KR20020072531A - 홀로그래픽 레티클을 사용하여 광학 시스템의 특성을평가하는 시스템 및 방법 - Google Patents

홀로그래픽 레티클을 사용하여 광학 시스템의 특성을평가하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 광학 시스템의 특성 평가는 소정 영역의 이미지 공간 내의 이미지 데이터를 얻음으로써 단일 취득 단계로 신속하고 용이하게 얻어진다. 레티클 및 이미지 평면은 주기성 패턴 또는 회절 격자를 포함하는 복수개의 특징 패턴 세트가 위에 형성된 레티클이 초점 깊이를 포함하는 소정 영역의 공간에 이미징되도록 서로 경사지게 위치된다. 계측 툴은 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하기 위해 단일의 단계 또는 노광으로 초점 깊이를 통해 소정 영역의 공간에서 검출되거나 기록된 이미지를 분석하는 데 사용된다. 따라서, 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 구면 수차, 코마 및/또는 초점 평면 편차가 결정될 수 있다. 본 발명은 특히 반도체 제조와 그에 사용되는 포토리소그래픽 기술에 적용 가능하고, 극적으로 증가된 데이터 품질과 전체 매개 변수 공간의 연속적인 포괄 범위로 단일 노광으로 광학 시스템의 특성을 신속하게 평가할 수 있다. 실시예에서, 시험 레티클은 2개 이상의 광학 복사선을 간섭시킴으로써 홀로그래픽 방식으로 제조된다. 발생된 간섭 패턴은 레티클 상에 기록되고, 광학 시스템을 시험하는 데 사용된다. 홀로그래픽 간섭 패턴의 기하학적 형상은 간섭 광선의 특성에 의해 엄격하게 제어되어, 종래의 레티클 기록 기술보다 정확하다.

Description

홀로그래픽 레티클을 사용하여 광학 시스템의 특성을 평가하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CHARACTERIZING OPTICAL SYSTEMS USING HOLOGRAPHIC RETICLES}
포토리소그래피(photolithography)는 흔히 반도체 소자 및 다른 전자 장비의 제조에 사용된다. 포토리소그래피에서, 고품질의 투사 광학 장치(projection optic)는 흔히 리지스트(resist)로 덮인 웨이퍼 등의 감광성 기판 상으로 레티클 상의 특징 패턴(feature)을 이미징(묘화)하는 데 사용된다. 재현되기를 원하는 특징 패턴의 크기가 지속적으로 작아짐에 따라, 광학 시스템 또는 투사 광학 장치는 이미지 품질을 위해 계속적으로 유지 보수되고 확인되어야 한다.
흔히, 광학 시스템 또는 투사 광학 장치의 성능은 시간이 걸리는 기술 없이는 얻기는 곤란하다. 일반적으로, 이미지 필드의 상이한 위치에서 그리고 상이한초점 깊이에서 감광성 기판의 다수회의 노광이 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해서 필요하다. 그러면, 광학 시스템은 다수회로 처리된 이미지의 검사로부터 얻어진 정보를 수집함으로써 특성이 평가된다. 다수회의 노광과 이에 대응하여 처리된 이미지는 각각 순차적으로 취득된다. 결국, 측정 중에 광학 시스템의 매개 변수에 대한 초점 에러, 스캔 에러 및 일시적 변동이 혼합된다.
스캔 및 초점 에러의 경우에, 노이즈가 데이터 내로 도입된다. 일시적 변동의 경우에, 유효 데이터가 회복 불가능하다. 부가적으로, 데이터는 매개 변수 범위에 걸쳐 연속적이라기 보다는 이산적으로 추출된다. 결국, 양자화 에러 (quantization error)가 인접한 샘플들 사이에 있는 데이터 수치의 평가로부터 발생한다.
크기가 감소된 특징 패턴을 이미징할 수 있는 투사 광학 장치의 증가하는 제조 용량(throughput) 및 성능 요건에 대한 요구에 따라, 광학 시스템의 특성을 평가하는 데 사용되는 장치 및 방법을 개선할 필요성이 존재한다. 또한, 광학 시스템의 성능의 특성을 신속하고 용이하게 평가하는 데 사용될 수 있으며 다수회의 노광 및 다수개의 이미지의 처리를 수행할 필요 없이 동시에 얻어지고 처리되는 고정밀 데이터 또는 정보를 신속하며 용이하게 제공하는 장치 및 방법을 개발할 필요성이 존재한다.
본 발명은 광학 시스템의 특성을 평가하는 것에 관한 것으로, 특히 홀로그래픽 방식으로 제조된 레티클(holographically produced reticle)을 사용하여 초점(focus), 상면 만곡(field curvature), 비점 수차(astigmatism), 구면 수차 (spherical), 코마(coma) 및/또는 초점 평면 편차(focus plane deviation)를 포함하는 광학 시스템의 신속하고 정밀한 특성 평가에 관한 것이다.
여기에 합체되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명을 도시하고 있고, 그 설명과 더불어, 본 발명의 원리를 설명하며 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하는 역할도 추가로 한다.
도1a는 포토리소그래픽 시스템의 개략도이다.
도1b는 복조 장치(24)를 구비한 포토리소그래픽 시스템의 개략도이다.
도2는 레티클 또는 물체 공간의 사시도이다.
도3은 감광성 기판 또는 이미지 공간의 사시도이다.
도4는 복수개의 주기성 구조 또는 패턴이 위에 형성된 시험 레티클을 도시하는 평면도이다.
도5a는 하나의 형태의 회절 격자 또는 주기성 패턴이나 구조를 도시하는 평면도이다.
도5b는 다른 형태의 회절 격자 또는 주기성 패턴이나 구조를 도시하는 평면도이다.
도6은 광학 시스템의 특성을 평가하는 데 사용되는 데이터의 취득을 개략적으로 도시하고 있다.
도7은 본 발명의 일 실시예의 고수준 방법의 단계를 도시하는 블록도이다.
도8a는 소정 영역의 공간을 개략적으로 도시하고 있다.
도8b는 감광성 기판 상에 형성되는 이미지의 개략 평면도이다.
도9a는 레티클 상의 패턴의 일부의 일 실시예의 개략 평면도이다.
도9b는 도9a에 도시된 실시예에 기초하여 비점 수차의 검출을 도시하는 개략 사시도이다.
도10a는 레티클을 도시하는 개략 평면도이다.
도10b는 레티클 패턴의 일부를 도시하는 개략 평면도이다.
도11a는 레티클 상의 패턴의 일부의 다른 실시예의 개략 평면도이다.
도11b는 도11a에 도시된 실시예에 기초하여 비점 수차의 검출을 도시하는 개략 사시도이다.
도12는 구면 수차를 검출하는 데 사용되는 레티클 패턴의 일부를 도시하는개략 평면도이다.
도13은 광학 시스템의 특성을 평가하는 데 사용되는 상이한 수차들을 검출하기 위한 상이한 특징 패턴 세트 또는 패턴 부분으로 분할된 레티클을 도시하는 개략 평면도이다.
도14는 본 발명의 일 실시예에서 광학 시스템의 왜곡 또는 수차의 검출을 도시하는 간섭계 지도(interferometer map)의 그래프의 사시도이다.
도15는 본 발명의 일 실시예로 검출될 수 있는 상이한 왜곡 또는 수차를 도시하는 그래프이다.
도16a 내지 도16d는 도15에 도시된 상이한 왜곡 또는 수차를 그래프의 사시도로 도시하고 있다.
도17은 광학 시스템의 최적 초점을 얻는 데 사용되는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 감광성 기판의 평면도이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에서 구면 수차의 검출을 도시하는 그래프이다.
도19a는 향상된 이미징을 위한 레티클의 최적 배치를 결정하기 위한 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략 평면도이다.
도19b는 도19a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 사용되는 레티클의 개략 평면도이다.
도20은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 레티클 기록 시스템을 도시하고 있다.
도21은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 레티클을 기록하기 위한 플로우차트를 도시하고 있다.
도22a는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝에 의해 발생되는 2개의 구형 광선 간섭을 도시하고 있다.
도22b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 구형 광선 간섭에 대한 피치 균일성을 도시하고 있다.
도23a는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝을 사용하여 처핑된 회절 격자를 발생시키는 시스템을 도시하고 있다.
도23b 내지 도23d는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝에 의해 발생되는 다양한 처핑된 회절 격자를 도시하고 있다.
도23e는 원형 윤대판 어레이(zone plate array)를 도시하고 있다.
도23f는 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린(interlaced) 처핑된 회절 격자를 사용하는 광학 시스템의 초점 결정을 도시하고 있다.
도24는 본 발명의 일 실시예에 따라 시험 레티클 상에 홀로그래픽 방식으로 패터닝된 교차형 회절 격자(cross-grating)의 원자력 현미경 사진을 도시하고 있다.
도25는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝에 의해 발생되는 홀로그래픽 육각형 패턴을 도시하고 있다.
도26은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝에 의해 발생되는 다각형 회절 격자를 도시하고 있다.
도27은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 패터닝에 의해 발생되는 윤대판 어레이를 도시하고 있다.
도28은 본 발명의 일 실시예에 따른 피치 변화 및 위상 변화를 집합적으로 나타내는 홀로그래픽 방식으로 패터닝된 회절 격자를 도시하고 있다.
도29a는 변하는 듀티 사이클(duty cycle)로 일정한 피치를 갖는 홀로그래픽 패턴을 구비한 레티클을 도시하고 있다.
도29b 및 도29c는 레티클(2900)의 홀로그래픽 패턴이 형성되는 방식을 도시하고 있다.
도30은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 방식으로 발생되는 회절 격자의 위상 편이를 정확하게 제어하는 위상 제어 시스템을 도시하고 있다.
도31은 본 발명의 일 실시예에 따른 정확한 위상 편이 제어부를 갖는 홀로그래픽 레티클 기록 시스템을 도시하고 있다.
도32는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 방식으로 발생되는 회절 격자의 위상 편이를 변경하기 위한 플로우차트(3200)를 도시하고 있다.
도33은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭도(interferogram)를 도시하고 있다.
도34는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 하의 광학 시스템에 대한 왜곡 대 광학 선폭의 그래프를 도시하고 있다.
도35a 및 도35b는 부분 간섭이 이미지 오프셋에 영향을 주는 방식을 도시하고 있다.
도36은 각각의 선폭이 기본 선폭 크기의 정수배가 되도록 선폭의 함수로서상대적인 이미지 편이의 측정이 다양한 선폭을 구비한 레티클을 사용함으로써 단순화될 수 있는 방식을 도시하고 있다.
동일한 도면 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명은 비교적 단시간 동안에 또는 단일 노광으로 소정 영역의 공간을 사용함으로써 광학 시스템의 특성 평가 정보를 동시에 얻는 방법 및 장치를 포함한다. 상이한 배향, 크기 및 라인 형태의 복수개의 특징 패턴을 갖는 시험 레티클은 특성이 평가될 광학 시스템으로 이미징된다. 레티클이 위치되는 물체 평면 또는 특성 평가 데이터가 얻어지는 이미지 평면 중 하나는 대응하는 3차원 영역의 공간 내에서 경사져 있거나 소정 각도로 위치된다. 복수개의 특징 패턴을 갖는 레티클은 특성이 평가될 광학 시스템으로 이미징된다. 이와 같이, 소정 영역의 공간 내에서, 초점 깊이를 통해, 초점을 통한 특징 패턴 품질의 포락선(envelope)이 얻어진다. 이러한 특징 패턴 품질의 포락선은 레티클 평면에 대해 경사진 평면에서 레티클의 이미지 데이터를 취득함으로써 동시에 얻어진다. 레티클의 발생된 이미지와 대응하는 특징 패턴은 간섭 툴(tool)을 포함할 수도 있는 계측 기술(metrology technique)로 분석되어, 광학 시스템의 특성을 얻는다. 얻을 수 있는 광학 시스템의 특성은 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 코마, 왜곡, 텔리센트리서티 (telecentricity) 및/또는 초점 평면 편차; 및 구면 수차와 간섭의 변동에 대한 정보를 포함한다.
실시예에서, 상기된 시험 레티클은 홀로그래픽 방식으로 제조된다. 구체적으로, 홀로그래픽 레티클은 주기성 간섭 패턴(들)을 갖는 간섭 영역을 발생시키도록 2개 이상의 광학 복사선을 간섭시킴으로써 제조된다. 간섭 패턴은 사진 필름(photographic film), 포토 리지스트 등의 다양한 기록 기술 중 임의의 것을 사용하여 레티클 블랭크(reticle blank) 상에 기록된다. 주기성 간섭 패턴의 기하학적 형상은 간섭 광학 비임의 특성에 의해 엄격하게 제어된다. 구체적으로, 기하학적 형상은 광선의 파장, 파면 변동(wavefront variation) 및 노광 장치(즉, 간섭전후의 광학 복사선의 상대적인 각도)의 기하학적 형상에 의해 제어된다. 이들 인자는 모두 일련으로 기록되는 e-빔(e-beam) 또는 레이저 기록 툴보다 훨씬 정밀하게 제어될 수 있다. 부가적으로, 훨씬 큰 레티클 영역이 홀로그래픽 패터닝을 사용하여 단일의 시도로 기록될 수 있다. 이와 같이, 서브 필드(sub-filed)를 서로 결합함으로써 발생하는 기록 에러가 완전히 회피된다.
따라서, 본 발명의 장점은 광학 시스템이 신속하게 그리고 단일의 노광 또는 이미징 작업으로 특성이 평가된다는 것이다.
본 발명의 장점은 광학 시스템의 특성 평가에 필요한 데이터가 신속하게 취득된다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 종래 기술과 관련된 초점, 스캔 및 일시적 에러에 대해 둔감한 데이터가 신속하게 취득된다는 것이다.
본 발명의 장점은 레티클 기록 에러가 e-빔 또는 레이저 레티클 기록 툴에 비해 시험 레티클을 홀로그래픽 방식으로 패터닝함으로써 감소되거나 제거된다는 것이다.
본 발명의 장점은 홀로그래픽 방식으로 패터닝된 레티클이 기존의 레티클 기록 툴보다 훨씬 작은 선폭을 인쇄할 수 있다는 것이다.
본 발명의 장점은 주기성 회절 격자(grating)에 대한 피치 균일성이 시험 레티클을 홀로그래픽 방식으로 패터닝함으로써 엄격하게 제어될 수 있다는 것이다. 예컨대, 처핑된(chirped) 또는 연속 가변형 피치 패턴이 상당한 정확도로 발생될 수 있다. 이는 정확하게 제어된 연속적인 라인 크기, 라인 배향 및 패턴 피치에대한 광학 시스템 성능의 검사를 제공한다.
본 발명의 장점은 주기성 구조의 위상 편이(phase shift)가 정밀하게 제어될 수 있다는 것이다. 위상 편이 구조는 이미지 평면에서 특징 패턴의 편이를 발생시키는 독특한 광학 수차의 특성 평가에서 중요하다.
본 발명의 특징은 정보 또는 데이터가 소정 영역의 이미지 공간 전체에 걸쳐 얻어진다는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 레티클이 이미지 공간에서 데이터를 취득하는 평면과 상이한 평면에 있다는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 레티클 및/또는 이미지 평면 인터셉터(interceptor)로부터의 수직선이 광학 시스템의 축과 동일 선상에 있지 않다는 것이다.
이들 및 다른 목적, 장점 및 특징은 다음의 상세한 설명을 고려하면 용이하게 명백해질 것이다.
1. 광학 시스템의 특성 평가
도1a는 본 발명을 개략적으로 도시하고 있다. 포토리소그래피 시스템(10)이 대체로 도시되어 있다. 광원(illumination source)(12)은 광학 시스템 또는 투사 광학 장치(18)를 통해 감광성 기판 또는 이미지 공간(20) 내의 감광성 기판(22) 상으로 레티클 또는 물체의 공간이나 영역(14) 내에서 레티클(16)의 이미지를 투사하는 데 사용된다. 레티클(16)은 감광성 기판(22)에 대해 경사져 있는 평면 내에 위치된다. 레티클(16) 및 감광성 기판(22)은 각종의 상이한 방식으로 경사져 있을 수도 있다. 바람직하게는, 레티클(16) 또는 웨이퍼(22)의 위치 설정은 레티클(16) 또는 웨이퍼(22)가 광학 시스템 또는 투사 광학 장치(18)의 물체 영역 또는 초점 깊이를 통해 연장하도록 이루어진다. 감광성 기판(22)에 의해 기록되는 이미징 데이터는 광학 시스템 또는 투사 광학 장치(18)의 특성 평가를 가능하게 하는 정보를 제공한다. 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 코마 및/또는 초점 평면 편차 등의 이미징 특성과 구면 수차 및 간섭성 변동을 결정하기 위한 정보가 얻어질 수 있다. 초점을 통한 전체 이미지 필드의 이미지 품질은 비교적 단시간 내에 단일의 이미징 또는 노광 작업으로 얻어질 수 있다. 레티클의 전체 이미지는 광학 시스템 또는투사 광학 장치(18)의 특성을 평가하기 위한 계측 기술로 분석될 수 있다. 이와 같이, 광학 시스템 또는 투사 광학 장치(18)는 x 및 y 필드 방향으로 그리고 z 방향으로의 초점 깊이로 특성이 평가된다. 감광성 기판(22)이 레티클(16)을 통과하는 전자기 복사를 기록하는 방식으로서 지적되었지만, 예컨대 전하 결합 소자(CCD: charge coupled device) 어레이, 위치 감지 검출기(PSD: position sensitive detector) 또는 이와 동등한 검출기와 같은 수광 센서(photoreceptive sensor) 등의 전자기 복사를 검출하기 위한 임의의 장치가 사용될 수도 있다.
대신에, 복조 장치가 간섭 패턴을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 도1b는 복조 장치(24)를 구비한 포토리소그래픽 시스템의 개략도이다. 복조 장치(24)는 당업자에게 공지된 바와 같이 복조 레티클, 전기 광학 복조 장치(electro-optic demodulating device), 음향 광학 복조 장치(acousto-optic demodulating device) 또는 다른 복조 장치일 수도 있다.
간섭 패턴은 광학 수차를 검출하고 실시간으로 포토리소그래픽 시스템(10)에 대한 조정을 지원하기 위해 시각적으로 관찰될 수 있다는 점에서 유리하다.
간섭 패턴은 무아레 패턴(Moire fringe pattern)을 포함할 수도 있다. 무아레 패턴은 공칭 패턴(nominal pattern)으로부터의 전체적 확대 변화 및 국부적 왜곡 변화를 나타낼 수도 있다.
복조 장치(24)의 다음에는 상기된 바와 같은 감광성 기판(22), CCD 어레이, PSD 또는 이와 동등한 검출기가 위치될 수도 있다. 대신에, 검출기 어레이는 일체형 검출기 모듈을 발생시키도록 리소그래픽 또는 홀로그래픽 방식으로 패터닝될 수도 있다. 매개 변수 공간의 다중화(multiplexing)는 하기된 바와 같이 비용이 비싸고 시간이 걸리는 사진 기록 시스템에 대한 필요성 없이 초점, 비점 수차, 코마 왜곡, 확대 등을 검출하는 데 사용될 수 있다.
도2는 도1a의 물체(14)의 예인 물체 공간 또는 레티클 공간(114)을 도시하고 있다. 물체 또는 레티클 공간(114) 내에는 복수개의 상이한 주기성 특징 패턴(116a 내지 116e)을 포함하는 레티클(116)이 놓인다. 각각의 복수개의 상이한 주기성 패턴 또는 특징 패턴(116a 내지 116e)은 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 상이한 이미징 정보 또는 데이터를 얻기 위한 변하는 라인 형태, 특징 패턴, 크기 및 배향의 회절 격자 패턴을 포함할 수도 있다. 주기성 특징 패턴 또는 구조는 주기적일 필요는 있지만 회절 격자일 필요는 없다. 레티클(16)은 소정 각도(124)에 의해 물체 또는 레티클 공간(114) 내에 경사져 있을 수도 있다. 따라서, 레티클(116)은 소정 범위의 깊이(z1)에 걸쳐 레티클 또는 물체 공간(114) 내에 위치된다.
도3은 감광성 기판 또는 이미지 공간(120)의 데이터 취득 평면에 소정 각도로 위치된 감광성 기판(122)을 도시하는 사시도이다. 감광성 기판(122)은 감광성 기판 또는 이미지 공간(120) 내에 소정 각도(126)로 위치된다. 감광성 기판(122)은 소정 범위의 깊이(z2)를 통해 연장한다. 이 범위의 깊이(z2)는 광학 시스템 또는 투사 광학 장치의 초점 깊이 내에 그리고 이를 넘어서 있다. 감광성 기판(122)은 도2에 도시된 레티클(116)의 경사 각도(124)와 합성되는 각도(126)로 경사져 도시되어 있다. 레티클(116) 및 감광성 기판(122)은 서로에 대해 상이한 방식으로 각도가 형성되거나 경사져 있을 수도 있고, 도2 및 도3에 도시된 경사는 본 발명에 사용될 수 있는 적절한 경사 또는 각도의 예일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 개시 내용에 따른 광학 시스템을 위한 유용한 특성 평가 데이터를 얻는 데 있어서, 하나의 평면이 다른 평면에 대해 경사져 있고 2개의 평면의 경사진 위치 설정의 정도 및 특성이 원하는 특성 평가 데이터의 형태 및 양에 의해서만 결정되는 것만이 필요할 수도 있다. 예컨대, 레티클의 평면은 경사져 있을 필요가 없지만, 감광성 기판의 평면은 레티클의 평면에 대해 경사져 있거나 경사지게 제조된다. 대신에, 당업자라면 레티클과 감광성 기판 사이의 배치 관계의 상기 설명은 도1b의 설명으로 상기된 레티클과 복조 장치(24) 사이의 유사한 배치 관계에도 적용할 수 있다는 것을 인정할 것이다.
도4는 복수개의 상이한 주기성 특징 패턴, 패턴, 구조 또는 격자가 위에 형성된 레티클(216)을 도시하는 평면도이다. 레티클(216)은 도1a의 레티클(16)의 예이다. 상이한 주기성 특징 패턴은 광학 시스템의 특성을 평가하기 위한 상이한 이미징 정보를 얻는 데 사용될 수 있는 상이한 특징 패턴 세트를 형성하여 그룹화될 수도 있다. 예컨대, 레티클(216)은 4개의 특징 패턴 세트를 구성할 수 있는 복수개의 상이한 라인 형태, 특징 패턴, 크기 및 배향을 포함할 수도 있다. 예컨대, 제1 특징 패턴 세트(216a)는 바스켓 위브(basket weave)를 포함하고, 제2 특징 패턴 세트(216b)는 복수개의 수평선 및 수직선을 포함하며, 제3 특징 패턴 세트(216c)는 제2 특징 패턴 세트(216b)에 대해 상이한 간격 및 크기를 갖는 수평선 및 수직선을 포함하고, 제4 특징 패턴 세트(216d)는 상이한 세트의 수평선 및 수직선을 포함하며, 제5 특징 패턴 세트(216e)는 제1 특징 패턴 세트(216a)와 동일하거나 상이할 수도 있는 바스켓 위브를 포함한다. 레티클(216)은 물체 공간 내의 경사 평면 상으로 이미징하기 위한 전체 이미지 필드에 걸쳐 상이한 라인 및 간격 또는 회절 격자를 포함할 수 있는 복수개의 상이한 특징 패턴 세트를 포함한다. 이미지 공간을 횡단하는 평면에서의 이미지의 검출 및 분석에 의해 광학 시스템의 성능 또는 이미징 특성 평가를 결정하는 데 사용될 수 있는 광학 시스템 특성 평가 데이터의 취득이 이루어진다.
도5a는 레티클의 일부 상에 놓이고 감광성 기판 상으로 이미징될 수 있는 다른 특징 패턴 세트(316c)의 예이다. 특징 패턴 세트(316c)는 소정 패턴을 형성하는 다중 또는 엇갈린 로우나 스트라이프(row or stripe)를 포함하는 폭(w1)을 갖는 중심 필드를 포함할 수도 있다. 예컨대, 로우(330)는 그 위에 이격된 수직선을 갖고, 로우(332)는 그 위에 이격된 수평선을 갖고, 로우(334)는 그 위에 -45°의 이격된 사선을 갖고, 로우(336)는 그 위에 +45°의 사선을 갖는다. 스트라이프 또는 로우(330, 332, 334, 336)는 도5a에 도시된 바와 같이 레티클의 일부 상에 형성된 특징 패턴 세트(316c)의 길이(L)를 따라 연장하는 패턴을 형성할 수도 있다. 특징 패턴 세트(316c)의 모서리는 컬럼 또는 수직 스트라이프(328)로부터 형성될 수도 있다. 컬럼(328) 내에는 바스켓 위브 패턴이 있다. 컬럼(328) 내의 바스켓 위브는 부분 전달성 섹션 또는 부분으로부터 형성될 수도 있다. 특징 패턴 세트(316c)의 전체 폭은 w2이다. 예로써, 특징 패턴 세트(316c)는 총 폭(w2)이 대략 5 ㎜이고 중심 폭(w1)이 대략 4.5 ㎜이며 길이(L)가 대략 27 ㎜인 치수를 가질 수도 있다. 각각의 로우 또는 스트라이프는 대략 50 ㎛의 높이 또는 폭일 수도 있다. 로우 내의 각각의 선폭은 200 ㎚ 정도일 수도 있다. 특징 패턴 세트(316c)는 예로써 제공된다. 다른 특징 패턴 세트가 본 발명의 기술적 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 광학 시스템의 특성을 결정하는 데 사용될 수도 있다.
도5b는 레티클의 일부 상에 사용될 수 있는 다른 특징 패턴 세트(316d)를 도시하고 있다. 특징 패턴 세트(316d)는 수평선, 수직선 및 사선의 패턴을 포함한다. 스트라이프 또는 로우(330')는 그 위에 수직선 패턴을 갖는다. 로우 또는 스트라이프(334')는 -45°의 복수개의 사선을 갖고, 로우 또는 스트라이프(336')는 그 위에 +45°의 복수개의 사선을 갖는다. 복수개의 로우 또는 스트라이프는 특징 패턴 세트(316d)의 길이를 따라 수평, 수직, -45°, +45°패턴으로 반복된다. 다른 로우 또는 패턴이 검출되거나 결정되기를 원하는 광학 시스템의 특성에 따라 특징 패턴 세트 내에 놓일 수도 있다.
도6은 특성이 평가될 광학 시스템 또는 투사 광학 장치로 레티클의 이미징으로부터 얻어지는 정보의 처리를 도시하고 있다. 이미지 평면(420)은 감광성 기판 상으로 검출되거나 기록된다. 이미지 평면은 도4에 도시된 바와 같이 레티클에 의해 이미징된 특징 패턴 세트 이미지(420a 내지 420e)를 포함하는 복수개의 이미지를 갖는다. 레티클 평면에 대해 경사져 위치되는 이미지 평면(420)으로부터 얻어진 데이터는 간섭계가 바람직한 계측 툴(40)을 사용하여 감광성 기판 상으로 기록되는 것이 바람직한 전체 이미지 필드 평면에 걸쳐 도출된다. 계측 툴(40)은 레티클 상의 특징 패턴 세트의 이미지로부터 결정되거나 검출되는 간섭 패턴 등의 정보를 검출하거나 도출할 수 있다. 이미지는 이미지 평면(420) 상에 형성되고, 감광성 기판 상에 기록될 수 있다. 대신에, 이미지 평면(420) 상에 형성된 이미지는 도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 관찰될 수 있다. 계측 툴(40)에 결합된 신호 처리기(42)는 상이한 특징 패턴 세트(420a 내지 420e)의 상이한 이미지를 분석하고 처리한다. 신호 처리기(42)로부터의 처리된 신호는 광학 시스템 특성 평가 장치(44)에 제공된다. 따라서, 광학 시스템의 상이한 수차가 결정될 수 있다. 예컨대, 비점 수차는 주기성 패턴 또는 격자 배향의 최적 초점의 차이의 함수로서 결정될 수 있다. 코마는 2차 왜곡 신호(distortion signature) 대 초점의 함수로서 결정될 수 있다. 구면 수차는 라인 크기 대 필드 위치 사이의 최적 초점의 차이의 함수로서 결정될 수 있다. 기록된 데이터는 예컨대 백색광(white light), 암시야 현미경(dark-field microscope), 대구경 간섭계(large aperture interferometer), 레이저 현미경 간섭계(laser microscope interferometer) 또는 간섭 현미경(interferometric microscope) 등의 상이한 계측 툴에 의해 분석될 수 있다.
도7은 본 발명의 일 실시예의 고수준 방법의 단계를 도시하는 블록도이다. 단계 510은 특성이 평가될 광학 시스템으로 레티클 평면에 대해 경사져 있는 평면에서 주기성 회절 격자 또는 패턴이 위에 형성된 레티클을 이미징하는 단계를 나타낸다. 주기성 패턴은 상이한 회절 격자 패턴을 포함할 수 있고, 각각의 상이한 회절 격자 패턴은 광학 시스템의 소정 특성을 결정하도록 설계되어 있다. 단계 512는 레티클 평면에 대해 경사져 있는 평면에서 검출되는 주기성 패턴 또는 회절 격자의 이미지를 나타내는 데이터를 기록하는 단계를 나타낸다. 주기성 패턴 또는 회절 격자의 이미지는 당업자에게 명백한 바와 같이 감광성 기판으로 또는 전자 수단에 의해 기록될 수 있거나, 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 관찰되도록 제공될 수 있다. 단계 514는 광학 시스템의 이미징 특성을 결정하도록 기록된 데이터를 간섭 방식으로 분석하는 단계를 나타낸다. 주기성 패턴 또는 회절 격자(들)를 나타내는 데이터는 광학 시스템의 특성을 얻기 위해 간섭 기술로 분석된다. 광학 시스템은 단일 작업으로 전체 필드에 걸쳐 그리고 상이한 초점 깊이로 특성이 평가될 수 있다.
도8 내지 도13은 상면 만곡과 비점 수차 및 구면 수차를 포함한 상이한 수차와 같은 상이한 광학 특성을 결정함으로써 광학 시스템의 특성을 평가하기 위한 상이한 실시예로의 본 발명의 개념의 적용을 도시하고 있다.
도8a는 도1a의 소정 영역의 공간(20)의 예인 소정 영역의 공간(620)을 도시하고 있다. 소정 영역의 공간(620) 내에서, 이미지를 나타내는 전자기 복사가 검출될 수 있다. 예컨대, 감광성 기판(622) 또는 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치는 x-y 평면으로부터 각도(θ)로 소정 영역의 공간(620) 내에 위치된다. [도1a로부터의 시스템(10) 등의] 광학 시스템으로부터의 이미지는 감광성 기판(622) 상으로 투사된다. 감광성 기판(622) 상으로 투사된 이미지는 이전의 도면에 도시된 바와 같이 레티클 상에 놓인 복수개의 특징 패턴 세트 또는 이격된 라인의 이미지이다. 감광성 기판(622)의 사용은 바람직한 실시예에 설명되어 있지만, 임의의 광 수용기(photo receptor) 또는 복조 장치가 레티클의 이미지를 나타내는 전자기 복사선을 수용하여 검출하도록 소정 영역의 공간(620) 내에 놓일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도8b는 도8a에 도시된 바와 같이 위치된 감광성 기판(622) 또는 복조 장치(도시되지 않음)를 사용한 상면 만곡의 검출을 도시하고 있다. 라인(631)은 특성이 평가될 광학 시스템을 위한 상면 만곡을 나타내고, 라인(631)의 폭(d)은 특성이 평가될 광학 시스템의 초점 깊이를 나타낸다. 따라서, 소정 영역의 공간(620) 내에서 감광성 기판을 경사지게 하여 감광성 기판 상으로 이미징되는 복수개의 특징 패턴을 갖는 레티클을 사용함으로써, 상면 만곡 및 필드 깊이는 신속하고 용이하게 결정될 수 있다. 레티클 상의 적절한 특징 패턴 및 배향을 선택함으로써, 광학 시스템의 특성을 평가하는 부가 정보가 감광성 기판의 단일의 노광 또는 소정 영역의 공간 내에서의 전자기 복사의 수용의 단일 데이터 취득으로 얻어질 수 있다.
라인(631)은 경사진 감광성 기판(622) 상에 이미징된 주기성 패턴 또는 회절 격자 레티클로 생성될 수 있다. 주기성 패턴이나 회절 격자 스트립(strip) 또는 라인(631)은 필드의 중심 아래에서 발생될 것이다. 라인(631)은 필드의 중심 스트립을 한정하는 데 충분할 정도로 좁지만 x 축의 방향으로 여러 개의 결정 가능한 지점(resolvable point)을 포함하는 데 충분할 정도로 넓게 계산되어야 한다. 이는 스트립 또는 라인(631)을 관찰하는 데 사용되는 검출기 어레이, 전하 결합 소자또는 위치 감지 검출기의 화소 밀도의 함수이다. 위상 편이 간섭계(phase-shifting interferometer)가 사용될 수 있다. 데이터는 위상 편이 간섭계에 대해 리트로우 각도(Littrow angle)로 감광성 기판(622)을 위치시킴으로써 얻어질 수 있다. 리트로우 각도는 간섭계로부터의 전자기 복사가 간섭계로 복귀하도록 재회절(retro-diffraction)하는 각도이다. 위상 편이 간섭계에 의해 취득된 강도 지도의 피크는 특성이 평가될 광학 시스템의 최적 초점의 지점이다. 이들 피크는 y 축 방향으로 리지(ridge)를 포함한다. 필드가 y 축 방향으로 횡단됨에 따라 x 방향으로의 이 리지의 복잡도(meandering)는 상면 만곡을 나타낸다. 이 절차의 강점은 소정 영역의 공간(620)에 걸친 지점에서 강도 데이터를 동시에 취득하는 능력에 있다. 데이터의 교정(calibration), 보정(scaling) 및 도출(extraction)이 용이하다. 이 방법은 재회절의 강도를 사용한다. 상면 만곡도 재반사(retro-reflection)의 위상을 사용하여 검출될 수 있다. 이 방법에서, 감광성 기판은 위상 편이 간섭계의 축에 대해 수직하게 위치된다. 취득된 위상 지도는 감광성 기판 상의 각각의 지점에서 특징 패턴의 리지스트 높이를 포함한다. x 축의 방향으로, 특징 패턴의 품질은 초점 커브의 함수이다. y 축의 방향으로, 임의의 특징 패턴의 크기 및 배향에 대한 최적 초점의 편이는 필드 위치의 함수이다. 상면 만곡 및 비점 수차는 당업자에게 명백한 바와 같이 직각의 특징 패턴의 배향의 함수로서 커브 편이의 비교로부터 도출될 수 있다.
도9a 및 도9b는 본 발명에 따른 비점 수차의 검출을 개략적으로 도시하고 있다. 도9a는 비점 수차를 검출하는 데 사용되는 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치에 의해 레티클 또는 마스크 상에서 반복적으로 재현될 수 있거나 관찰을 위해 제공될 수 있는 패턴을 개략적으로 도시하고 있다. 부분(716)은 직각의 격자 또는 라인 패턴을 포함한다. 수직선(730)은 수평선(732)들 사이에서 엇갈려 있거나 교대한다. 수직선(730) 및 수평선(732)은 서로에 대해 직각이다.
도9b는 도8a에 도시된 바와 같이 소정 영역의 공간에서 경사져 있는 감광성 기판 또는 이에 대응하여 구성된 복조 장치(도시되지 않음) 상에 형성된 이미지를 도시하고 있다. 특징 패턴 세트 또는 감광성 기판 상에 이미징된 주기성 패턴 또는 회절 격자(716')의 일부는 필드의 깊이를 나타내는 측방향 치수(f)를 갖는다. 필드의 깊이를 나타내는 치수(f)를 횡단하여, 상이한 이미지 품질이 치수(f)를 따라 최고 지점에 위치되는 최적 이미지 품질로 얻어질 것이다. 포락선(735)이 형성된다. 포락선(735)은 도9a에 도시된 수평선(732)의 기록된 이미지(732')의 초점 깊이를 따라 치수(f)로 이미지 품질을 나타낸다. 마찬가지로, 도9a에 도시된 수직선(730)은 기록된 이미지(730')에 의해 나타나 있다. 도9a에 도시된 바와 같은 레티클(716)의 일부 상의 수직선(730)의 기록된 이미지(730')에 대한 초점 깊이의 이미지 품질을 나타내는 포락선(733)이 형성된다. 최적 이미지 품질은 포락선(733, 735)을 따라 최고 지점에 의해 그래프로 나타나 있다. 이미지 위치에서의 광학 시스템 내의 임의의 비점 수차는 수평선 및 수직선의 상이한 이미지의 형성을 나타내는 거리(a)에 의해 나타나 있다. 접하는 화살 형상의(tangential and agittal) 이미지 평면의 축방향 분리는 포락선(733, 735)에 의해 나타낸 초점의 상이한 지점에의해 검출될 수 있다. 이들 초점의 상이한 지점의 측방향 편이는 거리(a)에 의해 나타나 있다.
다수의 상이한 특징 패턴 세트, 주기성 패턴 또는 회절 격자가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 도10a 및 도10b는 광학 시스템의 비점 수차를 결정하는 데 사용될 수 있는 다른 특징 패턴 세트, 주기성 패턴 또는 회절 격자를 도시하고 있다. 도10a는 레티클 패턴 또는 특징 패턴 세트를 각각 포함한 복수개의 스트라이프(816)를 갖는 레티클 또는 마스크(817)를 도시하는 평면도이다. 도10b는 도10a에 도시된 레티클(817)이 형성되는 레티클의 주기성 패턴 또는 회절 격자(816) 중 하나를 개략적으로 도시하고 있다. 특징 패턴 세트, 주기성 패턴 또는 회절 격자(816)는 주기성 패턴 또는 회절 격자의 복수개의 컬럼으로부터 형성된다. 주기성 패턴 또는 회절 격자의 인접한 컬럼의 쌍들은 직각 라인들의 쌍들로부터 형성된다. 예컨대, 컬럼(830)은 수직선으로부터 형성되고, 컬럼(832)은 수평선으로 형성된다. 수직선 및 수평선은 서로에 대해 직각이다. 컬럼(836)은 +45°의 사선으로부터 형성되고, 컬럼(838)은 -45°의 사선으로부터 형성된다. 따라서, 컬럼(836, 834) 내의 라인은 서로에 대해 직각이다. 도10b에 도시된 바와 같이 상이한 라인 배향을 갖는 컬럼들의 엇갈림은 특성이 평가될 광학 시스템의 수차에 대한 정보를 제공한다. 필드의 상당한 부분의 수차는 본 발명을 실시하면서 동시에 검출될 수 있다.
도11a 및 도11b는 본 발명에 따라 비점 수차를 결정하기 위해 라인 또는 특징 패턴 세트의 사용을 도시하는 단순화된 개략도이다. 본 발명의 상기 실시예에서, 라인 또는 특징 패턴 세트는 로우라기 보다는 컬럼으로 배열되어 있다. 도11은 레티클 패턴(916)의 부분 평면도를 도시하고 있다. 레티클 패턴은 복수개의 특징 패턴 세트 또는 라인으로부터 형성되며, 그 일부는 수평 배향과 수직 배향 사이에서 교대하는 라인의 컬럼에 의해 형성된다. 컬럼(930)은 복수개의 수직선으로부터 형성되고, 컬럼(932)은 복수개의 수평선으로부터 형성된다. 레티클의 일부(916)로부터 형성된 이미지는 이미지 공간 내에 투사될 때 비점 수차를 검출하는 데 사용된다. 상기 실시예에서, 레티클 부분(916)의 이미지를 기록하는 데 사용되는 감광성 기판은 x-y 평면으로부터 레티클 부분(916)에 대해 경사져 있고, y 축에 대해 회전된다. 대신에, [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치가 레티클에 대해 대응하여 구성될 수 있다. 도11b는 필드 위치에서 비점 수차를 결정하기 위해 이미지 공간에서의 이미지의 검출 및 분석을 개략적으로 도시하고 있다. 이미지가 기록되는 감광성 기판이 x-y 평면으로부터 경사져 있고 y 축에 대해 회전되어 있기 때문에, x 방향은 도11에 도시된 바와 같이 초점 깊이를 나타낸다. 도11b에 도시된 z 방향으로의 높이는 상이한 초점 깊이에서 이미지 품질을 나타낸다. 도11b의 막대(bar)(930')는 도11a에 도시된 수직선의 교대형 컬럼(930)의 이미지 품질을 나타낸다. 이미지 품질은 초점 깊이를 따라 증감하고, 최적 이미지 품질은 어느 정도 중심에 위치된다. 따라서, 수직선의 컬럼(930)의 이미지 품질을 나타내는 포락선(933)이 형성된다. 마찬가지로, 도11b에 도시된 바와 같이, 수평선의 컬럼(932)의 이미지 품질은 막대(932')에 의해 나타나 있고, z 방향으로의 막대(932')의 높이는 이미지 품질을 나타낸다. 이미지 품질은 x 방향으로의 초점 깊이를 따라 증감한다. 따라서, 도11a에 도시된 레티클 부분(916) 상의 수직선의 컬럼(932)의 이미지 품질을 나타내는 막대(932')의 포락선(935)이 결정될 수 있다. 막대(930')에 의해 나타낸 수직선의 컬럼(930)의 이미지는 막대(932')에 의해 나타낸 수평선의 컬럼(932)의 이미지들 사이에서 엇갈려 있다. 특성이 평가될 광학 시스템의 필드 위치에서 비점 수차가 없다면, 포락선(933, 935)은 일치할 것이다. 그러나, 임의의 비점 수차가 거리(a')에 의해 나타낸 포락선(933, 935) 사이의 상대적인 편이에 의해 검출될 수 있다.
도9a, 도9b, 도11a 및 도11b는 본 발명의 상이한 실시예를 사용하여 동일한 정보를 얻기 위한 상이한 기술을 도시하고 있다. 본 발명의 개시 내용은 레티클 상의 복수개의 상이한 특징 패턴 세트, 주기성 패턴 또는 회절 격자의 이미지를 동시에 형성하여 소정 영역의 공간 내에 발생된 이미지를 기록한다는 점에 있어서 단일의 단계 또는 노광으로 광학 시스템의 수차의 검출 및 특성 평가를 가능하게 한다. 본 발명의 개시 내용은 레티클의 일부에 사용되는 상이한 특징 패턴 세트, 주기성 패턴 또는 회절 격자에 따라 광학 시스템의 상이한 수차를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도12는 구면 수차를 검출하는 데 사용될 수 있는 특징 패턴 세트 또는 라인 패턴을 갖는 레티클의 일부(1016)를 도시하고 있다. 레티클 부분(1016)은 상이한 라인 간격 또는 폭을 갖는 교대형 라인의 컬럼(1030, 1032)을 나타낸다. 예컨대, 컬럼(1030)의 라인 간격은 300 ㎚일 수도 있고, 컬럼(1032)의 라인 간격은 100 ㎚일 수도 있다. 도12에 도시된 레티클 패턴 부분(1016)은 도9a에 도시된 레티클 패턴 부분(716)과 유사하다. 그러나, 레티클 패턴 부분(716)이 비점 수차를 검출하기 위해 라인 배향을 사용하는 경우에, 레티클 패턴 부분(1016)은 구면 수차를 검출하기 위해 선폭 또는 간격을 사용한다. 이들은 모두 감광성 기판이 소정 이미지 영역의 공간에서 경사져 있는 경우와 같이 상이한 초점 깊이로 소정 영역의 공간에서 각각의 레티클 패턴 부분의 이미지를 검출한다. 부가적으로, 이들은 모두 광학 시스템의 수차를 나타내는 정보를 포함하는 상이하게 이미징된 라인으로 단일 단계로 간섭계로 판독될 수 있다. 레티클 패턴 부분(1016)에 대해, 이미지 품질은 상이한 선폭에 대해 초점 깊이를 따라 변할 것이다. 따라서, 각각의 상이한 선폭 섹션에 대한 초점 깊이의 함수로서 이미지 품질을 나타내는 포락선은 임의의 구면 수차에 따라 이동될 것이다. 레티클의 일부분에 걸쳐 상이한 라인 패턴을 갖는 상이한 레티클 부분이 필드의 상이한 위치에서 각종의 상이한 수차를 검출하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이들 레티클 패턴의 상이한 부분은 상면 만곡 및 상이한 수차를 동시에 검출하여 측정하기 위해 단일의 레티클로 합체될 수 있다.
도13은 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 필드에 걸쳐 동시에 상이한 수차를 검출하도록 구성된 상이한 레티클 패턴 부분을 가질 수 있는 다른 섹션들 중에서 예로서 섹션(1119a 내지 1119d)을 갖는 복수개의 상이한 섹션으로 분할되는 레티클(1117)을 도시하고 있다. 예컨대, 확대가 재회절의 각도로서 측정될 수 있다. 정상적인 특징 패턴의 피치와 관련된 공칭 회절 광선 각도가 교정된 공칭 피치 기판, 교정된 프리즘 또는 표면들 사이의 공칭 각도와 상이하게 측정될 수 있다. 확대 제거 후에 남는 왜곡은 보정된 위상 지도로서 측정될 수 있다. 보정은 정상적인 주기성 패턴 또는 회절 격자 피치, 간섭계 파장 및 국부적 재회절 광선 각도의 평면 내의 왜곡, IPD 및 기하학적 제한 사이의 관계를 반영한다. 코마는 광학 시스템의 초점 깊이를 통해 경사진 필드를 횡단하여 2차 왜곡으로서 간주되는 초점을 통한 유도된 이미지 편이에 의해 측정된다.
도14는 바스켓 위브 또는 엇갈리거나 교차형 주기성 패턴 또는 회절 격자의 이미지로 노출된 리지스트가 덮이거나 감광성인 기판의 간섭 분석 또는 지도의 사시도이다. 대신에, 이러한 분석은 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 패턴을 관찰하여 수행될 수 있다. 바스켓 위브 또는 교차형 주기성 패턴 또는 회절 격자는 전체 필드에 걸쳐 직교하는 라인을 갖는 레티클이다. 광학 시스템의 전체 필드는 경사진 감광성 기판 상으로 필드 위에서 레티클을 노광함으로써 특성이 평가될 수 있다. 감광성 기판은 전체 필드가 광학 시스템의 초점 깊이 내에 있도록 경사져야 한다. 경사 때문에, 도14의 x 축은 x 방향으로의 초점 및 필드 위치를 나타낸다. y 축은 y 방향으로의 필드 위치를 나타낸다. z 축은 광학 시스템의 수차 또는 왜곡의 결과로서 주기성 패턴 또는 회절 격자의 라인 사이의 피치 변화를 나타낸다. 표면 윤곽(1221)은 광학 시스템의 이미징 특성의 정보를 제공한다. 광학 시스템은 전체 필드를 해석함으로써 전체적으로 또는 원하는 부분의 필드를 해석함으로써 국부적으로 특성이 평가될 수 있다.
도15는 본 발명의 상기 실시예를 사용하여 광학 시스템의 특성을 평가하도록얻어질 수 있는 상이한 이미징 특성 및 왜곡 또는 수차를 도시하는 그래프이다. 화살표(1202)는 코마를 나타내고, 도14에 도시된 대체로 또는 전체적으로 곡면인 표면 윤곽(1221)에 의해 도시되어 있다. 화살표(1204)는 텔리센트리서티를 나타내고, 도14에 도시된 표면 윤곽(1221)의 y 축에 대한 x-y 평면의 소정 경사도로서 도시되어 있다. 화살표(1206)는 전체적인 또는 평균적인 확대를 나타내고, 도14에 도시된 표면 윤곽(1221)의 x 축에 대한 x-y 평면의 소정 경사도로서 도시되어 있다. 화살표(1208)는 확대의 y 왜곡 신호 또는 국부적인 변화를 나타내고, 도14에 도시된 표면 윤곽(1221)의 국부적인 변화에 의해 도시되어 있다. 전체 필드에 걸쳐 수차 또는 왜곡이 없는 경우에, 간섭 지도는 평탄하고 경사가 없는 표면을 나타낼 것이다.
도16a 내지 도16d는 도15에 그래프로 도시된 특성이 평가될 광학 시스템의 상이한 왜곡 또는 수차의 개략 사시도이다. 도16a는 x 축에 대한 x-y 평면의 소정 경사도를 갖는 라인을 나타낸다. 이 경사도는 전체적인 확대를 나타낸다. 따라서, 필드 내에 전체적인 확대가 없다면, x 축에 대한 x-y 평면의 경사도가 없다. 도16b는 초점을 통한 곡면 또는 2차 만곡(bow)을 갖는 라인을 나타낸다. 이 초점 또는 x 방향을 통한 곡면은 코마를 나타낸다. 도16c는 y 축에 대한 x-y 평면의 소정 경사도를 갖는 라인을 나타낸다. 이 경사도는 텔리센트리서티를 나타낸다. 도16d는 국부적인 곡면을 갖는 라인을 나타낸다. 이 곡면은 필드 위치의 함수로서 확대의 왜곡 기호 또는 국부적인 변화를 나타낸다. 이들 특징 또는 특성은 도14에 도시된 간섭도로부터 독립적으로 도출될 수 있다. 따라서, 광학 시스템의 전체 필드는 다수회의 노광 또는 별도의 분석에 대한 필요가 없이 단일의 단계로 특성이 평가될 수 있다.
도17은 광학 시스템의 최적 초점을 결정하기 위한 본 발명의 일 실시예를 도시하는 노광된 감광성 기판의 평면도이다. 레티클의 이미지는 광학 시스템의 필드에 걸쳐 감광성 기판(1322) 상으로 투사된다. 대신에, 레티클의 이미지는 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 관찰하도록 제공될 수 있다. 레티클은 직사각형 필드의 2개의 길이 방향 모서리(1328)를 따라 바스켓 위브의 주기성 패턴 또는 회절 격자 패턴의 이미지를 투사한다. 감광성 기판(1322)은 길이 방향 축에 대해 경사져 있어서, 비교적 좁은 제1 밴드(1311)가 제1 노광 중에 2개의 길이 방향 모서리(1328) 내에서 감광성 기판을 횡단하여 측방향으로 인쇄된다. 다음에, 감광성 기판(1322)은 도17의 도면 용지 내로 연장하는 z 방향으로 광학 축과 동축인 소정 거리로 편이되어, 비교적 좁은 제2 밴드(1331')가 제2 노광 중에 2개의 길이 방향 모서리 내에서 감광성 기판을 횡단하여 측방향으로 인쇄된다. 광학 시스템을 위한 최적 초점의 위치는 제1 및 제2 인쇄 밴드(1331, 1331')의 위치를 분석함으로서 결정될 수 있다. 이 분석은 편이된 소정 거리에 따라 용이하게 결정되거나 유도될 수 있는 기하학적 형상을 사용하여 수행된다. 예컨대, 지점(M)에서의 필드의 중심을 위한 초점 위치는 거리(OA 및 O'A')를 측정함으로써 얻어진다. 이들 숫자는 소정 필드 중심(M)에 대한 노광된 제1 인쇄 밴드(1331)의 위치를 산출한다. 제1 및 제2 밴드(1331, 1331')를 형성하는 2회의 노광을 위한 초점 수치의 내삽(interpolation)은 M에서의필드 중심을 위한 초점 수치를 산출한다. 이 초점 수치는 광학축만을 따른다. 측방향 축에 대한 경사 에러는 기판을 따라 거리(AB)를 측정함으로써 교정된다. 경사도는 거리(AB)에 의해 결정된 바와 같은 기판의 ㎜에 대해 2회의 노광들 사이의 초점 차이에 의해 결정된 바와 같은 초점 편이의 ㎚로 표현된다. 이 경사도 수치를 사용하여, 길이 방향 축에 대한 만곡 또는 경사가 거리(OA 및 O'A') 또는 거리(OB 및 O'B') 사이의 거리 차이의 측정을 통해 선분(A-A' 또는 B-B')의 각도(θ)를 측정함으로써 결정된다. 4개의 이들 거리의 측정으로부터, 기판은 측정 에러 정정 또는 평균화를 위한 여분(redundancy)으로 최적 초점 평면에 정렬된다. 대신에, 이들 수치는 다음 공식으로부터 도출될 수 있다. 여기에서, M'은 선분(A-A')과 선분(B-B') 사이의 중간에 있는 라인(1333)의 중간점 상에 놓여 있고, IFS는 2회의 노광 사이의 z 또는 광학 축을 따른 유도된 초점 편이 또는 의도적 편이이며, IT는 측방향 축에 대한 유도된 경사 또는 의도적 편이이다. 그러면, 경사도(S)는 H/W이고; 초점 에러(FE)는 IFS/AB×MM'이며; 길이 방향 축에 대한 경사 에러(TE)는 (IFS/AB)-IT이고; 측방향 축에 대한 경사 또는 만곡 에러(BE)는 S×IFS/AB이다.
도18은 구면 수차를 검출하기 위한 본 발명의 일 실시예의 사용을 도시하고 있다. 커브 또는 라인(1402)은 초점의 함수로서 리지스트 깊이를 나타낸다. 감광성 기판을 노광할 때의 초점을 통한 경사로 인해, 처리된 리지스트에 의해 감광성 기판 상에 형성되는 주기성 패턴 또는 회절 격자는 변하는 깊이를 갖는다. 이 깊이는 최적 초점에서 최대이고, 초점이 악화됨에 따라 작아진다. 영역(1404)에서의커브 또는 라인(1402)의 비대칭성은 구면 수차를 나타낸다. 따라서, 본 발명은 광학 시스템의 구면 수차를 검출하는 데 적용될 수 있다.
도19a 및 도19b는 최적화된 이미징을 얻기 위해 광학 시스템에서의 레티클의 초기 배치를 결정하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도19a 및 도19b를 참조하면, 감광성 기판(1522)이 레티클(1516)에 의해 노광된다. 대신에, 레티클의 이미지는 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 관찰하도록 제공된다. 레티클은 x 축에 대해 x-y 평면으로부터 경사져 있다. 감광성 기판(1522)은 바람직하게는 y 축에 대해 x-y 평면으로부터 경사져 있다. 따라서, 레티클(1516) 및 감광성 기판(1522)은 도1에 도시된 실시예와 마찬가지로 서로에 대해 직각으로 경사져 있다. 레티클(1516)은 상이한 선폭을 갖는 복수개의 직각으로 엇갈린 라인을 갖는다. 예컨대, 라인(1531)은 비교적 좁은 수직 선폭을 갖고, 라인(1533)은 비교적 넓은 수직 선폭을 갖는다. 수직선(1531, 1533)은 x 방향으로 교대하거나 엇갈려 있다. 비교적 좁은 수평선(1534)과 비교적 넓은 수평선(1536)이 y 방향으로 교대하거나 엇갈려 있다. 상이한 폭을 갖는 교대하거나 엇갈린 수평선 및 수직선의 격자 패턴이 형성된다. 레티클(1516) 상의 격자 패턴은 노광 중에 감광성 기판(1522)의 경사로 인해 초점을 통해 감광성 기판(1522) 상으로 레티클(1516)의 경사로 인해 레티클 위치를 통해 이미징된다. 처리된 감광성 기판(1522)은 선폭 또는 특징 패턴 크기의 함수로서 최적 초점 위치의 궤적(locus)을 가질 것이다. 이 궤적은 리지스트 깊이를 포함한 이미지를 검사함으로써 결정된다. 일반적으로, 최대 리지스트 깊이는 최대초점을 결정한다. 대신에, 최적 초점 위치의 궤적은 [도1b에 도시된 바와 같은 복조 장치(24) 등의] 복조 장치에 의해 발생되는 시각화된 패턴을 분석함으로써 결정될 수 있을 것이다. 즉, 최적 초점에서, 리지스트는 보다 완전히 노광되므로, 보다 큰 깊이를 갖는다. 각각의 상이한 선폭에 대한 최적 초점 위치가 교차하는 위치는 수차 특히 구면 수차를 최소화하기 위한 레티클에 대한 바람직한 위치를 나타낸다. 도19a를 참조하면, 라인(1502, 1504)의 교차는 구면 수차를 최소화하기 위해 레티클(1506)에 대한 최적 위치를 나타낸다. 라인(1506)은 최적 이미지를 얻거나 구면 수차를 최소화하기 위해 레티클(1516)의 위치 설정을 위한 최적 위치의 장소 또는 평면을 나타낸다. 예컨대, 도19의 감광성 기판의 좌측 길이 방향 모서리를 따라 도시된 바와 같이, 도19b의 레티클(1516)이 x축에 대해 1 단위로 경사져 있다면, 라인(1506)은 레티클이 최적 이미징을 얻기 위해 0.4 단위로 위치되어야 한다는 것을 나타낸다. 라인(1506)은 레티클의 경사 축 또는 x 축에 대해 평행하게 도시되어 있다. 단지 2개의 상이한 교대하거나 엇갈려 있는 선폭이 도시되어 있지만, 임의의 개수의 상이한 선폭이 교대하거나 엇갈려 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명은 상이한 실시예와 상이한 특징 패턴 세트 또는 라인 패턴에 대해 도시되고 설명되었지만, 분명히 다른 특징 패턴 세트 또는 라인 패턴이 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 상이한 방식으로 사용되고 배열될 수 있다. 그러나, 본 발명의 모든 실시예는 상이한 초점 깊이로 소정 영역의 공간에서 각종의 상이한 패턴 부분을 동시에 이미징한다. 상이한 깊이로 복수개의 패턴 부분의 기록된 이미지는 광학 시스템의 특성을 평가하도록 간섭 방식으로 분석된다. 이 간섭 분석은 바람직하게는 레티클의 기록된 이미지의 간섭 분석으로부터 얻어진 데이터가 광학 시스템의 거의 완전한 특성 평가를 제공하도록 단일 단계로 수행된다. 따라서, 본 발명은 광학 시스템의 필드 내에서 상이한 위치를 순차적으로 선택하여 분석할 필요성을 방지한다. 결과적으로, 본 발명의 개시 내용은 광학 시스템의 매우 신속하고 강력한 특성 평가라는 결과를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 광학 시스템의 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 코마 및/또는 초점 평면 편차를 결정하기 위해 단일 노광이나 이미징 단계 또는 실시간 관찰로 광학 시스템의 특성 평가를 가능하게 한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 감광성 기판 상으로 마스크 또는 레티클 패턴을 인쇄하는 데 사용되는 포토리소그래픽 광학 장치의 특성 평가에 특히 적용 가능하다. 본 발명은 3차원 어레이의 개별 샘플 지점(x, y, 초점)에서 이미지 품질 또는 라인 품질의 평가를 통해서가 아니라 초점을 통한 특징 패턴 품질의 포락선을 검출함으로써 최적 초점을 결정한다. 본 발명은 초점 및 레티클 물체 위치를 통해 연속적인 데이터를 산출한다.
따라서, 본 발명은 초점 자체 검색(focus self-seeking) 즉 노광되는 웨이퍼 또는 감광성 기판의 필드가 초점 깊이를 방해하면 최적 초점의 구역을 항상 인쇄할 것이라는 점에서 정상적인 초점 평면에 둔감하다는 장점을 갖는다. 본 발명은 감도가 높고 소음이 낮으며 단일의 노광으로 노광 특성 평가 매개 변수의 신속한 취득을 제공한다는 장점을 갖는다. 본 발명은 관련된 시간이 걸리는 다수회의 노광및 초점 슬라이싱 에러로 슬라이싱한 초점 평면에 대한 필요성을 제거시킨다.
시험에서, 감도 및 소음 수준이 5 ㎚ 수준 이상으로 정기적으로 얻어졌다. 이들 낮은 수준은 종래 기술을 사용하여 얻을 수 없다. 종래 기술은 일반적으로 감소하는 선폭에 따라 악화된다. 그러나, 본 발명은 선폭이 감소함에 따라 강력해진다는 장점을 갖는다. 이는 본 발명이 선폭 이미지라기보다는 특징 패턴 품질의 포락선을 해결하는 데 따르기 때문에 발생한다.
본 발명은 수 초의 비교적 단시간 내에 전체 필드 데이터를 얻을 수 있다. 이는 작은 라인 크기와 열적으로 변하는 시간 상수 때문에 극단파장의 자외선(deep UV)을 사용하는 포토리소그래픽 툴에서 중요한 특징이다. 단일의 샷으로 전체 필드 노광을 사용하는 본 발명의 능력은 데이터의 스캐닝 취득으로 인한 정렬 타이밍 에러를 제거시킨다. 다중화된 특징 패턴 배향, 크기 및 라인 형태를 갖는 복수개의 상이한 특징 패턴 세트의 사용은 초점 위치, 비점 수차, 상면 만곡 및 초점 깊이의 결정을 가능하게 한다. 부가적으로, 본 발명은 코마, 구면 수차 및 간섭의 변동에 대한 정보를 산출할 수 있다.
본 발명은 인쇄된 이미지를 분석하기 위한 계측 툴을 포함하여 시험될 이미징 시스템에 의해 이미징되는 다중화된 주기성 특징 패턴과 리소그래픽 기록 공정을 포함한다는 점에 있어서 광학 시스템의 신속한 특성 평가를 가능하게 한다. 특징 패턴 세트는 그룹 또는 격리된 상이한 라인 형태, 형상, 크기 및 배향일 수도 있다. 본 발명은 단일 노광으로 이미징 시스템의 초점 깊이를 통해 그리고 이를 넘어 이들 특징 패턴 세트를 이미징한다. 초점을 통한 포락선 또는 특징 패턴의품질은 인쇄되어 분석된다. 이 분석은 자기 상관도 및 상호 상관도 분석(auto-correlation and cross-correlation analysis)의 경우에서와 같이 전체 초점 깊이의 데이터 평가를 포함할 수 있다. 대신에, 분석은 전체의 최대치 또는 최소치의 비대칭성 또는 경사도를 확인할 수 있다. 이는 소정의 그리고 그에 따라 최적이 아닌 이산 초점 위치에서 개별 특징 패턴을 분석하는 종래 기술과 대조적이다.
초점을 통한 특정한 특징 패턴 세트의 품질은 선택된 특징 패턴 형태의 배향 및/또는 크기에 따라 플랫 초점(flat focus), 상면 만곡, 비점 수차, 구면 수차, 부분 간섭, 왜곡 및 코마를 결정하는 데 사용될 수 있다. 비점 수차의 경우에, 상이한 라인 배향은 필드 아래에서 엇갈려 암시야 또는 간섭 현미경에 의해 판독될 수 있다. 대신에, 상이한 라인 배향은 필드를 횡단하여 엇갈려 간섭 현미경 또는 원자력 현미경에 의해 판독될 수 있다. 왜곡의 경우에, 특징 패턴은 전체 시야 간섭계(full field interferometer)를 사용하여 판독될 수 있다.
따라서, 본 발명은 광학 시스템 특히 반도체 웨이퍼의 제조를 위한 포토리소그래피에서 사용되는 투사 광학 장치의 특성을 신속하고 용이하게 평가하는 능력을 크게 진전시킨다는 것을 이해하여야 한다. 단일 노광, 데이터 취득 또는 관찰 단계로부터, 소정 시간에 단일 지점에서 광학 시스템의 특성을 평가하는 유용한 정보가 얻어질 수 있다. 이는 이미징 성능이 고수준으로 유지된다는 점에서 제조 용량 및 수율을 크게 증가시킨다.
2. 홀로그래픽 시험 레티클
여기에 기재된 바와 같이, 복수개의 주기성 패턴 및 다른 구조를 구비한 시험 레티클이 시험 하의 (광학 장치 등의) 광학 시스템의 특성을 평가하는 데 사용된다. 예컨대, 도1에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(18)은 시험 레티클(16) 상의 패턴으로 이미징되어, 기판(22) 상에 기록되는 이미지 데이터를 발생시킨다. 기판(22)은 광학 시스템을 위한 매개 변수를 결정하도록 차후에 처리되는 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 코마, 초점 평면 편차, 구면 수차 및 간섭 변동(coherence variation)을 포함한 이미지 데이터를 검색하도록 조사된다.
시험 레티클(16)은 광학 시스템(18)의 품질을 시험하는 데 사용되므로, 시험 레티클(16) 상의 패턴은 실제 특성 평가가 이루어질 수 있도록 가능하면 정확한 것이 바람직하다. 구체적으로, 시험 레티클 상의 회절 격자의 라인 및 공간(예컨대, 도4 참조)은 정확한 치수 및 배치를 갖는 것이 중요하다. 회절 격자가 정확하지 않으면, 기판(22) 상에 기록되는 수차가 광학 시스템(18)에 의해 유발된 것인 지 또는 시험 레티클(16)에 의해 유발된 것인 지 결정하기 곤란하다.
시험 레티클을 포함한 레티클을 제조하는 종래의 수단은 e-빔 기록 툴 및 레이저 기록 툴을 포함한다. 이들 종래 기술은 일반적으로 큰 합성 필드 패턴(larger composite field pattern)을 형성하기 위해 차후에 서로 결합되는 큰 패턴의 서브 필드를 기록한다. 서브 필드가 서로 결합될 때, 레티클 기록 에러가 발생할 수 있다. 매우 높은 개구수(VHNA: very high numerical aperture)의 리소그래픽 툴의 100 ㎚ 미만의 선폭에서, 이들 기록 에러는 광학 이미징 시스템을 시험하는 능력에서 제한 인자가 되었다.
따라서, 다음의 논의에서는 본 발명에 따라 홀로그래픽 시험 레티클을 제조하는 방법 및 시스템을 설명하기로 한다. 홀로그래픽 레티클은 상기된 회절 격자 및 다른 시험 구조 등의 주기성 간섭 패턴을 갖는 간섭 영역을 형성하기 위해 2개 이상의 광학 복사선을 간섭시킴으로써 형성된다. 다음에, 간섭 패턴은 포토 리지스트 등의 다양한 기록 기술을 사용하여 레티클 블랭크 상에 기록된다. 간섭 패턴의 기하학적 형상은 간섭 광학 복사선의 특성에 의해 엄격하게 제어된다. 구체적으로, 기하학적 형상의 광선의 파장, 파면 변동 및 노광 장치의 기하학적 형상(즉, 간섭 전후의 광학 복사선의 상대적인 각도)에 의해 제어된다. 이들 인자는 모두 연속적으로 기록되는 e-빔 또는 레이저 기록 기술보다 훨씬 정확하게 제어될 수 있다. 부가적으로, 크기가 훨씬 큰 레티클 영역이 이 홀로그래픽 기술을 사용하여 단일 시도로 기록될 수 있다. 이와 같이, e-빔을 서로 결합함으로써 발생하는 기록 에러가 완전히 회피된다.
도20은 레이저(2002), 스플리터(2006), 파면 조정 광학 장치(wavefront manipulation optic)(2010), 간섭 영역(2012) 및 포토 리지스트(2014)를 갖는 레티클 블랭크(2016)를 포함한 홀로그래픽 레티클을 기록하는 시스템(2000)을 도시하고 있다. 플로우차트(2100)(도21 참조)를 참조하여 이 시스템(2000)을 다음과 같이 설명하기로 한다.
단계 2102에서, 레이저(2002)는 간섭성 광학 복사선(2004)을 발생시킨다.
단계 2104에서, 스플리터(2006)는 광학 복사선(2004)을 2개 이상의 광선 (2008a, 2008b)으로 분리한다. 2개의 광선(2008a, 2008b)이 도시 및 설명의 용이화를 위해 도시되어 있다. 그러나, 다수개의 광선(2008)이 발생될 수 있을 것이다. 여기에서, 광선의 개수는 원하는 간섭 패턴의 형태에 따른다.
단계 2106에서, 파면 조정 광학 장치(2010)는 하나 이상의 광선(2008)의 파면을 조정하여, 광선(2011a, 2011b)을 발생시킨다. 전형적인 광학 장치(2010)는 레이저 광선의 파면을 대체로 변경하는 데 사용되는 다양한 광학 구성 요소를 포함하고, 렌즈, 확대기(expander), 시준기(collimator), 공간 필터(spatial filter), 미러 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정예로서, 핀홀(pinhole)을 통해 수렴하는 광선에 의해 발생되는 구형파의 공간 필터링은 파장, 파면 발산 각도, 전파 거리 및 광선 교차 각도에 의해 불리는 엄격하게 제어된 파면을 발생시킬 것이다. 부가적으로, 광학 장치(2010)는 발생된 광선(2010)이 차후에 간섭하여 간섭 영역을 발생시키도록 정렬된다.
발생된 광선(2011a, 2011b)은 차후의 광선 간섭 중에 원하는 간섭 패턴을 발생시키는 파면을 갖는다. 각각의 광선(2011)을 위한 파면의 특정 형태는 원하는 특정 간섭 패턴에 따른다. 전형적인 파면은 원통형 파면, 평면형 파면, 구형 파면 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 여기에서는 특정 파면 조합 및 관련 간섭 패턴을 추가로 논의하기로 한다.
단계 2108에서, 광선(2011a, 2011b)은 관련 간섭 패턴을 갖는 간섭 영역(2012)을 발생시키도록 간섭한다. 도20은 도시 및 설명의 용이화를 위해 2개의 광선 간섭을 도시하고 있다. 그러나, 본 발명의 범주는 다수개의 광선 간섭을 포함한다. 여기에서, 광선의 개수는 원하는 간섭 패턴의 형태에 따른다.
단계 2110에서, 레티클(2016) 상의 포토 리지스트(2014)는 간섭 영역(2012)과 관련된 간섭 패턴을 기록한다. 사진 필름, 홀로그래픽 필름, 광굴절성 매체(photo-refractive media), 광중합체(photopolymer) 및 당업자에 의해 이해되는 간섭 패턴을 기록하는 다른 공지된 수단을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 형태의 기록 매체가 사용될 수 있을 것이다.
단계 2112에서, 포토 리지스트(2014)는 원하는 간섭 패턴을 갖는 시험 레티클을 발생시키도록 현상된다.
단계 2114에서, 도1에 도시된 광학 시스템(18) 등의 광학 시스템이 홀로그래픽 시험 레티클을 사용하여 시험된다.
시험 레티클을 홀로그래픽 방식으로 기록하는 데에는 다수의 장점이 있으며, 그 일부를 다음과 같이 논의하기로 한다. 우선, 홀로그래픽 패터닝은 발생된 간섭 패턴이 광선의 파장, 간섭 광선의 파면 변동 및 노광 장치의 기하학적 형상에 의해 결정되기 때문에 e-빔 기술보다 정확하다. 이들 인자는 모두 종래의 e-빔 및 레이저 기록 기술에서보다 정확하게 제어될 수 있어서, 종래 기술과 관련된 레티클 기록 에러를 감소시킨다.
증가된 정확성으로 인해, 광학 성능 시험에서 공통인 주기성 구조(예컨대, 회절 격자)는 홀로그래픽 기술을 사용하여 용이하게 발생된다. 예컨대, 선형 회절 격자에서, 선폭 피치 균일성은 정확하게 제어되어, 왜곡이 최소화된다. 부가적으로, 처핑된 회절 격자에서, 가변 피치 패턴은 상당한 정확성으로 발생될 수 있다. 따라서, 광학 시스템은 정확하게 제어된 연속적인 라인 크기, 라인 배향 및 패턴피치에 걸쳐 시험될 수 있다. 부가적으로, 주기성 구조의 위상 편이가 정확하게 제어될 수 있다. 위상이 편이된 회절 격자는 이미지 평면의 특징 패턴 편이를 발생시키는 광학 시스템의 독특한 광학 수차의 특성 평가에 유용하다.
부가적으로, 홀로그래픽 패터닝은 e-빔 및 레이저 기록 툴을 포함한 기존의 레티클 기록 툴보다 훨씬 작은 선폭을 인쇄할 수 있다. 예컨대, e-빔 기술은 현재 100 ㎚ 이상으로 제한되지만, 홀로그래픽 패터닝은 100 ㎚ 미만 그리고 50 ㎚ 정도인 선폭을 인쇄할 수 있다.
2a. 특정 배치 및 간섭 패턴
홀로그래픽 레티클을 패터닝하는 특정 실시예와 발생된 간섭 패턴을 다음과 같이 설명하기로 한다. 이들 실시예는 예시 목적만을 의미하는 것으로, 제한하려는 의미는 아니다. 여기에 제공된 논의에 따르면 당업자는 다른 실시예가 이해될 것이다. 이들 다른 실시예는 본 발명의 범주 및 기술적 사상 내에 속한다.
도22a는 2개의 구형 광선의 간섭에 따른 홀로그래픽 패터닝(또는 기록)의 예를 도시하고 있다. 도22a를 참조하면, 광학 확대기(2204a, 2204b)는 광학 복사선(2202a, 2202b)을 수용한다. 확대기(2204a, 2204b)는 광선(2206a, 2206b)으로서 나타낸 확대 구형 파면을 갖도록 광선(2202a, 2202b)을 조정한다. 광선(2206a, 2206b)은 도시된 바와 같은 실질적으로 선형인 회절 격자 패턴을 갖는 간섭 영역(2208)을 발생시키도록 간섭한다. 선형 회절 격자 패턴은 레티클 블랭크(2210) 상에 기록된다. 회절 격자 패턴의 선폭 및 간격(피치 균일성으로도불림)은 광선의 파장과 광선 간섭이 발생하는 각도에 의해 엄격하게 제어된다. 레이저가 광원으로서 사용될 때, 광학 파장은 극히 정확하고 안정적이다. 따라서, 발생된 회절 격자의 피치 균일성도 매우 정확하고 안정적이며, e-빔 또는 레이저 기록 기술로 달성된 것보다 개선된다.
도22a에서, 구형 확대 광선은 예시 목적만을 위한 것이지 제한하려는 의도가 아닌 선형 회절 격자를 형성하도록 도시되어 있다. 다른 실시예가 당업자에 의해 이해될 것이다. 예컨대, 긴 경로 길이의 의사 평면파 광선(long path length quasi-plane wave beam)이 피치 균일성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 대신에, 부가적인 광학 장치가 평면파를 발생시키기 위해 광선을 시준하는 데 사용될 수 있다. 바꿔 말하면, 선형 회절 격자가 시준된 광선을 간섭시킴으로써 발생될 수 있다.
도22b는 2개의 구형 광선 간섭에 의해 발생되는 간섭 패턴(2212)과 관련된 모의 실험(simulation)을 도시하고 있다. 이 모의 실험은 패턴(2212)에 걸친 피치 균일성의 변화를 나타낸다. 간섭 패턴(2212)의 중심에 있는 박스(2214)는 일정한 피치 균일성을 갖는 영역을 강조한다. 바꿔 말하면, 선폭 및 간격은 박스(2214) 내에서 실질적으로 일정하다. 대조적으로, 박스(2216)는 가변적(그러나 제어된) 피치 균일성을 갖는 패턴(2212)의 영역을 강조한다. 구체적으로, 박스(2216)의 선폭 및 간격은 소정의 제어된 비율로 증가한다. 이는 처핑된 회절 격자로서 알려져 있다. 마찬가지로, 패턴(2212)의 다른 부분은 제어된 비율로 감소하는 선폭 및 간격을 갖는다.
도23a 내지 도23e는 처핑된 회절 격자를 갖는 간섭 패턴을 발생시키는 홀로그래픽 레티클 패터닝을 도시하고 있다. 상기된 바와 같이, 처핑된 회절 격자는 도23b 내지 도23e에 추가로 도시된 바와 같이 일련의 연속 가변형 라인 및 공간을 갖는다. 처핑된 회절 격자는 다수회의 노광을 필요로 하지 않고도 다수개의 선폭 및 간격에 걸쳐 광학 시스템의 이미지 왜곡을 결정하는 데 유용하다.
도23a를 참조하면, 홀로그래픽 레티클 장치(2300)가 처핑된 회절 격자를 갖는 간섭 패턴을 발생시키는 데 유용한 축으로부터 벗어난 원통형 및 평면파 광선 조합(off-axis cylindrical and plane wave beam combination)을 도시하고 있다. 평면형 파면을 갖는 복사선(2310a, 2310b)이 도시된 바와 같이 레티클(2306)의 저부 상으로 투사된다. 부가적으로, 미러(2302)가 광선(2310a, 2310b)에 대해 각도(α, β)로 레티클(2306) 상으로 복사선(2304a, 2304b)을 투사한다. 광선(2304a, 2304b)은 바람직하게는 원통형 파면을 갖고, 지점(2308)에서 만난다. 광선(2310a, 2310b; 2304a, 2304b)은 처핑된 회절 격자 패턴을 갖는 간섭 영역을 발생시키도록 간섭한다. 여기에서, 처핑된 회절 격자의 특성은 원통형 발산의 기하학적 형상 및 간섭 광선 파장에 의해 지배된다.
도23b 내지 도23e는 전형적인 처핑된 회절 격자를 도시하고 있다. 구체적으로, 도23b는 원통형 윤대판 회절 격자(2312)를 도시하고 있다. 여기에서, 선폭 및 간격은 회절 격자의 중심에서 최대이고, 회절 격자의 중심으로부터 회절 격자의 모서리로 감소한다. 도23c는 원통형 윤대판 회절 격자(2314)를 도시하고 있다. 여기에서, 선폭 및 간격은 회절 격자의 중심에서 최소이고, 회절 격자의 모서리에서최대가 되도록 증가한다. 도23d는 다수개의 처핑된 회절 격자(2318a 내지 2318e)를 포함하는 엇갈린 처핑된 회절 격자(2316)를 도시하고 있다. 엇갈린 회절 격자(2316)는 구성 요소 회절 격자(2318)의 다수회의 노광을 취하여 노광들 사이에 y 방향으로 레티클 블랭크를 이동시킴으로써 발생된다. 엇갈린 회절 격자(2316)는 이미지 왜곡이 시험 하의 광학 시스템의 다수개의 필드 지점에서 동시에 측정되게 한다. 도23e는 원형 윤대판 어레이를 도시하고 있다.
상기된 바와 같이, (피치 변동 등의) 홀로그래픽 방식으로 발생되는 처핑된 회절 격자의 특성은 간섭 광선의 기하학적 형상 및 파장에 의해 지배된다. 결과적으로, 홀로그래픽 방식으로 발생되는 처핑된 회절 격자는 그 크기를 횡단하여 연속적이고 매끄럽게 변한다. 대조적으로, 이산형 패터닝 방법은 일반적으로 주사형(scanned), 래스터형(rastered) 또는 화소형(pixelated) 패터닝의 함수로서 회절 격자의 선폭 및 피치를 변화시킨다. 이들 이산형 일련 방법은 패터닝 광선 위치, 스테이지 위치 및 결합 정확성의 일시적 변동을 겪는다.
도23f는 엇갈린 처핑된 회절 격자(2316)를 사용한 광학 시스템의 초점 결정을 도시하고 있다. 구체적으로, 초점 커브(2320a 내지 2320e)는 엇갈린 처핑된 회절 격자(2316)를 사용하여 [도1의 광학 시스템(18) 등의] 시험 하의 광학 시스템을 이미징함으로써 발생된다. 각각의 커브(2320)는 인접한 회절 격자(2318)의 선폭에 대응하는 (도1a의 z 방향으로의) 초점 깊이를 나타낸다. 회절 격자(2318)의 선폭 중 하나는 [선폭(2322) 등의] 기준 초점을 제공하도록 임의로 선택되고, 다른 선폭을 위한 초점 깊이는 도시된 바와 같이 기준 초점에 대해 작도된다.
도24는 홀로그래픽 시험 레티클 상에 패터닝된 실제의 교차형 회절 격자 (2400)의 원자력 현미경 사진을 도시하고 있다. 교차형 회절 격자(2400)는 45°의 각도로 관찰되고, 2개의 세트의 직교 라인(즉, 2중 기하학적 형상)을 갖는다.
도25는 3개의 상이한 배향(즉, 3중 대칭)의 라인을 가져 이들 배향에서의 이미지 왜곡이 동시에 측정되게 하는 홀로그래픽 육각형 패턴(2500)을 도시하고 있다. 이는 광학 시스템의 이미지 왜곡이 이들 3개의 배향에서 동시에 측정되게 한다. 본 발명은 n중 대칭이 아래에서 논의될 것이기 때문에 3중 대칭으로 제한되지 않는다.
도26은 다수개의 평면파 광선을 간섭/조합한 결과인 다각형 회절 격자(2600)를 도시하고 있다. 회절 격자(2600)는 0°, 45°, 90°, 135°의 상대적인 각도에서 교차하는 x-y 평면의 교차선을 포함한다. 본 발명은 이 기하학적 형상에 제한되지 않는다. 아래에 도시된 바와 같이, 다수개의 광선 간섭은 2중, 3중 또는 4중, 일반화하면 n중 기하학적 형상을 갖는 레티클 상에 복잡한 마이크론 미만의(sub-micron) 기하학적 형상을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 이들 n중 패턴은 라인 배향에 따르는 광학 시스템 매개 변수를 검사하는 데 사용될 수 있다. 이들 패턴을 홀로그래픽 방식으로 발생시키는 장점은 주기성 구조들 사이의 공간 관계가 엄격하게 제한된다는 것이다. 부가적으로, 이들 n중 패턴은 광학 시스템의 동공 평면(pupil plane)의 방위 의존형 비대칭 수차(azimuthally-dependent asymmetric aberration)로서 분리 가능한 왜곡, 코마 또는 다른 이미지 편이 수차의 결합을 분리하는 데 중요하다.
실시예에서, 회절 격자(2400)의 교차선은 강도가 함수 [sin(x+y)*sin(x-y)*sin(x)*sin(y)]2따라 변하는 사인형 진폭을 갖는다. 당업자에게 이해되겠지만, 2개의 접촉 분리 라인(binary on-off line)을 포함한 다른 강도 분포가 사용될 수 있다. 이들 다른 진폭 함수는 본 발명의 범주 및 기술적 사상 내에 속한다.
도27은 제한까지 n중 기하학적 형상을 취하는 윤대판 어레이(2700)를 도시하고 있다. 윤대판 어레이(2700)는 가변 선폭 및 간격을 갖는(즉, 처핑된) 원을 포함한다. 어레이(2700)의 원형 배향 때문에, 모든 가능한 라인 배향에 대한 이미지 왜곡이 동시에 그리고 단일 시험 레티클로 측정될 수 있다. 실시예에서, 윤대판 어레이(2700)는 구형 광선을 형성하도록 2개의 광학 복사선을 조합/간섭함으로써 발생된다.
2b. 위상 편이 간섭 패턴
도28은 주기성 회절 격자에 대한 피치 변화 및 위상 변화의 예를 집합적으로 도시하는 홀로그래픽 방식으로 패터닝된 회절 격자(2082 내지 2806)를 도시하고 있다. 구체적으로, 회절 격자(2802, 2804)는 회절 격자(2802)의 선폭 및 간격이 회절 격자(2804)의 피치보다 훨씬 작기 때문에 발생하는 피치 변화를 도시하고 있다. 회절 격자(2804, 2806)는 회절 격자(2806)의 라인이 회절 격자(2804)의 라인에 대해 x 방향으로 편이되기 때문에 발생하는 위상 변화를 도시하고 있다.
대신에, 회절 격자의 듀티 사이클(또는 라인 대 공간 비율)은 동일한 회절격자 피치를 유지하면서 연속적으로 또는 단계적으로 변할 수 있다. 도29a는 가변형 듀티 사이클을 갖는 일정한 피치 회절 격자의 홀로그래픽 패턴을 구비한 레티클을 도시하고 있다. 도29a에서, 레티클(2900)은 일정한 피치 회절 격자(2902)를 갖는다. 그러나, 프로파일 A(2904)에서, 회절 격자(2902)의 듀티 사이클은 1:1 라인 대 공간 비율이지만, 프로파일 B(2906)에서, 회절 격자(2902)의 듀티 사이클은 3:1 라인 대 공간 비율이다. 하나의 레티클(2900) 상에 일정한 피치를 갖는 이러한 홀로그래픽 패턴을 갖는 것은 전체 패턴이 단일 회절 각도로 간섭 방식으로 문의되게 한다. 하나의 레티클 상에서 일정한 피치를 각각 갖는 한 세트의 홀로그래픽 패턴을 갖는 포토리소그래픽 시스템을 시험함으로써, 수차는 라인 대 공간 듀티 사이클의 함수로서 발생되는 다양하게 유도되는 이미지 편이 및 초점 편이에 기초하여 확인되고 분리된다.
도29b 및 도29c는 레티클(2900)의 홀로그래픽 패턴이 형성되는 방식을 도시하고 있다. 도29b는 균일한 회절 격자 패턴(2908)을 도시하고 있다. 도29c는 노광 강도(2910)의 변동을 갖는 패턴을 도시하고 있다. 도29c에서, 노광 강도는 저부 부분(2912)에서 크고, 상부 부분(2914)에서 작다. 저부 부분(2912)과 상부 부분(2914) 사이의 노광 강도는 이들 2개의 부분(2912, 2914)의 수치들 사이의 완만한 전이로 연속적으로 변한다. 홀로그래픽 레티클 패턴(2900)은 노광 강도(2910)의 변동을 갖는 패턴 상에 균일한 회절 격자 패턴(2908)을 중첩시킴으로써 형성된다. 당업자라면 각종의 듀티 사이클 패턴 중 임의의 것이 균일한 회절 격자 패턴 상에 노광 강도의 변동을 갖는 패턴을 중첩시킴으로써 발생될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 특히, 노광 강도의 변동을 갖는 패턴은 노광 강도가 패턴의 길이(span)를 횡단하여 높은 수치로부터 낮은 수치로 전이하는 것에 제한되지 않는다.
도30은 도28의 회절 격자(2804, 2806)들 사이의 위상 편이 등의 제어된 위상 편이를 형성하는 위상 제어 시스템(3000)을 도시하고 있다. 이 제어 시스템(3000)은 광학 검출기(3004, 3006), 제어 입력부(3008) 및 차이 모듈(difference module)(3010)을 포함한다. 제어 시스템(3000)은 프린지 로킹 커패서티(fringe locking capacity)로서 작동될 수 있거나, 제어 신호(3008)에 기초하여 의도적인 회절 격자 위상 편이를 이용하는 데 사용될 수 있다.
광학 검출기(3004, 3006)는 홀로그래픽 간섭 패턴(3002)의 상이한 지점에서 광선 강도를 측정하도록 놓여 있어, 강도 신호(3005, 3007)를 발생시킨다. 본 발명의 실시예에서, 검출기(3004, 3006)는 검출된 광선의 강도에 비례하는 전기 신호를 발생시키는 광학 검출기 다이오드 또는 이와 동등한 장치이다.
차이 모듈(3010)은 강도 신호(3005, 3007) 및 제어 신호(3008)를 수용한다. 차이 모듈(3010)은 강도 신호(3005)에 제어 신호(3008)를 가산한 다음에 강도 신호(3007)를 감산함으로써 차이 신호(3011)를 결정한다. 프린지 로킹 중에, 제어 신호(3008)는 실질적으로 0이므로, 차이 신호(3011)는 검출기(3004, 3006)에 의해 측정되는 광선 강도 사이의 차이를 나타낸다. 차이 신호(3011)가 대략 0이면, 검출기(3004, 3006)는 대략 동일한 광선 강도를 수용하므로, 각각의 프린지 상의 동일한 대응 위치를 감시한다. 차이 신호(3011)가 대략 0이 아니면, 검출기(3004,3006)는 광선 프린지의 동일한 부분에 다리를 걸치지 않는다.
차이 신호(3011)는 미러, 수정 또는 간섭 패턴(3002)을 형성하는 데 사용된 간섭 광선 중 하나의 위상을 편이시키는 다른 광학 장치(도시되지 않음)를 제어하는 데 사용된다. 차이 신호(3011)가 대략 0이면, 어떠한 행동도 취해지지 않는다. 차이 신호(3011)가 대략 0이 아니면, 간섭 광선은 간섭(또는 프린지) 패턴(3002)의 위상을 편이시키기 위해 위상이 편이된다. 프린지 로킹을 위해, 프린지 패턴(3002)은 검출기(3004, 3006)가 광선의 동등한 강도를 검출하여 차이 신호(3011)를 대략 0이 되게 하도록 위상이 편이된다. 프린지 로킹은 진동 및 다른 임의의 방해 등으로 인해 작은 수정을 하는 데 유용하다. 프린지 로킹과 대조적으로, 의도적인 위상 편이는 아래에서 추가로 논의된 바와 같이 0이 아닌 제어 신호(3008)를 도입함으로써 신호(3005, 3007)가 동일할 때에도 프린지 패턴(3002)에 도입된다.
도31에 도시된 바와 같이, 위상 제어 시스템(3000)은 제어된 상대적인 위상 편이로 회절 격자를 갖는 홀로그래픽 시험 레티클을 기록하기 위해 레티클 기록 시스템(3100) 내로 합체될 수 있다. 레티클 기록 시스템(3100)은 위상 제어기(3000) 및 위상 편이 장치(3102)의 부가로 시스템(2000)(도20 참조)과 유사하다. 위상 제어기(3000)는 간섭 영역(2012)을 분석하고, 상기된 바와 같이 간섭 영역(2012) 및 제어 신호 입력(3008)에 기초하여 차이 신호(3011)를 발생시킨다. 차이 신호(3011)는 광선(2011)의 위상을 편이시켜 제어 신호(3008)에 기초하는 간섭 영역(2012)의 위상 편이를 발생시키는 조정 광학 장치(2010)에서 위상 편이장치(3012)를 제어한다. 따라서, 간섭 영역(2012)은 제어 신호(3008)를 변경함으로써 다양한 크기에 의해 위상이 편이될 수 있다. 위상 편이 장치(3012)는 거울, 수정 또는 광학 광선을 위상 편이하는 데 유용한 다른 광학 장치일 수도 있다. 장치(3012)의 다른 특정 실시예는 반사형, 굴절형, 회절형 어레이; 전기 변형성 장치(electro-deformable device); 음향 광학 장치(acousto-optic device); 압전 구동 미러(piezo-driven mirror) 또는 바이모프 구동 미러(bimorph-driven mirror) 등의 그러나 이에 제한되지 않는 나노 작동 광학 장치(nano-actuated optic device); 반사형, 회절형 또는 굴절형인 나노 변형성 미러; MEMS 미러 어레이; 전기 변형성 홀로그램; 및 전자 프린지 로킹 시스템을 포함한다.
부가적으로, (도28에 도시된 바와 같은) 다수개의 위상이 편이된 회절 격자는 제어 신호(3008)에 대해 상이한 전압을 사용하여 레티클 블랭크를 다수회 노광함으로써 시스템(3100)을 사용하여 발생될 수 있다. 플로우차트(3200)(도32 참조)는 다수개의 위상이 편이된 회절 격자의 발생을 더욱 상세하게 설명하고 있다.
도32를 참조하면, 단계 3202에서, 제어 신호(3008)의 전압은 기준 전압으로 설정된다. 단계 3204에서, 레티클 블랭크가 기준 전압에 대응하는 기준 회절 격자를 기록하기 위해 홀로그래픽 간섭 영역으로 노광된다. 단계 3206에서, 레티클 블랭크는 회절 격자의 원하는 위상 편이에 직각인 방향으로 이동된다. 예컨대, 도28에서, 회절 격자(2804)가 우선 인쇄되면, 레티클은 회절 격자(2806)를 인쇄하기 위해 y 방향으로 이동될 것이다. 단계 3208에서, 제어 신호(3008)의 전압은 홀로그래픽 간섭 영역의 위상 편이를 수행하도록 변경된다. 단계 3210에서, 레티클 블랭크는 단계 3204에서 발생된 기준 회절 격자에 대해 위상이 편이되는 회절 격자를 기록하기 위해 (위상이 편이된) 홀로그래픽 간섭 영역으로 재노광된다. 단계 3206 내지 3210은 상대적인 위상 편이를 갖는 다수개의 회절 격자를 발생시키기 위해 다수회 반복될 수 있다. 이 기술을 사용하여, 회절 격자들 사이의 극히 정확한 위상 편이가 구현될 수 있다. 실시예에서, 선폭의 미세 부분의 위상 편이가 달성될 수 있다. 마이크론 미만의 선폭에 대해, Å 범위에서 제어된 위상 편이를 달성하는 것이 가능하다.
2c. 레티클 판독 분석
논의된 바와 같이, 여기에서 설명된 시험 레티클은 바람직하게는 광학 시스템을 시험하는 데 사용된다. 예컨대, 도1에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(18)은 시험 레티클(16)로 이미징된다. 여기에서, 시험 레티클(16)은 홀로그래픽 방식으로 제조된 시험 레티클이다. 발생된 이미지 데이터는 광학 시스템(18)의 특성을 평가하는 정보를 도출하도록 차후에 분석될 수 있는 감광성 기판(22) 상에 기록된다. 대신에, 발생된 이미지 데이터는 복조 장치를 사용함으로써 실시간으로 관찰되도록 제공될 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 감광성 기판(22)은 시험 하의 광학 시스템의 특성을 결정하기 위해 간섭 기술을 사용하여 분석된다. 발생된 간섭도는 노광된 기판(22)으로부터 간섭 방식으로 회절되는 광선의 동위상 파면(phase front)의 변화를 나타낸다.
도33은 시험 하의 광학 장치의 3×3 필드 어레이에 대한 회절된 광선의 동위상 파면을 나타내는 예시적인 간섭도(3300)를 도시하고 있다. 간섭도(3300)는 전형적인 혼(horn)(3302) 등의 혼에 의해 윤곽이 그려진 (3×3 어레이에 대응하는) 9개의 블록을 포함한다. 각각의 블록은 시험 하의 광학 시스템의 어레이 필드의 수차 및 왜곡을 정량화하는 경사 및 피스톤을 특징으로 한다. 불균일 왜곡 매개 변수가 국부적인 피스톤 및 경사에 따라 분석될 수 있다. 구체적으로, 경사는 블록의 각도를 나타내고, 반사된 광선의 확대 및 시험 하의 광학 시스템의 텔리센트리서티를 나타낸다. 피스톤은 블록의 높이를 나타내고, 반사된 동위상 파면의 전이 차이(translation difference)와 시험 하의 광학 시스템에 의해 발생된 위상 편이를 나타낸다.
특성이 평가되면, 광학 시스템에 대한 왜곡 및 수차는 광학 선폭에 대해 작도될 수 있다. 예컨대, 그래프(3400)(도34 참조)는 코마로 유도된 왜곡 대 광학 선폭을 도시하고 있다. 다른 광학 시스템 특성이 광학 선폭에 대해 정량화되고 작도될 수 있다. 이들은 제르니케 수차(Zernike aberration), 초점, 상면 만곡, 비점 수차, 코마, 왜곡, 텔리센트리서티, 초점 평면 편차, 구면 수차 및 간섭 변동을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이와 같이, 불균일 왜곡 매개 변수는 선폭 변동의 함수로서 검출될 수 있다. 당업자라면 비선형 동위상 파면이 처핑된 회절 격자 구조를 사용함으로써 단일 홀로그래픽 레티클에 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다.
그래프(3400)는 이미지 편이가 선폭 및 수차 형태의 함수로서 발생할 수 있는 방식의 예를 도시하고 있다. 그래프(3400)와 다른 광학 시스템의 특성을 위해 준비된 유사한 그래프가 포토리스그래픽 시스템의 최적 초점 위치에서 얻어진 데이터로부터 준비된다. 그러나, 이미지 오프셋의 크기는 리소그래픽 특징 패턴을 이미징하는 데 사용되는 광학 조명의 부분 간섭(PC: partial coherence)에 의해 영향을 크게 받는다. 도35a 및 도35b는 부분 간섭이 이미지 오프셋에 영향을 주는 방식을 도시하고 있다. 그래프(3500A)(도35a 참조)는 광학 조명의 부분 간섭이 0.6인 각종의 선폭에 대한 초점의 함수로서 이미지 편이를 도시하고 있다. 그래프(3500B)(도35b 참조)는 광학 조명의 부분 간섭이 0.3인 각종의 선폭에 대한 초점의 함수로서 이미지 편이를 도시하고 있다. 당업자라면 상이한 부분 간섭 조건으로 인한 상대적인 편이 차이를 비교하는 것은 낮은 정도의 수차로부터 높은 정도의 수차를 해결하는 다른 방법이라는 것을 인정할 것이다.
선폭의 함수로서 상대적인 이미지 편이의 측정은 각각의 선폭이 기본 선폭 크기의 정수배가 되도록 다양한 선폭을 갖는 레티클을 사용함으로써 단순화될 수 있다. 표(3600)(도36 참조)는 상이한 회절 각도에 대한 선폭 및 회절 차수 (diffraction order) 사이의 관계를 도시하고 있다. 회절 각도는 문자로서 나타나 있다. 예컨대, 100 ㎚, 200 ㎚, 300 ㎚, 400 ㎚ 및 600 ㎚의 치수의 선폭을 갖는 레티클을 고려하기로 한다. 이 경우에, 200 ㎚ 선폭의 2차 회절은 100 ㎚ 선폭의 1차 회절과 동일한 각도로 있을 것이다. 마찬가지로, 600 ㎚ 선폭의 3차 회절은 200 ㎚ 선폭의 1차 회절과 동일한 각도로 있을 것이다. 이와 같이, 한 세트의 선폭을 갖는 레티클이 동일한 간섭 각도로 상대적인 이미지 편이에 대해 측정될 수있다. 소정 시험 조건 하에서, 이는 모든 데이터가 단일 샘플 각도로 수집되게 한다. 이는 시험이 수행될 수 있는 속도를 개선시킨다. 또한, 수집된 데이터의 강력함 및 감도도 개선시킨다.
3. 결론
여기에서 본 발명의 방법 및 구성 요소의 실시예를 설명하였다. 다른 곳에서도 언급된 바와 같이, 이들 실시예는 도시 및 설명만을 위해 기재된 것으로, 제한적으로 해석되지 말아야 한다. 가능한 다른 실시예도 본 발명의 범주 내에 속한다. 여기에 포함된 개시 사항에 기초한 이러한 다른 실시예는 당업자에게 명백할 것이다. 이와 같이, 본 발명의 폭 및 범주는 상기된 전형적인 실시예 중 임의의 것에 의해 제한되지 말아야 하고, 첨부된 청구의 범위 및 그 등가물에 따라서만 한정되어야 한다.

Claims (57)

  1. 홀로그래픽 레티클을 제조하는 방법에 있어서,
    (1) 2개의 간섭성 광학 복사선을 수용하는 단계와;
    (2) 상기 2개의 광선을 간섭시켜, 간섭 패턴을 갖는 광학 복사의 간섭 영역을 발생시키는 단계와;
    (3) 기록 매체에 상기 간섭 패턴을 기록하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, (4) 단일의 간섭성 광학 복사선을 수용하는 단계와; (5) 상기 단일의 광선을 2개 이상의 광학 복사선으로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 단계는 광학 시스템의 특성을 평가하는 데 유용한 간섭 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자를 포함한 간섭 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 상기 간섭 광선의 특성에 기초한 선폭 및 간격을 갖게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 실질적으로 일정한 피치를 갖는 선형 회절 격자가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 간섭 단계는 선형 회절 격자가 변하는 듀티 사이클을 갖게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 다수개의 배향을 갖는 복수개의 라인을 갖게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 제어된 피치 변동을 갖는 처핑된 회절 격자가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 교차형 회절 격자가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 다각형 회절 격자가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 윤대판 어레이가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제4항에 있어서, 상기 간섭 단계는 회절 격자가 제어된 피치 및 피치 균일성의 다수개의 대칭축을 구비한 다중 회절 격자가 되게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, (4) 원하는 간섭 패턴에 따라 단계 (2) 전에 하나 이상의 상기 광선의 파면을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 단계 (4)는 2개의 상기 광선을 확대하는 단계를 포함하여, 선형 회절 격자로 간섭 패턴을 간섭시켜 발생시키는 2개의 발산 구형 파면을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 단계 (4)는 상기 하나 이상의 광선을 공간적으로 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 단계 (4)는 (a) 원통형 파면을 갖도록 제1 광선을 조정하는 단계와; (b) 평면파 파면을 갖도록 제2 광선을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 단계 (2)는 상기 제1 및 상기 제2 광선을 간섭시켜, 제어된 피치 변동을 구비한 처핑된 회절 격자를 갖는 간섭 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 단계 (4)는 (a) 구형 파면을 갖도록 제1 광선을 조정하는 단계와; (b) 평면파 파면을 갖도록 제2 광선을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 단계 (2)는 상기 제1 및 상기 제2 광선을 간섭시켜, 윤대판 어레이를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 단계 (3)은 상기 간섭 패턴을 갖는 시험 레티클을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 단계 (3)은 (a) 상기 간섭 패턴으로 레티클 상에 피착된 포토리지스트를 노광하는 단계와; (b) 상기 레티클이 상기 간섭 패턴을 반영하도록 상기 포토리지스트를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 회절 격자를 포함하고, (a) 이미지 편이수차를 감시하기 위해 인접한 회절 격자 패치(patch)들 사이의 정밀한 위상 편이를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 단계 (a)는 (Ⅰ) 물체 광선에 대해 홀로그래픽 기준 광선을 위상 편이시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 전기 변형성 장치를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 음향 광학 장치를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 나노 작동 광학 장치를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 나노 작동 광학 장치는 압전 구동 미러 및 바이모프 구동 미러 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 반사형 어레이, 굴절형 어레이, 회절형 어레이, 나노 변형성 반사형 어레이, 나노 변형성 굴절형 어레이 및 나노 변형성회절형 어레이 중 하나를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 MEMS 미러 어레이 및 전기 변형성 홀로그램 중 하나를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제24항에 있어서, 상기 단계 (Ⅰ)은 전자 프린지 로킹 시스템을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 홀로그래픽 레티클을 제조하는 방법에 있어서,
    (1) 2개의 간섭성 광학 복사선을 수용하는 단계와;
    (2) 원하는 간섭 패턴에 따라 하나 이상의 상기 광선의 파면을 조정하는 단계와;
    (3) 상기 2개의 광선을 간섭시켜, 간섭 패턴을 갖는 광학 복사의 간섭 영역을 발생시키는 단계와;
    (4) 기록 매체에 상기 간섭 패턴을 기록하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 단계 (2)는 2개의 상기 광선을 확대하는 단계를 포함하여, 선형 회절 격자로 간섭 패턴을 간섭시켜 발생시키는 2개의 발산 구형 파면을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제32항에 있어서, 단계 (2)는 상기 하나 이상의 광선을 공간적으로 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제32항에 있어서, 단계 (2)는 (a) 원통형 파면을 갖도록 제1 광선을 조정하는 단계와; (b) 평면파 파면을 갖도록 제2 광선을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 단계 (3)은 상기 제1 및 상기 제2 광선을 간섭시켜, 제어된 피치 변동을 구비한 처핑된 회절 격자를 갖는 간섭 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제32항에 있어서, 단계 (2)는 (a) 구형 파면을 갖도록 제1 광선을 조정하는 단계와; (b) 평면파 파면을 갖도록 제2 광선을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 단계 (3)은 상기 제1 및 상기 제2 광선을 간섭시켜, 윤대판 어레이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 홀로그래픽 레티클을 사용하는 방법에있어서,
    (1) 광학 시스템 내에서 광학 광선의 경로에 홀로그래픽 레티클을 놓는 단계와;
    (2) 홀로그래픽 레티클을 통과하는 광학 광선의 경로에 의해 발생되는 이미지를 기록하는 단계와;
    (3) 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 이미지를 분석하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 단계 (1)은 레티클을 보유한 제1 평면이 이미지가 기록되는 제2 평면에 대해 경사지게 위치되도록 광학 시스템 내에서 광학 광선의 경로에 홀로그래픽 레티클을 놓는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 홀로그래픽 레티클은 그 위에 형성된 복수개의 특징 패턴 세트를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 복수개의 특징 패턴 세트는 주기성 패턴 및 회절 격자 패턴 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제40항에 있어서, 제2 평면은 광학 시스템의 초점 깊이를 포함하는 소정 영역의 공간에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제39항에 있어서, 단계 (2)는 기록 매체에 홀로그래픽 레티클을 통과하는 광학 광선의 경로에 의해 발생되는 이미지를 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제39항에 있어서, 기록 매체는 감광성 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제39항에 있어서, 단계 (3)은 특징 패턴 이미지 편이를 도출하기 위해 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제39항에 있어서, 단계 (3)은 광학 시스템의 특성을 평가하기 위해 복조 장치를 사용하여 실시간으로 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제39항에 있어서, 단계 (3)은 제르니케 수차를 도출하기 위해 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제39항에 있어서, 단계 (3)은 광학 시스템의 하나 이상의 광학 매개 변수를 나타내는 하나 이상의 경사 및 하나 이상의 피스톤을 갖는 간섭도를 발생시키기 위해 간섭 방식으로 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, (a) 상기 피스톤에 기초하여 이미지 편이를 검출하는 단계와; (b) 상기 경사에 기초하여 확대 매개 변수를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제39항에 있어서, (c) 상기 피스톤 및 경사에 기초하여 불균일 왜곡 매개 변수를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 불균일 왜곡 매개 변수는 선폭의 변동의 함수로서 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제51항에 있어서, 상기 불균일 왜곡 매개 변수는 처핑된 회절 격자 구조의 비선형 동위상 파면으로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제39항에 있어서, 단계 (3)은 낮은 차수의 수차로부터 광학 시스템의 높은 차수의 수차를 해결하기 위해 이미지를 다른 기록된 이미지와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 비교 단계는 기록된 이미지의 상이한 부분 간섭 조건으로 인한 상대적인 편이 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는방법.
  56. 제39항에 있어서, 홀로그래픽 레티클은 각각의 선폭이 기본 선폭의 정수배가 되도록 된 선폭의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 단계 (3)은 단일 간섭 각도에서의 상대적인 이미지 편이를 위해 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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