KR100599932B1 - 광학 결상 시스템에서의 수차 측정 방법 - Google Patents

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

광학 결상 시스템의 수차를 결정하는 방법은 결상 시스템에 의해 형성되는 이미지의 최적 초점 위치 및/또는 측방향 위치 등의 하나이상의 파라미터를 측정하는 단계를 포함한다. 이는 상기 결상 시스템의 복수의 다른 설정에 대하여 반복되고, 이들 측정값으로부터 상기 결상 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수가 계산된다.

Description

광학 결상 시스템에서의 수차 측정 방법{METHOD OF MEASURING ABERRATION IN AN OPTICAL IMAGING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치를 나타낸 도면.
도 2는 상이한 저차수 수차 및 그들 각각의 제르니케 계수사이의 관계를 요약한 표.
도 3a 및 도 3b는 상이한 조명 설정(illumination setting)에서의 (수차가 없다는 가정에 대해) 계산된 최적 초점 위치를 제르니케 계수(Z9 및 Z16)에 기인한 수차의 함수로서 나타낸 표.
도 4는 측정된 최적 초점 위치 및 본 발명에 따라 측정된 제르니케 수차 계수 Z9 및 Z16에 기초하여 결정된 최적 초점사이의 상관관계를 나타내는 플롯으로서, 이 때, 플롯된 각 점은 도 3에서의 조명 설정에서의 최적 초점 위치와 대응한다. 측정된 최적 초점 위치는 세로축을 따라 ㎚ 단위로 플롯되며; 계산된 최적 초점 위치는 가로축을 따라 ㎚ 단위로 플롯된다.
도 5a 및 도 5b는 각각 Z9 및 Z16에 대하여 본 발명에 따른 방법을 이용하여 측정된 제르니케 계수(세로축을 따라 ㎚ 단위로 플롯됨) 및 다른 방법을 이용하여 결정된 제르니케 계수(가로축을 따라 ㎚ 단위로 플롯됨)의 상관관계를 나타내는 그래프.
도 6a 및 도 6b는 스텝-앤드-스캔 장치(y 방향으로 슬릿이 스캔되는)에서의 투영 시스템의 슬릿을 따르는 x 위치의 함수로서, 각각 본 발명의 방법 및 다른 방법에 따라 결정되는 제르니케 계수 Z9 및 Z16의 플롯. 두 개의 도면 6a 및 6b의 세로축은 수차 계수의 값을 ㎚ 단위로 나타낸다. 가로축은 슬릿을 따른 x 위치를 ㎚ 단위로 나타낸다.
도 7은 본 발명의 방법 및 다른 방법을 이용하여 측정된, 투영 시스템의 슬릿을 따른 x 위치(가로축을 따라 ㎚ 단위로 나타낸)의 함수로서의 Z12(세로축을 따라 ㎚ 단위로 나타낸)를 나타내는 그래프.
도 8a 및 도 8b는 각각 제로가 아닌 각각의 제르니케 계수 Z9 및 Z16에 의한 수차의 결과로서 투영 시스템의 외부 시그마 설정(가로축을 따라 나타냄) 및 개구수(numerical aperture)(세로축을 따라 나타냄)의 함수로서의 최적 초점 위치를 등고선 형식으로 나타낸 플롯.
도 9는 투영 시스템의 외부 시그마 설정(가로축을 따라 나타냄) 및 개구수(세로축을 따라 나타냄)의 함수로서의 이미지 콘트라스트를 등고선 형식으로 나타낸 플롯.
도 10은 조명 설정의 함수로서 코마형식의 (코마) 수차(Z7 ≠ 0)에 기인하여 이미지 위치내의 계산된 측방향 시프트를 나타내는 표.
도 11은 코마형식의 수차에 의한 측정된 x-시프트(세로축을 따라 ㎚ 단위로 나타냄) 및 계산된 x-시프트(가로축을 따라 ㎚ 단위로 나타냄)사이의 상관관계를 나타낸 그래프로서, 이 때 플롯된 각 점은 도 10의 조명 설정들 중 하나에 대응한다.
도 12a 및 도 12b 는 외부 시그마 설정(가로축을 따라 나타냄) 및 결상 시스템(imaging system)의 개구수(세로축을 따라 나타냄)의 함수로서, 각각 제로가 아닌 각각의 제르니케 계수 Z7 및 Z14에 의한 x-시프트를 등고선 형식으로 나타낸 플롯.
도 13a 및 13b는 본 발명의 방법 및 다른 방법을 이용해 측정된 결상 시스템의 슬릿에 따른 x 위치(가로축을 따라 ㎚ 단위로 나타냄)의 함수로서 각각의 제르니케 코마 계수 Z7 및 Z8(세로축을 따라 ㎚ 단위로 나타냄)을 나타낸 플롯.
도 14는 도 13a의 그것에 해당하나, 본 발명의 데이터에 파장 보정(wavelength correction)이 적용된 플롯.
본 발명은 리소그래피 투영 장치 등의 광학 결상 시스템(optical imaging system)에서의 수차(aberration)를 측정하는 방법에 관한 것이다. 투영 장치의 파라미터의 함수로서 관찰되고, 이것들로부터 다양한 형태의 수차의 존재가 정량화될 수 있다. 상기 리소그래피 투영 장치는
- 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사선 시스템;
- 투영빔을 소정의 패턴에 따라 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블; 및
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템으로 구성될 수 있다.
"패터닝 수단" 이라는 용어는 상기 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하기 위해 사용될 수 있는 수단을 가리키는 것으로 널리 해석되어야 한다; "광밸브(light valve)" 라는 용어 역시 마찬가지 맥락으로 사용되었다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적 회로 또는 다른 장치(아래의 설명을 참조)와 같은 타겟부에 생성되는 디바이스내의 특정 기능 층에 대응할 것이다. 이러한 패터닝 수단의 예시는 다음과 같은 것을 포함한다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 기술분야에 잘 알려져 있고, 바이너리형, 교번 위상 시프트형, 감쇠 위상 시프트형 등의 마스크 형태 뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 형태를 포함한다. 방사선빔내의 마스크 배치는 마스크상의 패턴에 따라 마스크상에 부딪치는 방사선의 선택적 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크인 경우)를 일으킨다. 마스크의 경우 지지구조체는 일반적으로 상기 마스크가 입사하는 방사선빔내의 소정 위치에 고정될 수 있고 필요한 경우 상기 빔에 대하여 이동될 수 있도록 하는 마스크 테이블이 될 것이다.
- 프로그램가능한 미러 어레이. 이러한 장치의 예시는 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)을 갖는 매트릭스-어드레서블 표면과 반사 표면이다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사 표면의 어드레스된 영역이 입사 광선을 회절된 광선으로서 반사시키는 반면, 어드레스되지 않은 영역은 입사 광선을 비회절된 광선으로서 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 비회절된 광선을 필터링하여 회절된 광선만 남게 할 수 있다. 이러한 방법으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 상기 빔이 패터닝된다. 적당한 전자 수단을 사용하여 필요한 매트릭스 어드레싱이 실시될 수 있다. 이러한 미러 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 여기에 참고로 포함된 미합중국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호로부터 얻어질 수 있다. 프로그램가능한 미러 어레이의 경우에 있어서, 상기 지지 구조체는 예를 들어, 필요시 고정되거나 또는 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로서 실시될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 예시는 여기에 참고로 포함된 미합중국 특허 제 5,229,872호에 나타나 있다. 이 경우에도 상술한 바와 같이, 상기 지지구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 또는 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블로서 실시될 수 있다.
간략화를 위해서, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 테이블과 마스크를 포함하는 예시로 지칭될 수 있다. 그러나, 그러한 예시에 나타난 일반적인 원리는, 상술된 바와 같은 패터닝 수단의 더 폭넓은 상황에서 이해되어야 한다.
리소그래피 투영 장치는 예를 들어, 집적 회로(ICs)의 제조에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패터닝 수단은 집적 회로의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 발생시킬 수 있고, 이 패턴은 방사선 감지재료(레지스트)층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(하나 이상의 다이를 포함)상으로 결상될 수 있다. 일반적으로 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접하는 타겟부들의 전체적인 연결망을 포함할 것이다. 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 이용하는 현행의 장치에서 두 개의 상이한 형태의 기계로 구별된다. 일 형태의 리소그래피 투영 장치에 있어서, 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광시킴으로써 각각의 타겟부가 조사된다. 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭한다. 통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 칭하는 대안의 장치에 있어서, 각각의 타겟부는 투영빔하에서 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판 테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 조사된다. 일반적으로 투영 시스템은, 배율 인자(M)(대개<1)를 가지므로, 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 M배가 된다. 여기서 설명된 리소그래피 디바이스에 관한 더 많은 정보는 예를 들어 본 명세서에서 참조로 포함한 미합중국 특허 제6,046,792호에서 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 사용하는 제조 공정에서, 패턴(예를 들어 마스크의 패턴)은 방사선 감지 재료(레지스트)층이 부분적으로나마 도포된 기판상에 결상된다. 이 결상단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 거친다. 노광후에, 기판은 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 결상된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는 예를 들어 IC와 같은 디바이스의 개별 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같이 개별 층을 마무리하기 위한 다양한 모든 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 전체 공정 또는 그 변형 공정은 새로운 층마다 반복되어질 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼) 상에 존재할 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 각각의 디바이스가 운반 장치에 탑재되고 핀에 접속될 수 있다. 그와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill 출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
간략화를 위해서, 이하에서 상기 투영 시스템은 "렌즈"로 칭한다; 그러나, 상기 용어는 예를 들어, 굴절 광학 요소, 반사 광학 요소, 및 카타디옵트릭(catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영 시스템을 모두 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 상기 방사선 시스템 역시, 방사선 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하는 설계 형태중 어느 것을 따라 작동하는 구성 요소를 포함하고, 이러한 구성 요소는 이하에서 집합적으로 또는 단독적으로 "렌즈"로 지칭될 것이다. 또한, 리소그래피 장치는 2 개 이상의 기판 테이블(및/또는 2 개 이상의 마스크 테이블)을 가지는 형태일 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에 있어서는 부가적인 테이블들 병행하여 사용되거나, 또는 하나 이상의 다른 테이블이 노광되고 있는 동안 하나 이상의 테이블에서는 예비단계가 수행될 것이다. 이중 스테이지 리소그래피 장치는 본 명세서에 참고로 포함된 미합중국 특허 제 5,969,441 호 및 WO98/40791 호에 기술되었다.
IC내에 집적되는 부품수를 끊임없이 증가시키고자 하는 바램이 있다. 이를 구현하기 위하여, IC의 표면면적을 증가시는 것 및/또는 부품의 크기를 줄이는 것이 필수적이다. 투영 시스템에 대하여, 이는 더욱 더 커지는 이미지 필드내에서 더욱 더 작아지는 세부요소, 또는 선폭이 윤곽이 뚜렷하게 결상될 수 있도록 이미지 필드 및/또는 해상도 모두가 증가되어야 한다는 것을 의미한다. 이는 매우 엄격한 품질 요구조건에 부응해야만하는 투영 시스템을 필요로 한다. 이러한 투영 시스템이 아무리 주의하여 설계되고 고도로 정확하게 제작될지라도, 상기 시스템이 구면 수차, 코마, 비점수차 등의 수차를 여전히 나타낼 수 있다. 따라서, 실제로, 투영 시스템("렌즈")은 이상적인 회절-제한 시스템이 아니라 수차-제한 시스템이다. 수차는 이미지 필드내의 위치에 따라 다르며 초점, 노광 관용도 등에 영향을 미칠 뿐 아니라 이미지 필드 전반에 걸쳐 결상된 선폭의 변화를 발생시키는 중요한 원인이다. 수차는 또한 상이한 마스크 구조체 및/또는 상이한 조명 설정간의 필드종속 오버레이 에러를 유발시킨다. 수차의 영향은 리소그래피 투영 장치의 해상력을 강화시키기 위한, 위상-시프트형 마스크 또는 오프-액시스(off-axis) 조명 등의 더욱 새로운 기술의 적용으로 더욱 더 중요하게 된다.
다른 문제점는 수차가 현대식 리소그래피 투영 시스템내에서 일정치 않다는 것이다. 왜곡, 필드의 곡률, 비점수차, 코마, 구면 수차 등의 저차수 수차를 최소화하기 위하여, 상기 투영 시스템은 일반적으로 하나 이상의 가동 요소를 포함한다. 상기와 동일한 목적을 위하여 투영빔의 파장 또는 마스크 테이블의 위치는 조절가능하다. 이러한 조절 장치가 사용될 때, 다른 더 작은 수차가 유도될 수 있다. 또한, 투영빔의 강도는 가능한 커야하기 때문에, 투영 시스템의 구성요소는 노화되기 쉬워 장치의 유효수명동안에 수차가 변화될 수 있다. 또한, 예를 들어 렌즈의 가열에 의해 유발되는 가역 변화도 일시적으로 수차를 변화시킬 수 있다.
결과적으로, 수차를 신뢰성있고 정확하게 측정할 수 있어야 하는 다른 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 리소그래피 시스템의 수차를 측정하는 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은,
- 방사선 투영빔을 공급하기 위한 방사선 시스템;
- 투영빔을 소정의 패턴에 따라 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블; 및
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템으로 이루어지는 광학 결상 시스템의 수차를 측정하는 방법으로서,
투영빔을 상기 패터닝 수단으로 패터닝하는 단계를 포함하며,
상기 방사선 시스템 및/또는 상기 투영 시스템의 복수의 다른 설정에 대하여, 투영 시스템에 의해 형성되는 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계; 및
상기 복수의 설정에서 측정되는 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 결상 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 다수의 다른 설정은 상이한 수의 개구수 설정 및/또는 시그마 설정, 조명 모드 또는 텔레센트리시티(telecentricity) 모드를 포함하고; 또한, 리소그래피 시스템내에 다른 회절 효과를 생성하기 위하여, 예를 들어 하나 이상의 마스크 상에 다양한 형태 및 크기를 갖는 테스트 구조체를 사용할 수 있다. 이러한 모든 변화는 본 명세서에 사용된 "상이한 조명 설정"이란 어구의 의미 범위로 해석되어야 한다. "시그마(σ) 설정"이란 용어는 퓨필의 최대반경에 대하여 정규화되는, 방사선이 관통하여 지나가는 결상 시스템내의 퓨필에서의 빔의 강도분포의 반경범위를 나타낸다. 따라서, 1의 시그마값은 퓨필의 최대 반경과 동일한 퓨필에서의 반경을 갖는 조명 강도 분포를 나타낸다. "조명 모드"란 용어는 예를 들어 디스크형, 환형(시그마 내부 및 시그마 외부의 설정에 의해 특징지어 질 수 있는), 4중극형, 2중극형, 소프트-다중극형(극사이에 몇몇 방사선 플럭스를 포함함) 등이 될 수 있는 퓨필에서의 방사선의 공간 분포를 나타낸다. "텔레센트리시티 모드"란 용어는 예를 들어 조명 프로파일을 기울이도록 마스크의 상부에 있는 프리즘을 이용해 텔레센트릭하게 및/또는 비텔레센트리시티의 정도가 변화하게 결상 시스템을 구성하는 것을 포함한다. 이들 상이한 설정은 리소그래피 투영 장치에 용이하게 선택될 수 있다.
측정된 파라미터는 상기 이미지의 최적 초점 위치; 상기 이미지의 측면 위치; 상기 이미지의 변형; 및 상기 이미지를 리소그래피 방식으로 노광시키는 선폭 및 형상, 및 인접 구조체간의 거리 등의 다른 성질 중 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 또는 각각의 하나 이상의 측정된 파라미터의 변화가 실질적으로 최대화되도록 복수의 상이한 설정이 선택된다. 이렇게 하여, 결정된 계수(들)의 정확성이 개선될 수 있을 것이다.
바람직하게는, 결정되어질 계수의 함수로서의 상기 하나 이상의 파라미터의 변화가 제로가 아닌 반면에, 상기 계수 중 하나 이상에 의해 나타나는 수차로부터 초래되는 상기 하나 이상의 측정된 파라미터의 변화가 실질적으로 제로로 되도록 복수의 다른 설정에 선택된다. 상기 기술은 제르니케 계수 등의 다른 수차 계수가 서로 독립적으로 얻어지도록 한다.
본 발명은 또한 패터닝된 방사선빔을 방사선 감지층이 제공된 기판상으로 투영시키는 리소그래피 투영 장치로서,
- 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사선 시스템;
- 투영빔을 소정의 패턴에 따라 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
- 기판을 고정하기 위한 기판 테이블;
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템; 및
상기 방사선 시스템 및/또는 상기 투영 시스템의 복수의 상이한 조명 설정을 제공하기 위한 조명 설정 수단을 포함하여 이루어지고;
투영 시스템에 의해 형성된 투영된 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 측정 수단;
상기 측정 수단이 측정을 수행할 복수의 상이한 조명 설정을 선택하기 위한 제어 수단; 및
상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 투영 및/또는 방사선 시스템에서의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 계산하기 위한 연산 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치를 제공한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
(a) 방사선 감지 재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
(b) 방사선 시스템을 이용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
(c) 패터닝 수단을 이용하여 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 단계;
(d) 투영시스템을 이용하여 방사선 감지재료층의 타겟부상으로 패터닝된 방사선빔을 투영하는 단계로 이루어지는 디바이스 제조방법으로서,
단계(d)이전에, 상기 방사선 시스템 및/또는 상기 투영 시스템의 복수의 상이한 설정에 대하여, 상기 투영 시스템에 의해 형성된 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계;
상기 복수의 설정에서 측정된 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 투영 및/또는 방사선 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 연산하는 단계;
상기 투영 시스템에 의해 투영된 이미지의 수차를 줄이기 위하여, 상기 하나 이상의 계산된 계수에 기초한 상기 수차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 장치를 사용함에 있어 상기에서는 집적회로의 제조에 대해서 언급될 수 있으나, 이러한 장치가 다른 여러 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정 표시 패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "노광영역" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔" 같은 용어는 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm 의 파장을 갖는) 자외선(UV) 방사선 및 (예를 들어 5 - 20 nm 범위의 파장을 갖는) 극자외선(EUV) 방사선, 엑스-레이(x-ray), 전자 및 이온을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선 또는 입자 플럭스를 포괄하도록 사용된다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 특정의 실시예에 다른 리소그래피 투영 장치를 개략적으로 나타낸다. 상기 장치는,
방사선(예를 들어 UV 또는 EUV 방사선) 투영빔(PB)을 제공하기 위한 방사선 시스템(Ex, IL)(상기 특정의 경우에 있어서, 방사선 시스템은 방사선원(LA)을 포함);
마스크(MA)(예를 들어 레티클)를 고정시키기 위한 마스크 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확하게 위치시키기 위한 제 1 위치결정 수단에 연결되는 제 1 대물 테이블(마스크 테이블)(MT);
기판(W)(예를 들어 레지스트가 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 고정시키기 위한 기판 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확하게 위치시키기 위한 제 2 위치결정 수단에 연결되는 제 2 대물 테이블(기판 테이블)(WT);
기판(W)의 타겟부(C)(하나 이상의 다이를 포함)상으로 마스크(MA)의 조사된 부분을 결상시키기 위한 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들어 굴절 또는 카타디옵트릭 시스템 또는 미러 그룹)으로 구성된다.
도시된 바와 같이 상기 장치는 투과형이다(즉, 투과 마스크를 구비함). 그러나, 일반적으로, 예를 들어 (반사 마스크를 갖는) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형태의 프로그램가능한 미러 어레이 등의 다른 유형의 패터닝 수단을 채용할 수 있다.
방사선원(LA)(예를 들면, Hg 램프 또는 엑시머 레이저)은 방사선 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 또는 예를 들어 빔 익스펜더(beam expander)(Ex) 등의 컨디셔닝 수단(conditioning means)을 통과한 후에 조명 시스템(일루미네이터)(IL)내로 공급된다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔 강도 분포의 σ-외부값 및 σ-내부값을 설정하기 위한 조절 수단(AM)을 포함할 수 있다. 또한, 이것은 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO) 등의 다양한 구성요소를 포함할 것이다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)상에 부딪치는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성 및 강도 분포를 가진다.
도 1과 관련하여, 상기 방사선원(LA)은 리소그래피 투영 장치의 하우징내에 존재(예를 들면, 방사선원(LA)이 수은 램프일 경우)할 수 있으나, 리소그래피 투영 장치에서 떨어져 존재하여 그것이 생성한 빔이 (예를 들면, 소정의 유도 미러의 도움으로)장치내로 유도되도록 할 수 있다; 후자는 대부분 방사선원(LA)이 엑시머 레이저일 경우이다. 본 발명 및 청구항은 상기 시나리오 모두를 포괄한다.
그 다음 빔(PB)은 마스크 테이블(MT)상에 고정되는 마스크(MA)를 거친다. 마스크(MA)를 통과한 후에, 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하고 기판(W)의 타겟부(C)상으로 빔(PB)를 포커싱한다. 제 2 위치결정 수단(간섭계 측정수단(IF))의 도움으로, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 서로 다른 타겟부(C)를 위치시키기 위하여 기판 테이블(WT)이 정확하게 움직이게 될 수 있다. 유사하게는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후 또는 스캐닝 하는 동안, 제 1 위치결정 수단이 빔(PB)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확하게 위치시키는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 도 1에 분명히 도시되진 않았지만, 장행정 모듈(long-stroke module)(대략적 위치결정) 및 단행정 모듈(short-stroke module)(미세 위치결정)에 의하여 대물 테이블(MT, WT)의 이동이 실현된다. 그러나, 웨이퍼 스테퍼(스텝 앤 스캔 장치와 대조적인)의 경우에 있어서, 마스크 테이블(MT)은 단행정 엑추에이터에 연결되거나 또는 고정될 수 있다.
도시된 장치는 두 가지 다른 모드로 이용될 수 있다.
1. 스텝 모드에 있어서, 마스크 테이블(MT)이 기본적으로 정지상태로 유지되고, 전체 마스크 이미지가 타겟부(C)상으로 한번에(즉, 단일 "플래쉬"로) 투영된다. 그 다음에 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의해 조사될 수 있도록 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 시프트된다;
2. 스캔 모드에 있어서, 주어진 타겟부(C)가 단일 "플래쉬"로 노광되지 않는다는 것만 제외하고는 본질적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 대신에, 마스크 테이블(MT)이 ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 Y 방향)으로 이동가능하여 투영 빔(PB)이 마스크 이미지전체를 스캐닝하도록 한다. 동시에, 기판 테이블(WT)은 V = Mν의 속도로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 이동하는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상적으로 M = 1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 큰 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 투영 렌즈의 수차가 특히 고려된다. 투영 렌즈 파면 수차는 각도 형태에 따라 급수로서 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112001003803920-pat00001
이 때, r 및 θ는 각각 반경 및 각 좌표이며(r은 정규화되었음), m 은 m 번째 수차 기여도를 나타내는 표시이다. R 및 R'은 r 의 함수이다.
수차는 또한 다음과 같이 제르니케 전개식으로 표현될 수 있다.
Figure 112001003803920-pat00002
이 때, 각 Z는 제르니케 계수이며, 각 f는 대응하는 제르니케 다항식이다. 함수 f는 r 의 다항식과 sin mθ 또는 cos mθ 의 다항식과의 곱의 형태를 취한다. 예를 들면, 수차 m=1은 Z7, Z8, Z14, Z15, Z23, Z24, Z34, Z35 등의 제르니케 급수로 표현될 수 있으며, 예를 들면, Z7 계수에 관한 함수(상기 표시에서의 f7(r, θ))는 다음과 같다.
Figure 112001003803920-pat00003
저차수 수차에 대한 제르니케 전개는 도 2에 제시된 표로 요약된다.
구면 수차의 하나의 효과는 z 방향으로 최적 초점의 위치를 시프트하는 것이며, 이는 본 실시예에서 Z9 및 Z16을 결정하는데 이용된다. 우선, 광학 리소그래피를 시뮬레이션하고 모델링하기 위하여 독일의 Sigma-C GmbH사에 의해 공급되는 상업용 소프트웨어 패키지인 "Solid C"로 알려진 프로그램같은 공지의 계산법을 사용하여 최적-초점 위치에서의 이론적인 시프트가 계산된다. "Prolith"로 알려진 다른 알맞는 소프트웨어 패키지가 대신 사용될 수도 있다. 도 3a 및 도 3b는 2 개의 다른 리소그래피 투영 장치에 대한 계산 결과를 나타낸 표이다. 첫번째 2 개의 열은 이미지측의 개구수(NA)에 관한 조명 모드의 설정 및 시그마(σ) 설정을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b의 표에서 사용된 조명 모드는 환상 조명 모드이며, 시그마 열의 2개의 값은 각 환형의 내측반경 및 외측반경이며; 두 값의 차이는 퓨필의 최대 반경의 비로서 환형의 폭을 나타낸다. 종종 시그마 내부값은 시그마 외부값에 뒤따르며, 때로는 그 반대로도 된다; 시그마 값의 순서는 중요하지 않다. 퓨필에서의 빔의 반경방향의 위치의 범위는 기판상으로의 투영 빔의 입사각의 범위에 관련된다.
도 3a 및 도 3b에서의 제 3 및 제 4 열은 소정의 데이터에 관련하여 계산된 최적-초점 위치를 ㎚단위로 나타낸다. 제 3 열은 렌즈가 1㎚의 제르니케 계수 Z9에 해당하는 수차를 가지며 다른 제르니케 계수는 0로 가정하여 계산된다. 제 4 열은 1㎚의 제르니케 계수 Z16에 의한 수차를 가지는 것을 제외하고는 동일한 상황이며, 다른 모든 제르니케 계수는 0인 상황이다. 제 3 및 제 4 열에서의 값(BFZ9=1㎚ 및 BFZ16=1㎚)은 각각의 제르니케 계수의 함수로서의 최적-초점 위치의 그래디언트(gradients) 또는 편미분이며, 즉, Z19에 대해서 대응하는 관계를 가지고 Z9에서 1nm의 작은 변화에 대한 근사에서
Figure 112001003803920-pat00004
이다.
다음으로, 최적-초점 위치는 동일한 6 개의 다른 조명 설정으로 도 3의 표의 각각에서처럼 실제 리소그래피 투영 장치를 이용하여 측정된다. 최적-초점 위치는 예를 들면 위치가 디포커스(defocus)로부터, 포커스(focus)를 통과하고 디포커스상으로 이동됨에 따라 콘트라스트-대-위치 곡선에 어울리는 6차 다항식의 최대값으로 정의된 최대 콘트라스트를 가지는 z-위치이다. 최적-초점은 "FOCAL"(아래에 기술됨) 등의 공지의 기술을 이용하여 실험적으로 결정될 수 있으며, 대안적으로, 예를 들어, 투과 이미지 센서(TIS)(아래에 기술됨), 또는 오버레이 현미경 또는 상용 초점 모니터를 이용하여 에어리얼 이미지를 직접 측정할 수 있다.
FOCAL은 FOcus Calibration by using ALignment의 약자이다. 이는 리소그래피 장치의 정렬 시스템을 이용하여 초점면에 대한 정보를 완벽하게 결정하는 최적-초점 측정 기법이다. 비대칭으로 분할된 특수한 정렬 마크는 레지스트 코팅된 웨이퍼상으로 초점을 통하여 결상된다. 상기 결상된 마크(잠재된 또는 현상된)의 위치는 상기 정렬 시스템에 의해 측정될 수 있다. 비대칭 분할때문에, 정렬 시스템에 의해 측정된 위치는 노광시 사용되는 디포커스에 의존할 것이며, 이에 따라 최적-초점 위치가 결정된다. 전 이미지 영역에 걸쳐 상기 마크를 분배하고, 분할을 위한 상이한 배향을 이용함으로써, 몇몇 구조적 배향에 대한 완전한 초점면이 측정될 수 있다. 이러한 기술은 본 명세서에 참조로 포함된 미합중국 특허 제 5,674,650에 좀더 자세히 기술되었다.
하나 이상의 투과 이미지 센서(들)(TIS)는 투영 렌즈하에서, 투영된 이미지의 측방 위치 및 최적 초점 위치(즉, 수직 또는 수평 위치)를 결정하는데 이용될 수 있다. 투과 이미지 센서(TIS)는 기판 테이블(WT)에 관련된 물리적 기준표면내로 삽입된다. 소정의 실시예에 있어서, 두개의 센서는 웨이퍼(W)에 의해 덮히는 영역 바깥쪽으로 대각선으로 대향하는 위치에 기판 테이블(WT)의 상부표면에 장착된 기준판상에 장착된다. 기준판은 예를 들어 인바(Invar) 등의 매우 낮은 열팽창계수를 가지는 안정성이 높은 재료로 만들어지며, 정렬 처리중에 다른 기준으로 이용되는 마크를 가질 수 있는 평탄한 반사형 상부표면을 구비한다. 상기 TIS는 투영 렌즈에 의해 투영되는 마스크상의 TIS 패턴의 에어리얼 이미지의 수직(및 수평) 위치를 직접 결정하는데 사용된다. 이는 노광 처리에 이용되는 방사선에 민감한 광검출기가 그 뒤에 가깝게 위치되는 반사 표면내의 어퍼처를 포함한다. 초점면의 위치를 결정하기 위하여, 투영 렌즈는 마스크(MA)상에 제공되고 대비되는 밝고 어두운 영역을 가지는 패턴의 이미지를 공간내로 투영한다. 그 다음 TIS의 어퍼처가 에어리얼 이미지가 존재할 것으로 예상되는 공간을 관통하여 지나가도록 기판 스테이지는 수평(하나 또는 바람직하게는 두개의 방향으로) 및 수직으로 스캐닝된다. TIS 어퍼처가 TIS 패턴의 이미지의 밝고 어두운 영역을 관통하여 지나감에 따라, 광검출기의 출력이 변동할 것이다(므와르 효과). 광검출기 출력의 진폭의 변화율이 최대인 수직 레벨은 TIS 패턴의 이미지가 가장 큰 콘트라스트를 가지는 레벨을 나타내기 때문에 최적 초점면을 의미한다. 변화율이 가장 큰 수평 레벨은 에어리얼 이미지의 측면 위치를 나타낸다. 이러한 종류의 TIS의 예시는 미합중국 특허 제 4,540,277에 좀더 자세히 기술된다. 레지스트의 노광을 개입시키지 않는 직접 측정 기술이기 때문에 TIS의 장점은 견고하고 속도가 빠르다는 것이다.
본 발명의 실시예가 다수의 다른 조명 설정에서 FOCAL 기술을 이용하여 이미지의 파라미터(이 경우에서는 최적-초점 위치)를 측정하는 경우에 있어서, 이는 Focal At Multiple Illumination Setting을 의미하는 약자 FAMIS로도 나타낼 것이다.
그 다음, 투영 렌즈 시스템의 실제 제르니케 계수는 소정의 중요한 제르니케 계수에 기인한 수차로부터의 최적-초점 위치에 일차 보정을 하는 다음과 같은 관계를 이용하여 추출될 것이다.
Figure 112001003803920-pat00005
이 때, BFmeas은 NA 및 σ의 함수로서 측정된 경험적인 최적-초점 위치이다.
계수 b 및 c는 제르니케 계수 Z9 및 Z16으로 각각 부르며; 계수 a는 Z4와 관계있으며, 본 명세서에서는 실질적으로 상수로 간주될 수 있다. 결과적으로, 상기 관계는 다음과 같은 방정식으로 다시 나타낼 수 있다.
Figure 112001003803920-pat00006
상기 방정식은 필요시 고려될 수 있지만 Z9 및 Z16 등을 모두 포함하는 교차항, 고차수 보정을 무시한 근사식이다.
상기 방정식은 각각의 조명 설정(NA 및 σ값), 도 3a 및 도 3b 각각에서의 데이터에 대한 전체 6 개의 방정식에 대하여 얻어진다. 이러한 6 개의 연립 방정식으로부터, 3 개의 미지수인 const, Z9, Z16가 도출될 것이다. 미지수보다 더 많은 방정식이 존재하므로, 방정식의 해는 과잉 결정된다. 다중 회귀(multiple regression) 또는 최소-제곱 근사(least-square fit)가 제르니케 계수의 최적의 값을 결정하는데 이용될 수 있다. 행렬 표기에 있어서, 연립 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112001003803920-pat00007
상기 행렬의 첫번째 두 열은 도 3a 및 도 3b에서의 표의 제 3 및 제 4 열이며 문제의 고유벡터이다.
이를 좀더 간결하게 표기하면 다음과 같다.
Figure 112001003803920-pat00008
따라서, 제르니케 계수는 다음과 같이 산출된다.
Figure 112001003803920-pat00009
제르니케 계수 Z9 및 Z16은 이러한 방식으로 산출될 수 있다. 그 (절대)값이 마이크로 리소그래퍼에 중요할 뿐아니라, 그것들이 최적-초점 위치상(및 특히, 제 2 실시예에 참조로 기술될 바와 같이 다른 제르니케 계수의 경우에서, 측면 시프트 또는 오버레이 에러상)에 가지는 효과는 다른 조명 설정에서 결상시스템에 적절한 보정이 행해지도록 할 수 있다. 도 4는 실제로 측정된 최적-초점 위치 및 본 발명의 본 실시예에 의해 결정된 Z9 및 Z16에 기초하여 계산된 최적-초점 위치와의 상관 플롯을 나타낸 것이다. 각각의 사각형은 장치의 상이한 조명 설정을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 피팅된 선(fitted line)으로부터의 최대 초점 편차가 언제나 10 ㎚이하인, 우수한 상관관계이다. 상관 계수 R2 = 0.972( R2 = 0 는 아무 상관관계가 없음을 나타내며 R2 = 1 은 완벽한 상관관계를 나타낸다).
또한, 도 5a 및 도 5b에 의해 본 발명의 기술의 유용성이 확인된다. 도 5a 및 도 5b는 각각 SIF(Shearing InterFerometry)로서 아래에 언급되는 기술을 이용하여 렌즈 제조업자에 의해 독립적으로 측정되는 Z9값과 대조하여 본 발명의 본 실시예(FAMIS)에 따라 측정되는 Z9 및 Z16값을 플롯한다. SIF는 렌즈 제조업자에 의해 개발된 스루더렌즈(through-the-lens)(TTL) 간섭계 기술이다. 각 사각형은 스텝 앤드 스캔 장치에서의 결상 시스템의 슬릿을 따른 소정의 x 위치에서의 측정치를 나타내며 각 그래프는 가장 근사화된 직선을 나타낸다. 0.86 및 0.83 의 상관 계수(R2)를 가지는 최상의 상관관계이다. 측정 기술의 정밀성에 관련될 수 있는 적합선으로부터의 최대 편차는 대략 1 ㎚ 제르니케이다. 이는 렌즈 시스템이 제조될 때 갖는 허용오차를 훨씬 밑돈다. 본 발명의 상기 기술은 리소그래피 투영 장치에서 제 위치의 결상 시스템으로 수행될 수 있는 장점을 가진다.
도 6a 및 도 6b는 x 방향 즉, 상술된 스캔 모드에 사용된 장치에서 스캔 방향에 수직인 방향으로의 위치 함수로서 측정된 제르니케 계수 Z9 및 Z16의 플롯을 나타낸다. 수차 데이터는 스텝 앤드 스캔 시스템상에서 측정되었지만, 스텝 모드에서 사용된다. 수차 데이터는 (슬릿을 따라)각 x-위치에 대하여 그려지지만, 스캔 방향(y-방향)을 따라 균등하게 분배되어, 계수는 Z9 및 Z16의 적분값으로 나타낸다. 각 그래프는 상기 FAMIS 기술에 의해 측정된 것과 그리고 SIF 기술에 의해 독립적으로 측정된 제르니케 계수의 플롯을 나타낸다. 도 6a의 그래프는 Z9 계수의 플롯이며 도 6b의 그래프는 Z16 계수의 플롯이다. 이들 플롯들 또한 두 개의 측정 기술사이의 바람직한 상관관계를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b의 상관 플롯은 상기 x-위치에 대하여, 도 6a 및 도 6b의 그래프의 데이터에 각각 해당한다.
도 7은 본 발명의 FAMIS 기술 및 SIF를 이용한 Z12 제르니케 계수의 측정 결과를 나타낸다. Z12(비점수차의 존재에 관련됨:도 2 참조)는 Z9 및 Z16에서와 동일한 방식으로 본 발명을 이용하여 계산될 수 있으며, 이는 예를 들어 1 ㎚의 Z12 계수에 의한 수차의 고정된 량에 대한 비점수차 값의 변동(x-지향선 및 y-지향선사이의 최적-초점 위치에서의 차이)을 계산하는 것이다. 실제 비점수차값은 동일한 조명 설정에서 측정되며, 일련의 연립 방정식은 Z12에 대하여 형성되고 풀린다.
본 발명의 제 1 실시예의 FAMIS 기술은 도 3 내지 도 6에서와 같은 구면 수차 및 도 7에서와 같은 비점수차 등의 짝수 수차(즉, 도 2에 도시된 m = 0 또는 짝수인 정수를 가지는 수차)에 대응하는 제르니케 계수를 산출하는데 이용될 수 있는데, 이는 이러한 수차가 최적-초점 위치에 영향을 미치기 때문이다. 홀수 수차는 아래의 제 2 실시예에서 논의될 것이다.
측정의 정확성을 증가시키기 위하여 좀더 세밀한 고안이 채용될 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 NA의 함수로서 계산된 최적-초점 위치(BF)(연립방정식으로부터) 및 조명 설정의 외부 시그마값을 나타내는 등고선 그래프인데, 그 결과 수차는 제르니케 계수 Z9 및 Z16(도 8a 및 도 8b에 각각 도시된)로 표시된다. 각 경우에 있어서 각각의 제르니케 계수의 값은 10㎚로 설정된다. 최적-초점 위치에서 최대 변위를 초래하는 다른 조명 설정의 범위를 선택함으로써, 해당 제르니케 계수가 좀더 정확하게 유도될 것이다.
예를 들면, 도 8a에서, 일련의 측정이 NA = 0.5를 가지지만, 다른 외부 시그마 설정에서 수행된다면, 최적-초점 위치에서 매우 적은 변동이 측정될 수 있을 것이며, 결과적으로 Z9는 상대적으로 오직 낮은 정확성을 갖고 측정될 수 있다. 반대로, NA는 0.5 ~ 0.7의 범위를 가지지만 0.7의 고정된 외부 시그마 설정에서의 일련의 측정은 최적-초점 위치에서의 큰 변동 및 Z9의 좀더 정확한 결정을 가져올 것이다. 하나의 기술은 도 8a의 플롯에서 등고선에 실질적으로 수직인 선을 형성하는 조명 설정의 범위에서 일련의 측정을 실시하는 것이다. 도 8b에서의 등고선 플롯으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이 동일한 고려사항이 Z16을 결정하는데 적용되며, 다른 조명 설정의 범위는 Z16의 결정을 최적화한다. Z9 및 Z16의 결정을 동시에 최적화하기 위하여, 조명 설정의 범위는 Z9 및 Z16의 함수로서 최적-초점 위치의 변동에 걸쳐야 한다.
서로 독립적으로 소정의 제르니케 계수를 결정하기 위하여 바람직하다면 본 발명에 따른 상기 기술은 강화될 수 있다. 예를 들어, 도 8a의 그래프의 등고선을 따르는 일련의 조명 설정에서의 측정을 실시함으로써, Z9 수차에 의해 최적-초점 위치에서 실질적으로 아무런 변동이 야기되지 않을 것이며, 따라서 실질적으로 모든 최적-초점 위치 변동이 Z16(또는 다른) 제르니케 계수에 따를 것이다. 이러한 방식에 있어서, Z16은 Z9과 독립적으로 결정될 수 있다. 그 반대도 적용되며, Z9는 도 8b의 등고선에 대응하는 조명 설정에서 측정을 실시함으로써 Z16과 독립적으로 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예를 좀더 고려하면, 가장 정확한 최적-초점 위치를 결정하는 FOCAL 기술에 대하여, 바람직하게는 콘트라스트가 가능한 높아야 한다. 콘트라스트는 조명 시스템의 NA 및 외부 시그마 값의 함수로서 도 9에 도시된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 콘트라스트는 높은 NA 설정 및 낮은 외부 시그마 설정에서 최대가 된다.
측정될 파라미터는 결상될 구조, 예를 들면 구조의 형태 및 크기(예를 들어 격리선 및 짙은선, 격리 공간, 접촉공 등)를 최적화함으로써 또한 예를 들면 바이너리형 마스크, 감쇠형 마스크 및 교번위상-시프트형 마스크의 마스크 유형의 선택에 의하여 최대화될 수 있다.
제 2 실시예
본 발명은 홀수 수차에 대한 제르니케 계수를 산출하는 데에 이용될 수도 있다. 본 실시예는 특히 제르니케 계수 Z7을 참조로 기술될 것이지만, m(도 2에 도시됨)의 홀수값을 갖는 수차에 해당하는 다른 제르니케 계수에 동일하게 적용될 수 있다. 홀수 수차로 인하여 이미지의 측방향 시프트가 발생한다.
도 10은 8 개의 상이한 환상 조명 설정에서 x-방향으로의 계산된 측방향 시프트(x-시프트, dX 또는 ΔX로도 지칭)의 표를 나타내며; NA 및 시그마의 설정은 도 3에서와 같이 주어진다. dX값은 1 ㎚의 제르니케 계수 Z7에 기인한 수차에 기초하여 계산된다.
다음 계산은 x-시프트를 유발하는 다음 고차수 제르니케 계수, 즉 Z14(도 2 참조)에 기인한 해당 시프트를 제시할 수 있다.
아래에 "DISTO"(아래에 기술됨)로 언급된 왜곡 측정 기술을 이용한 실제 리소그래피 투영 장치에서 이미지 위치에서의 측방향 시프트가 측정될 수 있으며; 대안적으로, 에어리얼 이미지의 위치를 예를 들면, 투과 이미지 센서(TIS)(상술됨) 또는 제 1 실시예와 연결하여 언급된 다른 기술을 이용하여 직접 측정할 수 있다.
DISTO는 이미지 평면(x,y 평면)의 측방향 위치 에러를 찾아내는 기술이다. 수평 및 수직 동일 선/공간(예를 들어, 결상된 마크에 대해 선폭이 8㎛인)으로 구성되는 표준 정렬 마크는 레지스트가 코팅된 웨이퍼상으로 결상된다. 이러한 (잠재적인 또는 현상된) 결상된 마크의 위치는 리소그래피 장치의 정렬 시스템에 의해 측정될 수 있다. 예상 위치에 대한 편차가 왜곡이다. 전체 이미지 영역에 걸쳐 마크를 분배함으로써, 완전한 이미지 영역 왜곡이 측정될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예가 다중 조명 설정에서 DISTO 기술을 이용하는 경우, 이것은 Disto At Multiple Illumination Settings의 약자인 "DAMIS"로 언급될 것이다.
그 다음, Z7 및 Z14의 값은 0이 아닌 제르니케 계수 Z7 및 Z14에 의한 X-코마에 의해 유발되는 x-위치에서의 측정된 시프트에 1 차 보정을 하는 다음 관계로부터 결정될 수 있다.
Figure 112001003803920-pat00010
이 때, 상수 b 및 c는 각각 제르니케 계수 Z7 및 Z14이며, 제 1 실시예에서 Z9 및 Z16을 참조로 상술한 바와 같이 동일 행렬 조작 및 다중 회귀 또는 최소 제곱 근사법을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 항 a 는 Z2에 관련된 것이며, 실질적으로 상수이다.
도 11은 실험적으로 측정된 X-시프트(㎚단위로 세로축을 따라 플롯됨) 및 1 ㎚의 제르니케 계수 Z7에 의해 유발되는 계산된 시프트(㎚단위로 가로축을 따라 플롯됨)사이의 상관관계 플롯을 나타낸다. 플롯된 지점 및 계산된 시프트는 도 10의 표에서의 조명 설정에 해당한다. 최적선(line of best-fit)의 그레디언트는 상기 장치에 대하여 Z7의 산출된 값을 제시하는데, 이러한 특정의 예시에서 Z7이 대략 7㎚이다.
도 12a 및 도 12b는 도 8a 및 도 8b에서와 유사한 조명 모드 평면에서의 x-위치에서의 시프트 dX를 나타내는 등고선 그래프이다. 여기서, 조명 설정은 (시그마 외부)-(시그마 내부)=0.3의 고리폭을 가지는 환형이다. 또한, 측정을 실시하기 위한 조명 설정의 적절한 선택에 의해서, Z7 또는 Z14 각각의 결정의 정확성은 향상될 수 있거나 또는 Z7 및 Z14중 하나 또는 다른것에 기인한 변동은 감소되거나 또는 제거될 수 있어 도 8을 참조하여 Z9 및 Z16에 대하여 상술된 바와 같이, 다른 계수의 기여도로부터의 수차에의 그 기여도를 분리시킨다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 2 실시예의 기술의 다른 증명을 제시한다. 상기 도면은 노광 슬릿에 따른 x-위치의 함수로서 Z7(X-코마) 및 Z8(Y-코마)의 플롯을 나타낸다. 각 제르니케 계수의 값은 본 발명에 의해 얻어지거나 SIF를 이용해 독립적으로 측정된대로 플롯되었다. 상관관계는 역시 좋다.
도 13a의 값사이의 불일치는 슬릿을 따라 x-위치를 가지는 Z7에서의 변동을 제시하는 기울기 보정에 의해 거의 일치시킬 수 있다. 슬릿을 따라 x-위치로의 단위 ㎜당 0.39 ㎚로 보정되는 Z7의 DAMIS 측정인 것을 제외하고는, 도 14는 도 13a에서와 동일 데이터를 플롯한다. 상기 보정은 적당히 선택된 파장 시프트에 의해 얻어진다. 본 발명의 유용성의 설명에 의하면, 본 발명에 따라 측정된 도 13(a)의 Z7 값으로 나타낸 투영 시스템에서의 전체 코마 수차는, (약간 더 긴)파장 시프트에 의해 보정될 수 있다.
상술된 실시예에 있어서, 다른 조명 설정에 대한 시뮬레이션을 이용한 최적-초점 위치 또는 x-위치 또는 y-위치에서의 예상 시프트를 계산한 다음, 그들 조명설정에서의 실제 시프트를 측정하는 작업 과정임에도 불구하고, 소정의 조명 설정에서 먼저 측정을 실시한 다음에 측정이 실시된 실제 조명 설정에서의 시뮬레이션을 이용하여 소정의 양을 계산하는 것이 당연히 좀더 실용적일 수 있다. 바람직하게는, 노광의 다른 모든 파라미터가 변경되지 않는 것을 제외하고는, 테스트 노광 과정은 각각 다른 NA 및 시그마 설정을 가지고 순차적으로 이루어진다.
기기 드리프트의 효과에 대하여 보정하기 위하여, 제 1 조명 설정을 이용한 측정이 마지막으로 반복될 수 있으며, 개입되는 측정 과정의 다른 조명 설정들사이에 한번 이상 여러번 반복될 수 있다.
웨이퍼상에 테스트 노광을 실시할 때, "마이크로-스텝핑" 또는 "다이-인-다이" 노광으로 알려진 기술을 채용하는 것이 유리한데, 이는 웨이퍼의 동일 부분이 모든 조명 설정에 대하여 사용되어, 모든 노광은 실질적으로 동일한 레지스트 처리 및 계측 에러(metrology error)가 실질적으로 일치하게 되고, 따라서 테스트의 재현성이 증가되기 때문이다.
상기 실시예에서는 제르니케 다항식에 관해서 렌즈 수차를 기술하였지만, 이는 파면 수차를 기술하는데 이용될 수 있는 수많은 가능한 함수 구성중 겨우 하나이며, 본 발명은 다른 제르니케 계수가 아닌 파라미터의 형태로 수차를 측정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 대한 특정 실시예가 상술되었으나, 본 발명은 앞서의 설명과 다르게도 실시되어 질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 본 명세서가 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 특히 본 발명이 리소그래피 장치의 투영 시스템에 사용될 수 있으며 다른 임의의 형태의 결상 시스템내의 수차가 서로 독립적으로 안정되고 정확하게 측정될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
투영 시스템의 수차를 측정하는 개선된 방법 및 장치를 제공하여 리소그래피 투영 장치의 해상력을 강화시킬 수 있으며, IC의 집적도를 높일 수 있다.

Claims (18)

  1. - 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사선 시스템;
    - 상기 투영빔을 원하는 패턴에 따라 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
    - 기판을 고정하기 위한 기판 테이블; 및
    - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템으로 이루어지는 광학 결상 시스템의 수차를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 투영빔을 상기 패터닝 수단으로 패터닝하는 단계를 포함하고,
    상기 결상 시스템 내의 퓨필 평면에서 퓨필을 채우는 상이한 설정들을 포함하는, 상기 방사선 시스템, 상기 투영 시스템, 또는 상기 방사선 시스템 및 상기 투영 시스템의 복수의 상이한 설정에 대하여, 상기 투영 시스템에 의해 형성되는 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 설정에서 측정되는 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 결상 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 계산하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 설정이 상이한 개구수 설정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 설정이 디스크형, 환형, 4중극형, 2중극형 및 소프트-다중극형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 상이한 조명 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 설정이 텔레센트릭 및 비텔레센트릭 조명 설정, 또는 복수의 비텔레센트릭 조명 설정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터가 상기 이미지의 최적 초점의 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터가 상기 이미지의 측면 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 설정이 상기 하나 이상의 측정된 파라미터 또는 상기 하나 이상의 파라미터 각각에서의 변동이 실질적으로 최대가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 설정이 소정 계수의 함수로서 상기 하나 이상의 파라미터에서의 변동이 0 이 아닌 반면, 상기 계수의 하나 이상에 의해 나타나는 수차로 인한 상기 하나 이상의 측정된 파라미터에서의 변동이 실질적으로 0 이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 조명 설정의 각각에 대하여, 상기 하나 이상의 계수에서의 작은 변동의 함수로서 각 측정된 파라미터의 이론적인 변동을 계산하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 계수가 한 세트의 연립 방정식의 다중 회귀 또는 최소 제곱 근사에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 계수가 제르니케 계수인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 패터닝된 방사선빔을 방사선 감지층이 제공되는 기판상으로 투영시키는 리소그래피 투영 장치로서,
    - 방사선 투영빔을 제공하기 위한 방사선 시스템;
    - 상기 투영빔을 원하는 패턴에 따라 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하기 위한 지지 구조체;
    - 기판을 고정하기 위한 기판 테이블;
    - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템; 및
    상기 방사선 시스템, 상기 투영 시스템, 또는 상기 방사선 시스템 및 상기 투영 시스템의 복수의 상이한 조명 설정을 제공하기 위한 조명 설정 수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 투영 시스템에 의해 형성된 투영된 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 측정 수단;
    상기 측정 수단이 측정을 수행하는, 퓨필 평면에서 퓨필을 채우는 상이한 설정들을 포함하는 복수의 상이한 조명 설정을 선택하기 위한 제어 수단; 및
    상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 투영 시스템, 상기 방사선 시스템, 또는 상기 투영 시스템 및 상기 방사선 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 계산하기 위한 연산 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 마스크를 고정하기 위한 마스크 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 방사선 시스템은 방사선원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영 장치.
  16. (a) 방사선 감지 재료층에 의해 부분적 또는 전체적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
    (b) 방사선 시스템을 이용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
    (c) 패터닝 수단을 이용하여 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 단계;
    (d) 투영시스템을 이용하여 상기 방사선 감지 재료층의 타겟부상으로 상기 패터닝된 방사선빔을 투영하는 단계를 포함하는, 리소그래피 투영 장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    단계 (d) 이전에, 상기 결상 시스템 내의 퓨필 평면에서 퓨필을 채우는 상이한 설정들을 포함하는, 상기 방사선 시스템, 상기 투영 시스템, 또는 상기 방사선 시스템 및 상기 투영 시스템의 복수의 상이한 설정에 대하여, 상기 투영 시스템에 의해 형성된 이미지의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 복수의 설정에서 측정된 상기 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 상기 투영 시스템, 상기 방사선 시스템, 또는 상기 투영 시스템 및 상기 방사선 시스템의 수차를 나타내는 하나 이상의 계수를 연산하는 단계;
    상기 하나 이상의 계산된 계수에 기초하여 상기 수차를 보정하여 상기 투영 시스템에 의해 투영된 상기 이미지의 수차를 줄이는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보정 단계는 상이한 조명 설정사이에서 변경될 때 상기 이미지의 측방향 초점 위치, 최적-초점 위치, 또는 측방향 초점 위치 및 최적-초점 위치의 변경에 대하여 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
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