KR100657647B1 - 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법, 마스크 및 마스크및/또는 펠리클을 특성화하는 방법 - Google Patents
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Abstract
두꺼운 펠리클은 비평탄한 형상을 가지도록 허용 되며, 그 형상은 펠리클의 광학 영향을 보정하기 위해 노광시에 적용되는 보정값들을 계산하도록 특성화된다. 펠리클은, 보상을 보다 용이하게 하기 위해서 중력의 영향하에서 1차원 형상을 채택하도록 장착될 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 도시하는 도면;
도 2는 마스크 및 펠리클을 도시하는 도면;
도 3은 경사진 펠리클로 인한 겉보기 마스크 위치의 변위를 도시하는 도면;
도 4는 비균일한 펠리클로 인하여 예상되는 평균 원래 왜곡(average raw distortion)의 도면;
도 5는 비균일한 펠리클로 인하여 측정된 평균 원래 왜곡의 도면;
도 6은 2개의 평행한 에지에 고정된 펠리클에 대하여 중력하에서의 펠리클 형상을 나타내는 도면;
도 7은 도 6의 펠리클의 위치를 갖는 벤딩 양(bending amount) 및 각도를 나타내는 그래프;
도 8은 0°의 각도로 2개의 에지에 고정된 펠리클에 대하여 중력하에서의 펠리클 형상을 나타내는 도면;
도 9는 도 8의 펠리클의 위치를 갖는 벤딩 양 및 각도를 나타내는 그래프;
도 10은 임의의 각도로 2개의 에지에 고정된 펠리클에 대하여 중력하에서의 펠리클 형상을 나타내는 도면;
도 11은 최적의 각도로 고정된 펠리클의 위치를 갖는 벤딩 양 및 각도를 나타내는 그래프;
도 12는 본 발명의 일례가 적용된 펠리클에 의해 유도된 평균 원래 왜곡의 그래프;
도 13은 본 발명의 예시에서 보정값으로서 적용된 평균 원래 왜곡의 그래프; 및
도 14는 상기 보정값이 적용된 후의 본 발명의 예시에서 순수(net) 평균 원래 왜곡을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 리소그래피 장치를 이용하는 디바이스제조방법에 관한 것이다.
리소그래피장치는 기판의 타겟부상에 필요한 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피장치는, 예를 들어, 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 마스크와 같은 패터닝수단이 IC의 개별층에 대응하는 회로패턴을 생성하도록 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 가지는 기판(예를 들어, 실리콘웨이퍼)상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접 한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피장치는, 한번에 하나씩 타겟부상의 전체패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스테퍼, 및 투영빔을 통하여 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반평행한 방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다.
펠리클은, 리소그래피에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 크롬 측면에 프레임에 의하여 부착되는 얇고 투명한 필름이다. 펠리클 및 그 프레임은 마스크의 크롬 주위의 공간을 먼지 입자들이 없게 유지시킨다. 이 방식으로, 마스크 주위의 여하한의 입자들이 최적의 대물 평면(best object plane)으로부터 제거됨에 따라 초점이 맞지 않게 이미징될 것이며 결함들을 생기게 하지 않을 것이다. 하지만, 표준 펠리클 물질, 즉 폴리머 필름은 157㎚ 방사선이 노광방사선으로서 사용되는 경우에 사용될 수 없다. 폴리머 필름은 상기 파장에 대해 투명하지 않으며 상기 노광방사선은 펠리클의 광학 특성을 저하시킬 것이다.
그러므로, 157㎚ 방사선에 적절한 새로운 펠리클 물질이 모색되어 왔다. 지금까지 찾아낸 최적의 해결책은 플루오르가 도핑된 쿼츠(flourine-doped quartz)를 사용하는 것이다. 이는 무기물질이다. 상기 쿼츠를 펠리클로서 사용하기 위해서, 펠리클 두께는 실질적으로, 예를 들어 800㎛로 증가되어야 한다. 펠리클 재료는 주위 가스와는 상이한 굴절률을 가지기 때문에, 이러한 두꺼운 펠리클은 무시될 수 없는 이미징 영향(imaging effect)을 유발한다.
주요 영향은 관찰된 대물 평면의 시프트(observed object plane shift)이다. 펠리클 뒤에서는, 물체가 실제 있는 것보다 가깝게 보인다. 굴절률이 1.5인 800㎛ 두께의 펠리클의 경우 관찰된 대물 평면의 시프트는 약 280㎛이다. 물체가 투영시스템을 향하여 이동한 것처럼 보이기 때문에, 이는 투영 렌즈로부터 마스크 스테이지를 약 280㎛만큼 이동시켜 보정될 수 있다. 하지만, 펠리클의 평탄성 또는 두께의 있어서의 편차는 이미징에 바람직하지 않은 여타의 수차들을 도입할 것이다.
본 발명의 목적은, 두꺼운 펠리클의 영향이 보상될 수 있거나 개선될 수 있는 리소그래피 투영장치 및 디바이스 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
방사선의 투영빔을 공급하는 조명시스템;
필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 디바이스를 지지하는 지지구조체;
기판을 유지하는 기판테이블;
상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및
상기 패터닝 디바이스와 상기 기판 사이의 상기 투영빔의 광경로내에 상기 투영빔에 실질적으로 투명하지만 주위 매질과는 상이한 굴절률을 가지는 층을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
상기 층의 물리적 및/또는 광학적 특성과 관련된 정보를 저장하도록 적응된 저장 디바이스;
상기 장치의 광축선을 따른 겉보기 마스크 위치(apparent mask position)의 변위 이외에, 상기 층에 의하여 유발된 이미징 수차들을 보상하거나 개선시키기 위하여 상기 저장 디바이스에 저장된 정보에 응답하여, 상기 투영시스템, 상기 방사선시스템, 상기 기판테이블 및 상기 지지구조체 중 1이상을 제어하도록 적응된 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
충분히 평탄하고 균일한 두께를 가지며 또한 마스크의 이미징에 관한 그 영향들이 수용가능한 한계내에 있는 광학 특성을 가지는 펠리클을 제조하기 보다는, 본 발명은, 펠리클이 수차들을 도입하게 되면 장치의 여타의 부분들을 조정함으로써 상기 수차들을 보상하거나 개선시키는 것을 인정한다. 예를 들어, 펠리클에 의하여 유도되는 (특히, 비-스캐닝 방향(non-scanning direction)으로의) 구면 수차 및 배율 오차와 같은 소정 수차들은 투영시스템내의 요소들을 조정함으로써 보상될 수 있다. 스캐닝 방향으로의 이미지 병진(image translation) 및 배율 오차와 같은 여타의 수차들은, 노광시에 마스크 및 기판테이블의 제어에 의하여 또는 상기 장치의 여타의 부분들을 조정함으로써 보상될 수 있다.
펠리클의 물리적 및/또는 광학 특성과 관련된 정보는, 그 영역에 걸친 두께 및 굴절률 변동 및 그 3차원 형상, 특히 국부 경사값(local tilt value)에 관련된 데이터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 정보는 이러한 데이터로부터 미리 계산된 노광에 적용될 보정값들을 포함할 수 있다.
펠리클의 특성은 간섭계, 특히 푸리에 변환 위상 시프트 간섭계와 같은 오프-라인 툴에 의하여 측정될 수 있으며, 이 경우 상기 장치는 상기 장치로의 마 스크의 로딩과 연계하여 상기 정보를 수신하는 인터페이스를 더욱 제공하는 것이 바람직하다. 상기 인터페이스는 펩(fab)내의 네트워크를 통해 정보를 수신하는 네트워크 인터페이스 디바이스 또는 마스크를 동반한 데이터 캐리어로부터 정보를 판독하는 제거가능한 미디어 판독기를 포함할 수 있다. 이러한 구성으로, 펠리클의 특성 및 보정값들의 계산은, 마스크들을 바꾸는 데 걸리는 시간을 증가시키지 않고 따라서 스루풋의 감소됨이 없이 필요한만큼 철저히 수행될 수 있다.
대안적으로, 상기 장치에는 투과 이미지 센서 또는 백색광 간섭계와 같이 적절한 이미지 센서가 제공될 수 있으며, 컨트롤러는 펠리클을 특성화하도록 센서 및/또는 마스크 테이블을 인시튜(in-situ)로 제어하도록 더욱 적응될 수 있다. 이 방식으로, 오프-라인 특성과 노광시의 사용 사이의 펠리클 형상의 변화에 의하여 유도된 오차의 가능성이 감소된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
- 전체적으로 또는 부분적으로 방사선감응재층으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 그것과 이격된 관계에 있는 펠리클을 갖는 마스크를 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공되며,
상기 투영하는 단계에서, 상기 펠리클에 의하여 유도된 상기 투영시스템의 광축선의 방향으로의 마스크의 겉보기 위치에서의 시프트 이외의 수차들을 보상하거나 개선시키기 위해서, 상기 방사선시스템, 투영시스템, 상기 마스크의 위치 및 상기 기판의 위치 중 1이상에 보정값들이 적용되고, 상기 보정값은 상기 펠리클의 물리적 및/또는 광학 특성에 관련된 정보로부터 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
프레임에 고정된 펠리클이 그것과 이격된 관계를 갖는 마스크가 제공되며, 상기 펠리클은, 리소그래피 투영장치에서 노광에 사용되는 방위에 있는 경우 1차원 형상을 채택하도록 2개의 평행한 에지를 따라 상기 프레임에 고정되고 여타의 에지를 따라 유연하게(compliantly) 장착된다.
펠리클이 2개의 대향하는 에지만을 따라 고정되기 때문에, 상기 펠리클은 노광시에 보정될 수 있는 예상가능한 이미지 변위(오차)를 생기게 하는 예상가능한 형상을 중력의 영향하에서 채택할 것이다. 또한, 상기 오차는 투과 이미지 센서와 같은 이미지 센서를 사용하여 용이하게 측정될 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 상기 리소그래피장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정디스플레이(LCD), 박막자기헤드와 같은 여타의 응용례를 가지고 있음을 명백히 이해하여야 할 것이다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레 지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사툴에서 처리될 수 있다. 적용가능한 경우에는, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판처리툴에 본 명세서의 기재가 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러번 처리된 층들을 이미 포함한 기판을 칭할 수 있다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) 극자외(EUV)방사선을 포함한 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.
여기서 사용되는 "패터닝 수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 패터닝된 단면을 입사하는 투영빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 투영빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부내의 필요한 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 투영빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다.
패터닝 수단은 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 수단의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 상이한 방향으로 입사하는 방사선 빔을 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 이 방식으로, 반사된 빔이 패터닝된다. 패터닝수단의 각각의 예시에서, 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동일 수 있으며, 패터닝수단이 예를 들어 투영시스템에 대하여 필요한 위치에 있을 것을 확실히 보장할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 "패터닝 수단"과 같은 좀 더 일반적인 용어로도 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여, 적절하다면, 굴절광학시스템, 반사광학시스템 및 카타디옵트릭시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. "렌즈"라는 용어는 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어로도 사용될 수 있다.
또한, 조명시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위하여 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학구성요소를 포괄할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다.
리소그래피장치는 2개(듀얼스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피장치는 투영시스템의 최종요소와 기판 사이의 공간을 채우도록 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체, 예를 들어 물에 기판이 침지되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지액체는 리소그래피장치내의 여타의 공간, 예를 들어 마스크와 투영시스템의 제1요소 사이에 적용될 수 있다. 침지기술은 투영시스템의 개구수를 증가시키기 위해 본 발명에 속하는 기술분야에 잘 알려져 있다.
이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예를 서술한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는;
- 방사선(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)의 투영빔(PB)을 제공하는 조명시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 수단(MA)(예를 들어, 마스크)을 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터닝수단을 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 패터닝수단(MA)에 의하여 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 이미징하는 투영시스템(예를 들어, 굴절투영렌즈)(PL)을 포함한다.
본 명세서에서 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과마스크를 채택하는) 투과형이다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 위에서 언급한 바와 같은 형태의 반사마스크 또는 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선소스(S0)로부터 방사선의 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 플라즈마 방전원인 경우, 상기 소스 및 리소그래피장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피장치의 부분을 형성하도록 고려되지 않으며, 상기 방사선빔은 예를 들어, 적절한 지향거울 및/또는 빔 익스펜더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 상기 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 빔의 각도세기분포를 조정하는 조정수단(AM)을 포함한다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필평면내의 세기분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 일루미네이터(IL)는 그 단면에 필요한 균일성과 세기 분포를 가지는 투영빔(PB)이라 하는 제어된 방사선의 빔을 제공한다.
상기 투영빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 유지되어 있는 마스크(MA)상에 입 사된다. 마스크(MA)에 의하여 반사되면, 상기 투영빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔을 포커스한다. 제2위치설정수단(PW) 및 위치센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스)의 도움으로, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1에 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 상기 마스크테이블(MT)은 단지 짧은 행정액츄에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1, M2) 및 기판 정렬마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
상술한 장치는 다음의 바람직한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 투영빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 한번씩 타겟부(C)상에 투영된다(즉, 단일 정적노광(single static exposure)). 그런 후, 기판테이블(WT)은 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 정적노광시에 이미징된 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크테이블(MT)과 기판테이블(WT)은 투영빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적노광(single dynamic exposure)). 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 확대(축소) 및 투영시스템(PL)의 이미지반전특성에 의하여 판정된다. 스캔 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 동적노광시 타켓부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 수단을 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 투영빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 상기 모드에서는, 일반적으로 펄스방사선소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 수단은 기판테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 계속되는 방사선펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 상기 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 수단을 활용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
도 2는 투명한, 예를 들어 쿼츠 기판(11)을 포함하는 마스크(MA)를 도시하며, 그것의 한쪽 면에는 기판상에 프린트될 패턴을 나타내는 크롬 패턴(12)이 제공된다. 프레임(13)은 크롬 패턴을 둘러싸고 펠리클(14)을 마스크(MA)에 대하여 이격된 관계로 지지한다. 펠리클(14)은 크롬 패턴을 보호하고, 특히 크롬패턴상에 먼지 입자가 쌓이는 것을 방지하는 얇고 투명한 멤브레인이다. 프레임(13)은 펠리클에 부착되는 여하한의 먼지 입자라도 노광 중에 초점이 맞지 않아 기판상의 레지스트에 프린트되지 않는 충분한 거리(d), 예를 들어 5mm만큼 펠리클이 크롬 패턴의 평면으로부터 이격되도록 크기가 정해진다.
펠리클은 노광방사선에 투명한 물질로 만들어져야 하며 가능한 한 얇아야 한다. 즉, (어쿠스틱 진동, 스캔 속도-유도 변형(scan speed-induced deformation) 등등과 같은 펠리클 다이나믹스(pellicle dynamics)를 포함하는) 기계적인 고려사항들은 펠리클의 최소 두께를 결정한다. 노광방사선이 157㎚인 경우, 보다 긴 파장에서 사용되는 폴리머 물질은 충분히 투명하지 않아 폴리머 물질을 악화시키기에 충분히 빨리 투영빔으로부터 에너지를 흡수할 것이다. 157㎚에서의 펠리클은 플루오르 도핑된 쿼츠로 만들어질 수 있지만 역학적인 이유(mechanical reason)로 약 800㎛의 두께를 가져야만 한다. 이 두께로 인해, 펠리클은 크롬 패턴의 겉보기 위치의 (투영시스템의 광축선에 대하여 평행한) Z 방향으로의 시프트를 도입시키거나, 다른 관점에서 보면 최적의 초점 평면의 시프트를 도입시킨다. 스넬의 법칙(Snell's law)을 이용하면, 이 시프트 ΔOP는 다음과 같이 주어진다:
또는 다음과 같다:
여기서, th는 펠리클의 두께이고, n
1 은 주위 매질(공기, 진공 또는 플러싱 가스)의 굴절률이며, n
2 는 펠리클의 굴절률이고, i는 (조명 세팅들인 NA 및 σ에 의하여 결정된) 주위 매질내에서의 빔의 각도이며, r은 펠리클내에서의 빔의 각도이다.
또한, 펠리클이 마스크에 대하여 국부적으로 평행하지 않은 경우, 패턴의 겉보기 왜곡 d
r 은 다음과 같이 주어진다:
기판 레벨에서 투영된 이미지의 결과적인 왜곡은 투영시스템의 배율 M(예를 들어 1/4)만큼 감소되며 다음과 같이 주어진다:
이들 영향은 도 3에 예시된다.
본 발명에 따르면, 펠리클 형상 및 두께가 측정되며, 형상 및 두께에 의하여 도입된 이미징 영향들(예를 들어, 왜곡(형상), 디포커스(두께))이 보정된다. 일반적으로, 펠리클 변형(국부 경사)은 이미지 변위(왜곡)을 생기게 한다. 펠리클 두께(변동)는 최적의 대물 평면을 얻기 위해 중요하다. 유도된 왜곡 및 포커스 오차들을 감소시키기 위해서, 시스템 조정(system adjustments)이 적용된다. 이들 조정을 실행(또는 펠리클 형상을 예상하거나 보다 양호하게 측정)하여 생기는 이득은, 완벽하게 평탄한 펠리클에 필적할만한 오버레이 및 포커스 성능을 제공하면서 펠리클 형상에 부여된 명세들(specifications)이 완화될 수 있다는 것이다. 따라서, 각각의 펠리클은 개별적으로 측정되고 보정되어, 추가적인 융통성을 제공한다.
본 발명의 제1실시예에서, 간섭계와 같은 오프-라인 툴을 이용하여 펠리클 형상이 측정된다. 측정된 펠리클 형상은 병진(x 및 y), 배율(Mx), 스캔 스케일링(My) 등등과 같은 몇몇 시스템 보정값들을 계산하는데 사용될 수 있다. 펠리클에 의하여 도입된 대칭 회전(스캔 스큐(scan skew) 및 렌즈 회전)(펠리클 형상 = f(x*y))을 결정하는 것도 가능하다. 더욱이, 두께(변동)은, 펠리클이 존재하지 않는 경우에 대해 최적의 대물 평면에서의 시프트를 결정하는데 사용될 수 있는 간섭계를 사용하여 측정될 수 있다. 이들 보정가능값(correctable)은 펠리클 형상을 수용하도록 상기 시스템으로 전달된다.
예시의 방식으로, 펠리클의 형상 및 두께는 Zygo VeriFire MST(TM) FTPSI(Fourier Transform Phase Shift Interferometer) 툴을 사용하여 측정되었다. Zygo 툴은 몇몇 표면들 사이의 거리, 광경로 길이, 굴절률 등등을 측정하는데 사용될 수 있는 정밀한 간섭계 광학시스템이다. 측정된 형상은 다항식 피트(polynomial fit)를 사용하여 표현되며 피팅 파라미터들(fitting parameters)은 시스템 보정가능값들로 변환(translate)되었다. 즉, 측정된 펠리클 형상은 (x, y, x.y, x2, x4,x6 등등)의 함수로 표현된 후 (병진 x, 병진 y, 대칭 회전(스캔 스큐 및 렌즈 회전), 배율 y, 배율 x, 3차 왜곡, 5차 왜곡 등등)의 함수로 변환된다.
측정된 펠리클 형상의 정보를 이용하여, 펠리클에 의하여 유도된 왜곡이 계산되었으며 도 4에 도시된다. 상기 왜곡 플롯은 몇몇 시스템 보정가능값들을 계산하는데 사용되었다. 계산된 보정가능값의 유효성은 실험적으로 입증되었다(표 1 및 도 4와 거의 일치하는 도 5 참조).
표 1
| 보정가능값(Correctable) | 계산된 값 Zygo 측정(Calculated value Zygo measurement) | 동적 왜곡 테스트를 이용한 측정값(Measured value using dynamic distortion test) |
| 병진 x(Translation x)[㎚] | -8.69 | -7.56(σ2.67) |
| 병진 y(Translation y)[㎚] | 19.07 | 20.62(σ3.18) |
| 스캔 스큐(Scan skew)[μ㎭] | -0.31 | -0.39(σ0.04) |
| 배율 x* (Magnification x*)[ppm] | 0.79 | 0.94(σ0.12) |
| 배율 y* (Magnification x*)[ppm] | 0.20 | 0.20(σ0.09) |
상기 동적 왜곡 테스트는 이미지 변위(오버레이 성능)를 측정하기 위한 표준 테스트이다.
제2실시예
다음을 제외하고 제1실시예와 동일한 본 발명의 제2실시예에서, 펠리클 형상, 두께 등등은 리소그래피 장치내의 툴을 이용하여 측정된다. 이 실시예에서는 2개의 변형례가 존재하는데, 첫번째는 백색광을 사용하는 것이고 두번째는 복수의 이미지 센서(TIS) 측정을 이용하는 것이다.
제2실시예에서의 제1변형례에서, 백색광 간섭계(White Light Interferometer; WLI)는 펠리클 형상 및 두께를 측정하는데 사용된다. 이 방법으로, 전체 펠리클 영역에 대해 정보가 획득된다. 이 형상을 이용하면, 시스템 조정들은 (상술된 바와 같이) 펠리클 변형에 의하여 유도된 오버레이 오차 및 펠리클 두께에 의한 최적의 대물 평면에서의 시프트를 보정하도록 계산되고 구현될 수 있다.
시판되는 백색광 간섭계는 광학 표면의 절대 높이를 정확히 측정할 수 있다. WLI 빔(들)을 통하여 펠리클이 부착된 마스크를 스캐닝함으로써, 펠리클 형상의 전체 필드 정보가 획득된다. WLI는 마스크 스테이지의 캘리브레이션 및 셋업에 사용하기 위해 리소그래피 장치내에 미리 제공될 수 있다.
제2실시예의 제2변형례에서, 펠리클 형상은 투과 이미지 센서(TIS 센서), 즉 노광 파장 및 조명 세팅을 사용하여 리소그래피 장치에 의하여 투영된 이미지를 검출하는 센서를 사용하여 국부적으로 검사(probe)된다. TIS 측정은 펠리클을 통하여 실행된다. 멀티-포인트 TIS 측정은 각각의 포인트 최적 포커스, 이미지 병진 및 여타의 수차(예를 들어 구면수차)를 결정하는데 사용될 수 있다. 이 방법을 이용하기 위한 전제조건은, 펠리클 형상이 소정 경계내에 사전설정되는 것이다. 펠리클 형상이 비교적 단순한 경우, 펠리클 형상을 예상하기 위해 상대적으로 적은 수의 측정으로 충분할 수 있다. 따라서, 필요한 보정은 제한된 수의 측정에 기초하여 행해질 수 있다. 하기에 서술되는 제3실시예에서, 펠리클 형상은 보다 예상하기 쉽게 만들 어진다. (제한된 수의 필드 포인트에 대한) 국부화된 필드 정보만이 펠리클 형상, 따라서 시스템 보정가능값을 예상하는데 필요하다. 펠리클을 통한 표준 TIS 측정(x, y 및 z의 결정)은 이미지 병진으로 생긴 펠리클 전체 경사에 관한 정보만을 제공한다. 추가 TIS HAPVAP(horizontal(x) aligned position - vertical(y) aligned position) 측정은 최적의 대물 평면(BOP)의 시프트 따라서 최적의 포커스 평면의 시프트에 관한 정보를 제공한다. 펠리클이 1차원 형상을 가지는 경우, 멀티-포인트 TIS 측정은 상기 형상을 측정하며 병진뿐만 아니라 배율, 3차 왜곡 및 아마도 여타의 이미징 영향(예를 들어, 수차 제어)도 보정하는데 사용할 수 있다.
멀티-포인트 TIS 측정의 개념은, 펠리클 보정을 적용하는데 유익할 뿐만 아니라 보다 더 광범위한 적용가능성을 가진다. 일반적으로, 이 방법은 포커스 및 오버레이 오차를 유발하는 레티클 변형을 보정하는데 사용될 수 있다. 현재에는, TIS를 사용하여 도출된 4개의 포인트 레티클 정렬 정보는, 노광시에 포커스, Ry-이미지-경사, Rx-스캔-경사 및 선형 롤(linear roll)(코르크스크루; corkscrew)을 보정하는 데 사용된다. 하지만, 또한 큰 디포커스 기여자들(large defocus contributiors)은 보다 높은 차수의 레티클 곡률(curvature), 예를 들어 이차 웨지(quadratic wedge) 및 필드 곡률에 존재하는 것처럼 보인다. 이들을 보정하기 위해서, (z로의) 보다 높은 차수의 레티클 형상을 알고 있어야 한다. 이는 스캐닝 및/또는 슬릿 방향을 따라 레티클상에 추가 정렬마크를 제공함으로써 달성될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 다중 TIS(>4) 측정의 개념을 적용하면, 스캐닝 방향으로의 멀티-포인트 정보는, 스캔 방향으로의 이차 스캔 경사(Q-웨지) 및 여타의 보다 높은 차수에 관한 정보를 얻는데 사용될 수 있다. 슬릿 방향으로의 멀티-포인트 정보가 펠리클(슬릿을 통한 1차원 펠리클 휨(one-dimensional pellicle bow)) 및/또는 레티클 변형을 보정하는데 사용될 수 있는 반면, 축적된 z-데이터의 피트는 스캔중에 레티클의 높이 및/또는 적용가능하다면 펠리클 형상을 피드-포워드로 보정하는데 사용된다. 레티클 높이는 레티클 테이블에 관하여 보정되고, 펠리클 영향들은 몇몇 시스템 적용가능값(several system adjustable)(예를 들어, 렌즈요소, 레티클 테이블 높이, (웨이퍼 레벨에서의) 포커스)을 이용하여 보정된다. 상술된 멀티-포인트 TIS 측정의 개념은, 펠리클 특성화와는 무관하게 사용될 수 있으며 레티클의 평탄도와 관계없이 포커스 예산(focus budget)에 대한 레티클 형상 기여를 현저히 감소시킬 수 있다.
제3실시예
본 발명의 제3실시예에서는, 제1 및 제2실시예에서 사용되는 펠리클 특성화 이외에도, 펠리클 형상은 그 영향들을 보다 용이하게 보정할 수 있도록 제어된다.
이전에는, 펠리클을 장착하는 목적은 펠리클이 완벽하게 평탄하도록 펠리클을 마스크에 장착하기 위함이었다. 즉, 펠리클의 곡률 및 펠리클의 웨지가 최소화되는 것이었다. 이를 달성하기 위해서, (곡률을 제어하기 위한) 중력 보상 및 (웨지를 제어하기 위한) 세심한 펠리클 그라인딩 및 폴리싱이 적용된다. 중력으로 인한 펠리클의 처짐(pellicle sag)은, 펠리클을 펠리클 프레임에 부착하는 경우의, 펠리클 이전-형상(pre-shape)을 적용함으로써 상쇄된다. 이 이전-형상의 목적은, 펠리클을 구비한 마스크가 사용되는 경우, 펠리클이 완벽하게 평탄하다는 것을 보 장하기 위함이다.
하지만, 이 실시예에서는, 제어된 실질적으로 1차원 펠리클 형상/변형이 제공된다. 펠리클은 일 방향으로, 즉 조명 필드를 따라 또는 스캔 방향으로의 공지된 곡률 및 수직 방향으로 실질적으로 일정한 단면을 가지며, 수직 방향으로의 작은 양의 곡률이 남아있을 것이 바람직하게 최소화된다. 이제, 중력 보상에 대한 이익은, 펠리클 형상이 2차원 대신에 1차원으로 제어되어야 한다는 것이다. 이는 기술적인 어려움이 적을 뿐만 아니라 달성하기가 훨씬 용이하다. 그런 후, 슬릿 또는 스캔 방향을 따른 1차원 펠리클 형상은 시스템 보정값들을 적용하여 보상된다. 종종, 스캔(y)방향으로의 펠리클 처짐을 보정하는 것이 가장 간단하지만, 직교(x)방향으로의 처짐을 보정할 수도 있다. 빔 편향 공식(beam deflection formulas)(예를 들어, 본 명세서에서 전문이 인용참조되고 있는 Applied Strength of Materials, Robert L Mott3rd Ed 1996년 ISBN 0-13-376278-5 참조)을 이용하면, 1차 및 3차 왜곡의 값(및 여타의 펠리클 유도 이미징 영향들)을 얻을 수 있다. 상기 편향 공식의 도함수는, 상수는 별문제로 하고, 펠리클-유도 이미지 변위가 추정될 수 있도록 펠리클 유도 이미지 변위와 직접적으로 관련된다.
이하, 1차원 펠리클 변형이 1차 (배율) 및 3차 왜곡을 생기게 하는 2차 및 4차 방정식으로 표현될 수 있는 3개의 예시들이 서술된다. 네번째 예시는 시스템 변수(system variable)들을 이용하여 보정될 수 있는 이미지 왜곡을 유도하는 보다 복잡한 펠리클 형상을 취급한다. 간명함을 위해서 하기에 서술되는 예시들에서는 전체 펠리클 경사가 0과 같다는 것을 유의한다. 일반적으로, 경사는 (예를 들어, 공지된 정렬 공정의 결과를 이용하여) 자동으로 보정될 수 있는 이미지 병진을 생기게 할 것이다.
첫번째 예시에서는, 펠리클에 중력 보상을 적용하는 대신에, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬릿에서의 펠리클 벤딩(pellicle bending)은 중력으로 인한 벤딩과 동일하다. 펠리클은 펠리클의 경사가 에지에서 지지되고 중력으로 인해 자유롭게 벤딩되는 펠리클의 그것과 같도록 2개의 평행 에지에서 프레임에 부착된다. 그리하여, 펠리클은 자유 빔 편향의 각도와 같은 각도 α로 상기 에지들에 고정된다(도 6). 펠리클 편향 y(x)은 다음과 같이 주어진다:
여기서, w[N/m]은 길이단위 당 중력으로 인하여 적용된 힘이고, x[m]은 펠리클 (빔) 위치이며, L[m]은 펠리클 (빔) 길이이고, E[Pa]은 영률(Young's modulus)이고, I[m4]는 관성의 모멘트이다. 표 2에 표시된 데이터를 이용하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 슬릿을 통한 펠리클 편향 및 800㎛ 두께로 플루오르 도핑된 쿼츠 펠리클의 대응하는 벤딩 각도가 추정될 수 있다.
표 2 - 펠리클 재료 특성
| 재료 특성 | 값 | |
| 영률(E) | 73 | [Gpa] |
| 푸아송의 비(v) | 0.16 | [-] |
| 밀도(ρ) | 2.20±0.01 | [gcm-3] |
| 펠리클 굴절률 @157.6㎚(n 2) | 1.67 | [-] |
| 가스 굴절률 @157.6㎚(n 1) | 1.00 | [-] |
| 중력 상수(g) | 9.8 | [m/s2] |
| 펠리클 길이(L) | 12.4 | [cm] |
| 펠리클 두께(th) | 800 | [㎛] |
| 펠리클 폭(b) | 14.9 | [cm] |
| 펠리클 길이당 중력 유도 힘(w) |
 |
[N/m] |
| 관성 모멘트(I) |
 |
[m4] |
이 목적을 위하여, 빔 편향 공식은 펠리클의 에지로부터 중심으로 포인트 x=0을 변경하여 재기록된다. 이는, 펠리클 편향, 즉 벤딩 각도의 도함수가 펠리클 편향으로부터 직접 유도될 수 있는 유도 이미지 왜곡(M, D2, D3 등등)에 대하여 (인자 th(1-n
2/n
1)로) 비례하기 때문에 행해진다(왜곡은 슬릿의 중심으로부터 표현된다). 그러므로, 펠리클 편향 및 대응하는 각도는 다음과 같이 주어진다:
및
이는 펠리클 벤딩으로 인한 웨이퍼 레벨에서의 왜곡 d(x
w )을 다음과 같이 표 현한다:
여기서, x
w [m]은 웨이퍼 레벨에서의 슬릿 위치이고(x
w = x/4), th[m]은 펠리클 두께이며, n
1[-]은 펠리클을 둘러싸고 있는 가스 혼합물의 굴절률이고, n
2
[-]는 펠리클의 굴절률이며, M[㎚/㎜]은 펠리클 유도 배율이고, D3[㎚/㎤]은 3차 왜곡이다. 이 표현식을 이용하면, 펠리클 편향은, 결과적으로 편향 각도에 대하여 따라서 왜곡에 대하여 x의 홀수 거듭제곱(odd power)이 되는 x의 짝수 거듭제곱만을 이용하여 기록될 수 있다는 것을 직접 알 수 있다. 홀수 왜곡 항(odd distortion terms)은, 특히 1차원 사전정의된 펠리클 형상(one-dimensional predefined pellicle shape)에 대해 왜곡 보정을 할 수 있는 현재의 리소그래피 장치에서 용이하게 자동으로 보정될 수 있다. 이 경우에는, 다음과 같이 간단하게 표현될 수 있다:
및
상기 표 2에 주어진 값들을 이용하면, 이들 방정식은 3.416ppm의 배율(M) 및 157㎚에서의 800㎛ 펠리클에 대한 -4.740㎚/㎤의 3차 왜곡(D3)을 제공한다.
이로부터, 왜곡은 반드시 비평탄한 펠리클을 이용하는데 대한 제한 인자는 아님을 분명히 알 수 있다. 편향된 레티클에 대한 제르니크 계수가 z로의 펠리클 두께 변동을 따른다고 가정하면, 완벽한 펠리클에 대하여 유도된 추가 수차는 무시할만하다.
두번째 예시에서, 펠리클은 프레임에서 스캔 방향으로의 경사 각도가 0이 되도록 프레임에 고정된다. 이 구성은 도 8에 도시되어 있다.
이러한 구성을 위해, 펠리클 편향 y(x)은 다음과 같이 주어진다(상기를 참조한다):
상수 및 변수는 상기에 정의된 바와 같다. 펠리클 벤딩 양 및 각도는 도 9에 도시된다. 마찬가지로, 빔 편향 공식은 펠리클의 에지로부터 중심으로 포인트 x=0을 변경하여 재기록된다. 이는, 벤딩 각도에 대한 펠리클 편향의 도함수가 펠리클 편향으로부터 직접 유도될 수 있는 유도 이미지 왜곡(M, D2, D3 등등)에 대하여 (인자 th(1-n
2/n
1)로) 비례하기 때문에 행해진다(왜곡은 슬릿의 중심으로부터 표현된 다). 그러므로, 펠리클 편향 및 대응하는 각은 다음과 같이 주어진다:
및
이것의 결과는 펠리클 벤딩으로 인한 웨이퍼 레벨에서의 왜곡 d(x
w )이다.
마찬가지로, 펠리클 편향은, 결과적으로 편향 각도에 대하여 따라서 왜곡에 대하여 x의 홀수 거듭제곱이 되는 x의 짝수 거듭제곱만을 이용하여 기록될 수 있다는 것을 직접 알 수 있다. 홀수 왜곡 항은, 특히 1차원 사전정의된 펠리클 형상에 대해 왜곡 보정을 할 수 있는 현재의 리소그래피 장치에서 용이하게 자동으로 보정될 수 있다. 이 경우에는, 다음과 같이 간단하게 표현될 수 있다:
및
상기 표 2에 주어진 값들을 이용하면, 이들 방정식은 1.139ppm의 배율(M) 및 157㎚에서의 800㎛ 펠리클에 대한 -4.740㎚/㎤의 3차 왜곡(D3)을 제공한다.
또한, 왜곡은 반드시 비평탄한 펠리클을 이용하는데 대한 제한 인자는 아님을 분명히 알 수 있다. 편향된 레티클에 대한 제르니크 계수가 z로의 펠리클 처짐을 따른다고 가정하면, 완벽한 펠리클의 경우에 대하여 유도된 추가 수차는 무시할만하다.
세번째 예시에서는, 펠리클이 임의의 각도 α로 프레임에 고정된다.이 구성은 도 10에 도시된다.
포인트 x=0를 펠리클의 중심으로 시프트함으로써, 펠리클 편향 및 대응하는 각도는 다음과 같이 주어진다:
및
이것의 결과는 펠리클 벤딩으로 인한 웨이퍼 레벨에서의 왜곡 d(x
w )이다.
배율 항만이 초기 각도(starting angle) α에 의존하고 D3 항은 의존하지 않는다는 것을 유의한다. 이는, 펠리클이 1차원 형상을 가지는 경우, 펠리클 유도 D3 항을 수용하도록 적응된다면, 4개의 마커에 관한 표준 정렬 공정이 (적용된 α에 관계없이) 배율 보정을 얻는데 충분할 것이라는 것을 의미한다. D3 항은 표준 빔 편향 공식으로부터 알 수 있거나, 대안적으로는 유한 요소 계산(finite element calculations)을 이용하여 알 수 있다.
상기 공식으로부터, 가장 작은 최대 관찰된 펠리클 경사(smallest maximum observed pellicle tilt)를 생기게 하는 최적의 마운팅 각도(optimum mounting angle)는 다음과 같이 주어진다:
또한, 상기 최적의 마운팅 각도는 최대 관찰된 펠리클 경사와 같으며, 결과적으로 최소 이미지 변위를 생기게 한다. 상기의 표 2에 나타낸 데이터를 이용하 면, -55μ㎭의 최적 각도 α를 얻을 수 있다. 이 마운팅 각도에 대한 펠리클 편향 및 경사가 도 11에 도시되어 있다. 또한, 다음과 같이 표현될 수 있다:
및
상기 표 2에 주어진 값들을 이용하면, 이들 방정식은 0.854ppm의 배율(M) 및 157㎚에서의 800㎛ 펠리클에 대한 -4.740㎚/㎤의 3차 왜곡(D3)을 제공한다.
상술된 3개의 예시는 조명 슬릿내에 펠리클 곡률을 해결한다. 하지만, 동일한 방정식은, 단지 L 값의 변경으로, 스캔 방향으로의 펠리클 곡률에 간단히 적용될 수 있다.
네번째 예시에서는, 보다 복잡한 펠리클 형상이 채택된다. 일반적으로, 주어진 펠리클의 형상은 x 및 y의 함수 S(x, y)로 표현되며, 다음과 같이 주어진다:
여기서, 피팅 파라미터, t
x , t
y , m
x
, m
y , symrot, d3x 및 NCE(x, y)는 각각 시스템 파라미터들, 즉 병진 x, 병진 y, 배율 x, 배율 y, 대칭 회전(스캔 스큐 및 렌즈 회전), x로의 3차 왜곡 및 오버레이에 있어서의 비-보정가능 오차(Non-Correctable Error)에 관련된다.
임의의 형상의 펠리클이 주어진다면, 2개의 접근법이 가능하다. 둘 모두에서, 상기 형상은 수학식 23의 형태로 표현되며, 피팅 파라미터에 대한 값들이 결정된 다음, 노광시에 보정을 적용하기 위해서 사용된다. 첫번째 접근법에서, 피팅 파라미터의 값들은, 이미징 필드의 전체에 걸쳐 비-보정가능 오차 NCE(x, y)dxdy의 값을 최소화하도록 최소 제곱법(least square fit)을 이용하여 선택된다. 대안적인 접근법은, 이미징 필드에서의 NCE(x, y)dxdy의 최대값이 가능한 한 작도록 피팅 파라미터를 선택하는 것이다. 또한, 다른 최적의 기준도 채택될 수 있다. 예를 들어, 펠리클 형상은 이미지 페이딩(image fading)을 최소화하기 위해 최적화될 수 있다.
이미지 페이딩은, 배율 및 3차수 왜곡 보정이 실질적으로 1차원 펠리클 형상을 고려하여 적용되는 경우에 발생한다. 상기 보정은 슬릿 방향(스캔 방향에 수직한 방향)으로의 펠리클-유도 영향을 고려하여 적용되지만 스캔 방향으로 오차를 도입한다. 이들 오차는 스캔으로 인하여 평균 0이 되지만, 그 대신에 스캔 중에 겉보기 피처 위치가 변하는 사실 때문에 이미지 페이딩을 유발한다. 이미지 페이딩의 양은 스캔 중에 필드 포인트의 이동 표준 편차(moving standard deviation; MSD)에 종속된다. 일반적으로, 이미지 페이딩은 MSD가 해당 피처 크기의 10% 미만인 경우에는 문제가 안된다. 펠리클 마운트에 대한 최적의 각도는 이미지 페이딩을 최소화하도록 계산될 수 있으며 음(negative)일 수 있다. 즉 펠리클 중심이 에지보다 마스크에 더욱 가까울 수 있다. 임계 치수의 <10 내지 20%의 MSD 한계는 펠리클 마운 팅 각도의 허용가능한 범위를 정의하는데 사용될 수 있다.
대안적으로, 수학식 23은 펠리클의 형상을 디자인하는데 사용될 수 있다. 이전의 예시들의 단순한 형태로 구속되기 보다는, 펠리클 형상은 보정가능한 형상들, 즉 리소그래피 장치의 이용가능한 제어 파라미터들에 의하여 보정가능한 왜곡들을 유도하는 형상들의 선형 조합일 수 있다. 즉, 펠리클 형상은 다음의 수학식을 만족하는 여하한의 형상일 수 있다:
상기 수학식의 정확한 형식은 펠리클 유도 왜곡을 조정하는데 사용될 수 있는 주어진 리소그래피 투영장치의 이용가능한 시스템 파라미터들에 종속된다는 것을 유의하여야 함은 물론이다. 또한, 펠리클-유도 왜곡의 보정은 여타의 인자들의 보정과 조합될 수 있다.
일단, 펠리클 형상이 결정되었으면, 사용시에 필요한 형상이 채택되며, 또한 마스크 패턴의 입자 오염을 방지하기 위해서 마스크 패턴에 대하여 시일링된 엔클로저(sealed enclosure)가 만들어진다. 이를 위해 몇가지 접근법이 수행될 수 있다.
첫번째는, 펠리클용 프레임은, 전체 외주면 주위에 밀봉이 행해질 수 있도록 채택하기 위해서 펠리클이 디자인된 형상으로 그라운딩될 수 있거나, 아니면 그 안에 형성될 수 있다.
두번째는, 펠리클이 2개의 에지만을 따라 지지되어야 하는 경우, 직립한 림(upstanding rim) 또는 플랜지는 펠리클의 에지에 매우 근접하지만 접촉하지는 않도록 프레임의 비-지지 에지를 따라 제공될 수 있다. 또한, 이러한 림은, 그 형상을 바꿀 수도 있는 (예를 들어, 베르누이 효과로부터 유도한) 펠리클상의 스캔-속도 종속력(scan-speed dependent force)을 감소시키는 스포일러(spoiler)로서 작용하도록 형상화될 수 있다. 또한, 이러한 힘은, 펠리클이 사용시에 채택할 것이라고 예상되는 형상 및 적용될 보정값을 결정하는 때에, 고려될 수 있음은 물론이다.
세번째는, 사용시에 채택되는 형상의 펠리클로, 시일링 재료는, 예를 들어, 모세 침투 기술(capillary infiltration technique)을 이용하여 프레임과 펠리클 사이의 여하한의 간극으로 도입될 수 있다.
예시
도 12, 도 13 및 도 14는 본 발명의 일례를 예시한다. 에지에서 각도 0°로 1차원 형상을 가지도록 장착된 샘플 펠리클은 도 12에 도시된 왜곡을 생기게 하는 것으로 판정된다. 적절한 시스템 보정가능값들을 이용하면, 도 13에 도시된 바와 같은 보상 왜곡이 적용된다. 에어리얼 이미지내의 결과적인 순수 왜곡은, 도 14에 도시된 바와 같이, 상당히 감소되며, 사실상 제거된다.
제4실시예
본 발명의 제4실시예에서, 스캔 중에 펠리클을 왜곡할 수 있는 베르누이 영향을 보상하도록 배열된다.
스캐닝 노광을 수행하는 리소그래피 장치에서, 마스크 테이블의 이동 속도 는, 마스크가 웨이퍼보다 4 또는 5배 크다, 그러므로 4 또는 5배 빠르게 움직인다는 사실과 높은 스루풋을 가질 필요가 있다는 점에서, 매우 빠를 수 있다. 0.6ms-1급의 속력은 펠리클의 작지만 수용가능한 변형을 유발하는 것으로 계산되었다. 하지만, 상기 효과는, 2ms-1까지의 스캔 속도의 증가가 펠리클에 걸친 압력차를 10배 증가시키도록 스캔 속도의 제곱에 비례한다.
압력차는 펠리클의 영역에 걸쳐 상이한 지점마다 다르기 때문에, 이는 속력에 종속하는 펠리클의 왜곡을 유발한다. 결과적인 이미지 영향을 개선시키거나 보상하기 위해서 다양한 측정법이 고려될 수 있다.
첫번째로, 펠리클 프레임에는, 펠리클에 걸친 압력차를 최소화하는 스포일러 또는 스포일러들이 제공될 수 있거나, 상기 스포일러(들)의 영향을 가지도록 형상화될 수 있다. 또한, 스포일러(들)은 마스크, 펠리클 또는 마스크테이블에 부착될 수 있다. 두번째로, 스캔 속력에 평행하고 같은 감각(sense)으로의 퍼지의 흐름이 존재하도록 퍼지가스시스템이 구성될 수 있다. 이는 반대 감각으로의 스캔들 사이의 퍼지 가스 흐름의 반전을 수반할 수 있다. 퍼지 가스 흐름이 마스크 테이블 스캔 이동과 함께 하는 경우, 분위기를 통한 테이블의 상대적인 속력이 감소되므로, 베르누이 영향이 생긴다. 세번째로, 스캔 중에 투영된 이미지 또는 펠리클 형상의 변화의 영향은 미리 계산되거나 측정될 수 있으며, 여타의 펠리클 영향과 동일한 방식으로 적절한 보정이 행해질 수 있다.
제5실시예
본 발명의 제5실시예에서는, 펠리클을 마스크에 장착하는 공정에서 유발될 수 있는 문제들이 해결된다.
상기에는, 그 형상이 적절하게 제어되는 경우, 펠리클에 의하여 유도된 오버레이 오차가 Ax + Bx
3 에 비례하고 배율 및 3차 왜곡의 조정을 통하여 보정가능하다는 것을 나타내었다. 하지만, 펠리클의 좌표계의 원점이 마스크의 원점으로부터 변위되어 있는 경우, 추가 항이 생겨나고 이미지 변위는 z1(x)에 비례하게 된다:
여기서, c는 마스크 원점에 대한 펠리클 원점의 변위이다. 이들 추가 항들은 비-보정가능 오버레이 오차들을 생기게 할 수 있다.
또한, 펠리클의 2개의 에지에서의 펠리클의 마운팅 각도가 같지 않을 경우, 추가 오차들이 생길 수 있다. 이러한 상황은 비-대칭 펠리클 형상을 유도하지만, 이는 변위된 원점을 기준으로 
형태의 공식으로 표현될 수 있다.
이 실시예에서, 상기 문제들은 마스크에 대한 펠리클의 올바른 변위에 의하여 최소화될 수 있다. 따라서, 펠리클 형상은 마운팅 공정 전에 및/또는 공정 중에 측정된다. 펠리클의 최적의 위치가 계산되며, 부연하면, 최적의 위치는 이미지 변위를 최소화하거나 비-보정가능 이미지 변위를 최소화하는 위치일 수 있으며, 펠리클은 최적의 위치에서 마스크에 고정된다.
펠리클 형상의 측정은, 예를 들어 푸리에 변환 위상 시프팅 간섭계로 실행될 수 있다. 예를 들어 리소그래피 분야에 알려진 적절한 정렬 마크가 펠리클 및 마스크상에 제공되며, 그런 후 그 두개의 조정은 공지된 기술로 실행될 수 있다.
제6실시예
본 발명의 제6실시예에서, 마스크는 프로그램가능한 LCD 어레이(간혹, 광밸브라고도 함)상의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝수단(또한, 공간 광 모듈레이터라고도 함)으로 대체된다. 적절한 프로그램가능한 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, US 5,296,891호, US 5,523,193호, WO 98/38597호 및 WO 98/33096호에서 찾아볼 수 있고, 적절한 LCD 어레이에 관한 정보는 US 5,229,872호에서 찾아볼 수 있으며, 본 명세서에 인용참조되고 있다.
프로그램가능한 패터닝 수단, 특히, 프로그램가능한 거울 어레이는 먼지 및 여타의 오염물에 매우 민감하므로, 리소그래피 장치에서도 시일링된 채로 장착되고 사용될 수 있는 박스나 패키지내에 하우징된다. 투영빔은 1이상의 윈도우를 통하여 패키지에 들어가고 나오며, 투영빔의 방사선에 실질적으로 투명하지만 무시할 수 없는 두께로 되어 있고 주위의 매질과는 상이한 굴절률을 가지는 상기 1이상의 윈도우는 바람직하지 않는 광학 영향들을 도입하기 쉽다. 적어도 프로그램가능한 패터닝수단의 윈도우 하류의 영향은, 상술된 제1 내지 제5실시예에서와 동일한 방식으로 특성화되고 보상된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 서술되었지만, 본 발명은 상술된 바와 다르게 실행될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 크롬 마스크와 관련하여 서술되었지만, 무크롬 및 여타의 종류의 위상 시프팅 마스크를 포함하는 여타의 종류의 마스 크에 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명은 이러한 연성의 펠리클 및 불완전 평면 평행 판(imperfect plan parallel plate), 예를 들어 침지 리소그래피에서 사용되는 액체 필름에 의하여 유도된 이미징 영향에 적용될 수 있다. 침지 리소그래피에서, 침지 렌즈 요소의 형상 및 웨이퍼맵은 침지 매질의 형상을 보상하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 마크에 인접하지 않은 펠리클에 적용될 수 있다. 예를 들어, EUV에서, 펠리클은 레지스트에 의하여 방출된 오염으로부터 투영렌즈를 보호하기 위해서 기판과 투영렌즈 사이에 채택될 수 있다. 일반적으로, 이미징 영향은 두께에 따라 달라진다. (800㎛ 경질의 펠리클과 같은) 비교적 두꺼운 펠리클의 경우, 최적의 대물 평면의 시프트만을 고려하여 보정이 적용되어야 할 필요가 있음은 명백하다. 하지만, 서술된 보정 방법은 경질의 펠리클로 제한되지 않으며 얇은 펠리클 또는 심지어 액체 필름과 같이 광경로내의 여타의 평행한 판에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 예시들은 조명 필드에서의 펠리클 변형을 다루지만, 또한, 예를 들어 보정가능하다면, 스캔 속도를 이용하여 스캔 방향으로의 (1차원) 변형을 보정할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 두꺼운 또는 경질의 펠리클의 사용에 필요한 노광 파장에 관련하여 상술되었지만, 본 발명은 얇은 또는 연성의 펠리클에서 이용할 수 있는 노광 파장에서도 사용될 수 있음은 물론이다. 경질의 펠리클은 이러한 경우에 바람직할 수 있는데, 그 이유는 베르누이 영향이 쉽게 생기지 않기 때문이며, 재사용되거나 세정가능할 수 있다. 상기 서술은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 두꺼운 펠리클의 영향이 보상될 수 있거나 개선될 수 있는 리소그래피 투영장치 및 디바이스 제조방법이 제공된다.
Claims (19)
- 리소그래피 투영장치에 있어서,방사선의 투영빔을 공급하는 조명시스템;필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 디바이스를 지지하는 지지구조체;기판을 유지하는 기판테이블;상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및상기 패터닝 디바이스와 상기 기판 사이의 상기 투영빔의 광경로내에 상기 투영빔에 실질적으로 투명하지만 주위 매질과는 상이한 굴절률을 가지는 층을 포함하며,상기 층의 물리적 특성, 광학적 특성, 또는 물리적 및 광학적 특성과 관련된 정보를 저장하도록 적응된 저장 디바이스;상기 장치의 광축선을 따른 겉보기 마스크 위치의 변위 이외에, 상기 층에 의하여 유발된 이미징 수차들을 보상하거나 개선시키기 위하여 상기 저장 디바이스에 저장된 정보에 응답하여, 상기 투영시스템, 상기 방사선시스템, 상기 기판테이블 및 상기 지지구조체 중 1이상을 제어하도록 적응된 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항에 있어서,상기 패터닝 디바이스는 마스크이고, 상기 지지구조체는 마스크테이블이며, 상기 층은 그것과 이격된 관계로 장착된 펠리클인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제2항에 있어서,상기 장치내로의 마스크의 로딩과 연계하여 상기 정보를 수신하는 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제2항에 있어서,상기 마스크테이블에 의하여 지지된 마스크에 고정된 상기 펠리클의 물리적 특성, 광학적 특성, 또는 물리적 및 광학적 특성을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 펠리클을 특성화하도록 상기 센서, 상기 마스크테이블, 또는 상기 센서 및 상기 마스크테이블을 제어하여 상기 저장수단에 저장되는 상기 정보를 생성하도록 더욱 적응된 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제4항에 있어서,상기 센서는 투과 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제4항에 있어서,상기 센서는 백색광 간섭계인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 마스크 스테이지, 상기 마스크, 상기 펠리클 및 상기 마스크에 상기 펠리클을 장착하는 임의의 프레임 중 하나에 부착된 스포일러를 더 포함하고, 상기 스포일러는, 상기 마스크가 노광 중에 이동하는 경우 상기 펠리클을 왜곡시키게 될 베르누이 영향을 감소시키도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,스캐닝 노광 중에 퍼지 가스의 흐름이 상기 마스크의 이동과 평행하고 같은 감각이도록 상기 마스크의 부근에 상기 퍼지 가스를 공급하도록 적응된 퍼지 가스 공급 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 저장 디바이스는 스캐닝 노광 중에 상기 마스크의 이동 속력에 관한 이미지 수차의 종속성에 관련된 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항에 있어서,상기 패터닝수단은 프로그램가능한 패터닝 디바이스이며, 상기 층은 상기 프로그램가능한 패터닝수단을 포함하는 박스내의 윈도우인 것을 특징으로 하는 리소 그래피 투영장치.
- 제1항에 있어서,상기 층은 상기 투영시스템과 상기 기판사이의 액체 필름인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 프레임에 고정된 펠리클이 그것과 이격된 관계에 있는 마스크에 있어서,상기 펠리클은, 사용시에, 상기 마스크가 사용되는 리소그래피 장치의 적용가능한 시스템 파라미터들의 조정에 의하여 실질적으로 보상가능한 왜곡들을 도입하는 형상을 채택하도록 상기 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 마스크.
- 제12항에 있어서,상기 펠리클은, 리소그래피 투영장치에서 노광에 사용되는 방위에 있는 경우 실질적으로 1차원 형상을 채택하도록 2개의 평행한 에지를 따라 상기 프레임에 고정되고 여타의 에지를 따라 유연하게 장착되는 것을 특징으로 하는 마스크.
- 제13항에 있어서,상기 펠리클은, 상기 펠리클이 중력하에서 자유롭게 휘도록 허용된다면 채택될 수 있는 각도와 동일한 각도로 상기 2개의 평행한 에지들에서 상기 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 마스크.
- 제13항에 있어서,상기 펠리클은 0°의 각도로 상기 평행한 에지들의 양 쪽 모두에서 상기 프레임에 장착되는 것을 특징으로 하는 마스크.
- 펠리클을 마스크에 부착시키는 방법에 있어서,상기 펠리클의 형상을 측정하는 단계;상기 마스크에 대하여 상기 펠리클의 최적의 위치를 결정하는 단계;실질적으로 상기 최적의 위치에 상기 펠리클을 상기 마스크에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 마스크, 마스크와 이격된 관계로 고정된 펠리클, 또는 마스크 및 상기 마스크와 이격된 관계로 고정된 펠리클을 특성화하는 방법에 있어서,선택적으로 펠리클이 그것과 이격된 관계를 갖는 마스크를 리소그래피 투영장치내로 로딩하는 단계;노광방사선으로 상기 마스크를 조명하는 단계;상기 조명된 마스크의 에어리얼 이미지를 투영하는 단계;이미지 센서를 사용하여 복수의 정렬 마크의 이미지의 최적의 포커스 평면을 측정하는 단계를 포함하며,상기 복수의 정렬 마크는 스캐닝 방향으로 또는 상기 리소그래피 장치의 조명 필드의 방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 방법.
- - 전체적으로 또는 부분적으로 방사선감응재층으로 도포된 기판을 제공하는 단계;- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;- 펠리클이 그것과 이격된 관계에 있는 마스크를 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;- 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,노광 이전에, 상기 마스크의 형상은 청구항 제16항의 방법에 의하여 특성화되며, 노광 중에 적절한 보정이 행해지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
- - 전체적으로 또는 부분적으로 방사선감응재층으로 도포된 기판을 제공하는 단계;- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;- 펠리클이 그것과 이격된 관계에 있는 마스크를 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;- 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,상기 투영하는 단계에서, 상기 펠리클에 의하여 유도된 상기 투영시스템의 광축선의 방향으로의 마스크의 겉보기 위치에서의 시프트 이외의 수차들을 보상하거나 개선시키기 위해서 상기 방사선시스템, 투영시스템, 상기 마스크의 위치 및 상기 기판의 위치 중 1이상에 보정값들이 적용되고, 상기 보정값들은 상기 펠리클의 물리적 특성, 광학적 특성, 또는 물리적 및 광학적 특성에 관련된 정보로부터 결정된 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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