KR100795140B1 - 리소그래피 투영장치 및 상기 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

특정 어플리케이션과 관련하여 그 현저성이 떨어지는 수차들에 걸쳐 주어진 우선적인 특정 어플리케이션(특정 패턴, 조명 모드 등)에 대해 가장 현저한 수차들을 제외하고 모든 수차들이 보상될 수 있도록 리소그래피 투영장치에 있어 소정의 방법이 활용된다. 상기 방법은, 이미지를 수용하는 타겟부를 갖는 기판, 요구되는 패터닝 어플리케이션에 따라 패턴을 적용하는 마스크 및 상기 마스크상으로 선택된 방사선 빔을 투영하여 타겟부상에 패턴의 이미지를 제공하는 특정하게 요구되는 패터닝된 빔을 생성시키는 투영시스템을 이용한다. 요구되는 어플리케이션에 대한 특정 중대성의 수차들에 우선권을 제공하는 방식으로 수차들을 보상하기 위하여, 상기 방법은, 시간에 따라 투영시스템의 수차 변화를 예측하는 단계, 소정의 측정된 수차 값들에 대하여 상기 예측되는 투영 시스템 수차 변화들의 이미지의 특정 파라미터에 관한 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 단계; 시간에 따른 투영시스템 수차의 상기 예측된 투영시스템 수차 변화들 및 이미지의 특정 파라미터에 관한 그들의 어플리케이션-특정 효과에 따라 요구되는 패터닝된 빔에 대해 특정한 제어신호를 발생시키는 단계; 및 이미지에 관한 수차들의 예측된 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위하여 제어신호에 따라 이미징 조정들(imaging adjustments)을 수행하는 단계를 포함한다. 그러므로, 상기 조정들은 주어진 어플리케이션에 대해 최적으로 결정된다.

Description

리소그래피 투영장치 및 상기 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법{Lithographic Projection Apparatus and a Device Manufacturing Method using such Lithographic Projection Apparatus}

본 발명의 일 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예시의 방법으로 기술될 것이다.

도 1은 본 발명을 유효하게 하는 리소그래피 장치의 도;

도 2는 렌즈 가열 모델과 IQEA 모델간의 커플링을 도시한 설명도;

도 3 및 3a는 본 발명의 두가지 실제 구현을 예시한 설명도;

도 4 및 5는 컴퓨터 시스템에서 특정 실시예들을 구현시에 수행될 제어 단계들의 플로우 차트이다.

본 발명은 리소그래피 투영장치 및 상기 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 예를 들어 방사선 투영빔을 공급하는 방사선 시스템, 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝장치를 지지하는 지지구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치의 분야의 어플리케이션에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝장치(patterning device)"라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선 빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝장치의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사선 빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 필요한 위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.

- 프로그램가능한 거울 어레이. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있 다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울 어레이의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적절하게 집중된 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사선 빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝장치는 1이상의 프로그램가능한 거울 어레이로 이루어질 수 있다. 이러한 거울 어레이에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울 어레이의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료 로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝장치의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝장치는 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper) 또는 스텝-앤드-리피트 장치(step-and-repeat apparatus)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 주어진 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반 평행으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 이미징된다. 이 이미징 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 상기 기판이 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 이미징된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 디바이스, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다.

나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서, 추가테이블들이 병렬로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5969441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 달리 실행가능한 여러 어플리케이션을 가지고 있음을 명확히 이해해야 한다. 예를 들면, 이것은 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등에 채용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어 로 대체되고 있음을 알 수 있다. 일반적으로, 본 명세서 전반을 통해, "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 그 범위내에 "레티클"이란 용어의 사용을 포괄하는 것으로 간주되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)선, 및 (예를 들어, 파장이 5-20㎚범위에 있는) 극자외(EUV)선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.

리소그래피 투영장치의 투영시스템에서는 렌즈 가열 현상(phenomenon of lens heating)이 발생할 수 있다. 투영렌즈는 노광 동안 투영빔 방사선에 의해 약간 가열되게 된다. 이러한 가열의 결과로서, 굴절률의 변화가 발생되고, 렌즈 요소들의 특정한 팽창이 발생되어, 상기 요소들의 기하학적 형태에서의 미묘한 변화를 야기하며, 그들의 광학 특성들의 부수적인 변화를 가져온다. 이는, 새로운 렌즈 수차들이나 기존 수차들의 변화를 초래할 수 있다. 이들 수차 변화의 발생은, 특정 렌즈의 기하학적 구조, 렌즈의 재료, 투영 파장, 광원 파워, 타겟부, 웨이퍼-반사율, 크기 등과 같은 문제들에 따라 좌우되기 때문에, 상기 렌즈 가열의 효과들이 예측될 수 있는 정확도는, 특히 어떠한 측정 및 보상 메커니즘도 존재하지 않는 경우에 제한될 수 있다.

렌즈 가열은 리소그래피 투영장치에서 어느 정도는 항상 발생된다. 하지만, IC내에 계속 증가하는 개수의 전자 구성요소를 집적시키려 하고 그에 따라 피처들이 더욱 작아지게 되는 경향에 의하여, 그리고 제조 스루풋을 증대시키기 위하여, EUV 방사선과 같은 보다 짧은 파장의 방사선뿐만 아니라, 3-6 kW Mercury-arc 램프 및 10 내지 20 W의 파워를 갖는 엑시머 레이저와 같은 하이-파워 방사선 소스가 사용되어 왔으며, 이들은 피처 크기의 축소와 함께 렌즈 가열을 보다 심각한 문제로 만들었다. 상기 문제는 일반적으로 스테퍼에서보다 스캐너에서 보다 심각하며, 스테퍼에서는 실질적으로 각 렌즈 요소의 전체 (원형) 단면이 조사되는 반면, 스캐너에서는 실질적으로 렌즈 요소들의 슬릿-형상부(slit-shaped portion)만이 조사되어; 결과적으로, 스캔 방향으로의 렌즈 수차들이 스캐너에서 평균화되는 경우에도 스캐너에서의 효과는 스테퍼에서의 것과는 더욱 많은 차이가 나기 때문에 새로운 렌즈 수차들이 발생하게 된다.

이러한 렌즈 가열로 인해 투영시스템의 요소들의 광학 특성들에서의 변화는 자연적으로 투영되는 이미지에 영향을 미쳐, XY-평면에 대해서는 배율이 특히 중요하며 Z-평면에 대해서는 초점이 특히 중요한 이미지 파라미터들에서의 변화를 주로 야기한다. 하지만, 예를 들어 그 내용들이 본 명세서에서 인용 참조되고 있는 EP 1164436A 또는 US 6563564에 개시된 바와 같이, 이 렌즈 가열 효과는, 배율 또는 투영시스템의 여타 이미지 파라미터들의 보상 변화에 영향을 주도록 렌즈 요소들의 위치들을 조정함으로써 캘리브레이션 및 보상될 수 있다. 렌즈 가열 효과들은, 렌즈 특성들에 따라 좌우되며, 이들은 장치가 구성되고 추후 주기적으로 재캘리브레이트될 수도 있는 경우 캘리브레이트되는 렌즈 특성들과, 마스크 투과율, 도즈, 조명 세팅, 필드 크기 및 기판 반사율과 같이 행해지는 노광들의 다양한 파라미터들에 따라 좌우된다.

리소그래피 투영장치의 이미징(imaging)를 수행하는 경우, 투영시스템의 설계에 많은 주의를 기울이고 시스템의 제조 및 작동중의 제어에 매우 높은 정확성을 부여함에도 불구하고, 이미지는 여전히 수차들의 영향을 받을 수 있으며, 상기 수차들은 이미지 파라미터들에서의 오프셋, 예를 들어 왜곡(distortion)(즉, 이미지 평면: 즉 XY-평면에서의 타겟부의 불균일 이미지 변위), 측방향 이미지 시프트(lateral image shift)(즉, 이미지 평면에서의 타겟부의 균일한 이미지 변위), 이미지 회전, 및 초점평면변형(focal plane deformation)(즉, Z-방향으로의 불균일 이미지 변위, 예를 들어 필드 곡률)을 야기할 수 있다. 일반적으로, 이미지 파라미터 오프셋들은 반드시 균일하지는 않고 이미지 필드의 위치 함수에 따라 변화될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 왜곡 및 초점평면변형은 오버레이 및 초점 오차들, 예를 들어 상이한 마스크 구조체들간의 오버레이 오차 및 선-폭 오차를 가져올 수 있다. 이미징될 피처들의 크기가 감소함에 따라, 이들 오차들은 허용불가능해질 수 있다.

결과적으로, 이들 오차들을 보정하기 위해 보상을 제공하거나 적어도 최소화시키려는 시도를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 먼저 오차들을 측정한 다음 적절한 보상을 계산하는 문제들을 제시한다. 이미, 정렬 마크들의 이미지 필드에서의 변위를 측정하는데 정렬시스템이 사용되었다. 하지만, 정렬 마크들은, 통상적으로 (수 미크론 정도의) 상대적으로 큰 피처들로 이루어져, 그들이 투영시스템의 특정 수차들에 대해 매우 민감해지도록 한다. 정렬 마크들은 이미징되는 실제 피처들을 나타내지 않으며, 이미징 오차들은 본질적으로 피처의 크기에 따라 좌우되기 때문에, 측정되는 변위들 및 계산되는 보상들이 반드시 원하는 피처들에 대한 이미지를 최적화시키지는 않았다.

또 다른 문제는, 예를 들어 잔류 제조 오차 때문에 투영시스템은 필드에 걸친 수차의 비대칭 변동의 특징을 이루는 경우에 발생한다. 이들 변동은 필드의 에지에서 수차가 허용불가능해지도록 이루어질 수도 있다.

추가적인 문제는 위상-시프트 마스크들(PSM's)을 사용하는 경우에 발생된다. 통상적으로 이러한 마스크들에서의 위상 시프트는 정확히 180°가 되어야 한다. 상기 위상의 제어는 임계적(critical)이며; 180°로부터의 편차는 유해하다. 제조하는데 고비용이 드는 PSM's는 주의깊게 검사되어야 하며, 180°로부터 위상 시프트의 실질적인 편차를 갖는 어떠한 마스크들도 일반적으로 거절될 것이다. 이는 마스크 가격의 증가를 초래한다.

추가적인 문제는 임계치수(CD)의 제어시에 부과되는 요건들이 증가되는 데에서 발생된다. 임계치수는 최소의 선폭 또는 디바이스의 제조시에 허용되는 두 라인들간의 최소 공간이다. 특히, CD의 균일성, 소위 CD 균일성의 제어가 중요하다. 리소그래피에서, 보다 나은 선폭제어 및 CD 균일성을 얻기 위한 노력들은, 노광 및 처리시에 얻어지는 것으로서, 최근에는 피처들에서 발생되는 특정 오차 유형들의 정의 및 연구에 이르고 있다. 예를 들어, 이러한 이미지 오차의 유형들로는, 타겟부에 걸친 CD의 비대칭 분포, (Bossung 커브의 틸트를 초래하는) 디포커스에 대한 CD의 비대칭성, 복수의 바아를 포함하는 피처내에서의 CD의 비대칭성(통상적으로 좌-우 비대칭으로 칭함), 2 또는 5개의 바아(통상적으로 각각 L1-L2 및 L1-L5로 알 려짐) 중 어느 하나를 포함하는 피처내에서의 CD의 비대칭성, 실질적으로 2개의 상호 직교하는 방향들을 따라 지향되는 패턴들간의 CD의 차이(예를 들어, 소위 H-V 리소그래피 오차), 및 예를 들어 통상적으로 C-D로서 알려진, 바아를 따르는 피처내의 CD 변동이 있다. 상술된 수차들과 마찬가지로, 이들 오차들은 필드에 걸쳐 대체로 불균일하다. 간력히 하기 위해, 이후, 리소그래피 오차, 즉 리소그래퍼에 대한 관련성의 피처-결함으로서, 예를 들어 왜곡, 측방향 이미지 시프트, 이미지 회전 및 초점평면변형과 같은 오차를 포함하는, 이들 오차 유형들에 대해 언급할 것이다.

리소그래피는 리소그래피 투영장치의 특정한 특성들에 의해 야기된다. 예를 들어, 투영시스템의 수차 또는 패터닝장치의 결함 및 패터닝장치에 의해 발생되는 패턴의 결함, 또는 투영빔의 결함들은 리소그래피 오차들을 야기할 수도 있다. 하지만, 리소그래피 투영장치의 공칭 특성들(즉, 설계되는 바로서의 특성들) 또한 원치 않는 리소그래피 오차를 야기할 수도 있다. 예를 들어, 공칭 디자인의 일부인 잔류(residual) 렌즈 수차가 리소그래피 오차들을 야기할 수도 있다. 이후 참조를 위해, 리소그래피 오차를 야기할 수도 있는 특성들 모두를 "특성(property)들"이라 칭할 것이다.

상술된 바와 같이, 패턴의 이미지는 투영시스템의 수차에 영향을 받을 수 있다. (예를 들어, 타겟부내의) CD의 초래된 변동이 측정되고, 이어서 상기 측정된 CD 변동을 생성할 수 있는 투영시스템의 유효 수차 조건에 매핑될 수 있다. 그 다음, CD의 균일성을 향상시키기 위해서 리소그래피 투영시스템에 소정의 보상이 제공될 수 있다. 이러한 CD-제어법은 본 명세서에서 인용 참조되는 미국특허 US 6115108에 개시되어 있으며, 복수의 필드 포인트들의 각각의 필드 포인트에서 복수의 테스트 패턴들을 이미징하는 단계, 이어서 노광되는 기판을 처리하는 단계; 및 연속해서, 이미징되고 처리된 테스트 패턴들 각각에 대한 CD를 측정하는 단계를 포함하여 이루어진다. 따라서, 상기 방법은 시간 소모적이며 인-시튜(in-situ) CD 제어에 대해 적절하지 않다. 스루풋(즉, 소정 단위 시간내에 처리될 수 있는 기판의 개수) 및 CD 균일성에 관한 요구가 증가되면, 리소그래피 오차들의 제어, 보상 및 밸런싱이 향상되어야 하고, 그에 따라 특성들을 보다 적절히 제어해야 하는 문제가 존재한다.

US 6563564 (P-0190)는 렌즈 가열 효과로 인한 투영시스템 수차들이, 이러한 렌즈 가열로 인한 수차 효과의 계산된 변화를 보상하기 위하여 투영시스템의 이미지 파라미터를 조정하는 역할을 하는 이미지 파라미터 오프셋 제어신호들에 의해 보정될 수 있는 렌즈 가열 모델을 개시하고 있다. 이 경우에, 시간에 따른 수차 효과의 변화는 선택된 수차 효과에 대응되는 사전설정된 파라미터들의 저장된 세트를 기반으로 하여 결정되며, 이들 파라미터들은 캘리브레이션 단계에 의해 얻어질 수 있다. 이미지 파라미터 오프셋들은 포커스 드리프트, 필드 곡률, 배율 드리프트, 3차 왜곡 및 그들의 조합을 포함할 수도 있다. 하지만, 요구되는 이상적인 보상은 특정 어플리케이션(특정 패턴, 조명 모드 등)에 따라 좌우되고, 조정될 수 있는 파라미터들의 개수는 일반적으로 매번 수차를 완전하게 제거할 만큼 충분히 크지 않아서, 특정 경우에 적용하기 위한 보상의 결정은 항시 절충(compromise)에 의해 이 루어지며, 선택될 상기 특정한 절충은 요구되는 어플리케이션에 따라 좌우된다. 종래의 렌즈 가열 모델은 특정한 어플리케이션을 고려하지 않기 때문에, 계산된 보상은 매번의 특정한 어플리케이션에 대해 최적이 되지는 못할 것이다.

EP 1251402A1 (P-0244)는, 기판의 특성들간의 관계, 기판상의 방사선 감응재의 층, 투영빔, 패터닝장치 및 투영시스템, 그리고 투영된 이미지의 부조화(anomaly)들을 야기하는 리소그래피 오차를 기초로 하여 투영시스템의 수차를 보상하는 구성(arrangement)에 대해 개시하고 있다. 제어시스템은 리소그래피 오차를 평가하고 합산하는 메리트 함수(merit function)를 결정하고, 상기 메리트 함수를 최적화하기 위해 기판, 투영빔, 패터닝장치 및 투영시스템 중 1이상에 적용하기 위한 보상을 계산한다. 이러한 메리트 함수의 사용은 보상이, 이미지 최적화의 관점에서 합당한 절충안에 도달하도록 하는 방법으로 적용될 수는 있으나, 이러한 최적화는 이미지 전체에 걸친 이미징 품질의 관점에서 최고의 절충안을 제공하려는 의도를 갖기 때문에, 이미지의 일부 또는 특정 어플리케이션에서 이미지의 품질이 상대적으로 낮을 수도 있다는 것이 판명되었다.

시간에 따른 특성의 예측된 변화에 따라 제어신호가 발생되고, 비교측정기(comparator)가 임계값까지의 예측된 변화를 기초로 한 값을 비교하며, 그 값이 상기 임계값보다 큰 경우 트리거 신호를 발생시키는, 렌즈 가열로 인한 투영시스템의 배율 변화와 같은, 시간에 따른 리소그래피 투영장치의 특성 변화의 효과를 보상하기 위한 소정의 제어시스템이 제공될 수도 있으며, 상기 정렬시스템도 상기 트리거 신호에 응답하여 정렬을 수행한다. 이러한 구성은, 예측 보정이 원하는 최대치보다 커지는 경우 소위 "재정렬(realignment)"을 트리거링한다. 따라서, 이 시스템은, 일련의 노광의 수행시에 발생되며 대응 임계값이 초과되는 경우 이루어지는 노광에 앞서 적절한 보정들을 적용하는 가열 효과들을 예측한다. 이 기술은, 오차들이 특정 범위를 벗어나는 경우에만 재정렬이 행해지도록 하여, 불필요한 재정렬들을 회피함으로써, Z노광 프로세스에서의 스루풋의 손실을 회피할 수 있도록 한다. 특정 어플리케이션에서, 재정렬을 위한 최적의 시간은 특정 어플리케이션을 기초로 하여 계산되지는 않기 때문에, 예측 보정에서의 오차들은 불필요한 추가 정렬 단계 및 스루풋의 손실을 초래할 수도 있다. 이는, 실제에 있어서는, 특정 어플리케이션에 대해 너무 늦게 트리거링되는 재정렬로 인해; 또는 일련의 노광들에서 요구되는 것보다 빠르게 실행되는 재정렬로 인해, 이미징 성능이 특정한 일련의 노광들에서 예측되는 것보다 떨어질 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 목적은, 특정한 어플리케이션, 즉 마스크{예를 들어, 프로덕트 패턴(product pattern)} 및 조명모드의 특정한 조합에 대해 최적의 이미지 품질을 제공하는 방식으로 렌즈 수차들의 효과를 보상하도록, 리소그래피 투영장치의 투영시스템에 대한 조정을 실행하게 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 방사선 빔을 제공하는 방사선 시스템; 투영빔에 소정의 패턴을 부여하는 패터닝장치를 지지하는 지지구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하여 상기 타겟부상에 상기 패터닝장치의 이미지를 생성시키는 투영시스템, 측정된 수차 값들에 대한 시간에 따른 투영시스템 수차들의 변화들을 예측하는 예측시스템, 특별히 요구되는 패터닝된 빔을 생성하는 장치에서 사용될 선택된 패터닝장치의 이미지의 특정 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정(application-specific) 효과를 결정하는 모델링시스템, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들 및 상기 이미지의 특정 파라미터들에 관한 그들의 어플리케이션-특정 효과에 따라 상기 요구되는 패터닝된 빔에 대해 특정한 제어신호를 발생시키는 제어시스템, 및 선택된 패터닝장치의 이미지에 관한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위해 상기 제어신호에 따라 이미징 조정들(imaging adjustments)을 수행하는 조정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치가 제공된다.

본 명세서에서, "응용(application)"이라는 용어는 패터닝장치(마스크) 및 조명모드의 조합을 나타내는데 사용된다. 이와 관련하여, 패터닝장치는 종래의 마스크나 레티클 또는 위상 시프트 마스크(PSM)일 수 있고, 패터닝장치에 의해 프로덕트상에 생성될 패턴의 피처 크기, 방위, 밀도 등을 특징으로 할 수도 있으며, 상기 조명모드는 개구수(NA), 내측-σ/외측-σ(sigma inner/outer), 회절 광학 요소들(DOE's) 등을 특징으로 할 수도 있다.

이는, 특정 어플리케이션과 관련하여 그 중요성이 보다 떨어지는 수차에 앞서 특정 어플리케이션(특정 패턴, 조명모드 등)에 대해 가장 중요한 수차들에 대해 우선하여, 수차들이 보상될 수 있도록 한다. 그 다음, 주어진 어플리케이션에 대해 수차들의 효과를 최적으로 제거하는 방식으로, 특정 어플리케이션에 대해 적절한 수차들을 보상하기 위한 적절한 조정들이 결정 및 적용된다. 예를 들어, 리소그래피적으로 노광될 프로덕트 패턴 또는 프로덕트 패턴의 일부는 리소그래피 노광에 의해 정확히 정의될 필요가 있는 피처들로서 수평방향으로의 라인들만을 갖는 경우, 위의 구성은, 투영시스템의 수차들의 효과가 수직방향의 라인들에 대해서가 아닌, 상기 수평방향의 라인들에 대해서만 제거되도록 해야 할 것이다. 이 예시에서, 가상의 수직방향 라인들이 관련되는 한, 수차들의 효과는 최적으로 보상되지 않는다는 사실은, 위의 수직방향의 라인들이 프로덕트 또는 프로덕트의 관련부분에서 정확하게 정의될 필요는 없기 때문에 중요하지 않다.

조정시스템은 수차 변화들의 효과를 보상하는 여하한의 적절한 보상 체계(compensation scheme)에 의하여 구성될 수 있다. 리소그래피 투영장치와 함께 사용하기에 적절한 수차보상방법으로는, 예를 들어 패터닝장치를 잡아주는 홀더의 미세 위치에 대한 조정(X-, Y- 및 Z-병진운동 및 X-, Y- 및 Z-축선에 대한 회전), 유사한 기판테이블의 미세 위치설정에 대한 조정, 광학 요소들의 움직임 또는 변형에 대한 조정(특히, 투영시스템의 광학 요소들의 X-, Y- 및 Z-병진운동/회전을 사용하는 미세 위치설정), 및 예를 들어 타겟부상에 부딪히는 방사선 에너지를 변화시키는 방법 및 장치에 대한 조정들이 있다. 하지만, 적절한 보상들은 이러한 예시들로만 제한되는 것은 아니며; 예컨대 방사선 빔의 파장을 변화시키는 방법, 이미징된 패턴을 변화시키는 방법, 투영빔이 횡단하는 가스-충전 공간의 굴절률을 변화시키는 방법, 및 방사선 빔의 세기의 공간 분포를 변화시키는 방법 또한 요구되는 보상을 실행하는 역할을 할 수도 있다.

조정시스템은: 투영시스템의 광학 축선을 따르는 지지구조체의 위치, 지지구조체의 회전 방위, 상기 광학 축선을 따르는 기판테이블의 위치, 상기 기판테이블의 회전 방위, 상기 투영시스템에 포함되는 1이상의 이동가능한 렌즈요소들의 상기 광학 축선을 따르는 위치, 상기 투영시스템에 포함되는 1이상의 이동가능한 렌즈요소들의 상기 광학 축선에 대한 디센터링(decentering) 정도, 상기 투영빔의 중심 파장, 또는 에지 액추에이터를 사용하는 상기 투영시스템에 포함되는 1이상의 렌즈 요소들의 안장-형(saddle-like) 변형 중 선택된 1이상을 조정하도록 되어 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 예측 시스템은, 렌즈 가열 또는 냉각의 결과로서 시간에 따른 1이상의 수차값의 변화를 예측하는 렌즈 가열 모델을 기초로 하여 시간에 따라 예측된 투영시스템의 수차 변화들을 결정하도록 구성된다. 적절한 렌즈 가열 모델을 사용하면, 적절한 수차 오프셋을 미리 예측하여, 주어진 어플리케이션에 대한 적절한(정의된 메리트 함수에 대하여 최적화된) 조정들을 계산 및 그에 따라 적용하는데 사용될 수 있는 이미지 파라미터들의 오프셋들을 결정하는데 이들 수차 오프셋들이 사용될 수 있도록 하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 선택된 패터닝장치 및 투영시스템의 조명모드를 나타내는 데이터를 기초로 하여 상기 투영시스템 수차의 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 결정하도록 모델링 시스템이 구성된다.

제어시스템은, 이미지의 특정 왜곡들이 최적으로 상쇄되도록 투영시스템의 세팅들을 최적화하기 위하여 투영시스템의 수차들에 관한 정보를 사용할 수도 있 다. 렌즈 시스템내의 광학 경로와는 독립적인 이미지의 왜곡 효과가 이미지를 형성하도록 하는 낮은-차수(low-order)의 수차, 및 실제로 렌즈 시스템에서 사용되는 광학 경로에 따라 좌우되는 왜곡 효과들과 관련된 높은-차수의 렌즈 수차 둘 모두는, 상기한 구성에 의하여 보정될 수 있다.

두 방향으로의 투영시스템의 수차에 대한 선택된 패터닝장치의 알려진 민감도(known sensitivity)에 따라서, 이미지 평면에서의 일 방향으로의 이미지 피처들의 예측된 변화와 비교하여, 이미지 평면에서의 또 다른 방향으로의 이미지 피처들의 예측된 변화들을 우선적으로 보상하는 제어신호를 발생시키도록 제어시스템이 구성될 수 있다.

나아가, 제어시스템은, 상기 방향으로의 투영시스템의 수차에 대한 선택된 패터닝장치의 알려진 민감도에 따라, 이미지 평면에 대해 수직한 방향으로의 이미지 피처들의 예측된 변화들을 우선적으로 보상하는 제어신호를 발생시키도록 구성될 수도 있다. 제어신호는, 이미지의 상이한 파라미터들에 관한 투영시스템의 수차 효과에 주어질 상대적인 가중치(weighting)들을 결정하는 정의된 메리트 함수에 따라서, 그리고 특정 실시예에서는 사용자-정의 사양(user-defined specification)에 따라서 발생될 수 있다.

제어시스템은, 상기한 이미징 조정들에 의하여 보상되는 수차 변화들과 조정시스템의 이미징 조정들에서의 변화들간의 알려진 대응관계(known correspondence)를 기반으로 하여 제어신호를 발생시키도록 구성된다. 추가적으로, 시간에 다른 이미지 파라미터들의 예측된 변화가 임계값보다 큰 경우에, 측정시스템에 의한 측정 및 상기 측정에 응답하는 측정시스템에 의한 조정을 트리거링하기 위한 트리거 신호를 발생시키도록 제어시스템이 구성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예는, 정의된 메리트 함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기반으로 하여, 상기 예측된 투영시스템 수차의 변화 및 상기 이미지의 특정 파라미터에 관한 측정된 수차 값에 대한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하도록 실행된 이미징 조정의 결과로서, 이전 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟에 대하여 측정된 현재 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟의 시프트를 보정하는 오버레이 메트롤로지 피드백 디바이스를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 정의된 메리트 함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기반으로 하여, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화, 및 상기 이미지의 특정 파라미터에 관하여 측정된 수차 값에 대한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하도록 실행된 이미징 조정들의 결과로서, 타겟부로 적용될 이미지들의 연속 층들의 각 층의 정렬을 위해 제공되는 각각의 웨이퍼 정렬 마크의 시프트의 효과를 보상하는 웨이퍼 정렬시스템을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 정의된 메리트 함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기반으로 하여, 상기 예측된 투영시스템 수차의 변화들 및 상기 이미지의 특정 파라미터에 관하여 측정된 수차 값에 대한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하도록 실행된 이미징 조정들의 결과로서, 타겟부에 대한 패터닝장치의 정렬이 제공되는 마스크 정렬 마크의 이미지의 시프트 효과를 보상하는 마스크 정렬시스템을 더 포함한다.

일 실시예에서, 제어시스템은 시간에 따른 1이상의 이미지 파라미터들에 관하여 예측된 효과가 대응되는(예를 들어, 사용자-정의) 임계 값보다 큰 경우 1이상의 수차 값을 재측정하는 재정렬 제어기를 포함한다. 리소그래피 파라미터에 대하 임계값의 사용은, 스루풋에 대한 영향은 최소화시키는 한편, 양호한 이미징 성능은 계속 유지시키기 위하여, 이들 임계값들이 초과되는 경우에만 적절한 재정렬이 이루어지도록 한다는 것을 의미한다.

본 발명의 개선예에서, 스캔 위치의 함수로서 이미지를 최적화시키기 위하여 기판의 범위에 걸쳐 스캐닝된 이미지의 변동들을 고려하기 위해 기판의 스캐닝 노광시 연속적인 스캔 위치들에 걸친 이미징 조정들을 수행하도록 정렬시스템이 구성된다. 이는, 최적의 투영시스템 조정들이 노광 스캔 동안 스캔 위치(예를 들어, 스캐너의 Y-위치)의 함수로서 변화되도록 하여, 스캔 방향으로의 이미지의 구조(예를 들어, 스캐닝된 프로덕트의 제1부분의 수평선들 및 스캐닝된 프로덕트의 후속 부분의 수직선들)의 변동을 보상하도록 스캔 전체에 걸쳐 이미지 품질이 최적화될 수 있도록 한다.

본 발명은, 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법을 더 제공하며, 상기 방법은, 이미지를 수용하는 타겟부를 갖는 기판을 제공하는 단계, 요구되는 패터닝 어플리케이션에 따라 패터닝장치를 선택하는 단계, 투영시스템을 사용하여 방사선의 선택된 빔을 상기 패터닝장치상으로 투영함으로써 상기 타겟부상에 패터닝장치의 이미지를 제공하는 특정하게 요구되는 패터닝된 빔을 생성시키는 단계, 측정된 수차 값들에 대해 시간에 따른 투영시스템의 수차 변화들을 예측하는 단계, 상기 특정하게 요구되는 패터닝된 빔을 생성하는 장치에 사용될 선택된 패터닝 장치의 이미지의 특정 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 단계, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화 및 상기 이미지의 특정 파라미터에 관한 그들의 어플리케이션-특정 효과에 따라 상기 요구되는 패터닝된 빔에 대해 특정한 제어신호를 발생시키는 단계, 및 상기 선택된 패터닝장치의 이미지에 관한 상기 수차들의 상기 예측된 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위하여 상기 제어신호에 의존적인 이미징 조정들을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예의 또 다른 형태는, 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법을 제어하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 데이터 캐리어를 제공하고, 상기 장치는, 방사선 투영빔을 제공하는 방사선 시스템, 상기 투영빔에 소정의 패턴을 부여하는 패터닝장치를 지지하는 지지구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블 및 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하여 상기 타겟부상에 상기 패터닝장치의 이미지를 생성시키는 조정가능한 투영시스템을 포함하고, 상기 컴퓨터 프로그램은, 측정된 수차 값들에 대해 시간에 따른 투영시스템의 수차 변화를 예측하는 단계, 상기 특정하게 요구되는 패터닝된 빔을 생성하는 장치에 사용될 선택된 패터닝 장치의 이미지의 특정 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 단계; 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화 및 상기 이미지의 특정 파라미터에 관한 그들의 어플리케이션-특정 효과에 따라 상기 요구되는 패터닝된 빔에 대해 특정한 제어신호를 발생시키는 단계, 및 상기 선택된 패터닝장치의 이미지에 관한 상기 수차들의 상기 예측된 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위하여 상기 제어신호에 의존적인 이미징 조정들을 수행하는 단계를 포함하는 방법을 구현하도록 구성된다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1이상의 마커 구조체를 포함하는 리소그래피장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는;

- 방사선(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선)의 방사선 투영빔(PB)을 제공하는 조명시스템(IL)(이 특별한 경우에는, 방사선 시스템이 방사선 소스(SO)도 포함함);

- 패터닝장치(MA)(예를 들어, 마스크)를 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터닝장치를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(도시 안됨)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);

- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼)(W)을 잡아주고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 제2지지구조체(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및

- 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 1이상의 다이를 포함)에 패터닝장치(MA)에 의하여 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 이미징하는 투영시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈)(PL)을 포함한다.

투영시스템(PL)에는 시스템의 광학 세팅들을 최적화하는 액추에이팅 장치(AD)가 제공된다. 상기 광학 세팅들을 최적화하는 작동은 보다 상세히 후술될 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(즉, 투과마스크를 구비함)이다. 하지만, 상기 장치는 대안적으로는 (반사 마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는, 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 또 다른 패터닝장치를 채용할 수도 있다.

방사선소스(SO)(예를 들어, 수은 램프 또는 엑시머 레이저)는 방사선 빔을 생성시킨다. 이 빔은 예를 들어, 조명시스템(일루미네이터)(IL)로 직접적으로 들어가거나 빔 익스팬더(Ex)와 같은 빔 콘디셔너를 거친후에 상기 조명시스템(IL)으로 들어간다. 조명시스템(IL)은 상기 빔(PB)의 세기분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정가능한 광학요소(AM)를 포함할 수도 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)상에 입사되는 빔(PB)은 그 단면에 필요한 균일성과 세기 분포를 갖는다.

도 1과 관련하여, 상기 소스(SO)는 (상기 소스(SO)가 예를 들어 수은 램프인 경우에 흔히 있듯이) 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만, 상기 소스(SO)는 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있을 수도 있으며, 그것이 생성하는 빔은 (가령, 적절한 지향 거울의 도움으로) 상기 장치안으로 유도될 수도 있다. 후자 의 시나리오는 상기 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우에 흔히 있는 것이다. 본 발명은 이들 두 시나리오가 모두에 적용가능하다.

상기 투영빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 유지되어 있는 마스크(MA)상에 입사된다. 마스크(MA)를 거치면, 상기 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔(PB)을 포커스한다. 제2위치설정수단(PW) 및 간섭계(IF)의 도움으로, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, {마스크 테이블(MT)상에 작용하는} 제1위치설정수단(PM)은, 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 것이며, 이것이 도 1에 명확히 도시되어 있지는 않다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼 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 수도 있다.

상술된 장치는 다음의 바람직한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 투영빔(PB)에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C)상에 투영된다{즉, 단일 "섬광(flash)"}. 그런 후, 기판테이블(WT)은 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어, 상기 빔(PB)에 의해 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 주어진 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광된다는 점을 제외하고는 본질적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신, 마스크 테이블(MT)은 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 Y 방향)으로 이동 가능하여, 투영빔(PB)이 마스크 이미지에 걸쳐 스캐닝하도록 되어 있고; 결과적으로 기판테이블(WT)이 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상적으로 M=1/4, 1/5). 이러한 방식으로, 상대적으로 큰 타겟부(C)가 분해능의 저하없이 노광될 수 있다.

3. 또 다른 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝장치를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 투영빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 상기 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝장치는 기판테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 계속되는 방사선펄스 사이에 필요에 따라 업데이트된다. 상기 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝장치를 이용하는 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.

예시되지 않은 변형례에서는, 기판테이블은, 각각의 웨이퍼가 노광 구역내에 있는 시간의 양을 줄이고 따라서 장치의 스루풋을 증대시키려는 목적으로, 웨이퍼 들 중 하나가 한번에 노광되거나 상술된 상이한 모드들 중 다른 모드로 노광되고 있는 동안, 웨이퍼들 중 다른 하나는 노광 이전에 수행될 필수(necessary) 측정들을 거치도록 웨이퍼들이 공급되는 2개의 기판테이블을 포함하는 트윈-스테이지 장치로 대체된다.

통상적으로, 간섭계는 레이저(도시 안됨)와 같은 광 소스를 포함할 수 있고, 몇몇 정보(예를 들어, 위치, 정렬 등)를 결정하는 1이상의 간섭계는 스테이지상의 기판과 같이 측정될 대상물과 관련이 있다. 도 1에서, 단일 간섭계(IF)는 예시의 방법으로 개략적으로 도시되어 있다. 상기 광 소스(레이저)는 1이상의 빔 매니퓰레이터에 의하여 간섭계(IF)에 대해 라우팅되는 메트롤로지 빔(MB)을 생성한다. 1보다 많은 간섭계가 존재하는 경우, 메트롤로지 빔을 상이한 간섭계들에 대해 별도의 빔들로 쪼개는 광학기를 사용함으로써, 메트롤로지 빔이 그들 사이에서 나누어진다(share).

테이블(WT)상의 기판과 마스크 테이블(WT)상의 마스크와의 정렬을 위한 기판정렬시스템(MS)는 테이블(WT)에 근접한 예시적인 위치에 개략적으로 도시되어 있으며, 기판(W)상의 마커구조체에 조준된 광 빔을 발생시키는 1이상의 광 소스 및 상기 마커구조체로부터의 광학 신호를 검출하는 1이상의 센서 디바이스를 포함한다. 기판정렬시스템(MS)의 위치는 리소그래피 투영장치의 실제 타입이 변화될 수 있는 디자인 조건들에 따라 좌우된다는 것에 유의해야 한다.

나아가, 리소그래피 투영장치는, 공통의 마스크를 이용하여 다수 웨이퍼들을 처리하는 동안의 일련의 이미징 및 노광 단계들의 실행시에 기계 파라미터들을 제어 및 조정할 수 있는 컴퓨터 장치 형태의 전자 제어 시스템을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 컴퓨터 장치는 명령어들과 데이터를 저장하는 메모리 유닛에 연결된 호스트 프로세서, CD ROM을 판독하는 1이상의 판독 유닛, 예를 들어 키보드 및 마우스와 같은 입력장치, 및 모니터와 프린터 같은 출력장치들을 포함한다. 입력/출력(I/O) 장치는 또한, 본 발명에 따라 투영시스템(PL)의 제어에 관여하는 액추에이터 및 센서로 전송되고 그리고 그로부터 수신되는 제어신호들을 핸들링하는 리소그래피 투영장치에 연결된다.

상술된 바와 같이, 방사선 투영빔(PB)이 투영렌즈시스템(PL)을 통과하는 경우, 그것의 일부는 렌즈 요소 및 코팅 재료내에 흡수된다. 이 부분적인 흡수는 렌즈 요소들에서의 전체 및 국부적인 온도 및 굴절률의 변화를 야기한다. 이것은, 렌즈 수차로서 특징될 수 있는 렌즈의 광학 성능의 변화를 가져온다. 전체 수차는, 구면수차, 비점수차 등과 같은 다수의 상이한 유형의 수차들로 분해될 수 있다. 전체 수차는 이들 상이한 수차들이 합해진 것이며, 그 각각은 계수로 주어진 특정한 크기를 갖는다. 수차는 웨이브 프론트의 변형을 초래하고 및 상이한 형태의 수차는 상이한 함수를 나타내는데 이 함수에 의해서 웨이브 프론트가 변형된다. 이들 함수들은 반경방향 위치(r)의 다항식 및 sin(mθ) 또는 cos(mθ)의 각도 함수의 곱 형태를 취하며, 여기서 r 및 θ는 극좌표들이고 m은 정수이다. 한가지 이러한 함수적 전개식(expansion)은 Zernike 전개식이며, 각각의 Zernike 다항식은 상이한 형태의 수차를 나타내고, 각각의 수차의 분포는 Zernike 계수에 의해 주어지며, 이에 대해서는 보다 상세히 후술하기로 한다.

mθ에 의존적인 각도 함수들에서 짝수값의 m(또는 m=0)을 갖는 포커스 드리프트 및 수차들과 같은 특정 형태의 수차는, 수직(z) 방향으로 투영된 이미지를 변위시키는 방식으로 장치의 조정을 실행하기 위한 이미지 파라미터들에 의해 보상될 수 있다. 코마와 같은 여타 수차 및 홀수값의 m을 갖는 수차들은 수평방향 평면(x-y 평면)내의 이미지 위치의 측방향 시프트를 생성시키는 방식으로 상기 장치의 조정을 실행하는 이미지 파라미터들에 의해 보상될 수 있다.

베스트-포커스(BF) 위치, 즉 이미지의 z-위치는 실제 리소그래피 투영장치를 사용하여 측정될 수 있다. 베스트-포커스 위치는 최대 콘트라스트를 갖는 z-위치인데, 예를 들어 상기 위치가 디포커스로부터, 포커스를 통해, 그리고 디포커스상으로 이동될 때 콘트라스트-대-위치(contrast-versus-position) 커브에 대한 6차다항식 피팅함수의 최대값으로 정의되는 위치이다. 베스트-포커스는 "FOCAL"(후술됨)로서 알려진 기술과 같은 알려진 기술들을 사용하여 실험적으로 결정될 수 있고; 대안적으로는, 예를 들어 TIS(transmission image sensor)(후술됨) 또는 커머셜 포커스 모니터를 사용하여 에어리얼 이미지를 직접적으로 측정할 수도 있다.

FOCAL은 정렬을 이용하는 포커스 캘리브레이션에 대한 두음자이다. 그것은, 리소그래피 장치의 정렬시스템을 사용하는 초점평면에 관한 정보를 완벽히 결정하는 베스트-포커스 측정기술이다. 특별한, 비대칭으로 세그먼트된 정렬 마크는 레지스트 코팅된 웨이퍼상으로의 포커스를 통해 이미징된다. 이 이미징된 마크의 위치{잠재적인(latent) 또는 현상된(developed)}는 정렬시스템에 의해 측정될 수 있다. 비대칭 세그먼테이션으로 인해, 정렬시스템에 의해 측정되는 위치는 노광시 사용되는 디포커스에 따라 좌우되며, 따라서 베스트-포커스 위치의 결정을 가능하게 할 것이다. 전체 이미지 필드에 걸친 이들 마크들을 분배하고 세그멘테이션에 대한 상이한 방위를 사용함으로써, 몇몇 구조체 방위들에 대한 완전한 초점평면이 측정될 수 있다. 이 기술은, 본 명세서에서 인용 참조되는 US 5674650에 보다 상세히 기술되어 있다.

1이상의 TIS(transmission image sensor)들은 투영렌즈하에서 마스크로부터 투영된 이미지의 측방향 위치 및 베스트 포커스 위치(즉, 수평방향 및 수직방향 위치)를 결정하는데 사용될 수 있다. TIS(transmission image sensor)는 기판테이블(WT)과 연관된 물리적 기준면내로 삽입(inset)된다. 초점평면의 위치를 결정하기 위하여, 투영렌즈들은, 마스크(MA){또는 마스크 테이블 기준판(fiducial plate)}상에 제공되고 밝고 어두운 콘트라스팅 영역(contrasting light and dark region)을 갖는 패턴의 이미지를 공간내로 투영시킨다. 그 다음, 기판 스테이지는, TIS의 어퍼처가 에어리얼 이미지가 예상되는 공간을 통과하도록, 수평방향(하나 또는 두개의 방향, 예를 들어 x 및 y 방향) 및 수직방향으로 스캐닝된다. TIS 어퍼처가 TIS 패턴 이미지의 밝고 어두운 부분들을 통과함에 따라, 포토디텍터의 출력이 변동된다{모아레 효과(

effect)}. 포토디텍터 출력의 진폭 변화율이 최대가 되는 수직방향 레벨은 TIS 패턴의 이미지가 최대 콘트라스트를 갖는 레벨을 나타내며, 따라서, 최적의 포커스 평면을 가르킨다. 상기 수평방향 스캔동안 포토디텍터 출력의 진폭 변화율이 최대가 되는 TIS 어퍼처의 x, y-위치들은 이미지의 에어리얼 측방향 위치를 나타낸다. 이 형태의 TIS 검출 구조의 일 예시는 본 명세서에서 인용 참조되는 US 4540277에 보다 상세히 기술되어 있다.

여타 이미징 파라미터들의 측정은 US 6563564에 기술되어 있다.

여타 기술들 또한 이미지를 분석하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, WO 01/63233에 기술된 것과 같은 소위 ILIAS 감지 장치가 사용될 수도 있다.

이미지 위치의 이러한 측정들로부터, 상이한 형태들의 수차의 Zernike 계수들을 얻는 것이 가능하다. 이는, 예를 들어 본 명세서에서 인용 참조되는 유럽특허출원 EP 1128217A2에 보다 자세히 설명되어 있다.

또한, 렌즈 가열 효과는 일반적으로 조명 세팅, 마스크 투과율, 마스크 구조, 필드의 크기와 형상, 광의 세기, 웨이퍼의 반사율 및 웨이퍼의 레이아웃과 같은 파라미터들에 의존적이기 때문에, 제1의 원칙들로 계산되기는 어렵고, 대체로 경험적으로 유추된다. 렌즈 가열 효과는 또한, 시간 등에 따라 역학적으로 변화되어, 렌즈 가열 효과를 보정하고, 본 발명의 실시예는 이전의 측정치들을 기반으로 한 렌즈 가열 효과의 모델을 채용하고, 선택적으로 캘리브레이트하고, 간헐적인 측정치들을 이용하여 상기 모델을 미세 튜닝하며, 리소그래피 장치를 조정함으로써 리소그래피 파라미터들을 그들 각각의 허용오차 내에서 유지시킨다.

렌즈 가열에 의해 야기된 포커스 드리프트로서 알려진 수차 효과를 고려하면, 제1실시예에서 채용되는 모델은 다음과 같다.

따라서, 시간(t)의 함수로서의 드리프트(F), 즉 t-0에서 그것의 위치에 대한 z-방향의 베스트 포커스 위치의 변화는 2개의 지수 함수들에 의해 기술되며, 이것은 양호한 모델로 판명되어 왔다. 각 지수함수들은 각각의 시간-상수(time-constant), τ₁ 및 τ₂를 가지며, 그들 각각은 진폭 A₁ 및 A₂를 갖는다. 진폭 및 시간 상수들의 값들은 적어도 조명 셋팅, 마스크 투과율, 마스크 구조, 필드의 크기와 형상, 방사선의 세기, 웨이퍼의 반사율 및 웨이퍼의 레이아웃의 파라미터들의 서브셋(subset)에 의존적이다. 이 실시예의 모델은 또한 이들 파라미터들 중 몇몇, 특히 광의 세기, 필드의 크기, 마스크 투과율 팩터 및 웨이퍼의 반사율과 같은 렌즈상에 입사되는 파워에 비례하는 것들의 진폭의 선형 종속성(linear dependency)을 가정하며, 상기 진폭은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, I는 노광 광의 세기(W/m²), S는 웨이퍼 레벨에서의 필드의 크기 또는 마스킹 면적(m²), T_r은 마스크 투과율 팩터, W_refl은 웨이퍼의 반사율(순수 비 또는 퍼센트), 그리고 μ_1,2는, 렌즈 가열에는 영향을 주지만 특별히 포함되지 않는 여타 모든 파라미터들에 의존적이고 현상적(phenomenological)인 소위 스케일링(scaling) 팩터들이다.

이러한 방식으로, 렌즈 가열을 보정하는데 필요한 이미지 파라미터 값들을 저장하며, 본 실시예에서는 2개의 시간 상수(τ₁ 및 τ₂) 및 2개의 스케일링 팩터(μ₁ 및 μ₂)로 이루어지는 렌즈 가열 데이터베이스가 구축된다. 이들 이미지 파라미 터들의 세트는 해당되는 각각의 마스크 및 조명 셋팅에 대해 저장될 수 있다.

이 기술은 이미지 파라미터의 한가지 타입의 예시로서 순수하게 포커스 드리프트의 관점에서 상술되었다. 또한, 렌즈 가열 (시간)의 함수로서, 비점수차 및 코마와 같은 상이한 수차들의 변화를 특징화하는 데이터베이스내에 이미지 파라미터들의 세트들이 구축 및 저장될 수도 있다. 상기 수차들은 노광되는 특정 마스크 구조에 크게 의존적이며, 따라서 특정 마스크를 이용하여 미세 튜닝 측정들이 이루어져, 상기 마스크를 사용하여 특정 다수의 웨이퍼들을 노광시키기에 앞서 상이한 수차들에 대한 이들 이미지 파라미터들의 값들을 얻을 수 있다. 여하한의 마스크-특정 마스크 가열 효과들 또한 상기 모델내에 포함될 수 있다.

렌즈 가열 효과를 정의하는 파라미터들의 데이터베이스가 획득 및 설치되면, 모델에 따라 계산된 수차들의 이미지 파라미터들에 관한 효과를 극복하기 위해 수행될 필요가 있는 소요 보정을 예측하기 위하여 피드 포워드 기술에서 소프트웨어가 사용된다. 이는, 모든 노광에 대해 수행되며, 각각의 노광 바로 이전에, 보정될 필요가 있는 계산된 이미지 파라미터 오프셋들을 보상하기 위한 물리적 조정들이 수행될 수 있다.

상이한 마스크들간의, 그리고 미세 튜닝된 파라미터들이 반드시 얻어지는 것은 아닌 상이한 조명 세팅들에서의 가열 효과의 변동들을 보상하기 위하여, 모델을 동역학적으로 조정하기 위해 하나의 로트 동안 (during a lot) 중간중간에 간헐적인 측정들이 수행될 수도 있다. 새로운 최적의 시간 상수 및/또는 스케일링 팩터 파라미터들은, 예를 들어 나머지(R)의 최소화를 기반으로 하는 피팅(fit)에 의해 각각의 새로운 측정후에 계산될 수 있다. 또한, 파라미터 값들을 이용할 수 없는 세팅들에서 노광들을 수행하는 경우에, 알려진 파라미터들로부터의 보간 또는 외삽을 이용하여, 새로운 세팅에 사용될 파라미터 값들에 대해 최상의 평가(estimate)를 제공할 수 있다.

특정 시각에, 수차 효과의 각 형태에 대한 계산을 하면, 렌즈 가열로부터 초래되는 수차 효과의 예측되는 추가적인 양을, 고유 수차 효과 즉 렌즈에 대한 디폴트 값에 걸쳐 그리고 그를 상회하여 얻을 수 있을 것이다. 렌즈 가열 효과를 추가적으로 보상하기 위한 조정신호들에 의하여 상기 장치에 대해 수행될 조정들의 관점에서 상기 리소그래피 투영장치에 대해 이루어지는 보정은, 다음과 같은 각 특정 유형의 수차 또는 이미지 파라미터에 따라 좌우된다:

포커스 드리프트(focus drift) - 기판 테이블의 높이를 조정

필드 곡률(field curvature) - 1이상의 이동가능한 렌즈 요소들을 광학 축선을 따라 시프팅

배율 드리프트(magnification drift) - 1이상의 이동가능한 렌즈 요소들을 광학 축선을 따라 시프팅하고 마스크의 축선방향 위치를 광학 축선을 따라 조정

3차 왜곡(third-order distortion) - 마스크의 축선방향 위치를 광학 축선을 따라 조정하고 1이상의 이동가능한 렌즈 요소들을 광학 축선을 따라 시프팅

구면 수차(spherical aberration) - 1이상의 이동가능한 렌즈 요소들을 광학 축선을 따라 시프팅

코마 수차(comatic aberration) - 노광 방사선의 중심 파장을 시프팅하고 1 이상의 이동가능한 렌즈 요소들의 광학 축선에 대한 디센터링 정도를 조정.

수차들과 리소그래피 투영장치에 대해 요구되는 조정들간의 관계들은 다른 유형의 렌즈들에 대해 상이할 수 있다는데 유의해야 한다.

보정은, 기계적 조정 필요성의 규모(size)에 대한 수차 효과의 크기와 관련하여 제표되거나 계산된 이미지 파라미터의 값들을 기초로 하여, 기계에 의해 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서 인용 참조되는 WO 99/67683에는 특정 수차들을 보정하기 위한 1이상의 렌즈 요소들의 안장-형 변형이 기술되어 있다.

각각의 수차 효과의 기여도는 노광되는 마스크 및 조명 세팅에 따라 좌우될 것이다. 따라서, 반드시 모든 노광 또는 다수의 노광들에 대해 이들 수차 효과들 모두를 위한 조정을 수행할 필요는 없을 것이다.

투영시스템(PL)에는, 계산된 이미지 파라미터들에 따라 투영시스템(PL)내의 광학 요소들에 공급되는 조정신호들에 의하여 투영시스템의 광학적 세팅들을 순응 수 있는 액추에이팅 디바이스(AD)가 제공된다. 상기 액추에이터 디바이스(AD)에는 컴퓨터 장치와 제어신호들을 교환하는 입력 포트 및 출력 포트들이 제공된다.

도 2의 데이터 플로우 도에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 장치는, 렌즈 가열 모델(10) 및 IQEA 모델(11)의 조합을 사용하여 데이터를 매니퓰레이팅하는데 사용된다{여기서, IQEA는 수차의 이미지 품질 효과(image quality effects of aberrations)를 나타냄}. (예를 들어 US 6563564에 기술된 바와 같은) 렌즈 가열 모델은 수차들의 변화들, 즉 렌즈의 가열로 인한 시간에 따른 수차 오프셋 데이터의 변화들을 예측하고, 프로덕트 패턴, 조명 모드 등과 같은 특정 어플리케이션을 나타내는 입력 데이터뿐만 아니라 노광 히스토리를 나타내는 데이터, 즉 로트에서 이미 수행된 각각의 노광의 타임스탬프, 도즈, 이미지 크기, 레티클 투과율 등과 현재의 시간을 나타내는 데이터를 수신하는 동적 모델이다. 렌즈 가열 모델은 (Zernike로 표현되는) 수차 오프셋 출력 신호들을 제공한다. IQEA 모델은 또한, 특정 어플리케이션(프로덕트 패턴, 조명 모드) 및 사용자-정의 리소그래피 사양을 나타내는 데이터뿐만 아니라 렌즈 가열 모델로부터 예측된 수차 변형을 나타내는 수차 오프셋 데이터를 수신하고, X-Y 평면에서의 왜곡들과 같은 이미지 파라미터 오프셋들, Z 평면에서의 편차들 및 여타 이미지 파라미터, 예를 들어 비점수차의 오프셋을 나타내는 출력신호를 제공한다. 이러한 이미지 파라미터 오프셋 출력 신호들은, 특정 어플리케이션과 가장 관련이 높은 수차들을 보상하기 위해 요구되는 조정들을 실행하며, 상기 조정들은, 투영시스템의 1이상의 렌즈들에 공급되는 조정신호들 및/또는 보상될 수차들에 의존적인 기판테이블과 같은 장치의 여타 조정가능한 부분들에 의하여 실행되어, 리소그래피 투영장치의 오버레이 및 이미징 성능을 최적화시킨다. 렌즈 가열 모델에 의하여 출력되는 수차 값들이 시간에 따라 변화된다는 사실로 인해, 상기 이미지 파라미터 오프셋 출력 신호들은 시간에 따라 변화되며, XY-평면에서의 왜곡, 상기 XY-평면에 대해 수직한 Z-평면에서의 편차를 조정하거나, 또는 보다 일반적인 이미징 파라미터들, 예를 들어 온-엑시스(on-axis) 비점수차의 오프셋들을 조정하는 역할을 할 수도 있다. 여타 이미지 파라미터 출력신호들은, 예를 들어 CD 또는 L1L2를 조정하는 역할을 한다.

추가 구현예에서는, 도 3의 데이터 흐름도에 나타낸 바와 같이, 렌즈 가열 모델(10) 및 IQEA 모델(11)은 렌즈 모델(12) 및 옵티마이저(13)와 조합된다. 렌즈 모델(12){렌즈 가열 모델(10)과 혼동하지 말 것}은, 상세히 후술되는 바와 같이, 사용된 특정 렌즈 구조에 대해 최적의 리소그래피 성능을 부여하는 다양한 렌즈 조정 요소들의 세팅의 지표(indication)을 제공하며, IQEA 모델(및 렌즈 가열 모델로부터 예측된 수차 오프셋들)과 함께 사용되어, 다수 웨이퍼들의 노광시 리소그래피 장치의 오버레이 및 이미징 성능을 최적화시킬 수 있다. 이를 위해, IQEA 모델(11)로부터의 예측 이미지 파라미터 오프셋들(오버레이, 포커스 등)은, {예를 들어, 오버레이 오차 및 포커스 오차에 할당될 상대적 가중치를 포함하고, 가령 슬릿에 걸친 오버레이 오차(dX)의 최대 허용값이 슬릿에 걸친 포커스 오차(dF)에 대해 허용된 최대 값과 비교하여 최적의 이미지 품질을 나타내는 메리트 함수에서 카운팅되는 범위가 어떻게 되는지를 결정하는} 사용자-정의 리소그래피 사양에 따라 이미지 파라미터에서의 나머지 오프셋들이 최소화되는 조정신호를 결정하는 옵티마이저(13)로 공급된다. 렌즈 모델(12)의 파라미터들은 오프-라인으로 캘리브레이팅된다.

최적화 단계동안, 조정신호들이 렌즈로 공급된다면, 렌즈에서 유발될 수차들을 결정하는 렌즈 모델(12)로 옵티마이저(13)에 의하여 상기 조정신호들이 공급된다. 이들 유발된 수차들은 렌즈 가열 모델(10)로부터의 예측된 수차 오프셋들 및 여하한의 측정된 수차 값들과 함께 애더(adder:14)로 공급되어; 남아 있는 수차들만이 IQEA 모델(11)로 다시 보내진다. 측정된 수차 값들은 로트의 개시시에 이미 기술된 측정들의 결과로서 공급되며, 최종적으로 측정된 값들에 대한 수차 오프셋 들은 렌즈 가열 모델(10)에 의하여 예측된다. 이미지 파라미터들의 이러한 최적화에 따라, 결과적인(resultant) 조정신호들이 렌즈(15)나 여타 조정가능한 요소로 공급되어, 웨이퍼들의 노광 이전에 필요한 보상 조정들을 실행한다.

도 3a는, (최적화될 이미지 파라미터들 각각에 대해 수행되어야 하는 별개의 런들과는 상이한) 하나의 런으로 구현될 사용자-정의 리소그래피 사양에 따라 조정신호들의 최적화를 가능하게 하기 위하여, 렌즈 모델과 선형화된 IQEA 모델의 조합(17)이 제공되는 상기 구현예의 수정례의 도이다. 선형화된 IQEA 모델은, 렌즈 모델과 선형화된 IQEA 모델을 조합하는 2가지 가능한 방법들을 참조하여 보다 상세히 후술되는 바와 같이 IQEA 모델(11)로부터 도출된다. 이 경우에, 최적화된 조정신호들은 렌즈(15)나 여타 조정가능한 요소에 직접적으로 공급되어, 상술된 방식으로 조정신호들에 대응하여 유도된 수차 값들을 피드백할 필요 없이, 웨이퍼들의 노광 이전에 필요한 보상 조정들을 실행한다.

전체 수차는, 구면 수차, 비점수차 등과 같은 여러 상이한 형태의 수차들로 분해될 수 있다. 전체 수차는 이들 상이한 수차들을 합한 것이며, 그 각각은 계수로 주어지는 특정한 크기를 갖는다. 수차는, 웨이브 프론트가 변형되는 상이한 함수들을 나타내는 상이한 유형의 수차 및 웨이브 프론트의 변형을 초래한다. 이들 함수들은, 반경방향 위치(r)의 다항식 및 sin(mθ) 또는 cos(mθ)의 각도 함수의 다항식의 곱의 형태를 취하며, 여기서 r 및 θ는 극좌표들이고 m은 정수이다. 한가지 이러한 함수적 전개식(expansion)은 Zernike 전개식이며, 각각의 Zernike 다항식은 상이한 유형의 수차를 나타내고, 각각의 수차의 기여도는 Zernike 계수에 의 해 주어진다.

여기서,

W는 퓨필내 위치[nm]의 함수로서 퓨필 평면내에서의 위상 분포,

A_n,l은 수차 또는 Zernike 계수[nm],

은 l에 의존적인 n차 다항식,

ρ는 퓨필 평면에서의 반경[NA의 유닛],

θ는 퓨필에서의 각도[rad]

n은 ρ의 제곱수(0≤n≤N),

N은 퓨필 전개식의 차수,

l은 θ의 차수(n + 1 = 짝수 및 -n≤l≤n)이다.

수차의 계수 A_n,l은 통상적으로 Zernike 계수(Z_i)로서 쓰여진다:

A_n,l = α_iㆍZ_i

여기서,

α_i는 스케일링 팩터,

i는 n² + n + l + 1이다.

수차들은 물론 그에 따른 Zernike 계수들도 이미지 평면내의 위치의 함수이다 : Z_i = Z_i(X,Y). 하지만, 스캐너에서, y-방향으로의 수차들은 스캐닝된 노광동안에 평균내어져서, Z_i(X,Y)는 {통상적으로 Z_i(X)라 지칭되는}

가 된다.

이어서, 이미지 평면을 가로지르는 수차들의 함수(Zernike 계수)는 단순한 연속 전개식에 의하여 기술될 수 있다.

여기서, Z_i(X)는 (계수 Z_{i_0}를 갖는) 상수 항, (계수 Z_{i_1}을 갖는) 1차 항 등과 잔여 항 또는 나머지(Z_{i_res})의 합으로서 기술된다.

낮은 차수의 홀수 수차들의 1차 및 3차항(Z_{2_1},Z_{2_3})은 배율 및 3차 왜곡으로서 지칭된다. 하지만, 예를 들어 (노광되는 이미지, 조명 세팅 및 마스크 타입에 의존적이지만) 배율 효과를 갖는 보다 높은 차수의 홀수 수차의 1차항들(예를 들어, Z_{7_1} 또는 코마 틸트) 또한 존재한다. 2차인 보다 낮은 차수의 짝수 수차(Z_{4_2})는 통상적으로 필드 곡률이라 지칭된다.

렌즈 모델은 광학 리소그래피 성능을 부여하는 렌즈 세팅들(조정가능한 렌즈 요소의 위치들 및 틸트들)을 계산하는데 사용된다. 예를 들어, 일 특정 시스템의 렌즈들은 다음의 파라미터들을 조정할 수 있다:

Z_{2_1}, Z_{2_3}, Z_{4_2}, Z_{7_1}, Z_{9_0}, Z_{14_1}, Z_{16_0}

다음 방정식들은 렌즈 모델의 간략화된 예시를 나타낸다:

또는 행렬 표기법으로:

여기서, M은 종속(dependencies) 매트릭스이고,

는 렌즈 요소의 벡터이다.

시뮬레이터는 IQEA 모델을 사용하여, 사용된 프로덕트 피처들 및 조명 세팅들의 특징들로부터, 상이한 수차 계수들(Zi)에 대한 소위 민감도들(sensitivities : S_i)을 결정하고, 이들 민감도들은 선형화된 IQEA_모델을 구성한다. 이는, 피처, 조명 세팅과 렌즈 유형 및 수차들의 특징들을 기초로 하여 투영되는 에어리얼 이미지를 계산할 수 있는 Prolith, Solid-C 또는 (ASML Masktools로부터의) Lithocruiser와 같은 상업용 패키지들을 사용함으로써 수행된다. 에어리얼 이미지로부터, X-변위(X- 및 Y-변위 오차들의 분포는 통상적으로 왜곡이라 지칭됨), Z-변위(소위 디포커스 및 Z-변위 오차들의 분포는 통상적으로 초점 평면의 편차라 지칭됨), C-D 차이{브릭-월(brick-wall) 피처들에 대한 임계치수 차이}, 좌-우 비대칭, H-V 리소 오차(litho error) 등과 같은 관련 리소그래피 오차들이 계산될 수 있다. 민감도들은 수차의 양만큼 계산된 오차들을 시뮬레이터로 나누어줌으로써 계산된다. 이는, (Zernike로 표현되는) 모든 관련 리소그래피 오차 및 수차들에 대해 행해진다.

렌즈의 수차들과 계산된 민감도들을 곱해줌으로써, 이미지 필드(스캐너 슬릿)에 걸친 시스템의 리소그래피 오차들이 얻어진다. 예를 들어, 오버레이 오차는 X-왜곡(dx)이고, 특정 조명 세팅으로 노광되는 특정 피처의 X-왜곡은 다음과 같이 된다:

그리고, (수직방향 피처에 대한) 슬릿에 걸친 디포커스(dF)는 다음과 같이 된다.

사용자 정의 리소그래피 사양에 따라, 여타 리소그래피 오차들 또한 고려될 필요가 있다. 일반적으로, 대부분의 리소그래피 오차들은 다음과 같이 쓸 수 있다.

만약 렌즈 모델이 또한 IQEA 모델을 적용하지 않고 사용된다면, 모든 수차들(본 예시에서는 Z_{2_1}, Z_{7_1}, Z_{9_0} 및 Z_{14_1})이 동시에 최적화된다. 최적화 해야할 파라미터들보다 조정해야 할 렌즈 요소들이 적게 존재하기 때문에, 전체 시스템은 최적의 상태로 배치될 수 있지만, 개별 이미지 파라미터들은 특정 어플리케이션에 대해서는 최적이 될 수 없다. 나아가, 모든 튜닝가능한 파라미터들에 대해 최적의 상태도 최적의 성능을 부여하지 못할 수도 있다.

IQEA 모델과 렌즈 모델을 조합함으로써, 보정 방법을 훨씬 더 유연하고 파워풀하게 만들 수 있다(그것은 적절한 어플리케이션들에 대해 최적화될 수 있다).

렌즈 모델과 IQEA 모델을 조합하는 2가지 가능한 방법들은 아래와 같이 개시된다. 두 모델을 조합하는 가장 단순한 방법은, 렌즈 모델에서 IQEA 모델로부터 계산된 민감도들(S_i)을 적용하는 것이다.

예를 들어, S₁₄ = 0이라면, 방정식들은 정확하게 해결가능하다. 하지만, 민감도들 중 어느 것도 0이 아닌 경우에도, 최대 민감도들은 마지막 해에서 보다 높은 가중치를 가져, 특정 어플리케이션에 대해 최적인 시스템의 상태를 발생시킬 것이다.

두 모델들을 조합하는 제2방법은 1이상의 리소그래피 성능 인디케이터들에 대해 시스템을 최적화시키는 것이다. 한가지 가능한 예시에서, 상기 시스템은 성능 인디케이터 X-왜곡(dx)에 대해 최적화되며, 이 경우, 상기 인디케이터에 대한 IQEA 모델 방정식은 다음 방식으로 쓰여질 수 있다:

여기서, i = 2,7,10,14,19,23,26,30 및 34이고, r = 10,19,23,26,30 및 34이다.

이 방정식에서 렌즈 조정들에 대한 표현들이 3개의 1차 수차 항(Z_{2_1},Z_{7_1},Z_{14_1})에 대해 사용된다면, 그것은 다음과 같이 된다:

이 방정식은 해결될 필요가 있는 집적 렌즈 모델 방정식을 구성한다. 실제로는, 동시에 최적화되어야 하는 보다 많은 리소그래피 오차들이 있어, 그 해를 보다 복잡하게 만든다. 예를 들어, 디포커스(dF)를 최적화시키기 위한 요건이 존재한다면, 해결될 제2방정식은 다음과 같이 된다.

이 경우에, dx와 dF 둘 모두는 렌즈 요소들을 조정함으로써 최소화되어야 할 필요가 있다.

과도한 수의 자유도들이 존재하는 경우에는, 이를 사용하는 것은 주의가 필요하여 개별적으로 조정가능한 수차들을 가능한 한 작게 만들어 시스템의 일반적인 성능을 가능한 한 좋게 만들어야 한다.

컴퓨터 장치는, 도 4의 플로우 차트에 나타낸 바와 같이, 다수 웨이퍼의 다중 다이의 노광 시퀀스에서의 각각의 노광시에, 특정 어플리케이션에서 그에 대해 가장 민감한 렌즈 가열로 인한 수차의 변화들이 각 웨이퍼의 각각의 연속적인 다이의 노광에 대해 최적으로 보상되는 방식으로, 투영시스템의 세팅들을 제어 및 조정할 수 있다. 따라서, 스타트 로트 박스(20)에 의해 나타난 바와 같이 다수 웨이퍼의 노광 개시시, 로트 보정 절차(21)가 수행되고, 로트 노광의 시퀀스에 앞서, 이미지 수차들이 예를 들어 ILIAS 또는 TIS 기술에 의해 측정됨으로써 측정된 수차 데이터(22)를 제공한다. 생성된 수차 값들은 IQEA 모델로 공급되는데, 이에 대해서는 보다 상세히 후술될 것이다. 그 다음, 렌즈 가열 모델은 처리 단계(23)에서 사용되어 각각의 연속적인 노광동안의 렌즈 가열로 인한 수차 오프셋 데이터(24)를 예측하며, 상기 렌즈 가열 모델은 노광 히스토리(예를 들어, 로트에서의 보다 이른 노광들의 개수 및 그들의 타임 스탬프들)를 나타내는 데이터를 수신한다. 이러한 수차 오프셋 예측은, 실제 노광에 앞서 최종 로트 보정에 대한 수차들의 예측된 변화들을 기초로 하여 로트내의 각각의 연속적인 노광에 대해 수행된다.

처리 단계(25)에서, IQEA 모델은, 측정된 수차 데이터(22)와 수차 오프셋 데이터(24), 및 어플리케이션 데이터(26), 즉 조명 모드(예를 들어, 개구수, 내측-σ 및 외측-σ), 높은 정확도(예를 들어 피처 크기, 밀도)를 갖는 프로덕트에서 형성될 피처들, 노광시에 적용될 방사선 도즈, 마스크 투과율 등과 같은 특정 어플리케이션을 나타내는 데이터, 및 상이한 수차 형태들에 대한 상이한 피처들의 민감도를 정의하는 사용자 정의 리소그래피 사양을 나타내는 데이터(28)를 수신한다. 적절한 옵티마이저와 함께 IQEA 모델은 이 데이터로부터, 각각의 노광을 대한 이미징 성능을 최적화하기 위하여 오버레이 값들(X-Y 조정), 포커스 값들(Z 조정)과 같은 적절한 세팅들을 조정하기 위해 모델링된 이미지 파라미터 오프셋들을 결정하며, 이에 대해서는 후술될 것이다. 그 다음, 웨이퍼상의 적절한 다이는 처리 단계(30)에서 이들 세팅들로 노광되며, 31에서는 이미지의 최종 다이가 노광되었는지의 여부가 결정되며, 제어신호가 전송되어 적절한 경우 이미지의 다음 다이에 대한 처리 단계(23)를 개시한다. 이미지의 다이들 모두가 노광된 경우에, 32에서는 웨이퍼의 최종 이미지가 노광되었는지의 여부를 결정하고, 제어신호가 전송되어 적절한 경우 다음 이미지에 대한 일련의 처리 단계(23)를 개시한다. 웨이퍼 이미지들 모두가 노광된 경우에, 33에서는 로트의 최종 웨이퍼가 노광되었는지의 여부를 결정하고, 34에 나타낸 바와 같이 제어신호가 전송되어 웨이퍼들의 로트의 노광의 종료를 알린다.

이 실시예의 변형례에서는, 마스크상의 4개의 정렬 마커들의 위치들이 검출되는 재정렬 절차가 수행되고, 이미지 파라미터 오프셋들 중 1이상이 임계치를 초과하는 경우에, 예를 들어 배율과 같은 이미지 파라미터들 중 일부가 재측정되며, 이들 특정 이미지 파라미터들은 로트 개시시의 단 한번보다는 빈도 높게 측정되는 결과를 갖는다. 이러한 재정렬은 프로덕트 패턴과는 구분되는 마스크상의 마커상에서 이행되기 때문에, 상기 재정렬동안에 잔여 수차들이 마커들의 측정에 악영향을 미치지 않도록 하는 주의가 필요하다. 이와 관련하여, 마스크상의 마커들의 검출에 대해 가장 관련성이 높은 이미지 파라미터 오프셋들을 예측하는데 IQEA 모델이 사용되어, 대응되는 수차들이 재정렬시 마커들의 측정에 악영향을 미치지 않도록 보 상할 수 있도록 한다. 투영시스템의 세팅의 제어 및 조정에서 이러한 재정렬 절차를 포함시키는 것이 유리하기는 하나, 이러한 절차의 사용은 선택적이며 투영시스템의 효과적인 제어 및 조정은 재정렬 절차없이도 가능하다는 것을 이해해야 한다.

도 5는, 투영시스템의 세팅들을 제어 및 조정하는 대안적인 방법의 플로우 차트로서, 도 3의 플로우 차트에 걸친 차이들이 볼드체로 나타나 있다. 이 경우에는, 예측된 수차 오프셋 데이터(24) 및 어플리케이션 데이터(26)가 처리 단계(35)에서의 IQEA 모델로 입력되어, 웨이퍼나 또는 추가적인 웨이퍼상에서의 추가적인 이미지의 노광에 앞서, 예측되는 이미지 파라미터 오프셋들이 36에서 유지되는 임계치 데이터와 비교되도록 하는 렌즈 가열 피드백 시스템이 제공된다. 이미지 파라미터 오프셋 값들 중 1이상이 대응되는 임계치를 초과하는 경우에는, 피드백 제어신호가 공급되어 이미지의 수차들이 추가 측정 단계에서 재측정되도록 함으로써, 이와 같이 새롭게 측정된 수차 값들이, 이미 측정된 수차 값들을 대신해 다음 이미지나 웨이퍼의 노광에 대한 최적의 렌즈 세팅들을 제어하기 위한 이미지 파라미터 오프셋들의 계산에서 사용될 총 수차 값들의 결정에 이용된다. 각 웨이퍼상의 각각의 이미지의 노광은 이와 유사한 방식으로 제어되며, 최적의 렌즈 세팅은 렌즈의 추가적인 가열을 고려할 필요가 있는 경우에 각각의 이미지에 대해 조정되며, (수차들의 재측정에 의한) 재정렬은 예측되는 이미지 파라미터 오프셋들에 의해 결정되는 필요치가 임계값들을 초과하는 경우에만 일어난다.

이러한 방식으로, 특정 어플리케이션에 대해 장치의 이미징 및 오버레이 성능이 최적화되고, 렌즈 가열의 효과를 보상하는 한편, 재정렬 및 그에 따른 스루풋의 감소가 필요한 경우에만 발생되도록 한다. 이는, 상기 어플리케이션에 따라, 특히 예를 들어 웨이퍼의 전방 단부층에서의 트랜지스터들의 게이트들과 같은 프로덕트의 임계 구조체들의 피처들에 종속하여, 적용된 보정들을 제어함으로써 달성된다.

이러한 연산들을 위한 절차는 보다 상세히 후술될 것이다. 제1단계에서 투영시스템에 대해 측정된 렌즈 수차들은, 예를 들어 Zernike 계수들의 항으로 기술될 필요가 있다.

Zernike 계수들 모두에 대한 이미지의 민감도와 왜곡과의 1차 조합을 기초로 하여 투영시스템 세팅들의 순응를 구현하는 1차 평가 연산 모델(linear estimation computation model)이 사용된다. 기본적으로, 주어진 이상적 중심 위치와 이상적 패턴 피처의 왜곡은 상기 중심 위치를 상대적으로 시프팅시킨다. Zernike 계수들에 의하여 정의되는 바와 같이 왜곡의 상이한 형태들에 대하여, 왜곡에 대해 주어진 패턴 피처의 민감도들은 상이하지만, "좌표 단위(co-ordinate by co-ordinate)" 또는 "슬릿 좌표(slit co-ordinate)" 기반의 접근법에 의존적인 왜곡 맵을 기반으로 하여 계산될 수 있다.

나아가, 주어진 왜곡 형태에 대한 민감도는 이미징될 (기본적) 패턴 피처의 형상에 따라 변화된다. 따라서, 1차 평가 연산 모델은, 투영시스템의 국부적 렌즈 수차와 조합하여 다양한 패턴 피처들에 대한 수차 유도 왜곡 파라미터(형상 및 크기의 변동)을 (예를 들어 오프-라인 모드로) 연산한다. 또한, 조명 모드 및 마스크 형태(즉, 퓨필 평면 필링)가 고려된다.

1차 평가 연산 모델을 사용하면, 좌표(x,y)상의 왜곡(dx,dy)은 다음과 같이 기술된다:

여기서, Z_i는 i차 Zernike 계수, S_i는 주어진 Zernike 계수(Z_i)에 대한 민감도 계수이고, x-왜곡 및 y-왜곡 각각은 일련의 Zernike 계수들에 의해 기술된다. 상기 Zernike 계수들은 x, y 좌표에 의존적이다. 상기 민감도(S_i)는 기본적으로 패턴 및 조명 모드에 의존적이다.

이들 방정식들의 연산의 결과들은 이미징 보정 데이터로서 1이상의 데이터베이스에서 컴퓨터 장치(8)의 메모리내에 저장된다. 패턴 피처 유형과 크기, 퓨필 평면 필링의 여하한의 주어진 조합에 대해 이미징 보정 데이터가 결정될 수 있다. 1이상의 데이터베이스는 이러한 조합들 각각의 함수로서 이미징 보정 데이터를 홀딩할 수도 있다.

리소그래피 처리 런 동안, 이미징 보정 데이터는 메모리로부터 검색된다. 투영시스템 세팅들은 패턴 왜곡 파라미터들, 즉 이미징될 패턴 피처의 유형과 크기, 실제 렌즈 수차 좌표 및 상기 패턴 피처에 대한 실제 퓨필 평면 필링의 조합에 따라 순응된다. 온-라인 순응 절차에 대한 처리 런을 위한 잡 데이터 파일내의 정보를 통하여 데이터베이스로부터 (실제 패턴 왜곡 파라미터들의 조합을 기초로 하는) 이미징 보정 데이터를 이용 가능하게 할 수 있다. 온-라인 순응 절차는, I/O 디바이스(31)에 의하여, 방정식으로 주어진 바와 같이 수차 유발 왜곡에 대한 이미징 보정 파라미터들에 따르는 처리 런 동안의 투영시스템 세팅을 순응시킨다.

또한, 리소그래피 처리 런 동안, 실제 이미징 보정 파라미터들의 조합은, 온-라인 순응 절차에 대한 처리 런을 위한 잡 데이터 파일내의 정보를 통하여 데이터베이스로부터 이용가능해질 수 있다. 온-라인 순응 절차는 방정식 세트들로 주어진 바와 같이 수차 유발 왜곡에 대한 이미징 보정 파라미터들에 따르는 처리 런 동안의 투영시스템 세팅들을 순응시킨다.

패턴 수차 유발 왜곡 및 온-라인 순응 절차에 대한 에어리얼 이미지의 보정은 컴퓨터 장치에 의하여 수행된다. 연산들은 프로세서에 의하여 수행되며, 투영시스템에 대한 보정 파라미터와 관련된 데이터는 상기 컴퓨터 장치의 메모리 유닛내에 저장된다. 프로세서는, 이미징 보정 파라미터들을 결정하고 처리 런 동안 패턴 수차 유발 디바이스를 보정하기 위한 센서 및 액추에이터들을 포함하는 투영시스템의 액추에이팅 디바이스(AD)로 이미징 보정 신호들을 전송하도록 I/O 디바이스에 명령을 내린다.

마스크 정렬(오버레이)를 조정하기 위하여, US 4540277에 기술된 바와 같이, 마스크(또는 레티클)상의 1이상의 마스크들의 위치를 결정하는데 사용될 수 있는 기판테이블(WT)과 연관된 물리적 기준 표면내에 장착되는 1이상의 TIS(transmission image sensors)의 사용에 대해서는 이미 언급하였다. APC(advanced process control) 시스템은 통상적으로 양호한 오버레이를 확보하는데 사용된다. 로트의 노광후에, 소위 오버레이 메트롤로지 툴을 사용하여 로트로부 터의 소수의 웨이퍼들상에서 오버레이가 측정되고, 측정된 오버레이 메트롤로지 데이터가 APC 시스템으로 전송된다. 그 다음, APC 시스템은 노광 및 처리 히스토리를 기초로 하여 오버레이 보정치들을 계산하고, 이들 보정치들은 오버레이 오차를 최소화시키기 위해 스캐너를 조정하는데 사용된다. 이것은, 오버레이 메트롤로지 피드백 루프라고도 알려져 있다.

하지만, 특정 프로덕트 어플리케이션에 대한 보상후에 남아 있는 렌즈 수차들로 인한 TIS 및/또는 오버레이 마크들의 왜곡으로 인해, 상당한 X-Y 정렬 오차들이 여전히 존재할 수도 있으며, 조정들이 TIS 및/또는 오버레이 마크들에 관한 오차들을 최소화시키도록 이행된다면, 이들은 프로덕트의 노광시 이미징 성능을 최적화시키기에(바꾸어 말해, 프로덕트 노광 오차들을 최소화시키도록 조정들이 행해지는 경우 정확한 정렬을 제공하기에) 부적절할 수도 있다.

따라서, IQEA 모델은 상이한 피처들(즉, 프로덕트 피처, TIS 마스크 마크들, 오버레이 메트롤로지 타겟들 및 웨이퍼 정렬 마스크들)에 대한 적절한 보정들 및 허용된 왜곡들을 결정하도록 순응될 수도 있다. 나아가, 상이한 피처들은 총 리소그래피 제어 루프의 상이한 위치들에서 사용되기 때문에, 요구되는 오차 보정 데이터가 올바른 장소(right location)로 공급된다는 것이 중요하다.

이러한 구조에서, IQEA 모델은 상이한 피처들의 민감도들을 연산하기 위한 시뮬레이터를 갖는 루프내에 배치된다. 이들 민감도들은 프로덕트 피처들에 대한 최적의 렌즈 세팅들을 연산하는 조합 선형화-IQEA-모델/렌즈 모델내로 입력된다. 그 다음, 이들 렌즈 세팅들은 필요한 렌즈 조정들을 수행하기 위한 렌즈 드라이버 로 보내진다. 또한, 이 모델에 의하여 연산된 TIS 마스크(또는 레티클) 마크 오프셋들은 이들 오프셋을 보정할 수 있는 메트롤로지 드라이버로 보내져, 올바른 마스크 정렬 파라미터들이 편향되지 않은 방식으로 연산되도록 한다. 상기 TIS 마크 오프셋들은, 프로덕트 피처들의 위치들이 정확하게 표현될 수 있도록 웨이퍼들의 노광 이전에 측정된 TIS 위치들을 보정하는데 사용된다. 노광된 오버레이 메트롤로지 타겟들의 오프셋들 및 데이터가 상이한 시각 및 장소에서 사용될 필요가 있는 상기 모델에 의하여 제공되는 비-제로(non-zero) 웨이퍼 정렬 마크들은 APC 시스템으로 보내진다. 메트롤로지 오프셋들은 오버레이 메트롤로지 피드백의 오프셋을 연산하는데 사용되고, 따라서 동일 층을 노광하려는 시스템으로 공급된다. 웨이퍼 정렬 마크 오프셋들은 피드 포워드 구성에서 다음 층을 노광하려는 시스템으로 공급된다.

렌즈 가열 상황의 경우에, 모든 보정들 및 오프셋들이 렌즈 가열의 영향하에 시스템의 수차 드리프트 및 그에 따른 모든 상이한 피처들(즉 프로덕트 피처들, TIS 마스크 마크들, 오버레이 메트롤로지 타겟들 및 웨이퍼 정렬 마크들)의 시프트들에 따라 좌우되기 때문에, 데이터 핸들링이 보다 복잡해진다. 프로덕트의 X-Y 위치들과 TIS의 위치들 및 각각의 노광된 다이에 대한 (오프-라인) 오버레이 메트롤로지 및 정렬 피처들을 결정하는 경우에 있어서의 통상적인 일련의 연산들은 다음과 같이 수행된다:

1. 노광 직전에 프로덕트 위치에 대한 TIS 마크들, 오버레이 메트롤로지 타겟 및 정렬 마크들의 X-Y 위치들의 시프트들을 연산

2. 웨이퍼상에서 특정 다이의 노광 이전에 연산된 오프셋들을 이용하여 측정된 TIS 마크 위치들을 보정

3. 여타 다이들 및 웨이퍼들에 대하여, 실제 수차들이 변화되도록 하고, TIS 마크들의 위치, 오버레이 메트롤로지 타겟 및 정렬 마크들이 프로덕트 위치에 대하여 시프팅되도록 하는 렌즈 가열을 반복

4. APC 피드백 루프가 프로덕트 오버레이(몇몇 웨이퍼들상의 오버레이가 측정됨)에 대해 최적화될 수 있도록, APC-시스템에서의 오버레이 메트롤로지 타겟 위치들에 대한 시프트들을 저장. 오버레이 메트롤로지 툴이 오버레이를 측정할 경우, 이것은 항상 두 층에 대한 시프트들의 차이이고, 두 층 모두에 대한 시프트들은 메트롤로지 오버레이 타겟의 결정에 있어 고려될 필요가 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 박스-인-박스-구조(box-in-box-structure)의 경우에, 내부-박스에 대한 시프트(이 시프트는, 그것이 프로덕트에 대해 최적화된 이미지 조정들을 이용하여 노광되었기 때문에 상기 내부-박스를 노광할 경우 결정됨) 및 외부 박스에 대한 상이한 시프트(이 시프트는 이미 결정됨)를 고려하여 트루(true) 오버레이의 최상의 가능한 평가를 얻도록 할 필요가 있다.

5. 각 웨이퍼상의 다음 층을 노광할 경우, 노광 이전에 연산된 오프셋들을 이용하여 측정된 정렬 마크 위치들을 보정.

본 발명에 따르면, 특정한 어플리케이션, 즉 마스크(예를 들어, 프로덕트 패턴) 및 조명모드의 특정한 조합에 대해 최적의 이미지 품질을 제공하는 방식으로 렌즈 수차들의 효과를 보상하도록, 리소그래피 투영장치의 투영시스템에 대한 조정을 실행하게 할 수 있다.

Claims (23)

1. 리소그래피 투영장치에 있어서,

   패터닝 수단상에 투영된 방사선 빔에 패턴을 부여하기 위해 상기 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

   기판을 잡아주는 기판테이블;

   상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝수단의 이미지를 형성하기 위하여 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템;

   예측된 투영시스템의 수차 변화들에 따라 제어신호를 발생시키는 제어시스템; 및

   상기 제어신호에 따라서 이미지 조정(image adjustments)을 수행하기 위한, 상기 제어신호에 응답하는 이미지 조정시스템(image adjusting system)을 포함하여 이루어지며,

   일 범위의 상이한 노광 어플리케이션들의 고 정확도를 제공하는 관점에서, 상기 제어시스템은, 측정된 수차 값들에 대하여 시간에 따른 투영시스템 수차들의 변화를 예측하는 예측시스템과, 선택된 패터닝수단의 이미지에 관한 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위해 특정의 요구되는 패터닝된 빔에 특정적인 제어신호가 상기 이미지 조정시스템에 공급되도록 상기 특정의 요구되는 패터닝된 빔을 생성하기 위하여 상기 장치에 사용될 상기 선택된 패터닝수단의 이미지의 1이상의 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 모델링시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어시스템은, 두 방향으로의 투영시스템의 수차들에 대한 상기 특정 어플리케이션의 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도들에 따라서, 상기 이미지 평면에서 한 방향으로의 상기 이미지 피처들의 예측된 변화들과 비교하여 상기 이미지 평면에서 다른 방향으로의 상기 이미지 피처들의 예측된 변화들을 우선적으로 보상하는 제어신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어시스템은, 상기 이미지 평면에 대해 수직한 방향으로의 투영시스템의 수차들에 대한 상기 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도들에 따라, 상기 이미지 평면에 대해 수직한 방향으로의 상기 이미지 피처들의 예측된 변화들을 우선적으로 보상하는 제어신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어신호는 투영시스템의 수차들에 대한 상기 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도와, 상이한 이미지 파라미터들에 관한 투영시스템 수차들의 효과들에 대해 주어질 상대적인 가중치들을 결정하는 정의된 메리트 함수에 따라서 제어신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 예측시스템은, 렌즈 가열 또는 냉각의 결과로서 시간에 따른 1이상의 수차 값의 변화들을 예측하는 렌즈 가열 모델을 기초로 하여, 시간에 따른 상기 예측된 투영시스템 수차들의 변화들을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 모델링시스템은, 상기 투영시스템의 조명 모드 세팅 및 상기 선택된 패터닝수단을 나타내는 데이터를 기초로 하여 상기 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어시스템은, 상기 조정시스템의 이미징 조정(imaging adjustments)의 변화들과 이러한 이미징 조정에 의해서 보상되는 상기 수차 변화들간의 알려진 대응관계(known correspondence)에 기초한 제어신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   이전 기판 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟에 대해 측정된 현재 기판 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟의 시프트를 보정하도록 구성 및 배치된 오버레이 메트롤로지 피드백 시스템을 더 포함하고, 상기 시프트는, 정의된 메리트-함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기초로 하여, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들 및 이미지의 어떤 정해진 파라미터들에서의 측정된 수차 값들에 대해 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과를 보상하게 되는 상기 이미지 조정으로부터 기인하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 타겟부에 적용될 이미지들의 연속적인 층들에 있어 각각의 층의 정렬을 위해 제공되는 각각의 웨이퍼 정렬 마크의 시프트 효과를 보상하도록 구성 및 배치된 정렬시스템을 더 포함하고, 상기 시프트는, 정의된 메리트-함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기초로 하여, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들 및 이미지의 어떤 정해진 파라미터들에서의 측정된 수차 값들에 대해 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 상기 예측 상기 어플리케이션-특정 효과를 보상하게 되는 상기 이미지 조정으로부터 기인하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 타겟부에 대해 상기 패터닝 수단의 정렬을 위해 제공되는 각각의 마스크 정렬 마크의 시프트 효과를 시프트 효과를 보상하도록 구성 및 배치되는 정렬시스템을 포함하고, 상기 시프트는, 정의된 메리트-함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기초로 하여, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들 및 이미지의 어떤 정해진 파라미터들에서의 측정된 수차 값들에 대해 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 상기 예측 상기 어플리케이션-특정 효과를 보상하게 되는 상기 이미지 조정으로부터 기인하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 제어시스템은, 시간에 따른 1이상의 이미지 파라미터에 관한 상기 예측된 효과가 대응되는 임계값보다 큰 경우에, 1이상의 수차 값을 재측정하도록 구성 및 배치되는 측정시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 이미지 조정시스템은, 또한 스캔 위치의 함수로서 이미지를 최적화하기 위하여, 상기 기판의 범위에 걸쳐 스캐닝된 이미지의 변동들을 고려하기 위해 상기 기판의 스캐닝 노광동안 연속적인 스캔 위치들에 걸쳐 이미징 조정들을 수행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
13. 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 있어서,

    이미지를 수용하기 위한 타겟부를 갖는 기판을 제공하는 단계;

    요구되는 패터닝 어플리케이션에 따라 패터닝수단을 선택하고, 요구되는 패터닝된 빔을 생성하기 위해서 투영 시스템을 사용하여 방사선 빔으로 상기 패터닝수단을 조명하는 단계;

    상기 타겟부 상에 이미지를 형성하기 위해서 상기 패터닝된 빔을 상기 타겟부상으로 투영하는 단계;

    예측된 투영시스템의 수차 변화들에 따라 제어신호를 발생시키는 단계; 및

    상기 제어신호에 의존하여 이미징을 조정하는 단계;를 포함하여 이루어지고,

    일 범위의 상이한 노광 어플리케이션들의 고 정확도를 제공하는 관점에서, 상기 제어신호를 발생시키는 단계는, 측정된 수차 값들에 대하여 시간에 따른 투영시스템 수차들의 변화를 예측하는 단계와, 상기 선택된 패터닝수단의 이미지에 관한 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위해 상기 요구되는 패터닝된 빔에 특정적인 제어신호가 상기 이미징을 조정하는데 공급되도록 특정의 요구되는 패터닝된 빔을 생성하는데 사용될 선택된 패터닝수단의 이미지의 1이상의 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제어신호는, 두 방향으로의 투영시스템의 수차들에 대한 상기 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도들에 따라, 상기 이미지 평면에서 한 방향으로의 상기 이미지 피처들에서의 예측된 변화들과 비교하여 상기 이미지 평면에서의 다른 방향으로의 상기 이미지 피처들에서의 예측된 변화들을 우선적으로 보상하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 제어신호는, 이미지 평면에 대해 수직한 방향으로의 투영시스템의 수차들에 대한 상기 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도들에 따라, 상기 방향으로의 상기 이미지 피처들의 변화들을 우선적으로 보상하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
16. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 제어신호는, 상기 투영시스템의 수차들에 대한 상기 선택된 패터닝수단의 알려진 민감도들과, 상기 이미지의 상이한 파라미터들에 관한 투영시스템 수차들의 효과들에 주어질 상대적인 가중치들을 결정하는 정의된 메리트 함수에 따라서 생성되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
17. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    시간에 따른 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들은, 렌즈 가열 또는 냉각의 결과로서 시간에 따른 1이상의 수차 값의 변화들을 예측하는 렌즈 가열 모델을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
18. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 예측된 투영시스템 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과는 상기 선택된 패터닝수단 및 상기 투영시스템의 조명 모드를 나타내는 데이터를 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
19. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 제어신호는, 상기 조정시스템의 이미징 조정들의 변화들과 이러한 이미징 조정들에 의해 보상되는 수차 변화들간의 알려진 대응관계를 기초로 하여 생성되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
20. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    정의된 메리트-함수에 따라 보상되도록 이미지가 가장 민감해 하는 수차들의 변화들을 제공하는 최적화 절차를 기초로 하여, 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들 및 이미지의 어떤 정해진 파라미터들에서의 측정된 수차 값들에 대해 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 상기 어플리케이션-특정 효과를 보상하게 되는 상기 이미지 조정의 결과로서, 이전 기판 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟에 대해 측정된 현재 기판 층에 대한 메트롤로지 오버레이 타겟에서의 시프트를 보정하기 위하여 피딩 백 오버레이 메트롤로지 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
21. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    시간에 따른 1이상의 이미지 파라미터에 관한 상기 예측된 효과가 대응되는 임계 값보다 큰 경우, 1이상의 수차 값을 재측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
22. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 이미징 조정 단계는, 스캔 위치의 함수로서 이미지를 최적화하기 위하여, 상기 기판의 범위에 걸쳐 스캐닝된 이미지의 변동들을 고려하도록 상기 기판의 스캐닝 노광동안 연속적인 스캔 위치들에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
23. 패터닝수단 상에 투영되는 방사선 빔에 패턴을 부여하는 상기 패터닝수단을 지지하는 지지 구조체와, 기판을 잡아주는 기판테이블, 그리고 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝수단의 이미지를 형성하기 위하여 상기 패터닝된 빔을 기판의 타겟부 상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치를 사용하는 방법을 수행하는 머신으로 실행가능한 명령어들로 인코딩된 머신으로 판독가능 기록 매체에 있어서,

    상기 방법은,

    예측된 투영시스템 수차 변화들에 따라서 제어신호를 발생시키는 단계; 및

    상기 제어신호에 의존하여 이미징을 조정하는 단계를 포함하여 이루어지며,

    일 범위의 상이한 노광 어플리케이션들의 고 정확도를 제공하는 관점에서, 상기 제어신호를 발생시키는 단계는, 측정된 수차 값들에 대하여 시간에 따른 투영시스템 수차들의 변화를 예측하는 단계와, 선택된 패터닝수단의 이미지에 관한 상기 예측된 투영 시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 보상하기 위해 특정의 요구되는 패터닝된 빔에 특정적인 제어신호가 상기 이미징을 조정하는데 공급되도록 상기 특정의 요구되는 패터닝된 빔을 생성하는데 사용될 상기 선택된 패터닝수단의 이미지의 1이상의 파라미터에 관한 상기 예측된 투영시스템의 수차 변화들의 어플리케이션-특정 효과를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법을 수행하는 머신으로 실행가능한 명령어들로 인코딩된 머신으로 판독가능한 기록 매체.

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