KR20070024561A - 광학적 결상 시스템의 결상 품질을 측정하기 위한 시스템 - Google Patents

광학적 결상 시스템의 결상 품질을 측정하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

결상 시스템의 물체 표면에 배치된 패턴을 결상 시스템의 이미지 표면에 결상시키기 위해 제공되는 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템은, 결상 시스템의 물체측에 배치되는 것으로, 물체측 측정 구조물을 갖는 물체측 구조물 담지체; 결상 시스템의 이미지측에 배치되는 것으로, 이미지측 측정 구조물을 갖는 이미지측 구조물 담지체; 상기 결상 시스템에 의해 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물로 결상될 때, 중첩 패턴이 생성되도록 서로 정합되는 물체측 측정 구조물 및 이미지측 측정 구조물; 및 중첩 패턴의 국소적 분해를 얻기 위한 검출기;를 포함한다. 상기 결상 시스템은 액침 액체의 도움으로 결상을 하는 액침 시스템으로서 설계된다. 액침 액체의 영역 내에 배치되는 구조물 담지체에는 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위해 보호 시스템이 할당된다. 그럼으로써 액침 조건 하에서의 액침 시스템의 측정이 측정 정확성에 대한 액침 액체의 악영향 없이 가능하게 된다.

Description

광학적 결상 시스템의 결상 품질을 측정하기 위한 시스템{System for measuring the image quality of an optical imaging system}
본 발명은 결상 시스템의 물체 표면에 배치된 패턴을 결상 시스템의 이미지 표면으로 결상시키기 위해 제공되는 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템에 관한 것으로, 상기 결상 시스템은 결상 시스템의 물체측 및 이미지측 중에서 적어도 하나에 배치된 액침 액체의 도움으로 결상하기 위한 액침 시스템으로서 설계된다.
기술 및 연구의 많은 분야에서, 광학적 결상 시스템들이 사용되고 있으며, 상기 결상 시스템의 결상 품질에 관하여 점점 더 높은 요건들이 상기 결상 시스템에 요구되고 있다. 한 예는 반도체소자 및 다른 미세한 구조로 된 소자들의 포토리소그래피 방식의 제조인 데, 여기서 매우 높은 굴절력의 투영 대물렌즈의 도움으로, 심자외선(deep ultraviolet; DUV) 영역의 동작 파장에서, 마이크로미터 범위 이하의 구조물들이 제조될 수 있다. 많은 수의 광학소자들을 갖는 그러한 결상 시스템의 복잡한 광학적 구조 때문에, 원래의 제품을 조절하기 위해 그리고 필요한 유지보수 작업을 하는 동안, 발생하는 이미지 결함들에 관하여 결상 시스템을 측정하는 것이 필요하다. 이 경우에 측정 시스템의 정확성 및 검사를 위해 사용된 방법 의 정확성은 일반적으로 결상 시스템들의 결상 정확성에 관한 요건들에 필적한다.
결상 시스템의 물체측에 배치되며 물체측 측정 구조물을 갖는 물체측 구조물 담지체와 결상 시스템의 이미지측에 배치되며 이미지측 측정 구조물을 갖는 이미지측 구조물 담지체를 포함하고, 결상 시스템에 의해 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물로 결상될 때 중첩 패턴이 생성되도록 물체측 측정 구조물과 이미지측 측정 구조물이 서로 정합(match)하는 측정 시스템들이 주로 사용된다. 측정된 값들을 생성하기 위해 중첩 패턴의 국소적 분해를 얻기 위한 검출기 및 상기 중첩 패턴으로부터 결상 시스템의 결상 품질을 나타내는 적어도 하나의 결상 파라미터를 결정하기 위해 상기 검출기에 연결되는 평가 장치가 사용되는 데, 상기 측정된 값들은 결상 시스템으로 성취할 수 있는 결상 품질에 관해 결론이 내려지도록 하며, 상기 측정된 값들로부터 결상 시스템의 최적화를 위한 사전 정의(predefinition)를 유도할 수 있다.
파면(wave front) 획득을 위한 전단 간섭계(shearing interferometer)의 방식으로 동작하는 장치가 독일특허출원 DE 101 09 929(동 출원인의 특허출원 US 2002/0001088 A1 에 대응)에 기술되어 있다. 상기 측정 시스템에서, 비간섭성 광(incoherent light)으로 조명될 물체측 구조물 담지체는 검사될 결상 시스템의 물체 표면에 배치되며 결상 시스템을 통과하는 측정 방사광(measuring radiation)의 사전 정의된 가간섭성도(level of coherence)를 설정하는 일을 갖고, 따라서 가간섭성 마스크(coherence mask)로 불린다. 예컨대, 제공된 가간섭성 마스크는, 2차원 구조의 크롬 코팅의 형태로 물체측 측정 구조물이 도포된 수정 유리로 제조된 투명 담지체일 수 있다. 결상 시스템의 이미지 표면에 배치된 것은 회절 격자(diffraction grating)로서 작용을 하는 이미지측 측정 구조물을 갖는 이미지측 구조물 담지체이다. 이는 마찬가지로 투명한 수정 유리 담지체에 도포된 크롬층에 의해 형성될 수 있다. 회절에 의해 형성된 파동들의 중첩의 결과로, 간섭 무늬(interferogram(shearogram))의 형태로 중첩 패턴이 생성되며, 이는 하류측에 연결된 국소 분해 검출기(locally resolving detector)에 의해 획득된 후 평가된다. 유사한 측정 시스템들이 EP 1 231 517 A1 에 개시되어 있다.
상기 측정 방법의 의의는, 결상 시스템의 의도된 사용에서도 사용되는 동일한 방사광, 예컨대 DUV 영역으로부터의 자외선 광이 파면의 측정을 위해서 사용되는 경우에 특히 높다. 이러한 목적을 위해, 측정 시스템은 마이크로리소그래피 투영 노광 시스템 내에 일체화될 수 있으며, 그 결과 투영 대물렌즈의 측정을 위해 제조 동작 동안에도 사용되는 동일한 조명 시스템이 사용될 수 있다. 외부 측정의 경우에, 동일한 타입 또는 유사한 타입의 조명 시스템을 갖는 독립적인 측정 시스템들이 사용될 수 있다.
다른 간섭계, 예컨대, 론키(Ronchi) 타입 또는 트와이먼-그린(Twyman-Green) 타입의 간섭계들이 마찬가지로 사용될 수 있다. 더욱이, 점회절 간섭계(point diffraction interferometer; PDI)가 측정 시스템으로서 또한 공통이다. 예들은 US 6,307,635 B1 또는 WO 02/42728 A1 의 문서에 개시되어 있다. 결상 시스템의 물체측에 배치될 물체측 측정 구조물은, 물체측 구조물 담지체 위에 배치되며 조명 방사광으로부터 구면파를 생성하기 위해 사용되는 바늘구멍(pinhole)을 구비한다. 결 상 시스템의 이미지측에도, 샘플 파동이 자유롭게 통과할 수 있도록 상기 바늘구멍에 부가하여 제2의 더 큰 개구가 제공되는 추가적인 바늘구멍 구조물이 배치된다. 물체 표면과 결상 대물렌즈 사이 또는 결상 대물렌즈와 이미지 표면 사이에 특히 배치되는 추가적인 측정 구조물로서, 빔스플리터로서 역할을 하는 회절 격자가 제공된다. 바늘구멍 마스크의 미세한 구조물들과 회절 격자의 미세한 구조물들은 투명한 운바자들 위의 미세한 코팅에 의해 형성될 수 있다.
다른 측정 시스템들 및 방법들, 특히 광학적 결상 시스템들의 왜곡을 측정하기 위한 시스템들 및 방법들이 모아레 효과(Moire effect)를 사용하는 것에 기초한다. 이 경우에, 검사될 결상 시스템의 물체 표면에 물체 격자(object grating)가 배치되며, 물체 격자는 예컨대 물체측 측정 구조물을 형성하는 많은 수의 평행한 불투명 라인들을 포함한다. 이미지 평면에는 물체측 측정 구조물과 유사한 이미지측 측정 구조물이 배치되는 데, 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물 위로 결상될 때 모아레 무늬(Moire fringe)를 갖는 모아레 패턴의 형태로 중첩 패턴이 형성되도록 결상 시스템의 결상 스케일을 고려하여 상기 물체측 측정 구조물과 이미지측 측정 구조물이 서로 정합하고 있다. 국소 분해 검출기로 획득되는 무늬 패턴의 강도 분포로부터, 결상 파라미터들이 예컨대 왜곡에 대하여 결정될 수 있다. 모아레 방법은 예컨대 특허 US 5,769,954, US 5,973,773 또는 EP 0 418 054 로부터 공지되어 있다.
또한, 미광(stray light)으로부터의 오차 기여를 최소화하기 위하여, 상술한 측정 구조물들에 추가하여 상기 구조물들에 독립적으로, 이미지 필드의 바람직하지 않은 기여들을 측정 시스템의 검출소자들로부터 멀리 떨어져 있도록 하는 목적으로 사용되는 이미지 평면 내의 조리개 구조물을 설치하는 것이 필요할 수도 있다. 상기 조리개 구조물은 마찬가지로 구조화된 크롬으로 코팅된 투명 기판에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈의 경우에, 예컨대 100nnm 크기 정도의 점점 더 미세한 구조들이 형성될 수 있는 정도로 다양한 수단에 의해 분해능을 증가시키기 위한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 목적을 위하여, 우선 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수(NA)가 NA = 0.8 또는 그 이상의 범위에 있는 값으로 증가된다. 다음으로, 점점 더 짧은 파장의 자외선 광, 예컨대 193nm 또는 157nm 의 레이저 파장들이 사용된다.
투영 대물렌즈의 마지막 이미지측 광학소자와 노광될 기판 사이의 공간 내에 도입되는 높은 굴절률을 갖는 액침 액체에 의해, 성취 가능한 해상도를 증가시키기 위한 접근이 있다. 이러한 기술은 액침 리소그래피라고 불리며, 이러한 목적에 적당한 투영 대물렌즈는 액침 대물렌즈라고 불린다. 액침 리소그래피의 이론적인 이점들은 NA > 1 의 값으로 개구수를 증가시키는 것이 가능하며 따라서 분해능의 증가 또는 향상된 초점 깊이가 가능하다는 데 있다. 이는 진공 파장을 변화 없이 사용하여 성취될 수 있으며, 그 결과 대응하는 파장에 대해 설립된 광 발생 기술, 최적의 재료 선택 기술, 코팅 기술 등의 기술들이 대부분 변화 없이 이전될 수 있다. 또한, 액침 매질의 사용은 NA = 1 또는 그 이상의 범위에 있는 극히 높은 개구수를 갖는 투영 대물렌즈의 사용을 위한 전제 조건이다.
193nm에 대해, n|∼1.437 의 굴절률을 갖는 극히 순수한 물이 적절한 액침 액체로서 뛰어나다. 157nm에 대해서는, 퍼플루오르폴리에테르(perfluoropolyether; PFPE)를 기초로 한 액침 액체가 현재 선호된다. 검사된 하나의 액침 액체는 157nm에서 n|=1.37 의 굴절률을 갖는다(M. Switkes 와 M. Rothschild 의 논문 "Immersion Lithography at 157nm"(J.Vac.Sci.Technol.B 19(6), Nov./Dec.2001, pages 1ff.) 참조).
의미 있는 측정 결과를 위해서는, 의도된 사용 동안의 조건들과 유사하거나 또는 그와 동일한 조건들 하에서 결상 시스템의 측정을 수행하는 것이 유리하기 때문에, 건식 시스템(dry system)들에 대해 설립된 측정 기술들을 액침 대물렌즈의 측정에 적용하기 위한 시도들이 이미 이루어져 왔다. 아직 공개되지 않은 본 출원인의 특허출원 DE 102 61 775.9 에는, 적어도 측정 주기 동안에 액침 액체가 유지될 수 있는 액침 액체 챔버가 제조되도록, 물체측 구조물 담지체와 결상 시스템 사이의 공간 및/또는 이미지측 구조물 담지체와 결상 시스템 사이의 공간의 경계를 정하기 위하여, 유체 챔버를 형성하는 수단이 제공되는 액침 시스템의 측정을 위한 측정 시스템이 소개되었다. 상기 특허 출원의 개시 내용은 본 명세서에서 참조로 통합된다.
본 발명자들에 의한 관찰에 따르면, 액침 조건들 하에서의 측정 동안에, 측정 정확도의 점진적인 악화가 발생하는 것이 가능하다.
본 발명은 액침 결상 시스템을 측정하기에 적당하며 액침 액체에 의한 측정 정확도의 악화를 피할 수 있는, 도입부에서 언급된 타입의 측정 시스템을 제공하는 목적을 기초로 한다.
상기 목적에 대한 해결책으로서, 한 유형에 따르면, 결상 시스템의 물체 표면에 배치된 패턴을 결상 시스템의 이미지 표면에 결상하기 위해 제공되는 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위해 측정 시스템을 제공하는 데, 상기 결상 시스템은 결상 시스템의 물체측 및 이미지측 중에서 적어도 하나에 배치된 액침 액체의 도움으로 결상하는 액침 시스템으로서 설계된다. 상기 측정 시스템은 측정 구조물을 갖는 적어도 하나의 구조물 담지체를 포함하며, 상기 구조물 담지체는 액침 액체의 영역 내에 배치되도록 제공되고, 상기 구조물 담지체에는 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위해 보호 시스템이 할당된다.
바람직하게는, 상기 측정 시스템은 결상 시스템의 물체측에 배치되는 물체측 측정 구조물을 갖는 물체측 구조물 담지체; 결상 시스템의 이미지측에 배치되는 이미지측 측정 구조물을 갖는 이미지측 구조물 담지체; 상기 결상 시스템에 의해 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물 위로 결상될 때, 중첩 패턴이 생성되도록 서로 정합하는 물체측 측정 구조물 및 이미지측 측정 구조물; 및 상기 중첩 패턴의 국소적 분해를 얻기 위한 검출기;를 포함하며, 상기 물체측 구조물 담지체와 이미지측 구조물 담지체 중에서 적어도 하나는 액침 액체의 영역 내에 배치되도록 제공되고 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 상기 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위하여 보호 시스템이 할당된다.
처음에 언듭하였듯이, 광학적 결상 시스템의 조절, 수정 및 특성화를 하는 동안, 결상 시스템의 이미지 표면의 영역에 있는 이미지측 측정 구조물을 사용하는 것처럼 하는 측정 기술을 이용하여 동작 모드에서 결상 시스템을 측정하는 것이 필요할 수 있다. 상기 측정 기술은, 예컨대, 모아레 측정 기술, 점회절 측정 기술 또는 전단 간섭 기술일 수 있다.
수정될 결상 시스템이 유효한 동작 동안 마지막 이미지측 광학소자와 이미지 표면 사이에 액침 액체가 제공되어 있는 액침 시스템이라면, 의미 있는 측정 결과를 얻기 위하여, 결상 시스템의 상기 마지막 광학소자와 측정을 위해 사용된 이미지측 측정 구조물 사이의 공간에 동작 동안 사용된 액침 액체 또는 광학적으로 유사한 액침 액체를 부분적으로 또는 완전히 채우는 것이 편리하다.
많은 공지된 측정 시스템들에서, 이미지측 측정 구조물들은 기판에 도포되며 일반적으로 투명한 구조화된 박막 층들에 의해 형성된다. 구조물 담지체는, 소망하는 측정 구조물을 형성하기 위해 예컨대 에칭에 의해 구조화된 금속층이 기판 표면에 도포되는, 예컨대 수정 유리 또는 불화물 결정 재료로 된 기판에 의해 형성될 수 있다. 전형적인 예는 유리 기판 위의 크롬 층들이다. 금속 구조물들이 액침 액체에 직접 노출되는 동시에 액침 동작 동안에 짧은 파장의 측정 방사광에 노출된다는 사실로부터 문제가 발생할 수 있다. 시험에서, 이러한 조건들 하에서, 영향을 받은 측정 구조물에 있어서 점차적인 변화를 초래하며 따라서 상기 측정 구조물에 의해 성취된 광학적 효과에도 영향을 주는 크롬 층의 점차적인 열화가 판단될 수 있었다. 이러한 방법에서, 측정의 정확도는 감시하기 어려운 정도로 손상될 수 있다.
이러한 문제들은, 열화의 위험이 있는 측정 구조물이 적절한 보호 시스템에 의해 액침 매질의 화화적 및 물리적 공격으로부터 보호된다면 피할 수 있다. 상기 보호 시스템은, 열화의 위험이 있는 구조물 담지체의 측정 구조물이 광학적 조건들의 통제 불가능한 손상 없이 보호 시스템에 의해 액침 액체로부터 보호되도록 설계되고 배치되어야 한다. 그 결과, 열화의 위험이 있는 측정 구조물의 장기간 안정성이 액침 상태에서의 측정 조건들에 대해 생길 수 있으며, 따라서 실제로 사용되는 조건들과 가까운 동작 조건들에서 매우 정확한 측정이 가능하다.
구조물 담지체는 측정 방사광에 대해 바람직하게는 투명한 기판을 종종 포함하며, 상기 기판의 적어도 하나의 기판 표면에는 측정 구조물을 형성하는 코팅이 도포된다. 상기 코팅은, 대부분의 투명한 영역들 이외에 실질적으로 불투명한(방사광-불투과성) 영역들이 있도록, 예컨대 마이크로리소그래피 방법 또는 직접 구성하는 방법에 의해 2차원 형태로 구성될 수 있다. 특히 자외선 영역에서의 적용에서, 용이하게 구성될 수 있는 금속 또는 금속 합금으로 된 박막 코팅이 우수한 것으로 증명되었는 데, 특히 크롬 또는 크롬 함유 금속들이 유리하다.
보호 시스템은 기판에서 떨어져서 대향하면서 상기 코팅측에 배치될 수 있으며, 몇몇 실시예에서는 기판의 코팅되지 않은 영역을 덮고, 다른 실시예에서는 실질적으로 단지 코팅 그 자체만을 덮는다. 상기 보호 시스템은 바람직하게는, 구조물을 형성하는 코팅이 기판과 보호 시스템 사이에 실질적으로 모든 면들에서 액밀성(liquid-tight)이 되는 방식으로 둘러싸이도록, 상기 구조물을 형성하는 코팅과 기판에 대해 도포된다. 이러한 방식으로, 열화의 위험이 있는 코팅 재료의 보호가 제공될 수 있으며, 이는 액침 측정 조건들 하에서 구조물 담지체의 장기간의 안정성을 보장한다.
하나의 예에서, 상기 보호 시스템은 측정 방사광에 투명한 적어도 하나의 보호층을 포함한다. 특히, 상기 보호 시스템은 오로지 보호층에 의해서만 형성될 수도 있다. 보호층은 적절한 박막 층 공정(예컨대, CVD, PVD 또는 관련 코팅 공정)으로 제조될 수 있고, 보호될 측정 구조물 위에 직접 증착될 수 있다. 다른 예에서, 코팅 재료보다 액침 액체에 대해 화학적으로 더 안정한 금속이 측정 구조물을 형성하는 금속 코팅의 전기 도금된 코팅에 제공된다. 패시베이션층(passivation layer)의 방식으로 견고하게 부착된 보호층을 형성하기 위하여, 측정 구조물을 형성하는 금속 코팅 재료의 반응 생성물(reaction product)로부터 보호층을 형성하는 것도 가능하다.
보호층은 단일한 재료의 층에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 보호층은 박막 층 공정에 의해 제조된 얇은 개별 층이거나 투명한 고체 재료로 된 실질적으로 평면-평행판일 수 있다. 또한, 보호층은 하나 위에 다른 것이 있는 다수의 재료의 층들을 포함할 수 있으며, 예컨대, 유전체 교호층(alternating layer) 시스템으로서 또는 코팅된 판(plate)으로서 형성될 수 있다.
한 예에서, 보호층은 액침 액체에 대해 실질적으로 불투수성(impermeable)인 적어도 하나의 배리어층(barrier layer)을 포함한다. 상기 배리어층은, 액침 액체에 대해 실질적으로 화학적 저항성이 있으며 기판으로부터 떨어져서 대향하는 배리어층의 외측으로부터 구조물과 대향하는 배리어층 쪽으로 통과하는 다공(pore)들이 실질적으로 없는 적어도 하나의 배리어층 재료로 구성될 수 있다. 배리어층의 도움으로, 액침 액체가 상기 보호될 측정 구조물까지 침투하는 것을 상당한 정도로 방지하는 것이 가능하다. 상기 배리어층은 그 자체만으로 또는 추가적인 재료의 층들과 함께 제공될 수 있다. 배리어층은 개별적인 층으로서 또는 복층(multiple layer)으로서 형성될 수도 있다.
한 예에서, 상기 배리어층은 높은 패킹 밀도(packing density)를 갖는 산화 물 재료로 실질적으로 구성된다. 특히, 이산화규소(SiO2)를 사용하는 것이 유리한 데, 상기 재료는 간섭층(interference layer) 시스템에서 흡수가 없는 낮은 굴절률 재료로서 193nm 이하에서 사용될 수 있으며, 적절한 코팅 기법, 예컨대 이온 스퍼터링으로, 다공들 없이 대규모로 도포될 수 있다.
한 실시예에서, 제공된 보호층은 이산화규소로 된 단일 층이다. 예컨대, 약 30nm 내지 약 100nm 사이의 수십 나노미터의 기하학적 층 두께가 현재 적절한 것으로 보여진다.
상기 보호층은, 여기서 가장 중요성을 갖는 액침 액체에 의한 물리 화학적 공격에 대한 보호 작용에 추가하여, 정의 가능한 광학적 작용, 예컨대 보호층과 액침 액체 사이의 고체-액체 계면에 대한 반사 감소 작용을 갖도록 설계될 수 있다.
상기 보호층은, 대응하는 동작 파장에 대해 실질적으로 투명하며 액침 매질에서 실질적으로 용해되지 않는 적어도 하나의 불화물 재료를 갖는 적어도 하나의 배리어층을 포함할 수 있다. 특히, 동작 파장에 따라, 상기 배리어층은, 불화 악티늄(AcF3), 불화 비스무스(BiF3), 불화 어븀(ErF3), 불화 유로퓸(EuF3), 불화 가돌리늄(GdF3), 불화 홀뮴(HoF3), 불화 칼륨 마그네슘(KMgF3), 불화 란타늄(LaF3), 불화 나트륨 이트륨(NaYF4), 불화 네오디뮴(NdF3), 불화 사마륨(SmF3), 불화 테르븀(TbF3), 불화 티타늄(TiF3), 불화 툴륨(TmF3), 불화 바나듐(VF3), 불화 이테르븀(YbF3), 불화 이트륨(YF3)의 물질들 중에서 적어도 하나를 포함하거나 또는 실질적으로 그 중 하나의 물질로 구성된다. 상술한 모든 재료들은 193nm 이하까지 적절하다. 특히, ErF3, GdF3, LaF3 및 KMgF3 의 희토류 불화물(rare earth fluoride) 들은 157nm에서도 사용될 수 있다.
상기 보호층이, 이산화규소(SiO2), 산화 마그네슘 알루미늄(MgAl2O4), 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화 텅스텐(WO2), 삼산화 텅스텐(WO3)의 산화물들 중에서 적어도 하나를 포함하거나 또는 실질적으로 상기 재료들 중에서 어느 하나로 구성되는 적어도 하나의 배리어층을 포함하는 것도 역시 가능하다. 여기서 상기 모든 재료들은 193nm에서 적당하며; 작은 층 두께가 선택되는 경우에 SiO2 은 157nm에서도 사용될 수 있다.
또한, 측정 구조물로부터 떨어져 있을 필요가 있을 경우, 상기 보호층은 보호될 측정 구조물과 액침 액체 사이에 배치되는 별개의 구성이 되는 것도 가능하다. 존재할 수도 있는 그 사이의 공간은, 예컨대, 액침 액체에 비해 덜 공격적인 액체로 채워지거나 또는 가스로 채워질 수 있다. 상기 보호 시스템은, 측정하는 동안에 측정 구조물 위에 직접 놓이도록 배치되거나 또는 측정 구조물과 액침 액체 사이에서 상기 측정 구조물로부터 떨어져서 배치되는 투명한 평면-평행판을 포함할 수 있다. 상기 판을 위한 고정 구조, 예컨대, 환형 고정 구조는 그것이 제 위치에 있을 때 상기 보호될 측정 구조물을 측면으로 둘러쌀 수 있으며, 그 결과 상기 측정 구조물이 상기 판과 고정 구조에 의해 형성된 보호 시스템에 의해 액밀하게 둘러싸이게 된다.
건식 시스템용의 종래의 측정 시스템에서는, 검사될 광의 광속의 광학적 특성을 코팅이 변화시키기 때문에, 측정 구조물의 광학적 코팅은 일반적으로 생략된다. 상기 보호 시스템에 의한 측정 결과의 손상을 최소화하기 위하여, 본 측정 시스템의 바람직한 실시예에서는, 측정될 결상 시스템의 특성에 관한 정확한 결과를 허용하기 위하여, 전체적인 시스템으로부터 측정된 값들이 상기 보호 시스템의 기여 만큼 보정되도록 한다. 이를 위하여, 바람직한 실시예의 평가 장치는 중첩 패턴을 평가하기 위한 평가 프로그램과 중첩 패턴의 구조에서 상기 보호 시스템의 광학적 영향을 계산하여 고려하기 위한 보정 프로그램을 포함한다.
보정은 대수학 또는 빔 광학 계산을 기초로 할 수 있는 데, 보호 시스템의 특성은 상기 보호 시스템의 두께, 재료 또는 재료의 조합, 굴절률 또는 투과하여 조사되는 영역에서의 굴절률의 조합을 이용하여 고려된다. 다른 예에서 측정 결과에 대한 보호 시스템의 기여는, 보호되지 않지만 동일한 구조물 담지체를 갖는 비교 대상의 측정을 이용하여 실험적으로 결정된다.
본 발명은 또한 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템용 구조물 담지체에 관한 것인 데, 상기 구조물 담지체는 적어도 하나의 측정 구조물을 구비한다. 예컨대, 이는 회절 격자, 모아레 측정 방법을 위한 라인 구조물 또는 적어도 하나의 바늘구멍을 갖는 측정 구조물일 수 있다. 기판 담지체의 사용 위치에 있는 액침 액체로부터 상기 측정 구조물을 보호하기 위하여, 액침 액체에 의해 발생하는 열화에 대한 측정 구조물의 저항상을 증가시키기 위해, 상기 측정 구조물은 보호 시스템에 의해 보호된다. 상기 보호 시스템은, 예컨대, 바람직하게는 보호층의 자유 표면으로부터 보호될 측정 구조물까지 통과하는 다공들이 없는, 수정으로 된 단일한 박막 층에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서 및 도면, 그리고 청구범위로부터 상기 특징들 및 추가적인 특징들이 개시되며, 각각의 경우에 개별적인 특징들은 그 자체로 또는 본 발명의 실시예에서 및 다른 분야에서의 부조합들의 형태로 복수로 구현될 수 있으며, 근본적으로 보호할 수 있는 유리한 실시예를 나타낸다. 본 발명의 예시적인 실시예들은 도면에서 도시되어 있으며 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 마이크로리소그래피 투영 노광 시스템 내에 일체화된 액침 투영 대물렌즈의 광학적 측정을 위한 전단 간섭 시스템의 한 실시예에 대한 개략적인 측면도이다.
도 2는 수정 보호층에 의해 보호되는 이미지측 측정 구조물을 갖는 도 1에 도시된 측정 시스템의 이미지측에 배치된 구성의 상세도이다.
도 3은 점회절 간섭계를 이용한 측정을 위한 액침 투영 대물렌즈용 측정 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 3의 점회절 간섭계의 이미지측 측정 구조물의 개략적인 사시도이다.
도 5는 수정 유리로 된 평면판에 의해 보호되는 이미지측 측정 구조물을 갖는 측정 시스템의 다른 실시예의 이미지측에 배치된 구성의 상세도이다.
도 6은 전기 도금에 의해 제조된 보호층에 의해 보호되는 라인 격자를 개략적으로 도시한다.
도 7은 전기 도금에 의해 제조된 보호층에 의해 보호되는 체커보드(checkerboard) 회절 격자를 개략적으로 도시한다.
도 1에 개략적으로 도시된 측정 시스템(100)은, 193nm 의 동작 파장에서 액침 리소그래피를 이용하여 미세하게 구조화된 반도체소자를 제조하도록 설계된 마이크로리소그래피 투영 노광 시스템 내에 일체화된 투영 대물렌즈(150)의 광학적 측정에 사용된다. 다수의 렌즈들로 구성되고 축소 대물렌즈로서 작용을 하는 투영 대물렌즈(150)는 입사측 렌즈(151)와 출사측 렌즈(152)에 의해 개략적으로 표시되며, 의도된 사용을 하는 동안, 물체 평면(155)에 배치된 구조물-담지 마스크(레티클)의 패턴을 구조화될 반도체 웨이퍼에 도포된 감광층이 있는 투영 대물렌즈의 이 미지 평면(156)에 결상시키는 목적으로 사용된다. 이러한 목적을 위하여, 주요 광원으로서 역할을 하는 레이저의 방사광(radiation)으로부터 투영 대물렌즈의 텔레센트릭 요구조건에 맞는 조명 방사광을 형성하는 조명 시스템(140)에 의해 상기 레티클이 조명된다.
제조 동작과 측정 동작 사이의 전환을 위하여, 예컨대 반도체소자의 특정 층에 대한 배치구조를 담고 있는 상기 레티클은, 물체측 측정 구조물(111)이 도포되어 있는 측정 시스템의 물체측 구조물 담지체(carrier)(110)에 의해 대체된다. 웨이퍼에 대한 대체물로서, 이미지측 측정 구조물(121)을 구비하는 이미지측 구조물 담지체(120)가 이미지 평면(156)의 영역 내에 설치된다. 이미지측 구조물 담지체(120)와 함께 바뀌어 들어가고 나오거나 또는 이미지 평면 아래에 영구적으로 설치될 수 있는 국소 분해 검출기(locally resolving detector)(130)가 배치된다.
따라서, 측정될 결상 시스템(150)의 물체측에서, 상기 측정 시스템은 투영 노광 시스템의 조명 시스템(140)과 투영 대물렌즈(150)에 입사하는 측정 방사광의 가간섭성(coherence)에 대한 소정의 설정을 위한 가간섭성 마스크로서 사용되는 물체측 측정 구조물(111)을 갖는 물체측 구조물 담지체(110)를 포함한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 물체측 측정 구조물(11)은 물체 평면(155) 내에 배치된다. 적당한 가간섭성 마스크들의 구성은, 예컨대, 본 명세서에서 참조에 의해 그 내용이 통합되는 특허 출원 US 2002/0001088 A1 에 개시되어 있다.
결상 시스템의 이미지 평면에 있는, 결상 시스템(150)의 이미지측에 배치된 이미지측 측정 구조물(121)은 회절 격자(diffraction grating)로서 설계되며 따라 서 측정 방사광의 파장 크기 정도의 치수(예컨대, 라인 폭 및 라인 간격)를 갖는 회절 구조들을 갖는다. 상기 회절 격자(121)를 갖는 이미지측 구조물 담지체는, 이동 화살표(B)에 의해 표시된 바와 같이, 투영 대물렌즈(150)의 이미지 평면에서 측면 방향으로 이동 가능하도록 배치된다.
방사광 방향으로 회절 격자 다음에 있는 검출기(130)는 2차원으로 연장된, 국소적으로 분해할 수 있는 감광성 검출소자(132)를 포함한다. 상기 회절 격자와 검출소자 사이에 배치된 것은 상기 검출소자와 함께 환형의 마운트(annular mount) 내에 설치된 현미경 대물렌즈(131)이다. 상기 현미경 대물렌즈(131)는, 예컨대 영상 기록 카메라의 CCD 어레이로서 구현되는 검출소자(132) 위로 투영 대물렌즈의 동공(pupil)(153)의 영역을 결상하도록 설계된다. 상기 검출소자에 의해 기록된 전단 간섭(shearing interferometry)의 간섭 패턴은, 투영 대물렌즈의 결상 동작을 나타내며 이미지 결함 또는 파동 수차들을 나타내는 결상 파라미터들을 결정하기 위하여 평가 유닛(evaluation unit)(160)에서 평가된다.
전단 간섭계(shearing interferometer)들의 기능은 지금까지 공지되어 있으며 따라서 상세하게 설명하지는 않는다.
상기 측정 시스템의 특별한 특징은, 반도체 제조에서의 의도된 사용을 하는 동안, 투영 대물렌즈의 출사면과 웨이퍼에 도포된 레지스트층인 이미지 평면(121)에 배치된 표면 사이의 좁은 공간이 공기 또는 진공에 비하여 매우 높은 굴절률을 갖는 액침 액체로 채워져 있는 액침 대물렌즈(150)의 측정용으로 설계되어 있다는 것이다. 이러한 방식에서, 진공 동작 파장의 변화 없이 분해능 및 초점 깊이가 증 가될 수 있다.
투영 대물렌즈의 의도된 사용을 하는 동안 그러한 광학적 조건들 하에서 측정을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 상기 측정 시스템(100)은 상응하는 액침 동작에 맞도록 제조된다. 이러한 목적을 위하여, 측정을 위하여 대물렌즈의 출사측과 이미지측 측정 구조물(111) 사이에 벨로스(bellows) 또는 다른 적당한 수단들을 이용하여 유체 챔버가 형성되고, 그 결과, 측정을 하는 동안, 예시적인 경우에 극히 순수한 물로 구성되는 액침 액체(171)가 대물렌즈 출사측과 회절 격자 사이에 배치될 수 있다. 경우에 따라서, 이미지측 구조물 담지체(120)와 검출기(130) 사이의 공간에도 액침 액체(176)가 채워질 수 있는 데, 이는 NA > 1 의 개구수를 갖는 측정에 필수적이다. 이 경우에, 유체 챔버를 형성하는 벨로스 수단 또는 다른 수단도 역시 회절 격자 담지체(120)와 검출기 사이에 제공될 수 있다.
상기 액침 액체가 관심 있는 공간 내에 제공되고 유지되는 방식은 본 발명에서 중요한 것이 아니라는 점을 지적하여야 한다. 적당히 작은 축방향 크기의 공간이 주어진다면, 모세관력은 공간 내의 액침 액체을 유지하기에 충분할 수 있다(도 2 참조).
도 2에서, 측정 시스템(100)의 이미지측 부분이 상세하게 도시되어 있다. 이미지측 구조물 담지체(120)는, 사용된 측정 방사광에 대해 투명하며, 193nm 용의 측정 시스템에서 통상적으로 합성 수정 유리(synthetic quartz glass)이고 157nm 용의 시스템에서 통상적으로 불화칼슘인 재료로 된 평면-평행판(122)을 포함한다. 회절 격자(121)는 투영 대물렌즈를 향해 있는 평평한 기판 표면에 도포된 크롬의 미세구조 코팅에 의해 형성된다. 회절 격자들에 대한 가능한 구조들의 예들이, 예컨대, 체커보드와 같은 회절 격자들이 US 2002/0001088 A1 에 개시되어 있다.
상기 회절 격자(121)를 형성하는 크롬층은 액침 액체와 상대적으로 길게 이어지는 접촉을 하는 경우에 짧은 파장의 측정 방사광의 작용 하에서 손상될 위험이 있으며, 그 결과, 예컨대, 크롬의 용해 또는 분리의 결과로서 및/또는 액침 액체와 크롬 사이의 반응 생성물들의 증착의 결과로서 라인 폭들 및/또는 라인 간격들이 점차적으로 변할 수 있다. 측정 정확도에 손상을 주는 이러한 열화 현상을 회피하기 위하여, 보호 시스템(125)에 의해 상기 회절 격자(121)가 액침 매질에 의한 공격으로부터 보호된다. 상기 보호 시스템(125)은 수정(SiO2)으로 된 단일한 보호층에 의해 형성되는 데, 상기 보호층이 기판으로부터 떨어져 대향하는 면 위에서 및 측면 에지들에서 보호하는 방식으로 상기 회절 격자 코팅을 덮도록, 상기 구조물을 형성하는 코팅(121)의 구성에 이은 박막 층 공정에서 증착 등에 의해 상기 코팅에 보호층이 도포된다. 민감한 이미지측 측정 구조물(121)은 따라서 모든 면들에서 보호용 수정에 의해 둘러싸이며 따라서 밀봉된다.
수정층(125)의 이온 보조(ion-assisted) 제조를 하는 동안 적당한 공정 관리에 의해, 상기 수정층에는 액침 액체와 대향하는 외측으로부터 상기 보호 금속 코팅(121)까지 통과하는 다공 또는 다공들이 실질적으로 없다. 보호층의 투명한 수정 재료가 또한 물에 대해 화학적으로 저항성이 있기 때문에, 액체에서 용해되지 않고 액밀한(liquid-tight) 장벽층(125)에 의한 민감성 측정 구조물(125)의 영구적인 보 호가 보장된다.
적당한 두께(예컨대, 30nm 내지 100nm 사이)의 단일한 층으로 된 수정 코팅이 보호층으로의 목적에 필요한 경계 조건들을 만족한다는 것이 밝혀졌다. 상기 조건들은 방사광 안정성, 사용된 측정 방사광에 대한 적당한 투명성, 액침 액체에 대한 그리고 상기 액침 액체에서 용해될 수도 있는 물질에 대한 화학적 안정성 및/또는 방사광에 의해 생성된 액침 액체의 반응 생성물들에 대한 및/또는 상기 반응 생성물들에서 용해된 물질들에 대한 화학적 안정성을 포함한다. 더욱이, 상기 보호층의 효과에 결정적인 밀폐 특성이 제공되며, 마찬가지로 회절 격자의 크롬 재료에 대해 그리고 (화학적으로 동일한) 기판에 대해 화학적 안정성이 제공된다. 다른 적당한 층 시스템들이, 본 출원인에 의해 2003년 12월 19일에 출원되었으며 본 명세서에서 참조에 의해 통합되는 미국 가출원 US 60/530,623에 개시되어 있다.
간섭 무늬에 대한 평가에 있어서, 본 실시예에서는, 실질적으로 요구되는 결상 시스템의 광학적 특성들에 중첩되는 광학적 효과를 상기 보호층(125)이 갖는다는 사실이 고려된다. 첫번째 접근법을 위해, 이 경우에 상기 보호층은 결상 시스템의 파면에 대한 구면 대칭적인(spherically symmetrical) 기여를 제공하는 회절 격자 위에 있는 평면-평행판으로서 고려된다. 평가 유닛 내에 통합된 평가 프로그램은 구면 수차의 도입에 상응하는 이러한 효과의 고려를 위한 보정 프로그램을 포함한다. 이를 위하여, 두께 및 굴절률과 같은 보호층의 광학적 특성들을 이용함으로써 평면판들의 작용에 관한 공지의 관계(예컨대, Schroder의 저서 "Technische Optik"[technical Optics], Vogel Buchverlag, 8th edition, (1998) 참조)들을 기 초로, 측정 결과에 대한 보호층의 기여가 대수적인 또는 빔 광학적 계산에 의해 결정되며 결과적인 보정 값이 컴퓨터에 의한 보정에서 고려된다.
다른 보정 방법에 있어서, 측정 시스템의 실험적인 교정(calibration)이 수행된다. 이러한 목적을 위하여, 보호층이 제공된 회절 격자와 코팅은 되지 않고 다른 것은 동일한 회절 격자의 비교 측정을 이용하여, 측정된 결과에 대한 보호층의 기여가 실험적으로 결정된다. 그런 후 이러한 기여는 간섭 패턴의 평가를 하는 동안 고려된다. 비교 측정은 상이한 기판의 담지체들에서 수행될 수 있다. 비교될 구조들이 동일한 구조물 담지체 위에 위치하는 것도 역시 가능하다. 예컨대, 동일한 기판 담지체의 코팅되지 않은 또는 보호층이 없는 일부분에 의해 코팅되지 않은 비교 구조물이 형성될 수 있다. 이러한 방법으로, 제 자리에서의 비교 측정이 가능하며, 그 결과는 측정을 하는 동안 제공된 광학적 조건들와 함께 동적으로 연결된다.
보호층과 액침 액체 사이의 굴절률 차이가 적을수록, 측정된 결과에 대한 보호층의 보정되어야 할 영향은 낮다. 이는, 193nm 에서 약 1.437의 굴절률을 갖는 극히 순수한 물의 액침 액체에 대하여, 수정(n∼1.56)과 비교하여 낮은 (평균) 굴절률을 갖는 보호층 재료로 된 것을 사용함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 낮은 굴절률의 불화물 재료들, 예컨대, 상술한 바 있는 희토류의 불화물 재료들을 갖는 보호층들이 사용될 수 있다.
193nm 의 액침 리소그래피에서, 굴절률을 증가시키는 첨가물들을 사용함으로써 사용된 물의 굴절률을 증가시키려는 시도가 최근에 있었다는 사실과 관련하여 수정 코팅이 유리할 수도 있다는 점을 유의하여야 한다. 예컨대, 세슘 또는 인산염 과 같은 염기성 물질, 황산염들을 물에 첨가함으로써, 극히 순수한 물에 비해 굴절률이 높은 이온화된 액체가 제조될 수 있었다(D. Lammers에 의해 공개된 인터넷 공개물 "Doped water's could extend 193-nm immersion litho", http:/www.eetimes.com/semi/news/jan.2004 참조). 이러한 방법으로, 상술한 보정에 대한 가능성이 필요 없어질 정도로, 수정에 대한 굴절률 차이가 감소될 수 있다.
157nm의 동작 파장에서, 예컨대 퍼플루오르폴리에테르(PFPE)가 적당한 데, 이는 157nm에서 충분히 투명하며 마이크로리소그래피에서 현재 사용되는 몇몇 포토레지스트 재료들과 양립 가능하다. 검사된 한 액침 액체는 157nm에서 n|=1.37의 굴절률을 갖는다. 액체-저항성 보호층에 적당한 재료들은, 예컨대, 157nm에서 투명한 앞에서 언급했던 희토류 불화물들이다.
본 발명에 따라 보호되는 측정 구조물들을 갖는 구조물 담지체들은 또한 다른 측정 원리에 따라 동작하는 측정 시스템에 대해서도 유용하다. 예컨대, 물체측 측정 구조물과 이미지측 측정 구조물은, 상기 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물 위로 결상될 때, 도입부에서 언급된 바와 같이 모아레 패턴이 생성되도록 서로 정합될 수 있다. 모아레 시스템의 경우에 도 1에 따른 측정 시스템의 회절 격자 구조와의 한 가지 차이점은, 회절 효과가 측정에 있어서 어떠한 관련 부분의 역할도 하지 않도록 물체측 측정 구조물의 물리적인 가간섭성 특성이 선택된다는 것이다.
도 3에는, 액침 동작용의 점회절 간섭계로서 구성된 측정 시스템(300)의 실시예가 도시되어 있다. 동일한 또는 대응하는 특징들은 도 1에서와 동일하고 200 만큼 증가된 참조 부호를 갖는다.
조명 시스템(340) 다음에 있는 결상 시스템(350)의 물체측에 있는 것은, 제 1 구면파를 생성하기 위해 물체 평면(355)에 배치된 바늘구멍(312)을 갖는 물체측 측정 구조물(311)을 포함하는 물체측 구조물 담지체(310)이다. 투영 대물렌즈의 입사측 렌즈(351)와 바늘구멍 마스크(310) 사이에 제공된 것은, 제 1 파와 결맞음 된 제 2 구면파를 생성하기 위한 회절 격자(315)의 형태로 있는 빔스플리터이다. 대신에, 상기 빔스플리팅 회절 격자는 물체측 바늘구멍 측정 구조물의 전방에 또는 대물렌즈의 출사측과 바늘구멍 측정 구조물로서 형성된 이미지측 측정 구조물 사이의 이미지측에 배치될 수 있다. 위상 시프트의 목적을 위하여, 빔스플리팅 회절 격자(315)는 이동 화살표(B)에 의해 표시된 바와 같이, 측면 방향으로 이동할 수 있도록 배치된다.
투영 대물렌즈의 이미지 평면(356)에 또는 이미지 평면의 근처에 위치하는 이미지측 측정 구조물(321)(도 4 참조)은 회절에 의한 구면 참조파를 생성하기 위하여 제 2 바늘구멍(322)을 갖는다. 참조파(reference wave)의 생성을 위한 방사광은, 도 3에서 각각 실선과 점선으로 개략적으로 표시된, 회절 격자(315)에 의해 제공되어 결상 시스템을 통과하는 제 1 또는 제 2 구면파의 결상으로부터 발생한다. 상기 바늘구멍(322)에 추가하여, 상기 이미지측 측정 구조물은 시험파(specimen wave)가 자유로이 통과할 수 있도록 하는 보다 큰 제 2 개구(323)를 갖는다. 이러 한 방식으로, 참조파와 시험파의 가간섭성 중첩이 검출소자(332)의 검출면 위에서 발생하며, 생성된 간섭 패턴은 상기 검출소자(332)에 의해 국소적으로 분해되는 방식으로 검출될 수 있고, 하류측에 연결된 평가 유닛(360)에 의해 평가될 수 있다.
여기서, 투영 대물렌즈(350)도 역시 액침 대물렌즈이며, 그 결과 측정은 투영 대물렌즈와 이미지측 측정 구조물(321) 사이에 배치된 액침 액체(371)에 의해 수행되는 것이 유리하고, 이미지측 구조물 담지체(320)와 검출기 사이에도 역시 액침 액체(376)가 제공되는 것이 가능하다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 이미지측 구조물은 수정 기판(325)에 도포된 크롬 코팅(321)에 의해 형성되며, 여기서 동작 파장과 비교될 만한 직경을 갖는 바늘구멍(322)과 실질적으로 비교적 더 큰 제 2 개구(323)는 절개되어 제공된다. 약 30nm 내지 100nm의 두께를 갖는 폐쇄된 수정 보호층(325)은 바늘구멍(322)과 참조파 개구(323)의 투명 영역들과 정확하게 동일한 방식으로, 측면 중첩을 갖는 크롬 코팅에 의해 형성된 불투명 영역 전체를 덮는다.
도 1 및 도 2에 따른 실시예에서와 같이, 측정된 결과의 보정을 위한 점회절 간섭 무늬의 평가에 있어서 수정 코팅(325)의 광학적 영향이 고려될 수 있다.
도 5는 액침 동작에 적당한 전단 간섭용의 측정 시스템의 다른 실시예의 투영 대물렌즈의 이미지측에 배치된 구성을 상세하게 도시하고 있다. 동일한 또는 대응하는 특징들은 도 2에서와 같으며 400만큼 증가된 참조 부호를 갖는다.
본 실시예에서, 많은 통상적인 측정 구조물에서와 같이, 액침 액체(571)로부터 보호될 이미지측 측정 구조물(521)에는 박막의 광학적 코팅이 제공되지 않고 코 팅되어 있지 않다. 액침 액체로부터의 보호는, 회절 격자(521) 둘레에 환형으로 위치할 고정 구조(526)에 의해 상기 회절 격자(521) 위에 약간 떨어져서 유지되는 평면-평행한 투명판(525)에 의해 측정 구조물(521)이 덮힌다는 사실에 의해 이루어진다. 액밀한 액체-저항성 고정 링(526)의 높이는, 자체 지지판(525)과 측정 구조물 사이에 빈 공간이 형성되도록 하는 크기를 갖는다. 상기 평행판은, 시스템의 동작 파장의 방사광이 통과되도록 하고, 조사될 때, 액침 액체에 대하여 그리고 상기 액침 액체에 용해될 수도 있는 물질 또는 반응 생성물들에 대하여 충분히 화학적으로 안정한 재료로 구성된다. 도시된 193nm의 시스템에서, 상기 판(525)은 합성 수정 유리로 구성되며, 157nm의 시스템의 경우에, 불화 칼슘이 판 재료로서 사용될 수 있다. 반사를 감소시키기 위하여, 상기 판에는 양측의 평평한 판 표면들 모두에 또는 어느 하나에 박막 광학층이 제공될 수 있다. 고정 구조(526)와 함께, 상기 판은 액밀한 방식으로 측정 구조물을 둘러싸는 보호 시스템을 형성한다.
판(525)과 측정 구조물(521) 사이에 형성된 빈 공간은 측정 조건들에 따라 가스 또는 제 2 액침 액체로 채워질 수 있다. 제 2 액침 액체를 채우는 경우에, 바람직하게는, 동작 파장에서 조사될 때 구조물(521)을 형성하는 크롬 코팅의 재료를 공격하지 않고 상기 평면판보다 낮은 굴절률을 갖도록 제 2 액침 액체를 선택하여야 한다. 이 경우에, 평면판과 측정 구조물 사이에 적당한 거리를 선택함으로써, 기계-광학적 방법으로 결상 빔의 경로에 있는 상기 평면판의 광학적 효과를 보상할 가능성이 있다. 이 경우에, 평면판(525)에 의해 도입된 구면 수차가 낮은 굴절률의 투명 액체의 실질적으로 평면-평행한 층에 의해 완전하게 보정되도록 빈 공간의 높 이를 선택하는 것이 바람직하다. 대신에, 빈 공간이 주어진 경우에, 평면판(525)의 두께가 적당한 재가공(remachining) 공정을 통해 상기 빈 공간의 높이와 정합되도록 할 수도 있다. 이러한 경우들에는, 앞서 설명한 측정 결과의 보정이 필요 없을 수 있다. 제 2 액침 액체를 사용할 때의 추가적인 이점은, 결상 시스템에 사용된 제 1 액침 액체(571)와 관계 없이, 조사되는 중에도 기판(522) 위의 측정 구조물을 공격하지 않는 액체를 선택할 수 있거나 또는 제 1 액침 액체(571)와 크기가 동일하지 않도록 할 수 있다는 것이다.
만약 상기 빈 공간이 가스로 채워진다면, 가스들이 투명한 고체들보다 낮은 굴절률을 갖기 때문에 빈 공간의 보상 특성이 잘 만족될 수 있다. 가스를 채우는 경우에, 조절 가능한 양(+)의 압력에서 가스를 유지하도록 이루어질 수 있으며, 그 결과 제 1 액침 액체(571)의 작용 하에서 평면판(525)의 가능한 편향을 피할 수 있다. 이를 위하여, 가압용 가스 연결부(527)가 고정 링(526)에 제공될 수 있다. 제 2 액침 액체가 빈 공간에 사용되는 경우, 상기 연결부는 액체를 빈 공간에 채우기 위하여 사용될 수도 있다. 이러한 장치의 개선예에서, 제 2 연결부(528)를 통해 제 2 액침 액체가 빠져 나가게 될 수 있으며, 그 결과 액체 회로가 형성된다. 이는, 방사광에 의해 발생한 오염이 세척 효과에 의해 감소될 수 있다는 이점을 갖는다.
보호 시스템의 투명한 부분으로서 역할을 하는 평면판(525)과 보호될 측정 구조물(521) 사이의 거리의 결정은, 상술한 굴절률 보상의 목적을 위하여, 특히 다음의 두 방식으로 행해질 수 있다. 첫번째로, 컴퓨터에 의한 방법으로, 평면판의 두께 및 굴절률과 동작 파장에서의 제 2 액침 액체 또는 가스의 굴절률이 충분히 정확하게 알려진다. 대신에 또는 추가적으로, 이미지측 측정 구조물(521)과 평면판(525) 사이의 축 방향의 공간을 연속적으로 조절하는 장치를 사용함으로써, 상술한 방식으로 변형되지 않고 구조적으로는 동일한 이미지측 기판 담지체(520)에 대한 비교 측정이 수행될 수 있다. 이러한 설정은, 보호 시스템으로 측정된 측정 결과가 동일한 테스트용 대물렌즈에 대해 보호 시스템 없이 측정된 측정 결과와 실질적으로 더 이상 차이가 없을 때까지 한 단계씩 변경하면서 수행되는 것이 바람직하다.
측정 구조물 상의 보호 코팅의 광학적 효과를 최소화하기 위하여, 본 발명의 개선예에서는, 구조물층으로 인한 가능한 형상의 편차를 보정하는 가공 공정을 이용하여 보호층을 재가공하도록 한다. 예컨대, 그러한 가공 공정은, 고도로 정확한 평평한 표면이 보호층의 외측에 형성되고 방사광 입사면으로서 사용되도록 하는 연마(polishing) 공정일 수 있다. 코팅의 외측이 코팅 공정으로 인해 이미 평평하다면, 그러한 연마 공정은 필요하지 않을 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 금속층(121)을 갖는 불투명한 영역들과 그들 사이에 있는 금속층(121)이 없는 투명한 영역들 사이에서 보호층(125)의 층 두께가 급격하게 변함에도 불구하고, 상기 보호층(125)은 광학적으로 평평한 외측 표면(126)을 갖는다.
기판을 밀폐시키는 상술한 보호 코팅과 광학적으로 투명한 층 재료로 완전하게 측정 구조물을 형성하는 코팅에 대한 대안으로서, 측정 구조물을 형성하는 구조물 층의 금속 성분들에만 적당한 보호 시스템을 제공하는 것도 역시 가능하다. 이러한 방법의 한 이점은, (측정 구조물의 통상적인 구조 크기에 따라) 어떠한 경우 에도 입사 방사광에 대한 광 경로에서의 빔의 광학적 변화가 없고, 회절 특성에 있어서의 약간의 구조적 변화가 있으며, 그 결과 보호 시스템의 광학적 효과가 상당히 낮다고 예측할 수 있다는 것이다.
한 개선예에서, 측정 구조물을 형성하는 금속 코팅(예컨대, 크롬)에 액침 액체에 대하여 화학적으로 보다 안정한 다른 금속, 예컨대 금(gold)으로 전기도금 코팅하는 것이 제공된다. 전기화학적 적용으로 인해, 이러한 선택적으로 도포되는 보호층은 측정 구조물을 형성하는 전기적으로 전도성 재료인 코팅(예컨대 크롬)에만 달라붙으며 전기적으로 전도성이 아닌 기판 재료(예컨대, 유리)에는 달라붙지 않는다. 전기도금 코팅을 위한 전제 조건은, 보호될 구조물들이, 예컨대 서로 연결됨으로써 전기적으로 전도성인 컨택을 만들 수 있어야 한다는 것이다. 라인 격자(도 6)의 경우에, 이는 격자 설계에서 전기적 컨택(626)에 연결되는 연결 구조(627)를 통합시킴으로써 이루어질 수 있다. 전단 간섭에 특히 적당한 체커보드(checkerboard) 형상의 구조(도 7)에서, 개개의 크롬 영역(728)들에 대한 전기적 연결은 작은 연결부(727)들을 설계에 통합함으로써 보장될 수 있는 데, 상기 연결부들 중 하나는 전기적 컨택에 연결된다.
다른 실시예에서, 측정 구조물을 형성하는 코팅의 금속층 재료가 화학적으로 처리되어, 금속 그 자체에 비해 액침 액체에 대해 화학적으로 보다 안정적인 연결이 상기 코팅 표면에 형성된다. 이러한 타입의 패시베이션(passivation)은, 예컨대, 알루미늄이 알려져 있다. 산소 분위기와 함께 특정 조건들 하에서, 알루미늄은 표면에 산화 알루미늄으로 된 패시베이션 층으로 알려진 것을 형성하는 데, 이는 물 또는 산소와의 추가적인 작용들에 대하여 불활성으로 만든다. 따라서, 상기 보호층은 또한, 측정 구조물을 형성하는 코팅 재료와 적당한 주변 매질의 화학 작용에 의해 만들어지는 패시베이션 층에 의해 형성될 수도 있다. 그러면, 이러한 보호층은 구성 성분으로서 코팅 재료 그 자체를 포함한다.
본 발명은 이미지측에 설치될 구조물 담지체들의 보호에만 한정되지 않는다. 추가적으로, 물체측에 설치될 구조물 담지체들의 측정 구조물들, 예컨대, 도 1에 도시된 가간섭성 마스크(110), 도 3에 도시된 바늘구멍 마스크(310) 및 회절 격자(315) 또는 모아레 마스크 역시 본 발명에 따라 보호될 수 있다. 이는 특히, 측정되는 결상 시스템에서, 유효한 동작을 하는 동안 물체측에서, 예컨대 마이크로리소그래피 시스템의 레티클의 영역에서 액침 액체가 사용되는 경우에 적용된다.

Claims (31)

  1. 결상 시스템의 물체 표면에 배치된 패턴을 결상 시스템의 이미지 표면에 결상시키도록 제공되는 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템에 있어서,
    상기 결상 시스템은 결상 시스템의 물체측 및 이미지측 중에서 적어도 하나에 배치된 액침 액체의 도움으로 결상하는 액침 시스템으로서 설계되며,
    상기 측정 시스템은 측정 구조물을 갖는 적어도 하나의 구조물 담지체를 포함하고, 상기 구조물 담지체는 상기 액침 액체의 영역 내에 배치되도록 제공되며, 상기 구조물 담지체에는 상기 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위하여 보호 시스템이 할당되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결상 시스템의 물체측에 배치되는 것으로, 물체측 측정 구조물을 갖는 물체측 구조물 담지체;
    상기 결상 시스템의 이미지측에 배치되는 것으로, 이미지측 측정 구조물을 갖는 이미지측 구조물 담지체;
    상기 결상 시스템에 의해 물체측 측정 구조물이 이미지측 측정 구조물 위로 결상될 때, 중첩 패턴이 생성되도록 서로 정합되는 물체측 측정 구조물 및 이미지 측 측정 구조물; 및
    상기 중첩 패턴의 국소적 분해를 얻기 위한 검출기;를 포함하며,
    상기 물체측 구조물 담지체와 이미지측 구조물 담지체 중에서 적어도 하나는 상기 액침 액체의 영역 내에 배치되도록 제공되고 상기 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 상기 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위하여 보호 시스템이 할당되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 담지체는 기판을 포함하며, 상기 측정 구조물을 형성하는 코팅이 적어도 하나의 기판 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅은 금속 또는 금속 합금, 특히 크롬 또는 크롬 함유 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은, 상기 측정 구조물을 형성하는 코팅과 상기 기판에 대한 관계에 있어서, 상기 코팅이 모든 면들에서 실질적으로 액밀한 방식으로 상기 기판과 보호 시스템에 의해 둘러싸이도록 적용되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은 측정 방사광에 투명한 적어도 하나의 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은 상기 측정 구조물에 도포된 보호층에 의해서만 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 측정 방사광에 투명한 단일한 재료의 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 액침 액체에 대해 실질적으로 불투수성인 적어도 하나의 배리어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 액침 액체에 대해 실질적으로 화학적 저항성이 있으며 상기 측정 구조물로부터 떨어져서 대향하는, 상기 배리어층의 외측으로부터 상기 측정 구조물과 대향하는 배리어층 쪽으로 통과하는 다공들이 실질적으로 없는 적어 도 하나의 배리어층 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 이산화규소로 된 단일한 층인 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    이산화규소로 된 개별적인 층은 약 30nm 내지 100nm 사이의 기하학적 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 하나의 층 위에 다른 층이 놓여 있는 복수의 재료의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 보호층과 액침 액체 사이에 형성된 고체-액체 계면에 대한 반사-감소층으로서 설계되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 측정 구조물을 형성하는 금속 코팅에 대한 전기 도금 코 팅이며, 상기 금속 코팅 재료에 비하여 상기 액침 액체에 대해 화학적으로 보다 안정성이 있는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 측정 구조물을 형성하는 금속 코팅 재료의 반응 생성물로부터 패시베이션 층의 방식으로 형성되며, 상기 코팅 재료에 비하여 상기 액침 액체에 대해 화학적으로 보다 안정성이 있는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호층은, 방사광 입사면으로서 역할을 하는 상기 보호층의 외측 표면이 평평한 면이 되도록 하는 방식으로, 상기 측정 구조물을 형성하는 코팅으로 인한 가능한 형상의 편차에 대해 보정되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은 상기 구조물 담지체로부터 떨어져 있는 구조이며, 상기 측정 구조물과 액침 액체 사이에 설치되거나 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은 상기 측정 구조물과 보호 시스템 사이에 가스 또는 액체 가 채워질 수 있는 공간이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은, 측정 방사광에 투명하며, 측정을 하는 동안 상기 측정 구조물과 액침 액체 사이에 배치되는 평면-평행판을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은, 상기 구조물 담지체에 위치할 때 상기 보호될 측정 구조물을 측면으로 둘러싸는 상기 판을 위한 고정 구조를 포함하며, 그 결과 상기 판과 고정 구조에 의해 형성된 보호 시스템에 의해 상기 측정 구조물이 액밀하게 둘러싸이게 되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  22. 제 2 항에 있어서,
    상기 중첩 패턴으로부터 상기 결상 시스템의 결상 품질을 나타내는 적어도 하나의 결상 파라미터를 결정하기 위한 평가 장치가 제공되며, 상기 평가 장치는 상기 중첩 패턴을 평가하기 위한 평가 프로그램과 상기 중첩 패턴의 구조에 대한 상기 보호 시스템의 광학적 영향을 계산하여 고려하기 위한 보정 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 보호 시스템의 광학적 영향에 대한 결정은, 상기 보호 시스템을 갖는 측정 구조물에 대한 적어도 하나의 측정 변수를 결정하여 상기 측정 변수에 대한 제 1 측정값을 결정하는 것과 상기 보호 시스템이 없는 동일한 측정 구조물에 대해 상기 측정 변수에 대한 제 2 측정값을 결정하는 것, 및 상기 제 1 및 제 2 측정값 사이의 차이를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 보호 시스템을 갖는 측정 구조물과 보호 시스템이 없는 측정 구조물은 일부 영역 내에만 보호 시스템이 제공된 측정 구조물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  25. 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템용 구조물 담지체에 있어서, 상기 구조물 담지체는 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위하여 보호 시스템에 의해 보호되는 적어도 하나의 측정 구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 회절 격자인 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 모아레 측정 방법을 위한 라인 구조인 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 적어도 하나의 바늘구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 보호 시스템은, 상기 측정 구조물 상에 배치되며, 측정 방사광에 대해 투명하고 상기 액침 액체에 대해 실질적으로 불투수성인 보호층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 보호층은 이산화규소로 된 단일한 층인 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
  31. 광학적 결상 시스템의 광학적 측정을 위한 측정 시스템용 구조물 담지체에 있어서, 상기 구조물 담지체는, 액침 액체에 의해 초래되는 열화에 대한 측정 구조물의 저항성을 증가시키기 위하여 보호 시스템에 의해 보호되는, 측정 영역을 제한 하기 위한 조리개 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 구조물 담지체.
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