KR101264547B1 - 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치 - Google Patents

광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 조명부에서 마스크로 광을 조사시키고, 마스크를 통과한 광이 렌즈부에 의해 집중되어 측정 평면에 스팟 어레이를 형성한다. 센서부는 측정 평면에 형성된 스팟 어레이의 군을 측정하고 스테이지에 의해 이동하여 다음 스팟 어레이의 군을 측정한다. 이때 스테이지의 반복 정밀도 에러를 줄이기 위해서 첫 번째 군에 포함된 스팟 어레이의 마지막 열과 두 번째 군의 첫 번째 열이 일치하도록 센서 어레이의 군을 측정한다. 이러한 방식으로 스테이지를 이동하면서 스팟 어레이로 구성된 군들을 원하는 측정 면적만큼 반복 측정한다. 제어부는 두 개의 인접한 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하여 복수의 이미지를 결합하고, 결합된 이미지 상의 스팟의 위치와 이론적인 스팟의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산한다.
본 발명에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 인접한 이미지에서 동일한 스팟을 포함하도록 촬영하고 동일한 스팟을 중첩시켜 하나의 이미지로 결합하여 왜곡 수차를 구함으로써, 스테이지의 위치 결정 오차에 의한 영향을 받지 않는다. 또한, 스팟 어레이를 한번에 촬영해 나가므로 테스트 패턴의 위치 측정에 걸리는 시간을 줄일 수 있어 왜곡 수차를 빨리 측정할 수 있다.

Description

광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치 {Method and apparatus for measuring distortion of optical system}
본 발명은 광학계의 왜곡 수차 측정 장치 및 왜곡 수차 측정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마스크와 렌즈부를 통과하여 형성된 스팟 어레이를 센서부가 이동하면서 촬영하되, 인접한 두 개의 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영하고, 인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 이미지를 결합하여, 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산하는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치에 관한 것이다.
디지털 장비들이 다양해지고 고사양화 되면서 이러한 디지털 장비에 사용되는 반도체 역시 고사양화 및 소형화되고 있다. 반도체의 크기가 작아짐에 따라 웨이퍼에 형성되는 패턴 역시 점점 미세해지며, 이러한 미세 패턴은 보통 노광 장비를 이용한 포토리소그라피(Photolithography) 과정에 의해 형성된다.
한편, 현재 산업계에서는 생산율을 높이기 위해 고속, 대형화를 추구하고 있으며, 이에 따라 노광 장비에서도 광학계의 대구경화가 불가피하다. 광학계가 대구경화될수록 각종 수차가 증가하는데, 노광 광학계의 왜곡 수차(distortion)는 양산을 하기 전에 반드시 보정해야 할 필수 요소이다. 노광 광학계의 왜곡 수차를 보정하기 위해서는 광학계의 왜곡 수차를 측정해야한다. 종래에는 스팟 그리드(spot grid)를 실제로 노광하여 그 현상물을 현미경으로 측정하여 왜곡 수차를 얻었다. 하지만, 실제로 노광한 현상물을 이용하여 측정하는 경우에는 검증되지 않은 광학계를 이용한 노광 장치의 전반적인 셋팅이 요구되므로 시간 및 비용적인 측면에서 위험이 따른다는 문제가 있다.
실제로 노광을 하는 방법 외에 도 1에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(objective lens)와 같은 확대 광학계를 이용하여 스팟 그리드에서 스팟 1개씩을 촬영하여 그 스팟 간의 절대 거리를 측정하는 방법도 있다. 하지만, 현재 개발 중인 디지털 노광장비와 같은 경우 보통 1024×768개의 스팟 그리드가 형성되고, 이러한 스팟 그리드를 순차적으로 촬영하여 스팟의 절대 거리를 측정하려면 시간소모가 상당히 크다는 문제가 있다. 또한, 확대 광학계를 이용하는 경우 스테이지의 절대 거리를 이용하여 왜곡 수차를 측정하므로 스테이지의 이동 중에 발생하는 요동이 스테이지의 위치 결정에 영향을 미치게 되고, 이로 인해 왜곡 수차 값에 오차가 발생하게 된다.
따라서, 실제 노광을 하지 않고도 렌즈의 왜곡 수차를 측정할 수 있고, 왜곡 수차 측정에 걸리는 시간을 줄일 수 있으며, 스테이지의 위치 결정 오차에 영향을 받지 않는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 스테이지의 위치 결정 오차의 영향을 받지 않는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 센서부의 중첩 촬영을 이용하여 스팟 어레이의 위치를 빠르게 측정할 수 있는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 조명부에서 마스크로 광을 조사하는 단계, 마스크를 통과한 광이 렌즈부에 의해 집중되어 측정 평면에 스팟 어레이를 형성하는 단계, 스테이지에 장착된 센서부가 스테이지에 의해 이동하면서 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 복수회에 걸쳐 촬영하되, 인접한 두 개의 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영하는 단계, 인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하여 복수의 이미지를 결합하는 단계, 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 촬영 단계에서 센서부가 제1 스팟 내지 제3 스팟을 포함하도록 인접한 이미지인 제1 이미지와 제2 이미지를 촬영하고, 이미지 결합 단계에서 제2 이미지 상의 제1 스팟이 제1 이미지 상의 제1 스팟과 일치하도록 제2 이미지를 이동시키고, 제2 이미지 상의 제2 스팟과 제1 이미지 상의 제2 스팟과의 절대 거리 및 제2 이미지 상의 제3 스팟과 제1 이미지 상의 제3 스팟과의 절대 거리의 합이 최소가 되도록 일치된 제1 스팟을 기준으로 제2 이미지를 회전시킨 후, 회전된 제2 이미지를 제1 이미지에 결합시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 이미지 결합 단계를 모든 인접한 이미지에 적용하여 복수의 이미지가 하나의 이미지로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 장치는 조명부, 마스크, 렌즈부, 측정 평면, 센서부, 제어부를 포함한다. 마스크에는 격자 배열을 갖는 패턴이 형성되며, 조명부로부터 조사된 광을 통과시킨다. 렌즈부는 마스크를 통과한 광을 집중시킨다. 측정 평면에는 렌즈부에 의해 집중된 광이 스팟 어레이를 형성한다. 센서부는 스테이지에 장착되며, 스테이지에 의해 이동하면서 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 복수회에 걸쳐 촬영한다. 이 때, 인접한 두 개의 이미지는 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영된다. 제어부는 인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하여 복수의 이미지를 결합하고, 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 장치에서 센서부는 제1 스팟 내지 제3 스팟을 포함하도록 인접한 이미지인 제1 이미지와 제2 이미지를 촬영하고, 제어부는 제2 이미지 상의 제1 스팟이 제1 이미지 상의 제1 스팟과 일치하도록 제2 이미지를 이동시키고, 제2 이미지 상의 제2 스팟과 제1 이미지 상의 제2 스팟과의 절대 거리 및 제2 이미지 상의 제3 스팟과 제1 이미지 상의 제3 스팟과의 절대 거리의 합이 최소가 되도록 일치된 제1 스팟을 기준으로 제2 이미지를 회전시킨 후, 회전된 제2 이미지를 제1 이미지에 결합시킬 수 있다.
본 발명의 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 인접한 이미지에 동일한 스팟 어레이의 열이 포함되도록 촬영하고 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 이미지를 결합함으로써, 스테이지의 요동 및 위치 결정 오차에 영향을 받지 않고 광학계의 왜곡 수차를 측정할 수 있다.
본 발명의 광학계의 왜곡 수차 측정 방법은 스팟 어레이를 한 번에 촬영하므로, 스팟 어레이의 위치 측정에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 종래의 왜곡 수차를 측정하는 장치를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)와 (b)는 왜곡 수차 현상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법의 순서도이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 획득한 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 인접한 이미지를 결합하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 인접한 이미지를 결합하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 스팟의 좌표를 추출하는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 2는 왜곡 수차 현상을 나타내는 도면이다.
왜곡 수차란 광학계에 있어 횡배율이 각도에 따라 다르기 때문에 생기는 것으로, 상의 한 점이 근축 계산을 통해 얻어진 위치보다 광축에 가깝거나 먼 곳에 형성되는 것을 말한다. 광축에 중심을 위치시킨 정사각형의 물체가 왜곡 수차를 가지고 있는 광학계로 상을 형성시키게 되면 가장자리 부분이 다른 곳에 위치되어 상을 형성하게 된다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 모서리 부분이 늘어나 보이는 것을 핀쿠션 왜곡 수차, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 모서리 부분이 줄어들어 보이는 것을 배럴 왜곡 수차라 한다. 왜곡 수차량은 광축으로부터 떨어진 거리를 말한다.
노광 장치에서 패턴의 불량을 일으키는 큰 요소 중 하나는 왜곡 수차로, 왜곡 수차를 가진 광학계로 패턴을 형성하는 경우 정위치에서 벗어난 위치에 패터닝이 되어 기판의 불량을 초래한다. 노광 광학계에서 이러한 왜곡 수차는 불가결한 것인바, 정확한 패터닝을 위해서 왜곡 수차가 보정되어야 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 장치(300)는 조명부(310), 마스크(320), 렌즈부(330), 측정 평면(340), 센서부(350), 스테이지(360), 베이스(370), 제어부(380)를 포함한다.
조명부(310)는 UV 조명계이며, 광을 조사하여 기판을 노광한다.
마스크(320)에는 광학계의 왜곡 수차를 측정하기 위한 테스트 패턴(aperture)이 형성되어 있으며, 테스트 패턴은 렌즈부(330)의 시야만큼을 현상하도록 형성된다. 테스트 패턴은 미세한 점(dot)이나 사각형 또는 다각형이 격자로 배열된 패턴 어레이일 수 있다. 마스크(320)는 조명부(310)로부터 조사된 광을 통과시킨다. 마스크(320)는 크롬 재질을 사용하나 이에 한정하지는 않는다. 마스크 대신 DMD(digital micro mirror device)를 사용할 수도 있다. DMD란 반도체 소자를 사용하여 각 전자 거울 하나가 한 개의 화소가 되는 것으로, 1024×768개의 디지털 미러(digital mirror)로 구성된 DMD를 사용하는 경우 1024×768의 테스트 패턴을 빠르고 간편하게 형성할 수 있다.
렌즈부(330)는 마스크(320)를 통과한 광을 집중시킨다. 렌즈부(330)는 단일 렌즈로 구성될 수도 있고, 복수의 렌즈를 조립한 복합 렌즈로 구성될 수도 있다. 본 실시예에서 렌즈부(330)는 복합 렌즈이다. 렌즈부(330)는 왜곡 수차 값을 가진다.
측정 평면(340)은 렌즈부(330)에 의해 집중된 광이 스팟 어레이를 형성하는 평면이다. 스팟의 크기와 간격은 렌즈부(330)의 배율에 따라 달라진다. 확대 광학계를 사용하는 경우 스팟의 크기 및 간격은 커지고, 축소 광학계를 사용하는 경우 스팟의 크기 및 간격은 작아진다. 본 실시예에서는 배율이 1:1인 렌즈부를 이용하며, 측정 평면(340)에 형성된 스팟 어레이는 마스크(320)에 형성된 패턴 어레이와 동일하다.
센서부(350)는 스테이지(360)에 장착되며, 측정 평면(340)에 형성된 스팟 어레이를 촬영한다. 센서부(350)로는 CCD(charge-coupled device), CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) 등이 이용된다. CCD는 빛에 대한 감도가 우수하며 전기 신호를 그대로 전송하기 때문에 빠른 신호 처리에 유리하지만, 제조 단가가 비싸다는 단점이 있다. 반면, CMOS는 저렴하고 전력 소비가 적으며 넓은 면적으로 제작하기 유리하지만, 빛에 대한 감도가 낮고 노이즈가 발생한다는 단점이 있다. 본 실시예에서는 CMOS를 사용한다. 스테이지(360)는 베이스(370) 상에서 이동한다.
하나의 센서부(350)는 측정 평면(340)에 비하여 크기가 매우 작으며, 측정 평면(340)에 형성된 스팟 어레이를 촬영하기 위해서는 횡방향 및 종방향으로 이동하면서 촬영하여야 한다. 스테이지(360)는 베이스(370) 위를 이동하며 센서부(350)를 이송시킨다. 스팟과 스팟 사이의 거리는 수십 ㎛ 정도로 매우 작으며, 센서부(350)를 이러한 간격으로 이동시키기 위해서는 초정밀 스테이지가 필요하다. 초정밀 스테이지는 스테이지의 이동시 요동을 최소화할 수 있다. 본 발명에서는 초정밀 스테이지를 사용하여 센서부(350)를 횡방향 및 종방향으로 스텝 바이 스텝(Step by Step)으로 이동시킨다.
센서부(350)는 횡방향 및 종방향으로 이동하면서 측정 평면(340)에 형성된 스팟 어레이를 촬영한다. 스팟 하나의 크기는 3㎛ 정도로 매우 작으며, 센서부(350)에는 복수의 스팟이 입력된다. 센서부(350)에 의해 한 번에 측정되는 스팟 어레이를 하나의 군이라 하고, 센서부(350)가 1개 군의 스팟 어레이를 촬영하여 얻은 영상을 이미지라 한다. 센서부(350)는 연속하여 1군의 스팟 어레이를 촬영할 때 인접한 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영한다. 즉, 센서부(350)는 두 번째 군에 있는 스팟 어레이의 첫 번째 열이 첫 번째 군에 있는 스팟 어레이의 마지막 열과 일치하도록 이동하여 스팟 어레이의 군을 촬영한다. 센서부(350)가 한번에 스팟 하나가 아닌 스팟 어레이를 촬영함으로써, 측정 평면(340) 내의 스팟 어레이를 빠른 시간 안에 촬영할 수 있으며, 연속하는 이미지에서 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 할 수 있다.
제어부(380)는 센서부(350)에 의해 촬영된 복수의 이미지를 결합한다. 복수의 이미지는 각각 인접하는 이미지와 동일한 스팟 어레이의 열을 포함한다. 제어부(380)는 인접하는 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열을 중첩되도록 정렬한다. 중첩된 스팟 어레이의 열을 정렬시킨 후 이미지를 하나의 좌표계로 표현한다. 제어부(380)는 복수의 이미지에 대하여 하나의 이미지로 결합한 다음, 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차를 측정하는 방법에 대해 서술한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법의 순서도이고, 도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 획득한 이미지를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에 의해 왜곡 수차를 측정하기 위해서, 조명부(310)가 마스크(320)로 광을 조사한다(S410). 조명부(310)는 UV 조명계이다. 마스크(320)에는 광학계의 왜곡 수차를 측정하기 위한 테스트 패턴(aperture)이 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 격자로 배열된 사각형의 패턴 어레이를 이용한다. 마스크(320)의 테스트 패턴은 렌즈부(330)의 시야만큼을 현상하도록 형성된다.
마스크(320)를 통과한 광은 렌즈부(330)에 의해 집중되어 측정 평면(340)에 스팟 어레이를 형성한다(S420). 본 실시예에서 렌즈부(330)는 배율이 1:1이고 복수개의 렌즈를 조립한 복합 렌즈를 이용한다.
센서부(350)가 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 복수회에 걸쳐 촬영한다(S430). 센서부(350)는 CMOS를 이용한다. 측정 평면(340) 내의 스팟 어레이를 촬영하기 위해서는 센서부(350)가 이동하여야 한다. 센서부(350)는 스테이지(360)에 장착되어 스테이지(360)에 의해 횡방향 및 종방향으로 이동하며 스팟 어레이를 촬영한다.
센서부(350)는 초기 위치에서 첫 번째 스팟 어레이를 촬영하고, 스테이지(360)에 의해 오른쪽으로 이동한다. 센서부(350)는 오른쪽으로 이동을 하며 스팟 어레이를 촬영해 나간다. 센서부(350)가 횡방향으로 스팟 어레이를 모두 촬영하면, 초기 위치로 와서 종방향으로 이동한 다음 다시 오른쪽으로 이동하며 다음 열의 스팟 어레이를 촬영해 나간다. 이러한 방식으로 스팟 어레이를 빠짐없이 촬영한다. 센서부(350)가 계속 오른쪽으로 이동하며 스팟 어레이를 촬영하는 것이 아니라 스팟 어레이의 열에 따라 오른쪽과 왼쪽 이동을 반복하며 지그재그로 촬영할 수도 있다.
센서부(350)에는 스팟 어레이가 입력된다. 여기서, 센서부(350)에 의해 한 번에 측정되는 스팟 어레이를 하나의 군이라 하고, 센서부(350)가 1개 군의 스팟 어레이를 촬영하여 얻은 영상을 이미지라 한다. 센서부(350)는 연속하여 1군의 스팟 어레이를 촬영할 때 인접한 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영한다.
예를 들어, 센서부(350)에 9개의 스팟이 입력된다고 가정한다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서부(350)는 첫 번째 군의 스팟 어레이를 촬영(이미지 1)하고 오른쪽으로 이동한다. 스테이지(360)는 센서부(350)가 첫 번째 군의 마지막 열을 포함하도록 오른쪽으로 이동하고, 센서부(350)는 첫 번째 군의 마지막 열이 두 번째 군의 첫 번째 열이 되도록 두 번째 군을 촬영한다(이미지 2). 즉, 스테이지(360)는 스팟 간격의 두배 만큼 정밀하게 이동하여, 이미지 1의 마지막 열과 이미지 2의 첫 번째 열이 동일한 스팟이 되도록 한다. 마찬가지로, 이미지 2의 마지막 열은 이미지 3의 첫 번째 열과 동일한 스팟이다.
다음으로 센서부가 종방향으로 이동하는 경우를 보면, 네 번째 군의 첫 번째 행이 첫 번째 군의 마지막 행을 포함하도록 스테이지(360)가 이동한다. 센서부(350)에 의해 촬영된 이미지 1의 마지막 행과 이미지 4의 첫 번째 행은 동일한 스팟이다.
다시 말해, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 각각의 이미지에서 횡방향으로 인접한 이미지는 마지막 열과 첫 번째 열이 동일한 스팟으로서 중복되고, 종방향으로 인접한 이미지는 마지막 행과 첫 번째 행이 동일한 스팟으로서 중복된다. 이러한 방식으로 스테이지(360)를 이동하면서 스팟 어레이로 구성된 군들의 촬영을 반복한다.
이렇게 측정 평면(340) 내의 스팟 어레이에 대하여 촬영된 복수의 이미지에 대하여, 제어부(380)는 인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하여 복수의 이미지를 결합한다(S440). 인접한 이미지끼리는 동일한 스팟 어레이의 열 또는 스팟 어레이의 행을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 인접한 두 개의 이미지끼리 마지막 열과 첫 번째 열이 겹치도록 이미지를 이동시켜 두 개의 이미지를 결합한다. 복수의 인접한 이미지마다 이러한 단계를 반복하여 하나의 이미지를 획득한다. 인접한 이미지를 결합하는 구체적인 방법은 후술한다.
복수의 이미지를 하나의 이미지로 결합하여 결합된 이미지상의 스팟 어레이의 위치를 이론적인 스팟 어레이의 위치와 비교하여 왜곡 수차를 계산한다(S450). 본 실시예에서 렌즈부는 1:1의 배율을 가지며, 이론적인 스팟 어레이의 위치는 마스크의 패턴과 동일하다. 제어부(380)는 측정된 스팟 어레이의 좌표값과 이론적인 스팟 어레이의 좌표값의 차이를 이용하여 왜곡 수차를 계산한다.
계산된 왜곡 수차값에 따라 왜곡 수차를 보정한다. 본 실시예에서는 렌즈부(330)를 구성하는 복수의 렌즈를 재배열하여 왜곡 수차를 보정한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 인접한 이미지를 결합하는 과정을 나타내는 순서도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 인접한 이미지를 결합하는 과정을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 스팟의 좌표를 추출하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 광학계의 왜곡 수차 측정 방법에서 인접한 이미지를 결합하기 위해서, 우선 센서부(350)가 스테이지(360)에 의해 이동하면서 스팟 어레이로 구성된 군을 촬영하여 인접하는 이미지 1과 이미지 2를 획득한다(S710). 이미지 2는 도 7a의 (a)에 도시된 바와 같이 이미지 1의 마지막 열을 포함한다.
이미지 1과 이미지 2의 스팟 어레이에서 스팟들의 좌표값을 획득한다(S720). 도 8의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 센서부(350)의 한 픽셀에는 9개의 스팟이 입력되며, 센서부(350)의 픽셀보다 스팟의 크기가 작기 때문에 스팟들의 정확한 좌표를 바로 찾기 어렵다. 따라서 스팟의 프로파일을 측정하여 스팟의 정확한 위치를 찾는다. 본 실시예에서는 도 8의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 스팟의 프로파일 측정을 통해 스팟의 엣지를 찾고, 사각형의 변마다 엣지의 대표 지점을 선택하여 하나의 스팟의 중심 좌표를 얻는다. 이러한 방식을 반복하여 하나의 이미지에서 획득한 9개의 스팟의 중심 좌표를 검출한다.
도 7a의 (b)에는 이미지 1과 이미지 2의 스팟 어레이의 좌표값이 도시되어 있다. 이미지 1 및 이미지 2에 나타난 9개의 스팟은 3×3의 행렬을 이루며, 스팟들의 좌표는 (1, 1), (2, 1), ..., (2, 3), (3, 3)으로 나타낸다. 이미지 2의 스팟들의 좌표는 센서부(350)의 픽셀에 대하여 이미지가 기울어져 있는데, 이는 스테이지(360)의 이동에 따른 위치 결정의 오차에 의한 것이다. 스테이지(360)의 반복되는 이동에 의해 스테이지 위치 결정 정밀도에 오차가 발생한다. 이미지 1의 좌표 (3, 1), (3, 2), (3, 3)과 이미지 2의 좌표 (1, 1), (1, 2), (1, 3)가 나타내는 스팟은 동일한 스팟이다.
도 7a의 (c)에 도시된 바와 같이, 이미지 2를 이동시켜 이미지 2의 좌표 (1, 1)을 이미지 1의 좌표 (3, 1)에 일치시킨다(S730). 이에 따라 이미지 2의 좌표값이 (3, 1), (4, 0.8), (5, 0.7), ..., (5, 2.7)로 이동된다. 이미지 2의 좌표의 이동에 따라 이미지 2의 첫 번째 열의 좌표 (1, 2), (1, 3)은 각각 (3.1, 1.9), (3.3, 2.9)가 된다.
다음으로, 이미지 2의 좌표 (3, 1)을 기준으로 이미지 2의 좌표계를 회전시켜, 이미지 2의 좌표 (3.1, 1.9), (3.3, 2.9)가 이미지 1의 좌표 (3,2), (3, 3)과 최소 거리가 되도록 한다(S640). 좌표의 이동은 회전 행렬을 이용한다. 실제 스팟의 좌표값의 측정에 있어 스테이지의 위치 결정 외에 다른 오차들이 존재하기 때문에, 동일한 스팟에 해당하는 측정된 실제 좌표값이 서로 일치하지 않을 수도 있다. 따라서 도 7b의 (d)에 도시된 바와 같이, 동일한 스팟을 나타내는 두 좌표 간의 절대 거리가 최소가 되도록 이미지 2의 좌표계를 회전 이동시킨다. 예를 들어, 동일한 스팟을 나타내는 좌표간의 거리, 즉 이미지 1의 좌표 (3, 2)와 이미지 2의 좌표 (3.1, 1.9)의 절대 거리, 이미지 1의 좌표 (3, 3)과 이미지 2의 좌표 (3.3, 2.9)의 절대 거리의 합이 최소가 되도록 할 수 있다.
두 좌표 간의 절대 거리가 최소가 되면, 이미지 2를 이미지 1에 결합시킨다(S750). 도 7b의 (e)에는 이미지 1과 이미지 2가 결합되어 하나의 좌표계에 나타난 것이 도시되어 있다.
인접한 두 개의 이미지를 결합하는 과정을 획득한 모든 이미지에 대해서 반복한다(S760). 전체 이미지에 대하여 이러한 과정을 반복하여 이미지 1의 확장 형태로 복수의 이미지를 결합시켜 나간다.
모든 이미지를 결합하면, 광축이 원점(0, 0)이 되도록 좌표계를 재설정한다(S770). 도 7b의 (f)에 도시된 바와 같이, 재설정된 좌표계를 이용하여 최대 왜곡 수차 값을 계산한다. 재설정된 좌표계에서의 스팟 어레이의 위치를 이론적인 스팟 어레이의 위치와 비교하여 왜곡 수차를 계산하며, 본 실시예에서 렌즈부는 1:1의 배율을 가지므로 측정된 스팟 어레이의 좌표값과 마스크의 패턴 어레이의 좌표값의 차이를 이용하여 왜곡 수차를 계산한다. 왜곡 수차 값이 기준 범위를 초과하면 노광된 패턴의 오차가 커지게 된다. 따라서 왜곡 수차가 기준 범위 이하가 되도록 렌즈부를 재조립하여 왜곡 수차를 보정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 측정 평면에 보다 정확한 스팟 어레이를 형성하기 위해서 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수도 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 마스크에 형성된 격자 배열의 사각형 패턴 어레이와 동일한 배열 및 간격으로 배치된다. 마이크로 렌즈 어레이에 의해 마스크를 통과한 광이 더 선명하게 되어 렌즈부로 입사한다. 마이크로 렌즈 어레이는 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광이 정확한 3㎛ 크기로 렌즈부에 입사하도록 필터를 더 구비할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따라 광학계의 왜곡 수차를 측정하는 방법에 대하여 구체적인 실시예를 통해 다시 설명한다.
UV 조명계가 격자 배열의 패턴 어레이가 형성된 마스크를 조사한다. 마스크를 통과한 광은 렌즈부에 의해 집중되며 측정 평면에 스팟 어레이를 형성한다. 렌즈부의 배율은 1:1이며, 측정 평면에는 마스크의 패턴 어레이와 같은 간격과 크기의 스팟 어레이가 형성된다.
센서부는 측정 평면에 형성된 복수의 스팟 어레이를 촬영한다. 센서부는 스테이지에 장착되며, 스테이지에 의해 횡방향으로 이동하면서 스팟 어레이를 촬영한다. 센서부에는 9개의 스팟이 입력되며, 1군의 스팟 어레이는 3×3의 행렬을 이룬다. 센서부는 하나의 군을 촬영하고, 촬영된 군의 마지막 열이 다음 순서의 군의 첫 번째 열이 되도록 다음 순서의 군을 촬영한다. 즉, 촬영된 이미지 1의 마지막 열과 이미지 2의 첫 번째 열은 동일한 스팟이다. 센서부는 횡방향으로 이동하면서 측정 평면 내의 스팟 어레이에 대하여 인접하는 이미지에서 마지막 열과 첫 번째 열이 중복되도록 촬영한다. 스테이지는 센서부가 한번의 횡방향 이동을 마치면 초기 위치로 돌아와 이미지 1과 종방향으로 연속하는 이미지가 이미지 1의 마지막 행을 포함하도록 종방향으로 이동하고, 센서부는 스테이지에 의해 다시 횡방향으로 이동하며 위의 과정을 반복한다. 이러한 과정에 의해 두 개의 연속하는 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열 또는 동일한 스팟 어레이의 행을 포함하는 복수의 이미지를 얻는다.
센서부가 촬영한 복수의 이미지는 하나의 이미지로 결합된다. 제어부는 복수의 이미지에서 스팟의 좌표를 추출한다. 제어부는 연속하는 두 개의 이미지에서 동일한 스팟의 좌표를 중첩시켜 나가며 복수의 이미지를 하나의 좌표계에 나타낸다.
모든 이미지를 결합하면, 광축이 원점(0, 0)이 되도록 좌표계를 재설정하고, 재설정된 좌표계에서의 스팟 어레이의 위치를 이론적인 스팟 어레이의 위치와 비교하여 왜곡 수차를 계산한다. 렌즈부의 배율은 1:1이므로 이론적인 스팟 어레이의 좌표값은 마스크의 패턴 어레이의 좌표값과 동일하다. 왜곡 수차 값이 기준 범위를 초과하면 렌즈부를 재조립하여 왜곡 수차를 보정한다
본 발명은 센서부가 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 촬영할 때 인접하는 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영하고, 제어부는 이러한 인접하는 두 개의 이미지를 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 하나의 이미지로 결합하여 스팟 어레이의 좌표를 추출하므로, 센서부를 이동시키는 스테이지의 위치 결정 오차에 따른 영향을 받지 않는다. 따라서 정밀 스테이지가 반복되는 이동에 의해 정위치를 벗어나 측정된 이미지가 회전하거나 오차가 생긴다 해도 이와 상관없이 오차가 배제된 스팟 어레이의 위치를 구할 수 있다. 또한, 스팟을 하나씩 촬영하는 것이 아니라 스팟 어레이를 촬영해 나가므로 스팟 어레이의 위치 측정에 걸리는 시간을 줄여 왜곡 수차를 빠르게 구할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
300 : 광학계의 왜곡 수차 측정 장치
310 : 조명부 320 : 마스크(mask)
330 : 렌즈부 340 : 측정 평면
350 : 센서부 360 : 스테이지
370 : 베이스 380 : 제어부

Claims (5)

  1. 조명부에서 마스크로 광을 조사하는 단계;
    상기 마스크를 통과한 광이 렌즈부에 의해 집중되어 측정 평면에 스팟 어레이를 형성하는 단계;
    스테이지에 장착된 센서부가 상기 스테이지에 의해 이동하면서 상기 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 복수회에 걸쳐 촬영하되, 인접한 두 개의 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록, 상기 센서부는 제1 스팟 내지 제3 스팟을 포함하도록 인접한 이미지인 제1 이미지와 제2 이미지를 촬영하는 단계;
    인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하되, 상기 제2 이미지 상의 제1 스팟이 제1 이미지 상의 제1 스팟과 일치하도록 상기 제2 이미지를 이동시키고, 상기 제2 이미지 상의 제2 스팟과 상기 제1 이미지 상의 제2 스팟과의 절대 거리 및 상기 제2 이미지 상의 제3 스팟과 상기 제1 이미지 상의 제3 스팟과의 절대 거리의 합이 최소가 되도록 상기 일치된 제1 스팟을 기준으로 제2 이미지를 회전시킨 후, 회전된 제2 이미지를 제1 이미지에 결합함으로써 복수의 이미지를 결합하는 단계; 및
    상기 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 결합 단계를 모든 인접한 이미지에 적용하여 복수의 이미지가 하나의 이미지로 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학계의 왜곡 수차 측정 방법.
  4. 조명부;
    격자 배열을 갖는 패턴이 형성되고, 상기 조명부로부터 조사된 광이 통과하는 마스크;
    상기 마스크를 통과한 광을 집중시키는 렌즈부;
    상기 렌즈부에 의해 집중된 광이 스팟 어레이를 형성하는 측정 평면;
    스테이지에 장착되며, 상기 스테이지에 의해 이동하면서 상기 측정 평면에 형성된 스팟 어레이를 복수회에 걸쳐 촬영하되, 인접한 두 개의 이미지가 동일한 스팟 어레이의 열을 포함하도록 촬영하는 센서부; 및
    인접한 두 개의 이미지에 포함된 동일한 스팟 어레이의 열이 중첩되도록 정렬하여 복수의 이미지를 결합하고, 상기 결합된 이미지 상의 스팟 어레이와 이론적인 스팟 어레이의 위치를 비교하여 왜곡 수차를 계산하는 제어부;를 포함하고,
    상기 센서부는 제1 스팟 내지 제3 스팟을 포함하도록 인접한 이미지인 제1 이미지와 제2 이미지를 촬영하고,
    상기 제어부는 상기 제2 이미지 상의 제1 스팟이 제1 이미지 상의 제1 스팟과 일치하도록 상기 제2 이미지를 이동시키고, 상기 제2 이미지 상의 제2 스팟과 상기 제1 이미지 상의 제2 스팟과의 절대 거리 및 상기 제2 이미지 상의 제3 스팟과 상기 제1 이미지 상의 제3 스팟과의 절대 거리의 합이 최소가 되도록 상기 일치된 제1 스팟을 기준으로 제2 이미지를 회전시킨 후, 회전된 제2 이미지를 제1 이미지에 결합시키는 것을 특징으로 하는 광학계의 왜곡 수차 측정 장치.
  5. 삭제
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