KR100586913B1 - 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법 및 이것에 의해제조된 디바이스 - Google Patents
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Abstract
리소그래피 투영 장치는, 50nm 보다 작은 파장(λ1)을 갖는 방사선 투영빔을 제공하는 방사 시스템; 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하도록 작용하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체; 기판을 고정하기 위한 기판 테이블; 및 패터닝된 빔을 기판의 목표영역상에 투영하기 위한 투영 시스템을 포함한다. 상기 장치는 상기 투영빔으로부터 방사선을 수용할 수 있도록 배치된 방사선 센서를 더 포함하며; 상기 센서는 파장(λ1)의 입사 방사선을 제2방사선으로 전환하는 방사선 감지 재료; 및 상기 층으로부터 나온 상기 제2방사선을 감지할 수 있는 감지 수단을 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 장치의 반사형 투영 시스템을 개략적으로 도시한 도면,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 센서를 개략적으로 도시한 도면,
도 3b는 도 3a의 실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 상기 발명의 제2실시예에 따른 방사선 센서를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 제2실시예의 변형예를 개략적으로 도시한 도면,
도 6,7 및 8은 제2실시예의 변형예의 다양한 구현을 개략적으로 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 방사선 센서를 개략적으로 도시한 도면,
도 10은 상기 발명의 제4실시예에 따른 방사선 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은
- 방사선 투영빔을 공급하기 위한 방사 시스템;
- 소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하도록 작용하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블; 및
- 패터닝된 빔을 상기 기판의 목표영역상에 투영하기 위한 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 투영 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 이용되는 "패터닝 수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 목표영역에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선 빔에 부여 하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 목표영역에 형성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝 수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번 위상-쉬프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상-쉬프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 형식도 포함된다. 방사빔 내에 이러 한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 지지 구조체는 일반적으로 마스크 테이블일 것이고, 상기 마스크 테이블은 입사되는 투영 빔 내의 소정 위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 확보해 준다.
- 프로그래밍 가능한 거울 배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적당한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울 배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국 특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍 가능한 거울 배열의 경우에는, 상기 지지 구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정 또는 이동이 가능한 한 프레임 또는 테이블로서 구성될 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술한 바와 같 이, 상기 경우의 지지 구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정 및 이동이 가능한 프레임 또는 테이블로서 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크 테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝 수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우에, 패터닝 수단은 집적회로의 개별층에 상응하는 회로 패턴을 생성할 수 있고, 이 패턴은 이후에 방사선 감지 물질(레지스트) 층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 목표영역(1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한 장의 웨이퍼에는 인접해 있는 여러 개의 목표영역들로 구성된 전체적인 네트워크가 형성되며, 이들 목표영역은 마스크를 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지의 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 특정 형태의 리소그래피 투영장치에서는 목표영역상에 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 목표영역이 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 투영 빔 하에서 소정의 기준 방향("스캐닝" 방향)으로 레티클 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기화 시켜 스캐닝함으로써 각 목표영역이 조사된다. 일반적으로 투영 시스템은 배 율 인자(magnification factor) Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 예를 들어, 여기에 서술된 리소그래피 장치와 관련된 보다 상세한 정보는 본 명세서에서 참고 자료로 채용된 미국 특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조 공정에서, (예를 들어 마스크의)패턴은 방사선 감지 재료(레지스트)층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화(imaging)된다. 이 묘화 단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 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 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체 공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, 본 명세서에서 참고자료로 채용된 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)"으로 부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영 시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절 광학, 반사 광학 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 방사선 시스템은 방사 투영 빔의 지향, 성형 또는 제어하는 설계 형태들 중의 어느 하나에 따라 동작하는 요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 또한, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "복수 스테이지" 장치에서, 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 참고자료로 채용된 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 트윈스테이지 리소그래피 장치가 개시되어 있다.
리소그래피 투영 장치에서는, 일반적으로 선량(dose)(즉, 노광시 전달된 단위면적당 총 방사 에너지), 초점면의 위치, 빔의 균일성, 투영 시스템의 퓨필 평면(pupil plane)내의 방사선 분포등과 같은 투영빔의 다양한 측면을 검토하는 것이 바람직하다. 게다가, 상기 투영 시스템에 의해 도입된 상기 투영빔의 편향(deviations)을 측정하기를 원할 수 있고, 이들 편향은 수차(aberration)라 언급된다. 이러한 수차의 예로는 장(field)의 곡률, 코마(coma), 비점수차(astigmatism), 구면 수차(spherical aberration), 제3 및 제5차 왜곡(distortion)등이 있다. 전술한 빔의 형태 및 수차를 측정하기 위해서, 방사선 을 검출하는 방사선 센서가 리소그래피 장치에 채용될 수 있다.
본 발명은 50 나노미터(nm)보다 짧은 파장을 갖는 방사선과 관련이 있다. 이러한 방사선의 예로는 통상적으로 10 내지 15nm 범위의 파장을 갖는 극 자외선(EUV)이 있다. 이러한 방사선을 사용하는 리소그래피 장치에서 직면하게 되는 주요한 문제는, 고형의(solid) 재료, 액체 및 기체에 의해 상기 방사선이 일반적으로 강하게 흡수되어서 투영빔의 강도가 완전히 줄어들 수 있다는 점이다. 결과적으로, 상기 방사선을 검출할 수 있는 방사선 센서는 방사선 경로내에 이러한 흡수성이 강한 재료를 부분적으로 또는 전혀 포함해서는 안된다. 다른 결점은, 보통 싱크로트론에 사용되는 광전자 증폭관(photomultiplier tubes), 기체 챔버 등과 같은 50nm 보다 짧은 파장을 갖는 방사선을 검출하기 위한 현존하는 방사선 센서가 리소그래피 장치내에서 사용하기에는 지나치게 큰 크기를 갖는다는 점이다. 이러한 현존 센서는 또한 너무 많은 열을 소산(dissipate)시킬 수 있어, 상기 센서 및/또는 그것의 주변 환경(예를 들어 기판, 기판 테이블의 일부인 간섭계 거울 블록 등)의 바람직하지 않은 온도 변화를 일으킬 수 있다.
본 발명의 목적은 방사선 센서가 편리하게 배치된 리소그래피 투영 장치를 제공하는 것이고, 상기 방사선 센서는 50nm 보다 작은 파장을 갖는 방사선을 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면,
- 50nm 보다 작은 파장(λ1)을 갖는 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사 시스템;
- 소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하도록 작용하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블;
- 패터닝된 빔을 기판의 목표영역상에 투영하기 위한 투영 시스템; 및
- 투영빔으로부터 방사선을 수용할 수 있도록 배치된 방사선 센서를 포함하여 이루어지고, 상기 센서는
- 파장(λ1)의 입사 방사선을 제2방사선으로 전환시키는 방사선 감지 재료;
- 상기 층으로부터 나온 상기 제2방사선을 검출할 수 있는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치가 제공된다.
이러한 방사선 센서는 50nm 미만의 방사선을 검출할 수 있다. 상기 제2방사선은, 매우 잘 검출될 수 있는 전자기 방사선 또는 직접 또는 간접적으로 매우 잘 측정될 수 있는 자유롭게 된 전자(freed electron)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 방사선 감지 재료는 파장(λ1)의 상기 방사선을 파장(λ1) 보다 큰 파장(λ2)를 갖는 전자기 방사선으로 전환한다. 적절한 방사선 감지 재료는 예를 들어 CaS:Ce, YAG:Ce 및 ZnS:Ag,Al로부터 선택될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 방사선 감지 재료는 상기 파장(λ1)의 방사선을 상기 방사선 감지 재료로부터 자유롭게 된 전자로 전환시킨다. 상기 자유롭게 된 전자는 방사선 감지 재료로의 보상전류(compensation current)를 측정함으로써 간접적으로 측정될 수 있거나 자유롭게 된 전자를 콜렉팅하고 그들의 유도된 전류를 측정함으로써 직접적으로 측정될 수 있다. 콜렉터가 두 방식 모두에 이용될 수 있고, 방사선 감지 재료에 대해 상기 콜렉터를 양극으로 대전하는 소정 전위 소스에 연결된다. 이 실시예에서, 방사선 감지 재료는 상기 패터닝 수단, 상기 투영 시스템에 제공된 반사기 및 기판쪽을 향한 상기 투영빔의 경로를 따라 상기 투영빔을 감시하기 위한 상기 방사 시스템의 반사기 중의 적어도 하나에 포함될 수 있거나 또는 오염 모니터로서 포함될 수 있다.
본 발명의 추가 형태에 따르면,
- 방사선 감지 재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
- 방사선 시스템을 사용하여 50nm 보다 작은 파장(λ1)을 갖는 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
- 투영빔에 그것의 단면내에 패턴을 부여하기 위해서 패터닝 수단을 사용하는 단계;
- 방사선 감지 재료층의 목표영역상에 패터닝된 방사선의 빔을 투영하는 단계;
- 상기 투영빔으로부터의 방사선을 검출하기 위해서 방사선 센서를 사용하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 센서는
- 파장(λ1)의 입사 방사선을 제2방사선으로 전환하는 방사선 감지층;
- 상기층으로부터 나오는 상기 제2방사선을 검출할 수 있는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 명세서에서는 집적회로의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 특정한 적용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기 영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정 표시 패널, 박막 자기 헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용 예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "목표영역" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 고려하여야 할 것이다.
본 명세서에서는, "방사선" 및 "빔"이라는 용어가 전자뿐만 아니라 (예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126nm의 파장을 갖는)자외선 및 (예를 들어, 5 - 20 nm 범위 내의 파장을 갖는)극자외선(EUV)을 포함하는, 모든 형태의 전자기 방사선을 포함하여 사용되고 있다.
제1실시예
도 1은 상기 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는
ㆍ방사선(예를 들어, EUV 방사선)의 투영 빔(PB)을 공급하는 방사 시스템(Ex, IL). 특별한 경우에, 상기 방사 시스템은 또한 방사원(LA)를 포함한다;
ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아 주는 마스크 홀더를 구비하며, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 접속된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼)을 잡아 주는 기판 홀더를 구비하며, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 접속된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 (예를 들어, 한개 이상의 다이를 포함하는)목표영역(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화시키는 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울 그룹)을 포함하여 이루어진다. 도 2는 네개의 반사기(R1, R2, R3, R4)를 포함하는 반사형 투영 시스템을 도시하고 있으나, 대안적으로는 다른 갯수의 반사기(예를 들어, 여섯 또는 열덟개의 반사기)를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 구비한) 반사형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (투과 마스크를 구비한)투과형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술한 바처럼 프로그래밍 가능한 거울 배열의 형태와 같은 다른 종류의 패터닝 수단을 이용할 수 있다.
방사원(LA)(예를 들어, 레이저-생성(laser-produced) 플라즈마 또는 방전원)은 방사선빔을 생성한다. 이 빔은 직접적 또는 예를들어 빔 익스팬더(beam expander)(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 가로지른 후에 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 공급된다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔 강도 분포의 외측 및/또는 내측 반지름 크기(통상 각각 σ-외측 및 σ-내측이라고 함)를 설정하는 조절 수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사되는 빔(PB)은 그 단면에서 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예컨대, 흔히 방사원(LA)이 수은 램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치와 멀리 떨어져서 그것이 만들어 낸 방사 빔이 (예를 들어, 적당한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 본 발명과 청구 범위는 이들 두 경우를 모두 포함하고 있다.
이후 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 고정된 마스크(MA)를 거친다. 마스크(MA)에 의해 선택적으로 반사된 후, 상기 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 목표영역(C)위에 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(PW)(및 간섭계 측정 수단(IF))에 의해, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 상이한 목표영역(C)들을 빔(PB)의 경로 내에 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단(PM)은, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후, 또는 스캐닝하는 동안, 마스크(MA)를 빔(PB)의 경로에 대하여 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치 설정) 및 짧은 행정 모듈(short stroke module)(미세 위치 설정)의 도움을 받아 행해진다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로)웨이퍼 스테퍼의 경우에는 마스크테이블이 단지 짧은 행정 액추에이터에만 접속되거나 또는 고정될 수도 있다.
상술한 장치는 다음의 두 가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 목표영역(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 목표영역(C)이 빔(IB)에 의해 조사될 수 있다; 그리고
2. 스캔 모드에서는, 소정 목표영역(C)이 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는, 실질적으로 상기와 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능함으로써, 투영 빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하게 되고, 동시에, 기판테이블(WT)은 속도 V=Mν로 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 이동한다(이때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M= 1/4 또는 M= 1/5)이다). 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고 상대적으로 넓은 목표영역(C)이 노광될 수 있다.
예를 들어, 기판 레벨에서의 강도 또는 선량을 측정할 수 있도록 하기 위해서 방사선 센서가 편리한 위치, 예를 들어, 기판 부근에 배치될 수 있다. 이러한 방사선 센서의 실시예가 도 3a에 도시되어 있다. 이러한 센서는 방사선 감지층(1) 및 감지 수단을 포함한다. 파장(λ1)의 EUV 방사선이 방사선 감지층(1)상에 입사할 때, 상기 방사선은 파장(λ2)을 갖는 제2전자기방사선이나 상기 감지층의 격자 진동(lattice vibrations)중의 어느 하나로 전환될 수 있다.
제2방사선을 방출하는 능력을 개선하기 위해서, 다소 복합적인 물질이 이용되고, 여기서 상기 물질은 일반적으로 호스트 격자(host lattice)(예를 들어, 황화 칼슘(Cas), 황화 아연(ZnS) 또는 이트륨 알루미늄 석류석(yttrium aluminum garnet)(YAG)) 및 Ce3+, Ag+, Al3+등과 같은 적어도 하나의 이온을 포함한다. 이러한 이온은 일반적으로 호스트 격자내에 비교적 적은 양이 분포된다. 이러한 물질의 표기법의 일례로는 CaS:Ce가 있고, 여기서, CaS는 그 안에 Ce3+가 분포되어 있는 호스트 이다. 상기 감지층(1)의 용도에 적합한 물질은 CaS:Ce, YAG:Ce 및 ZnS:Ag,Al를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이러한 감지층의 두께는 바람직하게는 1 ㎛ 보다 작다. 이러한 감지층은 EUV 방사선을 입사빔의 파장과는 다른 파장(λ2)을 갖는 제2방사선으로 전환할 수 있으며, 일반적으로, λ2는 가시광선의 범위 또는 자외선의 범위내에 놓여 있다. 이 제2방사선은 상기 감지층(1)으로부터 모든 방향으로 나온다.
일반적으로, 감지층(1)을 받치는 역할을 하며 파장(λ2)을 갖는 방사선이 투과되는 물질(예를 들어, 석영 또는 CaF2)을 포함하는 층(3)위에 감지층(1)이 제공될 수 있고, 이로 인해 감지층(1)은 상기 투영빔으로부터의 EUV 방사선을 확실히 수용할 수 있도록 배치된다. 뒤이어 상기 제2방사선의 적어도 일부는 상기 방사선에 민감한 감지 수단에 의해 콜렉팅(collecting)된다. 이러한 감지 수단의 일례는 적절한 전자 회로(9)에 접속된 콜렉션 광학기기(collection optics)(5) 및 실리콘 다이오드(7)를 포함한다. 콜렉션 광학기기(5)는 발생한 제2방사선을 상기 다이오드(7)쪽으로 향하게할 수 있는 한 개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 이미지 센서를 지니는 기판 테이블에 (기준 패턴을 생성하는)마스크상의 기준 위치를 정렬시킬수 있도록 EUV 방사선 투영빔내의 패턴을 감지할 수 있는 이미지 센서(의 일부)로서 상기 방사선 센서가 이용될 수 있다. 이러한 정렬은 나노미터의 정확도를 가지고 수행될 수 있다. 또한, EUV 방사선 투영빔(내의 패턴)은 투영 시스템의 초점면의 위치, 빔의 균일성, 투영 시스템의 퓨필 평면내의 방사선 분포 등과 같은 상이한 형태의 분석을 위하여 샘플링될 수 있다. 그들 형태는 예를 들어, 투과 이미지 센서(transmission image sensor)(TIS)를 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 TIS의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채용된 미국 특허 4,540,277호에 개시되어 있다. 또한 투영 시스템에 의해 도입된 투영빔의 편향은 상기 방사선 센서를 이용하여 측정될 수 있고, 이들 편향은 수차라 언급된다. 이러한 수차의 예로는 장의 곡률, 코마, 비점수차, 구면 수차, 제3 및 제5차 왜곡등이 있다. 상기 수차의 측정에 대한 더 상세한 정보는 본 명세서에서 참고자료로 채용된 유럽 특허 출원 01301571.4 및 미국 특허 출원 09/788,478(P-0174)로부터 얻을 수 있다.
이러한 이미지 센서의 개략도가 도 3b에 도시되어 있다. 그것은 소정 패턴(예를 들어, 그리드형 세트(grid-like set)의 라인들이 에칭된 최상부의 금속층(6)(예를 들어, 크롬층)을 구비한 상술한 바와 같은 방사선 센서를 포함한다. 예컨대, (예를 들어, 플라즈마 에칭에 의해) 상기 패턴을 상기 금속층에 제공하기 위해 포함되는 공정 단계로부터 방사선 감지층(1)을 보호하기 위해서, 보호층(8)이 제공된다. 이 보호층(8)은 그것의 방사선 수용측상에 상기 방사선 감지층(1)과 병렬로 배치되고, 그것의 두께는 입사 방사선을 단지 소량만 흡수하도록 선택되어 EUV 방사선을 정확하게 검출하기에 충분한 투과가 이루어지도록 한다. 이러한 보호층(8)은 20nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 상기 보호층(8)은 예를 들어, 다이아몬드형 카본(C), 질화보론(BN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), B, Ru 및 Rh 및 그것의 화합물 및 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 계속해서, 상기 패터닝된 금속층(6)은 상기 보호층(8)의 방사선 수용측상에 및 상기 보호층(8)과 병치되어 제공된다.
제2실시예
아래에 설명될 부분을 제외하고 제1실시예와 동일한 상기 발명의 제2실시예에서, 상기 방사선 센서는 입사하는 EUV 방사선을 방사선 센서로부터 자유롭게 된(freed) 제2전자로 전환한다. 상기 제2전자는 상이한 공정들에 의해 생성될 수 있다.
첫째 공정에서는, 방사선은 소정 에너지를 가지고 방사선 감지층 상에 입사한다. 이러한 에너지의 일부는 방사선 감지층에서 원자나 이온을 이온화 하기 위해서 이용될 수 있다. 입사 방사선의 에너지와 (또한 전자의 결합에너지로도 불리는)원자 또는 이온의 이온화 에너지 사이의 에너지 차인 잔류 에너지는, 적어도 부분적으로는 전자가 이온이나 원자를 떠날 수 있게 하는 운동에너지로 전환되고, 상기 전자는 결국 방사선 감지층을 떠날 수 있다. 이들 전자는 광전자라 언급된다. 다른 공정에서는, 전자가 소위 오제 효과(Auger effect)에 의해 생성될 수 있다. 자유롭게 된 광전자(freed photo-electron)들은 다소 낮은 에너지 준위(energy level)에서의 빈자리(vacancy)를 남길 수도 있다. 이어서, 제2전자는 원자 또는 이온내에서 더 높은 에너지 상태로부터 더 낮은 에너지 준위로 이완될 수 있고 상기 이완 에너지(relaxation energy)는 제3전자 또는 오제 전자로 전달(transfer)될 수 있다. 이러한 이완 에너지가 제3전자의 결합에너지보다 크다면, 그것은 소정 운동에너지를 가질 것이고, 이온이나 원자를 떠날 수 있어 결과적으로는 상기 방사선 감지층을 떠날 수 있을 것이다. 또한 상기 광전자, 상기 오제 전자, 및 플라스몬 붕괴(plasmon decay)와 같은 입사 방사선에 의해 유도된 다른 공정에 의해 또다른 전자가 자유롭게 될 수 있다.
상기 공정들에 의해 생성된 전자는 방사선 감지층으로부터 무작위로 나온다. 원자 또는 이온은 서로 다른 결합에너지를 갖는 한개 이상의 전자를 포함하기 때문에, 전자는 큰 운동에너지 범위를 가지고 상기 층으로부터 나온다.
도 4에 도시된 제2실시예의 방사선 센서는 방사선 감지층(11) 및 감지 수단(12)을 포함한다. 상술된 과정에서 방사선 감지층(11)은 입사 EUV 방사선을 전자로 전환할 수 있다. 상기 방사선 감지층(11)은 예를 들어 금속을 포함할 수 있다.
생성된 전자의 적어도 일부를 수용할 수 있도록 배치된 감지 수단(12)은 전도판과 같은 전기 전도체(13) 및 접지(전위)(17)에 접속된 전류 측정 수단(15)을 포함한다. 운동에너지에 관계없이 일단 전자가 전도체(13)상에 입사하면, 전류가 유도되어서, 전류 측정 디바이스(15)에 의해 측정된다. 이러한 전류는 유입 전자 수의 척도 이며 또한 입사 EUV 방사선의 강도(에너지 선량)의 척도이기도 하다.
전자가 방사선 감지층(11)을 떠날 때, 이러한 방사선 감지층(11)은 양으로 하전된다. 이렇게 양으로 하전된 층은, 자유롭게 되어 음으로 하전된 전자를 끌어 당길 것이다. 전자는 결국 감지층(11)을 떠날 수 없어서 결과적으로 감지 수단(12)에 도달할 수 없다. 따라서, 상기 방사선 감지층(11)의 하전은, 예를 들어 접지(전위)에 감지층(11)을 연결하거나 방사선 감지층(11)을 음으로 바이어스시킴으로써 전기적으로 보정되어야 한다. 게다가 전도체(13)는 방사선 감지층(11)로부터 자유롭게 된 전자를 선택적으로 끌어당기고 가속시키도록 양으로 하전(또는 바이어스)될 수 있다.
이러한 방사선 센서에 의하면, 상기 센서가 상기 기판의 근처에 배치될 때 예를 들어, 기판 레벨에서의 선량 또는 강도를 측정하는 것이 가능하다. 선량 또는 강도를 측정하는 것은 기판 레벨에 국한되는 것이 아니라 리소그래피 투영 장치내의 다른 위치에서도 또한 측정될 수도 있다. 투영 시스템(PL)의 반사기(R1, R2, R3, R4), 조명기내의 반사기, 마스크(MA) 또는 기판(W)(또는 방사선이 입사하는 여타의 표면)과 같은 요소에 입사하는 빔강도가 또한 측정될 수 있다. 도 5는 방사선빔(BR)이 입사하는 표면(ES)의 이러한 요소(E)의 단면을 도시하고 있다. 방사선빔(BR)은 상기 요소(E)의 표면으로부터 전자(e)를 해방시킨다(liberate).
메쉬(mesh)(M)는 요소(E) 표면(ES) 위에 배치된다. 전원(VS)은 메쉬(M)에 연결되고 소정의 양(+)전압이 상기 메쉬에 공급된다. 따라서 상기 해방된 전자(e)는 메쉬에 의해 끌어당겨지고 콜렉팅된다. 공간 전하 효과를 극복하기 위해서, 메쉬에 공급된 전압은 다소 큰 (조사된 표면에 대한) 양전압이 요구될 수 있다. 음전압은 조사된 표면(ES)에 공급될 수 있다. 유리하게는, 상기 자유롭게 된 전자는, 자유롭게 된 전자로 인한 공간 전하 효과를 극복하기 위해서 50V/cm 정도 또는 그 보다 훨씬 더 큰 전계 강도를 경험하게 된다. 낮은 입사빔 강도를 위하여는 더 낮은 전계 강도로도 충분할 수 있다. 전류측정장치(15)는 메쉬에 의하여 콜렉팅된 전자로 인한 전류를 측정한다.
도 6은 메쉬(M)의 사시도이다. 이 경우, 메쉬는 복수의 평행 와이어(Mw)로 이루어진다. 각 와이어의 두께(d3)는 인접한 와이어 사이의 거리(d1) 보다 실질적으로 더 작다. 이것은 메쉬가 방사빔을 어둡게 하지 않는 것을 보장한다. 또한, 인접한 와이어 사이의 거리(d1)는 요소(E)의 표면(ES)로부터 와이어까지의 거리(d2) 보다 더 작다. 이것은 와이어에서부터 표면까지의 전기장이 대략 균일하다는 것을 보장한다.
와이어(Mw) 크기의 적합한 범위는 2㎛ 내지 10㎛의 두께(d3)이다. 상기 와이어는 통상적으로 텅스텐, 몰리브덴, 구리 또는 지르코늄과 같은 도체로 형성된다. 지르코늄의 특별한 이점은 그것이 EUV에 대해 비교적 투과성이 있다는 사실이다. 와이어 사이의 거리(d1) 및 표면(ES)으로 부터 와이어까지의 거리(d2)는 통상적으로 모두 1cm 정도일 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 사용되는 만곡된 요소(E)를 가진 메쉬를 도시하고 있다. 도 7에서, 메쉬(M)는 그것이 대략적으로 요소(E)의 곡면을 따르도록 만곡된다. 도 8에서, 메쉬(M)는 실질적으로 평면이다. 상기의 설명에서 메쉬가 복수의 평행 와이어로 이루어진 것으로 설명되었지만, 다양한 패턴이 이점을 살려 사용될 수 있음이 명백히 이해될 것이다.
다른 형태의 도체(13)인, 메쉬(M)가 사용될 수 있다. 다른 선택은 입사빔을 방해하지 않도록 상기 입사빔을 에워쌀 수 있고 또한 실질적으로 조사면과 평행할 수 있는 실질적인 환상의 전도체를 채용하는 것이다. 이러한 도체중 하나가 링형상 도체(13)이다.
게다가, 감지 수단(15)을 사용하여 상술한 바와 같은 광전전류를 모니터링 함으로써 또한 상기 소스로부터의 기판쪽으로 진행하는 상기 시스템에 걸친 상기 EUV 투영빔을 모니터링할 수 있다. 시스템의 다른 위치에서의 측정값과는 연관성이 없는 소정 요소에서의 광전전류의 측정된 변화는 시스템내의 소정의 국부적 변화가 있음을 나타낸다. 이러한 국부적 변화는 (마스크를 포함하는)반사기의 오염일 수 있다. 반사기상에 존재하는 오염은 광전전류에 그 영향을 미치는데 이는 그것이 일반적으로 반사기로부터 벗어나려는 전자에 서로 다른 일함수(workfuntion)를 제공하기 때문이다. 따라서, 상기 제2실시예에 따른 방사선은 또한 오염 모니터로서 사용될 수 있다.
제3실시예
아래에 설명되는 것을 제외하고 제1 또는 제2실시예와 동일한 본 발명의 제3실시예에서, 상기 방사선 센서는 또한 입사 EUV 방사선을 제2전자로 전환한다. 제3실시예에 따른 방사선 센서가 도 9에 도시되어 있고 방사선 감지층(21), 예를 들어 금속 및 접지(전위)(25)에 접속된 감지 수단(23)을 포함한다. 방사선 감지층(21)은 제2실시예에서 설명된 바와 유사한 과정에 따라 전자를 생성할 수 있다. 이렇게 생성 및 자유롭게 된 전자는 양으로 하전된 층(21)을 생성할 수 있고, 접지(25)에 접속시 상기 양으로 하전된 층(21)은 중성층(21)으로 만들기 위해서 전기적으로 보상될 것이다. 결과로서 생겨난 전류는 감지 수단(23)에 의해 측정될 수 있고, 상기 전류는 입사 EUV 방사선 강도의 척도이다.
또한 제3실시예는 투영 시스템(PL)이나 일루미네이터(IL)내의 반사기 또는 검출 요소로서 마스크와 같은 요소를 사용함으로써 강도 또는 선량이 측정될 수 있게한다. 그레이징 입사 거울(grazing incident mirrors)의 경우에, 그들이 일반적으로 낮은 전기 저항을 갖는 금속으로 만들어 지기 때문에 응답 시간은 비교적 짧다. 수직 입사 거울은 일반적으로 반사될 방사선의 파장으로 동조되는 다층의 스택을 포함할 것이다. 상기 다층의 스택은 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)층이 번갈아 있는 스택과 같이 금속 및 반도체 재료가 번갈아 있는 층을 포함할 수 있다. 거울의 전체 저항성은, 그것이 금속 및 반도체 사이의 비접촉저항(specific contact resistance)에 의해 결정되기 때문에 일반적으로 크다. 이러한 저항은 반도체 층을 도핑(doping)함으로써 상당히 감소될 수 있다. 더 작은 저항은 입사 강도 및 측정된 전류 사이의 더욱 양호한 균일성 및 더욱 빠른 응답 속도를 가져올 것이다.
앞의 실시예에서 처럼, 또한 이 경우에도 반사기는 투영빔 또는 오염 모니터로서 사용될 수 있다. 제2실시예 및 제3실시예는 또한 단일의 실시예로 결합될 수 있다. 게다가, 제3실시예에는 콜렉팅된 광전자의 전류를 측정하지 않고 제2실시예에서 논의한 바와 같이 자유롭게 된 광전자를 끌어당기고 콜렉팅하기 위해서 자유롭게 된 전자 콜렉팅 전도체(13)가 제공될 수 있다.
제4실시예
아래에 설명되는 것을 제외하고 제2실시예와 동일하고 도 10에 도시되어 있는 본 발명의 다른 실시예는 라인(31)의 배열을 포함하는 방사선 센서이다. 각각의 라인(31)은 전자를 생성 및 방출하기 위한 방사선 감지 재료를 포함하고 이것은 양으로 하전된 라인이 될 것이다. 각각의 라인을 접지(전위)(35)에 접속함으로써, 각 개별 라인내의 전하를 보정하기 위해서 필요한 전류가 감지 수단(33)에 의해 개별적으로 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 각 라인내에 유입 방사선의 선량 사이의 식별이 가능하고, 예를 들어 투영빔의 균일성의 측정을 가능케한다.
라인(31)이 소정의 반도체 재료로 만들어진 경우에, 그들은 각각의 개별 라인의 전기 저항을 측정하는 전기 회로의 일부일 수 있다. 입사 방사선은 각 라인의 저항을 변경할 것이다. 따라서, 상기 측정된 저항은 입사 방사선의 양에 대한 척도가 될 것이다.
상기 실시예에 따른 방사선 센서는 또한 제2실시예에서 언급된 이미지 센서로서 구성될 수 있을 것이다. 나아가, 각각 감지 수단에 연결된 개별 요소의 2차원 배열을 제공해서 그들의 개별 전류를 측정할 수 있다.
상기 발명의 특정 예가 상술 되었지만, 상기 발명이 상술된 것과는 다르게 실행될 수 있음이 명백히 이해될 것이다. 상기 설명은 상기 발명에만 국한하려는 것은 아니다.
본 발명의 리소그래피 투영 장치에 따르면 50nm 보다 작은 파장을 갖는 방사선을 검출할 수 있다.
Claims (17)
- - 50nm 보다 작은 제1파장(λ1)을 갖는 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사 시스템;- 소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하도록 작용하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블;- 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 목표영역상에 투영하기 위한 투영 시스템; 및- 상기 투영빔으로부터의 방사선을 수용할 수 있도록 배치된 방사선 센서를 포함하여 이루어지고, 상기 센서는- 상기 제1파장(λ1)의 입사 방사선을 제2방사선으로 전환시키는 방사선 감지 층;- 상기 방사선 감지 층은 상기 제1파장(λ1)의 방사선을 상기 제1파장(λ1)보다 큰 제2파장(λ2)을 갖는 전자기 방사선으로 전환시키며;- 상기 층으로부터 나온 상기 제2방사선을 검출할 수 있는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 방사선 감지 층은 CaS:Ce, YAG:Ce 및 ZnS:Ag,Al을 포함하는 그룹으로부터 선택된 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제1항에 있어서,상기 방사선 감지 층은 상기 제1파장(λ1)의 방사선을 상기 방사선 감지 층으로부터 자유롭게 된 전자로 전환시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제4항에 있어서,상기 감지 수단은 상기 자유롭게 된 전자를 대체하는 추가 전자에 의해 유도된 전류를 측정하기 위해 상기 방사선 감지 층에 전기적으로 접속된 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제5항에 있어서,콜렉터가 상기 방사선 감지 층으로부터 자유롭게 된 상기 전자를 콜렉팅하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제4항 또는 제5항에 있어서,상기 감지 수단은 상기 방사선 감지 층으로부터 자유롭게 된 상기 전자를 콜렉팅하기 위한 콜렉터 및 상기 콜렉팅된 전자에 의해 유도된 전류를 측정하기 위해 상기 콜렉터에 접속된 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제6항에 있어서,상기 콜렉터는 상기 자유롭게 된 전자를 끌어당기기 위해서 상기 방사선 감지 층에 대하여 양으로 하전되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제8항에 있어서,상기 방사선 감지 층과 상기 콜렉터 사이의 전기장 강도는 공간 전하 효과를 극복하기 위하여 충분히 크게 선택되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제9항에 있어서,상기 전기장 강도는 50V/cm 보다 큰 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사선 감지 층은 개별 요소의 배열로 배치되고 상기 감지 장치는 상기 개별 요소로부터 자유롭게 된 전자를 개별적으로 검출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제11항에 있어서,상기 개별 요소는 라인의 배열로서 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사선 감지 층은 상기 패터닝 수단, 상기 투영 시스템에 제공된 반사기 및 상기 방사 시스템에 제공된 반사기 중 하나 이상에 포함되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지지 구조체는 마스크를 고정하기 위한 마스크 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사 시스템은 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
- 방사선 감지 재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;- 방사선 시스템을 사용하여 50nm 보다 작은 제1파장(λ1)을 갖는 방사선 투영빔을 제공하는 단계;- 패터닝 수단을 사용하여 상기 투영빔에 단면패턴을 부여하는 단계;- 상기 방사선 감지 재료층의 목표영역상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계;- 방사선 센서를 사용하여 상기 투영빔으로부터의 방사선을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 디바이스 제조 방법에 있어서,상기 센서는,- 상기 제1파장(λ1)의 입사 방사선을 제2방사선으로 전환하는 방사선 감지층; 및 상기 방사선 감지 층은 상기 제1파장(λ1)의 방사선을 상기 제1파장(λ1)보다 큰 제2파장(λ2)을 갖는 전자기 방사선으로 전환시키며;- 상기 층으로부터 나온 상기 제2방사선을 검출할 수 있는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
- 제16항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
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