광학적 결상 시스템의 결상 품질을 측정하기 위한 시스템 document_id A220623031447

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 방법의 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. 결상 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 003e# 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.