(57)【要約】例えば、リソグラフ投映装置における照明系の性能は、少なくとも１つのフレネルゾーンレンズ（３０）と、関連する基準マーク、好ましくはリング（４０）とを具えているテスト物体（５５）によって正確に、且つ確実に測定することができる。これらフレネルゾーンレンズ及び基準マークを重畳結像させ、且つその複合像（５６）を検出して評価することにより、照明系のテレセントリックエラー及び収差を測定することができる。
2006512760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源を具え、且つ結像装置に用いられる照明系の性能を測定する方法であって、
少なくとも１個のフレネルゾーンレンズを具えているテスト物体を用立てるステップと；
前記テスト物体を前記結像装置の物体平面内に配置するステップと；
前記照明系により供給される照明ビームと前記結像装置の結像系とによって、フレネルゾーンレンズを具えているテスト物体のエリアを像平面内に結像させて、局部有効放射源を像平面内に結像させる結像ステップと；
前記局部有効放射源の像を検出デバイス及び関連する処理手段によって評価して、照明系の性能を決定する評価ステップと；
を具えている照明系の性能測定方法において、
テスト物体を用立てる前記ステップが、各フレネルゾーンレンズに対する基準マークを有しているテスト物体を用立てることを含み、且つ前記結像ステップが、フレネルゾーンレンズのエリア及び対応する基準マークのエリアを前記検出デバイスの視野内に結像させることを含むことを特徴とする照明系の性能測定方法。
【請求項２】
前記フレネルゾーンレンズのエリア及び対応する基準マークのエリアが、重畳されるように結像されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基準マークを環状マークとすることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記テスト物体をフレネルゾーンレンズの焦点距離に等しい距離にわたって焦点を外して結像させ、且つ基準マークを最良のフォーカス条件で結像させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記フレネルゾーンレンズを結像させるのに、基準マークを結像するのに用いられる照明線量よりも十分に高い照明線量を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを有するテスト物体を使用する請求項１〜５のいずれか一項記載の方法において、各フレネルゾーンレンズからの放射を前記結像系の瞳を経て異なる角度に方向付ける手段を講じることを特徴とする照明系の性能測定方法。
【請求項７】
前記照明系を測定する前に、結像系を拡散放射によって照らすと共に、該結像系の像平面における放射分布を測定して照明系の透過エラーを検出し、且つ照明系の測定結果を前記透過エラーに対して補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記テスト物体の像を評価するステップが：
レジスト層に放射源を結像させ、且つ該レジスト層を現像するサブステップと；
結像系よりも大きい高い解像度を有する検出デバイスによって前記現像したレジスト構体を走査するサブステップと；
検出デバイスによって供給されるデータを分析して、放射源の像内に存在し得る種々の収差のタイプ及び量を決定するサブステップと；
を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
前記テスト物体の像を評価するステップが：
放射感応検出器上に空間像を形成するサブステップと；
前記空間像を走査するサブステップと；
放射感応検出器によって供給されるデータを分析して、放射源の像内に存在し得る種々の収差のタイプ及び量を決定するサブステップと；
を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
空間像を形成する前記サブステップが、別々の検出器のエリア上に空間像を同時に形成するステップを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
リソグラフ投映装置における照明系の性能を測定する、請求項１〜１０のいずれか一項記載の方法において、
テスト物体を用立てる前記ステップが、少なくとも１つのテスト物体を具えるマスクを用立てるステップを含み、且つ
テスト物体を物体平面内に配置するステップが、投映装置のマスクホルダーに前記マスクを配置するステップを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
テストマスクの一部を成すテスト物体を使用することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
生産マスクの一部を成すテスト物体を使用することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法を実施するためのシステムにおいて、当該システムが：
前記照明系が一部を成す装置と；
少なくとも１つのフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを有するテスト物体と；
フレネルゾーンレンズによって形成される局部有効放射源の像及び基準マークの像の強度特性を検出する検出手段と；
前記検出手段に結合され、観察像を格納すると共に分析し、且つ観察像についての情報を処理して、照明系が呈する種々の種類の収差を求める分析手段を具えているイメージプロセッサと；
の組み合わせを具えていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記検出手段が、少なくとも１つのフレネルゾーンレンズによって形成される局部有効放射源の像及び関連する基準マークの像を受けるレジスト層と、前記レジスト層に形成され、且つ現像した前記像を走査する走査検出デバイスとを具えていることを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記走査検出デバイスを走査電子顕微鏡としたことを特徴とする請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出手段が、フレネルゾーンレンズによって形成される局部有効放射源の空間像及び基準マークの空間像を受け取る放射感応検出器を具えていることを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
前記検出器を走査点検出器としたことを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記テスト物体が多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを具え、前記検出器は、放射感応部材と、前記テスト物体におけるフレネルゾーンレンズの数に相当する多数の透明の点状エリアとを具えている走査式に構成される検出器であることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記放射感応部材は全透明エリアをカバーする単一素子であることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記放射感応部材は、前記透明エリアの数に対応する多数のサブ部材から成ることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２２】
前記対応するサブ部材の中心に対する前記透明エリアの位置が、様々な透明エリア/サブ部材の対に対して異なることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
請求項１記載の方法に使用する測定デバイスにおいて、当該測定デバイスが生産基板の形状及び寸法を有し、且つ電子信号処理手段と、電源手段と、インタフェース手段と、フレネルゾーンレンズによって形成される放射源空間像及び関連する基準マークの空間像の強度特性を検出する少なくとも１つの検出器とを具えていることを特徴とする測定デバイス。
【請求項２４】
前記検出器を走査点検出器としたことを特徴とする請求項２３記載の測定デバイス。
【請求項２５】
前記検出器を、放射感応部材及び多数の透明の点状エリアを具えている複合検出器としたことを特徴とする請求項２３記載の測定デバイス。
【請求項２６】
前記放射感応部材を、全透明エリアを覆う単一素子としたことを特徴とする請求項２５記載の測定デバイス。
【請求項２７】
前記放射感応部材を前記透明エリアの数に対応する多数のサブ部材で構成したことを特徴とする請求項２５記載の測定デバイス。
【請求項２８】
前記対応するサブ部材の中心に対する透明エリアの位置が、様々な透明エリア/サブ部材の対に対して異なるようにしたことを特徴とする請求項２５記載の測定デバイス。
【請求項２９】
請求項１記載の方法に使用するテスト物体において、当該テスト物体が少なくとも１つのフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを具えていることを特徴とするテスト物体。
【請求項３０】
前記基準マークを環状のマークとしたことを特徴とする請求項２９記載のテスト物体。
【請求項３１】
前記テスト物体をテストマスクとして使用することを特徴とする請求項２９又は３０記載のテスト物体。
【請求項３２】
前記テスト物体が生産マスクの一部を形成することを特徴とする請求項２９又は３０記載のテスト物体。
【請求項３３】
前記テスト物体が振幅構体を有することを特徴とする請求項２９〜３２のいずれか一項記載のテスト物体。
【請求項３４】
前記テスト物体が位相構体を有することを特徴とする請求項２９〜３２のいずれか一項記載のテスト物体。
【請求項３５】
前記テスト物体が透過物体であることを特徴とする請求項２９〜３４のいずれか一項記載のテスト物体。
【請求項３６】
前記テスト物体が反射性の物体であることを特徴とする請求項２９〜３４のいずれか一項記載のテスト物体。
【請求項３７】
デバイス基板の少なくとも１つの基板層にデバイス特徴部を具えているデバイスの製造方法であって、以下の順次のステップ：
前記基板層に設定すべきデバイス特徴部に相当する特徴部を具えている生産マスクパターンを用立てるステップと；
制御される照明系によって前記生産マスクパターンを照らすステップと；
投映系によって、前記生産マスクパターンを基板上に被着したレジスト層に結像させ、且つ該レジスト層を現像して、前記生産マスクパターンに対応するパターン化被膜を形成するステップと；
前記パターン化被膜のパターンによって描写される、前記基板層のエリアから基板材料を除去するか、該エリアに材料を追加するステップと；
の少なくとも一組を含み、前記照明系の制御が、該照明系の収差検出及び該検出結果に基づいて当該照明系をリセットすることを含む、デバイス製造方法において、前記照明系の収差検出を請求項１〜１３のいずれか一項記載の方法によって行なうことを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項３８】
マスク内に存在する生産マスクパターンを基板上に結像するリソグラフ投映装置であって、投映ビームを供給する制御照明系と、マスクに適合するマスクホルダーと、基板に適合する基板ホルダーと、マスクホルダーと基板ホルダーとの間に配置した投映系とを具え、前記照明系の制御が、当該照明系の収差検出と、該検出結果に基づいて当該照明系をリセットすることを含むようにしたリソグラフ投映装置において、前記照明系の収差検出を請求項１〜１３のいずれか一項記載の方法によって行なうようにしたことを特徴とするリソグラフ投映装置。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法及び/又は請求項３８に記載の装置によって製造されるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射源を具え、且つ結像装置に用いられる照明系の性能を測定する方法であって、
少なくとも１個のフレネルゾーンレンズを具えているテスト物体を用立てるステップと；
前記テスト物体を前記結像装置の物体平面内に配置するステップと；
前記照明系により供給される照明ビームと前記結像装置の結像系とによって、フレネルゾーンレンズを具えているテスト物体のエリアを像平面内に結像させて、局部有効放射源を像平面内に結像させる結像ステップと；
前記局部有効放射源の像を検出デバイス及び関連する処理手段によって評価して、照明系の性能を決定する評価ステップと；
を具えている照明系の性能測定方法に関する。
【０００２】
本発明は、前記方法に使用するテスト物体、前記測定方法を含む、デバイスの製造方法及びこの製造方法によって製造されるデバイスにも関する。
【０００３】
局部有効放射源とは、照明系がテスト物体の平面内に形成する光波、従って放射の分布を意味するものと理解される。
【背景技術】
【０００４】
米国特許第６，０４８，６５１号の発明は、集積回路のリソグラフィに用いられる精密な像投映装置の照明系をテストする方法に関するものである。光学結像系は、屈折素子、反射素子又はこれら素子の組み合わせで構成することができる。多数のレンズ又はミラーを有する投映系形態の光学結像系は、ウェーハステッパー又はウェーハステップ兼スキャナーとして既知のフォトリソグラフ投映装置に用いられる。このような装置に対する投映系は、レンズ系又はミラー系、或いはレンズとミラーを具える系とすることができ、このような投映系を以後投映レンズと称する。リソグラフ投映装置は、特に集積回路、即ちＩＣを製造するのに用いられる。フォトリソグラフ投映装置では、生産用マスクに存在する生産用マスクパターンを、ＩＣエリア（領域）、ショットエリア又はダイとも称される、異なるエリア、即ち、基板又はウェーハの頂部におけるレジスト層に常に多数回結像させる。この結像は、投映（結像）系と、例えば３６５ｎｍのＵＶ範囲内の波長、又は例えば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの深いＵＶ範囲内の波長を有する投映ビームとによって行なわれる。
【０００５】
ＩＣを製造することの目的は、信号処理速度がかってないほどに速く、しかも電子部品の数をかってないほど多く具えるＩＣを供給することにある。これを実現するためには、ＩＣの表面積を大きくし、且つ電子部品の寸法を小さくすることが望まれる。投映装置にとってこのことは、像フィールドと当該装置の投映レンズの解像度との双方を増大させて、次第に小さくなる細部又はライン幅を次第に大きくなる像フィールドに良好に規定される方法で結像させることができるようにしなければならないことを意味している。これは、極めて厳しい品質要件を満足すると共に、コマ球面収差、コマ収差及び非点収差のような収差が無視できるほどに小さい投映レンズが必要になることを意味する。投映レンズの性能を測定する有効な方法及びシステムについては先に記述した。
【０００６】
より小さな細部を結像しようとするには、照明系の品質及び投映系に対するその整合がより一層重要となる。リソグラフ投映装置に用いられる照明系は、放射源と、この放射源によって供給される放射を照明ビームに集中させるレンズ又はミラーのコンデンサー系と、ビーム断面の放射分布を均一にするための所謂インテグレータとを具えている。現在のリソグラフ投映装置は所謂ケーラー照明(
Kohler illumination)を用いており、即ち、放射源を投映レンズの瞳面に結像させる。照明系は放射源の平面波をマスクパターンの平面に分布させ、この分布が局部有効放射源と称されている。照明系の収差は前記分布を変化させ、従ってマスクパターンの平面を横切る、従って投映レンズのフィールドを横切る局部有効放射源の形状を変化させる。
【０００７】
照明系を試験するために、前記米国特許第６，０４８，６５１号のものは、ＩＣパターンの代わりに、この特許でフレネルゾーンターゲット（ＦＺＴ）と称しているフレネルレンズ構体を設けたフォトマスクを用いている。このフォトマスクを、試験すべき照明系によって照らして、投映レンズによって像平面内に結像させ、且つこの像平面における瞳孔線図（pupil diagram）と称される放射分布を評価して照明系の調整を決定する。放射分布を評価するために、像平面にはレジスト被着ウェーハ、感光性フィルム又は電子イメージ-センサーを配置することができる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、前記米国特許第６，０４８，６５１号の方法よりも性能がよく、即ち、より多くの照明系パラメータを測定できる、冒頭にて述べたような方法を提供することにある。この方法は、テスト物体を用立てるステップが、各フレネルゾーンレンズに対する基準マークを有しているテスト物体を用立てることを含み、且つ結像ステップが、フレネルゾーンレンズのエリア及び対応する基準マークのエリアを検出デバイスの視野内に結像させることを含むことを特徴とする。
【０００９】
検出デバイスの視野内に結像させると云うことは、フレネルゾーンレンズ及び基準マークが互いに接近して結像されて、これらの像を１つの像として評価できる１つの複合像として検出デバイスによって見ることができると云うことを意味すると理解される。
【００１０】
フレネルゾーンレンズに属し、このレンズに対して良好に規定された位置を有する基準マークを、像平面における良好に規定された位置に結像させることによって、フレネルゾーンレンズの像の位置を簡単に求めることができる。基準マークの像の中心は二次元座標系の原点として用いることができ、また、局部有効放射源の像の寸法は、斯かる座標系の原点と軸とによって求めることができる。
【００１１】
フレネルゾーンレンズ及び基準マークは互いに隣接して結像させることができる。しかしながら、本発明による方法の好適例は、フレネルゾーンレンズのエリア及び対応する基準マークのエリアが、重畳されるように結像されることを特徴とする。
【００１２】
これにより、局部有効放射源の像の位置を基準マークの位置まで“並進”させる必要がないため、より正確且つ高速の測定ができる。局部有効放射源とマークを重畳結像させることによってテレセントリックエラーを測定することができる。テレセントリックエラーとは、投映レンズの瞳に形成される放射源像の中心と瞳の中心との間のずれを意味するものと理解される。テレセントリックエラーは、フォーカスの変動で変化する像歪みをまねくと共に、マスクパターンを基板又はウェーハに対して整列させることのできる精度に悪影響を及ぼすことになる。
【００１３】
基準マークは、互いに９０°の角度で配列される短いラインによって形成し、これは個別のラインとするか、又は一緒になって方形を成すラインとすることができる。基準マークは、その中心をはっきり識別できれば任意の形態のものとすることができる。
【００１４】
本発明による方法の好適例は、基準マークを環状のマークとすることを特徴とする。
【００１５】
このようにすれば、円形となる局部有効放射源の像の形状を環状基準マークの像の丸い輪郭線（以後、基準リングと称する）と比較することができる。このようにして、照明系の種々タイプの収差を求めることができる。
【００１６】
本発明による方法の好適例は、テスト物体をフレネルゾーンレンズの焦点距離に等しい距離にわたって焦点を外して結像させ、且つ基準マークを最良のフォーカス条件で結像させることを特徴とする。
【００１７】
このようにして、局部有効放射源のシャープな像を投映系の像平面内に形成する。
【００１８】
本発明による方法の好適例は、フレネルゾーンレンズを結像させるのに、基準マークを結像するのに用いられる照明線量よりも遥かに高い照明線量を用いることを特徴とする。
【００１９】
このようにして、照明源の像も十分に明るくして、この像を確実に検出することができる。
【００２０】
局部有効放射源を結像させるのに結像系を用いると、この結像系にて起こり得る透過エラーが照明系の測定結果に悪影響を及ぼすことになる。このような透過エラーの影響をなくすか、又は十分に低減させるために、多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを有するテスト物体を使用する本発明による方法の好適例は、各フレネルゾーンレンズからの放射を結像系の瞳を経て異なる角度に方向付ける手段を講じることを特徴とする。
【００２１】
フレネルゾーンレンズからの多数のサブビームは、いずれも結像系の透過エラーをまねくエリアを通過し、これらのエラーの影響は複合像全体に広がり、従って除外されるようになる。
【００２２】
本発明による方法の他の好適例は、照明系を測定する前に、結像系を拡散放射によって照らすと共に、その像平面における放射分布を測定して照明系の透過エラーを検出し、且つ該照明系の測定結果を前記透過エラーに対して補正することを特徴とする。
【００２３】
テスト物体像の評価は、本発明による方法の２つの主たる好適例により行なうことができる。その第１好適例は、テスト物体の像を評価するステップが：
レジスト層に放射源を結像させ、且つ該レジスト層を現像するサブステップと；
結像系よりも大きい高めの解像度を有する検出デバイスによってレジスト構体を走査するサブステップと；
検出デバイスによって供給されるデータを分析して、放射源の像内に存在し得る種々の収差のタイプ及び量を決定するサブステップと；
を含むことを特徴とする。
【００２４】
高めの解像度とは、小さめの細部を検出できることを意味するものと理解される。
【００２５】
第２の主たる好適例は、テスト物体の像を評価するステップが：
空間像を放射感応検出器上に形成するサブステップと；
前記空間像を走査するサブステップと；
前記放射感応検出器によって供給されるデータを分析して、放射源の像内に存在し得る種々の収差のタイプ及び量を決定するサブステップと；
を含むことを特徴とする。
【００２６】
この例はさらに、空間像を形成する前記サブステップが別々の検出器エリア上に空間像を形成するステップを含むことを特徴とする。
【００２７】
このようにすれば、投映系のフィールドを横切る局部有効放射源の変動を測定することができる。
【００２８】
この新規な方法は特に、リソグラフ投映装置の照明系の性能を測定するのに好適である。この用途に対する本発明の好適例は、テスト物体を用立てるステップが、少なくとも１つのテスト物体を具えるマスクを用立てるステップを含み、且つ
前記テスト物体を物体平面内に配置するステップが、前記投映装置のマスクホルダーに前記マスクを配置するステップを含むことを特徴とする。
【００２９】
この方法の好適例は、テストマスクの一部を成すテスト物体を使用することを特徴とする。
【００３０】
テストマスク又はレチクルは、多数のフレネルゾーンレンズで構成し、これにより種々のタイプの測定を行なえるようにする。
【００３１】
他の好適例は、生産マスクの一部を成すテスト物体を使用することを特徴とする。
【００３２】
このようにすれば、特定のテストマスクを投映装置内に挿入したり、後にそれを取り外したりすることなく、迅速に測定することができる。
【００３３】
本発明は前記方法を実施するためのシステムにも関する。このシステムは：
照明系が一部を成す装置と；
少なくとも１つのフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを有するテスト物体と；
フレネルゾーンレンズによって形成される局部有効放射源の像及び基準リングの像の強度特性を検出する検出手段と；
前記検出手段に結合され、観察像を格納すると共に分析し、且つ観察像についての情報を処理して、照明系が呈する種々の種類の収差を決定する分析手段を具えているイメージプロセッサと；
の組み合わせを具えていることを特徴とする。
【００３４】
このシステムの第１好適例は、前記検出手段が、少なくとも１つのフレネルゾーンレンズによって形成される局部有効放射源の像及び関連する基準マークの像を受けるレジスト層と、前記レジスト層に形成され、且つ現像した前記像を走査する走査検出デバイスとを具えていることを特徴とする。
【００３５】
前記走査検出デバイスは走査電子顕微鏡とするのが好適である。
【００３６】
前記システムの第２好適例は、前記検出手段が、フレネルゾーンレンズによって形成される空間像及び基準マークの空間像を受け取る放射感応検出器を具えていることを特徴とする。
【００３７】
この好適例はさらに、前記検出器を走査点検出器としたことを特徴とする。
【００３８】
前記システムのさらに他の好適例は、テスト物体が多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準マークを具え、前記検出器は、放射感応部材と、前記テスト物体におけるフレネルゾーンレンズの数に相当する多数の透明の点状エリアとを具えている走査式の検出器であることを特徴とする。
【００３９】
この好適例はさらに、前記放射感応部材が全透明エリアをカバーする単一素子であることを特徴とする。
【００４０】
さらにこの好適例は、前記放射感応部材が、前記透明エリアの数に対応する多数のサブ部材から成ることを特徴とする。
【００４１】
この好適例はさらに、前記対応するサブ部材の中心に対する前記透明エリアの位置が、様々な透明エリア/サブ部材の対に対して異なることを特徴とする。
【００４２】
前記新規な方法は、測定デバイスが生産基板の形状及び寸法を有し、且つ電子信号処理手段と、電源手段と、インタフェース手段と、フレネルゾーンレンズによって形成される放射源空間像及び関連する基準マークの空間像の強度特性を検出する少なくとも１つの検出器とを具えていることを特徴とする測定デバイスとの組み合わせで使用するのが極めて好適である。
【００４３】
斯かる測定デバイスはセンサーウェーハと称することができ、これは通常のウェーハと同じようにリソグラフ投映装置を介して移送することができる。センサーウェーハの少なくとも１つの検出器は上述したような検出器構成とすることができる。
【００４４】
本発明は上述したような新規な方法に使用するテスト物体にも関するものである。このテスト物体は、少なくとも１つのフレネルゾーンレンズと、関連する基準マークとを具えていることを特徴とする。
【００４５】
テスト物体の第１好適例は、これをテストマスクとして使用することを特徴とする。
【００４６】
テスト物体の第２好適例は、それが生産マスクの一部を形成するようにしたことを特徴とする。
【００４７】
前記テスト物体はさらに、このテスト物体が振幅構体を有することを特徴とする。
さらに前記テスト物体は、このテスト物体が位相構体を有することを特徴とする。
前記テスト物体はさらに、これが透過物体であることを特徴とする。
さらに前記テスト物体は、これが反射性の物体であることを特徴とする。
【００４８】
本発明は、デバイス基板の少なくとも１つの基板層にデバイス特徴部を具えているデバイスの製造方法であって、以下の順次ステップの少なくとも一組、即ち、
前記基板層に作成すべきデバイス特徴部に相当する特徴部を具えている生産マスクパターンを用立てるステップと；
制御された照明系によって前記生産マスクパターンを照らすステップと；
投映系によって、前記生産マスクパターンを基板上に被着したレジスト層に結像させ、且つ該レジスト層を現像して、前記生産マスクパターンに対応するパターン化被膜を形成するステップと；
前記パターン化被膜のパターンによって描写される、前記基板層のエリアから材料を除去するか、該エリアに材料を追加するステップと；
の少なくとも一組を含み、前記照明系の制御が、該照明系の収差検出及び該検出結果に基づいて当該照明系をリセットすることを含む、デバイスの製造方法にも関するものである。
この方法は、前述したような測定方法によって検出を行なうことを特徴とする。
【００４９】
本発明は、マスク内に存在する生産マスクパターンを基板上に結像するリソグラフ投映装置であって、投映ビームを供給する制御照明系と、マスクに適合するマスクホルダーと、基板に適合する基板ホルダーと、マスクホルダーと基板ホルダーとの間に配置した投映系とを具え、前記照明系の制御が、当該照明系の収差検出と、該検出結果に基づいて当該照明系をリセットすることを含むようにしたリソグラフ投映装置にも関するものである。この装置は、前記照明系の収差検出を上述した測定方法によって行なうようにしたことを特徴とする。
【００５０】
上述したリソグラフ法及びリソグラフ装置に本発明の測定方法を用いることにより、より良く規定されたデバイスを得ることができるので、本発明は斯種のデバイスでも具体化される。
【００５１】
本発明のこれら及び他の要点を、以後記述する実施例を参照し、非制限的な例によって説明して明らかにする。
【００５２】
図１の概略図には、リソグラフ投映又は露光装置の実施例の最も重要なモジュールのみを示してある。この装置は投映コラムを具え、この投映コラムには投映系、例えば投映レンズ系ＰＬが収納されている。この投映系の上には、マスクＭＡを支えるマスクホルダーＭＨが配置されており、マスクＭＡは結像させるべきマスクパターンＣを具えている。このマスクパターンは、基板又はウェーハＷの層に設定すべき特徴部に相当する特徴部のパターンである。マスクホルダーはマスクテーブルＭＴの一部を形成する。投映コラム内には投映レンズ系の下方に基板テーブルＷＴが配置されている。基板テーブルには基板、例えば半導体ウェーハＷを保持する基板ホルダーＷＨが設けられている。基板上には放射感応層ＰＲ、例えばホトレジスト層が被着されている。マスクパターンＣは毎回別のＩＣエリア、即ちダイＷｄにおけるレジスト層に多数回結像させる必要がある。基板テーブルは、マスクパターンを或るＩＣエリアに結像させた後に、次のＩＣエリアをそのマスクパターン及び投映系の下方に位置させることができるように、Ｘ及びＹ方向に移動可能である。
【００５３】
投映装置はさらに照明系ＩＳも具えており、この照明系は放射源ＬＡ、例えば水銀ランプ又はクリプトン弗化物エキシマーレーザのようなエキシマーレーザと、レンズ系ＬＳと、反射器ＲＥと、集光レンズＣＯとを具えている。この照明系は、所謂インテグレータ、即ち放射源からのビームの強度分布が均一となるように、このビームの内側と外側の部分を混合する光学素子を具えることができる。照明系によって供給される照明又は露光ビームＰＢはマスクパターンＣを照らし、投映系ＰＬはこのパターンを基板Ｗ上のＩＣエリアに結像する。
【００５４】
投映装置にはさらに多数の測定系が設けられている。第１測定系は、マスクパターンＣに対する基板のＸＹ平面の位置合わせを決定するための整合測定システムである。第２測定系は、基板のＸ及びＹ位置と基板の方位とを測定する干渉計システムＩＦである。また、投映系のフォーカス又は像フィールドと基板上の放射感応層との間のずれを求めるためのフォーカス-エラー検出システム（図示せず）も存在する。これらの測定系はサーボシステムの一部であり、サーボシステムは電子信号処理兼制御回路及びアクチュエータを具えており、これらによって基板の位置及び方位とフォーカスを測定系から供給される信号により補正することができる。
【００５５】
整合検出（測定）システムはマスクＭＡにおける２つの整合マークＭ１とＭ２を用いる。これらのマークを図１の右上部に示してある。これらのマークは、例えば回折格子とするが、周囲のものとは光学的に異なる四角形か、又はストロークのような他のマークによって構成することもできる。整合マークは二次元、即ちこれらのマークが互いに垂直の２方向、図１でＸ及びＹの方向に延在するようにするのが好適である。基板Ｗは少なくとも２個の整合マークを具え、これらの整合マークの２つＰ１とＰ２を図１に示してある。これらのマークは、マスクパターンの像を形成しなければならない基板Ｗのエリアの外側に位置付けられる。好ましくは、格子マークＰ１及びＰ２を位相格子とし、且つ格子マークＭ１及びＭ２を振幅格子とする。整合検出システムは、マスクマークＭ２に対する基板マークＰ２の整合を検出するためと、マスクマークＭ１に対する基板マークＰ１の整合を検出するために２つの整合ビームｂとｂ’をそれぞれ用いる二重システムとすることができる。各整合ビームは、整合検出システムを横切った後に、放射感応検出器１３及び１３’上に入射する。これらの各検出器は当該ビームを電気信号に変換し、この電気信号は、基板がマスクマークに対して整列する度合い、従って基板がマスクに対して整列する度合いを示す。二重整合検出システムの詳細については米国特許第４，７７８，２７５に記載されている。
【００５６】
基板のＸ及びＹ位置を正確に決定するために、リソグラフ装置は図１にブロックＩＦにより概略的に示してある多軸干渉計システムを具えている。２軸干渉計システムについては米国特許第４，２５１，１６０号に、３軸干渉計システムは米国特許第４，７３７，８２３号に記載されている。欧州特許第４９８，４９９号には５軸干渉計システムが記載されており、これによるとＸ及びＹ軸に沿う双方の変位と、Ｚ軸の周りの回転と、Ｘ及びＹ軸の周りの傾斜を極めて正確に測定することができる。
【００５７】
図１に示すように、干渉計システムの出力信号Ｓｉ及び整合検出システムの信号Ｓ１３及びＳ１３’は信号処理回路ＳＰＵ、例えばマイクロコンピュータに供給され、この信号処理回路はこれらの信号をアクチュエータＡＣ用の制御信号ＳＡＣに処理する。このアクチュエータは基板テーブルＷＴを介して基板ホルダーＷＨをＸＹ平面内にて動かす。
【００５８】
上述したフォーカスエラー検出システムの出力信号は、例えば投映レンズ系及び基板を互いにＺ方向に動かしたり、又は投映レンズ系の１つ以上のレンズ素子をＺ方向に動かしたりすることにより、フォーカスエラーを補正するのに用いられる。投映レンズ系に固定させることができるフォーカスエラー検出システムは米国特許第４，３５６，３９２号に記載されている。フォーカスエラーと基板の局部的傾斜との双方を検出することができる検出システムは米国特許第５，１９１，２００号に記載されている。
【００５９】
デバイスの動作速度を増やしたり、及び/又はこのようなデバイスにおけるコンポーネントの数を増やしたりするために、デバイスの細部、デバイス特徴部の幅又はライン及び隣接するデバイス特徴部間の距離を減少させることの安定した需要がある。図１に一例を示してあるリソグラフ投映装置によって満足の行くように結像させることができる細部の小ささは、投映系の結像品質とその解像力とによって決定される。通常は、開口数ＮＡを増やしたり、及び/又は投映放射の波長を減少させたりすることによって解像力、即ち解像度を改善していた。開口数をさらに増やすことは実際には殆ど期待されず、また投映ビームの波長をさらに低減させることは新たに多数の問題を提起することになる。
【００６０】
まだ製造することができる投映系でもっと小さなパターン細部を結像しようとして最近開発されたものは、ステップ式のリソグラフ装置の代わりに、ステップ兼走査式のリソグラフ装置を使用するものである。ステップ式の装置では、全フィールド照明が用いられ、即ち、マスクパターン全体を一度の操作で照らして、そのパターンを基板のＩＣエリア上にまとめて結像させる。最初のＩＣエリアを露光した後には、次のＩＣエリアに１ステップ進め、即ち基板ホルダーを、次のＩＣエリアがマスクパターンの下に位置付けられるように移動させる。その後、このＩＣエリアを露光し、以下、基板の全てのＩＣエリアにマスクパターンの像を形成するまで露光処理を行なう。ステップ兼走査式の装置では、マスクパターンの長方形又は円形のセグメント状エリア部分だけを照らし、従ってこのエリア部分に対応する基板ＩＣエリアのサブエリア部分を毎回露光する。マスクパターン及び基板は、投映系の倍率を考慮しながら、投映ビームを介して同期をとって移動させる。連続プロセスでは、マスクパターンのその後のサブエリアを常に当該ＩＣエリアの対応するサブエリア上に結像させる。このようにしてＩＣ基板エリア上に全マスクパターンを結像した後に、基板ホルダーはステップ移動し、即ち、次のＩＣエリアの冒頭部を投映ビーム内に移動させる。そして、マスクを例えばその初期位置にセットし、その後、前記次のＩＣエリアを走査-露光する。ステップ兼走査式の方法では、像フィールドの中央部分だけが使用され、従ってこの部分の光学収差を補正するだけで済むので、比較的大きな開口数を用いることができる。このようにして、所要品質で結像させることができるデバイス特徴部の幅及びそれらの間隔をある程度減少させることができる。
【００６１】
投映レンズの能力、即ち、マスクパターンの小さな細部をレジスト層に極めて正確に最適に結像させる能力を使用できるようにするには、照明系の性能品質を高め、且つこの照明系を投映レンズの光軸に対して正確に整列させる必要がある。投映レンズによって結像させることができる細部が小さくなればなるほど、照明系に課すべき要件が高くなる。
【００６２】
図２は、所謂ケーラー照明を用いるリソグラフ投映装置の線図を示し、ケーラー照明は現行のウェーハステッパー及びウェーハステップ兼スキャナーに大部分用いられているタイプの照明である。ケーラー照明とは、照明系の放射源を投映レンズの瞳平面内に結像させることを意味する。瞳を図２にＰＵにて示してある。この例における放射源は環状ビームを供給し、この放射源を環状放射源ＡＣとして示してある。環状ビームで照明することの利点は、投映系の解像度が強化され、即ち、より小さな細部を結像させることができることにある。
【００６３】
照明ビームは図３に示すように供給され、このビームは平面波ＰＷの分布からなる。マスクパターン又はレチクルのレベルでのこの平面波分布は局部有効放射源と称される。この分布は照明系の特性によって決定される。この照明系の収差は斯かる分布を変化させる。従って、照明系の収差によって、投映装置のフィールドを横切る局部有効放射源の形状が変化することになる。印刷されるラインの幅、即ち、投映レンズによって形成されるレジスト層におけるラインの幅は、マスクパターン又はレチクルにおける関連するラインの位置における局部有効放射源の形状に依存するので、コンデンサレンズの収差は投映レンズのフィールドを横切る印刷ラインの幅を変化させることになる。このタイプのライン幅の変化をなくすか、又は容認レベルにまで低減させるには、照明系の収差を求め、これらの収差を低減させるか、なくす必要がある。収差には、結像系に対する照明系の傾斜、像フィールドの全域で一定のテレセントリックエラー及び軸外し像欠陥をまねくフォーカスエラーが含まれる。
【００６４】
照明系の収差は投映レンズの瞳面における放射分布を求めることにより測定することができるも、通常この面には接近することができない。この問題に対する既知の解決策は、レチクルの平面内に配置した追加のレンズ手段によって有効放射源を再結像させるやり方である。再結像させる最も簡単なレンズ手段は不透明レチクルにおける透明ホールである。このホールに対する最適な直径Ｒは、このホールによって形成される放射スポットのサイズが回折制限スポットのサイズに等しくなるようにすると云う条件、即ち
Ｒ≒（λＦ）1/2                            （１）
によって与えられ、ここに、λは放射源の放射の波長、Ｆはホールとスポットが形成される面との間の距離である。
【００６５】
フレネルゾーンレンズが単一ホールに取って代わる場合には、レンズ性能が改善、従って、放射源の像が改善される。振幅バージョンのフレネルゾーンプレートは中央の丸いエリアと、透明及び非透明ゾーンが交互する多数の環状ゾーンとを具えている。図３では、このようなフレネルレンズを湾曲レンズ素子３０によって象徴化してあり、これは平面波ＰＷの１つに関連する放射をウェーハＷＡ上に収束させる。ウェーハ上方の曲線ＩＤは、フレネルゾーンレンズと投映レンズとの組み合わせによって形成される像の強度分布を表わしている。なお、図面の明瞭化のために、投映レンズは図３では省いてある。
【００６６】
図４はフレネルゾーンゾーンレンズ３０を極めて概略的に示し、このレンズは中央の丸いエリアと、透明及び非透明ゾーンが交互する多数の環状ゾーンとを具えているプレート３２によって形成され、図では６つのゾーン３４〜３９だけを示してある。それぞれのゾーンの半径Ｒｍは、（物体）点Ｓからｍ番目のゾーンを経て（像）点Ｐまで進む平面波が光軸に沿って伝播する平面波とｍ・λ/２の位相差を呈するように選定される。透明ゾーンはいずれも奇数番か、偶数番を有するので、透明ゾーンを通過する平面波は点Ｐにて積極的に干渉する。これらのゾーンの半径は次式によって与えられる。
Ｒ2ｍ＝ｍ・λ・ｆ+（ｍ2λ2）/４≒ｍ・λ・ｆ            （２）
【００６７】
フレネルレンズによる像形成に対しては下記の“薄肉レンズ式”が成立する。即ち、
１/ρ0+１/ｒ0＝１/ｆ（ここに、ｆ＝Ｒ2ｍ/（ｍ・λ）      （３）
【００６８】
従って、平面波は距離ｆ、即ちフレネルゾーンレンズからのこのレンズの焦点距離における平面内に焦点を合わせる。
【００６９】
実際上、焦点距離ｆは、投映装置の集束系を補償し得る投映レンズのデフォーカス値の範囲内における値とすべく選定される。代表的な範囲は公称焦点から±３０μｍの範囲である。この場合、フレネルゾーンレンズの焦点距離は１５μｍとすることができる。フレネルレンズのゾーン数、実際の例では、例えば５とするゾーン数は、このレンズの解像度と、比較的多数のゾーン及びこれに対応する比較的大きなＮＡを有するフレネルレンズが呈する軸外れ収差との間で妥協して決める。
【００７０】
照明系の収差を求めるには、フレネルゾーンレンズと投映レンズによって放射源を基板頂部のレジスト層に結像させる。投映リソグラフィにて現在用いられているパラメータはコヒーレンス値σであり、これは照明ビームが投映レンズの瞳を満たす度合いの目安である。ビームが瞳全体を満たす場合には、σ＝１とするが、通常はσ＜１である。平面波ＰＷがフレネルゾーンレンズ３０（図３）に入射する角度αは、次式、
Sin=σ・ＮＡ・Ｍ                        （４）
によって表わすことができ、ここに、Ｍは結像系の倍率である。この平面波は光軸から次式の距離ｒのところに集束される。
ｒ＝（ｆ・σ・ＮＡ）/（１-σ2・ＮＡ2）1/2      （５）
【００７１】
開口数ＮＡ＝0.63で、コヒーレンス値σ＝１の投映レンズを有する投映装置の場合、放射源の像はウェーハレベルで２４μｍの直径を有するようになる。なお、σ及びＮＡに対するこれらの値に関連する入射角αは非常に大きく、実際にはフレネルゾーンレンズによる収差の導入を避けるために小さめの入射角が選定されることになる。このことは、放射源の像の直径が前記２４μｍよりも小さくなることを意味する。
【００７２】
本発明によれば、局部有効放射源に加えて、テストレチクル、又はテスト物体に存在し、且つフレネルゾーンレンズに関連付けられる基準マークも結像させる。局部有効放射源及び基準マークは互いに接近して、即ち検出デバイスの像フィールド内に結像させて、これらの像を検出デバイスによって１つの複合像として見ることができるようにする。フレネルゾーンレンズに属し、このフレネルゾーンレンズに対して良好に規定された位置を有する基準マークを像平面における良好に規定された位置に結像させることによって、フレネルゾーンレンズの像の位置を簡単に求めることができる。基準マーク像の中心は二次元座標系の原点として用いることができ、また、局部有効放射源の像の形状及び寸法はこの座標系の原点と軸とによって求めることができる。
【００７３】
フレネルゾーンレンズ及び基準マークは互いに隣接して結像させることができる。好ましくは、フレネルゾーンレンズのエリア及び対応する基準マークのエリアは重畳するように結像させる。このようにすれば、局部有効放射源の像の位置を基準マークの位置に“平行移動”させる必要がないため、より正確に、しかも高速に収差を測定することができる。局部有効放射源及び基準マークを重畳結像させることによってテレセントリックエラーを測定することができる。
【００７４】
基準マークは、互いに９０°の角度で配置され、且つ独特なラインとするか、又は互いに正方形を成すラインとし得る短いラインで形成することができる。基準マークは、その中心をはっきり認識できれば、任意の形態のものとすることができる。
【００７５】
しかしながら、基準マークは環状マークとするのが好適である。
【００７６】
このようにすれば、円形にすべき局部有効放射源の像の形状を環状基準マークの像の円形輪郭線（以後、基準リングと称する）に匹敵させることができる。このようにして、照明系における種々のタイプの収差を求めることができる。
【００７７】
図５ａはフレネルゾーンレンズ３０及びこれに関連するテストリング４０を具えているテストレチクルの一部を示す。フレネルゾーンレンズの第１ゾーンの半径Ｒは、例えばλ＝２４８ｎｍで、ｆ＝１５μｍの場合には２μｍ程度とする。フレネルゾーンエリアの直径よりも大きいテストリングの直径は、その照明系を測定すべき装置の最大σ及びＮＡの値によって決定される。テストリングの中心とフレネルゾーンレンズの中心との間の距離ｄは、例えば１００μｍとする。
【００７８】
図５ａに示したテスト物体は、例えばガラス又は石英製の透明平板によって構成することができ、その下側には、例えばクロムのような非透明の層を被着する。フレネルレンズ及び基準リングは、透明エリアと非透明層における非透明ゾーンとで構成される。このような透明/非透明、即ち振幅構体の代わりに、位相構体をテスト物体として用いることができる。この場合には、テスト物体全体を透明にし、フレネルゾーンレンズ及び基準リングを透明平板におけるエリア凹所とゾーン凹所で構成する。これら凹所の深さは、周囲媒体が屈折率１の空気である場合にはλ/４とするのが好適である。凹所の代わりに、隆起したエリア及びゾーンを用い、これらのエリア及び/又はゾーンを前記凹所のエリア及びゾーンのサイズと同じとし、且つ平板の残りの部分に対する高さの差も同じとすることができる。
【００７９】
テスト物体は透過物体の代わりに、反射性物体とすることもできる。反射性テスト物体は、波長が短くて、この短波長に対して十分透明である材質が利用できなくなるような短波長の放射を供給する照明系を測定するのに用いられる。この場合、照明系及び投映系はレンズの代わりにミラーを具える。反射性のテスト物体は、例えば波長が１３ｎｍのような極端なＵＶ（ＥＵＶ）放射を供給する照明系を測定するのに用いられる。
【００８０】
測定を行なうには、先ずウェーハステージをその公称位置から光軸に沿ってフレネルゾーンレンズの焦点距離に等しい距離わたって動かして、レジスト層を投映レンズに対して前記距離、例えば１５μｍにわたってデフォーカスさせる。放射源の像はフレネルゾーンレンズを介してレジスト層に形成される。レジスト層がデフォーカスされる程度はフレネルゾーンレンズの焦点距離に等しいので、この像はシャープな像になる。次いで、ウェーハステージをその公称Ｚ位置に設定し、且つＸ方向に距離ｄにわたって移動させる。このＸ方向の移動は正確なＸステージアクチュエータ又はモータと、Ｘ干渉計システムとによって行なわれ、これは、斯かる移動をナノメータの精度で行なうことができることを意味する。この際、基準リングの中心はフレネルゾーンレンズの先の中心位置となる。テストリングを照らすと、レジスト層に第２像が得られる。
【００８１】
図５ｂは、基準リングの像４５と、フレネルゾーンレンズを介して形成される局部有効放射源の像５０を示している。有効放射源の像の直径は、例えば１５μｍ程度であり、リング像の直径は３０μｍ程度である。この複合像は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって評価することができ、この電子顕微鏡には、像を処理すると共に評価する電子ハードウェア及びソフトウェアが設けられている。このようなＳＥＭは生産レチクルパターン又はその一部で形成されるテスト像を評価するために光学リソグラフィに広く用いられている。照明系の測定方法を実施するには、適合及び専用のソフトウェアパッケージが用いられる。
【００８２】
局部有効放射源の像を基準リングの像に重畳させて結像させるには、局部有効放射源像の位置用のマーク及び局部有効放射源像の変位及び変形を求めるための基準を設けるのが有利である。
【００８３】
基準リングは焦点を合わせて結像されるので、この結像には公称照明線量（投映ビームＰＢの強度）を用いることができる。局部有効放射源はフレネルゾーンレンズを介して焦点外に結像されるため、この結像用の照明線量は公称照明線量よりも遥かに大きく、例えば２０倍とするのが好適である。これはレジスト層における必要な位置に十分な放射を入射させる安全性の限界である。
【００８４】
収差測定方法は、レジスト層に結像させる代わりに、基準リングの空間像及びフレネルゾーンレンズによって形成される放射源の空間像を用いて行なうこともできる。この場合にはレジストの諸特性が測定に及ぼす可能性のある影響が除外される。空間像は放射感応検出器に投映され、検出器はその像を電気信号に変換する。検出器の信号は、この検出器に結合されている像処理兼評価デバイスに供給される。このような検出器の例にイメージセンサーがあり、これはリソグラフ投映装置に広く用いられ、このような装置の投映コラムの性能を評価する。放射源及び基準リングの空間像は検出器により異なる時間インターバルで走査され、それらのデータは、図５ｂに示したものに似ている複合像が得られるように処理される。
【００８５】
先のＷＯ特許出願第０２/０１４８５号（ＰＨＮ０１０９９６）は、テスト特徴部の像を測定することによって投映レンズの収差を測定する方法に関するもので、これには本発明の方法にも使用できる検出器の幾つかの例が記載されている。
【００８６】
照明系を測定する方法に使用し得る第１タイプの検出器は走査点検出器である。
【００８７】
テスト物体が多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準リングを具えている場合には、検出器は、放射感応部材と、テスト物体におけるフレネルゾーンレンズの個数に相当する多数の透明な点状のエリアとを具えている走査式構成の検出器とすることができる。
【００８８】
放射感応部材は全ての透明エリアをカバーする単一素子とすることができる。
【００８９】
放射感応部材は透明エリアの数に相当する多数のサブ部材で構成することもできる。
【００９０】
局部有効放射源の全ての空間像を同時に形成する例では、これらの像は、対応するサブ部材の中心に対する透明エリアの位置が様々な透明エリア/サブ部材の対に対して異なっている検出器を用いる場合に同時に得ることができる。
【００９１】
図５ｂの複合像を評価する新規な方法によれば、種々のタイプの照明収差を求めることができる。基準リング像４５及び放射源像５０が同軸的であれば、照明系及び投映レンズは良好に整合している。像５０の中心が像４５の中心に対して変位していれば、所謂テレセントリックエラーが生じる。このことは、照明系が光軸に対して傾斜していることを意味する。テレセントリックエラーは、フォーカス依存の像歪みをまねき、特に大き目のパターン特徴部をシフトさせ、これはフォーカスに依存し、且つ生産プロセス中に整合又はオーバレイ精度に影響を及ぼし得る。大ざっぱに言えば、大き目の（粗い）特徴部は約Δσ・ＮＡ・ΔＺシフトし、ここに、ΔＺはフォーカスシフトである。例えば、１％のテレセントリックエラーは、ＮＡ＝0.6でΔＺ＝0.4μｍの場合に、粗い特徴部のライン幅を変化させる。粗い特徴部は、例えば整合マークである。微細特徴部、即ち投映レンズの解像度に近い幅を有する特徴部のシフトは極めて小さく零になる。
【００９２】
本発明による方法によって測定し得る第２タイプの収差は、投映レンズのフィールドを横切る局部有効放射源のサイズの変化である。このような変化はコヒーレンス値の変化Δσを意味し、これは投映レンズのフィールドを横切る結像特徴部の幅、即ちライン幅を変化させる。例えば、Δσが１％の場合、パターンの最小寸法とすることができる臨界寸法ＣＤに対するライン幅の変化ΔＣＤは１ｎｍになり得る。このライン幅の変化はマスクパターンのピッチ、即ちその周期性と、例えば円形、環状、双極又は四重極照明のような、照明のタイプに大いに依存する。さらに、隔離した特徴部及び稠密な特徴部に対するライン幅の変化は逆極性になる。隔離した特徴部とはライン幅の数倍程度の距離に隣接特徴部を有していないマスクパターン特徴部のことである。稠密な特徴部とは、隣接する特徴部間の距離が、例えばピッチが３１０ｎｍのパターンにおける幅が１３０ｎｍのラインの、ライン幅の数倍であるパターンの一部をなす。
【００９３】
本発明による方法によれば、局部有効放射源の放射分布の偏差を求めることもできる。このような偏差には：通常の（円形）放射源又は環状放射源に対しての、丸形状の代わりに楕円形の偏差、双極又は四重極放射源に対しての、極間の不均衡、及び環状放射源及び多極放射源に対しての、幾何学的中心に対する極の環形の離心率が含まれる。このタイプの偏差は、ＩＣパターン像を変形し、且つＨライン（Ｘ方向に延在する水平方向のライン）とＶライン（Ｙ方向に延在する垂直方向のライン）のライン幅を相違させる。図５ｂにおける放射源像の変形輪郭は照明系そのものの欠陥、即ちこの照明系における1つ以上の素子の位置又は傾斜誤差による欠陥を示す。
【００９４】
照明系によって生ずるいたる所のフィールド変動を測定するには、図５ｂに示すような多数の複合像を、常に投映レンズの像フィールドにおける異なる位置にてレジスト層か、又はイメージセンサーの上に形成すべきである。好ましくは、複数のフレネルゾーンレンズと、これらのレンズに関連する基準リングを具えているレチクルによって対応する数の複合像を得るようにする。図６はこのようなレチクルの一例を示す。この図において、フレネルゾーンレンズ３０は閉塞（黒）丸で、基準リング４０は開放丸で示してある。フレネルゾーンレンズと基準リング対の全パターンを照らすことにより、必要な複合像が一行程で得られ、このことは、測定に必要とされる時間を短縮し得ることを意味する。このように全てのフレネルゾーンレンズを同時に結像させるのには、同じ高照明線量を用い、また全ての基準リングに対しては同じ公称照明線量を用いるのが好適である。
【００９５】
同じフレネルゾーンレンズ及び関連する基準リングを常にレジスト層における異なる位置に多数回結像させることもできる。この場合、テスト物体は順次の照明部位間でステップさせる必要があり、これには追加の手段を必要とする。ステップ兼走査式のリソグラフ装置では、レチクルを一方向にステップさせることができる。この方法の例によれば、フレネルゾーンレンズを常に異なる線量で照らすことができ、また基準リングの連続照明に対しては同じ線量を使用する。これにより、照明系の測定能力を高めることができる。種々の線量に属する強度プロファイルを、レジスト層に形成される複合像の比較を経て比較することにより、全照明線量にわたる照明系の性能を決定することができる。
【００９６】
既に述べたように、本発明による方法は、慣例の環状、双極、四重極照明系のような種々のタイプの照明系を測定するのに用いることができる。
【００９７】
図７ａは慣例の照明系、即ち、断面が円形の照明ビームを供給する照明系を測定することにより得られる複合像の例を示す。図５ａにおけるように、フレネルゾーンレンズによって形成される放射源の像を参照番号５０にて示してあり、基準リングの像を参照番号４５にて示してある。円５２は放射源像の最も適合している輪郭を示す。
【００９８】
図７ｂは環状照明系、即ち、断面が環状の照明ビームを供給する照明系を測定することによって得られる複合像の例を示す。フレネルゾーンレンズによって形成される放射源像（参照番号７４にて示してある）は環状をしている。
【００９９】
図７ｃは四重極照明系、即ち幾何学的中心の周りにおける異なる象限に配列される４つのサブビームから成る照明ビームを供給する照明系を測定することによって得られる複合像の例を示す。前記幾何学的中心は投映レンズの光軸に位置付けるべきである。サブビームとフレネルゾーンレンズによって形成される４つの照明領域を参照番号７６，７７，７８及び７９にて示してある。
【０１００】
本発明による方法によって得られる照明系の傾斜及びデフォーカスに関連するデータは、測定される収差をなくすか、又は容認できるレベルにまで低減させるために、照明系を補正するのに用いることができる。これにて成すべき補正のタイプは収差の種類に依存し、収差には、投映レンズの光軸に対する照明系のシフト又は傾斜と、結像系の放射源のシフト及び傾斜と、照明系の光学部品同士か、放射源に対するシフト又は傾斜を含めることができる。
【０１０１】
幾つかのリソグラフ投映装置を据え付ける製造現場では、これらの装置の照明系を全て同じテストレチクルによって測定し、且つ補正することができ、この場合のレチクルは１つ以上のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準リングを具えている。
【０１０２】
フレネルゾーンレンズ及び基準リングはレチクルの小さなエリアしか占めないので、１つ以上のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準リング（以後、測定素子と称する）は、生産レチクル又はマスク、即ち、デバイスの製造中に基板の層に設定すべき特徴部に相当する特徴部付のマスクパターンを有しているマスク内に配置することもできる。これにより、特定なテストレチクルを使用することなく、しかも例えば露光工程の開始時に一組のウェーハに対して測定方法を実施することができる。測定素子は、生産レチクルのマスクパターンの特徴部が存在していない境界部に配置することができる。
【０１０３】
局部有効放射源及び基準リングを結像させるのに、投映レンズを使用するので、このレンズの収差が測定素子の像に歪みを生じさせることがある。結像系を正確に測定するには、投映レンズの収差を測定し、且つこのレンズを結像系の測定前に補正して、後者の結像系の収差だけを測定するようにすべきである。投映レンズの収差を測定するための正確、且つ信頼できる方法は米国特許第６，２４８，４８６に記載されている。文献名“Measurement of effective source shift using a grating-pinhole mask”(1999年にＳＰＩＥにて発行された第３６７９巻の第９９〜１０７ページ)には、投映レンズの収差を最初に測定するのではなく、有効放射源のシフトを直接測定する方法が記載されている。この方法は、格子が配列されている多数の透明エリアを具えているマスクを使用する。これらのエリアは二重の機能を有し、即ち、これらはピンホールレンズとして、及び回折格子としての作用をし、これは入射ビームを回折次数が異なる多数のサブビームに分ける。前記文献の測定系では、零次サブビームが投映レンズの瞳の中心を通過し、４つの一次ビームが瞳の縁の異なる領域を通過する。各サブビームの強度は低く、測定結果は格子のピッチにかなり依存する。
【０１０４】
本発明の他の観点によれば、これまでに述べた新規な方法を、測定が投映レンズの透過欠陥による影響を受けないように適合させることもでき、かつこの適合を臨界的な測定素子を用いることなく、しかも放射エネルギーの損失もなく行なうことができる。このためには、各フレネルゾーンレンズに対してウェッジを具えているテストレチクルを使用する。これらのウェッジは、これらのウェッジ及び関連するフレネルゾーンレンズを通過する全てのサブビームが異なる角度で偏向するように、異なるウェッジ角度を有している。このテストレチクルを照らすことによって、有効放射源像を形成する各サブビームは投映レンズ瞳の、他のサブビームとは別のエリアを通過する。このようにしてこれらの像を収集して、投映レンズの透過欠陥についての情報を得て、これらの欠陥に対して照明系の測定結果を補正したり、及び/又はこれらの欠陥を可視化したりすることができる。
【０１０５】
図８はウェッジを具えているレチクルの一例の断面図である。レチクル８０は基板８２と、多数のフレネルゾーンレンズ３０と、関連する基準リング４０とを具えている。ゾーンレンズとリングとの間の表面エリア８４は非透明であり、これらのエリアはクロム層によって形成することができる。この構成はウェッジを持たないレチクルにも用いることができる。図８はレチクルの中央部分を示し、左側のウェッジ９０，９４，９８の傾斜は右側のウェッジ９２，９６，１００の傾斜とは反対である。この例では、ウェッジのウェッジ角度γが中心から縁部の方向に向かって増大している。各ウェッジはフレネルゾーンレンズのそれぞれ異なるレンズに属して、フレネルゾーンレンズを通過する放射の方向が、関連ウェッジのウェッジ角度によって決定されるようになっている。図面の明瞭化のために、図８に示したウェッジ角度γ1，γ２及びγ３とウェッジ角度γ２，γ４及びγ６との差は実際のものよりも大きくなっている。ウェッジ間、従ってレンズ間の距離も実際のものよりも大きく示してある。
【０１０６】
本発明による方法は、照明系を測定する前に、投映レンズの透過欠陥を測定する追加のステップで拡張することもできる。透過欠陥は均一の放射分布を有するビームで投映レンズを照らすことにより測定することができる。この場合、投映レンズが透過欠陥を呈さなければ、像平面における放射分布も均一になる。斯様な欠陥がある場合には、これらの欠陥の位置に対応する像平面におけるエリアの放射強度が像平面の残りの部分における放射強度よりも小さくなる。拡散放射を得るためには、別個の拡散素子をレチクルの上方に配置することができ、或いはレチクルの上側面を、例えばその面を粗くすることによって拡散性にすることができる。図９は透明基板９２と、投映レンズ測定用に使用し得る粗い上側面９４とを具えているテストレチクル９０を示す。
【０１０７】
リソグラフ投映装置における照明系の性能を測定するのに使用する場合に、本発明による新規な方法は特殊な光学測定デバイスによって実施することができる。図１０はこのようなデバイス１００の実施例を示す。このデバイスは基板１０２を具え、これは測定すべき照明系が一部を成す装置にて処理すべき生産ウェーハの形状及び寸法を有している。光学測定ウェーハ又はセンサーウェーハと称することのできるこのデバイスは少なくとも１つの検出器又はセンサーを具えている。図１０の例は５つのセンサー１０４〜１０８を具えている。センサーの少なくとも１つは、単一又は複合検出器とすることができ、これは照明系を測定するのに用いることができる。センサーはウェーハ表面全体に分配し、且つ異なる高さに配置することができる。センサーには増幅器を設けて、同じくウェーハ上に配置したマイクロプロセッサ１１０にセンサー信号を供給する前に、センサー信号を増幅することができる。マイクロプロセッサの機能はセンサー信号をa/o処理して、センサーを制御することにある。センサーウェーハには、信号データのようなデータを一時的に格納するためのメモリ１１２を設けることもできる。ブロック１１４は入/出力インタフェースであり、これはマイクロプロセッサに接続されており、周囲のものと無線又は有線コンタクトする。無線コンタクトは、例えば光学手段によるか、又はＦＭ伝送によって行なうことができる。インタフェースは周囲環境にデータを供給したり及び/又は測定プログラムをマイクロプロセッサにロードさせたりするのに用いられる。センサーウェーハは電源１１６によって附勢され、この電源はバッテリとするか、又は周囲から電力を無線で受電する誘導装置とすることができる。センサーウェーハは、測定を開始する前にウェーハをリソグラフ投映装置に整列させる２つ以上の整合マーク１１８も具えている。センサーウェーハの利点は、それを正規のウェーハとしてリソグラフ投映装置内に設置し、且つその装置から取り外すことができることにある。
【０１０８】
本発明を、投映レンズ系を有するリソグラフ投映装置につき記述したが、本発明は、投映系、即ち基板の頂部層のレジスト層に生産マスクパターンを結像させるシステムをミラーシステム、又はミラーとレンズとを具えているシステムとする装置に使用することもできる。
【０１０９】
本発明の方法は、照明系の生産者が使用して、製造した照明系を出荷する前にそれを測定し、補正することができる。本発明の方法は、リソグラフ投映装置の生産者が使用して、照明系を測定し、且つそれを投映系に整合させることができる。これにより、本発明が投映装置にて具体化されるように、斯種の装置は改善される。さらに本発明は、ＩＣのようなデバイスや、液晶表示パネル及びデジタルミラーデバイスのようなライトバルブデバイスや、集積プレーナ光学システム等の生産者が使用して、投映装置の照明系を正式に測定することができる。このような使用によって、斯様なデバイスをより一層正確に製造することができ、デバイスが一層良好に規定される。従って、本発明はこのようなデバイスでも具体化される。
【０１１０】
本発明を投映装置用の照明系を測定することについて記述したと云うことは、本発明の適用がこの用途に限定されると云うことを意味するのではない。本発明は、照明系の収差を互いに独立して、且つ高い精度及び信頼性を持って測定しなければならない場合にも使用することができる。しかしながら、リソグラフ投映装置に新規な方法を使用するには、この装置を微細結像パターン用とし、且つこの装置の結像及びサーボシステムを、新規方法を実行するのにも用いるようにするのが最適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明による方法によってその性能を測定し得る照明系を具えているリソグラフ投映装置の一例を概略的に示した図である。
【図２】本発明を理解するのに必要とされる素子だけを具えている斯種の装置の単純化した例を示す図である。
【図３】フレネルゾーンレンズが投映装置の照明系からの平面波に及ぼす影響を示した図である。
【図４】フレネルゾーンレンズの原理を示す図である。
【図５】ａはフレネルゾーンレンズと関連する基準リングとを具えているテスト物体の一部を示す図であり、bはレジスト層に形成されたフレネルゾーンレンズと基準リングの重畳像を示す図である。
【図６】多数のフレネルゾーンレンズ及び関連する基準リングを具えているテストレチクル形態のテスト物体を示す図である。
【図７】ａ，ｂ及びｃは種々タイプの照明源の像を示す図である。
【図８】ウェッジを設けたテスト物体を示す図である。
【図９】拡散表面を設けたテスト物体を示す図である。
【図１０】本発明による方法に使用するセンサーウェーハを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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