KR20020085858A - 간섭계 시스템 - Google Patents

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KR20020085858A
KR20020085858A KR1020020025605A KR20020025605A KR20020085858A KR 20020085858 A KR20020085858 A KR 20020085858A KR 1020020025605 A KR1020020025605 A KR 1020020025605A KR 20020025605 A KR20020025605 A KR 20020025605A KR 20020085858 A KR20020085858 A KR 20020085858A
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KR
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measuring
beamsplitter
interference pattern
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KR1020020025605A
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이노우에후유히꼬
스텀보데이비드
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가부시키가이샤 니콘
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

Abstract

간섭계 측정 시스템은, 측정 반사기가 부착된 가동 부재; 기준 반사기가 부착된 고정 부재; 광빔을 제공하는 광원; 및 제 1 및 제 2 빔 스플리터가 장착된 광학 지지 블럭을 포함하고 있다. 제 1 빔스플리터는 광빔을 제 1 의 수직으로 편광된 빔쌍으로 변환하도록 동작가능하고, 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 기준 경로를 따라 기준 반사기로 향하게 하고 제 1 의 빔쌍 중 다른 빔을 측정 경로를 따라 측정 반사기로 향하게 하도록 배열되어 가동 부재의 위치를 결정하기 위한 제 1 의 빔쌍들 사이의 측정 간섭 패턴을 생성한다. 제 2 빔스플리터는 제 2 의 수직으로 편광된 빔쌍을 형성하도록 동작가능하고, 제 2 의 빔쌍을 지지 블럭 측정 경로를 따라 기준 반사기로 향하게 하도록 배치되어 있다. 제 2 빔스플리터는 광학 지지 블럭의 움직임에 의한 가동 부재의 위치 오차를 결정하기 위한 제 2 의 빔쌍 사이의 보정 간섭 패턴을 형성한다.

Description

간섭계 시스템{INTERFEROMETER SYSTEM}
본 발명은 위치 측정용 간섭계 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 간섭계 측정의 정밀도를 향상시키기 위한 간섭계 시스템 및 방법에 관한 것이다.
레이저 간섭계는 반도체 디바이스를 제조하기 위해 사용되는 투영노광시스템내의 2 개의 부재간의 상대적인 변위를 정확하게 측정하는데 종종 사용된다. 이 레이저 간섭계는 고정적인 투영 광학계에 대한 반도체 웨이퍼 또는 레티클을 고도로 정확하게 위치맞춤하기 위한 웨이퍼 스테이지 또는 마스크 스테이지의 좌표를 측정하는 측정 장치로서 사용된다. 종래의 레이저 간섭계 시스템이 도 1 에 도시되어 있다. 이 간섭계 시스템은 통상적으로 투영렌즈 PL 에 부착된 고정 기준 미러 R 에 대한 가동 스테이지 S 에 부착된 측정 미러 Mx, My (도 1 에 도시되지 않음)의 위치 변화를 측정한다. 레이저 원은 광빔 B 를 발생시키고, 광빔의 일부가 기준 미러 R 로부터 반사되고, 광빔의 다른 일부가 측정 미러 Mx 로부터 반사된다(도 1 참조). 2 개의 미러 Mx, R 로부터 반사된 광이 조합되어 센서 SR 로 반사된다. 측정 미러 Mx 가 기준 미러 R 에 대해 움직이면, 2 개의 경로로부터 반사된 광이 교대로 보강 간섭과 소멸 간섭하므로 조합된 빔의 강도는 주기적으로 증가되고 감소된다. 이러한 보강 간섭 및 소멸 간섭은 동상(in phase) 및 이상(out of phase)으로 움직이는 2개의 빔에 의해 발생된다. 측정 미러 각각의 반파장 길이의 움직임은 전체적으로 한 파장길이의 광로 변화를 일으키고, 따라서 완전한 일 사이클의 강도가 변화한다. 사이클 변화의 개수는 측정 미러가 움직인 파장길이의 개수를 나타낸다. 그러므로, 가장 어두운 곳과 가장 밝은 곳 사이의 광강도의 사이클의 회수를 카운트함으로써, 측정 미러의 위치 변화가 파장 길이의 정수로서 추정될 수 있다.
집적회로 제조업자는 회로 밀도를 증가시키고 회로 외관 사이즈를 줄이려고 노력하므로, 보다 정확한 측정 데이터를 제공하는 간섭계가 요구되고 있다. 간섭계에 의해 제공되는 위치 제어 정밀도는 레이저 및 포토센서를 포함하는 다양한 광학 부품들의 설계의 기술적인 진보에 의해 향상되어 왔다. 그러나, 간섭계의 성능은, 간섭계 시스템의 광학 부품들의 움직임을 초래하는 환경적인 교란에 의한광로 길이의 변화에 의해 매우 제한되고 있다. 빔스플리터 BS 와 같은 광학 부품들이 열적인 변동에 의해 틸트되거나 회전되면, 예를 들어 기준 미러 R 과 빔스플리터 사이의 거리가 변한다(도 1 참조). 이러한 빔스플리터 BS 의 움직임이 스테이지 S 의 위치 측정 오차를 초래하고 이것이 웨이퍼 W 상의 회로 패턴 서로간의 오정렬을 초래한다.
그러므로, 간섭계 시스템의 광학 부품들의 움직임을 측정하고 보정하는 간섭계 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 측정 시스템내의 광학 부품들의 움직임을 측정하고 보정하는 간섭계 측정 시스템을 제공함으로써 종래의 결점을 극복하여 스테이지와 같은 가동 부재의 보다 정확한 위치측정을 제공한다.
도 1 은 시스템의 광학 부품들의 회전을 나타내는 종래의 간섭계 시스템의 측면도;
도 2 는 본 발명의 간섭계 시스템의 측면도;
도 3 은 광학 부품들의 움직임에 의한 광빔의 광로 길이의 변화를 나타내는 개략도;
도 4 는 광학 부품들의 움직임에 의한 광빔의 각도 및 광로 길이를 정의하는 도 3 의 개략도;
도 5 는 틸트된 위치의 광학 부품들을 갖는 도 2 의 간섭계 시스템의 측면도;
도 6 은 도 2 의 간섭계 시스템의 다른 실시예의 측면도;
도 7 은 도 2 의 간섭계 시스템의 다른 실시예의 상면도;
도 8 은 스테이지 및 광학 부품들의 위치를 측정하는데 사용되는 기준 미러 및 측정 미러상의 다중 빔을 나타내는 개략도;
도 9 는 도 2 의 간섭계 시스템의 다른 실시예의 측면도;
도 10 은 빔스플리터가 회전된 위치에 있는 도 9 의 간섭계 시스템의 측면도;
도 11 은 빔원으로부터 소정 각도로 출사되는 광빔을 갖는 도 9 의 간섭계 시스템;
도 12 는 투영형 노광장치의 웨이퍼 스테이지에 적용된 본 발명의 간섭계 시스템의 일부 사시도; 및
도 13 은 본 발명의 간섭계 시스템의 제어시스템의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 간섭계 시스템 26 : 광원
27, 28, 42 : 빔스플리터 30 : 측정 미러
32 : 기준 미러 34 : 제 1 센서
36, 44 : 직각 반사기 40 : 제 2 센서
본 발명의 간섭계 측정 시스템은 통상, 측정 반사기가 부착된 가동 부재; 기준 반사기가 부착된 고정 부재; 광빔을 제공하는 광원; 및 제1 및 제2 빔스플리터가 장착된 광학 지지 블럭을 포함한다. 제 1 빔스플리터는, 상기 광빔을 제 1 의 편광된 빔쌍으로 변환하도록 동작가능하고, 또한 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 기준 경로를 따라 기준 반사기로 향하게 하고, 제 1 의 빔쌍 중 다른 빔을 측정 경로를 따라 측정 반사기로 향하게 하도록 배열되어 가동 부재의 위치를 결정하기 위한 제 1 의 빔쌍간의 측정 간섭 패턴을 생성한다. 제 2 빔스플리터는, 제 2 의 편광된 빔쌍을 형성하도록 동작가능하고, 또한 제 2 의 빔쌍을 지지 블럭 측정 경로를 따라 기준 반사기로 향하게 하도록 배열되어 있다. 제 2 빔스플리터는, 광학 지지 블럭의 움직임에 의한 가동 부재의 위치 오차를 결정하기 위한 제 2 의 빔쌍간의 보정 간섭 패턴을 형성하도록 구성되어 있다.
일 실시예에서, 빔스플리터는 측정 반사기와 광학적으로 정렬되어 있고, 광원과 측정 반사기 사이에 개재되어 있다. 부가적인 빔스플리터 및 직각 반사기가 빔을 그들 각각의 경로를 따라 향하게 하도록 시스템에 포함될 수도 있다.
본 발명의 방법은 고정 부재에 대한 가동 부재의 위치를 간섭계 측정 시스템으로 측정하고 고정 부재에 대한 시스템내의 광학 부품들의 움직임을 보정하기 위한 것이다. 가동 부재에는 측정 반사기가 부착되어 있고, 고정 부재에는 기준 반사기가 부착되어 있다. 상기 방법은, 측정 반사기를 포함하는 측정 광로를 통해 전파되는 측정 광빔과 기준 반사기를 포함하는 기준 광로를 통해 전파되는 기준 광빔과의 사이의 측정 간섭 패턴을 감지하여 고정 부재에 대한 가동 부재의 위치를 결정하는 단계; 및 광학 부품 측정 경로를 통해 전파되는 2개의 보정 광빔 사이의 보정 간섭 패턴을 감지하여 고정 부재에 대한 광학 부품들의 움직임을 결정하는 단계를 통상적으로 포함한다. 그 다음에 가동 부재의 위치가 보정되어 광학 부품들의 움직임이 보상된다.
위의 설명은 종래기술의 결점 및 본 발명의 이점을 간략하게 서술한 것이다. 본 발명의 다른 특징, 이점 및 실시예들이 다음의 기재, 도면 및 청구범위로부터 당업자에게 자명하게 될 것이다.
발명의 상세한 설명
도 1 에 도시된 종래기술의 시스템 (10) 에 사용되는 것과 같은 간섭계는,측정 광로 MP 와 기준 광로 RP 를 따라 전파되는 광파 사이의 간섭을 사용함으로써 측정 목표물(즉, 스테이지 S)의 변위를 정확하게 측정하는데 사용된다. 간섭계는, 고도의 정밀한 구동제어가 요구되고 있는 원-샷 또는 주사형 노광장치내의 웨이퍼 스테이지 또는 마스크 스테이지와 같은 스테이지 장치의 위치 측정 시스템으로서 사용될 수도 있다. 간섭계는 노광장치에 사용되는 것으로 제한되지 않는다. 간섭계는 예를 들어 다양한 고정밀 도구에서 2개의 부재 사이의 상대적인 변위를 정확하게 측정하는데 사용될 수도 있다.
측정 미러 (반사기) Mx 가 스테이지 S 에 부착되어 스테이지 S 와 함께 가동이고 측정 광로 MP 를 제공하며, 기준 미러 (반사기) R 이 노광장치의 렌즈 PL 또는 다른 고정부에 부착되어 기준 광로 RP 를 제공한다(도 1 참조). 측정 미러 Mx 가 y 방향에 평행하게 스테이지 S 에 부착되어 있고, 측정 미러 My 가 x 방향에 평행하게 스테이지에 부착되어 있다. 측정 미러 Mx 는 x 축을 따르는 스테이지의 변위를 측정하는데 사용되는 반면 측정 미러 My 는 y 축을 따르는 스테이지의 변위를 측정하는데 사용된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 간섭계 시스템의 빔스플리터 BS 는 다른 광학 부품들과 함께 지지 블럭 BS 상에 장착되어 있다. 지지 블럭 BS 는 열적인 변동, 진동 또는 다른 환경적인 영향에 의해 틸트되거나 회전될 수 있다. 이에 의해 빔스플리터 BS 의 움직임이 초래되고 빔스플리터 BS 의 반사면의 회전에 의한 스테이지 위치의 측정 오차가 초래된다. 지지 블럭 SB 및 광학 부품들의 움직임은 스테이지 위치의 오차를 초래할 수도 있다. 이러한 스테이지 위치의 부정확성이반도체 웨이퍼 W 상의 회로의 오정렬을 초래한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 간섭계 시스템은 지지 블럭 SB 의 변위를 측정하고 스테이지 위치의 이러한 오차를 보정하므로, 웨이퍼 W 상의 회로 패턴의 위치맞춤 정밀도를 향상시킨다.
이제 도 2 를 참조하면, 본 발명의 간섭계 시스템은, 통상 20 으로 표시되고, 투영렌즈 PL 에 대한 스테이지 S 의 위치를 측정하기 위한 측정 간섭계 및 x 축에 대한 광학 지지 블럭 (60) 의 회전을 측정하기 위한 보정 간섭계를 포함한다. 측정 간섭계는, 광원 (26), 빔스플리터 (27), 빔스플리터 (28), 스테이지 S 에 부착된 측정 미러 (30), 투영렌즈 PL 에 부착된 기준 미러 (32), 제 1 센서 (34), 및 직각 반사기 (36) 를 포함한다. 보정 간섭계는, 제 2 센서 (40), 빔스플리터 (42), 직각 반사기 (44) 를 포함하며 측정 간섭계의 광원 (26), 빔스플리터 (27), 빔스플리터 (28) 및 기준 미러 (32) 를 사용하는 차동 간섭계이다.
도 2 는 간섭계 시스템 (20) 의 광원 (바람직하게는 레이저)(26), 빔스플리터 (27, 28, 42), 직각 반사기 (36, 44), 미러 (30, 32) 및 센서 (34, 40) 의 배열을 나타낸다. 빔스플리터 (28) 는 빔스플리터 (27) 에 의해 분할되는 측정 간섭계 빔 (52) 을 수신하도록 위치되어 있다. 빔스플리터 (42) 는 빔스플리터 (27) 에 의해 분할되는 보정 간섭계 빔 (50) 을 수신하도록 위치되어 있다. 직각 반사기 (36, 44) 각각은 빔스플리터 (28, 42) 상에 각각 위치되어 있다.
간섭계 시스템의 빔스플리터 (27, 28, 42) 및 다른 광학 부품들은 도 2 에 도시된 바와 같이 광학 지지 블럭 (60) 상에 장착되어 있다. 지지 블럭 (60) 은 노광장치의 대지 또는 강체 구조물에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 지지블럭 (60) 이 고정 구조물에 견고하게 부착되어 있어도, 상기 블럭은 몸체 변형, 열적인 변동 또는 다른 환경적인 영향에 의해 움직일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 보정 간섭계는 지지 블럭 (60) 의 변위를 측정하고 지지 블럭의 변위에 의한 스테이지 위치의 임의의 오차를 보정한다.
빔스플리터 (27) 은 표면 (27a) 에서 레이저 (26) 로부터 수신된 입사광을 출사빔 (52 와 50) 으로 분할하는 통상적인 빔스플리터이다. 또한, 대안으로, 빔스플리터 (27) 은 제거될 수 있고, 예를 들어, 광원 (26) 이 빔 (50) 을 제공하고 제 2 광원이 예를 들어 빔 (52) 을 제공하도록 또는 그 반대로 제공하도록 제 2 광원이 제공될 수도 있다. 유사한 대체 변형이 후술하는 실시예에 적절하게 이루어질 수 있다.
빔스플리터 (28) 은, 당업자에게 주지된 바와 같이, 큐부(cube)내에 대각으로 위치된 편광면 (28a) 을 갖는 편광 큐브로 형성되어 있다. 편광면 (28a) 은 측정 간섭빔 (52) 의 입사광을 측정광 성분 (52a) 및 기준광 성분 (52b)(제 1 의 빔쌍) 으로 분할하고, 보정 간섭계 빔 (50)(50a 와 50b)의 입사광을 반사한다.
빔스플리터 (28) 은 측정 미러 (30) 과 광학적으로 정렬되어 있고 레이저 원 (26) 과 측정 미러와의 사이에 개재되어 있다. 빔스플리터 (28) 은 측정빔 (52a)을 측정 경로를 따라 측정 미러 (30) 로 향하게 하고 기준빔 (52b) 을 기준 경로를 따라 기준 미러 (32) 로 향하게 하여 빔 (52a 와 52b) 사이의 측정 간섭 패턴을 생성한다. 측정 간섭계 빔 (52) 의 일부 (52a) 는, 빔스플리터 (28) 의 편광면 (28a) 을 반사없이 통과하도록 레이저 (26) 를 떠날 때 선형 편광되어 있다. 그 다음에, 빔 (52a) 은 측정 미러 (30) 로부터 빔스플리터 (28) 로 역반사된다. 측정 간섭계 빔 (52) 의 다른 일부 (52b) 는, 편광면 (28a) 을 통과하는 대신 편광면으로부터 반사되도록 제 1 부분 (52a) 의 편광면에 수직한 평면으로 선형 편광되어 있다. 그 다음에, 빔 (52b) 은 직각 반사기 (36) 에서 직각으로 반사되어 기준 미러 (32) 를 향하게 되고, 기준미러에서 빔스플리터 (28) 를 향하여 기준 경로를 따라 반사된다. 빔스플리터 (28) 는 측정빔과 기준빔 (52a, 52b) 을 조합하여 제 1 센서를 향해 전파하는 빔 (52c) 을 형성한다.
빔스플리터 (42) 는 제 2 의 빔쌍 (50a, 50b) 을 지지 블럭 측정 경로를 따라 기준 미러 (32) 로 향하게 하도록 배열되어 있고 지지 블럭 (60) 의 움직임에 의한 스테이지 S 의 위치 오차를 결정하기 위한 제 2 의 빔쌍 사이의 보정 간섭 패턴을 형성한다. 보정빔 (50) 의 일부 (50b) 는, 빔스플리터 (42) 의 편광면 (42a) 을 반사없이 통과하도록 레이저 원 (26) 을 떠날 때 선형으로 편광되어 있다. 빔 (52b) 은 기준 미러 (32) 를 향해 직각 반사기 (44) 에서 반사된다. 빔 (52b) 은 기준 미러 (32) 에서 빔스플리터 (42) 로 역반사된다. 보정 간섭계 빔 (50) 의 다른 일부 (50a) 는, 빔스플리터 (42) 의 편광면 (42a) 을 통과하는 대신 기준 미러 (32) 로 반사되도록 빔의 제 1 일부 (50b) 의 편광면에 수직한 평면으로 선형 편광되어 있다. 빔 (50b) 은 기준 미러 (32) 로부터 동일 경로를 따라 역반사되어 빔 (50a) 와 조합되어 제 2 센서 (40) 에 의해 수신되는 빔 (50c) 을 형성하는 제 2 빔스플리터 (42) 에 도달한다.
제 1 센서 (34) 는 제 1 의 레이저빔쌍 (52a, 52b) 을 수신하여 스테이지 S의 위치를 결정한다. 제 2 센서 (40) 는 제 2 의 쌍 (50a, 50b) 을 비교하여 지지 블럭 (60) 과 빔스플리터 (27, 28, 42) 의 회전을 측정한다. 센서 (34, 40) 는 당업자에게 주지된 바와 같이 수신부와 전기신호 분석부를 포함한다. 센서 (34, 40) 는 빔 (50a, 50b 및 52a, 52b) 의 간섭 패턴을 대표하는 전기적인 출력신호를 발생시킨다. 이 출력신호가 스테이지 제어기 (68) 로 보내지고 스테이지 제어기는 후술하는 바와 같이 스테이지 위치를 계산한다.
빔스플리터 (28, 42) 는 편광된 빔스플리터일 수 있다. 빔스플리터 (28) 가 상술한 바와 같이 또한 제 1 실시예에 도시된 바와 같이 편광된 빔스플리터이면, 당업자에게 주지된 바와 같이, λ/4 판 (55) 이 빔스플리터 (28) 과 직각 반사기 (36) 뒤에 삽입되고, 분석기 (57) 가 센서 (34) 앞에 부가된다. 빔스플리터 (28) 로서 통상의 빔스플리터가 사용되면, λ/4 판 (55) 과 분석기 (57) 는 필요없다. 빔스플리터 (42) 도 상술한 바와 같이 또한 제 1 실시예에 도시된 바와 같이 편광된 빔스플리터이면, 당업자에게 주지된 바와 같이, λ/4 판 (59) 이 직각 반사기 (44) 와 빔스플리터 (28) 사이에 삽입된다. 빔스플리터 (42) 로서 통상의 빔스플리터가 사용되면, λ/4 판 (59) 는 필요없다. 만일 편광된 빔스플리터가 사용된다면, λ/4 판 (55), 분석기 (57) 및 λ/4 판 (59) 이 후술되는 실시예에 적절하게 포함될 수 있다. 개략도를 단순히 하기 위해, λ/4 판 (55), 분석기 (57) 및 λ/4 판 (59) 는 다음의 개략도에는 도시되지 않는다.
도 3 은 x 축에 대해 틸트된 (즉, y 축 둘레로 회전된) 빔스플리터 (28) 를 갖는 간섭계 시스템 (20) 의 일부를 나타낸다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 지지 블럭 (60) 상에 장착되어 있는 빔스플리터 (42) 도 x 축에 대해 유사하게 틸트되어 있다. 빔 (50a 와 50b) 이 빔스플리터 (42) 를 떠남에 따라 그들은 빔스플리터 (42) 가 틸트되지 않은 경우의 그들의 위치에 대해 소정 각도로 기준 미러 (32) 를 향하여 전파한다(도 3 에 점선으로 도시). 도 3 을 참조하면, 빔스플리터 (28) 가 회전되는 경우, 빔스플리터 표면 (28a) 와 기준 미러 (32') 사이의 위치에서 측정 간섭계의 기준 빔 (52b) 의 광로 길이의 변화는 다음과 같이 계산된다:
여기서, Δ= 광학 부품의 틸트에 의한 스테이지 위치에 대한 보정 팩터 [빔스플리터 표면 (28a) 과 기준 미러 (32) 사이의 빔 (52b) 의 광로 길이의 변화; (Rt-R0)];
L = 기준 경로를 따르는 기준 미러 (32) 와 빔스플리터 표면 (28a) 사이의 광로 길이; 및
θ= (도 3 에서 볼 때 x 에 대한) 지지 블럭의 틸트각.
예를 들어, L = 500 mm 이고 θ= 15 초(arc second) 이면, Δ는 약 5 nm 이다. 지지 블럭 (60) 이 x 에 대하여 틸트되지 않으면, 위의 식에서 Δ= 0 이고 스테이지 위치 보정은 필요치 않다.
보정 간섭계는 x 축에 대한 지지 블럭 (60) 의 틸트각 θ를 측정하는데 사용되고, 그 다음에 스테이지 위치를 결정하기 위해 보정 팩터 Δ를 계산하는데 사용된다. 틸트각 θ는 다음과 같이 보정 간섭계의 2 개의 기준빔 (50a, 50b) 사이의 광로차 δ(Δr) 의 변화로부터 계산된다:
M (0, p), M" 의 식은 (-psinθ, pcosθ) 이다. 44a 의 식은;
M' 은 y 축과 44a' 사이의 교차이다.
δ(Δr) 는 보정 간섭계에 의해 측정된다. θ는 이러한 식에 의해 계산된다.
지지 블럭 (60) 의 틸트에 의한 스테이지 S 의 위치 측정 오차는 제어기 (68) 에 Δr 을 제공함으로써 보정된다. 제어기 (68) 는 Δr 을 사용하여 위의 식으로부터 θ를 계산한다. 일단 θ가 알려지면, 보정 팩터 Δ가 계산될 수 있고, 또한 측정 간섭계에 의해 제공되는 스테이지 위치를 보정하는데 사용된다. 보정된 스테이지 위치 Sc 는 다음과 같이 계산된다:
여기서,
Sc = 보정된 스테이지 위치;
S0= 측정된 스테이지 위치;
L = 기준 미러 (32) 와 빔스플리터 표면 (28a) 사이의 광로 길이; 및
θ= (도 3b 에서 보았을 때 x 축에 대한) 지지 블럭 (60) 의 틸트각.
제어 시스템의 개략도가 도 13 에 도시되어 있다. 센서 (34, 40) 로부터의 정보가, Δr 과 S0가 계산되는 간섭계 전자장치로 제공된다. 그 다음에 틸트각 θ가 Δr 로부터 계산되고, 보정된 스테이지 위치 Sc 가 스테이지 제어 유닛으로 제공된다.
간섭계 시스템의 일실시예가 도 2 및 도 5 에 도시되어 있고 70 으로 표시되어 있다. 시스템 (70) 은, 레이저 원 (72), 스테이지 S 에 부착된 측정 미러 (30), 투영렌즈 PL 에 부착된 기준 미러 (32), 3개의 빔스플리터 (74, 76, 78)(각각 측정 간섭계용으로 하나, 보정 간섭계용으로 2개), 2개의 직각 반사기 (80, 82), 및 2개의 센서 (84, 86) 를 포함한다. 빔스플리터 (74, 76, 78) 및 직각 반사기 (80, 82) 는 지지 블럭 (98) 상에 장착되어 있다.
시스템 (70) 을 통한 광빔의 전파는 다음과 같다. 레이저 원 (72) 으로부터 방출된 레이저빔 (90) 은 먼저 빔스플리터 (76) 에 의해 측정 간섭계 빔 (92) 와 보정 간섭계 빔 (94) 로 분할된다. 측정 간섭계 빔 (92) 은 빔스플리터 (76) 를 통과하여 빔스플리터 (74) 로 투과되고 빔스플리터 (74) 에서 측정빔 (92a) 과기준빔 (92b)(제 1 의 빔쌍) 으로 분할된다. 측정빔 (92a) 은 빔스플리터 (74) 를 투과하여 측정 미러 (30) 에 의해 빔스플리터 (74) 로 역반사되고 빔스플리터 (74) 에서 되돌아오는 기준빔 (92b) 와 조합되어 빔 (92c) 로서 센서 (84) 로 향하게 된다. 기준빔 (92b) 은 빔스플리터 (74) 로부터 직각 반사기 (80) 로 반사되고 직각 반사기 (80) 에서 기준 미러 (32) 로 반사된 다음, 빔스플리터 (74) 에 도달할 때까지 동일한 기준 경로를 따라 역반사되어 측정빔 (92a) 과 조합된다. 보정 간섭계 빔 (94) 은 빔스플리터 (76) 로부터 빔스플리터 (78) 로 수직으로 반사되고 빔스플리터 (78) 에서 2 개의 지지 블럭 측정빔 (94a, 94b)(제 2 의 빔쌍) 으로 분할된다. 빔 (94b) 은 빔스플리터 (78) 의 편광면 (78a) 을 반사없이 통과하도록 선형 편광되어 있다. 그 다음에, 빔 (94b) 는 직각 반사기 (82) 에 의해 기준 미러 (32) 로 반사되고 기준 미러 (32) 에서 동일 경로를 따라 역반사된다. 빔 (94a) 은 빔스플리터 (78) 로부터 기준 미러 (32) 로 직접 반사되고 기준 미러 (32) 에서 동일 경로를 따라 역반사되어 빔스플리터 (78) 에서 빔 (94b) 와 조합된다. 조합된 빔 (94a 와 94b) 은 빔 (94c) 로서 센서 (86) 로 전파된다. 지지 블럭 (98) 의 틸트의 계산은 제 1 실시예에 대해 상술된 바와 같이 수행된다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예의 간섭계 시스템을 나타내며, 100 으로 표시되어 있다. 간섭계 시스템 (100) 은 단일 레이저원 (72) 및 4개의 절대 간섭계 (102a, 102b, 102c, 102d) 를 포함한다. 각각의 절대 간섭계 (102a-102d) 는 그 자체의 기준 미러 (104a, 104b, 104c, 104d), 센서 (106a, 106b, 106c, 106d),및 빔스플리터 (108a, 108b, 108c, 108d) 를 각각 포함한다. 부가적인 빔스플리터들 (110) 과 직각 반사기 (112) 가 제공되어 빔들을 그들 각각의 간섭계 (102a-102d) 로 향하게 한다. 절대 간섭계 (102a-102d), 부가적인 빔스플리터 (110) 및 직각 반사기 (112) 는 지지 블럭 (116) 상에 장착되어 있다. 센서 (106a 와 106c) 는 지지 블럭의 움직임에 대한 보정없이 투영 렌즈 PL 에 대한 스테이지 위치를 측정한다. 스테이지 위치 S0는 센서 (106a 와 106c) 들의 출력 사이의 차이로서 계산된다. 센서 (106b 와 106d) 가 지지 블럭의 틸트에 대한 측정을 제공하므로, 보정된 스테이지 위치 Sc 가 계산될 수 있다. 지지 블럭 (116) 의 틸트는, 센서들 (106b 와 106d) 의 출력 사이의 차이를 기준빔들 (120 과 122) 사이의 거리 h 나누어 계산된다.
간섭계 시스템의 다른 실시예가 도 7 에 도시되어 있고, 130 으로 표시되어 있다. 간섭계 시스템 (130) 은 z 축 둘레의 광학 지지 블럭 (132) 의 회전(x 축에 대해 각 α로 틸트)을 측정한다. 간섭계 시스템 (130) 은 xy 평면과 xz 평면에서 블럭의 움직임을 보정하기 위해 상술된 바와 같이 간섭계 시스템 (20, 70, 100) 과 조합하여 사용될 수도 있다. 간섭계 시스템 (130) 은 레이저원 (134), 빔스플리터 (136), 3개의 직각 반사기 (138), 기준 미러 (32), 및 센서 (148) 를 포함한다. 블럭의 회전에 의한 오차를 보상하기 위한 스테이지 위치(상술된 측정 간섭계에 의해 측정됨)의 보정은 다음의 식으로부터 계산된다:
여기서,
Δ= 스테이지 위치에 대한 보정 팩터(상술 참조);
L = 기준 미러 (32) 와 빔스플리터 (136) 사이의 광로 길이; 및
α= x 축에 대한 지지 블럭 (132) 의 틸트.
도 8 은 스테이지 및 지지 블럭의 위치를 측정하기 위해 사용된 빔 X1-X6 의 배열의 일례를 나타낸다. 스테이지의 회전과 틸트 및 지지 블럭의 회전과 틸트를 측정하기 위한 빔의 최소 개수는 다음과 같이 주어진다:
z 축을 따른 스테이지 높이 = ((X1-X4)+(X2-X5))/2
z 축 둘레의 스테이지 회전 = (X1-X2)/d
x 축 둘레의 스테이지 회전 = ((X1+X2)/2-X3)/h
z 축 둘레의 지지 블럭 회전 = (X4-X5)/d
y 축 둘레의 지지 블럭 회전 = ((X4+X5)/2-X6)/h
여기서,
X1-X3 은 도 8 에 도시된 바와 같이 측정 미러 (30) 상에서의 각 빔의 접촉점이고;
X4-X6 는 도 8 에 도시된 바와 같이 기준 미러 (32) 상에서의 각 빔의 접촉점이고;
d = 점 X1 과 점 X2 사이의 거리; 및
h = 점 X1 과 점 X2 를 통과하여 연장하는 라인과 점 X3 사이의 거리.
본 발명의 범위에서 일탈하지 않고 상이한 개수의 빔 또는 상이한 배열이 사용될 수도 있다. 빔들 X1 - X6 은 간섭계 시스템 (20, 70, 100, 130) 또는 그들의 조합에 의해 제공될 수 있다.
간섭계 시스템의 다른 실시예가 도 9 내지 11 에 도시되어 있고, 150 으로 표시되어 있다. 상기 간섭계 시스템은, 레이저원 (152) 이 지지 블럭 (174) 아래에 위치되고 부가적인 직각 반사기 (176) 가 제공되어 빔 (180) 을 빔스플리터 (76) 로 향하게 하는 것을 제외하고는 도 5 에 도시된 실시예 (70) 와 유사하다. 도 10 은 x 축에 대해 각 θ로 틸트된 지지 블럭 (174) 을 나타낸다. 지지 블럭 (176) 의 틸트에 의한 오차는 다음과 같이 계산된다:
여기서,
Δ= 상술된 바와 같이 광학 부품들의 틸트에 의한 스테이지 위치에 대한 보정 팩터;
S0= 측정된 스테이지 위치;
L = 기준 미러 (32) 와 빔스플리터 (74) 사이의 광로 길이; 및
θ= (도 10 에 도시된 바와 같이 x 축에 대한) 지지 블럭 (174) 의 틸트각.
스테이지의 보정된 위치 Sc 는 다음과 같이 계산된다:
여기서, Sc = 보정된 스테이지 위치; 및
S0= 측정된 스테이지 위치.
제 1 및 제 2 실시예 (20, 70) 와 비교할 때, 본 실시예 (150) 에 대한 보정 팩터 식이 상이한 이유는, 제 1 및 제 2 실시예에서는, 지지 블럭 틸트가 기준빔 (92b) 에만 영향을 주기 때문이다(도 4 참조). 실시예 (150) 의 경우에, 지지 블럭 틸트는 기준 미러 (132) 빔 및 측정 미러 (30) 빔 양쪽에 영향을 준다(도 9 참조).
간섭계 시스템 (150) 은, 레이저빔 (180) 이 레이저원 (152) 으로부터 출사될 때의 레이저빔의 구부러짐 또는 불안정성에 의한, 측정된 스테이지 위치 S0의 오차를 보상하는데 사용될 수도 있다(도 11 참조). z 축(또는 레이저원 (152) 의 중심 길이방향 축)에 대한 각도 Φ(출사각)에서의 레이저빔 (180) 의 틸트는 2(L-S)Φ2의 오차를 초래하다. 지지 블럭 (152) 및 레이저빔 (180) 의 틸트 양쪽에 대해 보정된 스테이지 위치는 다음과 같이 계산된다:
도 12 는 본 발명의 간섭계 시스템 (20) 을 사용하는, 200 으로 표시된, 노광장치의 일례를 개략적으로 나타내고 있다. 노광장치 (200) 는, 광학 시스템, 웨이퍼 W 를 지지하고 위치맞춤하는 웨이퍼 스테이지 S, 레티클 R 을 지지하고 위치맞춤하는 레티클 스테이지 (도시하지 않음), 및 웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지를 위치맞춤하는 모터 (도시하지 않음) 를 통상적으로 포함한다. 광학 시스템은, 레티클 스테이지에 의해 지지되고 주사되는 레티클 R 내에 형성된 마스크 패턴 (즉, 반도체 디바이스용 회로 패턴) 을 통해 광을 투영한다. 광학 시스템은, 투영렌즈 PL, 2차 광원 이미지를 생성하기 위한 옵티컬 인테그레이터를 갖는 조명기(도시하지 않음) 및 균일한 광속으로 레티클 R 을 조명하기 위한 콘덴서 렌즈를 포함한다. 투영렌즈 PL 는 광을 웨이퍼 W 상에 초점맞춘다. 웨이퍼 W 는 투영렌즈 PL 아래에 위치되어 있고, 웨이퍼 스테이지 S 에 의해 지지되고 있는 웨이퍼 홀더 (도시되지 않음) 상에 진공 석션(suction)에 의해 유지되는 것이 바람직하다. 동작시, 조명기로부터의 광빔이 레티클 R 을 통과하여 웨이퍼 W 상의 포토레지스트를 노광하며, 여기서 웨이퍼 W 는 모터에 의해 구동되는 웨이퍼 스테이지 S 를 사용하여 지지되고 주사된다.
스테이지 S 는 노광장치 (200) 의 광축 AX 에 수직한 평면에서 x 축과 y 축을 따르는 적어도 2개의 방향으로 가동이다. 측정 미러 (30x, 30y) 가 스테이지 S 둘레의 2 곳에 설치되어 있다. 측정 미러 (30y) 는 y 방향으로의 스테이지 S 의 움직임을 측정하는 x 축을 따라 연장하는 반사면을 갖고, 측정 미러 (30x) 는 x 방향으로의 스테이지 S 의 움직임을 측정하는 y 축을 따라 연장하는 반사면을 갖는다. 기준 미러 (32)(하나만 도시됨)가 투영렌즈 PL 의 하부에 장착되어 있고 스테이지 S 의 좌표 위치에 대한 기준 측정을 제공한다.
노광장치 (200) 의 구성부품에 대한 보다 자세한 설명은 예를 들어 M. Lee 에 의한 미국 특허 제5,528,118호로부터 참조될 수 있다. 본 발명은 여기에 설명된 노광장치 (200) 또는 웨이퍼 프로세싱용 노광 시스템으로 제한되지 않는다. 노광장치 (200) 에 대한 참조는 순전히 본 발명이 사용될 수 있는 환경의 구체예를 나타내기 위한 것이다.
상술된 관점에서, 본 발명의 여러 목적들이 달성되고 다른 유리한 결과들이 획득됨을 알 수 있다.
본 발명의 범위에서 일탈하지 않고 위의 구성 및 방법에 다양한 변경이 있을 수 있으므로, 위의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 포함된 모든 내용은 제한하는 의미가 아니라 예시적인 의미로 해석되어야 한다.
상술된 바에서 알 수 있듯이, 본 발명의 간섭계 시스템 (20, 70, 100, 130, 150) 은 종래의 시스템에 대해 많은 이점을 제공한다. 본 발명의 간섭계 시스템 (20, 70, 100, 130, 150) 은, 열적인 변동 또는 진동과 같은 환경적인 영향에 의한 간섭계 시스템의 광학 부품들의 변위를 고려함으로써, 종래의 간섭계 시스템에서 가능한 것보다 훨씬 정확한 스테이지 위치 측정을 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 측정 반사기가 부착된 가동 부재;
    기준 반사기가 부착된 고정 부재;
    광빔을 제공하는 광원; 및
    제 1 및 제 2 빔스플리터가 장착된 광학 지지 블럭을 구비하며,
    상기 제 1 빔스플리터는, 상기 광빔을 제 1 의 빔쌍으로 변환하도록 동작가능하고, 또한 상기 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 기준 경로를 따라 상기 기준 반사기로 향하게 하고, 상기 제 1 의 빔쌍 중 다른 빔을 측정 경로를 따라 상기 측정 반사기로 향하게 하도록 배열되어 상기 가동 부재의 위치를 측정하기 위한 상기 제 1 의 빔쌍간의 측정 간섭 패턴을 생성하고,
    상기 제 2 빔스플리터는, 제 2 의 빔쌍을 형성하도록 동작가능하고, 또한 상기 제 2 의 빔쌍을 지지 블럭 측정 경로를 따라 상기 기준 반사기로 향하게 하도록 배열되어 있고, 상기 광학 지지 블럭의 움직임에 의한 상기 가동 부재의 측정된 위치의 오차를 결정하기 위한 상기 제 2 의 빔쌍간의 보정 간섭 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 경로에 위치된 제 1 의 1/4 파장판, 상기 측정 경로에 위치된 제 2 의 1/4 파장판, 및 상기 기준 경로 및 상기 측정 경로가 통과하는 분석기를 더구비하며,
    상기 제 1 빔스플리터는 편광된 빔 스플리터이고,
    상기 제 1 의 빔쌍은 제 1 의 편광된 빔쌍인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 빔스플리터는 중심축을 따라 상기 측정 반사기와 광학적으로 정렬되어 있고 또한 상기 광원과 상기 측정 반사기 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 상기 기준 반사기 쪽으로 다시 향하게 하도록 상기 제 1 빔스플리터와 상기 기준 반사기와의 사이의 상기 기준 경로에 위치된 직각 반사기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저를 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 간섭 패턴을 수신하는 제 1 센서 및 상기 보정 간섭 패턴을 수신하는 제 2 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 간섭 패턴과 상기 보정 간섭 패턴으로부터 상기 가동 부재의 보정된 위치를 계산하는 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 2 광빔을 제공하는 제 2 광원을 더 구비하며,
    상기 제 2 빔스플리터는 상기 제 2 광빔을 상기 제 2 의 빔쌍으로 변환할 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    2 개의 직각 반사기를 더 구비하며.
    상기 직각 반사기들 중 한 직각 반사기는 상기 제 2 의 빔쌍 중 한 빔을 상기 기준 반사기로 향하게 하도록 위치되어 있고, 상기 직각 반사기들 중 다른 직각 반사기는 상기 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 상기 기준 반사기로 향하게 하도록 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 하류에 개재되어 상기 제 1 빔스플리터 및 상기 제 2 빔스플리터 쪽으로 상기 광빔을 분할하는 제 3 빔스플리터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기준 경로내에 위치된 제 1 직각 반사기 및 상기 블럭 측정 경로들 중 한 경로내에 위치된 제 2 직각 반사기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제 3 빔스플리터와 광학적으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기준 경로 및 상기 지지 블럭 측정 경로들내에 위치된 3개의 절대 간섭계를 더 구비하며,
    상기 절대 간섭계 각각은 기준 미러 및 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 웨이퍼 스테이지이고,
    상기 고정 부재는 투영렌즈인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  15. 기준 반사기가 부착된 고정 부재에 대한, 측정 반사기가 부착된 가동 부재의 위치를 간섭계 측정 시스템으로 측정하고, 상기 고정 부재에 대한 상기 시스템내의 광학 부품들의 움직임을 보정하는 방법으로서,
    상기 고정 부재에 대한 상기 가동 부재의 위치를 측정하기 위해, 상기 측정 반사기를 포함하는 측정 광로를 통해 전파되는 측정 광빔과, 상기 기준 반사기를 포함하는 기준 광로를 통해 전파되는 기준 광빔과의 사이의 측정 간섭 패턴을 감지하는 단계;
    상기 고정 부재에 대한 상기 광학 부품들의 위치를 측정하기 위해, 상기 기준 반사기를 포함하는 광학 부품 측정 경로들을 통해 전파되는 2개의 보정 광빔 사이의 보정 간섭 패턴을 감지하는 단계; 및
    상기 광학 부품들의 측정된 위치에 기초하여 상기 가동 부재의 측정된 위치를 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가동 부재의 위치를 보정하는 단계는, 상기 보정 간섭 패턴에 기초하여 상기 광학 부품들의 회전각을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 보정 간섭 패턴을 감지하는 단계는, 상기 보정 광빔들이 광원으로부터 방출될 때 상기 보정 광빔들에 대체로 평행하게 연장하는 중심축에 대한 상기 광학 부품들의 회전을 측정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 중심축에 대체로 수직으로 연장하는 축에 대한 상기 광학 부품들의 회전을 측정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 보정 간섭 패턴을 감지하는 단계는, 광원으로부터 광빔의 출사각을 측정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 측정 반사기가 부착된 가동 스테이지;
    기준 반사기가 부착된 고정 렌즈;
    광빔을 제공하는 광원; 및
    제 1 및 제 2 빔스플리터가 장착된 광학 지지 블럭을 구비하며,
    상기 제 1 빔스플리터는, 상기 광빔을 제 1 의 빔쌍으로 변환하도록 동작가능하고, 또한 상기 제 1 의 빔쌍 중 한 빔을 기준 경로를 따라 상기 기준 반사기로 향하게 하고, 상기 제 1 의 빔쌍 중 다른 빔을 측정 경로를 따라 상기 측정 반사기로 향하게 하도록 배열되어 상기 가동 스테이지의 위치를 측정하기 위한 상기 제 1 의 빔쌍간의 측정 간섭 패턴을 생성하고,
    상기 제 2 빔스플리터는, 제 2 의 빔쌍을 형성하도록 동작가능하고, 또한 상기 제 2 의 빔쌍을 지지 블럭 측정 경로를 따라 상기 기준 반사기로 향하게 하도록 배열되어 있고, 상기 광학 지지 블럭의 움직임에 의한 상기 가동 스테이지의 측정된 위치의 오차를 결정하기 위한 상기 제 2 의 빔쌍간의 보정 간섭 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정 시스템.
  21. 반도체 디바이스를 제조하는 방법에서, 기준 반사기가 부착된 고정 렌즈에 대한, 측정 반사기가 부착된 가동 스테이지의 위치를 간섭계 측정 시스템으로 측정하고, 상기 고정 렌즈에 대한 상기 시스템내의 광학 부품들의 움직임을 보정하는 방법으로서,
    상기 고정 렌즈에 대한 상기 가동 부재의 위치를 측정하기 위해, 상기 측정 반사기를 포함하는 측정 광로를 통해 전파되는 측정 광빔과, 상기 기준 반사기를 포함하는 기준 광로를 통해 전파되는 기준 광빔과의 사이의 측정 간섭 패턴을 감지하는 단계;
    상기 고정 렌즈에 대한 상기 광학 부품들의 위치를 측정하기 위해, 상기 기준 반사기를 포함하는 광학 부품 측정 경로들을 통해 전파되는 2개의 보정 광빔 사이의 보정 간섭 패턴을 감지하는 단계; 및
    상기 광학 부품들의 측정된 위치에 기초하여 상기 가동 스테이지의 측정된위치를 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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