KR101201598B1

KR101201598B1 - 패턴 중첩에 의한 결상 광학 시스템의 측정

Info

Publication number: KR101201598B1
Application number: KR1020120033180A
Authority: KR
Inventors: 라즈 비쉬마이에르; 롤프 프라이만
Original assignee: 칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-11-14
Also published as: TWI473964B; JP2012216826A; KR20120112227A; DE102011006468B4; DE102011006468A1; JP5069809B1; US20120249985A1; TW201245658A

Abstract

본 발명은 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 장치로서, 결상 광학 시스템의 빔 경로 상류에 배치될 수 있고 제1 격자 구조(16)를 갖는 제1 격자 패턴(6), 결상 광학 시스템의 빔 경로(4) 하류에 배치될 수 있고 제2 격자 구조(18)를 갖는 제2 격자 패턴(8), 및 제1 격자 패턴(6)의 제1 격자 구조(16)를 제2 격자 패턴(8)의 제2 격자 구조(18) 상에 결상하는 중에 생성되는 중첩 프린지 패턴을 공간 분해 측정하기 위한 센서 유닛을 포함하는 측정 장치에 관한 것이다. 제1 격자 구조(16)는 제2 격자 구조(18)로부터 소정 방식으로 편향되고, 스케일 변환에 의해 제2 격자 구조(18)로 변환될 수 없거나, 제1 격자 구조(16)와 제2 격자 구조(18)는 보정 구조(17)에 의해 상이하다. 본 발명은 또한, 이 형태의 장치를 갖는 투영 노광 기구, 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 센서 유닛, 및 관련 방법에 관한 것이다.

Description

패턴 중첩에 의한 결상 광학 시스템의 측정{MEASUREMENT OF AN IMAGING OPTICAL SYSTEM BY SUPERPOSITION OF PATTERNS}

본 발명은 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 장치와 방법, 이 형태의 장치를 갖는 투영 노광 기구, 및 이 형태의 측정에 사용하기 위한 센서 유닛에 관한 것이다.

미국 특허 제5,973,773호 및 미국 특허 제5,767,959호는, 제1 피치를 갖는 제1 격자가 광원과 광학 시스템 사이의 투명 기판 상에 배치되고 그 왜곡이 측정되도록 의도된 왜곡 측정 장치를 개시하고 있다. 제2(상이한) 피치를 갖는 제2 격자가 화상을 기록하기 위한 센서와 광학 시스템 사이의 추가 투명 기판 상에 배치된다. 두 격자의 조명(illumination) 중에, 센서 상에는 제1 및 제2 격자의 피치를 여러 자릿수 초과하는 피치를 갖는 모아레 프린지(Moire fringe) 패턴이 센서 상에 생성된다. 광학 시스템의 왜곡은 센서 상의 조사 강도를 광학 시스템에 왜곡이 전혀 존재하지 않는 경우의 예상 강도와 비교함으로써 측정된다. 예시적인 일 실시예에서, 제2 격자를 갖는 투명 기판은 설치 공간을 절감하기 위해 센서 상에 직접 배치된다.

DE 10 2008 042 463 B3호는 노광 방사선의 특성을 측정하기 위한 광학 센서 및 측정 데이터 형태의 측정된 특성을 측정 장치 외부에 배치된 데이터 수신기에 전송하도록 구성된 데이터 인터페이스를 갖는, 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 기구용 광학 측정 장치를 기재하고 있다. 측정 장치는 이 측정 장치를 투영 노광 기구의 웨이퍼 평면에 배열하기 위한 판으로서 구성될 수 있다.

DE 102 53 874 A1호는 광학 기능 부품 및 관련 기능 부품을 생산하기 위한 방법을 개시하고 있다. 기능 부품은 제1 파장 범위의 전자기 방사선을 제2 파장 범위의 전자기 방사선으로 변환하기 위한 주파수 변환층을 갖는다. 주파수 변환층은 기능 부품의 두 광학 부품 사이에 강제-끼움 연결을 생성할 수 있으며, 예를 들어 형광 키트 형태로 구성될 수 있다. 기능 부품은 예를 들어 모아레 측정 기술용 격자를 생산하는데 이용될 수 있다.

WO 2009/033709 A1호는 공중 화상(aerial image)의 위치를 측정하기 위한 결상 마이크로광학 유닛 형태의 측정 기구를 개시하고 있다. 확대 광학 유닛(예를 들어 200배 또는 400배 확대를 위한 현미경 대물렌즈)과 편향 미러를 갖는 마이크로광학 유닛은 웨이퍼 스테이지 구역에 배치될 수 있으며, 이 구역과 모션-커플링되거나 그것에 통합될 수 있다. 이러한 마이크로광학 유닛을 사용함으로써, 상이한 리소그래피 기구의 공중 화상 사이의 비간섭적 비교를 수행할 수 있다.

US 2009/0257049 A1호는 모아레 측정 기술을 이용하여 리소그래피 기구를 측정하기 위한 장치를 기재하고 있다. 이 문서에서는, 침지 액체가 충전될 수 있는 콘테이너의 바닥에 부착되는 창에 모아레 격자가 제공된다. 창은 예를 들어 자외선과 같은 비가시광선을 가시광선으로 변환하기 위해 형광 물질로 구성될 수 있다.

그 간격이 이 경우에 사용되는 결상 광학 시스템의 분해능 한계에 근사한 마스크 상의 구조를 결상하기 위해 "광근접 보정(Optical Proximity Correction: OPC)" 보정 구조로 지칭되는 것을 사용하기 위한 마이크로리소그래피용 투영 노광 기구도 공지되어 있다. 이들 OPC 보정 구조는, 각각의 경우에 결상될 구조 또는 보정 구조와 매치되는 조도 분포("소스-마스크 최적화"로 지칭됨)와 더불어, 결상 광학 시스템의 대상 평면(object plane)에 결상될 구조의 화상[이 화상은 (보정 구조가 없는) 결상될 마스크의 구조에 대응함]을 생성할 수 있게 한다.

본 발명의 목적은 결상 광학 시스템을 특히 그 분해능 특성의 한계가 예를 들어 엄폐된 광학 시스템에서 결상되는 구조의 위치 및 배향에 의존할 경우 그 분해능 특성의 한계에서 정밀 측정할 수 있는 장치, 이 형태의 장치를 갖는 투영 노광 기구, 방법 및 센서 유닛을 제공하는 것이다.

이 목적은 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 장치로서, 빔 경로 내에 결상 광학 시스템의 상류에 배치될 수 있고 제1 격자 구조를 갖는 제1 격자 패턴, 빔 경로 내에 결상 광학 시스템의 하류에 배치될 수 있고 제2 격자 구조를 갖는 제2 격자 패턴, 및 제1 격자 패턴의 제1 격자 구조를 제2 격자 패턴의 제2 격자 구조 상에 결상하는 중에 생성되는 중첩 프린지 패턴을 공간 분해능 측정하기 위한 센서 유닛을 포함하는 측정 장치에 의해 달성된다. 패턴 중첩에 의한 측정 장치에서, 제1 격자 구조는 제1 격자 구조가 스케일 변환에 의해 제2 격자 구조로 변환될 수 없도록 또는 제1 격자 구조 및 제2 격자 구조가 (동일한 크기로 스케일링될 때에도) 보정 구조에 의해 상이하도록 제2 격자 구조로부터 소정 방식으로 벗어난다.

모아레 방법으로 지칭되기도 하는, 패턴 중첩에 의한 측정을 위한 종래의 측정 방법에서, 제1 격자 패턴은 대상 평면에 배치되고 제2 격자 패턴은 측정될 광학 시스템의 화상 평면에 배치되며 두 개의 중첩 격자 구조는 스케일 변환에 의해 즉, 스케일 변화(광학 시스템의 결상 스케일에 의한 확대 또는 축소)에 의해 상호 변환될 수 있도록 선택된다. 예를 들어, 리소그래피 기구에서 흔히 사용되는 0.25의 결상 스케일에 의하면, 제1 격자 패턴의 격자 구조는 4배의 축소에 의해 제2 격자 패턴의 격자 구조로 변환될 수 있다.

본 발명의 발명자들은 광학 시스템의 광학 특성, 특히 왜곡 또는 "임계 치수(Critical Dimension: CD)"의 정밀한 특징화를 위해서는 결상 광학 시스템 자체의 특성뿐 아니라 결상될 구조 및 조명 설정도 중요하다는 것을 인식했다. 둘 이상의 광학 시스템의 비교를 위해, 특히 다중 노광에 대한 그 적합성 측면에서, 측정 결과에 대한 결상될 구조 및 결상 광학 시스템의 조명 시스템의 영향을 상호 별개로 결정할 필요는 없다. 오히려, 비교될 광학 시스템에서 동일한 조건이 생성되면, 즉 결상될 동일 구조 및 동일한 조명 설정이 선택되고 양 광학 시스템의 측정 결과가 상호 비교되면 충분하다. 이러한 비교는, 작동 중에 있는 둘 이상의 광학 시스템에 대해서, 예를 들어 상이한 개소에 위치하는 두 개의 투영 노광 기구에 대해서 "현장에서" 이루어질 수 있다.

패턴 중첩에 의해 정밀 측정을 하기 위해서는, 격자 구조 또는 격자 라인의 구조 크기가 결상 광학 시스템의 분해능 한계에 접근하도록 각 격자 구조의 격자 라인의 피치가 매우 작을 필요가 있으며, 이에 따라 격자 라인의 공간 주파수는 충분히 크게 선택될 필요가 있다. 이러한 작은 피치의 경우에도 제1 격자 구조의 화상이 그 형태 및 기하구조의 측면에서 가능한 한 정밀하게 제2 격자 구조와 매치되도록 보장하기 위해서는, 격자 구조를 이들 격자 구조가 서로 어긋나도록 그리고 (측정될 광학 시스템의 결상 스케일에 의한) 스케일 변환, 즉 확대 또는 축소에 의해 상호 변환될 수 없도록 변화시키는 것이 제안된다.

이 목적을 위해서, 제1 격자 패턴의 격자 구조 및/또는 제2 격자 패턴의 격자 구조는 보정 구조를 가질 수 있다. 보정 구조는 여기에서, 보정 구조를 사용한 결상 중에 제1 격자 구조의 화상이 보정 구조를 사용하지 않는 경우보다 강력하게 제2 격자 구조에 접근하도록 선택된다.

특히, 선택된 위치에서의 제1 격자 패턴의 격자 구조는, 화상 평면에서의 결상 중에 제1 격자 패턴의 격자 구조의 최적 화상, 즉 결상 스케일에 의해 스케일링되고 제2 격자 패턴의 격자 구조에 가능한 한 가깝게 매칭되는 화상이 생성되도록 국소적으로 변경될 수 있다. 패턴의 중첩에 있어서 보정 구조의 사용은, 전술했듯이 결상 광학 시스템의 특성을 단독으로, 즉 결상될 구조의 영향이 없이 특징화할 필요가 없기 때문에 가능하다. 본 명세서에 제안된 측정 방법에서 두 격자 구조의 중첩 프린지 패턴의 평가는 종래의 모아레 측정 방법과 유사하게 이루어질 수 있음을 알아야 한다.

일 실시예에서, 제1 격자 구조는 OPC 보정 구조를 갖는다. 이들은 제2 격자 패턴의 제2 격자 구조와 가능한 한 정확하게 매치되는 제1 격자 구조의 화상을 발생시키는 작용을 하도록 의도된다. 결상 시스템의 분해능 한계 근처에서 격자 구조를 결상하기 위해서, 필요할 경우 보정 구조 또는 결상될 격자 구조와 매치되는 조도 분포와 더불어 이상적인 경우에 제2 화상측 격자 패턴의 제2 격자 구조에 대응하는 소정의 화상을 결상 광학 시스템의 대상 평면에 생성하는 "광근접 보정(OPC)" 보정 구조로 지칭되는 것을 사용하는 것이 제안된다. 이러한 OPC 보정 구조는 예를 들어 본 명세서에 원용되는 US 2006/0248497 A1호에 기재되어 있다.

하나의 발전예에서, 상기 장치는 제1 격자 패턴의 제1 격자 구조를 조명하기 위한 조명 시스템을 가지며, 상기 조명 시스템의 적어도 하나의 조명 파라미터는 보정 구조와 매치된다. 제1 격자 구조의 결상 중에, 제2 격자 구조와 가능한 한 정밀하게 매치되는 화상을 얻기 위해서, 조명 시스템의 조명 파라미터는 사용된 보정 구조 또는 사용된 제1 격자 구조와 매치될 수 있다. 이를 위해서, 쌍극 또는 사중극 조명과 같은 상이한 조명 설정을 제공하거나 또한 유연성 조명 동공을 설정하기 위한 조작 장치가 조명 시스템에 사용될 수 있다. 특히, 예를 들어 플레이트형 조명 필터와 같은 교체식 조명 필터가 조명 시스템 내에 조작 장치로서 제공될 수 있으며, 이는 상이한 조명 설정을 가능하게 하고, 이는 또한 특히 각각 사용되는 격자 패턴 또는 각각의 경우에 사용되는 격자 구조에 매치될 수 있다. 소정 화상을 생성하기 위한 조명 설정 및 보정 구조의 조합은 "소스-마스크 최적화"로 지칭되기도 하며, 통상 측정될 결상 광학 시스템의 결상 특성의 컴퓨터 모델에 기초하고 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 격자 패턴은 다수의 격자 구조를 가지며, 상이한 격자 구조의 격자 라인의 피치는 서로 상이하다. 이 실시예에서, 다수의 격자 구조는 상이한 피치에서의 결상 광학 시스템의 전사 기능을 평가할 수 있도록 공통 격자 패턴의 상이한 위치에 제공된다. 여기에서 격자 구조는 주기적 구조를 갖는 유한 표면적을 의미하는 것으로 이해된다. 격자 구조는 예를 들어 라인 격자, 도트 격자로서, 만곡 격자 라인을 갖는 구조 등으로서 구성될 수 있다.

하나의 추가 실시예에서, 제1 및 제2 격자 패턴은 상이한 공간 배향(spatial orientation)을 갖는 다수의 격자 구조를 갖는다. 상이한 피치의 선택에 대안적으로 또는 추가적으로, 광학 전사 또는 결상에 필요한 0차, 1차 및 적절한 경우 고차의 회절이 결상 광학 시스템을 통해서 상이한 방위각 방향으로 이루어질 수 있고 이를 측정할 수 있도록 격자 구조의 격자 라인의 상이한 배향이 선택되는 것도 가능하다. 상이하게 배향된 격자 구조의 격자 라인은 여기에서 특히 90°이외의 각도를 형성할 수 있으며, 예를 들면 서로에 대해 45°, 30° 등의 각도로 배치될 수 있다.

하나의 발전예에서, 격자 구조의 피치 및/또는 공간 배향은 제1 격자 패턴의 제1 격자 구조에 의해 생성되는 0차 이상의 회절이 적어도 부분적으로 결상 광학 시스템에 의해 엄폐(차폐)되거나 흡수되도록 선택된다. 이들 격자 구조의 피치는 "금지 피치"로서 지칭되기도 한다. 제1 격자 패턴의 격자 구조는 외부 구경 조리개에 의해 결정되는 사용된 개구 내부에서의 광학 시스템에 의한 격자 구조의 결상이 제한되는 것으로 생각되어야 하도록 의도적으로 수학적 모델에 기초하여 선택되는 것이 바람직하다. 이는 예를 들어 중첩 프린지 패턴을 형성하기 위한 두 개의 격자 패턴의 격자 구조의 중첩에서의 화상 콘트라스트가 감소하도록 0차 이상의 회절이 완전히 전사되지 않도록 격자 구조의 피치 및/또는 배향이 선택되는 경우이다. 유사한 콘트라스트-감소 효과는 제한된 범위["플레어(flare)"]를 갖는 미광(stray light)에 의해서 또는 수차에 의해서 초래될 수도 있다. 모든 결상 시스템에서, 결상될 구조의 회절 차수의 차폐는 에지에 위치한 구경 조리개에 의해서 또는 엄폐 조리개(중심에 위치)에 의해서 발생한다. 마지막 경우는 중심 엄폐로서 지칭되는 바, 즉 사용되는 개구 내부의 동공 평면의 일부는 예를 들어 동공 구역에 배치된 미러 상에 관통-구멍이 제공되기 때문에 엄폐된다. 이러한 시스템은 예를 들어 DE 10 2008 046 699 A1호, DE 10 2008 041 910 A1호, US 6,750,948 B2호 또는 WO 2006/069725 A1호에 기재되어 있다. 이 형태의 소위 엄폐된 광학 시스템에서, 분해능 특성의 한계와 그로인한 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트는 격자 구조의 위치와 배향에 의존한다. 엄폐에 추가적으로, 분절된(segmented) 미러의 세그먼트 사이의 갭도 상응하는 효과를 가질 수 있다.

하나의 추가 실시예에서, 상기 장치는 격자 패턴을 서로에 대해 변위시키기 위한 적어도 하나의 이동 기구를 추가로 포함한다. 여기에 사용된 중첩 측정 기술의 경우에 격자 패턴이 서로에 대해 이동, 특히 변위되기 때문에, 미광, 엄폐 및 수차에 의해 초래되는 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트의 변화를 구별할 수 있다. 예를 들어 제한된 범위를 갖는 미광은 따라서 격자 구조의 중첩에 있어서 콘트라스트 감소를 초래하며, 그 절반-피치는 미광 범위에 대응한다. 이방성 미광 형성도 격자 구조의 배향에 따라서 콘트라스트를 상이하게 감소시키며 그에 따라 인식될 수 있다.

하나의 추가 실시예에서, 센서 유닛은 공간 분해능 검출기, 특히 CCD 검출기를 포함하며, 공통 구조 유닛 내의 제2 격자 패턴도 포함한다. 공통 구조 유닛은 1.2mm 미만의 구조 높이를 갖는 것이 바람직하다. 제2 격자 패턴 및 검출기가 공통 구조 유닛에 통합되는 것으로 인해, 휴대용 센서 유닛을 생산할 수 있다. 이 센서 유닛은 웨이퍼 대신 투영 노광 기구의 투영 대상의 화상 평면 내에 플레이트형 구조 유닛으로서 특히 1.2mm 이하의 구조 높이를 갖고 배치될 수 있다.

센서 유닛의 이러한 낮은 구조 높이는 적절하다면 추가로 그 구조 높이에 대해 최적화되는 종래의 CCD 카메라 칩을 검출기로서 사용함으로써 달성될 수 있다. CCD 카메라 칩의 감광층 또는 감광성 검출기 표면에 부착되는 보호 유리는 구조 높이를 낮추기 위해 제거될 수 있다. 센서 유닛의 다른 치수(특히 그 직경)는 웨이퍼의 치수를 초과하지 않도록 선택되기도 하는 것을 알아야 한다.

이 형태의 센서 유닛은 측정, 예를 들면 왜곡 측정을 수행하기 위해 다른 투영 노광 기구에 도입될 수 있다. 여기에서는 관련 대상측(object-side) 격자 패턴이 마스크 대신에 투영 대상 또는 투영 시스템의 대상 평면에 도입될 수 있다. 이런 식으로, 다수의 투영 노광 기구가 다중 노광에 대한 그 적합성을 검사하기 위해서 또는 다중 노광에 대한 투영 노광 기구의 광학 특성과 매치될 수 있도록 현장에서 측정될 수 있다.

하나의 발전예에서는 파장 변환을 위한 주파수 변환 요소(양자 변환기 층)가 제2 격자 패턴과 검출기 사이에 배치되며, 이 주파수 변환 요소는 1㎛ 내지 100㎛, 특히 10㎛ 내지 50㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 파장 변환은 또한 큰 개구 각도로 화상 평면에 입사되는 방사선의 검출을 가능하게 하며, 이는 특히 침지 시스템에서는 내부 전반사의 임계 각도가 초과됨으로 인해 파장 변환 없이 보호 유리로부터 결합해제된 후 검출기 내에 결합될 수 없다. 파장 변환으로 인해, 검출기 상으로의 격자 라인의 전사가, 격자 패턴과 검출기 표면 사이에 연결되고 로우-패스 필터로서 작용하는 이 목적의 (릴레이) 광학 유닛의 사용 없이 억제될 수도 있다. 이를 위해, 주파수 변환 요소는 맞바로, 즉 격자 패턴으로부터 또는 격자 구조로부터 통상 최대 약 20㎛의 거리에 배치되며, 비-주파수변환된 방사선이 검출기 표면에 충돌하는 것을 방지하기에 충분한 두께를 갖는다.

하나의 유리한 발전예에서, 주파수 변환 요소는 공간 분해능 검출기용 보호 유리로서 구성된다. 특히, 보호 유리는 형광 유리로서 또는 섬광 유리로서 구성될 수 있다. 전자의 경우에, 보호 유리는 자외선 파장 범위(예를 들면, 대략 120nm 내지 대략 400nm)와 가시광선 파장 범위(예를 들면, 대략 500nm 내지 대략 700nm) 사이에서의 파장 변환을 수행한다. 소정 특성을 갖는 시판중인 형광 유리는 예를 들어 Sumita로부터의 소위 루미라스(Lumilass) 유리이다. 특히 패턴 중첩에 의해 EUV 리소그래피 기구의 투영 시스템을 측정하기 위한 센서 유닛의 사용에 적합한 것은 섬광 유리이며, 이는 EUV 범위(대략 10nm 내지 50nm)의 방사선을 가시광선 파장 범위로 변환할 수 있다. 예를 들어 Proxitronic에 의해 공급되는 P43 인층(phosphor layer)이 본 적용에 적합한 것으로 입증되었다.

본 발명의 추가 태양은, 결상 광학 시스템으로서의 특히 엄폐된 투영 대상, 및 전술한 바와 같이 구성되는 투영 대상 측정 장치를 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 기구에 관한 것이다. 투영 노광 기구 또는 투영 대상은 예를 들어 193nm와 같은 자외선 파장 범위에서의 조명 또는 EUV 파장 범위(13.5nm)에서의 조명에 적합할 수 있다. 특히, 투영 대상은 (중심) 엄폐를 가질 수 있다.

본 발명의 추가 태양은, 특히 전술한 장치용의, 패턴 중첩에 의한 측정을 위한 센서 유닛으로서, 공간 분해능 검출기, 특히 CCD 검출기, 적어도 하나의 격자 구조를 갖는 격자 패턴, 및 상기 격자 패턴과 상기 공간 분해능 검출기의 방사선-민감성 검출기 표면 사이에 배치되며, 센서 유닛 상에 입사되는 방사선의 파장 변환을 위해 검출기 표면 상에 장착되는 보호 유리 형태의 주파수 변환 요소를 포함하는 센서 유닛에 관한 것이다. 전술했듯이, 주파수 변환 요소로 인해, 릴레이 광학 유닛이 제공될 필요가 없다.

일 실시예에서, 센서 유닛은 1.2mm 미만의 구조 높이를 갖는다. 이러한 낮은 구조 높이는, 격자 구조 또는 주파수 변환 요소의 높이가 무시할 수 있게 낮기 때문에 릴레이 광학 유닛의 생략과 조합되는 공간 분해능(CCD) 검출기의 편평한 설계에 의해 달성될 수 있다. 전술했듯이, 이러한 편평 센서 유닛은 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼 대신에 배치될 수 있다.

추가 실시예에서, 보호 유리는 측정될 결상 광학 시스템이 VUV 방사선에 의해 작동되는지 EUV 방사선에 의해 작동되는지에 따라서 형광 유리 또는 섬광 유리이다.

추가 실시예에서, 공간 분해능 검출기는 측정 신호를 전송하기 위해 측방 배치되는 전기 접점을 갖는다. 예를 들어 CCD 카메라 칩의 연결핀 형태인 전기 접점은, 센서 유닛의 구조 높이를 증가시키지 않도록 및 구조 공간이 제한되는 구역으로부터 측정 데이터 또는 측정 신호를 전송하기 위해 검출기로부터 측방으로 안내된다. 검출기 내에 충분한 수납 공간이 이용될 수 있거나 측정 데이터의 무선 송신을 위한 인터페이스가 존재하는 경우 전기 접점은 제거될 수 있음을 알아야 한다.

추가 실시예에서, 공간 분해능 검출기의 감광 검출기 표면 또는 층의 각 픽셀 상에는 5 내지 50개의 격자 라인 또는 1000개 초과의 격자 라인이 배치된다. 통상적으로, 개별 픽셀(즉, 픽셀의 영역에 걸쳐서 적분되거나 평균화되는 측정 신호를 갖는 센서의 구역)은 예를 들어 대략 10㎛×10㎛ 범위의 크기를 갖는다. VUV 방사선을 사용하는 중첩 측정 기술에서의 격자 라인의 통상적인 선밀도가 (화상 평면에서) 대략 1000 내지 2000 라인(라인 쌍)/mm의 범위에 있기 때문에, 대략 10 내지 20 개의 격자 라인이 얻어지며, 이는 픽셀당 조명 강도에 기여한다. 주파수 변환 층으로 인해, 이들 격자 라인이 CCD 검출기 상으로 전사되는 것을 방지할 수 있다.

EUV 방사선으로 작동되는 결상 광학 시스템을 측정하기 위해 센서 유닛이 사용되면, 왜곡에 대한 상이한 리소그래피 기구의 비교의 정확도에 대한 요구가 증가하도록 포토레지스트 내의 잠상의 보다 작은 구조 폭이 갈구된다. 이들 증가되는 요구는 격자 라인의 증가된 선밀도에 의해, 예를 들면 2000 내지 10,000 라인쌍/mm을 사용함으로써 수용될 수 있다. 심지어 10,000 라인쌍/mm을 사용하는 EUV 방사선의 파장(통상 13.5nm)이 대략 100nm의 피치보다도 작기 때문에, 이러한 격자는 음영 캐스팅(shade casting) 모드로 작동하는 것이 유리하다. 이러한 높은 선밀도는 또한 VUV 범위에서 작동하는 광학 시스템을 측정하기 위해 사용될 수 있음을 알아야 하며, 이러한 높은 선밀도는 이들 시스템의 분해능 한계 범위 내에 있고, 대상측 격자 패턴 상에는 적절하다면 보정 구조가 제공되어야 한다.

본 발명의 추가 태양은 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피용 투영 대상을 측정하기 위한 방법으로서, 결상 광학 시스템의 상류에 배치되는 제1 격자 패턴의 제1 격자 구조를 결상 광학 시스템의 하류에 배치되는 제2 격자 패턴의 제2 격자 구조 상에 결상함으로써 생성되는 중첩 프린지 패턴을 측정하는 단계; 두 개의 격자 패턴을 서로에 대해 변위시키는 동시에 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트를 결정하는 단계; 및 격자 패턴의 상대 이동 중에 모아레 프린지 패턴의 콘트라스트를 평가함으로써 결상 광학 시스템의 엄폐, 수차, 미광 범위 및/또는 왜곡을 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법에 관한 것이다.

패턴 중첩에 의한 측정 장치와 관련하여 추가로 전술했듯이, 결상 광학 시스템의 엄폐, 수차 또는 미광 범위는 측정되는 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 방법에서는 제1 격자 패턴의 경우에 제1 격자 패턴의 격자 구조가 결상 광학 시스템의 결상 스케일을 이용한 스케일링에 의해 제2 격자 패턴의 격자 구조로 변환될 수 없도록 보정 구조를 갖는 격자 구조를 사용할 수 있을 것 같다는 것을 알아야 한다.

일 변형예에서, 선행 방법 단계에서, 제1 격자 패턴 상의 제1 격자 구조는 제1 격자 패턴에 의해 생성되는 0차 이상의 회절이 결상 광학 시스템에 의해 적어도 부분적으로 엄폐되거나 흡수되도록 선택되는 피치 및/또는 배향으로 형성된다. 동일한 피치와 배향을 갖는 대응하는 제2의, 화상측 격자 패턴도 생성되는 것을 알아야 하며, 여기에서는 결상 광학 시스템의 결상 스케일이 고려된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 피치 및/또는 배향은 결상 광학 시스템의 예상(적절하다면 이방성) 미광 범위의 구역에 있도록 선택될 수 있으며 따라서 미광 범위도 중첩 프린지 패턴의 감소된 콘트라스트에 의해 검출될 수 있다. 격자 구조의 피치 또는 배향의 적절한 선택으로 인해, 결상 광학 시스템의 수차를 보다 양호하게 검출하는 것도 가능하다.

상기 방법의 발전예에서, 격자 라인의 피치 및/또는 배향은 결상 광학 시스템을 통한 빔 경로의 수학 모델에 기초하여 결정된다. 예를 들어 종래의 광학 프로그램의 도움으로 확립될 수 있는 결상 광학 시스템의 수학-광학 모델은, 격자 라인의 어느 피치 또는 배향에서, 제1 격자 패턴의 격자 구조에 의해 생성되는 0차 및/또는 1차 회절이 측정 중에 중첩 프린지 패턴의 화상 콘트라스트의 감소가 발생하도록 적어도 부분적으로 엄폐되는지 결정하는 것을 가능하게 만든다.

추가 변형예에서, 상기 방법은 측정 중에 결정된 엄폐, 흡수 구역, 결정된 미광 범위 및/또는 왜곡에 따라서, 결상 광학 시스템의 상류에 연결되는 조명 시스템의 적어도 하나의 조명 파라미터를 변경함으로써 결상 광학 시스템에 대해 보정을 수행하는 단계를 포함한다. 결상 광학 시스템에 관한 측정 중에 결정되는 측정 데이터에 기초하여, 결상 광학 시스템의 상류에 연결되는 조명 시스템의 조명 파라미터를 적절히 조절함으로써 결상의 보정이 이루어질 수 있다.

본 발명의 추가 태양은 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 장치로서, 빔 경로 내에 결상 광학 시스템의 상류에 배치될 수 있고 제1 구조를 갖는 제1 패턴, 빔 경로 내에 결상 광학 시스템의 하류에 배치될 수 있고 제2 구조를 갖는 제2 패턴, 및 제1 패턴의 제1 구조를 제2 패턴의 제2 구조 상에 결상하는 중에 생성되는 중첩 패턴을 공간 분해능 측정하기 위한 센서 유닛을 포함하며, 상기 제1 구조가 스케일 변환에 의해 제2 구조로 변환될 수 없도록 제1 구조는 제2 구조로부터 소정 방식으로 어긋나는 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 이 태양은 전술한 추가 태양의 연장을 나타내며, 여기에서는 주기적 패턴(격자 패턴)이 서로의 상부에서 임의의 소정(주기적일 필요는 없음) 패턴 또는 구조에 대해 결상된다. 이 경우에도, 제1 구조는 결상 중에 제2 패턴의 제2 구조에 가능한 한 정확히 일치하는 제1 구조의 화상을 생성하기 위해 보정 구조, 특히 OPC 보정 구조를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 제2 구조 역시 제1 구조의 화상을 제2 구조에 근사시키기 위해 보정 구조를 가질 수 있음을 알아야 한다.

제1 패턴은 특히 기판(웨이퍼)을 패턴화하기 위해 사용되는 결상될 구조를 갖는 리소그래피 광학계용 노광 마스크일 수 있다.

제2 패턴의 제2 구조는 결상 광학 시스템의 결상 스케일에 의해 제1 패턴의 제1 구조에 대해 크기 감소되기 때문에, 전자빔 묘화(writing)에 의해서 또는 마이크로패턴화를 위한 다른 적절한 방법을 사용하여 제2 패턴의 제2 구조를 생성하는 것이 편리한 것으로 입증되었다.

본 발명의 추가 특징 및 장점은 본 발명에 필수적인 상세를 도시하는 도면을 참조한 본 발명의 예시적 실시예에 대한 하기 설명과, 청구범위에 기인한다. 개별 특징은 각각의 경우에 개별적으로 실현되거나, 본 발명의 변형예에서 임의의 소정 조합으로 그룹지어 실현될 수 있다.

본 발명에 의하면, 결상 광학 시스템의 분해능 한계가 예를 들어 엄폐된 광학 시스템에서 결상되는 구조의 위치 및 배향에 의존할 경우 결상 광학 시스템을 그 분해의 한계에서 정밀 측정할 수 있다.

예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이는 하기 설명에서 후술될 것이다.
도 1은 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 OPC 보정 구조를 갖는 제1 격자 구조, 및 결상 스케일에 의해 크기 감소되고 OPC 보정 구조를 갖지 않는 제2 격자 구조의 개략도이다.
도 3은 격자 라인 사이의 간격과 배향이 상이한 다수의 격자 구조의 개략도이다.
도 4는 패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템을 측정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 1의 장치를 위한 편평 구조의 센서 유닛의 개략도이다.
도 6은 도 5의 센서 유닛의 공간 분해능 검출기의, 서로 이웃하여 배치되는 다수의 픽셀의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 다중 노광을 위한 두 개의 리소그래피 노광 기구의 공중 화상의 간섭성 비교를 위한 측정 장치의 개략도이다.
도 8은 패턴 중첩에 의한 측정 장치를 갖는 엄폐된 EUV 투영 대상의 도시도이다.

도 1은 패턴 중첩에 의해 마이크로리소그래피용 투영 대상 형태의 결상 광학 시스템(2)을 측정하기 위한 장치(1)를 개략 도시한다. 본 예에서의 투영 대상(2)은 광원으로서의 레이저(3)에 의해 발생되는 193nm 파장의 방사선으로 작동하도록 구성된다. 레이저 광은 조명 시스템(5)에 공급되며, 조명 시스템은 투영 대상(2)의 대상 평면(7)에 배치되는 제1 격자 패턴(6)을 조명하기 위한 균질하고 경계가 명료한 화상 필드를 갖는 빔 경로(4)를 생성한다.

제1 대상측 격자 패턴(6)은, 투영 대상(2)의 화상 평면(9)에 배치되는 제2 대상측 격자 패턴(8)의 격자 구조(도 1에 더 자세히 도시되지 않음) 상에 투영 대상(2)을 사용하여 결상되는 격자 구조(도 1에 더 자세히 도시되지 않음)를 포함한다.

예를 들어 0.25일 수 있는 투영 대상(2)의 결상 스케일(β)에 의해 대상측 격자 패턴(6)을 화상측 격자 패턴(8) 상에 결상하는 중에는, 제1 및 제2 격자 패턴(6, 8)의 격자 구조의 피치보다 여러 자릿수 큰 피치를 갖는 중첩 프린지 패턴이 생성된다. 제2 격자 패턴(8) 아래에 배치되는 공간 분해능 검출기(10)는, 평가 기구(도시되지 않음)를 사용하여 평가될 수 있는 중첩 프린지 패턴을 캡처하는 작용을 한다.

대상측 격자 패턴(6)은, 대상 평면(7)에서 본질적으로 공지되는 선형 변위 기구 형태의 이동 기구(12)를 사용하여 변위될 수 있는 투명 기판(11)을 갖는다. 따라서, 화상측 격자 패턴(8) 역시 투명 기판(11)을 가지며, 화상 평면(8)에서 추가 이동 기구(14)를 사용하여 검출기(10)와 함께 변위될 수 있다. 검출기(10)와 제2 격자 패턴(8)의 공통 변위를 허용하기 위해, 이들은 공통 구조 유닛(15)에 수용된다.

도 2에 도시하듯이, 제1 격자 패턴(6)은 그 사이에 일정한 거리를 갖고 배치되는 다수의 격자 라인(16a)을 갖는 만곡 격자 구조(16)를 갖는다. 또한, 제1 격자 패턴(6)의 각 격자 라인(16a)은 만곡 격자 구조(16)의 코너에 보정 구조(17)를 갖는다. 이 보정 구조는 이하에서 "광근접 보정"(OPC)으로도 지칭될 것인 바, 그 이유는 이 용어가 종래 노광 마스크의 보정 구조 용으로 사용되기 때문이다. 마찬가지로 도 2에서 알 수 있듯이, 제2 격자 구조(8)는, 투영 대상(2)의 결상 스케일(β)에 의해 크기 감소되고 격자 라인(18a)을 갖지만 보정 구조는 갖지 않는 만곡 격자 구조(18)를 갖는바, 즉 제1 격자 구조(16)는 모아레 격자에서 보통 그러하듯이 투영 대상(2)의 결상 스케일(β)을 갖는 스케일 변환에 의해 제2 격자 구조(18)로 변환될 수 없다.

격자 라인(16a)의 코너에 예시적으로 도시되어 있는 OPC 보정 구조(17)는, 도 2에서 결상 스케일(β)을 갖는 화살표로 도시하듯이, 격자 구조(16)를 화상 평면(9) 내에 결상할 때 제2 격자 패턴(8)의 제2 격자 구조(18)의 화상과 가능한 한 정확히 일치하는 화상을 형성하기 위해 사용되도록 의도된다. OPC 보정 구조가 제1 격자 패턴(6) 상에 배치되는 기하구조와 위치는 통상적으로 투영 대상(2)을 통한 빔 경로의 수학 모델에 기초하여 결정된다. 특히, 여기에서는 적합한 보정 구조(17)의 결정에 대응하여 조명 시스템(5)의 적절한 조명 설정의 선택이 이루어지도록 또는 결상 시에 조명 시스템(5)의 영향을 고려할 수 있다. 따라서, 제1 격자 구조(16)를 결상할 때 제2 격자 구조(18)를 가능한 한 정확히 재현할 수 있도록 선택된 격자 패턴(6) 또는 선택된 보정 구조(17)에 따라 결정되는 조명 파라미터에 의해 또는 조명 설정에 의해 측정이 이루어진다.

장치(1)를 이용한 측정에서 결정될 왜곡 등과 같은 특징 파라미터는, 화상 평면(9)에서 제1 격자 구조(16)의 화상과 제2 격자 구조(18)의 중첩에 의해 생성되는 프린지 패턴에 대해 측정된다. 여기에서 제1 격자 패턴(6)과 제2 격자 패턴(8)은, 예를 들어 종래의 모아레 측정 기술을 위한 본 출원인에 의한 US 6,816,247호에 기재되어 있듯이, 중첩 프린지 패턴의 위상 이동 평가가 가능하도록 서로에 대해 변위된다.

제1 및 제2 격자 패턴(6, 8)은 통상 단일 격자 구조(16, 18)를 가질 뿐 아니라, 예로서 다섯 개의 격자 구조(18 내지 22)를 갖는 제2 격자 패턴(8)에 대해 도 3에 도시하듯이 복수의 격자 구조를 갖는다. 격자 구조(18 내지 22)의 격자 라인(18a 내지 22a)은 본 예에서 세 개의 다른 피치(d1 내지 d3)와 다른 배향을 갖는다. 이 경우에, 예를 들어, 제1 격자 구조(19)의 격자 라인(19a)과 제5 격자 구조(22)의 격자 라인(22a)은 45°각도로 연장되며, 상이한 격자 구조의 격자 라인은 원칙적으로 서로에 대해 임의의 소정 각도를 형성할 수 있다. [결상 스케일(β)을 고려할 때] 제2 격자 패턴의 격자 구조(18 내지 22)와 일치하는 격자 구조가 제1 격자 패턴(6)에 형성되며, 이들은 도 2에 도시하듯이 보정 구조(17)에 의해 추가로 보충될 수 있음을 알아야 한다.

격자 구조(18 내지 22)의 피치와 배향을 측정될 광학 시스템, 이 경우 투영 대상(2)에 매치시키는 것은 통상 측정에서 결정될 측정 파라미터에 대해 이루어진다. 예를 들어 격자 구조(18 내지 22)의 공간 배향뿐 아니라 피치(d1 내지 d3)는 따라서, 제1 격자 패턴(6)의 제1 격자 구조(16)에 의해 생성되는 1차 회절이 결상 광학 시스템(2)에 의해 적어도 부분적으로 엄폐되도록 선택될 수 있으며, 이는 평가에서 측정될 수 있는 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트의 감소를 초래한다.

도 4는 이러한 엄폐-기초 화상 콘트라스트 감소를 검출하기 위한 방법 프로세스의 흐름도이다. 여기에서, 제1 단계(S1)에서는, 측정될 광학 시스템, 본 예에서 투영 대상(2)의 수학-광학 모델링이 이루어진다. 수학 모델에 기초하여, 제2 단계(S2)에서는, 구조 폭 또는 피치와 격자 구조에 대한 배향이 결정되며, 제1 격자 패턴(6)에 의해 생성되는 회절의 차수(또는 적어도 0차 및/또는 1차 회절)는 적어도 부분적으로 엄폐된다.

제3 단계(S3)에서는, 각각의 경우에 소정 피치 또는 배향을 갖는 격자 구조를 갖는 제1 대상측 격자 패턴(6) 및 관련 제2 화상측 격자 패턴(8)이 생성되며, 반드시 그럴 필요는 없지만 적절하다면 예를 들어 OPC 보정 구조 형태의 보정 구조가 제1 격자 패턴의 격자 구조 상에 배치될 수 있다.

추가적인 제4 단계(S4)에서는, 도 1과 관련하여 기술된 방식으로[즉, 두 개의 격자 패턴(6, 8)이 서로에 대해 변위되는] 측정이 이루어지며, 생성된 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트가 결정된다. 제5 및 최종 단계(S5)에서는, 프린지 콘트라스트 측정이 평가되며, 결상 광학 시스템에 의해 초래되는 엄폐로 인한 콘트라스트 감소에 관한 결론이 도출된다.

도 4에 도시된 방법을 이용한 엄폐에 대한 투영 대상(2)의 측정에 추가적으로 또는 대안적으로, 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트의 변화, 특히 감소에 기초하여 투영 대상(2)의 미광 범위, 특히 짧은 범위 미광("플레어")도 결정될 수 있다. 예로서, 제한된 범위를 갖는 미광은 그 절반-피치가 미광 범위와 일치하는 격자 구조에서의 피치의 콘트라스트 감소를 초래한다. 이방성 미광 형성 또한 격자 구조의 배향에 따라 콘트라스트를 감소시키며, 따라서 검출될 수 있다. 또한, 중첩 프린지 콘트라스트의 측정 또는 중첩 프린지 패턴의 콘트라스트 감소는 또한 검출되는 투영 대상의 수차를 초래할 수 있다.

중첩 프린지 패턴의 콘트라스트 변화에 기초하여, 따라서 투영 대상(2)의 엄폐, 흡수 구역, 미광 범위 및 수차가 결정될 수 있으며, 투영 대상(2)의 "임계 치수(Critical Dimension, CD)"의 이들 측정 변수에 종속되는 균일성["CD Uniformity(CDU)"]에 관한 결론이 도출될 수 있다. 유사한 CDU 값을 갖는 리소그래피 기구에서의 다중 노광이 CDU 값이 상호 크게 상이한 리소그래피 기구에서보다 양호하게 작용하기 때문에 "CDU"는 특히 다중 노광에 있어서 중요한 파라미터이다.

투영 대상(2)을 측정하기 위한 상기 수순은 결상 주기 구조(격자 구조)에 한정되지 않는다. 오히려, 임의의 소정(비주기적) 구조가 서로 상에 결상되는 것도 가능하다. 특히 이 경우의 제1 패턴은 리소그래피 광학계용 노광 마스크일 수 있는 바, 즉 제1 구조는 웨이퍼의 노광을 위해 제공된다. 제2 마스크의 제2 구조는 이 경우에 직접 묘화에 의해, 예를 들면 전자빔을 사용하여 생성될 수 있다.

도 1에서의 측정용 장치(1)의 경우에, 검출기(10)와 제2 격자 패턴(8)을 갖는 구조 유닛(15)은 상이한 광학 시스템을 특징화하기 위한 측정 위치를 나타내는 장치(1)의 고정 부품인 것으로 가정되었다. 그러나, 다수의 광학 시스템, 특히 다수의 리소그래피 기구를 특징화하기 위해서는 위치 고정된 측정 장치 대신에, 패턴 중첩에 의한 측정을 수행할 수 있도록 상이한 리소그래피 기구의 웨이퍼 스테이지 내에 도입될 수 있도록 구성되는 모바일 구조 유닛 형태의 센서 유닛을 제공하는 것이 더 편리할 수 있음을 알아야 한다. 특히, 센서 유닛은 이 경우에 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼 대신 배치될 수 있도록 구성되어야 하며, 즉 센서 유닛의 치수는 웨이퍼의 치수와 거의 일치해야 한다. 이는 웨이퍼가 통상 약 0.7 내지 1mm의 높이만 갖기 때문에 이러한 센서 유닛의 구조 높이에 특히 높은 요구를 부과한다.

도 5는 제2 격자 패턴 또는 제2 격자 패턴(8)의 격자 라인(18a)이 CCD 카메라 칩 형태로 구성되는 검출기(10) 상에 직접, 즉 그 사이에 릴레이 광학 유닛을 연결하지 않고 배치되는 센서 유닛(15)을 도시한다. 격자 라인(18a)은 이 경우 얇은 기판(도 5에 도시되지 않음)(통상 20㎛ 미만의 두께를 가짐) 상에 배치될 수 있거나, 또는 검출기(10)의 감광성 검출기 표면(10a)의 보호를 위해 보호 유리(23) 상에 직접 배치될 수 있다. 센서 유닛(15)의 측정 데이터 또는 측정 신호를 외부 평가 기구에 전송하기 위해, 전기 접점(25)은 센서 유닛(25)의 구조 높이를 증가시키지 않도록 검출기(10) 상에 측방 제공된다. 여기에서 보호 유리(23)는 예를 들어 대략 1㎛ 내지 100㎛, 통상 대략 10㎛ 내지 대략 50㎛의 낮은 두께를 갖는다.

보호 유리(23)는 파장 변환을 위한 주파수 변환 요소로서 구성되며, CCD 칩(10)의 감광 검출기 표면(10a)을 위한 종래의 보호 유리를 대체한다. 보호 유리(23)는 센서 유닛(15)에 입사되는 방사선(24)의 주파수 변환을 위해 작용한다. 여기에서 방사선(24)은 예를 들어 DUV 파장 범위에 있거나 EUV 파장 범위에 있을 수 있으며, 보호 유리(23)에 의해 가시광선 파장 범위의 방사선으로 변환될 수 있다. 제1 경우에 보호 유리는 DUV 파장 범위로부터 VIS 파장 범위로의 주파수 변환을 가능하게 하는 형광 유리로 조성될 수 있으며, 제2 경우에 이는 EUV 파장 범위로부터 VIS 파장 범위로의 주파수 변환을 가능하게 하는 섬광 유리로 조성될 수 있다.

주파수 변환 요소로서 보호 유리(23)를 사용함으로써, 릴레이 광학 유닛을 생략할 수 있고 그로 인해 예를 들어 대략 1.2mm 이하이며 따라서 웨이퍼 높이의 자릿수 이내에 있는 센서 유닛(15)의 구조 높이(h)를 얻을 수 있고, 따라서 특히 리소그래피 기구 웨이퍼 스테이지가 웨이퍼 수용을 위해 예를 들어 0.1 내지 0.5mm 범위의 높이를 갖는 오목부를 가지면 센서 유닛(15)은 웨이퍼 대신에 다른 리소그래피 기구 내에 도입될 수 있다.

주파수 변환 요소 형태의 보호 유리(23)는 특히, 격자 라인(18a)이 감광 표면(10a) 상에 전사되지 않도록 보장한다. 검출기(10)의 감광 표면(10a)의 개별 픽셀(26a 내지 26c)(도 6 참조)이 대략 10㎛ 내지 10㎛의 크기를 가지며 종래의 모아레 격자의 경우에 격자 라인(18a)의 개수는 대략 1000 내지 2000 라인쌍/mm의 범위에 있는 것으로 가정되면, 대략 10 내지 20개의 격자 라인 개수가 초래되고 이는 대략 0.5 내지 1㎛의 픽셀(26a 내지 26c)당 조명 강도, 즉 피치(d1)(도 5 참조)에 기여한다.

도 2와 도 3에 도시된 격자 구조(16, 18 내지 22)에서, 격자 라인(16a, 18a 내지 22a)은 그러나 보다 근접하여 배치되는 바, 즉 예를 들어 100nm 또는 심지어 단지 50nm의 피치(d1)를 달성할 수 있다. 이 경우(적절하다면 EUV 방사선의 사용에 의한 것과 같이), 픽셀(26a 내지 26c)당 격자 라인(18a)의 개수는 예를 들어 5000 또는 10 000개이다. 낮은 피치로 인해, 측정 중의 정확도가 증가될 수 있으며, 이는 특히 다중 노광, 특히 이중 노광과 관련한 다수의 결상 광학 시스템의 비교를 위해서 편리하다.

다중 노광을 수행하기 위해서, 특히 이중 노광["이중 패터닝(double patterning)"]으로 지칭되는 것을 수행하기 위해서는, 연속적인 노광 작업이 레지스트 내에 정확히 중첩되는 잠상을 초래하도록 보장되어야 한다. 또한, 상이한 투영 노광 기구 사이의 편차는 유효 공차의 범위의 일부를 소모하기 때문에 허용된 프로세스 윈도우의 좁아짐(narrowing)을 초래할 수 있다. 예를 들어 사중 노광(예를 들면 US 2010/0091257 A1호 참조) 형태의 다중 노광에 대한 수요가 증가함에 따라, 리소그래피 시스템의 특성의 짝형성(pairing)에 대한 요구가 더 증가하도록 생산 윈도우는 더 감소될 것이다.

패턴 중첩에 의한 측정에 추가적으로, 다중 노광을 향상시키기 위해 상이한 리소그래피 기구의 공중 화상 사이의 비교가 이루어질 수도 있으며, 이를 위해 예를 들어 서두에 기술한 WO 2009/033709 A1호에 개시된 장치가 사용될 수 있다. 공중 화상 측정은 특히 쌍극 또는 사중극 조명과 같은 상이한 조명 설정에 의해 이루어질 수 있으며, 여기에서는 가요성 조명 동공 또한 사용될 수 있다. 이러한 가요성 조명 동공은 특히 리소그래피 기구의 상이한 시스템 특성을 수정된 조명 설정 또는 적절한 조작기에 의해 의도적으로 보상하기 위해 사용될 수 있다.

특히, 리소그래피 기구의 각각에 공중 화상 측정을 위한 전용 측정 장치가 제공되면, 이러한 광학 시스템 짝형성은 또한 다중 노광을 위해 사용되는 마스크를 사용하여 이루어질 수 있다. 사용된 마스크는 이 경우 통상, 다중 노광의 상이한 단계가 여기에 수반되기 때문에 약간 다르다. 이들 차이 역시 공중 화상 검출에 의해 검출될 수 있으며, 조명 설정을 변경함으로써 이들 차이가 공중 화상에 원하는 대로 정확히 나타나는 것을 달성할 수 있다.

다중 노광에 대한 두 개의 리소그래피 기구의 적합성을 검사하기 위해서는, 특히 변수 "임계 치수"(CD)와 왜곡이 필수적인 바, 왜냐면 이것들이 실질적으로 부분 화상의 상호 위치의 정밀도를 결정하기 때문이다. 상기 중첩 측정 기술이 사용되지 않을 경우에는, 중첩 측정 기술에 비견될 수 있는 정밀도로 왜곡을 비교하기 위해 nm 범위에 있는 공중 화상 구조의 위치를 상호 비교할 필요가 있다. 따라서 확대 광학 유닛 또는 카메라의 상대 위치는 공중 화상의 스캐닝 도중에 이 정확도로 공지되고 유지되어야 한다. 정확한 상대 위치를 보존하기 위해, 예를 들어 양 측정 기구가 예를 들어 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 제조될 수 있는 공통 기판 상에 장착됨으로써 서로에 대해 단단히 결합될 수 있다.

대안적으로 비간섭적 공중 화상 측정에서는 동일한 마스크를 사용함으로써 그리고 각각의 경우에 측방 스캔 이동을 각각의 광축에 대해서만 측정함으로써 두 개의 측정 기구 사이의 고정 커플링을 없앨 수 있다. 측정 시작 시에 또는 심지어 측정 중에도, 각각의 좌표계의 대응 원점을 얻기 위해 공중 화상 내의 동일 패턴(예를 들면 십자)이 타겟팅될 수 있다. 그 경우 두 개의 공중 화상은 각각의 경우에 상호 독립적으로 측정되지만, nm 정확도를 갖는 측방 위치 결정에 의해 측정된다. 이후 두 개의 공중 화상은 왜곡 및 CD 측면에서 비교된다.

이런 식으로, 사용된 좌표계의 원점이 전술한 바와 같이 균일하게 결정될 수 있기 때문에, 비교될 모든 리소그래피 시스템을 측정하기 위해 매우 동일한 측정 기구가 사용될 수 있다. 비간섭적 공중 화상 측정에 추가적으로, 간섭적 공중 화상 측정도 가능하며, 이에 대해서는 나중에 상세히 설명할 것이다.

도 7a 및 도 7b는 VUV 범위의 파장에서 두 개의 리소그래피 기구(101a, 101b)의 공중 화상을 간섭적으로 비교하기 위한 측정 장치(100)를 도시한다. 측정 장치(100)는 예를 들어 193nm의 측정 방사선(103)을 발생하도록 작용하는 레이저(102) 형태의 광원을 가지며, 상기 측정 방사선은 빔 스플리터(104)를 통해서 두 개의 부분 광선(103a, 103b)으로 분할되고, 측정될 각각의 리소그래피 기구(101a, 101b)에 공급된다. 빔 스플리터(104)는 예를 들어 빔 조향 미러(beam steering mirror)로 공지된 것의 위치에 배치될 수 있다. 빔 분할로 인해, 서로에 대해 위상 결합을 갖는 두 개의 부분 광선(103a, 103b)의 발생이 가능해진다.

리소그래피 기구(101a, 101b) 각각은 조명 시스템(105a, 105b) 및 투영 대상(106a, 106b)을 갖는다. 두 개의 부분 광선(103a, 103b)은 각각의 리소그래피 기구(101a, 101b)를 통과하고, 편향 미러(107) 또는 부분 투과성 미러(108)를 통해서 편향되며, 간섭적으로 중첩된다. 결상 광학 유닛(109)은 중첩된 부분 광선(103a, 103b)을 공간 분해능 검출기(110) 상에, 예를 들면 CCD 카메라 상에 결상하는 작용을 한다. 공중 화상 측정을 위해 화상측에 필요한 부품은 양 리소그래피 시스템(101a, 101b)에 공통적인 구조 유닛에 수용될 수 있다.

측정 장치(100)는 구조 측면에서 Mach-Zehnder 간섭계와 실질적으로 일치한다. 두 개의 부분 광선(103a, 103b)의 간섭 중첩 및 그로 인한 공중 화상의 비교를 보장하기 위해서는, 사용되는 방사선의 공간 간섭 길이가 초과되지 않아야 한다. 이를 보장하기 위해서는, 두 개의 부분 광선(103a, 103b)에 의해 커버되는 광학 거리가 거의 동일해야 한다. 제1 부분 광선(103a)이 커버하는 광학 거리를 제2 부분 광선이 커버하는 거리와 매치시킬 수 있도록, 제1 부분 광선(103a)에 대해 위상-변위시키기 위한 가변 지연 섹션(111)이 측정 장치(100)에 제공된다.

도 7a의 측정 장치(100)에서, 조명 시스템(105a, 105b)은 간섭 조명(coherent illumination)(σ 거의 제로) 또는 부분 간섭 조명으로 설정되며, 따라서 각각의 조명 시스템(105a, 105b)과 각각의 투영 대상(106a, 106b) 사이에 위치하는 마스크 평면(도시되지 않음)에는 평행 빔 경로가 존재하거나 약간 다른 각도 분포를 갖는 평행 빔 경로의 중첩이 존재한다. 도 7a의 측정 장치(100)에서는, 영역에 걸쳐서 파면 수차가 측정되고 마스크가 파면의 진폭을 국소적으로 변화시킬 뿐이므로 마스크를 없앨 수 있다.

공중 화상을 비교할 때는, 각각의 조명 시스템(105a, 105b)의 수차를 포함하는, 웨이퍼 스캐너로서 구성되는 두 개의 리소그래피 기구(101a, 101b)의 파면이 비교된다. 이러한 수차 비교는 필드-분해 방식 및 편광-의존 방식으로 이루어질 수 있다. 이 경우 특히 다중 노광에 관련된 수차, 예를 들어 파면 수차의 코마형(coma-type) 부분은 적절하다면 필드 프로파일에서도 비교될 수 있다. 필드 분해는 이 경우 다중 노광도 발생하는 구역에서 일어날 수 있다.

도 7b는 추가로 천공 마스크(112a, 112b)가 각 부분 광선(103a, 103b)의 빔 경로에 삽입되는 도 7a의 측정 장치를 도시한다. 천공 마스크(112a, 112b)로 인해, 소정 필드 포인트가 선택될 수 있다. 천공 마스크(112a, 112b)는 또한 조명 시스템의 수차를 마스킹하며, 그 결과 투영 대상(106a, 106b)의 수차만 상호 비교될 수 있다.

두 개의 리소그래피 기구(101a, 101b)의 간섭적 특징화를 위한 도 7a, 도 7b에 도시된 측정 장치(100)에서는, 두 개의 리소그래피 기구(101a, 101b)의 공중 화상의 차이가 상호 직접, 즉 광원(102)의 영향 없이 비교될 수 있도록 그 공중 화상을 현장에서 상호 비교할 수 있다. 대조적으로, 두 개의 비간섭적 광원에 의해서 또는 두 개의 간섭적이지만 상호 비간섭적인 광원에 의해 이루어지는 공중 화상 측정에서는 광원과 리소그래피 시스템의 조합의 광학 효과를 항상 상호 비교하는 것만 가능한데 왜냐면 후자는 요동이나 드리프트 같은 광원의 영향을 완전히 보상할 수 없기 때문이다. 또한, 두 개(이상)의 리소그래피 기구의 비간섭 측정에서는, 리소그래피 기구 자체를 특징지을 수 있도록 측정에 대한 개별 영향의 연속 분리가 이루어져야 하기 때문에 각각의 측정의 오차가 마찬가지로 측정된다.

최종적으로, 도 8은 마이크로리소그래피용 엄폐 EUV 투영 대상(200) 형태의 결상 광학 시스템에 대한 도 1과 관련하여 전술한 장치(1)의 사용을 도시한다. 그 구성은 본원에 원용되는 본 출원인에 의한 WO 2006/069725호(도 17 참조)에 상세히 기재되어 있다. 투영 대상(200)은 여섯 개의 미러(S100 내지 S600)를 가지며, 그 중 네 개는 제1 부분 대상(10000)에 배치되고 그 중 두 개는 제2 부분 대상(20000)에 배치되며, 그 사이에는 중간 화상(ZWISCH)이 형성된다. 광로에서 두 번째인 미러(S200)는 낮은 입사각을 얻기 위해 정점(V200)을 갖는 오목 거울로서 구성된다. 제3 미러(S300)는 정점(V300)을 갖는 볼록 거울로서 구성된다.

투영 대상(200)은 조리개 평면(700)에서 제5 미러(S500)와 제6 미러(S600) 사이의 빔 경로에 배치되는 구경 조리개(B)를 갖는다. 엄폐를 형성하는 음영 조리개(AB), 즉 조명 필드의 내부 반경은 추가 조리개 평면(704)에서 제3 미러(S300)와 제4 미러(S400) 사이의 빔 경로에 배치된다. 조리개 평면(700, 704)은 투영 대상(200)의 진입 동공과 짝을 이루며, 투영 대상(200)의 광축(HA)과 주광선(chief ray: CR)의 교차점으로서 귀결된다.

투영 대상(200)의 대상 평면에 배치되는 것은 도 1에서 장치(1)의 기판(11) 상에 배치되는 제1 격자 패턴(6)이며, 투영 대상(200)의 화상 평면의 구역에 배치되는 것은 제2 격자 패턴(8)(도시되지 않음)을 갖는 센서 유닛(15)이다. 앞서 이미 추가 설명했듯이, 엄폐된 투영 대상(200)에서 격자 구조(도 3 참조)의 피치 및/또는 공간 배향은 음영 조리개(AB)에서 0차 이상의 회절의 (부분) 엄폐가 이루어지도록 선택될 수 있으며, 이는 투영 대상(200)의 엄폐, 흡수 구역, 미광 범위, 수차 등이 결정될 수 있도록 투영 대상(200)의 측정에 있어서 중첩 프린지 패턴의 화상 콘트라스트에 영향을 미친다.

2: 결상 광학 시스템(투영 대상) 3: 광원
4: 빔 경로 5: 조명 시스템
6: 제1 (대상측) 격자 패턴 7: 대상 평면
8: 제2 (화상측) 격자 패턴 9: 화상 평면
10, 110: 공간 분해능 검출기 11: 기판
15: 센서 유닛 16, 18-22: 격자 구조
16a, 18a-22a: 격자 라인 17: 보정 구조
23: 보호 유리(주파수 변환 요소) 25: 전기 접점
101a, 101b: 리소그래피 기구 106a, 106b: 투영 대상
107: 편향 미러 112a, 112b: 천공 마스크
200: 투영 대상 700, 704: 조리개 평면

Claims

패턴 중첩에 의해 결상 광학 시스템(2, 200)을 측정하기 위한 장치로서,
빔 경로(4) 내에 결상 광학 시스템(2, 200)의 상류에 배치될 수 있고 제1 격자 구조(16)를 갖는 제1 격자 패턴(6),
빔 경로(4) 내에 결상 광학 시스템(2, 200)의 하류에 배치될 수 있고 제2 격자 구조(18)를 갖는 제2 격자 패턴(8), 및
제2 격자 패턴(8)의 제2 격자 구조(18) 상으로의 제1 격자 패턴(6)의 제1 격자 구조(16)의 결상 중에 생성되는 중첩 프린지 패턴의 공간 분해능 측정을 위한 센서 유닛(15)을 포함하는 측정 장치에 있어서,
상기 제1 격자 구조(16)와 제2 격자 구조(18)는 보정 구조(17)에 의해 상이한 것을 특징으로 하는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 격자 구조(16)는 광근접 보정(OPC) 보정 구조를 갖는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 격자 패턴(6)의 제1 격자 구조(16)를 조명하기 위한 조명 시스템(5)을 더 포함하며, 상기 조명 시스템(5)의 적어도 하나의 조명 파라미터는 상기 보정 구조(17)와 매치되는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 격자 패턴(6, 8)은 다수의 격자 구조(16, 18 내지 22)를 가지며, 상이한 격자 구조(18 내지 22)의 격자 라인(18a 내지 22a)의 피치(d1, d2, d3)가 서로 상이한 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 격자 패턴(6, 8)은 상이한 공간 배향을 갖는 다수의 격자 구조(16, 18 내지 22)를 갖는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 격자 구조(16)의 피치 또는 공간 배향, 또는 피치와 공간 배향 모두는 제1 격자 구조(16)에 의해 생성되는 0차 이상의 회절이 결상 광학 시스템(2)에 의해 적어도 부분적으로 엄폐 또는 흡수되도록 선택되는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 격자 패턴(6, 8)을 서로에 대해 변위시키기 위한 적어도 하나의 이동 기구(12, 14)를 더 포함하는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 유닛(15)은 공통 구조 유닛 내에 공간 분해능 검출기(10)와 제2 격자 패턴(8)을 포함하는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제8항에 있어서, 상기 제2 격자 패턴(8)과 상기 검출기(10) 사이에는 파장 변환을 위한 주파수 변환 요소(23)가 배치되는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제9항에 있어서, 상기 주파수 변환 요소는 공간 분해능 검출기(10)용 보호 유리(23)로서 구성되는 결상 광학 시스템 측정 장치.
제10항에 있어서, 상기 보호 유리(23)는 형광 유리 또는 섬광 유리인 결상 광학 시스템 측정 장치.
마이크로리소그래피용 투영 노광 기구이며,
결상 광학 시스템으로서의 투영 대상(2, 200), 및 투영 대상(2, 200)을 측정하기 위한 제1항 또는 제2항에 따른 측정 장치를 포함하는 투영 노광 기구.