KR100571371B1 - 리소그래피제조공정, 리소그래피투영장치 및 그 제조된디바이스 - Google Patents

리소그래피제조공정, 리소그래피투영장치 및 그 제조된디바이스 Download PDF

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Abstract

제1리소그래피투영장치의 제1리소그래피전달함수에 관한 제1정보를 얻는 리소그래피제조공정이 개시된다. 상기 정보는 기준용 제2리소그래피투영장치의 제2리소그래피전달함수에 관한 제2정보와 비교된다. 제1정보와 제2정보간의 차이가 계산된다. 그 다음에, 피처에러의 임의의 피치-의존성의 제1 및 제2리소그래피투영장치간의 매칭이 향상되도록, 상기 차이를 최소화하는 데 필요한 제1리소그래피투영장치에 대한 기계세팅의 변화가 계산되고 제1리소그래피투영장치에 적용된다.

Description

리소그래피제조공정, 리소그래피투영장치 및 그 제조된 디바이스{LITHOGRAPHIC MANUFACTURING PROCESS, LITHOGRAPHIC PROJECTION APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURED THEREBY}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피투영장치를 도시한 도면이다.
도 2는 CD-피치편차(anomaly)의 도표이다. 수직축은 ㎚ 단위로 프린트된 CD를 나타내고 수평축은 ㎚단위로 피치를 나타낸다.
도 3은 CD-피치편차나 기준용으로 사용된 CD-피치편차간의 차이를 도시한 도표이다. 수직축은 ㎚ 단위로 프린트된 CD를 나타내고 수평축은 ㎚단위로 피치를 나타낸다.
도 4는 매칭이 유도되지 않은 구면수차의 효과를 도시한 CD-피치편차의 도표이다. 수직축은 ㎚ 단위로 프린트된 CD를 나타내고 수평축은 ㎚단위로 피치를 나타낸다.
도 5는 CD-피치편차와 기준용으로 사용된 CD-피치편차간의 차이를 도시한 도표이고, 기계-세팅변화의 효과를 보여준다. 수직축은 ㎚ 단위로 프린트된 CD를 나타내고 수평축은 ㎚단위로 피치를 나타낸다.
도 6은 매칭이 유도되지 않은 2중 노광구면수차를 사용한 효과를 도시한 CD-피치편차의 도표이다. 수직축은 ㎚ 단위로 프린트된 CD를 나타내고 수평축은 ㎚단 위로 피치를 나타낸다.
본 발명은,
- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 제1리소그래피투영장치를 제공하는 단계,
- 적어도 부분적으로는 한 층의 반사선감응재로 덮인 기판을 제공하는 단계,
- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계,
- 투영빔의 단면에 패턴을 부여하도록 패터닝수단을 사용하는 단계,
- 투영된 이미지를 얻기 위하여 투영시스템을 사용하여 상기 층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계,
- 기준용 제2리소그래피투영장치를 제공하는 단계를 포함하는 리소그래피제조공정에 관한 것이다.
여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.
- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 적절히 국부화된 전계를 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1 이상의 프로그래밍가능한 거울배열을 포함할 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 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. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 상세한 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참고자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학, 반사광학 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용 참조되고 있다.
일반적으로, IC의 각각의 층에 대응하는 회로패턴은 복수의 디바이스패턴과 배선을 포함한다. 디바이스패턴은 예를 들어, 라인-공간패턴("바(bar)패턴"), 캐패시터 및/또는 비트라인 콘택트, DRAM 아이솔레이션패턴 및 트윈-홀 패턴과 같은 상이한 공간배치의 구조를 포함할 수 있다. 이하, 이러한(상이한 공간배치의) 구조를 모두 "피처"라 칭한다. 회로패턴의 제작은 디바이스와 배선간, 피처간, 피처의 구성요소간의 공간공차(space tolerance)의 제어를 수반한다. 특히, 디바이스 제작에 있어서 허용되는 2개의 라인간의 최소공간 및/또는 하나의 라인의 최소폭의 공간공차를 제어하는 것은 중요하다. 상기 최소공간 및/또는 최소폭을 임계치수("CD")이라 칭한다. 피처는 공간주기적 방식으로 배치된 (예를 들어, 바(bar)와 같은) 요소를 포함할 수 있다. 이하, 상기 공간주기적 배치와 관련된 주기의 길이를 "피치"라 칭한다. 그러므로, 이러한 (주기적) 피처에 대하여 피치 또는 피치의 (제한)범위를 확인할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 피처의 피치로 일컬어질 수 있다. 일반적으로, "조밀한(dense)" 피처와 "고립된(isolated)" 피처로 구분된다. 본 발명의 명세서에 조밀한 피처는 피처요소의 폭이 CD급이며 피치는 CD의 2 내지 6배급인 피처이다. 유사하게, 고립된 피처는 CD급의 폭을 갖는 요소를 포함하며 피치가 CD의 6배급이상인 피처이다. 회로패턴이외에도, 본 발명의 명세서에서의 피처는 리소그래피공정단계를 제어하기 위한 테스트패턴에 관한 것일 수도 있다.
리소그래피에서 CD-근접성 (CD-proximity)매칭으로 알려진 방법이 광근접성 영향으로 알려진 현상을 다루는 데 사용된다. 조밀한 피처와 비교해 볼 때, 고립된 피처의 경우에는 회절패턴에서의 고유한 차이로 인하여 상기 영향이 유발된다. 일반적으로, 광근접성 영향은 조밀한 피처와 좀 더 고립된 피처가 동시에 프린트될 때 임계치수(CD)에 차이를 가져온다. CD의 피치의존성을 이하에서 "CD-피치편차(anomaly)"라 칭한다. CD-피치편차가 있으면, 프린트된 CD는 CD치수의 요소가 피처내에 배치되는 피치(공간주파수의 역)에 달려있다.
또한, CD-피치편차는 사용된 조명세팅에 달려있다. 본 발명의 명세서내의 "조명세팅" 또는 "조명모드"는 방사선시스템의 퓨필평면에서의 소정 방사선세기분포의 세팅을 포함하는 것으로 본문과 청구항의 전체에 걸쳐 해석되어야 한다. 시초에는, 방사선시스템의 퓨필에서 조명방사선의 디스크형 세기분포를 가지는 소위 종래의 조명모드가 사용되었다. 더욱 작은 피처를 묘화하려는 경향과 함께, 작은 피처를 위한 프로세스윈도우, 즉 노광 및 포커스관용도를 향상시키기 위하여, 방사선시스템의 퓨필내에 고리형 또는 다중극(multi-pole) 세기분포를 제공하는 조명세팅의 사용이 표준화 되었다. 하지만, CD-피치편차는 고리형 조명과 같은 오프엑시스조명모드의 경우에 더욱 악화된다.
CD-피치편차의 발생을 경감시키는 한가지 해결책은 레티클상에 상이한 피처를 바이어스함으로써 광근접성 보정(opical proximity correction; 이하 OPC라 칭함)을 적용하는 것이었다. 예를 들어 바이어스하는 일형태에 따라, 레티클상에 더 욱 고립된 피처의 라인을 다소 두껍게 만듬으로써 피처가 바이어스되기 때문에 기판의 이미지에서 라인들이 조밀한 피처의 라인과 동일한 가로치수로 프린트된다. 바이어스의 또 다른 형태에서는 엔드보정(end correction)이 적용되어, 고립된 또는 조밀한 피처의 라인이 정확한 길이로 프린트된다. 하지만, 오프엑시스조명을 사용한 더 작은 피치에서는, 피치의 함수인 CD의 변동이 더욱 뚜렷해지고 더 큰 피치에서보다 더욱 비선형적으로 피치와 관련된다. 즉 결과적으로, 더 많은 라인바이어싱이 더 작은 피치에 적용되어야 하고 바이어싱은 더욱 복잡해진다. 예를 들어, "Automatic parallel optical proximity correction and verification system"(SPIE Vol. 4000, 1015 내지 1023 페이지, Watanabe 등 저)에 OPC가 논의되어 있다. OPC를 위하여, 진보된 소프트웨어 알고리즘과 매우 복잡한 마스크제작이 요구된다는 것을 알 수 있다. 이것은 마스크의 비용을 상당히 증가시켰다. 일반적으로 대량으로 제조하는 곳에서는, OPC를 수반하는 리소그래피제조공정단계에 상이한 리소그래피투영장치가 사용된다. 이러한 상황에서는 보통, 기준용으로 사용되는 장치를 제외한 상기 상이한 리소그래피투영장치의 각각에 노광에너지를 조정함으로써, 하나의 선택된 피처형태(예를 들어, 조밀한 또는 고립된 피처)에 대하여 CD 변화를 줄이도록 상기 상이한 리소그래피투영장치의 매칭이 행해진다. 이러한 리소그래피장치의 매칭은 예를 들어, "Reducing CD variation via statistically matching steppers"(Proceedings of the SPIE, vol. 1261, 63~70(1990), C. Lee 등 저) 및 본 명세서에서 참조자료로 인용되고 있는 미국특허 US 5,586,059호에 기술되어 있다. 프린트된 CD의 매칭은 하나의 선택된 피처형태에 대하여 실질적으로 실시되기 때문에, 매칭용으로 선택된 피처의 피치이외의 피치를 갖는 피처에 대한 CD의 매칭이 다소 빈약하거나 심지어 공차를 벗어날 수 있다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 완화하는 것이다.
본 발명에 따르면, 서두에 상술된 리소그래피제조공정에 있어서,
- 방사선감응재층에 투영된 이미지로부터 제1리소그래피전달함수의 공간-주파수의존성에 관한 제1정보를 얻는 단계,
- 제2리소그래피투영장치를 사용하여 제2리소그래피전달함수의 공간-주파수의존성에 관한 기준용 제2정보를 얻는 단계,
- 상기 제1정보와 제2정보간의 차이를 계산하는 단계,
- 상기 차이를 최소화하도록 상기 기계세팅의 적어도 하나에 적용하기 위하여 제1리소그래피투영장치의 기계세팅의 변화를 계산하는 단계, 및
-기계세팅의 계산된 변화를 적용하는 단계를 특징으로 하는 리소그래피제조공정에서 상기 목적 및 또 다른 목적이 달성된다.
투영시스템의 묘화특성(imaging property)은 원칙적으로 광전달함수(optical transfer function; OTF)로 나타낼 수 있다고 알려진다. OTF의 개념과 관련된 물리학적 원리는 예를 들어, "Image Science"(J.C.Dainty, Academic Press, 1974년)에 논의되어 있다. 이 함수는 투영시스템에 의한 공간주파수성분의 전달을 설명한다. 패터닝수단에 의하여 투영빔에 제공되는 것과 같은 패턴은 어떤 공간주파수 스펙트럼을 나타낸다. OTF와 이 스펙트럼의 곱(product)은 상기 패턴의 이미지의 공간주파수 스펙트럼을 내놓는다. OTF는 공간주파수의 함수이며, 일반적으로 공간주파수가 증가하면 OTF의 값이 감소한다. 따라서, 고립된 피처는 조밀한 피처와는 상이하게 묘화된다(고립된 피처의 공간주파수 스펙트럼은 조밀한 피처의 스펙트럼에 생기는 공간주파수와 비교해 볼 때 실질적으로 더 낮은 공간주파수를 포함한다). 유사하게, 리소그래피제조공정단계는 이하에서 "LTF"로 언급되는 리소그래피전달함수(Lithographic Transfer Function)를 특징으로 할 수 있다. LTF는 패터닝수단에 의하여 투영빔에 제공되는 패턴으로부터 프린트되는 패턴으로의 공간주파수의 전달을 설명한다. 본 명세서에서 리소그래피전달함수라는 용어는 (패터닝수단에 의하여 제공된) 전자기방사선의 위상 패턴 및/또는 진폭패턴으로부터 프린트된 해당패턴으로의 공간주파수의 전달을 설명하는 전달함수를 포함하는 것으로 본문과 청구항 전체를 통하여 해석되어야 한다.
당연히, LTF가 유일하지는 않다. 예를 들어, 기판이 (상기 서술한) 전후노광을 겪는 과정은 프린트된 패턴의 공간주파수내용에 매우 중요한 영향을 줄 수 있고 따라서, LTF의 공간-주파수의 의존성에도 중요한 영향을 미친다. 또한, 단일 리소그래피투영장치의 계속된 공정으로 인하여 상이한 LTF의 공간주파수 의존성을 초래할 수 있다. 이것은 묘화될 특정패턴이 주어지면, 예를 들어 노광도즈 및 조명세팅과 같은 기계세팅이 프린트되는 패턴에 매우 중요한 영향을 줄 수 있으며 따라서, 프린트되는 패턴의 공간주파수 내용에도 매우 중요한 영향을 줄 수도 있다는 사실에 기인한다. 불가피하게, 특정공정단계의 경우에는 상이한 리소그래피투영장 치는 심지어는 같은 종류이더라도 상이한 공간-주파수의존성을 갖는 LTF의 공간주파수 의존성을 가진다. 이것은 예를 들어 기계세팅의 잔류 캘리브레이션에러 및 각각의 상이한 리소그래피투영장치의 렌즈의 잔류 수차에러에 의하여 발생할 수 있다. 또한, 동일한 묘화 시방(specification)에서 작동될 지라도 세대 또는 형식이 상이한 리소그래피투영장치는 상이한 LTF의 공간주파수 의존성을 만들어내기 쉽고 따라서, 예를 들어 각각의(제1 및 제2) 투영시스템의 공칭설계의 일부인 수차차이로 인하여 상이하게 프린트된 패턴 및/또는 CD피치편차를 만들어낸다. 실제의 투영리소그래피에서는, LTF가 리소그래피 피처에러의 피치의존성을 통하여 관찰가능하므로 LTF의 공간주파수 의존성의 매칭은 예를 들어, CD-피치편차와 같은 리소그래피 피처에러의 피치의존성을 매칭함으로써 실질적으로 실현될 수 있다. 일단 LTF의 공간주파수 의존성의 실질적인 리소그래피장치에 대한 리소그래피-장치 매칭이 이루어졌다면, 대응하는 복수의 (상이한) 피치로 나타나는 복수의 피처형태에 대하여 프린트된 CD의 피치편차에 대한 향상된 매칭이 구해진다. 설명을 간단히 하기 위하여, 여기에 서술된 리소그래피장치 대 리소그래피장치 매칭은 이하에서 "기계-대-기계" 매칭으로 언급될 수 있다. 향상된 기계-대-기계 매칭의 부가적인 장점은 레티클에 제공된 OPC대책의 유효성이 향상된다는 것이다.
본 발명에 따른 리소그래피제조공정의 응용례에서, 각각 제1LTF 및 제2LTF의 공간주파수의존성에 관한 완전한 제1 및 제2정보를 구할 필요는 없으며, 이 때 완전한 정보란 LTF의 공간주파수 의존성이 사라지지 않는 모든 공간 주파수에 대한 정보를 의미한다. 매칭목적에 부합하는, 제1LTF에 관한 제1정보는 예를 들어, 2개 의 대응하는 상이한 피치로 나타내는 2개의 프린트된 피처에 생긴 같은 임의의 리소그래피에러의 규모이면 충분할 수 있다. 편의상, 프린트된 피처에 생긴 리소그래피 에러는 이하에서 "피처에러"라고 칭할 수 있다. 일반적으로, 피처에러의 규모는 그 피처에 대한 특징 피치에 달려있다. 이러한 에러는 예를 들어, ProlithTM, Solid-CTM 이나 LithoCruiserTM과 같은 시중에서 구입가능한 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 측정되거나 계산될 수 있다. 예를 들어, 묘화될 특정(임계) 피처, 투영시스템의 수차, 기판상의 방사선감응층에 관한 테이터 및, 방사선에너지와 파장과 같은 방사선빔특성이 주어지면, 이들 시뮬레이션 프로그램으로 피처에러의 규모에 관한 예측을 할 수 있다.
이와 유사하게, 제2정보(기준용)를 측정 또는 계산하여 기준("기준-피처에러)용 데이터를 낼 수 있다. 그러면, 피처에러규모와 기준-피처에러규모간의 차이가 대상 피치에 대하여 결정될 수 있다.
피처에러에 영향을 미치는 것으로 알려진 기계세팅의 작은 변동을 도입하고 몇개의 피치에 대한 피처에러에서 그에 대응하는 변화를 계산함으로써, 피처에러의 규모와 상기 기계-세팅의 변화 사이의 관계를 정량화하는 계수가 정해질 수 있다. 또한, 이들 계수는 대상 피치에 대하여 피처에러와 기준-피처에러간에 차이가 있는 기계-세팅변화의 관계를 정립한다.
중요한 피치의 수가 매칭용으로 이용가능한 기계-세팅변화의 수와 같을 경우, 상술한 계산은 방정식의 개수가 (매칭하는 데 필요한) 미지의 기계-세팅변화의 수와 같은 한 세트 방정식으로 귀결된다. 원칙적으로, 임의의 피치에 대하여 피처에러와 기준피처에러간의 차이가 0일 때 이러한 한 세트의 방정식을 풀 수 있다. 피치의 수가 사용될 기계-세팅변화의 수를 초과하는 경우에는, 대신하여 예를 들어 가중치최소제곱 최소화법(weighted least squares minimization)(최소제곱법)을 사용하여 이들 피치에서의 피처에러차이를 최소화할 수 있다. 이러한 최소화는 피치의존 피처에러의 매칭을 객관적인 방식으로 최소화하는 한 세트의 기계-세팅변화를 산출한다. 이 방법으로 찾아낸 한 세트의 기계-세팅변화를 적용함으로써, 특정 리소그래피제조공정에 사용되는 상이한 기계간에 발생하는 피치-의존성 에러간의 매칭이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시형태에서는 기계-대-기계 CD-피치편차-매칭을 가능하게 한다. 조밀한 피처(작은 피치)의 경우에, 노광에너지를 프린트된 피처에 나타나는 것에 따라 CD를 변화시키도록 사용할 수 있다는 것이 알려져 있다. 고립된 피처의 경우에는, 노광에너지 및, 예를 들어 방사선시스템의 퓨필내에 고리형 세기분포의 내반경 및 외반경의 범위(투영시스템의 개구수와 관련하여)를 각각 정의하는, 조명세팅 "σ-내측" 및 "σ-외측" 모두가 프린트된 CD에 영향을 줄 수 있도록 사용될 수 있다. 사용가능한 두 개의 세팅변화(노광에너지 및 예를 들어, σ-외측)가 주어진다면, 원칙적으로 바람직한 2개의 피치를 선택하고 이들 2개의 피치에서 생기는 임계피처에 대하여 실질적으로 CD-피치편차-매치를 얻을 수 있다. 또한 고립된 피처에 대한 프린트된 CD는, 예를 들어 투영시스템의 개구수세팅(이하, NA-세팅이라 칭함) 및 기판의 노광된 표면에 실질적으로 수직인 방향으로의 기판의 변위에 의하여 영향을 받는다. 이러한 변위는 이하에서 기판의 포커스세팅의 변화라고 언급될 것이다. 고립된 피처에 대한 프린트된 CD에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 가능성은 예를 들어, 패터닝된 투영빔에 소정량의 고른 파면수차(even wave front aberration)를 제공하는 것이다. 상기 고른 파면수차는 예를 들어, 구면수차를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조정가능한 렌즈요소를 포함하는 투영시스템은 하나이상의 투영-시스템 렌즈-요소의 (투영시스템의 광축을 따른) 축위치를 조정함으로써 소정량의 구면파면수차의 세팅을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 기계-세팅변화와 (매칭에 의하여 보상될) 피치 의존성 에러차이간의 관계를 정량화하는 계수가 패턴형태, 조명세팅 및 NA-세팅과 같은 특정 리소그래피제조공정단계데이터에 의존하는 계수의 세트나 집단으로서 데이터베이스에 저장될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, CD-피치편차-매칭은 2중 노광의 가능성을 활용하여 최적화된다. 패턴은 각각 피치의 특정범위를 나타내는 2개의 서브패턴으로 분리된다. 피치의 한 범위는 조밀한 피처에 대하여 전형적인 피치를 포함한다. 즉, 기판에서 이들 조밀한 피처의 이미지형성은 2-빔 간섭(즉, 예를 들어 방사선의 0차와 1차 회절빔의 간섭)을 포함한다. 상기 피치의 범위에서, 비이상적인 CD-피치편차-매칭의 주원인은 노광에너지에러이다. 매칭은 예를 들어, CD-피치커브의 오프셋을 초래하는 에너지오프셋에 의하여 달성될 수 있다. 피치의 다른 범위는 고립된 피처에 대하여 전형적인 피치를 포함한다. 이 때, 기판에서의 이미지형성은 3-빔 간섭(예를 들어, 0차, +1차 및 -1차 회절빔을 수반하는)을 포함한 다. 따라서, 예를 들어, 포커스세팅, 구면파면수차, 가간섭성(coherence)(σ-세팅) 및 노광에너지와 같은 더 많은 파라미터가 역할을 한다. 노광도즈오프셋을 통하여 CD-피치 커브의 오프셋을 형성하고, 예를 들어 σ-세팅변화를 사용하여 CD-피치의 커브의 경사(회전)을 형성함으로써 매칭이 달성될 수 있다. 이 방법은 피치의 넓은 범위에 걸쳐 우수한 CD-피치편차-매칭를 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템,
- 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,
- 기판을 잡아주는 기판테이블,
- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템,
- 노광에너지세팅 및 조명세팅 중 적어도 하나에 적용할 수 있는 기계세팅을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
- 기계세팅을 변화시키는 수단과,
- 제1리소그래피전달함수에 관한 제1정보와 제2리소그래피전달함수에 관한 제2정보간의 차이 및,
- 상기 차이를 최소화하도록 상기 기계세팅 중 적어도 하나에 적용될 기계세팅의 변화를 계산하는 프로세서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치를 제공한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대 하여 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)자외선 및 EUV(극자외선, 예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)를 포함한 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
첨부된 개략적인 도면을 참조로 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예를 서술한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
- 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);
- 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
- 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 쿼츠 및/또는 CaF2 렌즈시스템 또는 이러한 물질로 만들어진 렌즈요소를 포함하는 카다디옵트릭시스템)을 포함하여 이루어진다. 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램 가능한 거울 배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.
방사원(LA)(예를 들어, UV 엑시머레이저)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 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 놓 이지만(흔히 방사원(LA)이 예를 들어, 수은 램프인 경우에서처럼), 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 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커스한다. 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 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 짧은행정모듈에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다.
상술한 장치는 다음의 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. 이후 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, 동기화되어 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는 데, 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 리소그래피투영장치에서 생긴 CD-피치편차를 계략적으로 나타낸 그래프이다. 수직 및 수평축은 각각 프린트된 CD 및 피치를 나타낸다. 상기 그래프는 방사선빔의 파장(λ)이 248㎚, 개구수가 NA=0.7, σ-외측 및 σ-내측세팅이 각각 0.8 및 0.55이고, 공칭CD가 130㎚인 데이터를 갖는 리소그래피제조공정을 표현한다. 그래프(21)는 제2리소그래피투영장치에 대한 CD-피치편차특성을 나타낸다. 이후, 상기 장치를 편의상 "기준도구(reference tool)"라고 약칭한다. 매칭될 임의의 다른 제1리소그래피투영장치는 이하 "도구"라고 칭한다. 그래프(22)는 도구의 CD-피치편차를 나타낸다. 상기 도구에 적용된 노광도즈의 작은 변화가 상기 그래프(22)를 화살표(23)로 표시한 바와 같이 수직축에 대하여 평행하게 병진(translate)시키는 효과를 가진다. 도 3에서, ㎚단위로 그래프(21, 22)의 CD값의 차이로 정의된 CD-피치편차-매칭은 피치의 함수로서 도표화된다. 상기 노광도즈조정은 도 2의 그래프에 미치는 효과와 같이 (화살표(23)으로 나타낸 바와 같이) 도 3의 그래프에도 동일한 병진이동 효과를 갖는다. 따라서, 노광도즈조정은 도 3의 CD-피치편차-매칭을 0-나노미터 레벨(즉 도 3의 수평축)로 변위하는 데 사용될 수 있다. CD-피치편차-매칭을 더욱 향상시키기 위하여, 예를 들어 σ-외측에 대한 도구세팅의 변화의 효과가 사용될 수 있다. 상기 효과가 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며, 피치가 피치 Pr
Pr = λ/NA (1)
보다 더 큰 그래프(22)의 부분의 점(25)을 중심으로 선회(24)로 이루어진 양호한 근사(approximation)가 된다. 피치 Pr은 도 2의 피치(26)로 표시된다. 그리고, σ-외측 조정으로 인하여 도 2의 그래프(221, 222)와 같은 CD-피치편차그래프가 나타난다. CD-피치편차-매칭에서의 σ-외측 조정의 대응효과가 도 3에 도시되고, 마찬가지로 예를 들어 CD-피치편차-매칭그래프(32, 33)로 귀결되는 상기 선회를 수반한다. 도 3의 0-나노미터 레벨로 그래프(33)의 병진이동의 결과를 나타내는 결합된 σ-외측변화 및 노광도즈변화가 CD-피치편차-매칭을 최적화한다는 것은 분명하다.
하기에 서술되는 것을 제외하고는 제2실시예와 동일한 또 다른 실시예에서는, 도 2 및 도 3에서 화살표(24)로 표시된 상기 선회가 기판을 변위시키는 포커스세팅의 변화에 의하여 나타난다. 또한, 리소그래피투영장치는 기판의 포커스세팅을 정확하게 제공하고 제어하기 위한 수단뿐만 아니라, 구면파면수차를 제어하고 조정하는 수단도 포함할 수 있다. 이러한 수단은 조정가능한 투영시스템 렌즈요소 를 포함할 수 있다. 구면수차를 조정하는 효과는 포커스세팅의 변화의 효과와 실질적으로 유사하며, 또한 도 2 및 도 3에서 화살표(24)로 개략적으로 표시되어 있다. 따라서, 본 실시예에서 CD-피치편차매칭은 투영시스템 렌즈요소 조정도 포함할 수 있다. σ-세팅조정, 포커스세팅조정 및 구면수차세팅조정과 같은 세팅변화의 결합은 CD-피치그래프의 선회(24)를 제공하여 CD-피치편차-매칭을 최적화하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 패턴은 두 개의 서브패턴, 즉 실질적으로 피치 Pr보다 작은 피치인 피처를 포함하는 하나의 서브패턴과 실질적으로 피치 Pr보다 큰 피치인 피처를 포함하는 다른 하나의 서브패턴으로 분리된다. CD-피치편차-매칭과 관련하여 패턴의 상기 분리(및 2중 노광의 가능성을 활용하는 것)의 장점은 예를 들어, 도구의 투영시스템내에 잔류하는 더 높은 차수의 구면수차의 존재의 효과가 고려될 때 분명해진다. 도 4는 상기 실시예에서 서술된 리소그래피제조공정에 대한 CD-피치편차그래프를 도시한 것이며, 여기서 기준도구는 구면수차(그래프(41))를 보이지 않으며, (매칭될) 도구의 투영시스템은 제르니크 계수 Z16(그래프(42))로 나타나는 구면수차의 0.05 파를 보인다. 도 5는 계산된 최종 CD-피치편차-매칭의 상세도표이다(그래프(51)참조). 조밀한 피치(피치〈 λ/NA)의 경우, 매칭은 +1 내지 -1 ㎚이내이지만 고립된 피치( 〉λ/NA)의 경우, +3㎚까지 매치가 생기지 않는다. 2중 노광의 사용 때문에, λ/NA보다 작은 피치에 대해 이미 얻어지고 충분한 CD-피치편차-매칭과는 무관하게 λ/NA보다 큰 피치에 대한 CD-피치편차매칭을 개선할 수 있다. 이것은 도 5에 도시되어 있으며, 여기서 결합된 노광도즈(화살(52)로 표시된 효과)와 σ-외측조정(화살(53)로 표시된 효과)은 피치 〉Pr인 서브패턴에 대한 CD-피치편차매칭을 최적화하는 데 사용된다. 2중 노광된 이미지에 대한 전반적인 CD-피치편차-매칭의 결과가 도 6에 도시되어 있다. 패턴에 생기는 피치의 전체 범위에 대하여 ±1nm보다 양호한 매칭이 얻어진다.
이상 본 발명의 특정 실시예에 대하여 서술하였지만 본 발명이 서술된 바와 다르게 실시될 수도 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명에 따르면, 매칭용으로 선택된 피처의 피치이외의 피치를 갖는 피처에 대한 CD의 매칭이 다소 빈약하거나 공차를 벗어날 수 있는 문제점이 완화된다.

Claims (9)

  1. 리소그래피제조공정에 있어서,
    - 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 제1리소그래피투영장치를 제공하는 단계,
    - 적어도 부분적으로 방사선감응재층에 의하여 덮인 기판을 제공하는 단계,
    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계,
    - 패터닝 수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계,
    - 투영된 이미지를 얻기 위하여 투영시스템을 사용하여 상기 층의 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계, 및
    - 기준용 제2리소그래피투영장치를 제공하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    - 상기 방사선감응재층에 투영된 상기 이미지로부터 제1리소그래피전달함수의 공간-주파수의존성에 관한 제1정보를 얻는 단계,
    - 상기 제2리소그래피투영장치를 사용하여 제2리소그래피전달함수의 공간-주파수의존성에 관한 기준용 제2정보를 얻는 단계,
    - 상기 제1정보와 제2정보간의 차이를 계산하는 단계,
    - 상기 차이를 최소화하기 위하여 기계세팅 중 하나 이상에 적용하도록 상기 제1리소그래피투영장치의 기계세팅의 변화를 계산하는 단계, 및
    - 계산된 기계세팅의 상기 변화를 적용하는 단계를 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기계세팅의 변화를 계산하는 단계는, 상기 차이 및 상이 차이에 영향을 미치는 상기 제1리소그래피투영장치의 기계세팅 중 하나 이상 사이의 관계를 정량화하는 복수의 계수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계수는: 상기 방사선시스템 및/또는 상기 투영시스템의 상이한 조명세팅; 및 투영될 패턴의 상이한 피처;중 하나 이상에 대한 계수의 복수집단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기계세팅의 변화는, 노광도즈의 변화, 조명세팅의 변화, 상기 투영시스템의 개구수세팅의 변화, 상기 기판의 포커스세팅의 변화, 및 상기 투영시스템 렌즈요소세팅의 변화 중 하나 이상를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1정보 및 제2정보는 CD-피치편차인 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 각각의 피치범위내에 있는 피치를 가지는 피처를 각각 포함하는 2개 이상의 서브-패턴을 포함하고, 상기 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 상기 단계는 각 단계에 대한 기계세팅의 변화가 계산되고 적용되는 2개의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각각의 피치범위는 피치〈 1.5λ/NA 이고 0.7λ/NA〈 피치이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 리소그래피제조공정.
  8. 리소그래피 투영장치에 있어서,
    - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템,
    - 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,
    - 기판을 잡아주는 기판테이블,
    - 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템, 및
    - 노광에너지세팅 및 조명세팅 중 하나 이상에 적용가능한 기계세팅을 포함하여 이루어지고,
    기계세팅을 변화시키는 수단;
    - 제1리소그래피전달함수에 관한 제1정보와 제2리소그래피전달함수에 관한 제2정보간의 차이와,
    - 상기 차이를 최소화하도록 상기 기계세팅 중 하나 이상에 적용될 기계세팅의 변화를 계산하는 프로세서;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
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