KR0170476B1 - Device and method for measuring optical system efficiency using moire pattern - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모아레 무늬를 이용한 광학계 성능 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system performance measuring apparatus and measuring method using a moire fringe.
본 발명의 광학계 성능 측정장치는 기준격자(1)와, 시편격자(2)와, 조명광원(3)과, 광검출기(5)와, 로타리 스테이지(6)를 포함한다.The optical system performance measuring apparatus of the present invention includes a reference lattice 1, a specimen lattice 2, an illumination light source 3, a photodetector 5, and a rotary stage 6.
아울러, 본 발명의 광학계 성능 측정방법은, 광학계의 상 위치에 기준격자(1)을 광축에 수직되게 위치시키는 단계; 시편격자(2)를 광학계(4)의 물체위치에 위치시키는 단계; 조명광원(3)을 비추어 시편격자(2)가 광학계(4)에 의해 상 위치에 결상되게 하여 결상된 시편격자(2)의 상과 기준격자(1)에 의해 모아레무늬를 생성하는 단계; 상기한 모아레무늬의 강도분포를 광검출기(5)를 이용하여 측정하는 단계; 기준격자(1)가 놓인 로타리 스테이지(6)를 이동하면서 각 지점에서의 모아레무늬의 밝은 부분 강도와 어두운 부분의 강도를 측정하여 모아레무늬에 대한 강도분포의 차이가 최대인 지점을 찾는 단계를 포함한다.In addition, the optical system performance measurement method of the present invention, the step of positioning the reference grid (1) perpendicular to the optical axis at the image position of the optical system; Positioning the specimen lattice 2 at an object position of the optical system 4; Illuminating the illumination light source 3 to cause the specimen lattice 2 to be imaged at an image position by the optical system 4 to generate a moire pattern by the image of the imaged specimen lattice 2 and the reference lattice 1; Measuring the intensity distribution of the moire fringe using a photodetector (5); Moving the rotary stage 6 on which the reference grid 1 is placed, and measuring the intensity of the light and dark portions of the moire pattern at each point to find the point where the difference in the intensity distribution with respect to the moire pattern is the largest. do.
Description
제1(a)도 및 제1(b)도는 피치가 p인 평행 직선격자와 피치가 p1인 평행 직선격자를 겹쳤을 때 나타나는 모아레무늬를 설명하기 위한 도면.1 (a) and 1 (b) are diagrams for explaining the moire pattern that appears when the parallel linear lattice having a pitch of p and the parallel linear lattice having a pitch of p1 overlap.
제2도는 모아레무늬를 이용한 본 발명의 광학계 성능 측정장치의 개략도.2 is a schematic diagram of an optical system performance measuring apparatus of the present invention using a moire fringe.
제3(a)도는 측정하고자 하는 광학계의 초점거리를 측정하기 위한 장치의 개략적인 구성도이고,3 (a) is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring a focal length of an optical system to be measured,
제3(b)도는 x,y,z 방향으로 기준격자를 이동시키기 위한 로타리 스테이지를 포함하는 기준격자 주변부의 상세도이며,3 (b) is a detailed view of the periphery of the reference grid including a rotary stage for moving the reference grid in the x, y, z direction,
제3(c)도는 기준격자의 위치변화에 따른 모아레무늬의 강도를 나타낸 그래프.Figure 3 (c) is a graph showing the intensity of the moire pattern with the change in the position of the reference grid.
제4(a)도 및 제4(b)도는 상기한 과정에 의해 결정된 광학계의 초점거리 위치로부터 광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면.4 (a) and 4 (b) are views for explaining a process of measuring the magnification error and the degree of distortion of the optical system from the focal length position of the optical system determined by the above process.
제5(a)도 내지 제5(d)도는 본 발명에 의한 광학계의 성능측정에 사용될 수 있는 시편격자와 기준격자의 형태 및 그 결과 형성된 모아레무늬의 형상을 나타낸 도면.5 (a) to 5 (d) is a view showing the shape of the specimen lattice and reference lattice that can be used in the performance measurement of the optical system according to the present invention and the shape of the resulting moire pattern.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 기준격자 2 : 시편격자1: reference grid 2: specimen grid
3 : 광원 4 : 광학계3: light source 4: optical system
5 : 광검출기 6 : 로타리 스테이지5: photodetector 6: rotary stage
본 발명은 모아레 무늬를 이용한 광학계 성능 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system performance measuring apparatus and measuring method using a moire fringe.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 기준격자와 시편격자에 의해 형성된 모아레무늬의 강도분포를 이용하여 광학계의 초점거리 위치를 측정할 수 있으며, 전기한 광학계의 초점거리 위치로부터 모아레무늬의 피치를 측정하여 광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 정밀하게 측정할 수 있는 광학계 성능 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention can measure the focal length position of the optical system using the intensity distribution of the moire pattern formed by the reference grid and the specimen lattice, by measuring the pitch of the moire pattern from the focal length position of the optical system described above The present invention relates to an optical system performance measuring apparatus and a measuring method capable of precisely measuring magnification error and distortion degree of an optical system.
반도체 장비에 사용되는 리소그래피용 광학계는 일반적으로 사용되는 광학계와는 달리, 고 해상력, 저 수차 및 저 배율오차를 요구하므로, 이러한 광학계의 구현에는 어려움이 많다.Lithography optical systems used in semiconductor equipment require high resolution, low aberration, and low magnification errors, unlike optical systems generally used, and thus, there are many difficulties in implementing such optical systems.
특히, 광학계를 조립한 후, 광학성능을 평가하고 검사하기 위해서는 일반적인 성능 검사장비 이외에도 특별한 성능 측정장치가 요구된다.In particular, in order to evaluate and inspect the optical performance after assembling the optical system, a special performance measurement apparatus is required in addition to the general performance inspection equipment.
만일, 광학적 성능평가를 하지 않고 시스템에 장착한 후 광학계의 성능결함이 발견되면, 전체 시스템을 분해하여야 하므로, 광학계를 시스템에 장착하기 전에 중요한 광학 성능검사는 필수적이다.If the performance defect of the optical system is found after mounting it in the system without performing the optical performance evaluation, an important optical performance test is essential before mounting the optical system to the system because the whole system must be disassembled.
따라서, 광학계가 요구하는 성능을 평가할 수 있는 광학계 성능 측정장치 및 측정방법의 개발이 끊임없이 요구되어 왔으나, 이에 대한 종래의 기술은 거의 전무한 실정이다.Therefore, the development of an optical system performance measuring apparatus and measuring method capable of evaluating the performance required by the optical system has been constantly required, there is almost no conventional technology for this.
결국, 본 발명의 목적은 고 분해능, 저 수차 및 저 배율오차를 지닌 광학계를 설계제작한 후, 광학적 성능을 간단한 조작에 의해 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 기준격자와 시편격자에 의해 형성된 모아레 무늬의 강도분포를 이용하여 광학계의 초점거리 위치를 측정할 수 있으며, 전기한 광학계의 초점거리 위치로부터 모아레무늬의 피치를 측정하여 광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 정밀하게 측정할 수 있는 광학계 성능 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.After all, an object of the present invention is to provide an apparatus and method that can measure the optical performance by a simple operation after designing and manufacturing an optical system having a high resolution, low aberration and low magnification error, the reference grid and the specimen lattice The focal length position of the optical system can be measured by using the intensity distribution of the moire fringe formed by the optical system.The magnification error and the degree of distortion of the optical system can be accurately measured by measuring the pitch of the moire pattern from the focal length position of the optical system. The present invention provides an optical performance measuring apparatus and a measuring method.
이하, 본 발명의 광합계 성능 측정장치 및 측정방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the photosynthetic performance measuring apparatus and measuring method of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제1(a)도 및 제1(b)도는 피치가 p인 평행 직선격자와 피치가 p1인 평행 직선격자를 겹쳤을 때 나타나는 모아레무늬를 설명하기 위한 도면으로서, 광학계의 성능검사를 위해 본 발명에서 이용되는 모아레무늬를 제1도를 참조하여 설명한다.1 (a) and 1 (b) are diagrams for explaining the moiré pattern which appears when the parallel linear lattice having a pitch of p and the parallel linear lattice having a pitch of p 1 are overlapped. The moire pattern used in the present invention will be described with reference to FIG.
제1도에서 기준격자(1)의 피치를 P, 시편격자(2)의 피치를 P1이라할 때, 이들 격자를 평행하게 겹쳤을 때 생기는 모아레무늬의 어두운 부분의 중심(13) 또는 밝은 부분의 중심(14) 사이의 거리에 해당하는 모아레무늬의 피치를 f라고 하면,In FIG. 1, when the pitch of the reference lattice 1 is P and the pitch of the specimen lattice 2 is P 1 , the center 13 or the bright part of the dark part of the moire pattern generated when these lattices are overlapped in parallel Let f be the pitch of the moire pattern corresponding to the distance between
이다.to be.
여기에서, 시편격자(2)의 피치 P1은Here, the pitch P 1 of the specimen lattice 2 is
이다.to be.
따라서, 모아레무늬의 피치 f와 기준격자(1)의 피치 P로부터 시편격자(2)의 피치 P1을 계산할 수 있다.Therefore, the pitch P 1 of the specimen lattice 2 can be calculated from the pitch f of the moire fringe and the pitch P of the reference lattice 1.
한편, 격자의 무늬와 같은 방향으로 두 격자를 겹치면 같은 방향의 모아레 무늬가 발생되지만, 피치가 P1과 P인 격자를 각도 θ로 겹칠 때에는 피치가 f인 모아레무늬가 격자의 무늬방향과 수직되게 생성된다.On the other hand, when two lattices overlap in the same direction as the lattice pattern, moiré patterns in the same direction are generated, but when the lattice with pitches P 1 and P overlap at an angle θ, the moiré pattern with pitch f is perpendicular to the lattice pattern direction. Is generated.
이때의 모아레무늬의 피치 f는 다음과 같다:The pitch f of the moiré pattern at this time is as follows:
따라서, 일정한 피치 P를 지닌 기준격자(1)에 측정하고자 하는 광학계의 배율을 곱한 만큼의 피치를 지닌 시편격자(2)를 광학계(4)를 통해 결상시켰을 경우, 광학계(4)의 배율오차가 0일 때는 기준격자(1)의 피치와 시편격자(2)의 피치가 같아져 모아레무늬가 생기지 않고 전체가 어둡거나 밝게 된다.Therefore, when the specimen lattice 2 having a pitch equal to the reference lattice 1 having a constant pitch P multiplied by the magnification of the optical system to be measured is formed through the optical system 4, the magnification error of the optical system 4 becomes When 0, the pitch of the reference lattice 1 and the pitch of the specimen lattice 2 are equal, so that no moiré pattern occurs and the whole becomes dark or light.
이 모아레무늬의 피치 f를 측정하게 되면, 결상된 격자 피치 P1을 계산할 수 있다.When measuring the pitch f of the moiré pattern, it is possible to calculate the imaging grating pitch P 1.
따라서, 이렇게 구한 피치 P1과 실제 시편격자의 피치에 의해 광학계의 배율오차를 구할 수 있다.Therefore, the magnification error of the optical system can be obtained from the pitch P 1 thus obtained and the pitch of the actual specimen lattice.
또한, 모아레무늬의 휨 정도를 관측함으로써, 광학계의 왜곡정도의 측정도 가능하게 된다.In addition, by observing the degree of warpage of the moire fringe, the distortion degree of the optical system can be measured.
제2도는 모아레무늬를 이용한 본 발명의 광학계 성능 측정장치의 개략도로서, 일정 배율을 지닌 광학계의 성능검사를 위해 제2도와 같이, 기준격자(1)를 광학계(4)의 상 위치에 두고, 검사하고자 하는 광학계(4)의 배율과 기준격자(1)의 피치를 고려하여 제작된 시편격자(2)를 물체측 위치에 위치시켜, 조명광원(3)을 비추게 되면, 광학계(4)에 의해 시편격자(2)의 상이 상 위치에 놓인 기준격자(1) 위에 맺힐 때 모아레무늬가 생성된다.FIG. 2 is a schematic diagram of the optical system performance measuring apparatus of the present invention using a moire fringe. As shown in FIG. 2 for the performance inspection of an optical system having a constant magnification, the reference grid 1 is placed at an image position of the optical system 4. When the specimen lattice 2 produced in consideration of the magnification of the optical system 4 and the pitch of the reference lattice 1 to be positioned is positioned at the object side and the illumination light source 3 is illuminated, the optical system 4 The moiré pattern is generated when the image of the specimen lattice 2 is deposited on the reference lattice 1 placed at the upper position.
이러한 모아레무늬를 광검출기(5)로 측정하므로써, 광학계의 성능을 측정 평가할 수 있다.By measuring such a moire pattern with the photodetector 5, the performance of an optical system can be measured and evaluated.
제3(a)도는 측정하고자 하는 광학계의 초점거리를 측정하기 위한 장치의 개략적인 구성도이고, 제3(b)도는 x,y,z 방향으로 기준격자를 이동시키기 위한 로타리 스테이지를 포함하는 기준격자 주변부의 상세도이며, 제3(c)도는 기준격자의 위치변화에 따른 모아레무늬의 강도를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 (a) is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring a focal length of an optical system to be measured, and FIG. 3 (b) is a reference including a rotary stage for moving a reference grid in x, y, and z directions. The detail of the periphery of a grating | lattice, FIG. 3 (c) is a graph which shows the intensity | strength of the moire pattern according to the change of the position of a reference grid.
광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 측정하기 위해서는, 일단 광학계에 대한 초점거리의 측정이 선행되어야 한다.In order to measure the magnification error and the degree of distortion of the optical system, measurement of the focal length with respect to the optical system must first be performed.
초점거리를 알기 위하여 제3도에 도시한 바와 같이, 광학계의 상위치에 기준격자(1)을 광축에 수직되게 위치시킨다.In order to know the focal length, as shown in FIG. 3, the reference grid 1 is positioned perpendicular to the optical axis at an upper value of the optical system.
기준격자(1)는 검사하고자 하는 광학계의 해상력을 고려하여 직선 형상의 줄무늬가 형성된 격자이고, 시편격자(2)는 검사하고자 하는 광학계의 배율과 기준격자(1)의 피치를 고려한 피치 P1'을 지닌 격자로서, 광학계(4)의 물체위치에 놓는다.Reference grid (1) is the grid in consideration of the resolution of the optical stripes of the linear shape is formed to be examined, the specimen grid 2 has a pitch P 1 'taking into account the pitch of the scale and a reference grid (1) of the optical system to be inspected It is a grating having a position at the object position of the optical system (4).
그 후, 광학계에 사용하는 광원(3)을 비추면 시편격자(2)가 광학계(4)에 의해 상 위치에 결상된다.After that, when the light source 3 used for the optical system is illuminated, the specimen lattice 2 is imaged at the image position by the optical system 4.
상 위치에 기준격자(1)가 존재하므로, 결상된 시편격자(2)의 상과 기준격자(1)에 의해 모아레무늬가 생성되게 된다.Since the reference grid (1) is present in the image position, the moire pattern is generated by the image and the reference grid (1) of the formed specimen grating (2).
이때 발생된 모아레무늬의 강도분포를 광검출기(5)를 이용하여 관측한다.At this time, the intensity distribution of the moire pattern generated is observed using the photodetector 5.
광학계의 초점거리를 측정하기 위하여 기준격자(1)가 놓인 로타리 스테이지(6)를 이동하면서, 각 지점에서의 모아레무늬의 밝은 부분 강도와 어두운 부분의 강도를 측정하여 제3(c)도와 같이, 모아레무늬에 대한 강도분포의 차이가 최대인 지점을 찾게되면, 이 지점이 광학계(4)의 후초점 위치가 된다. 이때, 거리 d가 광학계의 초점거리, 즉, 여기에서는 후초점거리가 된다.While moving the rotary stage 6 on which the reference grid 1 is placed to measure the focal length of the optical system, the intensity of the light and dark portions of the moire fringes at each point is measured, as shown in FIG. 3 (c), When the point where the difference in intensity distribution with respect to the moiré pattern is maximum is found, this point becomes the postfocal position of the optical system 4. At this time, the distance d is the focal length of the optical system, that is, the postfocal distance here.
제4(a)도 및 제4(b)도는 상기한 과정에 의해 결정된 광학계의 초점거리 위치로부터 광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 상기한 과정에 추출된 초점거리 위치로부터 모아레무늬의 피치f를 측정하고, 이미 알고 있는 기준격자(1)의 피치p를 이용하여, 결상된 시편격자(2)의 피치 P1을 계산하면,4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining a process of measuring magnification error and distortion degree of the optical system from the focal length position of the optical system determined by the above-described process, the focus extracted in the above process When the pitch f of the moiré pattern is measured from the distance position, and the pitch P 1 of the formed sample grating 2 is calculated using the known pitch p of the reference lattice 1,
가 된다.Becomes
따라서, 실제 시편격자의 피치 P1'와 결상된 시편격자의 피치 P1의 관계로부터 구한 광학계 배율과 실제 광학계의 설계상의 배율과의 차이를 비교함으로써, 광학계의 배율오차를 구할 수 있다.Thus, by comparing the difference between the actual sample of the grating pitch P 1 'and the design of the multiplier determined from the relationship between the pitch P 1 of the imaging optical system magnification specimen grid with the actual optics, it is possible to obtain a magnification error of the optical system.
아울러, 모아레무늬가 직선이 아니고 휘어져 보일 경우에는, 휨 정도를 측정하여 광학계의 왜곡정도를 측정할 수 있다.In addition, when the moire pattern is not straight but curved, the degree of warpage may be measured to determine the degree of distortion of the optical system.
제4(b)도는 광학계의 배율오차가 측정범위를 벗어나 모아레무늬를 관측하기 어려운 경우에 사용할 수 있는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 기준격자(1)를 스테이지(6)를 이용하여 일정 각도 φ로 경사지게 하면, 기준격자(1)면의 위치에 따라 결상된 시편격자(2)가 겹치는 위치가 달라져 피치간격이 변화함으로써, 피치가 일정하지 않는 모아레무늬가 생성되게 한 다음, 여러 지점에서 모아레무늬의 피치를 측정하여 이를 기준격자(1)가 경사지지 않은 상태로 보정계산하므로써, 광학계(4)에 대한 넓은 범위의 배율오차와 광학 성능측정이 가능하게 된다.FIG. 4 (b) is a view for explaining a method that can be used when the magnification error of the optical system is out of the measurement range and it is difficult to observe the moire pattern. As shown, the reference grid 1 is connected to the stage 6. By inclining at a predetermined angle φ by using, the overlapping position of the formed specimen grating 2 is changed according to the position of the reference grating 1 surface, and the pitch interval is changed, so that a moiré pattern having a constant pitch is generated. By measuring the pitch of the moire fringe at various points and calibrating it with the reference grid 1 not tilted, it is possible to measure a wide range of magnification errors and optical performance of the optical system 4.
제5(a)도 내지 제5(d)도는 본 발명에 의한 광학계의 성능측정에 사용될 수 있는 시편격자와 기준격자의 형태 및 그 결과 형성된 모아레무늬의 형상을 나타낸 도면으로서, 제5(a)도는 일반적인 모양을 지닌 시편격자로서, 기준격자와 겹쳐졌을 때 생기는 모아레무늬를 이용하여 광학계의 성능측정을 이룰 수 있는 시편격자 및 기준격자의 형태이다.5 (a) to 5 (d) is a view showing the shape of the specimen lattice and reference lattice that can be used in the performance measurement of the optical system according to the present invention and the shape of the resulting moire pattern, the fifth (a) Fig. 1 is a specimen lattice having a general shape, and is a form of specimen lattice and reference lattice which can measure the performance of the optical system by using a moire pattern generated when the standard lattice overlaps.
제5(b)도는 시편격자를 2등분하여 한 부분은 각도 θ로 평행격자를 형성하고, 나머지 부분은 평행 직선격자를 형성하여 모아레무늬를 두 부분으로 나뉘어지게 하여 각도θ인 평행격자에 의해 생긴 모아레무늬의 피치가 계산된 피치와 일치되게 시편격자를 위치시키므로써, 평행격자가 정확하게 평행되게 하기 위한 시편격자의 형태이다.FIG. 5 (b) shows that the specimen lattice is divided into two and one part forms a parallel grid at an angle θ, and the other part forms a parallel linear grid so that the moire pattern is divided into two parts. By placing the specimen lattice so that the pitch of the moiré pattern matches the calculated pitch, it is in the form of a specimen lattice for the parallel lattice to be precisely parallel.
제5(c)도는 시편격자를 2등분하여 한 부분의 평행 직선격자를 다른 부분의 평향 직선격자와 어긋나도록 평행이동시켜 위치시킨 시편격자의 형태로, 정밀한 배율측정을 위한 시편격자의 형태이며, 제5(d)도는 시편격자를 다단계로 구분하여 각각의 평행 직선격자의 위치를 다른 부분의 평행 직선격자와 어긋나도록 평행이동시켜 구성한 시편격자의 형태이다.5 (c) is a form of a specimen lattice for precise magnification measurement in the form of a specimen lattice in which a specimen lattice is divided into two and the parallel linear lattice of one part is moved in parallel with the parallel linear lattice of another part. FIG. 5 (d) shows the shape of a specimen lattice configured by dividing the specimen lattice into multiple stages and moving the parallel linear lattice in parallel with the parallel linear lattice of another part.
이상에서 상세히 설명하였듯이, 본 발명에 따른 광학계 성능 측정장치 및 측정방법에 의해 광학계의 초점거리 위치를 간편하게 측정할 수 있으며, 전기한 광학계의 초점거리 위치로부터 모아레무늬의 피치를 측정하여 광학계의 배율오차 및 왜곡정도를 정밀하게 측정할 수 있다.As described in detail above, the optical system performance measuring apparatus and measuring method according to the present invention can easily measure the focal length position of the optical system, and the magnification error of the optical system by measuring the pitch of the moire pattern from the focal length position of the optical system described above. And the degree of distortion can be measured precisely.
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