JP2002208561A

JP2002208561A - 光学結像システムの収差を検出する方法

Info

Publication number: JP2002208561A
Application number: JP2001334220A
Authority: JP
Inventors: Peter Dirksen; ペータディルクセン; Casparus A H Juffermans; カスパラスエーエッチジュファーマンス
Original assignee: ASML Netherlands BV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV; ASML Netherlands BV
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2002-07-26
Also published as: EP1049960A1; US6248486B1; KR20030094353A; KR100528745B1; JP2002530878A; KR20010034339A; US6331368B2; WO2000031592A1; US20010023042A1; EP1160626A1; KR100572906B1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来とは異なった原理に基づき、かつ各種の
収差を互いに独立に測定することができる型の光学結像
システムの収差を検出する方法を提供すること。【解決手段】結像システム(PL)の収差は、結像システ
ムによってフォトレジスト(PR)に円形の位相構造(22)を
結像させ、レジストを現像し、かつイメージプロセッサ
(IP)に結合している走査検出デバイス(SEM)によりそれ
を走査して、正確でかつ信頼できる方法により、検出す
ることができる。円形の位相構造は、リング構造(25)に
結像され、そしてコマ収差、非点収差、三点収差などの
ようないくつかの可能性のある収差の各々は、リングの
内側の輪郭(CI)と外側の輪郭(CE)の形状に特定変化を起
こす。その結果、収差を、互いに独立して検出すること
が出来る。収差の各型は、各々が、より高いまたはより
低いオーダの副収差を表す特定フーリエ調波(Z-)によっ
て表される。この新規な方法により、これらの収差を決
定することが可能になる。この新規な方法は、リソグラ
フィック投影装置のための投影システムを測定するため
に使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光学結像システム
の収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクト
を配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設け
るステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジ
ェクトを結像させるステップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、そして - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度
を有する走査検出デバイスによって前記現像されたイメ
ージを検出するステップを有する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査検出デバイスの解像度が結像システ
ムのそれよりかなり高いと言う事実は、結像システムに
より個別に撮像することができる細部よりかなり小さい
細部の観測が、検出デバイスにより可能になることを意
味する。

【０００３】多数のレンズ素子を有する映写レンズシス
テムの形態の光学結像システムは、ウェーハステッパと
してまたはウェーハ・ステップ・アンド・スキャナとし
て知られているフォトリソグラフィック投影装置に、使
用されている。このような装置は、とりわけ、集積回路
つまりICの製造に使用される。フォトリソグラフィック
投影装置の場合、マスクに存在するマスクパターンは、
UV領域の場合、例えば、365nmの波長、また深紫外線領
域の場合、例えば、248nmの波長を有する投影ビームと
映写レンズシステムとによって、基板の異なった領域(I
C領域)上に何倍にも拡大されて結像される。

【０００４】上述した方法は、リソグラフィック投影装
置における投影レンズシステムのコマ収差を測定する方
法に関する、EPA 0 849 638の第一パラグラフにより知
られている。

【０００５】この目的は、増大し続ける数の電子部品を
ICに集積化することにある。これを実現するには、ICの
表面領域を増大させ、かつコンポーネントのサイズを減
少させることが望ましい。投影レンズシステムに対して
は、これは、イメージフィールドと解像度の両方を増大
させなければならないことを意味し、これにより、ます
ます微小化しつつある細部または線幅を、ますます増大
しつつあるイメージフィールドに、明確に定義された方
法で結像させることが可能になる。これは、非常に厳し
い品質要件に対応しなければならない投影レンズシステ
ムを必要とする。このような投影レンズシステムの設計
における多大な注意とこのシステムの製造における高度
の精度にもかかわらず、このようなシステムは、実際の
応用に対しては受け入れられない収差（例えば、球面収
差、コマ収差と非点収差）を示す場合がある。したがっ
て、リソグラフィック投影レンズシステムは、実際に
は、理想的な、回折−制限されたシステムではなく収差
-制限されたシステムである。これらの収差は、イメー
ジフィールドの位置に依存し、かつイメージフィールド
に結像された走査線の幅を変化させてしまう重要な原因
となる。例えば、USA5,217,831に記載されているよう
に、移相マスクの使用のような新規な技術を、リソグラ
フィック投影装置の分解能または解像度を向上させるた
めに使用しても、また、例えば、USA 5,367,404に説明
されるように、軸ずれ照射を適用しても、結像された線
幅についての収差の影響は、増大する。

【０００６】さらに、今日のリソグラフィック投影レン
ズシステムでは、収差は一定でない。ひずみ、フィール
ドの曲り、非点収差、コマ収差および球面収差のよう
な、低いオーダの収差を最小にするために、これらのシ
ステムは、一つ以上の可動レンズ素子を有する。同じ目
的のために、投影ビームの波長またはマスクテーブルの
高さを、調整可能としても良い。これらの調整機能を使
用すると、別のかつより小さい収差が導入される。さら
に、投影ビームの輝度は、出来る限り高くなければなら
ないので、リソグラフィック投影レンズは、収差の程度
が時間と共に変化してしまうエージングを受ける。

【０００７】上述した考察に基づくと、収差の測定につ
いての信頼性がありかつ正確な方法に、増大するニーズ
が存在する。

【０００８】また、投影ビームについては、極紫外(EU
V)放射（すなわち、数nm〜数十nmの範囲の波長の放射）
のビームを使用することも、提案されている。これによ
り、投影レンズシステムの解像度は、システムの開口数
( NA )を増大させずにかなり向上させることができる。
EUV放射に対しては適切なレンズ材料が存在しないの
で、この場合には、レンズ投影システムの代わりにミラ
ー投影システムを使用しなければならない。リソグラフ
ィックミラー投影システムは、とりわけ、EPA 0779 258
に記述されている。レンズ投影システムに対する理由と
同様な理由により、このEUVミラー投影システムに対し
ても、収差を測定する正確でかつ信頼できる方法に対す
るニーズがある。

【０００９】前述のEPA 0 849 638の第一パラグラフ
は、フォトレジスト層に形成されるテストマスクのイメ
ージを、走査型電子顕微鏡の形態の走査検出デバイスに
より走査させる方法を除外している。その代わりに、光
学手段により当該イメージを検出することが、提案され
ている。この目的のために、交互に、放射を透過させか
つ放射を阻止する（すなわち、振幅構造の）ストリップ
の一つ以上のパターンを有するテストマスクが使用され
ている。投影システムのコマ収差は、このようなパター
ンにより検出することができる。この検出は、形成され
るイメージの明るいストリップまたは暗いストリップの
幅を測定し、および／またはパターンのイメージの端で
のストリップ間の非対称を測定することに基づいてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、これと
は異なった原理に基づき、かつ各種の収差を互いに独立
に測定することができる第一パラグラフに記述した型の
方法を提供することである。この方法は、光学結像シス
テムの収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクト
を配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設け
るステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジ
ェクトを結像させるステップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、 - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度
を有する走査検出デバイスによって前記現像されたイメ
ージを検出するステップ - 前記一つの図形前記像の形状変化の少なくとも一つの
異なる型を確認するために、前記観測された像にフーリ
エ解析を行うステップであって、形状変化の各型が、各項で重み係数が先行するある数の
ゼルニケ多項式の組合せであるフーリエ調波によって表
される収差の所定の種類を示し、前記ゼルニケ係数の前
記測定が、 - 前記照射パラメータのうちの少なくとも1つを、決定
されるべきゼルニケ多項式の数に少なくとも等しい、異
なる値の数に逐次設定するステップ、 - 当該異なる値の各々に対し同じフーリエ調波を測定す
るステップ、そして - 前記当該フーリエ調波に対して前記測定された値から
そして以前に実行されたシミュレーションプログラムに
よって得られた格納された重み係数によって前記ゼルニ
ケ係数を計算するステップによって実行される、ステッ
プ、を有する光学結像システムの収差を検出する方法に
より、達成される。

【００１１】単一図形とは、それ自体が閉じている単一
等高線を有している図形を意味するものと理解すべきで
ある。等高線は、図形とその雰囲気の間の境界線であ
る。

【００１２】この方法は、位相構造を有する図形の等高
線が、一つのライン内ではなく第一および第一像ライン
の範囲内に位置している第二像ラインに結像され、そし
て第一および第二の像ラインとの間の距離が、画像処理
システムのポイントスプレッド関数またはエアリ分布に
より決定される事実を使用する。従って、有用な方法に
おいては、画像処理システムのポイントスプレッド関数
またはエアリ分布が、使用される。このシステムが所定
の収差を有する場合、像ラインの形状の偏差および／ま
たは2つの像ラインの相互位置の変化のような、理想的
な像に所定の偏差が発生する。従って、この方法による
と、振幅または白−黒構造の形でテストオブジェクトを
使用する場合に、検出することができない収差の検出
が、可能になる。振幅構造を有するテストチャートを使
用する場合、その等高線は一つのライン内に結像され
る。従って、このようなテストチャートを使用する場
合、結像された一つの等高線の偏差を生じる画像処理シ
ステムの収差しか、検出することができず、かつこれは
不正確である。位相構造を有するテストチャートを使用
する場合、異なる収差の効果が形成される像において充
分区別できるので、換言すれば、異なる収差はいかなる
相互クロストークも示さないので、同時に発生する異な
る収差は、各々に検出することができる。この方法は、
正弦関数と余弦関数を用い、かつ像の等高線を直接分析
するためにきわめて適切であるフーリエ解析を使用す
る。各収差、例えば、非点収差は、ある数のより低いそ
してより高いオーダのサブ収差からなる。これらのサブ
収差の各々は、通常、ゼルニケ係数、すなわち、最高37
の多項式を有する「周辺ゼルニケコード」からの特定ゼ
ルニケ多項式の量、により表される。この新規な方法
は、所定の収差のゼルニケ係数が、異なる照明条件に対
してこの収差に関するフーリエ調波を決定することによ
り決定することができると言う認識に基づいている。こ
のようにしてサブ収差を測定することが可能になる。こ
のように、測定方式の線形性が使用される。

【００１３】リソグラフィック投影システムの非対称収
差を測定する方法とデバイスに関する、USA 5,754,299
に記述されている一実施例の場合、テストオブジェクト
は、位相パターンとして示されていることに留意する必
要がある。しかしながら、このパターンは、閉じた単一
図形ではなく位相格子（例えば、位置合せマーク）であ
る。この格子から形成されるイメージは、格子それ自体
と同じ外観を有する、すなわち、各格子線は単一線に結
像される。さらに、収差の測定に対しては、格子のイメ
ージは、異なった焦点セッティングごとに形成され、そ
して検出は、イメージそれ自体の形状および／または位
置の変化を検出するのではなく、これらのイメージの間
の非対称を測定することに基づく。

【００１４】本発明によると、上述した目的は、光学結
像システムの収差を検出する方法であって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクト
を配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設け
るステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジ
ェクトを結像させるステップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、 - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度
を有する走査検出デバイスによって前記現像されたイメ
ージを検出するステップ - 前記一つの図形前記像の形状変化の少なくとも一つの
異なる型を確認するために、前記観測された像にフーリ
エ解析を行うステップであって、形状変化の各型が、各々がゼルニケ係数の組合せからな
るフーリエ調波によって表される収差の所定の種類を示
すステップ、および - 参照像のどれが、前記観測された像に最も適合してい
るかを決定するために、前記観測された像を、以前に実
行されたシミュレーションプログラムによって得られて
いたルックアップテーブル内のそれらのゼルニケ係数に
ついてのデータと共に格納されている多くの参照像と比
較することにより観測された像の前記ゼルニケ係数を決
定するステップ、を有する光学結像システムの収差を検
出する別の方法によっても、達成される。

【００１５】これらの方法は、さらに、走査型電子顕微
鏡が走査検出装置として使用されるという特徴を有する
ことが好ましい。

【００１６】実際問題としてすでに頻繁に使われている
このような顕微鏡は、この応用に対し充分な解像度を有
する。走査検出デバイスの別のより新たな型は、原子力
顕微鏡(AFM: atomic force microscope)と走査光学プロ
ーブ顕微鏡のようないくつかの実施形態において使用可
能である走査プローブ顕微鏡である。

【００１７】テストオブジェクトの位相構造は、種々の
方法で実現させることができる。例えば、単一図形は、
板の残りの部分の屈折率は異なっている屈折率を有する
透明板における領域によって構成させることができる。

【００１８】本発明の方法の好適な一実施例は、すべて
の単一図形が、当該板の残部とは異なった高さに置かれ
る板の領域によって構成されることを特徴とする。

【００１９】当該領域は、板にさら穴をあける、または
板から突出させる。この板は、結像ビームの放射に透明
であるか、またはそれを反射させるものとすることがで
きる。

【００２０】単一図形は、正方形のまたは三角形の形状
のような、種々の形状を有することができる。本発明の
方法の好適な一実施例は、当該領域が円形に形成されて
いることを特徴とする。

【００２１】この時、単一図形の形状は、結像システム
の円対称性に、最適に適合化されていて、そしてこの図
形のイメージは2つの円のイメージ線から成る。形状の
変化とこれらのイメージ線の相互のオフセットは、容易
に観測することができる。正方形の単一図形が使用され
る場合であっても、投影システムによって形成されるこ
の図形のイメージ線が充分に円形状に近似できるので、
この新規な方法は良好な結果を与える。

【００２２】各単一図形は、さらに、この図形の領域と
板の残部間の高さの差が、l80°の位相差が結像ビーム
のに導入されるように、決められていることを特徴とす
ることが好ましい。

【００２３】透過性または反射性テストオブジェクトに
対しては、これは、この高さの差が、λ/(2(n₂-n₁)また
はλ/4nのオーダでなければならないことを意味する
（ここで、λは結像ビームの波長で、n₂はテストオブジ
ェクト材料の屈折率で、そしてn₁は周囲の媒体の屈折率
である）。この高さの差で、単一図形の領域から始まっ
ている結像ビームの一部とこの領域の環境から始まって
いる結像ビームの一部との間の位相差が最大となり、そ
して形成されるイメージのコントラストも最大となる。
この領域の径が結像ビームの波長のオーダまたはそれよ
り大きいオーダである場合、最適の高さの差は、λ/(2
(n₂-n₁))またはλ/4nに等しい。より小さい径では、分
極効果を考慮しなければならなく、そして、最適の高さ
の差は最後に記載した値とは数パーセント異なる。

【００２４】別の好ましい一実施例によると、領域の径
は、λ/(NA.M)に比例している（ここで、λは結像ビー
ムの波長、NAはイメージ側での投影システムの開口数、
そしてMはこのシステムの拡大倍率である）。

【００２５】この時、テストオブジェクトのサイズは、
投影システムにより行われる最小イメージの収差の測定
を可能にするように、投影システムの解像度に適合化さ
れる。

【００２６】この方法は、とりわけ、フォトレジスト層
が設けられている製造基板上に、製造マスクに存在する
マスクパターンを結像させる目的のリソグラフィック装
置において、投影システムの収差を検出するために使用
することができる。この方法は、さらに、前記投影装置
の製造マスクの前記位置に配置されている、位相構造を
備えた単一図形を少なくとも有するマスクが、テストオ
ブジェクトとして使用され、かつ、サポートを備えたフ
ォトレジスト層が、製造基板の位置に設けられているこ
とを、特徴とする。

【００２７】この方法は、この投影システムが目的とす
る環境に対応する環境の下で、投影システムの収差を検
出することができる利点を提供する。単一図形の数は、
一〜数十とさせることができる。これらの図形が、投影
システムのイメージフィールドの範囲内で、異なった位
置に結像されるので、イメージフィールドに渡って収差
が変化する。単一図形は小さいので、それらを、マスク
パターンの細部の外側の位置で製造マスクに設けること
ができる。

【００２８】しかしながら、この方法は、さらに、少な
くとも単一図形を有する空のテストマスクを使用するこ
とを特徴とすることが好ましい。

【００２９】テストオブジェクトは、製造マスクと同じ
材料でかつ同じ厚さを有し、マスクパターンまたはその
一部が無い透明板（この板を空のテストマスクと言うこ
とがある）の凹部が形成されたまたは盛り上げられた部
分により構成される。

【００３０】本発明は、さらに、上述した方法を実行す
るシステムにも関する。このシステムは、結像システム
が一部を形成する光学装置、位相構造を有する少なくと
も一つの図形を有するテストオブジェクト、前記テスト
オブジェクトが結像されるフォトレジスト層、前記フォ
トレジスト層内に形成されかつ現像される少なくとも一
つのテストオブジェクトイメージを走査する走査検出デ
バイス、そして前記観測されたイメージを格納しかつ分
析する、前記走査検出デバイスに結合されているイメー
ジプロセッサ、の組合せにより構成され、前記イメージ
プロセッサが、前記一つの図形の前記形成されたイメー
ジの形状変化の異なる型の少なくとも一つを検出する評
価手段を有することを特徴とする。

【００３１】本発明は、マスクに存在するマスクパター
ンを基板に結像させるリソグラフィック投影装置であっ
て、投影ビームを供給する照射ユニット、前記マスクを
収容するマスクホールダ、前記基板を収容する基板ホー
ルダ、そして前記マスクホールダと前記基板ホールダ間
に配置される投影システムを有する、前記方法を実行す
るのに適した装置にも関する。この装置は、前記方法の
前記インプリメンテーションにおいて、前記投影ビーム
が結像ビームとして使用され、そして前記照射ユニット
が、前記マスクパターンの前記基板への投影の間、前記
方法のための前記投影ビーム断面の前記径を、前記投影
ビーム断面の前記径より小さい値に減らす手段を有する
ことを特徴とする。

【００３２】本発明は、上述した方法に使用されるテス
トオブジェクトにも関する。このテストオブジェクト
は、テストオブジェクトに関する上述した方法の実施例
の特性的特長の一つ以上を有する。このテストオブジェ
クトは、請求項12-17に記載の特性的特長をさらに有す
ることができる。

【００３３】これらのそしてまた他の本発明の態様は、
以下に記載する実施例を参照することにより、非限定的
具体例から明らかになるであろう。

【００３４】

【発明を実施するための形態】図1は、繰り返して基板
上にマスクパターンを結像させる、リソグラフィック装
置の実施例の最も重要な光学要素のみを線図的に示す。
この装置は、投影レンズシステムPLを収容している投影
カラムを有する。このシステムの上部には、マスクパタ
ーンC（例えば、結像されるICパターン）が設けられて
いるマスクMAを収容するマスクホールダMHが配置されて
いる。このマスクホールダは、マスクテーブルMT内に存
在する。基板テーブルWTは、投影カラム内の投影レンズ
システムPLの下に配置されている。この基板テーブル
は、ウェーハと呼ばれる基板W（例えば、半導体基板）
を収容する基板ホールダWHも支持する。この基板には、
マスクパターンが、異なったIC領域Wdごとに何度も結像
させなければならない放射感光性の層PR（例えば、フォ
トレジスト層）が設けられている。この基板テーブルは
XとY方向に可動であるので、IC領域にマスクパターンを
結像させた後、マスクパターンの下に次のIC領域を配置
させることができる。

【００３５】この装置は、放射線源LA（例えば、クリプ
トンフッ化エキシマーレーザまたは水銀ランプ）が設け
られている照射システム、レンズシステムLS、反射板R
E、そして集光レンズCOを更に含む。照射システムによ
って供給される投影ビームPBは、マスクパターンCを照
射する。このパターンは、基板WのIC領域上に投影レン
ズシステムPLによって結像される。この照射システム
は、EPA 0 658 810に記載されているように、実施させ
ることができる。この投影システムは、例えば、拡大倍
率M = 1/4、開口数NA = 0.6、および22mmの径を有する
回折-制限されたイメージフィールドを有する。

【００３６】この装置には、さらに、複数の測定システ
ム、すなわち、XY平面において相互にマスクMAと基板W
を整列配置する位置合せシステム、基板ホールダの（そ
れゆえ、基板の）XおよびY位置とオリエンテーションを
決定する干渉計システム、そして投影レンズシステムPL
の焦点のイメージ面と基板W上のフォトレジスト層PRの
表面間の偏差を決定する焦点エラー発見システムが、設
けられている。これらの測定システムは、電子信号-処
理および制御回路およびドライバ、またはアクチュエー
タを有するサーボシステムの一部である。これによっ
て、基板の位置とオリエンテーションおよび集束を、こ
れらの測定システムによって供給される信号を参照して
補正することができる。

【００３７】位置合せシステムは、図1の右上部に示さ
れるマスクMAの2つの位置合せマークM₁とM₂を使用す
る。これらのマークは、回折格子により構成するのが好
ましいが、これに代えて、それらの環境とは光学的に異
なっている正方形またはストリップのような他のマーク
によって構成させることもできる。位置合せマークは、
二次元である、すなわち、それらが、図1において2つの
相互に垂直な方向、XとY方向に延在することが好まし
い。基板Wは、少なくとも2つの位置合せマーク、好まし
くは、それらの内の2つ、P₁とP₂が、図1に示されている
二次元の回折格子を有する。マークP₁とP₂は、パターン
Cのイメージを形成しなければならない基板Wの領域の外
側に置かれる。格子マークM₁とM₂は、位相格子として実
施するのが好ましく、格子マークP₁とP₂は、振幅格子と
して実施するのが好ましい。位置合せシステムは、2つ
の位置合せビームbとb'が、基板位置合せマークP₂とマ
スク位置合わせマークM₂を、または基板位置合せマーク
P₁とマスク位置合わせマークM₁を相互に結像させるため
に使用される、ダブル位置合せシステムとすることが出
来る。位置合せシステムを通過したあと、位置合せビー
ムは、放射-感光性の検出器13または13'によって受信さ
れる。この検出器は、関連するビームを、基板マークが
マスクマークに対して整列配置される程度を表す電気信
号に変換する。この結果、基板はマスクに対して整列配
置される。ダブル位置合せシステムは、このシステムが
より詳細に言及されているUSA 4,778,275に記載されて
いる。

【００３８】基板のXとY位置の正確な決定のために、リ
ソグラフィック装置には、図1において線図的にブロッ
クIFと示されている多軸干渉計システムが設けられてい
る。2-軸干渉計システムはUSA 4,251,160に記述されて
いて、3-軸システムはUSA 4,737,823に記述されてい
る。5-軸干渉計システムは、EPA 0 498 499に記述され
ている。これによると、Xとy軸方向の基板の変位と、z
軸についての回転と、Xとy軸についてのチルトを、非常
に正確に測定することができる。ステップ・アンド・ス
キャン・リソグラフィック装置は、基板干渉計システム
のみならず、マスク干渉計システムも有する。

【００３９】図1に線図的に示されるように、干渉計シ
ステムの出力信号Siと位置合せシステムの信号S₁₃とS'
₁₃は、信号-演算処理装置SPU（例えば、XY面で基板テー
ブルWTにより基板ホールダを移動させるアクチュエータ
ACに対する制御信号SACに、当該信号を処理するマイク
ロコンピュータ）に与えられる。

【００４０】この投影装置は、更に、焦点面と投影レン
ズシステムPLとフォトレジスト層PRの面との間の偏差を
検出する、図1に示されていない焦点エラー検出デバイ
スを含む。このような偏差は、例えば、レンズシステム
と基板を相互にZ方向に移動させることにより、または
投影レンズシステムの一つ以上のレンズ素子をZ方向に
移動させることにより補正することができる。例えば、
投影レンズシステムに固着することができるこのような
検出デバイスは、USA 4,356,392に記載されている。基
板の焦点エラーと局所的チルトの両方を検出するること
ができる検出デバイスは、USA 5,191,200に記載されて
いる。

【００４１】投影レンズシステムには、非常に厳しい要
件が課される。例えば、0.35μm以下の線幅を有してい
る細部は、このレンズシステムによりシャープに結像さ
れなければならないので、このシステムは、相対的に大
きいNA（例えば、0.6）を有していなければならない。
さらに、このシステムは、例えば、23mmの径を有する相
対的に大きい、良好に補正されたイメージフィールドを
有していなければならない。これらの厳しい要件に対応
することを可能とするために、投影レンズシステムは、
大きい数（例えば、何十もの）のレンズ素子を有し、そ
してレンズ素子は、非常に正確に制作されなければなら
ず、そしてこのレンズシステムは、非常に正確に組み立
てられなければならない。この時、投影システムの良好
な制御は、システムから十分に収差が除かれていて、か
つこのシステムが、投影装置への組み込みに適している
か否かを決定し、かつ補償する対策を講じることが出来
る、収差が、いろいろな原因によりまだ発生する可能性
があるか否かを確かめることを可能とするために、不可
欠である。

【００４２】収差の検出には、投影装置それ自体を、検
出方法を実行する測定システムの一部として使用するこ
とができる。この方法によると、所定のテストパターン
を有するテストマスクは、マスクホールダ内に配置さ
れ、そしてこのテストパターンは、製造マスクパターン
が製造プロセスの間、放射-感光性の層に結像されるの
と同様に、放射-感光性またはフォトレジスト層に結像
される。続いて、この基板は、この装置から除去され、
かつ、基板にレリーフパターン形態のテストパターンの
イメージが得られるように、現像されそしてエッチング
される。このレリーフイメージは、続いて走査検出デバ
イス（例えば、走査型電子顕微鏡）により走査される。
電子顕微鏡は、観測されたイメージをイメージデータに
変換し、これは、特別な映像処理プログラムを使用し
て、画像処理デバイス内で処理される。その結果は、ダ
イアグラムまたはグラフに視覚化させることができる。
これに代えて、電子顕微鏡により観測される構造のビジ
ュアルイメージを、例えば、モニタに示すことも可能で
ある。

【００４３】この方法は、図2にブロック図で示されて
いる。この図において、投影装置はPAにより示され、現
像およびエッチング装置はEDにより示され、そして電子
顕微鏡はSEMにより示され、そして画像処理デバイスはI
Pにより示され、そしてモニタはMOにより示されてい
る。

【００４４】このテストオブジェクトは位相構造を有
し、そしてこのテストオブジェクトの小さい部分は、図
3aの下面図と図3bの断面図に示されている。このテスト
オブジェクトは、例えば、クォーツの透明なテストマス
クの円い凹部22の形で位相構造を有する少なくとも一つ
の閉じた図形を有する。この凹部は、径Dと深さdを有す
る。凹部の代わりに、テストオブジェクトの図形は、当
該凹部とマスクの残部に関して同じ径と同じ高さ差を有
する盛り上がった部分により、構成することができる。
テストマスクは、テスト図形をフォトレジスト層に結像
させる投影ビームに対して、十分透明であるので、この
図形はこのビームのための位相構造を形成する。これ
は、テストマスクの通過後、円領域22に入射する投影ビ
ームPBの一部が、ビームの残部とは異なった位相を得た
ことを意味する。ビーム部分間の(radでの)位相差は、

【式１】で定義される。ここで、n₂は、マスク材料の屈折率で、
n₁は、通常、空気（n =1）である周囲の媒体の屈折率で
あり、そしてλは、投影ビームPBの波長である。円22
は、図4に示されるリング24の投影レンズシステムによ
り結像される。このリングがどのように得られるかにつ
いては、図5を参照して説明される。

【００４５】この図において、参照番号22は、投影ビー
ムPB（電磁放射のビーム）が入射するテストマスクの円
領域を示す。位相パターン22の通過後、このビームの電
界ベクトルEのサイズは、位置pの関数としてグラフ25の
ように変化することが示されている。このグラフにおけ
る垂直線は、位相パターン22の等高線の位置に置かれ
る。図5における単レンズによって線図的に示される投
影レンズシステムPLを通過した後、電界ベクトルE'のサ
イズは、位置の関数としてグラフ29のように変化するこ
とが示されている。垂直線は、斜めの傾斜に変化した。
これは、投影レンズシステムが理想システムではなく、
点広がり関数を有する、すなわち、結像の間ポイント
が、ポイントとして結像されずに、多少エアリーパター
ンに渡って広がっている、と言う事実から発生する。電
界ベクトルのサイズは、投影ビームの振幅を表示するの
で、グラフ29は、フォトレジスト層PRの面における、位
置の関数としてのビームの振幅を示す。ビームの輝度I
が振幅の二乗に等しい(I = E'²)ので、この輝度は位置
の関数としてグラフ31のように変化する。グラフ29にお
ける各端は、2つの端で逆向きの傾斜で変化している。
これは、位相パターンの単一等高線が、2つの等高線に
結像され、すなわち、円が図4に示されるようにリング2
4内に結像されることを意味する。このリングの幅wi
は、点広がり関数により決定され、そして、その径di
は、投影レンズシステムの解像度により決定される。投
影レンズシステムがいかなるポイント拡がりも有しない
場合、フォトレジスト層における投影ビームの輝度は、
破線グラフ32により示されるような変化を示し、そして
位相パターン22は円に結像されるであろう。本発明によ
る方法においては、投影レンズシステムのポイント拡が
り（小さいにもかかわらず）が慎重に使用される。

【００４６】所定の投影装置にこの方法を使用すると、
リング24は、80nmの幅wiと350nmの径diを有した。マス
クにおける位相パターンが径D = 1.4μmを有するよう
に、投影レンズシステムは、拡大倍率M = 1/4を有して
いた。350nmの径diが、最適値と考えられ、かつこれ
は、投影レンズシステムが0.63のNAを有しそして投影ビ
ームが248nmの波長を有する場合の装置の解像度に対応
していた。他の投影装置に対しては、diは異なった最適
値を有するであろう。例え、diが、最適の値とは異なる
値を有する場合であっても、収差はまだ測定することが
できる。

【００４７】イメージにおける良好な対比を得るために
は、円領域22を通過したビーム部分とビームの残部間の
位相差は、φ= πradでなければならない。これは、マ
スク材料の屈折率が1.5であり、そして周囲の媒体が1の
屈折率を有している空気である場合、凹部の深さdがビ
ームPBの波長に等しくなければならないことを意味す
る。実際的な実施例に対しては、最適の深さdは、例え
ば、233nmである。有用な結果は、最適の深さとは異な
った深さでも得ることができる。

【００４８】円領域22とその環境の両方が反射性テスト
マスクを使用する場合、円領域の最適の深さまたは高さ
は波長の4分の1に等しい。

【００４９】投影レンズシステムがいかなる収差も示さ
ない場合、図4におけるリングの内側の円ciと外側の円c
eは同心であり、そして、焦点を通る走査の間、このリ
ングは対称動作をする。焦点を通る走査とは、フォトレ
ジスト層に対して+Z方向と-Z方向に、イメージを投影レ
ンズシステムの光軸で移動させることを意味するものと
理解されるべきである。層に対するイメージのこの移動
は、投影システムの焦点を変更することにより、または
このシステムとフォトレジスト層をZ方向に相互に移動
させることにより実現することができる。

【００５０】収差が発生すると、当該対称性は乱され
る。以下に説明されるように、各種の収差は、リングの
特性変形と言う結果をもたらす。

【００５１】近接して配置されている内側の円ciと外側
の円ceを満足に観測することを可能とするためには、走
査型顕微鏡を、投影システムの解像度(λ/NA)より大き
い解像度で使用することが出来る。100,000倍のオーダ
の拡大倍率を有し、かつ3.5nmのオーダの細部を観測す
ることができる走査型電子顕微鏡は、この目的に対し、
特に、多数のイメージを検出しなければならない場合
に、非常に適している。これに代えて、特に、少数のイ
メージしか検出する必要が無い場合、例えば、光学プロ
ーブ顕微鏡またはAFM (原子力顕微鏡)、またはこれらの
組み合わせのようなプローブ顕微鏡の形態の他の走査型
顕微鏡を使用することも可能である。

【００５２】走査により得られたイメージデータは、特
別な画像処理方法により処理される。この方法は、例え
ば、2つの動作から成る。第一動作は、次のステップに
従ってリングの輪郭を決定する - 入って来るイメージデータからノイズを除去するス
テップ; - 例えば、微分により、または各観測されたピクセル
の輝度が所定のしきい値からでどの程度離れているかに
ついて決定することによりイメージの輪郭を決定するス
テップ; − 観測されたイメージの輝度分布の重心点を決定する
ステップ; − ピクセルとこの重心点間の距離を測定するステッ
プ;そして − より小さい距離が群がる、リングの内側の輪郭を表
示するピークの内側端と、より大きい距離が群がる、外
側の輪郭を表示するピークの外側端の2つのピークを示
す棒グラフにおいて測定された距離をプロットするステ
ップ。

【００５３】第二動作は、次のステップを有するフーリ
エ解析から成る − x軸に対する異なった角度θで毎回延在しているこ
れらの輪郭の半径を、これらの角度の正弦と余弦関数に
分解し、そして輪郭をフィルタリングするステップ; − このように得られたフーリエ成分の輝度をグラフに
視覚化するステップ。この代わりに、このフーリエ解析
とは異なる分析法を使用することもできる。輪郭の半径
を角度θの関数として測定することが本質的事項であ
る。基底関数として正弦関数と余弦関数を有する点が、
フーリエ解析の利点である。輪郭の半径を角度θの関数
として決定することは、正弦関数と余弦関数により最も
容易に行うことができる。これにより、収差は、直接の
態様で検出することができる。他の分析法の場合、より
多くの動作を実行しなければならない。

【００５４】投影レンズシステムがいかなる収差も有し
ない場合、環状イメージの内側の輪郭と外側の輪郭は十
分に円形であり、そして図6に示されるように、円はそ
れらの周長の全体にわたって十分に同心である。さら
に、この時、回転対称は焦点を通る走査に応じて維持さ
れる。

【００５５】図6は、収差のないレンズシステムと次の
結像条件とにより得られたSEMイメージを示す: X =248n
m、 NA = 0.63、σ= 0.3、フォトレジスト層の厚み=280
nm。コヒーレンス係数とも呼ばれるσは、結像ビームが
レンズシステムのひとみを満たす程度を示す。0.3のσ
は、結像ビームが、ひとみ断面図の0.3に等しい断面図
を有することを意味する。

【００５６】投影レンズシステムの主な収差は、コマ収
差、非点収差、三点または三葉収差、かつ球面収差であ
る。投影レンズシステムがコマ収差を有する場合、SEM
とともに形成されかつSEMにより観測されるイメージ
は、図7に示されるような形状を有する。この例のコマ
は、いくらか結像ビームの波長を故意に変更することに
より人偽的に得られる。他の結像条件は、図6に関して
記載される条件と同じである。図7に形成されるイメー
ジは、この画像平面が、図面の面に一致すると考えられ
る場合、以下に記載される図15の場合と同様に、画像平
面の右上に形成されるイメージである。このイメージ
は、45°のコマを有する。内側の輪郭と外側の輪郭は、
相互にもはや中心を共有せず、コマの方向で、それゆ
え、45°の方向に相互にオフセットされている円であ
る。

【００５７】図8は、収差を有する投影レンズシステム
により形成されるイメージを示す。ここでも、他の結像
条件は、図6を参照して記載される条件と同じである。
非点収差イメージの等高線は楕円であり、これらの線間
の距離、すなわち、リングの幅wiは周長を通して定数で
ある。楕円の主軸は、収差の方向に平行である。ここで
も、図8におけるイメージが、画像平面の一番上の直角
に形成されるイメージであるので、楕円の主軸は45°の
下に延在する。投影レンズシステムの収差は、このシス
テムの可動レンズ素子をその公称位置に対してある程度
故意に変位させることにより人偽的に得られた。

【００５８】通常、等高線のポイントは、級数

【式２】により表示させることができる。ここで、r_m(r)はイメ
ージの中心への当該ポイントの公称距離で、cは、当該
ポイントが、内側の輪郭か外側の輪郭の何れに関連する
かを示し、cos(mθ)とsin(mθ)は、当該ポイントと中心
間の実距離の角度依存関係であり、そしてmは収差の型
により決定される。

【００５９】球面収差に対しては、m = 0である。この
収差は、角度θに依存しないので、球面収差を有する結
像システムにより形成されるイメージは、結像システム
の光軸のまわり、すなわち図1におけるz軸のまわりで回
転対称である。球面収差によるイメージは、z軸に沿っ
た位置に依存して変化する。

【００６０】コマ収差に対しては、m = 1である。この
収差を有する結像システムにより形成されるイメージ
は、単一の対称軸、つまり、図7の具体例の場合、円が
それに沿って相互に変位する45°の軸を有する。

【００６１】非点収差に対しては、m = 2である。この
収差が発生すると、形成された楕円のイメージは、2つ
の対称軸（すなわち、楕円の主軸と短軸）を有する。図
8の具体例の場合、これらの軸は、45°の軸とそれに垂
直な軸である。

【００６２】三葉または三点収差に対しては、m = 3で
ある。この収差が発生するときには、イメージは3つの
対称軸を示す。図7のイメージは、コマ収差のみなら
ず、小さい三点収差も有する。より大きい三点収差を有
するイメージは、図9に示されている。

【００６３】ここまでの説明は、単一テストパターンに
基づいて行われた。しかしながら、収差を投影レンズシ
ステムのイメージフィールドにおいて同数の多数の位置
で測定することができるように、テストマスクは、多数
のテストパターン（例えば、121）を有することができ
る。実際には、これらのテストパターンの全てではな
く、より小さい数（例えば、21）wを使用し、これらの
テストパターンを、収差についてのほとんどの情報がそ
こから得ることができるような位置に配置する。テスト
パターンは非常に小さいので、それらを、関連するICパ
ターンの細部を損なうことなく、製造マスク、すなわ
ち、ICパターンを有するマスクに設けることもできる。
この場合、別々のテストマスクを製造し、かつ収差を測
定するためにマスクを交換する必要はない。

【００６４】リソグラフィック投影装置によってこの新
規な方法を実行するためには、投影放射の最大量がテス
トパターンに集中されそしてクリアなイメージが得られ
るように、マスクの位置で投影ビームのビーム断面は小
さいことが好ましい。リソグラフィック投影装置の新規
な生成は、とりわけ、維持されているビームの全放射エ
ネルギーにより、投影ビームの断面を適合化する可能性
を与える特別な照射システムを有する。このような照射
システムは、例えば、論文「可変NAウェーハステッパに
おける、AERIAL照射器を使用するフォトリソグラフィ」
SPIE 第2726巻、Optical Microlithography IX、1996
年3月13-15日、54-70頁に、記載されている。投影ビー
ムの断面とひとみ断面の間の比率は、σによりまたはコ
ヒーレンス係数により示される。マスクパターンの突出
に対しては、現在、1〜0.3の間の値が使用されている。
本発明によれば、ビーム断面を制限する手段が、値を0.
2以下のオーダにセットすることができるように機能す
る場合には、このようなリソグラフィック装置は、収差
を測定するこの新規な方法を実行するのに非常に適する
ものにすることが出来る。投影ビームの断面を、基板に
マスクパターンを投影するために使用されるビーム断面
よりかなり小さくすることができるようにして、すでに
リソグラフィック装置に存在するビーム制限手段を適合
化することにより、これらの手段を得ることができる。
この場合、このさらなるビーム断面の低減は、ビームの
全エネルギーを維持しつつ、実現させることができる。
収差測定に対しては、これに代えて、放射線源とマスク
ホールダ間の放射パスに余分のダイアフラムを配置する
ことも可能である。ここで、このダイアフラムの開口
は、σ値を1と、例えば、0.1の間のオーダにセットする
ことができるように調整可能である。

【００６５】ここまで、ステッピングリソグラフィック
装置における本発明の使用が記述された。すなわち、こ
の装置においては、次のIC領域がマスクパターンと投影
システムの下に配置されるまで、第一IC領域においてマ
スクパターン全体が照射されかつ結像され、そして続い
てマスクパターンと基板が相互に移動されて、一ステッ
プが実行され、この後、マスクパターンが基板の全ての
IC領域に結像されるまで、このIC領域は、マスクパター
ンにより照射され、そして他のステップが再び実行さ
れ、そして同様なステップが実行される。投影レンズシ
ステムに課される大きいNAと大きいイメージフィールド
の要件を軽減するためにおよび／またはこの装置の解像
度とイメージフィールドを増大するために、ステップ・
アンド・スキャニング装置を使用することが好ましい。
この装置の場合、マスクパターンは、全体として一ステ
ップで結像されず、このマスクパターンは、狭いか、矩
形であるか円形のセグメント-成形ビーム断面を有する
ビームにより照射され、そして投影システムの拡大倍率
を考慮しつつ、マスクパターンと基板はシステムに対し
同期して、移動され、その結果マスクパターンの全ての
サブエリアが、基板の対応するサブエリアに連続的に結
像される。一方向（例えば、X方向）における投影ビー
ムの断面が、このような装置の場合すでに小さいので、
他の方向（例えば、Y方向）におけるビーム断面のみ
を、この新規な方法に対して最適の照度を得るように、
減少させなければならない。

【００６６】図10-25は、本発明による方法によって得
られた測定結果の多くの具体例を示す。

【００６７】図10-14は、球面収差に関する。すでに言
及したように、環状イメージ25は、この収差が発生する
時、回転対称のままであるが、リングの幅wiは焦点外れ
の程度に依存する。実際の実験の場合、球面収差は、公
称高さに対してマスクテーブルの高さ（Z位置）を40μm
分再調整することにより人為的に導入された。図10は、
公称焦点に対して-0.3μmから+0.3μmまで投影レンズシ
ステムの焦点を再調整することにより得られた環状イメ
ージを示す。図11は、この時発生するリングの幅の変化
を示す。この図において、焦点外れDEFは水平軸にμmで
プロットされていて、そしてリング幅wiは垂直軸にプロ
ットされている。図11に示されるように、公称焦点設定
でのリング幅は、上述の80nmから約130nmまで増大し、8
0nmのリング幅が0.4μmの焦点外れで得られる。

【００６８】図12は、最良の焦点位置における環状イメ
ージのXY平面における形状と位置を示す。座標のXYシス
テムの原点は、投影システムの光軸に置かれる。図13
は、このイメージのフーリエ解析データを示す。角度θ
の周波数で表されるフーリエ項FTは、水平軸にプロット
されている。位置1でのフーリエ項は、cosθに比例して
いるコマ収差を表し、位置2のそれは、cos2θに比例し
ている非点収差を表し、位置3のものは、cos3θに比例
している三点収差を表し、そして、位置4, 5と6のもの
は、所定の具体例に対する無視できるほど小さい他の収
差を表している。円の偏差の振幅は、垂直軸にnmでプロ
ットされている。図12に示される具体例の場合、角度θ
= 124°にコマ収差が、θ= 178°に非点収差が、そして
θ=- 2°に三点収差がある。

【００６９】三次元の図14は、球面収差の、この例では
20×20mmの大きさの、イメージフィールド全体にわたる
変化の具体例を示す。イメージフィールドにおけるXとY
位置が、ベース面の軸にプロットされていて、そして球
面収差が、垂直軸にプロットされている。この収差は、
焦点のμmオフセット当たりのリング幅wiのnm変化の数
で表されている。イメージフィールドにわたる平均球面
収差は、この例では、-85nm/μmである。

【００７０】図15-18は、公称波長（すなわち、この投
影システムの設計波長）より40pm長い波長の放射によ
り、テストオブジェクトを結像させることにより人為的
に導入させたコマ収差に関する。図15は、イメージフィ
ールドの異なった位置でこの時形成される環状イメージ
40-48を示す。すでに言及したように、内側の輪郭と外
側の輪郭は、コマが発生する時には、相互にオフセット
されているので、これらの輪郭は、もはや相互に中心を
共有しない。コマは、中央のイメージ40により示されて
いるように、イメージフィールドの中央では相対的に小
さい。中心からの変位に応じて、コマの方向が変位の方
向と一致して、コマは増大する。コマ方向は、イメージ
45、46、47および48に対して、それぞれ、約+45°、+13
5°、-135°、および-45°である。

【００７１】コマは、イメージフィールドにおける位置
のみならず、結像ビームがフォトレジスト層にフォーカ
スされる程度にも依存する。イメージにおける固定され
た位置で焦点を通るフィールド走査が行われると、コマ
は、集束が最適の場合に発生する最も小さいコマによ
り、焦点外れの関数として、放物線状に変化する。図16
は、最良の焦点条件に対するイメージ48の拡大図を示
す。

【００７２】図17は、図16のイメージに関するフーリエ
グラフを示す。図17から、コマの方向が、-48°で、そ
の振幅が、30nmであることは明らかである。このイメー
ジを形成する投影システムも、118°の角度θでの約7nm
の非点収差と、17°の角度θでの約5nmの三点収差を有
する。

【００７３】図18は、イメージフィールド（XY平面）に
おける21の異なった位置でテストパターンを結像させる
ことにより得られるコマチャートを示す。測定された位
置でのコマの方向は、その位置で示される矢印の方向に
より示されていて、コマのサイズは、この矢印の近くの
下線が引かれた数により示されている。図18における各
数は、関連するフィールド位置と関連しかつ焦点を通る
走査により得られるコマ数の平均である。図18に示され
る具体例のイメージフィールドに渡る平均コマは、18nm
である。

【００７４】図19-22は、非点収差に関する。非点収差
を有する結像システムは、単一の焦点の代わりに、第一
および第二の非点収差の、相互に垂直である焦点の線を
有する。これらの焦点の線の長さは、結像システムの光
軸の位置に依存する。ビームがその最も狭いくびれを有
する位置で、焦点の線は、長さが等しく、そしてイメー
ジは円形である。最も狭いくびれの位置の前の位置で、
第一焦点の線は第二のそれより長く、そしてイメージは
楕円で、その楕円の主軸は、第一焦点の線の方向に延在
している。最も狭いくびれの位置の前の位置で、第二焦
点の線は、第一のそれより長く、そしてイメージは楕円
で、その楕円の主軸は、第二焦点の線の方向に延在して
いる。レンズシステムの非点収差を決定するためには、
焦点を通る走査が必要である。この新規な方法による
と、非点収差は、第二調波(29)の変化を焦点外れの関数
として決定することにより検出される。この収差は、μ
m焦点外れ当たりのnmで表される。

【００７５】図19は、非点収差を有する投影システムに
より、イメージフィールドにおける9つの異なった位置
で形成されるイメージ50-58を示す。この収差は、投影
システムの可動レンズ素子をその公称位置に対して40μ
m変位させることにより人為的に導入された。中央イメ
ージ50により示されているように、非点収差は、イメー
ジフィールドの中央で、相対的に小さい。中心からの変
位に応じて、収差の方向は変位の方向と一致し、収差は
増大する。非点収差の方向は、イメージ55、56、57およ
び58に対して、それぞれ、約+45°、+135°-135°およ
び-45°である。

【００７６】図20はイメージ58の拡大図を示し、そして
図21はそれに関するフーリエグラフを示す。非点収差の
方向が136°で、かつそのサイズが約18nm/μmであるこ
とが、図21から明らかである。このイメージを形成する
投影システムも、51°の角度θで11nmのコマ、11°の角
度θで4nmの三点収差、および3°の角度θでcos4θに比
例した6nmの四点収差を有する。四点収差で投影レンズ
システムにより形成されるイメージは、4つの対称軸を
有する。

【００７７】図22は、イメージフィールド（XY平面）の
21の異なった位置でテストパターンのイメージを形成す
ることにより得られた非点収差チャートを示す。測定さ
れた位置での非点収差の方向は、その位置で矢印の方向
により示されていて、そして非点収差の量は、その位置
で下線が引かれた数により示されている。図22における
各数は、関連する位置に関連しかつ焦点を通る走査によ
り得られる非点収差数の平均である。所定の具体例に対
しては、イメージフィールド全体にわたる平均収差、す
なわち、図22の数の平均は、31.1nmである。

【００７８】測定された三点収差の具体例は、図23に三
次元で示されている。イメージフィールドにおけるXとY
位置は、この図ではベース面の軸に沿ってプロットされ
ていて、そして収差のサイズは、垂直軸にnmでプロット
されている。また、この収差は、イメージフィールドの
角度で最大となる。収差は、相対的に小さく、この収差
の平均値は、この例では4.7nmである。

【００７９】図24と25は、同時に発生している異なった
型の収差を、本発明の方法によって個別に測定すること
ができることを示す。図24は、図18のそれと同様なコマ
チャートを示す。純粋なコマを表示している第一矢印
が、イメージフィールドの21の異なった位置で示されて
いるのみならず、球面収差がある場合に測定されたコマ
を表示する第二矢印、および非点収差がある場合に測定
されたコマを表示する第三矢印も示されている。測定さ
れたコマサイズと方向が、当該2つの他の収差が発生す
る時、通常、僅か変化することは、この図から明らかで
ある。

【００８０】図25は、図22のそれと同様な非点収差チャ
ートを示す。純粋な非点収差を表示する第一矢印が、イ
メージフィールドの21の異なった位置で示されているの
みならず、球面収差がある場合に測定された非点収差を
表示する第二矢印、およびコマがある場合に測定された
非点収差を表示する第三矢印も示されている。非点収差
の測定されたサイズと方向が、球面収差とコマが同時に
発生する時、通常、僅か変化することは、この図から明
らかである。

【００８１】上述したように、コマ収差、非点収差およ
び三点収差の3つの収差は、相互に独立に測定すること
が出来、そして各々のこれらの収差は、フーリエスペク
トラムにおける特定調波により表される。同心の輪郭を
有する完全なリングに対しては、フーリエスペクトラム
は、平均半径と等価である零周波数しか含まない。リン
グの外側の輪郭、テスト円の空中イメージに対しては、
式(1)は、

【式３】と書くことができる（ここで、加算は、m = 1からmにつ
いて行われる）。この式において、rは、関連する輪郭
ポイントのイメージの中心への公称距離で、zは、結像
システムの軸に沿った位置で、φは、輪郭ポイントの角
度位置で、サブスクリプトmは、フーリエ調波とサブス
クリプトcの数であり、そしてsは、余弦と正弦関数に関
する。リングの内側の輪郭も、同様の式により表すこと
ができる。ここで、原点は、内側の輪郭の質量中心と一
致するように選ばれた。この

【式４】条件と定義とにより、内側の輪郭の第一高調波はゼロと
なる。

【００８２】この収差については、イメージが回転対称
のままであるので、球面収差を、上記の式においてr₀に
しか関係しないようにすることができる。コマ収差はr₁
に、非点収差はr₂に、そして三点収差はr₃に関係する。
しかしながら、同じcos(mφ)項を有する各収差は、mフ
ーリエ調波に貢献するであろう。すなわち、各型の収差
は、より低いかつより高いオーダの多くのサブ収差から
なる。これらのサブ収差の各々は、通常、ゼルニケ係数
（すなわち、37個の最大多項式を有する「フリンジゼル
ニケコード」からのある数の特定ゼルニケ多項式）によ
り表示される。ゼルニケ項Zのリストは、それらの多項
式と共に表Iに示されている。この表は、（Sigma C社が
所有する）光リソグラフィシミュレーションプログラ
ム"Solid C"のマニュアルから公知である。このような
表は、Born & Wolfの周知のハンドブック「オプティッ
クスの原理」からも導出することができる。全ての収差
に対するゼルニケ係数の貢献は、これらの係数の数を増
大させることにより減少する。球面収差(m = 0)に対し
ては、低いオーダのゼルニケ係数はZ9で、そしてより高
いオーダの係数は、Z16、Z25、Z36およびZ37である。X-
コマに対しては、低いオーダの係数がZ7で、より高いオ
ーダの係数は、Z14、Z23およびZ34で、Y-コマに対して
は、これらの係数は、それぞれ、Z8、Z15、Z24およびZ3
5である。非点収差（すなわち、H/Vつまり水平/垂直非
点収差）に対しては、低いオーダの係数はZ5であり、よ
り高いオーダの係数は、Z12、Z21およびZ32で、45°で
の非点収差に対しては、これらの係数は、それぞれ、Z
6、Z13、Z22およびZ33である。x方向における三点収差
に対しては、低いオーダ係数はZ1Oで、そしてより高い
係数はZ19とZ30であり、y方向における三点収差に対し
ては、これらの係数は、それぞれ、Z11、Z20、Z31であ
る。

【００８３】上述した方法、とりわけ、図18、図22と図
23（これらの図は、イメージフィールドの異なったポイ
ントに対するこれらの収差を示す）にそれぞれ示されて
いる方法により、コマ収差、非点収差および三点収差を
測定すると、より低いオーダとこれらの収差に対するよ
り高いオーダのゼルニケ係数の合計が、決定されるが、
これは個別ゼルニケ係数ではない。換言すれば、これら
の収差の各々に対して得られるものは、mλで表される
波面収差に関する個別サブ収差(ゼルニケ係数)と言うよ
りむしろ、nmまたはnm/μmで表される位相パターンの形
状偏差に関するサブ収差の合計である。

【００８４】本発明の重要な点は、個別ゼルニケ係数
も、決定することができる点である。ここでは、収差
が、結像システムの開口数（NA）およびマスクにテスト
円の密着次数と径のような、結像パラメータに依存する
と言う事実が使用される。密着次数とは、結像システム
の入射ひとみの面における結像ビームの断面の半径とこ
のひとみの半径との比である。一般に、フーリエ調波
は、テイラー級数で表すことが出来る、全てのゼルニケ
係数の組合せである。リソグラフィック投影レンズシス
テムの製造は、このように高い精度で行われるので、こ
の種のレンズシステムの収差はすでに小さいものとなっ
ているので、テイラー級数は、フーリエ調波とそれに属
するゼルニケ係数間の比例関係になる。ゼルニケ係数を
決定する方法が、フーリエ調波とゼルニケ係数間に比例
関係がある場合に、以下に記載されているが、この方法
を、最適合致方法と組み合わせて、より一般に、適用さ
せることもできる。既存のリソグラフィック装置は、そ
のNAを異なった値にセットすることが出来る結像システ
ムと、密着次数を変更する可能性を提供する照射システ
ムとを有する。このような装置の場合、NAと密着次数と
の間に関係（例えば、NAとσの積が定数である）が存在
する。ゼルニケ係数を決定する照度パラメータを設定す
る魅力的なシナリオは、先ず、NAを選択し、そして密着
次数σを選択されたNAに適合化させることである。でき
る限り高感度にかつ正確に収差リング試験を行うために
は、マスクのテストサークルの径φと基板のテストリン
グの径を、照射システムのNAに適合化させることが好ま
しい。しかしながら、ゼルニケ係数を決定するときに、
照度パラメータの1つまたは2つのみを変化させることも
可能である。

【００８５】特定種類と対応するサブ収差の収差の上述
した比例関係は、x方向におけるコマに対して、

【００８６】F1(x)=α.Z7+β.Z14+γ.Z23 (3) である。そしてy方向におけるコマに対しては、

【００８７】F1(y)=α.Z8+β.Z15+γ.Z24 (4) である。これらの方程式F1(x)とF1(y)において、測定さ
れたフーリエ項、Z7、Z14、Z23およびZ8、Z15、Z24は、
所定の結像システムに特定の未知のゼルニケ係数であ
る。ファクタα、βとγは、結像システムのNA値そして
σとφの値に依存する重み係数である。例えば、NA値の
変化に加えて、σとφの値も変化すると、後者は、独立
にではなくNAの変化と同時にかつそれに応じて変化する
ことが好ましい。(3)および(40)のような方程式におい
ては、それらの重み係数が小さく、および／またはゼル
ニケ項が結像システムにほとんど存在しない場合、より
高いオーダのゼルニケ係数は省略することができる。こ
れが、ゼルニケ項Z34とZ35がそれぞれ方程式(3)と(4)に
存在しない理由である。ゼルニケ係数Z7、Z14およびZ23
を測定するためには、例えば、NAを変化させ、そして少
なくとも3つの異なったNA値: NA1、NA2、NA3の対してF1
(x)を測定する。これらの値に対する式:

【００８８】F1(x)_NA1=α_NA1.Z7+β_NA1.Z14+γ_NA1.Z23

【００８９】F1(x)_NA2=α_NA2.Z7+β_NA2.Z14+γ_NA2.Z23

【００９０】F1(x)_NA3=α_NA3.Z7+β_NA3.Z14+γ_NA3.Z23 から、NA1、NA2とNA3に対する重み係数α、βとγの値
が知られていると仮定すると、個別ゼルニケ係数Z7、Z1
4とZ23を決定することができる。

【００９１】異なったNAに対する重み係数は、既知の光
リソグラフィコンピュータシミュレーションプログラム
の一つを使用するシミュレーションプロセスにより決定
することができる。一般に、このようなプログラムに
は、NA、σ、フォーカス、結像システムの既知の収差の
ような、ウェーハステッパまたはスキャナのパラメー
タ、およびウェーハのパラメータと現像プロセスのデー
タが、供給される。プログラムの出力は、三次元のプロ
ファイルを記述するデータである。これらのデータは、
フーリエ調波を計算する他のコンピュータプログラムに
供給される。NAの異なった値に対する重み係数αの値を
決定するために、ゼルニケ係数Z7の所定の値とNAの逐次
異なる値が、プログラムに供給される他のパラメータを
一定にして、シミュレーションプログラムに供給され、
そしてNAの各値に対して、第一フーリエ調波F1の値が、
決定される。同様に、異なったNA値に対するβの値は、
シミュレーションプログラムに所定のゼルニケ係数Z14
値および逐次異なったNA値を供給することにより、決定
することができる。異なったNAに対するyの値を得るた
めに、所定のゼルニケ係数Z23値と異なったNA値が、プ
ログラムに供給されなければならない。このようにして
得られた異なったNAに対するα、βおよびγは、ゼルニ
ケ係数を決定する電子プロセッサ内に格納することがで
きる表に置くことができる。このようなテーブルは、多
くのリソグラフィック投影レンズまたは結像システムの
収差を測定するために使用することができる。

【００９２】ゼルニケ係数Z34とZ35も、コマに無視でき
ない貢献を与えると考えられる場合には、第四の重み係
数δを使用すべきで、そして異なったNA値に対してこの
ファクタの異なった値をシミュレーションプログラムに
より決定することができる。ゼルニケ係数の決定の間、
NAの代わりにまたはこれに加えて、σおよび／またはφ
のような他のパラメータが変化すると、パラメータσお
よび／またはφに対する重み係数α、βおよびγの従属
性は、NAに対して記述したものと同様にσおよび／また
はφの逐次異なる値をシミュレーションプログラムに供
給することにより決定することができる。

【００９３】原理的には、3個または一般にn個の重み係
数は、NAまたはσに対し3個または一般にn個の異なった
値を使用することにより決定することができる。しかし
ながら、NAおよび／またはσに対して3個以上、例え
ば、6個または一般に2n個の異なる値を使用することも
可能である。これにより、重み係数をより正確にかつ信
頼性高く決定することが出来る。

【００９４】一例として、図26には、これらの係数の各
々に50mλの値を与えると、水平軸にプロットされる異
なるNAに対して、ゼルニケ係数Z7、Z14とZ23が、垂直軸
にプロットされかつnmで表される第一フーリエ調波F1
にどのように貢献するかが、示されている。この図か
ら、異なるNA値に対する重み係数αの値は、これらのNA
値に対するZ7値を50mλにより分割することにより得る
ことができることが判る。同様に、他の重み係数βとγ
の値は、Z14とZ23に対する値をそれぞれ50mλにより分
割することにより得ることができる。第二かつ第三フー
リエ調波F2とF3に対する重み係数は、第一フーリエ調波
F1の重み係数に対して図26に示される従属性と同様であ
るNAに対する従属性を示す。フーリエ調波F2(y)のゼル
ニケ係数Z8、Z15とZ24は、式(3)からのフーリエ調波F1
(x)の係数Z8、Z15とZ24と同様の方法で式(4)から決定す
ることができる。一例として、図27は、NAの6つの異な
る値に対しイメージフィールドの所定の位置での2つの
コマ項F1(x)とF1(y)に対する測定値を示す。このコマに
属しかつmλで表されるゼルニケ係数は、 Z7 = 19、Z14 =-10、Z23 =-20、Z8 = 17、Z15 = 13およ
びZ24 =-23 である。第二フーリエ調波F2(H/V)により表されるH/V非
点収差に対しては、この調波とゼルニケ係数の関係は、

【００９５】F2(H/V) = a..Z5 + b.Z12 + c.Z21 となる。そして、第二フーリエ調波F2(H/V)により表さ
れる45°非点収差に対して、この関係は、

【００９６】F2(45) = a.Z6 + b.Z13 + c.Z22 となる。フーリエ調波に対するそれらの貢献は無視でき
ると考えられるので、F2に対するゼルニケ係数Z32とF2
(45)に対するZ33とは省略された。重み係数a、bとcは、
NA、σとφに依存し、かつコマに対するファクタα、β
とγと同様の方法でシミュレーションプロセスにより決
定することができる。結像パラメータ（例えば、結像シ
ステムのNA）に対する少なくとも3つの異なる値を選択
し、かつこれらの値に対するF2とF2(45)を測定すること
により、非点収差のゼルニケ係数Z5、Z12、Z21とZ6、Z1
3とZ22を、コマのゼルニケ係数と同様に決定することが
できる。

【００９７】コマと非点収差のゼルニケ係数に対して記
載されているのと同じ方法で、x-3点式収差F3(x)に対す
るゼルニケ係数Z10、Z19、Z30とy-3点式収差F3(y)に対
するZ11、Z20、Z31を、式によって決定することができ
る:

【００９８】F3(x) = e.Z10 + f.Z19 + g.Z30

【００９９】F3(y) = e.Z1l + f.Z20 + g.Z31 ここで、重み係数e、fとgは、コマに対するファクタ
α、βとγおよび非点収差に対するファクタa、bとcと
の同様に、NAおよび／またはσまたはφに依存する。

【０１００】例えば、式(3)と(4)のようなフーリエ調波
に対する線形式と、重み係数を得るツールとしてのシミ
ュレーションプログラムとにより個別ゼルニケ係数を決
定する代わりに、シミュレーションプログラムに、リン
グ形状のイメージから開始して、ゼルニケ係数に対する
多数の値を供給し、かつゼルニケ係数の異なる値からプ
ロファイルを計算することも、また、可能である。これ
らのプロファイルは、プロファイルが記載されているデ
ータ形態またはグラフィック表示の何れかのルックアッ
プテーブルに格納することができる。このルックアップ
テーブルは、観測されたリング形状のイメージを格納し
かつ処理する、走査装置に結合された、イメージプロセ
ッサ内に配置することができる。この時、結像システム
の収差の検出中に観測されたリング形状のイメージを、
どの参照イメージが、実際に観測されたイメージに最も
合うかを決定するために、ルックアップテーブルの参照
イメージと比較することができる。最も適合する参照イ
メージのゼルニケ係数は、既知であるので、観測された
イメージのゼルニケ係数は、知られている。

【０１０１】円形の位相構造は、マスク表面領域の非常
に小さい部分しかカバーしない。完全に透明なテストマ
スクが使用されると、位相構造の領域の外側のマスクを
通過すろ放射は、干渉放射の効果を有し、かつ位相構造
のイメージの品質を減らすかもしれない。これを防ぐた
めには、円形の位相構造（以下では、図形と呼ばれる）
と、それのまわりの相対的に小さい領域（以下では、図
形領域と呼ばれる）のみを、透明とし、マスクの残部
（以下では、外側の領域と呼ばれる）を、例えば、それ
をクロムでおおうことにより、不透明体にしたテストマ
スクを使用するのが好ましい。図28は、円形の位相構造
またはここでも参照番号22により示される領域を有する
テストマスクTMの一部分を示す。円22のまわりの透明な
図形領域は、参照番号80により示されている。この領域
は、透明なマスク材料（図3bにおける20）から成る。図
形領域の外側では、マスクはクロム層82によりおおわれ
ている。

【０１０２】走査型電子顕微鏡または他の走査検出デバ
イスが、図形22の小さいイメージを容易に見いだすこと
ができるためには、認識マーク84は、図形26に示される
ように、テストマスク内と、各位相パターンの外側の領
域に設けられる。図示の具体例におけるクロム層におけ
るF-形状の開口により形成されるこのマークは、それ
が、Y方向に延在する細部とX方向に延在する細部とを有
すると仮定すると、任意のマークとすることができる。
図形26により示されているように、X方向に延在するス
トリップと認識マークのY方向に延在するストリップ
は、図形22よりかなり大きいので、このマークはより容
易に認識可能であり、かつ検出デバイスのナビゲーショ
ンに適切である。このマークが観測されるとすぐに、検
出デバイスは、テストマスクの外側の領域82に対応する
基板の領域内で、図形領域80のイメージに向けられ、か
つこの領域の範囲に位置する図形22のイメージを探索す
ることを開始することができる。X方向における不透明
なクロムが被覆されたストリップ86とY方向におけるス
トリップ88は、図形領域80に対応する基板の領域の範囲
内での検出デバイスのナビゲーションを単純化するため
に、図形領域80の範囲内に存在させることができる。

【０１０３】参照番号90により示されているように、さ
らなる情報を、テストマスクの各外側の領域82に設ける
ことができる。この例の場合、この情報は、関連する領
域82に対して選ばれた結像リングの径（図4におけるd）
に関する。この情報は、また、例えば、位置情報とし、
そして、テストマスクの関連する図形領域80のXとY座標
を示すことも出来る。この方法を実行するのに有用とな
る別の情報を、認識マーク84に設けることもできる。

【０１０４】マーク84と90は相対的に大きい細部を有す
るので、例え、結像環境が理想的でない場合（例えば、
使用される照度の量が最適でない場合）であっても、走
査検出デバイスがそれらを合理的に認識できる程度に、
これらの細部は常に結像されるであろう。例えば、使用
される照度の量が少なすぎる場合、位相図形22のイメー
ジの品質は、この方法をもはや十分に使用することがで
きない程度に、減少するであろう。マーク84および／ま
たは90を観測することにより、貧弱な画質の原因を確か
めることができるので、位相パターンの有用なイメージ
をまだ得ることが可能でかつこの方法をまだ使用するこ
とが可能であるように、この環境を、それに適合化させ
ることが出来る。

【０１０５】ここまでは、位相図形22は、板またはテス
トマスク20の残部より高いかより低い位置の領域により
形成されているものと仮定されていた。しかしながら、
位相図を、板の残部とは屈折率が異なる領域により構成
しても良い。このような領域は、板を通過するビームに
位相ジャンプも導入する。反射型製造マスクが、リソグ
ラフィック装置に使用され、そしてこの新規な方法が、
反射型テストマスクにより実行される場合、図形22と図
形領域80は、この図形22が屈折率がずれた位相構造とし
て活性化されるようにマスクテストに対し透明でなけれ
ばならないであろう。図形22と図形領域80の位置でテス
トマスクを通過した結像ビームを反射させるために、テ
ストマスクには、関連する位置に反射手段を設けること
ができる。

【０１０６】ここまでは、リソグラフィック装置の投影
レンズシステムについての測定のみが記載された。しか
しながら、このような装置に対する投影システムは、ミ
ラー投影システムであっても良い。EUV放射を投影放射
として使用する場合、このような投影システムを使用し
なければならない。EUV（極紫外線）放射は、数nm〜数
十nmの範囲の波長を意味するものと理解すべきである。
この放射は、軟X線放射とも呼ばれる。EUV放射の使用
は、0.1μm以下のオーダの極めて小さい細部を十分に結
像させることができると言う多大の利点を提供する。換
言すれば、EUV放射が使用される結像システムは、シス
テムのNAを極めて大きくする必要なしに非常に高い解像
度を有するので、システムの焦点深度も、合理的に大き
い値を有する。十分に透明でかつレンズの製造に適する
適切な材料はEUV放射に対しては存在しないので、従来
の投影レンズシステムに代えてミラー投影システムが、
基板にマスクパターンを結像させるために使用されなけ
ればならない。このようなミラー投影システムの様々な
実施例（3〜6個のミラーを有する）が知られている。ミ
ラーの数が増大するにつれ、イメージの品質は向上する
が、反射損により、基板上の放射線量は減少する。6個
のミラーを有するミラー投影システムは、例えば、EPA
0 779 528に記載されている。

【０１０７】図29は、0.20のオーダのNA (イメージ側
で)、0.25の拡大倍率M、1.5mmの幅を有する円形のセグ
メント形状のイメージフィールド、および相対的に大き
い自由作動距離fwdを有するステップ・アンド・スキャ
ニング・リソグラフィック投影装置に対する6つのミラ
ーを有する他の型のミラー投影システムの一実施例を示
す。この装置は、EUV放射線源と、その断面が円形セグ
メントの形状を有する投影ビームPBを形成する光学シス
テムを収容する、線図的に示されている照射ユニット60
を有する。図示されるように、照射ユニットは、基板テ
ーブルWTと投影システムの結像セクション69、70の近く
に配置することができるので、投影ビームPBは、これら
の要素に沿って近接して投影カラムに入ることが出来
る。結像されるマスクMA'（この例では反射性マスク）
は、マスクを走査方向62とその走査方向と垂直方向に移
動させることができる手段により、マスクテーブルMTの
一部分を形成するマスクホールダMH内に、マスクパター
ンの全ての領域を、投影ビームPBにより形成される照射
スポットの下に配置させることが出来るように、配置さ
れる。マスクホールダとマスクテーブルは、線図的にの
み示されていて、かつ種々の方法で実施させることがで
きる。基板Wは、基板テーブルwtにより支持される基板
ホールダWH内に配置される。このテーブルは、基板を、
走査方向（X方向）のみならず、それに垂直のY方向にも
移動させることができる。この実施例の場合、マスクと
基板は、走査の間、同じ方向に移動する。基板テーブル
は、ブロック64により支持されている。

【０１０８】反射性マスクMAにより反射された投影ビー
ムは、凹形の第一ミラー65に入射する。このミラーは、
ビームを集束性ビームとして、わずかに凹形である第二
ミラー66に反射させる。ミラー66は、ビームをより大き
く集束するビームとして、第三ミラー67に反射させる。
このミラーは、凸面で、かつビームをわずかに発散する
ビームとして、第四ミラー68に反射させる。このミラー
は、凹形で、かつビームを集束性ビームとして、凸面で
ある第五ミラー69に反射させ、かつビームを発散ビーム
として第六のミラー70に反射させる。このミラーは、凹
形で、かつ基板Wに設けられているフォトレジスト層PR
にフォーカスする。ミラー65、66、67と68は、協働して
マスクの中間イメージを形成し、ミラー69と70は、フォ
トレジスト層PRに中間イメージの所望のテレセントリッ
ク(telecentric)イメージを生成する。

【０１０９】上述したミラー投影システムと他の投影シ
ステムが、前述の収差（球面収差、コマ収差、非点収
差、三点収差、そして他の収差）を有することもでき、
そしてこれらの収差は、本発明の方法によって正確にか
つ高い信頼で測定することができる。EUVリソグラフィ
の場合、反射性マスクの方が透過性マスクより技術的に
優れているので、とりわけ、反射性マスクを使用するこ
とが好ましい。反射性テストマスクまたは製造マスクに
おけるこの新規な方法に必要とされるテストパターン
は、周囲の媒体が空気の場合、4分の1波長に等しい深さ
を有していなければならない。これは、EUVリソグラフ
ィにおいて良く使用される13nmの波長に対して、非常に
浅い3.25nmの深さが必要であることを意味する。その場
合、位相構造を有する図形22を、この板の残部とは異な
る屈折率を有する板またはテストマスク20における領域
から構成することもできる。

【０１１０】上述した具体例から明らかなように、収差
は、測定されたリソグラフィック投影システムに対して
相対的に小さい。したがって、実際には、より高いオー
ダの収差を測定することは不必要である。しかしなが
ら、図13、17と21のフーリエグラフから明らかなよう
に、この新規な方法は、これらのより高いオーダの収差
を測定することにも適している。

【０１１１】本発明が、リソグラフィック投影装置に対
する投影レンズシステムまたはミラー投影システムの測
定を参照して記載されたと言う事実は、その応用が、そ
れに限定されることを意味するものではない。本発明
は、結像システムの収差を、相互に独立にかつ高い精度
と信頼性をもって測定しなければならない全ての場合
に、使用することができる。このような結像システムの
具体例は、宇宙望遠鏡である。しかしながら、リソグラ
フィック投影装置においてこの新規な方法を使用すると
きに、この装置自体が、基板にパターンを結像させ、そ
してこの装置の結像およびサーボシステムを、この新規
な方法を実行するために使用することができると言う事
実が、適切に使用される。さらに、前述した余分のダイ
アフラムのような、この方法を実行するために要求され
る可能な手段を、この装置内に容易に配置することがで
きる。

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実行することができるフォトリ
ソグラフィック投影装置の一実施例を線図的に示す。

【図２】本発明の方法を実行するシステムのブロック図
である。

【図３】図3aは、凹部の形態の単一図形を備えたテスト
オブジェクトの下面図で、図3bは、このテストオブジェ
クトの断面図である。

【図４】当該凹部の形成される環状イメージを示す。

【図５】イメージ形成の理論を示す。

【図６】収差のない環状イメージを示す。

【図７】コマのある環状イメージを示す。

【図８】非点収差のある環状イメージを示す。

【図９】三点収差のある環状イメージを示す。

【図１０】様々な焦点セッティングに対する球面収差に
よる環状イメージのリング幅の変化を示す。

【図１１】この変化をグラフで示す。

【図１２】最良のフォーカス条件の下で得られた環状イ
メージを示す。

【図１３】このイメージに関連する様々なフーリエ項を
示す。

【図１４】投影システムのイメージフィールドについて
の球面収差の変化を示す。

【図１５】イメージフィールドの様々な位置で形成され
るコマのある環状イメージを示す。

【図１６】イメージフィールドのある角度で形成される
このようなイメージを、拡大して示す。

【図１７】このイメージに関連する様々なフーリエ項を
示す。

【図１８】イメージフィールドの21個の位置で測定され
るコマのチャートを示す。

【図１９】イメージフィールドの異なった位置で形成さ
れる非点収差のある環状イメージを示す。

【図２０】イメージフィールドのある角度で形成される
このようなイメージを拡大して示す。

【図２１】このイメージに関連する異なったフーリエ項
を示す。

【図２２】イメージフィールドの21個の位置で測定され
る非点収差のチャートを示す。

【図２３】投影システムのイメージフィールドについて
の三点収差の変化を示す。

【図２４】イメージフィールドについて測定されたコマ
に対する球面収差と非点収差の影響を示す。

【図２５】イメージフィールドについて測定された収差
に対する球面収差とコマの影響を示す。

【図２６】結像システムのNAの異なった値に対する、x-
コマ収差への異なったゼルニケ係数の貢献を示す。

【図２７】結像システムのNAを変化させることによるx
とyコマ収差の変化の一例を示す。

【図２８】検出マークと別のマークを有するテストマス
クの実施例の小さい一部を示す。

【図２９】ミラー投影システムを有するリソグラフィッ
ク投影装置の一実施例を示す。

【符号の説明】

20 テストマスク 22 位相パターン 29 第二調波 C マスクパターン M_1,M₂ 位置合せマーク PL 投影レンズシステム MA マスク MT マスクテーブル LA 放射線源 LS レンズシステム RE 反射板 CO 集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１, 5621 ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (71)出願人 501484541 エーエスエムエルネザーランズビーヴィオランダ国 5503 エルエーフェルトホーヴェンデラン 1110 (72)発明者ディルクセンペータオランダ国 5656 アーアーアインドーフェンプロフホルストラーン６ (72)発明者ジュファーマンスカスパラスエーエッチオランダ国 5656 アーアーアインドーフェンプロフホルストラーン６Ｆターム(参考） 2G086 HH06 5F046 AA25 BA03 BA05 CB17 DA13 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学結像システムの収差を検出する方法で
あって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクト
を配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設け
るステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジ
ェクトを結像させるステップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、 - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度
を有する走査検出デバイスによって前記現像されたイメ
ージを検出するステップ - 前記一つの図形前記像の形状変化の少なくとも一つの
異なる型を確認するために、前記観測された像にフーリ
エ解析を行うステップであって、形状変化の各型が、各項で重み係数が先行するある数の
ゼルニケ多項式の組合せであるフーリエ調波によって表
される収差の所定の種類を示し、前記ゼルニケ係数の前記測定が、 - 前記照射パラメータのうちの少なくとも1つを、決定
されるべきゼルニケ多項式の数に少なくとも等しい、異
なる値の数に逐次設定するステップ、 - 当該異なる値の各々に対し同じフーリエ調波を測定す
るステップ、そして - 前記当該フーリエ調波に対して前記測定された値から
そして以前に実行されたシミュレーションプログラムに
よって得られた格納された重み係数によって前記ゼルニ
ケ係数を計算するステップによって実行される、ステッ
プ、を有する光学結像システムの収差を検出する方法。
【請求項２】光学結像システムの収差を検出する方法で
あって、 - 前記システムのオブジェクト面にテストオブジェクト
を配置するステップ、 - 前記システムのイメージ面にフォトレジスト層を設け
るステップ、 - 前記システムと結像ビームによって前記テストオブジ
ェクトを結像させるステップ、 - 前記フォトレジスト層を現像させるステップ、 - 前記結像システムの解像度よりもかなり大きい解像度
を有する走査検出デバイスによって前記現像されたイメ
ージを検出するステップ - 前記一つの図形前記像の形状変化の少なくとも一つの
異なる型を確認するために、前記観測された像にフーリ
エ解析を行うステップであって、形状変化の各型が、各々がゼルニケ係数の組合せからな
るフーリエ調波によって表される収差の所定の種類を示
すステップ、および - 参照像のどれが、前記観測された像に最も適合してい
るかを決定するために、前記観測された像を、以前に実
行されたシミュレーションプログラムによって得られて
いたルックアップテーブル内のそれらのゼルニケ係数に
ついてのデータと共に格納されている多くの参照像と比
較することにより観測された像の前記ゼルニケ係数を決
定するステップ、を有する光学結像システムの収差を検
出する方法。
【請求項３】走査型電子顕微鏡が、走査検出デバイスと
して使用されることを特徴とする請求項1または2に記載
の方法。
【請求項４】すべての単一図形が、板の残部とは異なる
高さに位置する前記板内の領域により構成されているこ
とを特徴とする請求項1、2または3に記載の方法。
【請求項５】前記単一図形の前記領域と前記板の前記残
部間の前記高さの差が、180°の位相差が前記結像ビー
ムに導入されるように決められていることを特徴とす
る、請求項4に記載の方法。
【請求項６】前記領域の前記径が、λ/(NA.M)に比例し
ている（ここで、λは、前記結像ビームの前記波長、NA
は、前記イメージ側での前記結像システムの前記開口
数、そして、Mは、前記結像システムの前記拡大倍率で
ある）ことを特徴とする請求項4または5に記載の方法。
【請求項７】製造マスクに存在するマスクパターンを、
フォトレジスト層が設けられるている製造基板に投影す
ることを目的とするリソグラフィック投影装置における
投影システムの収差を検出する請求項1、2、3、4、5ま
たは6に記載の方法において、位相構造を有する単一図形を少なくとも有するマスク
が、前記投影装置内の前記製造マスクの前記位置に配置
されていて、かつサポートを有するフォトレジスト層
が、製造基板の前記位置に設けられていることを特徴と
する方法。
【請求項８】位相構造を有する単一領域を少なくとも有
する空のテストマスクが、使用されることを特徴とする
請求項7に記載の方法。
【請求項９】- 結像システムが一部を形成する装置; - 位相構造を有する少なくとも一つの図形を有するテス
トオブジェクト; - 前記テストオブジェクトが結像されるフォトレジスト
層; - 前記フォトレジスト層内に形成されかつ現像される少
なくとも一つのテストオブジェクトイメージを走査する
走査検出デバイス、そして - 前記観測されたイメージを格納しかつ分析する、前記
走査検出デバイスに結合されているイメージプロセッ
サ、の組合せにより構成される、前記請求項の何れかに
記載の前記方法を実行するシステムにおいて、前記イメージプロセッサが、前記一つの図形の前記形成
されたイメージの形状変化の異なる型の少なくとも一つ
を検出する評価手段を有することを特徴とするシステ
ム。
【請求項１０】マスクに存在するマスクパターンを基板
に結像させるリソグラフィック投影装置であって、投影
ビームを供給する照射ユニット、前記マスクを収容する
マスクホールダ、前記基板を収容する基板ホールダ、そ
して前記マスクホールダと前記基板ホールダ間に配置さ
れる投影システムを有し、請求項1-8の何れかに記載の
前記方法を実行するのに適した装置において、前記方法の前記インプリメンテーションにおいて、前記
投影ビームが結像ビームとして使用され、そして前記照
射ユニットが、前記マスクパターンの前記基板への投影
の間、前記方法のための前記投影ビーム断面の前記径
を、前記投影ビーム断面の前記径より小さい値に減らす
手段を有することを特徴とするリソグラッフィック投影
装置。