KR100911223B1 - 측정장치, 노광장치 및 방법, 그리고 디바이스의 제조방법 - Google Patents

측정장치, 노광장치 및 방법, 그리고 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

피검광학계의 물체면에 배치되고, 측정광으로부터 구면파를 생성하기 위한 복수의 핀홀을 가지는 핀홀마스크와, 상기 핀홀마스크 및 상기 광학계를 통과한 후의 상기 측정광을 분할하는 회절격자를 가지고, 상기 회절격자의 격자피치를 Pg, 상기 측정광의 파장을 λ, 양의 정수를 m, 상기 회절격자와 상기 광학계의 상면과 사이의 거리를 Lg로 놓으면, Lg = m·Pg2 / λ의 식을 만족시키고, 상기 회절격자가 분할한 상기 측정광을 간섭시킴으로써 형성되는 간섭무늬로부터 상기 광학계의 파면수차를 산출하는 것을 특징으로 하는 측정장치를 제공한다

Description

측정장치, 노광장치 및 방법, 그리고 디바이스의 제조방법{MEASURING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS AND METHOD, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 일반적으로는 측정장치에 관한 것으로, 특히, 레티클(마스크) 위의 패턴을 피처리체로 투영하는 투영광학계 등의 측정되는 광학계(이후 "피검광학계"라고 함)의 파면수차를 측정하는 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 측정장치는 예를 들면, 극자외선(EUV：Extreme Ultraviolet)광을 이용한 노광장치에 사용되는 투영광학계의 파면수차의 측정에 적합하다.
반도체소자 등을 포토리소그래피로 제조할 때에, 투영광학계를 개재해서 레티클의 패턴을 기판 위에 노광하는 투영노광장치가 종래부터 사용되고 있다. 반도체소자의 미세화의 요구로부터, 자외광 보다 더욱 파장이 짧은 EUV광(예를 들면, 5nm 내지 20nm)을 이용한 투영노광장치의 실용화도 검토되고 있다.
마스크 패턴을 소정의 배율로 정확하게 기판 위에 전사하기 위해서, 투영광학계는 가능한 낮은 수차를 유지하는 높은 결상성능이 필요하다. 특히, 반도체소자의 미세화의 요구에 의해, 전사성능은 투영광학계의 수차에 민감하게 되어 있다. 이 때문에, 고정밀도로 투영광학계의 파면수차를 측정하는 수요가 존재한다.
EUV광에 적용되는 투영광학계의 파면수차를 점회절 간섭계(PDI)와 달리 핀홀 에 대한 고도의 정확한 얼라이먼트를 필요로 하지 않고 고정밀도로 측정하는 장치로서는, 래터럴 세어링 간섭계("LSI")가 알려져 있다. LSI는 일반적으로 피검광학계의 물체면에 1개의 핀홀을 가지는 핀홀마스크를 배치한다. 핀홀의 상은 피검광학계의 수차의 영향을 받으면서 상면에 결상한다. 회절격자가 상기 상면과 피검광학계의 사이에 배치되고, 상기 피검광학계를 투과한 광이 회절 차수에 따라 약간 측면으로 이동한다. 이 결과, 상기 투과광 들이 상면보다 후단의 관찰면에서 약간 측방으로 이동하여 서로 중첩하고 간섭하여 간섭무늬(간섭패턴)를 발생시킨다. 상기 간섭무늬에 의해 측방으로 원래 파명의 차분 파면을 제공하여 적분에 의해 원래 파면을 회복한다.
파면 측정에 충분한 강도의 광을 핀홀로부터 인출하기 위해서는, 고휘도의 광원을 사용하여 이러한 광원으로부터의 광을 핀홀에 집광할 필요가 있다. 고휘도의 광원으로서는 전자 축적링에 삽입된 언줄레이터 광원이 고려되지만, 대규모의 설비를 필요로 해서, 고비용을 발생시킨다. 노광장치의 조립공정이나 설치처에서의 파면 측정용의 광원은 소형의 광원, 특히, 노광 광원과 공통으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 레이저 여기 플라스마 광원(LPP)이나 방전 여기 플라스마광원(DPP) 등의 노광 광원으로부터의 광속은 지향성이 낮고, 핀홀에 집광시키는 것이 매우 곤란하다. 이 노광 광원을 파면측정에 사용했을 경우, 핀홀을 투과하는 광량이 지극히 적게 되어, 파면 측정에 충분히 필요한 강도의 간섭 화상을 관찰면에서 얻을 수 없다.
피검광학계의 물체면에 다수의 반사 도트를 배치해서 광이용 효율을 높게 하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본국 특개 2004－219423호 공보를 참조한다. 또한, 이 참고문헌에서는 피검광학계의 상면위치에 회절격자도 배치한다. 회절격자에 의해 회절차수가 다른 회절광을 측면으로 이동시켜서 간섭을 발생시킨다. 위상 시프트법에 의해 측면으로 이동된 회절광 사이의 차분 파면을 구해서 피검광학계의 파면을 산출한다.
위상 시프트법에 의한 LSI에서는 일반적으로, 각 차수의 회절광 사이의 위상차를 특정량만 시프트하면서 복수의 간섭 화상을 촬영할 필요가 있고, 또한, 상술한 측면 이동 방향을 변경하면서, 마찬가지로 복수의 간섭 화상을 촬영할 필요가 있다. 따라서, 이 타입의 LSI에서는 2쌍의 간섭 화상을 촬영해야 하고, 측정에 장시간을 필요로 하게 된다. 이들 간섭화상을 촬영하면서 이동할 때에, 회절격자 등의 광학부품을 그 높이 방향으로 극히 안정적으로 유지하지 않으면, 측정오차의 문제를 발생시킨다.
따라서, 본 발명은 측정을 위해 장시간을 필요로 하지 않고, 저비용, 고정밀도로 피검광학계의 파면수차를 측정하는 것이 가능한 측정장치를 제공하는 것을 예시적인 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의한 측정장치는 피검광학계의 물체면에 배치되고, 측정광으로부터 구면파를 생성하기 위한 복수의 핀홀을 가지는 핀홀마스크와, 상기 핀홀마스크 및 상기 피검광학계를 통과한 후의 상기 측정광을 분할하는 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자의 격자피치를 Pg, 상기 측정광의 파장을 λ, 양의 정수를 m으로 하면, 상기 회절격자와 상기 피검광학계의 상면 사이의 거리 Lg는, Lg = m·Pg2 / λ의 식을 만족시키고, 상기 회절격자가 분할한 상기 측정광을 간섭시킴으로써 형성되는 간섭무늬로부터 상기 피검광학계의 파면수차를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 노광장치는, 광원으로부터의 광을 이용하여 레티클에 형성된 패턴을 기판 위에 노광하는 노광장치로서, 상기 패턴을 상기 기판 위에 투영하는 투영광학계 및 상기 광을 사용해서 상기 투영광학계의 파면수차를 간섭무늬로서 검출하는 측정장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 노광 방법은, 상기 측정장치를 사용하여 피검광학계로서의 투영광학계의 파면수차를 산출하는 스텝, 산출된 상기 투영광학계의 파면수차에 의거하여, 상기 투영광학계를 조정하는 스텝 및 조정된 상기 투영광학계를 사용하여 기판을 노광하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 스텝 및 노광된 상기 기판을 현상하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 노광장치의 공정과 유사한 공정을 실행하는 디바이스의 제조방법의 클레임은 중간 및 최종 결과물인 디바이스 자체에도 그 효력이 미친다. 이러한 디바이스는 LSI나 VLSI 등의 반도체 칩, CCD, LCD, 자기센서, 박막 자기헤드 등을 포함한다.
본 발명의 다른 목적 또는 그 외의 특징은 이하 첨부 도면을 참조해서 설명하는 바람직한 실시예에 의해서 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 측정장치의 구성을 나타내는 개략 단면도;
도 2는 본 발명의 일 측면에 의한 노광장치의 구성을 나타내는 개략 블럭도;
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼측 유닛의 구성을 나타내는 개략 단면도;
도 4는 도 2에 도시된 노광장치의 변형예인 노광장치의 구성을 나타내는 개략 블럭도;
도 5는 도 4에 도시된 마스크측 유닛의 구성을 나타내는 개략 단면도;
도 6은 도 5에 도시된 마스크측 유닛에 입사하는 광과 반사광 사이의 관계를 나타내는 광로도;
도 7은 핀홀마스크와 편향미러간의 거리와, 조명광의 분리거리 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 8은 디바이스(IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD,CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 흐름도;
도 9는 도 8에 도시된 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름도;
도 10은 도 1에 도시된 측정장치의 다른 실시형태인 핀홀마스크의 구성을 나타내는 개략 평면도;
도 11은 NA=0.052 및 λ=13.5 nm일 때의 도 10에 도시된 핀홀마스크상의 2점의 핀홀에 있어서의 거리와 코히렌스 계수의 절대값 사이의 관계를 나타내는 그래프;
도 12는 도 10에 도시된 핀홀마스크의 구성에 대해 핀홀 배치를 랜덤으로 했 을 경우를 나타내는 평면도.
[주요부분의 간단한 도면부호의 설명]
1: 측정장치 10: 핀홀마스크
10a: 핀홀(핀홀어레이) 11: 핀홀마스크
11: 핀홀 11b: 핀홀군
12: 피검광학계 14: 회절격자판
15: 2차원 회절격자 20: 검출부
100: 노광장치 140: 마스크
150: 투영광학계(피검광학계) 160 :웨이퍼(피처리체)
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 측정장치의 기본 배치를 나타내는 개략 단면도이고, 핀홀마스크(10)와 회절격자판(14)을 위에서 본 개략 평면도이다. 측정장치(1)는 피검광학계(12)의 광학성능(특히, 파면수차)을 측정하는 측정장치이다. 측정장치(1)는 핀홀마스크(10), 회절격자판(14), 검출부(20) 및 제어부(30)를 구비하고 있다.
핀홀마스크(10)는 피검광학계(12)의 물체면에 배치되고, 측정광의 구면파를 생성하기 위한 복수의 핀홀(10a)을 가진다. 핀홀마스크(10)는 EUV광을 효율적으로 차광해야 하며, Ni등으로 구성된다. 핀홀마스크(10)의 두께는 Ni를 사용하면 150nm이상 필요하다.
핀홀(10a)은 회절한계 이하의 직경을 가진다. 개구수("NA") = 0.26, 배율 = 1／4배의 EUV노광광학계에서는 입사측의 NA는 0.065가 되고, 이 범위의 회절각을 대략 무수차의 회절광으로 커버하기 위한 핀홀(10a)의 직경은 13.5／(2 ×0.065) = 104nm가 된다. 후술하는 바와 같이, 핀홀(10a)은 반사형이어도 되고 투과형이어도 된다. 복수의 핀홀(10a)(또는 핀홀어레이)의 간격은 조명광의 공간적 코히렌스 길이 이상 서로 떨어져 있다.
반사형 핀홀마스크(10)는 예를 들면, 실리콘 또는 유리 등의 기판 위에, 몰리브덴과 실리콘의 다층막으로 이루어지는 반사막, 그 위에 크롬 또는 다른 흡수층 및 이 흡수층에 반사층을 관통하는 구멍을 가진다. 투과형 핀홀마스크(10)는예를 들면, 니켈 등의 금속의 자립막에 관통구멍을 가진다.
피검광학계(12)의 전사 영역 위의 파면수차 측정점에서 먼 위치에 있는 핀홀(10a)을 투과 또는 반사한 광에 의해 발생되는 간섭 패턴은, 거리가 증가됨에 따라 피검광학계 (12)의 파면수차 특성에 따라 간섭패턴 형상이 서서히 변화한다. 광이 투과 또는 반사하는 핀홀(10a)의 분포하는 영역은 피검광학계(12)의 수차를 실질적으로 동일하게 간주할 수 있는 영역으로 한정해야 한다. 본 실시형태에서는 핀홀어레이의 영역 사이즈(A)를 피검광학계(12)의 수차가 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있는 영역인 직경 0.1mm 내지 1mm정도를 가지는 영역으로 설정한다. 핀 홀어레이의 영역 사이즈(A)가 상기 영역보다 크게 이루어진 경우에도, 조명영역(IA)을 상기 한정으로 한정하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
회절격자판(14)은 2차원 회절격자(15)를 가진다. 2차원 회절격자(15)는 피검광학계(12)로부터의 광을 다수의 회절광으로 분리해서, 상면(IS) 위에 복수의 집광점을 형성하는 회절격자이다. 도 1에서는 2차원 회절격자(15)가 발생하는 0차 이외의 회절광의 도시를 생략하고 있다. Lg는 2차원회절격자(15)와 상면(IS)사이의 거리이며, Pg는 회절격자의 격자피치이며, λ는 측정광의 파장이며, m은 양의 정수로 놓으면, 이하 식 (1)에 의해 타르보효과 및 높은 콘트라스트의 간섭무늬를 제공할 수 있다. 조건 "양의"는 간섭무늬의 캐리어라고 부르는 미세한 간섭무늬를 생성하고, 상기 캐리어 성분의 위상정보로부터 간섭무늬를 푸리에 변환하여 파면을 얻는 소위 푸리에 변환법에 의해 파면회복을 제공한다.
Lg = m ·Pg2 / λ (1)
이와 같이 얻어진 간섭무늬는 1점 쇄선으로 도시한 회절격자판(14)의 개구부의 중심과 0차 회절광의 집광점을 지나는 직선 위에 있는 개소의 광강도의 대칭성을 고려하면 이해할 수 있는 바와 같이, 극대 또는 극소가 된다(도 1에서는 극대로 되어 있다).
검출부(20)는 간섭무늬의 관찰수단인 배면 조사형의 CCD 등의 디텍터 또는 카메라이다.
복수의 핀홀(10a) 사이의 간격을 조명광의 공간적 코히렌스 길이 보다 길게 하면, 각 핀홀(10a)을 통과한 광은 서로 간섭하지 않는다. 검출부(20) 위에 있어서, 핀홀(10a)로부터의 광에 의해서 발생된 다수의 간섭무늬는 강도의 관점으로만 중첩할 수 있어서, 각 핀홀(10a)에의 조명광 강도가 낮은 경우에도 검출부(20) 위에서는 충분한 광강도를 제공할 수 있다. 간섭무늬의 광강도의 명암의 위치가 서로 일치하고 있으면, 간섭무늬의 콘트라스트를 열화시키지 않고, 측정에 충분한 강도의 간섭무늬를 얻을 수 있다.
회절격자판(14)의 개구부의 중심과 각 핀홀(10a)로부터의 투과광의 0차 회절광의 집광점을 연결하는 직선위에서는 간섭무늬의 명암이 일치하기 때문에, 콘트라스를 열화시키지 않기 위해서는 검출부(20)의 상면 위에서 이들의 직선이 한점에서 서로 교차하도록 하면 된다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이 조건을 만족하기 위해서는, 격자피치를 Pg , 핀홀상의 주기를 Pi, 피검광학계(12)의 상면(IS)으로부터 검출부(20)까지의 거리를 Lc로 놓으면, 이하의 식 (2)가 이 조건을 만족시킨다.
Pi = Pg·Lc / (Lg + Lc) (2)
핀홀어레이의 주기를 Pp, 피검광학계(12)의 배율을 β로 놓으면, 이하의 식 (3)을 만족시킨다.
Pp = Pi /β (3)
주기(Pp)는 이하의 수식 4를 만족시키는 것에 의해, 콘트라스트를 열화시키지 않고 검출부(20)위에서, 임의의 핀홀(10a)로부터의 반사광 또는 투과광에 의한 간섭무늬의 광강도의 명암위치 간의 일치를 제공할 수 있다.
Pp = (pg / β)·(Lc / (Lg + Lc)) (4)
도 1에서는 2차원 회절격자(15)를 상면(IS)보다 윗쪽에 배치하지만, 상기 회절격자(15)를 하부에 배치해도 되며, 단 이 경우, Lg는 음의 수가 된다.
검출부(20)가 상면(IS)으로부터 충분히 거리가 떨어져 있으면, Lc / (Lg ＋ Lc) ≒ 1로 근사함으로써, 이하의 식 (5)로 근사해도 된다.
Pp = Pg / β (5)
제어부(30)는 검출부(20)가 검출한 간섭무늬를 취득하고 해석하여, 피검광학계(12)의 파면수차를 산출한다.
동작에 있어서, 도시하지 않은 조명광학계는, 핀홀마스크(10)의 복수의 핀홀(10a)을 동시에 조명해서 다수의 구면파를 생성한다. 핀홀(10a)을 통과한 회절광은 피검광학계(12)를 조명해서, 피검광학계(12)의 수차의 영향을 받아, 회절격자판(14)을 개재해서 상면(IS) 위에서 결상한다. 검출부(20)에서는 충분한 광강도의 간섭무늬를 관찰할 수 있다. 본 실시형태에서는, 2조의 간섭무늬를 관찰할 필요가 없어서, 측정시간의 낭비를 방지할 수 있다.
이와 같이 얻은 간섭무늬를 제어부(30)에 의해 처리함으로써, 피검광학계(12)의 파면을 회복할 수 있다. 하나의 예시적인 회복법으로서는 우선 회절격자판(14)의 직교하는 2방향의 미분 파면을 구한 다음에, 이들 각각의 미분 파면을 상기 2방향으로 적분하고, 마지막으로 이들을 합성하는 방법이 있다.
[실시예 2]
도 10은 측정장치(1)의 다른 실시형태인 핀홀마스크(11)의 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 측정장치(1)는 핀홀마스크(10)를 핀홀마스크(11)로 치환하는 것 이 가능하다. 핀홀마스크(11)는 핀홀마스크(10)와 마찬가지로 투과형이도 되고 반사형이어도 된다. 핀홀마스크(11)의 측정장치(1)에 있어서의 배치는 핀홀마스크(10)의 배치와 마찬가지이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 핀홀마스크(11)는 핀홀마스크(10)의 각 핀홀(10a)에서 복수의 핀홀(11a)을 가진 핀홀군(11b)을 가진다. 핀홀마스크(11)는 핀홀마스크(10) 보다 핀홀(11a)의 수가 훨씬 더 많아서, 광의 이용 효율이 향상되고, 보다 소량의 조명광에 의해 파면측정을 할 수 있다.
핀홀(11a) 사이의 간격(L)이 짧으면, 핀홀의 수를 증가시킬 수 있고, 광이용 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 핀홀(11a) 사이의 거리(L)를 너무나 짧게 하면, 인접한 핀홀로부터의 투과광 또는 반사광 간의 간섭, 변형된 파면 및 측정 오차를 발생시킨다. 인접한 핀홀로부터의 간섭성이 억제되고, 또한, 짧은 간격으로 하는 것이 바람직하다. 인접한 핀홀간의 간섭성을 감소시키기 위해서는, 핀홀(11a)의 간격(L)을 핀홀(11a)의 조명광의 코히렌스 계수가 0이 되는 거리로 하여야 한다. 핀홀(11a)의 조명광의 NA를 NAi, 그 파장을 λ로 하면, 코히렌스 계수가 0이 되는 최단 간격은 0.61λ／NAi이다.
도 11은 핀홀마스크(11)에서의 2점의 핀홀(11a) 사이의 거리와, 코히렌스 계수의 절대치값 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11을 참조하면, 코히렌스 계수가 0이 되는 거리는 0.16㎛로 나타난다. 이 거리는 NAi = 0.052 및 λ = 13.5nm를 0.61 × λ / NAi의 식에 대입한 경우에 해당한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 핀홀(11a)을 일정하게 정삼각형 격자형상으로 배열하면 핀홀(11a)의 수를 최대로 배치할 수 있고, 따라서 상기 광 이용효율을 극대화한다.
도 12는 핀홀(11a)을 랜덤으로 배치한 예이다. 도 10에 도시된 규칙적인 배치에 의해 핀홀군(11b)이 회절격자로서 기능하여 조명광이 이산적으로 회절된다. 그 결과, 피검광학계(12)의 입사측의 NA가 그 회절각 및 조명광의 NA보다 큰 경우는, 피검광학계(12)의 입사동공 전체 영역에 충분한 강도의 입사광이 미치지 않을 수도 있다. 그 경우에는, 핀홀(11a)을 랜덤하게 배치하면 조명광이 이산적으로 회절을 발생시키지 않고, 피검광학계(12)에의 입사광이 입사동공 전체영역을 커버할 수 있다.
각 핀홀군(11b)의 직경(Dw)을 크게 함으로써, 핀홀(11a)의 총수가 증가 되어서, 보다 소량의 조명광으로의 파면 측정이 가능하게 되지만, 동시에, 검출부(20)에 의해 관찰되는 간섭무늬의 콘트라스트가 열화된다. 따라서, 간섭무늬의 강도와 콘트라스트의 열화를 고려하여, 적절하게 핀홀군(11b)의 직경(Dw)을 결정해야 한다. 핀홀군(11b)의 직경(Dw)의 매우 적합한 일예를 나타낸다. 핀홀군(11b)의 간격(Pp)이 3.5㎛ 이고, 그 간격(Pp)의 0.6배를 핀홀군(11b)의 직경(Dw)으로 했을 경우, 간섭 무늬의 콘트라스트는 실시예 1의 경우의 60％로 열화된다. 한편, 핀홀(11a)의 간격을 상술한 0.16㎛로 하면, 핀홀군(11b)은 약 160개의 핀홀(11a)을 포함하고, 실시예 1의 약 160배의 광강도의 간섭 화상을 제공한다.
[실시예 ３]
이하, 도 2를 참조해서, 본 발명의 일측면에 의한 노광장치(100)에 대해서 설명한다. 도 2는 노광장치(100)의 구성을 도시하는 개략 블럭도이다. 노광장치(100)는 EUV광을 노광광으로서 사용한다. 그러나, 본 발명의 노광장치(100)는 노 광광으로서 사용하는 광을 EUV광으로 한정하는 것은 아니다. 노광장치(100)는 EUV광원부(110)와, 조명광학계(120)와, 마스크(140)를 지지하고 구동하는 마스크 스테이지(142)와, 투영광학계(150)와, 웨이퍼(160)를 지지하고 구동하는 웨이퍼 스테이지(162)와, 웨이퍼측 유닛(170)을 구비한다.
노광장치(100)는 노광용의 조명광으로서 EUV광(예를 들면, 파장 13.5nm)을 사용하고, 예를 들면, 스텝-앤드-스캔 방식으로 마스크에 형성된 회로패턴을 웨이퍼(160) 위에 노광하는 투영노광장치((스캐너)이다. 이러한 노광장치는 서브 미크론이나 쿼터 미크론 이하의 리소그래피 공정에 적합하다. EUV광은 대기에 대한 투과율이 낮기 때문에, 조명광학계(120) 등은 진공용기(102)에 수납되어 있다.
EUV광원(110)은 EUV광을 발진하는 광원으로, Xe가스나 Sn증기 등을 방전에 의해 플라스마화함으로써 EUV광을 발생시키는 DPP형 EUV광원을 사용한다. EUV 광원(110)은 Xe나 Sn에 고출력 펄스 레이저를 집광하고 조사해서, 플라스마를 발생시키는 LPP EUV 광원을 사용해도 된다. DPP 광원은 진공중에 설치한 전극 주변에 가스를 방출하고 전극에 펄스 전압을 인가하여 방전을 발생시킴으로써 고온의 플라스마를 발생시킨다. 한편, LPP광원은 진공중에 놓여진 타겟재에 고강도와 펄스 레이저광을 조사해서, 고온의 플라스마를 발생시킨다. DPP광원 및 LPP광원의 각각에 대해서, 이 플라스마로부터 방사되는 파장 13.5nm정도의 EUV광을 이용한다. 타겟재는 금속박막, 불활성가스 및 액적 등이 이용된다. 방사되는 EUV광의 평균 강도를 높게 하기 위해서는, 펄스 레이저의 반복 주파수는 높은 것이 바람직하고, 예를 들면, 일반적으로 수 kHz이다. 측정장치(1)는 노광광원을 사용하므로, 언줄레이터 광원을 사용하는 것보다도 소형 및 염가로 된다.
조명광학계(120)는 EUV광을 전파해서 마스크(140)를 조명하는 광학계이다. 본 실시형태에서, 조명광학계(120)는 콜리메이터광학계, 인티그레이터(123), 개구조리개(124), 원호 광학계, 평면 미러(127), 평면 미러(130) 및 절환기구(132)를 가진다.
콜리메이터광학계는 EUV 광원(110)으로부터의 EUV광을 수광해서 대략 평행 광속으로 변환하는 기능을 하고, 오목면미러(121), 볼록면미러(122) 및 평면미러를 가진다. 인티그레이터(123)는 다수의 원통형 반사면, 파리의 눈, 어린(魚鱗) 형상의 파리의 눈 등을 가지고, 마스크(140)를 균일하게 소정의 NA로 조명한다. 인티그레이터(123)는 절환기구(132)에 의해 평면미러(130)로 절환되고, 노광시에 광로상에 배치된다. 인티그레이터(123)의 반사면 위에는 그 반사면에 대해서 개구면이 대략 수직으로 배치된 개구조리개(124)가 배치되어 있다. 개구조리개(124)는 유효광원의 분포형상을 규정해서, 피조명면인 마스크(40)위의 각 점을 조명하는 광의 각도 분포를 제어한다. 원호 광학계는, 인티그레이터 (123)로부터의 광속을 원호형상으로 집광하는 기능을 가지고, 볼록면 미러(125)와 오목면미러(126)를 가진다. 평면미러(127)는 원호 광학계의 상측 광을 마스크(140) 쪽으로 편향시켜서 소정의 각도로 입사시킨다. 본 실시형태에서는 평면 미러(127)의 입사각도를 피검광학계인 투영광학계(150)의 파면 측정시에 있어서, 약 6°로 설정하고, 투영광학계(150)의 물체측의 대응하는 주광선과 마스크면의 법선 사이의 각도와 동일하게 되어 있다.
평면 미러(130)는 절환기구(132)에 의해, 투영광학계(150)의 파면 측정시에 인티그레이터(123)로 절환되어 광로상에 배치된다. 평면 미러(130)에서 반사된 후의 광은, 원호 광학계에서 반사되서, 투영광학계(130)의 물체면에 집광된다.
마스크(140)는 반사형 마스크이며, 그 위에는 전사되어야할 회로패턴(또는 상)이 형성되어 있고, 마스크 스테이지(142)에 의해 지지 및 구동된다. 마스크(140)로부터 발생된 회절광은 투영광학계(150)에서 반사되어 웨이퍼(160) 위에 투영된다. 마스크(140)와 웨이퍼(160)는 광학적으로 공역의 관계에 배치된다. 본 실시형태의 노광장치(100)는 스캐너이기 때문에, 마스크(140)와 웨이퍼(160)를 축소 배율비의 속도비로 스캔함으로써 마스크(140)의 패턴을 웨이퍼(160)에 전사한다.
투영광학계(150)의 파면 측정시에는, 측정장치(1)의 핀홀마스크(10) 또는 (11)가 마스크(140) 대신에 배치된다. 핀홀마스크(10) 또는 (11)는 파면수차 측정용의 전용 스테이지 또는 마스크 스테이지(142) 위에 배치된다. 본 실시형태에서는 핀홀마스크(10)와 복수의 반사형 핀홀(10a)을 사용한다. 핀홀마스크(10)를 반사한 후의 광은, 투영광학계(150)를 통과해서 상면(IS)에서 결상한다.
투영광학계(150)는 마스크 패턴을 웨이퍼(160) 위에 투영하는 기능을 하고 측정장치(1)에 대해서는 피검광학계이다. 투영광학계(150)는 복수의 다층막미러를포함하는 공축광학계이며, 물체측이 비텔레센트릭, 상측이 텔레센트릭을 유지하도록 설계되어 있다. 투영광학계(150)에서의 다층막미러의 수가 적은 것이 EUV 광의 이용 효율을 높일 수 있지만, 수차 보정이 어려워진다. 수차보정에 필요한 다층막미러의 수는, 4매 내지 6매 정도이다. 다층막미러는 볼록면 또는 오목면인 구면 또는 비구면 반사면을 가진다. 그들의 NA는 0.1 내지 0.3의 범위에 이른다.
EUV광에 적용되는 투영광학계(150)는 위치 정도나 열 변형에 극히 민감하고, 노광중에 파면수차를 측정해서, 측정결과에 의거하여 미러 위치를 조정하고 피드백시킬 필요가 있다. 다층막미러의 상부에 불순물이 부착하여 화학변화를 일으키는 것에 의해, 소위, 오염에 의한 위상의 변화도 발생한다. 노광장치 본체 상에서 노광파장에 의한 투영광학계(150)의 파면수차를 측정할 필요가 있고, 노광장치(100)는 측정장치(1)를 탑재하고 있어, 이러한 요구를 만족시키고 있다.
웨이퍼(160)는 피처리체이며, 액정기판이나 다른 기판 등을 광범위하게 포함한다. 웨이퍼(160)에는 포토레지스트가 도포되어 있다.
웨이퍼 스테이지(162)는 웨이퍼(160)를 지지 및 구동한다. 웨이퍼 스테이지(160)는, 당업계에서 주지의 어떠한 구조도 적용할 수 있으므로, 여기에서는 자세한 구조 및 동작의 설명은 생략한다.
측정장치(1)의 상면에는 웨이퍼측 유닛(170)이 설치되어 있다. 웨이퍼측 유닛(170)은 웨이퍼 스테이지(162) 위에 배치되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 회절격자판(14)와 검출부(20)를 포함한다. 여기서, 도 3은 웨이퍼측 유닛(170)의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 웨이퍼측 유닛(170)은 웨이퍼 스테이지(162)에 의해 광축에 수직인 방향으로 이동하는 것이 가능하다. 회절격자판(14)에 의해 회절된 광은 검출부(20) 위에서 다른 차수의 회절광이 서로 옆으로 어긋나서 서로 중첩된 상태에서 간섭무늬를 발생시킨다. 이러한 간섭 무늬를 LSI의 수법에 의해 해석하여 투영광학계(150)의 파면수차를 측정할 수 있다.
투영광학계(150)의 파면의 측정시에, 절환기구(132)는 인티그레이터(123)를 평면 미러(130)로 절환한다. 이에 의해, 투영광학계(150)의 물체면에 원호형상으로 확대된 광을 EUV 광원(110)의 중간집광점의 상으로서 집광시킬 수 있다. 또한, 핀홀마스크(11)를 사용했을 경우에도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
조명광학계(120)에 의해 핀홀마스크(10)를 조명하고, 복수의 핀홀(10a)로부터 사출되는 구면 파면은 투영광학계(150)를 개재하여 회절격자판(14)에서 2개의 직교하는 방향으로 회절된다. 이들 회절광이 측면으로 이동하면서 서로 중첩하고, 검출부(20)에서 간섭무늬를 발생시킨다. 따라서, 제어부(30)가 검출부(20)에 의해 취득한 간섭무늬로부터 2개의 직교하는 방향의 차분파면을 산출하고, 이들을 적분함으로써 원래의 파면을 회복한다. 간섭무늬로부터 차분파면을 취득하는 방법은 푸리에변환법을 사용한다. 상기 간섭무늬는 2개의 직교하는 방향의 차분파면에 관한 정보를 가지고 있어서, 하나의 간섭상으로부터 원래파면을 회복할 수 있다.
회절격자판(14)을 웨이퍼 스테이지(162) 또는 다른 수단으로 이동시켜, 투영광학계(150)의 화각내의 수개의 점에서 마찬가지로 수차 측정을 실시하여, 투영광학계(150)의 화각내의 수차 특성을 측정한다. 투영광학계(150)의 원호형상의 영역내의 임의의 물체점으로 집광스폿을 이동시켜 파면수차를 측정한다. 이를 위하여, 평면 미러(130)를 지면과 평면 미러(130) 자신에 평행한 (도 2에 점선으로 도시함) 축의 주위에서 회전시키고, 편향미러(127)를 지면에 수직인 축의 주위에서 회전시킨다. 평면 미러(130)를 회전시킴으로써 집광스폿은 도 2의 지면의 측면 방향으로 이동한다. 전사 영역내의 측정위치에 핀홀(10a) 및 웨이퍼측 유닛(170)을 레티클스테이지(142) 및 웨이퍼 스테이지(162)에 의해 이동시킨다.
실시예 3에서는, 인티그레이터(123)를 평면 미러(130)로 절환했지만, 복수의 인티그레이터를 사용하는 다른 실시예에서는 모든 인티그레이터를 평면미러로 절환하여 핀홀마스크(10) 또는 (11)를 고강도로 조명한다.
[실시예 4]
이하, 도 4를 참조하면서, 노광장치(100 A)에 대해서 설명한다. 여기서, 도 4는, 노광장치(100A)의 구성을 도시하는 개략 블럭도이다. 노광장치(100A)는 핀홀마스크(10)의 핀홀(10a)을 투과형 핀홀로 변경하여 제조를 용이하게 하고 있는 점에서 노광장치(100)과 다르다. 투과형 핀홀에 대해서는, 광이 핀홀마스크(10)의 상방으로부터 편향될 필요가 있다. 따라서, 본 실시형태의 노광장치(100A)는 마스크측 유닛(144)을 가진다. 노광장치(100A)는 핀홀마스크(11)를 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 2의 부재에 대응하는 동일한 부재인 도 4의 부재에는 도 2와 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
마스크측 유닛(144)은 전용의 테스트 레티클 위에 배치하거나, 또는 마스크 스테이지(142) 위에 배치해도 된다. 도 5는 마스크측 유닛(144)의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 도 5에 있어서, 마스크측 유닛(144)의 광선 각도는 설명의 편의상, 큰 각도로서 도시되어 있다. 마스크측 유닛(114)은 투과형의 핀홀(10a)을 가지는 핀홀마스크(10) 및 편향미러(9)를 가진다. 편향미러(9)는 EUV광을 핀홀마스크(10) 측으로 편향한다.
도 6을 참조하면서, 편향미러(9)와 핀홀마스크(10) 사이의 간격과 광의 차폐에 대해 설명한다. 물체측의 NA를 0.0625, 주광선 각도를 6°, 편향미러(9)와 핀홀마스크(10) 사이의 간격을 z0로 한다. 주광선을 y = ax의 직선 (a=tan(90°-6°)), 최단부의 광선을 각각 y=bx, y=cx로 한다.
조명광학계(120)로부터의 EUV광은 마스크측 유닛(144)의 편향미러(9)에서 반사되어, 투과형의 핀홀(10a)이 배치된 핀홀마스크(10)의 패턴면에 집광한다. 핀홀마스크(10)의 패턴면에 있어서의 집광점과 조명광학계(120)로부터의 광은 충분히 분리되어야 할 필요가 있다. 환언하면, y=cx의 직선과 집광점은 공간적으로 분리되어야 한다. 투과형의 핀홀(10a)과 편향미러(9)의 반사면 사이의 거리(z0)와 광의분리거리(Δ)간의 관계를 도 7의 그래프에 도시한다. 도 7을 참조하면, 투영광학계(150)의 상측 NA가 0.25(물체측 NA 0.0625)인 경우에도, 편향미러(9)와 핀홀(10a)을 10mm정도 분리하면, 광은 1mm이상 분리된다.
[실시예 5]
실시예 3에 있어서, 원호 광학계로부터 투영광학계(150)의 물체면까지의 거리는, 도 5의 마스크측 유닛(144)내의 편향미러(9)의 편향길이 만큼 길어진다. 따라서, 조명광학계(120)로부터의 광은 핀홀마스크(10)의 앞에서 중간집광점의 상을 결상하고, 핀홀마스크(10) 위에서는 광밀도가 낮아진다. 본 실시형태에서는 이 문제를 해결하기 위해서, 평면 미러(130) 대신에 부의 파워를 가진 볼록면 미러를 사용한다. 이에 의해, 집광위치까지의 거리가 길어지고, 마스크측 유닛(144)에 의해 편향미러(9)를 이용하는 경우에도, 핀홀마스크(10) 위에 광을 집광 시키는 것이 가능해진다.
[실시예 6]
이하, 본 발명의 노광방법(수차보정 이후의 노광)에 대해 설명한다. 노광장 치(100)에 있어서, 투영광학계(150)를 구성하는 도시하지 않은 복수의 광학소자가 광축방향 및／또는 광축과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 도시하지 않은 수차 조절용의 구동계는 본 실시형태에 의해 얻어지는 수차 정보에 의거해서, 한개 이상의 광학 소자를 구동해서, 투영광학계(150)의 하나의 이상의 수차값(특히, 자이델 5수차)를 보정하거나, 또는 최적화할 수 있다. 투영광학계(150)의 수차를 조정하는 수단은 가동렌즈 이외에, 가동미러(광학계가 카타디옵트릭계 및 카톱트릭계 일때), 경사가능한 평행평면판, 압력제어 가능한 공간 및 액츄에이터에 의한 면보정 등 각종 공지의 기술을 사용할 수 있다.
노광에 있어서, EUV 광원(110)으로부터 사출된 EUV광은 조명광학계(120)에 의해 레티클(140)을 균일하게 원호 조명한다. 레티클(140)에서 반사되어, 회로패턴을 반영하는 EUV광은, 투영광학계(150)에 의해 웨이퍼(160)에 결상된다.
[실시예 7]
다음에, 도 8 및 도 9를 참조하여, 상술한 노광장치(100)를 이용한 디바이스 의 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 8은 반도체 디바이스(IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서, 반도체칩의 제조를 예로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계된 회로패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전 공정으로 부르며, 상기 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에서 실제의 회로를 형성한다. 다음의 스텝 5(조 립)는 후공정으로 부르며, 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체 칩으로 형성하는 공정이며, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 각종 검사를 실시한다. 이들 공정을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되어, 이것이 출하(스텝 7)된다.
도 9는 도 8의 스텝 4에서의 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착 등에 의해 형성한다. 스텝 14(이온 주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 노광장치에 의해 마스크의 회로패턴을 웨이퍼 위에 노광한다. 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복하여, 웨이퍼 상에 다층 회로 패턴이 형성된다. 본 실시형태의 제조방법은 고정밀도로 측정한 수차에 의거하여 조정된 투영광학계를 사용하고 있어서, 종래에는 제조가 어려웠던 고정밀도의 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고서 각종의 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은 스텝-앤드-리피트 방식의 노광장치에도 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 장시간을 필요로 하지 않고, 저비용, 고정밀도로 피검광학계의 파면을 측정하는 것이 가능한 측정장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 피검광학계의 물체면에 배치되고, 측정광으로부터 구면파를 생성하기 위한 복수의 핀홀을 가지는 핀홀마스크; 및
    상기 핀홀마스크 및 상기 피검광학계를 통과한 상기 측정광을 분할하는 회절격자를 구비하고,
    상기 회절격자의 격자피치를 Pg, 상기 측정광의 파장을 λ, 양의 정수를 m, 상기 회절격자와 상기 피검광학계의 상면 사이의 거리를 Lg로 하면,
    Lg = m·Pg2 / λ
    의 식을 만족시키고,
    상기 회절격자가 분할한 상기 측정광을 간섭시킴으로써 형성되는 간섭무늬로부터 상기 피검광학계의 파면수차를 산출하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  2. 제1 항 있어서,
    상기 복수의 핀홀은 2 차원으로 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 핀홀마스크는 반사형 핀홀마스크인 것을 특징으로 하는 측정장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 핀홀마스크는 투과형 핀홀마스크인 것을 특징으로 하는 측정장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 회절격자는 2차원 회절격자인 것을 특징으로 하는 측정장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀 사이의 간격을 Pp, 상기 피검광학계의 상면과 상기 간섭무늬를 관찰하는 관찰부 사이의 거리를 Lc, 상기 피검광학계의 배율을 β로 하면,
    Pp = (Pg / β)·(Lc / (Lg + Lc))
    의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 피검광학계의 배율을 β, 상기 복수의 핀홀 사이의 간격을 Pp로 하면,
    Pp=Pg／β
    의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 핀홀마스크는 각각 복수의 핀홀로 구성되는 복수의 핀홀군을 가지고, 상기 복수의 핀홀군의 중심 위치 사이의 간격을 Pp, 상기 피검광학계의 상면과 상기 간섭무늬를 관찰하는 관찰부 사이의 거리를 Lc, 상기 피검광학계의 배율을 β로 하면,
    Pp = (Pg／β)·Lc／(Lg＋Lc))
    또는 Pp = Pg／β
    의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 측정장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    각 핀홀군에서의 인접한 핀홀 사이의 간격은 상기 핀홀을 조명하는 광의 코히렌스 계수가 0으로 되는 거리인 것을 특징으로 하는 측정장치.
  10. 광원으로부터의 광을 사용하여 레티클에 형성된 패턴을 기판 위에 노광하는 노광장치로서,
    상기 패턴을 상기 기판 위에 투영하는 투영광학계; 및
    상기 광을 사용해서 상기 투영광학계의 파면수차를 간섭무늬로서 검출하는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 측정장치
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 측정장치를 사용하여 피검광학계로서의 투영광학계의 파면수차를 산출하는 스텝;
    산출된 상기 투영광학계의 파면수차에 의거하여, 상기 투영광학계를 조정하는 스텝; 및
    조정된 상기 투영광학계를 사용하여 기판을 노광하는 스텝
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  12. 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 스텝; 및
    노광된 상기 기판을 현상하는 스텝
    을 구비하고,
    상기 노광장치는 광원으로부터의 광을 사용하여 레티클의 패턴을 기판 위에 노광하고,
    상기 패턴을 상기 기판 위에 투영하는 투영광학계; 및
    상기 광을 사용해서 상기 투영광학계의 파면수차를 간섭무늬로서 검출하는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 측정장치
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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