專利名稱：投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請基于2002年2月12日提交的日本專利申請NO.2002-34258，并要求該專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容被包含于此以供參考。
作為不分解工作中的曝光裝置，用涂布有光掩膜(フォトマスク)以及光致抗蝕劑的硅晶片，簡便地測定奇函數(shù)像差的代表性的方法，有在特開平11-237310號公報上公開的方法。在特開平11-237310號公報上公開的方法中，具有使用一般在半導(dǎo)體元件制造的檢查工藝等中使用的組合偏差檢查裝置和光學(xué)顯微鏡，可以簡便地求出像差量的優(yōu)點。但是，以下所述的可以測定區(qū)域的界限明確。即，在衍射角變小，2次以上的衍射光付與成像的情況下(三光束干涉條件不成立的情況下)，不能測定像差。換言之，存在不能測定在投影光學(xué)系統(tǒng)射出孔的中央附近區(qū)域的波面像差量這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
(1)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，是一種投影光學(xué)系統(tǒng)像差測定方法，包括準備具備光源、在把來自該光源的光分割成多個點光源形成二次光源的同時，把來自該二次光源的照明光引導(dǎo)到光掩膜的有限區(qū)域上的照明光學(xué)系統(tǒng)、把由被配置在該光掩膜上的圖案產(chǎn)生的透過光的縮小投影像轉(zhuǎn)印在晶片上的投影光學(xué)系統(tǒng)的曝光裝置；將上述照明光一并照射在形成有衍射格子的光掩膜的有限區(qū)域上；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，將通過了上述光掩膜的0次衍射光及1次衍射光投影在與上述光源共軛的第1測定面上；測定從上述二次光源內(nèi)的任意一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光在上述第1測定面上的投影位置的關(guān)系；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，把上述0次衍射光以及1次衍射光投影在與上述光源共軛，并且上述光線的光軸方向位置不同的第2測定面上；測定從上述一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光的上述第2測定面的投影位置的關(guān)系；根據(jù)從求得的兩個投影位置的關(guān)系，求出與從上述一個點光源照射的光線有關(guān)的光線像差。
(2)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，是一種投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法包括準備具備光源、在把來自該光源的光分割成多個點光源形成二次光源的同時，把來自該二次光源的照明光引導(dǎo)在光掩膜的有限區(qū)域上的照明光學(xué)系統(tǒng)、把由被配置在該光掩膜上的圖案產(chǎn)生的透過光的縮小投影像轉(zhuǎn)印在晶片上的投影光學(xué)系統(tǒng)的曝光裝置；將上述照明光一并照射在已形成衍射格子的光掩膜的有限區(qū)域上；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，將通過上述光掩膜的0次衍射光及1次衍射光投影在與上述光源共軛的第1測定面上；測定從上述二次光源內(nèi)的任意一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光在上述第1測定面上的投影位置的關(guān)系；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，把上述0次衍射光以及1次衍射光投影在與上述光源共軛，并且上述光線的光軸方向位置不同的第2測定面上；測定從上述一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光的上述第2測定面的投影位置的關(guān)系；根據(jù)求得的兩個投影位置的關(guān)系，求出與從上述一個點光源照射的光線有關(guān)的光線像差；根據(jù)求得的光線像差中求出波面像差。
圖2圖示了1束衍射光的光線到達從被配置在理想成像面上的基板上的理想像點偏移的點的情況。
圖3是說明孔坐標系及像面坐標系的關(guān)系的圖示。
圖4是說明孔坐標系和波面像差的定義域的圖示。
圖5是說明曝光線和間隔圖案(ラインアンドスペ—スパタ—ン)時的衍射和成像的圖示。
圖6是說明射出孔上的衍射光分布的圖示。
圖7表示在極大的散焦位置上設(shè)置基板的情況下形成的像的圖。
圖8A～圖8C表示可以分離并轉(zhuǎn)印微小光源的光柵針孔(グレ—ティングピンホ—ル)的平面圖。
圖9A～圖9C是示出用由光柵針孔分離的微小光源進行曝光得到的抗蝕劑圖案的像的平面圖。
圖10是示出衍射光像之間重合的情況的圖示。
圖11是用于說明0次衍射光的光路差和1次衍射光的光路差的差的求法的圖示。
圖12是示出把實施方式1的描繪在光掩膜上的圖案縮小投影在基板上的曝光裝置的概略構(gòu)成的圖示。
圖13是用于說明實施方式1的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法的流程圖。
圖14A、14B是示出在實施方式1的像差測定方法中的基板的設(shè)置位置的圖示。
圖15是示出在實施方式2的像差測定方法中使用的光掩膜的平面圖。
圖16A、圖16B是示出實施方式2的像差測定方法中的基板的設(shè)置位置的圖示。
圖17A～圖17D是示出評價用抗蝕劑圖案的平面圖。
圖18是示出光掩膜上的圖案和射出孔上的衍射光的次數(shù)以及位置的對應(yīng)關(guān)系的圖示。
圖19A、19B是示出射出孔上的衍射光的次數(shù)和位置以及基板上的像的對應(yīng)關(guān)系的圖示。
圖20是示出通過縱圖案的衍射光像，被形成在設(shè)置于散焦位置+d上的感光基板上的圖案的圖示。
圖21是示出通過縱圖案的衍射光像，被形成在設(shè)置于散焦位置-d上的感光基板上的圖案的圖示。
圖22是示出在孔中央附近的光線像差的測定中使用的光掩膜的圖示。
圖23是示出通過曝光在孔中央附近的光線像差的測定中使用的光掩膜得到的抗蝕劑圖案的圖示。
曝光裝置的光學(xué)系統(tǒng)具有像差，因此產(chǎn)生依賴于圖案大小的焦點偏移或者圖案的位置偏移和變形。圖1是表示由光掩膜上的圖案衍射入射到投影光學(xué)系統(tǒng)的光線通過射出孔達到基板上的樣子的圖示。在圖1中，符號10是規(guī)定投影光學(xué)系統(tǒng)的射出孔31的光圈。由光圈10包圍的面是射出孔31。另外，在圖1中，11是投影光學(xué)系統(tǒng)表面，12是理想像面，13是有像差時的波面，14是沒有像差時的波面(理想波面)，15是沒有像差時的衍射光，16是有像差時的衍射光，17是理想的像點。另外，波面13和理想波面14的差是波面像差。
在無像差的情況下，全部的衍射光15達到理想像點17，通過光的干涉把被形成在光掩膜上的圖案再現(xiàn)在晶片上。但是，在有像差的情況下，衍射光不匯聚在理想像點17上，其結(jié)果引起像的模糊和變形。
圖2表示關(guān)注圖1中的某1條衍射光16，光線到達從被配置在理想的成像面上的基板上的理想像點17偏移的點20的情況。從理想像點17向點20的向量21是光線像差(橫像差)。
在以下說明的波面像差測定方法中，測定光線像差，從其結(jié)果導(dǎo)出波面像差。以下說明測定方法的原理。透鏡的波面像差可以表示為射出孔平面上的函數(shù)。圖3是說明孔指標系以及像面坐標系的關(guān)系的圖示。如圖3所示，把XY平面30設(shè)為射出孔平面，把該面上的半徑1的圓內(nèi)的區(qū)域設(shè)為射出孔31。表示射出孔31上的點的坐標系，假設(shè)是以射出孔31的中心O’為原點，以射出孔31的半徑作為1的標準化坐標系(以下，簡稱為孔坐標系)。另外，光線像差作為理想像面(xy平面)32上的向量值表示。另外，以光的行進方向為正Z方向。
圖4是說明孔坐標系和波面像差的定義域的圖示。圖4用孔坐標系表示，波面像差W，在孔坐標系中用下式那樣的級數(shù)形式表示。W(r′,θ′)=ΣnCn·Rn(r′)Θn(θ′)---(1)]]>在此，0≤r’≤1，-180°≤θ’≤180°。W(r’，θ’)是波面像差函數(shù)，表示在射出孔上的點(r’，θ’)(或者(X，Y)，在此，X＝r’cos θ’，Y＝r’sin θ’)中的具有實際像差的波面和無像差波面之間的光路差。另外，在該(1)式中，右邊的Rn(r’)Θn(θ’)可以使用任意的正交函數(shù)關(guān)系表達，但一般使用查涅克(ゼルニケ)多項式表達。像差的種類和大小可以用查涅克像差系數(shù)表達，一般可以使用與從3次至9次的各像差和11次的球面像差對應(yīng)的33個系數(shù)。
如“Appllied Optics and Optical Engineering Volume XI”(ShannonWyant；Academic Press，Inc.)的12～14頁所示，可以從光線像差求出波面像差。例如，在圖2中，在通過射出孔上(Xn，Yn)的光線16的光線像差21是(εxn，εyn)時，波面像差W(Xn，Yn)和光線像差的關(guān)系用下式給出。∂W∂X(Xn,Yn)=-NA·ϵxn---(2-1)]]>∂W∂Y(Xn,Yn)=-NA·ϵyn---(2-2)]]>即，·W(xn，Yn)＝-NA(εxn-εxn0，εyn-εyn0) (2-3)在此，NA是投影光學(xué)系統(tǒng)的射出側(cè)的數(shù)值孔徑。
在本方法中，使用此關(guān)系，以測量出的光線像差為基礎(chǔ)計算出波面像差。把(1)式作為擬合的模型表達式(モデル式)進行最小二乘擬合，由此以由射出孔整體定義的連續(xù)函數(shù)的形式求出波面像差。
為了求出光線像差，在本方法中，利用照明光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的二次光源的構(gòu)造是微小光源的集合這一點。關(guān)注從二次光源中的某1個微小光源發(fā)出的光線，用光掩膜表面的衍射格子把該光線分割成衍射光，跟蹤該光線的路徑。在此，來自照射掩膜圖案的各微小光源的光的入射角是已知的。
首先，用圖5說明衍射格子的設(shè)計。圖5是說明曝光線和間隔圖案時的衍射和成像的圖示?？紤]把描繪在掩膜上的微細圖案，例如，周期在光掩膜上是間距p的線和間隔圖案50投影在基板上的情況。在圖5中，展示了在線和間隔圖案50中產(chǎn)生的0次衍射光51和±1次衍射光52通過投影光學(xué)系統(tǒng)的射出孔53，在基板54上結(jié)成光學(xué)像54的樣子。這種情況下，射出孔53的面上的衍射光的分布如圖6所示。圖6是說明射出孔上的衍射光的分布的圖示。圖6的坐標系是孔坐標系，在射出孔53內(nèi)的，在中央上分布0次衍射光61，在右側(cè)分布+1次衍射光62，在左側(cè)分布-1次衍射光63。射出孔53的中心和0次衍射光61的中心一致。0次衍射光61和±1次衍射光62、63的中心間的距離65表示為λ/(p·NA)。在此λ是曝光波長。另外，表示各衍射光的圓的半徑64，是投影光學(xué)系統(tǒng)的相干因子(コヒ—レンスファクタ，σ值)。
如圖5所示，通過射出孔53面上的不同的點的衍射光51、52、53，到達像面上的大致同一位置。通過衍射光之間的干涉，和光掩膜上的線和間隔圖案50相似形狀的光學(xué)像54被形成在基板上。
以下，用圖7說明跟蹤衍射光光線的路徑的方法。在圖7中，表示了在極大的散焦位置上設(shè)置有基板的情況下形成的像。如圖7所示，在基板面極端地散焦的狀態(tài)下，因為各衍射光51、52到達基板上的位置不同，所以在基板上不引起干涉，各衍射光被轉(zhuǎn)印在各自的位置71a、71b、71c上。所謂散焦的狀態(tài)，是指基板和光源共軛的狀態(tài)。如圖7所示為了分離微小光源轉(zhuǎn)印，可以利用針孔照相機。如果把本第一發(fā)明者在特開平2000-21732公報(US6,317,198)中展示的，在內(nèi)部包含有衍射格子的適宜尺寸的針孔圖案(以下，稱為光柵針孔圖案)作為掩膜圖案使用，則可以使其產(chǎn)生衍射光，并且掌握在基板面上該衍射光的到達位置。
在圖8A～8C中，展示可以分離微小光源轉(zhuǎn)印的光柵針孔81的平面圖。圖8A展示了1維光柵針孔81。圖8B展示了二維(正方格子square grating)光柵針孔82。圖8C展示了二維(黑白相間的格子checkerboard pattern)光柵針孔83。在圖8A～圖8C中，符號81a、82a、83a是開口區(qū)域，81b、82b、83b是遮光(opaque)區(qū)域。除了圖8A～8C所示的針孔以外，如果是至少在1個方向上具有周期性的某種圖案，也可以作為光柵針孔的內(nèi)部構(gòu)造使用。例如，也可以是具有周期性的在實際的半導(dǎo)體元件制造中使用的圖案(實際圖案)。
為了得到可以逐一分離測定微小光源像的程序的鮮明的轉(zhuǎn)印像，光柵針孔的外形，必須是具有作為表示高分辨的針孔照相機功能的尺寸。如果在針孔的大小和從針孔到繪制像的屏幕的距離之間保持適宜的關(guān)系，則可知存在分解能力極大的點。在使用圓形針孔的情況下，分解能力良好的半徑r(光掩膜上尺度，スケ—ル)，在把基板的散焦量設(shè)為d，把曝光波長設(shè)為λ時由下式(3)給出。r=AλdM---(3)]]>在此，M是投影光學(xué)系統(tǒng)的縮小率(例如，1/4)，A是1左右的常數(shù)。我們從實驗中確認，A在0.5～1的范圍中那樣的狀態(tài)的r下，如果使用其半徑表示的光柵針孔則可以得到良好的像。
圖9A～圖9C是展示通過由光柵針孔分離的微小光源進行曝光得到的，抗蝕劑圖案的像的平面圖。圖9A展示采用1維光柵針孔81的衍射光像91。圖9B展示采用2維(正方格子)光柵針孔82的衍射光像92。圖9C展示采用2維(黑白相間方格)光柵針孔83的衍射光像93。在圖9A～9C中，用虛線表示的圓94表示光線被光圈遮擋的邊界，邊界外側(cè)不能被轉(zhuǎn)印在基板上。
如圖9A～9C所示，從各個微小光源射出到基板面上的光的到達點(衍射光像)被轉(zhuǎn)印成點狀。通過測定各點的位置，可以掌握從各個微小光源發(fā)出的光線在基板面上的通過位置。如果在同一裝置狀態(tài)下改變基板的散焦值進行2次該測定，則可以掌握這些光線通過的空間內(nèi)的2點。即，根據(jù)光線的直進性，可以知道該光線在基板面附近的路徑。進而，可以求出連接已求得的空間內(nèi)的2點的直線和像面相交的點的坐標。
如圖10所示，在衍射光像101之間重合的情況下，因為測量微小光源像的位置困難，所以希望衍射光像之間不重合。另外，在本方法中因為在測定中使用1次衍射光的像，所以1次衍射光必須通過孔到達基板。滿足以上二個條件成為可以測定的條件。如果把光掩膜上的衍射格子的周期設(shè)置成適宜的周期，則可以滿足二個條件。
應(yīng)滿足衍射格子的周期p的條件，用曝光波長λ、曝光裝置的數(shù)值孔徑NA、相干因子σ以下式(4)表示。λNA(1+σ)·M<p<λ2NA·σ·M---(4)]]>
進而，即使假設(shè)衍射光的像之間有一些重合，在有不重合的微小光源像的情況下，也可以使用它們進行區(qū)域的測定。為了求出與射出區(qū)域全體有關(guān)的光路差，可以設(shè)置成衍射光通過射出孔內(nèi)的多個點，為了此目的，同時使用在滿足式(4)的范圍中改變衍射格子的周期，另外，改變了周期圖案的排列方向的朝向的多個光柵針孔。
用圖11A～11C，說明求出0次衍射光的光路差和1次衍射光的光路差的差的方法。圖11B是圖11A的圓B部的放大圖，圖11C是圖11B的放大圖。在圖11A中，223是理想像面。如圖11A～11C所示，1次衍射光215的到達位置217的測定，因為以0次衍射光214的到達位置218為基準進行，所以求得的是0次衍射光的光路差212和1次衍射光的光路差213的差210。在此，光路差212、213，如圖11B、11C所示，是指沒有像差的波面219和有像差的波面220的差。想求出是如圖11C所示的，光路差(波面像差)213自身。為了求出真的光路差213，必須掌握圖11B所示的，在測定中使用的0次衍射光自身的光路差212。例如，通過射出孔的中央，以到達理想像點216的光222為基準，即光路差0，可以求出其他的位置的光路差。進而，即使假設(shè)改變了基準位置，其影響只是查涅克多項式的第1項(常數(shù)項)被改變，如果考慮作為像差有意義的是第5項以后，則在波面像差的計算中沒有任何問題。
為了正確地求出透鏡波面像差，還需要測定通過靠近射出孔的中央位置的光的像差。如上所述，可以通過減小σ，并且增大衍射格子的周期進行。如果用來自二次衍射光源內(nèi)的任意1個微小光源的光形成抗蝕劑圖案進行測定，則可以測定在靠近射出孔的中央位置的光路差。所使用的微小光源不需要必須在中央，也可以通過單獨點亮二次光源中的任意的微小光源用于像差的測定?？梢园蜒苌涔庵g的重合設(shè)置在最小限度，是合適的。
在把構(gòu)成光柵針孔的衍射格子設(shè)為器件圖案的情況下，直接測定與在該器件圖案的轉(zhuǎn)印時光實際通過的射出孔位置有關(guān)的光路差。這種情況下，具有在器件圖案轉(zhuǎn)印中可以直接測定只是光通過的路徑的像差的優(yōu)點。
下面參照


本發(fā)明的實施方式(實施方式1)在本實施方式中，說明實際的曝光裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法。
本發(fā)明的要點在于把來自二次光源的照明光導(dǎo)引到光掩膜，在一并照射有限區(qū)域的同時，使由被配置在該光掩膜表面上的衍射圖案產(chǎn)生的0次衍射光以及高次衍射光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)，把從投影光學(xué)系統(tǒng)射出的各衍射光分別投影曝光在離開感光基板上的位置上，測量形成在感光基板上的0次衍射光的像(以下，設(shè)為0次像)以及1次衍射光的像(以下，設(shè)為1次像)的位置，用其結(jié)果計算曝光裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的光線像差(橫像差)，根據(jù)它計算光學(xué)系統(tǒng)的波面像差。以這樣求出的波面像差為基礎(chǔ)，可以進行用該曝光裝置制作的半導(dǎo)體元件圖案形狀的正確的預(yù)測，以及可以進行難以接受波面像差的影響的圖案設(shè)計。
圖12是展示本發(fā)明的實施方式1的，把被描繪在光掩膜上的圖案縮小投影在基板上的曝光裝置的概略構(gòu)成的圖示。如圖12所示，來自激光光源LS的照明光入射到照明光學(xué)系統(tǒng)IL。照明光學(xué)系統(tǒng)IL，具備復(fù)眼透鏡(フライアイレンズ)FE、照明光圈IA，以及聚光透鏡CL。在照明光學(xué)系統(tǒng)IL內(nèi)，照明光，入射到由多個透鏡元件構(gòu)成的復(fù)眼透鏡FE。在由多個透鏡元件構(gòu)成的復(fù)眼透鏡FE的射出側(cè)，照明光形成是多個微少光源的集合的二次光源SLS。二次光源SLS的大小，由照明光圈IA調(diào)節(jié)。從二次光源SLS射出的照明光，經(jīng)由聚光透鏡CL入射到光掩膜R上。在光掩膜R上的圖案RP中產(chǎn)生衍射光。該衍射光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)PL。從投影光學(xué)系統(tǒng)PL射出的衍射光，通過到達基板W上，圖案RP的像被投影成像在基板W上。
以下，分6個步驟說明投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法。圖13是用于說明本發(fā)明的實施方式1的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法的流程圖。
(步驟S101)
如圖14A所示，把在表面上涂布有抗蝕劑等的感光劑的基板W設(shè)置在從最佳聚焦位置113只移動散焦量Z1的位置上，進行曝光。
(步驟S102)如圖14B所示，把同一基板W設(shè)置在從最佳聚焦位置113只移動散焦量Z2(≠Z1)的位置上，進而還使其在橫方向上移動設(shè)置在未曝光部分成為曝光區(qū)域的位置上，進行曝光。
(步驟S103)顯影在步驟S101、S102曝光后的抗蝕劑，測定被形成在基板W上的抗蝕劑圖案。分別關(guān)注從同一微小光源發(fā)出的0次像、1次像的組(假設(shè)為第n組)，把0次像位置作為坐標原點求出1次像的位置。在此把由步驟S101曝光的1次像的位置的3維坐標設(shè)置為(X1n，Y1n，Z1n)，把由步驟S102曝光的像的位置的3維坐標設(shè)置為(X2n，Y2n，Z2n)。
(步驟S104)從以下的(5a)、(5b)式求出從光線和像面的交點的理想點的偏移，即光線像差(εxn，εyn)。ϵxn=z1nx1n+z2nx1nz1n+z2n---(5a)]]>ϵyn=z1ny2n+z2ny1nz1n+z2n---(5b)]]>(步驟S105)根據(jù)光線像差(εxn，εyn)，求出在點(Xn，Yn)中的波面像差的坡度。假設(shè)光路差用W(Xn，Yn)表示，如果0次衍射光的光線像差為(εxn0，εyn0)，則波面像差的坡度W(Xn，Yn)用以下的(6式)求出。
·W(Xn，Yn)＝-NA(εxn-εxn0，εyn-εyn0)(6)
在此，(Xn，Yn)是根據(jù)衍射格子的周期、衍射光的次數(shù)和符號，以及對應(yīng)的微小光源的位置確定的，在標準化孔坐標系中的衍射光的通過點。0次衍射光的光線像差，假設(shè)在孔的最中心附近為0，在0次衍射光的通過位置不在孔的中心附近的情況下，用另一適宜的圖案，使用由在此所述的方法測定的結(jié)果。
(步驟S106)使用在抗蝕劑圖案上附近的另一像，重復(fù)步驟S103～步驟105的順序，算出一定數(shù)以上的波面像差的坡度W(Xn，Yn)。算出射出孔上的多個點中的波面像差坡度W(Xn，Yn)。在此，所謂一定數(shù)，是指在后面的工序中求出波面像差W(X，Y)用的充分的數(shù)。
(步驟S107)從全部的波面像差的坡度數(shù)據(jù)·W(Xn，Yn)(n＝1～全部微小光源數(shù))計算在射出孔全體中的波面像差W(X，Y)，把其結(jié)果最小二乘擬合為查涅克級數(shù)，求出各查涅克像差系數(shù)。
(實施方式2)在本實施方式中，對最佳聚焦位置，在面對稱的二個散焦位置上分別進行曝光。所使用的曝光裝置因為和圖12所示的裝置相同，所以省略圖示以及說明。進而，在本實施方式中，使用是來自激光光源LS的照明光的波長λ[μm]，投影光學(xué)系統(tǒng)PL的縮小率是M的曝光裝置。
被形成在光掩膜上的衍射格子的周期，是p/M[μm]的線和間隔，使用半徑是r[μm]的光柵針孔的掩膜圖案。在此p確定為滿足式(7)的條件。λNA(1+σ)·M<p<λ2NA·σ·M---(7)]]>NA假設(shè)是投影光學(xué)系統(tǒng)PL的射出側(cè)的數(shù)值孔徑，σ是照明光學(xué)系統(tǒng)IL的相干因子。
使用接近配置有圖15所示的由縱圖案150、橫圖案151、斜圖案152、斜圖案153組成的一組圖案群的光掩膜R。圖15是展示在本發(fā)明的實施方式2的像差測定方法中使用的光掩膜的平面圖。作為感光基板，使用涂布有正(ポジ)型光致抗蝕劑(感光劑)的硅晶片(以下稱為晶片)。
首先，如圖16A所示，把基板W設(shè)置在從最佳焦點位置160只移動散焦量-d(＝Z1)[μm]的位置上，以適宜的曝光量進行靜止曝光。
接著，如圖16B所示，把同一基板W設(shè)置在從最佳聚焦位置113只移動散焦量+d(＝Z2)[μm]的位置上的同時，也使其進一步在橫方向上移動設(shè)置在未曝光部分成為曝光區(qū)域的位置上進行靜止曝光。進而，散焦量+d的曝光條件，散焦量以外的曝光條件和散焦量-d的曝光時一樣，進行曝光。
此后，通過進行顯影，得到在散焦位置+d[μm]曝光的評價用圖案(以下稱為圖案1)以及在散焦位置-d[μm]曝光的評價用抗蝕劑圖案(以下稱為圖案2)。得到的評價用抗蝕劑圖案的平面圖展示在圖17A～圖17D。圖17A，展示由縱圖案150的像形成的評價用抗蝕劑圖案170。圖17B，展示由橫圖案151的像形成的評價用抗蝕劑圖案171。圖17C，展示由斜圖案152的像形成的評價用抗蝕劑圖案172。圖17D，展示由斜圖案153的像形成的評價用抗蝕劑圖案173。用由光學(xué)顯微鏡和CCD照相機構(gòu)成的攝像裝置觀察這些評價用抗蝕劑圖案170～173，取得圖像。在圖17A～17D中，用虛線表示的圓174表示光線由光圈遮擋的邊界，邊界的外側(cè)不能被轉(zhuǎn)印在基板上。
以下，說明根據(jù)由縱圖案150的像形成的評價用抗蝕劑圖案170計算出像差的大小的方法。圖18展示光掩膜上的圖案和射出孔上的衍射光的次數(shù)以及位置的對應(yīng)關(guān)系。如圖18所示，通過由照明光180照明形成有縱圖案150的光掩膜R，在射出孔185面上的中央，投影0次衍射光像182，在紙面右側(cè)投影+1次衍射光像183，在紙面左側(cè)投影-1次衍射光像184。另外，圖19A、19B展示射出孔上的衍射光的次數(shù)和位置以及基板上的像的對應(yīng)關(guān)系。圖19A展示在散焦位置+d進行曝光的情況下的基板上的各次數(shù)的衍射光像。圖19B展示在散焦位置-d進行曝光的情況下的基板上的各次數(shù)的衍射光像。如圖19A、19B所示，在基板上，投影0次衍射光像190(190a、b)，+1次衍射光像191(191a、b)，-1次衍射光像192(192a、b)。在基板以及射出孔上形成圖案的3個衍射光像進一步由微小的圖案(微小光源像)構(gòu)成。微小圖案是反映由2次光源的復(fù)眼透鏡制成的亮度分布的圖案。在圖19A、圖19B中，用虛線表示的圓193表示光線被光圈遮擋的邊界，邊界的外側(cè)不能被轉(zhuǎn)印在基板上。
進行圖20所示的圖案的測定。圖20是展示通過縱圖案150的衍射光像，被形成在設(shè)置于散焦位置+d的感光基板上的圖案的圖示。在測定中可以使用的微小光源像的數(shù)，在相干因子σ是0.3的情況下，如在圖17A所示的評價用抗蝕劑圖案170中所示的那樣，如果除去被照明孔局部地遮擋的部分則是53個。由從同一微小光源發(fā)出的衍射光形成的微小光源的組合，0次·+1次衍射光的組是16對，0次·-1次衍射光的組是16對，合計有32對。首先，關(guān)注由從同一微小光源發(fā)出的衍射光形成的1對微小光源像200a、201a，測定以微小光源像200a的位置為基準的微小光源像201a的位置(x1，y1)。在圖21中，用虛線表示的圓202表示光線被光圈遮擋的邊界，邊界外側(cè)不能被轉(zhuǎn)印在基板上。
以下，進行圖21所示的圖案的測定。圖21是展示通過縱圖案150的衍射光像，被形成在設(shè)置于散焦位置-d的感光性基板上的圖案的圖示。關(guān)注和形成圖20中的微小光源像200a的光線相同的光線(從同一微小光源發(fā)出，衍射次數(shù)相同的光線)形成的微小光源像200b，以及和形成微小光源像201a的光線相同的光線形成的微小光源像201b，測定以像201的位置為基準的像200的位置(x2，y2)。形成微小光源像200a以及微小光源像200b的光線通過的射出孔上的點P，如果把形成微小光源像201a以及201b的光線211通過的射出孔上的點設(shè)為(X0，Y0)，則如果考慮衍射格子的朝向、周期p、曝光波長λ，則被表示為(X0+λ/(p·NA)，Y0)。進而，(X0，Y0)的值根據(jù)關(guān)注的微小光源的二次光源內(nèi)的位置確定。在圖21中，用虛線表示的圓203表示光線被光圈遮擋的邊界，邊界的外側(cè)不能被轉(zhuǎn)印在基板行。
如果根據(jù)以上的測定結(jié)果，則表示光線的光線像差(εx，εy)是 因而，關(guān)注的射出孔上的點(X0+λ/(p·NA)，Y0)中的波面像差的坡度·W＝(Wx/x，Wy/y)由下式給出。在此，(X0，Y0)中的光線像差假設(shè)為0。∂wx∂x=-NA·-dx1+dx22d---(9a)]]>∂wy∂y=-NA·-dy1+dy22d---(9b)]]>對于剩下的31組微小光源像對適用同樣的方法，求出與射出孔上31點有關(guān)的波面像差的坡度。另外，對于另外3種的圖案151、152、153的像，也是改變式(8)、式(9a)、式(9b)來計算，求出在各測量點的波面像差的坡度。
通過對用以上方法求出的，表示整個射出孔全體的波面像差的坡度的離散性的數(shù)據(jù)進行積分計算和擬合，用查涅克多項式的形式表示整個射出孔全體的波面像差W(x，y)，得到33個查涅克像差系數(shù)。
在上述例子中雖然是以通過靠近射出孔的中央的路徑的0次衍射光的光線像差為基準(0)計算，但在求出與該路徑有關(guān)的光線像差中，如果在上述解析中使用求得的光線像差的值，則有望得到更正確的結(jié)果。
以下，說明在射出孔的中央附近的光線像差的測定。圖22展示在孔中央附近的光線像差測定中使用的光掩膜的例子。如圖22所示，光掩膜210，是半徑10μm(光掩膜上尺度)的光柵針孔，其內(nèi)部衍射格子是光掩膜上的周期8μm的線和間隔。在圖22中，211是開口，212是遮光區(qū)域。把曝光波長是0.248μm的KrF激態(tài)復(fù)合物激光(エキシマレ—ザ)光作為光源，使用投影光學(xué)系統(tǒng)的縮小率M是1/4，射出側(cè)數(shù)值孔徑NA是0.6的曝光裝置。另外，把照明光學(xué)系統(tǒng)的相干因子σ設(shè)置為0.1，即只把從單一微小光源發(fā)出的光供給曝光的狀態(tài)。使用把由縱、橫、斜(45°)、斜(-45°)組成的一組圖案群(在圖22中只顯示縱)配置在接近于曝光區(qū)域內(nèi)的圖15所示的圖案150、151、152、153的位置上的光掩膜，把感光基板設(shè)置在散焦量是+30μm、-30μm的位置上進行曝光。
按照同樣的順序，如圖23所示，得到散焦量是+30μm的評價用圖案231、232，和散焦量是-30μm的評價用圖案(未圖示)。使用0次衍射光231以及1次衍射光232，通過和上述的方法一樣的順序，計算出與投影光學(xué)系統(tǒng)的孔的中心附近有關(guān)的光線像差。進而，因為在取得的抗蝕劑圖案上不顯現(xiàn)孔一端233的位置，所以需要通過另一光柵針孔的曝光，測定孔233的半徑(晶片上實際尺度)。以下進行用式(8)、式(9a)、式(9b)表示的計算，算出與各光路有關(guān)的波面像差的坡度。
在該測定中，以通過孔的中心的0次衍射光231的光線像差為基準(0)，求出光線232通過的路徑的光線像差。以該光線232為基準，還可以求出與另一光路徑有關(guān)的光線像差。通過反復(fù)使用此方法，可以以通過孔中心的光為基準，求出與通過孔的任意位置的光路徑有關(guān)的光線像差和波面像差的坡度。
進而，在實施方式2中，代替圖1所示的縱·橫·±45°斜的線和間隔，也可以用如圖18所示的正方形格子光柵針孔82，或者黑白相間格子針孔83作為光柵針孔內(nèi)部的衍射格子來測定。在此，在使用正方形格子82時的晶片上的衍射光像92是使縱線和間隔像的形狀和橫線和間隔像的形狀一致的像。另外使用黑白相間格子83時的晶片上的衍射光像93是使斜45°的線和間隔像的形狀和斜135°的線和間隔像的形狀一致的像。
在實施方式2中，代替作為感光基板使用涂布有正型光致抗蝕劑的晶片，代替感光基板涂布有光致抗蝕劑的硅晶片，使用CCD等的光強度檢測裝置、記錄被檢測出的光強度的位置(分布)的裝置，例如計算機，也可以同樣測定。
在實施方式2中，代替線和間隔，即使把作為半導(dǎo)體器件圖案使用的周期圖案作為衍射格子，也可以測定透鏡的像差。通常，在半導(dǎo)體器件制造工序中，使用σ值大的照明光(例如σ＝0.75等)，但是為了進行本測定，希望將σ值盡可能小地設(shè)置使得光線的重合減小。例如，只單獨點亮1個光源內(nèi)的任意的微小光源，在該狀態(tài)下曝光得到像。
本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以確定光柵針孔的形狀和其配置，進而可以有其他的實施方式以及各種變更。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員會容易地想到附加的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更寬的方面并不限于在此展示和描述的具體細節(jié)和代表實施例。因此，在不脫離如所附權(quán)利要求及其等同物所定義的一般發(fā)明概念的精神和范圍的情況下，可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，包含準備具備光源、在把來自該光源的光分割成多個點光源形成二次光源的同時，把來自該二次光源的照明光引導(dǎo)在光掩膜的有限區(qū)域上的照明光學(xué)系統(tǒng)、把由被配置在該光掩膜上的圖案產(chǎn)生的透過光的縮小投影像轉(zhuǎn)印在晶片上的投影光學(xué)系統(tǒng)的曝光裝置；將上述照明光一并照射到形成有衍射格子的光掩膜的有限區(qū)域；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，將通過上述光掩膜的0次衍射光及1次衍射光投影在與上述光源共軛的第1測定面上；測定從上述二次光源內(nèi)的任意一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光在上述第1測定面上的投影位置的關(guān)系；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，把上述0次衍射光以及1次衍射光投影在與上述光源共軛、并且上述光線的光軸方向位置不同的第2測定面上；測定從上述一個點光源照射的光源的0次衍射光及1次衍射光的上述第2測定面的投影位置關(guān)系；根據(jù)求得的兩個投影位置的關(guān)系，求出與從上述一個點光源照射的光線有關(guān)的光線像差。
2.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，在把上述光掩膜的倍率設(shè)為M，把曝光波長設(shè)為λ，把上述投影光學(xué)系統(tǒng)的射出側(cè)的數(shù)值孔徑設(shè)為NA，把上述照明光學(xué)系統(tǒng)的相干因子設(shè)為σ時，包含以符合λNA(1+σ)·M<p<λ2NA·σ·M]]>的周期p重復(fù)透光部和遮光部的周期圖案。
3.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，是線和間隔圖案，或者正方形格子或者黑白相間格子。
4.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，是在半導(dǎo)體元件制造中使用的至少在1方向上具有周期性的圖案。
5.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，在上述光掩膜上一并曝光的上述有限區(qū)域內(nèi)被配置多個；上述一并照射，照射被形成在該有限區(qū)域上的各衍射格子的全部，投影在同一測定面上。
6.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于在上述測定面上，配置在表面涂布有感光劑的基板。
7.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于在上述測定面上，配置測定上述一并曝光區(qū)域內(nèi)的光強度分布的光強度檢測器。
8.權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述第1測定面和第2測定面，相對最佳聚焦位置是面對稱。
9.一種投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，包含準備具備光源、在把來自該光源的光分割成多個點光源形成二次光源的同時，把來自該二次光源的照明光引導(dǎo)在光掩膜的有限區(qū)域上的照明光學(xué)系統(tǒng)、把由配置在該光掩膜上的圖案產(chǎn)生的透過光的縮小投影像轉(zhuǎn)印在晶片上的投影光學(xué)系統(tǒng)的曝光裝置；將上述照明光一并照射到形成有衍射格子的光掩膜的有限區(qū)域；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，將通過上述光掩膜的0次衍射光及1次衍射光投影在與上述光源共軛的第1測定面上；測定從上述二次光源內(nèi)的任意一個點光源照射的光線的0次衍射光及1次衍射光在上述第1測定面上的投影位置的關(guān)系；使用上述投影光學(xué)系統(tǒng)，把上述0次衍射光以及1次衍射光投影在與上述光源共軛、并且上述光線的光軸方向位置不同的第2測定面上；測定從上述一個點光源照射的光源的0次衍射光及1次衍射光的上述第2測定面的投影位置的關(guān)系；根據(jù)求得的兩個投影位置的關(guān)系，求出與從上述一個點光源照射的光線有關(guān)的光線像差；根據(jù)求得的光線像差求出波面像差。
10.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的測定方法，其特征在于分別求出與多個光點源有關(guān)的上述光線像差，根據(jù)求得的多個光線像差求出波面像差。
11.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，在把上述光掩膜的倍率設(shè)為M，把曝光波長設(shè)為λ，把上述投影光學(xué)系統(tǒng)的射出側(cè)的數(shù)值孔徑設(shè)置為NA，把上述照明光學(xué)系統(tǒng)的相干因子設(shè)置為σ時，包含以符合λNA(1+σ)·M<p<λ2NA·σ·M]]>的周期p重復(fù)透光部和遮光部的周期圖案。
12.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，是線和間隔圖案，或者正方格子或者黑白相間格子。
13.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，是在半導(dǎo)體元件制造中使用的至少在1方向上具有周期性的圖案。
14.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述衍射格子，在上述光掩膜上的一并曝光的上述有限區(qū)域內(nèi)被配置多個；上述一并照射，照射形成在該有限區(qū)域上的各衍射格子的全部，投影在同一測定面上。
15.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于在上述測定面上，配置在表面涂布有感光劑的基板。
16.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于在上述測定面上，配置測定上述一并曝光區(qū)域內(nèi)的光強度分布的光強度檢測器。
17.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述波面像差以使用了查涅克像差系數(shù)的形式求出。
18.權(quán)利要求9所述的投影光學(xué)系統(tǒng)的像差測定方法，其特征在于上述第1測定面和第2測定面，相對最佳聚焦位置是面對稱。
全文摘要
本發(fā)明的方法包含將照明光一并照射到形成有衍射格子的光掩膜的有限區(qū)域，使該照明光入射到形成在光掩膜上的衍射格子上產(chǎn)生的衍射光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)，把從該投影光學(xué)系統(tǒng)射出的0次衍射光以及1次衍射光，投影在與上述二次光源共軛的測定面上，測定從上述二次光源內(nèi)的任意一個點光源發(fā)出的光線入射到上述衍射格子中發(fā)生的0次衍射光以及1次衍射光在上述測定面上的投影位置的位置關(guān)系的步驟；在上述光線的光軸方向位置和上述測定面不同的第2測定面上測定上述位置關(guān)系的步驟；根據(jù)求得的位置關(guān)系，求出與用于上述位置關(guān)系的測定的光線有關(guān)的光線像差的步驟。
文檔編號G02B27/44GK1438477SQ03102390
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月12日
發(fā)明者福原和也, 佐藤隆 申請人:株式會社東芝