▶ カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハーの特許一覧
特許7503098測定される入射瞳内で照明光によって照明されたときの光学系の結像品質を決定するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-11
(45)【発行日】2024-06-19
(54)【発明の名称】測定される入射瞳内で照明光によって照明されたときの光学系の結像品質を決定するための方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20240612BHJP
G01M 11/02 20060101ALI20240612BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 503
G03F7/20 501
G01M11/02 B
【請求項の数】
10
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022088414
(22)【出願日】2022-05-31
(65)【公開番号】P2022184816
(43)【公開日】2022-12-13
【審査請求日】2022-08-09
(31)【優先権主張番号】10 2021 205 541.9
(32)【優先日】2021-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】503263355
【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100158469
【弁理士】
【氏名又は名称】大浦 博司
(72)【発明者】
【氏名】クラウス グウォッシュ
(72)【発明者】
【氏名】マルクス コッホ
(72)【発明者】
【氏名】ラース ストッペ
(72)【発明者】
【氏名】マヌエル デッカー
(72)【発明者】
【氏名】ルーカス フィッシャー
【審査官】今井 彰
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０５５８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第０３／０２１３５２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－０６０４７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３５７７５８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｆ ７／２０－７／２４、９／００－９／０２
Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８
Ｇ０２Ｂ ９／００－１７／０８、２１／０２－２１／０４
２７／００－３０／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定される入射瞳（１１；２５）内および／または測定される射出瞳内で照明光（１）によって照明されたときの光学系（１３）の結像品質を決定するための方法であって、前記光学系（１３）の物体平面（４）に試験構造体（５）を配置するステップと、
前記試験構造体（５）を前記照明光（１）を用いて照明するための照明角度分布を指定するステップと、
前記物体平面（４）に対する前記試験構造体（５）の異なる距離位置（ｚm）において、前記指定された照明角度分布で前記試験構造体（５）を照明するステップと、
前記試験構造体（５）の測定された空間像を決定するために、空間分解検出装置（１４）を使用して、前記光学系（１３）の像平面（１５）における前記照明光（１）の強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）を測定するステップであって、前記照明光が、各距離位置（ｚm）において前記試験構造体（５）を結像するときに前記光学系（１３）によって案内される、ステップと、
前記測定された空間像をシミュレートされた空間像と比較し、前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の差が最小化されるまで、前記シミュレートされた空間像を記述するための関数セットのフィッティングパラメータを適合させるステップと、
前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の前記最小化された差の結果に基づいて前記光学系（１３）の波面を決定するステップと、
前記指定された照明角度分布が、測定される前記瞳（１１；２５）内のサブアパーチャ（１０i）に対応するステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）において前記既に測定されたサブアパーチャ（１０i）に対してシフトさせた、さらなる指定されたサブアパーチャ（１０i+1）を使用して、「指定する」ステップから「決定する」ステップまでを繰り返すステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）全体にわたって前記測定されたサブアパーチャ（１０i）について得られた前記結果を合成することによって、前記光学系の前記波面を決定するステップと、
を含み、
前記光学系（１３）の前記結像品質を前記試験構造体に依存せずに決定するために、前記試験構造体（５）による前記波面への影響に対する試験構造体寄与（Ｐ）を排除する、方法。
【請求項2】
前記瞳（１１；２５）が前記サブアパーチャ（１０i）によって走査される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記試験構造体寄与が、正確に１つの指定されたサブアパーチャ（１０i）に対して決定され、次いで、この寄与が、前記さらなる指定されたサブアパーチャ（１０i+1、１０i+2、…）についての前記光学系の前記結像品質の前記試験構造体に依存しない決定にも使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記試験構造体寄与を排除しながら前記結像品質を決定するために、線形連立方程式が解かれ、前記試験構造体寄与の前記排除前の波面決定のデータ（Ｍ）、
前記試験構造体の寄与（Ｐ）、および
変換行列（Ｔ）
が前記線形連立方程式に含まれる、
請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記試験構造体寄与の前記排除前の前記波面決定の前記データ（Ｍ）、および／または前記試験構造体の前記寄与（Ｐ）、および／または
前記変換行列（Ｔ）
の、決定される解空間におけるそれぞれの座標（ｋｘ，ｋｙ）への依存性が、基底関数への分解によって記述される、
請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記試験構造体（５）としてピンホールが使用される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項7】
前記ピンホールが、楕円形エッジを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
測定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）において等距離である座標格子上の測定される前記瞳（１１；２５）の少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従ってスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項9】
測定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従って、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）においてスケーリングされた座標格子上の測定される前記瞳（１１；２５）の少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、均一にスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項10】
計測システム（２）であって、
試験構造体（５）を照明するための照明光学ユニット（７）と、結像光学ユニット（１３）であって、前記結像光学ユニット（１３）の前記結像品質が決定されることが意図されている、前記試験構造体（５）を空間分解検出装置（１４）に向けて結像するための、結像光学ユニット（１３）と、
前記計測システム（２）に、
前記光学系（１３）の物体平面（４）に配置された試験構造体（５）を前記照明光（１）を用いて照明するための照明角度分布を指定し、
前記物体平面（４）に対する前記試験構造体（５）の異なる距離位置（ｚm）において、前記指定された照明角度分布で前記試験構造体（５）を照明し、
前記試験構造体（５）の測定された空間像を決定するために、空間分解検出装置（１４）を使用して、前記光学系（１３）の像平面（１５）における前記照明光（１）の強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）を測定し、ここで、前記照明光が、各距離位置（ｚm）において前記試験構造体（５）を結像するときに前記光学系（１３）によって案内され、
前記測定された空間像をシミュレートされた空間像と比較し、前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の差が最小化されるまで、前記シミュレートされた空間像を記述するための関数セットのフィッティングパラメータを適合させ、
前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の前記最小化された差の結果に基づいて前記光学系（１３）の波面を決定し、
前記指定された照明角度分布が、測定される瞳（１１；２５）内のサブアパーチャ（１０i）に対応し、
測定される前記瞳（１１；２５）において前記既に測定されたサブアパーチャ（１０i）に対してシフトさせた、さらなる指定されたサブアパーチャ（１０i+1）を使用して、前記光学系（１３）の物体平面（４）に配置された試験構造体（５）を前記照明光（１）を用いて照明するための照明角度分布を指定することから、前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の前記最小化された差の結果に基づいて前記光学系（１３）の波面を決定することまでを繰り返し、
測定される前記瞳（１１；２５）全体にわたって前記測定されたサブアパーチャ（１０i）について得られた前記結果を合成することによって、前記光学系の前記波面を決定し、
前記光学系（１３）の前記結像品質を前記試験構造体に依存せずに決定するために、前記試験構造体（５）による前記波面への影響に対する試験構造体寄与（Ｐ）を排除する、
ことをさせるように構成された制御部と、
照明光学ユニット瞳面（９）に配置され、測定される前記瞳において照明サブアパーチャを画定する、照明光学ユニット（７）のサブアパーチャ絞り（８）と、
を含み、
前記サブアパーチャ絞り（８）は、変位駆動部（８ａ）によって、前記照明光学ユニット瞳面（９）内で変位可能である計測システム（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ドイツ特許出願第１０２０２１２０５５４１．９号の内容が参照により組み込まれる。
【0002】
本発明は、測定される入射瞳内で照明光によって照明されたときの光学系の結像品質を決定するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
リソグラフィマスクの空間像を３次元で測定するための計測システムは、国際公開第２０１６／０１２４２６Ａ１号から知られている。ドイツ特許第１０２０１３２１９５２４Ａ１号には、光学系の結像品質を決定するための装置および方法、ならびに光学系が記載されている。ドイツ特許第１０２０１３２１９５２４Ａ１号には、ピンホールの結像に基づいて波面を決定するための位相回復法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１６／０１２４２６Ａ１号
【文献】ドイツ特許第１０２０１３２１９５２４Ａ１号
【発明の概要】
【0005】
本発明の目的は、光学系の結像品質を決定するための方法を、測定される瞳に関連して可能な限り柔軟に設計することである。
【0006】
この目的は、当初請求項１に明記された特徴を有する決定方法によって本発明に従って達成される。
【0007】
本発明によると、空間像測定に基づく結像品質の決定には、単一の測定中にその全体が照明されるように測定される瞳が必要でないことが認識された。むしろ、測定される瞳内のサブアパーチャを使用して順次測定を行い次いで、様々なサブアパーチャによって得られた測定結果を合成することが可能である。測定される瞳内のサブアパーチャ上の指定された照明角度分布の場合、適切なサブアパーチャ絞りを光学系の投影光学ユニットの入射瞳に導入することができ、指定された瞳座標に従った所望の照明方向が得られるように、照明光ビーム経路に対して横方向に位置決めすることができる。サブアパーチャによる適切なカバレッジによって、測定される瞳の従来にはない形状を記録し、測定することも可能である。測定される瞳は、楕円形瞳、円形瞳、または自由形状によって画定された瞳とすることができる。空間分解検出装置の画素分解能は、測定される瞳の開口数に適合させることができる。より高い開口数に対しては、検出装置のより大きな画素分解能が選択される。各サブアパーチャ測定において、このサブアパーチャにおける光学系の波面は、文献、例えばドイツ特許第１０２０１３２１９５２４Ａ１号から原理的に知られている位相回復法を用いて推定することができる。差の決定を最適化するために、投影法（誤差低減アルゴリズム、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ法、ＩＦＴＡ法）および／または従来の反復最適化法（勾配降下法、最小二乗法、減衰最小二乗法、遺伝的探索法、シンプレックス、Ｃｈａｍｂｏｌｌｅ－Ｐｏｃｋ最適化、逆伝播法）および／または直接反転法（Extended Nijboer Zernike Decomposition（S.Van Haver,The Extended Nijboer-Zernike Diffraction Theory and its Applications,2010,http://resolver.tudelft.nl/uuid:8d96ba75-24da-4e31-a750-1bc348155061）、データベースに基づく方法、機械学習法）を使用することができる。
【0008】
当初請求項２に記載のサブアパーチャによる瞳の走査は、十分に比較可能な方法手順を容易にする。サブアパーチャによる瞳の走査は、正確に１ラインのサブアパーチャによって実施することができる。あるいは、複数のサブアパーチャラインにわたる走査も可能である。走査は、照明光の主光線極角が一定のままであるようなものとすることができる。この場合、試験構造体は常に同じ主光線入射角で照明される。一変形例では、主光線極角がそれぞれの場合においてライン内で一定で、主光線極角がライン間で変化する複数のラインでもマルチライン走査が可能である。
【0009】
当初請求項３に記載の試験構造体寄与の排除は、結像品質の決定を系統的に歪曲する試験構造体寄与を排除することによって、方法の結果を改善する。
【0010】
当初請求項４に記載の方法では、試験構造体寄与の決定に関連付けられた費用が低減される。正確に１つの指定されたサブアパーチャに対して一旦決定された試験構造体寄与は、他のサブアパーチャの場合に試験構造体寄与を排除する目的で、例えば、それぞれのサブアパーチャに割り当てられた照明角度、特に主光線方位角に従って試験構造体寄与を回転させることによって、後処理または変換することができる。
【0011】
当初請求項５に記載の方法は、実際にその価値が証明されている。本方法の指数は、シフト回転法として知られている。このようなシフト回転法の例は、Ｄ．Ｓｕらによる専門論文「Absolute surface figure testing by shift-rotation method using Zernike polynomials」（Optics Letters Vol.37,No.15,3198-3200,2012,https://doi.org/10.1364/OL.37.003198）、Y.Liuらによる「Extended shift-rotation method for absolute interferometric testing of a spherical surface with pixel-level spatial resolution」（Applied Optics Vol.56,No.16,2017,https://doi.org/10.1364/AO.56.004886,DE 10 2013 226 668 A1 and US5982490A）に見出すことができる。
【0012】
当初請求項６に記載の基底関数への分解は、実際にその価値が証明されている。以下を基底関数として使用することができる。ゼルニケ多項式、Ｂｈａｔｉａ－Ｗｏｌｆ多項式、ベッセル関数、ラプラス方程式の解、直交化された局所的に分布した狭い指数関数および／またはガウス関数（任意で格子上に分布する）、直交化された局所的に分布したスプライン多項式（任意で格子上に分布する）、ならびに直交化された基底関数の混合。例として、このような直交化は、Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ直交化法（Korn and Korn,"Mathematical Handbook for Scientists and Engineers",McGraw-Hill,1968;D.Malacara,"Optical Shop Testing",Wiley-Interscience,1992;http://de.wikipedia.org/wiki/Schmidtsches_Orthonormalisierungsverfahren）を用いて実施することができる。
【0013】
当初請求項７に記載の試験構造体としてのピンホールは、実際にその価値が証明されている。
【0014】
当初請求項８に記載の楕円形ピンホールは、アナモルフィック結像系、すなわち互いに垂直な平面において異なる結像スケールを有する結像系の場合に収差を決定するのに特に適していることが分かった。当初請求項８に記載の楕円形ピンホールはまた、楕円形状の入射瞳を有するアイソモルフィック結像系の場合に収差を決定するのに特に適していることが分かった。
【0015】
当初請求項９および１０に記載の瞳関数の表現は、本決定方法において実施するのに特に適していることが分かった。
【0016】
当初請求項１１に記載の測定システムの利点は、本決定方法を参照して上記で既に説明したものに対応する。
【0017】
本発明のさらなる目的は、例えば従来技術による位相回復法が、測定される楕円形瞳に対しても利用可能となるように、冒頭で記載したタイプの計測システムを開発することである。
【0018】
本発明によると、本目的は、当初請求項１２に明記された特徴を有する計測システムによって達成される。
【0019】
本発明によると、楕円形瞳を、計測システムの瞳面に配置された楕円形エッジを有する絞りを使用することによって直接測定することができ、位相回復法によって波面を決定するために使用することができることが認識された。このようにして、このような計測システムは、特に、測定される入射瞳内および／または測定される射出瞳内で照明光を用いて照明されたときの光学系の結像品質を決定するために使用することができる。位相回復法では、上記で説明した決定方法に従って、スケーリングされた様式でパラメータ化された基底関数、特に圧縮ゼルニケ多項式ならびに／またはスケーリングされた座標格子および均一にスケーリングされたパラメータ化された基底関数を使用することができる。
【0020】
当初請求項１３に記載の計測システムの利点は、決定方法に関して上記で既に説明したものに対応する。
［当初請求項１］
測定される入射瞳（１１；２５）内および／または測定される射出瞳内で照明光（１）によって照明されたときの光学系（１３）の結像品質を決定するための方法であって、
前記光学系（１３）の物体平面（４）に試験構造体（５）を配置するステップと、
前記試験構造体（５）を前記照明光（１）を用いて照明するための照明角度分布を指定するステップと、
前記物体平面（４）に対する前記試験構造体（５）の異なる距離位置（ｚm）において、前記指定された照明角度分布で前記試験構造体（５）を照明するステップと、
前記試験構造体（５）の測定された空間像を決定するために、空間分解検出装置（１４）を使用して、前記光学系（１３）の像平面（１５）における前記照明光（１）の強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）を測定するステップであって、前記照明光が、各距離位置（ｚm）において前記試験構造体（５）を結像するときに前記光学系（１３）によって案内される、ステップと、
前記測定された空間像をシミュレートされた空間像と比較し、前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の差が最小化されるまで、前記シミュレートされた空間像を記述するための関数セットのフィッティングパラメータを適合させるステップと、
前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の前記最小化された差の結果に基づいて前記光学系（１３）の波面を決定するステップと、
前記指定された照明角度分布が、測定される前記瞳（１１；２５）内のサブアパーチャ（１０i）に対応するステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）において前記既に測定されたサブアパーチャ（１０i）に対してシフトさせた、さらなる指定されたサブアパーチャ（１０i+1）を使用して、「指定する」ステップから「決定する」ステップまでを繰り返すステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）全体にわたって前記測定されたサブアパーチャ（１０i）について得られた前記結果を合成することによって、前記光学系の前記波面を決定するステップと、
を含む方法。
［当初請求項２］
前記瞳（１１；２５）が前記サブアパーチャ（１０i）によって走査される、当初請求項１に記載の方法。
［当初請求項３］
前記光学系（１３）の前記結像品質を前記試験構造体に依存せずに決定するために、前記試験構造体（５）による前記波面への影響に対する試験構造体寄与（Ｐ）を排除することを特徴とする、当初請求項１または２に記載の方法。
［当初請求項４］
前記試験構造体寄与が、正確に１つの指定されたサブアパーチャ（１０i）に対して決定され、次いで、この寄与が、前記さらなるサブアパーチャ（１０i+1、１０i+2、…）についての前記光学系の前記結像品質の前記試験構造体に依存しない決定にも使用される、当初請求項３に記載の方法。
［当初請求項５］
前記試験構造体寄与を排除しながら前記結像品質を決定するために、線形連立方程式が解かれ、
前記試験構造体寄与の前記排除前の波面決定のデータ（Ｍ）、
前記試験構造体の寄与（Ｐ）、および
変換行列（Ｔ）
が前記線形連立方程式に含まれる、
当初請求項３または４に記載の方法。
［当初請求項６］
前記試験構造体寄与の前記排除前の前記波面決定の前記データ（Ｍ）、および／または
前記試験構造体の前記寄与（Ｐ）、および／または
前記変換行列（Ｔ）
の、決定される解空間におけるそれぞれの座標（ｋｘ，ｋｙ）への依存性が、基底関数への分解によって記述される、
当初請求項５に記載の方法。
［当初請求項７］
前記試験構造体（５）としてピンホールが使用される、当初請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項８］
前記ピンホールが、楕円形エッジを有する、当初請求項７に記載の方法。
［当初請求項９］
決定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）において等距離である座標格子上の決定される前記瞳（１１；２５）の少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従ってスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、当初請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項１０］
決定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従って、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）においてスケーリングされた座標格子上の決定される前記瞳（１１；２５）の前記少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、均一にスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、当初請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項１１］
試験構造体（５）を照明するための照明光学ユニット（７）と、結像光学ユニット（１３）であって、前記結像光学ユニット（１３）の前記結像品質が決定されることが意図されている、前記試験構造体（５）を空間分解検出装置（１４）に向けて結像するための、結像光学ユニット（１３）と、を有する、当初請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実行するための計測システム（２）。
［当初請求項１２］
試験構造体（５）のためのホルダ（１８）を有し、
前記ホルダ（１８）によって指定された物体平面（４）の前記試験構造体（５）を照明するための照明光学ユニット（７）を有し、
空間分解検出装置（１４）を有し、
前記試験構造体（５）を前記検出装置（１４）に向けて像平面（１５）に結像するための結像光学ユニット（１３）を有する、
計測システム（２）において、
楕円形エッジを有する開口を有する絞り（８；１０i；１１ａ）が照明瞳面（９）および／または前記結像光学ユニット（１３）の入射瞳（１１ａ）に配置されていることを特徴とする、
計測システム（２）。
［当初請求項１３］
当初請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実行するための当初請求項１２に記載の計測システム。
［当初請求項１］
測定される入射瞳（１１；２５）内および／または測定される射出瞳内で照明光（１）によって照明されたときの光学系（１３）の結像品質を決定するための方法であって、
前記光学系（１３）の物体平面（４）に試験構造体（５）を配置するステップと、
前記試験構造体（５）を前記照明光（１）を用いて照明するための照明角度分布を指定するステップと、
前記物体平面（４）に対する前記試験構造体（５）の異なる距離位置（ｚm）において、前記指定された照明角度分布で前記試験構造体（５）を照明するステップと、
前記試験構造体（５）の測定された空間像を決定するために、空間分解検出装置（１４）を使用して、前記光学系（１３）の像平面（１５）における前記照明光（１）の強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）を測定するステップであって、前記照明光が、各距離位置（ｚm）において前記試験構造体（５）を結像するときに前記光学系（１３）によって案内される、ステップと、
前記測定された空間像をシミュレートされた空間像と比較し、前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の差が最小化されるまで、前記シミュレートされた空間像を記述するための関数セットのフィッティングパラメータを適合させるステップと、
前記測定された空間像と前記シミュレートされた空間像との間の前記最小化された差の結果に基づいて前記光学系（１３）の波面を決定するステップと、
前記指定された照明角度分布が、測定される前記瞳（１１；２５）内のサブアパーチャ（１０i）に対応するステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）において前記既に測定されたサブアパーチャ（１０i）に対してシフトさせた、さらなる指定されたサブアパーチャ（１０i+1）を使用して、「指定する」ステップから「決定する」ステップまでを繰り返すステップと、
測定される前記瞳（１１；２５）全体にわたって前記測定されたサブアパーチャ（１０i）について得られた前記結果を合成することによって、前記光学系の前記波面を決定するステップと、
を含む方法。
［当初請求項２］
前記瞳（１１；２５）が前記サブアパーチャ（１０i）によって走査される、当初請求項１に記載の方法。
［当初請求項３］
前記光学系（１３）の前記結像品質を前記試験構造体に依存せずに決定するために、前記試験構造体（５）による前記波面への影響に対する試験構造体寄与（Ｐ）を排除することを特徴とする、当初請求項１または２に記載の方法。
［当初請求項４］
前記試験構造体寄与が、正確に１つの指定されたサブアパーチャ（１０i）に対して決定され、次いで、この寄与が、前記さらなるサブアパーチャ（１０i+1、１０i+2、…）についての前記光学系の前記結像品質の前記試験構造体に依存しない決定にも使用される、当初請求項３に記載の方法。
［当初請求項５］
前記試験構造体寄与を排除しながら前記結像品質を決定するために、線形連立方程式が解かれ、
前記試験構造体寄与の前記排除前の波面決定のデータ（Ｍ）、
前記試験構造体の寄与（Ｐ）、および
変換行列（Ｔ）
が前記線形連立方程式に含まれる、
当初請求項３または４に記載の方法。
［当初請求項６］
前記試験構造体寄与の前記排除前の前記波面決定の前記データ（Ｍ）、および／または
前記試験構造体の前記寄与（Ｐ）、および／または
前記変換行列（Ｔ）
の、決定される解空間におけるそれぞれの座標（ｋｘ，ｋｙ）への依存性が、基底関数への分解によって記述される、
当初請求項５に記載の方法。
［当初請求項７］
前記試験構造体（５）としてピンホールが使用される、当初請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項８］
前記ピンホールが、楕円形エッジを有する、当初請求項７に記載の方法。
［当初請求項９］
決定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）において等距離である座標格子上の決定される前記瞳（１１；２５）の少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従ってスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、当初請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項１０］
決定される前記瞳（１１；２５）が楕円形エッジを有し、前記波面の前記決定内に、前記瞳（１１；２５）の楕円形エッジの主軸比に従って、互いに垂直な瞳座標（ｋｘ，ｋｙ）においてスケーリングされた座標格子上の決定される前記瞳（１１；２５）の前記少なくとも断面記述のための瞳関数の表現と、均一にスケーリングされたパラメータ化された基底関数と、が存在する、当初請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
［当初請求項１１］
試験構造体（５）を照明するための照明光学ユニット（７）と、結像光学ユニット（１３）であって、前記結像光学ユニット（１３）の前記結像品質が決定されることが意図されている、前記試験構造体（５）を空間分解検出装置（１４）に向けて結像するための、結像光学ユニット（１３）と、を有する、当初請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実行するための計測システム（２）。
［当初請求項１２］
試験構造体（５）のためのホルダ（１８）を有し、
前記ホルダ（１８）によって指定された物体平面（４）の前記試験構造体（５）を照明するための照明光学ユニット（７）を有し、
空間分解検出装置（１４）を有し、
前記試験構造体（５）を前記検出装置（１４）に向けて像平面（１５）に結像するための結像光学ユニット（１３）を有する、
計測システム（２）において、
楕円形エッジを有する開口を有する絞り（８；１０i；１１ａ）が照明瞳面（９）および／または前記結像光学ユニット（１３）の入射瞳（１１ａ）に配置されていることを特徴とする、
計測システム（２）。
［当初請求項１３］
当初請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実行するための当初請求項１２に記載の計測システム。
【0021】
本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】両方ともそれぞれ非常に概略的に表されている照明光学ユニットおよび結像光学ユニットを含む、測定される入射瞳内で照明光を用いて照明されたときの光学系の結像品質を決定するための計測システムの、入射面に垂直な視野方向での平面図を非常に概略的に示す図である。
【図4】測定される光学系の測定される入射瞳を示す図であり、前記入射瞳は、測定される入射瞳の１ライン走査のために、それぞれが円形エッジを有するサブ瞳として具現化された１組のサブアパーチャと共に、楕円形状の入射瞳として具現化されており、サブアパーチャのそれぞれは、照明光を用いて試験構造体を照明するための指定された照明角度分布に対応し、試験構造体は、すべてのサブアパーチャの重ね合わせに対応する照明角度分布で順次照明される。
【図17】図７による元の波面測定結果から図１２による試験構造体寄与分を減算した後、すなわち試験構造体寄与分を排除した後の、図７によるサブアパーチャに対応する測定される入射瞳のセクションにおける波面測定結果を示す図であり、再度等高線図を用いて表されている。
【図18】図８による元の波面測定結果から図１３による試験構造体寄与分を減算した後、すなわち試験構造体寄与分を排除した後の、図８によるサブアパーチャに対応する測定される入射瞳のセクションにおける波面測定結果を示す図であり、再度等高線図を用いて表されている。
【図19】図９による元の波面測定結果から図１４による試験構造体寄与分を減算した後、すなわち試験構造体寄与分を排除した後の、図９によるサブアパーチャに対応する測定される入射瞳のセクションにおける波面測定結果を示す図であり、再度等高線図を用いて表されている。
【図20】図１０による元の波面測定結果から図１５による試験構造体寄与分を減算した後、すなわち試験構造体寄与分を排除した後の、図１０によるサブアパーチャに対応する測定される入射瞳のセクションにおける波面測定結果を示す図であり、再度等高線図を用いて表されている。
【図21】図１１による元の波面測定結果から図１６による試験構造体寄与分を減算した後、すなわち試験構造体寄与分を排除した後の、図１１によるサブアパーチャに対応する測定される入射瞳のセクションにおける波面測定結果を示す図であり、再度等高線図を用いて表されている。
【図24】図１による計測システムの代わりに計測システムのさらなる実施形態において使用され得る複数のレンズを有する結像系の表現を、結像光学ユニットとの関係であまり概略的でなく示す図であり、結像系は、測定されるフォーカススタックの物体平面と像平面との間に表されている。
【図25】アナモルフィック光学系の測定される射出瞳における位相分布の一例を、圧縮ゼルニケ多項式に対応する楕円率に従ってパラメータ化された楕円アポダイゼーションにより正方格子上に表現した図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下では、位置関係の表現を容易にするために、デカルトｘｙｚ座標系が使用される。図１において、ｘ軸は、図面の平面に対して垂直に、図面の平面から外に延びている。ｙ軸は、図１において右に向かって延びている。図１において、ｚ軸は、上に向かって延びている。
【0024】
子午線断面に対応する図において、図１は、測定される入射瞳１１内で照明光１によって照明されたときの光学系の結像品質を決定するための計測システム２におけるＥＵＶ照明光または結像光１のビーム経路を示す。この場合、物体平面４の物体視野３内に配置されたレチクルまたはリソグラフィマスクの形態の試験構造体５（図２参照）が、ＥＵＶ照明光１を使用して結像される。以下では、試験構造体５を物体または試料とも呼ぶ。計測システム２は、３次元（３Ｄ）空間像を解析するために使用される（空間像計測システム）。用途には、リソグラフィマスクの空間像を再現することが含まれ、これは、空間像が生産用投影露光装置、例えばスキャナにおいても同じように見えるためである。この目的のために、特に、計測システム２自体の結像品質を測定し、任意で調整することが必要である。その結果、空間像の解析は、計測システム２の投影光学ユニットの結像品質を決定するのに役立ち、さもなければ特に投影露光装置内の投影光学ユニットの結像品質を決定するのに役立つことができる。このようなシステムは、国際公開第２０１６／０１２４２６Ａ１号、米国特許出願公開第２０１３／００６３７１６Ａ１号（同図３参照）、ドイツ特許第１０２２０８１５Ａ１号（同図９参照）、ドイツ特許第１０２２０８１６Ａ１号（同図２参照）、および米国特許出願公開第２０１３／００８３３２１Ａ１号から知られている。
【0025】
照明光１は、物体５で反射される。照明光１の入射面は、中心照明の場合にはｙｚ平面に平行である（ｋｘ＝０、例えば図４に関する以下の説明を参照）。
【0026】
ＥＵＶ照明光１は、ＥＵＶ光源６によって生成される。光源６は、レーザプラズマ源（ＬＰＰ；ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ）または放電源（ＤＰＰ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ）とすることができる。原理的には、シンクロトロンベースの光源、例えば自由電子レーザ（ＦＥＬ）を使用することもできる。ＥＵＶ光源の使用波長は、５ｎｍ～３０ｎｍの範囲であってもよい。原理的には、計測システム２の変形例の場合、光源６の代わりに、別の使用光波長用の光源、例えば１９３ｎｍの使用波長用の光源を使用してもよい。
【0027】
計測システム２の実施形態に応じて、後者は、反射性さもなければ透過性の物体５に使用することができる。透過性物体の一例は、ピンホール開孔である。
【0028】
計測システム２の照明光学ユニット７は、光源６と物体５との間に配置される。照明光学ユニット７は、物体視野３にわたって規定された照明強度分布で、同時に物体視野３の視野点が照明される規定された照明角度分布で検査される物体５を照明する働きをする。この照明角度分布は、以下では照明サブアパーチャとも呼ばれる。
【0029】
照明サブアパーチャは、照明光学ユニット瞳面９に配置された照明光学ユニット７のシグマサブアパーチャ絞り８によって画定される。代替的または追加的に、対応するサブアパーチャ絞りは、計測システム２の結像光学ユニット内に存在してもよく、これについては以下でさらに説明する。シグマサブアパーチャ絞り８は、入射する照明光１のビームをエッジで制限する。代替的にまたは追加的に、シグマサブアパーチャ絞り８および／または結像光学ユニットの絞りは、内側から照明光ビームを遮ることもでき、すなわち暗絞り（ｏｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ ｓｔｏｐ）として作用することもできる。対応する絞りは、それに応じて内側でビームを遮る内部絞り本体を有することができ、前記絞り本体は、複数のウェブによって、例えば４つのウェブによって外部絞り支持体に接続されている。シグマサブアパーチャ絞り８は、変位駆動部８ａによって、照明光学ユニット瞳面９内で、すなわちｘｙ平面と平行に、規定された様式で変位可能である。
【0030】
図４は、測定される光学系の測定される楕円形状の入射瞳１１を走査する複数のこのようなサブアパーチャ１０i（ｉ＝１～５）を示す。楕円形状の入射瞳１１は、ｘ軸に平行な長半軸とｙ軸に平行な短半軸との比が２：１である。１０：１～１．１：１の範囲にある楕円エッジ輪郭１０の他の軸比、例えば１．５：１、１．６：１、２．５：１、３：１、４：１、５：１または８：１も可能である。
【0031】
物体５で反射した後、照明および結像光１は、計測システム２の結像光学ユニットまたは投影光学ユニット１３に入射する。照明サブアパーチャと類似した様式で、図１の投影光学ユニット１３の入射瞳１１にＮＡサブアパーチャ絞り１１ａによって指定される投影光学ユニットサブアパーチャがある。ＮＡサブアパーチャ絞り１１ａは、投影光学ユニット瞳面１１内で、すなわちｘｙ平面と平行に、変位駆動部１１ｂによって、規定された様式で変位可能である。典型的には、シグマサブアパーチャ絞りおよびＮＡサブアパーチャ絞りは、互いに対して位置合わせされ、照明光１の中心光線と試験構造体５での反射が両方の絞りに中心で当たるようにしている。シグマサブアパーチャ絞りおよびＮＡサブアパーチャ絞りは、互いに対して中心にくるように調整することができる。ＮＡサブアパーチャ絞りによって画定される投影光学ユニット１３の入射瞳１１の領域は、サブアパーチャと呼ばれる。
【0032】
測定される結像光学ユニット１３は、物体５を計測システム２の空間分解検出装置１４に向けて結像させる役割を果たす。検出装置１４は、例えばＣＣＤ検出器として設計される。ＣＭＯＳ検出器を使用することもできる。検出装置１４は、投影光学ユニット１３の像平面１５に配置されている。
【0033】
検出装置１４は、デジタル画像処理装置１７に信号接続されている。
【0034】
ｘｙ平面における検出装置１４の画素空間分解能は、測定される入射瞳１１の座標方向ｘおよびｙの開口数（ＮＡx、ＮＡy）に反比例するように指定することができる。この画素空間分解能は、ｘ座標方向では、通常λ／２ＮＡx未満であり、ｙ座標方向では、通常λ／２ＮＡy未満である。ここで、λは照明光１の波長である。検出装置１４の画素空間分解能は、ＮＡx、ＮＡyとは無関係に、正方形の画素寸法で実施することもできる。
【0035】
検出装置１４の空間分解能は、リサンプリングによって向上または減少させることができる。ｘ方向およびｙ方向で寸法が異なる画素を有する検出装置も可能である。
【0036】
物体５は、物体ホルダまたはホルダ１８によって担持される。ホルダ１８は、変位駆動部１９によって、一方ではｘｙ平面に平行に、他方ではこの平面に垂直に、すなわちｚ方向に変位させることができる。変位駆動部１９は、計測システム２の動作全体と同様に、中央制御装置２０によって制御され、中央制御装置２０は、これ以上具体的には示されない仕方で、制御される構成要素と信号接続している。
【0037】
計測システム２の光学セットアップは、半導体部品の投影リソグラフィ製造中の物体５の投影露光の過程において、照明および結像の可能な限り最も正確なエミュレーションに役立つ。
【0038】
図１は、物体平面４の領域における試験構造体５の様々な可能な配置面を、それぞれの場合で破線を用いて示している。計測システム２の動作中、試験構造体５は、サブアパーチャ１０iによってそれぞれ指定された照明角度分布を使用して、物体平面４に対する試験構造体５の異なる距離位置ｚmで照明され、強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）が、像平面１５においてそれぞれの距離位置ｚmに対して空間的に分解されて記録される。この測定結果Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）は、空間像とも呼ばれる。
【0039】
焦点面ｚmの数は、２～２０、例えば１０～１５とすることができる。この場合、数レイリー単位（ＮＡ／λ2）にわたるｚ方向の総変位が存在する。
【0040】
図１には、挿入図として、円形または楕円形の試験構造体の形態であってもよい試験構造体５のｘｙ平面図が示されている。
【0041】
入射瞳１１に加えて、図１には、投影光学ユニット１３の射出瞳２１もやはり概略的に表されている。
【0042】
図１の下は、検出装置１４の３つの測定結果を再度ｘｙ平面図で示し、中央の測定結果は、物体平面４に配置された場合の試験構造体５の画像表現を示し、他の２つの測定結果は、試験構造体５が物体平面４のｚ座標と比較して正のｚ方向に１回、負のｚ方向に１回変位した画像表現を示す。試験構造体５の空間像は、それぞれのｚ座標に割り当てられた測定結果の総和から生じる。
【0043】
図２は、反射型ピンホールとして具現化された試験構造体５の詳細を示す。照明光１の主光線が試験構造体５で反射する際の経路が概略的に示されている。照明光１の主光線の試験構造体５のピンホールへの入射角は、３°～８°の範囲、例えば５°または６°である。試験構造体５のピンホールは、１００ｎｍ～１５０ｎｍの範囲の直径を有する。ピンホールは、吸収体層２２に形成され、吸収体層２２は、高反射性多層層２３に施されている。吸収体層は、５０ｎｍ～７０ｎｍの範囲の厚さを有する。多層層は、２５０ｎｍ～３００ｎｍの範囲の厚さを有する。
【0044】
試験構造体５のピンホールは、楕円形であってもよい。ピンホールの主軸は、投影光学ユニット１３のエアリーディスク（Ａｉｒｙ ｄｉｓｋ）とほぼ同じサイズ、すなわち、ｘ座標の方向に２．４４λ／ＮＡxおよびｙ座標の方向に２．４４λ／ＮＡyを有することができる。
【0045】
試験構造体５は、単一のピンホールまたは複数のピンホール、特にピンホールの周期的アレイを有することができる。例えば米国特許出願公開第２０１５／０３５５０５２Ａ１号に記載されているように、他の試験構造体が可能である。
【0046】
図３は、結果Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）を、試験構造体５のｚ座標が異なる一連の５つの測定結果として示しており、５つのうち中央の測定結果は、試験構造体が物体平面４に配置された状態で出現している。したがって、検出装置１４の測定結果が再度描かれている。図３の左端に示された測定結果と図３の右端に示された測定結果とを比較すると、試験構造体５の円形ピンホールを結像する際の結像測定結果の非対称性が示されており、これは、照明光１による試験構造体５の斜め照明に起因し得る。これにより、試験構造体５による波面への影響に対する照明角度に依存した試験構造体の寄与が得られる。
【0047】
図４は、照明光学ユニット７および投影光学ユニット１３のサブアパーチャ絞り８および１１ａによって指定されるサブアパーチャ１０1～１０5を使用して、測定される投影光学ユニット１３の入射瞳１１を単一ライン走査した実施形態を示す。
【0048】
これらの瞳は、角度空間で、すなわち瞳座標ｋｘ（ｘ空間座標に対応する）とｋｙ（ｙ空間座標に対応する）で表現されている。斜め照明のため、入射瞳１１の中心は、ｋｘ＝０およびｋｙ≠０にある。様々なサブアパーチャ１０iの中心、すなわちそれぞれの主光線の相対位置が図４において三角形によってラベル付けされている。隣接するサブアパーチャ１０i、１０i+1のこれらの中心は、ｋｘ方向に一定の増分だけ互いに対してシフトしている。サブアパーチャ１０ｉの中心はそれぞれ、同じｋｙ座標を有する。すべてのサブアパーチャ１０iの包絡線は、その全体で、測定される入射瞳１１を覆っている。楕円形状の入射瞳１１の中心は、（ｋｘ＝０，ｋｙ＝０．１）にある。サブアパーチャ１０3の中心は、測定される楕円形状の入射瞳１１の中心と一致する。
【0049】
図５は、サブアパーチャ１０iを用いた、測定される入射瞳１１の走査の変形例を示す。再度、５つのサブアパーチャ１０1～１０5を用いた走査が示されている。図５による走査は、瞳面９の原点（ｋｘ＝０、ｋｙ＝０）とサブアパーチャ１０iの中心との間の主光線極角θがそれぞれの場合において一定のままであるような走査である。
（ｋｘ，ｋｙ）空間において、主光線極角θは、０．１よりもわずかに大きい絶対値を有する。この主光線極角θは、瞳面９の原点０，０とサブアパーチャ１０iのそれぞれの中心との間で測定される。したがって、図５による走査では、サブアパーチャ１０iは、それぞれのサブアパーチャの主光線極角θが一定のままであるように、互いに対してシフトしている。
（ｋｘ，ｋｙ）空間において、主光線極角θは、０．１よりもわずかに大きい絶対値を有する。この主光線極角θは、瞳面９の原点０，０とサブアパーチャ１０iのそれぞれの中心との間で測定される。したがって、図５による走査では、サブアパーチャ１０iは、それぞれのサブアパーチャの主光線極角θが一定のままであるように、互いに対してシフトしている。
【0050】
入射瞳１１が走査されるとき、サブアパーチャ１０1～１０5は、図５による実施形態では約７５°である主光線方位角φにわたって掃引する。
【0051】
図６は、サブアパーチャ１０i,jを用いた、測定される楕円形状の入射瞳１１の走査のさらなる変形例を示す。この場合、ｉは、それぞれのサブアパーチャ１０i,jの行番号を指定し、ｊは、列番号を指定する。図６による走査は、３行（ｉ＝３）および７列（ｊ＝７）の合計２１個のサブアパーチャ１０i,jを用いて実施されている。
【0052】
図５による変形例のような一定の主光線極角θを用いた単一行走査の代替として、それぞれの主光線極角θiが各行において一定のままであり、様々な行ｉ、ｉ＋１の主光線極角θi、θi+1がそれぞれの場合において互いに異なるマルチライン走査も存在し得る。
【0053】
図７～図１１は、サブアパーチャ１０5（図７）、１０4（図８）、１０3（図９）、１０2（図１０）および１０1（図１１）の使用に基づいた波面測定の結果を等高線図の形態で示す。この場合、測定は、主光線極角を一定にした図５に従った走査によって行われた。それぞれの波面表現の右隣には、それぞれの等高線に対応する相対的な位相値の凡例がある。
【0054】
図７は、それぞれ設定されたサブアパーチャ１０iについてフォーカススタックの測定結果から決定された波面の位相を示す。図７～図１１による位相寄与のこの決定は、ドイツ特許第１０２０１３２１９５２４Ｂ４号から知られている位相回復法を用いて実施されている。
【0055】
図７～図１１と同様の表現で、図１２～図１６は、試験構造体５による照明光１の波面への影響に対する試験構造体の寄与の位相を示す。いずれの場合も、この試験構造体の寄与を、図７～図１１による測定結果から分離および排除することができる。ここで利用されるのは、とりわけ、それぞれのサブアパーチャ１０5（図１２）～１０1（図１６）による照明中の試験構造体寄与が位相分布に関して一定のままであり、この位相分布の向きのみが主光線方位角φの回転に従って変化することである。試験構造体寄与の最小位相値の「極」２４は、約７５°だけ変化させた主光線方位角φに対応して、図１２ではほぼ右を向き、図１６ではほぼ上を向いている。
【0056】
【0057】
図１７～図２１は、再度図７～図１１と同様の表現で、図１２～図１６による試験構造体寄与の排除後のそれぞれのサブアパーチャ１０5（図１７）～１０1（図２１）についての波面測定の結果を示す。図１７～図２１による測定中にそれぞれのサブアパーチャ１０5～１０1によって測定または決定される波面位相寄与は、ドットを使用して描かれた円形エッジによって境界付けられ、さらに、それぞれのサブアパーチャ１０iの瞳面内で測定される光学系の波面位相の描写が存在する。
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
このようなシフト回転方法の例は、例えば、Ｄ．Ｓｕらによる専門論文「Absolute surface figure testing by shift-rotation method using Zernike polynomials. Optics Letters Vol.37,No.15,3198-3200,2012.https://doi.org/10.1364/OL.37.003198およびDE102013226 668 A1」に見出すことができる。
【0062】
ｎ個すべて（図示する例ではｎ＝５）のサブアパーチャの測定データ（ｍ個の画素値）をベクトルとして結合すると、以下の連立方程式を構築することができる。
は波面測定の測定データ（上記の図７～図１１参照）であり、ｎ個のサブアパーチャはそれぞれがｍ個の波面点、すなわち、画素格子上で評価された波面測定の結果として瞳面内にｍ個の画素を有する。
は投影光学ユニット１３の決定される波面点（上記の図１７～図２１参照）であり、典型的にはｑ＞ｍ（図７～図１１による結果の重ね合わせ、図２２および図２３参照）であり、指数ｑは、少なくとも１つのサブアパーチャ１０i（ｉ＝１～ｎ）によって覆われるすべての点に及ぶ。
はピンホール寄与（図１２～１６参照）であり、ｍ個の波面点。
は複合変換行列である。
はサブアパーチャｉについてのｍ×ｑ光学変換行列であり、
はサブアパーチャｉについてのｍ×ｍピンホール変換行列である。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【0063】
上記の図４によるサブアパーチャ走査に対して、
は、ピンホールの寄与がｋｘに依存しない場合、ｍ×ｍ個の単位行列Ｉmによって与えられる。ピンホール寄与がｋｘに依存する場合、この依存性は、変換行列
の適切な選択によってモデル化される。
【数7】
【数8】
【0064】
上記の図５によるサブアパーチャ走査の場合、行列は波面点の回転に対応する。波面がデカルト格子上に記述される場合、回転には通常、画素値の補間が必要である。この場合、「最近傍」補間および線形（または高次）補間の両方が可能であり、それに応じて
でモデル化される。
【数9】
【0065】
連立方程式
は、線形連立方程式を解くための従来の方法を使用して解くことができ、このようにして、投影光学ユニットの測定される波面収差Ｗおよびピンホールによって生じる波面収差Ｐの成分を決定することができる。
【数10】
【0066】
ゼルニケ多項式を、測定される楕円形瞳の領域における投影光学ユニットの決定された波面収差Ｗおよびピンホールの決定された波面収差Ｐにフィッティングすることができ、したがって、ゼルニケスペクトルを決定することが可能である。
【0067】
ピンホールおよび投影光学ユニットの寄与を分離することができるため、適用例からの方法を使用して、楕円形状の入射瞳１１ではなく、測定される光学ユニットの丸い円形の入射瞳での波面測定を改善することもできる。
【0068】
位相回復においては、測定された空間像Ｉ（ｘ，ｙ，ｚm）をシミュレートされた空間像Ｉsimと比較して、シミュレートされた空間像を記述するための関数セットのフィッティングパラメータを、測定された空間像とシミュレートされた空間像との差が最小化されるまで適合させる。
【0069】
光学系の波面は、測定された空間像とシミュレートされた空間像との差が最小化されることに基づいて位相回復内で決定される。
【0070】
位相回復の差の最小化は、様々な方法を用いて最適化することができる。これらには、誤差低減アルゴリズムとしても知られる投影法、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ法またはＩＦＴＡ法が含まれる。従来の反復最適化法の使用も可能である。例として、このような方法には、勾配降下法、最小二乗法、減衰最小二乗法、遺伝的探索法、シンプレックス法、Ｃｈａｍｂｏｌｌｅ－Ｐｏｃｋ最適化法、逆伝搬法が含まれる。直接反転法も使用することができる。その例として、拡張Ｎｉｊｂｏｕｒゼルニケ分解、または、例えばデータベースに記憶された以前の結果に基づく機械学習ベースの方法が挙げられる。光学系の収差が、測定される入射瞳内で原理的に予想される場合、シミュレーションによって十分に密にサンプリングされたデータベースを生成することができる。その場合、回復は、このデータベース内で検索することによって実施することができる。機械学習の範囲内では、予め計算された収差データセットを用いてネットワークを訓練することができる。
【0071】
光学系の結像収差のパラメトリック捕捉および決定のために、これらの結像収差の記述、すなわち、例えば図２３による位相分布の記述を基底関数に分解することができる。このような基底関数による最適化は、望ましくない結果ノイズを回避する。
【0072】
結像品質を正確に決定するために重要なことは、基底関数が予想される結像収差をうまく記述することができることである。ここで考慮すべきことは、測定される楕円形の瞳が円形のサブアパーチャを用いて走査されることである。この場合、位相回復によって決定された波面の領域は重なり合う。これを使用して、測定される楕円形状の入射瞳全体を計算できるようにするために、個々の波面に対する関数分解の基底が、シフト／回転によって記述可能であるように選択されると有利である。
【0073】
ゼルニケ多項式は、原理的に基底関数として適している。Ｂｈａｔｉａ－Ｗｏｌｆ多項式、ベッセル関数、ラプラス方程式の解、直交化された局所的に分布した狭い指数関数および／またはガウス関数（任意で格子上に分布する）、直交化された局所的に分布したスプライン多項式（任意で格子上に分布する）、ならびに直交化された基底関数の混合が、シフト／回転の記述可能性に関して有利であることが分かった。
【0074】
この場合、関数の直交化は、最適化のロバスト性および結果の比較可能性を向上させる。基底関数の部分的な直交化も可能である。
【0075】
上に列挙した可能な基底関数の混合、例えば、ゼルニケ多項式と、直交化された、局所的に分布した狭い指数関数との組み合わせも、特に適切な場合がある。この目的のために、少数のゼルニケ多項式、例えば９～１６個のゼルニケ多項式を使用して、従来の結像収差をこの仕方で記述している。さらに、例えば指数関数またはガウス関数の形態の局所的なＰｉｌｋ関数を使用して、局所的な偏差を記述することができる。この場合、指数関数は、ゼルニケ関数に対して部分的に直交化される。関数セットＦの別の関数セットＧに対する部分的な直交化とは、Ｆの各要素がある方法を用いて変換され、その後Ｇのすべての要素に対して直交されることを意味するものと理解される。例として、これは、Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ直交化法の直交化ステップを使用して実施することができる。完全な直交化との違いは、ＦおよびＧの要素が必ずしも互いに直交している必要がないということである。
【0076】
例として、このような直交化は、Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ直交化法（D. Malacara, "Optical Shop Testing", Wiley-Interscience, 1992; http://de.wikipedia.org/wiki/Schmidtsches_Orthonormalisierungsverfahren）を使用して実施することができる。
【0077】
図２４は、位相回復法を明らかにする目的で、物体平面４と像平面１５との間の計測システム２の実施形態を示す。上述の図を参照して、特に図１を参照して既に説明されたものに対応する構成要素および機能には、同じ参照符号を付し、再度詳細に説明しない。波長λ＝１９３ｎｍの照明光１と、物体平面４における試験構造体５としてのピンホール絞りと、を使用した場合の状況が示されている。投影光学ユニット１３は、合計１０個のレンズＬ１～Ｌ１０を有するレンズ系として明らかにされている。さらに、照明光学ユニット瞳面９と光学的に共役な測定される投影光学ユニット１３の瞳面２５が描かれている。
【0078】
【0079】
検出装置１４が配置される像平面１５に加えて、図２４は、像平面１５からある距離にあるさらなる平行な反射像平面を示しており、これらのさらなる反射像平面は、ｚ方向における試験物体５の変位のために生じる。その代替として、検出装置１４をｚ方向に変位させることも可能であり、これは図２４で明らかである。
【0080】
検出装置１４によって測定された強度Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して以下の関係を構築することができる。
この場合、Ｈobject_pupilは、物体平面４と瞳面２５の瞳１１との間の光学的伝達関数である。
Ｈpupil_imageは、瞳１１と像平面１５との間の光学的伝達関数である。
Ｅobjectは、試験物体５の複素振幅（振幅と位相）である。
Ｅpupilは、複素瞳振幅の形態の系の伝達関数、すなわち光学系の所望の波動関数である。
Ｎは、とりわけ、検出装置１４におけるノイズを記述する寄与である。
【数11】
Ｈpupil_imageは、瞳１１と像平面１５との間の光学的伝達関数である。
Ｅobjectは、試験物体５の複素振幅（振幅と位相）である。
Ｅpupilは、複素瞳振幅の形態の系の伝達関数、すなわち光学系の所望の波動関数である。
Ｎは、とりわけ、検出装置１４におけるノイズを記述する寄与である。
【0081】
位相回復の範囲内で、波動関数Ｅpupilは、測定された強度値Ｉから逆算される。
【0082】
この場合、投影光学ユニット３による試験物体５の結像の前方シミュレーションを実施し、収差、すなわち結像収差をパラメータとしたシミュレーションと測定結果Ｉとの差を最小化する。
【0083】
アナモルフィック投影光学ユニット１３を使用する場合、シミュレーションは、アナモルフィックセットアップに従って適合される必要がある。フーリエ変換に基づくシミュレーションの定式化は、高速かつ正確なシミュレーションの実現に役立つ。
【0084】
この目的のためにパラメータ化される投影光学ユニットの楕円形瞳１１は、以下の変形例によってパラメータ化することができる。
【0085】
まず、瞳関数は、楕円アポダイゼーションと、圧縮ゼルニケ多項式、すなわちｘ方向およびｙ方向に異なるようにスケーリングされたゼルニケ多項式による瞳関数のパラメータ化と共に正方格子上に表現することができる。これは、図２５および図２６において例示的に視覚化されており、これらの図は、等距離のｋｘ格子およびｋｙ格子（正方形格子）においてそのように表現された楕円形瞳１１のパラメータ化の例を示す。瞳１１の楕円形のエッジ内には、適切に圧縮されたゼルニケ多項式の線形結合としての記述がある。楕円境界の外側では、瞳関数は、楕円の長半径を半径とする円内でゼロに設定される（ゼロパディング）。
【0086】
【0087】
瞳関数の表現の変形例は、非正方形の瞳格子上で実施され、すなわち、スケーリングがｋｘ方向とｋｙ方向とで異なる。格子のスケーリング、すなわちｋｘおよびｋｙにおける格子幅は、楕円形瞳１１の関連付けられた開口数ＮＡｘ、ＮＡｙの絶対値に結合される。その場合、画素に関して、この表現は、円形アポダイゼーションと、圧縮されたゼルニケ多項式ではなく、従来のゼルニケ多項式による瞳関数のパラメータ化とを有する。シミュレーションの範囲内では、ｋｘおよびｋｙの異なる格子幅を、フーリエ変換のスケーリングにおいて考慮する必要がある。この場合、適応されたゼロパディングを使用することができ、またはチャープＺ変換を使用することができ、その際、異なる適応されたスケーリングパラメータを選択する必要がある。ｋｘおよびｋｙの瞳格子幅は、瞳関数が最大限走査され、数値的に最高の情報密度を有するように選択することができる。
【0088】
図２７および図２８は、非正方形瞳格子および円形アポダイゼーションを有するこの変形例による、図２５および図２６によるものに対応する例示的な瞳関数の表現を示す。瞳座標ｋｘ、ｋｙは、図２７および図２８では、スケーリングが異なっていることに留意されたい。
【0089】
検出装置１４の所与の画素格子と、瞳関数の最大走査を伴う図２７および図２８による瞳表現によるｘおよびｙ格子との間のチャープＺ変換のスケーリング係数ｓｃａｌx/yは、次のように計算される。
ここで
λは、照明光１の波長であり、
ｄｘ（ｄｙ）は、画素寸法であり、
ＮＡx/yは、瞳１１のｘ方向およびｙ方向の開口数である。
【数12】
λは、照明光１の波長であり、
ｄｘ（ｄｙ）は、画素寸法であり、
ＮＡx/yは、瞳１１のｘ方向およびｙ方向の開口数である。
【0090】
その場合、瞳１１の開口数ＮＡx、ＮＡyの違いにより、ｘ方向およびｙ方向に異なるスケーリングが生じる。
【0091】
原則として、ｄｘ＝ｄｙが適用される。しかしながら、ｘ方向およびｙ方向の検出装置１４の画素寸法は、原則として、異なるように選択されてもよい。
【0092】
計算のさらなる変形例は、従来のＦＦＴおよび楕円アポダイゼーション行列の使用、またはチャープＺ変換、適合されたスケーリングパラメータおよび円形アポダイゼーション行列の使用のいずれかによる、いわゆる誤差低減アルゴリズムの使用にある。その結果、瞳空間と像空間とを交互に切り替えることが可能であり、対応する制限がそれぞれの空間において実施される（Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムとも呼ばれる従来のＩＦＴＡアルゴリズムの場合と同様）。
【0093】
上で説明した瞳関数の表現の変形例を使用して、一方では、測定される入射瞳１１全体を表現することが可能であり、さもなければサブアパーチャ１０iを表現することが可能である。
【0094】
上記の測定は、円形のサブアパーチャ１０iで実施された。原理的には、楕円形に境界を定められたサブアパーチャを用いて測定を行うこともできる。これは、楕円形状の入射瞳にわたる収差を決定するためにも同様に使用することができる。この場合、測定は、それぞれ絞り８および１１ａの位置で楕円形絞りを使用して直接行うことができる。
【符号の説明】
【0095】
０ 原点
１ 照明光
２ 計測システム
３ 物体視野
４ 物体平面
５ 試験構造体
６ 光源
７ 照明光学ユニット
８ 絞り
８ａ 変位駆動部
９ 照明光学ユニット瞳面
１０ 楕円エッジ輪郭
１０ｉ サブアパーチャ
１１ 投影光学ユニット瞳面
１１ａ ＮＡサブアパーチャ絞り
１１ｂ 変位駆動部
１３ 投影光学ユニット
１４ 検出装置
１５ 像平面
１７ デジタル画像処理装置
１８ ホルダ
１９ 変位駆動部
２０ 中央制御装置
２１ 射出瞳
２２ 吸収体層
２３ 高反射性多層層
２５ 瞳面
２６ 波面
２７ 切断線
２８ 切断線
１０１ サブアパーチャ
１０２ サブアパーチャ
１０３ サブアパーチャ
１０４ サブアパーチャ
１０５ サブアパーチャ
Ｌ１ レンズ
Ｌ１０ レンズ
Ｌ２ レンズ
Ｌ３ レンズ
Ｌ４ レンズ
Ｌ５ レンズ
Ｌ６ レンズ
Ｌ７ レンズ
Ｌ８ レンズ
Ｌ９ レンズ
ＮＡｘ 開口数
ＮＡｙ 開口数
Ｐ 波面収差
Ｗ 波面収差
ｚm 距離位置
θ 主光線極角
φ 主光線方位角
１ 照明光
２ 計測システム
３ 物体視野
４ 物体平面
５ 試験構造体
６ 光源
７ 照明光学ユニット
８ 絞り
８ａ 変位駆動部
９ 照明光学ユニット瞳面
１０ 楕円エッジ輪郭
１０ｉ サブアパーチャ
１１ 投影光学ユニット瞳面
１１ａ ＮＡサブアパーチャ絞り
１１ｂ 変位駆動部
１３ 投影光学ユニット
１４ 検出装置
１５ 像平面
１７ デジタル画像処理装置
１８ ホルダ
１９ 変位駆動部
２０ 中央制御装置
２１ 射出瞳
２２ 吸収体層
２３ 高反射性多層層
２５ 瞳面
２６ 波面
２７ 切断線
２８ 切断線
１０１ サブアパーチャ
１０２ サブアパーチャ
１０３ サブアパーチャ
１０４ サブアパーチャ
１０５ サブアパーチャ
Ｌ１ レンズ
Ｌ１０ レンズ
Ｌ２ レンズ
Ｌ３ レンズ
Ｌ４ レンズ
Ｌ５ レンズ
Ｌ６ レンズ
Ｌ７ レンズ
Ｌ８ レンズ
Ｌ９ レンズ
ＮＡｘ 開口数
ＮＡｙ 開口数
Ｐ 波面収差
Ｗ 波面収差
ｚm 距離位置
θ 主光線極角
φ 主光線方位角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】