(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィ投影装置において利用される光学システムに関連する収差を検出する方法であって、
放射線の投影ビームを供給するための放射システムと、
パターニング手段を支持するための支持構造であって、前記パターニング手段が所望のパターンに従って投影ビームにパターンを付ける働きをする支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記パターンを付けられたビームを基板のターゲット部分に投影するための投影システムと
を備え、
前記光学システムが放射システムと投影システムの少なくとも一方を備えており、
複数の分解能以下フィーチャを有するモニタを備えるように前記所望のパターンを提供するステップであって、前記複数の分解能以下フィーチャが、基板上に投影されたときに所定のテスト・パターンを形成するように配置されているステップと、
投影システムを使用して基板上にモニタを投影するステップと、
収差があるかどうか判定するために、前記所定テスト・パターンの位置、およびモニタでの前記複数の分解能以下フィーチャの位置を解析するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記複数の分解能以下フィーチャがそれぞれ正方形断面形状を備え、前記複数の分解能以下フィーチャが、実質的に円形状を形成するように互いに関して位置決めされている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の分解能以下フィーチャがそれぞれ、λを投影ビームの放射線の波長、ＮＡを投影システムの開口数として最大０．３０（λ／ＮＡ）の辺長さを備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
隣接する分解能以下フィーチャの隣接縁部間のスペーシングが最大０．１５（λ／ＮＡ）である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記所定テスト・パターンが実質的にリング形状パターンである請求項１から請求項４までのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記モニタに加えて、前記所望のパターンがさらに、前記基板上に形成すべき集積デバイス層に対応するデバイス・パターンを備えるように提供される請求項１から請求項５までのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記複数の分解能以下フィーチャの互いに近接する第１のセットがＸ方向で重なり、前記複数の分解能以下フィーチャの第２のセットが、前記Ｘ方向に実質的に垂直なＹ方向で重なり、前記Ｘ方向での前記重なりが前記Ｙ方向での前記重なりに実質的に等しい請求項１から請求項６までのいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記パターニング手段がマスクとして提供される請求項１から請求項７までのいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記複数の分解能以下フィーチャがそれぞれπ位相シフト要素である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マスクが、６％減衰位相シフト・マスクとバイナリ・クロム・マスクの一方である請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
リソグラフィ投影装置において利用される光学システムの収差を検出するための構造であって、
放射線の投影ビームを供給するための放射システムと、
マスクを保持するためのマスク・テーブルと、
基板を保持するための基板テーブルと、
マスクのパターンを基板のターゲット部分に投影するための投影システムと
を備え、
前記光学システムが放射システムと投影システムの少なくとも一方を備えており、前記構造が、モニタ・パターンを担持するマスク・プレートを備え、前記モニタ・パターンが、前記マスク・プレート上に配設された複数の分解能以下フィーチャを備え、前記複数の分解能以下フィーチャが前記基板上に所定のテスト・パターンを形成するように配置され、前記所定のパターンが前記収差を検出するために利用される構造。
【請求項１２】
さらに、前記マスク・プレート上に配設され、前記基板上に形成される集積デバイス層に対応するデバイス・パターンを備える請求項１１に記載の構造。
【請求項１３】
（ａ）放射線感受性材料の層によって少なくとも部分的にカバーされた基板を提供するステップと、
（ｂ）放射線システムを使用して放射線の投影ビームを提供するステップと、
（ｃ）パターニング手段を使用して、投影ビームの断面にパターンを与えるステップと、
（ｄ）投影システムを使用して、前記パターンを付けられた放射線ビームを放射線感受性材料の層のターゲット部分に投影するステップと
を含むデバイス製造方法であって、
ステップ（ｄ）で集積デバイス・パターンを使用する前に、
複数の分解能以下フィーチャを有するモニタを備えるようにステップ（ｃ）のパターンを提供するステップであって、複数の分解能以下フィーチャが基板上に投影されたときに所定のテスト・パターンを形成するように配置されているステップと、
投影システムを使用してモニタを基板上に投影するステップと、
放射線システムと投影システムの少なくとも一方において、収差があるかどうか判定するために、前記所定テスト・パターンの位置およびモニタでの前記複数の分解能以下フィーチャの位置を解析するステップと
を含む収差モニタリング・ステップが行われる方法。
【請求項１４】
レンズ収差を検出するためのレンズ収差モニタであって、
基板上にリソグラフィパターンを移すためのマスクと、
レンズ収差を検出する前記基板上に予め決められたパターンを形成するために前記マスク上に設けられる複数の分解能以下フィーチャとを備え、
前記複数の分解能以下フィーチャは前記基板上に個々別々にイメージされないレンズ収差モニタ。
【請求項１５】
前記複数の分解能以下フィーチャはそれぞれが断面正方形状を有し、前記複数の分解能以下フィーチャは相互に円形状を形成するために位置決めされている請求項１４に記載のレンズ収差モニタ。
【請求項１６】
レンズ収差を検出するためのレンズ収差モニタの形成方法であって、
基板上にリソグラフィパターンを移すためのマスクを形成する行程と、
前記マスク上に設けられる複数の分解能以下フィーチャを形成する行程とを備え、前記複数の分解能以下フィーチャが前記基板上に予め決められたパターンを形成するために配置され、
前記複数の分解能以下フィーチャは前記基板上に個々別々にイメージされないレンズ収差モニタの形成方法。
【請求項１７】
前記複数の分解能以下フィーチャは、それぞれが断面正方形状を有し、前記複数の分解能以下フィーチャは相互に円形状を形成するために位置決めされている請求項１６に記載のレンズ収差モニタの形成方法。
【請求項１８】
レンズ収差を検出するためのレンズ収差モニタであって、
基板上にリソグラフィパターンを移すためのマスクと、
レンズ収差を検出する前記基板上に予め決められたパターンを形成するために前記マスク上に設けられる複数の分解能以下フィーチャと、
前記基板上に形成すべきデバイスに対応し前記マスク上に設けられリソグラフィパターンとを備え、
前記複数の分解能以下フィーチャは前記基板上に個々別々にイメージされないレンズ収差モニタ。
【請求項１９】
光学リソグラフィシステムに利用される映写レンズと協働する収差検出方法であって、
基板上にリソグラフィパターンを移すためのマスクを形成する行程と、
前記基板上に予め決められたパターンを形成するために配置され前記マスク上に設けられる複数の分解能以下フィーチャを形成する行程と、
前記基板上に前記マスクを印刷するために光照射具によって前記マスクを露出する行程と、
収差があるか否かを決定するために前記マスク上に設けた前記複数の分解能以下の寸法のフィーチャの位置および前記基板上に形成された前記予め決められたパターンの位置を分析する行程とを備え、
前記複数の分解能以下フィーチャは前記基板上に個々別々にイメージされない収差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ投影装置において利用される光学システム（投影システムおよび／または放射システムなど）に関連する収差の検出に関し、より詳細には、そのような装置を使用して半導体（またはその他の）デバイス製造中の光学システム性能をモニタするために使用することができる収差モニタリング構成の設計、レイアウト、および適用に関する。リソグラフィ投影装置は一般に、
放射線の投影ビームを供給するための放射システムと、
パターニング手段を支持するための支持構造であって、パターニング手段が所望のパターンに従って投影ビームにパターンを付ける働きをする支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターンを付けられたビームを基板のターゲット部分に投影するための投影システムと
を備える。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書で使用される用語「パターニング手段」は、基板のターゲット部分に作成するパターンに対応してパターンを付けた断面を入射放射線ビームに与えるために使用することができる手段を表すものと広く解釈すべきである。用語「光バルブ」をこの文脈で使用することもできる。一般に、前記パターンは、集積回路やその他のデバイス（以下参照）などターゲット部分に作成されるデバイス内の特定の機能層に対応する。このようなパターニング手段の例としては、次のようなものが挙げられる。
マスク。マスクの概念はリソグラフィでよく知られており、二相、交流位相シフト、減衰位相シフトなどのマスク・タイプ、ならびに様々なハイブリッド・マスク・タイプを含む。放射線ビーム中にそのようなマスクを配置することにより、マスク上のパターンに従って、マスクに衝突する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または反射（反射性マスクの場合）が生じる。マスクの場合、支持構造は通常マスク・テーブルであり、マスク・テーブルは、入射放射線ビームにおける所望の位置にマスクを保持することができることを保証し、かつ望みであればマスクをビームに対して移動することができることも保証する。
プログラム可能ミラー・アレイ。そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射表面を有するマトリックス−アドレス可能表面である。そのような装置の背後にある基本原理は、（例えば）反射表面のアドレスされた領域が入射光を回折光として反射し、アドレスされていない領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用して、前記非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、後ろに回折光のみを残すことができる。このようにすると、マトリックス・アドレス可能表面のアドレス指定パターンに従ってビームにパターンを付けられるようになる。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子手段を使用して行うことができる。そのようなミラー・アレイに関するより多くの情報は、例えば参照により本明細書に組み込む米国特許第５２９６８９１号および米国特許第５５２３１９３号から得ることができる。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記支持構造は、例えばフレームまたはテーブルとして実施することができ、必要に応じて固定する、または可動にすることができる。
プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の一例は、参照により本明細書に組み込む米国特許第５２２９８７２号に与えられている。上と同様に、この場合の支持構造も、例えばフレームまたはテーブルとして実施することができ、必要に応じて固定する、または可動にすることができる。
話を簡単にするために、この本文ではここから先、いくつかの箇所でマスクおよびマスク・テーブルに関わる例に特に注目することがある。しかし、そのような例で論じられる一般的な原理は、本明細書で上述したパターニング手段のより広い文脈で見られるべきである。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。そのような場合、パターニング手段は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射線感受性材料（レジスト）の層で被覆されている基板（シリコン・ウェハ）上のターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを備える）にイメージすることができる。一般に、単一のウェハが、１度に１つずつ投影システムによって連続的に照射される隣接ターゲット部分の回路網全体を含む。マスク・テーブル上のマスクによるパターニングを採用する現行装置では、２つの異なるタイプの機械に区分することができる。１つのタイプのリソグラフィ投影装置では、各ターゲット部分が、マスク・パターン全体を一括してターゲット部分に露光することによって照射される。そのような装置は、一般にウェハ・ステッパと呼ばれる。代替装置（一般にステップアンドスキャン装置と呼ばれる）では、各ターゲット部分が、所与の基準方向（「スキャン」方向）に投影ビーム下でマスク・パターンを漸次スキャンし、それと同時にこの方向に平行に、または反平行に基板テーブルを同期してスキャンすることによって照射される。一般に、投影システムが倍率Ｍ（通常＜１）を有するので、基板テーブルがスキャンされる速度Ｖは、マスク・テーブルがスキャンされる速度のＭ倍となる。ここに記述したリソグラフィ・デバイスに関するより多くの情報は、例えば参照により本明細書に組み込む米国特許第６０４６７９２号から得ることができる。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、マスク（または他のパターニング手段）でのパターンが、放射線感受性材料（レジスト）の層によって少なくとも部分的にカバーされた基板上にイメージされる。このイメージング・ステップの前に、基板にプライミング、レジスト・コーティング、ソフト・ベークなど様々な処置を施すことができる。露光後に、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、およびイメージされたフィーチャの測定／検査など他の処置を基板に施すこともできる。この一連の処置は、デバイス、例えば集積回路（ＩＣ）の個々の層にパターンを付けるための基礎として使用される。次いで、そのようなパターン付き層に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨など様々なプロセスを施すことができる。これらは全て、個々の層を完成させるためのものである。複数の層が必要な場合、手順全体、またはその変形が、各新たな層ごとに繰り返されなければならない。最終的に、デバイスのアレイが基板（ウェハ）上に存在することになる。次いで、これらのデバイスを、ダイシングやソーイングなどの技法によって互いに分離し、個々のデバイスを、例えばキャリアに取り付ける、またはピンに接続することができる。そのようなプロセスに関するさらなる情報は、例えばＰｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ著「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．，１９９７，ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４から得ることができる。
【０００５】
話を簡単にするために、投影システムを本明細書では以後「レンズ」と呼ぶ場合がある。しかし、この用語は、例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系を含めた様々なタイプの投影システムを包含するものと広く解釈すべきである。また、放射システムは、放射線の投影ビームを指向する、成形する、または制御するためのこれら設計タイプのいずれかに従って動作する構成要素を含むことができ、そのような構成要素も以下で総称して、または個別に「レンズ」と呼ぶ。さらに、リソグラフィ装置は、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものであってよい。そのような「多段」デバイスでは、追加のテーブルを並列に使用することができ、あるいは１つまたは複数のテーブルに関して予備ステップを行い、その一方で１つまたは複数の他のテーブルを露光することができる。二段リソグラフィ装置は、例えば、参照により本明細書に組み込む米国特許第５９６９４４１号およびＷＯ９８／４０７９１号に記載されている。
【０００６】
現況ＩＣ製造では、露光波長のほぼ半分のフィーチャ・ライン幅にパターニングを行うためにリソグラフィ・プロセスが必要である。１５０ｎｍデバイスの製造では、選択露光源として、通常、ＫｒＦエキシマ・レーザ（ＤＵＶ；２４８ｎｍ）が選択される。近年の研究および開発努力で、さらに１３０ｎｍデバイス製造にＫｒＦエキシマ・レーザを利用することができることが実証されている。これはとりわけ、光近接補正（ＯＰＣ）技法と共に、減衰位相シフト・マスク（ａｔｔＰＳＭ）や軸外し照明（ＯＡＩ）など複数の分解能向上技法（ＲＥＴ）を採用することによって達成される。前述の技法に対する可能な代替形態は、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ・レーザなど、より短い露光波長を使用するもの、あるいは超高開口数（ＮＡ）、例えばＮＡ＝０．８以上を有するレンズを使用するものである。しかし、これらの代替形態はどちらも新たな装置に大きな資本支出を必要とし、実現可能であるとしても、そのような支出は先送りすることが通常望まれる。したがって、集積デバイス製造業者は通常、代替装置に切り替える前に既存のＤＵＶシステムを最大限に活用することを望んでいる。
【０００７】
製造プロセスで利用されるエキシマ・レーザに関わらず、限界寸法１５０ｎｍ以下のデバイスの製造には、製造プロセスで利用される近回折限界レンズが実質的に収差をもたないことが必要である。知られているように、収差は、欠陥レンズや、所望の値からずれた周波数を有するビームを放出するエージングレーザなど様々な原因によって生じる。したがって、設置前にレンズ性能を検証し（すなわちレンズを認定し）、次いで使用中（例えばＩＣ製造プロセス中）にレンズ性能を順次モニタすることが望ましい。
【０００８】
レンズ製造プロセス中、レンズ性能を干渉計によって十分にテストすることができる。通常、まず工場でレンズを認定し、次いで現場における初期設置中に再び資格付与する。レンズ資格付与に利用される１つの共通実施措置は、ウェハにプリントし、次いで、最小フィーチャ幅の寸法または限界寸法（ＣＤ）を測定することである。この資格付与プロセス中、「垂直」フィーチャと「水平」フィーチャ（すなわち基板平面上で直交する２方向、例えばＸ軸およびＹ軸に沿って延在するフィーチャ）の両方が測定される。場合によっては、４５度フィーチャに関するＣＤも測定される。レンズ性能を検証するために、露光領域全体にわたって十分な数のＣＤ測定値が必要とされる。次いで、レンズ性能が許容できるものか否か判定するためにＣＤ測定値の結果が解析される。
【０００９】
ＣＤ測定法は、レンズの性能を評価する方法を提供するが、レンズ収差の「シグニチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）」にＣＤデータを相関させることは簡単な作業ではない。したがって、レンズ収差を直接観察するための取組みが行われてきた。例えば、「Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｅｎｓ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ」と題されたＴｏｈ等による論文（ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．７７２，ｐｐ．２０２−２０９（１９８７））に、λを露光波長として約０．２λの比較的大きなレンズ収差の影響を測定するための方法が記載された。しかし、今日の近回折限界光学システムでは、レンズ収差は０．０５λの近傍、またはそれより小さい可能性がある。１３０ｎｍフィーチャでは、ＫｒＦ露光源を利用するとき、０．０５λレンズ収差が１２．４ｎｍ寸法誤差に変わる。したがって、フィーチャＣＤ予算（すなわち誤差公差）をターゲット・フィーチャ幅の±１０％と仮定した場合、１２．４ｎｍの誤差はＣＤ予算のほぼ全てを費やす。
【００１０】
「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈｅｒ−Ｏｒｄｅｒ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｗｉｎｄｏｗ」と題されたＧｏｒｔｙｃｈ等による論文（ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１４６３，ｐｐ．３６８−３８１（１９９１））では、より高次のレンズ収差がリソグラフィ・プロセス窓を劣化させる可能性があることが実証された。残念ながら、より高次のレンズ収差をフォトリソグラフィ・システムが組み立てられた後になくすのは困難である。「Ｉｍｐａｃｔｏｆ  Ｌｅｎｓ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題されたＢｒｕｎｎｅｒによる論文（ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  １９９６  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．１−２７（１９９６））では、シミュレーションを利用して、いくつかの１次レンズ収差による近波長フィーチャの負の影響を実証した。特に、減衰ＰＳＭを利用するとき、コンタクト・フィーチャが印刷される様子を検査することによってコマ収差を観察することが可能であった。また、カスタム軸外し照明を用いてレンズ収差のバランスをとることができることも知られている。他には、より良いＣＤ制御を達成するために、様々な種類のレンズ収差を直接測定することが試みられている。
【００１１】
「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｌｅｎｓ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｉｎ−Ｓｉｔｕ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  Ｒｅｔｉｃｌｅ」と題されたＦａｒｒａｒ等による論文（Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＲｅｔｉｃｌｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ．（１９９９年６月））は、レンズ収差を直接測定するためにインサイチュ干渉計焦点板を使用することを報告した。Ｆａｒｒａｒによると、レンズ収差を３７ゼルニケ項まで引き出すことが可能であった。Ｆａｒｒａｒは、この方法が正確であり再現性があることを主張しているが、これは数百または数千の位置合わせタイプ測定値（すなわち、意図されたフィーチャ位置に関するずれの測定）を必要とする。したがって、Ｆａｒｒａｒの方法は正確であり再現性があるが、そのような膨大な測定値を必要とし、この方法は明らかに非常に時間がかかるものであり、したがって製造主導型の環境においては有用でない可能性がある。さらに、微小レンズ収差が様々な理由で（例えば、システムで行われる定期的予防メンテナンスによって）時間の経過と共に浮動する可能性があると考えられる。したがって、定期的にレンズ性能をモニタすることが重要であるので、かなりの測定値および計算を必要とするＦａｒｒａｒの方法の使用は実用的でない。したがって、プリント製造ウェハからレンズ収差を直接モニタできる方法が求められている。
【００１２】
この目的を達成するために、Ｄｉｒｋｓｅｎ等は、プリント・ウェハからレンズ収差を直接モニタする方法を提案した（例えばＰＣＴ特許出願ＷＯ００／３１５９２号参照）。Ｄｉｒｋｓｅｎの方法によれば、レンズ・モニタが焦点板上に単純な円形フィーチャを備える。より具体的には、円形フィーチャは、焦点板のガラス基質にエッチングされたクロムレス・フィーチャである。エッチング深さは通常λ／２であり、直径は約（λ／ＮＡ）であり、ここでＮＡは投影レンズの開口数である。Ｄｉｒｋｓｅｎによれば、この方法が効果的であることが実証されている。さらに、その構造は、露光領域全体にわたって容易に配置できるように十分簡単であり、小さなものである。
【００１３】
それでも、Ｄｉｒｋｓｅｎのレンズ収差モニタの使用に関してはいくつかの問題がある。まず、マスクのレンズ・モニタ・フィーチャの深さは、波長の約半分までエッチングする必要がある。専用マスクでは、そのようなフィーチャを製造するために追加の（または特別な）マスク作成プロセス・ステップを行うという問題がない。しかし、バイナリ・クロム焦点板や減衰ＰＳＭなど焦点板タイプを製造する際は、そのようなモニタを作成するのに必要な追加マスク作成プロセス・ステップがコストと時間のかかるプロセスとなる。交流ＰＳＭ（ａｌｔＰＳＭ）またはクロムレスＰＳＭ（ＣＬＭ）も、追加マスク作成プロセス・ステップを必要とする。さらに、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタは、π位相とは異なり、石英基板に異なるエッチング深さを必要とするので、特別なエッチング時間を必要とし、個別に行わなければならない。
【００１４】
Ｄｉｒｋｓｅｎのレンズ・モニタが有する第２の問題は、マスク形成中の石英エッチング・プロセスから生じることがある位相誤差を受けやすいことである。より具体的には、図１（ａ）〜１（ｆ）（図中、Ｓは石英マスク基板を表す）を参照すると、位相誤差が悪化した場合、石英エッチング・プロセスが、図１（ａ）に示されるようにマスクにスロープ付き縁部プロフィルをもたらす。そのような場合、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタは、任意の可能なレンズ収差を示すための全ての感度を失う。しかし、図１（ｄ）に示されるように、マスクに位相誤差がないときには、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタはレンズ収差を検出するのに効果的である。図１（ｂ）および１（ｅ）は、それぞれ図１（ａ）の「スロープ付き」Ｄｉｒｋｓｅｎモニタ構造、および図１（ｄ）の「理想的な」Ｄｉｒｋｓｅｎモニタ構造から得られるプリント・レジスト・パターンの断面図を例示する。
【００１５】
図１（ｂ）および１（ｅ）に例示されるレジスト・プロフィルを生成するために利用される印刷条件は以下のようであったことに留意されたい。＋０．１μｍ焦点ぼけで０．８部分コヒーレンスを伴う０．６８ＮＡであり、ポリシリコン・ウェハの上の有機ＢＡＲＣ（ＡＲ２）上にある厚さ０．４μｍのＳｈｉｐｌｅｙＵＶ６レジストを利用する。シミュレーションでは、ＸとＹ（Ｚ７およびＺ８ゼルニケ項）の両方に関して＋０．０２５λコマを導入した。
【００１６】
例えば図１（ｃ）および１（ｆ）に示されるように、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタ構造によって形成されるリング形状レジスト・パターンのより詳細な検査では、プリント・レジスト・パターンの内側リングが、外側リング構造によって形成される急勾配のプロフィルに比べて比較的緩いレジスト・プロフィルを有することが明らかである。この変化の理由は、外側リング・レジスト・パターンがマスクの位相変化によって形成され、内側リング・レジスト・パターンは、そのような位相変化を伴わずに形成されることである。具体的には、内側リング・レジスト・パターンは、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタ・パターンの中心を通過する露光波長の減衰によって形成される。すなわち、２つのレジスト・プロフィル（すなわち内側リングと外側リング）は、それぞれの仮想イメージの２つの本質的に異なるログスロープによって形成される。レジスト・プロフィルの相違は、膨大な位置合わせ測定値をもたらす可能性があり、対象のレンズ収差の誤解を生じる場合がある。
【００１７】
図１（ｅ）および（ｆ）に示されるように、Ｄｉｒｋｓｅｎレンズ収差モニタを用いてわずかなコマを観察することができることに留意されたい。具体的には、リングの幅が左側と右側で異なる。さらに、図１（ｂ）および１（ｃ）に示されるように、「スロープ付き」Ｄｉｒｋｓｅｎモニタでは、このコマの観察が困難であることに留意されたい。
【００１８】
したがって、前述の問題を鑑みると、レンズ収差の検出を可能にし、しかしマスク作成プロセスのわずかな不完全さによっては簡単に損なわれないレンズ・モニタが依然として求められる。また、レンズ・モニタ構造が、インサイチュ・レンズ・モニタリングのために製造ダイの間、またはその横のいくつかの場所に位置決めできるように十分小さいことも望まれる。また、追加マスク作成プロセス・ステップを必要とせずにレンズ・モニタを製造することができることも望まれる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した要求を解決するために、本発明の目的は、レンズ収差を検出することができるレンズ・モニタを提供することである。本発明のさらなる目的は、前記レンズ・モニタが、モニタをインサイチュ製造モニタリングのために利用できるように十分小さいサイズの収差解析構造を備えることである。さらに、本発明の目的は、前記モニタの製造が例えばマスク形成中に追加処理ステップを必要としないようにすること、およびレンズ・モニタの機能が、その製造、例えばマスク形成プロセスのわずかな不完全性によって大きく損なわれないようにすることである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
より具体的には、本発明は、レンズ収差を検出するためのレンズ収差モニタに関する。モニタは、（例えばマスク上に配設された）複数の分解能以下フィーチャを備える。複数の分解能以下フィーチャが、基板上に所定のテスト・パターンを投影するように配置され、次いでこのテスト・パターンを利用してレンズ収差を検出する。モニタのサイズは、基板上に形成すべきデバイス（例えば集積回路）に対応するデバイス・パターンに関連してリソグラフィ装置の対象領域内に適合するようなものである。例えば、モニタは、ＩＣパターンを含むマスク上に適合するように十分小さくなっている。
【００２１】
本発明はまた、冒頭段落で指定した光学リソグラフィ・システムで利用される光学システム（放射システムおよび／または投影システム）に関連する収差を検出する方法に関する。この文脈では、方法が、
複数の分解能以下フィーチャを有するモニタを備えるように前記所望のパターンを提供するステップであって、前記複数の分解能以下フィーチャが、基板上に投影されるときに所定のテスト・パターンを形成するように配置されているステップと、
投影システムを使用して基板上にモニタを投影するステップと、
収差があるかどうか判定するために、前記所定テスト・パターンの位置、およびモニタでの前記複数の分解能以下フィーチャの位置を解析するステップと
を含む。
前記モニタに加え、前記所望のパターンがさらに、前記基板上に形成すべき集積デバイス層に対応するデバイス・パターンを備える。
【００２２】
以下に説明するように、所定テスト・パターンの位置が複数の分解能以下フィーチャの位置から求められる予想位置と異なる場合、予想位置からのこのずれが収差の存在を示す。
【００２３】
以下にさらに詳細に記述するように、本発明は、従来技術に勝る大きな利点を提供する。最も重要なものとして、本発明は、非常にわずかなレンズ収差を検出することができるレンズ・モニタを提供する。さらに、レンズ・モニタ構造のサイズ全体が十分に小さいので、露光領域全体のモニタリングを可能にするように十分な数の位置にモニタ構造を位置決めすることができる。
【００２４】
モニタがマスク上に配設される場合、モニタを形成するために利用されるマスク形成プロセスの欠陥に実質的に影響を受けない。そのような場合、製造マスクを形成するのに必要なのと同じマスク形成プロセスを利用してレンズ・モニタを形成することができ、したがって追加のマスク形成処理ステップを必要としないので、本発明のレンズ・モニタはインサイチュ・モニタリングに適している。他の利点は、レンズ・モニタの効果が、マスク作成プロセスに通常備わっている「スロープ付き」位相縁部と「コーナ丸め」効果との両方に比較的鈍感であることである。
【００２５】
本発明の追加の利点は、以下の概略図面、およびそれに関連する本発明の例示実施形態の詳細な説明から当業者に明らかになろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面中、同じフィーチャは同じ参照符号で示される。
【００２７】
本発明のレンズ収差モニタの以下の詳細な説明は、レンズ収差モニタ自体と、モニタを形成する方法との両方に関する。本発明の理解を容易にするために、以下の説明が、モニタを利用してマスク上にリング形状構造を形成することができる方法を詳述していることに留意されたい。しかし、本発明がそのようなリング形状構造に限定されず、明らかに他の形状も可能であることも留意されたい。さらに、前記構造をマスク上に形成する必要はなく、例えば他のパターニング手段を使用して生成することもできる。
【００２８】
Ｄｉｒｋｓｅｎモニタに関する上述の所見から、本発明の発明者ははじめに、リング状構造を示すようにモニタを修正することによってＤｉｒｋｓｅｎのモニタ構造の内側リングのレジスト・プロフィルを改良することができると考えた。すなわち、Ｄｉｒｋｓｅｎのモニタ構造の内側リングの劣化／傾斜レジスト・プロフィルを、構造の中心で位相変化を生み出すことによって補正することができると考えた。しかし、はじめの考えとは異なり、本発明の発明者は、Ｄｉｒｋｓｅｎ構造の中心で位相変化を生み出すことによって、リング状構造を示す対応レジスト・プロフィルが生じなくなることを見出した。さらに、得られたレジスト・プロフィルは、レンズ収差をモニタするには本質的に役に立たなかった。
【００２９】
図２（ａ）〜２（ｃ）に、リング状構造を形成するように修正されたＤｉｒｋｓｅｎモニタ構造を例示する。具体的には、図２（ａ）は、リング状構造を形成するように修正されたＤｉｒｋｓｅｎ構造の上面図および断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のリング状構造の１次元断面仮想イメージである（図中、Ｉは強度を示す）。図２（ｃ）は、図２（ａ）のリング状構造から得られるプリント・レジスト・パターンの断面図である。図２（ａ）〜２（ｃ）を検討すると明らかなように、リング状構造（図２（ａ））は、リング形状レジスト・プロフィルを生成しない。これは、モニタ構造の仮想イメージが「リング状」レジスト構造のパターニングを可能にするのに十分なコントラストを有さないためである。したがって、図２（ａ）の構造は、レンズ収差をモニタするには本質的に役に立たない。前述したことは、モニタ構造の直径がλ／ＮＡの範囲内にある限り正確であることに留意されたい。より大きな直径では、図２（ａ）のリング状設計でリング状レジスト・パターンを印刷できる可能性がある。しかし、直径がλ／ＮＡよりも大きくなると、レンズ収差モニタリングの効率が悪くなる。
【００３０】
前述のことを鑑みて、本発明の主な目的の１つは、有効直径がλ／ＮＡの範囲内にある構造を有し、微小レンズ収差を示すのに十分に感度の良い十分急なログスロープを有する仮想イメージを生成するレンズ収差モニタを提供することである。
【００３１】
図３（ａ）に、本発明による例示レンズ収差モニタ構造１０を例示する。オクタッド・ハーフトーン・リング（ＯＨＲ）と呼ばれるレンズ収差構造１０は、図示したように、複数の分解能以下フィーチャ１２を備える分解能以下ハーフトーン構造である。分解能以下構造の形成の詳細な考察は、例えば欧州特許出願ＥＰ０９８０５４２号に記載されている。
【００３２】
図３（ａ）に例示される実施形態では、分解能以下ハーフトーン構造１０の全体形状が円形であり、各フィーチャ１２が正方形状を呈する。本発明の収差モニタ構造１０がそのような形状に限定されないことに留意されたい。明らかに、分解能以下ハーフトーン構造１０の全体形状は円形でなくてもよく、各フィーチャ１２の形状は正方形でなくてもよい。正方形状の分解能以下フィーチャ１２は、マスク作成プロセスの性質により、実際の設計ではコーナを丸められる可能性があることに留意されたい。
【００３３】
図３（ａ）を参照すると、個別フィーチャ１２のサイズ、およびフィーチャ１２間のスペーシングは以下のようである。例示実施形態では、正方形フィーチャの各辺の寸法ＳＬが約０．３（λ／ＮＡ）以下である。マスク作成分解能が、分解能以下フィーチャ１２に関する最小サイズに制限を与えることに留意されたい。今日の製造マスク作成プロセスでは、分解能限界が、４Ｘマスク上で約２００ｎｍの範囲内にある。これは、１Ｘウェハ・スケールでは５０ｎｍに相当する。例えば、ＫｒＦ露光源を有する０．６８ＮＡステッパを利用するとき、各正方形フィーチャ１２のサイズは一辺が約１００ｎｍ〜１２０ｎｍである。十分なハーフトーン効果を維持するためには、各正方形フィーチャ１２間のスペーシングＥＳが０．１５（λ／ＮＡ）未満であることが好ましい。あるいは、各フィーチャ１２間のスペーシングを正方形フィーチャ１２の辺寸法の約半分よりも小さくすべきである。図３（ａ）に示されるように、前述のスペーシング要件は隣接フィーチャ１２間のスペーシングを指すことに留意されたい。さらに、図３（ａ）に示されるように、Ｘ方向とＹ方向（それぞれＸＳＴおよびＹＳＴ）でのスタガ・オフセットが同じであることが好ましいことに留意されたい。すなわち、Ｘ方向またはＹ方向で隣接フィーチャに重なるフィーチャ１２の部分が好ましくは同じである。この実施形態では、好ましいスタガ・オフセットは、分解能以下要素サイズの約１／４〜３／４の範囲にある。最後に、再び図３（ａ）を参照して、Ｘ方向またはＹ方向に沿って取った、間に最大距離を有する２つの向かい合うフィーチャ（すなわち、それぞれフィーチャ１２ａ、１２ｂ、またはフィーチャ１２ｃ、１２ｄ）の内側縁部間の距離ＥＥＳが、好ましくは（λ／ＮＡ）にほぼ等しいことにさらに留意されたい。全ての寸法を１Ｘウェハ・スケールで示している。
【００３４】
図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタの実施形態では、本発明の分解能以下ハーフトーン構造１０が、リング状に配置された８つの正方形フィーチャ１２を利用する。ただし、前述したように、本発明をそれに限定することは意図していない。明らかに、リング形状を呈さない分解能以下ハーフトーン構造を生成して利用することも可能である。また、正方形以外の形状を有するフィーチャを利用することができるので、総数が８つ以外の数の複数の分解能以下フィーチャを利用して分解能以下ハーフトーン構造を形成することも可能である。
【００３５】
より具体的には、線状構造（例えば一対の平行線）がある種のレンズ収差（例えばコマ）を示すことができるが、「リング状」構造を形成して他の形のレンズ収差、およびそれに対応する向きをキャプチャすることが望ましい。さらに、各フィーチャ１２が分解能以下であるので、特定の形状が考慮されない。フィーチャ１２のサイズおよびハーフトーン・スペーシングがより重要である。図３（ｂ）、３（ｃ）、および３（ｄ）は、モニタ構造を形成するために利用することができる分解能以下フィーチャ１２の様々な構成および形状の例である。図３（ｅ）、３（ｆ）、および３（ｇ）は、それぞれ図３（ｂ）、図３（ｃ）、および３（ｄ）に例示されるモニタ構造の実際の印刷性能を示す。全ての露光を、同じ条件下で、すなわち環状照明を用いて０．６８ＮＡ（０．６内側シグマおよび０．８外側シグマ、シグマ（σ）はいわゆるコヒーレンス係数）で行った。さらに、各例において、ＸおよびＹコマの量０．０５λが意図的に導入された。３例全てに関して、図３（ｅ）、３（ｆ）、および３（ｇ）に例示されたプリント・パターンからコマ・レンズ収差を明らかに観察することができる。
【００３６】
図４（ａ）〜４（ｆ）に、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタ構造（図１）、リング状モニタ構造（図２）、および本発明のＯＨＲモニタ構造（図３（ａ））の対象スペクトルおよび仮想イメージの比較を例示する。これらの図において、Ｐは位相を示し、Ｉは強度を示す。より具体的には、まず図４（ａ）を参照すると、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタの位相対象スペクトルが±ＮＡ（開口数）制限範囲内で対称でないことが示されている。図４（ｂ）を見ると、「リング状」モニタが対称的な位相スペクトルを有し、位相範囲全体が圧縮されていることが示されている。しかし、上で説明し、図４（ｅ）に例示されるように、「リング状」モニタ構造は不十分な仮想イメージ・コントラストしか示さず、したがってリング状レジスト・パターンの印刷はできない。
【００３７】
図４（ｃ）を見ると、ＯＨＲモニタ１０が、±ＮＡ制限範囲内で対称的な位相スペクトルを示し、かつ０〜３６０度の全位相範囲を有していることが図示されている。ＯＨＲモニタ１０に対応する仮想イメージ（図４（ｆ）に図示）は、約０．３〜０．３５強度レベルの印刷しきい値で比較したときに、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタによって生成される仮想イメージ（図４（ｄ）に図示される）と同様のイメージを表す。しかし、容易には明らかでないが、ＯＨＲモニタ構造１０では、内側および外側仮想イメージに関するログスロープがしきい値強度レベルでより良くバランスを取られている。これは、図４（ｄ）と図４（ｆ）の両方に示される一対の矢印によって示してある。
【００３８】
図５（ａ）〜５（ｃ）は、図３（ａ）に例示されるＯＨＲレンズ・モニタ構造１０の実際の印刷性能を例示する。図５（ａ）〜５（ｃ）を生成するために利用される印刷条件は、図１（ａ）〜１（ｆ）に関して上述したものと同じである。図５（ａ）は、投影レンズ上に投影されたＯＨＲモニタ構造１０の２次元仮想イメージを例示する（Ｉは強度を示す）。図５（ｂ）は、得られたＯＨＲモニタ構造（すなわち印刷プロセスによって形成されるＯＨＲモニタ構造）と重ねた元のレジスト・パターン（すなわちフィーチャ１２）の上面図を例示する。図５（ａ）〜５（ｃ）に示されるように、非常にわずかなコマ収差でさえ、このモニタによって簡単に検出することができる。
【００３９】
より具体的には、シミュレーションで導入されたコマ収差（Ｚ７とＺ８の両方に関して０．０２５λ）を、図５（ａ）ならびに図５（ｂ）の２Ｄ仮想イメージで観察することができる。図５（ｂ）を参照すると、収差は、プリントＯＨＲ構造の内側リング１４の右上へのシフトによって示される。最後に、プリントＯＨＲ構造の断面図である図５（ｃ）は、（所与の断面図の）プリントＯＨＲ構造の左側の内側部分１６が、それに対応するプリントＯＨＲ構造の右側の内側部分１７よりも中心に向けてシフトされていることを示す。前述したＯＨＲ構造の位置のシフト／変化がそれぞれレンズ収差の存在を示す。レンズ収差がない場合、図５（ｂ）の内側リング１４は、ＯＨＲモニタ構造１０を形成するために利用される各正方形フィーチャ１２から均等に離隔される。さらに、図５（ｃ）のレジスト・パターン１６、１７が共に、中心から等しく離隔される。
【００４０】
使用中、回路動作に干渉しないようにスクライブ・ライン内に、またはダイ内部に印刷されるＯＨＲモニタが、対応する露光領域での実際の収差をモニタするために測定されることに留意されたい。このとき、レンズ収差を利用して、ＣＤ誤差を最小限に抑えるのに必要な補正措置を計算する。補正措置は、例えばマスク・パターンを変えることによって、または露光ツールを調整することによって達成することができる。本明細書で述べるように、レンズ収差の量は、レンズ収差に敏感でない既知の基準構造に関して内側リング・サークルの相対リング幅または相対位置シフトを測定することによって求めることができる。別の可能な方法は、プリントＯＨＲパターンのＳＥＭ写真を撮影し、それを、既知のレンズ収差をもつＯＨＲパターンの族と比較することによるものである。統計解析を使用して、信頼可能な繰返し精度でレンズ収差の大きさおよびタイプを求めることができる。
【００４１】
本発明のＯＨＲモニタに関する１つの重要な点は、モニタの性能が、不完全なマスク作成プロセスによって低下しないことである。より具体的には、ＯＨＲモニタは、石英エッチングによってマスク上にスロープ付き位相縁部が生じる場合にレンズ収差検出感度を失わない。図６（ａ）に、マスクに形成されるＯＨＲモニタ構造１０の上面図および断面図を示し（Ｓはマスク基板を示す）、ここではマスク形成プロセスによってスロープ付き縁部を有する正方形フィーチャ１２が生じている。スロープ付き縁部は、マスクの形成中に利用される不完全な石英エッチング・プロセスによってもたらされる。しかし、図６（ｂ）を参照すると、マスク上のスロープ付き石英位相縁部パターンが、対象位相スペクトルに対して大きな影響を及ぼさないことが示されている。対象スペクトル位相全体がわずかに（約３５０度まで）圧縮されるだけである。そのような圧縮は、レンズ収差検出モニタの感度のごくわずかな低減をもたらす場合がある。しかし、より重要なことには、そのような極端に傾斜した位相縁部であっても、図６（ｃ）〜６（ｅ）に示されるように、プリント・レジスト・プロフィルに対する影響がほとんどない。したがって、Ｄｉｒｋｓｅｎモニタと比較すると、本発明のＯＨＲモニタは、はるかに多用途のモニタを提供する。図６（ｃ）〜６（ｄ）を生成するために利用される印刷条件は、図１（ａ）〜１（ｆ）に関して上述したものと同じであることに留意されたい。
【００４２】
前述したように、製造印刷プロセス中、本発明のレンズ収差モニタを利用してインサイチュ・モニタリングを行うことが望まれる。この目的を達成するためには、以下の２つの要件を満足する必要がある。
（１）追加処理ステップを有さずに、同じマスク作成プロセスを使用してレンズ収差モニタを作成しなければならない。
（２）製造パターンの印刷のために意図されたのと同じ露光条件下での印刷時に、レンズ収差モニタ構造を使用可能に、かつ効果的にしなければならない。
【００４３】
本発明のＯＨＲモニタは両方の要件を満たすことができる。図７（ａ）〜７（ｄ）は、本発明のＯＨＲモニタを、６％減衰ＰＳＭまたはバイナリ・クロム・マスクで利用することができることを実証している。図７（ａ）〜７（ｄ）を生成するために利用される印刷条件は、図１（ａ）〜１（ｆ）に関して上述したのと同じであることに留意されたい。
【００４４】
より具体的には、図７（ａ）に、６％減衰ＰＳＭ上に形成され、得られたプリントＯＨＲモニタ構造と重ねたレジスト・パターンの上面図を例示する。図７（ｂ）は、図７（ａ）のレジスト・パターンから得られるプリントＯＨＲモニタ構造の断面図である。図７（ｃ）は、バイナリ・クロム・マスク上に形成され、得られたプリントＯＨＲモニタ構造と重ねたレジスト・パターンの上面図を例示する。図７（ｄ）は、図７（ｃ）のレジスト・パターンから得られるプリントＯＨＲモニタ構造の断面図である。
【００４５】
図７（ａ）〜７（ｄ）から明らかなように、６％減衰ＰＳＭを利用して形成されたＯＨＲモニタ構造と、バイナリ・クロム・マスクを利用して形成されたＯＨＲモニタ構造の両方が、微小レンズ収差（例えば０．０２５λ）を検出することができる。例えば、図７（ａ）と７（ｃ）の両方において、得られたＯＨＲモニタ構造の内側リング１４が、図５（ｂ）に例示されるＯＨＲモニタ構造と同様の様式で右上方向にシフトされ、それによりシミュレーションで導入された０．０２５λレンズ収差を効果的に検出する。
【００４６】
関連製品パターンと同じ露光レベルを利用することができることを保証するために、ＯＨＲ正方形要素１２の寸法を、６％減衰ＰＳＭとバイナリ・クロム・マスク適用例の両方に関して約０．３５（λ／ＮＡ）にサイズ変更したことに留意されたい。他のＯＨＲ設計パラメータは変更しなかった。しかし、わずかに大きな正方形要素を使用することにより、ハーフトーン効果を最大限まで上げるために各正方形要素間のスペーシングを再調整する必要があることが実証される場合がある。
【００４７】
上述したように、本発明のＯＨＲモニタはかなり多用途である。例えば、コマ収差の検出に加え、ＯＨＲモニタは、図５、６、および７に関連して上に例示したように他のタイプの様々なレンズ収差を検出することもできる。図８（ａ）〜８（ｈ）は、ＯＨＲモニタがレンズ収差を検出できることを示す。図８（ａ）〜８（ｈ）を生成するために利用される印刷条件は、レンズ収差セッティングを除いて図１（ａ）〜１（ｆ）に関して上述したものと同じであり、全てが＋０．１μｍ焦点ぼけを有することに留意されたい。
【００４８】
図８（ａ）は、回折限界レンズから印刷され、得られたＯＨＲモニタ構造と重ねた、ＯＨＲモニタを形成するために利用されるレジスト・パターンの上面図を例示する。図８（ｅ）は、図８（ａ）のＯＨＲモニタに対応する投影レンズ瞳孔での波面を例示する。図示されるように、プリントＯＨＲモニタ構造は、内側リング１４と外側リング１５が共に予想位置にあるときにレンズが実質的に収差を有さないことを示している。
【００４９】
図８（ｂ）は、得られたＯＨＲモニタ構造と重ねた、４５度非点収差の０．０５λのレンズ収差で印刷されたレンズ収差モニタ構造のレジスト・パターンの上面図を例示する。図８（ｆ）は、図８（ｂ）のＯＨＲモニタ構造に対応する投影レンズ瞳孔での波面を例示する。図示したように、プリントＯＨＲモニタ構造は、４５度軸の周りに内側リング１４が延びることによってレンズ収差を明らかにする。
【００５０】
図８（ｃ）は、得られたＯＨＲモニタ構造と重ねた、ＸおよびＹコマ（Ｚ７およびＺ８）の０．０５λのレンズ収差で印刷されたレンズ収差モニタ構造のレジスト・パターンの上面図を例示する。図８（ｇ）は、図８（ｃ）のＯＨＲモニタ構造に対応する投影レンズ瞳孔での波面を例示する。図示したように、プリントＯＨＲモニタ構造が、上方向および右方向への内側リング１４および外側リング１５のシフトによってレンズ収差を示す。
【００５１】
図８（ｄ）は、得られたＯＨＲモニタ構造と重ねた、ＸおよびＹ傾斜（Ｚ２およびＺ３）の０．０５λのレンズ収差で印刷されたレンズ収差モニタ構造のレジスト・パターンの上面図を例示する。図８（ｈ）は、図８（ｄ）のＯＨＲモニタ構造に対応する投影レンズ瞳孔での波面を例示する。図示したように、プリントＯＨＲモニタ構造は、下方向および左方向への内側リング１４および外側リング１５のシフトによってレンズ収差を示す。
【００５２】
したがって、実際のレンズ収差が非常に複雑であり、かつわずかなものである場合でさえ、本発明のＯＨＲモニタと現況測定学ツールを組み合わせて使用することによって、レンズ収差の根底にある原因を分析することができる。図８（ａ）〜８（ｈ）に関連して上で識別したレンズ収差はまた、図８（ｆ）〜８（ｈ）に例示した投影レンズ瞳孔に投影された波面を見たときに明らかであることに留意されたい。
【００５３】
図９は、本発明での使用に適したリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は以下のものを備える。
・放射線（例えばＵＶまたはＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＥｘ、ＩＬ。この特定の場合には、放射線システムは放射線源ＬＡも備える。
・マスクＭＡ（例えば焦点板）を保持するためのマスク・ホルダを備え、アイテムＰＬに関してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に接続された第１の対象物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴ。
・基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、アイテムＰＬに関して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２の対象物テーブル（基板テーブル）ＷＴ。
・基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを備える）にマスクＭＡの照射部分をイメージするための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば、屈折性、反射屈折性、または反射性光学アレイ）。
本明細書で示すように、この装置は、透過性タイプの（すなわち透過性マスクを有する）ものである。しかし一般には、例えば反射性タイプの（すなわち反射性マスクを有する）ものであってもよい。別法として、この装置は、上で言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなど別の種類のパターニング手段を使用することができる。
【００５４】
放射線源ＬＡ（例えば、Ｈｇランプ、エキシマ・レーザ、またはプラズマ源）は放射線ビームを発生する。このビームは、直接的に、または例えばビーム拡大器Ｅｘなどの調整手段を横切った後に、照明システム（照明器）ＩＬに供給される。照明器ＩＬは、ビームの強度分布の外側および／または内側放射範囲（一般にそれぞれσ外側およびσ内側と呼ばれる）を設定するための調節手段ＡＭを備えることができる。さらに、一般には、積分器ＩＮや集光レンズＣＯなど様々な他の構成要素も備える。このようにして、マスクＭＡに衝突するビームＰＢが、その断面で所望の均一性および強度分布を有するようにする。
【００５５】
ビームＰＢはその後、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに交差する。ビームＰＢは、マスクＭＡを横切ると、レンズＰＬを通過し、レンズＰＬが、基板Ｗのターゲット部分ＣにビームＰＢを合焦する。第２の位置決め手段（および干渉計測定手段ＩＦ）によって、基板テーブルＷＴを、例えばビームＰＢの経路内に様々なターゲット部分Ｃを位置決めするように正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め手段を使用して、例えばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後、またはスキャン中に、ビームＰＢの経路に関してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、対象物テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図９には明示していない長ストローク・モジュール（粗い位置決め）と短ストローク・モジュール（精密位置決め）とを用いて実現される。しかし、（ステップアンドスキャン装置と異なり）ウェハ・ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータにのみ接続することができる、または固定することができる。
【００５６】
図示した装置は、２つの異なるモードで使用することができる。
ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴが本質的に静止して保たれ、マスク・イメージ全体が、ターゲット部分Ｃに１度に（すなわちただ１回の「フラッシュ」で）投影される。次いで、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向にシフトされ、それにより別のターゲット部分ＣをビームＰＢによって照射することができる。
スキャン・モードでは、所与のターゲット部分Ｃがただ１回の「フラッシュ」で露光されない点を除き、本質的に同じシナリオが適用される。１回のフラッシュで露光するのではなく、マスク・テーブルＭＴが速度ｖで所与の方向（いわゆる「スキャン方向」、例えばｙ方向）に移動可能であり、それにより投影ビームＰＢがマスク・イメージ全体にわたってスキャンするようになっている。それと並行して、基板テーブルＷＴが、速度Ｖ＝Ｍｖで同方向または逆方向に同時に移動される。ここでＭはレンズＰＬの倍率である（典型的にはＭ＝１／４または１／５）。このようにすると、分解能を損なわずに、比較的大きなターゲット部分Ｃを露光することができる。
【００５７】
本発明は、例えば、上述した装置の照明器ＩＬおよび／または投影システムＰＬの収差を検査するために使用することができる。
【００５８】
上述したように、本発明のＯＨＲモニタの例示実施形態の変形も可能である。例えば、例示ＯＨＲモニタ構造はリング形状で形成されているが、明らかに他の形状も可能である。さらに、ＯＨＲモニタ構造を形成するために利用される個々のフィーチャを、正方形以外の形状で形成することもできる。
【００５９】
さらに、ＯＨＲは、あらゆるタイプのマスク、例えばバイナリ・クロム、減衰ＰＳＭ、交流ＰＳＭ、およびクロムレスＰＳＭで利用することができる。そのような構造およびフィーチャ・スペーシングがレンズ収差に非常に敏感である場合があることをＯＨＲ設計が示すので、ＯＨＲ設計寸法を、集積回路設計に関する「禁止」設計規則に関する基準として使用することができる。したがって、回路フィーチャを、微小レンズ収差にはあまり敏感でないようにすることができる。これは、メモリ回路またはライブラリ回路設計に非常に重要となる場合があり、その結果、ＣＤ制御が向上／改善される。
【００６０】
上述したように、本発明のＯＨＲモニタは、従来技術に勝る重要な利点を提供する。最も重要なことには、本発明は、非常にわずかなレンズ収差を検出することができ、モニタを形成するために利用されるマスキング形成プロセスでの欠陥に実質的に影響を受けないレンズ・モニタを提供する。
【００６１】
さらに、本発明のレンズ収差モニタは、製造マスクを形成するのに必要なのと同じマスク形成プロセスを利用してレンズ・モニタを形成することができ、したがって追加マスク形成処理ステップを必要としないので、インサイチュ・モニタリングに適している。さらに、レンズ・モニタ構造の全体のサイズが十分小さいので、露光領域全体のモニタリングができるように十分な数の位置に構造を位置決めすることができる。
【００６２】
別の利点は、本発明のレンズ収差モニタ構造が分解能以下フィーチャを利用するので、フィーチャの実際の形状およびサイズがそれほど重要でなく、したがってレンズ収差モニタが、実際の適用例での収差の検出に非常に効果的であることである。
【００６３】
以上の説明では、集積回路製造におけるリソグラフィ投影装置の使用に特に言及してきたが、そのような装置が多くの他の可能な適用例も有することをはっきりと理解されたい。例えば、集積光学系、磁区メモリ用の誘導および検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用することができる。そのような代替適用例の文脈では、この本文における用語「焦点板」、「ウェハ」の使用を、より一般的な用語「マスク」、「基板」でそれぞれ置き代えられるものとみなすべきであることを当業者は理解されよう。
【００６４】
この文書では、用語「放射線」および「ビーム」を、紫外線（例えば波長が３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍ）やＥＵＶ（例えば波長が５〜２０ｎｍの範囲にある極紫外放射線）などあらゆるタイプの電磁放射線を包含するものとして使用している。
【００６５】
本発明のある特定の実施形態を開示したが、本発明を、本発明の精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することもできることに留意されたい。したがって、本発明の実施形態は、全ての点で例示的なものであり、限定的なものではないとみなすべきであり、本発明の範囲は、以上の説明ではなく頭記の特許請求の範囲によって示され、したがって特許請求の範囲の等価な意味および範囲内にある全ての変更が本明細書に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】「スロープ付き」Ｄｉｒｋｓｅｎレンズ収差モニタ構造の上面図および断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）の「スロープ付き」Ｄｉｒｋｓｅｎレンズ収差モニタ構造から得られるプリント・レジスト・パターンの断面図である。
【図１（ｃ）】図１（ｂ）に例示されたレジスト・パターンの上面図である。
【図１（ｄ）】「理想的な」Ｄｉｒｋｓｅｎレンズ収差モニタ構造の上面図および断面図である。
【図１（ｅ）】図１（ｄ）の「理想的な」Ｄｉｒｋｓｅｎレンズ収差モニタから得られるプリント・レジスト・パターンの断面図である。
【図１（ｆ）】図１（ｅ）に例示されるレジスト・パターンの上面図である。
【図２（ａ）】リング状構造を形成するように修正されたＤｉｒｋｓｅｎモニタ構造の上面図および断面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）のリング状構造モニタの１次元断面仮想イメージである。
【図２（ｃ）】図２（ａ）のリング状モニタ構造から得られるプリント・レジスト・パターンの断面図である。
【図３（ａ）】本発明による例示レンズ収差モニタ構造を示す図である。
【図３（ｂ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図３（ｃ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図３（ｄ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図３（ｅ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図３（ｆ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図３（ｇ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の例示変形形態、およびその印刷性能を示す図である。
【図４（ａ）】図１のＤｉｒｋｓｅｎモニタ構造によって生成される対象位相スペクトルを示す図である。
【図４（ｂ）】図２の「リング状」モニタ構造によって生成される対象位相スペクトルを示す図である。
【図４（ｃ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造によって生成される対象位相スペクトルを示す図である。
【図４（ｄ）】図１のＤｉｒｋｓｅｎモニタ構造によって生成される１Ｄ断面仮想イメージを示す図である。
【図４（ｅ）】図２の「リング状」モニタ構造によって生成される１Ｄ断面仮想イメージを示す図である。
【図４（ｆ）】図３（ａ）のレンズ収差モニタ構造によって生成される１Ｄ断面仮想イメージを示す図である。
【図５（ａ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の実際の印刷性能を示す図である。
【図５（ｂ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の実際の印刷性能を示す図である。
【図５（ｃ）】図３（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の実際の印刷性能を示す図である。
【図６（ａ）】  図３（ａ）のレンズ収差モニタ構造の上面図および断面図であって、マスク形成プロセスが、スロープ付き縁部を有する分解能以下フィーチャをもたらしている図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造によって生成される対象位相スペクトルを示す図である。
【図６（ｃ）】投影レンズによって投影された図６（ａ）に例示されるレンズ収差モニタ構造の２次元仮想イメージを示す図である。
【図６（ｄ）】得られたレンズ収差モニタ構造と重ねた、ウェハ上に印刷される図６（ａ）の元のレジスト・パターンの上面図である。
【図６（ｅ）】図６（ａ）のモニタ構造に対応する、得られたレンズ収差モニタ構造の断面図である。
【図７（ａ）】６％減衰ＰＳＭまたはバイナリ・クロム・マスクに関連して利用される本発明のレンズ収差モニタの能力を実証する図である。
【図７（ｂ）】６％減衰ＰＳＭまたはバイナリ・クロム・マスクに関連して利用される本発明のレンズ収差モニタの能力を実証する図である。
【図７（ｃ）】６％減衰ＰＳＭまたはバイナリ・クロム・マスクに関連して利用される本発明のレンズ収差モニタの能力を実証する図である。
【図７（ｄ）】６％減衰ＰＳＭまたはバイナリ・クロム・マスクに関連して利用される本発明のレンズ収差モニタの能力を実証する図である。
【図８（ａ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｂ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｃ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｄ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｅ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｆ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｇ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図８（ｈ）】レンズ収差を検出するための本発明のレンズ収差モニタの能力を示す図である。
【図９】本発明での使用に適したリソグラフィ投影装置を示す図である。
【符号の説明】
ＣＯ  集光レンズ
Ｅｘ  放射システム、ビーム拡大器
ＩＬ  照明システム
ＩＮ  積分器
ＬＡ  放射線源
ＭＡ  マスク
ＭＴ  マスク・テーブル
ＰＢ  投影ビーム
ＰＬ  投影システム
ＷＴ  基板テーブル
１０  レンズ収差モニタ構造
１２  分解能以下フィーチャ
１４  内側リング
１５  外側リング
【図１（ａ）】
0003910065.tif 000002
【図１（ｂ）】
0003910065.tif 000003
【図１（ｃ）】
0003910065.tif 000004
【図１（ｄ）】
0003910065.tif 000005
【図１（ｅ）】
0003910065.tif 000006
【図１（ｆ）】
0003910065.tif 000007
【図２（ａ）】
0003910065.tif 000008
【図２（ｂ）】
0003910065.tif 000009
【図２（ｃ）】
0003910065.tif 000010
【図３（ａ）】
0003910065.tif 000011
【図３（ｂ）】
0003910065.tif 000012
【図３（ｃ）】
0003910065.tif 000013
【図３（ｄ）】
0003910065.tif 000014
【図３（ｅ）】
0003910065.tif 000015
【図３（ｆ）】
0003910065.tif 000016
【図３（ｇ）】
0003910065.tif 000017
【図４（ａ）】
0003910065.tif 000018
【図４（ｂ）】
0003910065.tif 000019
【図４（ｃ）】
0003910065.tif 000020
【図４（ｄ）】
0003910065.tif 000021
【図４（ｅ）】
0003910065.tif 000022
【図４（ｆ）】
0003910065.tif 000023
【図５（ａ）】
0003910065.tif 000024
【図５（ｂ）】
0003910065.tif 000025
【図５（ｃ）】
0003910065.tif 000026
【図６（ａ）】
0003910065.tif 000027
【図６（ｂ）】
0003910065.tif 000028
【図６（ｃ）】
0003910065.tif 000029
【図６（ｄ）】
0003910065.tif 000030
【図６（ｅ）】
0003910065.tif 000031
【図７（ａ）】
0003910065.tif 000032
【図７（ｂ）】
0003910065.tif 000033
【図７（ｃ）】
0003910065.tif 000034
【図７（ｄ）】
0003910065.tif 000035
【図８（ａ）】
0003910065.tif 000036
【図８（ｂ）】
0003910065.tif 000037
【図８（ｃ）】
0003910065.tif 000038
【図８（ｄ）】
0003910065.tif 000039
【図８（ｅ）】
0003910065.tif 000040
【図８（ｆ）】
0003910065.tif 000041
【図８（ｇ）】
0003910065.tif 000042
【図８（ｈ）】
0003910065.tif 000043
【図９】
0003910065.tif 000044