專利名稱：模板和光學(xué)特征測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有測(cè)試圖案的模板(reticle)以及利用這種模板測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)特征的光學(xué)特征測(cè)量方法。尤其是，本發(fā)明適合用于測(cè)量例如在光刻方法中使用的投影曝光設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的諸如最佳焦點(diǎn)位置、象散、場(chǎng)曲率或者波前像差等光學(xué)特征，其中所述光刻方法是用于制造半導(dǎo)體器件、液晶顯示器、薄膜磁頭等的方法之一。
背景技術(shù)：
用于制造半導(dǎo)體器件、液晶顯示器或薄膜磁頭的光刻方法例如采用了投影曝光設(shè)備，在該設(shè)備中，光掩膜或模板(以下稱之為模板)的影像通過投影光學(xué)系統(tǒng)成像在感光基底上。在這種投影曝光設(shè)備中，為了確保模板的圖案以高分辨率轉(zhuǎn)移到感光基底上，應(yīng)當(dāng)將感光基底在聚焦深度范圍內(nèi)與投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳成像平面(最佳焦點(diǎn)平面)對(duì)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行曝光。為此，應(yīng)當(dāng)采用某些方法檢測(cè)投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳焦點(diǎn)平面的位置、也就是最佳焦點(diǎn)位置。另外，投影光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)其最佳焦點(diǎn)位置與影像高度不同的所謂像平面(場(chǎng)曲率)。
以下是用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳焦點(diǎn)位置的一種已知方法。用具有不同傾斜角的主光線的兩個(gè)照射光或者用具有相同傾斜角但是沿對(duì)稱方向入射的兩個(gè)照射光照射單個(gè)圖案或者多個(gè)圖案。然后，測(cè)量由此在感光基底上獲得的多個(gè)圖案影像的間隔，或者測(cè)量通過移動(dòng)感光基底而獲得的彼此疊加的多個(gè)圖案的影像之間的相對(duì)位置偏移。然后檢測(cè)散焦量和上述間隔或者相對(duì)位置偏移之間的關(guān)系，并且根據(jù)這種關(guān)系計(jì)算最佳焦點(diǎn)。還有另外一種方法，其中不用相對(duì)于投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變感光基底的位置就能檢測(cè)出最佳焦點(diǎn)位置。
上述基于傾斜入射照射的方法不需要SEM測(cè)量，它是一種測(cè)量最佳焦點(diǎn)位置、像平面和象散(象散像差)的簡(jiǎn)單而且高效和高精度的測(cè)量方法。另外，相對(duì)于為了測(cè)量最佳焦點(diǎn)位置、像平面和象散而測(cè)量具有0-90度的相位變化的圖案影像位置的方法(該方法與基于位置偏移的測(cè)量相類似)或者測(cè)量?jī)蓚€(gè)光束的干涉所產(chǎn)生的干涉圖案的位置偏移的方法中所用的圖案來講，要用于上述位置偏移測(cè)量的圖案的尺寸可以更大。因此，關(guān)于空間影像測(cè)量，其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不必利用放大成像光學(xué)系統(tǒng)。另外，上述基于傾斜入射照射的測(cè)量方法對(duì)涉及散焦的位置偏移有很高的靈敏度。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，散焦量和位置偏移量或者根據(jù)上述基于傾斜入射照射的測(cè)量方法獲得的圖案影像之間的間隔之間的關(guān)系從嚴(yán)格意義上來講不是絕對(duì)的線性關(guān)系。其原因在于，由于在基于傾斜入射照射的測(cè)量中發(fā)生物光譜(object spectrum)位置在光瞳平面處的移位，因此物光譜被投影透鏡的孔徑光闌不對(duì)稱地切割，從而在成像平面處的空間影像中產(chǎn)生不對(duì)稱的畸變。
另外，當(dāng)不對(duì)稱的物光譜表示為A(f)，投影透鏡的OTF表示為O(f)時(shí)，則與在成像平面處的影像的振幅分布f(x)之間的關(guān)系表示為f(x)＝F-1[A(f)·O(f)](F-1是傅立葉逆變換)。從中也可以看出，投影透鏡的波前像差會(huì)影響空間影像。
在圖7中的曲線20是檢測(cè)的圖案位置偏移量(橫軸)相對(duì)于其中所產(chǎn)生球面象差的投影透鏡的散焦(縱軸)的曲線。用于焦點(diǎn)測(cè)量的圖案是圖20所示的傳統(tǒng)標(biāo)記的圖案。在圖20中，在C處表示測(cè)試圖案TP的開口的長(zhǎng)度。該開口透射率接近100％。
從圖7中可以看出，利用傳統(tǒng)的圖案，很明顯其線性度受到破壞。
在基于前述傳統(tǒng)方法的傾斜入射照射的最佳焦點(diǎn)測(cè)量中，由于曝光設(shè)備的投影透鏡的波前像差之間的差異，或由于依賴于視角內(nèi)的影像高度的波前像差的差異，散焦量和位置偏移量之間的關(guān)系是不同的。因此必須每次都檢查散焦量和位置偏移量或間隔之間的關(guān)系。
另外，當(dāng)散焦量和位置偏移量或間隔之間的關(guān)系可以用線性表達(dá)式來近似時(shí)，通過利用近似表達(dá)式從在一定的成像平面處的位置偏移或者間隔量計(jì)算出的散焦量的數(shù)值包含誤差。這對(duì)于測(cè)量在電路更加小型化的未來趨勢(shì)中所需要的更簡(jiǎn)單和更精確的投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征來說是一個(gè)嚴(yán)重問題。
另一方面，測(cè)量出投影透鏡的像差例如球面像差、成像平面(場(chǎng)曲率)、象散(象散像差)、彗差(彗形像差)、波前像差等，并將其用于實(shí)際評(píng)估或檢查。在這些像差中，波前像差是真正的像差。通過根據(jù)例如通常采用的澤爾尼克(Zernike)多項(xiàng)式來近似該波前像差，可以計(jì)算出作為該多項(xiàng)式的因子的球面像差、成像平面、象散、彗差等。因此波前像差的測(cè)量對(duì)于通過模擬來預(yù)測(cè)大量各種器件圖案的加工裕度來說也是非常重要的。
例如US5828455和US5978085提出了波前像差的測(cè)量方法。在這些專利所提出的測(cè)量方法中，在模板圖案表面上形成類似格柵的圖案，同時(shí)剛好在類似格柵的圖案的中央之下設(shè)置小孔，它們之間保留有小的間隙。另外，在模板的上表面，有一個(gè)特殊的模板，它具有剛好設(shè)置在類似格柵的圖案中央之上的凸面透鏡。利用曝光設(shè)備的照射系統(tǒng)來照射該模板，從照射系統(tǒng)發(fā)出的照射光照射設(shè)置在其下的格柵圖案，并且照射角(NA)不小于由凸面透鏡所限定的角度。穿過該格柵圖案的光線穿過設(shè)置在其下的小孔。此處，可以穿過小孔的光線僅限于具有將小孔和格柵圖案上的各點(diǎn)位置連線條所限定的角度的光線。因此，從格柵上各點(diǎn)發(fā)出的光束作為具有不同角度的多束光線前進(jìn)。
這些具有不同角度的光線照射在投影透鏡的光瞳平面上的不同位置上，并同時(shí)受到投影透鏡的波前像差的影響，它們到達(dá)晶片表面，從而將格柵圖案的各點(diǎn)成像在那里。此處，如此成像的格柵圖案的各點(diǎn)的影像已經(jīng)受到波前像差(相位)的不同影響。更具體的說，由于光線按照垂直于波前的方向前進(jìn)，因此格柵圖案的每個(gè)點(diǎn)的影像的成像位置從理想位置按照由波前上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的傾斜所確定的量發(fā)生移位?？紤]到這一點(diǎn)，測(cè)量格柵圖案的每個(gè)點(diǎn)的影像與理想格柵的偏移，并據(jù)此獲得波前在光瞳平面中各點(diǎn)處的傾斜量。然后，通過利用各種算法，計(jì)算波前像差。
在前述US5828455和US5978085中提出的波前像差測(cè)量方法類似于現(xiàn)有技術(shù)中已知的哈特曼(Hartman)方法。在Hartman方法中，在投影透鏡的光瞳平面處設(shè)置小孔，由此限制波前位置，并根據(jù)穿過其中的光所形成的圖案影像的位置偏移檢測(cè)波前的傾斜。
在Hartman方法中，在光瞳平面處設(shè)置小孔，從而關(guān)于物光譜，根據(jù)以下等式(1)，由于小孔的過濾，只能獲得與一定的小波前區(qū)相關(guān)的信息。
希望通過在光瞳平面處設(shè)置小孔(即光瞳濾光器)來主動(dòng)控制物光譜的形狀，如Hartman方法中一樣。但是，在實(shí)際的曝光設(shè)備中，例如由于鏡頭筒的空間或者由于防止污染所必須的凈化結(jié)構(gòu)，并且因?yàn)槌杀镜脑?，難以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
另一方面，在前述US5828455和US5978085提出的方法中，剛好在物體表面之下設(shè)置小孔。因此在光瞳平面上的物光譜(與以下等式(1)不同)對(duì)應(yīng)于包括相位項(xiàng)的傅立葉變換。
E(x)＝F-1[G(f)·p(f)·w(f)]F-1傅立葉逆變換E(x)影像的光振幅函數(shù)G(f)物光譜w(f)光瞳(波前)函數(shù)p(f)小孔函數(shù)本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有測(cè)試圖案的模板，利用該模板可以非常精確地測(cè)量出投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，還提供一種利用這種模板測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有測(cè)試圖案的模板，利用該模板根據(jù)完全不同于前述兩篇美國(guó)專利中所示的方法可以測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，還提供一種利用這種模板測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征的方法。
特別是，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種具有測(cè)試圖案的模板，利用該模板可以非常精確地測(cè)量出投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳焦點(diǎn)位置、象散像差、場(chǎng)曲率以及波前像差中的至少一種，還提供一種利用這種模板測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，在所述測(cè)試圖案中，具有能有效降低或者抑制在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面處的光譜的高頻分量的圖案。
本發(fā)明的第二方面與第一方面相關(guān)，其特征在于，在所述測(cè)試圖案中，具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，從而由此產(chǎn)生的多束衍射光在光瞳平面處彼此部分抵消，由此降低或者抑制高頻分量。
本發(fā)明的第三方面與第一方面相關(guān)，其特征在于，所述測(cè)試圖案中具有開口，用于在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面處產(chǎn)生預(yù)定周期的分量，在所述開口的相對(duì)兩側(cè)形成周期性的開口，用于在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面處產(chǎn)生與所述周期性分量不同的周期性分量。
本發(fā)明的第四方面與第一方面相關(guān)，其特征在于所述投影光學(xué)系統(tǒng)具有波前像差，所述測(cè)試圖案所具有的形狀使得即使所述測(cè)試圖案通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成的影像是散焦的也基本不產(chǎn)生任何非對(duì)稱影像畸變。
本發(fā)明的第五方面與第一方面相關(guān)，其特征在于該光學(xué)特征是最佳焦點(diǎn)位置、象散像差以及場(chǎng)曲率中的一種或者多種。
本發(fā)明的第六方面涉及一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，在所述測(cè)試圖案中，具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，用于使得基本只有零階光射向所述投影光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
本發(fā)明的第七方面涉及一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，在所述測(cè)試圖案中，具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小。
本發(fā)明的第八方面涉及一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，在所述測(cè)試圖案中，具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小。
本發(fā)明的第九方面與第七和第八方面相關(guān)，其特征在于線條和空白包括的圖案使得相鄰的線條在所述測(cè)量的時(shí)候不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯。
本發(fā)明的第十方面與第一至第九方面相關(guān)，其特征在于，通過在模板的測(cè)試圖案上投射照射光，并通過檢測(cè)由此形成的測(cè)試圖案的影像的位置，測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
本發(fā)明的第十一方面與第一至第九方面相關(guān)，其特征在于，通過從一個(gè)方向或者多個(gè)方向在模板的測(cè)試圖案上投射照射光，并通過分別檢測(cè)根據(jù)沿多個(gè)方向投射而形成的測(cè)試圖案的影像的位置，測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
本發(fā)明的第十二方面與第一方面相關(guān)，其特征在于該多個(gè)方向包括彼此關(guān)于包括光軸的預(yù)定平面對(duì)稱的兩個(gè)方向。
本發(fā)明的第十三方面與第十至第十二方面相關(guān)，其特征在于，其中所述投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑是NA，投射的照射光的主光線的入射角是σp(0≤σp≤1)，關(guān)于與照射光的主光線的入射方向正交的所述測(cè)試圖案的物光譜G(f)形成所述測(cè)試圖案，從而在是[(1-2σp)·NA/λ至NA/λ]的區(qū)f中消除G(f)的振幅。
本發(fā)明的第十四方面涉及一種投影曝光設(shè)備，其特征在于具有用于根據(jù)第十至第十三方面中任意一個(gè)的光學(xué)特征測(cè)量方法測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征的模式，并具有在有測(cè)試圖案的模板提供給該設(shè)備的時(shí)候用于在測(cè)試圖案上投射照射光的照射系統(tǒng)。
本發(fā)明的第十五方面涉及一種器件制造方法，其特征在于將用于器件制造的模板提供到如第十四方面所述的投影曝光設(shè)備，并將模板上的圖案轉(zhuǎn)移到基板上。
本發(fā)明的第十六方面涉及一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在線條和空白上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成線條和空白的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
本發(fā)明的第十七方面涉及一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在線條和空白上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成線條和空白的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
本發(fā)明的第十八方面涉及一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)圖案，每個(gè)圖案包括多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在該多個(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成所述圖案的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)圖案影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
本發(fā)明的第十九方面涉及一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)圖案，每個(gè)圖案包括多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在該多個(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成所述圖案的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)圖案影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
本發(fā)明的第二十方面涉及一種光學(xué)特征測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于提供一種具有測(cè)試圖案的模板，同時(shí)提供一種具有開口的部件；通過所述開口從傾斜的方向?qū)⒐馔客渡湓谒鰷y(cè)試圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成該圖案的影像；以及檢測(cè)圖案影像的位置，利用檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
本發(fā)明的第二十一方面涉及一種波前像差的測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于提供一種具有多個(gè)圖案的模板，同時(shí)提供一種具有開口的部件；通過所述開口從不同的方向?qū)⒐馔客渡湓谒龆鄠€(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成該多個(gè)圖案的影像；以及檢測(cè)圖案影像的各自位置，利用檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
本發(fā)明的第二十二方面與第二十或者第二十一方面相關(guān)，其特征在于具有所述開口的部件設(shè)置在模板上。
本發(fā)明的第二十三方面與第二十二方面相關(guān)，其特征在于該模板具有設(shè)置在所述開口上的凸透鏡。
本發(fā)明的第二十四方面與第十六至第二十一方面相關(guān)，其特征在于該圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中在重復(fù)方向上從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯。
本發(fā)明的第二十五方面與第十六至第二十一方面相關(guān)，其特征在于該圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，用于使得基本只有零階光射向所述投影光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
本發(fā)明的第二十六方面與第十六方面至第二十一方面相關(guān)，其特征在于所述檢測(cè)步驟包括光電轉(zhuǎn)換線條和空白的空間影像的步驟。
本發(fā)明的第二十七方面與第十六方面至第二十一方面相關(guān)，其特征在于所述檢測(cè)步驟包括將感光基板曝光于該線條和空白的影像的步驟，以及顯影該感光基板的步驟。
本發(fā)明的第二十八方面涉及一種投影曝光設(shè)備，其特征在于具有用于根據(jù)第十六至第二十七方面中任意一個(gè)的測(cè)量方法測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差的模式，并具有在將有測(cè)試圖案的模板提供給該設(shè)備的時(shí)候用于在測(cè)試圖案上投射照射光的照射系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二十九方面涉及一種器件制造方法，其特征在于將用于器件制造的模板提供到如第二十八方面所述的投影曝光設(shè)備，并將模板上的圖案轉(zhuǎn)移到基板上。


圖1為投影曝光設(shè)備的主要部分的示意圖，其中采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的光學(xué)特征測(cè)量方法；圖2顯示出本發(fā)明的測(cè)試圖案的一維光強(qiáng)度分布；圖3顯示出在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面上的分解物光譜；圖4顯示出在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面上的分解物光譜；圖5顯示出在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面上的物光譜；圖6顯示出投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面；圖7顯示出光軸方向(Z位置)和圖案的橫向偏移之間的關(guān)系；圖8顯示出在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面上的物光譜；圖9顯示出為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的投影曝光設(shè)備的主要部分的示意圖；圖10顯示出圖9的一部分；
圖11顯示出圖9的一部分；圖12顯示出本發(fā)明的測(cè)試圖案；圖13顯示出本發(fā)明的測(cè)試圖案；圖14顯示出在測(cè)試圖案投影平面上的光強(qiáng)度分布；圖15顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的測(cè)試圖案的示例；圖16顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的測(cè)試圖案的另一示例；圖17顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的測(cè)試圖案的一維光強(qiáng)度分布；圖18顯示出在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面上的物光譜；圖19顯示出光軸方向(Z位置)和圖案的橫向偏移之間的關(guān)系；圖20顯示出物體影像的移位光強(qiáng)度分布；圖21顯示出根據(jù)本發(fā)明的圖案的橫向偏移；圖22顯示出在光瞳平面上測(cè)量物光譜；圖23顯示出物體影像的一維光強(qiáng)度分布；圖24顯示出在光瞳平面上的物光譜；圖25顯示出光瞳平面上的物光譜；圖26顯示出物體影像的一維光強(qiáng)度分布；圖27顯示出無窮傅立葉級(jí)數(shù)；圖28顯示出光瞳平面上的物光譜；圖29顯示出圖案的數(shù)量和光瞳平面上的物光譜之間的關(guān)系；圖30顯示出圖案數(shù)量和圖案寬度之間的關(guān)系；圖31顯示出光瞳平面上的物光譜的比較例；圖32顯示出傾斜入射照射方法；圖33顯示出圖32中的光闌4；圖34顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案4的測(cè)試圖案；圖35顯示出根據(jù)實(shí)施方案4的測(cè)試圖案的總體結(jié)構(gòu)；圖36顯示出根據(jù)實(shí)施方案4的測(cè)試圖案的總體結(jié)構(gòu)；圖37顯示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案5的測(cè)試圖案；圖38顯示出其物光譜受控的標(biāo)記組19a；
圖39顯示出作為對(duì)照?qǐng)D案的標(biāo)記組19b；圖40顯示出具有標(biāo)記組19a和19b的模板9。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案1用于光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征測(cè)量方法。在圖1顯示的情況中，作為光學(xué)系統(tǒng)，選擇用于將掩膜(模板)16的圖案投射在感光基底(晶片)19上的投影透鏡17來用在半導(dǎo)體器件制造的曝光設(shè)備中，本發(fā)明適用于這種情況。
在圖1中，掩膜16上形成有圖案，作為測(cè)試圖案TP，具有如圖2所示的強(qiáng)度分布g(x)，該圖案設(shè)置成與照射圖案TP用的照射光的主光線LP的入射方向(平面)正交。在圖2中，橫坐標(biāo)的軸表示x坐標(biāo)，而縱坐標(biāo)的軸表示強(qiáng)度分布。圖案Ma、Mb1和Mb2是具有不同寬度的開口。
當(dāng)用傾斜角為σp的照射光LP照射掩膜16時(shí)，由掩膜16上的測(cè)試圖案TP會(huì)產(chǎn)生衍射光，該光線穿過投影透鏡17，并進(jìn)入投影透鏡的光瞳。它在限定投影透鏡17的光瞳平面18的孔徑光闌18a的開口處產(chǎn)生圖案TP的強(qiáng)度分布g(x)的物光譜G(f)，G(f)＝C*sinc(Cf)+a1*sinc(a1f)[exp[-i2π(-C/2-Δ1)f+exp[-i2π(C/2+Δ1)f]-exp[-i2π(-C/2+Δ1)f-exp[-i2π(+C/2-Δ1)f]]＝C*sinc(Cf)+2a1*sinc(a1f)[cos[2π(C/2+Δ1)f]-cos[2π(C/2-Δ1)f]]＝C*sinc(Cf)-4a1*sinc(a1f)*sin(πCf)*sin(2πΔ1f)＝A(f)-H1(f)f頻率H1(f)＝4a1*sinc(a1f)*sin(πCf)*sin(2πΔ1f)A(f)＝C*sinc(Cf)由于H1(f)的sin(πCf)具有與A(f)同樣的周期，因此在整個(gè)頻率區(qū)域內(nèi)，A(f)的振幅可以被抑制為一個(gè)小的值。而且，對(duì)于H1(f)的4a1*sinc(a1f)，如果相對(duì)于在投影透鏡光進(jìn)入一側(cè)(光瞳18)處的NA0而選擇滿足1/(2a1)≥(1+σp)·NA0/λ的足夠小的值a1，則在投影透鏡17的光瞳平面18的區(qū)域內(nèi)，4a1*sinc(a1f)可以被認(rèn)為是純粹權(quán)函數(shù)，它隨著頻率的升高而降低。圖3表示上述A(f)、sin(πCf)和4a1*sinc(a1f)的作用。
同樣，對(duì)于H1(f)的sin(2πΔ1f)，如果使sin(2πΔ1f)的半周期不小于投影透鏡17的光瞳平面18的區(qū)域，則它變?yōu)榫哂凶畲笾档募兇鈾?quán)函數(shù)。其條件是1/(2Δ1)＜(1+σp)·NA0/λ。圖4表示上述H1(f)、sin(πCf)和sin(2πΔ1f)的作用。
通過優(yōu)化a1和Δ1，可以對(duì)H1(f)整形，并且據(jù)此，可以獲得G(f)。利用該G(f)，A(f)的高頻分量的振幅(它應(yīng)當(dāng)被盡可能的抑制為一個(gè)小的值)可以在適當(dāng)?shù)念l率區(qū)域內(nèi)被抑制為一個(gè)小數(shù)值。而且，關(guān)于a1和Δ1，同樣，通過加入圖案整形例如a2和Δ2，可以基于H1(f)+H2(f)進(jìn)行優(yōu)化。圖5表示通過由兩組H1(f)和H2(f)進(jìn)行的整形，H1(f)+H2(f)之和的高頻分量中的振幅衰減傾向更加與A(f)的傾向一致。同樣，也可以根據(jù)H1(f)+H2(f)...+Hn(f)進(jìn)行優(yōu)化。
在a1和Δ1滿足上述條件的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的、如圖2所示的測(cè)試圖案TP的物光譜G(f)成像在成像平面19處，同時(shí)受到投影透鏡17的波前像差以及成像平面19的位置的影響。此處，影像的振幅分布f(x)是f(x)＝F-1[G(f)·O(f)]因?yàn)閷?duì)應(yīng)于照射光的主光線LP的傾斜角σp，在光瞳平面18上，物光譜G(f)只在以位置σp為中心的尺寸(半徑)為1-σp的圓形區(qū)域內(nèi)具有振幅，所以從上述公式得出，成像振幅f(x)僅在光瞳平面18上的一個(gè)小區(qū)域(圖6的區(qū)域25)內(nèi)受到投影透鏡17的波前像差的影響。通過給該小區(qū)域設(shè)定適當(dāng)?shù)某叽?，可以將影像的畸變減小到一個(gè)小的數(shù)值。因此，關(guān)于影像的任何位置變化與散焦之間的關(guān)系而言，它不受到影像畸變的影響，是線性的。更具體的說，因?yàn)闇y(cè)試圖案TP通過投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面基本僅將零階光射向像平面，因此影像中的位置變化與散焦之間的關(guān)系變?yōu)榛臼蔷€性的。
圖21表示用于將掩膜16上的圖案投射和轉(zhuǎn)移到感光基底19上的投影曝光設(shè)備，其中具有不同入射角(傾斜角)的主光線LP1和LP2的兩束照射光投射在掩膜16上的測(cè)試圖案TP上(見圖2)；其中測(cè)試圖案的兩個(gè)影像Tpa由投影光學(xué)系統(tǒng)17轉(zhuǎn)移到晶片臺(tái)上的感光基底19上；其中測(cè)量感光基底19上的入射平面(圖面)中的兩個(gè)圖案影像Tpa之間的關(guān)于箭頭所示方向的位置偏移Δ；并且根據(jù)該位置偏移Δ檢測(cè)最佳焦點(diǎn)。
在該實(shí)施方案中，測(cè)試圖案TP的圖案形狀被設(shè)計(jì)為能夠確保圖案影像的位置偏移相對(duì)于散焦的關(guān)系保持其線性，而與投影光學(xué)系統(tǒng)的散焦和波前像差無關(guān)。
圖6表示投影透鏡17的光瞳平面18上的坐標(biāo)(光瞳坐標(biāo))。X軸和Y軸分別是穿過光瞳中心O的軸，坐標(biāo)表示已經(jīng)關(guān)于投影透鏡17的數(shù)值孔徑NA0(光瞳平面的半徑)而標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值。在投影透鏡17的光瞳平面18處，主光線LP的入射位置-σp偏離光瞳中心O。根據(jù)傳統(tǒng)的標(biāo)記并且利用光瞳濾光器進(jìn)行模擬，其中該光瞳濾光器被設(shè)置成使得光線只能穿過關(guān)于入射位置-σp所能畫出的并且鄰接光瞳平面18的邊界的最小圓圈25，圖7中的曲線表示其結(jié)果。
很明顯，與不使用圖7的光瞳濾光器的傳統(tǒng)方法的曲線20相比較，曲線21在其直線性方面獲得了改進(jìn)。這是可以理解的，因?yàn)槭峭ㄟ^圖20所示的測(cè)試圖案TP的物光譜(f＞0)高頻分量[-(1-σp)·NA0/λ至(1+σp)·NA0/λ]都被光瞳濾光器的裝置例如圖8所示的裝置截取、并且通過使在光瞳平面18處的物光譜的振幅關(guān)于光瞳平面18上的照射光的主光線的位置σp橫向?qū)ΨQ來實(shí)現(xiàn)的。
如上所述，在該實(shí)施方案中，測(cè)試圖案TP被優(yōu)化，從而測(cè)試圖案TP的物光譜G(f)的高頻分量中的振幅在上述[-(1-σp)·NA0/λ至(1+σp)·NA0/λ]部分中被抑制或者消除，并且據(jù)此，獲得了類似于光瞳濾光器的效果。更具體的說，該實(shí)施方案使用了優(yōu)化的測(cè)試圖案，從而關(guān)于投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑以及照射測(cè)試圖案TP的照射光的主光線的入射角σp(在光瞳平面中的位置處0≤σp≤1)，以及關(guān)于與照射光的主光線的入射方向正交的測(cè)試圖案的物光譜G(f)，在屬于[(1-2σp)·NA/λ至NA/λ]的部分f中的G(f)的振幅被消除。
圖9是本發(fā)明實(shí)施方案2的投影曝光設(shè)備的主要部分的示意圖，其中提供有帶測(cè)試圖案的模板。在實(shí)施方案2中，根據(jù)用于曝光設(shè)備中的投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳焦點(diǎn)測(cè)量方法和像平面測(cè)量方法進(jìn)行描述。該實(shí)施方案不僅可以用于透鏡系統(tǒng)，而且可以用于具有反射鏡系統(tǒng)的投影光學(xué)系統(tǒng)或者具有透鏡與反射鏡系統(tǒng)相結(jié)合的投影光學(xué)系統(tǒng)(反折射系統(tǒng))。
在圖9中，1表示曝光光源(光源裝置)。關(guān)于光源1，可以使用例如高壓汞燈或者準(zhǔn)分子激光光源。當(dāng)使用高壓汞燈時(shí)，從該光源1發(fā)出的曝光光線由橢圓反射鏡1a收集，然后該光線穿過輸入透鏡2并進(jìn)入蠅眼透鏡3的光進(jìn)入表面3a。在蠅眼透鏡3的后(模板側(cè))聚焦表面處，產(chǎn)生大量的輔助光源，其中該表面是其光線射出表面3b。從這些輔助光源發(fā)出的曝光光線通過孔徑光闌4、第一中繼透鏡5、投影類型的模板遮光物6、第二中繼透鏡7、以及主聚光透鏡8前進(jìn)，并且以均勻的照度照射在模板9上。投影類型的模板遮光物6以及模板9的帶有圖案的表面被設(shè)置成彼此共軛，從而投影類型的模板遮光物6限定了模板9上的照射區(qū)域。模板9的圖案通過投影光學(xué)系統(tǒng)10投射在感光材料(晶片)W上。
要用于測(cè)量模式的孔徑光闌4被設(shè)置成為通過切換機(jī)制4a的裝置而使得圖10中所示的孔徑光闌4c和4d可以互換使用?；蛘?，通過提供可變的孔徑光闌，從而孔徑4p可以被限定在任意位置和具有任意尺寸。
在模板9的承載圖案的表面上由曝光光線照射而形成的測(cè)試圖案15的影像被成像在構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)11的板11a上，例如圖11所示。板11a安裝在晶片臺(tái)12上。蠅眼透鏡3的后聚焦表面3b大致與投影光學(xué)系統(tǒng)10的光瞳表面10a共軛。板11a中形成有狹縫11b，穿過狹縫11b的光線由光接收器11c所接收，由此它被檢測(cè)到(光電轉(zhuǎn)換)。檢測(cè)系統(tǒng)11(檢測(cè)單元)包括板11a、狹縫11b以及光接收器11c，它全部安裝在晶片臺(tái)12上。晶片臺(tái)12包括用于將檢測(cè)系統(tǒng)11定位在與投影光學(xué)系統(tǒng)10的光軸10b垂直的平面內(nèi)的任意位置處的X-Y臺(tái)12a、以及可以沿著與投影光學(xué)系統(tǒng)10的光軸10b平行的方向上下移動(dòng)的Z臺(tái)12b，由此設(shè)定檢測(cè)器11的焦點(diǎn)位置。
在該實(shí)施方案中，有一個(gè)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)13，用于檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)11(板11a)的焦點(diǎn)位置。該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)13包括光發(fā)送系統(tǒng)13a，用于將類似狹縫的光圖案影像例如關(guān)于投影光學(xué)系統(tǒng)10的光軸10b傾斜地投射在板11a的頂表面上，還包括光接收系統(tǒng)13b，用于接收來自板11a的頂表面的反射光，以對(duì)類似光狹縫的光圖案影像進(jìn)行再成像。
如果板11a的頂表面的焦點(diǎn)位置(沿著光軸10b方向的位置)發(fā)生變化，在光接收系統(tǒng)13b中，當(dāng)再成像在光接收表面上時(shí)，類似狹縫的光圖案的影像的位置發(fā)生變化。因此通過檢測(cè)類似狹縫的光圖案的成像位置，可以檢測(cè)焦點(diǎn)位置中的任何變化。
光接收系統(tǒng)具有光電檢測(cè)器13c，以產(chǎn)生根據(jù)當(dāng)再成像時(shí)類似狹縫的光圖案的位置而變化的焦點(diǎn)信號(hào)。控制系統(tǒng)13d驅(qū)動(dòng)晶片臺(tái)12的Z臺(tái)12b，從而來自光電檢測(cè)器13c的焦點(diǎn)信號(hào)保持在預(yù)定水平。由此，板11a的頂表面的焦點(diǎn)位置可以保持在預(yù)定位置(投影光學(xué)系統(tǒng)的像平面位置)，或者它可以從該位置移動(dòng)。
來自光電檢測(cè)器13c的焦點(diǎn)信號(hào)基本線性地發(fā)生變化，板11a的頂表面的焦點(diǎn)位置在預(yù)定范圍(沿光軸10b方向的預(yù)定范圍)內(nèi)發(fā)生變化。因此，相反，可以從焦點(diǎn)信號(hào)水平中的變化來檢測(cè)焦點(diǎn)位置的變化。另外，晶片臺(tái)12的Z臺(tái)12b采用了高度傳感器(未顯示)，用于檢測(cè)Z臺(tái)12b相對(duì)于投影光學(xué)系統(tǒng)10的光軸10b方向的位置。
14表示離軸晶片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。該晶片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)14檢測(cè)在晶片W的各目標(biāo)區(qū)附近形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。在這種情況下，通過提前檢測(cè)光軸10b和晶片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)14的檢測(cè)中心14b之間的空白，也就是所謂的基線條長(zhǎng)度BD，可以根據(jù)晶片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)14所測(cè)量的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置來進(jìn)行晶片11的每個(gè)目標(biāo)區(qū)的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。另外，晶片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)14可以有效用來檢測(cè)各種標(biāo)記。
在模板9的承載圖案的表面(底表面)上形成的是測(cè)試圖案15。關(guān)于該測(cè)試圖案15，利用圖12所示的圖案或者例如圖13所示的圖案。在圖12和13中，測(cè)試圖案15的開口15a是要由圖9所示的設(shè)備的投影透鏡10所分辯的圖案。圍繞著開口15a或者在其相對(duì)兩側(cè)形成的周期性開口15b是不能被投影透鏡10所分辯的圖案。
以下是采用具有測(cè)試圖案15的模板9，用于投影曝光設(shè)備的投影透鏡10的最佳焦點(diǎn)測(cè)量方法。
由圖10所示的孔徑光闌4限定的第一照射光從預(yù)定方向投射至測(cè)試圖案15，測(cè)試圖案15的影像通過投影光學(xué)系統(tǒng)10投射在晶片臺(tái)12上所安裝的板11a上。通過沿著與光軸方向正交的平面(X和Y方向)并且沿著與前述第一照射光的入射平面平行的方向移動(dòng)晶片臺(tái)12，對(duì)板11a上設(shè)置的狹縫圖案11b進(jìn)行掃描。利用光接收器11c例如光強(qiáng)度檢測(cè)器或者光量檢測(cè)器來檢測(cè)穿過該狹縫圖案的光。然后，根據(jù)在當(dāng)時(shí)獲得的與光軸方向正交的平面(X和Y方向)內(nèi)的晶片臺(tái)12的各位置(X，Y)，以及根據(jù)在這些位置處與光強(qiáng)度或者光量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)(圖14)，計(jì)算成像在板11a上的測(cè)試圖案的影像的中央位置。
然后，沿著Z方向移動(dòng)平臺(tái)12b，孔徑光闌14c與孔徑光闌14b互換。然后將第二照射光投射在測(cè)試圖案15上，該第二照射光的主光線具有與第一照射光同樣的傾斜角，但是其入射方向與第一照射光對(duì)稱。由此，將測(cè)試圖案15的影像通過投影光學(xué)系統(tǒng)10投射在晶片臺(tái)12上所安裝的板11a上。通過沿著與光軸方向正交的平面(X和Y方向)并且沿著與前述第二照射光的入射平面平行的方向移動(dòng)晶片臺(tái)12，對(duì)板11a上設(shè)置的狹縫圖案11b進(jìn)行掃描。利用光接收器11c例如光強(qiáng)度檢測(cè)器或者光量檢測(cè)器來檢測(cè)穿過該狹縫圖案的光。然后，根據(jù)在當(dāng)時(shí)獲得的與光軸方向正交的平面(X和Y方向)內(nèi)的晶片臺(tái)12的各位置(X，Y)，以及根據(jù)在這些位置處與光強(qiáng)度或者光量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)(圖14)，計(jì)算成像在板11a上的測(cè)試圖案的影像的中央位置。
通過提供計(jì)算測(cè)試圖案15的影像在每個(gè)不同Z位置處的中央位置的上述方法，由于Z位置(焦點(diǎn))和測(cè)試圖案影像的所計(jì)算的中央位置(橫向偏移的移位量)之間的關(guān)系大致為線性，可以關(guān)于Z位置和根據(jù)利用上述兩個(gè)不同的照射光所提供的測(cè)試圖案影像所計(jì)算的測(cè)試圖案影像的中央位置之間的每個(gè)關(guān)系進(jìn)行線性近似。而且，可以自動(dòng)檢測(cè)如此獲得的兩個(gè)直線彼此相交的Z位置，以作為最佳焦點(diǎn)位置。另外上述結(jié)果可以反饋給曝光設(shè)備，由此可以獲得焦點(diǎn)位置的自動(dòng)校正。另外，由于測(cè)試圖案15的空間影像的光圖案足夠大至幾微米，代替需要上述平臺(tái)掃描的光強(qiáng)度檢測(cè)器或者光量檢測(cè)器的是，可以直接在成像平面處設(shè)定CCD或線性傳感器的光接收表面以接收空間影像，而不需要在該平臺(tái)中引入放大光學(xué)系統(tǒng)。通過檢測(cè)該空間影像的中央位置，可以計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置。
另外，所述的測(cè)試圖案15可以在具有距離光軸為不同高度(影像高度)的多個(gè)位置處在一個(gè)和同樣的模板上形成?？梢愿鶕?jù)前述工藝針對(duì)不同的影像高度來進(jìn)行測(cè)試圖案的曝光，并且對(duì)于每個(gè)影像高度，可以檢測(cè)最佳焦點(diǎn)位置。這樣可以測(cè)量像平面(場(chǎng)曲率)。另外，孔徑光闌4c和4d的開口方向可以旋轉(zhuǎn)90度，并可以進(jìn)行類似的測(cè)量。這樣可以測(cè)量象散(象散像差)。通過啟動(dòng)在投影光學(xué)系統(tǒng)10中設(shè)置的校正光學(xué)系統(tǒng)，可以進(jìn)行例如上述的各種像差的自動(dòng)校正。通過在該設(shè)備的信號(hào)處理系統(tǒng)(未顯示)中進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)量并且通過將結(jié)果反饋給校正光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未顯示)，可以進(jìn)行這種自動(dòng)校正。
以下，描述本發(fā)明的實(shí)施方案3。
與實(shí)施方案2相比，實(shí)施方案3的區(qū)別之處僅在于測(cè)試圖案的圖案形狀。其余部分具有與實(shí)施方案2同樣的結(jié)果。
在實(shí)施方案3中，對(duì)由測(cè)試圖案轉(zhuǎn)移到感光基底(晶片)W上的結(jié)果計(jì)算最佳焦點(diǎn)的特定實(shí)施例進(jìn)行描述。
為了檢測(cè)測(cè)試圖案影像的橫向偏移的位移量，應(yīng)當(dāng)檢測(cè)兩個(gè)圖案之間的距離。所使用的圖案與實(shí)施方案1的不同，測(cè)量疊置的標(biāo)記之間的位置偏移。圖15和16表示兩種類型的測(cè)試圖案的圖案示例，它們用于該實(shí)施方案。在圖15的測(cè)試圖案151中所示的沿著四個(gè)方向的直線以及在圖16中的測(cè)試圖案152中所示的沿著四個(gè)方向的直線被設(shè)計(jì)為具有同樣的線條寬。而且，關(guān)于所使用的掩膜，使用沒有相差的所謂雙態(tài)掩膜(binary mask)。但是可以使用具有相差的掩膜。圖17表示沿著圖15和16的每個(gè)測(cè)試圖案的線條寬方向的尺寸和截面視圖。圖中所示的尺寸(mm)都是就在成像側(cè)(感光基底W側(cè))轉(zhuǎn)換后而言的。
圖18表示圖17的圖案的物光譜(實(shí)線條)和其中圖2內(nèi)的圖案寬度C被設(shè)定為2微米的圖案的物光譜(虛線條)之間的比較?？梢钥闯?，在應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)值孔徑(NA)區(qū)域Na1-Nah，圖17的圖案的振幅被抑制為一個(gè)小數(shù)值。所使用的投影透鏡的數(shù)值孔徑(NA)是0.73，每個(gè)照射光的傾斜入射的入射角σp是0.7，對(duì)應(yīng)于照射光的開口角度的σ的大小是0.1。
通過使用孔徑光闌4c，用圖案151和152對(duì)感光基底進(jìn)行曝光。然后，移動(dòng)晶片臺(tái)，從而圖案151和152的影像彼此疊置。然后用孔徑光闌4d與孔徑光闌4c交換，通過使用孔徑光闌4d，用圖案151和152對(duì)感光基底進(jìn)行曝光。隨后，通過使用測(cè)量工具，測(cè)量曝光后的圖案151和152的影像之間的相對(duì)位置偏移。此處，如果限定圖案影像的移位對(duì)于最佳焦點(diǎn)位置是0，則焦點(diǎn)偏移可以用圖案影像之間的位置偏移來表示。
圖19表示這種測(cè)量的模擬結(jié)果。曲線22表示實(shí)施方案3的利用圖案151和152的測(cè)量結(jié)果。由于它顯示了與利用上述光瞳濾光器的結(jié)果(曲線21)基本相同的直線度，因此已經(jīng)證實(shí)了其有益效果。更具體的說，實(shí)施方案3的測(cè)試圖案包括例如圖12、12、15或16所示的圖案，并且它包括用于使得在光學(xué)系統(tǒng)(投影透鏡)的光瞳平面上產(chǎn)生的衍射圖案彼此抵消以減少高頻分量的圖案。也就是，在光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面上，該測(cè)試圖案也設(shè)有開口Ma，以及在與開口Ma的邊界處的周期性開口Mb1、Mb2......(見圖2)，用于產(chǎn)生與開口Ma不同的周期性分量。因此，該測(cè)試圖案，也就是，測(cè)試圖案TP，用于基本只將零階光通過投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面射向像平面。為此，即使投影的影像是散焦的，并且該光學(xué)系統(tǒng)具有波前像差，但是在投射的影像中不產(chǎn)生非對(duì)稱畸變。
根據(jù)上述這些實(shí)施方案，即使傾斜地照射測(cè)試圖案，也可以測(cè)量最佳焦點(diǎn)、象散像差和場(chǎng)曲率而不受投影光學(xué)系統(tǒng)的影響。另外，可以針對(duì)要測(cè)量的各種圖案尺寸或者曝光設(shè)備的投影透鏡的各種數(shù)值孔徑(NA)來優(yōu)化其有益效果?？梢赃M(jìn)行高效和高精度的測(cè)量。
以下，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案4描述波前像差測(cè)量方法。此處，參考對(duì)用于將模板的電路圖案投射在感光基底(晶片)上的投影曝光設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差進(jìn)行測(cè)量的情況進(jìn)行描述。
在實(shí)施方案4中，對(duì)于在模板9上形成的圖案或者圖案組(測(cè)試圖案)TP，通過照射光學(xué)系統(tǒng)以及模板上設(shè)置的特定光學(xué)元件來投射其主光線具有一定角度和一定方向的照射光。然后，測(cè)量測(cè)試圖案影像Tpa的位置，該影像可以是將模板9的測(cè)試圖案TP通過投影光學(xué)系統(tǒng)成像而限定的空間影像，或者可以是轉(zhuǎn)移到感光基底上的影像。測(cè)試圖案可以不設(shè)置在模板上，它可以在分開的參考板上形成。此處，關(guān)于要測(cè)量的空間影像或者轉(zhuǎn)移到感光基底上的圖案影像Tpa，可以是一個(gè)以上。因此，通過測(cè)量一個(gè)以上的空間影像或者轉(zhuǎn)移的圖案影像的位置，可以測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前。各空間影像或者轉(zhuǎn)移的圖案影像Tpa的位置依賴于模板或者參考板上的圖案的位置，這些圖案由來自取決于圖案位置的不同方向的照射光照射。
在實(shí)施方案4中，對(duì)于在模板上形成的測(cè)試圖案TP，通過照射光學(xué)系統(tǒng)來投射具有其入射方向沿著預(yù)定方向延伸的主光線LP的照射光。然后，測(cè)量測(cè)試圖案影像Tpa的位置，該影像可以是將模板的測(cè)試圖案TP通過投影光學(xué)系統(tǒng)成像而限定的空間影像，或者可以是轉(zhuǎn)移到感光基底上的影像。隨后，在改變照射光的主光線的入射方向的同時(shí)，將照射光投射在模板上的測(cè)試圖案上。然后測(cè)量測(cè)試圖案影像Tpa的位置，該影像可以是將模板的測(cè)試圖案TP通過投影光學(xué)系統(tǒng)成像而限定的空間影像，或者可以是轉(zhuǎn)移到感光基底上的影像。關(guān)于轉(zhuǎn)移到感光基底上的每個(gè)測(cè)試圖案影像Tpa的位置，在該感光基底顯影之后，測(cè)量所顯影的測(cè)試圖案影像(抗蝕劑圖案)Tpa的位置。
根據(jù)關(guān)于測(cè)試圖案TP的空間影像的位置或者其顯影的圖案影像的位置的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量在投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面10a上的波前像差。
該實(shí)施方案的測(cè)試圖案TP包括周期性圖案(線條和空白圖案)，其中線條的或者空白的節(jié)距(周期)基本是均勻的。另外，光線可以穿過的空白的各自的寬度沿著從在周期性圖案的中心處的線條或空白圖案朝著在該周期性圖案的外周處的線條或空白圖案的方向是降低的。在該圖案由投影透鏡成像時(shí)獲得的圖案影像的光強(qiáng)度分布中，相鄰的線條是不可分辯的，而且，它可以被認(rèn)為是具有小畸變的單個(gè)大圖案(影像)。
在該實(shí)施方案中，測(cè)量該空間影像或者轉(zhuǎn)移到感光基底上的圖案影像的位置，作為距離一定參考位置的位置偏移量。然后檢測(cè)于與位置偏移量對(duì)應(yīng)的波前傾斜，據(jù)此，檢測(cè)波前像差。
更詳細(xì)的說，實(shí)施方案4采用具有上述結(jié)構(gòu)的測(cè)試圖案。根據(jù)由傾斜入射的照射所照射的測(cè)試圖案影像的位置偏移量以及投射在測(cè)試圖案上的照射光的主光線的投射方向(入射角和方位角)，能以良好的精確度檢測(cè)與該投射方向相對(duì)應(yīng)的一定位置處、在投影透鏡的光瞳坐標(biāo)上的波前傾斜。據(jù)此，檢測(cè)波前像差。
以下，描述要在投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面上形成的測(cè)試圖案的物光譜，其中利用本發(fā)明的測(cè)試圖案來測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。如果考慮測(cè)量的分辨率，要獲得的光瞳平面上的物光譜影像理想地是應(yīng)當(dāng)具有如δ函數(shù)的形狀。但是應(yīng)當(dāng)指出，僅有如δ函數(shù)的峰，不產(chǎn)生測(cè)試圖案的影像。實(shí)際上，考慮到投影透鏡的數(shù)值孔徑NA是0.6至0.8的數(shù)量級(jí)，它可以是如具有容納在光瞳平面上0.1的數(shù)值孔徑(NA)內(nèi)的形狀的物光譜ω，例如圖22所示。
以下考慮用于這種物光譜的部分。當(dāng)投影透鏡的數(shù)值孔徑NA是0.7，而物光譜的中心取作0時(shí)，則物光譜的形狀足以保持在-1.4＜NA＜+1.4的部分中。
考慮到這一點(diǎn)，以下將描述是否可以設(shè)計(jì)出僅基于下面將要描述的模板圖案(測(cè)試圖案)而不使用小孔就能滿足上述條件的圖案。要采用的測(cè)量方法是前述的傾斜入射照射方法。
圖23表示包括線條和空白的一維重復(fù)圖案的光強(qiáng)度分布，其中每個(gè)線條和每個(gè)空白的寬度是a，其中線條寬度和空白寬度的關(guān)系是1∶1。如果圖23所示的矩形函數(shù)是g(x)，則投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面上的物光譜形狀足以被認(rèn)為僅與G(f)相關(guān)。此處，G(f)可以近似表達(dá)如下。
G(f)＝2a2C·sinc(af)·III(2af)*sinc(cf) (2)III剪切函數(shù)*卷積積分C圖案長(zhǎng)度(圖案的長(zhǎng)度)在上述公式(2)中，隨著C(常數(shù))無限增大，sinc(cf)變?yōu)棣?f)函數(shù)。然后，G(f)表達(dá)如下G(f)＝2a2c·sinc(af)·III(2af)(3)從上述公式，在圖24所示的周期1/2(a)處，G(f)變?yōu)檎穹鶅H有f＝n/(2a)(n是整數(shù))的物光譜。圖24表示在光瞳平面上的物光譜。因此，通過選擇滿足NA＝1/2aλ≥1.6(λ是曝光光譜)的線條和空白寬度a，可以在光瞳平面上獲得理想的光譜。但是，對(duì)于光瞳平面上的物光譜例如圖25所示的，使c具有足夠的尺寸以避免0＜f＜1/(2a)的空間頻率部分f中的振幅、也就是抑制高階分量是不切實(shí)際的，當(dāng)從可以被認(rèn)為是同樣影像高度的區(qū)域(等暈塊，isoplanatic patch)的觀點(diǎn)考慮，或者就要被測(cè)量的圖案的尺寸或者目前能得到的位置偏移測(cè)量工具的規(guī)格或者精度而言時(shí)，尤其是這樣。考慮到這一點(diǎn)，需要能確保抑制高階分量而不使c大的條件。
以下，考慮具有例如圖26所示的光強(qiáng)度分布的圖案。其與圖23所示的圖案的不同之處在于，盡管線條的節(jié)距b是均勻的(恒定的)，但是線條的寬度a的變化有一定的自由度。圖26所示的矩形函數(shù)的傅立葉變換可以表示如下G(f)＝a0·sinc(a0f)+2∑i＝1i＝n ai·sinc(aif)cos(2πibf)(4)2n線條的數(shù)量b節(jié)距(空白)a0、a1、a2線條寬此處，考慮∑i pi·cos(if)的傅立葉級(jí)數(shù)。該傅立葉級(jí)數(shù)收斂如下i＝∞∑pi·cos(if)＝{p·cos(f)-p2}/{1-2p·cos(f)+i＝1p2}(其中|p|＜1) (5)在實(shí)施方案4中，以上述公式(5)的曲線形狀作為目標(biāo)設(shè)計(jì)測(cè)試圖案。因此，當(dāng)公式(5)用于公式(4)時(shí)，從公式的展開，可以獲得要設(shè)計(jì)的測(cè)試圖案和要由此產(chǎn)生的物光譜之間的關(guān)系。此處，所產(chǎn)生的變量是α和p，它們是用于將前述圖案與物光譜彼此相關(guān)的中間變量(中介)。當(dāng)將p(0＜p＜1)保持為接近1的數(shù)值的同時(shí)設(shè)計(jì)圖案的時(shí)候，物光譜變陡，可以進(jìn)行更高精度的測(cè)量。但是，利用p的n次冪，由于p接近1，就實(shí)際的圖案長(zhǎng)度C而言，要獲得的物光譜不近似于公式(7)，即目標(biāo)?？紤]到這一點(diǎn)，實(shí)際上，舍棄p，采用近似于p的n次冪并且快速接近0的公式(9)來設(shè)計(jì)。在這種意義上，n越大表示公式(9)接近于公式(8)中的p變?yōu)榻咏?的狀態(tài)，因此，可由此獲得更陡的光譜。
對(duì)公式(5)繪制的曲線圖如圖27所示?？梢钥闯?，圖27的曲線的形狀中，峰之間的對(duì)f的振幅涉及大致恒定地偏離，它們是接近沒有不規(guī)則性的理想光譜的曲線。而且，從圖中可以看出，由于即使在n的數(shù)值不大的階段處要接近收斂，因此可以說，即使整個(gè)圖案的圖案長(zhǎng)度c小，但是可以充分抑制高階分量?？紤]到這一點(diǎn)，設(shè)定ai·sinc(aif)～αpia0·sinc(a0f)～2αp2/(1+p2)(6)從公式(6)，左手側(cè)是f關(guān)于i的函數(shù)，而右手側(cè)是常數(shù)。公式(6)僅適用于特定的f。此處，將解釋f的有效范圍。應(yīng)當(dāng)進(jìn)行上述近似的f區(qū)在峰之間，并且|f|＜1/b。由于ai＜b保持在這個(gè)范圍內(nèi)，因此ai·sinc(aif)是單調(diào)下降函數(shù)。而且，如果ai足夠小于b，則ai·sinc(aif)變?yōu)榛竞愣?，并且它可以被認(rèn)為是恒定的。從上面可以看出，如果利用公式(6)重新寫公式(4)，它在|f|＜1/b的范圍內(nèi)并且當(dāng)n→∞時(shí)為下式G(f)→2αp2/(1+p2)+2α{p·cos(2πbf)-p2}
/{1-2p·cos(2πbf)+p2} (7)其中利用適當(dāng)?shù)摩梁蚿對(duì)公式(7)畫圖，結(jié)果例如圖28所示。圖28表示在光瞳平面上的物光譜。
隨后，實(shí)際確定ai。從上述設(shè)定中，ai＝αpia0＝2αp2/(1+p2) (8)通過適度地選擇α和p的值，確定ai。但是，根據(jù)給出的p，物光譜的形狀發(fā)生變化。圖7顯示了這一點(diǎn)。如果p為0＜p＜1，物光譜的峰變?yōu)楦?，如果p接近1，則可以進(jìn)行更高分辨率的測(cè)量。而且，由于α對(duì)物光譜的S/N無效，因此理想的是使得其盡可能大以保持光量。
由于公式(7)在n→∞時(shí)適用，因此如果p接近1，則αpn無疑接近0，公式(7)是不可達(dá)到的。圖29的曲線表示，隨著圖案的線條的數(shù)量的增加，高階分量的振幅被抑制為一個(gè)小的數(shù)值。從圖29中的曲線可以看出，為了使得αpn在某種程度上接近于0，對(duì)整個(gè)圖案需要相當(dāng)長(zhǎng)的c?？紤]到這一點(diǎn)，實(shí)際上，可以利用一個(gè)函數(shù)，利用該函數(shù)，可以保持為接近公式(8)的條件的適當(dāng)圖案長(zhǎng)度c。
例如，如果整個(gè)圖案的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)保持為c0，則從要被測(cè)量的投影透鏡的數(shù)值孔徑NA0，確定在上述圖案內(nèi)的空白的周期b0(＜2NA0/λ)。然后，從b0·n＝c0，確定空白的數(shù)量，即2n+1。當(dāng)公式(8)中的ai＝αpi取為ai＝α(1-i/(n+1))(9)時(shí)，也就是作為線性遞減級(jí)數(shù)，則可以便于收斂。此處，a0被確定為使得峰間隙(|f|＜1/b0)的平均值變?yōu)榈扔?。圖30表示當(dāng)p＝0.197和n＝21時(shí)公式(8)和公式(9)之間的比較。而且，圖31表示利用由此產(chǎn)生的圖案的傅立葉變換。從該圖中可以看出公式(9)更好。
本申請(qǐng)中披露的波前像差的測(cè)量方法采用的測(cè)試圖案被根據(jù)上述想法設(shè)計(jì)為使得要在投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面上產(chǎn)生的物光譜的形狀被優(yōu)化。由此，基本只有零階光可以穿過光瞳平面射向像平面，而不象在Hartman方法中一樣使用光瞳平面上的或者在成像系統(tǒng)中的任意其它位置處的小孔，從而確保了波前像差的高精度測(cè)量。
以下對(duì)波前像差測(cè)量方法進(jìn)行描述，其中實(shí)際使用這種測(cè)試圖案和傾斜入射照射。
參考圖9、11和33，解釋根據(jù)本發(fā)明的波前像差測(cè)量方法的實(shí)施方案。該實(shí)施方案涉及這樣一種情況，其中在投影曝光設(shè)備中，測(cè)量其投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
該實(shí)施方案不僅適用于具有采用透鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影曝光設(shè)備，而且適用于具有采用反射鏡或者結(jié)合采用透鏡和反射鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)的各種投影曝光設(shè)備。
圖9中所示的投影曝光設(shè)備具有參考前述實(shí)施方案已經(jīng)描述的結(jié)構(gòu)和功能。而且，圖11所示的檢測(cè)系統(tǒng)安裝在晶片臺(tái)12上，用于檢測(cè)測(cè)試圖案的影像的位置，如在前面的實(shí)施方案中所描述的。
圖32是用于解釋測(cè)試圖案的傾斜入射照射方式的透視圖，用于測(cè)量圖9中的投影曝光設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
在圖32中，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4a(圖9)驅(qū)動(dòng)孔徑光闌4，從而如圖33所示，例如，其開口4b的位置可以沿著X和Y方向自由變化。利用這種設(shè)置，模板入射角或者照射光的主光線的方向可以自由變化。因此，在投影透鏡10的整個(gè)光瞳平面上，可以將照射光的主光線集中在正要進(jìn)行測(cè)量的理想位置上。而且，孔徑光闌4具有可變的孔徑直徑。
圖34表示用于該實(shí)施方案的測(cè)試圖案TP的細(xì)節(jié)。圖34的測(cè)試圖案已經(jīng)根據(jù)前述想法針對(duì)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)248nm和0.7的數(shù)值孔徑(NA)的投影透鏡進(jìn)行了優(yōu)化。要使用的測(cè)試圖案具有例如圖35或36所示的一般結(jié)構(gòu)。
由圖33所示的孔徑光闌4限定的第一照射光從預(yù)定方向投射至測(cè)試圖案TP，測(cè)試圖案TP的影像通過投影光學(xué)系統(tǒng)10投射在晶片臺(tái)12上所安裝的板11a上。通過沿著與光軸方向正交的平面(X和Y方向)并且沿著與前述第一照射光的入射平面平行的方向移動(dòng)晶片臺(tái)12，對(duì)板11a上設(shè)置的狹縫圖案11b進(jìn)行掃描。利用光接收器11c例如光強(qiáng)度檢測(cè)器或者光量檢測(cè)器來檢測(cè)穿過該狹縫圖案的光。然后，根據(jù)在當(dāng)時(shí)獲得的與光軸方向正交的平面(X和Y方向)內(nèi)的晶片臺(tái)12的各位置(X，Y)，以及根據(jù)在這些位置處與光強(qiáng)度或者光量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)(圖14)，計(jì)算成像在板11a上的測(cè)試圖案的影像Tpa的中央位置。
然后，將孔徑光闌4的孔徑4b的位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。在這種狀態(tài)下，通過與第一照射光類似的過程、但是不改變沿著Z方向的位置，利用來自與第一照射光不同方向的光照射該測(cè)試圖案TP。然后計(jì)算測(cè)試圖案的影像Tpa在與光軸方向正交的X-Y平面上的中央位置。另外，重復(fù)孔徑4b位置的移位和圖案影像的中央位置的計(jì)算，直至覆蓋投影透鏡10的整個(gè)光瞳平面10。
由于在該實(shí)施方案中測(cè)試圖案15的空間影像的光圖案也足夠大至幾微米，代替需要上述平臺(tái)掃描的光強(qiáng)度檢測(cè)器或者光量檢測(cè)器的是，可以直接在成像平面處設(shè)定CCD或線性傳感器的光接收表面以接收空間影像，而不需要在該平臺(tái)中引入放大光學(xué)系統(tǒng)。通過檢測(cè)該空間影像的中央位置，可以計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置。
如此獲得的測(cè)試圖案影像Tpa的位置信息(位置偏移信息)帶有在與投影透鏡10的光瞳平面上各位置對(duì)應(yīng)的位置處的波前的傾斜。用于根據(jù)波前在光瞳平面內(nèi)各位置處的傾斜產(chǎn)生作為整體的波前形狀的計(jì)算方法是在文獻(xiàn)等中討論過的傳統(tǒng)方法，例如H.Takajo和T.Takahashi的“Least-squares phase estimation from the phasedifference”。因此在這種情況下，通過利用測(cè)試圖案影像Tpa的多個(gè)位置信息，產(chǎn)生投影透鏡10的波前。應(yīng)當(dāng)指出，如果進(jìn)行Zernike多項(xiàng)式近似處理，可以就在每個(gè)項(xiàng)處的Zernike系數(shù)來表達(dá)波前像差。
實(shí)際上，進(jìn)行模擬，并通過Zernike多項(xiàng)式給出一定的波前。另一方面，在使用測(cè)試圖案TP的同時(shí)，計(jì)算從某些方向進(jìn)行的傾斜入射照射所形成的圖案影像Tpa的位置偏移。通過如下簡(jiǎn)單的計(jì)算操作，計(jì)算Zernike系數(shù)。然后檢查計(jì)算結(jié)果和通過上述Zernike多項(xiàng)式設(shè)定的Zernike系數(shù)之間的一致程度。
如上述Zernike多項(xiàng)式所設(shè)定的波前是C6(0.05λ)、C7(0.05λ)、C8(0.02λ)和C9(0.03λ)。此處Cn(n＝6-9)表示Zernike多項(xiàng)式(如關(guān)于r＝1而標(biāo)準(zhǔn)化，其中r是光瞳極坐標(biāo)的半徑，并且0≤r≤1)第n項(xiàng)的系數(shù)。投影透鏡的數(shù)值孔徑(NA)是0.7，傾斜入射照射的入射角r和方位角θ是r＝0.07和0.9，θ＝0、π/2、π和3π/2，因此總共9個(gè)條件。在這些條件下的位置偏移表示為dx1，...，和dx9和dy1，...，和dy9。當(dāng)在這些照射條件下照射時(shí)，在每個(gè)光瞳坐標(biāo)位置處的波長(zhǎng)的傾斜可以用沿著X和Y方向的每個(gè)Zernike項(xiàng)中的和來表示，同時(shí)使用如下參數(shù)變換W/x＝4rcosθ·C4+2rsinθ·C6+{6r2cos2θ+3r2-2}·C7+6r2sinθ·cosθ·C8+12rcosθ·{2r2-1}·C9其中W是波前像差類似的，W/y＝4rsinθ·C4+2rcosθ·C6+6r2sinθ·cosθ·C7+{6r2sin2θ+3r2-2}·C8+12rsinθ·{2rr2-1}·C9根據(jù)上述公式，準(zhǔn)備如下矩陣公式，并計(jì)算各Cn系數(shù)。
dx1dx2··dx9dy1dy2··dy9=λ/NA·p41p61p71p81p91p42p62p72p82p92··········p49p69p79p89p99q41q61q71q81q91q42q62q72q82q92··········q49q69q79q89q99·C4C6C7C8C9]]>此處dxj和dyj是與傾斜入射照射的入射角和方位角j對(duì)應(yīng)的光瞳平面上的位置偏移，pij和qij是各Zernike項(xiàng)的精細(xì)系數(shù)(fine coefficient)，NA是投影透鏡的數(shù)值孔徑，λ是波長(zhǎng)。結(jié)果如下。
表1計(jì)算結(jié)果設(shè)定透鏡 本發(fā)明本發(fā)明光瞳濾光器波前(λ) NA 0.64 NA 0.73 NA 0.73C6 系數(shù)0.05 0.050 0.050 0.050C7 系數(shù)0.05 0.047 0.050 0.050C8 系數(shù)0.02 0.019 0.017 0.020C9 系數(shù)0.03 0.028 0.029 0.030從上表可以看出，該測(cè)量方法對(duì)于檢測(cè)Zernike系數(shù)(透鏡像差)具有足夠的測(cè)量精度。另外，在該測(cè)量方法中，如果光瞳平面上測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量(也就是傾斜入射照射的數(shù)量)加大，則精度會(huì)更加改進(jìn)或者可以測(cè)量更高階的像差。相反，如果選擇光瞳平面上測(cè)量點(diǎn)(傾斜入射照射)，同時(shí)特別注意正要獲得的Zernike系數(shù)，則可以以更高的處理量測(cè)量所需的像差。這能有效用于曝光設(shè)備中投影光學(xué)系統(tǒng)的像差自動(dòng)校正。
另外，可以在模板9的多個(gè)位置處設(shè)置多個(gè)測(cè)試圖案。在這種情況下，根據(jù)上述程序，可以進(jìn)行這些圖案的曝光，并且可以測(cè)量在不同影像高度處的波前像差。因此，通過啟動(dòng)投影光學(xué)系統(tǒng)10中的校正光學(xué)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)投影光學(xué)系統(tǒng)的自動(dòng)像差校正。
以下，描述本發(fā)明的實(shí)施方案5。該實(shí)施方案5將參考將測(cè)試圖案TP轉(zhuǎn)移到感光基底(晶片)W上并且測(cè)量波前像差的具體示例來描述。要使用的測(cè)試圖案19a與實(shí)施方案4的不同，它包括標(biāo)記20a，當(dāng)其與標(biāo)記21a(參考圖案)疊置時(shí)可以從圖37中看出。關(guān)于標(biāo)記20a的每個(gè)格柵TPX，測(cè)量這些標(biāo)記之間的位置偏移。圖38表示包括標(biāo)記20a的標(biāo)記組19a，而圖39表示包括標(biāo)記21a的標(biāo)記組19b。
在圖38中，每個(gè)格柵TPX具有圖34(A)或34(B)所示的圖案。圖38的柵線條(格柵)被設(shè)計(jì)為具有同樣的線條寬，該線條寬與圖35或圖36的相同。
關(guān)于圖39的每個(gè)標(biāo)記21a的線條寬，沒有特別的限制。當(dāng)考慮用于測(cè)量標(biāo)記21a和21b的轉(zhuǎn)移圖案的測(cè)量工具的圖案依賴性時(shí)，在標(biāo)記21a的轉(zhuǎn)移影像(轉(zhuǎn)移到感光基底上)顯影之后要限定的線條寬應(yīng)當(dāng)優(yōu)選大致與圖38的格柵寬度一樣。此處每個(gè)標(biāo)記21a的線條寬是2微米。
設(shè)置在圖38所示的標(biāo)記組19a(測(cè)試圖案)的上玻璃表面上的是小孔21，它設(shè)置在與圖40所示的標(biāo)記組的中央位置相一致的位置上。該小孔21用于與標(biāo)記TPX在下玻璃表面上的每處布置(位置)相關(guān)，對(duì)照射光的主光線的傾斜進(jìn)行限制。不必如實(shí)施方案4一樣對(duì)照射系統(tǒng)的孔徑光闌4的孔徑4b的位置進(jìn)行移位。當(dāng)對(duì)模板9進(jìn)行大σ照射時(shí)，可以用來自不同方向的照射光同時(shí)照射標(biāo)記TPX，這些標(biāo)記同一批轉(zhuǎn)移到感光基底上。
此處，如果要從照射系統(tǒng)提供的大σ照射光的入射角不大于σ1.0、并且其中照射光的入射角σ不小于1.0是測(cè)量所必須的，如圖40所示，則可以在小孔21上設(shè)置凸透鏡22來更多地收集照射光。在這種情況下，作為投影透鏡10的整體的光瞳平面10a可以被覆蓋。另外，在圖40中，由于標(biāo)記組19b的每個(gè)標(biāo)記21a用作參考，則在其上表面上沒有小孔或凸透鏡。應(yīng)當(dāng)指出，圖40所示的光線表示在照射在標(biāo)記組19b中的多個(gè)照射光中具有最大入射角的光。
以下描述利用圖40的模板9的測(cè)試圖案的曝光順序。標(biāo)記20a和21a在普通照射條件(σ＞0.7)下進(jìn)行曝光。隨后，移動(dòng)晶片臺(tái)12，從而標(biāo)記20a和21a彼此疊置，這些標(biāo)記在普通照射條件下進(jìn)行類似曝光。然后顯影感光基底，其后，關(guān)于每個(gè)格柵，使用測(cè)量工具來測(cè)量如此轉(zhuǎn)移的標(biāo)記20a和21a之間的相對(duì)位置偏移。通過對(duì)如此獲得的多個(gè)位置偏移進(jìn)行計(jì)算處理，產(chǎn)生波前。關(guān)于該波前，進(jìn)行例如Zernike多項(xiàng)式的近似。然后，計(jì)算Zernike項(xiàng)的系數(shù)，并且檢測(cè)波前像差。
上述測(cè)試圖案(20a、19a、21a、19b)可以在一個(gè)以及同一個(gè)模板或者分開的模板上的多個(gè)位置處設(shè)置。在這種情況下，該程序包括可以按照上述方式進(jìn)行的曝光、測(cè)量和計(jì)算，可以測(cè)量不同影像高度的波前像差。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)上述各實(shí)施方案，采用傾斜入射照射以及優(yōu)化的測(cè)試圖案，由此可以完成高精度的波前像差測(cè)量，而不使用投影透鏡中的小孔。對(duì)于要測(cè)量的各種圖案尺寸或者曝光設(shè)備的投影透鏡的各種數(shù)值孔徑(NA)，可以優(yōu)化有益效果。因此可以進(jìn)行高效和高精度的測(cè)量。
另外，當(dāng)波前像差的測(cè)量結(jié)果反饋給曝光設(shè)備的校正系統(tǒng)時(shí)，可以獲得用于自動(dòng)像差校正的曝光設(shè)備或者優(yōu)化用于實(shí)際設(shè)備的像差設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有能有效減少或者抑制在所述投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面處的光譜的高頻分量的圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的模板，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其產(chǎn)生的多束衍射光在光瞳平面處彼此部分抵消，由此減少或者抑制高頻分量。
3.如權(quán)利要求1所述的模板，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有開口，用于在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面處產(chǎn)生預(yù)定的周期性分量，在所述開口的相對(duì)兩側(cè)形成周期性的開口，用于在所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳平面處產(chǎn)生與所述周期性分量不同的周期性分量。
4.如權(quán)利要求1所述的模板，其特征在于所述投影光學(xué)系統(tǒng)具有波前像差，所述測(cè)試圖案所具有的形狀使得即使所述測(cè)試圖案通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成的影像是散焦的，但是基本不產(chǎn)生非對(duì)稱影像畸變。
5.如權(quán)利要求1所述的模板，其特征在于該光學(xué)特征是最佳焦點(diǎn)位置、象散像差以及場(chǎng)曲率中的一種或者多種。
6.一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，用于使得基本只有零階光射向所述投影光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
7.一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小。
8.一種具有測(cè)試圖案的模板，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于，所述測(cè)試圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小。
9.如權(quán)利要求7所述的模板，其特征在于線條和空白包括的圖案使得相鄰的線條在所述測(cè)量的時(shí)候不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯。
10.一種光學(xué)特征測(cè)量方法，其特征在于，通過在如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的模板的測(cè)試圖案上投射照射光，并通過檢測(cè)由此形成的測(cè)試圖案的影像的位置，測(cè)量該投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
11.一種光學(xué)特征測(cè)量方法，其特征在于，通過從一個(gè)方向或者多個(gè)方向在如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的模板的測(cè)試圖案上投射照射光，并通過分別檢測(cè)根據(jù)沿多個(gè)方向投射而形成的測(cè)試圖案的影像的位置，測(cè)量該投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
12.如權(quán)利要求11的光學(xué)特征測(cè)量方法，其特征在于所述多個(gè)方向包括彼此關(guān)于包括光軸的預(yù)定平面對(duì)稱的兩個(gè)方向。
13.如權(quán)利要求10的光學(xué)特征測(cè)量方法，其特征在于，當(dāng)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑是NA，投射的照射光的主光線的入射角是σp(0≤σp≤1)時(shí)，針對(duì)與照射光的主光線的入射方向正交的所述測(cè)試圖案的物光譜G(f)形成所述測(cè)試圖案，從而在是[(1-2σp)·NA/λ至NA/λ]的區(qū)f中消除G(f)的振幅。
14.一種投影曝光設(shè)備，其特征在于具有用于根據(jù)權(quán)利要求10中所述的光學(xué)特征測(cè)量方法測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征的模式，并具有在有測(cè)試圖案的模板提供給該設(shè)備的時(shí)候用于在測(cè)試圖案上投射照射光的照射系統(tǒng)。
15.一種器件制造方法，其特征在于將用于器件制造的模板提供給如權(quán)利要求14所述的投影曝光設(shè)備，并將模板上的圖案轉(zhuǎn)移到基板上。
16.一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向以及從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在線條和空白上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成線條和空白的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
17.一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辨；將光通量從不同的方向投射在線條和空白上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成線條和空白的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
18.一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)圖案，每個(gè)圖案包括多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向從中央到周邊，線條的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在該多個(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成所述圖案的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)圖案影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
19.一種波前像差測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于制備這樣一種模板，該模板具有多個(gè)圖案，每個(gè)圖案包括多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯；將光通量從不同的方向投射在該多個(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成所述圖案的多個(gè)影像；以及檢測(cè)該多個(gè)圖案影像的各個(gè)位置，利用檢測(cè)結(jié)果，來檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
20.一種光學(xué)特征測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征，其特征在于提供一種具有測(cè)試圖案的模板，同時(shí)提供一種具有開口的部件；通過所述開口從傾斜的方向?qū)⒐馔客渡湓谒鰷y(cè)試圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成該圖案的影像；以及檢測(cè)圖案影像的位置，利用檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特征。
21.一種波前像差的測(cè)量方法，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，其特征在于提供一種具有多個(gè)圖案的模板，同時(shí)提供一種具有開口的部件；通過所述開口從不同的方向?qū)⒐馔客渡湓谒龆鄠€(gè)圖案上，由此通過所述投影光學(xué)系統(tǒng)形成該多個(gè)圖案的影像；以及檢測(cè)圖案影像的各自位置，利用檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)所述投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差。
22.如權(quán)利要求20或21的測(cè)量方法，其特征在于具有所述開口的部件設(shè)置在模板上。
23.如權(quán)利要求21的測(cè)量方法，其特征在于該模板具有設(shè)置在所述開口上的凸透鏡。
24.如權(quán)利要求16-21任一項(xiàng)的測(cè)量方法，其特征在于該圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，其中，在其重復(fù)方向以及從中央到周邊，空白的節(jié)距基本是恒定的，而空白的寬度逐漸減小，并且相鄰的線條不能被所述投影光學(xué)系統(tǒng)所分辯。
25.如權(quán)利要求16-21任一項(xiàng)的測(cè)量方法，其特征在于該圖案具有多個(gè)線條和多個(gè)空白，用于使得基本只有零階光射向所述投影光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
26.如權(quán)利要求16-21任一項(xiàng)的測(cè)量方法，其特征在于所述檢測(cè)步驟包括光電轉(zhuǎn)換線條和空白的空間影像的步驟。
27.如權(quán)利要求16-21任一項(xiàng)的測(cè)量方法，其特征在于所述檢測(cè)步驟包括將感光基板曝光于所述線條和空白的影像的步驟，以及顯影該感光基板的步驟。
28.一種投影曝光設(shè)備，其特征在于具有用于根據(jù)權(quán)利要求16-21任一項(xiàng)的測(cè)量方法測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)的波前像差的模式，并具有在將有測(cè)試圖案的模板提供給該設(shè)備的時(shí)候用于在測(cè)試圖案上投射照射光的照射系統(tǒng)。
29.一種器件制造方法，其特征在于將用于器件制造的模板提供給如權(quán)利要求28所述的投影曝光設(shè)備，并將模板上的圖案轉(zhuǎn)移到基板上。
全文摘要
一種具有測(cè)試圖案(TP)的模板(16)，用于測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)(17)的光學(xué)特征，具有能減少或者抑制在所述投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳平面(18)處的光譜的高頻分量的圖案。沿著一個(gè)方向或者多個(gè)方向?qū)⒄丈涔馔渡湓谀０?16)的測(cè)試圖案上，檢測(cè)由沿著多個(gè)方向投射形成的測(cè)試圖案(TP)影像的位置，并且據(jù)此，測(cè)量投影光學(xué)系統(tǒng)(17)的光學(xué)特征。
文檔編號(hào)G03F1/44GK1547681SQ02816669
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2002年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
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