KR102514883B1 - 파면 측정 장치 및 광학 파면 조작기를 갖는 투영 노광 장치 - Google Patents

Abstract

투영 렌즈(12), 상기 투영 렌즈에서 파면을 조작하기 위한 광학 파면 조작기 및 파면 측정 장치를 갖는 투영 노광 장치로서, 상기 파면 측정 장치는 상기 투영 렌즈(12)의 오브젝트 평면(20)과 이미지 평면(22)에 개별적으로 배열되도록 설계되는 이미지 격자(18) 및 오브젝트 격자(16)를 갖는 무아레(Moire) 격자 배열(14)을 포함하고, 상기 오브젝트 격자(16) 및 상기 이미지 격자(18)는 상기 이미지 평면(22)과 상기 이미지 격자(18) 상에 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24)으로부터의 무아레 중첩 패턴을 생성하기 위한 방식으로 축척에 맞는 방식으로 서로 조정되고, 상기 무아레 격자 배열(14)은 상기 이미지 평면(22)의 이미지 필드(28) 및/또는 상기 오브젝트 평면(20)의 오브젝트 필드(26)의 복수의 필드 포인트에 대한 무아레 중첩 패턴을 동시에 생성하도록 설계된다.

Description

파면 측정 장치 및 광학 파면 조작기를 갖는 투영 노광 장치{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS WITH WAVEFRONT MEASURING DEVICE AND OPTICAL WAVEFRONT MANIPULATOR}

본 출원은 2014년 12월 17일자로 출원된 독일 특허 출원 제 10 2014 226 269.0 호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 출원에 참조로서 통합된다.

본 발명은 투영 렌즈, 투영 렌즈 내의 파면을 측정하기 위한 파면 측정 장치 및 파면을 조작하기 위한 파면 조작기를 구비한 투영 노광 장치에 관한 것으로, 상기 파면 측정 장치는 투영 렌즈의 오브젝트 평면과 이미지 평면에 각각 배열되도록 설계된 오브젝트 격자 및 이미지 격자를 갖는 무아레(Moire) 격자 배열을 포함하고, 오브젝트 격자 및 이미지 격자는 오브젝트 격자의 이미징으로부터 이미지 평면 및 이미지 격자 상에 무아레 중첩 패턴을 생성하도록 축척에 맞게 서로 조정된다.

파면 측정 장치는 DE 10 2005 026 628 A1로부터 알려진다.

파면 측정 장치는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치에 사용된다. 마이크로리소그래피는 반도체 및 마이크로시스템 엔지니어링의 핵심 기술 중 하나이며 집적 회로, 반도체 부품 및 추가 전자 제품을 제조하는 역할을 한다. 마이크로리소그래피의 기본 개념은 미리 규정된 구조를 하나 또는 복수의 노광 프로세스에 의해 기판, 예를 들어 실리콘 웨이퍼로 전달하는 것으로 구성된다. 상기 미리 규정된 구조는 레티클(포토마스크 또는 마스크로도 지칭됨) 상에 형성된 마이크로 및/또는 나노구조물을 통상적으로 포함한다. 기판(웨이퍼)은 감광성 재료(포토레지스트)로 코팅된다. 노광 중에, 노광 광은 레티클을 통해 투영 렌즈로 가이드되고, 노광 광은 투영 렌즈를 통과한 후에 최종적으로 기판에 도달하여 감광성 재료에 작용한다. 후속 현상 단계에서, 기판은 용매로 처리되어, 처리 후에, 레티클의 미리 규정된 구조에 상응하는 기판 표면의 영역만이 감광성 재료에 의해 커버되고; 또는 이와 반대로 이러한 영역은 자유롭게 된다. 마지막으로, 레티클의 미리 규정된 구조는 기판 표면의 포토레지스트가 없는 영역이 에칭 용액에 의해 제거되는 에칭 단계에서 기판으로 전달된다.

반도체 엔지니어링에서, 면적 단위에 집적될 수 있는 회로 및/또는 반도체 구성요소의 수를 증가시키고 따라서 반도체 구성요소의 성능을 증진시키기 위해, 가능한 가장 작은 치수를 갖는 구조를 실현하는 것이 필수적인 것으로 간주된다. 마이크로리소그래피식으로 실현될 수 있는 구조 크기는 투영 렌즈의 해상도 능력에 직접적으로 따르며, 투영 렌즈의 해상도 능력은 노광 광의 파장에 반비례한다. 따라서, 노광 광으로서 단파장의 광학적 스펙트럼의 전자기 방사선을 이용하는 것이 유리하다. 오늘날, 193nm의 파장을 갖는 노광 광으로서, 특히 진공 자외선(VUV) 광인 자외선(ultraviolets) 광을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 선행 기술은 노광 광으로서 대략 7nm 또는 13.5nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 광을 사용하는 마이크로리소그래피 시스템을 개시한다. "마이크로리소그래피(microlithography)"라는 용어는 광범위하게 이해되어야 하며, 일반적으로, 1mm 미만의 범위뿐만 아니라 1㎛ 미만의 범위의 구조 크기와 관련이 있다. 특히, 마이크로리소그래피는 심지어 나노미터 범위의 구조 크기를 포함한다.

그러나, UV, VUV 및 EUV 광의 사용은 종종 예컨대 투영 렌즈 내의 광학 요소의 가열에 기인하는 광학 이미징 수차를 유도한다. 따라서, 가열은 노광 광의 광 에너지가 그 파장에 반비례한다는 사실과 관련된다. 결과적으로, 짧은 파장을 갖는 광이 사용될 때, 예컨대 굴절률, 반사 계수 또는 광학 요소의 투과 계수의 광학 특성의 손상을 초래하는 고온 입력에 의해 광학 요소가 로딩된다. 이로써 야기되는 이미징 수차는 구면 수차, 비점수차, 코마(coma), 이미지 필드 곡률 및 왜곡과 같은 단색 이미징 수차를 포함한다. 횡단(transverse) 색수차 및 종단(longitudinal) 색수차와 같은 색 이미징 수차 또한 이러한 과열로 인해 발생할 수 있다.

새로운 마이크로리소그래피 프로세스에서, 해상도를 증가시키기 위해, 종종 복수의 연속 노광 프로세스가 수행될 필요가 있다. 이 경우, 노광 품질에 있어서, 연속 노광 프로세스의 노광된 구조가 서로에 대해 매우 정확하게 정렬되는 것이 중요하다. 이것은 측방향 구조 위치 선정으로 구성된 정확도 요건의 증가를 동반한다.

또한, 예를 들어, 노광 위치가 광 전파 방향으로 변화하는 텔레센트리시티 에러(telecentricity error)를 방지하기 위해, 투영 렌즈의 이미지 평면을 가능한 정확하게 포토레지스트와 정렬시키는 것이 중요하다. 텔레센트리시티 에러는 노광 정밀도에 악영향을 미치는 측방향 이미지 위치 변화를 불가피하게 야기한다.

상술한 이유 외에, 포토레지스트로 코팅된 반도체 기판 표면의 불균일성은 또한 이미징 품질의 손상을 초래한다. 이것은 일반적으로 도포 프로세스으로 인해 균일하지 않은 두께를 갖는 스핀 코팅에 의해 도포된 포토레지스트를 포함한다. 이러한 불균일성의 영향을 보상하기 위해, 기판 표면에 대한 투영 렌즈의 초점 위치의 정확한 적응이 필요하다.

이러한 배경에 대해, 광학 파면 조작기는 노광 광의 파면을 조작하여 수차의 교정을 행하는 데 사용된다. 예를 들어, DE 10 2013 204 391 B3에 개시된 광학 파면 조작기가 알려져 있으며, 상기 광학 파면 조작기는 그 표면 형상 및/또는 굴절률 분포가 가역적으로 가변인 조작기 표면을 갖는다. 따라서, 노광 광선의 파면에 동적으로 영향을주는 파면 조작이 가능하다. 광학 파면 조작기의 추가 예시는 복수의 가동 양/음 비구면(positive-negative aspheres)을 포함한다. 또한, 선행 기술은 각 경우에 액추에이터 시스템에 의해 적어도 하나의 공간 방향을 따라 이동 가능하고 및/또는 적어도 하나의 축을 중심으로 기울어질 수 있는 복수의 거울 패싯을 포함하는 패싯 미러를 갖는 광학 파면 조작기를 개시한다.

광학 파면 조작기가 마이크로리소그래피에 요구되는 높은 신뢰성으로 기능하기 위해서는, 파면의 신뢰성있는 측정이 매우 중요하다. 측정된 파면에 기초하여, 원하는 수차 보정을 실현하기 위해 광학 파면 조작기가 상응하게 설정된다. 선행 기술은 텔레센트리시티, 왜곡, 코마 및/또는 이미지 쉘 수차를 결정하기에 적합한 간섭계 파면 측정 방법을 개시한다. 또한, 도입부에서 언급된 유형의 무아레 격자 배열이 텔레센트리시티 에러를 결정하는데 사용될 수 있는 것이 알려져 있다.

그러나 선행 기술로부터 알려져 있는 파면 측정 장치는 파장 측정이 시간 소모적이라는 단점에 의해 영향을 받는다. 결과적으로 처리량의 손실 증가 및 노출 효율의 감소가 발생한다. 또한, 이미징 수차는 충분히 신속하게 식별되지 않으므로, 광학 파면 조작기의 설정 에러는 거의 즉각적으로 또는 완전히 제거될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 신뢰가능하고 동시에 상당히 효율적인 파면 조작을 실현할 수 있고 적어도 동일하게 유지되는 측정 정확도에 의해 처리량의 감소된 손실 및 속도 증대를 동반한 파면 측정을 가능하게 하고자 하는 취지로 도입부에서 언급된 타입의 투영 노광 장치를 개발하는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 목적은 청구항 1에 기재된 투영 노광 장치에 의해 성취된다.

본 발명에 따른 투영 노광 장치의 파면 측정 장치는 오브젝트 평면에 위치한 레티클상의 구조를 이미지 평면 내의 포토레지스트 코팅된 기판 표면상에 이미징하는 마이크로리소그래피 투영 렌즈와 상호 작용하기에 적합하다. 오브젝트 격자가 오브젝트 평면에 배열되고 이미징 격자가 이미지 평면에 배열되는 것에 의해, 오브젝트 격자는 투영 렌즈에 의해 이미지 평면상으로 이미징 될 수 있다. 대상 격자의 결과적인 이미징은 에어리얼 이미지(aerial image)로 지칭되며, 이미지 격자(image grating)과 중첩되며, 이것은 마찬가지로 이미지 평면에 위치하며 에어리얼 이미지의 기준 격자 역할을 한다. 오브젝트 격자와 이미지 격자가 축척에 따라 서로 조정되므로, 가능한 이미징 수차와는 별도로 에어리얼 이미지는 축척에 따라 이미지 격자 조정된다. 에어리얼 이미지와 이미지 격자의 중첩은 투영 렌즈의 광학 특성에 따르는 무아레 중첩 패턴을 생성한다. 구체적으로, 이것은 투영 렌즈의 광학 특성과 관련된 모든 이미징 수차가 결과적인 무아레 중첩 패턴으로 전달되는 것을 의미한다. 투영 렌즈의 이미징 수차는 무아레 중첩 패턴의 후속 검출 및/또는 분석에 의해 추론될 수 있다.

이 경우, 오브젝트 필드 및/또는 이미지 필드의 적어도 2개의 필드 포인트에 대한 무아레 중첩 패턴을 생성하는 것이 가능하다. 결과적으로, 본 발명에 따른 파면 측정 장치는 오브젝트 필드 및/또는 이미지 필드의 복수의 필드 포인트에서 동시에 파면 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 파면 측정 장치에 의해, 파면은, 각각의 파동에서 상이한 시점에 측정이 수행되지 않기 때문에, 무아레 기법에 고유한 높은 정밀도 및 동시에 높은 효율로 측정될 수 있다. 결과적으로 노광의 처리량 손실이 감소된다. 파면 측정이 일반적으로 노광 중지시에 발생하므로, 노광 중지 기간이 단축될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 파면 측정 장치는, 파면의 근접장 조작에 유리한데, 이는, 광학 파면 조작기는, 검출된 무아레 중첩 패턴을 기초로 투영 렌즈에서 효율적으로 제어되거나 조절될 수 있다. 따라서, 무아레 기법의 단순성 및 견고성으로 인해, 본 발명은 간소하고 신뢰 가능한 파면 조작에 특히 유리하다.

또한, 파면 조작기는 폐쇄된 루프식으로 작동된다(closed loop operated).

본 발명의 권리 범위내에서, 파면 측정 장치는 간섭 파면 측정 장치의 경우와 같이, 전체 파면 또는 고차 제르니케 다항식보다는 파면의 일부, 낮은 차수의 제르니케 다항식 및 특히 왜곡 및/또는 디포커스(defocus)만을 측정하도록 구성될 수 있다.

일 선호되는 구성에서, 복수의 필드 포인트는 오브젝트 필드 및/또는 이미지 필드의 한정된 수의 규정된 필드 포인트이다.

규정된 필드 포인트의 수는 가능한 클 수 있다. 이러한 측정은 투영 렌즈의 전체 오브젝트 및/또는 이미지 필드의 큰 부분에 걸쳐 동시에 파면 측정을 가능하게 한다. 바람직하게는, 단일 파면 측정에 의해, 전체 오브젝트 및/또는 이미지 필드에 대한 투영 렌즈의 이미지 수차를 추정하는 것이 가능하다.

추가 바람직한 구성에서, 오브젝트 격자 및/또는 이미지 격자의 이미징은 투영 렌즈의 광학 축에 대해 소정의 각도만큼 회전 가능하다.

이러한 측정은 에어리얼 이미지의 격자 배향과 이미지 격자의 격자 배향 사이의 각도 설정을 가능하게 하고, 여기서 오브젝트 격자 및/또는 투영 렌즈는 이러한 목적을 위해 이미지 격자에 대해 회전될 수 있다. 이미지 격자에 대해 상응하게 회전되는 에어리얼 이미지는 회전 각에 따라 발생한다. 표적화된 방식으로 설정된 회전 각도에 의해, 생성된 무아레 중첩 패턴에 기초하여 회전 대칭에 대해 이미지화 수차를 유리하게 검사할 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 생성된 무아레 중첩 패턴은 이미지 격자에 의한 이미지 평면상으로의 오브젝트 격자의 이미징의 적어도 부분적인 코히어런트(coherent)한 중첩의 결과로서 발생한다.

이러한 측정은 파면 측정에서의 품질 손실없이 오브젝트 격자와 이미지 격자 사이의 부분적인 인코히어런스(incoherence)의 경우에도 파면 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다. 유리하게, 견고함(robustness) 및 그에 따른 파면 측정의 신뢰성이 또한 증가된다.

추가 바람직한 구성에서, 상기 무아레 격자 배열은 오브젝트 격자의 이미징이 회절 격자에 의해 생성된 적어도 2개의 상이한 차수의 간섭을 갖는 회절 격자를 갖는다.

이러한 측정은 노광 프로세스에서 발생하고 이미징 품질에 영향을 미치는 회절 효과를 고려한다. 유리하게, 회절 효과가 관련되는 투영 렌즈의 이미징 수차는 무아레 중첩 패턴에 "저장"될 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 오브젝트 격자 및/또는 이미지 격자는 "방사상으로" 나아가는 복수의 격자 라인을 갖는다.

방사상으로 나아가는 격자 라인은 무아레 콘트라스트 이미지를 생성하는 역할을 한다. 이러한 측정은 유리하게 구조 분해 능력이 특히 높은 파면 측정을 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 구성에서, 오브젝트 격자 및/또는 이미지 격자는 교호의 셀 배향을 갖는 복수의 격자 셀을 갖는다.

교호의 셀 배향에 의해, 투영 렌즈의 광학 축에 대해 횡방향으로 나아가는 평면에서 방향 의존성을 갖는 투영 렌즈의 광학 특성이 발생된 무아레 중첩 패턴에서 동시에 고려될 수 있다. 결과적으로, 바람직하게는 격자 셀의 셀 배향의 선택에 의해, 투영 렌즈의 상기 방향-의존적 광학 특성과 관련된 상이한 이미징 수차가 간단한 방식으로 고려될 수 있다.

추가 바람직한 구성에서, 오브젝트 격자 및/또는 이미지 격자의 격자 구조는 주기적으로 선형 및/또는 주기적인 2차원 격자 구조를 갖는다.

주기적 격자 구조에 의해, 투영 렌즈의 이미징 수차, 특히 왜곡이 파면 측정의 유리하게 증가된 감도에 대응하는 무아레 중첩 패턴에서 특히 명확해진다. 선형 및/또는 2차원 격자 구조의 도움으로, 이미징 수차는 선택적으로 무아레 중첩 패턴에서 검출될 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 상기 파면 측정 장치는 상기 패턴으로부터 투영 렌즈의 이미징 수차를 결정하기 위해 생성된 무아레 중첩 패턴을 검출하는 평가 유닛을 포함한다.

이러한 측정은 생성된 무아레 중첩 패턴으로부터 투사 렌즈의 이미징 수차, 예를 들어 왜곡을 추론하는 것을 가능하게 한다. 유리하게, 이미징 수차의 결정은 특히 간단하고 효율적이다.

추가 바람직한 구성에서, 평가 유닛은 생성된 무아레 중첩 패턴의 콘트라스트 이미지, 강도 분포, 위상 분포, 이미지 필드 곡률, 비점수차 및/또는 왜곡을 결정하도록 설계된다.

이러한 측정의 도움으로, 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 파면 측정 장치는 투영 렌즈의 이미징 수차에 대해 정량적인 검사를 수행할 수 있다. 이는 유리하게 투영 렌즈에 대한 특히 신뢰성있는 수차 교정 또는 광학 파면 조작기에 대한 특히 신뢰성 있는 설정 교정을 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 구성에서, 파면 측정 장치는 이미지 격자의 바로 하류에 배치된 형광 요소를 포함한다.

형광 요소는 생성된 무아레 중첩 패턴을 광학적으로 증폭시키는 역할을 한다. 유리하게, 파면 측정의 결과가 특히 신뢰할 수 있도록 무아레 중첩 패턴이 증대된 정확도를 갖고 검출 될 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 파면 측정 장치는 오브젝트 격자의 이미징을 디 포커싱(defocusing)하기 위한 및/또는 이미지 격자를 디포커싱하기 위한 디포커싱 시스템을 포함한다.

본 발명에 따른 디포커싱 시스템에 의해, 에어리얼 이미지 및/또는 이미지 격자의 디포커싱이 표적화된 방식으로 실현될 수 있으므로, 투영 렌즈에 의한 고유 디포커싱 및/또는 이미지 필드 곡률(image field curvature)과 같이 통상적으로 검출하기 어려운 이미징 수차가 유리하게 고려된다.

또 다른 선호되는 구성에서, 파면은 제르니케 차수(Z2, Z3, Z4, Z5 및 Z6) 중 적어도 하나의 수차를 갖는다.

제르니케 차수(또는 제르니케 계수)는 수차를 특징짓기 위해 마이크로리소그래피에서 사용되며, 수차의 복잡성은 제르니케 차수에 따라 증가한다. 동시에 낮은 제르니케 차수의 수차가 더 높은 제르니케 차수의 수차보다 불안정하고 변동에 더 민감하다는 것이 알려져 있다. 사용된 무아레 기법의 신속성으로 인해, 본 발명은 유리하게는 투영 렌즈의 불안정하거나 변동에 민감한 이미징 수차에도 불구하고 신뢰할 수있는 파면 측정을 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 구성에서, 파면 측정 장치는, 필드 분해 포커스 스태거 측정(field-resolved focus measurement) 및/또는 간섭계 측정에 의해 Z2, Z3, Z4, Z5 및 Z6로부터 적어도 하나의 제르니케 차수인 수차를 갖는 파면을 측정하도록 설계된다.

이러한 측정은 파면 측정을 위한 결합된 측정 기법을 가능하게 한다. 유리하게, 필드-분해 포커스 스태거 측정 및/또는 간섭계 측정의 이점은 무아레 기법의 전술한 이점 및 추가 이점에 의해 보충될 수 있다.

투영 렌즈는 전술한 하나 이상의 구성에 따라 파면 측정 장치와 상호 작용하고 및/또는 파면 측정 장치를 포함한다. 투영 렌즈는 투영 노광 장치, 특히 UV 및/또는 EUV 마이크로리소그래피에서 사용될 수 있고 바람직하게는 상기 장치에 통합 될 수 있다.

투영 렌즈에서의 파면을 조작하기 위한 광학 파면 조작기는, 광학 파면 조작기가 파면 측정 장치의 적어도 하나의 측정 결과에 기초하여 제어가능한 방식으로 전술된 하나 이상의 구성에 따라 파면 측정 장치와 상호작용한다.

파면 조작기는 투영 렌즈 내의 중간 이미지 또는 이러한 중간 이미지 인근에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 투영 노광 장치는 전술된 하나 이상의 구성에 따른 광학 파면 조작기 및 파면 측정 장치를 포함하며, 상기 파면 조작기는, 파면 측정 장치와 광학 파면 조작기의 상호 작용에 기초하여, 투영 렌즈의 이미징 성능을 최적화하기 위해 투영 렌즈 내의 파면을 교정한다.

본 발명에 따른, 투영 노광 장치를 작동시키기 위한 방법은 광학 파면 조작기의 설정을 반복적으로 최적화하는 단계를 포함하고, 투영 노광 장치는 상기 기재된 하나 이상의 구성에 따른 파면 측정 장치 및 광학 파면 조작기를 포함하고, 반복적인 최적화 단계는 이하의 방법 단계를 포함한다:

파면 측정 장치에 의해 파면을 측정하는 단계, 파면 측정의 결과를 평가하는 단계 및 평가를 기초로 광학 파면 측정기를 설정하는 단계.

이러한 방식으로, 파면 측정 장치는 광학 파면 조작기와 상호 작용하여, 바람직하게는 작동 중에 투영 렌즈의 이미징 성능을 모니터하고 최적화하는 인-시츄(in-situ) 측정 기법으로서 사용된다. 예시로서, 투영 렌즈 내에 위치된 렌즈 요소의 가열에 기인하는 파면 수차가 결과로서 교정된다. 유리하게는, 투영 렌즈의 이미징 수차가 특히 신속하게 검출되고 교정된다.

파면 조작은 바람직하게는 폐쇄 루프로 수행된다.

추가적인 장점들 및 특징들은 이하의 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.

전술된 특징 및 이하에 설명될 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 개별적으로 표시된 조합뿐만 아니라 기타 조합 또는 그 자체로 사용될 수 있는 것이 자명하다.

본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이하에서 이를 참조하여 설명된다.
도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따른 파면 측정 장치의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 추가 예시적인 실시예에 따른 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 3은 추가 예시적인 실시예에 따른 투영 노광 장치 내의 파면 측정 장치의 개략적인 자오 단면을 도시한다.
도 4는 추가 예시적인 실시예에 따른 무아레 격자 배열의 개략도를 도시한다.
도 5는 추가 예시적인 실시예에 따른 무아레 격자 장치의 격자 구조의 개략도를 도시한다.
도 6a는 추가 예시적인 실시예에 따른 무아레 격자 장치의 격자 구조의 개략도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 무아레 격자 배열과 관련된 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 집적된 디포커싱을 갖는 추가 예시적인 실시예에 따른 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 8은 파면의 비회전 대칭 수차의 경우에 추가 예시적인 실시예에 따른 복수의 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 추가 예시적인 실시예에 따른 선형 격자 구조를 갖는 무아레 격자 배열의 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 9c는 추가 예시적인 실시예에 따른 2차원 격자 구조를 갖는 무아레 격자 배열의 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 오브젝트 격자가 이미지 격자에 대해 회전되는 추가 예시적인 실시예에 따른 2차원 격자 구조를 갖는 무아레 격자 배열의 무아레 중첩 패턴의 개략도를 도시한다.
도 11은 투영 노광 장치의 개략도를 도시한다.

도 11을 먼저 참조하면, 투영 노광 장치(100), 예컨대 리소그래피 스텝퍼(stepper) 또는 스캐너가 기재될 것이다.

투영 노광 장치는 UV, VUV 또는 EUV 스펙트럼 범위로 조명 광을 생성하기 위한 광원(54) 및 조명 유닛(58)을 포함한다. 조명 유닛(58)은 광원(54)으로부터의 광을 투영 렌즈(12)의 오브젝트 평면(20)에 배열된 레티클(106)에 가이드한다. 레티클(106)은 이미지 평면(22)에 배열된 기판 또는 웨이퍼(112) 상으로 투영 렌즈(12)에 의해 이미징되는 미세 구조의 패턴을 포함하고, 웨이퍼는 소스(54)로부터의 광에 의해 노광된다. 웨이퍼(112)는 웨이퍼 스테이지(116) 상에서 지지된다. 투영 렌즈(110)는 렌즈 및/또는 미러와 같은 복수의 광학 요소를 포함하며, 2개의 렌즈(118, 120)가 예시적으로 도시된다. 투영 렌즈(12)의 광학 요소의 수는 실제로(in praxis) 2보다 높은 것이 이해되어야 한다. 도 11에서 투영 렌즈(12)의 이미징 품질을 최적화하기 위해 투영 렌즈(12)에서 파면을 조작하기 위한 파면 조작기(48)가 또한 도시된다. 제어기 또는 액추에이터(124)는 조작기(48)를 제어 또는 작동시킨다. 조작기(48)는 광학 축(30)의 방향으로 및/또는 광학 축(30)에 수직으로 변위될 수 있는 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 조작기(48)의 다른 예시는 파면을 조작하도록 가열/냉각될 수 있는 광학 요소 및/또는 변형가능한 광학 요소를 포함한다.

이하에서, 투영 노광 장치(110)의 추가 측면, 특히, 파면 조작기(48)와 상호작용할 수 있는 투영 노광 장치(110)에서 사용하기 위한 파면 측정 장치의 실시예가 기재된다.

도 1은 일반적으로 참조 부호(10a)로 제공되는 파면 측정 장치를 실 축척대로 도시되지 않은 상당히 개략적인 도면으로 도시한다. 파면 측정 장치(10a)는 투영 렌즈(12) 내의 파면을 측정하는 역할을 하며 오브젝트 격자(16) 및 이미지 격자(18)를 갖는 무아레(Moire) 격자 장치(14)를 포함한다. 오브젝트 격자(16)는 투영 렌즈(12)의 오브젝트 평면(20)에 배열되고, 이미지 격자(18)는 투영 렌즈(12)의 이미지 평면(22)에 배열된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광선(예시적으로 화살표로 도시됨)은 이미지 평면(22)의 이미지 격자(18)에 도달하기 전에 오브젝트 격자(16) 및 투영 렌즈(12)를 통과한다. 이러한 경우에, 오브젝트 격자(16)는 투영 렌즈(12)에 의해 에어리얼 이미지(24)로서 이미지 평면(22) 상에 투영되고 이는 예시적으로 파선에 의해 도시된다. 물론, 광선은 상당히 개략적이며 실 축척에 따르지 않고 도시된다. 또한, 본 명세서에 도시된 에어리얼 이미지(24)는 마찬가지로 매우 개략적으로 도시되는 것이 자명하다.

여기서 도시된 예시적인 실시예에서, 오브젝트 격자(16) 및 이미지 격자(18)는 각각 오브젝트 평면(20) 및 이미지 평면(22)에 대해 비스듬히 나아가는 복수의 라인으로 구성된 격자 구조를 갖는다. 오브젝트 격자(16) 및 이미지 격자(18)는 축척에 따르는 방식으로 서로 조정된다. 이는 오브젝트 격자(16)의 에어리얼 이미지(24)가 이미지 평면(22)의 이미지 격자(18)와 중첩되어서 무아레 중첩 패턴을 형성하도록, 오브젝트 격자(16)의 격자 구조와 이미지 격자(18)의 격자 구조가 오직 그 축척에 있어서 서로 상이한 것을 의미한다.

오브젝트 평면(20)에서, 오브젝트 격자(16)는 오브젝트 필드(26)을 정의하며, 이미지 격자(18)는 이미지 평면(22)에서 이미지 필드(28)를 정의한다. 투영 렌즈(12), 오브젝트 평면(20), 이미지 평면(22), 오브젝트 필드(26) 및 이미지 필드(28)은, 이러한 구성요소 및 평면이 파면 측정 장치(10a)의 구조적 부분이 아니라 오히려 구조적 부분과 상호 작용하는 것을 명시하기 위해 파선으로 도시되는 것이 주목되어야 한다.

각각의 오브젝트 필드(26) 및 이미지 필드(28)는 복수의 필드 포인트를 가지며, 각각의 필드 포인트는, 오브젝트 격자(16), 투영 렌즈(12) 및/또는 이미지 격자(18)를 통과하는 광의 적어도 하나의 파면에 할당된다. 또한, 상기 무아레 격자 장치(14)는, 파면 측정이 오브젝트 필드(26) 및/또는 이미지 필드(28)의 복수의, 바람직하게는 다수의 정의된 필드 포인트에서 동시에 수행될 수 있는 방식으로 설계된다. 이것은, 무아레 중첩 패턴이 오브젝트 필드(26) 및/또는 이미지 필드(28)의 적어도 2개의 필드 포인트, 바람직하게는 더 많은 수의 필드 포인트에 대해 동시에 생성된다는 점에 의해 발생한다. 결과적으로 생성된 무아레 중첩 패턴의 도움으로, 적절한 경우, 투영 렌즈(12)의 이미징 수차를 식별하거나 보정 수단을 구현하기 위해, 투영 렌즈(12)의 광학 특성에 관한 결론을 이끌어 낼 수 있다.

도 2는 이미지 필드(28a 내지 28c)와 에어리얼 이미지(24a 내지 24c)의 중첩의 결과로서 각각 발생하는 3개의 예시적인 무아레 중첩 패턴을 도시한다.

도 2a에서, 에어리얼 이미지(24a) 및 이미지 필드(28a)는 각각의 경우에 실질적으로 주기적인 격자 구조를 가지며, 2개의 격자 구조는 도 1에 도시된 투영 렌즈(12)의 광학 축(30)에 대해 서로 약간 회전된다. 도 2a에 명백하게 도시된 바와 같이, 2개의 어두운 세장형 스트라이프(dark elongate stripe) 사이에 배열된 밝은 세장형 스트라이프의 형태인 무아레 중첩 패턴은 이미지 필드(28a)와 에어리얼 이미지(24a)의 중첩으로부터 발생한다. 스트라이프의 길이 방향은 에어리얼 이미지(24a) 및 이미지 필드(28a)의 격자 라인들에 실질적으로 수직으로 각각 지향된다. 이러한 무아레 중첩 패턴은 회전 무아레로 지칭된다.

도 2b는 스케일 무아레(scale Moire)로 지칭되는 추가 무아레 중첩 패턴을 도시한다. 에어리얼 이미지(24b) 및 이미지 필드(28b)의 격자 구조의 주기는 서로 다소 상이하다. 다시 말해서, 에어리얼 이미지(24b) 및 이미지 필드(28b)의 격자 구조는 서로 상이한 "스케일"을 가지며, 격자 구조는 서로에 대해 회전하지 않는다. 생성된 무아레 중첩 패턴은 격자 라인에 실질적으로 평행하고 밝은 것과 어두운 사이에서 교호의 복수의 스트라이프를 갖는다.

도 2c에서, 에어리얼 이미지(24c) 및 이미지 필드(28c)의 격자 구조는 서로에 대해 회전하지 않으며, 서로 상이한 주기를 갖지 않는다. 결과적인 무아레 중첩 패턴은 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시와 대조적으로 밝은 것과 어두운 사이에서 교호의 스트라이프를 갖지 않는다. 이것은 균일하거나 규칙적인 무아레 중첩 패턴을 포함하며, 특히 시간 경과에 따라 그 강도가 변경되거나 조정될 수 있다. 이를 위해, 2개의 격자 중 하나는 격자 라인에 수직인 방향으로, 특히 측 방향으로 변위된다.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 예시들은 생성될 수 있는 모든 무아레 중첩 패턴에 대해 완전성을 주장하지 않으며, 단지 본 발명을 개략적으로 설명하기 위한 역할을 한다. 생성된 무아레 중첩 패턴에 따라, 투영 렌즈(12)의 이미징 특성의 설정에서의 변경이 표적화된 방식으로 실현될 수 있도록 투영 렌즈(12)가 그 원하는 기능으로부터 벗어났는 지 그리고 그 정도를 확인하는 것이 가능하다.

도 3은 투영 노광 장치(110)에서 사용하기 위한 파면 측정 장치(10b)의 추가 예시적인 실시예를 도시하며, 이것은 도 1에 도시된 구성 요소들에 더하여, 생성된 무아레 중첩 패턴을 검출하는 역할을 하는 평가 유닛(32)을 포함한다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에서, 평가 유닛(32)은 제 1 렌즈 요소(36), 미러(38) 및 제 2 렌즈 요소(40) 및 또한 카메라(42)를 포함하는 검출 광학 유닛(34)을 포함한다. 평가 유닛(32)은 투영 렌즈(12)의 광학 축(30)을 따라 무아레 격자 배열(14)의 하류에 배치된다. 이러한 경우에, 미러(38)는 제 1 렌즈 요소(36)의 하류에 배치되고, 제 2 렌즈 요소(40)는 미러(38)의 하류에 배치되며 카메라(42)는 광 전파 방향으로 제 2 렌즈 요소(40)의 하류에 배치된다. 평가 유닛(32)은 생성된 무아레 중첩 패턴으로부터 투영 렌즈(12)의 이미징 수차를 결정하는 역할을 한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 또한, 형광 요소(44), 특히 형광 층은 무아레 격자 배열(14)과 평가 유닛(32) 사이에 배열된다. 형광 소자(44)는 생성된 무아레 중첩 패턴을 광학적으로 증폭시키는 역할을 하여, 이러한 패턴은 마이크로리소그래피에 적합한 이미지 품질을 갖고 평가 유닛(32)에 의해 검출될 수 있다.

도 3에 도시된 평가 유닛(32) 및 형광 요소(44)는 파면 측정 장치(10b)의 가능한 많은 구성 중 하나를 나타내는 것이 자명하다. 예시로서, 추가 예시적인 실시 예에 따른 평가 유닛(32)은 상이한 수의 광학 요소(렌즈 요소, 미러, 프리즘 등)를 가질 수 있다. 평가 유닛(32)의 광학 구성 요소의 배열은 또한 예시적인 실시예에 따라 변할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 상이한 발광 소자, 예를 들어 인광 층이 형광 소자 대신에 사용될 수 있다.

카메라(42)는 시그널링에 있어서 제어 유닛(46)을 통해 광학 파면 조작기(48)에 연결되며, 이것은 파선으로 도시된다. 평가 유닛(32)에 의해 결정된 투영 렌즈(12)의 이미징 수차는 제어 유닛(46)에 의해 수신되고, 제어 유닛(46)은 결정된 이미징 수차를 기초로 대응하는 제어 신호를 생성하여 이를 광학 파면 조작기(48)로 전송한다. 결과적으로, 파면 측정 장치(10b)는 파면 측정의 결과에 기초하여 광학 파면 조작기(48)의 설정을 변경하여 이미징 수차가 대응(counteract)되도록 할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 카메라(42)는 CCD 카메라를 포함하며, 다른 유형의 카메라 또는 광 검출기, 예를 들어 CMOS 광 검출기, 포토다이오드 및/또는 광 트랜지스터가 마찬가지로 고려될 수 있다. 파면 조작기(48)는 폐쇄 루프로 작동되거나 제어될 수 있다.

광학 파면 조작기(48) 및 파면 측정 장치(10b)는 리소그래피 스테퍼 또는 스캐너(110)에 제공될 수 있으며, 파면 조작기(48)는 광학 파면 조작기(48)와 파면 측정 장치(10b)의 상호 작용에 기초하여 투영 렌즈(12)의 이미징 성능을 최적화하도록 투영 렌즈(12)에서 파면을 교정한다. 특히, 파면 조작기(48)는 투영 렌즈(12)의 중간 이미지 인근에 또는 중간 이미지에 배열될 수 있다.

추가 예시적인 실시예에 있어서, 광학 파면 조작기(48)의 설정 변경은 파면 측정 장치(10b)의 도움으로 반복적으로 수행된다. 이것은 반복마다 파면 측정이 수행되고, 그 결과가 평가 유닛에 의해 후속하여 평가되고, 제어 유닛(46)은 평가 결과에 기초하여 대응하는 제어 신호를 광학 파면 조작기(48)에 전송하는 것을 의미한다. 이러한 반복적인 프로세스는 광학 파면 조작기(48)가 그 원하는 설정을 획득하고 투영 렌즈(12)가 원하는 이미징 품질을 얻을 때까지 수행될 수 있다.

투영 렌즈(12)는 광학 파면 조작기(48)에 추가로, 추가 광학 요소를 포함하고, 여기서, 오브젝트 측 렌즈 요소(50a), 이미지 측 렌즈 요소(50b) 및 물체 측 렌즈 요소(50a)와 이미지 사이에 배치된 하나의 조리개(52)만이 단순화를 위해 여기에 도시된다. 물론, 투영 렌즈(12)의 광학 요소의 수 및/또는 배치는 예시적인 실시예에 따라 달라질 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 광학 파면 조작기(48)는 오브젝트 필드(20)에 근접하게 배열되되, 본 발명에 대해 한정적인 것으로 이해되어서는 안된다. 원칙적으로, 투영 렌즈(12)의 중간 이미지에 또는 이미지 필드(22)에 근접한 광학 파면 조작기(48)의 배열도 고려할 수 있다.

마이크로리소그래피 시스템, 특히 투영 렌즈(12)를 포함하는 투영 노광 장치(110)의 동작 동안, 오브젝트 평면(20) 및 이미지 평면(22)에 각각 배열된 레티클(106) 및 기판(112)은 도 3 및 도 1에 도시되지 않는다. 무아레 격자 배열(14)은 레티클 및/또는 기판이 투영 노광 장치에 결합되는 경우 및 반대의 경우 모두에 있어서 파면 측정을 위해 사용될 수 있음이 주목되어야 한다.

여기에 도시된 예시적인 실시예에서, 입사 광선은 광원(54)으로부터 나오고, 광선이 오브젝트 격자(16)에 도달하기 전에 시준기(collimator)(56)에 의해 시준된다. 시준기(56)는 조명 광학 유닛(58)의 일부이고, 여기에 도시된 조명 광학 유닛(58)은 단순 예시이다.

도 4는 무아레 격자 장치(14)의 추가 예시적인 실시예를 도시하고, 여기서, 오브젝트 격자(16)의 격자 배향은 투영 렌즈(12)의 광학 축(30)에 관하여 각도(60)만큼 이미지 격자(18)의 격자 배향에 대하여 회전가능하다. 오브젝트 격자(16)의 격자 배향은 도 4의 2차원 데카르트 좌표계에서 x-축 및 y-축에 의해 예시적으로 표현되고, 투영 렌즈(12)의 광학 축(30)은 x-축과 y-축에 걸친 평면에 수직인 원점(O)을 통해 나아간다. 이미지 격자(18)의 격자 배향은 제 1 데카르트 좌표계에 대하여 제 2 2차원 데카르트 좌표계에서의 x'- 및 y'-축에 의해 예시적으로 표현되고, 여기서, x-축은 먼저 x'-축에 대하여 회전되며 y-축은 이어서 원점(0)에 대하여 각도(60)만큼 y'-축에 대해 회전된다.

예시적인 일 실시예에 있어서, 각도(60)는 1°, 0.1° 및/또는 0.01°의 정확도로 설정될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 자동 각도 설정은 상기 언급된 반복적인 설정 변경 프로세스에 통합되어, 단 하나가 아닌 복수의 연속하는 무아레 측정이 반복마다 수행되고, 각도(60)는 인접한 무아레 측정들 간의 미리 규정가능한 증분(increment)만큼 증가되고 및/또는 감소된다. 추가 예시적인 실시예에 있어서, 각도(60)에 대한 증분은 15°의 정수배, 바람직하게는 45, 60°, 90° 또는 180°이다.

도 5는 추가 무아레 중첩 패턴을 도시하며, 여기서, 오브젝트 격자(16) 및/또는 이미지 격자(18)는 복수의 직사각형 격자 세그먼트를를 갖고, 이것의 짧은 측은 2개의 동심원을 따라 배열된다. 결과적으로, 오브젝트 격자(16) 및/또는 이미지 격자(18)는 접선 방향으로 나아가는 선형 격자 라인을 갖는다. 무아레 중첩 패턴은 도 2b에 도시된 바와 같이 양쪽 선형 격자의 격자 주기의 약간의 디튜닝(detuning)의 결과로서 발생한다. 서브밀리미터 및/또는 마이크로미터 범위의 크기를 갖는 이미징 수차가 고려될 수 있다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에서, 오브젝트 격자(16) 및/또는 이미지 격자(18)는 복수의 이중 십자(62)를 추가로 구비하며, 이는 오브젝트 격자(16)와 이미지 격자(18) 사이의 상대적인 정렬을 위한 역할을 한다.

도 6a는 오브젝트 격자(16) 및/또는 이미지 격자(18)가 교호의 셀 배향을 갖는 복수의 격자 셀(64)을 갖는 무아레 격자 장치(14)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 격자 셀(64)은 밝은 것과 어두운 사이에서 교호의 복수의 수직 또는 수평 스트라이프를 갖는다. 셀 배향은 인접한 격자 셀(64)들 사이에서 수직 방향에서 수평 방향으로 또는 그 반대 방향으로 교대한다. 대응하는 무아레 중첩 패턴이 도 6b에 도시되어 있으며, 여기서 교차하고 및 부가적으로 겹치는 밝고 어두운 스트라이프들로 구성된 복수의 교차 격자형 패턴 구조가 식별될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 셀 배향은 90°, 바람직하게는 45° 및/또는 135°와 상이한 각도만큼 인접한 격자 셀(64)들 사이에서 변화한다. 따라서, 유리하게 제르니케 차수(Z5 및 Z6) 중 적어도 하나의 수차를 갖는 파면을 측정하는 것이 가능하다.

도 7a 내지 도 7c는 디포커싱 시스템(defocusing system)에 의한 에어리얼 이미지(24) 및/또는 이미지 격자(18)의 점진적 디포커싱이 활성화되는 3개의 무아레 콘트라스트 이미지를 도시한다. 도 7a의 무아레 측정의 경우, 디포커싱은 거의 없으며, 이미지 중심을 향하는 방향으로 무아레 콘트라스트 이미지의 에지로부터 연장하는 저-콘트라스트 링이 보일 수 있다. 도 7b의 무아레 측정의 경우에, 1.5㎛의 디포커싱이 활성화된다. 생성된 무아레 콘트라스트 이미지는 에지에 얇은 낮은 콘트라스트 링을 그리고 낮은 콘트라스트 링과 멀리 있는 이미지 중심에는 원형 저 콘트라스트 영역을 갖는다. 도 7c의 무아레 측정의 경우, 2.5㎛의 디포커싱이 활성화되어, 무아레 콘트라스트 이미지에서, 이미지 중심 주위의 원형 저 콘트라스트 영역이 식별될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c에서, 무아레 콘트라스트 이미지의 초점은 이미지 중심으로부터 이미지 필드 존을 통해 이미지 에지로 변화한다. 그러한 무아레 콘트라스트 이미지로부터 나아가서, 일련의 이미지 수차, 예를 들어 이미지 필드 곡률의 프로파일이 간단한 방식으로 결정될 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 각각 무아레 중첩 패턴(14)의 잘못된 구성 및/또는 투영 렌즈(12)의 이미징 수차가 표적화된 방식으로 활성화된 디포커싱에 의해 확인될 수 있는 것을 각각 도시한다.

도 4와 관련하여 기재된 바와 같이, 동일한 무아레 격자 배열(14)의 복수의 무아레 중첩 패턴을 기초로 그 대칭 특성에 관하여 투영 렌즈(12)의 광학 수차를 검사하는 것이 가능하다. 이것은 도 8에서 예시로서 이하에서 도시된다.

도 8은 4개의 무아레 중첩 패턴을 나타내고, 이 경우에, 에어리얼 이미지(24)(실선으로 도시됨) 및 이미지 격자(18)(파선으로 도시 됨)는 광학 축(30)에 관하여 각도만큼 서로에 대해 회전된다(도 1, 도 2). 각도는 각각 0°, 90°, 180° 및 270°이다. 일 예시적인 실시예에 있어서, 각도의 설정은 광학 축(30)에 관하여 이미지 격자(18)에 대한 오브젝트 격자(16)의 회전에 의해 실현된다. 추가 예시적인 실시예에 있어서, 각도 설정은 광학 축(30)에 대한 투영 렌즈의 회전에 의해 실현된다.

각각의 무아레 중첩 패턴은 밝고 어두운 것을 교호의 곡선 스트라이프를 갖는다. 이것은, 에어리얼 이미지(24)가 투영 렌즈의 광학 특성의 손상에 기인하는 왜곡에 시달린다는 점과 관련이 있다. 회전 대칭 왜곡의 경우, 무아레 측정은 에어리얼 이미지(24)와 이미지 격자(18) 사이의 각도에 독립적인 무아레 중첩 패턴을 생성한다. 회전 대칭 왜곡과 달리, 도 8에 도시된 바와 같이 비 회전 대칭 왜곡의 경우의 무아레 측정은 에어리얼 이미지(24)와 이미지 격자(18) 사이의 각도에 따라 상이하게 거동하는 무아레 중첩 패턴을 생성한다.

무아레 격자 배열(14)은 상이한 방식으로 설계될 수 있다. 도 9a는 주기적인 1차원 오브젝트 격자의 에어리얼 이미지(24d)를 도시하고, 에어리얼 이미지(24d)는 에어리얼 이미지(24d)에 대하여 다소 회전되는 격자 배향을 갖는 주기적으로 1차원 이미지 격자(18d)에 의해 중첩된다. 이 경우에, 밝은 것과 어두운 것 사이에서 교호의 호형(arcuate) 스트라이프들은 여기에 도시된 개략도에서 실질적으로 수평으로 연장한다. 유사한 무아레 중첩 패턴은 도 9b에 도시되며, 밝은 것과 어두운 사이에서 교호로 나타나는 곡선 스트라이프들은 여기에 도시된 개략도에서 실질적으로 수직으로 나아간다. 도 9a 및 도 9b로부터의 무아레 격자 배열은 교차 격자(cross gratings)로 지칭된다. "무아레 격자 배열"이라는 용어는 한 편으로 각각의 경우에 적어도 하나의 오브젝트 격자 및/또는 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 포함하고 다른 한편으로 적어도 하나의 이미지 격자를 포함하는 격자 배열에 관한 것임이 주목된다.

도 9c는 2개의 교차 격자로 구성된 무아레 격자 배열(14)로부터의 무아레 중첩 패턴을 도시한다. 이것은 도 9a 및 도 9b에 도시된 2개의 격자 구조의 부가적인 합계로부터 기인하는 주기적인 2차원 격자 구조를 포함한다. 결과적으로, 도 9c에 도시된 무아레 중첩 패턴은 도 9a 및 도 9b에 도시된 2개의 무아레 중첩 패턴의 중첩이다.

도 10은 각각의 에어리얼 이미지(24) 및 각각의 이미지 필드(28)가 서로에 대해 회전되고 주기적 2차원 격자 구조를 갖는 무아레 중첩 패턴의 2개의 추가 예시를 도시한다. 결과적으로 얻어진 무아레 인터페로그램(interferogram)의 도움으로, 투영 렌즈(12)는 가능한 이미징 수차, 예컨대 아나모피즘(anamorphism) 및/또는 3파 피규어(three-wave figure)와 관련하여 간단하고 정확하게 검사 될 수 있다. "무아레 인터페로그램"이라는 용어는 엄격하게 물리적인 개념으로 이해되어서는 안되며 그보다는 외형이 전형적인 간섭 패턴과 유사한 무아레 중첩 패턴과 관련되는 것이 주목된다.

또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 파면 측정 장치(10a, 10b)는 무아레 측정 및 상이한 유형의 파면 측정, 예컨대, 필드-분해 포커스 스태거 측정 및/또는 간섭계 측정의 조합을 가능하게 한다. 결과적으로, 각각의 측정 방법의 장점은 파면 측정의 정확성 및 신뢰성을 증가시키기 위해 결합될 수 있다. 추가 실시예에 있어서, 필드-분해 포커스 스태거 측정은 무아레 측정과 결합되며, 여기서 필드-분해 측정은 제르니케 차수(Z4)의 수차를 갖는 파면에 대해 수행되는 반면, 파면의 무아레 측정은 오브젝트 필드(26) 및/또는 이미지 필드(28)의 필드 포인트의 다수, 바람직하게는 모든 필드 포인트에서 수행된다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 무아레 측정은 간섭계 측정과 결합되고, 레티클에서, 오브젝트 격자(16) 및/또는 이미지 격자(18) 내의 간섭계 측정의 측정 마커를 위한 복수의 영역이 생략된다. 이러한 측정은 파면 측정의 증가된 견고성을 야기하며, 필드 프로파일 내의 특히, 긴 파장 필드 프로파일 내의 정보의 특정 손실은 파면 측정에서의 품질의 손상 없이 용인될 수 있다.

추가 예시적인 실시예에 있어서, 생성된 무아레 중첩 패턴은 이미지 격자(16)와 에어리얼 이미지(24)의 적어도 부분적으로 비간섭성인 중첩의 결과로서 발생한다. 선행 기술로부터 알려진 간섭계 파면 측정 방법에서, 강하게 코히어런스하는 중첩, 특히 코히어런스(coherence) 길이내의 중첩은 간섭 패턴이 발생하는데 필수적이다. 이것에 비해, 본 발명에 의해, 신뢰가능한 파면 측정은 에어리얼 이미지(24)와 이미지 격자(16) 사이의 코히어런스의 부재에도 가능하다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 무아레 격자 장치(14)는 회절 격자를 포함한다. 회절 격자는 입사 광의 상이한 차수의 회절을 생성하는 역할을 하며, 입사 광은 이미지 평면(22) 상에 이미징되어 서로 간섭한다. 에어리얼 이미지(24)는 포함된 회절 차수의 간섭에 기인한다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 평가 유닛(32)은 이하의 이미징 수차들 중 하나를 결정하도록 설계된다: 회전 대칭 왜곡, 비회전 대칭 왜곡, 코마, 디포커싱, 이미지 필드 곡률, 바나나 형상(연속 이미지 필드 곡률). 이를 위해, 평가 유닛(32)은 생성된 무아레 중첩 패턴에 기초하여 일련의 물리적 변수, 예를 들어 콘트라스트 분포 및/또는 강도 분포, 위상 이동, 밝기 분포 등을 결정할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 무아레 콘트라스트 분포 및/또는 무아레 위상이 일정 기간에 걸쳐 제품 강도를 평균화함으로써 결정된다. 이러한 경우에, 에어리얼 이미지(24)의 강도 분포는 에어리얼 이미지(24)의 격자 주기에 걸쳐 적분 된 이미지 격자(16)의 강도 분포와 곱해진다. 마지막으로, 적분 결과는 에어리얼 이미지(24)의 격자 주기에 의해 나뉜다. 결과적인 무아레 강도 분포는 숫자 1과 무아레 콘트라스트 분포와 무아레 위상 각의 코사인의 곱을 포함하는 다른 피가수(summand)의 합에 비례한다. 결과적으로 두 가지 물리적 변수: 무아레 콘트라스트 분포 및 무아레 위상 중 하나를 결정할 수 있다. 마지막으로, 투영 렌즈(12)의 왜곡이 결정된 무아레 위상으로부터 결정될 수 있다.

위상 이동을 결정하는 상기 방법은 예를 들어, 고조파(harmonic) 효과와 같은 교란 효과에 의해 제한되는 정확도를 갖는다. 무아레 위상 결정의 정확성을 높이기 위해 일련의 측정이 구현될 수 있다. 예시로서, 다음의 측정들 중 하나가 사용될 수 있다 : 멀티 스텝(multi-step) 공식의 사용, 더 작은 격자 구조를 갖는 무아레 격자 배열의 사용, 압전 테이블의 사용, 브로드 컬러(broad-color) 무아레 중첩 패턴, 공간적 콘볼루션(convolution) 및/또는 필터링의 설정, 멀티 스트라이프 방법의 사용 등.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 상기 무아레 격자 장치(14)는 체크무늬(chequered) 격자를 갖는다. 이러한 측정은 생성된 무아레 중첩 패턴의 무아레 스트라이프가 회전 대칭 왜곡의 경우에도 예컨대 45°만큼의 회전을 보인다는 장점을 갖는다. 이것은, 회절 차수가 오브젝트 필드(26) 및/또는 이미지 필드(28)의 x-축 및/또는 y-축을 따라 존재하지 않는다는 사실과 관련된다. 따라서, 이 수단은 투영 렌즈의 광학 수차에 대한 특히 예민한 검출을 가능하게 한다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 무아레 격자 배열(14)은 2차원 격자 구조를 갖는 적어도 하나의 체크무늬의 격자를 갖는다. 이러한 무아레 격자 배열은 특히 높은 정확도로 멀티 스트라이프 무아레 중첩 패턴을 생성하는 것을 가능하게 한다.

Claims (16)

1. 웨이퍼를 노광하기 위한 마이크로리소그래피 투영 노광 장치로서, 투영 렌즈, 상기 투영 렌즈에서 파면을 조작하기 위한 광학 파면 조작기(48) 및 상기 투영 렌즈(12)에서 파면을 측정하기 위한 파면 측정 장치(10a, 10b)를 포함하고, 상기 파면 측정 장치(10a, 10b)는 상기 투영 렌즈(12)의 오브젝트 평면(20)과 이미지 평면(22)에 개별적으로 배열되도록 설계된 오브젝트 격자(16) 및 이미지 격자(18)를 갖는 무아레(Moire) 격자 배열(14)을 포함하고, 상기 오브젝트 격자(16) 및 상기 이미지 격자(18)는, 상기 이미지 평면(22)과 상기 이미지 격자(18) 상에 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24)으로부터의 무아레 중첩 패턴을 생성하도록 된 축척대로 서로 조정되고, 상기 무아레 격자 배열(14)은, 상기 이미지 평면(22)의 이미지 필드(28) 및 상기 오브젝트 평면(20)의 오브젝트 필드(26) 중 적어도 하나의 복수의 필드 포인트에 대한 무아레 중첩 패턴을 동시에 생성하도록 설계되고, 상기 광학 파면 조작기(48)는, 상기 광학 파면 조작기가 상기 파면 측정 장치(10a, 10b)의 적어도 하나의 측정 결과를 기초로 제어될 수 있도록 상기 파면 측정 장치(10a, 10b)와 상호작용하고, 상기 파면 조작기는, 상기 투영 렌즈(12)에서 파면을 교정하여 상기 투영 렌즈(12)의 이미징 성능을 최적화하며, 상기 파면 조작기는 폐쇄 루프로 제어되도록 구성되는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 필드 포인트는 상기 오브젝트 필드(26) 및 상기 이미지 필드(28) 중 적어도 하나의 유한한 수의 규정된 필드 포인트인, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 이미지 격자(18) 및 상기 오브젝트 격자(16) 중 적어도 하나의 이미징(24)은 상기 투영 렌즈(12)의 광학 축(30)에 관하여 일정 각도로 회전 가능한, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 생성된 상기 무아레 중첩 패턴은 상기 이미지 격자(18)와 상기 이미지 평면(22) 상으로의 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24)의 적어도 부분적인 코히어런트(coherent)한 중첩의 결과로 발생하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 무아레 격자 배열(14)은 회절 격자를 가지며, 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24)은 상기 회절 격자에 의해 생성되는 적어도 2개의 상이한 회절 차수의 간섭을 갖는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 오브젝트 격자(16) 및 상기 이미지 격자(18) 중 적어도 하나는 방사상으로 나아가는 복수의 격자 라인을 갖는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 오브젝트 격자(16) 및 상기 이미지 격자(18) 중 적어도 하나는 교호의 셀 배향을 갖는 복수의 격자 셀(64)을 갖는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 오브젝트 격자(16) 및 상기 이미지 격자(18) 중 적어도 하나의 격자 구조는 주기적 선형 격자 구조, 또는 주기적 2차원 격자 구조, 또는 주기적 선형인 주기적 2차원 격자 구조를 갖는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 생성된 상기 무아레 중첩 패턴으로부터 상기 투영 렌즈(12)의 이미징 수차를 결정하기 위해, 상기 무아레 중첩 패턴을 검출하기 위한 평가 유닛(32)을 더 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 평가 유닛(32)은 콘트라스트 이미지, 강도 분포, 위상 분포, 이미지 필드 곡률, 비점수차, 및 생성된 상기 무아레 중첩 패턴의 왜곡 중 적어도 하나를 결정하도록 설계되는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 이미지 격자(18)의 바로 하류에 배치되는 형광 요소(fluorescence element)(44)를 더 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24)을 디포커싱(defocusing)하거나 또는 상기 이미지 격자(18)를 디포커싱하거나 또는 상기 오브젝트 격자(16)의 이미징(24) 및 상기 이미지 격자(18)를 디포커싱하기 위한 디포커싱 시스템을 더 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파면은 제르니케 차수(Z2, Z3, Z4, Z5 및 Z6)들 중 적어도 하나의 제르니케 차수의 수차를 갖는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파면 측정 장치는, 필드 분해 포커스 스태거 측정(field-resolved focus stagger measurement) 및 간섭계 측정 중 적어도 하나에 의해 Z2, Z3, Z4, Z5 및 Z6로부터 적어도 하나의 제르니케 차수의 수차를 갖는 파면을 측정하도록 설계되는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
15. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 투영 노광 장치를 작동시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 광학 파면 조작기(48)의 설정을 반복적으로 최적화하는 단계를 포함하고, 각각의 반복 시에 다음의 방법 단계:
    - 파면 측정 장치(10a, 10b)에 의해 파면을 측정하는 단계;
    - 파면 측정의 결과를 평가하는 단계; 및
    - 평가를 기초로 상기 광학 파면 조작기(48)를 설정하는 단계가 수행되는, 방법.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 광학 파면 조작기는 폐쇄 루프로 제어되는, 방법.

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