KR101633942B1 - 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 기판의 표면을 검사하기 위한 장치 - Google Patents

마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 기판의 표면을 검사하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10)가 제공된다. 이 장치는 결상 방사선(13)에 의해 마스크 구조물(16)을 투영함으로써 기판(20)의 표면(21) 상으로 마스크 구조물(16)을 결상하기 위한 광학 시스템(18)으로서, EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위에서 작동하기 위해 형성되는 광학 시스템(18)과, 측정 방사선(34)을 안내하기 위한 측정 빔 경로(36)로서, 측정 방사선(34)이 장치(10)의 작동 중에 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로만 통과하도록 광학 시스템(18) 내에서 연장되는 측정 빔 경로(36)를 포함한다.

Description

마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 기판의 표면을 검사하기 위한 장치 {AN APPARATUS FOR MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE AND AN APPARATUS FOR INSPECTING A SURFACE OF A SUBSTRATE}
본 출원은 독일 특허 출원 10 2008 017 645.1와 미국 가특허출원 61/072,980호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체 내용이 참조로 본 출원에 포함된다.
본 발명은 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치에 관한 것이고, 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 장치의 노광 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판의 표면을 검사하기 위한 장치에 관한 것이고, 이러한 유형의 검사 장치 및 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 유형의 검사 장치는 예컨대 리소그래피 마스크의 검사 또는 노광 웨이퍼의 검사를 위해 사용될 때 현미경 및 광학 검사 시스템을 포함한다. 또한, 이들은 위치 마크가 리소그래피 마스크에서 높은 정밀도로 측정될 수 있게 하는 마스크 패터닝 시스템의 교정을 위한 광학 시스템, 소위 "정합 유닛(registration units)"을 포함한다.
리소그래피 노광 시스템에 의한 마이크로구조 또는 나노구조의 고 정밀도 결상을 위해서는, 소위 웨이퍼의 형태인 노광될 기판의 표면 특성 또는 토포그래피 및 위치를 아는 것이 중요하다. 위치를 확증하기 위해, 예컨대 기판 테이블에 바로 근접하여 측정 신호를 안내하여서 측정 신호가 기판 평면을 실질적으로 스친 후 다시 포획되게 하는 포커스 센서가 사용된다. 기판 토포그래피를 측정하기 위해, 투영 광학계와 평행하게 설치된 측정 광학계가 또한 종종 이용된다. 이 유형의 측정 광학계는 또한 "트윈 스테이지(twin stage)"로 칭해진다. 평행하게 설치된 이 유형의 측정 광학계는, 부가적인 광학계와 부가적인 변위 스테이지가 요구되기 때문에 복잡도가 증가하는 것과 연관된다.
이러한 유형의 계측 시스템의 사용과 관련하여, 기판 측면 상의 이들 시스템의 작업 공간이 빔 경로에서 마지막에서 두 번째 거울(penultimate mirror)에 의해 결정되는 EUV 파장 범위(극자외선의 파장 범위, 예컨대 13.4 nm)에서 작동되는 리소그래피 노광 시스템에서 특히 문제가 발생한다. 광학 관점으로부터, 이 공간이 특히 작은 것으로 선택될 수 있는 경우에 유리하다. 그러나, 매우 작은 작업 공간은 종래의 포커스 센서를 위한 작은 설치 공간만을 남겨두거나 심지어는 전혀 설치 공간을 남겨두지 않는다.
본 발명의 목적은 상기 구체화된 유형의 장치 및 방법을 제공하는 것이고, 이를 이용하여 전술된 문제점을 해결하고 특히 이를 이용하여 광학 시스템의 결상 방향에 대한 기판의 위치가 광학 시스템과 기판 사이에의 가능한 최소의 작업 공간을 갖도록 결정될 수 있다.
결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상시키기 위한 투영 광학계 형태의 광학 시스템을 갖는 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치를 이용하여 본 발명에 따라 목적이 해결될 수 있다. 광학 시스템은 EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위, 즉, EUV 범위의 파장 및/또는 더 작은 파장에서 작동하도록 구성된다. 본 발명에 따른 장치는 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로를 추가로 포함한다. 측정 빔 경로는 광학 시스템의 적어도 2개의 광학 소자가 측정 경로 빔에 포함되도록 광학 시스템 내에서 연장되고, 측정 방사선은 장치의 작동 중에 광학 시스템을 단지 부분적으로만 통과한다.
또한, 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 장치의 노광 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법을 사용하는 본 발명에 따라 목적이 달성될 수 있다. 여기에서, 장치는 EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위의 결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템을 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 이하의 단계: 광학 시스템의 적어도 2개의 광학 소자가 측정 빔 경로에 포함되고 측정 방사선이 광학 시스템을 단지 부분적으로만 통과하도록, 광학 시스템 내에서 측정 방사선을 안내하는 단계와, 측정 방사선으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
다시 말하면, 본 발명에 따르면, 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 노광 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성이 결정될 수 있는 측정 방사선을 위한 빔 경로가 광학 시스템 내에서 생성된다. 광학 시스템은 결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조를 결상하는 기능을 하고, 또한 투영 노광 시스템의 투영 대물부로 칭해질 수 있다. 광학 시스템은 EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위의 결상 방사선으로 작동하도록 구성된다. EUV 파장 범위는 100 nm보다 작은 범위, 특히 5 nm 내지 20 nm의 범위로 식별된다. 특히, 광학 시스템은 13.5 nm 또는 6.9 nm의 파장으로 작동하도록 구성될 수 있다. 상술한 파장 범위에 대한 광학 시스템의 구성은 완전한 반사 광학 소자, 그리고 소위 반사형(catoptric) 투영 대물부를 갖는 광학 시스템의 구현과, 상응하는 반사 코팅의 제공을 일반적으로 필요로 한다.
측정 빔 경로는 광학 시스템의 적어도 2개의 광학 소자가 측정 빔 경로에 포함되도록 광학 시스템 내에서 연장되고, 측정 방사선은 장치의 작동 중에 광학 시스템을 단지 부분적으로만 통과한다. 모든 광학 소자가 측정 빔 경로에 포함되는 것은 아니라는 것이 이로부터 이해되어야 한다. 광학 소자는 예컨대, 측정 방사선이 각각의 광학 소자에서 반사된다면 측정 빔 경로에 포함될 수 있다. 측정 빔 경로에 거울의 형태인 광학 소자를 포함하는 또 다른 형태는 이 거울 내의 개구를 통과하는 측정 방사선으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 측정 빔 경로는 광학 시스템 내의 섹션에서 단지 연장되고, 따라서 앞서 명시된 견지에서 측정 빔 경로에 포함되지 않는 적어도 하나의 광학 소자가 존재한다.
본 발명에 따른 일 예시적인 실시예에 따르면, 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 위한 기판 표면의 위치는 결상 방향에 관하여 측정될 수 있다. 광학 시스템이 회전식으로 대칭인 광학 소자를 사용하는 경우에 광축을 갖는다면, 기판 표면 상의 적어도 하나의 지점은 광축에 대한 그의 축 방향 위치에 관하여 특히 측정될 수 있다. 축방향 위치는 광학 시스템의 광축의 방향으로 연장되는 좌표축에 관한 위치인 것으로 이해된다.
이후, 기판 표면의 위치는 기판 표면에서의 측정 방사선의 반사와, 반사된 측정 방사선의 후속 분석에 의해 결정될 수 있다. 측정 방사선이 기판 표면 상으로 광학 시스템 내부로부터 방사한다는 사실 때문에, 광학 시스템의 마지막 요소와 기판 사이에 측정 요소를 부착시키는 것을 생략할 수 있다. 이 방식으로 기판과 기판에 가장 근접하게 놓인 반사 광학 소자 사이의 작업 공간은 매우 작게 유지될 수 있다. 측정 방사선이 기판에서 반사되는 것이 아니라, 오히려 예컨대 마스크 패턴을 갖는 마스크에서 반사되는 경우에, 마스크와 마스크에 가장 근접하게 놓인 반사 광학 소자 사이의 작업 공간에 관한 상응하는 장점이 달성된다. 이것이 기판 표면 상의 위치가 아니라 결정되는 배열체의 특성인 경우 이들 또는 유사한 효과가 상응하여 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에, 측정 빔 경로에 의해 안내된 측정 방사선에 의해 그의 위치에 관하여 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에, 측정 방사선에 의해 광학 시스템의 결상 방향의 위치에 관하여 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 측정 방사선이 기판과 서로 상호작용한 후 측정 방사선으로부터 기판 표면의 지점의 위치를 결정하도록 구성되는 분석 장치를 바람직하게 갖는다.
일반적으로, 일 실시예에 따른 장치는 투영 노광을 위한 장치 및 기판을 포함하는 측정 방사선의 배열체의 특성을 결정하도록 구성되는 분석 장치를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 측정 빔 경로는 측정 방사선이 장치의 작동 중에 기판의 표면에서 반사되도록 구성된다. 이 경우에, 이후 기판 표면 상의 축방향 위치는 기판 표면에서 반사된 측정 방사선으로부터 결정될 수 있다. 이는 다양한 방식으로 발생할 수 있다. 예컨대 US 2007/0080281 A1에 기술된 바와 같이, 예컨대, 기판 표면에서 반사된 측정 방사선은, 광학 시스템을 지나 이동되고 측정 방사선와 동일한 방사선 공급원으로 돌아가서 지나가는 방사선으로 결정될 수 있다. 또한, 예컨대, z 방향의 기판 표면의 변위가 검출기 표면의 측정 빔의 변위를 초래하는 US 5,268,744에 기술된 측정 원리에 의지할 수 있다. 거리 측정의 추가적 측정 원리는 DE4109484C2에서 기술된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에, 측정 빔 경로에 의해 안내되는 측정 방사선에 의해 광학 시스템의 결상 방향에 대해 측방향의 위치에 관하여 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 구성된다. 이 방식으로 적어도 하나의 지점의 위치는 측방향으로 측정된다. 이는 조절 마크에 의해 특히 발생할 수 있다. 가장 단순한 경우에, 기판 상에 위치되는 단 하나의 조절 마크가 요구된다. 이 조절 마크는 측정 방사선에 의해 검출기 상으로 결상된다. 조절 마크의 측방향 위치는 결상된 조절 마크의 위치로부터, 그리고 기판의 이 측방향 위치로부터 취해지고, 따라서 소위 기판의 정렬이 결정될 수 있다.
기판의 조절 마크뿐만 아니라, 또한 예컨대 기준 거울 상에, 기준으로서 추가적 조절 마크가 제공될 수 있다. 이 유형의 기준 마크는 측정 빔 경로에서 기판의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다. 상류에 위치 설정된 경우에 측정 방사선은 "미리 패터닝된" 기판 상에 조절 마크를 타격하고, 하류에 위치 설정된 경우에 기판 마크에 의해 패터닝된 측정 방사선은 기준 마크 상으로 결상된다. 두 경우에, 기준 마크와 기판 마크의 상대 위치를 포함하는 이미지는 하류 검출기에 의해 기록될 수 있다. 이로부터 기준 마크에 대한 기판 마크의 측방향 위치가 결정될 수 있다. 기판과 기준 마크에 의한 위치 결정의 이러한 유형의 일례는 모아레 방법이다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 원칙적으로 알려진 모아레 측정 방법은 장기간 휘도 변조가 2개의 라인 그리드를 중첩함으로써 생성되는 모아레 효과를 활용하고, 라인 그리드의 그리드 상수는 서로로부터 단지 약간 벗어난다. 생성되는 패턴을 분석함으로써, 서로에 대한 2개의 그리드의 상대 변위가 고정밀도로 결정될 수 있다. 모아레 분석은 공간 분해능 표면 센서에 의해 결정되는 2차원 강도 패턴에 의해 구현되는 것이 유리하다.
마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치에 있어서, 특히 예컨대 이중 패터닝 방법의 경우와 같이 구조물의 고정밀 측방향 중첩을 요구하고 높은 "중첩" 요구조건을 갖는 방법에 있어서, 이 유형의 측방향 위치 측정이 중요하다. 측방향 위치의 측정은 또한 아래 기술된 검사 장치와 관련된다. 본 발명에 따라 "정합 유닛"으로도 칭해지는 이 유형의 장치에 있어서, 예컨대 개략적인 위치 설정의 일 유형인 소위 "예비 정렬"을 위해 측방향 위치 측정을 하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 이후 조절 마크의 고정밀 측정은 측정 빔 경로에 의해 구현되지 않고, 다른 빔 경로, 예컨대 결상 빔 경로에 의해 구현된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치는 결상 방향에 대한 측방향으로 변위 가능한 기판 테이블 및 제어 장치를 갖는다. 제어 장치는 장치의 작동 중에 기판 표면의 적어도 하나의 지점이 결상 방향에 대해 측방향의 위치에 관하여 2개의 다른 시간 지점에서 측정되도록 장치를 제어하도록 구성되고, 장치는 이로부터 기판 테이블의 측방향 변위 속도 또는 소위 "스캔 속도"로부터 결정하도록 구성된다. 기판은 또한 "웨이퍼 스테이지"로 칭해질 수 있는 기판 테이블에 의해 보유된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 기판의 표면에서 반사되도록 구성된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 적어도 2개의 다른 파장을 갖는 측정 방사선을 생성하는 측정 방사선 공급원을 갖는다. 또한, 장치는 적어도 2개의 다른 파장 각각에 대한 기판에서의 반사 후 측정 방사선의 각각의 강도를 측정하고 이로부터 기판 표면에서 온도를 결정하도록 구성되는 파장 분해능 방사선 검출기를 포함한다. 이는 적외선 온도계에 의해 온도 측정과 동일한 방식으로 일어난다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 결상될 마스크 구조물은 마스크 상에 배치되고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 광학 시스템 쪽으로 향하는 마스크의 표면에서 반사되도록 구성된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 결상 방향에 대해 측방향으로 변위될 수 있는 마스크 테이블과, 장치의 작동 중에 기판 표면의 적어도 하나의 지점이 2개의 다른 시간 지점에서 결상 방향에 대해 측방향의 위치에 관하여 측정되도록 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치를 제어하도록 구성되는 제어 장치를 포함하고, 장치는 이로부터 마스크 테이블의 측방향 변위 속도를 결정하도록 구성된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 적어도 2개의 다른 파장을 갖는 측정 방사선을 생성하는 측정 방사선 공급원을 포함한다. 또한, 장치는 적어도 2개의 다른 파장에 대한 마스크 표면에서의 반사 후 측정 방사선의 각각의 강도를 측정하도록, 그리고 이로부터 기판 표면에서 온도를 결정하도록 구성되는 파장 분해능 방사선 검출기를 포함한다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 장치의 작동 중에, 광학 시스템을 통과할 때 측정 방사선의 강도의 감소를 결정하고, 이로부터 광학 시스템에 포함되는 가스의 농도를 결정하도록 구성된다. 이 가스는 광학 시스템의 광학 소자를 둘러싼다. 이는 또한 진공에서 작동되는 광학 시스템의 잔류 가스일 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 측정 방사선을 광학 시스템 내로 도입하기 위해 제공되는 광학 도입 요소를 추가로 포함한다. 더욱이, 측정 방사선을 광학 시스템으로부터 추출하기 위해 제공되는 광학 추출 요소가 제공될 수 있다. 이를 위해 측정 방사선을 반사하도록 구성되는 2개의 편향 거울이 제공될 수 있다. 편향 거울은 유리하게, 광학 시스템의 적어도 하나의 반사 광학 소자에 독립적이다. 일 실시예에서, 제1 편향 거울은, 반사 광학 소자들 중 하나 상으로 측정 방사선을 조향하도록 위치 설정되거나, 또는 일 실시예에서 반사 광학 소자들 중 하나가 개구를 갖는데 이 개구 상으로 측정 방사선을 조향하도록 위치 설정된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에, 측정 방사선이 광학 시스템 내로의 도입과 광학 시스템으로부터의 추출 사이에서 기판의 표면 또는 마스크의 표면에서 반사되도록 구성된다. 이 방식으로 광학 시스템에 대한 반사 지점 상의 기판의 축방향 위치를 결정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되도록 광학 시스템 내에서 연장된다. 추가 변형예에 따르면, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 연장된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 마스크 구조물이 장치의 작동 중에 결상되는 기판 평면을 추가로 포함하고, 측정 빔 경로는 측정 방사선이 기판 평면 상으로 집중되도록 구성된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 차폐 구멍(obscuration aperture)은 광학 시스템의 퓨필 평면에 배치된다. 이 유형의 차폐 구멍은 차광 구멍(shading aperture)로도 칭해진다. 이는 예컨대, 결상 방사선의 파장을 갖는 방사선에 대한 무반사 코팅에 의해 생성될 수 있다. 예컨대 WO 2006/069725 A1에 기술된 바와 같이, 차폐된(obscured) 시스템에서 더 작은 입사각이 달성될 수 있기 때문에, 이 유형의 차폐 구멍은 결상 방사선의 빔 경로의 높은 정도의 광 손실을 방지하는데 종종 사용된다. 차폐 구멍은 빔 단면의 중앙 영역에서 결상 방사선을 종종 차단한다. 퓨필 평면에서 차폐 구멍을 위치 설정함으로써, 퓨필의 영역 독립적 차폐가 달성될 수 있다. 차폐된 퓨필을 갖는 이 유형의 광학 시스템은, 광학 시스템과 기판 사이의 작업 공간이 작을수록 차폐 사이즈가 더 작아질 수 있기 때문에 본 발명에 따른 해결책에서 특히 유용하다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 적어도 하나의 반사 광학 소자는 개구를 갖고, 측정 빔 경로는 이 개구를 통하여 연장된다. 개구를 갖는 적어도 하나의 반사 광학 소자는 결상 방사선의 빔 경로에서 차폐 구멍에 대하여 하류에 있고, 개구는 차폐 구멍에 의해 결상 방사선으로부터 적어도 부분적으로 차광되는 반사 광학 소자의 영역에 배치된다. 따라서, 광학 시스템의 결상 특성은 측정 방사선에 의해 악영향을 받지 않는다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 차폐 구멍은 제1 퓨필 평면에 배치되고, 광학 시스템은 차폐 구멍에 의해 일부 영역에서 차광되는 결상 빔 경로에서 차폐 구멍에 대해 하류에 추가적 퓨필 평면을 갖고, 측정 빔 경로는 적어도 부분적으로 차광 영역에서, 추가적 퓨필 평면을 통하여 적어도 한번 연장된다. 추가적 퓨필 평면은 예컨대 기판 이전에 광학 시스템의 마지막 반사 광학 소자와 마지막에서 두 번째 반사 광학 소자 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 측정 방사선은 추가적 퓨필 평면을 두 번 통과한다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 광학 시스템의 퓨필 평면을 통하여 적어도 한번 연장된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 반사 광학 소자들 중 적어도 하나는 개구를 갖고, 측정 빔 경로는 이 개구를 통하여 연장된다. 이 실시예에서, 개구는 적어도 하나의 반사 광학 소자의 중앙 영역에 배치된다. 반사 광학 소자의 중앙 영역에 개구를 위치 설정함으로써, 개구는, 그것이 적어도 어떤 효과를 갖는다면, 광학 시스템에서 결상 빔 경로에 대한 대칭 효과를 갖는다. 이 방식으로 광학 시스템에 의해 마스크 구조물을 결상할 때의 결상 오류가 방지된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 2개의 반사 광학 소자를 포함하고, 측정 빔 경로는 양쪽 개구를 통하여 연장된다. 일 실시예에서, 각각의 개구를 갖는 반사 광학 소자는 광학 시스템의 고-구경 부분(high-aperture part)에 배치되고, 특히 이들은 광학 시스템의 마지막 2개의 반사 광학 소자이다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 적어도 하나의 반사 광학 소자는 개구를 갖고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 개구를 통과하고 광학 시스템의 적어도 하나의 다른 반사 광학 소자에서 반사되도록 구성된다. 이 방식으로 본 발명에 따른 해결책은 광학 시스템을 위한 복수의 광학 설계에 의해 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되도록 구성되고, 반사 광학 소자는 결상 방사선의 빔 경로 외측에 배치된 주연 영역을 갖고, 측정 빔 경로는 측정 방사선이 주연 영역에서 반사되도록 구성된다. 이 주연 영역은 예컨대, 측정 방사선의 파장에 특히 일치되는 반사 코팅을 갖는다. 따라서, 결상 방사선 및 측정 방사선에 크게 다른 파장이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 두 번 반사되도록 구성된다. 바람직하게는, 측정 방사선은 기판에서 반사되기 전에 한번 반사되고, 이 후에 각각의 반사 광학 소자에서 한번 반사된다. 따라서, 기판에서 반사된 측정 방사선은 어떤 추가적 광학 소자도 마지막 광학 소자와 기판 평면 사이에 배치될 필요가 없도록 광학 시스템의 내부를 통하여 검출기 장치로 안내될 수 있다. 따라서, 광학 시스템의 작업 공간은 측정 방사선의 검출에 의해 영향을 받지 않은 채로 있을 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 광학 시스템은 다수의 광학 소자를 포함하고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 반사 광학 소자들 중 적어도 2개, 특히 3개, 4개, 5개, 6개 등의 반사 광학 소자에서 반사되도록 구성된다. 일 실시예에서, 반사 광학 소자에서의 반사는 측정 방사선이 기판을 타격하기 전에 발생하고, 이후 측정 방사선은 상기 반사 광학 소자에서 다시 한번 반사된다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 광학 시스템의 반사 광학 소자의 어느 것도 광학 영역의 광학적으로 사용된 영역에 개구를 갖지 않는다. 따라서, 반사 광학 소자의 광학 영역은 모두 연속적이도록 설계된다. 따라서, 광학 시스템 내에서, 측정 방사선은 각각의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 각각의 반사 광학 소자를 지나서 진행한다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 빔 경로는 기판의 표면 상의 적어도 2개의 지점의 상대 위치, 특히 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션의 토포그래피가 내부에서 안내된 측정 방사선에 의해 측정될 수 있도록 구성된다. 다시 말하면, 기판의 표면 상의 다수의 지점은 측정 방사선에 의해 서로에 대한 그의 상대적인 축방향 위치에 관하여 측정된다. 이로부터 기판 표면의 표면 특성이 결정될 수 있다. 이후, 결정된 표면 특성으로부터, 기판 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위해 포커스 세팅에 대한 노광 상태의 일치가 일어날 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치의 작동중의 주어진 시간에 기판의 제한된 영역은 결상 방사선으로 노광되고, 측정 빔 경로는 기판을 노광시킬 때 측정 방사선이 노광 영역 상으로 지향되도록 구성된다. 따라서, 기판의 표면 상의 위치 측정은 각각의 기판 면적의 노광 동안 동시에 이루어진다. 기판의 스캐닝 이동에 의해 야기된 위치의 어떠한 가능한 오류도 동시 측정에 의해 제거될 수 있다. 기판 상의 노광 영역은 소위 스테퍼 형태인 투영 노광 시스템의 경우에 예컨대 웨이퍼 상의 전체 노광 필드일 수 있거나, 또는 소위 스캐너 형태인 투영 노광 시스템의 경우에 노광 슬롯에 의해 조명되는 슬롯 형상의 영역일 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 작동 동안 기판의 슬롯 형상의 영역이 노광 빔에 의해 노광되는 스캐너로서 형성되고, 기판은 노광 영역이 기판 상에서 변위되도록 노광 빔에 대해 이동된다. 이 실시예에서, 측정 빔 경로는 측정 방사선이 노광 영역의 노광 작동 동안에 선행 및/또는 추종하는 기판의 섹션을 향해 지향되도록 구성된다. 측정 방사선이 노광 영역에 선행하는 섹션을 향해 지향되는 경우에, 측정 방사선에 의해 미리 "샘플링된 기판의 섹션의 노광 전에, 노광하는데 요구되는 포커스 세팅이 이미 제공되는 장점이 있다. 따라서, 기판 섹션의 노광을 위해, 예컨대 기계 조작에 의해, 최적의 포커스 세팅을 달성하기 위해 충분한 리드 시간이 있다. 기판 표면의 "후속 측정"의 경우에, 측정 결과는 예컨대 소급하여 결상 세팅을 확인하는데 도움이 되거나, 노광의 품질 제어를 위해 도움이 될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치는 기판 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하면서 동시에 기판 표면의 적어도 하나의 지점의 위치를 결정하도록 구성된다. 이 경우에 노광 작동 동안 기판 표면의 측정은 실시간으로 일어난다.
본 발명에 따르면, 또한 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치는 결상 방사선에 의해 결상 방향으로 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는 광학 시스템과, 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로를 가지며, 측정 빔 경로는 투영 방향의 위치에 관하여 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 기능하며, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 각각의 반사 광학 소자 중 적어도 하나에서 반사되도록 구성된다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써, 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는 광학 시스템을 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치가 제공된다. 또한, 광학 시스템은 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로를 포함하고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서, 그리고 또한 기판의 표면에서 반사되도록 광학 시스템 내에서, 특히 부분적으로 연장된다.
반사 광학 소자는 특히 결상 빔 경로를 생성하는 광학 소자이다. 다시 말하면, 이 경우에 반사 광학 소자는 마스크 구조물을 결상할 때 기판의 표면 상으로 결상 방사선을 반사하도록 광학 시스템 내에서 배치된다. 따라서 이는 마스크 구조물의 결상과 관련된 광학 시스템의 결상 광학 소자이다.
더욱이, 본 발명에 따르면 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템을 포함하고, 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는다. 또한, 장치는 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로를 포함하고, 측정 빔 경로는 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 개구를 통과하고 또한 기판의 표면에서 반사되도록 광학 시스템 내에서, 적어도 부분적으로 연장된다. 이 경우에서 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자뿐만 아니라, 적어도 하나의 굴절 또는 회절 광학 소자를 반사형 시스템으로서 포함하는 반사굴절형(catadioptric) 시스템으로서 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치 및 장치의 노광 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 결상 방사선에 의해 결상 방향으로 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖고, 본 방법은 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 반사 광학 요소들 중 적어도 하나에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 측정 방사선을 안내하는 단계와, 기판의 표면에서 측정 방사선을 반사시키는 단계와, 반사된 측정 방사선으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
더욱이, 본 발명에 따르면 결상 방사선에 의한 결상 방향으로 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는 광학 시스템을 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 결상 방향의 위치에 관하여 기판 표면의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 기능하는 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로를 추가로 포함한다. 여기에서 반사 광학 소자들 중 적어도 하나는 개구를 갖고, 측정 빔 경로는 이 개구를 통하여 연장된다.
또한, 본 발명에 따르면 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치에서 노광 위치에 배치되는 기판의 표면에서의 위치를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 이 장치는 결상 방사선에 의해 마스크 구조물을 투영함으로써 기판의 표면 상으로 마스크 구조물을 결상하기 위한 광학 시스템을 갖는다. 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖고, 본 발명에 따른 방법은 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 개구를 통과하도록 측정 방사선을 광학 시스템 내에서 부분적으로 안내하는 단계와, 기판의 표면에서 측정 방사선을 적어도 하나의 지점에서 반사하는 단계와, 반사된 측정 방사선으로부터 결상 방향에 대한 기판 표면의 적어도 하나의 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 반사 광학 요소에서의 개구는 기판의 표면 상으로의 마스크 구조물의 결상이 개구를 통과하는 결상 방사선에 의해서 영향을 받지 않거나 단지 약간만 영향을 받도록 설계된다. 광학 시스템이 부분적으로 차폐된 퓨필을 갖는 경우에, 개구는 결상 빔 경로의 차폐된 영역에 위치 설정될 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 시스템으로서, 특히 EUV 투영 노광 시스템으로서 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 결상 방사선에 의해 섹션을 결상함으로써 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는 광학 시스템과, 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로로서, 장치의 작동 중에 측정 방사선이 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 반사 광학 소자에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 부분적으로 연장되는 측정 빔 경로를 포함하는, 기판의 표면을 검사하기 위한 장치가 제공된다.
더욱이, 본 발명에 따르면 결상 방사선에 의해 결상 방향으로 섹션을 결상함으로써 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위에서 작동하도록 구성되는 광학 시스템과, 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로로서, 측정 방사선이 장치의 작동 중에 광학 시스템을 단지 부분적으로만 통과하도록 광학 시스템 내에서 연장되는 측정 빔 경로를 포함하는 기판의 표면을 검사하기 위한 장치가 제공된다. 따라서, 기판은 반도체 웨이퍼, 리소그래피 마스크 또는 일반적으로 검사될 대상물일 수 있다.
더욱이, 검사 장치 및 검사 장치에서 검사 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법이 제공되고, 이 검사 장치는 EUV 및/또는 더 높은 주파수 파장 범위의 결상 방사선에 의해 섹션을 결상함으로써 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템을 갖고, 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 포함하고, 본 방법은 측정 방사선이 광학 시스템을 단지 부분적으로만 통과하도록 측정 방사선을 광학 시스템 내에서 안내하는 단계와, 측정 방사선으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
더욱이, 본 발명에 따르면 결상 방사선에 의해 결상 방향으로 섹션을 결상함으로써 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템으로서, 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖는 광학 시스템과, 측정 방사선을 안내하기 위한 측정 빔 경로로서, 장치의 작동 중에 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 특히 부분적으로 연장되는 측정 빔 경로를 포함하는 기판의 표면을 검사하기 위한 장치가 제공된다.
이 검사 장치의 일 실시예에 따르면, 이 검사 장치는 측정 방사선으로부터 투영 노광을 위한 장치 및 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하도록 구성되는 분석 장치를 갖는다. 분석 장치에 의해 결정될 수 있는 이러한 유형의 특성은 예컨대 기판 표면의 지점의 위치일 수 있다.
더욱이, 검사 장치 및 검사 장치에서 검사 위치에 배치된 기판을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법이 제공되는데, 이 장치는 결상 방사선에 의해 섹션을 결상함으로써 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템을 갖고, 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖고, 본 방법은 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 측정 방사선을 안내하는 단계와, 측정 방사선을 기판의 표면에서 반사하는 단계와, 반사된 측정 방사선으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
더욱이, 본 발명에 따르면 검사 장치에서 검사 위치에 배치된 기판의 표면 상의 위치를 결정하기 위한 방법이 제공되는데, 이 장치는 결상 방사선에 의해 결상 방향으로 섹션을 결상함으로써의 검출 평면 내로 검사될 기판의 표면의 섹션을 적어도 결상하기 위한 광학 시스템을 갖고, 광학 시스템은 적어도 하나의 반사 광학 소자를 갖고, 본 방법은 측정 방사선이 적어도 하나의 반사 광학 소자에서 반사되거나 또는 반사 광학 요소들 중 적어도 하나에서 개구를 통과하도록 광학 시스템 내에서 부분적으로 측정 방사선을 안내하는 단계와, 기판의 표면 상의 적어도 하나의 지점에서 측정 방사선을 반사하는 단계와, 반사된 측정 방사선으로부터 결상 방향에 대한 기판 표면의 적어도 하나의 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따르면, 검사 장치는 현미경으로서 구성된다. 본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 검사 장치는 마이크로리소그래픽 투영 노광 시스템에 의해 노광되는 기판을 검사하기 위한 광학 검사 시스템으로서 구성된다. 더욱이, 또 다른 실시예에서, 장치는 마이크로리소그래피를 위한 마스크를 검사하기 위한 광학 검사 시스템의 형태이다. 따라서, 검사 장치는 리소그래피 마스크 상의 위치 마크가 고정밀도로 측정되는 소위 "정합 유닛"으로서 그리고 마스크 구조화 시스템을 교정하도록 구성될 수 있다. 이 측정으로부터, 리소그래피 마스크 상에 배치되고 웨이퍼 상에 결상하도록 의도되는 마스크 구조물의 기록 정확도에 관하여 결론이 도출될 수 있다.
상기에 나열된 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따르면 장치의 실시예에 대한 구체화된 특징이 기판의 표면을 검사하기 위한 본 발명에 따른 장치에 상응하여 적용될 수 있다.
또한, 상기에 나열된 본 발명에 따른 장치의 실시예에 대한 구체화된 특징은 본 발명에 따른 방법에 상응하여 적용될 수 있고, 역으로 상기에 나열된 본 발명에 따른 방법의 실시예에 대한 구체화된 특징이 본 발명에 따른 장치에 상응하여 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로 얻어진 실시예는 본 발명의 개시내용에 의해 명백하게 포함되어야 한다. 또한, 본 발명에 따른 장치의 실시예에 대한 상기에 나열된 장점은 본 발명에 따른 방법의 상응하는 실시예와 관련되고, 역으로 본 발명에 따른 방법의 실시예에 대한 상기에 나열된 장점은 본 발명에 따른 장치의 상응하는 실시예와 관련된다.
마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치의 이하의 예시적인 실시예에서, 첨부된 개략적인 도면에 의해 더 상세하게 논의된다.
도 1은 매우 개략적으로 예시된 결상 빔 경로 및 측정 빔 경로를 갖는 제1 설명 평면에서의 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 개략 측면도이다.
도 2는 도 1에 따른 결상 빔 경로의 상세한 설명도이다.
도 3은 정확한 광선 코스를 설명하는 역할을 하는 개별 빔을 이용한 도 1에 따른 개략적 설명도에서의 결상 빔 경로를 도시한다.
도 4는 90°만큼 회전된 제2 설명 평면에서의 도 1 내지 도 3에 따른 결상 빔 경로의 단면도이다.
도 5는 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치의 반사 광학 소자의 평면도이다.
도 6은 제1 설명 평면에서의 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 단면도이다.
도 7은 결상 빔 경로만이 도시된 제1 설명 평면에서의 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 단면도이다.
도 8은 단 하나의 측정 빔 경로가 도시된 도 7에 따른 장치를 도시한다.
도 9는 제2 설명 평면에서의 도 7에 따른 결상 빔 경로를 도시한다.
도 10은 노광 공정을 설명하기 위해 상기에서 설명된 장치들 중 하나에 의해 노광되는 기판의 평면도이다.
도 11은 단 하나의 측정 빔 경로가 도시된 제1 설명 평면에서의 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치의 추가적 실시예의 단면도이다.
도 12는 기판의 표면을 검사하기 위한 장치의 본 발명에 따른 실시예의 단면도이다.
아래 기술된 예시적인 실시예에서, 기능적 또는 구조적으로 서로 유사한 임의의 요소들은 동일하거나 유사한 도면부호로 가능한 한 많이 제공된다. 따라서, 특별한 예시적인 실시예의 개별 요소의 특징을 이해하기 위해, 다른 예시적인 실시예의 기술 또는 본 발명의 전반적인 설명이 참조되어야 한다.
도 1은 도면에 도시된 좌표 시스템에 따른 x-z 평면에서의 단면도로, EUV 투영 노광 시스템의 형태인 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10)의 제1 실시예를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 소위 스텝 및 스캔 노광 시스템로서, 소위 간단히 "스캐너"로서, 또는 소위 "스텝퍼"로서 설계될 수 있다.
장치(10)는 마스크 패턴(16)이 위에 위치되어 있는 마스크(14) 상으로 EUV 파장 범위(예컨대 13.4 nm의 파장을 갖는 극자외 방사선)에서 조명 방사선(13)을 방사하는 조명 시스템(12)을 포함한다. 마스크(14)는 소위 "레티클 스테이지"의 형태인 마스크 테이블(11)에 의해 보유된다.
장치(10)는 기판 평면(19)에 배치된 웨이퍼의 형태인 기판(20)의 표면(21) 상으로 마스크 구조물(16)을 결상하기 위한 투영 광학계의 형태인 광학 시스템(18)을 추가로 포함한다. 장치(10)는 기판(20)을 보유하는 소위 "웨이퍼 스테이지"의 형태인 기판 테이블(20a)을 추가로 포함한다. 이미 전술된 바와 같이, 도시된 실시예에 따르면 장치는 소위 "스캐너"로서 구성된다. 기판(20) 상의 영역의 노광 동안, 마스크 테이블(11)과 기판 테이블(20a) 양자 모두는 도 1에 도시된 좌표 시스템에 따라 y 방향으로 다양한 속도로 변위된다.
광학 시스템(18)은 거울 형태인 완전한 반사 광학 소자(22)를 포함한다. 따라서, 광학 시스템(18)은 반사형 투영 대물부로 또한 칭해질 수 있다. 기판(20)의 표면(21) 상으로의 마스크 구조물(16)의 결상은 마스크 패턴을 결상 방향(17a)으로 투영함으로써 구현된다. 결상 방향(17a)은 도 1에 따라 z 방향으로 연장되는 광학 시스템(18)의 기준 축(17)의 방향으로 연장된다. 반사 광학 소자(22)가 회전식으로 대칭인 경우에, 기준 축(17)은 광학 시스템의 광축에 대응한다.
조명 방사선(13)은 마스크(14)에 의해 결상 방사선(15)으로 변환된다. 보다 명백한 설명을 제공하기 위해, 결상 방사선(15)은 도 1에서 윤곽선으로 도시된 광학 시스템(18)의 결상 빔 경로(24)를 통하여 지나간다. 도 2는 복수의 개별 빔이 포함되는 결상 빔 경로(24)를 도시한다. 광학 시스템(18)에서의 결상 방사선(15)의 경로의 추가 설명으로서, 결상 방사선(15)의 예시적 개별 빔(25)이 도 3에 도시된다. 이로부터 분명한 바와 같이, 결상 방사선(15)은 결상 빔 경로(24)에서, 순차적으로 개별적 반사 광학 소자(21-1 내지 21-6)에서 반사된다. 여기에서 소자(22-1 및 22-2)는 각각 오목 거울이고, 소자(22-3)은 볼록 거울이고, 소자(22-4)는 다시 한번 오목 거울이고, 소자(22-5)는 볼록 거울이며, 이어서 소자(22-6)는 오목 거울이다.
광학 시스템(18)은 반사 광학 소자들(22-3 및 22-4) 사이에 배치되는 제1 퓨필 평면(28)을 갖는다. 제1 퓨필 평면(28)에 배치되는 소위 차광 구멍인 차폐 구멍(29)이 결상 방사선(15)의 빔 단면의 중앙 영역에 있다. 차폐 구멍(29)은 퓨필의 영역 의존적 차폐를 초래하고, EUV 파장 범위에서의 노광 파장을 갖는 어떠한 방사선도 반사시키지 않는 재료로 만들어지거나 코팅을 갖는다. 재료는 이 파장을 갖는 유입 방사선을 실질적으로 흡수한다.
빔 경로(24)에서의 반사 광학 소자(22-5 및 22-6) 하류는 광학 시스템(18)의 높은 개구 부분에 배치되고, 각각은 반사 광학 표면(27)을 통하여 중앙 구멍 형태인 개구(26)를 갖는다. 도 5는 예시적인 반사 광학 소자(22)에서 이러한 유형의 개구(26)를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 개구(26)는 원형 디스크의 형태일 수 있거나, 또한 다른 형태를 가질 수 있다. 개구(26)는 차폐 구멍(29)에 의해 적어도 부분적으로 차광되는 반사 광학 소자(22-5 및 22-6)의 영역에 배치된다. 예컨대 WO 2006/069729에서 기술된 바와 같이, 이러한 유형의 차폐 구멍(29)은 조사 빔 경로(24)의 큰 정도의 광 손실을 방지하도록 기능할 수 있다.
또한, 장치(10)는 측정 방사선(34)을 생성하기 위한 측정 방사선 공급원(32)을 갖는다. 측정 방사선(34)은 결상 방사선(15)과 다른 파장인, 특히 예컨대 632.8 nm인 예컨대 가시 파장 범위의 파장, 예컨대 248 nm인 UV 파장 범위의 파장, 특히 DUV 파장 범위의 파장, 예컨대 193 nm인 VUV 파장 범위의 파장, 또는 적외선 범위의 파장을 가질 수 있다. 측정 방사선(34)은 도입(injection) 거울 또는 도입 요소의 형태인 제1 편향 거울(38)에 의해 광학 시스템(18) 내로 도입된다. 측정 빔 경로(36)가 처음으로, 반사 광학 소자(22-6)에서 개구(26)를 통하여 지나간 후 반사 광학 소자(22-5)의 개구(26)를 통하여 지나가도록, 도입이 일어난다.
이 후, 측정 방사선(34)은 기판(20)의 표면(21)에서 반사되고, 다시 한번 광학 소자(22-5 및 22-6)에서 개구(26)를 통과한다. 여기에서 측정 빔 경로(36)는 차폐 구멍(29)에 의해 차광된 영역에서 제1 퓨필 평면(28)와 짝을 이루는(conjugated) 제2 퓨필 평면(30)을 두 번 통과한다. 다시 한번 소자(22-5 및 22-6)에서 개구(26)를 통과한 후, 측정 방사선(34)은 검출기 시스템(42) 상으로 추출 거울 또는 추출 요소의 형태인 제2 편향 거울(40)에 의해 조향된다. 측정 방사선(34)이 광학 시스템(18), 특히 광학 소자(22-1 및 22-2)의 일련의 광학 소자를 통과하지도 일련의 광학 소자에서 반사되지도 않기 때문에, 측정 방사선(34)은 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로 통과한다.
검출기 시스템(42)에 의해, 측정 방사선(34)이 반사되는 기판 표면(21) 상의 지점 또는 다수의 지점은 결상 방향(17a)으로의 그 지점의 위치에 대해 측정된다. 이를 위해, 검출기 시스템(42)은 검출기와, 검출기에 의해 기록된 신호로부터 측정될 기판 표면(21) 상의 지점 또는 지점들의 축 방향 위치를 결정하는 분석 장치(45)를 포함한다. 도 1에 따른 결상 방향(17a)이 z 좌표축과 평행하게 연장되기 때문에, 지점의 z좌표 또는 다수 지점의 각각의 z좌표가 결정된다. 이는 예컨대 US 2007/0080281 A1에 기술된 바와 같이, 반사된 측정 방사선(34)을, 광학 시스템(18)을 지나 이동되는 측정 방사선 공급원(32)으로부터의 방사선과 중첩함으로써 발생할 수 있다. 다르게는, 기판 표면(21)의 z방향으로의 변위가 또한 검출기 시스템(42)의 검출기 표면에서 측정 방사선의 타격 위치의 변위를 야기하는, US 5,268,744에서 기술된 측정 원리가 사용될 수 있다. 다르게는, DE 4109484 C2에서 기술된 측정 장치는 반사된 측정 방사선(34)을 분석하는데 또한 사용될 수 있다. 도 4는 y-z 평면에서 도 1 내지 도 3에 따른 결상 빔 경로(24)를 도시한다. 측정 방사선(34)에 의해, 기판 표면(21)의 토포그래피, 그리고 서로에 대한 기판 표면(21) 상의 다수 지점의 상대 위치가 또한 결정될 수 있다.
더욱이, 측정 방사선(34)은 기판 표면(21) 상에 배치된 조절 마크의 측방향 위치를 결정하는데 또한 사용될 수 있고, 노광되기 전에 기판(20)을 정렬하는데 사용된다. 상기에 더 상세하게 이미 설명된 바와 같이, 이 목적을 위해 조절 마크는 검출기 시스템(42) 상으로 직접적으로 결상될 수 있다. 다르게는, 또한 기준 마크는 예컨대 기준 거울 상에, 측정 빔 경로(36)에 배치될 수 있다. 측방향 위치를 결정하기 위한 한가지 방법은 원칙적으로 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 모아레 측정 방법이다.
도 6은 x-z 평면에서의 단면도로 본 발명에 따른 제2 실시예에서의 단면으로 장치(10)를 도시한다. 도 6에 따른 장치(10)는 단지 측정 빔 경로(36)의 구성이 도 1에 따른 장치(10)와 상이하다. 도 6에 따른 측정 빔 경로(36)는, 광학 시스템(18) 내로의 도입 후 측정 방사선(34)이 반사 광학 소자(22-6)의 제1 편향 거울(38)에 의해 처음에 반사되도록 구성된다. 반사 광학 소자(22-6)의 주연 영역(23)에서 반사가 일어난다. 이 주연 영역(23)은 결상 빔 경로(15) 외측 또는 내측에 배치될 수 있고, 이는 또한 결상 빔 경로(15)와 부분적으로 중첩될 수 있다.
이후, 주연 영역(23)에서 반사되는 측정 방사선(34)은 반사 요소(22-5)에서 개구(26)를 통과하고, 기판 표면(21)에서 반사되고, 다시 한번 반사 요소(22-5)에서 개구(26)를 통과하고, 이후에 반사 요소(22-6)의 주연 영역(23)에서 다시 반사된다. 반복된 반사는 광학 시스템(18)의 기준 축(17)에 대해 제1 반사에 관한 주연 영역(23)의 대향 영역에서 일어난다. 이후, 측정 방사선(34)은 검출기 시스템(42) 상으로 제2 편향 거울(40)에 의해 조향된다.
도 7 내지 도 9는 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 본 발명에 따른 장치(10)의 제3 실시예를 도시한다. 보다 나은 설명을 위해, 도 7 및 도 9는 각각 결상 빔 경로(24)만을 도시하고, 도 8은 측정 빔 경로(36)만을 도시한다. 도 7 및 도 8은 x-z 평면의 단면도로 실시예를 도시하고, 도 9는 y-z 평면의 단면도로 실시예를 도시한다.
이전에 기술된 광학 시스템(18)과는 달리, 도 7 내지 도 9에 따른 광학 시스템(18)은 차폐 구멍(29)을 구비하지 않는다. 도 9로부터 명백한 바와 같이, 결상 방사선(15)은 반사 광학 표면을 침투하지 않으면서, 해당 광학 소자에서의 반사 이전 또는 이후에 각각의 개별적 광학 소자(22-1 내지 22-6)의 측부를 지나 안내된다. 따라서, 이전 실시예와는 달리, 반사 광학 소자(22-1 내지 22-6)는 개구(26)를 갖지 않는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 측정 빔 경로(36)는 측정 방사선(34)이 반사 광학 소자(22-1 내지 22-6)에서 반사되거나 또는 반사 광학 소자(22-1 내지 22-6)를 지나 진행하도록 또한 연장된다. 따라서, 이 실시예에서 측정 방사선(34)은 반사 광학 소자(22)에서 개구를 통과하지 않는다. 제1 편향 거울(38)에 의해 광학 시스템(18) 내로 도입된 후에, 측정 방사선(34)은 순차적으로, 볼록 거울의 형태인 반사 광학 소자(22-3)에서, 볼록 거울의 형태인 반사 광학 소자(22-4)에서, 또한 볼록 거울의 형태인 반사 광학 소자(22-5)에서, 그리고 또한 볼록 거울의 형태인 반사 광학 소자(22-6)에서 반사된다. 이후, 측정 방사선(34)은 기판 표면(21) 상으로 지나가고, 그들이 제2 편향 거울(40)에 의해 검출기 시스템(42) 상으로 조향되기 전에 전술한 요소들에 반대 순서로 반사됨으로써 광학 시스템(18)을 통과한다.
도 10은 일례로서 도시된 노광될 영역(43)을 갖는 웨이퍼의 형태인 기판(20)의 평면도를 도시한다. 장치(10)가 "스캐너"로서 설계되는 경우, 기판 상으로 방사되는 노광 빔은, 그가 주어진 시간 지점에서 슬롯 형상의 영역(44)을 노광시키도록 형성된다. 이 슬롯 형상의 영역은 직사각형일 수 있거나 링 세그먼트 형상일 수 있다. 스캔 조작 동안, 기판(20)은 고정식 광학시스템(18)에 대해 y 방향(50)으로 스캔된다. 그의 효과는 슬롯 형상의 노광 영역(44)이 반대 방향(52)으로 효과적으로 스캔된다는 것이다.
상기 기술된 장치(10)의 모든 실시예에서, 측정 빔 경로(36)는 3가지 다른 변동으로 구성될 수 있다. 제1 변동에서, 측정 방사선(34)은 그가 노광될 때 슬롯 형상의 노광 영역(44) 내에서 지점 또는 영역으로 지향된다. 따라서, 기판 표면(21)의 표면 특성의 동시 측정은 스캐닝 공정 동안에 취해진다. 제2 변동에서, 측정 방사선(34)은 노광 영역(44)에 선행하는 기판(20)의 부분(46)에 지향된다. 제3 변동에서, 측정 방사선(34)은 대조적으로, 노광 영역(44)에 추종하는 기판(20)의 부분(48)에 지향된다.
장치(10)의 본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 기판 표면(21) 상의 지점은 기판(20)의 스캐닝 이동 동안 두 가지 다른 시간에, 결상 방향(17a)에 대해 측방향의 위치에 대해서 측정된다. 이로부터 기판(20)의 스캐닝 속도와 측방향 변위 속도가 결정된다.
장치(10)의 본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 측정 방사선 공급원(32)에 의해 생성된 측정 방사선(34)은 적어도 2개의 다른 파장을 갖는다. 방사선 검출기(42)는 파장 분해능이고, 적어도 2개의 다른 파장에 대한 기판 표면(21)에서의 반사 후 측정 방사선(34)의 각각의 강도를 결정한다. 이후, 방사선 강도로부터, 기판 표면(21)의 온도가 적외선 온도계의 기능과 동일한 방식으로 결정된다.
장치(10)의 본 발명에 따른 추가적 실시예에서, 장치(10)의 작동 중에, 광학 시스템(18)을 통과할 때 측정 방사선(34)의 강도 감소가 결정되고, 이로부터 광학 시스템(18)에 포함된 가스의 농도가 결정된다.
도 11은 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10)의 본 발명에 따른 추가적 실시예를 도시한다. 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치를 이용하여, 측정 빔 경로(36)는 장치(10)의 작동 중에 측정 방사선(34)이 광학 시스템(18) 쪽으로 향하는 마스크(14)의 표면(14a) 상에 반사되도록 형성된다. 따라서, 예컨대 마스크 표면(14a)의 토포그래피 또는 마스크 표면(14a)의 지점의 위치가 결정될 수 있다. 또한, 측정 방사선(34)이 기판(20)에서 반사되는 실시예에 관해서 위에서 구체화된 장치의 다른 특성이 결정될 수 있다.
도 12는 기판(20)의 표면을 검사하기 위한 장치(110)의 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 이는 예컨대 리소그래피 마스크의 검사 또는 노광 웨이퍼의 검사를 위한 현미경 또는 광학 검사 시스템일 수 있다. 또한, 장치는 마스크 형성 시스템, 그리고 리소그래피 마스크 상의 위치 마크가 높은 정밀도로 측정되는 소위 "정합 유닛"을 교정하도록 구성될 수 있다. 이 측정으로부터, 리소그래피 마스크에 배치되고 웨이퍼 내로 결상하도록 의도되는 마스크 구조물의 기록 정밀도에 관하여 결론이 도출될 수 있다.
따라서, 기판(20)은 반도체 웨이퍼, 리소그래피 마스크 또는 일반적으로 검사될 대상물일 수 있다. 장치(110)는 단지, 결상이 대향하는 결상 방향(17a)으로 일어난다는 점에서 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 이전에 기술된 장치(10)와 상이하다. 기판(20)은 경사져 방사되는 조명 방사선(113)에 의해 조명된다. 표면(21)으로부터 보내진(remitted) 결상 방사선(15)은 장치(10)와 비교하여 반대 방향으로 광학 시스템(18)의 결상 빔 경로(24)를 통하여 기판(20)을 통과한다. 검사될 표면(21)의 섹션은, 검출 평면(156)에 배치되고 검출 장치에 의해 검출되는 검출 장치(154)의 검출 표면(158) 상으로 결상된다.
장치(110)는 도 1에 따른 측정 빔 경로(36)와 동일한 방식으로 형성되는 측정 빔 경로(36)를 포함한다. 도 2 내지 도 5에 도시된 실시예는 도 12에 따른 실시예에서의 장치(110)에 상응하여 적용될 수 있다. 또한, 장치(110)는 도 6 내지 도 9에 따른 장치(110)와 유사한 추가적 실시예로 형성될 수 있다.
10 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치
11 마스크 테이블
12 조명 시스템
13 조명 방사선
14 마스크
14a 표면
15 결상 방사선
16 마스크 구조물
17 기준 축
17a 결상 방향
18 광학 시스템
19 기판 평면
20 기판
20a 기판 테이블
21 기판 표면
22-1 내지 22-6 반사 광학 소자
23 주연 영역
24 결상 빔 경로
25 결상 방사선의 개별 빔
26 개구
27 광학 표면
28 제1 퓨필 평면
29 차폐 구멍
30 제2 퓨필 평면
32 측정 방사선 공급원
34 측정 방사선
36 측정 빔 경로
38 제1 편향 거울
40 제2 편향 거울
42 검출기 시스템
43 노광될 영역
44 슬롯 형상의 노광 영역
45 분석 장치
46 선행 섹션
48 추종 섹션
50 기판의 스캐닝 방향
52 노광 영역의 효율적인 스캐닝 방향
110 검사 장치
113 조명 방사선
154 검출 장치
156 검출 평면
158 검출 표면

Claims (55)

  1. 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10)이며,
    결상 방사선(15)에 의해 마스크 구조물(16)을 투영함으로써 기판(20)의 표면(21) 상으로 마스크 구조물(16)을 결상하기 위한 광학 시스템(18)으로서, EUV와 더 높은 주파수 중 하나 또는 모두의 파장 범위에서 작동하도록 구성되는 광학 시스템(18)과,
    측정 방사선(34)을 안내하기 위한 측정 빔 경로(36)로서, 광학 시스템(18)의 적어도 2개의 광학 소자(22)가 측정 빔 경로(36)에 포함되고 측정 방사선(34)이 장치(10)의 작동 중에 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로만 통과하도록, 광학 시스템(18) 내에서 연장되는 측정 빔 경로(36)를 포함하는
    장치.
  2. 기판(20)의 표면을 검사하기 위한 장치(110)이며,
    결상 방사선(15)에 의해 섹션을 결상함으로써 검출 평면(156) 내로 검사될 기판(20)의 표면(21)의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템(18)으로서, EUV와 더 높은 주파수 중 하나 또는 모두의 파장 범위에서 작동하도록 구성되는 광학 시스템(18)과,
    측정 방사선(34)을 안내하기 위한 측정 빔 경로(36)로서, 광학 시스템(18)의 적어도 2개의 광학 소자(22)가 측정 빔 경로(36)에 포함되고 측정 방사선(34)이 장치(10)의 작동 중에 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로만 통과하도록, 광학 시스템(18) 내에서 연장되는 측정 빔 경로(36)를 포함하는
    장치.
  3. 제2항에 있어서,
    현미경으로서 구성되는
    장치.
  4. 제2항에 있어서,
    마이크로리소그래픽 투영 노광 시스템에 의해 노광되는 기판을 검사하기 위한 광학 검사 시스템으로서 구성되는
    장치.
  5. 제2항에 있어서,
    마이크로리소그래피를 위한 마스크(14)를 검사하기 위한 광학 검사 시스템으로서 구성되는
    장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 방사선(34)을 광학 시스템(18) 내로 도입하기 위해 제공되는 광학 도입 요소(38)를 더 포함하는
    장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 방사선(34)을 광학 시스템(18)으로부터 추출하기 위해 제공되는 광학 추출 요소(40)를 더 포함하는
    장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 시스템(18)은 적어도 하나의 반사 광학 소자(22)를 갖고,
    측정 빔 경로(36)는 장치(10)의 작동 중에 측정 방사선(34)이 적어도 하나의 반사 광학 소자(22-6; 22-3, 22-4, 22-5, 22-6)에서 반사되도록 광학 시스템(18) 내에서 연장되는
    장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 시스템(18)은 적어도 하나의 반사 광학 소자(22)를 갖고,
    측정 빔 경로(36)는 장치(10)의 작동 중에 측정 방사선(34)이 적어도 하나의 반사 광학 소자(22-5, 22-6)에서 개구(26)를 통과하도록 광학 시스템(18) 내에서 연장되는
    장치.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 시스템(18)은 반사형 시스템으로서 구성되는
    장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 빔 경로(36)는 장치(10; 110)의 작동 중에 측정 빔 경로(36)에 의해 안내되는 측정 방사선(34)에 의해 위치에 관하여 기판 표면(21)의 적어도 하나의 지점을 측정하도록 구성되는
    장치.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 빔 경로(36)는 장치(10; 110)의 작동 중에 측정 방사선(34)이 기판(20)의 표면(21)에서 반사되도록 구성되는
    장치.
  13. 제12항에 있어서,
    적어도 2개의 다른 파장을 갖는 측정 방사선(34)을 생성하는 측정 방사선 공급원(32)과, 적어도 2개의 다른 파장 각각에 대한 기판(20)에서의 반사 후 측정 방사선(34)의 각각의 강도를 측정하고 이로부터 기판 표면(21)에서 온도를 결정하도록 구성되는 파장 분해능 방사선 검출기(42)를 포함하는
    장치.
  14. 제1항에 있어서,
    결상될 마스크 구조물(16)은 마스크(14) 상에 배치되고,
    측정 빔 경로(36)는 장치(10)의 작동 중에 측정 방사선(34)이 광학 시스템(18) 쪽으로 향하는 마스크(14)의 표면(14a)에서 반사되도록 구성되는
    장치.
  15. 제14항에 있어서,
    결상 방향(17a)에 대해 측방향으로 변위될 수 있는 마스크 테이블(11)과,
    장치(10)의 작동 중에 기판 표면(21)의 적어도 하나의 지점이 2개의 다른 시간 지점에서 결상 방향(17a)에 대해 측방향의 위치에 관하여 측정되도록 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10)를 제어하도록 구성되는 제어 장치를 포함하고,
    장치(10)는 이로부터 마스크 테이블(11)의 측방향 변위 속도를 결정하도록 구성되는
    장치.
  16. 제1항 내지 제5항, 제14항, 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 빔 경로(36)는 광학 시스템(18)의 퓨필 평면(30)을 통해 적어도 한번 연장되는
    장치.
  17. 제8항에 있어서,
    측정 빔 경로(36)는 측정 방사선(34)이 적어도 하나의 반사 광학 소자(22-6; 22-3, 22-4, 22-5, 22-6)에서 두 번 반사되도록 구성되는
    장치.
  18. 제1항, 제14항, 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 표면(21) 상으로 마스크 구조물(16)을 결상하면서 동시에 기판 표면(21)의 적어도 하나의 지점의 위치를 결정하도록 구성되는
    장치.
  19. 마이크로리소그래픽 투영 노광을 위한 장치(10) 및 장치(10)의 노광 위치에 배치된 기판(20)을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법이며,
    장치(10)는 EUV와 더 높은 주파수 중 하나 또는 모두의 파장 범위의 결상 방사선(15)에 의해 마스크 구조물(16)을 투영함으로써 기판(20)의 표면(21) 상으로 마스크 구조물(16)을 결상하기 위한 광학 시스템(18)을 포함하고,
    상기 방법은
    - 광학 시스템(18)의 적어도 2개의 광학 소자(22)가 측정 빔 경로(36)에 포함되고 측정 방사선(34)이 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로만 통과하도록, 광학 시스템(18) 내에서 측정 방사선(34)을 안내하는 단계와,
    - 측정 방사선(34)으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  20. 검사 장치(110) 및 검사 장치(10) 내의 검사 위치에 배치되는 기판(20)을 포함하는 배열체의 특성을 결정하기 위한 방법이며,
    검사 장치(110)는 EUV와 더 높은 주파수 중 하나 또는 모두의 파장 범위의 결상 방사선(15)에 의해 섹션을 결상함으로써 검출 평면(156) 내로 검사될 기판(20)의 표면(21)의 적어도 하나의 섹션을 결상하기 위한 광학 시스템(18)을 갖고,
    상기 방법은
    - 광학 시스템(18)의 적어도 2개의 광학 소자(22)가 측정 빔 경로(36)에 포함되고 측정 방사선(34)이 광학 시스템(18)을 단지 부분적으로만 통과하도록 광학 시스템(18) 내에서 측정 방사선(34)을 안내하는 단계와,
    - 측정 방사선(34)으로부터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    측정 방사선(34)은 기판(20)의 표면(21) 상의 적어도 2개의 지점에서 반사되고,
    반사된 측정 방사선(34)으로부터 기판(20)의 표면(21)의 적어도 하나의 섹션의 토포그래피가 결정되는
    방법.
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