KR20010007495A - 광학 시스템의 특성화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광학 시스템의 특성화를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광학 시스템의 특성화는 이미지 공간의 체적내에서 이미지 데이터를 구해서 단일 요청 단계에서 신속하고 손 쉽게 얻어진다. 래티클 및 이미지 면은 다수의 특징을 지닌 래티클이 주기적인 패턴이나 격자를 지니면서 그 위에 설치되고, 초점 깊이를 지닌 공간의 체적내에 이미지되도록 서로에 대해 경사 위치된다. 계측 툴은 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하기 위해 단일 스텝이나 노출로서 초점의 깊이를 통해 공간 체적내에서 검출 또는 기록된 이미지를 분석하는데 이용된다. 초점, 상면 면곡, 비점수차, 구면, 코마 및/또는 초 평면 편차가 결정될 수 있다. 본 발명은 특히 반도체 제조와 여기서 이용된 포토리소그래피 방법에 적용될 수 있으며, 또한 극적으로 증가된 데이터 특성과 전체 파라미터 공간의 연속적인 유효 범위에 의해서 단일 노출시에 광학 시스템을 신속하게 특성화할 수 있다.

Description

광학 시스템의 특성화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHARACTERIZATION OF OPTICAL SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 광학 시스템의 이미지 데이터를 결정하는 것에 관한 것으로, 구체적으로는 초점, 상면 만곡, 비점수차, 구면, 코마 및/또는 초평면 편 차를 지닌 광학 시스템의 신속하고 정밀한 특성화에 관한 것이다.
포토리소그래피는 반도체 디바이스와 다른 전자 장치의 제조에 종종 이용된다. 포토리소그래피에서 고 품질의 투영 광학은 이를테면 레지스트 피복 웨이퍼와 같은 광 감지 기판에 래티클상의 특성을 이미지하는데 종종 이용된다. 재생될 바람직한 특성의 사이즈가 훨씬 더 작기 때문에, 광학 시스템이나 투영 광학은 이미지 질을 위해 계속해서 유지되고 검사되어야만 한다. 가끔, 광학 시스템이나 투영광학의 성능은 시간을 소모하는 방법없이 얻기는 곤란하다. 일반적으로 다중 노출은 광학 시스템을 특성화하기 위해 이미지 필드내의 서로 다른 위치 및 서로 다른 초점 깊이로서 광감지 기판을 필요로한다. 그리고 나서 광학 시스템은 다중 처리된 이미지를 검토하는 것으로 부터 얻은 정보를 수집해서 특성화된다. 다수의 노출과 그에 상응하여 처리된 이미지들 각각이 연속적으로 요청된다. 따라서, 측정하는 동안 광학시스템 파라미터에 대한 초점 에러, 스캔 에러 및 순간적인 변화가 혼합된다. 스캔 에러와 초점 에러의 경우에, 노이즈가 데이터에 유입된다. 순간적인 변화의 경우에, 유효한 데이터는 회복될 수 없다. 부가적으로, 데이터는 파라미터 영역에 걸쳐서 연속적이기 보다는 불연속적으로 샘플링된다. 따라서, 양자화 에러는 인접한 샘플들사이에 있는 데이터 값의 평가 결과이다. 제품 생산량을 증가시키기고 또한 감소된 특성 사이즈를 이미징할 수 있는 투영광학의 성능 요구를 증가시키기 위한 수요에 따라, 광학 시스템을 특성화하는데 이용되는 장치 및 방법을 개선할 필요가 있다. 다중 노출과 다중 이미지의 처리를 수행할 필요없이 신속하고 손쉽게 그리고 동시에 얻어 처리된 데이터로서 광학 시스템의 성능을 특성화하는데 이용될 수 있는 고도의 정밀한 데이터 또는 정보를 신속하고 손쉽게 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 단일 노출 또는 이미징 동작시에 광학 시스템의 특성화 정보를 신속하게 얻고, 추출하고 또한 분석하는 것이다.
도1은 포토리소그래피 시스템의 개략적인 도면.
도2는 래티클 또는 물체 공간의 투시도.
도3은 광 감지 기판 또는 이미지 공간의 투시도.
도4는 다수의 주기적인 구조 또는 그위에 패턴을 지닌 테스트 래티클을 예시하는 평면도.
도5A는 격자 또는 주기적인 패턴 또는 구조의 한 형태를 예시하는 평면도.
도5B는 격자 또는 주기적인 패턴 또는 구조의 다른 형태를 예시하는 평면도.
도6은 광학 시스템을 특성화하는데 이용되는 데이터의 요청을 예시하는 개략적인 도면.
도7은 본 발명의 방법 단계를 예시하는 블록도.
도8A는 공간 체적을 예시하는 개략적인 도면.
도8B는 광 감지 기판상에 형성된 이미지의 개략적인 평면도.
도9A는 래티클상의 패턴의 일부분에 대한 일실시예의 개략적인 평면도.
도9B는 도9A에 예시된 실시예에 기초하여 비점수차의 검출을 예시하는 개략적인 투시도.
도10A는 래티클을 예시하는 개략적인 평면도.
도10B는 래티클 패턴의 일부분을 예시하는 개략적인 평면도.
도11A는 래티클상의 패턴의 일부분에 대한 다른 실시예의 개략적인 평면도.
도11B는 도11A에 예시된 실시예에 기초하여 비점수차의 검출을 예시하는 개략적인 투시도.
도12는 구면수차 검출시에 이용된 래티클 패턴의 일부분을 예시하는 개략적인 평면도.
도13은 광학 시스템을 특성화하는데 이용되는 다른 비점수차를 검출하기 위해 다른 특성 세트 또는 패턴 부분으로 분할된 래티클을 예시하는 개략적인 평면도.
도14는 본 발명의 일실시예에서 광학 시스템의 왜곡 또는 비점수차의 검출을 예시하는 간섭계 맵의 투시적인 그래프 도면.
도15는 본 발명의 일실시예에 의해 검출될 수 있는 다른 왜곡 또는 비점수차를 예시하는 그래픽 도면.
도16A-D는 도15에서 예시된 다른 왜곡 또는 비점수차를 원근법으로 예시하는 그래픽 도면.
도17은 광학 시스템의 최선의 초점을 얻는데 이용되는 본 발명의 일실시예를 예시하는 광감지 기판의 평면도.
도18은 본 발명의 일실시예에서 구면 수차의 검출을 예시하는 그래프 도면.
도19A는 강화된 이미징에 대한 래티클의 최적 위치를 결정하기 위해 본 발명의 일실시예를 예시하는 개략적인 평면도.
도19B는 도19A에 예시된 본 발명의 실시예에 이용되는 래티클의 개략적인 평면도.
본 발명은 비교적 짧은 시간동안 또는 단일 노출시에 공간 체적을 이용해서 동시에 광학 시스템의 특성화 정보를 얻기위한 방법 및 장치를 포함한다. 다른 방향, 사이즈 및 라인 형태를 갖는 다수의 특성을 지닌 테스트 레티클이 특성화되는 광학시스템에 의해 이미지된다. 레티클이 위치되어 있는 물체 면이나 특성화 데이터가 얻어지는 이미지 면중 어느 한 면이 해당하는 3차원 공간 체적내에서 경사지거나 각을 이룬다. 다수의 특성을 지닌 래티클은 특성화되는 광학시스템에 의해 이미지된다. 초점 깊이에 걸친 공간 체적내에서, 초점을 통해 특성을 지닌 엔벌로프가 얻어진다. 이러한 특성의 엔벌로프는 래티클 면에 대해 경사진 한 면에서 래티클의 이미지 데이터를 요청함으로서 동시에 얻어진다. 래티클의 결과 이미지와 그에 상응하는 특성은 간섭 툴을 지닐 수 있는 계측 기술에 의해 분석되며 그에 의해 광학 시스템 특성이 얻어진다. 상기 광학 시스템의 특성은 초점, 상면 만곡, 비점수차, 코마, 왜곡, 텔레센트릭성(telecentricity) 및/또는 초 평면 편차 뿐아니라 구면 수차상의 정보 및 간섭성의 변화를 포함할 수 있다.
본 발명의 잇점은 광학 시스템의 특성화를 위해 요구되는 데이터의 신속한 요청을 초래한다는 것이다.
본 발명의 다른 잇점은 종래 기술과 결합된 초점, 스캔 및 순간적인 에러에 대해 민감성을 줄인 데이터의 신속한 요청을 초래한다는 것이다.
본 발명의 특징은 정보 또는 데이터가 이미지 공간의 체적에 걸쳐 얻어진다는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 이미지 공간내에서 데이터가 요청되는 면보다는 다른 면에서 래티클이 존재한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 래티클 및/또는 이미지 면의 인터셉터로부터 수직면이 광학 시스템의 축과 동일 선상에 있지 않다는 것이다.
이들과 다른 목적, 이점 및 특징이 다음의 상세한 설명을 통해 쉽게 명확해 질 것이다.
실시예
도1은 본 발명을 간략히 설명하고 있다. 포토리소그래피 시스템(10)이 일반적으로 설명된다. 조사 광원(12)은 래티클 또는 물체 공간 또는 체적(14)내의 래티클(16)의 이미지를 광학 시스템 또는 투영 광학(18)을 통해 광 감지 기판 또는 이미지 공간(20)내의 광 감지 기판(22)으로 투영하는데 이용된다. 래티클(16)은 광 감지 기판(22)에 대해 기울어진 평면내에 위치된다. 래티클(16) 및 광 감지 기판(22)은 다양한 여러방법으로 기울어질 수 있다. 가급적, 래티클(16)이나 웨이퍼(22)를 위치조정하는 것은 래티클(16) 또는 웨이퍼(22)중 어느 하나가 광학 시스템 또는 투영 광학(18)의 물체 체적이나 초점 깊이를 통해 확대되도록 하는 것이다. 광 감지 기판(22)에 의해 기록된 이미징 데이터는 광학 시스템 또는 투영 광학(18)의 특성화를 허가하는 정보를 제공한다. 초점, 상면 면곡, 비점수차, 코마 및/또는 초 평면 편차 뿐아니라 구면 수차와 간섭성의 변화를 결정하는 정보와 같은 이미징 특성이 구해질 수 있다. 초점에 걸친 전체 이미지 필드에 대한 이미지 질은 비교적 짧은 시간에 단일 이미징 또는 노출 동작에서 얻을수 있다. 래티클의 전체 이미지는 광학 시스템 또는 투영 광학(18)을 특성화하는 계측 방법에 의해 분석될 수 있다. 그에 따라 광학 시스템 또는 투영 광학(18)은 x 및 y 필드 방향에서 특성화 될 뿐아니라 초점의 깊이는 z 방향에서 특성화된다. 광 감지 기판(22)은 래티클(16)을 통과하는 전자기 복사를 기록하기 위해 한가지 방법으로 나타내었지만, 전자기 복사를 검출하기 위한 어떠한 발명, 이를테면 전하 결합 장치(CCD)어레이, 위치 감지 검출기(PSD) 또는 등가 검출기와 같은 광 수용 센서가 이용될 수 있다.
도2는 물체 공간 또는 래티클 공간(114)을 예시한다. 물체 또는 래티클 공간(114)내에는 다수의 여러 주기적인 특성(116a, 116b, 116c, 116d 및 116e)을 지닌 래티클(116)이 위치된다. 다수의 여러 주기적인 패턴이나 특성(116a, 116b, 116c, 116d 및 116e)들 각각은 변화하는 라인 형태, 모양, 사이즈의 격자 패턴 및 다른 이미징 정보를 얻기 위한 방향이나 광학 시스템을 특성화하는 데이터를 포함할 수 있다. 주기적인 특성이나 구조는 다만 주기적일 필요가 있으며 격자일 필요는 없다. 래티클(116)은 어떤 각(124)에 의해 물체 또는 래티클 공간(114)내에서 기울어 질수 있다. 따라서, 래티클(116)은 깊이(z1)의 영역에 걸쳐 래티클 또는 물체 공간(114)내에 위치된다.
도3은 광 감지 기판 이미지 또는 공간(120)의 데이터 요청 면에 각을 이루어 위치된 광 감지 기판(122)을 예시하는 투시도면이다. 광 감지 기판(122)은 광 감지 기판(122) 또는 이미지 공간(120)내에서 소정 각(126)으로 위치된다. 광 감지 기판(122)은 깊이(z2)의 영역을 통해 확대된다. 상기 깊이(z2)의 영역은 광학 시스템 또는 투영 광학의 초점 깊이내에 있다. 광 감지 기판(122)은 도2에서 설명한 래티클(116)의 경사각(124)과 합성된 각(126)으로 기울어져 있다. 래티클(116)과 광 감지 기판(122)은 서로에 대해 다른 방법으로 각을 이루거나 기울어질수 있으며, 또한 도2 및 도3에 설명한 기울기는 본 발명에 이용될 수 있는 가능한 기울기나 각에 대한 예시일 뿐이라는 것을 인식해야 한다. 본 발명의 교시에 따라 광학 시스템에 대해 유용한 특성화 데이터를 얻는 단계에서, 원하는 특성화 데이터의 형태나 양에 의해 단독으로 결정된 2개 면의 경사 위치의 정도와 성질을 가지면서, 다른 면에 대해 경사진 하나의 면을 지니도록 할 필요가 있을 뿐이다. 예를들어, 래티클의 면이 기울어질 필요는 없지만, 광 감지 기판의 면은 래티클의 면에 대해 기울어지거나 경사지게 된다.
도4는 다수의 다른 주기적인 특성, 패턴, 구조 또는 그위에 격자를 지닌 래티클(216)을 예시하는 평면도이다. 다른 주기적인 특성은 광학 시스템을 특성화하기위한 별개의 이미징 정보를 얻는데 이용될 수 있는 다른 특성 세트들을 형성해서 분류될 수 있다. 예를들어, 래티클(216)은 4개의 특성 세트로 구성될 수 있는 다수의 다른 라인 형태, 모양, 사이즈 및 방향으로 이루어질 수 있다. 예를들어, 제1 특성 세트(216a)는 바스켓 웨이브(basket weaves)를 지니고, 제2 특성 세트(216b)는 다수의 수평 및 수직선을 지니며, 제3 특성 세트(216c)는 상기 제2 특성 세트(216b)와 관련하여 다른 공간 또는 사이즈를 갖는 다수의 수평 및 수직 선을 지니며, 제4 특성 세트(216d)는 다른 세트의 수평 및 수직 선을 지니며, 또한 제5 특성 세트(216e)는 상기 제1 특성 세트(216a)와 동일하거나 다를 수 있는 바스켓 웨이브를 지닌다. 래티클(216)은 물체 공간내의 경사면으로 이미징하는 전체 이미지 영역에 걸쳐 다른 선과 간격 또는 격자를 지닐수 있는 다수의 서로 다른 특성 세트를 포함한다. 이미지 공간을 가로지르는 면에서 이미지를 검출하고 분석하는 것은 광학 시스템의 성능이나 이미징 특성을 결정하는데 이용될 수 있는 광학 시스템 특성 데이터의 요청을 초래한다.
도5A는 래티클의 한 부분에 위치되며 또한 광 감지 기판에 이미지될 수 있는 다른 특성 세트(316c)의 예이다. 특성 세트(316c)는 패턴을 형성하는 다중 행이나 비월 행 또는 스트립으로 구성된 폭(w1)을 지닌 중심 영역으로 이루어질 수 있다. 예를들어, 행(330)은 그 위에 간격을 둔 수직 라인을 지니며, 행(332)은 그 위에 간격을 둔 수평 라인을 지니며, 행(334)은 그 위에 간격을 두고 (-)450기울어진 라인을 지니며, 또한 행(336)은 그 위에 (+)450기울어진 라인을 지닌다. 스트립 또는 행(330,332,334 및 336)은 도5A에서 예시된 바와 같이 래티클의 한 부분에 형성된 특성세트(316c)의 길이(L)를 따라 연장된 패턴을 형성할 수 있다. 특성 세트(316c)의 단부는 열 또는 수직 스트립(328)으로 부터 형성될 수 있다. 열(328)내의 바스켓 웨이브는 부분적으로 전달부로부터 형성될 수 있다. 특성 세트9316c)의 전체 폭은 W2이다. 예를들어, 특성 세트(316c)는 약 5mm의 전체 폭과 약 4.5mm의 중심 폭(W1)을 갖는 길이(L)로서 약 27mm의 크기를 지닐수 있다. 개개의 행이나 스트립은 약 50 미크론의 높이 또는 넓이가 될 수 있다. 316c에서 설명된 특성 세트는 예로서만 주어진다. 광학 시스템의 특성을 결정하기 위하여 본 기술에 숙련된 당업자는 다른 특성 세트를 이용할 수 있다.
도5B는 래티클의 한 부분에서 이용될 수 있는 다른 특성 세트(316d)를 예시한다. 특성 세트(316b)는 수평 라인, 수직 라인 및 각이 진 라인으로 이루어진 패턴을 포함한다. 스트립 또는 행(330')은 (-)450기울어진 다수의 라인을 지니며, 또한 행 또는 스트립(336')은 그 위에 (+)450기울어진 다수의 라인을 지닌다. 다수의 행 또는 스트립은 특성 세트(316d)의 길이를 따라 수평, 수직, (-)450, (+)450패턴내에서 반복된다. 다른 행 또는 패턴은 검출 또는 결정되어질 원하는 광학 시스템의 특성에 따라 특성 세트내에 위치된다.
도6은 특성화되어질 광학 시스템 또는 투영 광학에 의해서 래티클의 이미징으로부터 얻은 정보의 처리를 예시한다. 이미지 면(420)은 광 감지 기판에서 검출 되거나 기록된다. 도4에 예시된 바와 같이, 이미지 면은 래티클에 의해서 이미지된 특성 세트 이미지(420a,420b,420c,420d 및 420e)로 이루어진 다수의 이미지를 지닌다. 래티클 면에 사각으로 위치된 이미지 면(420)으로 부터 얻은 데이터는 가급적 간섭계인 계측 툴에 의해 광 감지 기판에 양호하게 기록되는 전체 이미지 영역 면 상에서 추출된다. 계측 툴(40)은 래티클상의 특성 세트의 이미지로 부터 결정되거나 검출된 간섭 패턴과 같이 정보를 검출하거나 추출할 수 있다. 상기 이미지는 이미지 면(42)에 형성되며 또한 광 감지 기판에 기록될 수 있다. 계측 툴(40)과 결합된 신호 처리기(42)는 다른 특성 세트(420a,420b,420c,420d 및 420e)의 서로 다른 이미지를 분석하고 처리한다. 신호 처리기(42)로 부터 처리된 신호는 광학 시스템 특성화기(44)에 제공된다. 따라서 광학 시스템의 서로 다른 비점수차가 결정될 수 있다. 예를들어, 비점수차는 주기적인 패턴이나 격자 방향의 함수로서 결정될 수 있다. 코마는 초점에 대한 2계 왜곡신호의 함수로서 결정될 수 있다. 구면 수차는 영역 위치에 대한 라인 사이즈들 간에서 최적의 초점 간격의 함수로서 결정될 수 있다. 기록된 데이터는 예를들어 백색광, 암시야 현미경, 큰 구경 간섭계, 레이저 현미경 간섭계, 또는 간섭 현미경과 같은 여러 계측 툴에 의해 분석될 수 있다.
도7은 본 발명의 방법 단계를 예시하는 블록도이다. 블록(510)은 특성화되는 광학 시스템을 지닌 래티클 면과 경사진 면에서 그위에 주기적인 격자 또는 패턴을 지닌 래티클을 이미징하는 단계를 예시한다. 주기적인 패턴은 광학 시스템의 소정의 특성을 결정하기 위해 설계된 각기 다른 격자 패턴을 지닌 서로 다른 격장 패턴으로 이루어질 수 있다. 블록(512)은 래티클 면과 경사진 면에서 검출된 주기적인 패턴 또는 격자의 이미지를 나타내는 데이터를 기록하는 단계를 표시한다. 주기적인 패턴 또는 격자의 이미지는 광 감지 기판에 의해 기록될 수 있고 또는 전자 수단에 의해서 기록될 수 있다. 블록(514)은 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하기 위해 기록된 데이터를 간섭계적으로 분석하는 단계를 표시한다. 주기적인 패턴 이나 격자를 나타내는 데이터는 광학 시스템의 특성을 얻기위한 간섭계적인 방법에 의해 분석된다. 광학 시스템은 단일 동작시에 전체 영역에 걸쳐서 다른 초점 깊이로 특성화 될 수 있다.
도8 내지 도13은 비점수차 및 구면 수차를 지닌 상면 면곡 및 다른 비점 수차와 같은 다른 광학 특성을 결정해서 광학 시스템을 특성화하는 다른 실시예에 대한 본 발명의 적용을 예시한다.
도8A는 공간(620)의 체적을 나타낸다. 공간(620)의 체적내에서 이미지를 나타내는 전자기 복사가 검출될 수 있다. 예를들어, 일반적으로 광 감지 기판(622)은 소정 각으로 공간(620)의 체적내에 위치된다. 도시하지 않은 광학 시스템으로 부터 이미지는 광 감지 기판(622)으로 투영된다. 광 감지 기판(622)으로 투영된 이미지는 종래의 도면에서 설명된 바와 같이, 래티클상에 위치된 다수의 특성 세트 또는 간격을 둔 라인의 이미지이다. 광 감지 기판(622)의 이용은 양호한 실시예의 예시이다. 하지만 이것은 래티클의 이미지를 나타내는 전자기 복사를 수신하고 검출하기 위해 공간(620)의 체적내에 위치될 수 있다.
도8B는 도8A에서 처럼 위치된 광감지 기판(622)을 이용하는 상면 면곡의 검출을 예시한다. 라인(631)은 특성화되는 광학 시스템에 대한 상면 면곡을 나타내며, 또한 라인(631)의 폭(d)은 특성화되는 광학 시스템의 초점 깊이를 나타낸다. 따라서, 공간(620)의 체적내에서 광감지 기판(622)을 기울이고 또한 상기 광감지 기판에 이미지되는 다수의 특성을 지닌 래티클을 이용해서, 상기 상면 면곡과 영역 깊이가 신속하고 쉽게 결정될 수 있다. 래티클 상에서 적합한 특성과 방향을 선택함으로서, 광학 시스템을 특성화하는 부가의 정보는 광 감지 기판의 단일 노출이나 그렇지 않으면 공간의 체적내에서 전자기 복사의 단일 데이터 수신 요청시에 얻을수 있다.
라인(631)은 경사진 광감지 기판(622)이나 보우(bow)를 지닌 광감지 기판상에서 이미지되는 주기적인 패턴 또는 격자 래티클에 의해 형성될 수 있다. 주기적인 패턴 또는 격자 스트립 또는 라인(631)은 필드의 중심아래에 형성된다. 라인(631)은 필드의 중심 스트립을 한정할 만큼 좁게 계산되어야 하지만, 수평 방향에서 몇가지 해결 점을 가질 만큼 넓게 계산될 수 있다. 이것은 스트립 이나 라인(631)을 검사하는데 이용되는 검출기 어레이, CCD 또는 PSD의 화소 밀도의 함수이다. 위상 변위 간섭계가 이용될 수도 있다. 데이터는 위상 변위 간섭계와 관련한 리트로우(Littrow)각으로 광감지 기판(622)을 위치시켜 구할 수 있다. 리트로우 각은 상기 간섭계로부터의 전자기 복사를 간섭계로 다시 복귀하도록 역 회절되는 각이다. 위상 변위 간섭계에 의해 요청된 강도 맵의 피크는 특성화되는 광학 시스템의 최적의 초점이다. 상기 피크는 수직 방향에 있는 릿지를 포함한다. 영역이 상부에서 하부로 통과될 때 측방향으로 이러한 릿지의 구불구불함은 상면 면곡을 나타낸다. 이런 진행의 강도는 병행해서 강한 데이터의 요청에 의존한다. 데이터의 측정, 스케일링 및 추출은 간단하다. 이 방법은 역-회절의 강도를 이용한다. 또한 상면 면곡은 역-회절의 상을 이용하여 검출 될 수 있다. 이 방법에서 광 감지 기판은 위상-변위 간섭계 축에 수직하게 위치된다. 요청된 위상 맵은 광감지 기판상의 개개의 지점에서 크게 저항한다. 좌측에서 우측까지는 초점 곡선의 함수로서 특성이 존재한다. 상부에서 하부까지는 영역 위치의 함수로서 어떤 특성의 사이즈와 방향에 대한 최적의 초점의 변위가 존재한다. 상면 면곡과 비점수차는 직교 특성 방향의 함수로서 곡선 변위의 비교에 의해 구할 수 있다.
도9A 및 도9B는 본 발명에 따른 비점수차의 검출을 개략적으로 나타낸다. 도9A는 비점수차를 검출할때 이용하는 래티클 또는 마스크상에서 반복적으로 재생될 수 있는 패턴을 개략적으로 나타낸다. 부분(716)은 직교 격자 또는 라인 패턴을 포함한다. 수직라인(730)은 수평라인(732)사이에서 비월되거나 교차된다. 수직라인 (730) 및 수평라인(732)은 서로에 대해 상호 수직하다.
도9B는 도8A에 나타낸바와 같이 공간의 체적내에서 기울어져 있는 광감지 기판상에 형성된 이미지를 나타낸다. 광 감지 기판상에 이미지된 주기적인 패턴 또는 격자(716)의 특성 세트 또는 부분은 필드의 깊이를 나타내는 측면 크기(f)를 갖는다. 필드의 깊이를 나타내는 크기(f)를 통해서, 다른 이미지 질이 크기(f)를 따라 최고점에 위치되는 최적의 이미지 질로서 얻게 된다. 엔벌로프(735)는 도9A에 나타낸 수평라인(732)의 기록 이미지(732')의 초점의 깊이를 따라 크기(F)로서 이미지 질을 나타낸다. 유사하게, 도9A에 예시된 수직라인(730)은 기록된 이미지(730')로서 나타낸다. 엔벌로프(733)는 도9A에 나타낸 래티클의 부분(716)상에서 수직 라인(730)의 기록 이미지(730')에 대한 초점 깊이의 이미지 질을 나타내어 형성된다. 최적의 이미지 질은 엔벌로프(733 및 735)를 따라 최고점에 의해 도식적으로 나타낸다. 이미지 위치에서 광학 시스템의 임의의 비점수차는 다른 수평 및 수직 라인의 이미징을 나타내는 거리에 의해 표시된다. 자오(tangential) 및 새지털(sagittal) 상면의 축 간격은 엔벌로프(733 및 735)로 나타낸 각기 다른 초점에 의해서 검출될 수 있다. 각기 다른 초점의 측면 변위는 거리(a)로 나타낸다.
여러 다른 특성 세트 또는 주기적인 패턴 또는 격자는 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 도10A 및 도10B는 광학 시스템의 비점수차를 결정하는데 이용될 수 있는 또 다른 특성 세트, 주기적 패턴, 또는 격자를 나타낸다. 도10A는 래티클 패턴 또는 특성 세트를 포함하는 다수의 스트립(816)을 지닌 래티클 또는 마스크(817)를 예시하는 평면도이다. 도10B는 도10A에 예시된 래티클(817)이 형성되어 있는 래티클 주기 패턴 또는 격자(816)중 하나를 개략적으로 나타낸다. 특성 세트, 주기적 패턴 또는 격자(816)는 다수의 패턴 또는 격자로 이루어진 다수의 열로 부터 형성된다. 주기적 패턴이나 격자의 열은 직교 라인 쌍으로 부터 형성된다. 예를들어, 열(830)은 수직 라인으로 부터 형성되고, 열(832)은 수평 라인으로 부터 형성된다. 수평 및 수직 라인은 직각이다. 열(836)은 (+)450기울어진 라인으로 부터 형성되고, 열(834)은 (-)450기울어진 라인으로 부터 형성된다. 따라서, 열(836 및 834)의 라인들은 직각이다. 도10B에서 예시된 바와 같이 다른 라인 방향을 지닌 열의 비월 주사는 특성화되는 광학 시스템의 비점수차에 관해 정보를 제공한다. 필드의 실제 부분에서의 비점수차는 본 발명을 실시할 때에 동시에 검출될 수 있다.
도11A 및 도11B는 본 발명의 이러한 실시예를 간략히 나타내고 있다. 본 발명의 실시예에서, 라인 또는 특성 세트는 행보다는 오히려 열로 배열된다. 도11A는 래티클 패턴(916)의 일부분에 대한 평면도이다. 래티클 패턴은 다수의 특성 세트 또는 라인으로 부터 형성되며 이의 한 부분은 수평 및 수직 방향사이에서 교차하는 라인 열에 의해 형성된다. 열(930)은 다수의 수직 라인으로 부터 형성되고, 또한 열(932)은 다수의 수평 라인으로 부터 형성된다. 래티클의 부분(916)으로부터 형성된 이미지는 이미지 공간에 투영될 경우 비점수차를 검출하는데 이용될 수 있다. 상기 실시예에서, 래티클 부(916)의 이미지를 기록하는데 이용되는 광 감지 기판은 X-Y 평면으로 부터 래티클 부(916)에 대해 기울어지며 또한 Y축에 대해 회전된다. 도11B는 필드 위치에서 비점수차를 결정하기 위해 이미지 공간내에서 이미지에 대한 검출과 분석을 개략적으로 나타내고 있다. 이미지가 기록되는 광 감지 기판이 X-Y평면으로 부터 기울어지고 Y축에 관해 회전되기 때문에, X 방향은 도11B에 나타낸 바와 같이 초점 깊이를 나타낸다. 도11B에서 나타낸 Z 방향에서의 높이는 다른 초점 깊이로서 이미지 질을 나타낸다. 도11B에서 바(930')는 도11A에 예시된 수직 라인의 교차 열(930)에 대한 이미지 질을 나타낸다. 이미지 질은 다소 중심에 위치되는 최적의 이미지 질에 의해 초점 깊이를 따라 증가 및 감소된다. 따라서, 엔벌로프(933)는 수직 라인의 열(930)에 대한 이미지 질을 나타내서 형성된다. 도11B에 유사하게 예시되어 있는 수평 라인의 열(932)에 대한 이미지 질은 바(932')에 의해 표시되는바, Z방향에서 바(932')의 높이는 이미지 질을 나타낸다. 이미지 질은 X 방향에서 초점깊이를 따라 증가 및 감소된다. 따라서, 바(932')의 엔벌로프(935)는 도11A에 예시된 래티클 부(916)상에서 수평 라인의 열(932)에 대한 이미지 질을 나타내서 결정될 수 있다. 바(930')에 의해 나타낸 수직 라인의 열(930)에 대한 이미지는 바(932')에 의해 나타낸 수평 라인의 열(932)에 대한 이미지사이에서 비월 주사된다. 특성화되는 광학 시스템의 필드 위치에서 비점수차가 존재하지 않으면, 엔벌로프(933 및 935)는 일치된다. 그러나, 임의의 비점수차는 거리(a')로 표시된 엔벌로프(933 및 935)에서 변위에 의해 검출될 수 있다.
도9A, 도9B, 도11A 및 도11B는 본 발명의 다른 실시예를 이용하여 동일한 정보를 얻기 위한 다른 방법을 나타낸다. 래티클상에서 다수의 다른 특성 세트, 주기적 패턴, 또는 격자를 동시에 이미징하고 또한 공간의 체적내에 결과의 이미지를 기록할 때의 본 발명의 교시는 단일 단계 또는 노출로서 광학 시스템의 비점수차를 검출 및 특성화 할수 있다는 것이다. 본 발명의 교시는 래티클의 일부분에 이용되는 다른 특성 세트, 주기적 패턴, 또는 격자에 따라 광학 시스템의 각기 다른 비점수차를 결정하는데 이용될 수 있다는 것이다.
도12는 구면수차를 검출하는데 이용될 수 있는 특성 세트 또는 라인 패턴을 지닌 래티클(1016)의 일부분을 나타낸다. 래티클 부(1016)는 다른 라인 간격 이나 폭에 의하여 교차 라인의 행(1030 및 1032)을 나타내고 있다. 예를들어, 행(1030)의 라인 간격은 300nm(nanometer)일수 있고, 행(1032)의 라인 간격은 100nm일 수 있다. 도12에 나타낸 래티클 패턴 부(1016)는 도9A에 나타낸 래티클 패턴 부(716)와 유사하다. 그러나, 래티클 패턴 부(716)가 비점수차를 검출하기 위해 라인 방향을 이용하는 경우, 래티클 패턴 부(1016)는 구면수차를 검출하기 위해 라인 폭 또는 간격을 이용한다. 이를 테면 광감지 기판이 공간의 이미지 체적내에서 기울어지는 경우, 다른 초점깊이로 있는 공간의 체적내에서 개개의 래티클 패턴 부의 이미지가 모두 검출된다. 따라서, 광학 시스템의 비점수차를 표시하는 정보를 지니는 다른 이미지의 라인을 갖는 단일 단계에서 간섭계에 의해 모두 판독될 수 있다. 래티클 패턴 부(1016)의 경우 이미지 질은 다른 라인 폭에 대한 초점 깊이에 따라 변화할 수 있다. 따라서, 각기 다른 라인 폭 부분에 대한 초점 깊이의 함수로서 이미지 질을 표시하는 엔벌로프는 임의의 구면 수차에 따라 이동할 수 있다. 다른 래티클 부는 필드내의 다른 위치에서 여러개의 다른 비점수차를 검출하기위해 래티클의 일부분에 걸쳐 다른 라인 패턴을 가지고 이용될 수 있음을 인식해야 한다. 래티클 패턴의 다른 부분들은 상면 면곡 및 다른 비점수차를 동시에 검출하고 측정하기 위해 단일 래티클에 편입될 수 있다.
도13은 다수의 각기 다른 부분으로 분할되는 래티클(1117)을 나타내는바, 예를들어 이들 각기 다른 부분(1119A,1119B,1119C 및 1119D)은 광학 시스템을 특성화하기위해 필드에 걸쳐 동시에 각기 다른 비점수차를 검출하도록 구성된 서로 다른 래티클 패턴 부를 지닐수 있는 다른 부분들사이에 놓인다. 예를들어, 배율은 역-회절 각으로 측정될 수 있다. 정상의 특성 피치 및 결합된 공칭 회절 빔 각은 면들사이에서 측정된 공칭 피치 기판이나 측정된 프리즘 또는 공칭 각으로 부터 별도로 측정될 수 있다. 배율의 제거후에 남는 왜곡은 스케일된 위상 맵의 나머지로서 측정될 수 있다. 스케일링은 동일 평면 왜곡, IPD 및 정상의 주기 패턴이나 격자 피치로 이루어진 지형적인 제한들, 및 국부 역-회절 빔 각사이의 관계를 반영한다. 코마는 광학 시스템의 초점깊이를 통해 기울어진 필드를 가로질러 2-차 왜곡으로서 본 초점을 통해 유도된 이미지 이동에 의해서 측정될 수 있다.
도14는 바스켓 웨이브의 이미지 또는 비월주사되거나 교차한 주기적 패턴 또는 격자와 함께 노출된 광 감지 기판 혹은 피복된 레지스트의 맵 또는 간섭계적 분석의 투시도이다. 바스켓 웨이브나 교차 주기적 패턴 혹은 격자는 전체 필드에 걸쳐 직교 라인을 지닌 래티클이다. 광학 시스템의 전체 필드는 경사진 광 감지 기판에 상기 필드에 걸친 래티클을 노출시켜서 특성화 될 수 있다. 광 감지 기판은 전체 필드가 광학 시스템의 초점 깊이내에 있도록 기울어 져야한다. 기울기로 인해, 도14에서 x축은 x방향에서 초점과 필드 위치를 나타낸다. y축은 y방향에서 필드위치를 나타낸다. z축은 광학 시스템의 비점수차 또는 왜곡의 결과로서 주기적 패턴이나 격자내의 라인들사이에 있는 피치에서의 변화를 나타낸다. 표면 외형(1221)은 광학 시스템의 이미징 특성에 대한 정보를 제공한다. 광학 시스템은 전체 필드를 해석해서 전반적으로, 또는 필드의 원하는 부분을 해석해서 국부적으로 특성화될 수 있다.
도15는 본 발명의 실시예를 이용해서 상기 광학 시스템을 특성화하기 위하여구할 수 있는 다른 이미지 특성 및 왜곡 또는 비점수차를 도식적으로 나타낸 다이어그램도이다. 화살표(1202)는 코마를 나타내며 도14에 보인 전체적인 곡면 외형(1221)에 의해 예시되었다. 화살표(1204)는 텔레센트릭을 표시하며 도14에 보인 곡면 외형(1221)의 y축에 관해 x-y평면에서 기울기로 나타내었다. 화살표(1206)는 전체 또는 평균 배율을 표시하며 도14에 보인 곡면 외형(1221)의 x축에 관해 x-y평면에서 기울기로 나타내었다. 화살표(1208)는 배율로서 y-왜곡 신호 또는 국부 변화를 표시하며 도14에서 보인 표면 외형(1221)에서 국부변화로서 나타내었다. 전체 필드에 걸쳐 비점수차 또는 왜곡이 존재하지 않을 경우, 간섭계 맵은 평평한 비 경사면을 초래한다.
도16A 내지 도16D는 도15에서 도식적으로 특성화되고 예시된 광학 시스템의 각기 다른 왜곡 또는 비점수차를 투시도로서 개략적으로 나타내고 있다. 도16A는 x축에 관해 x-y평면에서 기울기를 갖는 라인을 나타낸다. 이러한 기울기는 전체적인 배율을 나타낸다. 따라서, 필드내에 전체적인 배율이 없을경우, x축에 관해 x-y평면에서 기울기는 존재하지 않는다. 도16B는 초점을 통해서 곡선 또는 2차 보우를 지닌 라인을 나타낸다. 초점이나 x방향을 통한 상기 곡선으 코마를 나타낸다. 도16C는 y축에 관해 x-y 평면에서 기울기를 갖는 라인을 나타낸다. 이러한 기울기는 텔레센트리를 나타낸다. 도16D는 국부 곡선을 갖는 라인을 나타낸다. 이 곡선은 필드 위치의 함수로서 배율로서의 y 왜곡 신호 또는 국부 변화를 나타낸다. 이러한 모든 특성은 도14에서 별도로 예시된 간섭계 맵으로 부터 추출될 수 있다. 따라서 광학 시스템의 전체 필드는 다중 노출이나 개별 분석없이도 단일 단계로서 특성화될 수 있다.
도17은 광학 시스템의 최적의 초점을 결정하기 위해 본 발명의 일실시예를 예시하는 노출된 광 감지 기판의 평면도이다. 래티클의 이미지는 광학 시스템의 필드에 걸쳐 광감지 기판(1322)에 투영된다. 래티클은 직사각형 필드의 2개 종단부를 따라 바스켓 웨이브의 주기적인 패턴 또는 격자 패턴의 이미지를 투영한다. 광 감지 기판(1322)은 합성 기울기, 종축을 따른 제1 기울기 및 횡축에 대한 제2 기울기 또는 보우에 의해 기울어지며, 그 결과 비교적 좁은 제1 밴드(1331)는 첫번째 노출동안 2개 종단부(1328)내에서 광 감지 기판을 가로질러 측면으로 인쇄된다. 그후 광감지 기판(1322)은 z방향으로 광축을 따라 소정 거리의 동일축으로 이동되며, 그 결과 비교적 좁은 제2 밴드(1331')이 두번째 노출동안 2개 종단부(1328)내에서 광 감지 기판을 가로질러 측면으로 인쇄된다. 광학 시스템에 대한 최적의 초점 위치는 제1 및 제2 인쇄 밴드(1331 및 1331')의 위치를 분석해서 결정될 수 있다. 분석은 이동된 소정의 거리에 기초하여 쉽게 결정되거나 유도될 수 있다. 예를들어, 점(M)에서 필드의 중심에 대한 초점 위치는 거리(OA 및 O'A')를 측정해서 구해진다. 이러한 숫자는 소정의 필드 중심(M)과 관련하여 노출된 제1 인쇄 밴드(1331)의 위치를 야기한다. 제1 및 제2 밴드(1331 및 1331')를 형성하는 2개 노출에 대한 초점 값의 보간은 M에서 필드 중심에 대한 초점 값을 야기한다. 이 초점 값은 단지 광축을 따른다. 횡축에 대한 기울기 에러는 기판을 따라 거리(AB)를 측정해서 측정된다. 경사도는 거리(AB)에 의해 결정되는 밀리미터의 기판에 대한, 2개의 노출사이의 초점 간격에 의해 결정되는 나노미터의 초점이동으로 표현된다. 상기 경사도 값을 이용하면 종축 에러에 대한 보우 또는 기울기는 거리(OA)와 거리(O'A') 또는 거리(OB)와 거리(O'B')사이의 거리 간격의 측정을 통해 라인(A-A' 또는 B-B')의 각을 측정해서 결정된다. 이러한 4개의 거리에 대한 측정으로 부터, 기판은 측정 에러 보정이나 평균에 대한 잉여분에 의해 최적의 초점 면에 정열된다. 대안으로 상기 값은 다음의 공식으로 구할수 있다.
여기서:
M'은 라인(A-A')과 라인(B-B')사이에 있는 라인중간의 중간지점에 놓인다.
IFS는 2개의 노출사이에서 z축 또는 광축을 따라 유도된 초점 이동 또는 계획된 이동이다.
IT는 횡축에 대해 유도된 기울기 또는 계획된 이동이다.
따라서,
경사도(S)는 H/W와 동일하다;
초점에러(FE)는 IFS/AB x MM'과 동일하다;
종축에 대한 기울기 에러(TE)는 (IFS/AB)-IT와 동일하다; 그리고
횡축에 대한 기울기 또는 보우 에러(BE)는 S x IFS/AB와 동일하다.
도18은 구면 수차를 검출하기 위한 본 발명의 일실시예의 이용을 나타낸다. 곡선 또는 라인(1402)은 초점의 함수로서 레지스트 깊이를 나타낸다. 광 감지 기판을 노출시킬 경우 초점을 통한 기울기로 인해, 처리된 레지스트에 의해 광 감지 기판상에 형성된 주기적인 패턴 또는 격자는 가변 깊이를 갖는다. 상기 깊이는 최적의 초점에서 가장 크며 또한 초점 저하로 인해 더 작아진다. 필드(1404)에서 확인된 곡선 또는 라인(1402)의 비대칭은 구면 수차를 표현한다. 따라서, 본 발명은 광학 시스템에서 구면 수차를 검출하기 위해 적용될 수 있다.
도19A 및 도19B는 최적의 이미징을 얻기위한 광학 시스템에서 래티클의 초기 위치를 결정하는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도19A 및 도19B와 관련하여, 광감지 기판(1522)은 래티클(1516)에 의해 노출된다. 래티클은 x축에 대해 x-y 물체 면으로 부터 기울어진다. 광 감지 기판(1522)은 y축에 대해 x-y평면의 바깥쪽에 있는것이 바람직하다. 따라서, 래티클(1516) 및 광 감지 기판(1522)은 도1에 나타낸 실시예와 유사하게 서로에 대해 직각으로 기울어진다. 래티클(1516)은 다른 라인 폭과 함께 다수의 비월주사된 직교라인을 갖는다. 예를들어, 라인(1531)은 비교적 좁은 수직 라인 폭이며 라인(1533)은 비교적 넓은 수직 라인 폭이다. 수직라인(1531 및 1533)은 x방향에서 교차하거나 비월 주사된다. 비교적 좁은 수평 라인(1534)과 비교적 넓은 수평 라인(1536)은 y방향에서 교차하거나 비월주사된다. 그에 따라 다른 폭으로서 교차 또는 비월주사된 수평 및 수직 라인의 그리드 패턴이 형성된다. 래티클(1522)상의 그리드 패턴은 래티클(1522)에서의 기울기로 인하여 래티클 위치를 통해 이미지되며, 노출중에는 광 감지 기판(1522)에서의 기울기로 인하여 초점을 통해 광 감지 기판(1522)으로 이미지된다. 처리된 광 감지 기판(1522)은 라인 폭 또는 특성 사이즈의 함수로서 최적의 초점 위치를 갖게 된다. 이러한 위치는 레지스트 깊이를 갖는 이미지를 검사해서 결정된다. 일반적으로 최대 레지스트 깊이는 최적의 초점을 결정한다. 이것이 최적의 초점이며, 레지스트는 더 충분히 노출되며 그에 의해 깊이는 더 커진다. 각기 다른 라인 폭에 대해 최적의 초점위치가 교차하는 위치는 비점수차, 특히 구면수차를 최소화하기 위해 래티클에 대해 바람직한 위치를 나타낸다. 도19A와 관련하여, 라인(1502 및 1504)의 교차점은 구면수차를 최소하하기 위해 래티클(1506)에 대해 최적의 위치를 나타낸다. 라인(1506)은 최적 이미지 혹은 최소 구면 수차를 얻기 위해 래티클(1516)의 위치조정을 위한 위치 또는 최적의 위치면을 나타낸다. 예를들어, 도19A에서 광 감지 기판의 좌측 종단부를 따라 예시된 바와 같이, 도19B에서 래티클(1516)이 x축 단위1 대해 기울어진 경우, 라인(1506)은 최적의 이미지를 얻기위해 래티클이 0.4 단위에 위치되어야 함을 나타낸다. 라인(1506)은 래티클의 기울기 축 또는 x축에 평행하게 이끌린다. 단지 2개의 다른 라인 폭이 교차 또는 비월주사되도록 예시되었지만, 임의의 수의 다른 라인 폭이 교차하거나 비월주사될 수 있음을 인식해야 한다.
본 발명은 다른 실시예 및 다른 특성 세트 또는 라인 패턴에 관하여 예시되고 기술되었지만, 명확히 다른 특성 세트 또는 라인 패턴이 광학 시스템을 특성화하기 위해 다른 방법으로 이용 및 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 모든 실시예는 동시에 다른 초점 깊이로 있는 공간의 체적에서 여러개의 다른 패턴부분을 이미지한다. 다른 깊이로서 다수의 패턴부분의 기록 이미지는 광학 시스템을 특성화하기 위해 간섭적으로 분석될 수 있다. 이러한 간섭적인 분석은, 기록된 래티클 이미지의 간섭적 분석으로 부터 얻은 데이터가 광학 시스템의 특성화를 거의 완성할 수 있도록 단일 단계에서 바람직하게 성취된다. 따라서 본 발명은 광학 시스템의 필드내에서 다른 위치를 연속적으로 선택하고 분석하는 필요성을 방지한다. 결과적으로, 본 발명의 교시는 광학시스템의 매우 신속한 특성을 초래한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 광학 시스템의 초점, 상면 면곡, 비점수차, 코마 및/또는 초점 면 편차를 결정하기 위해 단일 노출 또는 이미징 단계에서 광학 시스템의 특성화를 가능케 한다는 것을 인식해야 한다. 본 발명은 마스크 또는 래티클 패턴을 광감지 기판에 인쇄할때에 이용되는 포토리소그래피 렌즈의 특성화에 특히 적용할 수 있다. 본 발명은 x,y 및 초점에서 각각의 샘플점에 대한 3차원 배열에서의 이미지 질이나 라인 질의 평가를 통해서 보다는 오히려 초점을 통해 특성의 엔벌로프를 검출해서 최적의 초점을 결정한다. 본 발명은 초점과 래티클 물체 위치를 통해 데이터의 연속을 야기한다. 따라서, 본 발명은 자기본위의 초점이 되는 이점을 갖는다. 즉, 노출된 웨이퍼나 광감지 기판 필드가 초점깊이를 방해하는 경우 최적의 초점 영역을 항상 인쇄할 수 있다는 점에서 정상의 초점면 위치 에러는 상당히 민감하지 않다. 본 발명은 매우 민감한 이점을 지니며 또한 특성을 나타내는 파라미터의 신속한 요청을 제공하는 단일 노출 및 저 잡음을 지닌다. 본 발명은 관련된 시간 소모 다중 노출에 따라 초점 면을 잘라야하는 필요성을 제거한다. 시험에서, 감도 및 잡음 레벨은 5 나노미터 레벨 이하로서 관례적으로 얻게된다. 이러한 낮은 레벨은 종래기술을 이용하여 얻을수 없다. 그러나, 본 발명은 라인 폭을 감소시킴에 의해 더 강해지는 잇점을 갖는다. 또한 본 발명은 수초, 즉 비교적 짧은 시간내에 전체 필드 데이터를 얻을 수 있다. 이것은 작은 라인 사이즈와 열적으로 변화하는 시상수로 인하여 디프(deep)UV와 그 이상의 것을 이용하는 리소그래피 툴에서 중요한 특징이다. 단일 촬영(shot)으로서 전체 필드 노출을 이용하기 위한 본 발명의 수행능력은 데이터의 주사 요청에 의한 정렬 시간 에러를 제거시킨다. 다중화된 특성 방향, 사이즈 및 라인 형태를 갖는 다수의 다른 특성 세트의 이용은 초점 위치, 비점수차, 상면 면곡 및 초점 깊이의 결정을 허용한다. 따라서, 본 발명은 코마, 구면 및 간섭성의 변화상에서 정보를 야기할 수 있다. 본 발명은 인쇄된 이미지를 분석하기 위한 계측 툴을 포함하면서, 테스트될 이미징 시스템과 리소그래피 기록 처리에 의해서 이미지되는 다중화된 주기적 특성으로 구성될 때 광학 시스템의 신속한 특성화를 가능케 한다. 특성 세트는 그룹 또는 분리된 다른라인 형태, 모양, 사이즈 및 방향이 될 수 있다. 본 발명은 단일 노출시에 이미징 시스템의 초점 깊이에 걸쳐서 상기 특성 세트를 이미지한다. 이러한 분석은 자동-상호관계 및 교차-상호관계 분석의 경우에서 처럼 초점 데이터 값에 대한 전체 깊이로 이루어질 수 있다. 대안으로 상기 분석은 엔벌로프의 최대 또는 최소 비대칭이나 경사도를 확인할 수 있다. 이것은 선정된 후에 비-최적의 불연속한 초점위치에서 개개의 특성을 분석하는 종래기술과는 대조적이다. 초점을 통해 설정된 특성 세트는 선택된 특성 형태의 방향 및/또는 사이즈에 따라, 평탄한 초점, 상면 면곡, 비점수차, 구면수차, 부분 간섭성, 왜곡 및 코마를 결정하는데 이용될 수 있다. 비점수차의 경우에, 다른 라인 방향이 상기 필드아래로 비월주사 될 수 있으며, 또한 암시야 또는 간섭 현미경에 의해 판독될 수 있다. 대안으로, 다른 라인 방향이 상기 필드를 가로질러 비월주사될 수 있으며, 또한 간섭 현미경이나 자동 초점 현미경에 의해 판독될 수 있다. 왜곡의 경우에, 상기 특성은 전체 필드 간섭계를 이용하여 판독될 수 있다.
따라서, 본 발명은 신속하고 쉽게 광학 시스템을 특성화하는 능력을 진척시키고 또한 특수한 투영 광학에서 반도체 웨이퍼의 제조를 위한 포토리소그래피에 이용된다는 것을 인식해야 한다. 단일 노출 또는 데이터 요청 단계로부터, 소중한 정보는 제때에 단일 지점에서 광학 시스템을 특성화하여 얻을수 있다. 이것은 이미징 성능을 고 레벨로 유지시킨다는 점에서 생산량과 수율을 크게 증가시킨다.
본 발명은 광학 시스템의 이미지 데이터를 결정함에 있어 비교적 짧은 시간동안 또는 단일 노출시에 공간 체적을 이용해서 광학 시스템의 특성화 정보를 신속하게 얻게되며 또한 분석하게 된다.
바람직한 실시예가 기술되고 예시되었지만, 본 발명의 사상과 범위로 부터 벗어남이 없이 여러 변형이 행하여 질 수 있음을 당업자는 명백히 알고 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 광학 시스템을 특성화하는 방법에 있어서,
    래티클 면에 위치되며 또한 그 위에 주기적 패턴을 지닌 래티클의 이미지를 상기 광학 시스템으로 투영하는 단계;
    상기 래티클 면과 경사진 면에서 상기 주기적 패턴의 이미지를 검출하는 단계; 및
    상기 광학 시스템을 특성화하는 정보를 얻기위해 상기 주기적 패턴의 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주기적 패턴은 격자인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주기적 패턴은 다수의 격자인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 격자는 바스켓 웨이브, 수직 라인, 수평 라인, 및 경사진 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    중앙부분은 반복하는 수직 라인, 수평 라인, 및 경사진 라인으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙 부분은 바스켓 웨이브에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이미지는 광 감지 기판상에 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 광학 시스템을 특성화하는 방법에 있어서.
    그 위에 주기적인 패턴을 지닌 래티클의 이미지를 상기 광학 시스템을 통해 투영하는 단계;
    다른 위치 및 광축과 동일 축 방향에서 동시에 상기 래티클의 이미지를 검출하는 단계; 및
    상기 광학 시스템의 특성화를 얻기 위해 상기 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주기적 패턴은 수직, 수평, 및 경사진 라인의 다수의 행을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 분석 단계는 간섭계를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 광축을 지닌 광학 시스템으로 부터 광학 파라미터를 구하는 방법에 있어서,
    상기 광학 시스템의 물체 면에 주기적 패턴을 조사하는 단계;
    상기 주기적 패턴을 상기 광학 시스템을 통해 이미징하는 단계;
    상기 광학 시스템의 이미지 체적내에서 상기 주기적 패턴의 이미지를 차단하고 기록하는 단계; 및
    상기 이미지 체적내에 형성된 상기 주기적 패턴의 기록된 이미지를 분석하는 단계를 포함하며, 그에 의해 광학 시스템 파라미터가 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 상기 이미지 체적내에서 기울어지는 것을 특징으로하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 물체 면이 상기 광축에 대해 기울어지며, 그에 의해 필드 위치의 함수로서 물체 위치의 연속성이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 상기 광축에 대해 기울어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 물체 면 및 상기 기록된 이미지가 직각으로 기울어지며, 그에 의해 한 축에서 물체 위치의 연속성이 형성되며 또한 다른 직교 축에서 초점위치가 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    초점을 통해 특성 해상도의 엔벌로프가 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 비점수차는 주기적 패턴 방향의 함수로서 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 코마는 상기 필드를 가로질러 맵된 초점에 대한 2차 왜곡 신호로서 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 구면 수차는 필드 위치에 대한 주기적 패턴의 라인 사이즈들 사이에서 최적의 초점 간격의 함수로서 구해지는 것을 특징으로하는 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    최적의 래티클 또는 물체 위치는 라인 사이즈들 사이의 최소ㆍ최적의 초점 거리에 의한 최소 구면 수차의 필드 위치의 함수로서 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 암시야 현미경을 이용해서 분석되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 백색광을 이용해서 분석되는 것을 특징으로하는 방법.
  23. 제11항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 레이저 현미경의 간섭계를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제11항에 있어서,
    상기 기록된 이미지는 큰 구경 간섭계를 이용해서 단일 노출시에 분석되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제11항에 있어서,
    상기 분석 동작은 최적의 초점 위치를 계산하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제11항에 있어서,
    상기 분석 동작은 구면 수차를 계산하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 광학 시스템을 분석하는 장치에 있어서,
    광학 시스템;
    그위에 주기적 패턴을 지닌 래티클의 이미지를 이미지 공간의 체적내에 투영하는 조사 수단;
    다른 초점 깊이를 지닌 각기 다른 위치에서의 이미지를 이미지 공간의 체적내에서 검출하는 수단;
    이미지를 분석하고 또한 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 이미지를 분석하고 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하는 상기 수단이 상기 이미지에 의해 형성된 간섭 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 래티클의 이미지를 광 감지 기판에 투영하기 위해서 포토리소그래피에 이용되는 투영광학을 특성화하는 장치에 있어서,
    조사 시스템;
    래티클 면에 위치되며, 바스켓 웨이브, 수직 라인, 수평 라인, 및 경사진 라인을 가지며, 또한 그 위에서 주기적 패턴을 지닌 다수의 행을 갖는 래티클;
    이미지 체적;
    상기 이미지 체적내에서 상기 래티클 면과 경사진 이미지 면에 위치된 광 감지 기판;
    그 위에 주기적 패턴을 지닌 상기 다수의 행으로 이루어진 상기 광 감지 기판상에서 기록된 이미지를 관측하기 위해 위치된 간섭계; 및
    상기 간섭계와 결합된 광학 시스템 특성화기를 포함하며, 그에 의해 상기 투영광학의 이미징 파라미터가 단일 노출 및 요청 단계에서 구해지는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 광학 시스템의 특성을 검출하고 측정하는 방법에 있어서,
    상기 광학 시스템의 이미지 공간의 체적내에 서로 다른 초점위치로서 광 감지 수납기를 위치시키는 단계;
    상기 광학 시스템에 의해 투영된 다수의 주기적 패턴을 상기 광 감지 수납기로 이미징하는 단계;
    상기 다수의 주기적 패턴의 이미지를 기록하는 단계;
    상기 기록된 다수의 주기적 패턴을 간섭계로 검출하는 단계; 및
    상기 기록된 다수의 주기적 패턴을 검출하는 단계에 기초해서 상기 광학 시스템의 특성을 계산하는 단계를 포함하며, 그에 의해 상기 광학 시스템이 필드내의 여러 위치에서 동시에 특성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 특성은 서로 다른 위치에서 맵된 광학 시스템의 비점수차인 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 광학 시스템에서 왜곡을 검출하고 측정하는 방법에 있어서,
    상기 광학 시스템에 의해 교차 주기 패턴을 초점을 통해 공간의 체적내로 투영하는 단계; 및
    초점을 통해 투영된 상기 교차 주기 패턴을 간섭계적으로 분석하는 단계를 포함하며, 그에 의해 상기 교차 주기 패턴의 피치에서 변화가 검출되며 또한 상기 광학 시스템이 특성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 광학 시스템에서 최적의 초점 위치를 결정하는 방법에 있어서,
    제1 위치에서 상기 광학 시스템의 초점 깊이를 차단하기 위해 제1의 각으로 제1 면에서 광 감지 기판을 기울이는 단계;
    상기 기판을 가로질러 놓이는 제1 노출된 밴드를 형성하기 위해 패턴에 의해 상기 광 감지 기판을 노출시키는 단계;
    소정 거리의 상기 광 감지 기판을 제2 위치로 이동시키는 단계;
    상기 기판을 가로질러 놓이는 제2 노출된 밴드를 형성하기 위해 패턴에 의해 상기 광 감지 기판을 노출시키는 단계; 및
    상기 기판을 가로질러 놓이는 상기 제1 및 제2 노출된 밴드의 제1 및 제2 위치에 기초해서 최적의 초점 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 광학 시스템의 구면 수차를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 광학 시스템에 의해 주기적 패턴을 초점을 통해 기울어진 레지스트 피복 기판으로 투영하는 단계;
    상기 주기적 패턴에 노출되는 처리된 레지스트의 높이 윤곽을 검출하는 단계; 및
    상기 처리된 레지스트의 높이 윤곽에서 비대칭을 검출하는 단계를 포함하며,
    그에 의해 상기 비대칭이 상기 광학 시스템의 구면 수차를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 광학 시스템에서 래티클의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
    제1 축에 대한 제1 면에서 그 위에 서로 다른 라인 폭을 지닌 래티클을 기울이는 단계;
    상기 제1 축과 관련하여 구부러진 제 2축에 대한 제2 면에서 광 감지 기판을 기울이는 단계;
    상기 래티클의 이미지를 지닌 상기 광 감지 기판을 상기 광학 시스템을 통해 노출시키는 단계;
    개개의 라인 폭에 대해 최적의 초점 위치를 결정하는 단계; 및
    개개의 라인 폭에 대한 최적의 초점 위치의 교차점에 기초해서 상기 래티클의 위치를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 축은 상기 제2축과 직각인 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 서로 다른 라인 폭은 비월주사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 서로 다른 라인 폭은 비월 주사되며 또한 직각인 것을 특징으로 하는 방법.
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