KR101164140B1 - 디바이스 제조 방법 및 리소그래피 장치 - Google Patents
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Abstract
패턴을 프린트하기 위해 마스크가 사용될 수 있다. 마스크 패턴 표면 토포그래피로 인해, 투영된 패턴 내의 인접한 밝은 라인들 사이에 세기 불균형과 같은 이미지 오차가 발생할 수 있다. 세기 불균형의 문제를 경감시키거나 제거하는 것을 돕기 위하여, 투영 시스템은 광학 위상 조정기를 가로지르는 방사선 빔의 광 빔들의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 상기 광학 위상 조정기를 포함할 수 있다. 마스크 패턴으로부터 발산된 0차, +1차, 및 -1차 회절 빔의 위상들을 적절히 조정함으로써, 세기 불균형의 감소가 달성된다. 조명의 상이한 부분들에 대해 위상을 상이하게 조정함으로써, 상기 방법은 예를 들어 0차로 인한 초점심도의 감소가 발생하지 않도록 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 마스크를 이용하여 제조하는 방법, 및 마스크를 이용하여 기판 상에 패턴을 프린트하는데 사용되는 리소그래피 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴에 대응하여 방사선의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너들을 포함한다.
광학 리소그래피에서는, 예를 들어 라인들 및 공간들의 패턴을 프린트하기 위해 교번 위상 시프트 마스크(altPSM)가 사용될 수 있다. 라인들 및 공간들의 패턴을 프린트하는 종래의 COG(Chrome on Glass) 마스크의 사용에 비해, 개선된 공정 관용도(process latitude) 및 마스크 CD 오차에 대한 감소된 민감도가 달성될 수 있다. altPSM 상의 라인-공간 패턴의 라인들은 통상적으로 크롬과 같은 흡수 물질로 된 라인이다. 라인의 각 측면 상의 이웃하는 투과 영역들은 동일한 투과율을 갖지만, 상이한 마스크 두께를 갖는다. 2 개의 투과 영역들 중 하나는 다른 하나의 (수정되지 않은) 영역의 마스크 두께와 상이한(그보다 더 얇은) 마스크 두께를 갖도록 수정된다. 마스크 두께 차이는 이미징에 사용된 조명 방사선 파장의 절반에 대응하도록 선택된다. 그 결과로, 조명 빔의 2 개의 섹션(section)들이 마스크 패턴의 각각 2 개의 이웃하는 투과 영역들을 가로지를 때, 180°의 위상차를 갖는다. 수정된 투과 영역들을 통해 이동한 위상-시프트된 방사선은 상기 마스크의 수정되지 않은 투과 영역들로부터 발산된 방사선에 간섭을 제공한다. 상기 간섭은 기판 상의 라인들 및 공간들의 패턴의 이미지의 콘트라스트(contrast)를 개선하는 효과를 갖는다. 이러한 콘트라스트 개선은 궁극적으로 리소그래피 공정 윈도우를 증가시킬 수 있다.
altPSM 마스크-제작 공정은 통상적으로 2 개의 인접한 투과 영역들 간의 두께 차이를 생성하기 위해 마스크 기판 물질(예를 들어, 석영)의 에칭을 포함한다. 예를 들어, 라인에 인접한 2 개의 영역들 중 하나는 ½λ의 광학 경로 길이 차이(λ는 조명 방사선의 파장임)가 제공되도록 에칭된다. 결과적으로, 수정된 그리고 수정되지 않은 투과 영역들 사이에 고유한 토포그래피 비대칭(topographical asymmetry)이 존재한다. 이러한 비대칭은 1 이상의 이미지 오차들의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 라인-공간 패턴의 이미지는 공간 폭 차이 및 라인 변위(line shift)를 나타낼 수 있다. 이러한 이미지 오차는 altPSM 마스크-제작 공정에 추가적인(하지만, 더욱 복잡한) 처리 단계들을 통합시킴으로써 적어도 부분적으로 교정될 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴에서 수정된 투과 영역들의 공간 폭들에 바이어스를 인가하고, 및/또는 (수정된 영역들을 생성하기 위해) 마스크 기판의 에칭 시에 크롬 라인들의 하부절단(undercutting)을 적용함으로써, 이러한 이미지 오차의 발생을 경감시킬 수 있다. 하지만, altPSM 마스크-제작 공정에서 이러한 추가적인 그리고 더욱 복잡한 처리 단계들은 altPSM가 비교적 고가의 마스크 타입이 되게 한다.
그러므로, 예를 들어 altPSM 마스크 제작 공정에 추가적인 처리 단계들을 통합할 필요성이 경감될 수 있는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시형태에 따르면, 기판 상에 교번 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 투영하는 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은:
상기 마스크 패턴으로부터 발산된 0차 회절 방사선, 제 1의 1차 회절 방사선 및 제 2의 1차 회절 방사선을 제공하기 위해, 방사선의 빔으로 상기 마스크 패턴을 조명하는 단계;
투영 시스템을 이용하여 기판 상으로 상기 마스크 패턴을 이미징하는 단계; 및
상기 투영 시스템에 배치된 광학 위상 조정기를 이용하여 위상을 조정하는 단계를 포함하고,
상기 조정하는 단계는:
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상과 실질적으로 일치하도록 상기 0차 회절 방사선의 위상을 조정하거나, 이와 반대로 조정하는 단계, 및
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상 + 180°와 실질적으로 일치하도록 상기 제 2의 1차 회절 방사선의 위상을 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광학 방사선 빔의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 위상 조정기, 및 상기 위상 조정기를 가로지르는 광파에 공간 위상 분포를 적용하도록 구축되고 구성된 제어기를 포함하고, 상기 제어기는:
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상과 실질적으로 일치하도록 상기 0차 회절 방사선의 위상을 조정하거나, 이와 반대로 조정하고,
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상 + 180°와 실질적으로 일치하도록 상기 제 2의 1차 회절 방사선의 위상을 조정하도록 구성된 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터를 포함하며,
마스크 패턴으로부터 발산된 상기 0차 회절 방사선, 상기 제 1의 1차 회절 방사선 및 상기 제 2의 1차 회절 방사선을 제공하기 위해, 방사선의 빔으로 상기 마스크 패턴이 조명되고, 상기 0차 및 1차 회절 방사선은 광학 위상 조정기를 가로지르며,
상기 마스크 패턴은 상기 투영 시스템을 이용하여 기판 상에 이미징되는 리소그래피 장치가 제공된다.
일 실시형태에서, 기판 상으로 패터닝 디바이스의 패턴을 투영하는 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은:
상기 패터닝 디바이스의 상기 패턴으로부터 0차 회절 방사선, 제 1의 1차 회절 방사선 및 제 2의 1차 회절 방사선을 발산하는 단계;
투영 시스템을 이용하여 기판 상으로 상기 패턴을 이미징하는 단계; 및
광학 위상 조정기를 이용하여, 상기 회절 방사선의 전체 또는 일부분의 위상을 조정하는 단계를 포함하고, 상기 0차 및 1차 회절 방사선은 상기 광학 위상 조정기를 가로지르며, 상기 조정하는 단계는:
상기 0차 회절 방사선의 위상이 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상과 실질적으로 일치하도록 위상을 조정하는 단계; 및
상기 제 2의 1차 회절 방사선의 위상이 상기 제 1의 1차 회절 방사선의 위상 + 180°와 실질적으로 일치하도록 위상을 조정하는 단계를 포함한다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
- 도 1은 교번 위상 시프트 마스크(altPSM)를 도시한 도면;
- 도 2는 투영 시스템을 이용하여 기판 상에 마스크 패턴의 이미지를 투영하는데 있어서 altPSM의 사용예를 도시한 도면;
- 도 3은 수평축을 따른 위치의 함수로서 수직축을 따라 세기가 플롯(plot)된 이미지 세기의 플롯도;
- 도 4는 라인-공간 마스크 패턴의 이미지 내의 세기 불균형을 도시한 도면;
- 도 5는 광학 위상 조정기를 가로지르는 방사선 빔의 전기장의 위상을 조정하도록 상기 조정기가 제공된 투영 시스템을 도시한 도면;
- 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한 도면;
- 도 7은 광학 위상 조정기의 광학 요소들을 개략적으로 도시한 도면;
- 도 8은 광학 위상 조정기의 상세 정면도;
- 도 9는 가열 와이어들을 갖는 광학 위상 조정기의 인접한 부분들을 도시한 도면;
- 도 10은 사용 시 회절 빔들에 의해 가로질러진 광학 위상 조정기 상의 영역들을 도시한 도면;
- 도 11은 기판 부근의 X,Z 평면에서의 세기 분포를 도시한 도면; 및
- 도 12는 사용 시 회절 빔들의 부분들에 의해 가로질러진 광학 위상 조정기의 영역들의 서브 영역들로의 분할을 도시한 도면이다.
- 도 1은 교번 위상 시프트 마스크(altPSM)를 도시한 도면;
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- 도 11은 기판 부근의 X,Z 평면에서의 세기 분포를 도시한 도면; 및
- 도 12는 사용 시 회절 빔들의 부분들에 의해 가로질러진 광학 위상 조정기의 영역들의 서브 영역들로의 분할을 도시한 도면이다.
광학 리소그래피에서 사용되는 바와 같은 교번 위상 시프트 마스크(altPSM)가 도 1에 개략적으로 도시된다. altPSM(10)에는 라인들(11) 및 상기 라인들(11)을 이격시키는 공간들(12, 13)의 마스크 패턴(MP)이 제공된다. 상기 라인들(11)은 통상적으로 크롬과 같은 흡수 물질로 된 라인들이다. 라인(11)의 각 측면의 공간들은 투과 영역들(12 및 13)로서 배치되며, Z-방향을 따라 상이한 마스크 두께를 갖는다. 예를 들어, 투과 영역(13)은 다른(예를 들어, 수정되지 않은) 영역(12)의 마스크 두께와 상이한(예를 들어, 그보다 얇은) 마스크 두께를 갖는 수정된 영역일 수 있다. 마스크 두께 차이는, 상기 영역(12)을 가로지르는 방사선에 대해 Z-방향을 따른 광학 경로 길이가 상기 영역(13)을 가로지르는 방사선에 대해 Z-방향을 따른 광학 경로 길이와 - 조명 방사선의 파장(및 임의의 개수의 조명 방사선의 전체 파장들)의 실질적으로 절반만큼 - 상이하도록 선택된다. 그 결과로, 조명 빔의 2 개의 섹션들은 마스크 패턴의 각각 2 개의 이웃하는 투과 영역들을 가로지를 때, 180°의 위상차를 갖는다. 예를 들어, 수정된 영역들의 Z-방향으로 연장된 측벽들을 갖는 2 개의 이웃하는 투과 영역들과 트렌치형 구조체 간의 두께 차이의 관점에서, altPSM의 마스크 패턴(MP)은 3-차원 토포그래피를 가지며, 또는 짧게 3D-토폴로지를 갖는다.
도 2는 투영 시스템(PS)을 이용하여 기판(W) 상에 마스크 패턴(MP)의 이미지를 투영하는데 있어서 altPSM(10)의 사용예를 도시한다. 방사선 빔(20)이 altPSM(10)을 조명하여, 상기 마스크(10)의 하류에 0차, +1차 및 -1차 회절 방사선이 존재하게 된다. 상기 빔(2)은 마스크(10)를 가로지를 때 2 개의 1차 회절 빔(211 및 212) - 본 명세서에서 각각 ±1차 회절 빔들로도 언급됨 -, 및 0차 회절 빔(213)으로 회절된다. 상기 회절된 빔들은 투영 시스템(PS)에 의해 포획된다. 상기 회절된 빔들(211, 212 및 213)은 투영 시스템(PS)을 가로지르며, 상기 빔들(211, 212 및 213)의 재조합 시에 마스크 패턴의 이미징이 달성된다. 상기 재조합은 기판(W)의 표면 상의 타겟부에서 그리고 그 부근에서 발생한다. 기판(W)의 표면은 투영 시스템의 Z-축을 따라 [투영 시스템(PS)의 광축(OA)에 평행하게] 최적 포커스 위치(BF)에 배치된다.
상기 공간들(13)(도 1 참조)의 측벽들에서 방사선의 스캐터링 및/또는 상이한 경계 조건(boundary condition)들이 0차 회절 빔(213)에 기여할 수 있다. ±1차 회절 빔들(211 및 212)과 마찬가지로, 0차 회절 빔(213)도 투영 시스템(PS)에 의해 포획된다. 이는 다른 회절 빔들(211 및 212)과의 이미지에서 간섭성으로(coherently) 재조합함에 따라 상기 이미지에 영향을 준다. 모든 회절 빔들(211, 212, 및 213)은 단일한 동일 조명 빔(20)으로부터 발생하므로, 이러한 회절 빔들이 서로 간섭된다는 것을 이해하여야 한다. 그러므로, 하나의 회절 빔의 방사선의 광학 위상에 대한 또 다른 회절 빔의 방사선의 광학 위상이 잘 정의된다. 또한, 각각의 회절 빔들의 광학 위상들은 상기 회절 빔들에 의해 제공된 이미징과 관련된 여하한의 기준 파면(reference wave front)에 대해 잘 정의된다. 이와 유사하게, 여하한의 2 개의 회절 빔들 간의 광학 위상차가 잘 정의된다. 본 명세서에서는, 광학 위상이 간단히 "위상"으로 언급될 수 있다. 상이한 회절 빔들의 위상들의 값들이 기준 파면에 대해 주어진다는 것을 이해하는 것으로 가정한다.
예를 들어, 전용 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램을 이용함으로써 회절 빔들의 위상이 계산될 수 있다. 진보된 시뮬레이션 프로그램들은 3D-토폴로지를 갖는 altPSM 마스크 패턴에서 전자기파의 회절을 시뮬레이션할 수 있으며, 회절된 방사선 빔과 연계된 전기장의 전기 진폭과 위상의 결정을 허용한다. altPSM 마스크 패턴의 소위 박막-마스크 근사화(thin-mask approximation)에서 회절 빔들의 위상들은 시뮬레이션으로 3D-토폴로지를 고려할 때에 얻어진 대응하는 위상들과 상이하다. 예를 들어, altPSM 마스크 패턴의 박막-마스크 근사화에서, +1차, -1차, 그리고 0차 회절 빔들(211, 212, 및 213)의 각각의 위상들(φ1, φ2, 및 φ3)은 φ1 = 0°, φ2 = 180°, 그리고 φ3 = 0°으로 주어진다. 더욱이, 0차 회절 빔(213)의진폭은 이 근사화에서 0이다. 2 개의 1차 회절 빔들 간의 180°위상차는 라인들(11)의 선명하고(sharp) 어두운 이미지를 유도한다.
도 3은 X-축을 따른 위치의 함수로서 Z-축을 따라 세기(IN)가 플롯된 이미지 세기(IMI)의 플롯도이다. 이미지 세기(IMI), 즉 패턴 이미지 내의 세기 분포는 라인 공간 패턴(MP)을 따라 변조되며, 상기 변조는 최대 세기(Imax) 및 최소 세기(Imin)에 의해 특성화된다. 이미지 품질에 대한 메트릭(metric)은 콘트라스트(C)이며, C = (Imax-Imin)/(Imax+Imin)으로 표현된다. altPSM을 이용하여 얻어진 라인-공간 패턴의 이미지는, COG 마스크를 이용하여 이미징될 때의 동일한 피치(pitch)의 라인-공간 패턴의 이미지의 콘트라스트에 비해 비교적 높은 콘트라스트를 갖는다. 하지만, altPSM 마스크 패턴(MP)의 3D-토포그래피로 인해, 실제 사용 시의 위상들의 세트 {φ1, φ2, φ3}는 값들의 세트 {0°, 180°, 0°}로부터 벗어난다. 더욱이, 0차 회절 빔(213)의 진폭은 더 이상 0이 아니다. 위상 편차들의 세트 {Δφ1, Δφ2, Δφ3}로 표현되는 이러한 편차는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 세기 불균형을 유도하며, 이에 따라 이미지 충실도(image fidelity)에 영향을 줄 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(MP)의 라인의 일 측면에서 공간에 대응하는 최대 세기는 상기 라인의 다른 측면에서 공간에 대응하는 최대 세기와 수치(amount) dI만큼 상이하다. 존재하는 0차 회절 빔(213)의 또 다른 효과는, Z-방향으로 빠른 영위상화(dephasing)가 발생하며 이에 따라 초점심도(depth of focus)가 감소된다는 점이다.
세기 불균형(dI)의 존재는, 도 1에 도시된 바와 같이, altPSM 마스크 패턴의 3D-토폴로지의 라인(11)에 대한 비대칭에 내재되어 있다. 세기 불균형의 존재로, 인접한 공간들이 현상된 레지스트 내에서 상이한 폭들을 갖는 트랜치들로서 프린트되어, 상기 공간들의 CD 오차들을 초래하며, 레지스트 내의 라인의 원하는 위치로부터 이격된 상기 라인의 변위를 초래한다. 세기 불균형의 효과를 경감시키기 위하여, altPSM 마스크 패턴은 도 1에 도시되지 않은 상이한 추가적인 토포그래피 피처들을 가질 수 있다. 상기 추가적인 토포그래피 피처들은 마스크 패턴의 이미지 내의 일 라인에 인접한 2 개의 공간들 사이의 세기 불균형(dI)을 감소시키도록 구성된다. 추가적인 토포그래피 피처들의 예시들은:
1) 공간 폭을 증가시키기 위한 수정된 공간의 바이어싱, 및 상기 공간 폭을 감소시키기 위한 수정되지 않은 공간의 대향 바이어싱,
2) 수정된 그리고 수정되지 않은 공간들 둘 모두에 대한 기판 두께의 추가적인 감소[듀얼 트랜치 접근법(dual trench approach)이라고도 칭해지는 세기 불균형을 바로잡는(fixing) 접근법],
3) 돌출된 크롬 프로파일(overhanging chromium profile)을 유도하는 등방성 에칭(isotropic etch)[언더컷 에칭 접근법(undercut etch approach)이라고도 칭해지는 세기 불균형을 바로잡는 접근법],
4) 예시 2) 및 3)의 조합,
그리고, 원칙적으로 예시 1) 내지 4)의 여하한의 조합이다.
이러한 추가적인 토포그래피 피처들 중 어느 하나에 관한 세부사항들 및 그 효과들은 "Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography(Alfred Kwok-kit Wong, Tutorial Texts in Optical Engineering Volume TT47, SPIE Press, Bellingham, Washington USA)"에서 찾을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 세기 불균형의 감소는 앞서 언급된 추가적인 토포그래피 피처들 중 1 이상의 부재 시에 나타날 수 있다. 결과적으로, 추가적인 토포그래피 피처들을 제작하는 공정 단계들은 마스크 제작 공정으로부터 전체적으로 또는 부분적으로 생략될 수 있으며, 이는 altPSM의 비용 감소를 가져온다. 대안적으로, 본 발명의 일 실시예는 앞서 언급된 추가적인 토폴로지 피처들 중 1 이상의 존재 시에 세기 불균형의 감소를 제공한다. 세기 불균형은, 예를 들어 1 이상의 추가적인 토포그래피 피처들의 제조 허용범위(manufacturing tolerance)에 기인할 수 있으며, 결과적으로 본 발명의 일 실시예의 효과는 제조 공차가 완화될 수 있게 한다. 이는 altPSM의 비용 감소를 가져올 수 있다. 두 경우들에서, 본 발명의 일 실시예는 본 명세서에 더욱 설명되는 바와 같이 세기 불균형을 경감시키는데 도움을 준다.
또한, 추가적인 토포그래피 피처들의 존재 시, 세기 불균형은 마스크 패턴에 의존하는 추가적인 토포그래피 피처의 효과에 의해 유도될 수 있다. 예를 들어, altPSM 마스크 패턴이 제 1 피치에서 배치된 피처들, 및 상기 제 1 피치와 상이한 제 2 피치에서 배치된 피처들을 포함하는 경우, 등방성 에칭의 적용은 세기 불균형을 초래할 수 있는데, 이는 등방성 에칭이 하나의 피치에서 배치된 피처들을 이미징하기 위해 최적의 효과를 갖도록 배치될 수 있기 때문이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에서, altPSM(10)의 마스크 패턴(MP)은 기판(W) 상으로 투영되며, 투영하는 단계는: 상기 마스크 패턴으로부터 발산된 0차 회절 방사선(213), 그리고 +1차 회절 방사선(211) 및 -1차 회절 방사선(212)을 제공하기 위해 방사선 빔(20)으로 상기 마스크 패턴(MP)을 조명하는 단계; 및 투영 시스템(PS)을 이용하여 상기 기판(W) 상에 상기 마스크 패턴(MP)을 이미징하는 단계를 포함한다. 상기 실시예에서, 상기 투영 시스템(PS)에는, 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 그리고 빔들(211, 212, 및 213)과 같이, 광학 위상 조정기(110)를 가로지르는 방사선 빔의 광학 빔들의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 상기 광학 위상 조정기(110)가 제공된다. 세기 불균형의 감소는, 아래에 설명되는 바와 같이 상기 빔들(211, 212, 및 213)의 위상들을 적절히 조정함으로써 달성된다.
제 1 단계로서, 예를 들어 측정 또는 광학 시뮬레이션을 이용하여, 위상 조정기의 상류에 각각 +1차, -1차, 및 0차 회절 방사선 빔의 제 1, 제 2, 및 제 3 위상을 얻는다. 이러한 위상들은 각각 φ1, φ2, 및 φ3로 나타내어진다. 상기 위상들은 아래에 설명되는 바와 같이 위상 조정기(110)로 어떠한 위상 조정도 하지 않은 회절 빔들의 위상들이다.
3D 표면 토폴로지에 관한 데이터를 포함하는 주어진 마스크 패턴 데이터 세트에 대해 위상들을 계산하기 위해, 상업적으로 이용가능한 컴퓨터 프로그램이 사용될 수 있다. 3-차원의 패턴 데이터를 고려할 수 있는 이러한 컴퓨터 프로그램은 본 명세서에서 3D 시뮬레이션 프로그램으로서 언급된다.
다음 단계는, 제 1 위상(φ1) + 180°와 실질적으로 일치하도록 제 2 위상(φ2)을 조정하는 단계; 및 제 1 위상(φ1)과 실질적으로 일치하도록 제 3 위상(φ3)을 조정하는 단계를 포함한다. 위상(φ1)에 관하여 표현된, 결과적인 위상 세트 {φ'1, φ'2, φ'3}는 {φ1, φ1 + 180°, φ1}로 주어지므로, 적절히 선택된 기준 파면에 대해 상기 세트는 {φ'1, φ'2, φ'3} = {0°, 180°, 0°}이다. 위상 조정기(110)에 적용된 대응하는 위상 조정으로, 상기 이미징은 이상적인 박막의 altPSM으로 달성될 수 있는 이미징에 대응하며, 이는 세기 불균형(dI)의 부재에 의해 특성화된다. 또한, 초점심도의 향상이 요구될 수 있다는 것을 이해한다. 이러한 향상을 달성하는 방법은 이하에 설명된다.
상기 실시예는, 예를 들어 50 내지 150 nm 사이의 두께, 및 38 nm의 라인 폭(CD)을 갖는 라인 형상의 크롬 층들로서 구현된 이미징 라인들에 관한 것이다. 상기 라인들은 50 nm 폭의 공간들에 의해 이격되며, 상기 이미징은 개구수(NA)(NA = 1.35)의 세팅을 갖는 193 nm 방사선 파장에서 작동하는 침지 투영 리소그래피 장치를 이용하는 것을 포함한다. 상기 라인 및 공간 폭들은 기판 레벨에서 요구되는 폭들이며, 마스크 패턴(MP)의 라인들 및 공간들의 대응하는 선폭들을 고려할 때에 축소 인자(demagnification factor)(예를 들어, 인자 0.25)가 고려되어야 한다. 상기 실시예에서, altPSM 패터닝 디바이스(10)는 종래의 온-액시스(on-axis), 실질적으로 간섭성의 조명 모드를 이용하여 조명된다; 조명 빔(20)의 각도 크기는 통상적으로 투영 시스템의 NA의 프랙션(faction: σ)에 관하여 정의되며, 상기 실시예에서 σ-외측의 세팅은 0.15이고, σ-내측의 세팅은 0이며, 여기서 σ-외측 및 σ-내측은 각도 크기의 외측 및 내측 반경 크기를 일컫는다. 조명 방사선 및 회절 방사선은 Y-축을 따라 선형으로 편광된다. altPSM(10)에는 도 5에서 Y 방향으로 정렬된 라인들 및 공간들을 갖는 라인-공간 패턴이 제공된다.
3D 시뮬레이션 프로그램을 이용하여, 상기 토포그래피의 존재 시에 회절 빔들(211, 212, 및 213)의 위상들이 표 1에 주어진다.
| +1차 빔(211) | -1차 빔(212) | 0차 빔(213) | |
| 위상(φ) [도(degrees)] |
-33.54 | (180-33.54) = 146.46 |
20.12 |
각각의 회절 차수에 대한 광학 위상을 결정한 후, 상기 방법은 타겟 위상 분포를 검색(retrieve)하고, 결정된 위상들에 적용될 위상 변화들을 결정하는 단계로 진행한다. 타겟 위상 분포는 {φ'1, φ'2, φ'3} = {0°, 180°, 0°}이도록 선택될 수 있다. 위상들의 세트 {φ1, φ2, φ3}는 제어기의 메모리 디바이스에 저장된다. 위상 조정기의 원하는 세팅은 원하는 위상 변화들 {dφ1, dφ2, dφ3}에 관하여 정의되며, 이는 위상들 {φ1, φ2, φ3}에 적용될 때, 위상들 {φ1+dφ1, φ2+dφ2, φ3+dφ3}을 산출한다. 위상들의 원하는 세트는 {0°, 180°, 0°}이며, 원하는 위상 변화들 {dφ1, dφ2, dφ3}은 dφ1=-φ1, dφ2=180°-φ2, 및 dφ3=-φ3으로 주어진다. 일반적으로, 이는 {φ1+dφ1}-{φ3+dφ3}=0이 되도록 위상 변화들 {dφ1, dφ3}을 적용하고, {φ2+dφ2}-{φ1+dφ1}=180°가 되도록 위상 변화들 {dφ2}을 적용하기에 충분하다. 후자의 경우, 0차, 및 2 개의 1차 회절 빔들의 위상들은 일정한 위상과 떨어져서, 박막 마스크 근사화에서의 위상들과 비슷하다. 하지만, 일정한 위상의 값은 이미징 공정 또는 세기 분포(IMI)에 영향을 주지 않으며, 이에 따라 본질적으로 무관한 이미징과 관련된다. 상기 예시에서 위상 변화들 {dφ1, dφ2, dφ3} = {33.54°, 33.54°, -20.12°}의 적용은 최적 포커스의 평면에서 또는 그 부근에서 세기 불균형의 감소를 가져온다. 위상 조정기에 의해 제공될 상기 조정들 간의 최대 위상차는 33.54-(-20.12) = 53.66°이며, 이는 ±1차 회절 빔들의 -27.5°위상 조정, 및 0차 회절 빔에 대한 +27.5°위상 조정에 대응할 수 있다. 이해하는 바와 같이, 원하는 위상 세트에 도달하기 위해 상이한 차수에 대한 상이한 조정들이 행해질 수 있다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 위상 변화들 {dφ1, dφ2, dφ3} = {33.54°, 33.54°, -20.12°}이 적용되어야 할 위상 조정기(110)는 투영 시스템의 퓨필 평면(PPp) 부근에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치(100)는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, 248 nm 또는 193 nm의 파장에서 작동하는 엑시머 레이저에 의해 생성되는 UV 방사선, 또는 약 13.6 nm 파장에서 또는 3 내지 7 nm 사이의 파장에서 작동하는 레이저-발사(laser-fired) 플라즈마 소스에 의해 생성된 것과 같은 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 반사형 마스크를 채택하거나, 또는 상기에 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
투영 시스템(PS)은 상기 투영 시스템을 가로지르는 광학 방사선 빔의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 위상 조정기(110)를 포함한다.
리소그래피 장치(100)는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 패터닝 디바이스 지지 구조체들)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블들 및/또는 지지 구조체들이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블들 및/또는 지지 구조체들이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블들 및/또는 지지 구조체들에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치(100)는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 것으로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 예를 들어 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 6을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치(100)는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치(100)의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 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 리소그래피 장치(100)의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면(PPi) 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패턴(예를 들어, 마스크 패턴)(MP)에 따라 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다.
도 6의 장치의 광학 구성은 퀼러 조명(Koehler illumination)을 이용한다. 퀼러 조명으로, 조명 시스템(IL) 내의 퓨필 평면(PPi)은 투영 시스템(PS)의 퓨필 평면(PPp)과 켤레(conjugate)이다. 퓨필 평면(PPp)은 패터닝 디바이스(MA)가 위치된 대물 평면의 푸리에 변환 평면(Fourier transform plane)이다. 종래와 마찬가지로, 상기 장치의 조명 모드는 조명 시스템의 퓨필 평면(PPi)에서의 빔(B)의 방사선 세기 분포를 참조하여 설명될 수 있다. 투영 시스템(PS)의 퓨필 평면(PPp)에서의 세기 분포는 패터닝 디바이스(MA)의 패턴의 회절 효과들을 조건으로 하여 조명 시스템의 퓨필 평면(PPi)에서의 세기 분포와 실질적으로 동일할 수 있다. 하지만, 퓨필 평면(PPp)에서의 세기 분포는, 상기 패턴의 회절 효과들에 의존하여, 예를 들어 라인-공간 패턴을 이미징하기 위해 온-액시스, 간섭성 조명과 연계하여 altPSM이 사용되는 때에, 조명 시스템의 퓨필 평면(PPi)에서의 세기 분포와 실질적으로 상이하다. 투영 시스템을 가로지르는 광학 방사선 빔의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 위상 조정기(110)는 투영 시스템의 퓨필 평면(PPp)에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 마스크 상의 포인트-형 영역(point like area)으로부터 발산된 방사선(이는 회절되지 않은 방사선뿐만 아니라 회절된 방사선을 포함할 수 있음)과 연계된 광파에 부과된 위상 조정은, 광학 위상 조정기가 퓨필 평면(PPp)에 또는 그 부근에 배치될 때, 상기 포인트-형 지점의 X,Y 위치와 실질적으로 독립적일 수 있는데, 이는 [퓨필 평면(PPp)과 같은] 퓨필 평면과 더불어 광파와 연계된 방사선의 광선들의 교차점들의 X,Y 위치들이 포인트-형 영역의 X,Y 위치와 실질적으로 독립적이기 때문이다.
제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 6에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치(100)는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광학 위상 조정기(110)는 방사선 빔(B)에 대해 실질적으로 투과성 물질로 구성된 광학 요소(310)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광학 요소(310)는 방사선 빔(B)에 대해 반사성일 수 있다. 상기 위상 조정기(110)는 제어기(340)를 더 포함할 수 있다. 상기 광학 요소(310)를 가로지르는 파의 광학 경로 길이는 제어기(340)에 의해 공급된 신호에 응답하여 조정가능하다. 상기 광학 요소(310)는, 예를 들어 퓨필(PPp)과 같은 푸리에 변환 평면에 실질적으로 배치되거나 배치될 수(disposable) 있으므로, - 사용 시 - 이는 패터닝 디바이스로부터 발산된 회절 빔들(DB)에 의해 가로질러진다.
도 8은 광학 위상 조정기(110)의 상세도로, 광학 요소(310)의 Z-축을 따른 평면도를 도시한다. 광학 요소(310)의 부분(320)에 열을 가하거나 또는 그로부터 열을 제거하고, 이에 따라 상기 부분(320)에 인접한 물질의 굴절률에 대해 상기 요소의 물질의 굴절률의 국부적 변화를 도입함으로써, 상기 광학 요소(310)를 가로지르는 광파의 위상의 조정이 달성될 수 있다. 상기 열의 인가는, 예를 들어 와이어(330)에 전류를 제공하도록 구성된 제어기(340) 및 상기 요소의 부분(320)과 접촉하도록 배치되고 접촉 저항(Ohmic resistance)을 갖는 상기 와이어(330)를 통해 전류를 전달함으로써 실현될 수 있다.
광학 요소의 복수의 인접한 부분들에는 여하한의 부분을 여하한의 다른 부분으로부터 독립적으로 가열하기 위한 대응하는 복수의 와이어들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 인접한 부분들(320-1 내지 320-44)은 인접한 로우(row)들에 배치되며, 왼쪽에서부터 오른쪽으로 그리고 위에서부터 아래로 번호가 부여된다. 상기 부분들(320-1 내지 320-44)의 각각의 부분(320)에는 대응적으로 번호가 부여된 가열 와이어들(330-1 내지 330-44)이 제공된다(비록, 도 9에는 간명함을 위해 단지 부분들(320-4 및 320-37)만을 도시한다). 각각의 와이어가 독립적으로 전류-활성화(current-activate)될 수 있도록 제어기(340)가 구축되고 구성된다. 이는, X,Y 평면에서 상기 요소(310)에 걸친 온도의 공간 분포에 따라 상기 요소(310)를 가로지르는 광파에 공간 위상 분포의 적용을 가능하게 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 광학 요소(310)는 냉각 또는 가열 유체를 수용하도록 구성된 채널을 포함할 수 있다. 위상 조정기(110)는 상기 채널에 연결되고 또한 제어된 온도에서 상기 채널을 통해 냉각 또는 가열 유체를 순환시키도록 구성된 냉각 또는 가열 유체 공급 및 회수 시스템을 포함할 수 있다. 와이어들(330)과 마찬가지로, 채널은 각각의 부분(320)과 연계될 수 있다. 예를 들어, 상기 요소(310)의 부분(320)을 가열하는 것과 조합하여, 상기 요소(310)의 냉각은 공칭 온도(nominal temperature) 이상으로 또한 그 이하로 모두 연장되는 온도 범위 내에서 상기 부분(320)의 온도를 조정할 수 있다. 상기 공칭 온도는, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 광학 요소들의 물질 또는 상기 장치(100)의 요구되는 특정 작동 온도일 수 있다.
위상 조정기(110)의 실시예들은 미국 특허 제 7,525,640호부터 수집될 수 있다. 부분들(320)의 전체 개수는 44 개로 제한되지 않는다. 그 대신에, 이는 일반적으로 온도 분포의 원하는 공간 분해능에 의존할 수 있다. 예를 들어, 투영 시스템(PS)의 퓨필 평면(PPp) 내의 투명 영역(clear area)의 크기에 대한 각각의 부분들(320)의 영역의 비율은 100 내지 1000 사이일 수 있다.
도 10에는, 각각의 회절 빔들(211, 212, 및 213)에 의해 가로질러지는, 광학 위상 조정기(110) 상의 영역들(61, 62, 및 63)이 도시된다. 상기 영역들에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 덮인 부분들(320)은, 앞서 언급된 바와 같이 원하는 위상 변화를 제공하도록 활성화될 수 있다. 예를 들어, 부분들(320-16 및 320-23) 및 부분들(320-22 및 320-29)의 온도는, 이전에 설명된 바와 같이 각각의 1차 회절 빔(211 및 212)에 대해 요구되는 33.54°의 위상 조정을 산출하도록 제어될 수 있다. 이와 유사하게, 영역(63)에 의해 덮인, 도 10에 명확히 나타나 있지 않은 부분들(320)의 온도는, 이전에 설명된 바와 같이 0차 회절 빔(213)에 대해 요구되는 -20.12°의 위상 조정을 산출하도록 제어될 수 있다.
기판 부근의 X,Z-평면에서의 결과적인 세기 분포가 도 11에 개략적으로 도시된다. 등고선(contour line)들은 임의의 유닛들에서 0.4 및 0.7의 상대 세기를 나타낸다. 레벨 Z = 0 nm는 최적 포커스 레벨을 나타낸다. 최적 포커스에서, 세기 불균형이 감소되므로, 원칙적으로 세기 불균형을 경감시키기 위해 추가적인 토포그래피 피처들의 사용이 요구되지 않을 수 있다.
하지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 디포커스(defocus)의 존재 시, 허용범위를 초과하는 세기 불균형이 여전히 존재할 수도 있다. 이는 이미지 형성이 진행되고 있는 초점 영역에 0차 회절 빔(213)이 존재하기 때문이다. 0차 빔은 Z 방향을 따라 강한 세기 변조를 유도하지만, 0차 빔의 부재 시에는(예를 들어, 박막 마스크 근사화에서는) 이러한 변조가 존재하지 않는다.
세기 불균형이 허용범위 내에 유지되는 유용한 초점심도(이후, DoF이라고 칭함)를 더 향상시키거나 증가시키기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 광학 필드의 전기 진폭이 감소되어야 하는 회절 빔들을 식별하는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기 실시예에서 0차 회절 빔(213)의 전기 진폭을 감소시키는 것은, DoF의 추가적인 증가를 제공할 것이다. 진폭이 감소되어야 하는 회절 빔의 위상 조정기에서 풋프린트(footprint)는 중첩되지 않는 2 개의 서브 영역들로 분할되며, 상기 영역들의 크기는 상기 서브 영역들이 사용 시 실질적으로 동일한 세기의 회절 빔의 부분들에 의해 가로질러지도록 선택된다. 위상 조정기의 2 개의 서브 영역들에서 0차 및 +1차 회절 빔들 사이, 그리고 0차 및 -1차 회절 빔들 사이의 간섭에 180°위상차를 적용함으로써, 마스크 패턴의 이미지에서 회절 빔의 전기장 진폭의 감소가 달성된다.
상기 실시예에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 사용 시 ±1차 회절 빔들(211 및 212)에 의해 가로질러진 영역들(61 및 62)을 연결한 축(60)을 따라 서브 영역들로의 분할이 적용된다. 연결 축(60)은 0차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역(63)의 서브 영역들(63-1 및 63-2)을 정의한다. 이와 유사하게, 상기 축(60)은 +1차 회절 빔들(211)에 의해 가로질러진 영역(61)의 서브 영역들(61-1 및 61-2), 및 -1차 회절 빔(212)에 의해 가로질러진 영역(62)의 서브 영역들(62-1 및 62-2)을 정의한다. 영역(63-1)에 dφ31 = -20.12°+ 90°의 위상 조정을 적용하고, 영역(63-2)에 dφ32 = -20.12°- 90°의 위상 조정을 적용함으로써, DoF에 관한 0차 빔(213)의 부정적인 효과가 완화된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 위상 조정기의 부분들(61-1, 62-1, 및 63-1)과 연계된 위상 조정 {dφ31}만이 90°만큼 상승되는 반면, 위상 조정기의 부분들(61-2, 62-2, 및 63-2)과 연계된 위상 조정 {dφ32}은 90°만큼 하강되도록, 위상 조정들 {dφ1, dφ2, dφ3} = {33.54°, 33.54°, -20.12°}이 수정된다. 0차 및 +1차 회절 빔들 사이, 그리고 0차 및 -1차 회절 빔들 사이의 간섭과 연계된 간섭 항(interference term)들만이, 0차 회절 빔의 효과들을 영위상화하도록, 연결 축(60)의 일 측면에서 위상 조정기를 가로지르는 가간섭성 방사선(incoherent radiation)의 제 1 부분에서 +90°로 변위되고, 연결 축(60)의 다른 측면에서 위상 조정기를 가로지르는 가간섭성 방사선의 제 1 부분에서 -90°로 변위된다는 것을 이해한다. 1차 회절 빔들 간의 여하한의 간섭은 손상되지 않은 채로 유지되어야 하며, 앞서 언급된 방사선의 제 1 및 제 2 부분에서 서로에 대해 상대적으로 변위되어야 한다. 그 결과로, 위상 조정기에 적용될 원하는 위상 조정들은, 본 실시예에서:
{dφ11, dφ21, dφ31} = {33.54°, 33.54°, 69.88°}
및
{dφ12, dφ22, dφ32} = {33.54°, 33.54°, -110.12°}이다.
이미징 특성들에 영향을 주지 않고, 위상 조정들 {dφ11, dφ21, dφ31} 및 {dφ12, dφ22, dφ32}의 세트의 각각은 상기 위상 조정들에 일정한 위상 부분을 추가함으로써 리캘리브레이션(recalibrate)될 수 있다. 추가적인 위상 부분은, 0 위상 조정에 대해 실제 요구되는 위상 조정들이 절대적 의미(absolute sense)에서 최소가 되도록 선택될 수 있다. 그러므로, 위상 조정들의 대안적인 세트 {dφ11, dφ21, dφ31} = {-18.17°, -18.17°, 18.17°}를 얻기 위해, -51.71°의 위상 부분이 {dφ11, dφ21, dφ31} = {33.54°, 33.54°, 69.88°}에 추가될 수 있음에 따라, 위상 조정기의 영역들(61-1, 62-1, 및 63-1)을 제어하는 온도에 의해 제공되어야 할 여하한의 절대적인 위상 조정을 최소화한다.
이와 유사하게, 위상 조정들의 대안적인 세트 {dφ12, dφ22, dφ32} = {71.83°, 71.83°, -71.83°}를 얻기 위해, +38.29°의 위상 부분이 {dφ12, dφ22, dφ32} = {33.54°, 33.54°, -110.12°}에 추가될 수 있다.
이제, +1차 및 -1차 회절 빔들은 여전히 180°위상차를 가지며, 또한 0차 및 +1차 회절 빔들, 그리고 0차 및 -1차 회절 빔들의 간섭들은 연결 라인(60)의 어느 한 측면에서 방사선의 제 1 및 제 2 부분들에 대해 대향 효과들을 갖는다.
도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이, Z 방향을 따른 세기 변조는, 이제 + 또는 - 100 nm의 디포커스 상에서 세기 불균형이 실질적으로 존재하지 않도록 감소된다. 0차 회절 빔의 세기가 배경 세기로서 재분포되었기 때문에, 콘트라스트의 감소가 존재한다는 것을 이해한다. 하지만, 여하한의 위상 조정들 없이, 예를 들어 바이너리 마스크 또는 altPSM으로 달성된 콘트라스트에 걸쳐 개선된 콘트라스트가 제공된다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
Claims (13)
- 기판 상에 교번 위상 시프트 마스크(alternating phase shift mask)의 마스크 패턴을 투영하는 디바이스 제조 방법에 있어서,
상기 마스크 패턴으로부터 발산된 0차 회절 빔, 제 1의 1차 회절 빔 및 제 2의 1차 회절 빔을 제공하기 위해, 방사선의 빔으로 상기 마스크 패턴을 조명하는 단계;
투영 시스템을 이용하여 기판 상으로 상기 마스크 패턴을 이미징하는 단계; 및
광학 위상 조정기를 이용하여 위상을 조정하는 단계 - 상기 0차 및 1차 회절 빔은 상기 광학 위상 조정기를 가로지름 - 를 포함하고,
상기 조정하는 단계는:
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 빔의 위상과 일치하도록 상기 0차 회절 빔의 위상을 조정하거나, 이와 반대로 조정하는 단계, 및
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 빔의 위상 + 180°와 일치하도록 상기 제 2의 1차 회절 빔의 위상을 조정하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 위상 조정기의 2 개의 서브 영역(sub area)들에 180°의 위상차를 적용하는 단계를 더 포함하고, 광학 필드의 전기 진폭의 감소가 초점심도(depth of focus)를 개선하게 할 회절 빔의 상기 광학 위상 조정기에서의 풋프린트(footprint)는 상기 2 개의 서브 영역들을 포함하며, 상기 서브 영역들의 크기는 상기 서브 영역들이 사용 시 동일한 세기의 상기 회절 빔들의 부분들에 의해 가로질러지도록 구성되는 디바이스 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 광학 필드의 전기 진폭의 감소가 초점심도를 개선하게 할 회절 빔은 상기 0차 회절 빔인 디바이스 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 2 개의 서브 영역들은, 사용 시 상기 제 1 및 제 2의 1차 회절 빔들에 의해 가로질러진 영역들을 연결한 축을 따라 분할되는 디바이스 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 연결 축은 상기 0차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들, 상기 제 1의 1차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들, 그리고 상기 제 2의 1차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들을 정의하는 디바이스 제조 방법. - 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 0차 회절 빔의 일부분에 의해 가로질러진 상기 서브 영역들 중 하나에 +90°의 위상 조정을 적용하는 단계; 및
상기 0차 회절 빔의 일부분에 의해 가로질러진 상기 서브 영역들 중 다른 하나에 -90°의 위상 조정을 적용하는 단계를 더 포함하는 디바이스 제조 방법. - 리소그래피 장치에 있어서,
상기 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광학 방사선 빔의 전기장의 위상을 조정하도록 구축되고 구성된 위상 조정기, 및 상기 위상 조정기를 가로지르는 광파에 공간 위상 분포를 적용하도록 구축되고 구성된 제어기를 포함하고, 상기 제어기는:
상기 위상 조정기를 이용하여, 제 1의 1차 회절 빔의 위상과 일치하도록 0차 회절 빔의 위상을 조정하거나, 이와 반대로 조정하고,
상기 위상 조정기를 이용하여, 상기 제 1의 1차 회절 빔의 위상 + 180°와 일치하도록 제 2의 1차 회절 빔의 위상을 조정하도록,
구성된 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터를 포함하며,
마스크 패턴으로부터 발산된 상기 0차 회절 빔, 상기 제 1의 1차 회절 빔 및 상기 제 2의 1차 회절 빔을 제공하기 위해, 방사선의 빔으로 상기 마스크 패턴이 조명되고, 상기 0차 및 1차 회절 빔은 상기 광학 위상 조정기를 가로지르며,
상기 마스크 패턴은 상기 투영 시스템을 이용하여 기판 상에 이미징되는 리소그래피 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램은 상기 위상 조정기의 2 개의 서브 영역들에 180°의 위상차를 적용하도록 구성되고, 광학 필드의 전기 진폭의 감소가 초점심도를 개선하게 할 회절 빔의 상기 광학 위상 조정기에서의 풋프린트는 상기 2 개의 서브 영역들을 포함하며, 상기 서브 영역들의 크기는 상기 서브 영역들이 사용 시 동일한 세기의 상기 회절 빔들의 부분들에 의해 가로질러지도록 구성되는 리소그래피 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 광학 필드의 전기 진폭의 감소가 초점심도를 개선하게 할 회절 빔은 상기 0차 회절 빔인 리소그래피 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 2 개의 서브 영역들은, 사용 시 상기 제 1 및 제 2의 1차 회절 빔들에 의해 가로질러진 영역들을 연결한 축을 따라 분할되는 리소그래피 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 연결 축은 상기 0차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들, 상기 제 1의 1차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들, 그리고 상기 제 2의 1차 회절 빔에 의해 가로질러진 영역의 서브-영역들을 정의하는 리소그래피 장치. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램은:
상기 0차 회절 빔의 일부분에 의해 가로질러진 상기 서브 영역들 중 하나에 +90°의 위상 조정을 적용하고,
상기 0차 회절 빔의 일부분에 의해 가로질러진 상기 서브 영역들 중 다른 하나에 -90°의 위상 조정을 적용하도록 구성된 리소그래피 장치. - 기판 상으로 패터닝 디바이스의 패턴을 투영하는 디바이스 제조 방법에 있어서,
상기 패터닝 디바이스의 상기 패턴으로부터 0차 회절 빔, 제 1의 1차 회절 빔 및 제 2의 1차 회절 빔을 발산하는 단계;
투영 시스템을 이용하여 기판 상으로 상기 패턴을 이미징하는 단계; 및
광학 위상 조정기를 이용하여, 상기 회절 빔의 전체 또는 일부분의 위상을 조정하는 단계를 포함하고, 상기 0차 및 1차 회절 빔은 상기 광학 위상 조정기를 가로지르며, 상기 조정하는 단계는:
상기 0차 회절 빔의 위상이 상기 제 1의 1차 회절 빔의 위상과 일치하도록 위상을 조정하는 단계; 및
상기 제 2의 1차 회절 빔의 위상이 상기 제 1의 1차 회절 빔의 위상 + 180°와 일치하도록 위상을 조정하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
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