KR100598643B1 - 디바이스 제조방법 - Google Patents

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

바아의 길이에 평행하게 편광된 방사선을 구비한 직사각형 또는 바아형상의 온-액시스 조명마스크는 동등한 σ를 갖는 원형 단일극에 비해, 렌즈가열이 덜 발생하면서 개선된 DOF 및 노광관용도를 제공한다.

Description

디바이스 제조방법 {DEVICE MANUFACTURING METHOD}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 도면;
도 2a 및 도 2b는 무크롬 위상에지 마스크, 교번위상 시프트마스크 및 무크롬 위상리소그래피의 원리를 예시하는 개요도;
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명모드를 예시하는 한편, 도 3b는 비교를 위한 종래 기술의 조명모드를 예시하는 도면;
도 4는 도 3a 및 도 3b의 조명모드의 평균 σ값들을 예시하는 도면;
도 5는 본 발명의 제1실시예 및 종래 기술에 따른 다양한 조명모드에 대한 노광관용도 대 초점심도의 그래프;
도 6은 편광이 있는 경우와 편광이 없는 경우의 본 발명의 제1실시예에 따른 조명모드에 대한 노광관용도 대 초점심도의 그래프;
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 제2실시예 내지 제6실시예에 따른 조명모드를 나타내는 도면;
도 12a 및 도 12b는 상이한 각도에서 회절광학요소들을 구비한 본 발명의 제7실시예의 퓨필세기분포를 나타내는 도면이다.
본 발명은 리소그래피장치를 이용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
리소그래피장치는 기판의 타겟부상에 소정의 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피장치는 예를 들어, 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성하는데 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들어, 1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 하나의 기판은 연속적으로 노광되는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피장치는 타겟부상으로 전체 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는 소위, 스테퍼(stepper) 및 투영빔을 통과한 패턴을 소정의 주어진 방향("스캐닝방향")으로 스캐닝하는 한편, 상기 방향과 평행으로 또는 반평행(anti-parallel)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다.
리소그래피장치의 마스크의 조명의 조작은 투영된 (에어리얼)이미지에 영향을 준다는 것으로 잘 알려져 있으며, 따라서 프린트될 주어진 패턴에 최적인 조명모드를 선택하는 것이 일반적이다. 조명모드는 임계치수, 초점심도, 노광관용도 또는 이들 및 여타의 파라미터의 조합을 최적화시키도록 선택될 수 있다.
퀼러(Kohler)조명을 이용하는 리소그래피장치에서, 조명모드는 종종 조명시스템의 퓨필평면내의 세기분포를 한정함으로써 결정되고 설명된다. 통상, 시그마(σ, 여기서는 0<σ<1)라 불리는 어떤 반경까지의 퓨필평면내의 균일한 세기가 상기 σ값에 의하여 결정된 어떤 최대값까지의 모든 각도로부터의 조명을 발생시키도록 퓨필평면내의 위치는 마스크에서의 입사각에 대응한다. 공지된 조명모드는 : (어떤 σ값까지 균일한)종래의 배열, (σ내측 및 σ외측 값으로 한정되는)각도 배열, 쌍극배열, 4극배열 및 보다 복잡한 배열을 포함한다. 어두운 배경상의 (균일한)엷은영역(light area)으로 구성되는 조명모드는 상기 엷은영역의 형상 및 배치를 기술함으로써 통상적으로 설명된다. 예를 들어, WO 02/05029호는 극들이 갈매기(chevron)형태로 있는 다중극 조명모드를 기술하고, 원형 극들을 구비한 다중극 모드는 상기 극들을 정사각형 또는 직사각형으로 만듦으로써 개선될 수 있음을 또한 제안하였다. US 6,045,976호는 X 또는 Y축선에 평행하게 이격되어 있는 퓨필평면에 걸쳐 연장하는 밝은 라인(bright line)들과 연관된 조명모드를 설명한다. 이들 모드들은 조명모드의 밝은 라인들에 평행한 라인패턴의 노광을 위하여 제공된다.
조명모드들은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 종래의 조명모드의 σ값은 줌렌즈를 이용하여 제어될 수 있지만, 고리모양 모드(annular mode)의 σ내측 및 σ외측 값은 줌엑시콘을 이용하여 제어될 수 있다. 더 복잡한 모드가 퓨필평면내에 적절한 어퍼처를 가지고 있는 다이어프램을 이용하거나 회절광학요소에 의하여 형성될 수 있다. 조명시스템은 패터닝수단에서의 방사선의 세기분포를 균질화(homogenizing)하기 위한 로드(rod)형상의 반사 인티그레이터를 포함할 수 있다. 로드형상의 인티그레이터는 일반적으로 직사각형 단면을 가지고 퓨필평면의 상류의 위치에 조명시스템의 광학축선을 따라 배치될 수 있다. 일반적으로, 회절광학요소는 인티그레이터의 상류에 미리 선택된 각도 세기분포를 발생시키도록 배치된다. 이러한 각도 세기분포는 조명시스템의 퓨필평면내에서 대응하는 공간세기분포로 변환된다. 로드 인티그레이터내의 반사현상들로 인하여, 후자의 세기분포는 상기 직사각형 단면의 측면들에 대하여 대칭이 된다.
(한 쌍이 함께 근접해 있지만 여타의 구조체로부터 격리되어 있는 한 쌍의 라인인)매우 작은 격리된 게이트들을 프린트하기 위하여, 교번위상 시프트마스크(Alt-PSM) 및 예를 들어, 0.15의 매우 낮은 σ값을 갖는 종래의 조명모드를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 방법은 여전히, 공정관용도의 개선에 대한 여지를 가지고 있으며, 작은 σ값의 사용은 광이 투영시스템 및 조명내에서 바로 국부화되어 국부화된 렌즈가열문제를 발생시킨다는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은, 작은 격리된 게이트들을 프린트하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것으로서, 특히 개선된 공정관용도 및/또는 보다 균일한 렌즈가열을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 한 형태에 따르면,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;
- 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피장치가 제공되며,
- 세기분포를 한정하는 상기 수단은 상기 투영빔에 온-액시스의 실질적인 직선 세기분포를 부여하고, 상기 투영빔에 선형편광을 부여하는 편광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
세기분포가 직사각형(rectangle) 또는 바아(bar)인 경우에, 직사각형의 더 긴 치수(dimension)는, 보통 장치의 X 또는 Y축선과 정렬되는 프린트될 게이트들의 라인들과 평행한 것이 바람직하다. 세기분포가 정사각형인 경우에, 정사각형은 그 측면들이 X 및 Y축선들과 평행하거나 그 대각선들이 X 및 Y축선들과 평행하도록 방향이 잡힐 수 있다. 후자의 방위는 다이아몬드형 조명모드로 기술될 수도 있으며 편광되지 않을 수도 있다. 십자가형상의 세기분포는 그 십자가의 아암들이 X축 및 Y축선과 정렬되거나 또는 대각선상에 정렬될 수 있다. 또한, 십자가형상의 세기분포는 편광이 없어도 이점을 가질 수 있다. 대향측면들은 평행하고 동일하지만 모든 측면들과 각도들이 동일하지는 않은 장사방형(rhomboid) 세기분포도 유리하다.
퓨필평면내의 주어진 영역에 대해서, 직선의 세기분포(rectilinear intensity distribution)는 종래의 원형모드와 동일한 초점심도를 제공하는 한편, 조명 및 투영시스템내에 방사선을 보다 균일하게 분배하여, 렌즈가열영향을 감소시킨다.
온-액시스 조명모드는, 본 발명의 목적을 위해서는, 조명시스템의 광학축선 이 퓨필평면의 밝은 영역을 통과하는 모드이다. 밝은 영역의 중력 중심은 광학축선상에 놓여지지만 반드시 그렇지는 않다.
본 발명은 위상시프트마스크(PSM)를 이용하여 리소그래피를 실시할 때 특히 유리하다.
투영빔의 편광방향은 프린트될 라인에 평행해야 하며, 세기분포가 직사각형인 경우에 그 직사각형의 긴 측면에 또한 평행해야 한다. 이러한 방법으로 편광된 방사선을 이용하면 노광관용도를 70%까지 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 직선 세기분포는 온-액시스에 위치된 하나의 극보다는 오프-액시스로 위치된 2이상의 세장 극(elongate pole)을 가지며, 편광방향은 상기 극들의 긴방향에 실질적으로 평행하다. 본 형태의 바람직한 실시예에는, 제1방향을 따라 지향된 2개의 극들과 제1방향에 실질적으로 직교하는 제2방향을 따라 지향된 2개의 극들 즉, 4개의 세장 극들이 있고, 각각의 극에서의 방사선의 편광방향은 상기 극의 긴방향에 실질적으로 평행하다.
본 발명의 또 다른 형태는,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;
- 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 유지하는 기판테이블; 및
- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치를 제공하고;
- 세기분포를 한정하는 상기 수단은 2개의 직교하는 축선들의 인터체인지(interchange)에서 대칭이 아닌 세기분포를 제공하고;
상기 투영빔에 선형 편광을 부여하는 편광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
직교축선들의 인터체인지를 중심으로 세기분포가 대칭이 아니라는 것은, 세기분포가 X방향과 Y방향에서 동일하지 않다는 것을 의미한다. 이것은 세기분포의 형상이 X 및 Y방향으로 정렬된 피처들에 대하여 개별적으로 최적화될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
- 기판을 제공하는 단계;
- 조명시스템을 이용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및
- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공되며,
상기 소정의 세기분포는 상기 투영빔상의 온-액시스 직선 세기분포를 포함하며,
- 상기 투영빔을 선형적으로 편광시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치는, 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널(LCD), 박막자기헤드 등의 제조와 같은 여타의 적용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서에의 기판은 예를 들어, 트랙(일반적으로 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴) 또는 메트로로지 또는 검사 툴에서 노광 전후에 처리될 수 있다. 적절한 경우에는, 본 명세서의 내용이 상기 및 기타 기판처리툴에 적용될 수 있다. 또한, 기판은 예를 들어, 다중층 IC를 생성하기 위하여 1회이상 처리될 수 있어서, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러번 처리된 층들을 이미 포함하는 기판을 일컫는 용어로 사용되기도 한다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선(UV) 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)극자외선(EUV)을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하도록 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 투영빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부내의 소정의 패턴에 정확하게 대응하지 않을 수도 있음을 유의하여야 한다. 일반적으로, 투영빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다.
패터닝수단은 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝수단의 예로는 마스크, 프로그래밍가능한 미러배열 및 프로그래밍가능한 LCD패널이 있다. 마스크는 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 프로그래밍가능한 미러배열의 예로 작은 미러들의 매트릭스 배열을 채택하고, 이들 각각의 미러는 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다; 이러한 방식으로, 반사된 빔이 패터닝된다. 패터닝수단의 각각의 예에서, 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있으며, 패터닝수단이 예를 들어, 투영빔에 대하여 소정의 위치에 있도록 보장할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 본 명세서에서 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 사용은 보다 일반적인 용어인 "패터닝수단"과 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 사용된 "투영시스템"이라는 용어는 예를 들어, 사용되는 노광방사선 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용이나 진공의 사용과 같은 여타의 요인에 적절하게, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭(catadioptric)광학 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는 보다 일반적인 용어인 "투영시스템"과 동의어로 간주되어야 할 것이다.
조명시스템은 또한, 방사선의 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위한, 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학성분들을 포함하는 다양한 종류의 광학성분들을 포괄할 수 있으며, 이러한 성분들은 이하 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"로 일컬 어질 수도 있다.
리소그래피장치는 2(듀얼스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 종류일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서, 부가적인 테이블들은 병렬로 사용될 수 있거나, 1이상의 테이블들이 노광에 사용되는 동안 예비단계들이 1이상의 테이블상에서 수행될 수 있다.
리소그래피장치는, 투영시스템의 최종요소와 기판사이의 공간을 채우기 위하여, 예를 들어, 물과 같이 비교적 높은 굴절률을 갖는 용액에 기판이 침지되는 종류일 수도 있다. 침지용액은, 예를 들어, 마스크와 투영시스템의 최종요소 사이와 같은 리소그래피장치내의 여타의 공간들에 적용될 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에, 침지기술은 투영시스템의 개구수를 증가시키기 위한 것으로 잘 알려져 있다.
이제, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예가 서술된다.
도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부분을 나타낸다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
ㆍ방사선(예를 들어, UV방사선 또는 DUV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 조명시스템(일루미네이터);
ㆍ패터닝수단(MA)(예를 들어, 마스크)을 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터 닝수단을 정확히 포지셔닝하는 제1포지셔닝수단(PM)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 포지셔닝하는 제2포지셔닝수단(PW)에 연결된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및
ㆍ패터닝수단(MA)에 의하여 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 1이상의 다이를 포함)상에 묘화시키는 투영시스템(예를 들어, 굴절 투영렌즈)(PL)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한)투과형이다. 대안적으로, 장치가 (상술된 종류의 프로그래밍가능한 미러배열을 구비한)반사형일 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선소스(SO)로부터 방사선 빔을 받아들인다. 상기 소스 및 상기 리소그래피장치는 예를 들어, 상기 소스가 엑시머레이저인 경우에 개별적으로 존재할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 소스는 상기 리소그래피장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어, 적절한 지향미러 및/또는 빔 익스펜더를 포함하는 빔전달시스템(BD)에 의하여 상기 소스(SO)로부터 상기 일루미네이터(IL)로 통과된다. 여타의 경우에, 상기 소스는 예를 들어, 상기 소스가 수은램프인 경우에 상기 장치의 통합부분일 수 있다. 필요하다면, 빔전달시스템(BD)과 함께, 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)가 방사선시스템으로 일컬어질 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 빔의 각도 세기분포를 조정하기 위한 조정수단(AM)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 적어도 일루미네이터의 퓨필평면내의 세기분포의 외측 및/또는 내측 반경범위(통상, 각각 σ-외측 및 σ-내측으로 일컬어짐)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로, 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 여타의 성분들을 포함한다. 일루미네이터는 그 단면에 소정의 균일성과 세기분포를 가지고 있는 소위, 투영빔(PB)이라 불리는 컨디셔닝된 방사선 빔을 제공한다.
투영빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 유지되는 마스크(MA)에 입사한다. 마스크(MA)를 지난 투영빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔의 초점을 맞춘다. 제2포지셔닝수단(PW) 및 위치센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스)에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1포지셔닝수단(PM) 및 (도 1에는 명확하게 도시되지 않았으나)또 다른 포지셔닝센서가 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 긴 행정모듈(long stroke module)(개략적인 포지셔닝) 및 짧은 행정모듈(미세 포지셔닝)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스캐너와 대조적으로)스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정액츄에어터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크정렬마크(M1, M2) 및 기판정렬마크(P1, P2)를 이용하여 조정될 수 있다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에서는, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)이 기본적으로 정지상태로 유지되는 한편, 투영빔에 부여된 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 정적노광으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 상이한 타겟부(C)가 노광될수 있다. 스텝모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 정적노광에 묘화된 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)이 동기적으로 스캐닝되는 한편, 투영빔에 부여된 패턴이 (단일 동적노광으로)타겟부(C)상에 투영된다. 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영시스템(PL)의 (축소)배율 및 이미지반전특성에 의하여 결정된다. 스캔모드에서, 노광필드의 최대 크기는 (비스캐닝 방향에서)단일 동적노광내의 타겟부의 폭을 제한하는 한편, 스캐닝운동의 길이는 (스캐닝방향에서)타겟부의 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 프로그래밍가능한 패터닝수단을 유지하고, 기판테이블(WT)은 이동되거나 스캐닝되는 한편 투영빔에 부여된 패턴은 타겟부(C)상으로 투영된다. 본 모드에서, 일반적으로 펄스 방사선소스가 채택되며, 프로그래밍가능한 패터닝수단은, 각각의 기판테이블(WT)의 이동후 또는 스캐닝하는 동안 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이러한 동작의 모드는 상술된 바와 같이 종류의 프로그래밍가능한 미러배열과 같은 프로그래밍가능한 패터닝수단을 활용하는 마스크가 없는 리소그래피에 쉽게 적용될 수 있다.
상술된 모드의 조합 및/또는 변형례의 이용 또는 완전히 상이한 모드의 이용이 채택될 수도 있다.
상술된 리소그래피장치는 다양한 상이한 종류의 마스크와 함께 사용된다. 가장 기본적인 마스크의 종류는 패턴을 형성하기 위하여 예를 들어, 크롬의 불투명한 층이 제공되는 석영글래스(quartz glass)의 투명한 판이다. 보다 진보된 종류의 마스크는 투영빔의 위상을 변화시키도록 마스크의 두께를 다양한 효과들로 변조시킨다. 도 2a 내지 도 2c는 무크롬 위상에지, 교번위상 시프트마스크(Alt-PSM) 및 무크롬 위상리소그래피의 3가지 종류의 마스크의 동작원리를 예시한다.
무크롬 위상에지 리소그래피에서, 마스크(MA)가 일반적으로 조명되고 위상 회절격자를 형성하는 두께변화의 패턴을 가진다. + 및 -의 제1차수들이 투영시스템(PL)에 의하여 캡처되고 마스크보다 더 큰 주기를 갖는 에어리얼 이미지(AI)를 형성하도록 간섭한다.
교번위상 시프트마스크를 이용하는 리소그래피는 무크롬 위상에지 리소그래피와 유사하게 나타나지만 대신에 패턴이 마스크상의 크롬내에 한정된다. 마스크내의 밑의 두께변화(underlying thickness variation)는, 인접한 피처들을 통해 투과되는 방사선의 위상이 교번으로 피처들간의 보강 간섭을 방지하여 고스트라인(ghost line)들을 프린트한다.
무크롬 위상 리소그래피는 이미지를 형성하기 위하여 0차와 1차 사이의 간섭 및 기울어진 조명을 이용한다.
본 발명에서 예를 들어, 32nm의 폭을 갖는 매우 좁은 게이트들을 프린트하기 위하여, 도 3a에 도시된 바와 같이, 직사각형 단일극 조명모드가 사용된다. 직사각형 단일극은 다음의 조건이 충족되는 경우에 매우 낮은 σ를 갖는 원형 단일극(도 3b참조)과 실질적으로 동일하다.
0.404*R = B/4
여기서, R은 σ의 단위로 표현된 원형 단일극의 반경이고, B는 또한 σ의 단위의 바아의 폭이다.
이러한 조건은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 2개의 조명모드에 대하여 평균 σ값들(xb, xc)을 고려하여 얻어질 수 있다. 2개의 모드는 그들의 평균 σ값들이 동일한 경우에 동등한 것으로 간주된다. 평균 σ값은 피처방위에 수직한 라인을 따르는 세기분포의 제1모멘트(moment)로서 정의된다. 이것은 y축선에 평행한 라인들에 대한 기대값 <x> 및 x축선에 평행한 라인들에 대한 기대값 <y>와 동등하다.
바아의 높이(H)는 노광 파라미터에 거의 영향을 미치지 않는다.
직사각형 단일극은, 투영빔이 투영시스템내에서 덜 국부화되어, 국부화된 렌즈가열을 덜 발생시키고 이에 따라 렌즈가열에 의해 발생되는 일그러짐(distortion)을 감소시킬 수 있기 때문에, 동등한 원형 단일극에 비해 유리하다.
도 5 및 도 6은 노광관용도 대 초점심도(DOF)의 그래프이고, 본 발명의 이점을 입증한다. 이 2개의 그래프들은, 32nm폭 및 (기판레벨에서)160nm의 피치를 갖 는 게이트를 나타내는 ALT-PSM마스크 및 NA=0.85, 193nm의 노광방사선의 리소그래피장치의 Solid-C™모델에서 수행된 시뮬레이션의 결과들을 나타낸다. 도 5의 곡선 A-F 에 대한 조명모드는 다음과 같다:
a: 원형 단일극, σ=0.10
b: 바아, B=0.20, H=0.80
c: 바아, B=0.20, H=0.40
d: 원형 단일극, σ=0.15
e: 바아, B=0.24, H=1.0
f: 바아, B=0.16, H=1.0
이 그래프는, B=1.6*R의 규칙을 따른다면, 낮은 σ의 단일극과 동일한 노광관용도 대 초점심도가 바아를 구비하여 달성되는 것을 나타낸다. 또한, H의 값은 노광관용도에 거의 영향을 미치지 않는다.
도 6은 편광의 영향을 나타내는데 - 곡선 g는 B=0.16, H=1.0인 바아조명에 대한 것인 한편, 곡선 h는 s-편광된 방사선을 갖는 것을 제외하고는 동일한 조명을 가진다. 노광 관용도에서 70%의 향상이 관찰된다.
이러한 조명모드를 달성하는 한 방법은 σ=0.5인 종래의 조명모드를 이용하고, 조명을 소정의 형상의 직사각형으로 변화시키기 위하여 방사선시스템의 퓨필평면내에 마스킹 블레이드를 이용하고 블레이드 어퍼처내의 편광기(polarizer)를 이용하는 것이다. 이러한 배열은 다음과 같이 정의되는 효율(efficiency) ε을 제공할 것이다.
Figure 112004014343216-pat00001
여기서, B는 바아의 폭이고, R은 블레이드 다운되는 종래의 조명설정의 반경이다. 모두 σ의 단위이다.
B = 0.16, R = 0.50인 특정례에 있어서, σ = 0.10의 단일극에서 얻어질 수 있는 16%의 효율과 유리하게 견줄 수 있는 ε= 20%가 σ = 0.25의 설정을 블레이드 다운시켜 얻어진다. 국부적인 가열효과는 σ=0.23인 단일극과 동등하다.
주어진 노광에 대하여 적절한 조명모드 및 치수들은, 노광방사선의 주어진 피치(p), 파장(λ) 및 투영시스템의 개구수(NA)에 대하여 결정될 수 있다. 100%의 0차와 1차가 투영시스템에 의하여 캡처되고 일루미네이터 퓨필내의 0차의 면적이 최대인 경우에, 상이한 형상들의 최적 조명모드들의 치수들은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112004014343216-pat00002
Figure 112004014343216-pat00003
Figure 112004014343216-pat00004
Figure 112004014343216-pat00005
가이드라인으로서, 바아 폭의 상한이 다음과 같이 설정될 수 있다:
Figure 112004014343216-pat00006
이들 수학식들은 간단한 수학적인 해석을 이용하여 구해질 수 있다.
편광기를 제공하기 보다는, 방사선소스가 예를 들어, 엑시머레이저와 같은 편광 빔을 방출하는 경우에, 통상적으로 존재하는 감편광기(depolarizer)가 제거되고, 필요한 경우에는 소정의 방위로 편광을 회전시키도록 적절한 지연기(retarder)(파판; wave plate)로 대체된다.
제2실시예
제2실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 십자가형상의 온-액시스 단일극 조명모드를 사용하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 십자가형상의 조명모드는 동등한 면적의 원형 단일극보다 낮은 평균 σ를 갖거나 반대로 주어진 평균 σ에 대하여 더 큰 면적을 가진다. 십자가는 또한 더 나은 초점심도를 가지며, 원형 단일극으로 발생할 수 있는 것과 같은 대변동의 디포커스 고장(catastrophic defocus failure)을 피할 수 있다. 또한, 십자가는 2개의 직교방향으로 방향이 잡힌 게이트들을 포함하는 패턴에 적용가능하다. 십자가의 각각의 아암내의 방사선은, 십자가내에 화살표로 표시된 바와 같이, 아암의 세장방향에 평행하게 편광되는 것이 바람직하다.
십자가형상의 조명모드는 2개의 축선을 중심으로 대칭을 이루는 것이 바람직하며, 따라서 아암의 폭(A) 및 길이(L)의 2개의 파라미터에 의하여 특징지어질 수 있다. A와 L에 대한 적절한 값들은 제1실시예에서 B와 H가 결정되는 것과 동일한 방식으로 결정될 수 있다. 수평 아암(바아)의 치수들은 패턴내의 수평피처에 대하여 결정되고, 수직 아암의 치수들은 패턴내의 수직 피처들에 대하여 결정되는 것이 바람직하다. 이것은 상이한 길이 및/또는 폭의 아암들에도 적용될 수 있다.
제3실시예
제3실시예는 도 8에 도시된 바와 같이, 다이아몬드형상(장사방형) 온-액시스 단일극 조명모드를 사용하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 직경 D인 다이아몬드형상은 더 큰 면적을 갖지만 L = D인 십자가와 동일한 평균 σ를 가진다. 따라서, 다이아몬드가 더 큰 효율을 가지게 되어, 보다 적은 국부적인 렌즈가열을 발생시키면서 보다 신속한 노광(즉, 더 큰 스루풋)을 가능하게 한다.
제4실시예
제4실시예는 도 9에 도시된 바와 같이, 오프-액시스 직사각형 세기분포를 이용하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.
세기분포는 4개의 오프-액시스 직사각형 극들(바아들)을 포함하며, 이들 각각에서 방사선이 바아의 길이에 평행하게 편광된다. 바아들은 광학축선에 중심을 갖는 정사각형을 형성하도록 배치되고, 그 높이(H) 및 폭(B)으로 특징지어질 수 있다. "4중바아(quadrubar)"로 불려질 수 있는 조명모드는 특히, 무크롬 위상 리소 그래피 마스크를 이용할 때, 보조피처없이 격리된 피처와 주기적인 피처 모두에 대하여 뜻밖의 높은 공정관용도를 제공한다. 바이너리 및 감쇠위상 시프트마스크에서도 이점이 얻어진다.
4중바아와 동등한 설정은, 4극 조명설정을 형성하기 위한 회절광학요소를 이용하고, 좁은 고리모양 조명설정을 발생시키기 위하여 줌액시콘을 설정하여 기존의 장치에서 달성될 수 있다. 결과적인 극들은 좁은 아크와 유사하고, 많은 경우에 본 실시예의 선형 바아에 대하여 허용가능한 근사물들이다.
제5실시예
제5실시예는 도 10에 도시된 바와 같이, 쌍극조명모드를 사용하는 것을 제외하고는 제4실시예와 동일하다. 이러한 "2중바아(duobar)"모드는 한 방향으로 정렬된 피처를 갖는 패턴들에 적용가능하다.
동등한 조명모드들
상술된 바와 같이, 2개의 조명모드는, 평균 σ가 피처방위에 수직한 방향을 따르는 세기의 제1모멘트로 한정된다면, 동일한 평균 σ값을 갖는 경우에는, 이미징목적으로 동등한 것으로 간주될 수 있다. 평균 σ는 중심 σ(center σ) 또는 σc로 불려질 수도 있다. 따라서, 주어진 반경 σ의 원형 단일극과 동등한 여타의 조명모드들의 치수들을 수학적으로 구할 수 있다. 이것은 다음과 같은 결과치들을 이끌어낸다:
Figure 112004014343216-pat00007
면적은 전체 퓨필필링에 대한 것이다.
제6실시예
제6실시예는 도 11에 도시된 바와 같이, 4중극 조명모드를 이용하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 주어진 전체 면적에 대하여, 이러한 조명모드는 종래의 원형 단일극보다 우수한 초점심도를 제공할 수 있지만 낮은 노광관용도를 제공한다.
4중극 모드는 실질적으로 고리모양모드의 4부분들이며, 섹터각도(sector angle)(φ) 뿐만 아니라, 내측 및 외측 시그마 값들(σ1, σ0)로 특징지어질 수 있다. σ1=0.40, σ0=0.80, φ=20°의 값들은 σ = 0.30의 원형 단일극과 동등한 모드를 제공한다. 4개의 극들내의 광의 편광은 원의 외측에 화살표로 표시된다.
제7실시예
상술된 실시예에서, 조명시스템은 상술된 바와 같이, 패터닝수단에서 방사선 의 세기분포를 균질화시키기 위한 로드형상의 반사 인티그레이터를 포함할 수 있다. 조명시스템은 인티그레이터의 상류에 미리설정된 원형 또는 직사각형상의 다중극 각도 세기분포를 발생하도록 배치된 회절광학요소("DOE")를 더 포함할 수 있다. 제4, 제5 및 제6실시예 중 어떠한 실시예에서도, 실질적으로 바아형상의 극들의 길이는 조명시스템의 광학축선에 평행한 축선 주위의 회절광학요소를 회전시켜 용이하게 조정될 수 있다. 회절광학요소에 의하여 발생된 각도 세기분포는 조명시스템의 퓨필평면내의 대응하는 공간세기분포로 변환된다. 로드 인티그레이터의 반사로 인해, 후자의 세기분포는 상기 직사각형 단면의 측면들에 대하여 대칭이 된다. 그 후, 이들 측면들은 x, y축선들의 직각시스템의 x 및 y방향을 한정하는 것으로 가정된다.
도 12a는 공칭 회전방위내의 2중바아 쌍극 조명에 대한 DOE가 (인티그레이터의 상류에 대응하는 각도 세기분포를 한정하기 위한 광학요소로서) 사용될 때, 인티그레이터의 하류의 퓨필 세기분포를 나타낸다. 길이가 H1인 2중바아 극(120)들은 x축선에 중심이 온다. 도 12b에는, 상기 DOE가 각도 α만큼 회전하여 발생된 퓨필내의 세기분포가 도시된다. (y축선에 평행한 측면에서)인티그레이터 로드내의 반사로 인하여, 인티그레이터의 하류에서 퓨필내에 발생하는 세기분포는 각도 α만큼 회전된 극들(121) 및 각도 -α만큼 회전된 극들(122)의 합이며, 이는 y축선에 대하여 대칭이다. 실질적으로, 결과적인 2중-바아 극들의 길이는 H2이며, 이는 H1보다 길다. 길이 H2는 DOE의 회전(α)에 따라 튜닝될 수 있다. 원칙상, 공칭 회전방위에서 예를 들어, 정사각형 또는 원형 극들을 생성하는데 사용되는 DOE에 대 하여 상기 조정이 또한 적용될 수 있다. 상기 조정은 극들의 (회전각도 α에 따른)세장(elongation)이 조명시스템의 퓨필평면내에 실현된다는 점에서 실질적으로 유사한 효과를 가진다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 상술된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해할 것이다. 상기 설명은 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명에 따르면, 작은 격리된 게이트들을 프린트하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 리소그래피장치에 있어서,
    - 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;
    - 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
    - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하고,
    - 세기분포를 한정하는 상기 수단은 상기 투영빔에 온-액시스의 실질적인 직선 세기분포를 부여하고;
    - 상기 투영빔에 선형편광을 부여하는 편광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세기분포는 종횡비가 1이 아닌 직사각형이고, 상기 직사각형의 보다 긴 치수가 상기 장치의 X 또는 Y축선에 평행한 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선형 편광은 상기 직사각형의 상기 보다 긴 치수에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세기분포는 정사각형인 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세기분포는 상기 정사각형의 측면들이 X 및 Y축선에 평행하도록 방향이 잡히는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 세기분포는 상기 정사각형의 대각선들이 X 및 Y축선에 평행하도록 방향이 잡히는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세기분포는 십자가형상인 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세기분포는 상기 십자가의 아암들이 상기 장치의 X 및 Y축선과 정렬되도록 방향이 잡히는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세기분포의 중심은 상기 조명시스템의 광학축선상에 놓이는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝수단으로서 위상시프트마스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 직선 세기분포는, 온-액시스로 놓여진 단일 극보다는 오프-액시스로 놓여진 2이상의 세장극들을 가지고, 상기 편광의 방향은 상기 극들의 긴 방향에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 직선 세기분포는, 2개는 제1방향을 따라 방향이 잡히고 2개는 상기 제1방향에 실질적으로 직교하는 제2방향을 따라 방향이 잡히는 4개의 세장극들을 갖고, 각각의 극내의 상기 방사선의 편광방향은 상기 극들의 긴 방향에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    세기분포를 부여하는 상기 수단은, 상기 방사선시스템의 광학축선에 평행한 축선을 중심으로 회전할 수 있는 쌍극 또는 4중극 각도 세기분포를 발생시키기 위한 회절광학요소를 포함하고, 로드형 광학 인티그레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    세기분포를 부여하는 상기 수단은 한 세트의 이동가능한 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  15. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    세기분포를 부여하는 상기 수단은 상기 세기분포에 대응하는 어퍼처 또는 어퍼처들을 갖는 다이어프램을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 편광수단은 상기 다이어프램의 각각의 어퍼처내에 장착된 편광기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  17. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    편광을 위한 수단은 선형으로 편광된 빔을 방출하는 방사선소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치.
  18. 리소그래피 투영장치에 있어서,
    - 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;
    - 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 유지하는 기판테이블; 및
    - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치를 제공하고;
    - 세기분포를 한정하는 상기 수단은 2개의 직교하는 축선들의 인터체인지에서 대칭이 아닌 세기분포를 제공하고;
    상기 투영빔에 선형 편광을 부여하는 편광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  19. 디바이스 제조방법에 있어서,
    - 기판을 제공하는 단계;
    - 조명시스템을 이용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    - 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및
    - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영시키는 단계를 포함하고,
    상기 소정의 세기분포는 온-액시스 직선 세기분포를 포함하며,
    - 상기 투영빔을 선형적으로 편광시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    선형으로 편광시키는 상기 단계에서, 상기 빔에 부여되는 선형편광의 방향은 상기 패턴의 라인들에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
KR1020040023892A 2003-04-07 2004-04-07 디바이스 제조방법 KR100598643B1 (ko)

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