KR100695984B1 - 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차 판정 방법 - Google Patents

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Abstract

리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법은, 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계, 제2테스트 패턴을 투영하는 단계, 상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계; 및 상기 측정들을 이용하여, 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위하여 상기 제2테스트 패턴을 묘화할 때 소정의 필터가 사용되고, 상기 측정 단계는 서로에 대해 광학 축선을 따라 변위되는 평면들에서 얻어진 상기 제2테스트 패턴의 복수의 이미지들에 대해 수행된다.

Description

리소그래피 장치의 투영시스템의 수차 판정 방법{METHOD OF DETERMINING ABERRATION OF A PROJECTION SYSTEM OF A LITHOGRAPHIC APPARATUS}
단지 예시적인 방법에 의해서, 대응되는 참조부호들이 대응되는 부분들을 나타내는 개략적인 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸 도;
도 2, 3 및 4는 본 발명의 실시예들에 사용하기 위한 테스트 패턴 노광들의 예시들을 나타낸 도;
도 5 및 6은 제1 및 제2테스트 패턴의 묘화(imaging)를 각각 설명하는 투영시스템의 단면도;
도 7 및 8은 본 발명의 실시예들 작동을 설명하기 위한 투영시스템의 단면도이다.
본 발명은 리소그래피 장치에서의 투영 시스템의 파면 수차(wave front aberrations)를 측정하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이 다. 리소그래피 장치는 예를 들어, 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크와 같은 패터닝구조체가 IC의 개별층에 대응되는 회로 패턴을 생성시키기 위해 사용될 수 있고, 이 패턴이 방사선 감응재(레지스트)의 층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)의 타겟부(예를 들어, 하나 또는 수개의 다이의 부분을 포함함)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 노광되는 인접 타겟부들의 네트워크를 포함한다. 공지된 리소그래피 장치는, 전체 패턴을 타겟부상으로 한번에 노광시킴으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스테퍼와, 패턴을 소정 방향("스캐닝"방향)으로 투영빔을 통하여 스캐닝하는 한편 동기적으로 기판을 상기 방향 또는 이와 반대 방향으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다.
IC내에 계속 증가되는 개수의 전자 구성요소들을 집적시키려는 목표가 존재한다. 이를 달성하기 위해서는, 구성요소의 크기를 축소시키고, 따라서 마스크의 패턴을 기판상으로 묘화하는 투영시스템의 분해능을 증가시킬 필요가 있다. 투영시스템의 분해능을 증가시키는 것은 더욱 더 작은 디테일 또는 선폭들이 기판의 타겟부상에 투영되도록 할 수 있다. 이는, 투영시스템 및 투영시스템에 사용되는 렌즈 요소들이 매우 엄격한 품질 요건들을 충족시켜야 한다는 것을 의미한다. 렌즈 요소 및 투영시스템의 제조시에 많은 주의를 기울임에도 불구하고, 투영시스템은 여전히 변위(displacement), 디포커스(defocus), 비점수차(astigmatism), 코마(coma) 및 구면 수차(spherical aberration)와 같은 파면 수차를 겪을 수 있다. 이러한 수차들은 이미지 필드를 가로질러 발생되는 묘화된 선폭들의 변동(variation)들의 중요 한 소스들이다. 이미지 필드내의 상이한 포인트들에서 묘화된 선폭은 실질적으로 일정한 것이 중요하다. 상기 선폭의 변동이 크다면, 이미지 필드가 투영되는 기판은 기판의 품질 검사시 불량 판정을 받을 수도 있다. 위상 시프팅 마스크 또는 오프-액시스 조명과 같은 기술들을 사용하면, 묘화된 선폭들상에서의 파면 수차들의 영향이 더욱 증가할 수도 있다.
따라서, 투영시스템의 파면 수차들을 정확히 측정하여 엄격한 묘화 품질 요건들이 충족될 수 있도록 하거나, 필요하다면 수차의 저감을 제어할 수 있도록 하는 것(예를 들어 투영시스템의 특정 렌즈 요소들의 위치가 조정되어 파면 수차가 최소화될 수 있도록 하는 것)이 중요하다. 보다 상세히 후술하겠지만 파면 수차들을 측정하는 몇가지 기술들이 공지되어 있다; 이들 기술은 시스템적 에러를 겪을 수 있고, 그에 따라 정확성의 한계가 있다. 또한 그들은 테스트 패턴들을 묘화할 때 특정 요소들의 위치설정시 엄격한 톨러런스의 문제를 겪게 되어, 난이하며 및/또는 고비용이 들 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법이 제공되며, 상기 리소그래피 장치는, 방사선 투영빔을 제공하는 조명시스템, 패터닝구조체를 지지하는 지지구조체, 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 및 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하며, 상기 방법은, 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계, 제2테스트 패턴을 투영하는 단계, 상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계, 및 상기 측정치들을 사용하여 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위하여 제2테스트 패턴을 묘화할 때 필터가 사용되고, 광학 축선을 따라 서로에 대해 변위되는 평면들에서 얻어진 상기 제2테스트 패턴의 복수의 이미지들에 대해 측정이 수행된다.
이 방법은 투영시스템을 통한 방사선의 추측 경로(assumed path)가 간단한 기하학적 광학 모델들을 기초로 하지 않기 때문에 상기 수차가 판정될 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법이 제공되며, 상기 리소그래피 장치는, 방사선 투영빔을 제공하는 조명시스템, 패터닝구조체를 지지하는 지지구조체, 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 및 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하며, 상기 방법은 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계, 제2테스트 패턴을 투영하는 단계, 상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계, 및 상기 측정치들을 사용하여 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위하여 제2테스트 패턴을 묘화할 때 필터가 사용되고, 수차 정보를 판정하기 위한 계산에 가변 파라미터(variable parameters)로서 필터의 좌표가 포함 된다.
이 방법은 필터의 위치설정의 톨러런스가 완화(relax)되도록 할 수 있는데, 이는 그것이 모델링시에 고려되기 때문이며, 따라서 보다 저렴하게 이행될 수 있다. 상기 수차는 필터의 추측 위치에서의 시스템적 에러의 영향을 저감시킴으로써 판정될 수 있다.
본 발명의 추가 형태에 따르면, 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법이 제공되며, 상기 리소그래피 장치는, 방사선 투영빔을 제공하는 조명시스템, 패터닝구조체를 지지하는 지지구조체, 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 및 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하며, 상기 방법은, 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계, 제2테스트 패턴을 투영하는 단계, 상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계, 및 상기 측정치들을 사용하여 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위하여 제2테스트 패턴을 묘화할 때 필터가 사용되고, 수차 정보를 판정하기 위한 계산에 가변 파라미터로서 필터에 의해 도입되는 구면 수차가 포함된다.
이 방법은, 필터의 본질적 구면 수차에 의하여 도입되는 시스템적 잉여(extra) 시프트가 실질적으로 갤리브레이션될 수 있기 때문에 수차가 판정되도록 할 수 있다.
본 발명의 추가 형태는, 기판을 제공하는 단계, 조명시스템을 사용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계, 패터닝구조체를 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계 및 상기 패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 단계, 본 발명의 상기 형태들 중 어느 한 형태의 방법에 따라 상기 투영시스템의 수차를 판정하는 단계, 및 상기 수차를 보정하여 상기 기판의 타겟부상으로 투영되는 패터닝된 빔의 수차를 저감시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법을 제공한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가, 집적 광학시스템의 제조, 자기 도메인 메모리, 액정표시패널(LCD), 박막자기헤드 등을 위한 가이던스 및 검출패턴의 제조와 같은 여타 응용례들을 가질 수도 있음을 이해해야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서내의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 사용이 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로서 고려될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 예를 들어 트랙(통상적으로 레지스트의 층을 기판에 적용하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴)이나 메트롤로지 또는 검사 툴에서 노광 전 또는 후에 처리될 수도 있다. 적용이 가능할 경우, 본 명세서의 내용은 상기 및 기타 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 기판은 예를 들어 다중 층 IC를 생성시키기 위하여 한번 이상 처리될 수 있어서, 본 명세서에서 사용된 기판이라는 용어는 다중 처리된 층을 이미 포함하는 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 자외선(UV)(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚의 파장을 가짐)과 극자외(EUV)선(예를 들어, 5 내지 20㎚ 범위의 파장을 가짐)뿐만 아니라 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝구조체(patterning structure)"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성시키는 것과 같이 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 수단을 지칭하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 투영빔에 부여되는 패턴은 기판 타겟부내의 원하는 패턴과 정확히 대응하지는 않는다는데 유의해야 한다. 일반적으로, 투영빔에 부여되는 패턴은 집적회로와 같은 타겟부에 형성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝구조체는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝구조체의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크타입을 포함한다. 프로그램 가능한 거울 어레이의 예로는 작은 거울들의 매트릭스 배열을 들 수 있는데, 상기 거울들 각각은 입사되는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있고; 이러한 방식으로, 반사된 빔이 패터닝된다. 패터닝구조체의 각 예시에 있어서, 지지구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정 또는 이동될 수 있고, 패터닝구조체가 가령 투영시스템에 대하여 원하는 위치에 자리할 수 있도록 하는 프레임 또는 테이블일 수 있 다. 본 명세서에서 사용되는 "레티클" 또는 "마스크"란 용어의 어떠한 사용도 좀 더 일반적인 용어인 "패터닝구조체"와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어, 사용되는 노광방사선에 대하여 적절하거나 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용이나 진공의 사용과 같은 여타의 팩터들에 대하여 적절한, 굴절광학시스템, 반사광학시스템 및 카타디옵트릭 광학시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
또한, 조명시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위한 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학구성요소를 포괄할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 수도 있다.
리소그래피장치는 2개(듀얼스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있거나, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수도 있다.
또한, 리소그래피장치는 투영시스템의 최종요소와 기판 사이의 공간을 채우도록 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체, 예를 들어 물에 기판이 침지되는 형태일 수도 있다. 침지액은 리소그래피장치내의 여타의 공간, 예를 들어 마스크와 투영시스템의 제1요소 사이에 적용될 수도 있다. 당업계에서는 투영시스템의 개구수를 증 가시키는 침지 기술이 잘 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는:
방사선(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 제공하는 조명시스템(일루미네이터)(IL);
패터닝구조체(MA)(예를 들어, 마스크)를 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터닝수단을 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);
기판(W)(예를 들어, 레지스트코팅된 웨이퍼)을 잡아주고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및
패터닝구조체(MA)에 의하여 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함)상에 묘화시키는 투영시스템(PL)(예를 들어, 굴절형 투영렌즈)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과형 마스크를 채용한) 투과형이다. 대안적으로는, 상기 장치는 (예를 들어, 상술된 형태의 프로그램가능한 거울 어레이를 채용한) 반사형일 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 상기 방사선 소스와 리소그래피 장치는, 예를 들어 상기 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우 별도의 객체일 수 있다. 이러한 경우에, 상기 방사선 소스는 리소그래피 장치 의 일부를 형성한다고 볼 수 없으며, 방사선 빔은 예를 들어, 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스펜더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)를 거쳐간다. 여타의 경우, 예를 들어, 방사선 소스가 수은램프인 경우에는 상기 방사선 소스는 상기 장치의 통합된 일부일 수 있다. 상기 방사선 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는 필요하다면 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라 칭할 수도 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 빔의 각도 세기분포를 조정하는 조정가능한 광학 요소 수단들(AM)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측의 반경크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 여타 구성요소들을 포함한다. 상기 일루미네이터는 그 단면에서 소정의 균일성 및 세기 분포를 갖는, 투영빔(PB)이라 칭해지는 콘디셔닝된 방사선 빔을 제공한다.
상기 투영빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로지른 투영빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하고, 상기 렌즈는 기판(W)의 타겟부(C)위에 상기 빔(PB)을 포커싱한다. 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 1에는 명확히 도시되어 있지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에 또는 스캔 하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블들(MT 및 WT)의 이동은, 위치설정수단들(PM 및 PW)의 일부를 형성하는 긴-행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, 스테퍼의 경우에는 (스캐너와는 대조적으로) 마스크테이블(MT)이 짧은 행정 액추에이터에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1, M2) 및 기판 정렬마크(P1,P2)를 사용하여 정렬될 수도 있다.
도시된 장치는 다음의 바람직한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되는 한편, 투영빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 정적노광) 타겟부(C)상에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 정적노광시에 묘화되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크테이블(MT)과 기판테이블(WT)이 동시에 스캐닝되는 한편 투영빔에 부여된 패턴이 소정 타겟부(C)(즉, 단일 동적노광)상에 투영된다. 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전(image reversal) 특성에 의하여 결정된다. 스캔 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 동적노광시의 타겟부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 한편, 스캐닝동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서는, 마스크테이블(MT)이 프로그램가능한 패터닝구조체를 잡아주어 기본적으로 정적인 상태로 유지되며, 투영빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안 기판테이블(WT)이 움직이거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스방사선소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 기판테이블(WT)이 이동한 후, 또는 스캔시 연속적인 방사선펄스들 사이에서 필요에 따라 프로그램가능한 패터닝수단이 업데이트된다. 이 작동 모드는, 위에서 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝구조체를 활용하는 마스크없는(maskless) 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전체적으로 상이한 사용 모드가 채용될 수도 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 선행 기술과 그것의 한계에 대해여 도 2 내지 6을 참조로하여 설명할 것이다. 후술하겠지만, 본질적으로 이 기술에서는, 2개의 테스트 패턴이 상이한 조건하에서 개별적으로 노광된다. 도 2에 도시되었듯이, 제1테스트 패턴은 기준 패턴으로서의 역할을 하고 일 실시예에 따라 내측 프레임(10)으로 공지된 복수의 작은 정사각형들로 구성되며; 제2테스트 패턴은 외측 프레임(12)으로 공지된 보다 큰 정사각형들의 세트를 포함한다. 각각의 테스트 패턴은 내측 프레임 또는 외측 프레임의 어레이를 포함하며, 도 3에 도시된 바와 같이 외측 프레임(12)들이 그들의 에지를 따라 그들의 이웃하는 외측 프레임들과 접촉(touch)하도록 배치될 수 있다. 각각의 외측 프레임(12)은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 각각의 내측 프레임(10)과 대략 동심적이다. 하지만, 2개의 테스트 패턴들 은 후술되는 바와 같이 상이한 조건들하에서 묘화되기 때문에, 그것의 내측 프레임(10)에 대한 각각의 외측 프레임(12)의 변위가 있을 수 있고, 이 변위를 측정함으로써 투영시스템의 파면 수차에 관한 정보가 얻어질 수 있다. 이에 대한 이유는, 투영시스템의 파면의 국부적인 수차는 파면의 특정한 국부적인 부분에 의하여 생성되는 이미지의 시프트를 초래하는 파면의 국부적인 틸트임이 명백하기 때문이다. 따라서, 이미지의 시프트는 파면 수차와 관련될 수 있다.
도 4는 레지스트 코팅된 웨이퍼상에서 묘화될 때 나타날 수 있는 것으로서 제1 및 제2테스트 패턴의 완성된 노광(complete exposure)을 나타낸다. 그것은 내측 프레임(10)의 정사각형 어레이 및 외측 프레임(12)의 실질적으로 원형인 패치(patch)로 이루어진다. 간명히 하기 위해, 도 4에서는 단지 하나의 내측 프레임(10)과 하나의 외측 프레임(12)에만 참조부호를 붙였다.
내측 프레임(10)의 제1테스트 패턴에 대한 묘화 조건이 도 5에 예시되어 있다. 제1테스트 패턴은, 기판(W)이 투영시스템(PL)에 의하여 생성되는 마스킹된 MA의 이미지의 최적의 포커스 평면에 위치된 채로 정상적인(normal) 묘화 조건하에서 기판(W)상에 묘화되는 마스크(MA)상에 존재한다. 위치 Xif에서 내측 프레임은 위치 MXif에서 묘화되며, 여기서, M은 1/4와 같이 통상적으로 1보다 작은 투영시스템의 배율이다. 투영시스템(PL)은 퓨필 평면에서 퓨필(14)을 갖는다. 퓨필 평면에서의 광 세기 분포는 본질적으로 기판(W)상에 묘화되는 마스크(MA)상의 패턴의 푸리에 변환이다. 제1테스트 패턴의 각 내측 프레임의 묘화는, 도 5에서 레이 라인(ray line)들에 의해 도식적으로 나타낸 바와 같이 퓨필(14)의 전체 폭을 이용한다. 투영렌즈(PL)의 웨이퍼 측상에서, 기판(W)상의 일 포인트에서 묘화에 기여하는 극 레이들은 반-각(semi-angle) α의 부채꼴을 형성하며, 따라서 개구수(NA) = sin(α)이다. 마스크 측에서 부채꼴 각 α' = M×α이다.
도 6은 외측 프레임(12)의 제2테스트 패턴에 대한 묘화 조건들을 예시하고 있다. 이 경우에, 필터(16)는 마스크(MA) 아래의 소정 거리(Zo)에 위치된다. 본 예시에서, 필터는 얇은 금속판의 어퍼처와 같은, 핀 홀 이외에서는 불투명 부재인 핀홀(18)이다. 핀홀(18)의 크기는 외측 프레임(12)들 중 하나와 근사적으로 동일한 크기일 수 있고, 상기 판의 두께는 일반적으로 핀홀의 폭보다 실질적으로 작다. 도 6에서, 핀홀(18)은 투영시스템(PL)의 광학 축선에 대해 위치 Xo상에서 센터링된다(centered). 간단히 하기 위해, 도 5 및 6은 XY 평면의 단면이나, 물론 이것은 핀홀(18)의 위치 및 묘화되는 테스트 패턴의 위치가 XY평면상의 어디에나 있을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 퓨필(18)은 필터로서 작용하여, 투영시스템(PL)의 개구수로 인해 핀홀(18)에서 소정 각(2xα')에 대응하는(subtend) 마스크(MA)상의 측정 영역으로부터의 방사선만이 투영시스템(PL)을 통과하도록 한다. 다음으로, 마스크(MA)상의 측정 영역에서의 각 포인트에 대해, 핀홀(18)을 통과하는 레이들은 투영시스템(PL)을 통한 유일 통로를 가로지를 것이다. 이와는 대조적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 마스크(MA)상의 특정 포인트로부터의 레이들은 투영시스템(PL)을 통한 많은 루트들을 취하고 전체 퓨필(14)을 채울 수 있다. 도 6에서는, 핀홀(18)에 대한 위치 Xof에서 외측 프레임에 대하여, 기판(W)에 이르는 상기 외측 프레임 부근으로부터의 방사선은 실선의 레이 라인으로 도시된, 투영시스템(PL)을 통한 단지 하나의 경로만을 취할 수 있다. 상이한 외측 프레임들로부터의 레이들은, 예를 들어 도 6의 파선 및 점선으로 된 레이 라인으로 도시된 바와 같이 투영시스템(PL)을 통한 상이한 경로들을 취할 것이다. 따라서, 상기 핀홀(18)이 필터로서 작용하여, 각각의 외측 프레임으로부터의 레이들이 투영시스템(PL)을 통한 그들 자신의 유일 통로를 선택하도록 한다. 제2테스트 패턴의 노광에 대하여, 조명시스템의 출구(exit) 퓨필은 투영렌즈들의 입구(entrance) 퓨필을 완전히 채워야 한다.
Xo에서 센터링된 핀홀(18)에 대한 위치 Xof에서의 외측 프레임에 대하여, 투영시스템(PL)을 통한 외측 프레임으로부터의 방사선의 경로는 그것이 퓨필(14)을 통과하는 좌표(Px)를 특징으로 할 수 있다. 간단한 기하학적 고려사항들로부터, 퓨필 좌표(Px)는 다음의 수학식으로 주어진다:
(수학식 1)
Figure 112006079894041-pat00022
보다 일반적으로는, 좌표계(Xof,Yof)=R에서 센터링된 외측 프레임에 대하여, 대응되는 퓨필 좌표계는 다음 수학식으로 주어진다.
(수학식 2)
Figure 112006079894041-pat00023
즉,
Figure 112006079894041-pat00024
이고
Figure 112006079894041-pat00025
여기서
Figure 112005015383133-pat00005
이다.
이러한 식들은 퓨필의 반경이 1이 되도록 정규화된다. 이 식들은 레이의 퓨필 위치에 대한 기하학적 광학 예측(geometrical optics prediction)이다.
투영시스템을 통한 특정 경로에 국부적으로 존재하는 파면 수차는 이상적인 파면에 대한 틸트를 초래하며, 이는 외측 프레임의 이미지의 변위를 가져올 것이다. 상이한 경로 및 그로 인해 나타나는 상이한 국부적 수차로 인해 각각의 외측 프레임에 대하여 잠재적으로 상이한 변위가 존재한다. 각각의 내측 프레임은 투영렌즈들의 전체 개구수(투영렌즈 퓨필 폭)를 사용하여 묘화되며, 따라서 모든 내측 프레임들은 동일한 수차를 겪을 것이다. 그러므로, 프레임 당 국부적 틸트 대신에, 모든 내측 프레임들을 동일한 전면적(global) 틸트로 보며, 이는 전 패턴의 전면적 인 변위를 가져올 것이다. 따라서, 내측 프레임 이미지에 대한 외측 프레임 이미지의 어떠한 변위도 파면 수차로 바뀔 수 있다. 가장 낮은 차수의 수차(오프셋 및 틸트)는 그들이 내측 프레임들의 전 패턴의 전면적인 변위를 초래하기 때문에 이 기술에 의해서 얻어질 수 없다.
실제로, 내측 및 외측 프레임들의 제1 및 제2테스트 패턴들은 레지스트 코팅된 기판상에서 노광되며, 상기 기판은 그 후 리소그래피 투영장치로부터의 별도 장치의 오프-라인에서 분석된다. 레지스트는 노광된 이미지들이 관찰될 수 있도록 현상되거나, 레지스트내의 잠재 이미지들(latent images)을 관찰할 수도 있다. 또한, 레지스트를 사용하지 않고 이미지들을 전자적으로 캡처링하기 위한 CCD 또는 CMOS 카메라와 같은 카메라 장치를 사용하는 것도 가능하다. 그 다음 리소그래피 투영장치와는 독립적인 컴퓨터에서 상기 이미지들에 대응되는 전자 데이터가 분석될 수도 있다.
레지스트 코팅된 웨이퍼상에서 묘화될 때 나타날 수 있는 내측 및 외측 프레임의 제1 및 제2테스트 패턴들의 노광의 일 예시가 도 4에 주어져 있다. 외측 프레임(12)의 대략 원형인 영역은 퓨필(18)을 통과한 레이들의 펜슬 자취(footprint of the pencil of ray)에 대응된다. 달리 말하면, 외측 프레임의 디스크는 퓨필(18)의 아웃-오브-포커스(out-of-focus) 이미지이다. 일 예시에서, 도 4의 내측 정사각형들(10)의 제1테스트 패턴의 크기는 대략 600미크론×600미크론이며, 핀홀(18)에서 각도 2×α'에 대응하는 원형의 영역이 위치되는 마스크 레벨에서의 특정 측정 영역을 나타낸다. 도 4와 같은 노광에 대하여, 변위의 값은 가시적인 대략 250개의 외측 프레임의 위치에 대응되는 측정 영역내의 대략 250개의 위치에서 측정된다. 통상적으로, 대략 30개의 이러한 측정치들의 세트들은 {슬릿을 통한} 10 칼럼×(스캔 방향으로의) 3 로우에 대응하여 수행된다.
기판 레벨에서 이미지의 각 외측 프레임(12)의 크기는 대략 25미크론이다. 필터(16)와 마스크(MA)의 레벨간의 거리(Zo)는 대략 5mm이다.
상술하였듯이, 투영시스템의 수차는 파면의 틸트 및 그에 따른 이미지의 변위를 야기한다. 측정된 변위는 파면의 도함수(derivative)와 같고 수학적으로 다음과 같이 관련지워질 수 있다.
(수학식 3)
Figure 112005015383133-pat00006
여기서, k 및 l은 단순히 각각의 외측 프레임에 대한 지수들이고;
dX, dY는 내측 프레임에 대하여 측정된 외측 프레임의 변위이고;
∂/∂X 및 ∂/∂Y는 각각 X 및 Y 방향으로의 편미분이고;
WF는 퓨필 위치(PX,PY)에서의 파면이며;
(Px,Py)는 프레임 지수 k, l에 대응되는 퓨필의 위치이다.
수차 파면(aberrated wave front)은 Zernike 다항식으로 기술될 수 있다: 즉 파면는 일련의 다항식 함수들의 합으로서 표현될 수 있고, 각 함수의 콘트리뷰션(contribution)은 각각의 Zernike 계수에 의하여 스케일링된다. Zernike 다항식들 은 래이디얼 좌표(radial coordinate)의 다항 함수들이고 또한 각도 종속성(angular dependency)을 포함한다. 각각의 Zernike 다항식은 특정 수차의 분포를 나타내는 것으로서 식별될 수 있다. 따라서, 수학식 3에서, 파면의 도함수들은 그들 자체가 또 다른 세트의 다항식들인 Zernike 다항식들의 도함수들에 대응된다. 이들 도함수 다항식들은 Zernike 계수들을 얻기 위한 종래의 수치 계산 기술들을 이용하여 측정된 변위들에 피팅(fitted)될 수 있다. Zernike 확장은, 예를 들어 상기 Zernike 확장이 Zernike 수 64까지 수행되도록 선택된 Zernike 다항식에서 종결될 수도 있다. 보다 낮은 차수의 Zernike 계수들에 영향을 미치는 보다 높은 차수의 Zernike 계수들로부터 나온 크로스-토크(cross-talk)가 제한되도록, 상기 수는 충분히 크도록 선택된다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예는 상기 수학식 1 및 2에서와 같이 기하학적 광학에 따른 퓨필을 가로지르는 레이의 위치의 계산이 전반적으로 유효하지 않을 수도 있다는 사실에 기인한다. 따라서, 이것은 예를 들어 Zernike 계수로서 표현되는 렌즈들의 계산된 파면 수차의 오차를 유발한다.
이와는 대조적으로, 본 발명의 이 실시예에 따르면, 특정 외측 프레임으로부터의 레이가 가로지르는 퓨필 위치(P)는 상이한 포커스 위치들에 대한 이미지의 변위의 변화를 측정함으로써 찾을 수 있다. 도 7을 참조하면, 마스크(MA)상의 외측 프레임(OF)은 최적의 포커스 평면에 있을 때의 기판(W)상의 위치(R)에서 소정 이미지를 생성한다. (광학 축선을 따르는) Z-방향으로 ΔZ만큼의 웨이퍼 위치의 시프트 는 ΔR만큼의 이미지의 변위를 발생시킨다. 실제로, 특정 측정 사이트(site)에서의 외측 프레임(OF)에 대하여, 벡터는 그것이 샘플링하고 있는 퓨필 위치(P)를 향하는 포커스 포인트들을 통한 변위의 변화를 나타내는 벡터로 표현된다. 퓨필 위치(P)에 대해 다음의 관계가 성립된다.
(수학식 4)
Figure 112005015383133-pat00007
표준 분수 근사치(standard numeric approximation)들은 최적의 포커스 위치에서의 구배(∂R/∂Z)와 포커스(ΔZ)를 통한 이미지(ΔR)의 변위의 관계를 설명하는(relate)데 사용될 수 있다. 이하, ΔZ는 dZ로도 쓰여질 수 있으며, 변위 ΔR은 성분 dX와 dY를 가질 것이다.
보다 상세히 하면, 파면(W)과 디포커스(dZ)간의 관계는
(수학식 4-1)
Figure 112005015383133-pat00008
이고, θ는 디포커싱된 표면의 법선(normal)에 대한 묘화 레이의 각도이다.
퓨필 좌표(p)는 다음과 같이 주어지며,
(수학식 4.2)
Figure 112005015383133-pat00009
여기서, NA는 개구수이고, n은 이미지 스페이스(image space)의 굴절율이다.
웨이퍼 레벨에서 측정된 변위는 다음과 같이 주어진다.
(수학식 4.3)
Figure 112005015383133-pat00010
웨이퍼 좌표로의 변환은 다음의 식들을 생성하며
(수학식 4.4)
Figure 112005015383133-pat00011
이는 다음의 관계를 사용한다.
(수학식 4.5)
Figure 112005015383133-pat00012
팩터 NA는 개구수의 에지에 대한 정규화(normalization) 때문에 필요하다. 수학식 4.4는 측정된 정량치들(quantities): 즉 디포커스의 변화(dX/dZ, dY/dZ)에 의한 변위의 변화를 퓨필 좌표(Px,Py)의 미지의 정량치들과 관련시킨다. 이것은 2개의 미지수와 2개의 방정식이 존재하므로 풀 수 있다.
측정될 수 있는 변위의 양은 오버레이 측정 툴의 능력에 의해 제한된다. 통상적인 최대 변위는 외측 프레임 크기의 ±5%, 즉 1.25미크론과 같다. θ=45°(즉, NA=0.7)의 경우에, 이것은 ±1.25미크론의 디포커스와 동일하다.
이들 측정치 및 계산치에 따라 얻어진 각각의 외측 프레임에 대응되는 퓨필 위치들은, 수학식 3 및 후속 절에서와 동일한 분석시에 기하학적 광학 근사치들 대 신에, 수차 정보, 예를 들어 Zernike 계수들로서 표현된 수차 정보를 얻는데 사용될 수 있다.
실시예 2
수학식 4.4는 프레임 당 퓨필 좌표를 제공할 것이다.
(5) px(k,l),py(k,l)
프레임에 걸쳐 있는 이 분포(distribution)는 미지의 파라미터로서 구면 수차(s)의 양 및 필터(핀홀)의 위치(Dx,Dy,Dz)를 갖는 모델에 피팅될 수 있다.
상기 모델은:
Figure 112005015383133-pat00013
여기서, coeff(1)은 x방향으로의 변위(미크론)이고;
coeff(2)는 y방향으로의 변위(미크론)이고;
coeff(3)는 z방향으로의 변위(미크론)이고;
coeff(4)는 디포커싱된 핀홀내의 축방향 구면 수차(axial spherical aberration)의 양이고;
k 및 l은 프레임의 위치(미크론)와 동일하며;
rx 및 ry는 상기 분포(5)내의 측정된 퓨필 좌표와 동일하다.
이 모델 및 피팅 프로세스를 적용함으로써, 핀홀의 실제 위치가 얻어질 수 있으며, 이는 마스크(MA)상의 외측 프레임들의 테스트 패턴에 대하여 필요한 핀홀(18)의 위치설정을 위한 톨러런스가 완화될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은, 핀홀(또는 여타 필터)의 제조 및 위치설정을 크게 단순화하고 저렴하게 한다.
본 발명의 이 실시예는 또한 수차 측정의 부정확성을 야기할 수 있는 추가 팩터들을 고려한다. 도 8을 참조하면, 마스크(MA)는 기판(W)에서 묘화되는 측정 영역(20)내의 외측 프레임들의 규칙적인 어레이를 제공한다. 하지만, 방사선이 통과하는 핀홀(18)은 디포커싱되며, 이것은 핀홀(18)의 이미지가 심각한 구면 수차를 겪는다는 것을 의미한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 핀홀(18)에서 상이한 각도에 대응하는 광은 기판(W)의 평면으로부터 상이한 거리에서 포커싱된다. 이러한 영향은 완벽한 묘화 광학기가 존재하는 경우에도 근본적으로 나타난다(fundamental). 이 영향의 결과는 마스크(20)에서 규칙적으로 배열되는 외측 프레임들이 더 이상 기판(W)에서 규칙적으로 배열되지 않는 다는 것이다. 이 영향은 테스트 패턴 이미지들을 가로지르는 내측 및 외측 프레임 쌍들 사이의 잉여 시프트를 야기한다(도 4).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이들 잉여 시프트들은 핀홀의 구면 수차가 피팅되어질 또 다른 파라미터이기 때문에 투영렌즈의 수차 측정으로부터 캘리브레이션된다. 이미 상술하였듯이, Zernike 계수들은 수학식 3을 이용하여 얻어진다.
퓨필 직경의 0.9보다 큰 것에 대응되는 반경방향 위치에서의 포인트들이 무 시된다면 수차 측정, 즉 Zernike 계수의 계산이 개선된다는 것을 경험적으로 알 수 있다.
본 발명에 따라 투영시스템의 수차가 계산된 후에, 예를 들어 특정 렌즈 요소들의 위치를 조정함으로써 묘화를 개선시키기 위한 보정이 수행되어 파면 수차들을 최소화시킬 수 있다. 그 다음, 리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴들을 노광하는데 사용될 수 있다. 상기 장치의 가열 효과, 드리프트 및 에이징(ageing)을 보상하기 위해 반복되는 수차 측정들이 주기적으로 수행될 필요가 있을 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예들에 대해 상술하였으나, 본 발명은 설명된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 상기 설명에 본 발명을 제한하려는 의도는 없다. 예를 들어, 내측 및 외측 프레임들은 가능한 테스트 패턴들의 예시에 지나지 않는다. 실시예들은 Zernike 다항식의 항들 및 그들의 계수의 관점에서 렌즈 수차를 기술하였으나, 이것은 파면 수차를 설명하는데 사용될 수 있는 여러 가능한 세트의 함수들 중 하나에 불과하며, 본 발명은 Zernike 계수 이외의 파라미터들의 관점에서 수차를 판정하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 상술된 실시예들은 개별적으로 사용되거나 어떠한 적절한 조합으로 사용될 수도 있다. 테스트 패턴들에 대한 기준으로 사용된 "제1(first)" 및 "제2(second)"라는 용어는 참조부호에 불과하며, 어떠한 시간적인 순서의 의미도 내포하고 있지 않다; 상기 패턴들은 어떠한 순서로도 묘화될 수 있다. 본 명세서에서 제1테스트 패턴은 기준 테스트 패턴으로 지칭될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 리소그래피 장치에서의 투영 시스템의 파면 수차를 측정하는 우수한 방법을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법에 있어서,
    상기 리소그래피 장치의 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 리소그래피 장치의 제2테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계; 및
    상기 측정치들을 이용하여, 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2테스트 패턴을 투영하는 단계는, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위한 필터링을 포함하고,
    상기 측정하는 단계는, 서로에 대해 광학 축선을 따라 변위되는 평면들에서 얻어진 상기 제2테스트 패턴의 복수의 이미지들에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 이미지들에 대하여, 상기 광학 축선을 따른 변위에 대한 상기 제2테스트 패턴의 부분들의 변위의 변화율을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계산된 변화율을 이용하여, 상기 제2테스트 패턴의 특정 부분들에 대해 상기 방사선이 가로지르는 상기 투영시스템의 퓨필내의 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터링에 사용되는 필터의 좌표는, 상기 수차 정보를 판정하기 위한 계산들에서 가변 파라미터들로서 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필터링에 사용되는 필터에 의해 도입되는 구면 수차는, 상기 수차 정보의 판정시에 가변 파라미터로서 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법에 있어서,
    상기 리소그래피 장치의 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 리소그래피 장치의 제2테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계; 및
    상기 측정치들을 이용하여, 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2테스트 패턴을 투영하는 단계는, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위한 필터링을 포함하고,
    상기 필터의 좌표는, 상기 판정을 위한 계산시에 가변 파라미터들로서 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 리소그래피 장치의 투영시스템의 수차를 판정하는 방법에 있어서,
    상기 리소그래피 장치의 기준 테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 리소그래피 장치의 제2테스트 패턴을 투영하는 단계;
    상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 아이템들간의 상대적인 변위들을 측정하는 단계; 및
    상기 측정치들을 이용하여, 상기 투영시스템의 수차에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2테스트 패턴을 투영하는 단계는, 상기 투영시스템을 통한 특정 방사선 경로들을 선택하기 위한 필터링을 포함하고,
    상기 필터링에 사용되는 필터에 의해 도입되는 구면 수차는, 상기 수차 정보의 판정시에 가변 파라미터로서 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구면 수차는, 상기 기준 테스트 패턴과 상기 제2테스트 패턴의 생성된 이미지들의 부분들간의 측정된 변위들을 보정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 디바이스 제조방법에 있어서,
    패터닝된 방사선 빔을 투영 시스템을 이용하여 기판의 타겟부상으로 투영하는 단계;
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 따라 상기 투영 시스템의 수차를 결정하는 단계; 및
    상기 기판의 타겟부상으로 투영되는 상기 패터닝된 빔의 수차를 저감하도록 상기 수차를 보정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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