KR100565105B1 - 리소그래피 장치 및 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템; 및

- 투영시스템의 파면수차(wave front aberrations)를 측정하는 측정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,

상기 측정시스템이: 상기 투영시스템의 퓨필내에 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체 및 회절요소로서, 둘 모두 방사선 시스템과 투영시스템 사이의 투영빔내로 이동가능한 상기 구조체 및 회절요소; 및 투영시스템의 파면수차(wave front aberrations)를 측정하는 투영시스템을 가로지르는 방사선을 감지하는 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

Description

리소그래피 장치 및 측정시스템{Lithographic Apparatus and a Measurement System}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 도,

도 2는 도 1의 리소그래피 투영장치에 포함되는 파면수차 측정시스템의 실시예의 도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 대물(object) 격자의 일부의 상세단면도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 사용되는 레티클 모듈의 대물 격자의 단면도,

도 5는 본 발명의 추가 실시예에 사용되는 레티클 모듈의 대물 격자의 단면도,

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 사용되는 경사진 거울을 갖는 레티클 모듈의 대물 격자의 단면도이다.

상기 도면에 있어, 대응되는 참조부호들은 대응되는 부분들을 지칭한다.

본 발명은 리소그래피 투영장치의 파면수차의 측정에 관한 것으로, 보다 특별하게는

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 상기 리소그래피투영장치에 관한 것이다.

"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정의 위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.

- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로 부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기 술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.

IC에서의 계속 증가하는 수의 전자 구성요소를 집적시키기 위한 요구가 있다. 이를 실현하기 위해서는, 점점 더 작아지는 디테일 또는 선폭이 기판의 타겟부상에 투영될 수 있도록 구성요소의 크기를 축소시키고 투영시스템의 해상도를 높일 필요가 있다. 투영시스템에 대하여, 이는 투영시스템 및 투영시스템에 사용되는 렌즈요소가 매우 엄격한 질적 요건들을 충족시켜야 한다는 것을 의미한다. 렌즈요소 및 투영시스템의 제조시 세심한 주의에도 불구하고, 그들 모두는, 예를 들어 투영시스템에 의하여 기판의 타겟부상으로 투영시스템이 투영되는 상 필드에 걸쳐 변위, 디포커스, 비점수차, 코마 및 구면수차와 같은 파면수차를 여전히 겪게될 수 있다. 이러한 수차들은 상 필드에 걸쳐 발생하는 묘화된 선폭 변화의 중요한 소스들이다. 상 필드내 상이한 지점들에서의 묘화된 선폭들은 일정한 것이 중요하다. 선폭변화가 크면, 기판의 품질 검사시 상 필드가 투영되는 기판이 불량판정을 받을 수 있다. 위상 시프팅 마스크(phase-shifting masks) 또는 오프 엑시스 조명과 같은 기술들을 사용하면, 묘화된 선폭상에서의 파면수차의 영향이 더욱 커질 수도 있다.

렌즈요소의 제조시에, 렌즈요소의 파면수차를 측정하고 그 측정된 결과를 사용하여 상기 요소의 수차를 조정하거나 품질이 만족스럽지 못할 경우 상기 요소를 불량판정 내리는 것이 유리하다. 렌즈요소들이 함께 놓여 투영시스템을 형성하는 경우, 투영시스템의 파면수차를 재 측정할 필요가 있다. 이러한 측정은 투영시스템내 소정의 렌즈요소의 위치를 조정하여 전체 투영시스템의 파면수차를 최소화시킬 수 있다.

투영시스템이 리소그래피 투영장치내에서 구성된 후에, 파면수차가 재 측정될 수도 있다. 또한, 예를 들어 렌즈재료 또는 렌즈가열효과(렌즈재료의 국부적인 가열)의 열화로 인하여 투영시스템내에서 파면수차가 조만간(in time) 변화하기 때문에, 제때에 장치 운전시의 원하는 순간의 수차를 측정하고 소정의 이동가능한 렌즈요소를 조정함으로써 파면수차를 최소화시킬 필요가 있다. 렌즈가열효과가 발생하는 단 기간의 스케일은 파면수차를 빈번하게 측정할 것을 요구할 수도 있다.

이미 "시어링 간섭계(shearing interferometer)"로서 알려진 원리를 사용하는 투영시스템의 파면수차를 측정하는 측정시스템이 제안되어 왔다. 이에 따르면 패터닝수단의 레벨에서 특정 위치로부터의 투영빔의 상이한 부분들은 투영렌즈를 통한 상이한 경로를 따라 이동한다. 이는 방사선시스템과 투영시스템간의 투영빔에 배치되는 회절요소에 의하여 달성된다. 격자(grating), 또는 대물(object) 격자로 알려진 회절요소는 방사선을 회절시키고 그것을 퍼지도록 하여 상이한 복수의 경로를 따라 투영시스템을 통과하게 한다. 그 다음 투영시스템을 가로지른 광이 상 격자로 알려진 핀홀 또는 격자와 같은 추가 회절요소상에 부딪힌다. 상기 추가 회절요소는 렌즈를 통한 다중의 경로들로부터의 방사선을 병합하여 간섭, 예를 들어 렌즈를 통한 상이한 경로들로부터의 상이한 회절 차수의 간섭을 얻는 "시어링 메커니즘"으로서의 역할을 한다. 예를 들어, 일 경로로부터의 0 차수가 다른 경로로부터의 제1차수와 간섭하도록 이루어질 수도 있다. 이는 센서에 의하여 검출될 수 있는 회절패턴을 생성시켜 상 필드의 특정 위치의 파면수차의 정보를 알려준다.

하지만, 소정의 문제, 특히 투영렌즈의 전체 퓨필을 채우도록(투영렌즈의 퓨필을 충전시키는 것은 비간섭 광에 해당하는데, 즉 투영렌즈로 들어가는 광은 특정의 각도를 가진 바이어스를 갖지 않는다) 방사선이 퍼질때 몇몇 종류의 방사선에 대한 문제가 있다. 방사선이 투영렌즈의 퓨필을 적절히 채우지 않는다면, 렌즈의 수차는 반드시 정확하게 측정되지는 않으며, 이는 렌즈를 통한 방사선의 특정 경로에 대해서만 샘플링되기 때문이다. 퓨필이 충분히 충전되지 않는다면, 보다 높은 차수의 수차는 전혀 측정될 수 없다.

추가적인 문제는 다음과 같다. 이미, 그 중 하나는 텔레센트릭(telecentric) 이고 나머지 하나는 논-텔레센트릭인 2개의 정렬마크의 상을 투영함으로써 디포커싱을 측정하는 것이 또한 제안되어 왔다. 레티클과 기판 사이의 정확한 거리에 대하여 마크의 상 간의 거리가 알려져 있다. 하지만, 하나의 빔은 논-텔레센트릭이기 때문에, 기판이 잘못된 높이에 있다면(즉, 최상의 포커싱 위치에 있지 않다면) 마크들간의 거리는 상이할 것이다. 사실상 논-텔레센트릭 마크의 측방향 시프트의 양은 디포커스의 양에 직접 비례한다. DUV와 같은 방사선에 대하여, 논-텔레센트릭을 발생시키는 마크를 생성하는 방법은 웨지, 프리즘 또는 유사 구조체를 레티클 마스크상에 부착시키는 것이다. 하지만, 이는 반사 EUV 마스크에 대해서는 수행될 수 없다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제들 중 하나를 적어도 부분적으로 완화시키는 리소그래피 투영장치의 파면수차를 측정하는 측정시스템을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템; 및

- 측정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,

상기 측정시스템이: 상기 투영시스템의 퓨필내에 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체 및 회절요소로서 둘 모두 방사선 시스템과 투영시스템 사이의 투영빔내로 이동가능한 상기 구조체 및 회절요소; 및 투영시스템의 파면수차를 측정하는 투영시스템을 가로지르는 방사선을 감지하는 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

이는 퓨필 충전을 증가시키는 것은 투영시스템의 보다 높은 차수의 수차가 측정될 수 있도록 하고 수차의 전체적인 측정을 개선시킬 수 있기 때문에 유리하다.

바람직하게는, 퓨필 충전을 증대시키는 구조체는 방사선을 확산시키는 구조체를 포함한다. 이는 방사선을 확산시키는 구조체는 방사선의 가간섭성을 줄이고 투영시스템의 퓨필의 충전을 향상시키기 때문에 유리하다.

일 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 부재가 회절요소와 방사선을 확산시키는 구조체 둘 모두의 기능을 갖는다. 이는 측정시스템의 확산구조체를 포함시키는데 따른 여분의 경비가 필요치 않다는 장점을 갖는다. 2가지 기능의 제공은 부재의 단일 면내 및/또는 면상에서 조합될 수 있다. 예를 들어, 상기 면에 격자로 구현된 방사선 격자구조체 및 회절 또는 스캐터링 방사선에 의하여 확산시켜 투영시스템 퓨필의 충전을 개선한 표면구조체가 제공될 수 있다.

회절요소는 반사부가 방사선을 확산시키는 구조체를 포함하는 반사격자를 포함할 수도 있다. 방사선을 확산시키는 구조체는 높이가 무작위로 엇갈리게 배치된 반사부의 어레이를 포함할 수도 있다. 이러한 구조체는 유리하게 랜덤 위상 확산기(random phase diffuser)로서의 역할을 하며 실질적으로 투영시스템의 퓨필을 충전시킬 수 있다. 각각의 반사부는 EUV 방사선용 반사기로서의 역할을 유리하게 수행하는 다중층 구조체를 포함한다.

대안적으로는, 방사선을 확산시키는 구조체는 랜덤 진폭 변조에 의하여 방사선을 유리하게 확산시킬 수 있는 흡수 도트(absortive dots)의 랜덤 어레이와 같은 서브-해상도 흡수 피처들을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 회절요소는 투과성 격자를 포함하고, 측정시스템은 투영빔을 지향시키는 거울을 더욱 포함하여 배후로부터 격자를 조사시키되, 방사선을 확산시키는 구조체가 상기 거울내에 불완전구조(imperfections)를 포함한다. 상기 거울은 포커싱효과를 제공하기 위하여 만곡되는 것이 유리하다. 이는 센서 모듈에 의하여 감지된 방사선의 강도를 증대시킴으로써 인터페로그램의 신호 대 노이즈 비를 개선시키고 수차를 측정하기 위한 데이터를 수집하는데 필요한 시간을 단축시키는 장점을 갖는다.

또 다른 실시예에 따르면, 회절요소는 투과성 격자를 포함하고, 측정시스템은 투영빔을 지향시켜 배후로부터 격자를 조사시키는 거울을 더욱 포함하되, 상기 거울은 포커싱효과를 제공하기 위하여 만곡되어 있고, 투영시스템의 퓨필내 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체를 포함한다.

본 발명의 또 다른 형태는,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템; 및

- 상기 장치의 디포커스를 측정하는 측정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,

상기 측정시스템이 투과성 격자를 포함하고, 상기 투영빔을 지향시켜 배후로부터 상기 격자를 조사하는 거울을 포함하되, 사용시 상기 거울이 격자의 평면에 대하여 소정의 각도로 경사져 경사진 조명빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 상기 리소그래피 투영장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 투영시스템의 파면수차를 측정하는 측정시스템에 관한 것으로,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템; 및

- 상기 투영시스템이 투영빔에 의하여 조사되는 투영빔의 투영시스템을 잡아주는 투영시스템 홀더를 포함하는 측정시스템으로서,

- 회절요소 및 상기 투영시스템의 퓨필내 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체로서, 그들 둘 모두가 방사선시스템과 투영시스템 사이의 투영빔내에서 이동가능한 상기 회절요소 및 구조체; 및 투영시스템의 파면수차를 측정하는 투영시스 템을 가로지르는 방사선을 감지하는 센서모듈을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 측정시스템에 관한 것이다.

이 시스템에 의하여, 렌즈요소의 제작시 단일 렌즈요소의 파면수차를 보다 정확히 측정하고, 나아가 상기 요소를 채택하거나 품질의 만족스럽지 못할 경우 불량판정을 내릴 수 있다. 또한, 상이한 렌즈요소들이 함께 배치되어 투영시스템의 파면수차를 보다 정확히 측정할 수 있다. 이러한 측정의 결과는 소정의 렌즈요소를 조정하고 파면수차를 최소화하는데 사용될 수 있다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선과 EUV(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

· 방사선(예를 들어, EUV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex,IL), (이 경우에는 특별히 방사원(LA)도 포함한다);

· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);

· 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는)타겟부(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템 ("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절렌즈 그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 엑시머레이저)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 맞바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이 터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다.

도시된 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 그 후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

도 2는 도 1의 리소그래피 투영장치에 포함된 파면수차 측정시스템을 나타내고 있다. 리소그래피 투영장치의 일부만이 도 2에 도시되어 있고, 상기 부분은 투영시스템(PL)을 포함한다. 상기 측정시스템은 격자 모듈(3) 및 센서 모듈(5)을 포함한다. 상기 격자 모듈(3)은 때때로 마스크테이블(MT)상에 놓이거나 상기 테이블의 일부분을 형성할 수 있으며 대물 격자(7)를 포함할 수 있다. 상기 센서 모듈(5) 은 때때로 기판테이블(WT)상에 놓이거나 상기 기판테이블(WT)의 일부분을 형성할 수 있으며 투과격자인 상 격자(9), 검출기(11) 및 냉광층(13)을 포함한다. 상 격자(9)는 대물 격자(7)에 해당되나 상술된 투영시스템(PL)의 배율(M)에 의하여 스케일링된다. 검출기(11)는 CCD 칩일 수 있고 냉광층(13)은 EUV 방사선과 같은 투영빔으로부터의 입사 방사선을 검출기(11)가 그에 대해 보다 민감한 가시광선과 같은 방사선으로 변환시킨다. 특정 방사선 및 검출기(11)의 감응성에 따라, 냉광층(13)은 선택적이거나 생략될 수 있다.

도 3은 격자 모듈(3)의 확대도이다. 본 실시예의 대물 격자(7)는 반사 영역(17)과 교번되는 비반사 영역(15)으로 이루어진 반사 격자이다. 상기 격자는 1D 격자 또는 2D 격자일 수 있으며, 실제로는 하나 이상이 상이하게 배향된 1D 격자가 제공될 수 있다. 상술된 실시예에 있어, 반사영역(17)은 방사선을 확산시키는 구조체를 가지며, 상기 구조체는 각 반사영역(17)내에 높이가 무작위로 어긋나게 배치된 반사부(19)가 존재하도록 높이가 균일하지 않은 기판상에 제공되는 다중층 구조체를 포함한다. 이는 방사선을 확산시켜 반사영역(17)의 상이한 부분(19)으로부터 반사되는 방사선의 상대적인 위상을 바꿔준다. 이러한 방식으로, 투영시스템의 퓨필의 실질적인 완전 충전이 달성된다.

확산구조체는 특별하게 설계된 기판을 제공함으로써 1차적으로 제조될 수 있다. 요구되는 스케일로 그러한 작업을 수행하는 한가지 방법은 전자빔 라이팅(electric beam writing)에 의한 것이다. 그러한 또 다른 방법은 기판에 들러붙어 기판을 불균일하게 하는 통상적으로 분포되는 파티클들의 집단에 기판을 노 출시키는 것이다. 그 다음, 다중층 반사 구조체를 특별하게 설계된 기판의 최상부상에서 성장시킨다. 반사부(19)는 높이는 무작위로 어긋나게 배치되었다고 상술하였는데, 이는 상기 의사 무작위(pseudo-random) 분포를 포함할 수 있고, 다수의 동일한 높이로 된 부분을 포함할 수도 있으나 공간적으로 무작위로 분포되거나 의사 무작위로 분포되고, 또한 도 3에 예시된 바와 같이 복수의 상이한 무작위의 높이들을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 다중층이 기판상에 퇴적된 후에, 비반사부(15)에 대한 흡수성분(absorber)이 퇴적되어 격자를 형성할 수 있다.

다음의 실시예들에 있어서, 간략화 및 반복을 피하기 위한 목적으로 상기 제1실시예와 상이한 주요 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

제2실시예

상술된 방사선을 확산시키는 구조체에 대한 대안례는 반사부가 균일한 높이로 되어 있는 격자를 제공하나, 서브-해상도 흡수 도트가 반사영역내에 무작위 또는 의사 무작위 어레이로 스캐터링되어 있다. 상기 흡수 도트는 진폭 확산기로서의 역할을 한다. 격자로부터의 방사선 각도의 연속성을 제공하는 것이 바람직하긴 하나, 이는 서브-해상도 흡수 도트의 어레이를 갖는 반사영역으로부터 스캐터링함으로써 생성되는 이산 푸리에급수로서 근사될 수 있다.

제3실시예

도 4는 본 실시예에 따른 격자 모듈(3)을 예시하고 있다. 상기 격자 모듈(3)은 제거가능한 레티클로 구현되는 것이 바람직하나, 물론 마스크테이블(MT)내에 구성될 수도 있다. 이는 투과성 격자인 대물 격자(7)를 포함한다. 격자(7)는 레티클 에 제공되는 개구부(23)위에 배치되는 자력지지(self-supporting) 멤브레인내로 에칭된다. 상기 개구부는 대략 6mm의 깊이 및 대략 2mm의 폭을 가진다. 거울(21) 또는 등가의 반사면 또는 구조체는 개구부의 저부에 제공된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 조명기로부터의 빛은 개구부(23)의 좌측을 통해 진입하여 거울(21)에 의하여 반사되고 개구부(23)의 우측상의 격자(7)를 후방 조사한다(back-illuminate).

본 실시예에서, 방사선을 확산시키는 구조체는 거울(21) 표면을 거칠게 하여 실현될 수 있다. 실제로, EUV 방사선에 대하여, 최상의 거울 마무리(mirror finish)의 경우에도 많은 양의 스캐터링이 나타난다. 따라서, 특별히 따로 표면을 거칠게 할 필요는 없으나, 미리정해진 정도로 거울의 표면을 간단히 폴리싱하는 것이 본질적으로 확산기로서의 역할을 하는 거울을 생성한다. 적절한 폴리싱 툴을 선택함으로써, 중간 공간 주파수 범위(MSFR, 통상적으로 1mm 내지 1㎛) 분포가 증대되어 전방쪽으로 우세하게 스캐터링하고, 따라서, EUV 방사선에 대한 확산거울로서의 역할을 한다. 확산 기능은 실시예 1 및 2의 반사부에 대하여 상술한 바와 같이 거울(21) 위상 및 진폭 확산 구조체에 적용함으로써 달성될 수도 있다.

제4실시예

본 실시예는 도 5에 예시된 바와 같이, 개구부에 제공되는 거울(25)이 포커싱효과를 제공할 수 있도록 만곡된 거울이라는 점을 제외하고는 제3실시예와 본질적으로 동일하다. 평면거울(21)의 경우에는, 도 4에서와 같이, (방사선이 조명기에 의하여 포커싱되기 때문에 격자(7)상에서 여전히 수렴하고 있으나) 추가적인 포커싱효과가 없다. 도 5에 나타낸 본 실시예에 따르면, 만곡된 거울(25)은 입사광선이 대물 격자(7)에 의하여 차단되기 전에 16배의 보다 높은 강도를 제공하는 적어도 4의 인자(a factor of 4)까지 포커싱할 수 있는 구면거울의 형태로 되어 있다. 이는 측정될 인터페로그램의 세기를 증대시킴으로써 신호 대 노이즈 비를 향상시키고 요구되는 스캔 시간을 단축시킬 수 있다.

포커싱을 제공함으로써, 만곡된 거울(25)은 광학축선에 대하여 보다 큰 각도로 전파하는 방사선 빔의 부분을 생성시켜 퓨필 충전을 증대시킨다. 따라서, 확산 기능은 원칙적으로 반드시 필요한 것은 아니다. 이와 같이, 만곡된 거울은 투영시스템의 퓨필내 또는 그 대신에 확산구조체와 연계하여 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체로서의 작용을 한다.

또한, 만곡된 거울은 제3실시예의 거울에 대하여 상술된 바와 같이 선택적으로 확산 기능을 제공한다. 대물 격자상에 부딪히는 방사선 스폿에 존재하는 몇몇 미세 구조체가 있다면, 다른 실시예들의 확산기에 비해 작은 스캐터 각도를 갖는 확산기에 의하여 제거될 수 있다.

도 6에 예시된 본 실시예에서는, 세부사항들이 거울(27)이 격자(7)의 평면에 대하여 소정 각도로 기울도록 경사가 부여된 것을 제외하고는 제3 및 제4실시예와 동일하다. 이는 경사진 조명을 제공한다. 예를 들어, 1.5도만큼 거울에 경사를 줌으로써, 3도의 조명 경사가 얻어진다. 이는 논-텔레센트릭 상이 EUV 방사선을 사용해 투영되도록 하여 디포커싱이 어드레싱되게 한다. 본 발명의 실시예에 대하여 퓨필 충전을 증대시키는 것이 필수적인 것은 아니다.

반사마스크를 사용하는 리소그래피 장치에 있어, 조명 방사선은 소정 각도로 마스크상에 입사되어야 한다. 하지만, 조명방사선의 각도 분포의 무게중심이 투영시스템의 퓨필의 중앙에 오도록 조명시스템이 배치된다. 이러한 배치는 "비경사(untilted)"라 간주될 수 있다. 본 실시예의 경사진 조명은 조명 방사선의 무게중심이 투영렌즈의 퓨필 중심으로부터 변위되도록 하여, 기판 레벨에서의 추가적인 논-텔레센트릭을 가져온다. 이는 기판에서의 논-텔레센트릭에 의하여, 포커스오차가 쉽고 정확하게 측정될 수 있는 위치(오버레이)오차로 변환되기 때문에 포커스를 컴출하는데 사용될 수 있다.

거울(27)은 평면이거나 만곡되어 있을 수 있다. 하나 이상의 교체가능한 격자모듈(3)에는 각각 미리정해진 각도로 경사진 거울(27)이 제공된다. 대안적으로, 격자모듈(3)의 거울(27)은 소정 각도의 경사나 무경사가 선택될 수 있도록 압전소자와 같은 엑츄에이터에 의하여 조정가능하게 경사가 부여될 수 있다.

제6실시예

본 실시예에 따르면, 하나 이상의 Fresnel 진폭 구역 플레이트가 회절요소상에 입사될 방사선 빔내에 배치된다. 이들 구역 플레이트는 상술된 실시예 중 어느 것과 연계해 사용되어 추가적인 포커싱 파워를 제공함으로써 상술된 부수적 장점을 갖는 인터페로그램의 세기를 증대시킬 수 있다.

포커싱을 제공함으로써, 구역 플레이트(들)은 광학축선에 대하여 보다 큰 각도로 전파되는 방사선 빔의 부분을 생성함으로써 퓨필 충전을 증대시킨다. 따라서, 구역 플레이트는 투영시스템의 퓨필내 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체로서의 역할을 하거나, 그 대신 확산구조체와 연계할 수 있다.

상기 구역 플레이트는 Hecht가 저술한 "Optics"와 같은 기본교재에 공지되어 있다. 한 형태에 있어, 상기 플레이트는 번갈아 투과성이거나 불투과성인 고리형상의 구역을 포함한다. m번째 구역에 대하여 상기 구역의 외측 에지의 반경(R_m)은 다음과 같이 주어진다.

R_m ² = mr₀λ

여기서, λ는 파장이고 r₀는 구역 플레이트의 초점길이이다. 50mm의 초점길이 및 13.5nm의 EUV의 파장에 대하여, 구역들간의 분리부는 대략 10 :m이다. 이 경우에, 구역 플레이트는 포토리덕션을 사용하고, 자력지지 금속 플레이트를 (대략 10 :m) 얇게 에칭하여 쉽게 제작될 수 있다.

구역 플레이트(들)에 의하여 도입되는 원치않는 위상관계는 상술된 랜덤 위상 디퓨져와 같은 적절한 확산 구조체에 의하여 제거된다. 또한, 구역 플레이트의 색수차는 확산구조체로 인하여 문제가 되지 않는다.

수차 측정을 수행할 경우 하나 이상의 구역 플레이트를 조명빔내로 제거가능하게 삽입하기 위한 체인저가 제공될 수 있다.

상술된 실시예들 모두에 대하여, 스텝모드 및 스켄모드에서의 수차를 판정하기 위하여 어떻게 파면상에서의 측정을 수행할지에 대한 세부적인 사항들은 본 명세서에서 참조로 채용하고 있는 유럽특허출원 제02250967.3호에 제시되어 있다.

본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 상술된 바와 달리 실행될 수도 있음을 이해해야 한다. 상기 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니 다.

본 발명에 따르면 상술된 문제들 중 하나를 적어도 부분적으로 완화시키는 리소그래피 투영장치의 파면수차를 측정하는 측정시스템을 얻을 수 있다.

Claims (18)

1. 리소그래피 투영장치에 있어서,

   - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

   - 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

   - 기판을 잡아주는 기판테이블;

   - 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템; 및

   - 측정시스템을 포함하여 이루어지고,

   상기 측정시스템이:

   상기 투영시스템의 퓨필내에 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체 및 회절요소로서 둘 모두 방사선 시스템과 투영시스템 사이의 투영빔내로 이동가능한 상기 구조체 및 회절요소; 및

   투영시스템의 파면수차(wave front aberrations)를 측정하는 투영시스템을 가로지르는 방사선을 감지하는 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 리소그래피 투영장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서모듈은 상기 투영장치의 파면수차를 측정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 퓨필충전을 증대시키는 구조체는 상기 방사선을 확산시키는 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
4. 제3항에 있어서,

   단일의 멤브레인이 상기 회절요소 및 상기 방사선을 확산시키는 구조체의 기능 모두를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 회절요소는 반사부들이 상기 방사선을 확산시키는 구조체를 포함하는 반사격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 방사선을 확산시키는 구조체는 높이가 무작위로 어긋나게 배치된 반사부들의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
7. 제6항에 있어서,

   각각의 반사부는 다중층 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
8. 제3항에 있어서,

   상기 방사선을 확산시키는 구조체는 서브-해상도(sub-resolution) 흡수 피처(absortive feature)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
9. 제3항에 있어서,

   상기 회절요소는 투과성 격자를 포함하고, 상기 측정시스템은 상기 투영빔을 지향시켜 배후로부터 상기 격자를 조사하는 거울을 더욱 포함하되, 상기 방사선을 확산시키는 구조체가 상기 거울내에 불완전구조(imperfection)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 거울은 포커싱효과를 제공하기 위하여 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 회절요소는 투과성 격자를 포함하고, 상기 측정시스템은 상기 투영빔을 지향시켜 배후로부터 상기 격자를 조사하는 거울을 더욱 포함하되, 상기 거울이 포커싱효과를 제공하기 위하여 만곡되어 있고 상기 투영시스템의 퓨필내 방사선의 퓨필충전을 증대시키는 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
12. 제9항에 있어서,

    사용시, 상기 거울은 상기 격자의 평면에 대하여 경사진 조명빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 회절요소에 도달하는 상기 빔을 포커싱하기 위하여 상기 투영빔내로 이동가능한 1이상의 Fresnel 진폭 구역 플레이트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 퓨필충전을 증대시키는 구조체는 상기 측정시스템의 방사선이 상기 투영시스템의 퓨필을 충전시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 센서모듈은 격자와 같은 추가의 회절요소 및 CCD와 같은 방사선 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
16. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 방사선의 투영빔은 EUV 방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
17. 투영시스템의 파면수차를 측정하는 측정시스템으로서,

    - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

    - 상기 투영빔에 의하여 상기 투영시스템이 조사되도록 상기 투영빔내에서 투영시스템을 잡아주는 투영시스템 홀더를 포함하는 상기 측정시스템에 있어서,

    상기 투영시스템의 퓨필내에 방사선의 퓨필 충전을 증대시키는 구조체 및 회절요소로서, 둘 모두 상기 방사선 시스템과 상기 투영시스템 사이의 투영빔내로 이동가능한 상기 구조체 및 회절요소; 및

    투영시스템의 파면수차를 측정하는 투영시스템을 가로지르는 방사선을 감지하는 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시스템.
18. 리소그래피 장치에 있어서,

    - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

    - 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

    - 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

    - 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템, 및

    - 상기 장치의 디포커스를 측정하는 측정시스템을 포함하여 이루어지고,

    상기 측정시스템이 투과성 격자 및 상기 투영빔을 지향시켜 배후로부터 상기 격자를 조사하는 거울을 포함하되, 사용시 상기 거울이 격자의 평면에 대하여 경사진 조명빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.

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