6(a) bzw. 6(b) in
Bezug auf die X-Position.
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7 zeigt
Messergebnisse des Z12 Zernike-Koeffizienten unter Verwendung des
FAMIS-Verfahrens der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung
von SIF. Z12 (deutet auf das Vorhandensein eines Astigmatismus hin:
siehe 2) kann unter Verwendung der vorliegenden Erfindung
auf die gleiche Weise wie Z9 oder Z16 berechnet werden, indem die
Abweichung der Astigmatismuswerte (Unterschied der besten Brennweitenposition
zwischen in X- und Y-Richtung ausgerichteten Linien) bei feststehender
Aberration aufgrund von zum Beispiel eines Z12-Koeffizienten von
1 nm berechnet wird. Die tatsächlichen
Astigmatismuswerte werden bei den gleichen Beleuchtungseinstellungen
gemessen, und eine Reihe simultaner Gleichungen wird für Z12 gebildet
und gelöst.
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Das
FAMIS-Verfahren der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung kann zum Extrahieren von Zernike-Koeffizienten
entsprechend gerader Aberrationen (d. h. Aberrationen mit m = 0
oder einem ganzzahligen Wert – siehe 2),
wie zum Beispiel einer sphärischen
Aberration wie in den 3 bis 6 und einem Astigmatismus wie in 7,
verwendet werden, da diese Aberrationen Einfluss auf die Position
der besten Brennweite haben. Ungerade Aberrationen werden im Anschluss
im Hinblick auf die zweite Ausführungsform
erläutert.
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Weitere
Verbesserungen können
vorgenommen werden, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen. Die 8(a) und 8(b) stellen
Konturdiagramme dar, welche die berechnete beste Brennweitenposition
BF (aus Simulationen) als Funktion der NA und des äußeren Sigmawerts
der Beleuchtungseinstellung als Folge der durch die Zernike-Koeffizienten
Z19 und Z16 bedingten Aberration (jeweils in den 8(a) und 8(b))
darstellen. In beiden Fällen
wurde der Wert des jeweiligen Zernike-Koeffizienten auf 10 nm eingestellt.
Dadurch, dass ein Bereich unterschiedlicher Beleuchtungseinstellungen
ausgewählt
wird, der zu einer größtmöglichen Änderung
der besten Brennweitenposition führt,
kann der entsprechende Zernike-Koeffizient genauer abgeleitet werden.
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Falls
zum Beispiel in 8(a) eine Reihe von Messungen
mit NA = 0,5, aber unterschiedlichen Sigma-Einstellungen, durchgeführt werden
würde,
so würde
eine sehr geringe Variation der besten Brennweitenposition gemessen
werden, und folglich könnte
Z9 lediglich mit nur relativ geringer Genauigkeit bestimmt werden.
Im Gegensatz dazu würde
eine Reihe von Messungen bei konstanter äußerer Sigma-Einstellung von
0,7 und einer NA im Bereich von 0,5 bis 0,7 einen größeren Bereich
der besten Brennweitenposition und eine genauere Bestimmung von
Z9 ergeben. Ein Verfahren könnte
darin bestehen, eine Reihe von Messungen in einem Bereich von Beleuchtungseinstellungen
durchzuführen,
die eine Linie im Wesentlichen senkrecht zu den Konturlinien in
dem Diagramm der 8(a) bilden. Die gleichen Überlegungen
werden auf die Bestimmung von Z19 angewendet, und anhand des Konturdiagramms
in 8(b) würde ein Bereich unterschiedlicher
Beleuchtungseinstellungen die Bestimmung von Z16 optimieren. Um
die Bestimmung von Z9 und Z16 simultan zu optimieren, sollte der
Bereich von Beleuchtungseinstellungen Variationen der besten Brennweitenposition als
Funktion von Z9 und Z16 umspannen.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ebenso verbessert werden, falls es erwünscht ist,
bestimmte Zernike-Koeffizienten unabhängig voneinander zu bestimmen.
Indem Messungen bei einer Reihe von Beleuchtungseinstellungen durchgeführt werden,
die zum Beispiel einer Konturlinie in dem Diagramm der 8(a) folgen, so würde eine Z9-Aberration im Wesentlichen
keine Variation der besten Brennweitenposition bewirken, und deshalb
wäre die
Variation der besten Brennweitenposition im Wesentlichen bedingt
durch den Z16 (oder einen anderen) Zernike-Koeffizienten. Auf diese Weise kann
Z16 unabhängig
von Z9 bestimmt werden. Der umgekehrte Fall trifft ebenso zu, so
dass Z9 unabhängig
von Z16 bestimmt werden kann, indem Messungen bei Beleuchtungseinstellungen
vorgenommen werden, die den Konturlinien in 8(b) entsprechen.
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Eine
weitere Überlegung
bezüglich
der vorliegenden Ausführungsform
besteht darin, dass wenn beim FOCAL-Verfahren die beste Brennweitenposition
mit der höchsten
Genauigkeit gemessen werden soll, der Kontrast vorzugsweise so hoch
wie möglich
sein sollte. Der Kontrast ist in 9 als Funktion
der NA und der äußeren Sigma-Werte der Beleuchtungseinstellungen
aufgetragen. Wie in 9 zu sehen ist, ist der Kontrast bei
hohen NA-Einstellungen und niedrigen äußeren Sigma-Einstellungen maximal.
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Der
gemessene Parameter kann ebenso durch Optimierung der abzubildenden
Struktur maximiert werden, zum Beispiel durch die Art und Größe der Struktur,
beispielsweise isolierte Linien und dichte Linien, isolierte Räume, Kontaktlöcher usw.,
und durch Auswahl des Maskentyps, zum Beispiel binäre Masken,
gedämpfte
Masken und alternierende Phasenverschiebungsmasken.
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Zweite Ausführungsform
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Die
vorliegende Erfindung kann ebenso dazu verwendet werden, Zernike-Koeffizienten für ungerade Aberrationen
zu extrahieren. Die vorliegende Ausführungsform wird insbesondere
in Bezug auf den Zernike-Koeffizienten Z7 beschrieben, könnte allerdings
gleichermaßen
auf andere Zernike-Koeffizienten angewendet werden, die einer Aberration
mit einem ungeraden Wert von m (siehe 2) entsprechen.
Ungerade Aberrationen führen
zu einer lateralen Verschiebung der Abbildung.
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10 ist
eine Tabelle berechneter lateraler Verschiebungen in X-Richtung
(ebenso als X-Verschiebung, dX oder ΔX bezeichnet) bei acht unterschiedlichen
ringförmigen
Beleuchtungseinstellungen; die Einstellungen von NA und Sigma sind
die gleichen wie in 3. Die dX-Werte
werden anhand der Aberration aufgrund eines Zernike-Koeffizienten Z7
von 1 nm berechnet.
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Weitere
Berechnungen können
entsprechende Verschiebungen aufgrund eines Zernike-Koeffizienten der
nächsthöheren Ordnung
ergeben, der zu einer X-Verschiebung führt, nämlich Z14 (siehe 2).
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Die
laterale Verschiebung der Abbildungsposition kann in einer tatsächlichen
lithographischen Projektionsvorrichtung unter Verwendung eines Verfahrens,
das die Verzerrung mist und das im Anschluss als "DISTO" (im Anschluss beschrieben)
bezeichnet wird, gemessen werden; alternativ kann man die Position
eines im Raum erzeugten Bildes direkt messen, z. B. unter Verwendung
eines Transmissionsbildsensors (TIS) (voranstehend beschrieben)
oder eines anderen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschriebenen Verfahrens.
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DISTO
ist ein Verfahren zum Auffinden der lateralen Positionsfehler der
Bildebene (XY-Ebene). Eine standardmäßige Richtmarkierung, die aus
gleichen horizontalen und vertikalen Linien/Räumen besteht (z. B. mit einer
Linienbreite von 8 μm
für die
abgebildete Markierung), wird auf einen photolackbeschichteten Wafer abgebildet.
Die Position dieser abgebildeten Markierung (latent oder entwickelt)
kann durch das Einstellsystem der lithographischen Vorrichtung gemessen
werden. Die Abweichung in Bezug auf die erwartete Position entspricht
der Verzerrung. Indem diese Markierungen über das gesamte Bildfeld verteilt
werden, kann die gesamte Bildfeldverzerrung gemessen werden.
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Wenn
die zweite Ausführungsform
dieser Erfindung das DISTO-Verfahren bei mehreren Beleuchtungseinstellungen
benutzt, wird dies als "DAMIS" bezeichnet, ein
Akronym, das für "DISTO At Multiple
Illumination Settings" steht.
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Die
Werte von Z7 und Z14 können
im Anschluss anhand der folgenden Beziehung bestimmt werden, welche
die Korrektur erster Ordnung der gemessenen Verschiebung der X-Position
angibt, die aus einem X-Koma aufgrund der Zernike-Koeffizienten Z7
und Z14 resultiert, die ungleich Null sind: dXmeas(NA, σ)
= a + b·dXZ7=1nm(NA, σ) + C·dXZ14=1nm(NA, σ)
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Die
Konstanten b und c in diesem Fall entsprechen nun den Zernike-Koeffizienten
Z7 bzw. Z14 und können
unter Verwendung der gleichen Matrixgleichung und einer Mehrfachregression
oder Anpassung kleinster Quadrate erhalten werden, wie voranstehend
bei der ersten Ausführungsform
in Bezug auf Z9 und Z16 beschrieben wurde. In diesem Fall bezieht
sich a auf Z2 und ist im Wesentlichen konstant.
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11 zeigt
einen Verlauf der Korrelation zwischen einer experimentell gemessenen
X-Verschiebung (entlang der vertikalen Achse in nm aufgetragen)
und der berechneten Verschiebung, die durch einen Zernike-Koeffizienten
Z7 von 1 nm hervorgerufen wird (entlang der horizontalen Achse in
nm aufgetragen). Die aufgetragenen Punkte und berechneten Verschiebungen
entsprechen den Beleuchtungseinstellungen, die in der Tabelle der 10 angegeben
sind. Der Gradient der Anpassungslinie ergibt den extrahierten Wert
für Z7
für diese
Vorrichtung, der in diesem speziellen Beispiel ungefähr gleich
7 nm beträgt.
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Die 12(a) und 12(b) zeigen
Konturdiagramme, die die Verschiebung dX der X-Position in der Beleuchtungsebene
analog zu den 8(a) und 8(b) angeben.
Hier war die Beleuchtungseinstellung ringförmig, und zwar mit einer Ringbreite
(äußeres Sigma) – (inneres
Sigma) = 0,3. Durch geeignete Auswahl der Beleuchtungseinstellungen,
bei denen die Messung durchgeführt
wurde, kann wiederum die Genauigkeit der Bestimmung von Z7 bzw.
Z14 verbessert werden, oder eine Variation aufgrund eines oder eines
anderen von Z7 und Z14 kann verringert oder beseitigt werden, um
seinen Beitrag zur Aberration von dem des anderen Koeffizienten
zu trennen, wie voranstehend für
Z9 und Z16 in Bezug auf die 8 erklärt worden
ist.
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Die 13(a) und 13(b) stellen
einen weiteren Nachweis für
das Verfahren der zweiten Ausführungsform
der Erfindung dar. Diese Figuren zeigen die Verläufe von Z7 (X-Koma) und Z8
(Y-Koma) als Funktion der X-Position entlang des Beleuchtungsschlitzes.
Werte der jeweiligen Zernike-Koeffizienten werden wie durch die
vorliegende Erfindung erhalten und unter Verwendung von SIF unabhängig gemessen
aufgetragen. Die Korrelation ist wiederum gut.
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Die
Diskrepanz zwischen den Werten in 13(a) kann
größtenteils
durch eine Neigungskorrektur ausgeglichen werden, die eine Variation
von Z7 mit der X-Position entlang des Schlitzes angibt. 14 stellt die
gleichen Daten dar wie 13(a),
allerdings wurden die DAMIS-Messergebnisse von Z7 durch 0,39 nm pro
mm X-Position entlang
des Schlitzes korrigiert. Diese Korrektur wird dadurch erzielt,
dass eine geeignete Wellenlängenverschiebung
ausgewählt
wird. Durch Darstellung der Nützlichkeit
der vorliegenden Erfindung konnte die gesamte komatische Aberration
in dem Projektionssystem, die durch den Wert von Z7 in 13(a) angedeutet und gemäß der Erfindung gemessen wird,
durch eine (geringfügig
längere)
Wellenlängenverschiebung
korrigiert werden.
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Obwohl
bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen die Schrittabfolge
bestand aus dem Berechnen der erwarteten Verschiebung der besten
Brennweitenposition oder der X- oder Y-Position unter Verwendung
einer Simulation unterschiedlicher Beleuchtungseinstellungen, und
dem anschliessenden Messen der tatsächlichen Verschiebungen bei
diesen Beleuchtungseinstellungen, so kann es natürlich praktischer sein, die
Messungen zunächst
bei einer speziellen Beleuchtungseinstellung vorzunehmen und anschließend die
geeigneten Größen unter
Verwendung der Simulation der tatsächlichen Beleuchtungseinstellungen,
bei denen Messungen durchgeführt
wurden, zu berechnen. Vorzugsweise wird eine Sequenz von Testbelichtungen sequentiell
durchgeführt,
jede mit einer unterschiedlichen NA- und Sigma-Einstellung, wobei allerdings
sämtliche
andere Parameter der Belichtung unverändert bleiben.
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Um
die Auswirkungen einer Verschiebung der Maschine zu korrigieren,
kann die Messung bei der ersten Beleuchtungseinstellung am Ende
wiederholt werden, und möglicherweise
einmal oder öfters
zwischen den dazwischen liegenden unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen
einer gegebenen Messsequenz.
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Wenn
Testbelichtungen auf Wafern durchgeführt werden, so ist es von Vorteil,
ein als „micro-stepping" oder „die-in-die" bezeichnetes Belichtungsverfahren
einzusetzen, da der gleiche Teil des Wafers für sämtliche Beleuchtungseinstellungen
verwendet wird, so dass sämtliche
Belichtungen im Wesentlichen auf identischen Photolackbearbeitungen
durchgeführt
werden und den gleichen Messfehlern ausgesetzt sind, wodurch die
Reproduzierbarkeit der Tests verbessert wird.
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Die
obigen Ausführungsformen
haben Linsenaberrationen im Sinne von Zernike-Polynomen beschrieben, allerdings stellt
dies nur eine von vielen möglichen
Funktionsgruppen dar, die dazu verwendet werden können, um
Wellenfrontaberrationen zu beschreiben, und die vorliegende Erfindung
kann verwendet werden, um Aberrationen im Sinne von Parameter mit
Ausnahme der Zernike-Koeffizienten zu messen.
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Während spezifische
Ausführungsformen
der Erfindung voranstehend beschrieben worden sind, so ist zu erkennen,
dass die Erfindung auf andere Art und Weise als beschrieben in die
Praxis umgesetzt werden kann. Die Beschreibung dient daher nicht
dazu, die Erfindung einzuschränken,
die durch die Ansprüche
definiert ist. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Erfindung
für das
Projektionssystem einer lithographischen Vorrichtung und in einer
beliebigen anderen Art von Abbildungssystem verwendet werden kann,
bei dem Aberrationen unabhängig
voneinander auf zuverlässige
und genaue Weise zu messen sind.