KR20060098404A - 레티클 - Google Patents

Abstract

투영광학계(17)의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴(TP)을 가지는 레티클(16)은, 상기 투영광학계(17)의 동공면(18)에서의 스펙트럼의 고주파성분이 감소되거나 억제되도록 하는 패턴을 가진다. 레티클(16)의 테스트패턴에 1방향 또는 복수의 방향으로 조명광을 투영하여, 복수의 방향의 투영에 의해 형성된 상기 테스트패턴(TP)의 화상의 위치를 검출하고, 그에 의거하여, 투영광학계(17)의 광학특성을 측정한다.

Description

레티클{RETICLE}

도 1은, 본 발명의 제 1실시예에 의한 광학특성의 측정방법이 적용된 투영노광장치의 주요부의 개략적 도면.

도 2는, 본 발명에 의한 테스트패턴의 1차원 광강도분포를 예시한 도면.

도 3은, 투영광학계의 동공면 위에 해상된 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 4는, 투영광학계의 동공면 위에 해상된 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 5는, 투영광학계의 동공면 위에 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 6은, 투영광학계의 동공면을 예시한 도면.

도 7은, 광축방향(Z위치)과 패턴의 측면편차 사이의 관계를 예시한 도면.

도 8은, 투영광학계의 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 9는, 본 발명의 제 2실시예에 의한 투영노광장치의 주요부의 개략적 도면.

도 10은, 도 9의 일부분을 예시한 도면.

도 11은, 도 9의 일부분을 예시한 도면.

도 12는, 본 발명에 의한 테스트패턴을 예시한 도면.

도 13은, 본 발명에 의한 테스트패턴을 예시한 도면.

도 14는, 테스트패턴 투영면 위의 광강도분포를 예시한 도면.

도 15는, 본 발명의 제 3실시예에 의한 테스트패턴의 일예를 예시한 도면.

도 16은, 본 발명의 제 3실시예에 의한 테스트패턴의 다른 예를 예시한 도면.

도 17은, 본 발명의 제 3실시예에 의한 테스트패턴의 1차원 광강도분포를 예시한 도면.

도 18은, 투영광학계의 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 19는, 광축방향(Z위치)과 패턴의 측면편차 사이의 관계를 예시한 도면.

도 20은, 물체화상의 1차원 광강도분포를 예시한 도면.

도 21은, 본 발명에 의한 패턴의 측면편차를 예시한 도면.

도 22는, 동공면 위의 측정용 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 23은, 물체화상의 1차원 광강도분포를 예시한 도면.

도 24는, 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 25는, 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 26은, 물체화상의 1차원 광강도분포를 예시한 도면.

도 27은, 무한 푸리에 급수를 예시한 도면.

도 28은, 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면.

도 29는, 패턴의 개수와 동공면 위의 물체 스펙트럼 사이의 관계를 예시한 도면.

도 30은, 패턴의 개수와 패턴폭 사이의 관계를 예시한 도면.

도 31은, 동공면 위의 물체 스펙트럼의 비교예시를 도시한 도면.

도 32는, 경사입사조명방법을 예시한 도면.

도 33은, 도 32의 조리개(4)를 예시한 도면.

도 34는, 본 발명의 제 4실시예에 의한 테스트패턴을 예시한 도면.

도 35는, 제 4실시예에 의한 테스트패턴의 전체 구성을 예시한 도면.

도 36은, 제 4실시예에 의한 테스트패턴의 전체 구성을 예시한 도면.

도 37은, 본 발명의 제 5실시예에 의한 테스트패턴을 예시한 도면.

도 38은, 물체 스펙트럼을 제어한 마크군(19a)을 예시한 도면.

도 39는, 기준패턴으로서 마크군(19b)을 예시한 도면.

도 40은, 마크군(19a),(19b)을 가지는 레티클(9)을 예시한 도면.

(기술분야)

본 발명은, 테스트패턴을 가지는 레티클에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 반도체소자, 액정표시소자, 박막자기헤드 등의 제조시의 하나의 공정인 리소그래피 공정에 사용되는 투영노광장치의 투영광학계의 광학특성, 예를 들면, 최상의 초점위치, 비점수차, 상면만곡 또는 파면수차 등의 광학특성의 측정에 이용하는 것이 적합하다.

(배경기술)

반도체소자, 액정표시소자 또는 박막자기헤드를 제조하기 위한 리소그래피 처리는, 예를 들면, 포토마스크 또는 레티클(이하 "레티클"로 칭함)의 화상이 투영광학계에 의해 감광기판 위에 결상되는 투영노광장치를 사용한다. 그러한 투영노광장치에서, 레티클의 패턴이 감광기판 위에 높은 해상도로 전사되도록 하기 위하여, 초점심도의 범위내에서 상기 감광기판을 투영광학계의 최상의 결상면(최상 초점면)과 바르게 일치시킨 상태로 노광을 행해야 한다. 따라서, 투영광학계의 최상의 초점면의 위치, 즉, 최상의 초점위치는 어떠한 방법에 의해서 검출되어야 한다. 또한, 투영광학계는, 최상의 초점위치가 화상높이와는 상이한 화상면(상면만곡)으로 칭할 수 있는 것을 가진다.

투영광학계의 최상의 초점위치를 측정하는 방법 중의 공지의 예는 다음과 같다. 상이한 경사각의 주광선을 가지는 2개의 조명광 또는 동일한 경사각의 주광선을 가지나 대칭방향으로 입사하는 2개의 조명광에 의해, 단일 패턴 또는 복수의 상이한 패턴이 조명된다. 다음에, 그에 의해 감광기판 위에 얻은 복수의 패턴화상의 간격을 측정하거나, 또는 감광기판을 이동함으로써 중첩된 복수의 패턴의 화상간의 상대위치편차를 측정한다. 다음에, 디포커스량과 상기 설명한 간격 또는 상대위치편차 사이의 관계를 검출하고, 이 관계에 의거하여, 최상의 초점을 산출한다. 투영광학계의 광축방향에 대해 감광기판의 위치의 변경없이 최상의 초점위치를 검출하는 또 다른 공지의 방법이 있다.

상기 설명한 경사입사조명에 의거한 측정방법은 SEM 측정이 필요없고, 간단하고 높은 작업처리량과 최상의 초점위치, 화상면 및 비점(비점수차)의 고정밀측정이 가능한 방법이다. 또한, 상기 설명한 위치편차측정에 이용되는 패턴의 사이즈 는, 마찬가지로 위치편차측정에 의거한 최상의 초점, 화상면 또는 비점의 측정을 위해 0°와 90°사이에서 변화되는 위상을 가지는 패턴화상의 위치를 측정하는 방법, 또는 2개의 광속의 간섭에 의해 발생된 간섭패턴의 위치편차를 측정하는 방법에 사용되는 패턴과 비교하여 클 수 있다. 따라서, 공중화상측정에 대해, 확대결상 광학계를 사용할 필요가 없는 이점이 있다. 또한, 상기 설명한 경사입사조명에 의거한 측정방법은 디포커스에 대해서 위치편차에 대한 민감도가 크다.

그러나, 경사입사조명에 의거한 측정방법에 의해서 얻은 패턴화상 사이의 간격 또는 위치편차량과 디포커스량 사이의 관계는, 엄밀하게는 완전한 직선관계가 아닌 것이 밝혀졌다. 그 원인은, 경사입사조명에 의거한 측정에서 동공면에서의 물체 스펙트럼위치의 시프트가 발생하므로, 투영렌즈의 개구조리개에 의해 물체 스펙트럼이 비대칭적으로 절단되어 결상면에서의 공중화상에 비대칭 일그러짐이 발생한다.

또한, 상기 비대칭 물체 스펙트럼을 A(f)로 하고, 투영렌즈의 OTF를 O(f)라고 하면, 결상면에서의 화상의 진폭분포 f(x)와의 관계는, f(x)=F-1[A(f)·O(f)](F-1은, 푸리에 역변환임)에 의해 나타낸다. 상기 투영렌즈의 파면수차가 공중화상에 영향을 미치는 것을 안다.

도 7의 곡선(20)은 구면수차가 발생한 투영렌즈의 디포커스(종축)에 대하여 패턴의 위치편차량(횡축)이 검출된 그래프이다. 초점측정에 사용한 패턴은 도 20에 도시한 종래의 마크의 패턴이다. 도 20에서, C는 테스트패턴(TP)의 개구부의 길이를 나타낸다. 이 개구부는, 거의 100%와 동일한 투과율을 가진다.

도 7로부터, 종래의 패턴은 분명하게 직선성이 소멸되는 것을 알 수 있다.

앞에서 설명한 종래의 방법의 경사입사조명에 의거한 최상의 초점측정에서는, 노광장치의 투영렌즈의 파면수차의 차이 또는 시야각 내에서의 화상높이에 좌우한 파면수차의 차이에 의해, 디포커스량과 위치편차량 사이의 관계가 상이하다. 따라서, 디포커스량과 위치편차량 또는 간격 사이의 관계를 매회 조사하는 것이 필요하다.

또한, 디포커스량과 위치편차량 또는 간격 사이의 관계가 1차 식에 의해 근사할 경우, 특정의 결상면에서의 위치편차 또는 간격량으로부터 근사식을 사용하여 산출된 디포커스량의 값은 오차를 포함한다. 이것은, 향후 더욱 더 회로를 미세화하는데 있어서 간편하고 고정밀이 요구되는 투영광학계의 광학특성의 측정에서 심각한 문제이다.

한편, 구면수차, 화상면(상면만곡), 비점(비점수차), 코마(코마수차), 파면수차 등의 투영렌즈의 수차가 측정되어 실제의 평가나 검사에 이용된다. 이러한 수차 중에서, 파면수차가 수차 그 자체이다. 일반적으로 사용하는 제르니케 다항식에 의거하여 이 파면수차를 근사함으로써, 예를 들면, 다항식의 요소인 구면수차, 화상면, 비점, 코마 등의 수차가 산출가능하다. 매우 다양한 디바이스 패턴의 프로세스 마진을 시뮬레이션으로 예측하는데 있어서도 파면수차의 측정이 중요시되고 있다.

예를 들면, 미국특허 제 5,828,455호공보와 미국특허 제 5,978,085호공보는, 파면수차의 측정방법을 제안하고 있다. 이들 특허문헌에서 제안된 측정방법은, 격자형 패턴을 레티클패턴면 위에 형성하고 상기 격자형 패턴의 중심부의 바로 밑에 그 사이에 형성된 작은 간격을 두고 핀홀을 배치한다. 또한, 레티클 상측면에서, 격자형 패턴의 중심부의 바로 위에 배치된 볼록렌즈를 가지는 특수한 레티클이 있다. 이 레티클은 노광장치의 조명계에 의해 조명되면, 조명계로부터 방출된 조명광은 상기 볼록렌즈에 의해 형성된 σ1 이상의 조명각도(NA)를 가지고 그 하측에 위치한 격자패턴을 조명한다. 격자패턴을 통과한 광은 그 하측에 배치된 핀홀을 통과한다. 여기서, 핀홀을 통과할 수 있는 광은, 상기 격자패턴의 각각의 점의 위치와 상기 핀홀을 접속함으로써 형성된 각도의 광으로만 한정된다. 따라서, 격자패턴의 각각의 점으로부터 방출된 광빔은 상이한 각도를 가지는 복수의 광으로서 나아간다.

각도가 상이한 이들 광은, 투영렌즈의 동공면 위의 상이한 위치에 도달하여, 투영렌즈의 파면수차에 의해 영향을 받은 상태로, 웨이퍼면에 도달하여 격자패턴의 각각의 점이 결상된다. 여기서, 결상된 격자패턴의 각각의 점의 화상은 파면수차(위상)의 상이한 작용에 의해 영향을 받았다. 더욱 상세하게는, 광선은 파면의 법선방향으로 나아가므로, 격자패턴의 각각의 점의 화상의 결상위치는, 파면 위의 대응하는 점의 기울기에 의해 결정된 양에 의해 이상위치로부터 시프트한다. 그것을 고려하여, 이상격자로부터 격자패턴의 각각의 점의 화상의 편차를 측정하고, 그에 의거하여, 동공면내의 각각의 점에서의 파면의 경사량이 획득된다. 따라서, 다양한 수학적 방법을 이용함으로써, 파면수차를 산출한다.

상기 설명한 미국특허 제 5,828,455호공보와 미국특허 제 5,978,085호공보에 제안된 바와 같은 파면수차의 측정방법은, 이 기술분야에서 공지된 하트만법과 마찬가지이다. 하트만법에서, 투영렌즈의 동공면에 핀홀을 배치하고 그에 의해 파면위치를 한정하여, 거기를 통과한 광에 의해 형성된 패턴화상의 위치편차에 의거하여, 파면의 기울기를 검출한다.

하트만법에서, 핀홀을 동공면에 배치하고, 물체 스펙트럼에 대하여, 아래 식(1)에 따라서 핀홀필터에 의해 특정의 작은 파면영역에 관한 정보만 얻을 수 있다.

하트만법에서와 같이, 동공면(즉, 동공필터)에 핀홀을 배치함으로써 물체 스펙트럼의 형상을 위치제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 실제의 노광장치에서는, 경통의 공간의 문제 또는 오염방지에 필요한 퍼지구조의 문제 등의 이유로 비용적으로도 달성하기가 곤란하다.

한편, 상기 설명한 미국특허 제 5,828,455호공보와 미국특허 제 5,978,085호공보에 제안된 바와 같은 방법에서, 핀홀은 물체면의 바로 하측에 배치된다. 따라서, 동공면 위의 물체 스펙트럼은 아래 식(1)과는 달리 위상항을 포함하는 푸리에변환에 해당한다.

E(x) = F-1[G(f)·p(f)·w(f)] ...(1)

F-1: 푸리에 역변환

E(x): 화상의 광진폭 함수

G(f): 물체 스펙트럼

w(f): 동공(파면) 함수

p(f): 핀홀 함수

본 발명의 목적은, 투영광학계의 광학특성을 매우 정밀하게 측정할 수 있는 테스트패턴을 가지는 레티클과, 상기 레티클을 이용하여 투영광학계의 광학특성을 측정하는 측정방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 상기 설명한 2개의 미국특허에서 개시된 것과는 완전히 상이한 절차에 따라서 투영광학계의 광학특성을 측정할 수 있는 테스트패턴을 가지는 레티클과, 상기 레티클을 이용하여 투영광학계의 광학특성을 측정하는 측정방법을 제공하는데 있다.

특히, 본 발명의 목적은, 투영광학계의 최상의 초점위치, 비점수차, 상면만곡, 파면수차 중의 적어도 1개를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 테스트패턴을 가지는 레티클과, 상기 레티클을 이용하여 투영광학계의 광학특성을 측정하는 측정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 1측면은, 투영광학계의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴을 가지는 레티클에 관한 것로서, 상기 테스트패턴은, 상기 투영광학계의 동공면에서의 스펙트럼의 고주파성분을 감소하거나 억제하는데 효과적인 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2측면은, 상기 제 1측면에 관련되고, 상기 테스트패턴은, 이에 의해 발생된 복수의 회절광이 동공면에서 부분적으로 서로 상쇄되어 고주파 성분이 감소되거나 억제되도록 하는 라인 앤드 스페이스(line and space)를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3측면은, 상기 제 1측면에 관련되고, 상기 테스트패턴은, 상기 투영광학계의 동공면에서의 소정의 주기적인 성분을 발생시키는 개구부와, 상기 개구부의 대향측에 형성되어 상기 투영광학계의 동공면에서의 상기 주기적인 성분과는 상이한 주기적인 성분을 발생시키는 주기적인 개구부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4측면은, 상기 제 1측면에 관련되고, 상기 투영광학계는 파면수차를 가지고, 상기 테스트패턴은, 상기 투영광학계에 의해 형성된 상기 테스트패턴의 화상이 디포커스되어도, 비대칭인 화상 일그러짐이 실질적으로 발생되지 않도록 하는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5측면은, 상기 제 1측면 내지 제 4측면에 관련되고, 상기 광학특성은, 최상의 초점위치, 비점수차 및 상면만곡 중의 1개 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6측면은, 투영광학계의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴을 가지는 레티클에 관한 것이고, 상기 테스트패턴은, 실질적으로 0차 광만이 상기 투영광학계의 화상면을 향하도록 하는 라인 앤드 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 7측면은, 투영광학계의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴을 가지는 레티클에 관한 것이고, 상기 테스트패턴은, 그 반복방향에 대해서 중심 부으로부터 외주부까지 라인의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하는 라인 앤드 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 8측면은, 투영광학계의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴을 가지는 레티클에 관한 것이고, 상기 테스트패턴은, 그 반복방향에 대해서 중심부로부터 외주부까지 스페이스의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하는 라인 앤드 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 9측면은, 상기 제 7측면과 제 8측면에 관련되고, 상기 라인 앤드 스페이스는, 측정시에 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 10측면은, 상기 제 1측면 내지 제 9측면에 관련되고, 레티클의 테스트패턴 위에 조명광을 투영하여 형성된 테스트패턴의 화상의 위치를 검출함으로써, 투영광학계의 광학특성을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 11측면은, 상기 제 1측면 내지 제 9측면에 관련되고, 1개의 방향 또는 복수의 방향으로부터, 레티클의 테스트패턴 위에 조명광을 투영하여 복수의 방향의 각각의 투영에 따라서 형성된 테스트패턴의 화상의 위치를 검출함으로써, 투영광학계의 광학특성을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 12측면은, 상기 제 1측면에 관련되고, 상기 복수의 방향은, 광축을 포함한 소정의 평면에 대해서 서로 대칭인 2개의 방향을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 13측면은, 상기 제 10측면 내지 제 12측면에 관련되고, 상기 투영광학계의 개구수를 NA라고 하고 투영된 조명광의 주광선의 입사각을 σp(0 ≤σp ≤1)라고 하면, 상기 테스트패턴은, 상기 조명광의 주광선의 입사방향에 직교하는 상기 테스트패턴의 물체 스펙트럼 G(f)에 대하여, f구간 [(1-2σp)·NA/λ 내지 NA/λ]에서의 G(f)의 진폭을 상쇄하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 14측면은, 투영노광장치에 관한 것이고, 제 10측면 내지 제 13측면중의 어느 하나의 광학특성의 측정방법에 따라서 투영광학계의 광학특성을 측정하는 모드를 가지고, 테스트패턴을 가지는 레티클이 장치에 공급될 때 상기 테스트패턴에 조명광을 투영하는 조명계를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 15측면은, 디바이스의 제조방법에 관한 것이고, 제 14측면에서와 같이 투영노광장치에 디바이스 제조용의 레티클을 공급하여 레티클의 패턴을 기판 위에 전사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 16측면은, 투영광학계의 파면수차를 측정하는 파면수차의 측정방법에 관한 것이고, 그 반복방향에 대해서 중심부로부터 외주부까지 라인의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하고, 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 라인 앤드 스페이스를 가지는 레티클을 배치하고, 상이한 방향으로부터 광속을 라인 앤드 스페이스에 투영함으로써, 상기 투영광학계에 의해 라인 앤드 스페이스의 복수의 화상이 형성되고;

검출결과를 이용하여 복수의 화상의 위치를 각각 검출하고, 상기 투영광학계의 파면수차를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 17측면은, 투영광학계의 파면수차를 측정하는 파면수차의 측정 방법에 관한 것이고, 그 반복방향에 대해서 중심부로부터 외주부까지 스페이스의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하고, 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 라인 앤드 스페이스를 가지는 레티클을 배치하고, 상이한 방향으로부터 광속을 라인 앤드 스페이스에 투영함으로써, 상기 투영광학계에 의해 라인 앤드 스페이스의 복수의 화상이 형성되고;

검출결과를 이용하여 복수의 화상의 위치를 각각 검출하고, 상기 투영광학계의 파면수차를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 18측면은, 투영광학계의 파면수차를 측정하는 파면수차의 측정방법에 관한 것이고,

그 반복방향에 대해서 중심부로부터 외주부까지 라인의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하고, 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 라인 앤드 스페이스를 각각 포함하는 복수의 패턴을 가지는 레티클을 배치하고;

상이한 방향으로부터 광속을 복수의 패턴에 투영함으로써, 상기 투영광학계에 의해 복수의 패턴화상이 형성되고;

검출결과를 이용하여 복수의 패턴화상의 위치를 각각 검출하고, 상기 투영광학계의 파면수차를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 19측면은, 투영광학계의 파면수차를 측정하는 파면수차의 측정방법에 관한 것이고,

그 반복방향에 대해서 중심부로부터 외주부까지 스페이스의 피치는 실질적으 로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하고, 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 라인 앤드 스페이스를 각각 포함하는 복수의 패턴을 가지는 레티클을 배치하고;

상이한 방향으로부터 광속을 복수의 패턴에 투영함으로써, 상기 투영광학계에 의해 복수의 패턴화상이 형성되고;

검출결과를 이용하여 복수의 패턴화상의 위치를 각각 검출하고, 상기 투영광학계의 파면수차를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 20측면은, 투영광학계의 광학특성을 측정하는 광학특성의 측정방법에 관한 것이고,

테스트패턴을 가지는 레티클을 공급함과 동시에 개구부를 가지는 부재를 공급하고;

상기 개구부를 통하여 상기 테스트패턴에 광속이 경사방향으로부터 투영되어, 상기 투영광학계에 의해 패턴의 화상을 형성하고;

검출결과를 이용하여 상기 패턴화상의 위치를 검출하여 상기 투영광학계의 광학특성이 검출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 21측면은, 투영광학계의 파면수차를 측정하는 파면수차의 측정방법에 관한 것이고,

복수의 패턴을 가지는 레티클을 공급함과 동시에 개구부를 가지는 부재를 공급하고;

상기 개구부를 통하여 복수의 패턴에 광속이 상이한 방향으로부터 투영되어, 상기 투영광학계에 의해 복수의 패턴의 화상을 형성하고;

검출결과를 이용하여 상기 패턴화상의 위치를 각각 검출하여 상기 투영광학계의 파면수차가 검출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 22측면은, 상기 제 20측면 또는 제 21측면에 관련되고, 상기 개구부를 가지는 부재는 레티클 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 23측면은, 상기 제 22측면에 관련되고, 레티클은, 상기 개구부 위에 설치된 볼록렌즈를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 24측면은, 상기 제 16측면 내지 제 21측면에 관련되고, 상기 패턴은, 그 반복방향에 대해서 중심부으로부터 외주부까지 스페이스의 피치는 실질적으로 일정한 반면에 스페이스의 폭은 점차적으로 감소하고 상기 투영광학계에 의해 인접 라인이 해상되지 않은 라인 앤드 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 25측면은, 상기 제 16측면 내지 제 21측면에 관련되고, 상기 패턴은, 실질적으로 0차 광만이 상기 투영광학계의 화상면을 향하도록 하는 라인 앤드 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 26측면은, 상기 제 16측면 내지 제 25측면에 관련되고, 상기 검출공정은, 라인 앤드 스페이스의 공중화상을 광전변환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 27측면은, 상기 제 16측면 내지 제 25측면에 관련되고, 상기 검출공정은, 라인 앤드 스페이스의 화상으로 감광기판을 노광하는 공정과 감광기판을 현상하는 공정를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 28측면은, 투영노광장치에 관한 것이고, 상기 제 16측면 내지 제 27측면 중의 어느 하나의 측정방법에 따라서 투영광학계의 파면수차를 측정하는 모드를 가지고, 테스트패턴을 가지는 레티클이 장치에 공급될 때 상기 테스트패턴 위에 조명광을 투영하는 조명계를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 29측면은, 디바이스의 제조방법에 관한 것이고, 상기 제 28측면의 투영노광장치에 디바이스 제조용의 레티클을 공급하여 레티클의 패턴을 기판 위에 전사하는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

도 1은, 본 발명의 제 1실시예에 의한 광학계의 광학특성의 측정방법을 예시한 도면이다. 도 1은, 광학계로서, 반도체소자 제조용의 노광장치에 이용하기 위해, 마스크(레티클)(16)의 패턴을 감광기판(웨이퍼)(19) 위에 투영하는 투영렌즈(17)를 선택하여 본 발명을 적용한 경우를 도시한 도면이다.

도 1에서, 상기 마스크(16)는 테스트패턴(TP)로서 도 2에 도시한 바와 같은 강도분포 g(x)를 가지는 패턴을 그 위에 형성하였고, 이 패턴은, 상기 패턴(TP)을 조명하는 조명광의 주광선(LP)의 입사방향(평면)에 직교하도록 배치된다. 도 2에서, 횡축은 x좌표를 나타내고, 반면에 종축은 강도분포를 나타낸다. 패턴(Ma),(Mb1),(Mb2)은 폭이 상이한 개구부이다.

경사각(σp)을 가지는 조명광(LP)이 마스크(16) 위에 배치된 테스트패턴(TP)을 조명할 때에 상기 테스트패턴(TP)으로부터 발생되는 회절광은, 투영렌즈(17)를 통과하여 투영렌즈의 동공에 입사한다. 투영렌즈(17)의 동공면(18)을 형성한 개 구조리개(18a)의 개구부에서, 상기 패턴(TP)의 강도분포 g(x)의 물체 스펙트럼 G(f)을 발생시킨다.

H1(f)의 sin(πCf)가 A(f)와 동일한 주기를 가지므로, A(f)의 진폭이 주파수영역의 전체에 작게 억제될 수 있다. 또한, H1(f)의 4a1*sinc(alf)에 대해서, 투영렌즈(17)(동공(18))의 광입사측의 NA0에 대해 1/(2a1)≥(1+σp)·NA0/λ를 만족하는 충분히 작은 값을 선택하는 경우, 투영렌즈(17)의 동공면(18)의 영역내에서 4a1*sinc(alf)은, 주파수가 높아지면 감소하는 단순한 중량함수로서 생각할 수 있다. 도 3은, 상기 설명한 A(f), sin(πCf), 4a1*sinc(alf)의 움직임을 예시한 도면이다.

H1(f)의 sin(2πΔ1f)에 대해서, 마찬가지로, sin(2πΔ1f)의 반주기를 투영렌즈(17)의 동공면(18)의 영역 이상으로 주어지는 경우, 최대값을 가지는 단순한 중량함수가 된다. 그 조건은, 1/(2Δ1)<(1+σp)·NA0/λ이다. 도 4는, 상기 설명한 H1(f), sin(πCf), sin(2πΔ1f)의 움직임을 예시한 도면이다.

a1과 Δ1을 최적화함으로써, H1(f)를 정형하여, 이것에 의거하여, 가능한 한 작게 억제해야 하는 A(f)의 고주파성분의 진폭을 적절한 주파수영역내에 작게 억제할 수 있는 G(f)을 얻을 수 있다. 또한, a1과 Δ1에 대하여, 마찬가지로, a2와 Δ2와 같은 패턴정형을 추가함으로써, H1(f)+H2(f)에 의거한 최적화가 가능하다. 도 5는, 2세트의 H1(f)와 H2(f)에 의한 정형에 의해, H1(f)+H2(f)의 합계의 고주파성분의 진폭의 감쇠경향이 A(f)의 경향과 더욱 일치하는 것을 예시한 도면이다. 마찬가지로, H1(f)+H2(f)...+Hn(f)에 의거한 최적화도 가능하다.

상기 설명한 조건을 만족하는 a1과 Δ1에 의거하여 발생된 도 2에 도시한 테스트패턴(TP)의 물체 스펙트럼 G(f)은, 결상면(19)의 위치와 투영렌즈(17)의 파면수차에 의해 영향을 받은 상태로 결상면(19)에 결상된다. 여기서 화상의 진폭분포 f(x)는, 하기 식:

f(x) = F-1[G(f)·O(f)]

이다.

따라서, 물체 스펙트럼 G(f)은, 동공면(18)에 대해 상기 조명광의 주광선(LP)의 경사각(σp)에 대응하는 위치(σp)의 중심의 부근에 사이즈(반경)가 1-σp인 원형영역에서만 진폭을 가지고, 상기 설명한 식으로부터, 결상진폭 f(x)은 상기 동공면(18)의 소영역(도 6의 영역(25))에서의 투영렌즈(17)의 파면수차에 의해서만 영향을 받는다는 것을 안다. 적절한 크기로 상기 소영역을 설정함으로써, 디포커스에 의한 파면수차의 변화는 상기 소영역의 낮은 차수의 주파수에만 영향을 주므로, 화상의 일그러짐을 작게 감소시킬 수 있다. 따라서, 디포커스에 대한 화 상의 위치변화의 관계에 대하여, 화상 일그러짐에 의해 영향을 받지 않고 선형이 된다. 더욱 상세하게는, 테스트패턴(TP)은 투영광학계의 동공면을 통하여 실질적으로 0차 광만을 화상면을 향하므로, 디포커스에 대한 화상의 위치변화의 관계가 실질적으로 선형이 된다.

도 21은, 마스크(16)의 패턴을 감광기판(19) 위에 투영하여 전사하는 투영노광장치를 도시한 도면이고, 입사각(경사각)이 상이한 주광선(LP1),(LP2)을 가지는 2개의 조명광이 마스크(16) 위의 테스트패턴(TP)(도 2 참조) 위에 조사하고; 테스트패턴의 2개의 화상(TPa)을 투영광학계(17)에 의해 웨이퍼 스테이지 위의 감광기판(19) 위에 전사하고; 감광기판(19)에의 입사평면(지면)내에서의 화살표 방향에 대해 2개의 패턴화상(TPa)간의 위치편차를 측정하고; 위치편차Δ에 의거하여 최상의 초점을 검출하는 것을 도시한 도면이다.

본 실시예에서는, 디포커스와 투영광학계의 파면수차와는 관계없이, 디포커스에 대한 패턴화상의 위치편차의 관계가 선형성을 유지할 수 있도록 테스트패턴(TP)의 패턴형상을 설계한다.

도 6은, 투영렌즈(17)의 동공면(18) 위의 좌표(동공좌표)를 도시한 도면이다. X축과 Y축은, 각각 동공의 중심(0)을 통과하는 축이고, 그 좌표는, 투영렌즈(17)의 개구수(NA0)(동공면의 반경)에 대해서 규격화한 값을 나타낸다. 투영렌즈(17)의 동공면(18)에서, 주광선(LP)의 입사위치(-σp)는 동공중심(0)으로부터 대치된다.

입사위치(-σp)를 중심으로 동공면(18)의 경계에 접하도록 도시할 수 있는 최소의 원(25)만을 광이 통과할 수 있도록 배치된 동공필터를 이용하여 종래의 마크에 의해서 시뮬레이션을 행하였다. 도 7의 곡선(21)은 그 결과를 도시한다.

도 7의 동공필터의 사용없이 종래의 방법에 의해 제공된 곡선(20)과 비교하면, 곡선(21)은 그 직선성이 향상되는 것이 자명하다. 이것은, 도 8에 도시한 것과 같은 동공필터에 의해서 도 20에 도시한 테스트패턴(TP)의 물체 스펙트럼(f>0)의 [-(1-σp)·NA0/λ 내지 (1+σp)·NA0/λ]의 고주파성분을 모두 차단하여, 조명광의 주광선의 동공면(18)으로의 위치(σp)에 대하여 동공면(18)에서의 물체 스펙트럼의 진폭을 좌우대칭으로 함으로써 달성되는 것으로 이해할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 테스트패턴(TP)의 물체 스펙트럼 G(f)의 고주파성분에서의 진폭을 상기 설명한 구간 [-(1-σp)·NA0/λ 내지 (1+σp)·NA0/λ]내에서 억제하거나 상쇄하도록 테스트패턴(TP)을 최적화하고, 그에 의거하여, 동공필터와 마찬가지의 효과를 얻는다. 더욱 상세하게는, 본 실시예는, 투영광학계의 개구수(NA)와 테스트패턴(TP)을 조명하는 조명광의 주광선의 입사각(σp)(동공면내의 위치에서 0≤σp≤1)에 관하여, 상기 조명광의 주광선의 입사방향에 직교하는 상기 테스트패턴의 물체 스펙트럼 G(f)에 대해, [(1-2σp)·NA/λ 내지 NA/λ]의 f구간에서의 G(f)의 진폭을 상쇄하도록 최적화된 테스트패턴을 이용한다.

도 9는, 테스트패턴을 가지는 레티클이 공급되고 본 발명의 제 2실시예에 의한 투영노광장치의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이다. 제 2실시예에서는, 노광장치의 투영광학계의 최상의 초점측정방법과 화상면 측정방법을 설명한다. 본 실시예는, 렌즈계뿐만 아니라, 미러계를 가지는 투영광학계 또는 렌즈계와 미러계를 조합하여 투영광학계(카타디옵트릭형 계(catadioptric system))를 가지는 투영광학계에도 적용할 수 있다.

도 9에서, (1)은, 노광용의 광원(광원 수단)을 나타낸다. 광원(1)에 대하여, 예를 들면, 고압 Hg 램프 또는 엑시머 레이저 광원이 사용될 수 있다. 고압 Hg 램프를 사용하는 경우, 광원(1)으로부터 방출된 노광광은 타원형 거울(1a)에 의해 집광된 후, 상기 광은 입력렌즈(2)를 통과하여 파리눈렌즈(3)의 광입사면(3a)에 입사한다. 다수의 2차광원이 파리눈렌즈(3)의 후방(레티클측)의 초점면에 발생되고, 그 표면은 파리눈렌즈(3)의 광사출면(3b)이다. 이들 2차 광원으로부터 방출된 노광광은, 개구조리개(4), 제 1릴레이렌즈(5), 투영식 레티클 블라인드(6), 제 2릴레이렌즈(7), 메인 콘덴서 렌즈(8)를 개재하여 진행하고, 균일한 조명으로 레티클(9)을 조명한다. 상기 투영식 레티클 블라인드(6)과 레티클(9)의 패턴형성면은 서로 공액관계로 배치되고, 투영식 레티클 블라인드(6)는 레티클(9) 위에 조명영역을 형성한다. 레티클(9)의 패턴은 투영광학계(10)에 의해 감광재료(웨이퍼)(W) 위에 투영된다.

측정모드에 이용되는 개구조리개(4)는, 전환기구(4a)에 의해, 도 10에 도시한 개구조리개(4c),(4d)가 교환되어 사용될 수 있도록 배치된다. 또한, 개구조리개(4p)가 임의의 위치에 임의의 크기로 형성될 수 있도록 가변 개구조리개에 의해 배치된다.

노광광으로 조명된 레티클(9)의 패턴형성면 위에 형성된 테스트패턴(15)의 화상이, 도 11에 도시한 바와 같은 검출기(11)를 구성하는 플레이트(11a) 위에 결상된다. 상기 플레이트(11a)는 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된다. 파리눈렌즈(3)의 후방의 초점면(3b)은, 투영광학계(10)의 동공면(10a)과 대략 공액관계이다. 상기 플레이트(11a)는, 거기에 형성된 슬릿(11b)을 가지고, 슬릿(11b)을 통과한 빛은 수광기(11c)에 의해 수광되어 검출(광전변환)된다. 플레이트(11a), 슬릿(11b) 및 수광기(11c)를 포함하는 검출기(11)(검출유닛)는, 모두 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된다. 웨이퍼 스테이지(12)는, 투영광학계(10)의 광축(10b)에 수직인 면내의 임의의 위치에 검출기(11)를 위치결정하는 X-Y 스테이지(12a)와, 투영광학계(10)의 광축(10b)에 평행한 방향으로 상하로 이동가능한 Z 스테이지(12b)를 포함하고, 그에 의해 검출기(11)의 초점위치 등을 설정할 수 있다.

본 실시예에서는, 검출기(11)(플레이트(11a))의 초점위치를 검출하기 위한 자동초점계(13)가 설치된다. 상기 자동초점계(13)는, 플레이트(11a)의 상측면으로부터 반사광을 수광하여 광슬릿형 광패턴의 화상을 재결상하는 수광계(13b)는 물론, 슬릿형 광패턴의 화상을, 예를 들면, 투영광학계(10)의 광축(10b)에 대해서 경사진 플레이트(11a)의 상측면 위에 투영하는 송광계(13a)도 포함한다.

플레이트(11a)의 상측면의 초점위치(광축(10b) 방향의 위치)가 변화하는 경우, 수광계(13b)에서 수광면 위에 재결상되는 슬릿형 광패턴의 화상의 위치가 변화한다. 따라서, 슬릿형 광패턴의 결상위치를 검출함으로써, 초점위치의 변화를 검출할 수 있다.

수광계는, 재결상된 슬릿형 광패턴의 위치에 따라서 변화하는 초점신호가 발 생하도록 통합된 광전검출기(13c)를 가진다. 광전검출기(13c)로부터의 초점신호가 소정의 레벨로 유지되도록 제어계(13d)는 웨이퍼 스테이지(12)의 Z 스테이지(12b)를 구동한다. 이에 의해, 플레이트(11a)의 상측면의 초점위치가, 소정의 위치(투영광학계의 화상면 위치)에 유지될 수 있고, 또는 그 위치로부터 시프트될 수 있다.

광전검출기(13c)로부터의 초점신호는, 소정의 범위(광축(10b) 방향의 소정의 범위)내에 플레이트(11a)의 상측면의 초점위치의 변화에 대해서, 대략 직선적으로 변화한다. 따라서, 역으로, 초점신호의 레벨의 변화로부터 초점위치의 변화를 검출할 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(12)의 Z 스테이지(12b)에는, 투영광학계(10)의 광축(10b)방향에 대하여 Z 스테이지(12b)의 위치를 검출하기 위한 높이센서(도시하지 않음)가 조립되어 있다.

(14)는, 오프(off)축 웨이퍼 얼라인먼트계를 나타낸다. 웨이퍼 얼라인먼트계(14)는, 웨이퍼(W)의 각각의 샷영역의 부근에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출한다. 이 경우, 웨이퍼 얼라인먼트계(14)의 검출중심(14a)과 광축(10b) 사이의 간격, 즉, 이른바 베이스라인 길이(BD)를 미리 검출함으로써, 웨이퍼 얼라인먼트계(14)에 의해 측정된 얼라인먼트 마크위치에 의거하여 웨이퍼(11)의 각각의 샷영역의 얼라인먼트를 정확하게 실시할 수 있다. 또한, 웨이퍼 얼라인먼트계(14)는 다양한 마크를 검출하기 위해서도 실시할 수 있다.

레티클(9)의 패턴형성면(하측면)에 테스트패턴(15)이 형성된다. 상기 테스트패턴(15)에 대하여, 예를 들면, 도 12에 도시한 패턴 또는 도 13에 도시한 패턴 을 이용한다. 도 12와 도 13에서, 테스트패턴(15)의 개구부(15a)는, 도 9에 도시한 장치의 투영렌즈(10)에 의해 해상되는 패턴이다. 개구부(15a)의 부근 또는 대향측에 형성된 주기적인 개구부(15b)는, 투영렌즈(10)에 의해 해상되지 않는 패턴이다.

테스트패턴(15)을 가지는 레티클(9)을 사용한 투영노광장치의 투영렌즈(10)의 최상의 초점측정방법은 다음과 같다.

상기 테스트패턴(15)에, 도 10에 도시한 개구조리개(4c)에 의해 형성된 제 1조명광이 소정의 방향으로부터 투영되고, 테스트패턴(15)의 화상을 투영광학계(10)를 통하여 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된 플레이트(11a) 위에 투영한다. 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)을 따라서 상기 설명한 제 1조명광의 입사 평면에 평행한 방향으로 상기 웨이퍼 스테이지(12)를 이동시킴으로써, 플레이트(11a) 위에 형성된 슬릿패턴(11b)을 주사한다. 상기 슬릿패턴을 통과하는 광은, 예를 들면, 광강도검출기 또는 광량검출기 등의 수광기(11c)를 사용함으로써 검출된다. 다음에, 그 때 얻은 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)에서의 웨이퍼 스테이지(12)의 각각의 위치(X,Y)와, 이들 위치에서의 광강도 또는 광량에 상당하는 검출신호(도 14)에 의거하여, 플레이트(11a) 위에 결상된 테스트패턴(15)의 화상의 중심위치를 산출한다.

그 후, 상기 스테이지(12b)는 Z 방향으로 이동하고, 개구조리개(4c)는, 상기 개구조리개(4d)로 전환된다. 다음에, 주광선이 제 1조명광과 동일한 경사각을 가지고 제 1조명광과 대칭인 입사 방향을 가지는 제 2조명광을, 상기 테스트패턴(15) 위에 투영한다. 이에 의해, 테스트패턴(15)의 화상이 투영광학계(10)를 통하여 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된 플레이트(11a) 위에 투영된다. 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)을 따라서 상기 설명한 제 2조명광의 입사 평면에 평행한 방향으로 상기 웨이퍼 스테이지(12)를 이동시킴으로써, 상기 플레이트(11a) 위에 형성된 슬릿패턴(11b)을 주사한다. 상기 슬릿패턴을 통과하는 광은, 예를 들면, 광강도검출기 또는 광량검출기 등의 수광기(11c)를 사용함으로써 검출된다. 다음에, 그 때 얻은 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)에서의 웨이퍼 스테이지(12)의 각각의 위치(X,Y)와, 이들 위치에서의 광강도 또는 광량에 상당하는 검출신호(도 14)에 의거하여, 플레이트(11a) 위에 결상된 테스트패턴(15)의 화상의 중심위치를 산출한다.

상기 설명한 바와 같이 상이한 Z 위치마다 상기 테스트패턴(15)의 화상의 중심위치를 산출하는 공정을 준비하면, Z 위치(초점)와 산출된 테스트패턴화상의 중심위치(측면편차의 시프트량)간의 관계가 대략 선형적이 되므로, 상기 설명한 2개의 상이한 조명광을 사용함으로써 형성된 테스트패턴화상에 의거하여 산출된 테스트패턴화상의 Z 위치와 중심위치 사이의 관계의 각각에 대해 선형 근사를 실시할 수 있다. 또한, 그에 의해 얻어진 2개의 직선을 서로 교차한 Z 위치는, 최상의 초점위치로서 자동검출될 수 있다. 또한, 상기 결과를 노광장치에 피드백할 수 있어서, 초점위치의 자동보정을 이룰 수 있다. 또한, 테스트패턴(15)의 공중화상의 광패턴이 수 μ으로서 충분히 크므로, 상기 설명한 바와 같은 스테이지 주사가 필요한 광강도검출기 또는 광량검출기 대신에, 스테이지에 확대광학계를 통합함이 없이 CCD 또는 선형센서의 수광면을 결상면에 직접 설정하여 공중화상을 수상할 수 있다. 이 공중화상의 중심위치를 검출함으로써, 최상의 초점위치가 산출될 수 있다.

또한, 상기 설명한 테스트패턴(15)은, 광축으로부터 높이(화상 높이)가 상이한 복수의 위치에서 동일한 레티클 위에 형성될 수 있다. 상기 설명한 절차에 따라서 상이한 화상 높이에 대해 테스트패턴노광을 실시할 수 있고, 각각의 화상높이에 대해서, 최상의 초점위치가 검출될 수 있다. 이것은 화상면(상면만곡)의 측정이 가능하다. 또한, 개구조리개(4c),(4d)의 개구부의 방향을 90°로 회전시킬 수 있고, 마찬가지의 측정을 실시할 수 있다. 이것은 비점(비점수차)의 측정이 가능하다. 투영광학계(10)의 내부에 배치된 보정광학계를 구동함으로써, 상기 설명한 바와 같은 다양한 수차의 자동보정을 이룰 수 있다. 그러한 자동보정은, 신호처리계(도시하지 않음)에서 검출된 데이터의 측정을 행하여 보정광학계 구동기구(도시하지 않음)에 결과를 피드백함으로써 가능하다.

다음에, 본 발명의 제 3실시예를 설명한다.

제 2실시예와 비교하면, 제 3실시예는 테스트패턴의 패턴형상의 점에서만 상이하다. 그 이외의 부분은 제 2실시예의 구성과 동일하다.

제 3실시예에서, 테스트패턴을 감광기판(웨이퍼)(W) 위에 전사한 결과로부터 최상의 초점을 산출하는 구체적인 예를 설명한다.

테스트패턴화상의 측면편차의 시프트량을 살펴보기 위하여, 두 패턴간의 거리를 살펴볼 수 있다. 사용되는 패턴은 제 1실시예와 상이하고, 중첩 마스크간의 위치편차를 측정한다. 도 15와 도 16은, 본 실시예에서 사용될 2종류의 테스트패턴에 대한 패턴예를 도시한 도면이다. 도 15의 테스트패턴(151)에 도시한 4방향의 라인과 도 16의 테스트패턴(152)에 도시한 4방향의 라인은, 동일한 선폭으로 설계된다. 또한, 사용된 마스크에 대해서, 위상차가 없는 바이너리 마스크로 칭하는 것을 사용한다. 그러나, 위상차를 가지는 마스크를 사용할 수 있다. 도 17은, 도 15와 도 16의 테스트패턴의 각각의 선폭방향의 단면도와 치수를 예시한 도면이다. 도면에 예시한 치수는, 모두 결상측(감광기판(W)측)으로 환산한 치수(mm)이다.

도 18은, 도 17의 패턴의 물체 스펙트럼(실선)과 도 2의 패턴폭(C)을 2μ으로 설정한 패턴의 물체 스펙트럼(점선)간의 비교를 예시한 도면이다. 최적화를 실시하고자 하는 개구수(NA)영역 Na1-Nah에서, 도 17의 패턴의 진폭이 작게 억제되는 것을 알 수 있다. 사용된 투영렌즈의 개구수(NA)는 0.73이었고, 각각의 조명광의 경사입사의 입사각 σp는 0.7이었으며, 조명광의 개구각에 상당하는 σ크기는 0.1이었다.

개구조리개(4c)를 사용함으로써, 감광기판은 패턴(151),(152)으로 노광된다. 그 후, 패턴(151),(152)의 화상이 서로 중첩되도록 웨이퍼 스테이지를 이동시킨다. 다음에, 개구조리개(4d)를 사용함으로써 개구조리개(4c)를 개구조리개(4d)로 전환하고, 감광기판이 패턴(151),(152)으로 노광된다. 다음에, 측정기를 사용함으로써, 노광된 패턴(151),(152)의 화상간의 상대위치편차를 측정한다. 여기서, 최상의 초점위치에서는 패턴화상의 시프트가 0(zero)이라고 정의하면, 초점편차를 패턴 화상간의 위치편차량으로 나타낼 수 있다.

도 19는, 그러한 측정의 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면이다. 곡선(22)는 패턴(151),(152)을 사용한 제 3실시예의 측정결과를 도시한다. 상기 설명한 바와 같이 동공필터를 사용한 결과(곡선(21))로서 대략 동일한 직선성을 도시하므로, 그 효과를 확인하였다. 더욱 상세하게는, 제 3실시예의 테스트패턴은 도 12, 도 13, 도 15 또는 도 16에 도시한 바와 같은 패턴을 포함하고, 광학계(투영렌즈)의 동공면에 발생된 회절패턴이 서로 상쇄되어 고주파성분이 감소하도록 하는 패턴을 포함한다. 즉, 이 테스트패턴은, 개구부(Ma)와, 광학계의 동공면에 개구부(Ma)의 상이한 주기적인 성분을 발생시키기 위해 상기 개구부(Ma)의 경계에 주기적인 개구부(Mb1),(Mb2),...(도 2 참조)가 형성된다. 따라서, 이 테스트패턴은, 즉, 테스트패턴(TP)은, 실질적으로 0차광만이 투영광학계의 동공면을 통하여 화상면에 향한다. 따라서, 투영화상이 디포커스되고 또한 광학계가 파면수차를 가지는 경우에도, 투영화상에 비대칭 일그러짐이 생기지 않는다.

상기 설명한 바와 같이 이들 실시예에 의하면, 테스트패턴이 경사조명되어도, 투영광학계의 수차의 영향없이 최상의 초점, 비점수차 및 상면만곡의 측정을 이룰 수 있다. 또한, 그 효과는, 측정될 다양한 패턴치수 또는 노광장치의 투영렌즈의 다양한 개구수(NA)에 대해서 최적화가 가능하다. 높은 작업처리량과 고정밀 측정을 이룰 수 있다.

본 발명의 제 4실시예에 의한 파면수차의 측정방법을 지금 설명한다. 여기서, 레티클의 회로패턴을 감광기판(웨이퍼)에 투영하는 투영노광장치의 투영광학계 의 파면수차를 측정하는 경우에 관하여 설명한다.

제 4실시예에서, 레티클(9) 위에 형성된 패턴 또는 패턴군(테스트패턴)(TP)에, 조명광학계 및 레티클 위에 배치된 특수한 광학소자를 통하여 주광선이 특정의 각도와 특정의 방향을 가지는 조명광이 투영된다. 다음에, 상기 레티클(9)의 테스트패턴(TP)이 투영광학계에 의해 결상함으로써 형성된 공중화상이 될 수 있거나, 또는 감광기판에 전사된 화상이 될 수 있는 테스트패턴화상(TPa)의 위치를 측정한다. 테스트패턴은 레티클 위에 형성될 수 없고, 분리된 기준 플레이트 위에 형성될 수 있다. 여기서, 측정되는 공중화상 또는 감광기판에 전사된 패턴화상(TPa)은 1개 이상 존재할 수 있다. 따라서, 1개 이상의 공중화상 또는 전사된 패턴화상의 위치를 측정함으로써, 투영광학계의 파면을 측정한다. 공중화상 또는 전사된 패턴화상(TPa)의 각각의 위치는, 상기 레티클 또는 기준 플레이트 위의 패턴의 위치에 좌우하고, 이들 패턴은, 패턴의 위치에 좌우한 상이한 방향으로부터 조명광에 의해 조명된다.

제 4실시예에서, 레티클 위에 형성된 테스트패턴(TP)에, 소정의 방향으로 연장한 입사방향을 가지는 주광선(LP)을 가지는 조명광은 조명광학계에 의해 투영된다. 다음에, 레티클의 테스트패턴(TP)이 투영광학계에 의해 결상함으로써 형성된 공중화상이 될 수 있거나, 또는 감광기판에 전사된 화상이 될 수 있는 테스트패턴화상(TPa)의 위치를 측정한다. 다음에, 상기 조명광의 주광선의 입사방향을 변경하여, 레이틀 위의 테스트패턴에 조명광을 투영한다. 다음에, 테스트패턴이 투영광학계에 의해 결상함으로써 형성된 공중화상이 될 수 있거나, 또는 감광기판에 전 사된 화상이 될 수 있는 테스트패턴화상(TPa)의 위치를 측정한다. 감광기판에 전사된 각각의 테스트패턴화상(TPa)의 위치에 대하여, 감광기판을 현상한 후, 현상된 테스트패턴화상(레지스트패턴)(TPa)의 위치를 측정한다.

테스트패턴(TP)의 공중화상의 위치 또는 그 현상된 패턴화상의 위치에 대한 측정결과에 의거하여, 투영광학계의 공동면(10a) 위의 파면수차를 측정한다.

본 실시예의 테스트패턴(TP)은, 라인 또는 스페이스의 피치가 대략 균일한 주기적인 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)을 포함한다. 또한, 주기적인 패턴의 중심의 라인 또는 스페이스 패턴으로부터 주기적인 패턴의 외주의 라인 또는 스페이스 패턴을 향하는 방향을 따라서, 광이 통과할 수 있는 각각의 스페이스의 폭이 감소한다. 이 패턴이 투영렌즈에 의해 결상될 때 얻은 패턴화상의 광강도분포에서는, 인접 라인이 해상되지 않고, 일그러짐이 작은 단일의 큰 패턴(화상)으로 생각할 수 있다.

본 실시예에서, 이 공중화상 또는 감광기판에 전사된 패턴화상의 위치를, 특정의 기준위치로부터의 위치편차량으로서 측정한다. 다음에, 이 위치편차에 대응하는 파면의 기울기를 검출하여, 그것에 의거하여 파면수차를 검출한다.

더욱 상세하게는, 제 4실시예는, 상기 설명한 구성을 가지는 테스트패턴을 사용한다. 경사입사조명에 의해 조명된 테스트패턴의 화상의 위치편차량과, 상기 테스트패턴에 투영한 조명광의 주광선의 투영방향(입사각과 방위각)에 의거하여, 투영렌즈의 동공좌표 위의 투영방향에 대응하는 특정의 위치에서의 파면의 기울기가 양호한 정밀도로 검출된다. 이에 의거하여, 파면수차를 검출한다.

다음에, 본 발명에 의한 테스트패턴을 사용함으로써 투영광학계의 파면수차를 측정하는 경우, 투영광학계의 동공면 위에 형성되는 테스트패턴의 물체 스펙트럼을 설명한다. 측정의 분해능을 고려하면, 얻게 되는 동공면 위의 물체 스펙트럼은 δ함수와 같은 형상을 가져야 하는 것이 바람직하다. 그러나, δ함수와 같은 피크만으로 테스트패턴의 화상이 발생되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 실제로, 투영렌즈의 개구수(NA)가 0.6 내지 0.8의 오더인 것을 고려하면, 동공면의 0,1의 개구수(NA) 내에 수용되는 형상, 예를 들면, 도 22에 도시한 바와 같은 형상을 가지는 물체 스펙트럼(ω)이 될 수 있다.

다음에, 그러한 물체 스펙트럼의 구간을 생각한다. 투영렌즈의 개구수(NA)가 0.7인 경우, 물체 스펙트럼의 중심을 0(zero)으로 하면, 물체 스펙트럼의 형상이 -1.4<NA<+1.4의 구간에 유지되는 것으로 충분하다.

이것을 고려하여, 핀홀(나중에 설명함)의 이용함 없이 레티클패턴(테스트패턴)에만 의거하여 상기 설명한 조건을 만족하는 패턴을 설계할 수 있는지의 여부를 설명한다. 고려되는 측정방법은 상기 설명한 경사입사조명방법이다.

도 23은, 라인과 스페이스의 각각의 폭이 a이고; 라인폭과 스페이스폭의 비가 1:1인 라인 앤드 스페이스를 포함하는 1차원 반복패턴의 광강도분포를 예시한 도면이다. 도 23에 도시한 구형함수를 g(x)이고 그 푸리에 변환이 G(f)인 경우, 투영광학계의 동공면 위의 물체 스펙트럼 형상을 G(f)에 대해서만 생각하는 것으로 충분하다. 여기서, G(f)는 다음과 같이 대략 나타낼 수 있다.

G(f) = 2a2C ·sinc(af)·III(2af)*sinc(cf) ...(2)

III: 시어 함수(shear function)

*: 콘볼루션 적분(convolution integration)

C: 패턴길이(패턴의 길이)

상기 식(2)에서, C(상수)가 무한대로 증가하면, sinc(cf)가 δ(f)함수가 된다. 다음에, G(f)는, 하기 식:

G(f) = 2a2c·sinc(af)·III(2af) ...(3)

으로 나타낸다.

상기 식(3)으로부터, 도 24에 도시한 주기 1/2(a)에서, G(f)는 f=n/(2a)(n은 정수임)만으로 진폭을 가지는 물체 스펙트럼이 된다. 도 24는, 동공면 위의 물체 스펙트럼을 도시한 도면이다. 따라서, NA=1/2aλ≥1.6(λ는 노광파장임)을 만족하는 라인 앤드 스페이스폭 a를 선택함으로써, 동공면 위에 소망한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 그러나, 도 25에 도시한 바와 같은 동공면 위의 물체 스펙트럼이 공간주파수 구간 f의 0<f<1/(2a)에서의 진폭을 회피하기 위해, 즉, 높은 차수의 성분을 억제하기 위해 c가 충분한 크기를 취하는 것은, 실제로, 동일한 화상높이로 생각할 수 있는 영역(아이소플라나틱(isoplanatic)한 피치)의 관점, 또는 측정하는 패턴의 크기 또는 현재 이용가능한 위치편차측정기의 정밀도의 관점으로부터 생각할 때, 실제로 불합리하다. 그것을 고려하여, c를 크게 취함이 없이 높은 차수의 성분을 억제하는 조건을 찾는다.

다음에, 도 26에 도시한 바와 같은 강광도분포를 가지는 패턴을 생각한다. 도 23에 도시한 패턴과 상이한 것은, 라인의 피치 b가 균일하지만, 라인 폭 a를 변 경하는 자유도를 가진다는 것이다. 또한, 도 26에 도시한 구형함수의 푸리에변환은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

G(f) = a0·sinc(a0f)+2∑i=1 i=n ai·sinc(aif)cos(2πibf) ...(4)

2n: 라인의 개수

b: 피치(간격)

a0, a1, a2: 라인폭

여기서, ∑i pi·cos(if)의 푸리에급수를 생각한다. 상기 푸리에급수는 하기와 같이 수렴된다.

i=∞

∑pi·cos(if) = {p·cos(f)-p2}/{1-2p·cos(f)+

i=1

p2} (단, |p|<1) ...(5)

제 4실시예에서, 상기 식(5)의 그래프형상을 목표로 하면서 테스트패턴이 설계된다. 따라서, 식(5)이 식(4)에 적용되면, 전개된 식으로부터, 설계되는 테스트패턴과 그에 의해 발생되는 물체 스펙트럼의 관계를 얻을 수 있다. 여기서,발생한 변수가 α와 P이고, 이것은 상기 패턴과 물체 스펙트럼을 서로 관련시키기 위한 중간변수(중개)이다. P(0<P<1)를 1에 근접한 값으로 취하면서 패턴이 설계되는 경우, 물체 스팩트럼은 험난하게 되어 더욱 높은 고정밀측정이 가능하게 된다. 그러나, P의 n제곱으로, P는 1에 근접하므로, 실제의 패턴길이 C의 관점에서 얻게 되는 물체 스펙트럼은 목표인 식(7)에 근접하지 않는다. 그것을 고려하여, 실제 로, P를 버리고, P의 n제곱에 근접하여 0에 빨리 가까워지는 식(9)를 사용하여 설계된다. 이 의미에서, n을 크게 하는 것은, 식(9)를 식(8)의 P가 1에 가까워지는 상태에 근접하는 것을 나타내고, 그에 의해 더욱 험난한 스펙트럼을 얻을 수 있다.

그래프로 도시한 식(5)는 도 27에 예시한 바와 같다. 도 27의 곡선은, 피크간의 f에 대한 진폭이 대략 일정한 오프셋을 포함하는 형상을 가지고, 요철이 없는 소망한 스펙트럼 형상에 가까운 곡선인 것을 알 수 있다. 또한, 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, n의 값이 크지 않은 단계에서도 수렴현상이 가까워지므로, 패턴 전체의 패턴길이 c가 작아도 충분히 높은 차수의 성분이 억제될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그것을 고려하여:

ai·sinc(aif)~αpi

a0·sinc(a0f)~2αp2/(1+p2) ...(6)

로 가정한다. 식(6)으로부터, 좌변은 i에 대해 f의 함수이고, 그에 반해 우변은 상수이다. 이로부터 식(6)은 특정의 f에 대해서만 적용된다. 여기서, f의 유효영역을 설명한다. 상기 설명한 바와 같이 근사를 실시해야 하는 f영역은 피크간에 나타나고, 이것은 |f|<1/b이다. ai<b가 이 영역에 유지되므로, ai·sinc(aif)는 단조 감소 함수이다. 또한, ai가 b보다 충분히 작은 경우, ai·sinc(aif)는 충분히 일정하게 되어 상수로 생각할 수 있다. 상기로부터, 식(6)을 사용함으로써 식(4)을 재기록하는 경우, |f|<1/b의 범위에서 n→∞일 때,

G(f) →2αp2/(1+p2)+2α{p·cos(2πbf)-p2}

/{1-2p·cos(2πbf)+p2} ...(7)

로 한다. 적절한 α와 p를 이용함으로써 식(7)을 그래프화하면, 도 28에 도시한 바와 같은 결과가 된다. 도 28은, 동공면 위의 물체 스펙트럼을 예시한 도면이다.

다음에, ai를 실제로 결정한다. 상기 설명한 가정으로부터,

ai=αpi

a0=2αp2/(1+p2) ...(8)

로 한다.

α와 p의 값을 적절하게 선택함으로써, ai가 결정된다. 그러나, 주어진 p에 좌우하여, 물체 스펙트럼의 형상이 상이하다. 도 7은, 이것을 예시한 도면이다. p를 0<p<1으로 하면, p가 1에 근접하게 될수록 물체 스펙트럼의 피크는 더욱 험난하게 되고, 더욱 높은 분해능 측정이 가능하다. 또한, α는 물체 스펙트럼의 S/N에 효과적이지 않으므로, 광량을 유지하기 위해 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다.

n→∞일 때 식(7)을 적용하므로, p가 1에 근접하게 되면, αpn은 0에 가까워지지 않고 식(7)은 근접하기 쉽지 않다. 도 29의 그래프는, 패턴의 라인의 개수가 증가함에 따라서 높은 차수의 성분의 진폭이 작게 억제되는 것을 예시한다. 도 29의 그래프로부터, 어느 정도로 αpn을 0에 근접하게 하기 위해서, 패턴 전체에 대해 충분한 길이 c가 필요하다는 것을 알 수 있다. 이것을 고려하여, 실제로, 식(8)의 조건에 근접한 적절한 패턴길이 c에 유지될 수 있는 함수를 이용하는 방법이 가능하다.

예를 들면, 패턴 전체의 길이를 c0에 유지되어야 하는 경우, 다음에, 측정되는 투영렌즈의 개구수(NA0)로부터, 상기 설명한 패턴내의 공간의 간격 b0(<2NA0/λ)이 결정된다. 다음에, b0·n=c0로부터, 스페이스의 개수, 즉, 2n+1이 결정된다. 식(8)의 ai=αpi를,

ai = α(1-i/(n+1)) ...(9)

로서 취하는 경우, 즉, 리니어 감소 급수로서, 수렴을 용이하게 하는 것이 가능하다. 여기서, a0는, 피크간격(|f|<1/b0)의 평균값이 0와 동일하게 되도록 결정한다. 도 30은, p=0.197과 n=21일 때 식(8)과 식(9) 사이의 비교를 도시한 도면이다. 또한, 도 31은, 그에 의해 발생한 패턴으로의 푸리에 변환을 도시한 도면이다. 그래프로부터 식(9)가 우수하다는 것을 알 수 있다.

본 출원에서 개시하고 있는 파면수차의 측정방법은, 상기 설명한 생각에 따라서 투영광학계의 동공면 위에 발생되는 물체 스펙트럼의 형상이 최적화되도록 설계된 테스트패턴을 사용한다. 이에 의해, 하트만법에서와 같이, 동공면 또는 결상계내의 다른 개소에 핀홀의 사용없이 실질적으로 0차광만이 동공면을 통해 화상면을 향할 수 있어서 파면수차의 고정밀 측정을 보장한다.

다음에, 실제로 그러한 테스트패턴과 경사입사조명을 이용한 파면수차의 측정방법을 설명한다.

본 발명에 의한 파면수차의 측정방법의 실시예를 도 9, 도 11 및 도 33을 참조하여 설명한다. 본 실시예는, 투영노광장치에서 그 투영노광장치의 파면수차를 측정하는 경우를 나타낸다.

본 실시예는, 렌즈를 이용한 투영광학계를 가지는 투영노광장치뿐만 아니라, 미러를 이용한 투영광학계 또는 렌즈와 미러를 조합한 투영광학계를 가지는 다양한 투영노광장치에 적용가능하다.

도 9에 도시한 투영노광장치는, 상기 실시예에 관련하여 설명한 구성과 기능을 가진다. 또한, 도 11에 도시한 검출기(11)는, 상기 실시예에 설명한 바와 같이, 테스트패턴의 화상의 위치를 검출하기 위해 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된다.

도 32는, 도 9의 투영노광장치의 투영광학계의 파면수차를 측정하기 위해, 테스트패턴의 경사입사조명의 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 32에서, 개구조리개(4)는, 전환기구(4a)(도 9)에 의해 구동되어, 도 33에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 그 개구부(4b)의 위치를 X방향과 Y방향으로 자유롭게 변경할 수 있다. 이 배치에 의해, 조명광의 주광선의 레티클 입사각 또는 방향을 자유롭게 변경할 수 있다. 따라서, 투영렌즈(10)의 동공면 전체를 통해, 계측을 해야 되는 소망한 위치에 조명광의 주광선을 집광할 수 있다. 또한, 개구조리개(4)는, 가변 개구경을 가진다.

도 34는, 본 실시예에 사용된 테스트패턴(TP)의 상세를 도시한 도면이다. 도 34의 테스트패턴(TP)은, 상기 설명한 생각에 따라서, 설계파장 248nm과 0.7의 개구수(NA)를 가지는 투영렌즈에 대해서 최적화되었다. 사용되는 테스트패턴은 도 35와 도 36에 도시한 바와 같은 전체 구성을 가진다.

테스트패턴(TP)에, 도 33에 도시한 개구조리개(4)에 의해 형성된 제 1조명광 은 소정의 방향으로부터 투영되고, 테스트패턴(TP)의 화상은 투영광학계(10)를 통하여 웨이퍼 스테이지(12) 위에 장착된 플레이트(11a) 위에 투영된다. 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)을 따라서 상기 설명한 제 1조명광의 입사 평면에 평행한 방향으로 웨이퍼 스테이지(12)를 이동시킴으로써, 상기 플레이트(11a) 위에 형성된 슬릿 패턴(11b)을 주사한다. 상기 슬릿패턴을 통과하는 광은, 예를 들면, 광강도검출기 또는 광량검출기 등의 수광기(11c)를 사용함으로써 검출된다. 다음에, 그 때 얻은 광축방향과 직교하는 면(X방향과 Y방향)에서의 웨이퍼 스테이지(12)의 각각의 위치(X,Y)와, 이들 위치에서의 광강도 또는 광량에 상당하는 검출신호(도 14)에 의거하여, 플레이트(11a) 위에 결상된 테스트패턴(TP)의 화상의 중심위치를 산출한다.

다음에, 개구조리개(4)의 개구부(4b)의 위치는 다른 위치로 시프트된다. 그 상태에서, 제 1조명광의 경우와 마찬가지의 절차를 통해서 Z방향의 위치의 변경없이, 제 1조명광과 상이한 방향으로부터의 광에 의해 테스트패턴(TP)이 조명된다. 다음에, 광축방향과 직교하는 X-Y평면 위에 테스트패턴의 화상(TPa)의 중심위치가 산출된다. 또한, 투영렌즈(10)의 동공면(10) 전체가 커버될 때까지 개구부(4b) 위치의 시프트와 패턴 화상의 중심위치의 산출을 반복한다.

본 실시예에서도 테스트패턴(15)의 공중화상의 광패턴이 수 μ으로서 충분히 크므로, 상기 설명한 바와 같은 스테이지 주사가 필요한 광강도검출기 또는 광량검출기 대신에, 스테이지에 확대광학계를 통합함이 없이 CCD 또는 선형센서의 수광면을 결상면에 직접 설정하여 공중화상을 수상할 수 있다. 이 공중화상의 중심위치 를 검출하는 것에 의거하여, 파면수차를 측정할 수 있다.

이와 같이 얻은 테스트패턴화상(TPa)의 위치정보(위치편차정보)는, 투영렌즈(10)의 동공면(10a) 위의 각각의 위치에 대응하는 위치에서의 파면의 기울기를 나타낸다. 동공면 내의 각각의 위치에서의 파면의 기울기에 의거하여 파면 전체의 형상을 생성하는 계산방법은, 종래부터 문헌 등에 개시되어 있고, 즉, 예를 들면, 저자 H. Takajo와 T. Takahashi에 의한 문헌 "Least-squares phase estimation from the phase difference"에 개시되어 있다. 따라서, 이 경우에도, 테스트패턴화상(TPa)의 복수의 위치정보를 사용한 계산에 의해 투영렌즈(10)의 파면을 생성하였다. 제르니케 다항식 근사처리를 실시하는 경우, 파면수차를 각 항에서 제르니케 계수로 나타낼 수 있다는 것에 유의해야 한다.

실제로, 시뮬레이션을 실시하여 특정의 파면이 제르니케 다항식에 의해 주어진다. 한편, 테스트패턴(TP)을 이용하여, 몇 개의 방향으로부터 실시된 경사입사조명하에 형성된 패턴화상(TPa)의 위치편차를 산출하였다. 아래 설명하는 간단한 연산동작을 통하여, 제르니케 계수를 산출하였다. 다음에, 산출결과와 상기 설명한 제르니케 다항식에 의해 설정된 제르니케 계수 사이의 일치도를 검사하였다.

상기 설명한 제르니케 다항식에 의해 설정된 파면은 C6(0.05λ), C7(0.05λ), C8(0.02λ) 및 C9(0.03λ)이다. 여기서, Cn(n=6 내지 9)은, 제르니케 다항식의 제 n항의 계수(r=1에 대해 규격화하고, 여기서, r은 동공 극좌표계의 반경이고 0≤r≤1임)를 나타낸다. 투영렌즈의 개구수(NA)는 0.7이었고, 경사입사조명의 입사각 r과 방위각 θ은, r=0.07, 0.9 및 θ=0, π/2, π, 3π/2의 합계 9조건이었 다. 이들 조건하의 위치편차는, dx1, ..., dx9 및 dy1, ..., dy9에 의해 나타낸다. 이들 조명조건하에서 조명했을 때 주광선이 통과하는 각각의 동공좌표위치에서의 파면의 경사는, 변수변환을 이용하여, x방향과 y방향으로 다음과 같이 각각의 제르니케 항의 합계로 나타낼 수 있다.

여기서, W는 파면수차이다.

마찬가지로,

상기에 의거하여, 다음의 행렬식을 작성하여 각각의 Cn계수를 산출하였다.

여기서, dxj와 dyj는, 경사입사조명의 입사각과 방위각 j에 대응하는 동공면 위의 위치편차이고, pij와 qij는 각각의 제르니케항의 미세계수이고, NA는 투영렌즈의 개구수이고, λ는 파장이다. 그 결과는 아래에 나타낸 바와 같다.

상기로부터, 본 계측방법은 제르니케 계수(렌즈수차)를 검출하기 위해 충분한 측정정밀도를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 본 측정방법에서, 동공면 위의 측정점의 수(즉, 경사입사조명의 수)를 증가시키는 경우, 부가된 정밀도의 향상 또는 높은 차수의 수차의 측정을 이룰 수 있다. 역으로, 얻게 되는 제르니케 계수에 특히 유의하면서 공동면 위의 측정점(경사입사조명)을 선택하면, 높은 작업처리량으로 소망한 수차를 측정할 수 있다. 이것은, 노광장치의 투영광학계의 수차의 자동보정에 효과적이다.

또한, 복수의 테스트패턴(TP)을 레티클(9) 위의 복수의 개소에 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 설명한 절차에 따라서, 이들 패턴의 노광을 실시 할 수 있어서 상이한 화상높이에서의 파면수차를 측정할 수 있다. 따라서, 투영광학계(10)의 보정광학계를 구동함으로써, 투영광학계의 자동수차보정을 이룰 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 5실시예를 설명한다. 제 5실시예는, 테스트패턴(TP)을 감광기판(웨이퍼)(W)에 전사하여 파면수차를 측정하는 구체적인 예에 대해 설명한다. 사용하는 테스트패턴(19a)은, 제 4실시예와는 상이하고, 마크(21a)(기준패턴)가 중첩될 때 도 37에 도시한 바와 같이 볼 수 있는 마크(20a)를 포함한다. 마크(20a)의 격자(TPX)의 각각에 대하여 이들 마크간의 위치편차를 측정한다. 도 38은, 마크(20a)를 포함하는 마크군(19a)을 도시한 도면이고, 반면에 도 39는, 마크(21a)를 포함하는 마크군(19b)를 도시한 도면이다.

도 38에서, 각각의 격자(TPX)는, 도 34(A) 또는 도 34(B)에 도시한 패턴을 가진다. 도 38의 격자 라인(격자)는 동일한 라인폭으로 설계되고, 상기 라인폭은 도 35 또는 도 36과 동일하다.

도 39의 각각의 마크(21a)의 선폭에 대하여는, 특정한 제한이 없다. 마크(21a),(21b)의 전사된 패턴을 측정하는 계측기의 패턴의존성을 고려하면, 감광기판에 전사되는 마크(21a)의 전사된 화상을 현상한 후 형성되는 최초의 라인폭은, 도 38의 격자폭과 대략 동일하게 되어야 하는 것이 바람직하다. 여기서, 각각의 마크(21a)의 라인폭은 2μ이었다.

도 38에 도시한 마크군(19a)(테스트패턴)의 상측 유리면에, 도 40에 도시한 마크군의 중심위치와 일치하는 위치에 배치된 핀홀(21)이 배치된다. 이 핀홀(21)은, 테스트패턴을 조명하는 조명광의 주광선의 기울기를 하측의 유리면의 마크(TPX)의 배치(위치)마다 제한을 가하는 기능을 가진다. 제 4실시예와 같은 조명계의 개구조리개(4)의 개구부(4b)의 위치를 시프트할 필요가 없다. 큰 σ조명을 레티클(9)에 실시하면, 마크(TPX)는, 상이한 방향으로부터 동시에 조명광에 의해 조명되어, 감광기판에 일괄적으로 전사된다.

여기서, 조명계로부터 공급되는 큰 σ조명광의 입사각이 σ1.0 이하이고 1.0 이상의 조명광의 입사각 σ이 측정에 필요한 경우, 도 40에 도시한 바와 같이, 핀홀(21)의 상측에 볼록렌즈(22)를 배치하여 조명광을 더욱 집광할 수 있다. 그 경우, 투영렌즈(10)의 전체로서 동공면(10a)을 커버할 수 있다. 또한, 도 40에서, 마크군(19b)의 각각의 마크(21a)가 기준으로서 이용되므로, 그 상측의 유리면 위에 핀홀과 볼록렌즈가 없다. 도 40에 도시한 광선은, 마크군(19a) 위에 입사하는 복수의 조명광 중에서 최대의 입사각을 가지는 광을 나타낸다는 것에 유의하여야 한다.

다음에, 도 40의 레티클(9)을 사용한 테스트패턴의 노광순서를 설명한다. 통상의 조명조건(σ>0.7)으로 마크(20a),(21a)를 노광한다. 다음에, 마크(20a),(21a)가 서로 중첩하도록 웨이퍼 스테이지(12)를 이동시켜, 통상의 조명조건으로 이들 마크를 마찬가지로 노광한다. 다음에, 감광기판(W)을 현상한 후, 전사된 마크(20a),(21a)간의 상대위치편차를 격자마다 측정기를 사용하여 측정한다. 이에 의해 얻게된 복수의 위치편차에 대해 계산처리를 행함으로써, 파면을 생성한다. 이 파면에 대해, 예를 들면, 제르니케 다항식 등의 근사를 실시한다. 다음에, 제르니케 항의 계수를 산출하여 파면수차를 검출한다.

상기 설명한 테스트패턴(20a,19a,21a,19b)을 동일한 레티클 또는 분리된 레티클 등의 위의 복수의 개소에 배치할 수 있다. 이 경우, 상기 설명한 바와 같이 노광, 측정 및 계산을 포함하는 절차를 실시할 수 있고, 상이한 화상높이에 대한 파면수차를 측정할 수 있다.

상기 설명한 각각의 실시예에 의하면, 경사입사조명과 최적화한 테스트패턴을 이용하여, 투영렌즈내의 핀홀의 사용없이 고정밀의 파면수차를 측정할 수 있다. 측정되는 다양한 패턴사이즈, 또는 다양한 노광장치의 투영렌즈의 개구수(NA)에 대해 그 효과가 최적화될 수 있다. 따라서, 높은 작업처리량과 고정밀 측정을 이룰 수 있다.

또한, 파면수차의 측정결과를 노광장치의 수차보정계에 피드백하면, 자동수차보정 또는 실제의 디바이스에 최적화된 수차설정을 위해 배치된 노광장치를 달성할 수 있다.

Claims (4)

1. 투영광학계의 광학특성을 측정하기 위한 테스트패턴을 가지는 레티클로서,

   상기 테스트패턴은, 그에 의해 발생된 복수의 회절광을 상기 투영광학계의 동공면에서 부분적으로 서로 상쇄함으로써, 상기 동공면에 있어서의 스펙트럼의 고주파 성분을 감소하거나 억제하는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 레티클.
2. 제 1항에 있어서, 상기 테스트패턴은, 상기 투영광학계의 동공면에서의 소정의 주기적인 성분을 발생시키는 개구부와, 상기 개구부의 대향측에 형성되어 상기 투영광학계의 동공면에서의 상기 주기적인 성분과는 상이한 주기적인 성분을 발생시키는 주기적인 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 레티클.
3. 제 1항에 있어서, 상기 투영광학계는 파면수차를 가지고, 상기 테스트패턴은, 상기 투영광학계에 의해 형성된 상기 테스트패턴의 화상이 디포커스되어도, 비대칭인 화상 일그러짐이 실질적으로 발생되지 않도록 하는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레티클.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광학특성은, 최상의 초점위치, 비점수차 및 상면만곡 중의 1개 이상인 것을 특징으로 하는 레티클.

Images