KR20090045009A - 측정장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

측정장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20090045009A
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Abstract

피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 측정장치는, 광원과, 상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하지 않는 빛을 반사해서 기준광을 형성하는 제 1 구면 미러와, 상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하는 빛을 반사해서 테스트 광을 형성하는 제 2 구면 미러와, 상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포를 측정하는 측정 유닛과, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 유닛과, 상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포에 의거하여, 상기 피검 광학계의 동공면에 있어서의 투과율 분포를 산출하는 연산부를 구비한다.
피검 광학계, 투과율 분포, 광원, 구면 미러, 강도 분포

Description

측정장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{MEASUREMENT APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 측정장치, 그 측정장치가 내장된 노광 장치, 및 그 노광 장치를 이용해서 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
도 11은, 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하기 위한 측정장치의 구성을 도시한 도면이다. 우선, 기준광의 강도 분포를 측정하는 방법을 설명한다. 집광 렌즈(5)와 피검 광학계(6)와의 사이에, 기준광을 형성하기 위한 RS 미러(제 1 구면 미러)(13)를 배치된다. 광원(1)으로부터 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되고, 빔 엑스팬더(beam expander;12) 및 미러 31, 32를 거쳐서 집광렌즈(5)에 도달한다. 집광렌즈(5)로부터 사출되어서 RS 미러(13)에 의해 반사되는 광속은, 반투명경(2)을 투과하고, 결상 광학계(41)를 거쳐서 촬상 센서(9)의 촬상면에 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)을 형성한다.
다음에, 테스트 광의 강도분포를 측정하는 방법을 설명한다. 피검 광학계(6) 를 투과한 광속은, 테스트 광을 형성하기 위한 RS 미러(제 2 구면 미러)(7)에 의해 반사된다. RS 미러(7)에 의해 반사된 광속은, 반투명경(2)을 투과하고, 결상 광학계(41)를 거쳐서 촬상 센서(9)의 촬상면에 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)을 형성한다.
기준 광 강도 분포 Irsa(x, y) 및 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)에 의거하여 피검 광학계(6)의 투과율 분포가 연산된다. 여기에서, 입사 광 강도를 IO, 측정장치만의 투과율 분포를 Tsys(x, y), RS 미러(13)의 반사율을 Rrsa라고 하면, 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)은, 다음 식으로 나타낸다.
Irsa(x, y）= Tsys(x, y）× Rrsa × IO
마찬가지로, 피검 광학계(6)의 투과율 분포를 Tlens(x, y), RS 미러(7)의 반사율을 Rrsb라고 하면, RS 미러(7)로부터의 반사광인 테스트 광의 강도 분포 Irsb(x, y)은, 다음 식으로 나타낸다.
Irsb(x, y) = Tsys(x, y) × (Tlens(x, y))2 × Rrsb × IO
따라서, 피검 광학계(6)의 투과율 분포는, 다음 식으로 나타낸다.
Tlens(x, y)
= (Rrsa/Rrsb)1/2 × (Irsa(x, y)/Irsb(x, y))1/2
= Const × (Irsb(x, y )/Irsa(x, y))1/2
여기에서, Rrsa, Rrsb는, 사전에 반사율 측정기 등에 의해 측정된다.
그 밖에도, 피검 광학계의 투과율을 측정하는 방법이 알려져 있다(일본국 공 개특허공보 특개2005-158828호).
종래는, RS 미러(13)의 반사율과 RS 미러(7)의 반사율이 동일하다고 가정해서 피검 광학계의 투과율 분포가 계산되었다. 그렇지만, 2개의 RS 미러의 반사율이 같지 않은 경우(즉, 반사율에 불균일한 분포가 있을 경우)에는, 투과율 분포의 측정 결과에 오차가 생긴다.
본 발명은, 상기의 과제인식을 계기로서 이루어진 것으로서, 예를 들면 피검 광학계의 투과율 분포를 고정밀도로 측정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 국면에 따른, 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 측정장치는 광원과, 상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하지 않는 빛을 반사해서 기준광을 형성하는 제 1 구면 미러와, 상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하는 빛을 반사해서 테스트 광을 형성하는 제 2 구면 미러와, 상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도 분포를 측정하는 측정 유닛과, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 유닛과, 상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포에 의거하여, 상기 피검 광학계의 동공면에 있어서의 투과율 분포를 산출하는 연산부를 구비한다.
본 발명의 제 2 국면에 따른, 노광장치는, 원판의 패턴을 기판에 투영하기 위한 투영 광학계와, 상기 투영 광학계에 빛을 인도하기 위한 조명 광학계와, 본 발명의 제 1 국면으로서 정의된 측정장치를 구비하고, 상기 피검 광학계는, 상기 투영 광학계를 구비한다.
본 발명의 제 3 국면에 따른, 디바이스 제조방법은, 본 발명의 제 2 국면으로서 정의된 노광 장치를 이용해서 기판을 노광하는 공정과, 상기 기판을 현상하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제 4 국면에 따른, 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 방법은, 광원으로부터 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하지 않고 제 1 구면 미러에 의해 반사되는 기준광의 강도분포를 측정하는 공정과, 상기 광원으로부터 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하여, 제 2 구면 미러에 의해 반사되는 테스트 광의 강도분포를 측정하는 공정과, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 공정과, 상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포에 의거하여, 상기 피검 광학계의 동공면에 있어서의 투과율 분포를 산출하는 공정을 포함한다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예로부터 밝혀질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
[제 1 실시 예]
도 1 내지 도 3은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 1 내지 도 3에 있어서, 도 11에 나타낸 측정장치에 있어서의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 부호가 첨부되어 있다. 측정 장치(100)는, 피검 광학계(6)의 투과율 분포(동공면에 있어서의 투과율 분포)를 측정한다. 피검 광학계(6)의 일례로서는, 노광 장치의 투영 광학계를 들 수 있다. 노광 장치는, 원판(레티클 또는 마스크)에 형성된 패턴을 투영 광학계에 의해 기판(웨이퍼)에 투영해서, 상기 기판에 도포되어 있는 감광제를 노광한다. 측정장치(100)는, RS 미러 13 및 7의 반사율 분포를 측정하기 위한 측정 유닛을 구비하고 있다. 상기 측정 유닛은, 구(球)상 미러(10) 및 구동기구(11)를 포함한다. 구상 미러(10)는, 공의 중심을 통과하는 축의 주변에서 회전이 가능하다.
이하, 측정장치(100)에 의해 피검 광학계(6)의 투과율 분포 Tlens(x, y)를 측정하는 방법을 설명한다. 피검 광학계는 적어도 1개의 광학소자(렌즈 등)를 포함한다.
우선, RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x,y)와, 측정장치(100)의 집광렌즈(5)로부터 촬상 센서(9)에 이르는 광로에 삽입된 광학소자 5∼41로 구성되는 측정 광학계 OP의 투과광 분포 Isys(x,y)를 산출하는 방법을 설명한다. 또한, x, y는, 2차원 공간에 있어서의 위치를 나타내는 좌표값이다.
집광렌즈(집광 광학계)(5)와 피검 광학계(6)와의 사이에는, RS 미러(제 1 구면 미러)(13)가 예를 들면 구동 유닛(미도시)에 의해 삽입된다. 광원(1)으로부터 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되어, 빔 엑스팬더(12) 및 미러 31, 32를 거쳐서 집광렌즈(5)에 도달한다. 집광렌즈(5)로부터 사출된 광속은, RS 미러(13)에 의해 반사되고, 그 광속은 반투명경(2)을 투과하여, 결상 광학계(41)를 거쳐서 촬상 센서(9)의 촬상면에 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)를 형성한다. 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)는, 촬상 센서(9)에 의해 촬상되는 화상을 구성하는 2차원적으로 배열된 복수의 화소의 값으로서 검출된다. 즉, 촬상 센서(9)에 의해 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)이 촬상된다.
다음에, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, RS 미러(13) 대신에 구상 미러(10)가 구동 유닛(미도시)에 의해 배치된다. 구상 미러(10)는, 구동기구(11)에 의해 구동되어서, 공의 중심을 회전 중심으로 해서 회전시킨다.
구상 미러(10)는, 그 중심이 집광렌즈(5)의 집광점과 일치하도록 배치된다.광원(1)으로부터 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되어서, 빔 엑스팬더(12), 미러 31, 32, 및 집광렌즈(5)를 거쳐서 구상 미러(10)에 입사하고, 구상 미러(10)에 의해 반사된다. 구상 미러(10)에 의해 반사된 광속은, 집광렌즈(5) 등을 거쳐서 되돌아가, 반투명경(2)을 투과하여, 결상 광학계(41)를 통해서 촬상 센서(9)의 촬상면에, 구상 미러(10)로부터의 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)를 형성한다. 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)은, 촬상 센서(9)에 의해 촬상되는 화상을 구성하는 2차원적으로 배열된 복수의 화소의 값으로서 검출된다. 즉, 촬상 센서(9)에 의해 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)이 촬상된다.
촬상 센서(9)에 의한 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)의 촬상에 있어서, 구동기구(11)를 이용해서 구상 미러(10)를 회전시킴으로써 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)을 평균화할 수 있다. 이 평균화는, 구상 미러(10)의 반사율의 불균일성(불균일한 분포)을 제거하는 것을 의미한다.
구동기구(11)에 의해 구상 미러(10)를 측정 광학계 OP의 광축에 대하여 회전 시키는 것으로 한다. 이 경우에는, 엄밀하게는, 구상 미러(10)의 반사율을 상기 광축에 대하여 구상 미러(10)의 원주방향에 있어서 평균화하게 된다. 그렇지만, 반경방향에 대한 상기 반사율의 의존성이 충분히 작은 경우에는, 원주방향에 있어서의 반사율의 평균화에 의해도, 구상 미러(10)의 반사율의 불균일성은, 원주방향에 있어서도 반경방향에 있어서도 제거된다.
구동기구(11)는, 구상 미러(10)의 공의 중심을 통과하는 복수의 축에 대하여 구상 미러(10)를 회전시켜도 된다. 이에 따라, 반사율의 불균일성의 제거 효과를 높일 수 있다.
구동기구(11)에 의한 구상 미러(10)의 회전 구동은, 촬상 센서(9)에 의한 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)의 촬상 중(전하의 축적 중)에, 또는 촬상과 촬상의 사이에 이루어질 수 있다. 또는, 구동기구(11)에 의해 구상 미러(10)를 회전 구동하면서 촬상 센서(9)에 의해 복수의 화상(반사 광 강도 분포 Iballa(x,y))을 촬상해도 된다.
반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)의 평균화에 의해, 구상 미러(10)의 반사율의 불균일성이 제거 또는 저감되었던, 측정 광학계 OP의 투과 광 강도 분포 Isys(x, y)를 취득할 수 있다. 예를 들면, 구상 미러(10)를 구동기구(11)에 의해 회전시키면서 복수의 화상(반사 광 강도 분포 Iballa(x,y))을 촬상했을 경우에는, 복수의 화상을 촬상 매수로 평균화함으로써 측정 광학계 OP의 평균 투과 광 강도 분포 Isys(x, y)를 취득할 수 있다.
측정장치(100)에 설치된 연산부(90)는, RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x,y )을 다음 식에 따라서 연산한다.
Rrsa(x, y) = C1 × Irsa(x, y)/Isys(x, y)
여기서, C1은 정수다.
취득한 RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x, y)은, 측정장치(100)의 메모리(미도시)에 등록된다. 상기 메모리는, 예를 들면 연산부(90)에 내장될 수 있다. 그 등록된 반사율 분포 Rrsa(x, y)와, 그 후에 새롭게 검출되는 기준 광 강도 분포 Irsa(x,y)에 의거하여 측정 광학계 OP의 평균 투과 광 강도 분포 Isys(x,y )를 보정해도 된다.
다음에 RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x, y)를 산출하는 방법을 설명한다. 우선, 집광렌즈(5)로부터 사출된 광속이 피검 광학계(6)를 통과해서 RS 미러(제 2 구면 미러)(7)에 입사하도록, 피검 광학계(6) 및 RS 미러(7)를 배치한다. 이 상태에서, 광원(1)에 의해 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되어, 빔 엑스팬더(12), 미러 31, 32 및 집광렌즈(5)를 거쳐서 피검 광학계(6)에 입사하고, 피검 광학계(6)를 투과해서 RS 미러(7)에 입사한다. RS 미러(7)에 입사한 광속은, RS 미러(7)에 의해서 반사되고, 피검 광학계(6) 및 집광렌즈(5) 등을 거쳐서 되돌아가서, 반투명경(2)을 투과해서, 촬상 센서(9)의 촬상면에 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)를 형성한다. 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)는, 촬상 센서(9)에 의해 촬상되는 화상을 구성하는 2차원으로 배열된 복수의 화소의 값으로서 검출된다. 즉, 촬상 센서(9)에 의해 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)가 촬상된다.
다음에, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, RS 미러(7) 대신에 구상 미러(10)가 구동 유닛(미도시)에 의해 배치된다. RS 미러(7) 대신에 사용되는 구상 미러는, RS 미러(13) 대신에 사용되는 구상 미러와 동일해도 되고 또는 달라도 된다. 구상 미러(10)는, 구동기구(11)에 의해 구동되어서 회전한다. 구상 미러(10)는, 그 중심이 피검 광학계(6)의 집광점과 일치하도록 배치된다.
광원(1)으로부터 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되어, 빔 엑스팬더(12), 미러 31, 32 및 집광렌즈(5)를 거쳐서 피검 광학계(6)에 입사하고, 피검 광학계(6)를 투과해서 구상 미러(10)에 입사하고, 구상 미러(10)에 의해 반사된다. 구상 미러(10)에 의해 반사된 광속은, 피검 광학계(6) 및 집광렌즈(5) 등을 거쳐서 되돌아가고, 반투명경(2)을 투과해서, 촬상 센서(9)의 촬상면에 구상 미러(10)로부터의 반사 광 강도 분포 Iballb(x, y)를 형성한다. 이때에도, 구동기구(11)에 의해 구상 미러(10)를 회전시킴으로써 반사 광 강도 분포 Iballb(x, y)를 평균화할 수 있다. 이 평균화는, 구상 미러(10)의 반사율의 불균일성을 제거하는 것을 의미한다. 이 평균화에 의해, 구상 미러(10)의 반사율의 불균일성이 제거 또는 저감되는, 평균 반사 광 강도 분포 Ilens(x, y)를 취득할 수 있다. 평균 반사 광 강도 분포Ilens(x, y)은, 측정장치(100)의 측정 광학계 OP와 피검 광학계(6)와의 왕복에 의해 얻은 투과광 분포다.
연산부(90)는, RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x, y)를 다음 식을 따라서 연산한다.
Rrsb(x, y ）= C2 × Irsb(x, y)/Ilens(x, y)
여기서, C2은 정수다.
취득한 RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x, y)은, 측정장치(100)의 메모리(미도시)에 등록된다.
연산부(90)는, RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x,y)과 RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x,y)에 의거하여 피검 광학계(6)의 투과율 분포 Tlens(x, y)을 다음 식을 따라서 연산한다.
Tlens(x,y）= C3 × (Rrsa(x,y)/Rrsb(x,y))1/2 × (Irsb(x,y)/Irsa(x,y))1/2
이상과 같이, RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x, y)와 RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x,y)를 고려해서, 피검 광학계(6)의 투과율 분포를 고정밀도로 측정할 수 있다.
[제 2 실시 예]
도 4는, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 측정장치(110)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 실시 예는, 제 1 실시 예에 따른 집광렌즈(5)에 해당하는 집광렌즈 5'을 TS 렌즈로서 갖는 피조(Fizeau)형의 간섭계에 피검 광학계의 투과율 분포의 측정 기능을 탑재한 측정장치를 제공한다. TS 렌즈의 최종면은, 최종면과 초점 사이의 거리와 같은 곡률반경을 갖는다. 또한, 최종면과 초점은, TS 렌즈의 최종면을 의미한다.
피검 광학계의 성능의 중요한 항목으로서 투과 파면을 들 수 있다. 투과 파면을 평가할 때에 간섭 계측을 사용할 수 있다. 이 실시 예와 같이, 간섭계에 투과율 분포를 측정하는 기능을 탑재함으로써 별개의 장치를 만들 필요성이 없어져, 비 용면에서 유리하다.
광원(1)으로부터 사출된 광속은, 반투명경(2)에 의해 반사되어, 빔 엑스팬더(12) 및 미러 31, 32를 거쳐서 집광렌즈(TS 렌즈) 5'에 도달한다. 광속의 일부는, 집광렌즈(TS 렌즈) 5'을 투과하고, RS 미러(13)에 의해 반사된다. 집광렌즈(TS 렌즈) 5'은, X-Y-Z 스테이지(위치결정기구)(3)에 탑재된 PZT 액추에이터(4)에 의해 구동된다.
집광렌즈(TS 렌즈) 5'에는, 최종면 이외에 광원(1)이 사출하는 광속의 파장에 대한 반사 방지 코팅이 도포되고, 최종면에 의해서만 광속의 일부가 반사된다. 이하, 집광렌즈(TS 렌즈) 5'에 의해서 반사되는 광속을 참조 광속이라고 칭하고, 그것을 투과한 광속을 피검 광속이라고 칭한다. 이 참조 광속과 피검 광속과의 간섭을 이용해서 피검 광학계(6)의 투과 파면이 측정된다.
피검 광학계(6)의 투과율 분포의 측정시에는, 파면의 측정시에 형성된 것과 같은 간섭 무늬가 필요하지 않다. RS 미러 13과 RS 미러 7의 반사율 분포의 측정 방법은, 제 1 실시 예의 것과 같으므로, 여기에서는, 간섭무늬의 제거 방법에 관하여 설명한다.
우선, 집광렌즈(TS렌즈) 5'는, 그 초점과 RS 미러(13)의 곡률 중심이 일치하도록 배치된다. 그 상태에서, 공간 필터(8)를 광축에 수직인 방향으로 △spf만큼 쉬프트시키는 동시에, 집광렌즈(TS 렌즈) 5'도 X-Y-Z 스테이지(3)를 구동해서 광축에 수직한 방향으로 △만큼 쉬프트시킨다. 이 상태에서는, 피검 광속만이 공간필터(8)를 투과한다. 여기에서는, 집광렌즈(TS 렌즈) 5'의 초점거리를 Fts라고 하고, 빔 엑스팬더(12)의 초점거리를 Fexp이라고 하면, 공간필터(8)의 쉬프트량 △spf와 집광렌즈(TS 렌즈) 5'의 쉬프트량 △은, 다음 식으로 나타낸다.
△spf = 2 × △ × Fexp/Fts
도 5a 및 5b는, 쉬프트량 △spf에 의해 피검 광속과 참조 광속을 분리하는 공간 필터(8)의 근방을 나타내는 확대도다. 도 5a 및 5b에 있어서, 1점쇄선은 광학계 OP의 광축을 나타내고 있다. 참조 광속의 계측시에는, 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, 공간필터(8)의 개구 8a의 중심은, 광학계 OP의 광축 위에 있다. 한편, 피검 광속의 측정시에는, 도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 공간 필터(8)를 △spf만큼 쉬프트시킴으로써, 피검 광속의 위치에 공간필터(8)의 개구 8a의 중심을 이동시킨다. 이 동작에 따라, 공간 필터(8)는 참조 광속을 차광하고, 피검 광속만을 투과한다. 이상의 방법에 의해 피검 광속과 참조 광속을 분리함으로써 촬상 센서(9)의 촬상면에 참조 광 강도 분포 Irsa(x, y)를 형성할 수 있다.
RS 미러(13) 대신에 구상 미러를 배치했을 경우에도, 같은 방법으로 간섭무늬를 제거할 수 있다. 따라서, RS 미러(13)의 반사율 분포는, 제 1 실시 예와 같은 방법으로 얻을 수 있다.
RS 미러(7)로부터 반사되는 피검 광속의 측정에도 같은 방법을 사용할 수 있다. RS 미러(7)는, X-Y-Z 스테이지(14)에 탑재되어 있다. 피검 광속만 공간필터(8)를 투과시키기 위해서는, RS 미러(7)를 광축에 수직한 방향으로 △rsb만큼 쉬프트시키면 된다. 피검 광학계(예를 들면, 투영 광학계)(6)의 횡 배율을 βlens라고 하면, 공간필터(8)의 쉬프트량 △spf와 RS 미러(7)의 쉬프트량 △rsb와의 관계는, 다 음 식으로 나타낸다.
△spf = 2 × △rsb/βlens × Fexp/Fts
미러(7) 대신에 구상 미러를 배치했을 경우에도, 같은 방법으로 간섭 무늬를 제거할 수 있다. 따라서, RS 미러(7)의 반사율 분포는, 제 1 실시 예와 같은 방법으로 얻을 수 있다.
이상의 방법으로 2개의 RS 미러의 반사율 분포를 측정할 수 있으므로, 제 1 실시 예와 같은 방법으로 고정밀도로 피검 광학계(6)의 투과율 분포를 측정할 수 있다.
[제 3 실시 예]
이 실시 예는, 간섭무늬를 평균화함으로써 피검 광속과 참조 광속을 분리하여, 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 방법을 제공한다.
이 실시 예에 있어서도, 도 4에 나타내는 측정장치(110)를 사용할 수 있다. RS 미러(7)로서의 구면 미러의 곡률 중심이 피검 광학계(6)의 결상점에 일치하도록, X-Y-Z 스테이지(14)가 구동된다. 공간필터(8)는, 그 개구의 중심이 광학계 OP의 광축에 위치하도록 배치된다. 이러한 배치에 의해, 촬상 센서(9)의 촬상면에는, 피검 광속과 참조 광속과의 사이의 광로 길이 차 및 피검 광학계(6)의 투과 파면 수차에 따라, 피검 광속과 참조 광속이 서로 간섭하는 간섭무늬가 형성된다. 취득한 간섭 무늬는 촬상 센서(9)에 의해 촬상된다. X-Y-Z 스테이지(3)에 탑재된 PZT 액추에이터(4)를 이용해서 집광렌즈 5'을 반파장의 정수배만큼 직선 구동하고, 이 구동 중에 촬상 센서(9)에 의해 검출된 적산 광량을 사용해서 피검 광속의 정보를 얻을 수 있다.
도 6a 및 6b는, PZT 액추에이터(4)에 의한 집광렌즈 5'의 구동량과, 촬상 센서(9)의 어떤 특정 화소에 있어서의 간섭무늬 강도를 나타내는 그래프다. 도 6b에 나타나 있는 바와 같이, PZT 액추에이터(4)에 의한 집광렌즈 5'의 구동량 16이 파장의 반정수배가 될 때마다, 도 6a에 나타낸 간섭무늬 강도 15가 주기적으로 변동한다. 피검 광속의 광량을 Itest라고 하고, 참조 광속의 광량을 Iref라고 하며, 피검 광속과 참조 광속과의 간섭무늬의 콘트라스트를 V라고 하고, 피검광속과 참조 광속과의 광로 길이 차를 L이라고 하면, 간섭무늬강도 Ifrg은, 다음 식으로 나타낸다.
Ifrg = Itest + Iref + 2V(Itest × Iref)1/2cos(2πL/λ)
따라서, 광로 길이 차 L을 파장의 정수배만큼 스캔시켰을 때에 취득되는 적산 광량은, 간섭 성분이 캔슬되기 때문에, 피검 광속의 광량과 참조 광속의 광량과의 합이다.
이 실시 예에서는, PZT 액추에이터(4)에 의해 집광렌즈 5'을 구동함으로써 간섭무늬를 평균화하고 있다. 그렇지만, 광원(1)의 파장을 변화시킬 수 있는 경우에는, 파장을 변화시킴으로써 간섭무늬를 평균화해도 된다. 상기의 간섭무늬강도 Ifrg을 나타내는 식에 있어서, 파장 λ을 변화시킴으로써 간섭무늬에 1주기분의 변화를 줄 수 있다.
다음에, 도 7에 나타나 있는 바와 같이, X-Y-Z 스테이지(14)에 구상 미 러(10)와 구동기구(11)를 탑재하고, 구상 미러(10)의 중심이 피검 광학계(6)의 결상점에 일치하도록 X-Y-Z 스테이지(14)를 구동한다. RS 미러(7)의 경우와 마찬가지로, PZT 액추에이터(4)에 의해 구상 미러(10)를 구동해서 적산 광량을 측정하면, 참조 광속과 피검 광속의 광량의 합을 얻을 수 있다. 여기에서, PZT 액추에이터(4)에 의한 구상 미러(10)의 구동 중에, 구상 미러(10)가 회전하지 않도록 PZT 액추에이터(4)와 구동기구(11)를 동기시킬 필요가 있다.
이상의 방법으로 참조 광속과 피검 광속을 분리함으로써 2개의 RS 미러의 반사율 분포를 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 실시 예와 같은 방법으로 고정밀도로 피검 광학계(6)의 투과율 분포를 측정할 수 있다.
[제 4 실시 예]
이 실시 예는, 제 1 내지 제 3 실시 예에서 예시한 측정장치가 내장된 노광 장치를 제공한다. 상기 측정장치는, 노광 장치의 투영 광학계를 피검 광학계로 하여, 상기 피검 광학계의 투과율 분포(동공면에 있어서의 투과율 분포)를 측정한다. 이 실시 예의 노광 장치는, 측정장치를 내장하고 있기 때문에, 임의의 타이밍에서, 피검 광학계로서의 투영 광학계의 성능을 확인할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 노광 장치의 구성을 도시한 도면이다. 이 실시 예의 노광 장치(200)는, 원판(레티클 또는 마스크)에 형성된 패턴을 투영 광학계(피검 광학계(6))에 의해 기판(예를 들면, 웨이퍼 또는 액정기판)(18)에 투영해서, 상기 기판(18)에 도포되어 있는 감광제를 노광한다. 노광 장치(200)는, RS 미러 13, 7의 반사율 분포를 측정하기 위한 측정 유닛을 구비하고 있다. 상 기 측정 유닛은, 구상 미러 10, 19 및 그것들을 구동하는 구동기구 11, 20을 포함한다.
기판(18)을 노광하는 때는, 벤딩(bending) 미러 21, 22과 집광렌즈(5)가 구동 유닛(미도시)에 의해 기판(18)의 노광을 위한 광로로부터 제거된다. 광원(1)으로부터 사출된 빛은, 조명계(23)에 제공된다. 조명계(23)로부터 사출된 빛은, 원판(레티클)(미도시)을 거쳐서 투영 광학계(피검 광학계(6))에 입사하고, 스테이지(17)에 탑재된 척(미도시)에 의해 홀드된 기판(18)에 입사한다. 이 동작에 의해, 기판(18)이 노광된다.
피검 광학계(6)로서의 투영 광학계의 투과율 분포를 측정할 때는, 벤딩 미러 21, 22와 집광렌즈(5)가 구동 유닛(미도시)에 의해 노광을 위한 광로에 삽입되어서 도 8에 모식적으로 나타낸 상태가 된다.
또한, 집광렌즈(5)와 피검 광학계(6)로서의 투영 광학계와의 사이에 구동 유닛(미도시)에 의해 RS 미러(제 1 구면 미러)(13)가 삽입된다. 광원(1)으로부터 사출된 광속은, 빔 엑스팬더(24)에 의해 확대되어, 반투명경(2)을 투과하여, 집광렌즈(5)에 도달한다. 집광렌즈(5)로부터 사출된 광속은, RS 미러(13)에 의해 반사되고, 그 광속은, 반투명경(2)에 의해서 반사되어서 촬상 유닛(25)에 내장된 촬상 센서의 촬상면에 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)을 형성한다. 이 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y)는, 상기 촬상 센서에 의해 촬상된다. 이어서, RS 미러(13) 대신에, 구상 미러(제 1 구상 미러)(10)와 구동장치(제 1 구동기구)(11)가 구동 유닛(미도시)에 의해 집광렌즈(5)와 피검 광학계(6)로서의 투영 광학계와의 사이에 배치된다. 이 상태에서, 제 1 실시 예와 같은 방법으로 반사 광 강도 분포 Iballa(x, y)이 촬상되고, 이것에 근거하여 측정용의 광학계의 평균 투과 광 강도 분포 Isys(x,y )를 얻을 수 있다. 그리고, 연산부(90)는, 기준 광 강도 분포 Irsa(x, y) 및 평균 투과 광 강도 분포 Isys(x, y)에 의거하여, 제 1 실시 예에 따라 RS 미러(13)의 반사율 분포 Rrsa(x, y)를 연산한다.
다음에, 테스트 광의 측정 방법에 관하여 설명한다. RS 미러(7), 구상 미러(19) 및 구동기구(20)는, 기판(18)을 구동하는 스테이지(17) 또는 다른 스테이지에 탑재되고, 이 상태에서 구동된다.
집광렌즈(5)를 투과한 광속은, 피검 광학계(6)에 입사한다. 피검 광학계(6)를 투과한 광속은, RS 미러(제 2 구면 미러)(7)에 의해 반사되고, 반투명경(2)에 의해 반사되어서, 촬상 유닛(25)에 내장된 촬상 센서의 촬상면에 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)를 형성한다. 이 테스트 광 강도 분포 Irsb(x, y)는 촬상 센서에 의해 촬상된다.
또한, RS 미러(7) 대신에, 구상 미러(제 2 구상 미러)(19)와 구동장치(제 2 구동기구)(20)가 배치되고, 구상 미러(19)로부터의 반사 광 강도 분포 Iballb(x,y)가 촬상 유닛(25)에 내장된 촬상 센서에 의해 촬상된다. 연산부(90)는, 반사 광 강도 분포 Iballb(x, y)에 의거하여, 평균 반사 광 강도 분포 Ilens(x,y)를 취득한다. 그리고, 연산부(90)는, 테스트 광 강도 분포 Irsb(x,y) 및 평균 반사 광 강도 분포 Ilens(x,y)에 의거하여 제 1 실시 예에 따라 RS 미러(7)의 반사율 분포 Rrsb(x,y )를 연산한다.
또한, 연산부(90)는, 제 1 실시 예와 마찬가지로, 피검 광학계(6)로서의 투영 광학계의 투과율 분포 Tlens(x,y)을 다음 식에 따라 연산한다.
Tlens(x,y）= C3 × (Rrsa(x,y)/Rrsb(x,y))1/2 × (Irsb(x,y)/Irsa(x,y))1/2
이상과 같이, 이 실시 예에서는, 노광 장치(200)에 내장된 측정장치에 의해 제 1 실시 예와 같은 방법으로 2개의 RS 미러 13, 7의 반사율 분포를 고려하면서 투영 광학계의 투과율 분포를 고정밀하게 측정할 수 있다.
노광 장치에 탑재된 간섭계에 제 2 및 제 3 실시 예의 측정장치를 탑재하는 것도 가능하다. 도 9는 구성을 나타낸다. 투과율 분포의 측정 방법과 간섭무늬의 제거 방법은, 제 2 및 제 3 실시 예와 같으므로, 그 설명을 생략한다.
투과율 분포를 측정하는 측정장치를 노광 장치에 탑재한 형태로서, 제 1∼제 3 실시 예의 어느쪽인가의 측정장치로 반사율 분포가 측정되는 RS 미러를 사용하는 노광 장치를 도 10에 나타낸다. 제 1∼제 3 실시 예 중 어느 하나에 따라 RS 미러 13, 7의 반사율 분포를 측정하고, RS 미러 13, 7의 반사율 분포 Rrsa(x, y), Rrsb(x, y)를 노광장치(예를 들면, 연산부(90) 내의 메모리)에 미리 등록해 둔다. 이 반사율 분포 Rrsa(x,y), Rrsb(x, y)를 사용함으로써 연산부(90)는, 투영 광학계(피검 광학계(6))의 투과율 분포를 고정밀하게 연산할 수 있다. 이러한 구성은, 도 8에 나타나 있는 바와 같은 구상 미러 10, 19 및 구동기구 11, 20을 탑재할 필요가 없기 때문에, 공간 절약화에 유리하다.
[응용 예]
상기 실시 예에 따른 노광장치를 이용해서 감광제가 도포된 기판을 노광하는 노광 공정과, 상기 감광제를 현상하는 현상 공정과, 그 외의 공지의 공정에 의해 디바이스(예를 들면, 반도체 집적회로 소자 또는 액정표시소자)가 제조된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명했지만, 본 발명은 이것들에 한정되지 않고, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 제 2 실시 예의 설명도다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 제 3 실시 예의 설명도다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하기 위한 측정장치의 구성을 도 시한 도면이다.

Claims (10)

  1. 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 측정장치로서,
    광원과,
    상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하지 않는 빛을 반사해서 기준광을 형성하는 제 1 구면 미러와,
    상기 광원에 의해 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하는 빛을 반사해서 테스트 광을 형성하는 제 2 구면 미러와,
    상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도 분포를 측정하는 측정 유닛과,
    상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 유닛과,
    상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포에 의거하여, 상기 피검 광학계의 동공면에 있어서의 투과율 분포를 산출하는 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은, 구의 중심을 지나는 축에 대하여 회전가능한 구상 미러를 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 기준광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 대신에 상기 구상 미러를 배치해서 상기 구상 미러를 회전시킴으로써 얻은 상기 구상 미러에 의해 반사된 광에 의해 형성된 평균 광 강도 분포에 의거하여, 상기 제 1 구면 미러의 반사율 분포를 산출하고,
    상기 연산부는, 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 2 구면 미러 대신에 상기 구상 미러를 배치해서 상기 구상 미러를 회전시킴으로써 얻은 상기 구상 미러에 의해 반사된 광에 의해 형성된 평균 광 강도 분포에 의거해서, 상기 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은, 상기 구상 미러를 회전시키는 구동기구를 포함한 것을 특징으로 하는 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은, 구의 중심을 지나는 축에 대하여 회전 가능한 제 1 구상 미러 및 제 2 구상 미러를 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 기준광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 대신에 상기 제 1 구상 미러를 배치해서 상기 제 1 구상 미러를 회전시킴으로써 얻은 상기 제 1 구상 미러에 의해 반사된 광에 의해 형성된 평균 광 강도 분포에 의거하여, 상기 제 1 구면 미러의 반사율 분포를 산출하고,
    상기 연산부는, 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 2 구면 미러 대신에 상기 제 2 구상 미러를 배치해서 상기 제 2 구상 미러를 회전시킴으로써 얻은 제 2 구상 미러에 의해 반사된 광에 의해 형성된 평균 광 강도 분포에 의거하여, 상기 제 2 구상 미러의 반사율 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은, 상기 제 1 구상 미러를 회전시키는 제 1 구동기구와, 상기 제 2 구상 미러를 회전시키는 제 2 구동기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정장치는 상기 피검 광학계를 투과한 빛의 파면을 계측하기 위한 간섭계에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  7. 원판의 패턴을 기판에 투영하기 위한 투영 광학계와,
    상기 투영 광학계에 빛을 인도하기 위한 조명 광학계와,
    청구항 1에 기재된 측정장치를 구비하고,
    상기 피검 광학계는, 상기 투영 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 상기 광원으로부터 사출된 빛을 상기 투영 광학계로 인도하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 청구항 7에 기재된 노광 장치를 이용해서 기판을 노광하는 공정과,
    상기 기판을 현상하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  10. 피검 광학계의 투과율 분포를 측정하는 방법으로서,
    광원으로부터 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하지 않고 제 1 구면 미러에 의해 반사되는 기준광의 강도분포를 측정하는 공정과,
    상기 광원으로부터 사출되어 상기 피검 광학계를 투과하여, 제 2 구면 미러에 의해 반사되는 테스트 광의 강도분포를 측정하는 공정과,
    상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포를 산출하는 공정과,
    상기 기준광 및 상기 테스트 광의 강도분포와, 상기 제 1 구면 미러 및 제 2 구면 미러의 반사율 분포에 의거하여, 상기 피검 광학계의 동공면에 있어서의 투과율 분포를 산출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
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