KR100660536B1 - 광로 이탈 정도를 측정하기 위한 광학 마스크 및 이를이용하여 광도 이탈 정도를 측정하는 방법 - Google Patents

광로 이탈 정도를 측정하기 위한 광학 마스크 및 이를이용하여 광도 이탈 정도를 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

광로 이탈 정도를 측정하기 위한 광학 마스크 및 이를 이용하여 광도 이탈 정도를 측정하는 방법을 제공한다. 본 발명은 기준 패턴 및 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비하고, 소정의 노광 빔을 사용하는 노광 시스템 내에 상기 광학 마스크를 로딩한 후, 상기 노광 빔을 사용하여 상기 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴에 상응하는 기준 이미지 및 비교 이미지가 상기 결상면(image plane)에 결상(imaging)된다. 이후, 상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리를 측정하여 상기 노광 빔의 이탈각(aberration angle)을 결정한다. 이때, 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴은 이들을 각각 통과하는 노광 빔들의 방향이 달라지도록 서로 다른 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광로 이탈 정도를 측정하기 위한 광학 마스크 및 이를 이용하여 광도 이탈 정도를 측정하는 방법{Optical Mask For Measuring An Aberration Of Beam And Method Of Measuring The Aberration Using The Same}
도 1a 및 도 1b는 완전한 텔레센트리시티를 갖는 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 제 1 유형의 불완전한 텔레센트리시티를 갖는 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 제 2 유형의 불완전한 텔레센트리시티를 갖는 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일반적인 노광 시스템의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 광로 이탈 정도의 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광로 이탈 정도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 마스크를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학 마스크를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학 마스크를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학 마스크를 나타내는 사시도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 마스크를 통해 얻을 수 있는 광학적 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명에 따른 기준광과 비교광 사이의 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 결상 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 노광 빔의 이탈각과 이미지들의 변위(displacement) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 소정의 광학적 특성을 측정하기 위한 방법 및 이에 사용되는 광학적 부품에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광로 이탈 정도를 측정하기 위한 광학 마스크 및 이를 이용하여 광도 이탈 정도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
굴절(refraction), 회절(diffraction), 반사(reflection), 편광(polarization) 및 간섭(interference) 등과 같은 빛의 광학적 특성들은 물리학에 의해 완전하게 기술될 수 있기 때문에, 높은 수준의 광학 기술이 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 특히, 짧은 파장을 갖는 빛은 반도체 장치의 노광 공정과 같이 고해상도(high resolution)가 요구되는 산업 분야에서 매우 유용하게 이용되고 있다. 지난 수십년동안 보여준 반도체 산업의 급속한 성장(특히, 반도체 장치의 고집적화)은 상기 광학 기술이 성공적으로 적용된 전형적인 예이다.
하지만, 보다 높은 해상도를 얻기 위해서는, 빛의 특성을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 확보하는 것이 필요하다. 예를 들어, 반도체 장치의 노광 공정의 경우, 노광 빔의 세기(intensity), 초점 길이(focal length) 및 텔레센트리시티(telecentricity)와 같은 광학적 특성들을 정밀하게 제어할 수 있어야 한다. 하지만, 상기 광학적 특성들은 광학 시스템을 구성하는 광학적/기계적 부품들의 내재적 오차에 의해 영향을 받기 때문에, 새로운 기술이 적용되지 않는다면 그 정밀도의 향상은 제한적이다. 즉, 상기 광학 시스템을 구성하는 광학적 부품 및 기계적 부품은 온도 변화, 중력, 운동에 따른 가속 또는 마모 등에 의해 변형될 수 있기 때문에, 비록 빛의 특성에 관한 지식이 충분할지라도, 상기 정밀도의 향상은 제한적일 수 밖에 없다.
이러한 광학적 정밀도에 대한 제한을 극복하기 위해 다양한 기술들이 제안되고 있다. 특히 고해상도가 요구되는 노광 시스템에서는, 이미지의 배율 변화 또는 모양 왜곡과 관련된 광학적 특성인, 상기 텔레센트리시티에 대한 엄밀한 제어가 필요하다. 도 1a 및 도 1b는 완전한 텔레센트리시티를 갖는 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b는 서로 다른 두가지 유형의 불완전한 텔레센트리시티를 갖는 광학 시스템들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 광선들(10a)은 서로 평행하게 소정의 기준 면(5)에 수직으로 입사된다. 이 경우, 상기 광선들(10a)에 의한 이미지는 상기 기 준 면의 위치에 관계없이 동일한 모양과 크기를 갖는다. (즉, Wa1 = Wa2, Wax1 = Way1 = Wax2 = Way2). 이에 비해, 도 2a 및 도 2b에 도시한 것처럼, 광선들(10b)이 평행하지 않을 경우, 상기 기준면(5)에 입사되는 상기 광선들(10b)의 입사각은 다양하다. 이 경우, 상기 기준 면(5)의 위치가 바뀔 경우, 이미지의 크기가 확대되거나 축소될 수 있다. (즉, Wb1 ≠ Wb2, Wbx1 = Wby1 , Wbx2 = Wby2, Wby1 ≠ Wby2). 이러한 유형의 비텔레센트리시티(non-telecentricity)를 갖는 노광 시스템의 경우, 초점 길이의 변화에 따른 배율의 변화가 있을 수 있다. 하지만, 최근의 노광 시스템은 초점 거리를 정밀하게 제어할 수 있도록 구성되기 때문에, 이러한 유형의 비텔레센트리시티보다는 오히려 도 3a 및 도 3b에 도시한 유형의 비텔레센트리시티(non-telecentricity)가 더욱 부각되고 있다.
도 3a를 참조하면, 광선들(10c)은 서로 평행하지만, 도 1a의 경우와 달리, 소정의 기준 방향에서 이탈하여 상기 기준 면(5)에 경사지게 입사된다. 이 경우, 도 3b에 도시된 것처럼, 이미지의 모양은 원래 원형에서 타원형으로 변형될 수 있다. (즉, Wc1 = Wc2, Wc1 ≠ Wcp, Wcx1 = Wcy1 , Wcx2 ≠ Wcy2).
이에 더하여, 리쏘그래피 공정의 해상도(resolution)은 아래 식 1과 같이 공정 상수(k1) 및 사용되는 빛의 파장(λ)에 비례하고, 개구수(NA)에 반비례하기 때문에, 상기 해상도의 향상을 위해서는 상기 공정 상수를 감소시키는 것이 요구된다. 하지만, 최근의 노광 장치들은 상기 공정 상수(k1)의 감소를 위해 렌즈의 가장자리 까지 사용하는 노광 공정을 채택하기 때문에, 노광 시스템이 도 3a에 도시한 유형의 비텔레센트리시티를 가질 경우, 노광 공정에서 사용되는 노광 빔이 렌즈를 벗어나는 심각한 문제가 발생할 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00001
이에 따라, 도 3a에 도시한 유형의 비텔레센트리시티(즉, 광로 이탈의 정도)를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 요청되고 있다. 이러한 광로 이탈 정도의 측정을 위해, 소정의 오초점된 결상면(defocused image plane)에 형성되는 조명계(illumination)의 모양 변형을 측정하거나 포토 마스크의 정렬키(alignment key) 또는 중첩키(overlay key)를 웨이퍼로 전사하여 전사된 이미지를 측정하는 방법 등이 사용될 수 있다.
상기 조명계의 모양 변형을 측정하는 방법은 도 4에 도시된 것처럼 광원(21)과 상기 레티클(23) 사이에 배치되는, 파리눈 렌즈, 실린더 렌즈, 거울 및 집광렌즈 등을 포함하는 조명계 요소들(illumination components, 22)에 의한 영향 때문에 상기 모양의 변형 정도를 정량화하기 어렵다. 예를 들면, 결상면(25)에 형성되는 이미지는 상기 조명계 요소들(22)에 의한 영향으로 이미지의 경계가 불분명해지기 때문에, 그 모양 변형의 정도를 객관성있게 정량화할 수 없다.
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 상기 정렬키 또는 중첩키의 전사된 이미지를 측정하는 방법은 정초점(best focus) 조건에서 기준 키를 사용하여 기준 패턴을 형 성한 후(31), 오초점된 조건(defocus condition)에서 비교 키를 사용하여 비교 패턴을 형성하는 단계(32)를 포함한다. 이후, 상기 기준 패턴과 비교 패턴 사이의 간격을 측정하여 노광 빔의 광로 이탈 정도(aberration)를 결정한다(33).
이때, 상기 기준 패턴과 비교 패턴 사이의 간격을 측정하기 위해서는 상기 기준 패턴과 상기 비교 패턴은 서로 구별될 수 있어야 하고, 이러한 구별을 위해서는 상기 기준 키와 상기 비교 키는 서로 다른 모양을 갖는 동시에 측정가능한 거리 내에서 서로 이격되어야 한다. 이러한 조건을 충족시키기 위해서는 상기 비교 패턴이 상기 기준 패턴 근방에 형성될 수 있도록, 웨이퍼를 이동하는 과정이 수행되야 한다. 하지만, 최근의 고해상도를 갖는 노광 장치에서 제공하는 광학적 정밀도는 상기 웨이퍼 이동의 정밀도의 오차 수준이기 때문에, 웨이퍼의 이동 단계를 포함하는 측정 방법을 통해서는 상기 이탈 정도에 대한 의미있는 측정 결과를 얻을 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광로 이탈 정도(aberration of beam)를 측정할 수 있는 측정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 기계적 오차에 의한 영향없이 광로 이탈 정도를 측정할 수 있는 측정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 기계적 오차에 의한 영향없이 광로 이탈 정도를 측정하는데 이용될 수 있는 광학 마스크를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 기준 패턴과 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 제공한다. 이 광학 마스크는 노광 빔(exposure beam)의 진행 경로 상에 배치되는 마스크 기판, 상기 마스크 기판에 형성되어 상기 노광 빔을 소정의 기준 방향(reference direction)으로 진행시키는 기준 패턴(reference pattern) 및 상기 마스크 기판에 형성되어 상기 노광 빔을 상기 기준 방향에 대해 소정의 경사각을 갖는 방향으로 진행시키는 적어도 한 개의 비교 패턴(comparative pattern)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기준 패턴은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴(attenuated pattern) 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지이고, 상기 비교 패턴은 프리즘 패턴(prismatic pattern), 계단형 패턴(echelon pattern), 계단식 회절 격자(echelon grating) 및 투과형 회절 격자(transmission grating) 중에서 선택된 적어도 한가지이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비교 패턴은 상기 기준 패턴의 양 측에 각각 배치되는 제 1 비교 패턴과 제 2 비교 패턴을 포함한다. 이 경우, 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴은 상기 기준 패턴으로부터 동일한 거리만큼 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 비교 패턴은 상기 제 1 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각(zenith angle) 및 φ의 방위각(azimuthal angle)에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성되고, 상기 제 2 비교 패턴은 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각 및 (φ+π)의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성된다.
또한, 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴은, 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔들이 상기 기준 방향에 대해 면대칭적(plane-symmetrical) 진행 경로를 갖도록, 상기 기준 패턴을 기준으로 서로 면대칭적 구조인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 마스크는 노광 빔의 진행 경로 상에 배치되는 마스크 기판, 상기 마스크 기판에 형성되어 상기 노광 빔을 소정의 기준 방향으로 진행시키는 제 1 및 제 2 기준 패턴들 및 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들로부터 이격되어 상기 마스크 기판에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 비교 패턴들을 구비한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들은 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔들이 상기 기준 방향에 대해 대칭적 진행 경로를 갖도록, 상기 기준 패턴을 기준으로 서로 대칭적 구조이다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기준 패턴 및 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 사용하여 오초점 조건에서 결상하는 단계를 포함하는 광로 이탈 정도 측정 방법을 제공한다. 이 방법은 기준 패턴 및 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비하고, 소정의 노광 빔을 사용하는 노광 시스템(exposure system) 내에 상기 광학 마스크를 로딩한 후, 상기 노광 빔을 사용하여 상기 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴에 상응하는 기준 이미지 및 비교 이미지가 상기 결상면(image plane)에 결상(imaging)된다. 이후, 상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리를 측정하여 상기 노광 빔의 이탈각(aberration angle)을 결정한다. 이때, 상 기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴은 이들을 각각 통과하는 노광 빔들의 방향이 달라지도록 서로 다른 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는 상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리(D), 상기 노광 시스템의 구조에 의해 결정되는 구조 변수(S) 및 상기 결상 단계에서의 공정 조건에 의해 결정되는 공정 변수(P)에 의해 표현될 수 있는
Figure 112004060388205-pat00002
의 관계를 이용하여 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 노광 시스템은 상기 광학 마스크와 상기 결상면 사이에 배치되는 렌즈계(lens system)를 더 구비한다. 상기 광학 마스크를 통과한 노광 빔은 상기 렌즈계에 의해 소정의 초점면(focal plane)에 초점맞추어진다. 이때, 상기 기준 및 비교 이미지를 상기 결상면에 결상하는 단계는 상기 결상면을 상기 초점면으로부터 소정의 디포커스 길이(defocus length)만큼 이격된 디포커스 위치(defocused position)에 배치하는 디포커스 조건에서 실시할 수 있다. 이 경우, 상기 노광 빔의 이탈각은 상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리(D), 상기 결상면과 초점면 사이의 디포커스 길이(Z), 상기 비교 이미지를 결상하는 노광 빔의 표준 입사각(θ0) 및 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ) 사이의 정량적 관계를 표현하는
Figure 112004060388205-pat00003
의 방정식에 의해 결정될 수 있다. 상기 표준 입사각(θ0)은 노광 빔의 이탈각이 0인 조건에서 상기 비교 이미지를 만드는 비교광이 상기 결상면에 입사되는 각도를 의미한다.
본 발명에 따르면, 상기 기준 패턴은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지이고, 상기 비교 패턴은 프리즘 패턴, 계단형 패턴, 계단식 회절 격자 및 투과형 회절 격자 중에서 선택된 적어도 한가지인 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광로 이탈 정도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광로 이탈 정도의 측정 방법은 적어도 한 개의 기준 패턴 및 적어도 한 개의 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비(110) 하여, 소정의 노광 빔을 사용하는 노광 시스템의 내부로 광학 마스크를 로딩(120)한 후, 노광 빔을 사용하여 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영함으로써 기준 패턴 및 비교 패턴에 상응하는 기준 이미지 및 비교 이미지를 결상면에 결상(130)하는 단계를 포함한다.
상기 광학 마스크는 통상적으로 사용되는 포토 마스크, 즉 레티클(reticle)인 것이 바람직하다. 상기 기준 패턴과 비교 패턴은 쌍을 이룬다. 즉, 한 개의 기준 패턴은 상응하는 비교 패턴과 쌍을 이루도록 구성된다. 이때, 한 개의 기준 패턴과 쌍을 이루는 비교 패턴은 (도 7 내지 도 10에 도시된 실시예에서와 같이) 복수개일 수도 있다. 이에 더하여, 상기 기준 패턴 역시 (도 10에 도시된 실시예에서와 같이) 복수개일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴은 이들을 각각 통과하는 기준광 및 비교광이 서로 다른 방향으로 진행하도록 형성된다. 이때, 상기 기준광 및 비교광은 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴에 의해 형성되는 광학적 위상들이 전파되는 경로를 의미한다. 예를 들어, 상기 기준 패턴이 차광 패턴일 경우, 실제로 상기 기준 패턴을 통과하는 빛은 없다. 하지만, 차광 패턴이 형성된 영역과 차광 패턴이 형성되지 않은 영역을 각각 지나는 빛은 광학적 위상에서 차이가 있고, 이러한 위상 차이는 포토레지스트로 전사되어 패턴 형성에 이용될 수 있다. 이런 점에서, 차광 패턴이 사용되는 경우, 상기 기준광 및 비교광은 광학적 위상의 전파 과정을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 아래에서는 이러한 의미로 상기 기준광 및 비교광의 용어를 사용할 것이다.
상기 기준 패턴(들)은 이진 위상 패턴(binary phase pattern)이고, 상기 비교 패턴들은 다위상 패턴(multi-phase pattern)일 수 있다. 예를 들면, 상기 기준 패턴(들)은 차광 패턴(shading pattern), 크롬 패턴(chrome pattern), 감쇠 패턴(attenuated pattern) 및 위상 쉬프트 패턴(phase shift pattern) 중에서 선택된 적어도 한가지이고, 상기 비교 패턴들은 프리즘 패턴(prismatic pattern), 계단형 패턴(echelon pattern), 계단식 회절 격자(echelon grating) 및 투과형 회절 격자(transmission grating) 중에서 선택된 적어도 한가지인 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 10은 각각 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예들에 따른 광학 마스크들을 나타내는 사시도들이다. 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 마스크를 통해 얻을 수 있는 광학적 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 및 도 11a를 참조하면, 이 실시예에 따른 광학 마스크는 마스크 기판(200)의 소정 영역에 배치되는 기준 패턴(210) 및 상기 기준 패턴(210)의 양쪽에 배치되는 제 1 비교 패턴(221) 및 제 2 비교 패턴(222)을 구비한다.
이 실시예에 따르면, 상기 제 1 비교 패턴(221)과 상기 제 2 비교 패턴(222)을 통과하는 제 1 비교광(251) 및 제 2 비교광(252)은 상기 기준광(250)에 대해 대칭적 진행 경로를 갖는다. 이를 위해, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들(221, 222)은 상기 기준 패턴(210)으로부터의 동일한 거리만큼 이격되어, 상기 기준 패턴(210)의 양쪽에 각각 하나씩 배치된다. 바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들(221, 222)은 상기 기준 패턴(210)을 기준으로 서로 대칭적 구조를 갖는다.
이에 더하여, 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 상기 기준광(250)으 로부터 멀어지는 진행 경로를 갖는다. 즉, 상기 마스크 기판(200)에 대해 수직으로 입사되는 노광 빔에 대해, 상기 제 1 비교광(251)은 상기 기준광(250)에 대해 θ의 천정각(zenith angle) 및 φ의 방위각(azimuthal angle)에 의해 정의되는 방향으로 진행하고, 상기 제 2 비교광(252)은 상기 기준광(250)에 대해 θ의 천정각 및 (φ+π)의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행한다(도 12 참조).
이를 위해, 상기 기준 패턴(210)은 크롬 패턴이고, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들(221, 222)은 상기 마스크 기판(200)과 다른 두께를 갖도록 형성된 패턴, 즉 계단형 패턴이다(즉, t0 ≠ t1). 상기 마스크 기판(200)과 상기 비교 패턴들(221, 222) 사이의 이러한 두께 차이는 상기 비교 패턴들(221, 222)을 통과하는 빛의 경로를 굴절시킨다.
본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광학 마스크는 제 1 비교광(251) 및 제 2 비교광(252)의 진행 방향을 굴절시키는 제 1 비교 패턴(223, 225) 및 제 2 비교 패턴(224, 226)의 구조에서 차이를 제외한다면, 제 1 실시예에 따른 광학 마스크와 유사한 구조를 갖는다(도 8, 도 11b, 도 9 및 도 11c 참조). 즉, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예들에서, 상기 제 1 비교 패턴(223, 225) 및 상기 제 2 비교 패턴(224, 226)은, 도시된 것처럼, 입사되는 노광 빔을 소정의 방향으로 굴절시킬 수 있는 프리즘 패턴들이다.
또한, 상기 제 1 비교 패턴(223, 225) 및 상기 제 2 비교 패턴(224, 226)은, 상술한 제 1 실시예에서와 동일하게, 상기 제 1 비교광(251) 및 제 2 비교광(252) 이 상기 기준광(250)에 대해 대칭적으로 진행할 수 있도록 대칭적으로 형성된다. 즉, 상기 제 1 비교 패턴(223, 225) 및 상기 제 2 비교 패턴(224, 226)에 의해, 상기 제 1 비교광(251)은 상기 기준광(250)에 대해 θ의 천정각 및 φ의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행하고, 상기 제 2 비교광(252)은 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각 및 (φ+π)의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행한다(도 12 참조).
본 발명의 변형된 실시예들에 따르면, 상기 제 1 비교 패턴(221) 및 제 2 비교 패턴(222)은 상술한 계단식 회절 격자(echelon grating) 및 투과형 회절 격자(transmission grating)로 형성되거나, 이들에 프리즘이 더 부착된 구조를 가질 수도 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학 마스크는 마스크 기판(200)의 소정 영역에 배치되는 제 1 기준 패턴(211), 제 2 기준 패턴(212), 제 1 비교 패턴(227) 및 제 2 비교 패턴(228)을 구비한다(도 10 참조). 상기 제 1 기준 패턴(211) 및 상기 제 2 기준 패턴(212)은 서로 이격되어 배치되는 차광 패턴이고, 상기 제 1 비교 패턴(227) 및 상기 제 2 비교 패턴(228)은 각각 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들(211, 212)의 둘레에 배치되는 굴절 유발 패턴이다. 예를 들면, 도 10에 도시한 것처럼, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들(227, 228)은 상기 마스크 기판(200)과 다른 두께를 갖도록 형성된 패턴, 즉 계단형 패턴이다. 상술한 것처럼, 상기 마스크 기판(200)과 상기 비교 패턴들(227, 228) 사이의 이러한 두께 차이는 상기 비교 패턴들(227, 228)을 통과하는 빛의 진행 경로를 굴절시킨다. 이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 비 교광들(251, 252)의 굴절각은 상기 마스크 기판(200)과 상기 비교 패턴들(227, 228) 사이의 두께 차이를 조절함으로써 변화시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 기준 패턴들(211, 212)과 상기 비교 패턴들(227, 228)은 소정의 중첩정밀도(overlay) 측정 장치를 통해 측정될 수 있도록, 중첩정밀도 키(overlay key)를 형성한다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들(211, 212)에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴들은 상기 비교 패턴들(227, 228)에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴들의 위치적 변화를 측정하기 위한 기준 마크(reference mark)로 사용된다. 일반적인 노광 공정에 따르면, 상기 중첩정밀도는 서로 다른 마크 패턴들을 사용하는 두 번의 사진 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴들 사이의 위치적 변화를 의미한다.
이에 비해, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들(227, 228)에 의해 형성되는 이미지들은 상기 기준 패턴들(211, 212)에 의해 형성되는 이미지의 주변에 인접하여 형성된다. 이때, 상기 기준광(250)과 상기 비교광들(251, 252)에 의해 형성되는 이미지들은 상기 마스크 기판(200)으로 입사되는 노광 빔의 각도에 따라 다른 변위(displacement)를 갖는다. 예를 들면, 동일한 노광 빔을 사용하는 경우라도, 상기 비교광들(251, 252)에 의해 형성되는 이미지의 변위가 상기 기준 광(250)에 의해 형성되는 이미지의 변위보다 크다. 본 발명은 이러한 노광 빔의 입사각과 이미지의 변위 사이의 관계를 이용하여, 상기 노광 빔의 이탈 정도를 판단할 수 있는 방법을 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 한번의 결상 과정(도 6의 130)을 통해 노광 빔의 광로 이탈 정도를 결정할 수 있고, 이런 점에서 본 발명은 일반 적인 중첩정밀도 측정 과정과는 구별된다.
도 13은 도 6에서 설명한 결상 과정(130)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 13을 다시 참조하면, 상기 광학 마스크(270)를 통과한 기준광(250) 및 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 소정의 결상면(image plane, 300)에 결상된다. 상기 광학 마스크(270)와 상기 결상면(300) 사이에는 렌즈계(280)가 배치되어, 상기 광학 마스크(270)를 통과한 기준광(250)과 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)을 소정의 초점면(290)에 투영한다. 상기 초점면(290)은 상기 렌즈계(280)의 광학적 구조에 의해 결정되는 정초점(best focus) 위치들에 의해 정의된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 결상하는 단계(130)은 상기 초점면(290)이 아닌 오초점(defocus) 위치에 상기 결상면(300)을 위치시키는 오초점 조건에서 실시하는 것을 특징으로 한다. 상기 오초점 조건에서, 상기 기준광(250) 및 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 서로 이격된 기준 이미지(x0)와 비교 이미지들(x1, x2)을 상기 결상면(300)에 결상한다. 상술한 것처럼, 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 상기 광학 마스크(270)에서 굴절되어 상기 기준광(250)에 대해 소정의 경사각(θ)을 형성한다. 상기 렌즈계(280)는 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)의 경사각(θ)을 변화시키기 때문에, 상기 초점면(290) 및 상기 결상면(300)에 입사되는 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 상기 기준광(250)에 대해 경사진 소정의 입사각(θ0)을 형성한다. 상기 입사각(θ0)은 상기 경사각(θ) 과 같을 수도 있다.
도 14는 노광 빔의 이탈각(Δθ)과 이미지들(x0, x1 및 x2)의 변위(displacement) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 상기 노광 빔이 표준 경로에서 소정의 이탈각(Δθ)만큼 벗어나서 상기 광학 마스크(270)로 입사되는 경우, 상기 기준광(250) 및 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252) 역시 도시한 것처럼 상기 이탈각(Δθ)만큼 표준 경로에서 이탈된다. 상기 표준 경로는 완전한 텔레센트리시티를 갖는 노광 시스템에서 상기 노광 빔이 진행하는 경로를 의미하며, 도면 참조 번호들 SP0, SP1 및 SP2 는 각각 상기 기준광(250), 제 1 비교광(251) 및 제 2 비교광(252)의 표준 경로(standard path)를 나타낸다. 일반적인 경우, 상기 노광 빔의 표준 경로는 상기 광학 마스크(270)에 수직으로 입사되지만, 사입사 조명(off-axis illumination)이 적용되는 실시예의 경우, 상기 노광 빔은 상기 광학 마스크(270)에 경사지게 입사되는 표준 경로를 가질 수도 있다. 결과적으로, 상기 이탈각(Δθ)은 실제 노광 공정에서 사용되는 노광 빔이 이상적인 노광 공정에서 요구되는 노광 빔의 표준 경로에 대해 형성하는 각도 차이를 의미한다.
상기 이탈각이 사라지지 않을 때(즉, Δθ ≠ 0), 상기 결상면(300)에 형성되는 기준 이미지(x10), 제 1 비교 이미지(x11) 및 제 2 비교 이미지(x12)는 상기 표준 경로를 따를 때(즉, Δθ = 0) 상기 결상면(300)에 형성되는 기준 이미지(x0), 제 1 비교 이미지(x1) 및 제 2 비교 이미지(x2)로부터 벗어난다. 이러한 기준 이미지의 변위(displacement, Δx0), 제 1 비교 이미지의 변위(Δx1) 및 제 2 비교 이미지의 변위(Δx2)는 각각 아래의 식 2 내지 4와 같이 표현된다.
Figure 112004060388205-pat00004
Figure 112004060388205-pat00005
Figure 112004060388205-pat00006
한편, 실제 측정에서는 상기 이탈각이 영인 경우의 이미지들(x0, x1, x2)은 관찰되지 않는다. 따라서, 상기 변위들 각각(Δx0, Δx1, Δx2)은 실제로 측정될 수 없다. 하지만, 도 14에 도시한 것처럼, 상기 기준광(250)에 비해 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)은 기울어진 각도로 상기 초점면(290) 및 상기 결상면(300)에 입사되기 때문에, 상기 비교광들(251, 252)에 의해 형성되는 이미지 변위들(Δx1, Δx2)은 상기 기준광(250)에 의해 형성되는 이미지 변위(Δx0)에 비해 크다. 이러한 변위들 사이의 차이는 위 식 2 내지 4를 이용하여 아래 식들 5 및 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00007
Figure 112004060388205-pat00008
위 식들 5 및 6에서 기준 이미지(x10), 제 1 비교 이미지(x11) 및 제 2 비교 이미지(x12)의 위치는 측정될 수 있는 값들이고, 상기 길이들 L1 및 L2는 상기 초점면(290)과 상기 결상면(300) 사이의 거리(Z) 및 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)의 입사각(θ0)을 알 경우 아래 식 7에 의해 계산될 수 있는 크기이다.
Figure 112004060388205-pat00009
하지만, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 비교광들(251, 252)이 상기 기준광(250)에 대해 대칭적 경로를 갖기 때문에, 상기 길이들 L1 및 L2에 대한 의존성없이(independently) 상기 변위들(Δx0, Δx1, Δx2)과 상기 이탈각(Δθ) 사이의 관계를 표현할 수 있다. 즉, 위 식 5 내지 7로부터 상기 길이들 L1 및 L2에 대한 의존성을 갖지 않는 아래 식 8을 얻을 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00010
한편, 상기 변위들(Δx0, Δx1, Δx2)은, 도 14에 도시된 것처럼, 아래 식들 9 내지 11에 의해 표현되는 기하학적 관계를 갖는다.
Figure 112004060388205-pat00011
Figure 112004060388205-pat00012
Figure 112004060388205-pat00013
여기서, 위 식 8의 좌변은 위 식들 9 내지 11을 이용하여 아래 식 12와 같이 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00014
알려진 것처럼, 상기 이탈각(Δθ)이 매우 작은 크기일 경우, 위 식의 tanΔθ 항은 Δθ로 근사될 수 있다(tanΔθ~Δθ, for Δθ≪1). 본 발명에 따르면, 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)은 이러한 근사식을 충족시킬 정도록 작기 때문에, 위 수학식 12는 다시 아래 식 13과 같이 쓰여질 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00015
위 식 8과 13을 조합함으로써, 노광빔의 이탈각(Δθ)과 이미지들의 위치 사이의 정량적 관계를 측정가능한 변수들에 의해 표현하는 아래 식 14 및 15를 얻을 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00016
Figure 112004060388205-pat00017
위 식 15에 의해, 소정의 결상면(300)에서 측정되는 기준 이미지(x10)와 비교 이미지들(x11, x12) 사이의 거리들(D1 및 D2)을 측정하면, 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정할 수 있다(도 6의 140). 이때, 상기 비교광(251, 252)의 표준 입사각(θ0)는 상기 렌즈계(280)를 포함하는 노광 시스템이 최적화된 상태에서 결정되는 구조적 변수의 하나이다. 또한, 상기 초점면(290)과 실제 결상면(300) 사이의 거리(Z)는 경로 이탈 측정 과정에서 임의적으로 조절될 수 있는 공정적 변수들의 한가지이다. 이러한 시스템의 구조적 변수들 또는 공정적 변수들은 측정 또는 계산을 통해 정밀하게 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광학 마스크(270)는 한 개의 기준 패턴과 한 개의 비교 패턴으로 구성될 수도 있다. 이러한 실시예의 경우, 위 식 5, 9 및 10을 이용하면, 노광빔의 이탈각(Δθ)과 이미지들의 위치 사이에 성립하는 아래 식들 16 및 17을 얻을 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00018
Figure 112004060388205-pat00019
정리하면, 본 발명은 기준 패턴 및 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 제공한다. 이때, 상기 기준 패턴은 소정의 기준광을 결상하는데 이용되고, 상기 비교 패턴은 상기 기준 광과의 비교를 위한 비교광을 결상하는데 이용된다. 상기 비교광은 상기 기준광에 대해 평행하지 않게 진행한다. 이를 위해, 상기 비교 패턴은 상기 노광 빔을 굴절시킬 수 있는 굴절 유발 패턴이다. 예를 들면, 상기 비교 패턴은 프리즘 패턴(prismatic pattern), 계단형 패턴(echelon pattern), 계단식 회절 격 자(echelon grating) 및 투과형 회절 격자(transmission grating) 중에서 선택된 적어도 한가지일 수 있다.
이에 더하여, 본 발명에 따르면, 결상 과정은 오초점된 조건에서 수행된다. 이러한 오초점 결상 과정에 의하면, 이탈각(Δθ)이 0이 아닌 경우, 상기 비교광과 기준광에 의해 형성되는 이미지들의 변위는 달라진다. 이에 따라, 상기 이탈각(Δθ)은, 아래 식 18에 의해 표현되는 것처럼, 서로 다른 각도로 입사되는 기준광과 비교광이 만드는 이미지들의 위치, 상기 비교광의 표준 입사각(θ0)을 포함하는 구조적 변수(S), 상기 오초점 조건을 포함하는 공정적 변수(P)의 함수로 표현될 수 있다.
Figure 112004060388205-pat00020
결과적으로, 계산 또는 측정을 통해 위 식 18의 우변의 변수들을 결정하면, 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정될 수 있다. 영(null)이 아닌 이탈각(Δθ)이 검출될 경우, 이를 보정하는 단계가 상기 이탈각을 결정하는 단계(140) 이후에, 추가적으로 실시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기준광을 만드는 기준 패턴 및 상기 기준광에 대해 경사진 비교광을 만드는 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 제공한다. 상기 기준광과 상기 비교광 사이의 경사각에 의해, 소정의 노광빔이 영이 아닌 이탈각으로 상기 광학 마스크에 입사될 경우, 상기 기준광과 상기 비교광에 의해 결상되는 이미지들의 변위가 달라진다.
본 발명의 경로 이탈 정도 측정 방법에 따르면, 상기 이탈각과 이미지 변위 사이의 상술한 관계를 이용하여, 이미지 변위에 대한 측정을 통해 노광 빔의 이탈각을 결정할 수 있다. 이미지 변위는 한번의 결상 과정을 통해 측정될 수 있기 때문에, 상기 노광 빔의 이탈각은 기계적 위치 이동에 따른 시스템의 기계적 오차에 의한 영향없이 정밀하게 측정될 수 있다.

Claims (29)

  1. 노광 빔(exposure beam)의 진행 경로 상에 배치되는 마스크 기판;
    상기 마스크 기판에 형성되어, 상기 노광 빔을 소정의 기준 방향(reference direction)으로 진행시키는 기준 패턴(reference pattern); 및
    상기 마스크 기판에 형성되어, 상기 노광 빔을 상기 기준 방향에 대해 소정의 경사각을 갖는 방향으로 진행시키는 적어도 한 개의 비교 패턴(comparative pattern)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 패턴은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴(attenuated pattern) 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교 패턴은 상기 기준 패턴의 양 측에 각각 배치되는 제 1 비교 패턴과 제 2 비교 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴은 상기 기준 패턴으로부터 동일 한 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 비교 패턴은 상기 제 1 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각(zenith angle) 및 φ의 방위각(azimuthal angle)에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성되고,
    상기 제 2 비교 패턴은 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각 및 (φ+π)의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔들이 상기 기준 방향에 대해 면대칭적(plane-symmetrical) 진행 경로를 갖도록, 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴은 상기 기준 패턴을 기준으로 서로 면대칭적 구조인 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 비교 패턴 및 상기 제 2 비교 패턴은 프리즘 패턴(prismatic pattern), 계단형 패턴(echelon pattern), 계단식 회절 격자(echelon grating) 및 투과형 회절 격자(transmission grating) 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특 징으로 하는 광학 마스크.
  8. 노광 빔의 진행 경로 상에 배치되는 마스크 기판;
    상기 마스크 기판에 형성되어, 상기 노광 빔을 소정의 기준 방향으로 진행시키는 제 1 및 제 2 기준 패턴들; 및
    상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들로부터 이격되어 상기 마스크 기판에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 비교 패턴들을 구비하되,
    상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들은 상기 제 1 비교 패턴과 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔들이 상기 기준 방향에 대해 대칭적 진행 경로를 갖도록, 상기 기준 패턴을 기준으로 서로 대칭적 구조이고,
    상기 제 1 비교 패턴은 상기 제 1 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각(zenith angle) 및 φ의 방위각(azimuthal angle)에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성되고,
    상기 제 2 비교 패턴은 상기 제 2 비교 패턴을 통과한 노광 빔이 상기 기준 방향에 대해 θ의 천정각 및 (φ+π)의 방위각에 의해 정의되는 방향으로 진행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 비교 패턴 및 상기 제 2 비교 패턴은 프리즘 패턴, 계단형 패턴, 계단식 회절 격자 및 투과형 회절 격자 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광학 마스크.
  12. 기준 패턴 및 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비하는 단계;
    소정의 노광 빔을 사용하는 노광 시스템(exposure system) 내에 상기 광학 마스크를 로딩하는 단계;
    상기 노광 빔을 사용하여 상기 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영함(project the optical mask on an image plane)으로써, 상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴에 상응하는 기준 이미지 및 비교 이미지를 상기 결상면(image plane)에 결상(imaging)하는 단계;
    상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리를 측정하여 상기 노광 빔의 이탈각(aberration angle)을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 기준 패턴 및 상기 비교 패턴은 이들을 각각 통과하는 노광 빔들의 방향이 달라지도록 서로 다른 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리(D), 상기 노광 시스템의 구조에 의해 결정되는 구조 변수(S) 및 상기 결상 단계에서의 공정 조건에 의해 결정되는 공정 변수(P)에 의해 표현될 수 있는
    Figure 112004060388205-pat00021
    의 관계를 이용하여 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 노광 시스템은 상기 광학 마스크와 상기 결상면 사이에 배치되어, 상기 광학 마스크를 통과한 노광 빔의 초점을 소정의 초점면(focal plane)에 초점맞추는 렌즈계(lens system)를 더 구비하는 것을 특징으로 광로 이탈 정도 측정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준 및 비교 이미지를 상기 결상면에 결상하는 단계는
    상기 결상면을 상기 초점면으로부터 소정의 디포커스 길이(defocus length)만큼 이격된 디포커스 위치(defocused position)에 배치하는 디포커스 조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 기준 이미지와 상기 비교 이미지 사이의 거리(D), 상기 결상면과 초점면 사이의 디포커스 길이(Z), 상기 비교 이미지를 결상하는 노광 빔의 표준 입사각(θ0) 및 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ) 사이의 정량적 관계를 표현하는
    Figure 112004060388205-pat00022
    의 방정식을 사용하여 결정하되,
    상기 표준 입사각(θ0)은 노광 빔의 이탈각이 0인 조건에서 상기 비교 이미지를 만드는 비교광이 상기 결상면에 입사되는 각도인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 기준 패턴은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교 패턴은 프리즘 패턴, 계단형 패턴, 계단식 회절 격자 및 투과형 회절 격자 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  19. 기준 패턴 및 상기 기준 패턴의 양 측에 각각 배치되는 제 1 비교 패턴과 제 2 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비하는 단계;
    소정의 노광 빔을 사용하는 노광 시스템 내에 상기 광학 마스크를 로딩하는 단계;
    상기 노광 빔을 사용하여 상기 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영함으로써, 상기 기준 패턴, 상기 제 1 비교 패턴 및 상기 제 2 비교 패턴들에 상응하는 기준 이미지, 제 1 비교 이미지 및 제 2 비교 이미지를 상기 결상면에 결상하는 단계;
    상기 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리 및 상기 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리를 측정하여 상기 노광 빔의 이탈각(aberration angle)을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 기준 패턴 및 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들은 이들을 각각 통과하는 노광 빔들의 방향이 달라지도록 서로 다른 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리(D1), 상기 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리(D2), 상기 노광 시스템의 구조에 의해 결정되는 구조 변수(S) 및 상기 결상 단계에서의 공정 조건에 의해 결정되는 공정 변수(P)에 의해 표현될 수 있는
    Figure 112004060388205-pat00023
    의 관계를 이용하여 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 노광 시스템은 상기 광학 마스크와 상기 결상면 사이에 배치되어, 상기 광학 마스크를 통과한 노광 빔의 초점을 소정의 초점면(focal plane)에 초점맞추는 렌즈계(lens system)를 더 구비하는 것을 특징으로 광로 이탈 정도 측정 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 기준 이미지, 제 1 비교 이미지 및 제 2 비교 이미지를 상기 결상면에 결상하는 단계는
    상기 결상면을 상기 초점면으로부터 소정의 디포커스 길이(defocus length)만큼 이격된 디포커스 위치(defocused position)에 배치하는 디포커스 조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리(D1), 상기 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리(D2), 상기 결상면과 초점면 사이의 디포커스 길이(z), 상기 비교 이미지들을 결상하는 노광 빔의 표준 입사각(θ0) 및 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ) 사이의 정량적 관계를 표현하는
    Figure 112004060388205-pat00024
    의 방정식을 사용하여 결정하되,
    상기 표준 입사각(θ0)은 노광 빔의 이탈각이 0인 조건에서 상기 비교 이미지를 만드는 비교광이 상기 결상면에 입사되는 각도인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 기준 패턴은 차광 패턴, 크롬 패턴, 감쇠 패턴 및 위상 쉬프트 패턴 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들은 프리즘 패턴, 계단형 패턴, 계단식 회절 격자 및 투과형 회절 격자 중에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  26. 제 1 기준 패턴, 제 2 기준 패턴, 제 1 비교 패턴 및 제 2 비교 패턴을 구비하는 광학 마스크를 준비하는 단계;
    소정의 노광 빔을 발생시키는 광원 및 상기 노광 빔을 소정의 초점면에 초점맞추는 렌즈계를 구비하는 노광 시스템 내에 상기 광학 마스크를 로딩하는 단계;
    상기 노광 빔을 사용하여 상기 광학 마스크를 소정의 결상면에 투영함으로써, 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들 그리고 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들에 상응하는 제 1 및 제 2 기준 이미지들 그리고 제 1 및 제 2 비교 이미지들을 상기 결상면에 결상하는 단계;
    상기 제 1 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리 및 상기 제 2 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리를 측정하여 상기 노광 빔의 이탈각(aberration angle)을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 결상하는 단계는 상기 초점면으로부터 소정의 디포커스 길이(defocus length)만큼 이격된 디포커스 위치(defocused position)에 상기 결상면을 배치하는 디포커스 조건에서 실시하고,
    상기 광학 마스크를 준비하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들을 통과한 노광 빔들은 서로 평행하고, 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들을 통과한 노광 빔 들은 서로 다른 방향으로 진행하도록 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들 그리고 상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 제 1 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리(D1), 상기 제 2 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리(D2), 상기 노광 시스템의 구조에 의해 결정되는 구조 변수(S) 및 상기 결상 단계에서의 공정 조건에 의해 결정되는 공정 변수(P) 에 의해 표현될 수 있는
    Figure 112004060388205-pat00025
    의 관계를 이용하여 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 노광 빔의 이탈각을 결정하는 단계는
    상기 제 1 기준 이미지와 상기 제 1 비교 이미지 사이의 거리(D1), 상기 제 2 기준 이미지와 상기 제 2 비교 이미지 사이의 거리(D2), 상기 결상면과 초점면 사 이의 디포커스 길이(Z), 상기 비교 이미지들을 결상하는 노광 빔의 표준 입사각(θ0) 및 상기 노광 빔의 이탈각(Δθ) 사이의 정량적 관계를 표현하는
    Figure 112004060388205-pat00026
    의 방정식을 사용하여 결정하되,
    상기 표준 입사각(θ0)은 노광 빔의 이탈각이 0인 조건에서 상기 비교 이미지를 만드는 비교광이 상기 결상면에 입사되는 각도인 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 비교 패턴들은 각각 상기 제 1 및 제 2 기준 패턴들의 둘레에 서로 대칭적 구조를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 광로 이탈 정도 측정 방법.
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