KR20050090429A - 조명 시스템의 성능 측정 방법, 그를 실행하는 시스템,측정 디바이스, 테스트 객체, 디바이스 제조 공정,리소그래피 투사 장치 및 디바이스 - Google Patents

조명 시스템의 성능 측정 방법, 그를 실행하는 시스템,측정 디바이스, 테스트 객체, 디바이스 제조 공정,리소그래피 투사 장치 및 디바이스 Download PDF

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KR20050090429A
KR20050090429A KR1020057012323A KR20057012323A KR20050090429A KR 20050090429 A KR20050090429 A KR 20050090429A KR 1020057012323 A KR1020057012323 A KR 1020057012323A KR 20057012323 A KR20057012323 A KR 20057012323A KR 20050090429 A KR20050090429 A KR 20050090429A
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피터 디르크센
카스파루스 에이 에이치 쥬페르만스
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

예를 들면, 리소그래피 투사 장치(lithographic projection apparatus) 내에 있는 조명 시스템(illumination system)의 성능은 적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈(Fresnel zone lens)(30) 및 연관된 기준 마스크(reference mask)(바람직하게는 링(ring)(40))를 포함하는 테스트 객체(test object)(55)를 이용하여 정확하고 신뢰성있게 측정될 수 있다. 이들을 중첩 이미징(superposed imaging)하고, 복합 이미지(composed image)(56)를 검출 및 평가함으로써, 조명의 텔레센트릭 에러(telecentricity errors) 및 수차(aberrations)를 측정할 수 있다.

Description

조명 시스템의 성능 측정 방법, 그를 실행하는 시스템, 측정 디바이스, 테스트 객체, 디바이스 제조 공정, 리소그래피 투사 장치 및 디바이스{METHOD OF MEASURING THE PERFORMANCE OF AN ILLUMINATION SYSTEM}
본 발명은 방사 소스(radiation source)를 포함하고, 이미징 장치(imaging apparatus) 내에서 이용되는 조명 시스템의 성능을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법은 적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈(Fresnel zone lens)를 포함하는 테스트 객체(test object)를 제공하는 단계와, 이미징 장치의 객체 면(object plane) 내에 테스트 객체를 정렬하는 단계와, 조명 시스템에 의해 공급되는 조명 빔(illumination beam) 및 장치의 이미징 시스템을 이용하여, 프레넬 구역 렌즈를 포함하는 테스트 객체 영역을 이미지 면(image plane) 내에 이미징함으로써 국부 유효 소스(local effective source)를 이미지 면 내에 이미징하는 단계와, 검출 디바이스 및 연관된 처리 수단을 이용하여 국부 유효 소스의 이미지를 평가하여 조명 시스템의 성능을 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 이러한 방법에서 이용되는 테스트 객체와, 측정 방법을 포함하는 디바이스 제조 방법과, 제조 방법에 의해 제조되는 디바이스에 관한 것이다.
국부 유효 소스는 파형(wave)의 분포, 즉 조명 시스템이 테스트 객체의 면 내에서 형성하는 방사(radiation)를 의미하는 것으로 이해할 수 있다.
US-A 6,048,651은 집적 회로 리소그래피 내에서 이용되는 정밀 이미지 투사 장치(precision image projection apparatus)로 이루어지는 조명 시스템을 테스트하는 방법에 관한 것이다. 광학 이미징 시스템(optical imaging system)은 굴절 소자(refractive elements), 반사 소자 또는 이러한 소자의 조합을 포함할 수 있다. 투사 시스템(projection system)의 형태를 갖고, 다수의 렌즈 또는 미러를 구비하는 광학 이미징 시스템은, 포토리소그래피 투사 장치 내에서 이용되는데, 이러한 포토리소그래피 투사 장치는 웨이퍼 스테퍼(wafer steppers) 또는 웨이퍼 스텝-스캐너(wafer step-and-scanners)로서 알려져 있다. 이러한 장치를 위한 투사 시스템은, 렌즈 시스템이거나 미러 시스템 또는 렌즈와 미러를 포함하는 시스템일 수 있고, 이하에서는 투사 렌즈로서 지칭될 것이다. 특히, 리소그래피 투사 장치는 집적 회로 또는 IC를 제조하는 데 이용된다. 포토리소그래피 투사 장치에서, 생산 마스크(production mask) 내에 존재하는 생산 마스크 패턴은, 여러 번 이미징되는데, 각 회수마다 기판 또는 웨이퍼의 상부에 있는 레지스트 층 내에서 서로 다른 영역(또한 IC 영역, 샷 영역(shot area) 또는 다이(die)로도 지칭됨) 내에 이미징된다. 이미징은 투사 (이미징) 시스템과, UV 범위(예를 들면 365㎚) 내의 파장 또는 딥(deep) UV 범위(예를 들면 248㎚, 193㎚ 또는 157㎚) 내의 파장을 갖는 투사 빔에 의해 실행된다.
IC 제조에서의 목표는 지속적으로 증가하는 신호 처리 속도를 갖고, 지속적으로 증가하는 개수의 전자 부품을 포함하는 IC를 공급하는 것이다. 이를 구현하기 위해서, IC의 표면 영역을 증가시키고, 부품의 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. 투사 장치에 있어서, 이는 그 투사 렌즈의 이미지 필드 및 해상도(resolution)가 모두 증가되어, 더욱 더 작은 디테일(details) 또는 라인 폭(line widths)이 더욱 더 큰 이미지 필드 내에서 잘 정의된 방식으로 이미징될 수 있어야 한다. 이는 매우 엄격한 품질 조건을 만족시키고, 코마 구면 수차(coma spherical aberration), 코마(coma) 및 비점수차(astigmatism) 등과 같은 무시 가능한 수차를 제공하는 투사 렌즈가 필요하다. 투사 렌즈의 성능을 측정하는 매우 효과적인 방법 및 시스템은 예전에 설명되었다.
또한 작은 디테일이 이미징될 수 있게 하기 위해서는, 조명 시스템의 품질 및 투사 시스템에 대한 그 정렬이 더욱 더 중요해진다. 리소그래피 투사 장치 내에서 이용되는 조명 시스템은 방사 소스와, 소스에 의해 공급되는 방사를 하나의 조명 빔으로 집중시키기 위한 렌즈- 또는 미러- 콘덴서 시스템을 포함하는데, 이러한 컨덴서 시스템은 소위 빔 단면에 걸쳐 방사 분포를 균일하게 하는 적분기(integrator)이다. 현재의 리소그래피 투사 장치는 소위 쾰러 조명(Kohler illumination)을 이용하는데, 즉, 이러한 쾰러 조명에서 방사 소스는 투사 렌즈의 동공 면(pupil plane) 내에 이미징된다. 조명 시스템은 마스크 패턴의 면 내에 소스 방사의 평면파(plane waves)의 분포를 생성하고, 이러한 분포는 국부 유효 소스(local effective source)로 지칭된다. 조명 시스템 내의 수차는 상기 분포를 변경시키고, 그에 따라서 마스크 패턴의 면에 걸쳐, 결국 투사 렌즈의 필드에 걸쳐 유효 소스의 형상의 변동을 유발한다.
조명 시스템을 테스트하는 데 있어서, US-A 6,048,651은 광마스크(photomask)를 이용하는데, 이러한 광마스크는 IC 패턴을 갖는 것 대신에, 프레넬 렌즈 구조를 갖고, 이는 이 특허 내에서 프레넬 구역 타겟(Fresnel zone target)(FZT)으로 지칭되었다. 이러한 광마스크는 테스트될 조명 시스템에 의해 조명을 공급받고, 투사 렌즈에 의해 이미지 면 내에 이미징되며, 이미지 면 내에서의 방사 분포(이러한 분포는 동공 다이어그램(pupil diagram)으로 지칭됨)를 평가하여 조명 시스템 조정(illumination system adjustment)을 결정한다. 평가를 위해서, 이미지 면 내에 레지스트로 코팅된 웨이퍼, 감광성 필름(photosensitive film) 또는 전자 이미지 센서가 정렬될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 의해 그 성능을 측정할 수 있는 조명 시스템을 포함하는 리소그래피 투사 장치에 대한 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 오로지 본 발명의 이해를 위해 필요한 소자만을 포함하는 장치에 대한 단순화된 실시예를 도시하는 도면.
도 3은 이러한 장치의 조명 시스템으로부터의 평면파에 대한 프레넬 구역 렌즈의 효과를 도시하는 도면.
도 4는 프레넬 구역 렌즈의 원리를 도시하는 도면.
도 5(a)는 하나의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 포함하는 테스트 객체의 일부분을 도시하는 도면.
도 5(b)는 레지스트 층 내에 형성된 이러한 프레넬 구역 렌즈 및 링의 중첩된 이미지를 도시하는 도면.
도 6은 테스트 객체를 다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 포함하는 테스트 레티클의 형태로 도시하는 도면.
도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(c)은 서로 다른 타입의 조명 소스의 이미지를 도시하는 도면.
도 8은 웨지(wedges)를 구비하는 테스트 객체를 도시하는 도면.
도 9는 발산형 표면(diffusing surface)을 구비하는 테스트 객체를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 방법에서 이용되는 센서 웨이퍼를 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 본 명세서의 도입 단락에서 정의된 방법을 제공하는 것으로서, US-A 6,048,651에 개시된 방법에 비해서 더 많은 가능성을 갖고, 즉, 더 많은 조명 시스템 변수를 측정할 수 있게 한다. 이러한 방법은, 테스트 객체를 제공하는 단계가 각각의 프레넬 구역 렌즈마다 기준 마크를 갖는 테스트 객체를 제공하는 단계를 포함하고, 이미징 단계는 검출 디바이스의 시야각(field of view) 내에 프레넬 구역 렌즈 영역 및 대응하는 기준 마크 영역을 이미징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
검출 시스템의 시야각 내에서의 이미징은 프레넬 구역 렌즈 및 기준 마크가 서로 가깝게 이미징되어, 검출 디바이스가 하나의 이미지로서 평가될 수 있는 복합 이미지(composed image)로서 관찰될 수 있다는 것을 의미한다고 이해될 수 있다.
기준 마크의 이미징은 프레넬 구역 렌즈에 속하고, 이러한 마크는 프레넬 구역 렌즈에 대해 잘 정의된 위치를 가지며, 이와 같은 이미지 면 내의 잘 정의된 위치는 용이한 방식으로 프레넬의 이미지의 위치를 결정할 수 있게 한다. 기준 마크 이미지의 중심은 2차원 좌표 시스템의 원점으로서 이용될 수 있고, 유효 소스 이미지의 형상 및 크기는 이러한 좌표 시스템의 원점 및 축에 의해 결정될 수 있다.
프레넬 구역 렌즈 및 기준 마크는 서로의 바로 옆에 이미징될 수 있다. 그러나, 본 방법의 바람직한 실시예는 프레넬 구역 렌즈 영역 및 대응하는 기준 마크 영역이 중첩하여 이미징되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면 국부 유효 소스의 이미지의 위치가 기준 마크의 위치로 "변환(translated)"될 필요가 없기 때문에 보다 정확하고 빠른 측정이 가능해진다. 국부 유효 소스 및 기준 마크의 중첩 이미징은 텔레센트릭 에러(telecentricity errors)의 측정을 가능하게 한다. 텔레센트릭 에러는 투사 렌즈의 동공 내에 형성된 방사 소스 이미지와, 이러한 동공의 중심 사이의 편차(deviation)를 의미하는 것으로 이해된다. 텔레센트릭 에러는 초점의 변동에 따라 변동되는 이미지 왜곡(image distortions)을 유발할 수 있고, 마스크 패턴이 기판 또는 웨이퍼에 대해 정렬되는 정확도에 영향을 줄 수 있다.
기준 마크는 서로에 대해 90°의 각도로 정렬된 작은 라인에 의해 형성될 수 있는데, 이러한 라인은 별개의 라인이거나 함께 사각형을 형성하는 라인일 수 있다. 기준 마크는 그것이 명확히 식별 가능한 중심을 갖는다면 어떠한 형태도 가질 수 있다.
바람직하게는, 본 방법은 또한 기준 마크가 고리형 마크(annular mark)인 것을 특징으로 한다.
이는 원형이 되어야 하는 국부 유효 소스의 이미지의 형상을, 고리형 기준 마크(이하에서는 기준 링(reference ring)임)의 이미지의 원형 등고선과 비교할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 조명 시스템에 대한 여러 타입의 수차를 결정할 수 있다.
바람직하게는, 본 방법은 테스트 객체가 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리와 동일한 거리만큼 아웃-오브-포커스(out of focus)로 이미징되고, 기준 마스크가 최적 초점 상태로 이미징되는 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 국부 유효 소스의 선명한 이미지가 투사 시스템의 이미지 면 내에 형성된다.
본 방법의 바람직한 실시예는 프레넬 구역 렌즈를 이미징하는 데 사용되는 조명 도즈(illumination dose)가 기준 마크를 이미징하는 데 이용되는 조명 도즈보다 실질적으로 더 높은 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 조명 소스의 이미지가 이러한 이미지의 확실한 검출을 가능하게 할 정도로 충분히 밝게 할 수도 있다.
국부 유효 소스의 이미징에 있어서, 이미징 시스템이 사용되는데, 가능하게는 이미징 시스템의 투과 에러가 조명 시스템 측정 결과에 영향을 줄 수 있다. 이러한 투과 에러를 제거하거나 실질적으로 감소시키기 위해서, 다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마스크를 갖는 테스트 객체를 이용하는 본 방법의 실시예는, 방사가 각각의 프레넬 구역 렌즈로부터 서로 다른 각도로 상기 이미징 시스템의 동공(pupil)을 통과하게 하는 것을 특징으로 한다.
수 개의 프레넬 구역 렌즈로부터의 다수의 서브-빔(sub-beams)은 모두 이미징 시스템의 가능한 투과 에러 영역을 통해 통과하여, 이러한 에러의 영향이 복합 이미지 전체에 걸쳐 분산되어, 해당 효과가 제거되게 한다.
이와 다르게, 본 방법은 조명 시스템을 측정하기 전에, 이미징 시스템이 분산 방사(diffuse radiation)에 의해 조명을 공급받고, 그 이미지 면(image plane)에서의 방사 분포도(radiation distribution)를 측정하여 조명 시스템의 투과 에러(transmission errors)를 검출하며, 조명 시스템의 측정 결과는 투과 에러에 대해 보정되는 것을 특징으로 한다.
테스트 객체 이미지의 평가는 본 방법의 2개의 주요 실시예에 따라 실행될 수 있다. 제 1 주요 실시예는 테스트 객체 이미지의 평가 단계가, 레지스트층 내에서 방사 소스를 이미징하고, 레지스트를 현상(developing)하는 단계와, 이미징 시스템보다 더 높은 해상도를 갖는 검출 디바이스를 이용하여 레지스트 구조를 스캐닝하는 단계와, 검출 디바이스에 의해 공급되는 데이터를 분석하여 소스 이미지 내에 존재할 수 있는 서로 다른 수차(aberrations)의 타입 및 양을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
높은 해상도는 더 작은 디테일의 검출을 가능하게 하는 것으로 이해된다.
제 2 주요 실시예는 테스트 객체 이미지를 평가하는 단계가, 방사 감지 검출기(radiation-sensitive detector) 상에 공간 이미지(aerial image)를 형성하는 단계와, 공간 이미지를 스캐닝하는 단계와, 검출기에 의해 공급되는 데이터를 분석하여 소스 이미지 내에 존재할 수 있는 수차의 타입 및 양을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 실시예는 또한 공간 이미지를 형성하는 단계가 별도의 검출기 영역 상에 공간 이미지를 동시에 형성하는 단계를 포함한다는 것을 특징으로 한다.
이는 투사 시스템의 필드에 걸쳐 국부 유효 소스의 변동에 대한 측정을 가능하게 한다.
본 발명의 방법은 리소그래피 투사 장치의 조명 시스템의 성능을 측정하는 데 특히 적합하다. 본 발명의 방법의 실시예는, 테스트 객체를 제공하는 단계가 적어도 하나의 테스트 객체를 포함하는 마스크를 제공하는 단계를 포함하고, 객체 면 내에 테스트 객체를 정렬하는 단계가 투사 장치의 마스크 홀더(mask holder) 내에 마스크를 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 방법의 일실시예는 테스트 마스크의 일부를 형성하는 테스트 객체를 이용한다는 것을 특징으로 한다.
테스트 마스크, 또는 레티클(reticle)은 다수의 프레넬 구역 렌즈를 포함할 수 있고, 서로 다른 타입의 측정을 실행할 수 있게 한다.
이와 다른 실시예는 생산 마스크의 일부를 형성하는 테스트 객체를 이용한다는 것을 특징으로 한다.
이는 특수 테스트 마스크를 투사 장치 내에 삽입하고 그것을 투사 장치로부터 제거할 필요 없이 빠른 측정을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 이러한 방법을 실행하는 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 조명 시스템을 그 일부분으로서 포함하는 장치와, 적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 구비하는 테스트 객체와, 프레넬 렌즈에 의해 형성된 국부 유효 소스 이미지 및 기준 마크의 이미지에 대한 강도 프로파일(intensity profiles)을 검출하는 검출 수단과, 검출 수단에 결합되어 관찰된 이미지를 저장 및 분석하고, 관찰된 이미지에 관한 정보를 처리하여 조명 시스템이 나타낼 수 있는 서로 다른 종류의 수차를 결정하는 분석 수단을 포함하는 이미지 프로세서의 조합을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 시스템에 대한 제 1 실시예는 검출 수단이, 적어도 하나의 프레넬 렌즈에 의해 형성된 소스 이미지와, 연관된 기준 마크의 이미지를 수신하는 레지스트 층과, 레지스트 층 내에 형성되고 현상된 이미지를 스캐닝하는 스캐닝 검출 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 스캐닝 검출 디바이스는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)이다.
이러한 시스템에 대한 제 2 실시예는 검출 수단이 프레넬 렌즈에 의해 형성된 소스 공간 이미지(source aerial image) 및 기준 마크의 공간 이미지를 수신하는 방사 감지 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 실시예는 또한 검출기가 스캐닝 포인트 검출기(scanning point detector)인 것을 특징으로 한다.
시스템의 다른 실시예는 테스트 객체가 다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 포함하고, 검출기가 방사 감지부(radiation-sensitive member)와, 테스트 객체 내에서 프레넬 구역 렌즈의 개수에 대응하는 다수의 투과 포인트 유사 영역(transparent point-like areas)을 포함하는 스캐닝 구성 검출기(scanning composed detector)인 것을 특징으로 한다.
이러한 실시예는 또한 방사 감지부가 모든 투과 영역을 커버하는 단일 소자인 것을 특징으로 한다.
이와 다르게, 이러한 실시예는 방사 감지부가 투과 영역의 개수에 대응하는 다수의 서브-멤버(sub-member)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 실시예는 또한 대응하는 서브-멤버의 중심에 대한 투과 영역의 위치가 여러 투과 영역/서브-멤버 쌍마다 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 측정 디바이스와 조합하여 사용하기에 매우 적합한데, 이러한 측정 디바이스는 생산 기판의 형상 및 크기를 갖고, 전자 신호 처리 수단과, 전력 공급 수단과, 인터페이스 수단과, 프레넬 렌즈에 의해 형성된 소스 공간 이미지 및 연관된 기준 마크의 공간 이미지의 강도 프로파일을 검출하는 적어도 하나의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 측정 디바이스는 센서 웨이퍼(sensor wafer)로 지칭될 수 있고, 일반 웨이퍼에서와 동일한 방식으로 리소그래피 투사 장치를 통해 전송될 수 있다. 센서 웨이퍼의 적어도 하나의 검출기는 상술된 바와 같은 검출기 구성을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법을 이용하는 테스트 객체에 관한 것이다. 이러한 테스트 객체는 적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
테스트 객체에 관한 제 1 실시예는 테스트 마스크로서 구현되는 것을 특징으로 한다.
테스트 객체에 관한 제 2 실시예는 생산 마스크의 일부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
테스트 객체는 진폭 구조(amplitude structure)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 다르게, 테스트 객체는 위상 구조(phase structure)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
테스트 객체는 또한 전송 객체(transmission object)인 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 다르게, 테스트 객체는 반사 객체(reflective object)인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 디바이스 기판의 적어도 하나의 기판층 내에 디바이스 피처(device features)를 포함하는 디바이스를 제조하는 공정에 관한 것으로서, 이러한 공정은, 상기 층 내에 구성될 디바이스 피처에 대응하는 피처를 포함하는 생산 마스크 패턴을 제공하는 단계와, 제어형 조명 시스템을 이용하여 생산 마스크 패턴에 조명을 공급하는 단계와, 투사 시스템을 이용하여 기판 상에 코팅되고 층 내에 현상된 레지스트층 내에 생산 마스크 패턴을 이미징하여, 생산 마스크 패턴에 대응하는 패터닝된 코팅을 형성하는 단계와, 기판층의 영역들에서 재료를 제거하거나 재료를 추가하는 단계-이러한 영역들은 패터닝된 코팅의 패턴에 의해 윤곽이 형성됨(delineated)-를 연속적으로 포함하는 적어도 하나의 세트를 포함하되, 조명 시스템의 제어 단계는 조명 시스템의 수차를 검출하는 단계와 검출 결과를 기초로 시스템을 리세팅(resetting)하는 단계를 포함한다. 이러한 공정은 상술된 측정 방법에 의해 검출이 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크 내에 존재하는 생산 마스크 패턴을 기판 상에 이미징하는 리소그래피 투사 장치에 관한 것으로서, 이러한 장치는 투사 빔을 공급하는 제어형 조명 시스템과, 마스크를 수용하는 마스크 홀더와, 기판을 수용하는 기판 홀더와, 마스크 홀더와 기판 홀더 사이에 정렬된 투사 시스템을 포함하고, 조명 시스템의 제어는, 조명 시스템의 수차를 검출하는 단계와, 검출 결과에 기초하여 이러한 시스템을 리세팅하는 단계를 포함한다. 이러한 장치는 검출이 상술된 측정 방법에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술된 리소그래피 공정 및 장치 내에 본 발명의 측정 방법을 이용함으로써, 더 우수하게 정의된 디바이스를 획득할 수 있고, 본 발명은 또한 이러한 디바이스에도 포함된다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 이하에서 설명되는 실시예를 참조하여, 한정적인지 않은 예를 제시함으로써 명확해지고 분명해질 것이다.
도 1에 도시된 개략도에서는 리소그래피 투사 또는 노출 장치에 대한 일실시예에서 가장 중요한 모듈만이 도시되어 있다. 이러한 장치는 투사 컬럼(projection column)을 포함하는데, 그 내부에는 투사 시스템, 예를 들면, 렌즈 투사 시스템(PL)이 수용되어 있다. 이러한 시스템 위에는 마스크(MA)를 보유하는 마스크 홀더(MH)가 정렬되고, 이러한 마스크는 이미징될 마스크 패턴(C)을 포함한다. 마스크 패턴은 기판 층, 또는 웨이퍼(W)의 층 내에 구성될 피처에 대응하는 피처의 패턴이다. 마스크 홀더는 마스크 테이블(mask table)(MT)의 일부분을 형성한다. 기판 테이블(substrate table)(WT)은 투사 렌즈 시스템 아래의 투사 칼럼 내에 정렬된다. 기판 테이블은 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 홀더(WH)를 구비한다. 방사 감지층(PR), 예를 들면 포토레지스트 층은 기판 상에 코팅된다. 마스크 패턴(C)은 레지스트 층 내에 여러 번 이미징되어야 하는데, 이는 매 번마다 다른 IC 영역, 또는 다이(die)(Wd)에 이미징되어야 한다. 기판 테이블은 X방향 및 Y 방향으로 이동 가능하여, 마스크 패턴이 IC 영역 내에 이미징된 후에 다음 IC 영역이 마스크 패턴 및 투사 시스템 아래에 위치될 수 있게 한다.
이러한 장치는 방사 소스(LA)(예를 들면 수은 램프(mercury lamp) 또는 크립톤-불소 엑시머 레이저(Krypton-Fluoride excimer laser) 등과 같은 엑시머 레이저 등)와, 렌즈 시스템(LS)과, 반사기(RE)와, 집광기 렌즈(collector lens)(CO)를 포함하는 조명 시스템(IS)을 더 포함한다. 조명 시스템은 소위 적분기(integrator), 즉, 소스로부터의 빔의 내부 및 외부 부분을 혼합하여 이러한 빔이 균일한 강도 분포를 갖게 하는 소자를 포함할 수 있다. 조명 시스템에 의해 공급되는 조명 또는 노출 빔(PB)은 마스크 패턴(C)에 조명을 공급한다. 투사 시스템(PL)은 기판(W) 상의 IC 영역 내에 이러한 패턴을 이미징한다.
이러한 장치는 다수의 측정 시스템을 더 구비한다. 제 1 측정 시스템은 XY 평면 내에서, 마스크 패턴(C)에 대한 기판의 정렬을 결정하는 정렬 측정 시스템(alignment measuring system)이다. 제 2 측정 시스템은 X 위치 및 Y 위치와, 기판의 방향을 측정하는 간섭계 시스템(interferometer system)(IF)이다. 또한, 기판 상에서 투사 시스템 및 방사 감지층(PR)의 초점, 또는 이미지, 필드 사이의 편차를 결정하는 초점-에러 검출 시스템(도시하지 않음)이 존재한다. 이러한 측정 시스템은 서보 시스템(servo systems)의 일부분이고, 이러한 서보 시스템은 전자 신호 처리 및 제어 회로와 액츄에이터(actuators)를 포함함으로써, 측정 시스템에 의해 전달되는 신호에 따라서 기판의 위치 및 방향과 초점을 보정할 수 있다.
정렬 검출 시스템은 마스크(MA) 내에 2개의 정렬 마크(M1, M2)를 이용하는데, 이러한 마크는 도 1에서 우측 상부에 도시되어 있다. 이러한 마크는 예를 들면 회절 격자(diffraction gratings)이지만, 사각형 또는 스트로크(strokes) 등과 같이 그 주위와는 광학적으로 상이한 다른 마크로 구성될 수도 있다. 바람직하게는, 정렬 마크는 2차원적이고, 즉 2개의 서로 수직한 방향, 도 1에 도시된 X방향 및 Y방향으로 확장된다. 기판(W)은 적어도 2개의 정렬 마크를 포함하는데, 그 중 2개의 P1 및 P2가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 마크는 기판(W) 영역 외부, 마스크 패턴의 이미지가 형성되어야 하는 곳에 위치된다. 바람직하게는, 격자 마크(P1, P2)는 위상 격자(phase gratings)이고, 격자 마크(M1, M2)는 진폭 격자(amplitude gratings)이다. 정렬 검출 시스템은 마스크 마크(M2)에 대한 기판 마크(P2)의 정렬과, 마스크 마크(M1)에 대한 기판 마크(P1)의 정렬을 각각 검출하기 위해서, 2개의 정렬 빔(b, b')을 이용하는 이중 시스템(double system)일 수 있다. 정렬 검출 시스템을 횡단한 이후에, 각각의 정렬 빔은 제각기 방사 감지 검출기(3, 3')에 입사한다. 각각의 검출기는 기판 마크가 마스크 마크에 대해 정렬된 각도, 따라서 기판이 마스크에 대해 정렬된 각도를 나타내는 전기 신호로 변환한다. 이중 정렬 검출 시스템은 US-A 4,778,275에 개시되어 있고, 이 특허에는 이러한 시스템에 관해 보다 상세하게 설명되어 있다.
기판의 X 위치 및 Y 위치를 정확하게 판정하기 위해서, 리소그래피 장치는 다중 축 간섭계 시스템(multiple-axis interferometer system)을 포함하는데, 이는 도 1에서 블록(IF)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 2축 간섭계 시스템은 US-A 4,251,160에 개시되어 있고, 3축 간섭계 시스템은 US-A 4,737,823에 개시되어 있다. EP-A 0,498,499에는 5축 간섭계 시스템이 개시되어 있는데, 이것에 의해서 X축 및 Y축을 따른 모든 변위(displacements) 및 Z축에 대한 회전과, X축 및 Y축에 대한 경사(tilts)를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 간섭계 시스템의 출력 신호(Si) 및 정렬 검출 시스템의 신호(S3, S3')는 신호 처리 회로(signal processing circuit)(SPU), 예를 들면 마이크로컴퓨터에 공급되는데, 이러한 신호 처리 회로는 이러한 신호를 액츄에이터(AC)를 위한 제어 신호(Sac)로 처리한다. 이러한 액츄에이터는 기판 테이블(WT)을 이용하여 기판 홀더(WH)를 X-Y 평면 내에서 이동시킨다.
상술된 초점-에러 검출 시스템의 출력 신호는 예를 들면, 투사 렌즈 시스템 및 기판을 Z-방향 내에서 서로에 대해 이동시키거나, 투사 시스템의 하나 이상의 렌즈 소자를 Z-방향에서 이동시키는 것에 의해서 초점 에러를 보정하는 데 사용된다. 투사 렌즈 시스템에 고정될 수 있는 초점-에러 검출 시스템은, US-A 4,356,392에 개시되어 있다. 초점 에러 및 기판의 국부 경사(local tilt)를 모두 검출할 수 있는 검출 시스템은 US-A 5,191,200에 개시되어 있다.
디바이스의 작동 속도의 증가 및/또는 이러한 디바이스의 부품의 개수 증가를 위해서 디테일, 디바이스 피처의 폭 또는 라인 및 이웃하는 디바이스 피처 사이의 거리를 감소시키고자 하는 지속적인 요구가 존재한다. 도 1에 그 일례가 도시되어 있는 리소그래피 투사 장치를 이용하여 만족할만한 방식으로 이미징될 수 있는 디테일의 소형화는 이미징 품질 및 투사 시스템의 해상력(resolution power)에 의해 결정된다. 통상적으로, 해상력 또는 해상도는 수치 구경(numerical aperture)(NA)의 증가 및/또는 투사 방사의 파장의 감소에 의해 증가되었다. 수치 구경의 추가적인 증가는 실제적으로 거의 관찰될 수 없고, 투사 빔의 파장에 대한 추가적인 감소는 다수의 새로운 문제점을 유발할 것이다.
제조 가능한 투사 시스템을 가지고 더 작은 패턴 디테일을 이미징하는 방법에 대한 보다 최근의 개발은, 스테핑 리소그래피 장치(stepping lithographic apparatus) 대신에 스텝-스캐닝 리소그래피 장치(step-and-scanning lithographic apparatus)를 이용한다. 스테핑 장치에서는, 최대 필드 조명이 사용되고, 즉 전체 마스크 패턴은 하나의 동작으로 조명을 받고, 기판의 IC 영역 상에서 전체로서 이미징된다. 제 1 IC 영역이 노출된 후에, 다음 IC 영역에 대한 단계가 준비되고, 즉, 기판 홀더는 다음 IC 영역이 마스크 패턴 아래에 위치되도록 이동된다. 그 이후에 이러한 IC 영역은 노출되고, 기판의 모든 IC 영역이 마스크 패턴의 이미지를 구비할 때까지 이러한 방식으로 계속 진행된다. 스텝-스캐닝 장치에는, 오로지 마스크 패턴의 직사각형 또는 원형 세그먼트 형상 영역 부분만이 조명을 받고, 또한 그에 따라서 기판 IC 영역 중 대응하는 서브-영역이 매 번 노출된다. 마스크 패턴 및 기판은 투사 시스템의 배율(magnification)을 고려하면서 투사 빔을 통해 동기적으로 이동된다. 연속 공정에서, 마스크 패턴의 후속하는 서브-영역은 해당 IC 영역의 대응하는 서브-영역 상에 매 번 이미징된다. 이러한 방식으로 IC 기판 영역 상에 전체 마스크 패턴을 이미징한 후에, 기판 홀더는 스테핑 이동(stepping movement), 즉 다음 IC 영역의 개시점이 투사 빔 내에서 이동한다. 다음에 마스크를 예를 들면, 초기 위치로 설정하고, 그 이후에 상기 다음 IC 영역이 스캔 노출(scan-exposed)된다. 스텝-스캐닝 방법에서와 같이, 오로지 이미지 필드의 중심 부분만이 이용되고, 그에 따라서 오로지 이 부분만이 광학 수차에 대해 보정되고, 비교적 큰 수치 구경을 이용할 수 있다. 이러한 방식으로 디바이스 피처의 폭 및 요구되는 품질로 이미징될 수 있는 사이 공간(interspaces)이 소정 각도로 감소될 수 있다.
투사 렌즈의 가능성, 즉 레지스트 층 내에 마스크 패턴의 매우 정밀한 작은 디테일을 최적으로 이미징할 가능성을 이용할 수 있도록, 조명 시스템은 높은 성능 품질을 나타내야 하고, 이러한 시스템은 투사 렌즈의 광학 축에 대해 정밀하게 정렬되어야 한다. 투사 렌즈에 의해 이미징될 수 있는 디테일이 더 작아질수록, 조명 시스템에 부과되는 요구 사항이 더 높아진다.
도 2는 현재의 웨이퍼 스테퍼 및 웨이퍼 스텝-스캐너에서 널리 이용되는 타입의 조명인 소위 쾰러 조명이 이용되는 리소그래피 투사 장치에 대한 도면을 도시한다. 쾰러 조명은 조명 시스템의 방사 소스가 투사 렌즈의 동공 면 내에 이미징되는 것을 의미한다. 동공은 도 2에 Pu로 표시되어 있다. 이러한 실시예에서, 방사 소스는 고리형 빔을 공급하고, 이는 고리형 소스(AC)로 표시되어 있다. 고리형 빔을 갖는 조명은 투사 시스템의 해상도가 강화되고, 즉 더 작은 디테일을 이미징할 수 있는 이점을 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 평면파(PW)의 분포로 이루어지는 조명 빔이 공급된다. 마스크 패턴 또는 레티클의 레벨에서의 분포는 국부 유효 소스로 지칭된다. 이러한 분포는 조명 시스템의 특징에 의해 결정된다. 이러한 시스템의 수차는 이러한 분포에서의 변동을 유발한다. 따라서, 조명 시스템 수차는 투사 장치의 필드에 걸친 소스의 형상 변화를 초래한다. 인쇄 라인(printed line), 즉 투사 렌즈에 의해 레지스트 층 내에 형성된 라인의 폭이 마스크 패턴 또는 레티클 내에서 해당 라인의 위치에서 유효 소스의 형상에 의존하기 때문에, 콘덴서 수차는 투사 렌즈의 필드에 걸친 인쇄 라인 폭의 변동에 기여하게 된다. 이러한 타입의 라인 폭 변동을 제거하거나 허용 가능 레벨까지 감소시키기 위해서, 조명 시스템 수차가 결정되어야 하고, 이러한 수차를 감소 또는 제거하기 위한 처리가 수행되어야 한다. 수차는 이미징 시스템에 대한 조명 시스템의 경사, 이미지 필드에 걸쳐 일정한 텔레센트릭 에러 및 비축 이미지 결함(off-axis image defects)을 유발하는 초점 에러를 포함한다.
조명 시스템 수차는 투사 렌즈의 동공 면 내에서의 방사 분포를 결정함으로써 측정될 수 있다. 그러나, 일반적으로 이러한 면은 액세스될 수 없다. 이러한 문제점에 대한 알려진 해결책은 레티클의 면 내에 정렬된 추가 렌즈 수단에 의해 유효 소스를 리이미징(re-image)하는 것이다. 리이미징을 위한 가장 간단한 렌즈 수단은 불투명 레티클 내의 투과 홀(transparent hole)이 될 수 있다. 이러한 홀을 위한 최적 직경(R)은, 홀에 의해 형성된 방사 스팟(radiation spot)의 크기가 회절 제한 스팟(diffraction-limited spot)의 크기와 같다는 조건에 의해 주어진다.
여기에서 λ는 소스 방사의 파장이고, F는 스팟이 형성된 홀과 면사이의 거리이다.
향상된 렌즈 성능과, 그에 따라 향상된 방사 소스의 이미지는, 프레넬 구역 렌즈가 단일 홀을 대체할 때 획득된다. 프레넬 구역 플레이트(Fresnel zone plate)의 진폭 버전은 중심 원형 영역 및 다수의 고리형 구역을 포함하는데, 이러한 고리형 구역은 교번적으로 투과성 및 비투과성이 된다. 도 3에서, 이러한 프레넬 렌즈는 곡면형 렌즈 소자(30)로 표시되고, 이는 웨이퍼(WA) 상에서 평면파(PW) 중의 하나와 연관된 방사를 수렴(converges)한다. 웨이퍼 위의 커브(ID)는 프레넬 구역 렌즈와 투사 렌즈의 조합에 의해 형성되는 이미지의 강도 분포를 나타낸다. 명료성을 위해서, 후자는 도 3에서 생략되어 있다.
도 4는 중심 원형 구역(32)과 다수의 교번적인 투과 및 비투과 고리형 구역(그 중에서 오로지 6개의 구역(34-39)만이 도시됨)을 포함하는 플레이트(2)에 의해 형성된 구역 렌즈(zone lens)(30)를 매우 개략적으로 도시한다. 구역 번호(m)를 통해 (객체) 포인트(S)로부터 (이미지) 포인트(P)로 이동하는 평면파가 광학 축을 따라 전파하는 파장에 대해 m.λ/2의 위상차를 나타내도록 이러한 구역의 반경(Rm)을 선택한다. 투과 구역이 모두 홀수 또는 짝수를 갖기 때문에, 투과 구역을 통과하는 파장이 포인트(P)에서 보강 간섭(interfere constructively)된다는 것이다. 구역의 반경은 다음 식에 의해 주어진다.
프레넬 렌즈를 이용하여 이미지를 형성하는 데 있어서, "얇은 렌즈 공식(thin lens equation)"을 이용하면, 다음과 같다.
따라서, 평면파는 이러한 렌즈로부터 면 내의 거리(f)에서, 즉, 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리에서 초점이 맺힌다.
실제적으로, 초점 거리(f)는 투사 렌즈의 디포커스 값(defocus values)의 범위 내로 선택되어 투사 장치의 초점 시스템이 보정될 수 있게 한다. 전형적인 범위는 공칭 초점(nominal focus)으로부터 -30㎛ 내지 +30㎛로 확장된다. 그러면 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리는 15㎛가 될 것이다. 프레넬 렌즈의 구역의 개수(실제적인 실시예에서는 예를 들면 5개임)는 이러한 렌즈의 해상도와, 비교적 많은 개수의 구역과 그에 대응하여 비교적 큰 NA를 갖는 프레넬 렌즈가 가질 수 있는 비축 수차(off-axis aberrations) 사이에서 절충된다.
조명 시스템의 수차를 결정하기 위해서, 방사 소스는 프레넬 구역 렌즈 및 기판의 상부에 있는 레지스트 층 내의 투사 렌즈에 의해 이미징된다. 투사 리소그래피에서 현재 사용되는 파라미터는 코히어런스 값(coherence value)(σ)으로서, 이는 조명 빔이 투사 렌즈의 동공을 채우는 정도에 대한 척도이다. 빔이 전체 동공을 채우면, σ=1이 되지만, 일반적으로 σ<1이다. 프레넬 구역 렌즈(30)(도 3) 상에 평면파(PW)가 입사하는 각도는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기에서 M은 이미징 시스템의 배율이다. 이러한 평면파는 광학 축으로부터 거리(r)에서 초점이 맺힌다.
수치 구경(numerical aperture)(NA)=0.63 및 코히어런스 값(σ)=l인 투사 렌즈를 갖는 투사 장치에 있어서, 방사 소스의 이미지는 웨이퍼 레벨에서 24㎛의 직경을 가질 수 있다. σ 및 NA에 대한 이러한 값과 연관된 입사 각도(α)가 상당히 크다는 것과, 실제적으로 프레넬 구역 렌즈에 의한 수차의 도입을 회피하기 위해 보다 작은 입사 각도가 선택된다는 것을 유의하여야 한다. 이는 방사 소스 이미지의 반경이 24㎛보다 작을 것임을 의미한다.
본 발명에 따르면, 국부 유효 소스에 추가하여, 테스트 레티클 또는 테스트 객체 내에 존재하고, 프레넬 구역 렌즈와 연관된 기준 마크도 이미징된다. 국부 유효 소스 및 기준 마크는 검출 디바이스의 이미지 필드 내에서 서로에 대해 가깝게 이미징되어, 이러한 디바이스에 의해 하나의 복합 이미지로서 관측될 수 있다. 프레넬 구역 렌즈에 속하는 기준 마크(이러한 마크는 프레넬 구역 렌즈에 대해 잘 정의된 위치를 가짐)를 이미지 면 내의 잘 정의된 위치에 이미징하면, 프레넬 이미지의 위치를 용이한 방식으로 결정할 수 있다. 기준 마크 이미지의 중심은 2차원 좌표 시스템의 원점으로서 이용될 수 있고, 유효 소스 이미지의 형상 및 크기는 이러한 좌표 시스템의 원점 및 축을 이용하여 결정될 수 있다.
프레넬 구역 렌즈 및 기준 마크는 서로의 바로 옆에 이미징될 수 있다. 바람직하게는, 프레넬 구역 렌즈 영역 및 대응하는 기준 마크 영역은 중첩되도록 이미징된다. 국부 유효 소스의 이미지의 위치가 기준 마크의 위치로 "변환"될 필요가 없기 때문에 더 정확하고 더 빠른 측정을 가능하게 한다. 국부 유효 소스 및 기준 마크의 중첩된 이미징은 텔레센트릭 에러의 측정을 가능하게 한다.
기준 마크는 서로에 대해 90°의 각도로 정렬되고, 별도의 라인이거나 함께 사각형을 형성하는 라인일 수 있는 작은 라인에 의해 형성될 수 있다. 기준 마크는 명확히 식별 가능한 중심을 갖는 경우에 임의의 형태를 가질 수 있다.
그러나, 기준 마크는 바람직하게는 고리형 마크이다.
이는 원형일 수 있는 국부 유효 소스의 이미지 형상을, 고리형 기준 마크의 이미지의 원형 등고선(이하에서는 기준 링으로 지칭함)과 비교할 수 있게 한다. 이러한 방식으로 조명 시스템의 서로 다른 타입의 수차를 결정할 수 있다.
도 5(a)는 프레넬 구역 렌즈(30) 및 연관된 테스트 링(40)을 포함하는 테스트 레티클의 일부분을 도시한다. 프레넬 구역 렌즈의 제 1 구역의 반경(R)은 예를 들면 λ=248㎚이고 f=15㎛인 경우에 대략 2㎛이다. 프레넬 구역 영역의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 테스트 링의 직경은 측정될 조명 시스템을 갖는 장치의 최대 σ 값 및 NA 값에 의해 결정된다. 테스트 링의 중심과 프레넬 구역 렌즈의 중심 사이의 거리(d)는 예를 들면, 100㎛이다.
도 5(a)에 도시된 테스트 객체는 예를 들면, 유리 또는 석영으로 이루어지고, 그 하부면이 예를 들면 크롬으로 이루어진 비투과층으로 코팅되어 있는 투과 플레이트에 의해 이루어질 수 있다. 프레넬 렌즈 및 기준 링은 투과 영역들 및 비투과 층 내의 구역들로 이루어진다. 이러한 투과/비투과 구조, 즉 진폭 구조 대신에, 위상 구조도 테스트 객체로서 이용될 수 있다. 그러면 전체 테스트 객체는 투과성을 갖고, 프레넬 구역 렌즈 및 기준 링은 플레이트 내의 영역 오목부(area recess) 및 구역 오목부(zone recess)로 이루어진다. 바람직하게는, 오목부의 깊이는 주위의 매질이 1의 굴절률을 갖는 공기인 경우에 λ/4이다. 오목부 대신에, 동일한 영역 및 구역 크기를 갖고, 플레이트의 나머지 부분에 대해 상기 오목부와 동일한 높이 차이를 갖는 돌출 영역 및 구역(raised areas and zones)을 이용할 수 있다.
투과 객체 대신에, 테스트 객체도 반사 객체가 될 수 있다. 반사 테스트 객체는 재료가 충분히 투과시킬 수 없을 정도로 짧은 파장을 갖는 방사를 공급하는 조명 시스템에 대한 측정을 위해 이용될 것이다. 그러면, 조명 시스템 및 투사 시스템은 렌즈 대신에 미러를 포함한다. 예를 들면, 반사 테스트 객체는 예컨대 13㎚의 파장을 갖는 극자외선(extreme UV)(ELN) 방사를 공급하는 조명 시스템을 측정하는 데 이용될 수 있다.
측정을 실행하기 위해서, 먼저 레지스트 층을 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리와 같은 거리, 예를 들면 15㎛에 걸쳐 투사 렌즈에 대해 디포커싱(defocused)하는데, 이는 웨이퍼 스테이지를 그의 공칭 위치로부터 이러한 거리만큼 광학 축을 따라 이동시키는 것에 의해 이루어진다. 방사 소스의 이미지는 레지스트 층 내의 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된다. 레지스트 층이 디포커싱되는 범위는 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리와 같기 때문에, 이러한 이미지는 선명한 이미지이다. 다음에 웨이퍼 스테이지는 그의 공칭 Z 위치로 설정되고, 거리(d)에 걸쳐 X방향으로 이동된다. 후자의 이동은 정밀 X 스테이지 액츄에이터 또는 모터 및 X 간섭계 시스템에 의해 실행되는데, 이는 이러한 이동이 나노미터 단위의 정밀도로 실현될 수 있다는 것을 의미한다. 여기에서 기준 링의 중심은 프레넬 구역 렌즈의 중심의 이전의 위치에 놓인다. 테스트 링의 조명은 레지스트 내에 제 2 이미지를 유발한다.
도 5(b)는 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된 기준 링의 이미지(45) 및 국부 유효 소스의 이미지(50)를 도시한다. 소스 이미지의 직경은, 예를 들면, 대략 15㎛이고, 링 이미지의 직경은 대략 30㎛이다. 복합 이미지는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)(SEM)에 의해 평가될 수 있는데, 이는 이미지를 처리 및 평가하는 전자 하드웨어 및 소프트웨어를 구비한다. 이러한 SEM은 생산 레티클 패턴 또는 그의 일부분으로 형성되는 테스트 이미지를 평가하기 위해 광학 리소그래피 내에서 널리 이용된다. 조명 시스템 측정 방법을 실행하기 위해서, 적절한 전용 소프트웨어 패키지가 이용된다.
방사 소스의 이미지에 중첩된 기준 링의 이미징은 소스 이미지의 위치에 대한 마크를 갖고, 소스 이미지의 시프트(shift) 및 변형(deformations)을 결정하기 위한 기준을 가진다는 이점을 제공한다.
기준 링이 인-포커스(in focus)로 이미징되기 때문에, 이러한 이미징을 위해서 공칭 조명 도즈(nominal illumination dose)(투사 빔(PB)의 강도)를 이용할 수 있다. 소스가 프레넬 구역 렌즈를 통해 아웃-오브-포커스(out of focus)로 이미징되기 때문에, 이러한 이미징을 위한 조명 도즈는 공칭 조명 도즈에 비해 상당히 예를 들면 20배 정도 더 큰 것이 바람직하다. 이는 레지스트 층 내의 원하는 위치에 충분한 방사 입사를 갖기 위한 안전 마진(safety margin)이다.
레지스트 층 내의 이미징을 이용하는 것 대신에, 이러한 방법은 또한 기준 링의 공간 이미지와, 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된 방사 소스의 공간 이미지를 이용하여 실행될 수 있다. 그러면 측정에 대한 레지스트 특성의 가능한 영향이 배제된다. 공간 이미지는 방사 감지 검출기 상에 투사되고, 이 방사 감지 검출기는 이러한 이미지를 전기 신호로 변환한다. 검출기 신호는 검출기에 결합된 이미지 처리 및 평가 디바이스에 공급된다. 이러한 검출기의 일례는 이미지 센서로서, 이러한 장치 등과 같은 투사 컬럼의 성능을 평가하는 리소그래피 투사 장치에서 널리 이용된다. 소스 및 기준 링의 공간 이미지는 서로 다른 시간 간격으로 검출기에 의해 스캐닝되고, 그의 데이터는 도 5(b)에 도시된 것과 유사한 복합 이미지가 획득되도록 처리된다.
종래의 WO 특허 출원 번호 제 02/01485 호(PHNL010996)는 측정 테스트 피처 이미지에 의해 투사 렌즈 수차를 측정하는 방법에 관련되고, 검출기에 대한 수 개의 실시예가 개시되어 있는데, 해당 특허에서의 검출기는 또한 본 발명의 방법에서도 이용될 수 있다.
본 발명의 방법에서 조명 시스템의 측정을 위해 이용될 수 있는 제 1 타입의 검출기는 스캐닝 포인트 검출기이다.
테스트 객체가 다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 포함하는 경우에, 검출기는 방사 감지부와, 테스트 객체 내의 프레넬 구역 렌즈의 개수에 대응하는 다수의 투과 포인트 유사 영역을 포함하는 스캐닝 복합 검출기(scanning composed detector)일 수 있다.
방사 감지부는 모든 투과 영역을 커버하는 단일 소자일 수 있다.
이와 다르게, 방사 감지부는 다수의 서브-멤버로 이루어지는데, 이 서브-멤버의 개수는 투과 영역의 개수에 대응한다.
국부 유효 소스의 모든 공간 이미지가 동시에 형성되는 일실시예에서, 여러 투과 영역/ 서브-멤버 쌍마다 대응하는 서브-멤버의 중심에 대한 투과 영역의 위치가 상이한 검출기를 이용하는 경우에 이러한 이미지는 동시에 획득될 수 있다.
도 5(b)에 도시된 복합 이미지를 평가함으로써, 새로운 방법은 서로 다른 타입의 가능한 조명 수차를 판정할 수 있게 한다. 기준 링 이미지(45) 및 소스의 이미지(50)가 동축(coaxial)이면, 조명 시스템 및 투사 렌즈는 잘 정렬된 것이다. 이미지(50)의 중심이 이미지(45)의 중심에 대해 시프팅되면, 소위 텔레센트릭 에러가 발생된다. 이는 조명 시스템이 광학 축에 대해 경사를 이룬다는 것을 의미한다. 텔레센트릭 에러는, 특히 초점 의존적이고, 생산 공정 동안에 정렬 및 오버레이(overlay) 정확도에 영향을 줄 수 있는 더 큰 패턴 피처의 시프트의 형태를 갖는 초점 의존성 이미지 왜곡(focus dependent image distortion)을 유발한다. 통상적으로, 더 큰(조대한(coarse)) 피처는 대략 Δσ.NA.ΔZ만큼 시프트되는데, 여기에서 ΔZ는 초점 시프트이다. 예를 들면, NA=0.6 및 ΔZ=0.4㎛인 경우에 1%의 텔레센트릭 에러는 조대 피처(coarse feature)의 라인 폭 변동을 유발한다. 조대 피처는, 예를 들면, 정렬 마크이다. 미세 피처(fine feature), 즉 투사 렌즈의 해상도에 가까운 폭을 갖는 피처에 대한 시프트는 0에 가까울 정도로 매우 작을 것이다.
본 방법에 의해서 측정될 수 있는 제 2 타입의 수차는 투사 렌즈의 필드에 걸친 국부 유효 소스의 크기에 대한 변동이다. 이러한 변동은 코히어런스 값의 변동(Δσ)을 의미하고, 투사 렌즈의 필드에 걸친 이미징된 피처 폭 또는 라인 폭의 변동을 유발한다. 예를 들면, 대략 1%의 Δσ에 있어서, 패턴의 최소 크기일 수 있는 임계 크기(critical dimension)(CD)에 대한 라인 폭 변동(ΔCD)은 ΔCD∼1㎚일 것이다. 라인 폭 변동은 마스크 패턴의 피치 또는 주기성 및 조명의 타입(예를 들면 원형, 고리형, 2극형(dipole) 또는 4극형(quadrupole) 조명 등)에 대해 강하게 의존한다. 또한 고립형 피처(isolated feature) 및 밀집 피처(dense feature)에 대한 라인 폭 변동량은 반대 부호를 갖는다. 고립형 피처는 라인 폭에 대해 대략 몇 배의 거리 내에서 이웃하는 피처를 갖지 않는 마스크 패턴 피처이다. 밀집 피처는 패턴의 일부를 형성하는데, 여기에서 이웃하는 피처들 사이의 거리는 라인 폭의 몇 배에 해당하고, 예를 들면 130㎚의 폭을 갖는 라인은 310㎚의 피치를 갖는다.
또한, 이러한 방법은 국부 유효 소스의 방사 분포의 편차를 결정할 수 있게 한다. 이러한 편차는, 통상적인 (원형) 소스 또는 고리형 소스에 있어서 원형이 아닌 타원 형상과, 2극형 또는 4극형 소스의 경우에 극(poles)간 불균형(imbalance)과, 고리형 소스 및 다극(multi-pole) 소스의 경우에 기하학적 중심에 대해 극의 고리의 편심(eccentricity)을 포함한다. 이러한 타입의 편차는 IC 패턴 이미지의 변형과, H 라인(X 방향으로 연장되는 수평 라인) 및 V 라인(Y 방향으로 연장되는 수직 라인)에 대한 라인 폭의 차이를 유발한다. 도 5(b)에 도시된 소스 이미지의 등고선(contour)에 대한 변형은 조명 시스템 자체 내의 결함, 즉 이러한 시스템의 하나 이상의 소자 내부 또는 소정 위치에서의 결함 또는 경사 에러를 나타낸다.
조명 시스템에 필드 상에 걸친 변동을 측정하는 데 있어서, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 레지스트 층 내부 또는 이미지 센서 상에 다수의 복합 이미지가 형성되는데, 매번 투사 렌즈의 이미지 필드 내의 서로 다른 위치에서 형성된다. 바람직하게는, 복수의 복합 이미지가 대응하는 개수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 포함하는 레티클에 의해 획득된다. 도 6은 이러한 레티클의 일실시예를 도시한다. 이 도면에서, 프레넬 구역 렌즈(30)는 (검은색)으로 채워진 원으로 표시되고, 기준 링은 색칠되지 않은 원으로 표시된다. 프레넬 구역 렌즈 및 기준 링 쌍의 전체 패턴에 조명을 인가함으로써, 하나의 단계로 요구되는 복합 이미지가 획득되고, 이는 측정을 위해 요구되는 시간이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 모든 프레넬 구역 렌즈에 대한 이러한 동시적 이미징을 위해서, 동일한, 바람직하게는 높은 조명 도즈가 이용되고, 모든 기준 링에 대해서는 동일한 공칭 조명 도즈가 이용된다.
또한, 동일한 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 여러 번 이미징할 수 있는데, 매번마다 레지스트 층 내의 상이한 위치에 이미징할 수 있다. 그러면, 테스트 객체는 연속적인 조명 사이에서 스텝핑(stepped)되어야 하는데, 이는 추가적인 수단을 필요로 할 것이다. 스텝-스캐닝 리소그래피 장치에서, 레티클은 한 방향으로 스텝핑될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 매번 서로 다른 도즈로 프레넬 구역 렌즈를 조명하는 한편, 기준 링의 연속적인 조명을 위해서는 동일한 도즈를 이용할 수 있다. 이는 이러한 방법의 측정 능력을 강화할 수 있게 한다. 레지스트 층 내에 형성된 복합 이미지를 비교하는 것에 의해 서로 다른 도즈에 속하는 강도 프로파일을 비교함으로써, 전체 조명 도즈 범위에 걸친 조명 시스템의 성능을 결정할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 이러한 방법은 종래의 고리형, 2극형 또는 4극형 시스템 등과 같은 서로 다른 조명 시스템을 측정하는 데 이용될 수 있다.
도 7(a)은 통상적인 조명 시스템, 즉 원형 단면을 갖는 조명 빔을 제공하는 시스템을 측정함으로써 획득된 복합 이미지(70)의 일례를 도시한다. 도 5(a)에서와 같이, 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된 소스의 이미지는 참조 번호(50)로 표시되고, 기준 링의 이미지는 참조 번호(45)로 표시되어 있다. 원형(52)은 이미지 소스의 최적 일치 등고선(best fitting contour)을 나타낸다.
도 7(b)은 고리형 조명 시스템, 즉 고리형 단면을 갖는 조명 빔을 공급하는 시스템을 측정함으로써 획득된 복합 이미지(72)의 일례를 도시한다. 참조 번호(74)로 표시된 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된 소스 이미지는 고리형 형상을 가진다.
도 7(c)은 4극형 조명 시스템, 즉 기하학적 중심 주위의 서로 다른 4분면 내에 정렬된 4개의 서브-빔으로 구성된 조명 빔을 제공하는 시스템에 대한 측정에 의해 획득된 복합 이미지(75)의 일례를 도시한다. 이러한 중심은 투사 렌즈의 광학 축에 위치되어야 한다. 서브-빔에 의해 형성된 4개의 조명 영역 및 프레넬 구역 렌즈는 참조 번호(76, 77, 78, 79)로 표시되어 있다.
본 발명의 방법에 의해 획득된 조명 시스템의 경사 및 디포커싱과 관련된 데이터는 측정된 수차의 허용 가능 레벨을 제거하거나 감소시키도록 조명 시스템을 보정하는 데 이용될 수 있다. 실행될 보정의 타입은 수차의 종류에 의존하고, 투사 렌즈의 광학 축에 대한 시스템의 시프팅 또는 경사와, 이미징 시스템의 방사 소스의 시프팅 또는 경사와, 서로에 대해서, 또는 방사 소스에 대해서 이러한 시스템의 광학 부품들의 시프팅 또는 경사를 포함할 수 있다.
수 개의 리소그래피 투사 장치가 설비되는 제조 공장에서, 이러한 장치의 조명 시스템은 모두 동일한 테스트 레티클(하나 이상의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 링을 포함함)에 의해 측정되고, 보정될 수 있다. 이러한 방식으로 투사 장치의 조명 시스템이 서로 매칭될 수 있다.
프레넬 구역 렌즈 및 기준 링이 레티클의 작은 영역만을 차지하기 때문에, 하나 이상의 프레넬 렌즈 및 연관된 기준 링(이하에서는 측정 소자임)은 또한 생산 레티클 또는 마스크, 즉 디바이스의 제조 동안에 기판 층 내에 구성될 피처에 대응하는 피처를 갖는 마스크 패턴을 구비하는 마스크 내에 정렬될 수 있다. 이는 특수한 테스트 레티클을 이용하지 않고, 예를 들면 노출 공정의 개시 때에 웨이퍼의 배치(batch)를 필요로 하지 않으면서 이러한 방법을 실행할 수 있게 한다. 측정 소자는 마스크 패턴의 피처가 존재하지 않는 생산 레티클의 가장자리에 정렬될 수 있다.
국부 유효 소스 및 기준 링의 이미징에 있어서, 투사 렌즈가 이용되기 때문에, 이러한 렌즈의 수차는 측정 소자의 이미지 내에 왜곡을 유발할 수 있다. 이미징 시스템의 확실한 측정을 위해서, 투사 렌즈 수차가 측정되어야 하고, 그에 따라서 이러한 렌즈는 이미징 시스템의 측정 이전에 보정되어 후자의 시스템의 수차만이 측정될 수 있도록 해야 한다. 투사 렌즈 수차를 측정하기 위한 정확하고 확실한 방법은 US-A 6,248.486에 개시되어 있다. "Measurement of effective source shift using a grating-pinhole mask"라는 제목의 문헌(published in SPIE Vol.3679, 1999, pp.99-107)에서, 투사 렌즈의 제 1 측정 수차를 필요로 하지 않으면서 유효 소스의 시프트를 직접적으로 측정하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법은 그 내부에 격자가 정렬되어 있는 다수의 투과 영역을 포함하는 마스크를 이용한다. 이러한 영역은 2중 기능을 갖는데, 핀홀 렌즈(pinhole lens)로서 기능하고, 또한 서로 다른 회절 순서로 입사 빔을 다수의 서브-빔으로 분리하는 회절 격자(diffraction grating)로서 기능한다. 상기 문헌의 측정 시스템에서, 제로 등급(zero order)의 서브-빔은 투사 렌즈 동공의 중심을 통해 통과하고, 4개의 제 1 등급(first order)의 빔은 동공의 가장자리에서 서로 다른 영역을 통과한다. 각각의 서브-빔은 낮은 강도를 갖고, 측정의 결과는 격자의 피치에 대해 강하게 의존한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 지금까지 설명된 새로운 방법은 또한 측정이 투사 렌즈의 투과 결함에 의해 영향을 받지 않도록 적응될 수 있고, 이러한 적응은 중요한 측정 소자를 이용하지 않고, 방사 에너지의 손실 없이 실현될 수 있다. 이를 위하여 테스트 레티클을 이용하는데, 이러한 테스트 레티클은 각각의 프레넬 구역 렌즈마다 웨지(wedge)를 포함한다. 이러한 웨지는 서로 다른 웨지 각도를 가지고 있어서, 이러한 웨지 및 연관된 프레넬 구역 렌즈를 통과하는 모든 서브-빔이 서로 다른 각도로 편향되게 한다. 이러한 테스트 레티클에 조명을 공급함으로써, 유효 소스 이미지를 형성하는 각각의 서브-빔은 다른 서브-빔들보다 투사 렌즈 동공의 다른 영역을 더 많이 통과하게 된다. 따라서, 이러한 이미지의 집합은 투사 렌즈의 투과 결함에 관한 정보를 포함하고, 이는 이러한 결함에 대한 조명 시스템 측정 결과의 보정 및/또는 이러한 결함의 가시화를 가능하게 한다.
도 8은 웨지를 포함하는 레티클에 대한 일실시예의 단면을 도시한다. 레티클(80)은 기판(82)과, 다수의 프레넬 구역 렌즈(30)와, 연관된 기준 링(40)을 포함한다. 구역 렌즈와 링 사이의 표면 영역(84)은 비투과형이고, 크롬 층으로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 또한 웨지를 갖지 않는 레티클에서도 이용될 수 있다. 도 8은 좌측에 있는 웨지(90, 94, 98)의 경사도(inclination)가 우측에 있는 웨지(92, 96, 100)의 경사도에 대해 반대가 되게 하는 레티클의 중심 부분을 도시한다. 이러한 실시예에서, 웨지의 웨지 각도(y)는 중심에서부터 가장자리를 향하는 방향으로 증가된다. 각각의 웨지는 서로 다른 각각의 프레넬 구역 렌즈에 속하기 때문에, 프레넬 구역 렌즈를 통과하는 방사가 소정 방향을 갖게 하고, 이는 연관된 웨지의 웨지 각도에 의해 결정된다. 명료성을 위해서, 도 8에 도시된 바와 같은 웨지 각도(γ1, γ3, γ5) 및 웨지 각도(γ2, γ4, γ6) 사이의 차이는 실제보다 더 크게 도시되었다. 웨지들 간의 거리 및 그에 따른 렌즈들 간의 거리는 또한 실제보다 더 크게 도시되었다.
이와 다르게, 이러한 방법은 조명 시스템의 측정 전에 투사 렌즈의 투과 결함을 측정하는 추가적인 단계로 확장될 수 있다. 투과 결함은 균일한 방사 분포를 갖는 빔으로 투사 렌즈에 조명을 가하는 것에 의해 측정될 수 있다. 그 후, 투사 렌즈가 투과 결함을 갖지 않는다면 이미지 면 내에서의 방사 분포도 균일할 것이다. 이러한 결함이 존재한다면, 결함의 위치에 대응하는 이미지 면 내의 영역에서의 방사 강도는 나머지 이미지 면 내에서의 방사 강도보다 더 작을 것이다. 확산 방사를 획득하기 위해서, 별도의 확산 소자를 레티클 위에 정렬하거나, 레티클의 상부 표면을 확산성의, 예를 들면 거친 표면을 갖도록(roughening) 형성할 수 있다. 도 9는 투과 기판(92)과, 투사 렌즈의 측정을 위해 이용될 수 있는 거친 상부 표면(94)을 포함하는 테스트 레티클(90)을 도시한다.
리소그래피 투사 장치의 조명 시스템의 성능에 대한 측정을 위해 이용될 때, 본 발명의 방법은 특수한 광학 측정 디바이스에 의해 실행될 수 있다. 도 10은 이러한 디바이스(100)에 대한 일실시예를 도시한다. 이는 측정될 조명 시스템이 그 일부를 형성하는 장치 내에서 처리될 생산 웨이퍼의 형상 및 크기를 갖는 기판(102)을 포함한다. 광학 측정 웨이퍼 또는 센서 웨이퍼로 지칭될 수 있는 디바이스는, 적어도 하나의 검출기 또는 센서를 포함한다. 도 10에 도시된 실시예는 5개의 센서(104-108)를 포함한다. 적어도 하나의 센서는 단일 또는 복합 검출기일 수 있고, 조명 시스템의 측정을 위해 이용될 수 있다. 센서는 전체 웨이퍼 표면 상에 걸쳐 분포될 수 있고, 서로 다른 높이로 정렬될 수 있다. 센서는 센서 신호가 웨이퍼 상에 정렬되어 있는 마이크로프로세서(110)에 공급되기 전에 센서 신호를 증폭하는 증폭기를 구비한다. 마이크로프로세서의 기능은 센서 신호를 a/o 처리하는 것과, 센서를 제어하는 것이다. 또한 센서 웨이퍼는 신호 데이터 등과 같은 데이터를 일시적으로 저장하는 메모리(112)를 포함할 수 있다. 블록(114)은 입/출력 인터페이스로서, 마이크로프로세서에 접속되고, 환경과의 무선 또는 유선 컨택트를 제공한다. 무선 컨택트는 예를 들면, 광학 수단 또는 FM 투과에 의해 제공될 수 있다. 인터페이스는 환경에 데이터를 공급하고/또는 마이크로프로세서 내에 측정 프로그램을 로딩(loading)하기 위해 이용된다. 센서 웨이퍼는 전원(116)에 의해 전력을 공급받는데, 이러한 전원은 배터리이거나, 환경으로부터 전기 전력을 무선으로 수신하는 유도성 디바이스(induction device)일 수 있다. 센서 웨이퍼는 또한 2개 이상의 정렬 마크를 포함하여 측정이 개시되기 전에 웨이퍼를 리소그래피 투사 장치 내에 정렬한다. 센서 웨이퍼의 이점은 이러한 센서 웨이퍼가 정규 웨이퍼와 같이 장치 내에 배치되고 제거될 수 있다는 점이다.
본 발명은 투사 렌즈 시스템을 구비하는 리소그래피 투사 장치와 관련 하에 설명되었으나, 본 발명은 또한 투사 시스템, 즉 기판의 상부에 있는 레지스트 층 내에 생산 마스크 패턴을 이미징하는 시스템이 미러 시스템이거나 미러 및 렌즈를 포함하는 시스템인 장치 내에서도 이용될 수 있다.
본 발명의 방법은 출하 전에 제조된 조명 시스템을 측정 및 보정하기 위해서 조명 시스템의 제조자에 의해서 이용될 수 있다. 이는 또한 조명을 측정하고, 투사 시스템에 대해 정렬하기 위해서 리소그래피 투사 장치의 제조자에 의해 이용될 수 있다. 이는 개선된 투사 장치가 되게 하여, 본 발명이 이러한 장치 내에 구현되게 한다. 또한, 본 발명은 투사 장치의 조명 시스템을 정규적으로 측정하기 위해서 IC, 광 밸브 디바이스(light valve devices)(액정 디스플레이 패널 및 디지털 미러 디바이스(DNID) 등), 또는 집적형 평면 광학 시스템 등과 같은 디바이스의 제조자에 의해 이용될 수 있다. 이러한 용도는 해당 디바이스의 제조를 보다 정확하게 하고, 그에 따라서 더 우수하게 정의된 디바이스를 생산할 수 있게 한다. 본 발명은 따라서 이러한 디바이스에도 포함된다.
본 발명의 투사 장치를 위한 조명 시스템과 관련하여 설명되었다는 사실만으로, 본 발명의 적용 분야가 이러한 분야로 한정된다는 것을 의미하지는 않는다. 본 발명은 조명 시스템의 수차들이 서로 독립적으로, 또한 높은 정확도 및 신뢰도로 측정되어야할 때마다 이용될 수 있다. 그러나, 리소그래피 투사 장치 내에서 본 발명의 방법을 이용할 때, 이러한 장치가 정밀한 이미징 패턴을 위해 의도되었고, 이러한 장치의 이미징 및 서보 시스템도 본 발명의 방법을 실행하는 데 이용될 수 있다는 사실을 인식함으로써 최적으로 사용할 수 있을 것이다.

Claims (39)

  1. 방사 소스(radiation source)를 포함하고, 이미징 장치(imaging apparatus) 내에서 이용되는 조명 시스템의 성능을 측정하는 방법으로서,
    적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈(Fresnel zone lens)를 포함하는 테스트 객체(test object)를 제공하는 단계와,
    상기 이미징 장치의 객체 면(object plane) 내에 상기 테스트 객체를 정렬하는 단계와,
    상기 조명 시스템에 의해 공급되는 조명 빔(illumination beam) 및 상기 장치의 이미징 시스템을 이용하여, 상기 프레넬 구역 렌즈를 포함하는 테스트 객체 영역을 이미지 면(image plane) 내에 이미징하여 국부 유효 소스(local effective source)가 상기 이미지 면 내에 이미징되게 하는 단계와,
    검출 디바이스 및 연관된 처리 수단을 이용하여 상기 국부 유효 소스의 상기 이미지를 평가하는 것에 의해 상기 조명 시스템의 상기 성능을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 테스트 객체를 제공하는 상기 단계는 각각의 상기 프레넬 구역 렌즈에 대해 기준 마크(reference mark)를 갖는 테스트 객체를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 이미징 단계는 상기 검출 디바이스의 시야각(field of view) 내에 상기 프레넬 구역 렌즈 영역 및 상기 대응하는 기준 마크 영역을 이미징하는 단계를 포함하는
    조명 시스템의 성능 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레넬 구역 렌즈 영역 및 상기 대응하는 기준 마크 영역은 중첩(superposed)된 형태로 이미징되는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 마크는 고리형 마크(annular mark)인 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 객체는 상기 프레넬 구역 렌즈의 초점 거리와 동일한 거리만큼 아웃-오브-포커스(out of focus)로 이미징되고,
    상기 기준 마스크는 최적 초점 상태로 이미징되는
    조명 시스템의 성능 측정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레넬 구역 렌즈를 이미징하는 데 사용되는 조명 도즈(illumination dose)는 상기 기준 마크를 이미징하는 데 이용되는 조명 도즈보다 실질적으로 더 높은 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마스크를 갖는 테스트 객체를 이용하여, 방사가 각각의 프레넬 구역 렌즈로부터 서로 다른 각도로 상기 이미징 시스템의 동공(pupil)을 통과하게 하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템을 측정하기 전에, 상기 이미징 시스템은 분산 방사(diffuse radiation)에 의해 조명을 공급받고, 그 이미지 면(image plane)에서의 방사 분포도(radiation distribution)를 측정하여 상기 조명 시스템의 투과 에러(transmission errors)를 검출하며, 상기 조명 시스템의 측정 결과는 상기 투과 에러에 대해 보정되는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 객체 이미지를 평가하는 상기 단계는,
    레지스트층 내에서 상기 방사 소스를 이미징하고, 상기 레지스트를 현상(developing)하는 단계와,
    상기 이미징 시스템보다 더 크고, 더 높은 해상도를 갖는 검출 디바이스를 이용하여 상기 레지스트 구조를 스캐닝하는 단계와,
    상기 검출 디바이스에 의해 공급되는 데이터를 분석하여 상기 소스 이미지 내에 존재할 수 있는 서로 다른 수차(aberrations)의 타입 및 양을 결정하는 단계
    를 포함하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 객체 이미지를 평가하는 상기 단계는,
    방사 감지 검출기(radiation-sensitive detector) 상에 공간 이미지(aerial image)를 형성하는 단계와,
    상기 공간 이미지를 스캐닝하는 단계와,
    상기 이미지 센서에 의해 공급되는 데이터를 분석하여 상기 소스 이미지 내에 존재할 수 있는 상기 수차의 타입 및 양을 결정하는 단계
    를 포함하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공간 이미지를 형성하는 상기 단계는 별개의 검출기 영역들 위에 공간 이미지를 동시에 형성하는 단계를 포함하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    리소그래피 투사 장치(lithographic projection apparatus) 내에 있는 조명 시스템의 성능을 측정하기 위해서,
    상기 테스트 객체를 제공하는 상기 단계는 적어도 하나의 테스트 객체를 포함하는 마스크를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 객체 면 내에 상기 테스트 객체를 정렬하는 상기 단계는 상기 투사 장치의 마스크 홀더(mask holder) 내에 상기 마스크를 정렬하는 단계를 포함하는
    조명 시스템의 성능 측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    테스트 마스크의 일부분을 형성하는 테스트 객체를 이용하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    생산 마스크(production mask)의 일부분을 형성하는 테스트 객체를 이용하는 조명 시스템의 성능 측정 방법.
  14. 제 1 항에 기재된 방법을 실행하는 시스템으로서,
    상기 조명 시스템을 그 일부분으로서 포함하는 장치와,
    적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 구비하는 테스트 객체와,
    상기 프레넬 렌즈에 의해 형성된 국부 유효 소스 이미지 및 기준 링(reference ring)의 이미지에 대한 강도 프로파일(intensity profiles)을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단에 결합되어 관찰된 이미지를 저장 및 분석하고, 관찰된 이미지에 관한 정보를 처리하여 상기 조명 시스템이 나타낼 수 있는 서로 다른 종류의 수차를 결정하는 분석 수단을 포함하는 이미지 프로세서
    의 조합을 포함하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 검출 수단은,
    상기 적어도 하나의 프레넬 렌즈에 의해 형성된 국부 유효 소스 이미지와 상기 연관된 기준 마크의 이미지를 수신하는 레지스트 층과,
    상기 레지스트 층 내에 형성되고 현상된 상기 이미지를 스캐닝하는 스캐닝 검출 디바이스
    를 포함하는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캐닝 검출 디바이스는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)인 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 검출 수단은 상기 프레넬 구역 렌즈에 의해 형성된 소스 공간 이미지(source aerial image) 및 상기 기준 마크의 공간 이미지를 수신하는 방사 감지 검출기를 포함하는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 검출기는 스캐닝 포인트 검출기(scanning point detector)인 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 테스트 객체는 다수의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 포함하고, 상기 검출기는 방사 감지부(radiation-sensitive member)와, 상기 테스트 객체 내에서 상기 프레넬 구역 렌즈의 개수에 대응하는 다수의 투과 포인트 유사 영역(transparent point-like areas)을 포함하는 스캐닝 복합 검출기(scanning composed detector)인 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 방사 감지부는 모든 투과 영역을 커버하는 단일 소자인 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 방사 감지부는 상기 투과 영역의 개수에 대응하는 다수의 서브-멤버(sub-member)로 이루어지는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 대응하는 서브-멤버의 중심에 대한 상기 투과 영역의 위치는 여러 투과 영역/서브-멤버 쌍마다 상이한 시스템.
  23. 제 1 항에 기재된 방법에서 이용되는 측정 디바이스로서,
    생산 기판의 형상 및 크기를 갖고,
    전자 신호 처리 수단과,
    전력 공급 수단과,
    인터페이스 수단과,
    프레넬 렌즈에 의해 형성된 소스 공간 이미지 및 연관된 기준 마크의 공간 이미지의 강도 프로파일을 검출하는 적어도 하나의 검출기
    를 포함하는 측정 디바이스.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 검출기는 스캐닝 포인트 검출기인 측정 디바이스.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 검출기는 방사 감지부 및 다수의 투과 포인트 유사 영역을 포함하는 복합 검출기(composed detector)인 측정 디바이스.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 방사 감지부는 전체 투과 영역을 커버하는 단일 소자인 측정 디바이스.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 방사 감지부는 상기 투과 영역의 개수에 대응하는 다수의 서브-멤버로 이루어지는 측정 디바이스.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 대응하는 서브-멤버의 중심에 대한 상기 투과 영역의 위치는 여러 투과 영역/서브-멤버 쌍마다 상이한 측정 디바이스.
  29. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 프레넬 구역 렌즈 및 연관된 기준 마크를 포함하는 테스트 객체.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 기준 마크는 고리형 마크인 테스트 객체.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    테스트 마스크로서 구현되는 테스트 객체.
  32. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    생산 마스크의 일부분을 형성하는 테스트 객체.
  33. 제 29 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    진폭 구조(amplitude structure)를 갖는 테스트 객체.
  34. 제 29 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    위상 구조(phase structure)를 갖는 테스트 객체.
  35. 제 29 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전송 객체(transmission object)인 테스트 객체.
  36. 제 29 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사 객체(reflective object)인 테스트 객체.
  37. 디바이스 기판의 적어도 하나의 기판층 내에 디바이스 피처(device features)를 포함하는 디바이스를 제조하는 공정으로서,
    상기 층 내에 구성될 상기 디바이스 피처에 대응하는 피처를 포함하는 생산 마스크 패턴을 제공하는 단계와,
    제어형 조명 시스템을 이용하여 상기 생산 마스크 패턴에 조명을 공급하는 단계와,
    투사 시스템을 이용하여 상기 기판 상에 코팅된 레지스트층 내에 상기 생산 마스크 패턴을 이미징하고, 상기 층을 현상하여, 상기 생산 마스크 패턴에 대응하는 패터닝된 코팅을 형성하는 단계와,
    상기 기판층의 영역들에서 재료를 제거하거나 재료를 추가하는 단계-상기 영역들은 상기 패터닝된 코팅의 상기 패턴에 의해 윤곽이 형성(delineated)됨-로 이루어진 적어도 하나의 연속적인 세트를 포함하되,
    상기 조명 시스템의 제어 단계는 상기 조명 시스템의 수차를 검출하는 단계와 상기 검출 결과를 기초로 상기 시스템을 리세팅(resetting)하는 단계를 포함하며,
    상기 검출은 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 실행되는 디바이스 제조 공정.
  38. 마스크 내에 존재하는 생산 마스크 패턴을 기판 상에 이미징하는 리소그래피 투사 장치로서,
    투사 빔을 공급하는 제어형 조명 시스템과,
    마스크를 수용하는 마스크 홀더와,
    기판을 수용하는 기판 홀더와,
    상기 마스크 홀더와 상기 기판 홀더 사이에 정렬된 투사 시스템을 포함하고,
    상기 조명 시스템의 제어는, 상기 조명 시스템의 수차를 검출하는 단계와, 상기 검출 결과에 기초하여 상기 시스템을 리세팅하는 단계를 포함하며,
    상기 검출은 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 실행되는
    리소그래피 투사 장치.
  39. 제 37 항에 기재된 공정 및/또는 제 38 항에 기재된 장치를 이용하여 제조되는 디바이스.
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