KR101738288B1 - 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성 측정 - Google Patents

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Abstract

마이크로리소그래픽 투영 노광 장치(10) 상의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 투영 노광 장치의 노광 비임 경로(32) 내에 적어도 하나의 측정 구조(60; 66)를 배열하는 단계를 포함하며, 측정 구조는 핀홀 정지부(62)와, 핀홀 정지부의 개구(63) 내에 배열된 회절 격자(64)를 포함한다. 또한, 이 방법은 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 요소(22)와의 방사선의 상호작용 이후 회절 격자(64)에서 발생된 회절 방사선의 강도를 측정하는 단계를 포함한다.

Description

투영 노광 장치의 광학 대칭 특성 측정 {MEASURING AN OPTICAL SYMMETRY PROPERTY ON A PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 출원은 2013년 3월 14일자로 출원된 독일 특허 출원 제10 2013 204 466.6호 및 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 가출원 제61/783,572호에 대한 우선권을 주장한다. 이 독일 출원 및 미국 가출원의 전체 내용은 본 출원에 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 리소그래픽 측정 마스크 및 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치에 관한 것이다.
마이크로리소그래피의 이미징 수차를 감소시키기 위해, 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성이 정확히 알려지는 것이 유용하다. 이에 관하여, 예로서, 다이폴 조명이 사용될 때, "폴 밸런스"라고도 지칭되는 다이폴의 폴들 사이의 관계가 균형화되지 않는 경우 오버레이 에러가 증가된 정도로 발생한다는 것이 관찰되었다. 이런 폴 밸런스를 정량화하기 위해, 노광 장치의 투영 렌즈의 동공은 핀홀 정지부를 갖는 측정 마스크를 사용하여 측정되며, 핀홀 정지부의 개구는 통상적으로 80 내지 100 ㎛의 직경을 갖는다. 이 경우에 생성된 강도 분포는 웨이퍼 평면에 근접한 센서 상에 탈초점 방식으로 이미징된다. 그러나, 종래 기술로부터의 본 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있는 이러한 측정 기술에서는 폴 밸런스가 단지 투영 노광 장치의 전체 광학 시스템에 대해서만 측정될 수 있다.
그러나, 비균형 폴 분포가 오버레이 에러에 영향을 주는 민감도는 폴 불균형이 조명 시스템 내에서 발생하는지 또는 투영 광학 유닛에서 발생하는지에 의존한다. 따라서, 예로서, 조명 시스템과 투영 렌즈에 대하여 별개로 투영 노광 장치의 서로 다른 광학적 하위영역에 대해 별개로 폴 분포에 대한 기여도를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 해결되는 문제점은 상술한 문제점이 해결되고 특히 투영 노광 장치의 전체 광학 시스템의 하위영역에 대하여 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정할 수 있는 방법, 측정 마스크 및 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.
상술한 문제점은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 후술된 방법에 의해 본 발명에 따른 일 예시적 실시예에 따라 해결될 수 있다. 이 방법은 투영 노광 장치의 노광 비임 경로에 적어도 하나의 측정 구조를 배열하는 단계를 포함한다. 측정 구조는 핀홀 정지부와 핀홀 정지부의 개구 내에 배열되는 회절 격자를 포함한다. 또한, 이 방법은 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 요소와 방사선의 상호작용 이후 회절 격자에 생성된 회절 방사선의 강도를 측정하는 단계를 포함한다.
회절 방사선은 회절 격자에서 투영 노광 장치의 노광 비임 경로로 안내되는 노광 방사선의 회절에 의해 생성된다. 이를 위해, 회절 격자의 주기는 회절 방사선이 회절 격자에서 생성되는 방식으로 투영 노광 장치의 동작 파장에 적응된다. 핀홀 정지부의 개구는 또한 "핀홀"로서 설계될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 개구는 핀홀 정지부가 노광 방사선에 대한 어떠한 현저한 회절 효과도 갖지 않도록 치수설정된다. 이에 관하여, 개구는 예로서 투영 노광 장치의 동작 파장, 즉, 투영 방사선의 파장의 2000배 미만 직경, 특히, 1000배 미만이고, 동작 파장의 100배 초과, 특히, 200배 초과인 직경을 가지며, 특히, 동작 파장의 약 400 내지 500배 의 직경을 가질 수 있다. 예로서, 개구는 193nm 동작 파장에서 80 내지 100 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 방법은 또한 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성, 특히, 투영 노광 장치의 광학 모듈의 광학 대칭 특성을 측정된 강도를 사용하여 결정하는 단계를 더 포함한다.
핀홀 정지부 및 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하는 측정 구조의 제공은 투영 노광 장치의 전체 광학 시스템의 하위영역에 대한 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성에 관한 정보를 획득하기 위한 기초로서 취해질 수 있는 강도 분포를 생성할 수 있게 한다. 이에 관하여, 예로서, 강도 분포에 기초하여 입사 조명 다이폴의 폴 밸런스에 대한 투영 노광 장치의, 그리고, 조명 시스템의 영향을 획덕할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 핀홀 정지부는 측정 마스크의 일부이다. 측정 마스크는 투영 노광 장치의 마스크 평면에 측정 목적을 위해 배열된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 적어도 두 개의 측정 구조가 노광 비임 경로에 배열된다. 측정 구조 각각은 핀홀 정지부 및 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함한다. 또한, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 회절 격자 주기를 갖는다. 달리 말하면, 제1 측정 구조의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자와 제2 측정 구조의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는다. 두 개의 측정 구조는 노광 비임 경로 내에 연속적으로 또는 다르게는 동시에 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 추가 측정 구조가 노광 비임 경로 내에 배열되며, 상기 추가 측정 구조는 자유 개구를 갖는 핀홀 정지부를 포함한다. 자유 개구는 어떠한 음영 요소, 특히, 어떠한 격자도 개구 내에 배열되지 않는다는 것을 의미한다는 것을 이해하여야 한다. 추가 측정 구조와, 회절 격자를 포함하는 측정 구조 또는 회절 격자들을 포함하는 측정 구조는 노광 비임 경로 내에서 연속적으로 또는 다르게는 동시에 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 노광 비임 경로 내의 측정 구조의 상류 또는 하류에 배치된 광학 모듈의 광학 대칭 특성이 측정된 강도를 사용하여 결정된다. 상류 또는 하류에 배치된 광학 모듈의 예는 투영 노광 장치의 조명 시스템과 투영 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 측정 구조의 상류에 배치된 광학 모듈과 측정 구조의 하류에 배치된 광학 모듈은 노광 비임 경로 내에 배열된다. 강도 측정 동안, 하류 광학 모듈의 하류의 평면에서의 강도 분포의 대칭 특성이 결정되고, 대칭 특성에 대한 상류 광학 모듈의 각각의 영향 및 하류 광학 모듈의 영향이 결정된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 투영 노광 장치의 마스크 평면 상에 입사되는 노광 방사선의 각도 분포의 대칭 특성은 측정된 강도를 사용하여 결정된다. 결정된 대칭 특성은 조명 시스템의 광학 축에 관한 대칭에 관한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 투영 노광 장치의 투영 렌즈의 투과율의 각도 의존성의 대칭 특성은 측정된 강도를 사용하여 결정된다. 투과율의 각도 의존성은 특히, 투영 렌즈 상의 입사각에 대한 투과율의 의존성을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 투영 렌즈의 대칭 특성은 투영 렌즈의 광학 축에 관한 대칭성에 관련한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 투영 노광 장치의 두 개의 조명 폴의 강도 비율에 대한 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 모듈의 영향은 측정된 강도를 사용하여 결정된다. 결정된 강도 비율은 또한 "폴 밸런스"라 지칭된다.
또한, 본 발명은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 마이크로리소그래픽 측정 마스크를 제공한다. 측정 마스크는 핀홀 정지부와 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하는 적어도 하나의 측정 구조를 포함한다.
본 발명에 따른 실시예에서, 측정 마스크는 상술한 실시예 또는 실시예 변형 중 하나에서 대칭 특성을 측정하기 위한 방법을 수행하도록 구성된다. 달리 말하면, 측정 마스크는 설명된 실시예 중 하나에서 측정 방법을 수행하기 위해 기능하는 특징을 가질 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 측정 마스크는 적어도 두 개의 측정 구조를 포함한다. 측정 구조 각각은 핀홀 정지부와 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함한다. 또한, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는다. 다른 실시예에 따라서, 측정 마스크는 또한 자유 개구를 갖는 핀홀 정지부를 포함하는 다른 측정 구조를 포함한다.
또한, 본 발명은 노광 방사선으로 마스크 평면을 조명하기 위한 조명 시스템과, 마스크 평면의 하류에 배열된 투영 렌즈를 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치를 제공한다. 또한, 투영 노광 장치는 투영 렌즈의 하류에 배열된 측정 평면에서의 강도 분포를 검출하도록 구성된 측정 장치를 포함하고, 핀홀 정지부가 마스크 평면 내에 배열될 때 투영 렌즈의 동공은 상기 측정 평면 내에서 가시화된다. 또한, 투영 노광 장치는 측정 평면 내에 기록된 복수의 강도 분포로부터 조명 시스템의 영향 및/또는 측정 평면 내에서 측정되는 동공의 강도 분포의 대칭 특성에 대한 투영 렌즈의 영향을 결정하도록 구성되는 평가 장치를 포함한다.
언급된 조명 시스템은 마스크 평면의 상류에 배열된 모든 광학 요소이거나, 다르게는, 상기 요소 중 단지 일부를 포함할 수 있다. 본 내용에서, "하류에 배열된"은 투영 노광 장치의 노광 비임 경로에 관련한다. 투영 렌즈의 동공이 가시화되는 위치는 특히 투영 렌즈의 동공 평면에 관하여 쌍을 이루는 평면이다. 측정 장치는 예로서, 투영 노광 장치의 변위가능한 웨이퍼 스테이지 내에 통합될 수 있고, 이 웨이퍼 스테이지는 웨이퍼 평면으로부터 멀어지는 광학 축의 방향으로 동공 즉, 동공 내의 강도 분포가 가시화되는 정도까지 변위될 수 있다.
본 발명에 따라서, 투영 노광 장치는 상술한 실시예 또는 실시예 변형 중 하나의 대칭 특성을 측정하기 위한 방법을 수행하도록 구성된다. 달리 말하면, 투영 노광 장치는 설명된 실시예예 중 하나에서 측정 방법을 수행하기 위해 기능하는 특징을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라서, 평가 장치는 마스크 평면에 배열된 적어도 두 개의 다른 측정 구조에 의해 생성되는 강도 분포로부터 대칭 특성에 대한 투영 렌즈의 영향 및/또는 조명 시스템의 영향을 결정하도록 구성된다. 측정 구조 각각은 핀홀 정지부와 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하고, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따라서, 평가 장치는 조명 시스템의 영향 및/또는 투영 노광 장치의 두 개의 조명 폴의 강도 비율에 대한 투영 렌즈의 영향을 결정하도록 구성되고, 상기 강도 비율은측정 평면에서 측정된다.
본 발명에 따른 방법의 상술한 실시예, 예시적 실시예 또는 실시예 변형 등에 관하여 상세히 설명된 특징은 본 발명에 따른 측정 마스크 및/또는 본 발명에 따른 투영 노광 장치에 대응적으로 적용될 수 있다. 반대로, 본 발명에 따른 투영 노광 장치 및/또는 본 발명에 따른 측정 마스크의 상술한 실시예, 예시적 실시예 또는 실시예 변형에 관하여 상세히 설명된 특징은 본 발명에 따른 방법에 대응적으로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예의 이들 및 다른 특징은 청구범위와 도면의 설명에 설명되어 있다. 개별 특징은 본 발명의 실시예와 조합하여 또는 개별적으로 실현될 수 있다. 또한, 이들은 독립적으로 보호될 수 있는 유리한 실시예를 설명할 수 있으며, 그 보호는 적절하다면 본 출원의 계류 도중에 또는 계류 이후에 청구된다.
본 발명의 상술한, 그리고, 다른 유리한 특징은 첨부 개략적 도면에 관하여 본 발명에 따른 예시적 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 설명되어 있다.
도 1은 핀홀 정지부를 사용하여 생성된 퓨필로그램에서 다이폴 조명을 측정하기 위한 측정 모드의 투영 노광 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 측정 모드에서 투영 노광 장치를 측정하기 위한 측정 마스크의 평면도를 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 퓨필로그램의 측정의 개략도를 도시한다.
도 4는 제1 회절 격자를 포함하는 측정 구조를 사용한 퓨필로그램의 측정의 개략도를 도시한다.
도 5는 제2 회절 격자를 포함하는 측정 구조를 사용한 퓨필로그램의 측정의 개략도를 도시한다.
도 6은 퓨필로그램 내의 다른 측정 위치의 예시도를 도시한다.
후술된 예시적 실시예 또는 실시예들 또는 실시예 변형에서, 서로 기능적으로 또는 구조적으로 유사한 요소에는 가능하다면 동일하거나 유사한 참조 부호가 제공되어 있다. 따라서, 특정 예시적 실시예의 개별 요소의 특징을 이해하는 목적으로, 본 발명의 일반적 설명이나 다른 예시적 실시예의 설명을 참조한다.
설명을 용이하게 하기 위해, 카르테시안 xyz 좌표 시스템이 도면에 표시되어 있고, 도면에 예시된 구성요소의 각각의 위치관계를 나타낸다. 도 1에서, y 방향은 도면의 평면에 수직으로 도면의 평면 내로 연장하고, x 방향은 우측을 향해 연장하며, z 방향은 상향 연장한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치(10)의 일 예시적 실시예를 도시한다. 투영 노광 장치(10)는 노광 방사선(14)을 생성하기 위한 예를 들어 레이저 또는 플라스마 소스 같은 노광 방사선 소스(12)를 포함한다. 노광 방사선(14)의 파장은 예를 들어 248nm 또는 193nm의 UV 파장 범위일 수 있다. 또한, 본 발명은 극단적 자외선 파장 범위(EUV), 예를 들어, 약 13.5nm 또는 약 6.8nm에서 동작하는 투영 노광 장치를 포함한다.
노광 방사선 소스(12)에 의해 방출된 노광 방사선(14)은 조명 시스템(18) 내로 진입하며, 노광 방사선(14)은 비임 조정 광학 유닛을 통과하며, 그곳에서 레티클 평면이라고도 지칭되는 마스크 평면(20) 상으로 조명기에 의해 방사된다. 제조 동작에서, 제품 마스크(도면에 예시되지 않음)는 마스크 평면(20) 내에 배치되고, 상기 제품 마스크는 마스크 스테이지(마찬가지로 도면에 도시되지 않음)에 의해 보유된다. 마스크 스테이지는 투영 노광 장치(10)의 프레임에 관하여 변위가능하도록 장착된다.
마스크 평면(20) 아래에, 투영 렌즈(22)가 프레임 상에 배열된다. 투영 렌즈(22)는 웨이퍼 평면(24)에 배치된 웨이퍼 형태로 구조화되는 기판 상에 마스크 평면(20)으로부터의 마스크 구조를 이미징하도록 기능한다. 투영 렌즈(22)는 복수의 광학 요소(도면에는 도시되지 않음)를 포함하고, 이 광학 요소는 디자인과 노광 파장에 따라 렌즈 요소 및/또는 거울로서 구현될 수 있다. 또한, 투영 렌즈(22)는 동공 경계(42)에 의해 경계지어지는 동공(44)이 배치되는 적어도 하나의 동공 평면(40)을 포함한다. 동공 평면(40)은 동공 평면(40) 내에서 노광 작업 동안 웨이퍼 평면(24)의 특정 필드 지점에 수렴하는 노광 방사선의 국지적 강도 분포가 상기 필드 지점에서 각도 해상 강도 분포에 대응하는 것을 특징으로 한다. 이러한 대응성은 본 경우에서와 같이 투영 렌즈(22)가 시누소이달 교정되는 경우 보증된다.
조명 시스템(18)과 투영 렌즈(22)는 공통 광학 축(23)을 갖는다. 복수의 다른 조명 설정이 조명 시스템(18)에 의해 설정될 수 있다. 조명 설정은 마스크 평면(20)으로 방사되는 노광 방사선(14)의 특정 규정된 각도 분포를 의미하는 것으로 이해된다. 이런 각도 분포의 예는 예를 들어, 각도 조명, 쿼드러폴 조명 및 다이폴 조명을 포함한다. 본 경우에, 조명 시스템은 x 방향으로 배향된 다이폴 조명을 마스크 평면(20)으로 방사하는 효과를 위해 설정된다. 따라서, 조명 시스템(18)은 좌측으로부터 경사지게 마스크 평면(20) 상에 입사되는 좌측 조명 폴(14-1) 및 우측으로부터 경사지게 마스크 평면(20) 상에 입사되는 우측 조명 폴(14-2)을 생성한다.
이런 다이폴 각도 분포를 생성하기 위해, 일 실시예에 따른 조명 시스템(18)은 REMA 렌즈를 포함할 수 있다. 개구 정지부(36)는 통상적으로 REMA 렌즈의 동공 평면에 배열된다. 예시된 예에서, x 다이폴 조명을 생성하기 위해 개구 정지부(36)는 x 방향으로 오프셋된 두 개의 정지부 절결부(38-1, 38-2)를 갖는다. 투영 노광 장치(10)는 정지부 아카이브를 포함하며, 이 정지부 아카이브로부터 적절한 개구 정지부(36)가 취해지고 조명 요건에 따라 REMA 렌즈의 동공 평면에 배열될 수 있다. 개구 정지부(36)에 추가로 또는 그 대안으로, 조명 시스템(18)의 디자인에 따라, 다른 비임 성형 광학 요소가 마스크 평면(20)에서 원하는 조명 각도 분포를 형성하도록 기능할 수 있다.
노광 장치(10)의 제조 작업 또는 노광 작업을 위해, 노광되는 웨이퍼는 웨이퍼 평면(24)에서 변위가능한 웨이퍼 스테이지(26) 상에 배열된다. 웨이퍼 노광 동안, 제품 마스크 및 웨이퍼가 그후 서로에 관하여 동기된 방식으로 변위된다. 이 경우에, 웨이퍼는 좌표 시스템의 y 방향에 평행하게 연장하는 스캐닝 방향(30)을 따라 변위된다. 마스크는 스캐닝 방향(30)에 대향한 스캐닝 방향(28)을 따라 동기식으로 변위된다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따른 측정 방법에서, 측정 마스크(50)는 마스크 평면(20) 내에, 따라서, 투영 노광 장치(10)의 노광 비임 경로(32) 내에 배열된다. 측정 마스크(50)의 일 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 측정 마스크(50)는 x 방향으로 연장하는 다양한 측정 구조의 복수의 열을 포함한다. 이 경우에, 각각의 열의 측정 구조는 동일하고, 그래서, 측정 마스크(66)의 노광 동안, 스캐닝 방향(28)으로 측정 마스크(50)의 실행된 스캐닝 이동을 고려하여, 각 경우에 동일한 측정 구조의 열이 조명 시스템(18)의 스캐닝 슬롯 내에 진입한다. 열 내의 모든 측정 구조는 따라서 노광 공정 동안 동시에 조명된다.
각 경우에 핀홀 정지부(52)로서 구현된 측정 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 측정 마스크(50)의 실시예의 제1 열에 배열된다. 핀홀 정지부(52) 각각은 개구(54)를 갖는다. 개구(54)는 또한 핀홀로서 명명될 수 있다. 핀홀 정지부(52)의 개구(54)는 각 경우에 자유 개구로서 구현되고, 즉, 어떠한 광감쇠 구조, 특히, 어떠한 불투명 구조도 개구(54) 내에 배열되지 않는다. 개구(54)는 통상적으로 측정 마스크(50)의 크롬 층 내의 절결부로서 구현된다. EUV 방사선의 각 경우에, 개구(54)는 또한 전체 마스크를 통해 연장하는 절결부일 수 있다. 핀홀 정지부(52)는 도 2에 "OF"로 나타나있다. 이러한 명칭은 영문 용어 "오픈 프레임(open frame)"에 기인하며, 핀홀 정지부(52)가 자유 개구(54)를 구비하기 때문에 "오픈 프레임"을 구성한다는 사실을 나타낸다. 일 실시예에 따라서, 개구(54)는 핀홀 정지부(52)가 노광 방사선(14) 상에 현저한 회절 효과를 갖지 않는 방식으로 치수설정된다.
추가 측정 구조(60)를 갖는 열은 핀홀 정지부(52)를 갖는 열 아래에 배열된다. 측정 구조(60) 각각은 예를 들어 도 4에 상세히 예시된 핀홀 정지부(62) 및 핀홀 정지부(62)의 개구(63) 내에 배열된 회절 격자(64)를 포함한다. 측정 구조(60)의 회절 격자(64)는 x 방향으로 서로에 관하여 오프셋된 회절 라인을 갖는 라인 격자로서 구현되며, 라인 격자는 120nm의 주기 간격을 갖는다. 측정 구조(60)는 따라서 도 2에 "120x"로 표시되어 있다.
측정 구조(60) 아래의 열에서, 추가 측정 구조(66)를 갖는 열은 측정 마스크(50) 상에 배치된다. 측정 구조(66)는 단지 회절 격자(64)의 주기성이 측정 구조(60)와 다르다. 240nm의 값에서, 측정 구조(66)의 각 경우에, 상기 주기성은 측정 구조(60)의 경우의 것의 2배의 크기를 갖는다. 또한, 측정 구조(68)를 가지면서 측정 구조(70)를 갖는 열은 또한 측정 마스크(50) 상에 배열된다. 측정 구조(68, 70)는 회절 격자(64)의 배향이 90도 만큼 회전된다는 점, 즉, 120nm 및 240nm의 주기 간격을 갖는 y 격자가 각각 여기에 동반된다는 점 만이 측정 구조(60, 66)와 다르다. 핀홀 정지부(52)의 개구(54) 및 측정 구조(60, 66, 68)의 각각의 개구가 노광 방사선의 파장이 193nm인 실시예에 따라서 80 내지 100 ㎛의 값을 갖는다.
투영 노광 장치(10)의 광학 대칭 특성을 측정하는 방법이 후술되어 있다. 이 경우에, 측정된 광학 대칭 특성은 상술한 다이폴 조명의 폴 밸런스로서 지칭될 수 있는 것이다. "폴 밸런스"를 측정하는 목적에서, 도 2에 따른 측정 마스크(50)는 도 1 및 도 3에 따른 투영 노광 장치(10)의 마스크 평면(20) 내에 배열된다. 먼저, 핀홀 정지부(52)를 갖는 열은 이 경우에 노출되어 있다. 이러한 공정을 예시하는 목적으로, 단 하나의 핀홀 정지부(52)가 도 1 및 도 3의 마스크 평면(20)에 도시되어 있다.
측정을 수행하기 위해, 공간 해상 강도 검출기 형태의 측정 장치(46)가 통합되는 웨이퍼 스테이지(26)는 투영 렌즈(22)의 동공(44)이 가시화되는 측정 평면(48) 내로 광학 축(23)에 평행하게 변위된다. 상기 평면은 웨이퍼 평면(24)의 위 또는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 평면(24) 아래에 배치될 수 있다. 특히, 측정 평면(48)은 동공 평면(40)에 관하여 쌍을 이루는 평면에 대응할 수 있다.
측정 동작 동안, 측정 평면(48) 내에서 발생하는 강도 분포는 그후 측정 장치(46)에 의해 기록된다. 상기 강도 분포는 투영 렌즈(22)의 동공(44)의 이미지, 소위 퓨필로그램(56)이다. 퓨필로그램(22)을 형성하는 강도 분포는 높은 강도를 갖는 두 개의 폴(58-1, 58-2)을 갖는다. 상기 폴은 또한 도 3에 각각 PL 및 PR로서 명명된 조명 폴(14-1, 14-2)에 대응한다.
평가 장치(49)는 퓨필로그램(56)을 평가하고, 본 경우에, 도 3에 나타난 바와 같이 좌측 종명 폴(PL)의 강도(IL(OF)) 및 우측 조명 폴(PR)의 강도(IR(OF))를 결정한다. 이 경우에, "OF" 추가는 영문 용어 "오픈 프레임(open frame)"에 기인한다. 이미 상술한 바와 같이, 이 용어는 사용되는 핀홀 정지부(52)가 "오픈 프레임"을 구비한다는 사실, 즉, 자유 개구(54)를 갖는다는 사실을 나타낸다. 조명 폴의 강도는 단면 또는 퓨필로그램에서 조명되는 대응 조명 폴의 영역에 걸쳐 평균화된 강도를 의미하는 것으로 이해된다.
자유 개구(54)를 갖는 핀홀 정지부(52)의 사용으로, 퓨필로그램(56)에 존재하는 폴 밸런스(PBOF)는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112015095463175-pct00001
(1)
마스크 평면(20) 내에 존재하는 폴 밸런스는 PBillu라 명명된다. PBillu는 따라서 조명 시스템(18)에 의해 직접적으로 방출되는 조명 방사선으로서도 지칭되는 노광 방사선(14)에 존재하는 폴 밸런스이며, 다음과 같이 정의된다.
Figure 112015095463175-pct00002
(2)
여기서, IL(illu)은 좌측 조명 폴(PL)의 강도이고, IR(illu)은 도 3에 표시된 바와 같은 개구(54)의 위치에서 마스크 평면(20) 내로 방사되는 노광 방사선(14)의 우측 조명 폴(PR)의 강도이다.
투영 렌즈(22)의 투과율은 각도 의존성을 가질 수 있으며, 그래서, 투영 렌즈(22)를 통한 통과시 좌측 조명 폴(PL)의 방사선은 가능하게는 우측 조명 폴(PR)의 방사선의 것과는 다른 감쇠를 겪는다. 좌측 조명 폴(PL)의 방사선을 위한 투영 렌즈(22)의 투과율은 AL로 표시되고, 우측 조명 폴(PR)의 방사선을 위한 투과율은 AR로 표시된다. 퓨필로그램(56)에서 측정되는 폴 밸런스(PBOF)에 대한 결과적 영향은 투영 렌즈(22)의 폴 밸런스(PBPO)로서 명명되고, 다음과 같이 규정된다.
Figure 112015095463175-pct00003
(3)
도 3에 따른 퓨필로그램(56)의 폴 밸런스(PBOF)는 따라서 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015095463175-pct00004
(4)
개구 정지부(52)로부터 초래되며, 도 3에 예시되어 있는 퓨필로그램(56)의 측정 이후, 120nm의 주기 간격을 갖는 회절 격자(64)를 포함하는 측정 마스크(50)의 측정 구조(60)가 노광된다. 이러한 노광은 도 4에서 측정 개구(60) 중 하나에 대해 예시되어 있다. 폴(PL 및 PR)의 각각의 노광 방사선(14)이 회절 격자(56)를 통과할 때, 회절되지 않고 각각 통과하는 방사선(PL 0 및 PR 0) 이외에 회절 방사선이 발생한다. 회절 방사선은 또한 이하에서 회절 폴이라 명명되는 +1차 및 -1차 회절 차수의 방사선, 즉, 입사 폴(PL)의 방사선을 위한 폴(PL -1, PL +1) 그리고 입사 폴(PR)의 방사선을 위한 폴(PR -1, PR +1)을 포함한다. 개구 정지부 형태의 동공 경계부(42)는 폴(PR -1, PL + 1)이 차단되도록, 즉, 상기 폴의 방사선이 측정 평면(48) 내로 방사되지 않도록 선택된다. 비회절 폴(PL 0 및 PR 0), 그리고, 폴(PL -1, PR + 1)의 각각의 방사선만이 동공 경계(42) 내에 존재하고, 따라서, 측정 평면(48)만큼 멀리 전진한다.
회절되지 않은 폴(PL 0 및 PR 0), 그리고, 120nm의 주기 간격을 갖는 회절 격자(64)의 제1 차수 회절의 폴(PR +1, PL -1)을 포함하는 퓨필로그램(56)은 따라서 측정 구조(60)에 의해 측정 평면(48) 내에 생성된다. 회절 격자의 선폭은 60nm이다. 언급된 폴은 측정 평면(48)에서 서로로부터 각 경우에 경계지어지는 높은 강도의 영역을 형성한다. 각각 IR +1 (120nm) 및 IL -1 (120nm)으로 지칭되는 폴(PR +1, PL -1)의 강도는 평가 장치(49)에서 각 경우에 결정된다.
상기 강도의 비율은 폴 밸런스 PB120nm으로서 지칭된다.
Figure 112015095463175-pct00005
(5)
D120nm이 1차 회절 차수에서 120nm의 격자 주기를 갖는 회절 격자(64)의 회절 효율로서 규정되는 경우, 이때, IR +1 ( 120nm ) 및 IL -1 ( 120nm )은 다음과 같이 각각 표현될 수 있다.
(6)
Figure 112015095463175-pct00007
(7)
수학식 (6) 및 (7)은 수학식 (5)에 삽입되고, 이는 다음을 초래한다.
Figure 112015095463175-pct00008
(8)
도 4에 따른 측정과 유사하게, 도 5에 따른 측정 구조(66)에 의한 측정의 경우에, 측정 평면(48)에서 생성된 퓨필로그램(56)은 비회절 폴(PL 0 및 PR 0)을 포함한다. 또한, 이는 240nm의 주기 간격을 갖는 회절 격자(64)의 1차 회절 차수의 폴(PL -1, PR + 1)을 포함한다. 그러나, 이 경우에, 240nm의 주기 간격을 갖는 측정의 경우에(도 5 참조), 폴(PL -1, PR + 1)은 120nm의 주기 간격을 갖는 측정(도 4 참조)과 상호교환 비교된다. 폴(PR -1, PL +1)은 동공 경계(42) 외측에 존재하고, 따라서, 차단된다. 또한, 예로서 120nm의 값을 갖는 측정 구조(66)의 회절 격자(64)의 선폭은 2차 회절 차수가 크게 억제되도록 선택된다.
평가 장치(49)에서, 폴(PL -1, PR + 1)의 각각의 강도는 도 5에 따라 퓨필로그램(56)으로부터 결정된다. 상기 강도는 각각 IL -1 (240nm) 및 IR + 1 (240nm)으로 지칭된다. 상기 강도의 비율은 다시 한번 폴 밸런스 PB240nm으로서 규정된다.
Figure 112015095463175-pct00009
(9)
D240nm이 1차 회절 차수에서 240nm의 격자 주기를 갖는 회절 격자(64)의 회절 효율로서 규정되는 경우, 이때, IL -1 (240nm) 및 IR +1 (240nm)은 다음과 같이 각각 표현될 수 있다.
Figure 112015095463175-pct00010
(10)
Figure 112015095463175-pct00011
(11)
수학식 (10) 및 (11)은 수학식 (9)에 삽입되고, 이는 다음을 초래한다.
Figure 112015095463175-pct00012
(12)
수학식 (8), (12) 및 (2)는 다음을 초래한다.
Figure 112015095463175-pct00013
(13)
PB120nm 및 PB240nm은 (5) 및 (9)에 따른 측정 결과로서 나타난다. 따라서, 이들 측정 결과를 수학식 (13)에 삽입함으로써, 마스크 평면(20)에 존재하는 폴 밸런스(PBillu)가 경험적으로 결정되는 것이 가능하다.
또한, 수학식 (4) 및 (13)은 다음을 초래한다.
Figure 112015095463175-pct00014
(14)
수학식 (1)에 따른 PBOF가 마찬가지로 측정 결과로서 존재하기 때문에, 투영 렌즈(22)의 투과 거동의 영향을 특징짓는 폴 밸런스(PBPO)는 유사하게 경험적으로 결정될 수 있다. 이 경우에 결정된 폴 밸런스(PBPO)는 도 3에 따른 자유 핀홀 정지부(52)를 사용한 측정의 폴(PL, PR)의 비임 경로를 위한 투과율(AL, AR)의 몫을 나타낸다. 그 측정 위치가 도 6에서 72-1L 및 72-1R로 명명되는 이들 폴은 퓨필로그램(56)의 동공(44)의 외부 영역에 있다. 달리 말하면, 수학식 (14)에 의해 결정된 폴 밸런스(PBPO)는 측정 위치(72-1L 및 72-1R)에 의해 규정되는 동공(44)의 외부 영역의 투영 렌즈(22)의 투과 거동에 관련한다.
또한, 120 nm의 격자 주기를 갖는 회절 격자(64)의 사용한 도 4 및 도 5에 따른 측정의 경우에 기록된 폴(PR +1, PL - 1)과 240 nm의 격자 주기를 갖는 회절 격자(64)를 사용한 폴(PL -1, PR + 1)이 위치되는 도 6에 도시된 측정 위치(72-2L 및 72-2R)에 대해 정확해 지도록 동공(44)의 중앙 영역에 대해 폴 밸런스(PBPO)가 또한 결정될 수 있다. 이 경우에 대하여, 폴 밸런스(PBPO)는 다음 과 같이 결정된다.
Figure 112015095463175-pct00015
(15)
또한, 폴 밸런스 PBillum 및 PBPO는 또한 y 방향으로 배향된 다이폴을 위해 결정된다. 이 목적을 위해, 핀홀 정지부(52)로서 구성된 측정 구조 이외에, 측정 마크(50)의 측정 구조(68, 70)가 사용되며, 이는 y 방향으로 배향된 격자 주기성을 갖는 대응 회절 격자를 포함한다.
또한, 예로서 +/- 45도 같은 다른 배향을 갖는 격자 구조와 다이폴 및/또는 다른 다이폴 간격 및 격자 주기를 갖는 측정을 수행하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 투영 렌즈(22)의 완전한 투과 프로파일, 즉, 투과율의 완전한 각도 의존성이 피팅 알고리즘을 사용하여 결정될 수 있다. 또한, 모든 고려가능한 조사 각도에 대하여 조명 시스템(18)의 거동을 결정하는 것도 가능하다.
또한, 링 세그먼트로서 구현된 폴(58-1, 58-2)을 갖는 표준 다이폴 대신, 상기 표준 다이폴, 예를 들어, 리프형 다이폴 같은 그 폴이 대칭적 형상을 갖는 다이폴이 예를 들어 도 3에 예시되어 있다. 이 경우에, 120 nm의 격자 주기의 경우의 회절 차수(PR +1, PL - 1)에 대하여 240 nm의 격자 주기의 경우의 회절 차수(PL -1, PR + 1)와 함께 정확히 서로 중첩되는 것이 가능하다. 측정 정확도는 따라서 증가될 수 있다.
10 투영 노광 장치
12 노광 방사선 소스
14 노광 방사선
14-1 좌측 조명 폴
14-2 우측 조명 폴
18 조명 시스템
20 마스크 평면
22 투영 렌즈
23 광학 축
24 웨이퍼 평면
26 웨이퍼 스테이지
28 마스크 스테이지의 스캐닝 방향
30 웨이퍼 스테이지의 스캐닝 방향
32 노광 비임 경로
36 조명 시스템의 개구 정지부
38-1 정지부 절결부
38-2 정지부 절결부
40 동공 평면
42 동공 경계
44 동공
46 측정 장치
48 측정 평면
49 평가 장치
50 측정 마스크
52 핀홀 정지부
54 개구
56 퓨필로그램
58-1 좌측 폴
58-2 우측 폴
60 측정 구조
62 핀홀 정지부
63 개구
64 회절 격자
66 측정 구조
68 측정 구조
70 측정 구조
72-1 외부 영역의 측정 위치
72-2 중앙 영역의 측정 위치

Claims (16)

  1. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치이며,
    - 노광 방사선으로 마스크 평면을 조명하기 위한 조명 시스템,
    - 마스크 평면의 하류에 배열된 투영 렌즈,
    - 투영 렌즈의 하류에 배열된 측정 평면에서의 강도 분포를 검출하도록 구성된 측정 장치로서, 투영 렌즈의 동공은 핀홀 정지부가 마스크 평면 내에 배열될 때 상기 측정 평면 내에서 가시화되는, 측정 장치, 및
    - 측정 평면에 기록된 복수의 강도 분포로부터 측정 평면 내에서 측정된 동공의 강도 분포의 대칭 특성에 대한 조명 시스템의 영향을 결정하도록 구성되는 평가 장치를 포함하는 투영 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 평가 장치는 마스크 평면 내에 배열된 적어도 두 개의 다른 측정 구조에 의해 생성되는 강도 분포로부터 대칭 특성에 대한 조명 시스템의 영향 을 결정하도록 구성되고, 측정 구조 각각은 핀홀 정지부 및 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하고, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는 투영 노광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 평가 장치는 투영 노광 장치의 두 개의 조명 폴의 강도 비율에 대한 조명 시스템의 영향을 결정하도록 구성되고, 상기 강도 비율은 측정 평면 내에서 측정되는 투영 노광 장치.
  4. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치이며,
    - 노광 방사선으로 마스크 평면을 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 폴을 생성하도록 구성된 조명 시스템,
    - 마스크 평면의 하류에 배열된 투영 렌즈,
    - 투영 렌즈의 하류에 배열된 측정 평면에서의 강도 분포를 검출하도록 구성된 측정 장치로서, 투영 렌즈의 동공은 핀홀 정지부가 마스크 평면 내에 배열될 때 상기 측정 평면 내에서 가시화되는, 측정 장치, 및
    - 측정 평면에 기록된 복수의 강도 분포로부터 측정 평면 내에서 측정된 동공의 강도 분포의 대칭 특성에 대한 투영 렌즈의 영향을 결정하도록 구성되는 평가 장치를 포함하는 투영 노광 장치.
  5. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 방법이며,
    - 투영 노광 장치의 노광 비임 경로 내에 적어도 하나의 측정 구조를 배열하는 단계로서, 측정 구조는 핀홀 정지부와 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하는, 단계와,
    - 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 요소와 방사선의 상호작용 이후 회절 격자에서 생성된 회절 방사선의 강도를 측정하는 단계와,
    - 측정된 강도를 사용하여 노광 비임 경로에서 측정 구조의 상류에 배치된 광학 모듈의 광학 대칭 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 방법이며,
    - 투영 노광 장치의 노광 비임 경로 내에서 적어도 2개의 조명 폴로 적어도 하나의 측정 구조를 조명하는 단계로서, 측정 구조는 핀홀 정지부와 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하는, 단계와,
    - 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 요소와 방사선의 상호작용 이후 회절 격자에서 생성된 회절 방사선의 강도를 측정하는 단계와,
    - 측정된 강도를 사용하여 노광 비임 경로에서 측정 구조의 하류에 배치된 광학 모듈의 광학 대칭 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 핀홀 정지부는 투영 노광 장치의 마스크 평면에 측정 목적을 위해 배열된 측정 마스크의 일부인 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 적어도 두 개의 측정 구조가 노광 비임 경로 내에 배열되고, 측정 구조 각각은 핀홀 정지부와, 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하고, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는 방법.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 추가 측정 구조가 노광 비임 경로 내에 배열되고, 상기 추가 측정 구조는 자유 개구를 갖는 핀홀 정지부를 포함하는 방법.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 측정 구조의 상류에 배치된 광학 모듈과 측정 구조의 하류에 배치된 광학 모듈은 노광 비임 경로 내에 배열되고, 강도 측정 동안, 하류 광학 모듈의 하류의 평면에서의 강도 분포의 대칭 특성이 결정되고, 대칭 특성에 대한 각각의 상류 모듈의 영향과 하류 광학 모듈의 영향 중 적어도 하나가 결정되는 방법.
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서, 투영 노광 장치의 마스크 평면 상에 입사된 노광 방사선의 각도 분포의 대칭 특성이 측정된 강도를 사용하여 결정되는 방법.
  12. 제5항 또는 제6항에 있어서, 투영 노광 장치의 투영 렌즈의 투과율의 각도 의존성의 대칭 특성이 측정된 강도를 사용하여 결정되는 방법.
  13. 제5항 또는 제6항에 있어서, 투영 노광 장치의 두 개의 조명 폴의 강도 비율에 대한 투영 노광 장치의 적어도 하나의 광학 모듈의 영향이 측정된 강도를 사용하여 결정되는 방법.
  14. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치에 대한 광학 대칭 특성을 측정하기 위한 마이크로리소그래픽 측정 마스크로서 핀홀 정지부와 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하는 적어도 하나의 측정 구조를 포함하고, 마스크는 제2 측정 구조를 더 포함하며, 제2 측정 구조는 자유 개구를 갖는 제2 핀홀 정지부를 갖는 마이크로리소그래픽 측정 마스크.
  15. 제14항에 있어서, 적어도 두 개의 측정 구조를 포함하고, 측정 구조 각각은 핀홀 정지부와 각각의 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 회절 격자를 포함하고, 두 개의 측정 구조의 회절 격자는 서로 다른 격자 주기를 갖는 마이크로리소그래픽 측정 마스크.
  16. 제14항에 있어서, 제3 측정 구조를 포함하고, 제3 측정 구조는 제3 핀홀 정지부 및 제3 핀홀 정지부의 개구 내에 배열된 추가의 회절 격자를 포함하고, 추가의 회절 격자의 격자 주기는 상기 회절 격자의 격자 주기의 2배인 마이크로리소그래픽 측정 마스크.

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