KR20130114131A - 투영 노광 장치 작동 방법 및 제어 장치 - Google Patents

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KR20130114131A
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미카엘 게르하르트
베른드 되르브란드
토랄프 그루너
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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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Abstract

마이크로리소그래피용 투영 노광 장치(10)를 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 투영 노광 장치(10)는, 이미징 프로세스 동안에 전자기 방사(16, 16a, 16b, 16c)를 전달하는 다수의 광학 요소들(26)을 가진 광학 시스템(24; 18)을 포함하고, 상기 광학 요소들(26)의 모든 표면들이 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사(16)와 상호 작용하여 상기 광학 시스템(24; 18)의 전체의 광학 표면을 형성한다. 상기 방법은, 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서 개개의 개별적인 열 팽창 계수들(52)을 결정하는 단계, 상기 열 팽창 계수들(52)에 기초하여 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사(16, 16a, 16b, 16c)의 열 방출에 의해 유발되는 상기 광학 시스템(24; 18)의 광학 특성에 대한 변화를 계산하는 단계, 및 상기 투영 노광 장치(10)에 의해 - 상기 계산된 상기 광학 특성에 대한 변화가 적어도 부분적으로 보상되도록 상기 투영 노광 장치의 이미징 특성들이 순응됨 - 이미지 평면(34)으로 마스크 구조들을 이미징하는 단계를 포함한다.

Description

투영 노광 장치 작동 방법 및 제어 장치 {METHOD FOR OPERATING A PROJECTION EXPOSURE TOOL AND CONTROL APPARATUS}
본 출원은 독일 특허 출원 제10 2010 044 969.5호(2010년 9월 10일 출원)에 대한 우선권을 주장한다. 본 특허 출원의 전체 개시는 참조로 본 출원에 통합되어 있다.
기술분야
본 발명은 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치(projection exposure tool)를 작동시키기 위한 방법, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 노광 프로세스를 제어하기 위한 제어 장치, 및 광학 요소의 열 팽창 계수를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
투영 노광 장치를 경제적으로 작동시키기 위해서는, 최단의 가능성 있는 노광 시간으로 구조들을 웨이퍼상으로 이미징하여 그에 따라서 반도체 웨이퍼의 형태로 노광된 기판들의 최고의 가능성 있는 쓰루풋(throughput)을 달성하는 것이 이상적이다. 따라서, 각각의 개별적인 기판의 충분한 노광을 달성하기 위해서는 높은 방사 강도들이 요구된다. 특히, 자외선 또는 극자외선(EUV) 파장 범위의 방사(radiation)를 사용할 때, 집중 방사(intensive radiation)의 효과는 투영 노광 장치의 투영 오브젝티브(projection objective)의 개별적인 광학 요소들의 특성들에 있어서의 방사-유도된(radiation-induced) 변화들을 초래할 수 있다. 이러한 변화된 특성들은 투영 오브젝티브에 있어서의 수차들을 유발한다. 이러한 수차들의 범위는 방사선량(radiation dosage)에 좌우된다.
EUV 리소그래피에 사용되는 유전체 미러들에 의하면, 흡수되는 방사로 인해서, 온도에서의 변동들이 미러 표면상에 발생하고 그것은 미러 표면의 변형들을 초래한다. 이러한 변형들은 리소그래피 이미징에 있어서의 이미지 오차들을 초래하고, 이미징 프로세스동안에 계속해서 변화할 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기한 문제들을 해결하기 위한 것이고, 그리고 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 작동 동안에 이미징 작용(imaging behaviour)에 있어서의 변화들을 특히 협소한 범위내로 유지하기 위한 것이다.
상기한 과제는 본 발명에 따라, 예컨대, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치를 작동시키기 위한 방법에 의해 달성될 수 있다. 여기서, 투영 노광 장치는, 이미징 프로세스 동안에 전자기 방사를 전달하는 다수의 광학 요소들을 가진 광학 시스템을 포함하고, 상기 광학 요소들의 모든 표면들이 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사와 상호 작용하여 상기 광학 시스템의 (가상적인) 전체의 광학 표면을 형성한다. 상기 방법은, 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서 개개의 개별적인 열 팽창 계수들을 결정하는 단계, 상기 열 팽창 계수들에 기초하여 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는 광학 표면의 광학 특성에 대한 변화를 계산하는 단계, 및 상기 투영 노광 장치 - 상기 계산된 상기 광학 특성에 대한 변화가 적어도 부분적으로 보상되도록 상기 투영 노광 장치의 이미징 특성들이 순응됨 -에 의해 이미지 면으로 마스크 구조들을 이미징하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 개개의 열 팽창 계수들은 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 위치들에서 결정되는 모든 것들 중 첫 번째 것이다. 전체의 광학 표면은 연속적인 영역은 아니지만, 광학 시스템의 광학 요소들의 광학 표면들로 이루어진다. 광학 시스템은, 예컨대, 투영 오브젝티브, 투영 노광 장치의 조명 시스템, 또는 조명 시스템과 투영 오브젝티브의 조합일 수도 있다. 환언하면, 열 팽창 계수들은, 광학 요소들 중 하나의 적어도 2개의 상이한 위치들 또는 적어도 2개의 광학 요소들의 적어도 하나의 위치 중 어느 쪽에서든 결정된다.
여기서, 팽창 계수들은 광학 표면을 구성하는 개개의 광학 요소의 표면에 직접적으로 또는 상기 표면 아래에 놓이는 지점들에서도 결정될 수 있다. 따라서, 개개의 위치들에서의 열 팽창 계수들은 사전에 광학 요소들의 블랭크(blank)들에 대해 결정될 수 있다. 대안적으로, 결정은, 완성된 광학 요소 상에서, 즉, 미러들의 경우에는 완전히 코팅된 광학 요소상에서, 또는 블랭크로서의 상태와 완성된 광학 요소 사이의 제조 상태에서 이루어질 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따르면, 투영 노광 장치의 노광 동작 동안에 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는, 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화기 결정될 수 있다. 이러한 유형의 광학 특성에 대한 변화는, 예컨대, 표면 형상에 대한 변화 또는 광학 요소의 굴절률, 광학 요소에서의 결과로서 생기는 복굴절이 있는 텐션(tension)들 및/또는 광학 요소의 층들의 결정에 대한 변화를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 변화는 일반적으로, 투영 노광장치의 변화된 이미징 특성들, 그리고 특히 제르니케(Zernike) 계수들에 의해 설명될 수 있는 이미지 오차들을 초래한다.
일 실시예에 따르면, 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는 광학 특성에 대한 변화를 계산하기 위해서, 광학 요소들의 이러한 국소 가열로부터, 노광 방사에 의해 결정되는 모든 것들 중에서 첫 번째인 개별적인 광학 요소들의 조사 분포가 결정되며, 그 다음으로, 결정된 열 팽창 계수들의 도움으로, 광학 특성에 대한 변화가 결정된다. 열 팽창 계수들은 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서, 특히 전체의 광학 표면에 걸쳐 격자꼴로 분포되는 많은 위치들에 있다.
본 발명에 따라 계산되는 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화에 기초하여, 투영 노광 장치의 이미징 특성들은, 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는 이미징 특성들에 대한 변화가 교정되도록, 적합된다. 일 실시예에 따르면, 이러한 교정은, 노광 프로세스 동안에 시간-분해되어 일어난다, 즉, 이미징 특성들이 웨이퍼가 노광되는 시건에 걸쳐 계속해서 교정된다. 따라서, 특정 기간에 걸쳐, 제어 루프(loop)가 수고를 덜 수 있는 소위 순방향 교정(forward correction)이 가능하다.
본 발명에 따라 일어나는 개개의 개별적인 열 팽창 계수들의 결정에 의해, 투영 노광 장치의 작동 동안에 이미징 특성들을 높은 정밀도로 안정하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소들의 재료에 있어서의 열 팽창 계수들의 국소 변동들이 따라서, 정확하게 고려될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 방법이, 100 nm 미만의, 특히 13.5 nm 또는 6.8 nm의 노광 파장을 가진 EUV 투영 노광 장치에서 사용되는 경우에 있어서, 제로더(Zerodur)(제조자: Schott AG) 또는 ULE(제조자: Corning)와 같은, 낮은 팽창 계수들을 가진 재료로 이루어진 미러 재료들이 사용된다. 이러한 재료들은 정질 및 비정질 부분들의 혼합물을 함유한다.
종종, 이러한 재료들이 완벽하게 균질하지는 않으며, 그것들의 열 팽창 계수들에 있어서 국소 변동들을 갖는다. 본 발명에 따라, 적어도 2개의 상이한 위치들에서의 열 팽창 계수들을 결정하는 것에 의해, 투영 노광 장치의 이미징 특성들의 안정성이 현저하게 향상될 수 있는 순방향 교정에 의해 그러한 국소 변동들이 정확하게 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 이미 앞서 언급되었듯이, 열 팽창 계수들은 적어도 2개의 상이한 광학 요소들에 관계된다. 또한, 열 팽창 계수들은 광학 요소의적어도 2개의 상이한 위치들에 관계될 수 있다. 본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 개별적인 열 팽창 계수들은 광학 요소들 중 적어도 하나에 관하여 국소적으로 분해되는 팽창 계수 분포를 형성한다.
또한 이미 앞서 언급되었듯이, 본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산할 때, 이미징 프로세스 동안에 개별적인 광학 요소들을 가격하는 방사 분포가 결정되고, 결과적으로 생기는 광학 요소들에 대한 온도 분포가 이것으로부터 계산된다. 특히, 전자기 방사와 상호 작용하는 표면들에 걸친 온도 프로파일(temperature profile)이 결정된다. 이것은, 예컨대, 몬테 카를로 시뮬레이션스(Monte Carlo simulations)에 의해, 대표적인 광선들의 계산에 의해 구현될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 광학 요소들의 열 전도성의 저장된 맵(map)들이 저장된 열 링크(thermal link)들과 경계 조건들과 함께 사용된다. 대표적인 광선들의 확장 계산 및 온도와 열 팽창 계수들의 국소적인 곱셈에 의해 또는 저장된 감도(sensitivity)들에 의해, 결과적으로 생기는 오차들이 그 다음으로 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 투영 오브젝티브의 광학 특성에 대한 계산된 변화는, 광학 요소들 중 적어도 하나의 국소 변형을 포함하며, 이것은 투영 오브젝티브의 이미징 특성들에 있어서의 이미지 오차들을 초래한다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 열 팽창 계수들은 개개의 위치에서의 온도의 함수로서 결정된다. 본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 열 팽창 계수들은 하나 이상의 광학 요소들을 개별적으로 측정하는 것에 의해 결정된다. 앞서 이미 언급되었듯이, 개별적인 측정은 블랭크에 대해 또는 완성된 광학 요소에 대해 취해질 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 열 팽창 계수들은 하나 이상의 광학 요소들의 간섭 측정(interferometric measurement)에 의해 결정된다. 이것은, 예컨대, 피조 간섭계(Fizeau interferometer)와 같은 이상 간섭계(phase shifting interferometer)에 의해 바람직하게 구현된다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 상기 열 팽창 계수들을 결정할 때, 상기 광학 요소들은, 상기 제조 프로세스 동안에, 상기 투영 노광 장치내에서의 작동 동안에 상기 개개의 광학 요소에 의해 취해(hold)지는 완성 상태의 상류(upstream)인, 제조 상태에 있다. 여기서, 이미 앞서 언급되었듯이, 광학 요소들은 블랭크들로서 또는 상대적으로 더 나아간 제조 상태에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 노광 프로세스를 제어하기 위한 제어 장치가 제공된다. 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치는 이미징 프로세스 동안에 전자기 방사를 전달하는 다수의 광학 요소들을 가진 광학 시스템을 포함하며, 상기 광학 요소들의 모든 표면들은, 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사와 상호 작용하여 상기 광학 시스템의 전체의 광학 표면을 형성한다. 본 발명에 따른 제어 장치는, 상기 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서의 개개의 개별적인 열 팽창 계수들을 입력하기 위한 입력 디바이스, 및 상기 열 팽창 계수들에 기초하여 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는 상기 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산하도록 구성된 평가 디바이스를 포함한다. 본 발명에 따른 실시예들에 있어서, 제어 장치는 언급된 개별적인 실시예들에서 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 구성된다.
입력 장치는, 개별적인 열 팽창 계수들을 수동으로 입력하기 위한 입력 디바이스 또는 값들의 자동적인 판독을 위한 데이터 전송 인터페이스의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 제어 장치는, 상기 계산된 상기 광학 특성에 대한 변화를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 제어 신호를 조작 디바이스(manipulation device)로 출력하도록 구성되는 제어 신호 출력 디바이스를 더 포함한다. 또한, 제어 장치는 조작 디바이스를 또한 포함할 수 있고, 상기 조작 디바이스는 제어 신호를 기초로 하여 상기 투영 노광 장치의 이미징 특성을 변화시키도록 구성된다. 상기 조작 디바이스는, 광학 요소들을 제1 방향으로 또는 후자에 수직하게 시프트(shift)하기 위한 하나 또는 몇몇의 시프팅 디바이스(shifting device), 광학 요소들을 제1 방향 주위로 또는 후자에 수직하게 있는 축들 주위로 회전시키기 위한 하나 또는 몇몇의 회전 디바이스들을 포함할 수 있고, 그것은 특히 제1 방향이 오브젝트 면, 광학 요소들을 변형하기 위한 하나 또는 몇몇의 디바이스들, 광학 요소들용의 하나 또는 몇몇의 가열 또는 냉각 디바이스들, 선택적으로 비구면인, 서로에 관하여 시프트될 수 있는 하나 또는 몇몇의 판들, 및 하나 EH는 몇몇의 호환성 요소들에 직각으로 배향될 수 있게 한다.
또한, 조작 효과(manipulation effect)는, 리소그래피 이미징의 사용 파장 또는 이로부터 일탈하는 파장에서 선택적으로 사용되는 영역의 내부 또는 외부 영역들의 조사 강도에 있어서의 변동에 의해 초래될 수 있다. 바람직하게, 이것은 예컨대, 적절한 입사각을 선택하는 것에 의해, 추가적인 방사가 이미지내로 통과하는 것을 방지하는 조건들하에서 일어난다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 상기 평가 디바이스는, 투영 오브젝티브의 광학 특성에 대한 변화를 계산할 때, 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 개별적인 광학 요소들에 가격하는 방사 분포를 결정하도록, 그리고 이 결정된 방사 분포로부터 상기 광학 요소들에 대한 결과적인 온도 분포를 계산하도록 구성된다.
앞서 언급된 본 발명에 따른 방법의 실시예에 관하여 지정된 특징들은, 본 발명에 따른 제어 장치에 상응하게 적용될 수 있다. 역으로, 본 발명에 따른 제어 장치의 앞서 언급된 실시예들에 관하여 지정된 특징들은 본 발명에 따른 방법에 상응하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 상기한 제어 장치를 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 조명 시스템 및/또는 투영 오브젝티브가 제공된다. 게다가, 본 발명에 따르면, 이러한 타입의 투영 오브젝티브 또는 이러한 타입의 조명 시스템을 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수를 특정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 하기의 단계들: 상기 광학 요소의 적어도 하나의 위치에 상이한 온도들을 설정하는 단계, 상기 개개의 온도 설정에서 상기 광학 요소의 표면 지형(surface topography)을 측정하는 단계, 및 상기 측정된 표면 지형들로부터 상기 광학 요소의 적어도 하나의 위치에서 열 팽창 계수를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명에 따른 측정 방법은, 앞서 설명된 투영 노광 장치를 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법과 사용될 수 있게 하기 위해서, 적절히 높은 정밀도로 개별적인 열 팽창 계수둘을 결정할 수 있게 한다. 투영 노광 장치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서의 개별적인 열 팽창 계수들이 본 발명에 따른 상기한 측정 방법에 따라 결정된다.
본 발명에 따른 측정 방법의 일 실시예에 있어서, 표면 지형의 측정은 광학적으로 구현된다. 특히, 측정은, 예컨대, 피조 간섭계에 의해, 간섭 측정으로 구현된다. 대안적으로, 표면 지형 측정은 또한, 압전 또는 유도성 측정 방법에 의해 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 광학 요소는 지형 측정시에, 진공 챔버내에 위치된다. 측정에 부정적인 악영향을 갖는 기류가 따라서 회피된다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 열 팽창 계수는 광학 요소의 광학적으로 사용할 수 있는 표면의 다수의 위치들에서 결정된다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 개개의 온도 설정에서, 전체의 표면은 거의 대략적으로 균일한 온도를 갖는다. 이러한 문맥에 있어서, 균일한 온도는, 온도가 광학 요소의 표면에 걸쳐 최대 0.5 K만큼, 특히 최대 0.1 K만큼 변화하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 개개의 온도 설정에서, 온도는, 표면에 걸쳐, 특히 1 K보다 많게, 바람직하게는 2 K보다 많게 변화한다. 이러한 목적을 위해, 표면은 국소적으로 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 표면 지형을 측정할 때, 광학 요소의 온도 분포는 온도 센서들에 의해 감시되고, 국소적으로 분해된다. 이것으로 바람직하게 시간-분해되어 일어난다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 상이한 표면 온도들을 설정하기 위해 방사열(radiation heat)이 상기 광학 요소상으로 조사된다. 이것은, 예컨대, 적외선 레이저들 또는 적외선 방출기들에 의해 구현될 수 있다. 접촉식 열 전달기에 의해 표면을 가열하는 것에 비교해서, 방사에 의한 열 전달의 장점은, 열 전달이 견본의 거칠기 및 청결함에 좌우되지 않는다는 것이다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 상기 표면 지형을 측정할 때, 상기 광학 요소가 측정 광을 조사하기 위한 창을 갖는 진공 챔버내에 배치되고, 상기 창에는 가시광의 강도의 적어도 20%, 특히 적어도 40%를 투과하고 적외선 방사의 강도의 적어도 90%, 특히 95%를 반사하는 미러-코팅이 마련된다. 측정 광 조사용 창은 또한, 진공 창 또는 아웃렛 창(outlet window)으로 불릴 수 있다. 미러-코팅 층은 진공 챔버로부터의, 특히 피조 판으로부터의 방사에 의한 열 손실을 방지한다. 30℃에서, 피조 판의 최대 방사는 대략 10 ㎛이다. 가시광에 대한 미러-코팅 층의 높은 투과성으로 인해, 측정광의 과도한 약화가 방지된다. 유리한 일 실시예에 따르면, 미러-코팅 층은 금의 층으로 형성된다. 일 실시예에 따르면, 금의 층은 60 nm 미만의 층 두께를 갖는다. 층 두께는 바람직하게 10 nm보다 두껍고, 일 실시예에 따르면 대략 20 nm이다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예에 있어서, 광학 요소의 지형이 진공 챔버 내에서 측정되고, 광학 요소의 상이한 온도들이 진공 챔버 외측의 오븐에서 광학 요소를 가열하는 것에 의해 설정된다. 바람직하게, 간섭계 활동이 또한 여기서, 오븐내에서 가열 증가된다. 측정 전에, 진공 챔버는 따뜻한 가스로 넘친다. 가열된 간섭계 활동을 진공 챔버내로 도입한 후, 그러면 진공이 확립된다.
본 발명은, 상기 배경 기술에서 설명된 종래 기술의 문제들을 해결할 수 있고, 그리고 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 작동 동안에 이미징 작용에 있어서의 변화들을 특히 협소한 범위내로 유지할 수 있다.
본 발명의 상기한 그리고 추가적인 유리한 특징들은, 본 발명에 따른 예시적인 실시예들의 하기의 상세한 설명에서 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 예시된다. 이것들은 다음과 같이 나타내어진다:
도 1은 마스크 구조들을 이미지 면으로 이미징하기 위한 투영 오브젝티브 및 노광 프로세스를 제어하기 위한 제어 장치를 포함하는 본 발명에 따른 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 개략적인 예시.
도 2는 주기적으로 배열되는 세로선(vertical line) 그룹들을 상이한 주기성으로 이미징할 때, 도 1에 따른 동공에 가까운 투영 오브젝티브의 광학 요소의 예시적인 조명 분포.
도 3은 광학 요소에 대한 열 팽창 계수들의 국소 분해 측정용 측정 장치.
도 4는 일 예로서, 견본의 2개의 상이한 포인트들에서의 온도에 따른 상대적인 팽창을 나타내는 도면.
도 5은 도 4에 따른 온도 특성들을 갖는 견본의 표면 지형에 대한 온도 변화들의 효과의 예시.
하기에서 설명되는 예시적인 실시예들에 있어서, 기능적으로 또는 구조적으로 서로 유사한 요소들에는 가능한 동일 또는 유사한 참조 번호들이 제공된다. 따라서, 특정의 예시적인 실시예의 개별적인 요소들의 특징들을 이해하기 위해서, 다른 예시적인 실시예들의 설명 또는 본 발명의 일반적인 설명을 참조해야 한다.
투영 노광 장치를 더 용이하게 설명하기 위해서, 도면들에 있어서, 도면들에 예시된 부품들의 개개의 상대적인 위치가 명확해지는 데카르트 xyz 좌표계가 지정된다. 도 1에 있어서, x 방향은 우측으로 연장하고, y 방향은 후자 내로 도면의 평면에 수직하며, x 방향은 상향한다.
도 1은 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치(10)의 고도로 간략화된 블록도를 나타낸다. 투영 노광 장치(10)는 반도체 웨이퍼들상에 구조들을 생성하는 역할을 하며 전자기 방사(16)용 방사원(14)을 포함한다. 전자기 방사(16)는 100 nm 미만의 파장을 가진 극자외선 방사(EUV 방사)일 수 있다. EUV 파장들은, 예컨대, 13.5 nm 또는 6.8 nm일 수 있다. 대안적으로, 전자기 방사의 파장은 또한, UV 범위, 예컨대, 248 nm 또는 193 nm일 수도 있다. 예시된 예시적인 실시예에 있어서, 방사원(14)은 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 투영 노광 장치(10)의 부품들에 의해 규정되는 광학 축(12)상에 배치된다.
방사원(14)에 의해 생성되는 전자기 방사(16)는, 예컨대 렌즈들 및/또는 미러들의 형태인 다수의 광학 요소들(20)- 도 1에 그중 2개만이 상징적으로 도시됨 -을 가진 조명 시스템(18)을 통과한다. EUV 방사를 사용할 때, 조명 시스템(18)은 광학 요소들(20)로서 미러들만을 포함한다. 조명 시스템(18)은 조명 시스템(18)의 하류의 전자기 방사(16)의 빔 경로에 배치되는 마스크(22)를 조명하는 역할을 한다. 마스크(22)는 종종 레티클(reticle)로도 불린다. 조명 시스템(18)은 마스크(22)를 가격하는 전자기 방사(16a)의 상이한 각도 분포들을 생성하도록 구성된다. 따라서, 예컨대, 조명 시스템(18)에 의해 소위 쌍극자 조명 또는 소위 고리모양 조명이 설정될 수 있다.
마스크(22)는 투영 노광 장치(10)의 투영 오브젝티브(24)에 의해 웨이퍼의 형태인 기판(32)상으로 이미징될 수 있는 마스크 구조들을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 마스크(22)는 투영 오브젝티브(24)의 오브젝트 면(23)에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마스크(22)는 투과성 마스크의 형태일 수 있고 또는 대안적으로, 특히 EUV 리소그래피에 대해서, 반사 마스크로서 구성될 수도 있다. 조명 시스템(18)과 마찬가지로, 투영 오브젝티브(24)는 또한, 렌즈들 및/또는 미러들 형태의 방사 파장과 투영 오브젝티브(24)의 설계에 따라 설계될 수 있는 복수의 광학 요소들(26)을 포함한다. 이러한 광학 요소들(26) 중 2개만이 도 1에 상징적으로 도시되어 있다.
투영 오브젝티브(24)는 하나 이상의 동공 면들(28)을 포함한다. 동공 면(28)은, 투영 오브젝티브(24)의 이미지 면(34)내의 특정 필드 포인트(field point)상에 수렴하는 동공 면(28)내의 전자기 방사(16)의 국소 강도 분포가 이러한 필드 포인트에서의 각도로 분해되는 강도 분포에 대응하는 것을 특징으로 한다. 투영 오브젝티브(24)의 출사동(exit pupil)을 규정하는 애퍼쳐 다이어프램(aperture diaphragm)이 동공 면(28)내에 배치될 수 있다.
투영 노광 장치(10)는 상기한 기판(32)상으로 마스크 구조들을 이미징하는 역할을 한다. 이러한 목적을 위해, 기판(32)은 투영 오브젝티브(24)의 이미지 면(34)내의 시프트가능한 기판 테이블(shiftable substrate table)(30)상에 배치된다. 기판(32)은 방사-감응 층(radiation-sensitive layer)을 포함한다. 노광 동안에, 마스크(22)의 구조들은 이미징 방법에 의해 방사-감응 층내로 전사된다. 여기서, 투영 노광 장치(10)가 소위 스텝 앤 스캔 시스템(step and scan system)으로서 구성되는 경우에는, 기판 테이블(30)이 도 1의 좌표계에 따른 y 방향으로 시프트된다. 기판(32)의 노광 후에, 방사-감응 층은 화학적으로 현상되고, 그 후에 기판(32)은 방사-감응 층에서 노광에 의해 생성되는 구조들을 사용하는 것에 의해 더 처리된다. 이후에, 이것에 의해 지원되는 추가적인 노광 및 추가적인 처리가 뒤따를 수 있다. 이러한 프로세스는, 기판(32)이 요구되는 구조화를 가질 때까지, 반복된다.
짧은 노광 시간을 달성하기 위해서, 전자기 방사(16)는 비교적 높은 강도로 투영 오브젝티브(24)상으로 조사된다. 이것은, 투영 오브젝티브(24)의 광학 요소들(26)이 매우 집중적인 방사의 타격을 받는 것을 초래한다. 이것은, 후자의 전체 사용할 수 있는 표면에 걸쳐 고르게 분포되지 않고, 오히려 상대적으로 작은 부분 영역들에 집중되는, 광학 요소들(26) 중 적어도 일부에 대한 방사에 의해 강화된다. 따라서, 매우 높은 강도들이 광학 표면들상에 국소적으로 발생할 수 있고, 이것은 광학 요소들(26)의 재료 특성에 있어서의 변화를 초래할 수 있다. 이것은 결국 광학 요소들(26)의 노광된 영역들에서의 광학 특성들에 대한 변화라는 결과를 가져올 수 있다. 이것은 전체의 투영 오브젝티브(24)의 광학 특성들에 있어서의 변화를 초래한다.
만약, 투영 노광 장치(10)가 EUV 방사와 더불어 작동되는 경우에, 앞서 이미 언급된 바와 같이 투영 오브젝티브(24)의 광학 요소들(26)은 미러들로서 설계된다. 이미징 프로세스 동안에 개개의 미러를 타격하는 방사의 부분은 미러 재료에 의해 흡수된다. 이것은 미러 표면의 변형을 초래하고, 이것은 결국 투영 오브젝티브(24)의 이미징 특성들에서의 이미지 오차들을 유발한다.
투영 노광 장치(10)는, 조작 디바이스들(50)에 의해 광학 요소들(26)의 가열로 인한 노광 프로세스 동안에 발생하는 투영 오브젝티브(24)의 광학 특성들에 대한 변화를 보상하도록, 즉 교정하도록 구성되는 제어 장치(40)를 포함한다. 이러한 목적을 위해, 제어 장치(40)는, 개별적인 광학 요소들(26)의 미러 표면들을 타격하는 방사의 강도 분포가 초기에 계산되는, 평가 디바이스(44)를 포함한다.
개별적인 광학 요소들(26)의 미러 표면들을 가격하는 강도 분포는, 조명 방사(16a)의 각도 분포 및 마스크(22)의 레이아웃에 좌우된다. 도 2는, 일 예로서, 도 2에 또한 도시된 오브젝트 구조들(54a 및 54b)이 쌍극자 형태의 조명 분포에 의해 상이한 주기성으로 세로선들의 형태로 이미징되는 경우에 대해 동공에 가깝게 배치되는 광학 요소(26)의 미러 표면(27)의 조명되는 영역들(56)을 나타낸다.
조명의 각도 분포 및 개개의 마스크 레이아웃에 따라, 평가 디바이스(44)는 각각의 광학 요소에 대해 들어오는 강도 분포를 계산한다. 이것은, 예컨대, 조명 방사(16a)의 각도 분포와 후속하는 접힘 및 마스크 레이아웃의 푸리에 변환에 의해 구현될 수 있다. 계산을 단순화하기 위해, 강도 가중이 있는 대표적인 광선들의 계산으로 제한이 있을 수도 있다.
광학 요소들(26)의 각각에 대해, 요소들의 온도 분포에 대한 경계 조건들과 열 전도성 및 열 링크들의 맵들이 평가 디바이스(44)에 저장된다. 들어오는 방사에 대해 계산되는 강도 분포와 개별적인 광학 요소들(26)에 대한 상기한 정보에 기초하여, 개개의 광학 요소(26)에서의 온도 분포가 평가 디바이스(44)에 의해 시뮬레이션되고, 시간-분해된다.
또한, 이미 사전에 결정된 광학 요소들의 열 팽창 계수들이 입력 디바이스(42)를 통해 입력된다. 여기서, 열 팽창 계수들은 광학 요소들(26)의 개개의 미러 표면들(27)에 걸쳐 국소적으로 분해된다. 추가적인 실시예에 따르면, 열 팽창 계수들(52)은 3차원적으로, 즉, 광학 요소들(26)의 각각의 개별적인 체적 요소에 대해 국소적으로 분해된다. 열 팽창 계수들을 사전에 결정하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예가 하기에서 더욱 상세하게 설명된다.
또한, 입력된 열 팽창 계수들은 광학 요소들(26)의 모든 미러 표면들(27)에 대한 사전에 결정된 온도 분포와 국소적으로 곱셈되고, 이러한 미러 표면들(27)의 국소 변형으로부터 높은 정밀도로 계산된다. 국소 변형으로부터 초래되는 이미지 오차들은 대표적인 광선들을 재계산하는 것에 의해 또는 저장된 감도들에 의해 결정된다. 결정된 이미지 오차들은 제어 신호 출력 디바이스(46)를 통과하고, 그것은 이것으로부터 조작 디바이스들(50)을 통과하는 제어 신호(48)를 생성한다. 제어 신호(48)는 계산된 이미지 오차들을 보상하기 위해서 조작 디바이스들(50)로 적절한 명령들을 통신한다.
도 1에는, 예시적인 목적을 위해서, 개개의 광학 요소들(26)에 할당된 2개의 조작 디바이스들(50)이 도시된다. 이것들은, 예컨대, 광의 방향으로 또는 후자에 수직하게 또는 회전의 적절한 축 주위로 회전하도록 할당된 광학 요소(26)를 시프트하는 역할을 한다. 이미지 오차들에 대한 교정 효과는 당업자에게 알려져 있는 일련의 추가적인 조작기들에 의해 달성될 수 있다. 그러한 조작기들은, 변형 가능한 광학 요소들, 국소적으로 가열 가능한 그리고/또는 냉각 가능한 광학 요소들, 선택적으로 비구면인, 서로에 관하여 시프트될 수 있는 판들, 또는 호환성 요소들을 포함한다. 또한, 특정 가열 효과들을 달성하기 위해서, 리소그래피 이미징의 노광 파장 또는 이것으로부터 일탈하는 파장을 가진 광학 요소(26)의 광학적으로 사용되는 영역의 내부 또는 외부의 영역들의 방사 강도를 변동시키는 것에 의해 달성될 수 있다.
도면들에 특정적으로는 도시되지 않은 예시적인 일 실시예에 있어서, 제어 장치(40)는 전자기 방사(16)에 의한 열 입력으로 인해 발생하는 조명 시스템(18)에 있어서의 변화들을 보상하도록 구성된다. 이것은, 상기한 투영 오브젝티브(24)의 광학 특성들의 보상에 대해 추가적으로 또는 대안적으로 일어날 수 있다. 조명 시스템(18)의 광학 특성들에 대해 보상할 때의 절차는 상기한 투영 오브젝티브(24)의 보상과 유사하게 수행된다.
하기에서, 도 3 내지 5를 참조하여 보면, 상기한 열 팽창 계수들(52)을 측정하기 위한 장치(60)가 요구된다. 열 팽창 계수들은 장치(60)에 의해 측정되고, 광학 요소들(26) 중 하나의 형태인 견본(126)의 표면(127)에 대해 국소적으로 분해된다. 완성된 상태, 즉, 후자가 투영 노광 장치(10)에서 사용되는 상태, 또는 아직 미완성된 상태에 있는 광학 요소(26)가 견본(126)으로서 사용될 수 있다. 따라서, 예컨대, 광학 요소(26)의 블랭크가 견본(126)으로서 사용될 수 있다.
기류를 회피하기 위해, 장치(60)는 1 mbar 미만의 진공이 우세한 진공 챔버(62)를 포함한다. 진공 챔버는 실린더의 형태이고 상측에서 실리콘 유리로 이루어진 아웃렛 창(64)을 갖는다. 아웃렛 창(64)은 대략 20 nm 두께인 금의 층으로 코팅된다. 따라서, 아웃렛 창(64)은 2 내지 20 ㎛의 파장 범위에 대해 미러로 덮인다. 측정 광(78)의 파장에 있어서, 금의 층은 광 강도의 대략 40 %를 여전히 투과하는 데 반해, 상기한 파장 범위에서의 적외선 광을 95% 반사한다. 30℃에서, 피조 판(74)의 최대 방사는 대략 10 ㎛이다. 따라서, 아웃렛 창(64)의 미러 커버링(mirror covering)이 방사 손실을 높은 정도의 효율성으로 방지한다. 그것은 따라서, 진공 챔버(62)내에서 그리고 그래서 견본(126)에 걸쳐서 큰 범위로 일정한 가열 분포가 확립되는 것을 보장한다. 원통형 보울(cylindrical bowl) 형태의 알루미늄으로 이루어진 캐리어 구조가 진공 챔버(62)내에 배치된다. 캐리어 구조(66)는 온도 파동에 대한 버퍼로서 기능을 하고 열 절연 요소들(68)에 의해 진공 챔버(62)에 관련하여 지지된다. 캐리어 구조(66)의 내부에는, 열 팽창이 적은 재료로 이루어진 스페이서(70)가 배치되어 있다. 스페이서(70)는 고리 모양이고, 아웃렛 창(64)쪽으로 면하는 그 자신의 측부에, 피조 판(74)을 홀드(hold)하기 위한 3 포인트 베어링들(72)을 갖는다. 아래에, 스페이서(70)는 견본(126)을 홀드하는 역할을 하는 3 포인트 베어링(72)을 또한 갖는다. 홀드 상태에 있어서, 피조 판(74) 및 견본(126)은 서로 실질적으로 나란하게 배치된다.
진공 챔버의 외측에는, 예컨대, 633 nm의 파장을 가진 헬륨 네온 레이저의 광과 같은, 가시 파장 범위의 측정 광(78)을 생성하는 측정 광원(76)이 배치되어 있다. 측정 광(78)은, 진공 챔버(62)의 아웃렛 창(64)쪽으로 편향되게 하는, 빔 스플리터(80)상으로 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 통해 조사된다. 우선, 측정 광은 콜리메이터 렌즈(82)를 통과하고 그 다음으로 진공 챔버(62)내로 패스된다. 여기서, 그것이 피조 판(74) - 측정 광(78)의 부분을 참조 광으로서 되돌려 반사시킴 - 을 가격한다. 측정 광(78)의 반사되지 않은 부분은 견본(126)의 표면(127)상으로 반사되고, 그 다음으로 CCD 카메라 형태의 국소 분해 검출기(84)의 검출 표면상에서 참조 광과 간섭한다.
측정 장치(60)는, 검출기(84)에 의해 기록되는 인터페로그램(interferogram)을 높은 정확도로 평가하는 것에 의해 평면의 표면으로부터 견본의 표면(127)의 일탈을 측정하는 것을 가능케 한다. 설명된 피조 간섭계에 더하여, 측정 장치(60)가, 예컨대, 샥 하트만 센서(Shack Hartmann sensor)에 기초하는 파면 측정 디바이스들과 같은 다른 타압의 광학 장치들 또는 측정 표면 편차에 적절한 다른 간섭계 장치들을 포함하는 것은 말할 필요도 없을 수 있다.
장치(60)와의 간섭 측정에 의해, 견본(126)의 열 팽창 계수들이 온도에 따라 전체 표면(127)에 걸쳐 결정되고, 국소적으로 분해된다. 이것은 투영 노광 장치의 작동 동안에 표면(127)상에 확립되는 모든 온도들을 포함하는 온도 범위에 걸쳐 일어난다. 이러한 목적을 위해, 제1 실시예에 있어서, 전체의 견본(126)은 특정 온도 단계들, 예컨대, 2℃의 단계들로 전면적으로 가열된다. 각각의 온도 단계에 있어서, 견본(126)의 표면 지형이 측정된다.
견본(126)의 크기에 따라, 상이한 방법들이 견본(126)을 가열하는데 사용될 수 있다. 가열을 위한 하나의 가능성은, 진공 챔버(62)내에서 전기적으로 또는 열 교환기에 의해 알루미늄으로 이루어진 캐리어 구조(carrier structure)(66)의 직접 가열로 이루어진다. 하지만, 견본(126)과 피조 판(74)은 포인트 베어링들(72)을 통해 열전도에 의해 그리고 방사에 의해 여기서 매우 비균질적으로 가열된다. 따라서, 이러한 방법으로, 간섭 측정이 취해질 수 있는, 열 평형이 확립되기까지 긴 시간이 걸린다.
대안적으로, 캐리어 구조(66)와 함께, 견본(126) 및 피조 판(74)을 포함하는 전체의 공동(cavity)이, 오븐내에서 외부적으로 가열될 수 있고 그 다음에 진공 챔버(62)내로 재도입될 수 있다. 추가적인 대안에 따르면, 진공 챔버(62)는 따뜻한 가스로 넘쳐난다. 공동의 열화 후에만 진공이 확립된다. 하지만, 간섭 측정을 시작할 수 있기 전에, 마찬가지로 뜨거워진 진공 챔버가 주변 온도로 다시 냉각될 때까지 기다려야 한다. 견본(126)에 온도를 설정하기 위한 방법들 중 하나에 도움이 되는 결단은, 열 평형을 확립하기 위해 전체의 시스템이 요구하는 시간에 따라 이루어진다.
견본(126)의 온도 증가 또는 온도 감소는 도 3의 좌표계에 따른 z 방향으로, 즉, 표면(127)에 수직한 방향으로 견본(126)의 수축 또는 팽창을 초래한다. 견본(127)의 팽창에 있어서의 이러한 증가 또는 감소의 범위는 팽창 변화의 위치에서의 특정한 재료 특성들 및 초기 온도에 좌우된다. 이러한 재료 특성에 대한 하나의 중요한 파라미터는, 재료의 열 팽창 계수가 영(zero)인 특정 온도 Tzc(Zero Crossing Temperature; 제로 크로싱 온도)이다. 낮은 팽창 계수들을 가진 재료들, 예컨대, 정질과 비정질 부분들의 혼합물을 갖는, 제로더(Zerodur) 또는 ULE가 종종 EUV 미러들용의 미러 재료들로서 사용된다. 종종 이러한 재료들은 완벽하게 균질적이지 않고, Tzc에 있어서 국소적인 변동들을 갖는다.
도 4 및 5는, 견본(126)의 상이한 온도들과 더불어 Tzc 파라미터들을 국소적으로 변화시키는 효과들을 예시한다. 25℃의 견본 온도와 Tzc(1) = 20℃를 가진 견본 표면(127)의 포지션(position) 1에 있어서, 열 팽창 계수들은 8·10-9 1/K이고, Tzc(2) = 19℃를 가진 포지션 2에 있어서는, 하지만 열 팽창 계수들이 9.6·10-9 1/K이다.
제1 어림셈에 있어서의 1℃의 Tzc 변동들을 가진 50 mm 두께의 ULE의 온도 T에 따른 결과적인 형태 변형은 따라서 오로지,
Figure pct00001
이다. d는 견본의 두께이고 g는 재료 상수이다. ULE용으로는 g=1/6·10-9 K-2이다. 도 4는 온도에 따라 양쪽의 위치들에서의 재료의 결과적인 상대적인 길이 팽창 ΔL/L을 예시한다. 개개의 팽창 프로파일들은 개개의 Tzc에서 정점들을 가진 포물선들이다. 본 사례에 있어서, 양쪽의 포지션들에서의 재료만이 파라미터 Tzc에서 상이하고, 이것이 포물선들이 오로지 서로 상대적으로 시프트되는 이유이다.
표면(127)의 온도가 도 5의 a) 아래에 나타낸 바와 같이 2개의 Tzc들의 영역내에서 20℃이면, 표면은 고르다. 도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 온도가 이제 25℃로 증가되면, 도 5에서 ΔL2 및 ΔL1으로 표시된 바와 같이, 그리고 도 4에서의 곡선들로부터 읽어 알 수 있듯이, 포지션 1에서보다 포지션 2에서 z 방향에서의 더 큰 팽창이 일어난다. 이것은 표면(127)에 대해서 고른 표면으로부터 일탈하는 지형을 초래한다. 상기한 재료의 예에 있어서, 다음은 형태 변형에 적용된다: ΔL2 - ΔL1 = 0.44 nm.
식 (1)로부터 추측될 수 있듯이, 동일한 형태 변형은, 견본이 1℃ 만큼 불균일하게 템퍼링(tempering)되는 경우에, 생성된다. 이것은, 0.08 nm의 형태 변형에 대응하는 0.2℃ 이상의 템퍼링에 대한 상응하게 협소한 요구사항을 초래한다. 형태 변형에 대한 식에 따르면, ΔL은 견본 온도가 Tzc로부터 더 멀리 떨어진 경우에 증가한다. 하지만, 그러면 균일한 템퍼링에 대한 요구사항도 증가한다.
견본의 온도가 이제, 2개의 Tzc 아래의 값으로 예컨대, 15℃의 온도 값으로 낮추어지면, 재료는 포지션 1에서보다 포지션 2에서 더 적게 팽창하며, 이것은 (b)에 따른 지형에 관하여 반전되는 도 5의 (c)하에 도시된 지형을 생성한다.
앞서 이미 언급된 바와 같이, 제1 실시예에 있어서, 견본(126)의 온도는 2℃의 온도 단계로 균질하게 가열된다 - 10℃에서 시작하여 30℃에서 끝남 -. 여기서, 온도 범위(temperature span)는, 견본(126)의 재료내에서 일어나는 모든 Tzc들이 포함되도록, 선택된다. 모든 온도 단계에 있어서, 견본(127)의 지형이 측정된다. 그 다음으로, 표면(127)의 모든 포인트에서의 열 팽창 계수들이 온도에 따라 결정되어, 도 1에 따른 투영 노광 장치(10)의 입력 디바이스(42)에 입력 데이터(52)로서 패스된다.
열 평형의 설정은 열 센서에 의해 그리고 간섭 측정 형성 신호의 안정성에 의해 제어된다. 측정의 정확성은 20℃로 되돌리는 후속 냉각 및 2℃의 잇따른 재측정에 의해 체크된다.
견본(126)의 형태 변형과 피조 판(74) 또는 스페이서(70)의 형태 변형의 분리를 위해, 캘리브레이션 프로세스(calibration process)의 프레임워크(framework)내에서, 설명된 절차가 견본(126)의 상이한 회전 포지션들과 더불어 12회 수행되고, 상이한 변형의 기여들이 계산에 의해 분리된다. 최종 결과로서, 온도에 따른 견본(126)의 상대적인 형태 변형에 더하여, 선택된 온도 범위에 걸쳐 스페이서(70) 또는 피조 판(74)의 변형을 또한 획득한다. 피조 판/스페이서 캘리브레이션은 일반적으로 1회 수행되고 그런 다음 추가적인 견본들(126)의 측정을 위해 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 측정 방법의 추가적인 실시예에 따라, 견본(126)은 전체의 가열에 더하여 국소적으로 또한 가열된다. 이것은, 선택적인 요소로서의 견본(!26)의 표면(!27)상의 도 3에 도시된 열원(86)에 의한 규정된 가열에 의해 일어난다. 열원(86)은 열선 및/또는 적외선 방사를 방출하기 위한 방사원을 포함할 수 있다. 방사 가열에 의한 열 입력의 장점은, 전달되는 열이 견본(126)의 거칠기 및 청결함에 무관하다는 점이다.
견본 재료상으로의 방사에 의한 열 전달률은 분리된 체험에서 결정된다. 방사의 파장은, 출력이 표면상에서 흡수되도록 선택된다. 대략 2800 nm의 방사 파장들이 유리하다. 이러한 파장 범위내의 방사가, 예컨대, ULE에 의해 총합적으로 흡수되는데 반해, 실리콘 유리는 이러한 파장의 방사를 투과한다. 따라서, 방사원은 진공 챔버(62)의 외측일지라도, 적외선 방출기의 형태로 적용될 수 있고, 그래서 방사는 아웃렛 창 및 피조 판(74)을 통해 견본(126)상의로 방사된다.
추가적인 국소 가열은, 광학 요소내로의 열 입력의 구조적 조건이 리소그래피 오브젝티브(24)의 작동 동안에 더욱 정확하게 이미징된다는 장점을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 국소 형태 변형이 그 다음으로 표면(127)의 대응 위치에서 견본 온도에 따라 결정된다. 낮은 열 팽창을 가진 재료들내의 온도 Tzc의 존재로 인해, 국소 형태 변형을 정확하게 검출할 필요가 없다. 제1 어림셈에 있어서, 형태 변형은, 하기의 조건이 충족되는 경우에 최소이다:
ΔTlocally/2 + Toverall = Tzc에 대해서 형태 변형 = 0 (2)
전체의 온도와 국소 가열간의 임의의 예리한 차이가 주어지지 않고, 오리혀 연속적인 프로파일이 주어졌기 때문에, Tzc는 “유한 요소 계산(finite element calculation)”에 의해 견본에 대한 알려진 열 전사로 획득된다.
추가적인 국소 가열이 있는 본 실시예의 장점은, 한편으로는 실제적인 적용에 근접함이라고 하는 것이고, 국소 변형들의 최소가 균질적으로 가열되는 기판의 열 팽창 계수의 장파(longwave) 프로파일들보다 간섭 측정으로 검출하기 용이하다는 사실이기도 하다. 이러한 방법으로서, 국소 가열이 주로 표면에서 일어나기 때문에, 코팅 효과들과 표면 아래의 깊이에 따른 열 팽창 계수에 있어서의 변동들 및 표면 영향들이 검사되고 시뮬레이션될 수 있다.
예시적인 일 실시예에 있어서, 100 mW의 열 출력은 ULE 재료로 이루어진 견본(126)의 표면(127)의 중앙으로 국소적으로 도입된다. 여기서, 평균 4 켈빈의 국소 온도 증가가 달성된다. 전체적인 가열로, 전체적인 견본 온도는 5 켈빈 단계들로 증가되고 견본의 다수의 포인트들에서 추가적으로 국소 가열된다. 여기서, 시뮬레이션 계산에 따르면, 0.03 nm의 형태 변형은 10-9 1/K의 열 팽창 계수에 대해 생성된다. 25℃의 견본 온도와 Tzc = 20℃를 가진 견본 표면(127)상의 포지션에 있어서, 열 팽창 계수의 값은 8·10-9 1/K이고, 그로부터 대략 0.24 nm의 형태 변형이 초래된다. Tzc = 19℃를 가진 표면(127)상의 포지션에 있어서는, 9.6·10-9 1/K의 열 팽창 계수와 0.29 nm의 형태 변형을 얻는다. 이것은 0.1 K의 온도 일탈이 이미, 1 K의 Tzc 차이와 동일한 효과를 생성한다는 것을 의미한다.
변형의 정확히 알려진 특성에 의해, 열 팽창 계수에서의 변동은, 전체적인 온도 비균질성들로 인한 형태 변형들과 간섭 측정 신호의 노이즈로부터 용이하게 분리될 수 있다.
10: 투영 노광 장치 12: 광학축
14: 방사원
16, 16a, 16b, 16c: 전자기 방사
18: 조명 시스템 20: 조명 시스템의 광학 요소
22: 마스크 23: 오브젝트 면
24: 투영 오브젝티브
26: 투영 오브젝티브의 광학 요소
27: 미러 표면 28: 동공 면
30: 기판 테이블 32: 기판
34: 이미지 면 40: 제어 장치
42: 입력 디바이스 44: 평가 디바이스
46: 제어 신호 출력 디바이스 48: 제어 신호
50: 조작 디바이스 52: 열 팽창 계수들
54a, 54b: 이미징될 오브젝트 구조 56: 조명 영역
60: 열 팽창 계수를 측정하기 위한 장치
62: 진공 챔버 64: 아웃렛 창
66: 캐리어 구조 68: 열 절연 요소들
70: 스페이서 72: 포인트 베어링
74: 피조 판 76: 측정 광원
78: 측정 광 80: 빔 스플리터
82: 콜리메이터 렌즈 84: 국소 분해 검출기
86: 열원 126: 견본
127: 표면

Claims (25)

  1. 이미징 프로세스(imaging process) 동안에 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 전달하는 다수의 광학 요소들을 포함하는 광학 시스템 - 상기 광학 요소들의 모든 표면들이 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사와 상호 작용하여 상기 광학 시스템의 전체의 광학 표면을 형성함 - 을 포함하는 마이크로리소그래피(microlithography)용 투영 노광 장치(projection exposure tool)를 작동시키기 위한 방법으로서,
    - 상기 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서 개개의 개별적인 열 팽창 계수들을 결정하는 단계,
    - 상기 열 팽창 계수들에 기초하여 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발되는 상기 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산하는 단계, 및
    - 상기 계산된 상기 광학 특성에 대한 변화가 적어도 부분적으로 보상되도록 상기 투영 노광 장치의 이미징 특성들이 순응되어, 상기 투영 노광 장치에 의해 이미지 면으로 마스크 구조들을 이미징하는 단계를 포함하는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 적어도 2개의 상이한 광학 요소들에 관련되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 하나의 광학 요소의 적어도 2개의 상이한 위치들에 관련되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산할 때, 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 개별적인 광학 요소들을 가격하는 방사 분포가 결정되고, 이 결정된 방사 분포로부터 상기 광학 요소들에 대한 결과적인 온도 분포가 계산되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계산된 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화는 상기 광학 요소들 중 적어도 하나의 국소 변형(local deformation)을 포함하는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 개개의 위치에서의 온도의 함수로서 결정되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 상기 광학 요소들 중 하나 이상의 광학 요소를 개별적으로 측정하는 것에 의해 결정되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 상기 광학 요소들 중 하나 이상의 광학 요소의 간섭 측정(interferometric measurement)에 의해 결정되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들을 결정할 때, 상기 광학 요소들은, 제조 프로세스 동안에, 상기 투영 노광 장치내에서의 작동 동안에 개개의 광학 요소에 의해 취해지는(hold) 완성 상태의 상류(upstream)인, 제조 상태에 있는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 팽창 계수들은 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 결정되는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 작동 방법.
  11. 이미징 프로세스 동안에 전자기 방사를 전달하는 다수의 광학 요소들을 가진 광학 시스템 - 상기 광학 요소들의 모든 표면들이 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사와 상호 작용하여 상기 광학 시스템의 전체의 광학 표면을 형성함 - 을 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 노광 프로세스를 제어하기 위한 제어 장치로서,
    - 상기 전체의 광학 표면의 적어도 2개의 상이한 위치들에서의 개개의 개별적인 열 팽창 계수들을 입력하기 위한 입력 디바이스, 및
    - 상기 열 팽창 계수들에 기초하여 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 전자기 방사의 열 방출에 의해 유발된 상기 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산하도록 구성되는 평가 디바이스를 포함하는, 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 계산된 상기 광학 특성에 대한 변화를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 제어 신호를 조작 디바이스(manipulation device)로 출력하도록 구성되는 제어 신호 출력 디바이스를 더 포함하는, 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 투영 노광 장치의 이미징 특성을 변화시키도록 구성되는 조작 디바이스를 더 포함하는, 제어 장치.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스는, 상기 광학 시스템의 광학 특성에 대한 변화를 계산할 때, 상기 이미징 프로세스 동안에 상기 개별적인 광학 요소들을 가격하는 방사 분포를 결정하도록, 그리고 이 결정된 방사 분포로부터 상기 광학 요소들에서의 결과적인 온도 분포를 계산하도록 구성되는, 제어 장치.
  15. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 제어 디바이스를 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 투영 오브젝티브(projection objective).
  16. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 제어 장치를 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 조명 시스템.
  17. 청구항 16에 기재된 투영 오브젝티브 또는 청구항 16에 기재된 조명 시스템을 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치.
  18. 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수를 측정하기 위한 방법으로서,
    - 상기 광학 요소의 적어도 하나의 위치에 상이한 온도들을 설정하는 단계,
    - 개개의 온도 설정에서 상기 광학 요소의 표면 지형(surface topography)을 측정하는 단계, 및
    - 측정된 상기 표면 지형들로부터 상기 광학 요소의 적어도 하나의 위치에서의 열 팽창 계수를 결정하는 단계를 포함하는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 표면 지형의 측정은 광학적으로 구현되는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 열 팽창 계수는 상기 광학 요소의 광학적으로 사용 가능한 표면의 다수의 위치들에서 결정되는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개개의 온도 설정에서는, 전체의 표면이 균일한 온도를 갖는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  22. 청구항 18 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개개의 온도 설정에서는, 온도가 표면에 걸쳐 변화하는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  23. 청구항 18 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 지형을 측정할 때, 상기 광학 요소의 온도 분포는 온도 센서들에 의해 감시되고, 국소적으로 분해되는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  24. 청구항 18 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 표면 온도들을 설정하기 위해 방사열(radiation heat)이 상기 광학 요소상으로 조사되는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
  25. 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 지형을 측정할 때, 상기 광학 요소가 측정 광을 조사하기 위한 창을 갖는 진공 챔버(vacuum chamber)내에 배치되고, 상기 창은 가시광의 강도의 적어도 20%를 투과하고 적외선 방사의 강도의 적어도 90%를 반사하는 반사 코팅을 갖는, 마이크로리소그래피용 광학 요소의 열 팽창 계수 측정 방법.
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