KR20030043587A - 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용장치 및 이 장치의 제조 방법 - Google Patents

수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용장치 및 이 장치의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030043587A
KR20030043587A KR1020020037372A KR20020037372A KR20030043587A KR 20030043587 A KR20030043587 A KR 20030043587A KR 1020020037372 A KR1020020037372 A KR 1020020037372A KR 20020037372 A KR20020037372 A KR 20020037372A KR 20030043587 A KR20030043587 A KR 20030043587A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
measurement
aberration
substrate
patterns
Prior art date
Application number
KR1020020037372A
Other languages
English (en)
Inventor
나까오슈지
Original Assignee
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 filed Critical 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Publication of KR20030043587A publication Critical patent/KR20030043587A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement
    • 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
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
    • G03F1/44—Testing or measuring features, e.g. grid patterns, focus monitors, sawtooth scales or notched scales
    • 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
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/50—Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

본 발명의 수차 계측용 포토 마스크(5)는 노광광을 투과시키는 기판(1)과, 복수의 계측 패턴 형성 영역인 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 계측용 개구 패턴(2a)과, 계측 패턴 형성 영역인 기판(1)의 이면에 형성되며 또한 복수의 계측용 개구 패턴(2a) 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하기 위한 이면 개구 패턴(3a)을 갖는 차광막(3)과, 단수 혹은 복수의 참조 패턴 형성 영역인 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 참조 패턴(2b)을 구비하며, 참조 패턴 형성 영역인 기판(1)의 이면은 복수의 참조 패턴(2b)으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 같아지도록 구성되어 있다.

Description

수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용 장치 및 이 장치의 제조 방법{Photomask for Aberration Measurement, Aberration Measurement Method, Unit for Aberration Measurement and Manufacturing Method for Device}
본 발명은 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용 장치 및 이 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 집적 회로에 있어서의 고집적화 및 미세화가 괄목하게 향상되었다. 그에 따라, 반도체 기판(이하, 단순히 웨이퍼라 칭한다)상에 형성되는 회로 패턴의 미세화도 급속하게 진행되고 있다.
그 중에서도 포토 리소그래피 기술이 패턴 형성에 있어서의 기본 기술로 널리 인식되고 있는 바이다. 또한, 오늘날까지 여러 가지의 개발, 개량이 이루어져 왔다. 그러나, 패턴의 미세화는 멈출 줄 모르고 있으며, 패턴의 해상도 향상에 대한 요구도 더욱 강해지고 있다.
이 포토 리소그래피 기술이란, 웨이퍼상에 도포된 포토 레지스트에 포토 마스크(원화)상의 패턴을 전사하고, 그 전사된 포토 레지스트를 이용하여 하층의 피에칭막을 패터닝하는 기술이다.
이 포토 레지스트의 전사시에 포토 레지스트의 현상 처리가 실시되는데, 이 현상 처리에 의해 광이 닿는 부분의 포토 레지스트가 제거되는 타입을 포지티브형, 광이 닿지 않는 부분의 포토 레지스트가 제거되는 타입을 네거티브형 포토 레지스트라고 한다.
일반적으로, 축소 노광 방법을 이용한 포토 리소그래피 기술에 있어서의 해상 한계 R(nm)은,
R = k1·λ/(NA)
로 나타내어진다. 여기서, λ는 사용되는 광의 파장(nm), NA는 렌즈의 투영 광학계의 개구수, k1은 결상 조건 및 레지스트 프로세스에 의존하는 정수이다.
상기 식에서 알 수 있는 것처럼 해상 한계 R의 향상을 도모하기 위해서는, 즉 미세 패턴을 얻기 위해서는 k1과 λ의 값을 작게 하고 NA의 값을 크게 하는 방법을 생각할 수 있다. 즉, 레지스트 프로세스에 의존하는 정수를 작게 하는 동시에 단파장화나 고NA화를 진행시키면 되는 것이다.
이들 가운데 광원의 단파장화는 기술적으로 어려워 동일 파장에서의 고NA화를 도모하는 것이 필요하다. 그러나, 고NA화를 진행시키면 광의 초점 심도 δ{δ = k2·λ/(NA)2}가 얕아져 형성 패턴의 형상, 치수 정밀도의 열등화를 초래하는 문제점이 있다.
이러한 포토 리소그래피 기술에 있어서, 포토 마스크의 패턴을 높은 정밀도로 포토 레지스트에 전사하려면 투영 렌즈의 수차 등을 고려한 패턴 설계를 수행할 필요가 있다. 이를 위해서는 투영 렌즈의 수차 등을 정확하게 계측할 필요가 있다.
종래의 투영 렌즈의 수차 계측 방법으로는 이하의 문헌1에 나타내어지는 방법이 있다.
문헌1 : H.Nomura et.al., "Higher order aberration measurement withprineted patterns under extremely reduced σ illumination", Proc. SPIE Vol.3679, (1999), pp.358-367
이 방법에서는 이하의 문헌2에 기재된 바와 같이 포토 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 것으로 수차가 계측된다. 이하, 이 계측 방법에 대하여 설명한다.
문헌2 : H.Nomura et. al., "Overlay Error due to Lens Coma and Asymmetric Illumination Dependence on Pattern Feature", Proc. SPIE Vol.3332, pp.199-210
도17의 (a), (b) 및 (c)는 상기 문헌에 기재된 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 패턴과 수차 계측용 패턴의 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도18의 (a) 내지 (f)는 상기 문헌2에 기재된 수차 계측용 패턴의 형성 방법을 공정순으로 도시한 개략 단면도이다.
먼저 도18의 (a)를 참조하면, 반도체 기판(121a)상에 포토 레지스트(121b)가 도포된 웨이퍼(121)가 준비된다.
도18의 (b)를 참조하면, 웨이퍼(121)의 포토 레지스트(121b)에 도17의 (a)에 도시된 포토 마스크(105A)의 패턴이 노광된다. 이 첫번째 노광에 의해 포토 레지스트(121b)는 선택적으로 노광된다. 또한, 포토 레지스트(121b)의 감광된 부분을 역상으로 도시하고 또한 감광되지 않은 부분을 우경사 해칭으로 도시하고 있다.
도18의 (c)를 참조하면, 포토 레지스트(121b)에 도17의 (b)에 도시된 포토 마스크(105B)의 패턴이 다시 노광된다. 이 2번째 노광에 의해 포토 레지스트(121b)는 선택적으로 감광한다. 또한, 이 노광에서 감광되지 않은 포토레지스트(121b)의 부분을 좌경사 해칭으로 도시하고 있다. 영역 R1을 확대하여 도시한 도면이 도18의 (d)이며, 영역 R2를 확대하여 도시한 도면이 도18의 (e)이다.
그 이후, 포토 레지스트(121b)가 현상되어 첫번째 및 2번째 노광에서 감광되지 않은 영역(크로스 해칭으로 도시한 영역)만을 남기고 도18의 (f)에 도시된 바와 같은 레지스트 패턴(121b)이 형성된다. 이 레지스트 패턴(121b)은 평면적으로 보면 도17의 (c)와 같은 형상을 갖는다.
또한, 도18의 (f)는 도17의 (c)의 XVIII-XVIII선의 단면에 대응하는 것이다.
이와 같이, 종래의 방법에서는 2중 노광을 통해 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴의 일부를 제외한 나머지를 소실시킴으로써, L/S 패턴의 일부만이 발출(拔出)된다. 발출된 L/S 패턴과 큰 치수로 형성된 패턴과의 상대적인 이동량을 피치 및 방향이 다른 많은 L/S 패턴에 대하여 계측하고, 이 이동량의 피치에 따른 변화로부터 기수차(奇收差)가 구해진다.
또한, 우수차(偶收差)는 피치 및 방향이 다른 많은 L/S 패턴의 해상 포커스 렌지로부터 베스트 포커스를 구하고, 이 베스트 포커스의 피치 및 방향에 따른 변화로부터 구해진다.
그러나, 이 방법에서는 투영 광학계의 렌즈 수차를 구하기 위하여 문헌1의 도4 및 도5에 도시된 것처럼 매우 많은 계측을 수행할 필요가 있어 매우 번거롭다는 문제점이 있다.
또한, 피치가 큰 패턴의 이동량·베스트 포커스의 검출을 위해서는 조리개 눈동자를 작게하여 노광을 수행할 필요가 있으므로, 노광을 위한 수고도 많아진다는 문제점이 있었다.
또한, 눈동자 중심 근방의 수차를 구하기 위해서는 조리개 눈동자를 극도로 작게 하여 노광을 수행할 필요가 있으므로, 상용의 노광기에서는 실행할 수 없다는 문제점도 있었다.
또한, 임의의 필드 1점에서의 계측을 수행하기 위한 패턴 종류가 다수가 되기 때문에 큰 마스크 영역이 필요함에 따라 필드내를 세세하게 조사할 수 없다. 구체적으로는, 문헌1의 도3에 도시된 바와 같이 8mm를 3분할하는 정도로 밖에 계측할 수 없다는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 적은 노력으로, 또한 필드내를 세분화하여 렌즈의 수차를 계측할 수 있는 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용 장치 및 이 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 수차 계측용 포토 마스크는 노광 장치의 투영 광학계의 렌즈 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 포토 마스크로, 기판과 복수의 계측 패턴과 차광막과 복수의 참조 패턴을 구비한다. 기판은 노광광을 투과시키며 또한 계측 패턴 형성 영역 및 참조 패턴 형성 영역을 갖는다. 복수의 계측 패턴은 계측 패턴 형성 영역인 기판의 표면에 형성되어 있다. 차광막은 계측 패턴 형성 영역인 기판의 이면에 형성되며 또한 복수의 계측 패턴 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하기 위한 이면 개구 패턴을 갖는다. 복수의 참조 패턴은 참조 패턴 형성 영역인 기판의 표면에 형성되어 있다. 참조 패턴 형성 영역인 기판의 이면은복수의 참조 패턴으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 같아지도록 구성되어 있다.
본 발명의 수차 계측용 포토 마스크에 따르면, 이면 개구 패턴을 통해 복수의 계측 패턴 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리할 수 있다. 따라서, 복수의 계측 패턴 각각을 감광체에 대하여 비스듬한 방향에서 결상시킬 수 있다. 비스듬한 방향에서 입사되어 결상되는 계측 패턴의 상은 투영 렌즈에 수차가 있는 경우에 감광체의 표면에서 위치 어긋남이 발생한다. 따라서, 이 계측 패턴의 결상에 의해 형성되는 전사 패턴의 위치 어긋남량을 참조 패턴의 전사 패턴과 비교하여 측정함으로써, 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있다. 이와 같이 간단하게 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있기 때문에 종래예보다 적은 노력으로 수차를 계측할 수 있다.
또한, 계측 패턴 형성 영역 각각에 대하여 수차를 계측할 수 있기 때문에 필드내의 다수의 점에서의 수차의 계측이 가능하다. 따라서, 필드내의 상세한 수차의 분포 파악을 수행할 수 있다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 이면 개구 패턴의 직경 치수의 1/2이 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA, 이면 개구 패턴의 중심 위치에 대면하는 기판 표면의 점으로부터 이면 개구 패턴을 바라본 견입각의 반경을 φ라 했을 때, sin(φ) ≤ (NA/M)/5을 충족시키고 있다.
상기에서 sin(φ)가 (NA/M)/5을 넘으면 조명광의 각도 범위 φ가 지나치게 넓어져 눈동자의 국소적인 성질을 검출하기가 곤란해진다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 계측 패턴 각각의 치수의 1/2이 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA, 계측 패턴의 중심 위치에 대면하는 기판 이면의 점으로부터 상기 계측 패턴을 바라본 견입각의 반경을 ζ라 했을 때, sin(ζ) ≤ (NA/M)/5을 충족시키고 있다.
상기에서 sin(ζ)가 (NA/M)/5을 넘으면 계측 패턴의 치수가 지나치게 커져서 그 패턴의 결상에 기여하는 눈동자의 범위가 커져 위상차 계측에 있어서의 눈동자 분해능이 저하되어 계측 수차의 정밀도가 열등화된다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA, 마스크 이면에 조사되는 조명 각도 확장 반경의 정현 투영 광학계의 수속(收束) 광선의 최대 입사각의 정현, 즉 NA와의 비율을 σ라 했을 때, 이면 개구 패턴의 중심 위치에 대면하는 상기 기판 표면의 점을 중심으로 sin(α) ≤ (NA/M) × σ를 충족시키는 견입각 2α의 범위내에 복수의 계측 패턴의 적어도 몇 개가 위치하고 있다.
상기 범위내에는 이면 개구 패턴으로부터의 조명이 미치기 때문에 계측 패턴이 이 범위내에 위치하고 있으면 그 계측 패턴을 조명할 수 있다.
상기 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 참조 패턴의 각 패턴의 중심 위치는 복수의 계측 패턴의 각 패턴의 중심 위치와 동일한 배치를 갖는다.
따라서, 어긋남 2중 노광에 의해 복수의 참조 패턴 각각과 복수의 계측 패턴 각각을 양호하게 중합시킬 수 있다.
상기 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 참조 패턴이 배치된 영역의 임의의 점에 대면하는 기판 이면의 대향점을 중심으로 기판의 표면으로부터 바라본 견입각 β가 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA라 했을 때, sin(β) ≥ (NA/M) × σ를 충족시키는 기판 이면의 영역에 형성된 차광막은 일정한 개구율로 개구되어 있다.
따라서, 복수의 참조 패턴으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 같아지도록 구성할 수 있다.
상기 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 계측 패턴 형성 영역인 기판의 이면에 형성되며 또한 복수의 계측 패턴 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하기 위한 이면 개구 패턴은 원형이다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 계측 패턴 각각의 외형은 정방형이다.
이와 같이 계측 패턴으로 박스 패턴을 이용할 수 있다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 참조 패턴 각각의 외형은 정방형이다.
이와 같이 참조 패턴으로 박스 패턴을 이용할 수 있다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 복수의 계측 패턴 각각이 정방 격자를 이루는 점상에 배치되며 정방 격자를 이루는 점의 피치(P)의 1/2을 정방 격자를 이루는 점에 대면하는 기판 이면으로부터 바라본 견입각 δ이 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA라고 했을 때, sin(δ) ≤(NA/M)/5을 충족시키고있다.
따라서, 복수의 계측용 개구 패턴(2a)을 밀집되게 배치할 수 있음에 따라 눈동자내의 위상 분포를 높은 분해능으로 계측, 즉 고정밀도의 수차 계측이 가능하다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 정방 격자를 이루는 점의 피치(P)가 축소 투영 배율을 M이라 했을 때, P/M ≥ 20μm를 충족시키고 있다.
P/M이 20μm보다 작으면 중합 검사기가 이웃하는 2개의 계측용 개구 패턴(2a)에 대응하는 전사 패턴을 별도의 패턴으로 인식할 수 없다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 정방형의 치수(Ib1)가 축소 투영 배율을 M이라 했을 때, Ib1/M ≥ 5μm를 충족시키고 있다.
계측 패턴의 치수 Ib1가 상기 조건을 충족시키지 않을 정도로 작으면 중합 검사기가 계측 패턴의 전사 패턴을 계측할 수 없다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 정방형의 치수 Ib2가 축소 투영 배율을 M이라 했을 때, Ib2/M ≥ 5μm를 충족시키고 있다.
참조 패턴의 치수 Ib2가 상기 조건을 충족시키지 않을 정도로 작으면 중합 검사기가 참조 패턴의 전사 패턴을 계측할 수 없다.
상기의 수차 계측용 포토 마스크에 있어서, 바람직하게는 계측 패턴과 참조패턴중 어느 한쪽은 box-in-box형 마크의 이너 박스 패턴에 대응하고, 다른쪽은 아우터 박스 패턴에 대응하고 있다.
따라서, 용이하게 위치 어긋남량을 계측할 수 있다.
본 발명의 수차 계측 방법은 상기의 수차 계측용 포토 마스크의 복수의 계측 패턴을 감광체에 전사하는 공정과, 전사된 패턴의 위치 어긋남량을 계측하는 공정과, 위치 어긋남량에 원리적으로 비례하는 등위상면의 기울기를 산출하고 산출된 등위상면의 기울기 정보를 이용하여 파면 수차를 구하는 공정을 구비하고 있다.
본 발명의 수차 계측 방법에 따르면, 이면 개구 패턴을 통해 복수의 계측 패턴 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리할 수 있다. 따라서, 복수의 계측 패턴 각각을 감광체에 대하여 비스듬한 방향으로부터 결상시킬 수 있다. 비스듬한 방향으로 입사되어 결상되는 계측 패턴의 상은 투영 렌즈에 수차가 있으면 감광체의 표면에서 위치가 어긋나서 형성된다. 따라서, 이 계측 패턴의 결상에 의해 형성되는 전사 패턴의 위치 어긋남량을 참조 패턴의 전사 패턴과 비교하여 측정함으로써, 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있다. 이와 같이 간단하게 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있기 때문에 종래예보다 적은 노력으로 수차를 계측할 수 있다.
또한, 복수의 계측 패턴 형성 영역 각각에 대하여 수차를 계측할 수 있기 때문에 필드내의 다수의 점에서의 투영 광학계의 렌즈 수차 계측이 가능하다. 따라서, 필드내의 투영 광학계의 렌즈 수차의 분포를 상세하게 구할 수 있다.
상기의 수차 계측 방법에 있어서, 바람직하게는 전사된 패턴의 위치 어긋남량을 계측하는 공정은 수차 계측용 포토 마스크를 이용하여 첫번째 노광을 실행한 후, 수차 계측용 포토 마스크에 대하여 감광체를 어긋나게 하여 2번째 노광을 실행하고 첫번째 및 2번째중 어느 한쪽의 노광에 의해 감광체에 전사된 계측 패턴의 전사 패턴과 첫번째 및 2번째중 다른 한쪽의 노광에 의해 감광체에 전사된 참조 패턴의 전사 패턴과의 상호 위치 어긋남량을 측정하는 공정을 갖는다.
이와 같이 2중 노광을 수행함으로써, 계측 패턴의 전사 패턴과 참조 패턴의 전사 패턴과의 상호 위치 어긋남량을 용이하게 계측할 수 있다.
상기의 수차 계측 방법에 있어서, 바람직하게는 전사된 패턴의 위치 어긋남량을 계측하는 공정은 좌표 계측 장치를 이용하여 좌표 계측 장치가 갖는 기준에 대한 전사된 패턴의 위치 어긋남량을 계측하는 공정을 갖는다.
따라서, 위치 어긋남 계측용 패턴의 형상 제약이 적어져 형상 설계의 자유도가 향상된다.
상기의 수차 계측 방법에 있어서, 바람직하게는 좌표 계측 장치는 투영 노광 장치이다.
따라서, 위치 어긋남 계측용 패턴의 형상 제약이 적어져 형상 설계의 자유도가 향상되는 동시에 좌표 계측 장치를 별도로 준비할 필요가 없어진다.
상기의 수차 계측 방법에 있어서, 바람직하게는 계측 패턴의 전사 패턴과 참조 패턴의 전사 패턴중의 어느 한쪽은 box-in-box형 마크의 이너 박스 패턴이고, 다른 쪽은 아우터 박스 패턴으로, 이너 박스 패턴과 아우터 박스 패턴과의 위치 어긋남량이 중합 검사기로 계측된다.
따라서, 중합 위치 어긋남량의 계측이 용이해진다.
상기의 수차 계측 방법에 있어서, 바람직하게는 복수의 계측 패턴을 포커스를 바꾸어 감광체에 전사했을 때의 각 포커스에서의 눈동자내 위상 분포를 계측하고, 베스트 포커스에서의 눈동자내 위상 분포를 기준으로 한 디포커스에서의 눈동자내 위상 분포를 산출하며, 디포커스에 의한 눈동자내 위상 분포의 변화를 나타내는 회전 방물면(放物面)의 중심을 가지고 눈동자 중심을 특정하는 공정을 아울러 구비하고 있다.
따라서, 이면 개구 패턴과 계측 패턴과의 위치 어긋남을 교정할 수 있음에 따라 고정밀도의 투영 광학계의 렌즈 수차 계측이 가능해진다.
본 발명의 수차 계측용 장치는 노광 장치의 투영 광학계의 렌즈 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 포토 마스크를 구비하는 수차 계측용 장치로, 패턴이 형성된 수차 계측용 포토 마스크와, 수차 계측용 포토 마스크를 노광광으로 조사하기 위한 조명 광학계와, 수차 계측용 포토 마스크의 패턴의 상을 감광체상에 투영하는 투영 광학계를 구비하고 있다. 수차 계측용 포토 마스크는 기판과 복수의 계측 패턴과 차광막 및 복수의 참조 패턴을 구비하고 있다. 기판은 노광광을 투과시키며 또한 계측 패턴 형성 영역 및 참조 패턴 형성 영역을 가지고 있다. 복수의 계측 패턴은 계측 패턴 형성 영역인 기판의 표면에 형성되어 있다. 차광막은 계측 패턴 형성 영역인 기판의 이면에 형성되며 또한 복수의 계측 패턴으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하기 위한 이면 개구 패턴을 가지고 있다. 복수의 참조 패턴은 참조 패턴 형성 영역인 기판의 표면에 형성되어 있다. 참조 패턴 형성 영역인 기판의 이면은 복수의 참조 패턴으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 같아지도록 구성되어 있다.
본 발명의 수차 계측용 장치에 따르면, 이면 개구 패턴을 통해 복수의 계측 패턴 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리할 수 있다. 따라서, 복수의 계측 패턴 각각을 감광체에 대하여 비스듬한 방향으로부터 결상시킬 수 있다. 비스듬한 방향으로 입사되어 결상되는 계측 패턴의 상은 투영 렌즈에 수차가 있으면 감광체의 표면에서 어긋난 위치에 형성된다. 따라서, 이 계측 패턴의 결상에 의해 형성되는 전사 패턴의 위치 어긋남량을 참조 패턴의 전사 패턴과 비교하여 측정함으로써, 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있다. 이와 같이 간단하게 투영 렌즈의 수차를 계측할 수 있기 때문에 종래예보다 적은 노력으로 수차를 계측할 수 있다.
또한, 복수의 계측 패턴 영역 각각에 대하여 수차를 계측할 수 있기 때문에 필드내의 다수의 점에서의 수차 계측이 가능하다. 따라서, 필드내의 수차 분포를 상세하게 구할 수 있다.
본 발명의 장치의 제조 방법은 상기의 수차 계측 방법을 이용하고 있다.
따라서, 적은 노력으로 또한 필드내의 렌즈 수차의 분포를 상세하게 계측할 수 있기 때문에 고정밀도로 형성 가능한 패턴을 미리 인지할 수 있으므로, 그와 같은 패턴만으로 장치의 패턴을 구성할 수 있다.
상기 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 수차 계측 방법을 이용하여 형성되는 장치는 반도체 장치이다.
상기 장치의 제조 방법은 박막 자기 헤드나 액정 표시 소자와 같은 장치(전자 디바이스)의 제조에도 적합하지만, 반도체 장치의 제조에도 적합하다.
도1은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법의 원리를 설명하기 위한 도면.
도2는 본 발명의 실시 형태2에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
도3은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 계측 패턴 형성 영역의 표면을 개략적으로 도시한 평면도.
도4는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 계측 패턴 형성 영역의 이면을 개략적으로 도시한 평면도.
도5는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 계측 패턴 형성 영역을 확대하여 도시한 개략 단면도.
도6은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 계측 패턴 형성 영역을 확대하여 도시한 개략 단면도.
도7은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 참조 패턴 형성 영역의 표면을 개략적으로 도시한 평면도.
도8은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 참조 패턴 형성 영역을 확대하여 도시한 개략 단면도.
도9는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 수차 계측용 장치의 구성을 도시한 개략도.
도10은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법의 어긋남 2중 노광의 모습을 설명하기 위한 개략도.
도11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법의 어긋남 2중 노광의 모습을 상세하게 설명하기 위한 개략 단면도.
도12의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법의 위치 어긋남량 측정 모습을 상세하게 설명하기 위한 개략 단면도 및 평면도.
도13의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법을 통해 노광과 현상을 2번 반복하는 모습을 상세하게 설명하기 위한 개략 단면도.
도14는 패턴의 이동량과 눈동자의 각 부의 위치와의 관계를 도시한 도면.
도15는 위상과 눈동자의 각 부의 위치와의 관계를 도시하는 도면.
도16은 본 발명의 실시 형태1에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 다른 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
도17의 (a), (b) 및 (c)는 종래의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 패턴과, 그에 따라 포토 레지스트에 형성된 측정용 패턴을 도시한 평면도.
도18의 (a) 내지 (f)는 종래의 수차 계측 방법에 있어서 2중 노광을 통해 포토 레지스트에 측정용 패턴을 형성하는 모습을 도시한 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
2, 3 : 차광막
2a : 개구 패턴
2b : 참조 패턴
4 : 반차광막
5 : 포토 마스크
11 : 광원
12 : 반사경
13 : 아이 렌즈
13a : 플라이 아이 구성 렌즈
14 : 조리개
15 : 브라인드 조리개
16a, 16b, 16c : 집광 렌즈
17 : 반사경
18 : 집광 렌즈
19a, 19b : 투영 렌즈
21 : 웨이퍼
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
(실시 형태1)
먼저, 본 실시 형태의 수차 계측 방법의 원리에 대하여 설명한다.
도1을 참조하면, 본 실시 형태의 포커스 모니터 방법에 이용되는 포토 마스크(5)는 노광광을 투과시키는 기판(1)과, 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 계측용 개구 패턴(2a)을 갖는 차광막(2)과, 기판(1)의 이면에 형성된 이면 개구 패턴(3a)을 갖는 차광막(3)을 갖는다.
이면 개구 패턴(3a)은 복수의 계측용 개구 패턴(2a)에 공통되게 하나 설치되며, 복수의 계측용 개구 패턴(2a)으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하도록 구성·배치되어 있다.
수차 계측에 있어서는, 먼저 포토 마스크(5)의 이면으로부터 노광광이 조사된다. 노광광은 이면 개구 패턴(3a)을 통과하여 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각각에 서로 다른 입사 각도로 조사된다. 그 후, 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각각에서 회절된 회절광은 투영 렌즈(19a), 눈동자면 조리개(25), 투영 렌즈(19b)를 순차적으로 통과하여 반도체 기판(21a)상의 감광체(포토 레지스트)(21b)에 상을 맺는다.
이 때, 투영 렌즈(19a, 19b)에 수차가 있으면 포토 레지스트(21b)에 대하여비스듬한 방향으로 입사되어 결상되는 계측용 개구 패턴(2a)의 상이 포토 레지스트(21b)의 표면에 수차가 없는 경우의 위치로부터 어긋나서 형성된다. 도면에서는 수차에 의해 위치 어긋남이 발생된 결상의 모습을 실선으로 도시하고, 수차가 없을 때의 결상의 모습을 점선으로 도시하였다. 이 계측용 개구 패턴(2a)의 전사 패턴의 위치 어긋남량을 측정함으로써, 투영 렌즈(19a, 19b)의 수차를 계측할 수 있다.
포토 마스크(5)의 표면에는 계측용 개구 패턴(2a)으로 예를 들면 30μm 정도의 박스 패턴을, 예를 들면 100μm 정도의 피치로 2000μm 정도의 범위에 격자형으로 배치한 것을 1조(이것을 계측 패턴 영역이라 부른다)로 하여 임의의 필드 포인트에서 본 렌즈 수차(눈동자내 위상 오차 분포)를 계측한다. 또한, 이 계측 패턴 영역을 노광 필드내에 다수 배치함으로써, 노광 필드 각 점에서의 렌즈의 수차를 계측할 수 있다.
따라서, 이 포토 마스크(5)에서는 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각각에 대한 위상 오차를 계측할 수 있기 때문에 눈동자면의 각 위치에 있어서의 위상 오차의 분포, 즉 수차를 알 수도 있다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 투영 렌즈(19a, 19b)의 수차를 계측하기 위한 공정을 종래예보다 적게 할 수 있으므로, 적은 노력으로 수차를 계측할 수 있다.
또한, 필드내의 다수의 점에서의 수차의 계측이 가능하기 때문에 필드내에서의 수차 분포를 상세하게 파악할 수 있다.
다음에는 본 실시 형태에 있어서의 수차 계측 방법에 이용되는 포토 마스크의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
도2를 참조하면, 포토 마스크(5)는 계측 패턴 형성 영역과 참조 패턴 형성 영역을 갖는다. 상술된 바와 같이 계측 패턴 형성 영역인 기판(1)의 표면에는 복수의 계측용 개구 패턴(2a)이, 이면에는 이면 개구 패턴(3a)이 각각 형성되어 있다.
복수의 계측용 개구 패턴(2a)은, 예를 들면 도3에 도시된 바와 같이 정방 격자형으로 배치되어 있다. 즉, 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각각의 중심 위치가 정방 격자를 이루는 점(정방 격자점)상에 배치되어 있다. 또한, 이면 개구 패턴(3a)은, 예를 들면 도4에 도시된 바와 같이 복수의 계측용 개구 패턴(2a)에 공통되게 하나 설치되어 있는데, 예를 들면 원형이다.
도5를 참조하면, 이면 개구 패턴(3a)의 지름 치수(직경)(d1)의 1/2(반경)은 축소 투영 배율을 M, 개구수를 NA, 이면 개구 패턴(3a)의 중심 위치(C1)에 대면하는 기판(1) 표면의 점(O1)으로부터 이면 개구 패턴(3a)을 바라본 견입각의 반경을 φ라 했을 때, sin(φ) ≤ (NA/M)/5을 충족시키는 것이 바람직하다. 눈동자의 국소적인 성질을 검출하기 위해서는 조명광의 각도 범위 φ를 좁게 할 필요가 있다. sin(φ)가 (NA/M)/5을 넘으면 조명광의 각도 범위 φ가 지나치게 넓어져 눈동자의 국소적인 성질을 검출하기가 곤란해진다. 상기의 투영 배율 M은 4인 것이 바람직하다.
또한, 복수의 계측용 개구 패턴(2a) 각각의 치수 Ib1의 1/2은 계측용 개구 패턴(2a)의 중심 위치(C2)에 대면하는 기판(1) 이면의 점(O2)로부터 계측용 개구 패턴(2a)을 바라본 견입각의 반경을 ζ로 했을 때, sin(ζ) ≤ (NA/M)/5을 충족시키는 것이 바람직하다. sin(ζ)가 (NA/M)/5을 넘으면 계측 패턴의 치수가 지나치게 커져서 그 패턴의 결상에 기여하는 눈동자의 범위가 커져 위상차 계측에 있어서의 눈동자내 분해능이 저하되어 계측 수차의 정밀도가 열화된다. 상기의 투영 배율 M은 4인 것이 바람직하고, 개구수 NA는 0.7인 것이 바람직하다.
또한, 복수의 계측용 개구 패턴(2a) 각각이 정방 격자를 이루는 점상에 배치되며 도3에 도시된 바와 같이 정방 격자를 이루는 점의 피치(P)의 1/2을 도5에 도시된 바와 같이 정방 격자점(C2)에 대면하는 기판(1) 이면의 점(O2)으로부터 바라본 견입각 δ가 sin(δ) ≤ (NA/M)/5을 충족시키고 있는 것이 바람직하다. 따라서, 복수의 계측용 개구 패턴(2a)을 밀집되게 배치할 수 있다.
또한, 정방 격자점의 피치(P)가 P/M ≥ 20μm를 충족시키고 있는 것이 바람직하다. P/M이 20μm보다 작으면 중합 검사기가 이웃하는 2개의 계측용 개구 패턴(2a)에 대응하는 전사 패턴을 2개로 나누어 인식할 수가 없다.
도6을 참조하면, 조명의 각도 확장을 σ라 했을 때, 이면 개구 패턴(3a)의 중심 위치(C1)에 대면하는 기판(1) 표면의 점(O1)을 중심으로 sin(α) ≤ (NA/M) × σ를 충족시키는 견입각 2α의 범위내에 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 몇개가 위치하고 있는 것이 바람직하다. 상기 범위내에는 이면 개구 패턴(3a)으로부터의 조명이 미치기 때문에 계측용 개구 패턴(2a)이 이 범위내에 위치하고 있으면 그 계측용 개구 패턴(2a)을 조명할 수 있다.
도2를 참조하면, 참조 패턴 형성 영역인 기판(1)의 표면에 차광막(2)에 의해 형성된 복수의 참조 패턴(2b)이 형성되어 있다. 또한, 기판(1)의 이면은 복수의 참조 패턴(2b) 각각으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 같아지도록 구성되어 있으며, 구체적으로는 복수의 참조 패턴(2b) 각각으로의 노광광의 입사를 차단시키는 차광막은 형성되어 있지 않다.
복수의 참조 패턴(2b)은, 예를 들면 도7에 도시된 바와 같이 정방 격자형으로 배치되어 있다. 즉, 복수의 참조 패턴(2b) 각각의 중심 위차가 정방 격자점상에 배치되어 있다. 또한, 정방 격자점상에 배치된 복수의 참조 패턴(2b)의 각 패턴의 중심 위치는 정방 격자점상에 배치된 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각 패턴의 중심 위치와 동일한 배치를 갖는다. 따라서, 복수의 참조 패턴(2b)과 복수의 계측용 개구 패턴(2a)을 겹치면 복수의 참조 패턴(2b)의 각 패턴의 중심 위치는 복수의 계측용 개구 패턴(2a)의 각 패턴의 중심 위치에 합치된다.
도8을 참조하면, 복수의 참조 패턴(2b)이 배치된 참조 패턴 배치 영역의 임의의 점(P1)에 대면하는 기판(1) 이면의 점(P2)을 중심으로 기판(1)의 표면으로부터 바라본 견입각 β가 sin(β) ≥ (NA/M) × σ를 충족시키는 범위내에는 차광막이 존재하지 않는다. 따라서, 차광막이 참조 패턴(2b)으로의 노광광의 입사를 차단하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 sin(β) ≥ (NA/M) × σ를 충족시키는 범위내가 일정한 개구율로 개구되어 있으면 참조 패턴(2b)으로 노광광을 조사할 수 있기 때문에 이 범위내의 기판(1) 이면에는 반차광막 등이 형성되어 있어도 된다.
또한, 복수의 계측용 개구 패턴(2a) 각각의 외형은 정방형이며, 복수의 참조 패턴(2b) 각각의 외형은 정방형인 것이 바람직하다. 또한, 계측용 개구 패턴(2a)의 정방 형상의 치수 Ib1(도3, 5)가 Ib1/M ≥ 5μm를 충족시키고, 참조 패턴(2b)의 정방 형상의 치수 Ib2(도7, 8)가 Ib2/M ≥ 5μm를 충족시키는 것이 바람직하다. 계측용 개구 패턴(2a) 및 참조 패턴(2b) 각각의 치수 Ib1, Ib2가 상기 조건을 충족시키지 않을 정도로 작으면 중합 검사기가 계측용 개구 패턴(2a) 및 참조 패턴(2b)의 각 전사 패턴을 계측할 수 없다.
계측용 개구 패턴(2a)과 참조 패턴(2b)중 어느 한쪽은 box-in-box형 마크의 이너 박스 패턴에 대응하고, 다른 쪽은 아우터 박스 패턴에 대응하는 것이 바람직하다.
또한 상기에서 "대면한다"란, 기판(1) 표면의 점과 이면의 점이 광축 방향으로 대향하고 있는 것을 의미한다.
다음에는 본 실시 형태의 수차 계측 방법에 이용되는 수차 계측용 장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
도9를 참조하면, 이 수차 계측용 장치는 축소 투영 노광 장치(스테퍼)와 동일한 구성을 가지며 또한 포토 마스크(5)상의 패턴을 축소하여 웨이퍼(21) 표면의 포토 레지스트(21b)에 투사한다. 이 포커스 모니터용 장치는 광원(11)으로부터 포토 마스크(5)의 패턴까지의 조명 광학계와, 포토 마스크(5)의 패턴으로부터 웨이퍼(21)까지의 투사 광학계를 갖는다.
조명 광학계는 광원인 수은 램프(11)와, 반사경(12)과, 집광 렌즈(18)와, 플라이 아이 렌즈(13)와, 조리개(14)와, 집광 렌즈(16a, 16b, 16c)와. 브라인드 조리개(15) 및 반사경(17)을 갖는다. 또한 투사 광학계는 투영 렌즈(19a, 19b)와 눈동자면 조리개(25)를 갖는다.
그 노광 동작에 있어서, 먼저 수은 램프(11)로부터 발하여진 광(11a)이 반사경(12)에 의해, 예를 들면 g선(파장:436nm)만이 반사되어 단파장의 광이 된다. 다음에 이 광(11a)은 집광 렌즈(18)을 통과하여 플라이 아이 렌즈(13)의 각 플라이 아이 구성 렌즈(13a) 각각에 입사되고, 그 후에 조리개(14)를 통과한다.
여기서, 광(11b)은 1개의 플라이 아이 구성 렌즈(13a)에 의해 만들어진 광로를 나타내고, 광(11c)은 플라이 아이 렌즈(13)에 의해 만들어진 광로를 나타낸다.
조리개(14)를 통과한 광(11a)은 집광 렌즈(16a), 브라인드 조리개(15) 및 집광 렌즈(16b)를 통과하여 반사경(17)에 의해 소정 각도로 반사된다.
반사경(17)에 의해 반사된 광(11a)은 집광 렌즈(16c)를 통과한 후, 소정의 패턴이 형성된 포토 마스크(5)의 전면에 균일하게 조사된다. 그 후, 광(11a)은 투영 렌즈(19a, 19b)에 의해 소정의 배율로 축소되어 반도체 기판(21a)상의 포토 레지스트(21b)를 노광시키다.
다음에는 본 실시 형태에 있어서의 구체적인 수차 계측 방법에 대하여 설명한다.
도10을 참조하면, 본 실시 형태의 수차 계측 방법에서는 도9에 도시된 수차 계측용 장치에 의해 도2 내지 도8에 도시된 포토 마스크(5)의 패턴이 포토 레지스트(21b)에 노광된다. 이 노광에서는 계측용 개구 패턴(2a)이 포토 레지스트(21b)의 표면에 대하여 비스듬한 방향으로부터의 회절광에 의해 결상되고, 참조 패턴(2b)이 포토 레지스트(21b)의 표면에 대하여 수직 방향으로부터의 회절광에 의해 결상된다.
이 첫번째 노광 후, 웨이퍼(21)를 x-y 스테이지를 통해 x-y면내에서 화살표 s방향으로 이동시켜(어긋나게 하여) 2번째 노광이 수행된다. 이 2번째 노광은 첫번째 노광과 동일하게 수행되며 또한 첫번째 노광에 의한 복수의 계측용 개구 패턴(2a) 각각의 노광 영역에 2번째 노광에 의한 복수의 참조 패턴(2b)의 노광 영역이 겹치도록 수행된다. 이와 같은 2중 어긋남 노광에 의해 box-in-box형의 마크 패턴이 포토 레지스트(21b)에 노광된다.
보다 구체적으로는, 첫번째 노광에서 도11의 (a)에 도시된 바와 같이 이너 박스 패턴인 계측용 개구 패턴(2a)이 포토 레지스트(21b)에 노광된다. 그 후, 상술된 바와 같이 웨이퍼(21)가 이동된다. 그 후, 2번째 노광에서 도11의 (b)에 도시된 바와 같이 계측용 개구 패턴(2a)이 노광된 영역에 아우터 박스 패턴인 참조 패턴(2b)이 노광된다.
그 이후, 포토 레지스트(21b)가 현상된다. 따라서, 도12의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 이너 박스 패턴(22)이 아우터 박스 패턴(23)내에 위치하는 box-in-box의 패턴이 포토 레지스트(21b)에 형성된다.
여기서, 상기의 box-in-box의 이너 박스 패턴(22)을 형성하는 광학상을 형성시키는 광선은 도10에 도시된 바와 같이 비스듬한 방향으로부터 포토레지스트(21b)에 입사되고, 아우터 박스 패턴(23)을 형성하는 광학상을 형성시키는 광선은 광축에 대하여 대칭되게 등방(等方)적으로 포토 레지스트(21b)에 입사된다. 따라서, 이너 박스 패턴(22)은 수차에 의해 위치 어긋남을 일으키지만 아우터 박스 패턴(23)은 수차에 의해 위치 어긋남을 일으키지 않는다. 그로인해, 투영 렌즈(19a, 19b)에 수차가 있는 경우에는 아우터 박스 패턴(23)의 위치에 대하여 이너 박스 패턴(22)의 위치 어긋남이 발생하게 된다.
또한, 도12의 (b)에서는 수차가 없는 경우의 이너 박스 패턴(22)의 위치를 점선으로 나타내고, 수차가 있는 경우의 이너 박스 패턴(22)의 위치를 실선으로 나타내고 있다.
다음에는 이와 같이 형성된 이너 박스 패턴(22)과 아우터 박스 패턴(23)의 간격 x1, x2가, 예를 들면 중합 검사기(KLA)에 의해 측정된다. 이들 값으로부터 수차가 없는 경우의 이너 박스 패턴(22)과 아우터 박스 패턴(23)과의 간격 x3{=(x1+x2)/2}이 구해진다. 이 간격 x3과 간격 x1 또는 x2와의 차이를 구하면 이너 박스 패턴(22) 및 아우터 박스 패턴(23)의 가로 이동량(위치 어긋남량)을 알 수 있다.
이 위치 어긋남량은 등위상면의 기울기에 비례하기 때문에 이 위치 어긋남량으로부터 등위상면의 기울기를 산출할 수 있다. 그리고, 이 등위상면의 기울기를 이용하여 수치 적분 계산 처리(선적분)를 통해 눈동자내의 이상 광학계에 비교하였을 때의 위상 분포, 즉 파면 수차를 구할 수 있다. 또한, 노광 필드내에 배치된 복수의 계측 패턴 영역에 대하여 같은 식으로 파면 수차를 계측함으로써, 노광 필드내의 렌즈 수차의 분포를 알 수 있다.
또한, 도11의 (a) 및 (b)에서는 포토 레지스트(21b)를 2중 노광한 이후에 현상하는 경우에 대하여 설명하였으나, 노광한 이후에 현상하는 공정을 2번 반복하는 것에 의해 포토 레지스트(21b)가 패터닝되어도 된다. 즉, 첫번째 노광 →첫번째 현상 →웨이퍼(21)의 이동 →2번째 노광 →2번째 현상의 공정으로 포토 레지스트(21b)가 패터닝되어도 된다.
도13의 (a)를 참조하면, 먼저 첫번째 노광에 의해 포토 레지스트(21b)에 이너 박스 패턴인 계측용 개구 패턴(2a)이 노광된다. 그 후에 첫번째 현상이 수행된다. 따라서, 도13의 (b)에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(21b)에 이너 박스 패턴(22)이 형성된다. 이 이너 박스 패턴(22)이 형성된 상태에서 웨이퍼(21)가 x-y면내에서 가로 방향으로 이동된다. 그리고, 도13의 (c)에 도시된 바와 같이 2번째노광에 의해 이너 박스 패턴(22)이 형성된 영역에 겹쳐서 아우터 박스 패턴인 참조 패턴(2b)의 노광이 수행된다. 그 후, 포토 레지스트(21b)에 2번째 현상을 수행함으로써, 도12의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 아우터 박스 패턴(23)이 형성된다.
다음에는 상기의 첫번째 노광과 2번째 노광의 사이에서 웨이퍼(21)를 이동시킬 때의 웨이퍼(21)의 위치 맞춤 오차를 보정하는 방법에 대하여 설명한다.
어긋남 2중 노광에 있어서, 웨이퍼(21)로부터 본 첫번째 노광시의 계측용 개구 패턴(2a)의 패턴 중심과 2번째 노광시의 참조 패턴(2b)의 패턴 중심이 일치하도록 웨이퍼(21)를 이동시킬 필요가 있다. 상기의 이너 박스 패턴(22)과 아우터 박스 패턴(23)의 상호 위치 어긋남을 통해 수차를 검출하는 본 방법에서는 이 웨이퍼이동량의 오차에 의한 어긋남도 수차로 인식되기 때문에 실제 수차의 계측에 오차가 생기게 된다.
따라서, 위치 맞춤 오차를 보정하기 위한 보조 패턴(도시 않음)을 포토 마스크(5)상에 형성하고, 이 보조 패턴을 이용하여 위치 맞춤 오차를 측정한다. 예를 들면, 첫번째 노광에 의해 포토 레지스트에 형성된 보조 패턴의 전사 패턴과 2번째 노광에 의해 형성된 보조 패턴의 전사 패턴과의 거리로부터 위치 맞춤 오차를 산출할 수 있다. 그 이후에, 이 위치 맞춤 오차를 위치 어긋남량으로부터 차감함으로써, 웨이퍼(21)의 위치 맞춤 오차를 보정할 수 있다. 또한, 포커스를 복수(적어도 2점)로 바꾸고 각 포커스에서의 눈동자내 위상 분포(파면 수차의 분포)를 계측함으로써, 베스트 포커스 위치에서의 눈동자내 위상 분포를 기준으로 한 디포커스에 의한 눈동자내 위상 분포를 산출할 수 있다. 이 디포커스에 의한 눈동자내 위상 분포인 회전 방물면의 중심을 가지고 눈동자 중심 위치를 특정할 수 있다.
예를 들면, 눈동자내에 있는 점을 원점으로 하는 경우에 눈동자내의 각 위치에서의 위치 어긋남량(이동량)의 분포는, 도14에 도시된 바와 같이 이동량의 변화를 나타내는 선과 가로축과의 교점이 원점으로부터 어긋난다. 이 경우, 위상은 이동량의 적분치이기 때문에 눈동자내의 각 위치에서의 위상의 분포는 도15에 도시된 회전 방물면과 같이 되며, 마찬가지로 회전 방물면과 가로축과의 교점은 원점으로부터 어긋나게 된다. 따라서, 이 회전 방물면의 중심 위치(피크 위치)를 가지고 눈동자 중심 위치를 특정함으로써, 이면 개구 패턴(3a)과 계측용 개구 패턴과의 위치 어긋남을 교정할 수 있다.
또한, 도15에서는 눈동자내에 있는 직선형 위치만의 측정이므로 눈동자내 위상 분포가 방물선으로 나타내어져 있지만, 눈동자의 면내 전체의 위치에서 측정하면 눈동자내 위상 분포는 회전 방물면이 된다.
또한, 포토 마스크(5)는 도16에 도시된 바와 같이 참조 패턴 형성 영역인 기판(1)의 이면에 반차광막(4)을 설치한 구성이어도 된다. 이 반차광막(4)을 통해 포토 마스크(5)를 투과한 이후의 노광광의 광 강도를 계측 패턴 형성 영역과 참조 패턴 형성 영역에서 동일하게 할 수 있다. 그 이외의 구성에 대해서는 도2에 도시된 구성과 거의 동일하기 때문에 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
(실시 형태2)
상기 실시 형태1에서는 위치 어긋남량 측정용 패턴으로 box-in-box형의 마크를 중합 검사기로 측정하는 경우에 대하여 설명하였는데, 포토 레지스트에 형성된 패턴의 위치는 스테퍼로 계측되어도 된다. 즉, 스테퍼는 통상적으로 하지(下地) 패턴과의 위치 결정을 위해 좌표를 계측하는 기능을 갖고 있기 때문에 포토 레지스트에 형성된 패턴의 위치를 이 좌표 계측 기능을 통해 측정할 수 있다.
이 경우, 위치 어긋남량 측정용 패턴의 형상은 중합 검사기로 검사 가능한 형상(예를 들면 box-in-box형의 마크)에 한정되지 않으며, 스테퍼용 좌표 계측 마크 패턴으로 이용되는 형상으로 할 수도 있다.
또한, 그 이외의 각 부의 구성, 수차 계측 방법 등은 실시 형태1과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
(실시 형태3)
상기 실시 형태2에서는 스테퍼가 갖는 좌표 계측 기능을 이용하여 위치 어긋남량을 측정하는 경우에 대하여 설명하였는데, 포토 레지스트에 형성된 패턴의 위치는 스테퍼와 별개로 준비된 좌표 계측 장치를 통해 계측되어도 된다.
이 경우, 위치 어긋남량 측정용 패턴의 형상은 스테퍼용 좌표 계측 마크 패턴으로 이용되는 형상에 한정되지 않으며, 좌표 계측 장치를 통해 계측 가능한 형상(예를 들면 십자 형상의 선 패턴)으로 할 수도 있다.
또한, 그 이외의 각 부의 구성, 수차 계측 방법 등은 실시 형태1과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
또한, 상기 실시 형태1 내지 3에서는 윤대 조명, 4중 극조명 등의 변형 조명이 이용되어도 되고, 또한 통상 조명이 이용되어도 된다.
아울러, 상기 실시 형태1 내지 3의 수차 계측 방법을 통해 얻어진 투영 광학계의 렌즈 수차에 의거하여 그 수차하에서도 고정밀도의 패턴 형성이 가능한 레이아웃 설계를 하고, 그 설계에 따라 마스크 패턴을 전사하며 전사된 레지스트 패턴을 이용하여 하층의 막에 에칭, 이온 주입 등의 처리를 실시하는 것으로 정밀도 좋은 반도체 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 포커스 모니터 방법을 이용함으로써, 반도체 장치 이외에 박막 자기 헤드나 액정 표시 소자 등의 다른 장치(전자 디바이스)도 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 한정적인 것이 아니라고간주되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타내어지며, 또한 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명에 따르면, 적은 노력으로, 또한 필드내를 세분화하여 렌즈의 수차를 계측할 수 있는 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용 장치 및 이 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 노광 장치의 투영 광학계의 렌즈 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 포토 마스크로,
    노광광을 투과시키며 또한 계측 패턴 형성 영역 및 참조 패턴 형성 영역을 갖는 기판(1)과,
    상기 계측 패턴 형성 영역인 상기 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 계측 패턴(2a)과,
    상기 계측 패턴 형성 영역인 상기 기판(1)의 이면에 형성되며 또한 상기 복수의 계측 패턴(2a) 각각으로의 노광광의 각 입사 각도를 실질적으로 달리하기 위한 이면 개구 패턴(3a)을 갖는 차광막(3)과,
    상기 참조 패턴 형성 영역인 상기 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 참조 패턴(2b)을 구비하되,
    상기 참조 패턴 형성 영역인 상기 기판(1)의 이면은 상기 복수의 참조 패턴(2b)으로의 노광광의 각 입사 각도가 실질적으로 동일하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수차 계측용 포토 마스크.
  2. 제1항에 기재된 상기 수차 계측용 포토 마스크의 상기 복수의 계측 패턴(2a)을 감광체(21b)에 전사하는 공정과,
    전사된 패턴의 위치 어긋남량을 계측하는 공정과,
    상기 위치 어긋남량에 원리적으로 비례하는 등위상면의 기울기를 산출하고, 산출된 상기 등위상면의 기울기 정보를 이용하여 파면 수차를 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수차 계측 방법.
  3. 제2항에 기재된 수차 계측 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치의 제조 방법.
KR1020020037372A 2001-11-22 2002-06-29 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용장치 및 이 장치의 제조 방법 KR20030043587A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001357850A JP2003156832A (ja) 2001-11-22 2001-11-22 収差計測用フォトマスク、収差計測方法、収差計測用装置および装置の製造方法
JPJP-P-2001-00357850 2001-11-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030043587A true KR20030043587A (ko) 2003-06-02

Family

ID=19169132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020037372A KR20030043587A (ko) 2001-11-22 2002-06-29 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용장치 및 이 장치의 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6743554B2 (ko)
JP (1) JP2003156832A (ko)
KR (1) KR20030043587A (ko)
DE (1) DE10223761A1 (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3615181B2 (ja) * 2001-11-06 2005-01-26 株式会社東芝 露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法
JP3626448B2 (ja) * 2001-11-28 2005-03-09 株式会社東芝 露光方法
KR100468725B1 (ko) * 2002-04-15 2005-01-29 삼성전자주식회사 렌즈 수차 측정용 포토마스크 및 그 제조 방법과 렌즈수차 측정 방법
JP4545155B2 (ja) * 2004-01-16 2010-09-15 カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー 光結像系の波面測定装置及び方法、及びマイクロリソグラフィ投影露光装置
JP2007534166A (ja) * 2004-04-14 2007-11-22 ライテル・インストルメンツ 射出瞳透過率を計測する方法および装置
US7671979B2 (en) 2004-04-28 2010-03-02 Litel Instruments Apparatus and process for determination of dynamic lens field curvature
US7126668B2 (en) * 2004-04-28 2006-10-24 Litel Instruments Apparatus and process for determination of dynamic scan field curvature
ES2270659B1 (es) * 2004-06-09 2008-03-16 Consejo Sup. Investig. Cientificas Conjunto de laminas de fase y sus procedimientos de uso en calibraciones y ensayos opticos.
JP4630611B2 (ja) 2004-09-01 2011-02-09 キヤノン株式会社 干渉計を備えた露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法
KR100618890B1 (ko) 2005-03-23 2006-09-01 삼성전자주식회사 렌즈 수차 평가용 포토 마스크, 그의 제조방법 및 그것을이용한 렌즈 수차 평가방법
WO2007098453A2 (en) * 2006-02-17 2007-08-30 Litel Instruments Method and apparatus for determining focus and source telecentricity
JP2010087166A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toshiba Corp 露光装置の検査方法
KR20130008292A (ko) * 2011-07-12 2013-01-22 삼성디스플레이 주식회사 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법
US11131929B2 (en) 2018-11-07 2021-09-28 Waymo Llc Systems and methods that utilize angled photolithography for manufacturing light guide elements
US11131934B2 (en) 2019-10-29 2021-09-28 Waymo Llc Non-telecentric light guide elements
EP4075115A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-19 Dynamic Optics S.r.l. Method for detecting optical aberrations and apparatus for detecting optical aberrations

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000027623A (ko) * 1998-10-28 2000-05-15 김영환 마스크 제조시의 렌즈수차 평가 및 측정방법
JP2001274059A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Nikon Corp 投影光学系の検査装置及び検査方法、それに用いられる結像特性計測用マスク、並びに、露光装置及び露光方法
JP2001272310A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Nikon Corp 投影光学系の収差計測装置及び計測方法、それに用いられるマスク並びに露光装置
JP2001349803A (ja) * 2000-06-07 2001-12-21 Nikon Corp 収差測定方法、収差測定用原板ユニット、及び収差測定用原板

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW357262B (en) * 1996-12-19 1999-05-01 Nikon Corp Method for the measurement of aberration of optical projection system, a mask and a exposure device for optical project system
JP3574729B2 (ja) 1997-02-14 2004-10-06 株式会社ルネサステクノロジ レンズ収差測定方法
JP3634550B2 (ja) 1997-04-03 2005-03-30 株式会社ルネサステクノロジ 投影レンズの収差測定方法
JPH10281934A (ja) 1997-04-07 1998-10-23 Nikon Corp 投影光学系の結像特性計測方法、及び該方法を使用する投影露光装置
JPH11184070A (ja) 1997-12-24 1999-07-09 Toshiba Corp 収差測定方法および収差測定用フォトマスク
JP3256678B2 (ja) 1998-02-19 2002-02-12 株式会社東芝 レンズの収差測定方法
JP3742242B2 (ja) 1999-03-15 2006-02-01 株式会社東芝 収差評価方法
JP3344403B2 (ja) * 2000-03-03 2002-11-11 日本電気株式会社 光学収差の測定用マスク及び光学収差の測定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000027623A (ko) * 1998-10-28 2000-05-15 김영환 마스크 제조시의 렌즈수차 평가 및 측정방법
JP2001274059A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Nikon Corp 投影光学系の検査装置及び検査方法、それに用いられる結像特性計測用マスク、並びに、露光装置及び露光方法
JP2001272310A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Nikon Corp 投影光学系の収差計測装置及び計測方法、それに用いられるマスク並びに露光装置
JP2001349803A (ja) * 2000-06-07 2001-12-21 Nikon Corp 収差測定方法、収差測定用原板ユニット、及び収差測定用原板

Also Published As

Publication number Publication date
DE10223761A1 (de) 2003-06-26
US6743554B2 (en) 2004-06-01
US20040214095A1 (en) 2004-10-28
US20030095247A1 (en) 2003-05-22
JP2003156832A (ja) 2003-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6842237B2 (en) Phase shifted test pattern for monitoring focus and aberrations in optical projection systems
US6649923B2 (en) Positional deviation detecting method and device manufacturing method using the same
JP3605064B2 (ja) フォーカスモニタ用フォトマスク、フォーカスモニタ方法、フォーカスモニタ用装置および装置の製造方法
KR20030043587A (ko) 수차 계측용 포토 마스크, 수차 계측 방법, 수차 계측용장치 및 이 장치의 제조 방법
US6307618B1 (en) Projection exposure apparatus and device manufacturing method including a projection optical system having a pair of diffractive members
JP5219534B2 (ja) 露光装置及びデバイスの製造方法
KR0168142B1 (ko) 위상 시프터의 위상 시프트 각도 오차를 측정하는 방법
US6403291B1 (en) Multiple exposure method
KR100439359B1 (ko) 포커스 모니터 방법과 포커스 모니터용 장치 및 반도체장치의 제조 방법
KR20080073232A (ko) 측정 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법
KR20030014336A (ko) 포커스 모니터 방법 및 포커스 모니터용 장치 및 장치의제조 방법
US6344896B1 (en) Method and apparatus for measuring positional shift/distortion by aberration
KR20000071810A (ko) 수차에 기인한 위치상의 이동과 위치 어긋남의 측정 장치및 방법
KR100955116B1 (ko) 수차측정방법 및 코마수차측정방법
JP2009099873A (ja) 露光装置およびデバイス製造方法
JP2005175407A (ja) 計測方法及び装置、それを利用した露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法
JPH11297615A (ja) 投影露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法
KR20050090429A (ko) 조명 시스템의 성능 측정 방법, 그를 실행하는 시스템,측정 디바이스, 테스트 객체, 디바이스 제조 공정,리소그래피 투사 장치 및 디바이스
JP3327627B2 (ja) 露光用原板及びそれを用いた投影露光装置
JP3376291B2 (ja) 露光装置及びデバイスの製造方法
JPH11297614A (ja) コマ収差測定装置および該装置を備えた投影露光装置
JPH05190420A (ja) 露光装置及びそれを用いた半導体チップの製造方法
JP2005309319A (ja) 露光マスク、フォーカス測定方法及び露光装置管理方法
JP2000088521A (ja) 位置検出装置及びそれを用いた露光装置
JPH11297600A (ja) 位置検出装置及び露光装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
NORF Unpaid initial registration fee