KR101324402B1 - 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 및 이 장치의 교정방법 - Google Patents

마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 및 이 장치의 교정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치는 투사광을 발생시키기 위한 조명 시스템(IS), 가변적인 흡수 계수 분포를 가진 흡수 필터(20), 그리고, 투사광(L)에 의해 조명되는 마스크(M)를 포함한다. 이 마스크(M)는 마스크에 포함된 구조물(34, 36)들의 방향에 의해 서로 구분되는 영역들을 포함하며, 상기 영역들의 투과율은 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 따라 좌우된다. 본 발명에 따르면, 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 대한 상기 영역의 투과율 변화를 보상할 수 있도록 흡수 필터(20)의 흡수 계수 분포가 결정된다.

Description

마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 및 이 장치의 교정 방법{MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치에 관한 발명으로서, LSI 전기 회로 및 그외 다른 마이크로스트럭처 컴포넌트들의 제작에 사용되는 장치에 관한 발명이다. 본 발명은 특히, 편광에 따른 투과도를 가지는 마스크를 투사하기 위한 프로젝션 노광 장치에 관한 발명이다.
집적 회로 및 그외 다른 마이크로스트럭처 컴포넌트들은 실리콘 웨이퍼같은 적절한 기판에 다수의 구조층들을 도포함으로서 제작되는 것이 일반적이다. 이러한 구조층들의 형성을 위해, 이 층들은 가령, 극자외선(Deep Ultraviolet) 스펙트럼 범위의 광같은 특정 파장 범위의 광에 민감한 포토레지스트로 먼저 덮히게 된다. 이러한 방식으로 코팅된 웨이퍼는 그후 프로젝션 노광 장치에서 노광된다. 마스크에 포함된 회절 구조들의 패턴이 프로젝션 대물 렌즈(projection objective)의 도움으로 포토레지스트에 이미징된다.
포토레지스트가 현상된 후, 웨이퍼는 에칭 처리되어, 마스크 상의 패턴에 따라 상부층의 구조가 형성된다. 이 과정은 웨이퍼 위에 모든 층들이 도포될 때까지 반복된다.
마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치의 한가지 주된 목적은 웨이퍼 상에 점점 더 작은 크기의 구조물을 형성할 수 있도록 하는 것이다. 이에 따라, 생성될 컴포넌트들의 집적 밀도를 증가시킬 수 있도록 하는 것이다. 다양한 방식들을 이용함으로서, 현재 사용되고 있는 투사광의 파장보다 짧은 크기를 가진 구조물들이 웨이퍼 상에 현재 생성될 수 있다.
이러한 방식들 중 한가지는 프로젝션 대물 렌즈와 웨이퍼 간의 중간 공간에 현탁액(immersion liquid)을 삽입하는 것이다. 이는, 예를 들어, 1보다 훨씬 큰 개구수를 가지는 프로젝션 대물렌즈를 이용할 수 있게 한다.
그러나, 웨이퍼 상의 구조물 크기를 감소시킨 결과, 이미징될 마스크 상의 구조물들이 점점 더 작아지게 된다. 프로젝션 대물렌즈의 이미징 스케일을 감소시키는 것은 비용 측면에서 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 이는 프로젝션 대물 렌즈의 설계를 대폭 변경하여야 하는 결과를 수반하기 때문이다. 마스크에 포함된 투명한 구조물들의 구조물 폭들이 사용되는 투사광의 파장 수준일 경우, 또는, 이보다 훨씬 작을 경우, 프로젝션 대물렌즈에 의한 광학적 이미징을 바람직하지 못하게 손상시키는 효과들이 진폭 마스크 및 대부분의 위상 마스크에 발생하게 된다. 불투명하거나 광을 감쇠시키는 구조물들을 포함하지 않는 마스크들만이 이러한 효과를 나타내지 않는다. 진폭 마스크라 함은 순수한 위상 마스크와는 달리, 투과하는 광의 위상 변화없이 진폭만이 변화하는 마스크를 의미한다. 불투명하거나 광을 감쇠시키는 구조물들은 Cr 또는 MoSi의 층들인 경우가 많다.
이러한 마스크들에서 매우 작은 구조물 크기들을 가진 경우에 발생하는, 상 술한 바와 같은 바람직하지 못한 효과들 중 한가지는, 투과하는 투사광에 대해 마스크가 편광 효과를 가진다는 점이다. 이러한 경우에 가장 주목할만한 효과는 구조물들의 길이방향 크기와 평행하게 정렬되는 편광 방향을 가진 투사 광이, 수직의 편광 방향을 가진 투사광에 비해, 이러한 구조물들에 의해 우수하게 투과된다는 점이다. 이러한 투과도의 편광 의존성은 동등한 구조이지만 서로 다르게 배향된 구조물들이 포토레지스트에 서로 다른 강도로 이미징되는 결과로 나타난다. 포토레지스트의 날카로운 노광 임계값으로 인해, 단위 면적 당 충돌하는 광 에너지의 양의 변화는 웨이퍼 상에 리소그래피 방식으로 생성되는 구조물들의 폭에 직접적인 영향을 미친다. 마스크에 포함된 구조물들의 배향에 대한 구조물 폭의 이러한 의존도는 일반적으로 바람직하지 못하다.
그러나, 폭좁은 구조물들의 또다른 편광 효과를 살펴보면, 구조물들의 길이방향 크기와 평행하게 정렬되는 편광을 가진 투사 광이, 수직으로 정렬되는 편광을 가진 투사 광에 비해 투명한 구조물들에서 좀 다른 속도로 전파한다. 이는 지연 판에서 발생하는 것과 마찬가지로, 상호 수직인 편광 컴포넌트들 간의 위상차를 야기한다. 이러한 위상차는 마스크에서 바람직하지 못한 편이다. 왜냐하면, 이러한 위상차들은 웨이퍼 상의 구조물 폭이, 마스크에 포함된 구조물들의 배향에 의존되게 하기 때문이다. 그 한가지 이유는 편광-선택적 분광 층들같은 프로젝션 대물렌즈들의 소정의 광학적 소자들이 편광에 의존하는 투과율이나 반사율을 가지기 때문이다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 마스크에서 선형으로 편광된 광을 타원형으로 편광된 광으로 변환함으로서, 강도에 영향을 미치게 되고, 따라서 웨이퍼 상의 구조 물 폭에 영향을 미치게 된다.
폭좁은 구조물들에 관한 상술한 복굴절 현상이 인접 구조물들 간의 거리에 의존하기 때문에, 동일한 폭을 가지는 좀더 치밀하게 배열된 구조물들은 더 폭넓은 거리로 서로 이격된 구조물들에 비해 좀 더 다른 방식으로 편광 상태를 변화시키게 될 것이다.
마스크의 투과율이 편광에 따라 변하는 문제점을 방지하기 위해, 미국특허 6,522,483 B2 호에서는 최초에 선형으로 편광된 광이 마스크 이전에 배열된 1/4 파장 플레이트의 도움으로 원형으로 편광된 광으로 변환되어야 함을 기재하고 있다. 그렇게 되면, 마스크 뒤에서의 투사광의 강도는 마스크 내 투명 구조물들의 배향에 의존하지 않는다. 선형 편광은, 마스크 뒤에 배열된 추가적인 1/4 파장 플레이트의 도움으로 복원될 것이다.
이러한 공지된 방식에서의 한가지 애로사항은, 구조물들의 편광에 따른 투과율 변화 때문에, 투사광이 구조물을 통과한 후에 정확하게 원형으로 편광되지 않는다는 점이다. 대신에, 구조물들의 배향에 따라 약간 타원형 상태의 편광을 보인다는 점이다. 마스크 뒤의 이러한 추가적인 지연판(retardation plate)은 한가지 특정 타원형 편광만을 변환시키는 것이 아니라, 이와는 다른 다수의 타원형 편광도 선형 편광으로 변환시킬 수 있다. 이러한 공지된 방식으로도, 차후의 광학적 소자에서의 편광의존도가 웨이퍼 상의 구조물의 폭에 배향 의존도가 높은 변화를 야기하게 된다.
본 발명의 첫번째 목적은 편광 상태에 따라 변하는 투과율을 가지는 마스크의 경우 배향에 의존적인 구조물 폭 변화가 감소되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 목적은 마스크에 포함된 구조물들의 서로 다른 배열로 발생하는 이미지 플레인에서의 구조물 폭 변화를 감소시키기 위해 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치를 교정하는 방법을 제공하는 것이다.
첫번째 목적은 투사광을 발생시키는 조명 시스템과, 가변적인 흡수 계수 분포를 가진 흡수 필터를 포함하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치에 의해 달성된다. 투사광에 의해 조명될 마스크는 마스크에 포함된 구조물들의 배향에 의해 서로 구분되는 영역들을 포함한다. 이 영역들의 투과율은 입사되는 투사광의 편광 상태에 따라 좌우된다. 본 발명에 따르면, 입사되는 투사광의 편광 상태에 따라 한개 이상의 영역의 투과율이 변화하는 것을 보상할 수 있도록 흡수 필터의 흡수 계수 분포가 결정된다.
이상적인 경우에, 동일하지만 서로 다르게 배향된 구조물들을 가진 영역들이 동일한 양의 투사광을 투과시키도록 흡수 계수 분포가 결정된다.
본 발명은 비교적 폭좁은 각도 범위 내의 광선들만이 특정 방향을 따라 배향된 구조물들의 이미징에 기여한다는 사항에 기초하고 있다. 이는 구조물 배향에 대해 프로젝션 대물렌즈의 이미지 플레인에서의 광 강도가 변하는 경우에, 투사광의 일부분을 의도적으로 감쇠시키는 기회를 제공한다. 그렇지 않을 경우 광 강도가 이미지 플레인에서 더 큰 강도로 기여하게 될 것이다.
마스크 플레인에서의 각도들이 퓨리에-관련 퓨필 플레인에서의 위치와 명확하게 상관될 수 있기 때문에, 국부적인 변화를 보이는 흡수 계수 분포를 가지는 당 분야에 잘 알려진 흡수 필터를, 조명 시스템의 퓨필 플레인에 또는 그 근처에 배열하는 것이 가장 간단하다. 근처에 배열한다거나 인접하게 배열한다는 것은, 퓨필 직경의 반까지 축방향으로 뻗어갈 수 있음을 의미한다. 한 방향을 따라 배향된 구조물들의 이미징에 기여하는 투사광이 이에 수직인 구조물들을 이미징하는 투사광에 비해 서로 다른 위치에서 퓨필 플레인을 통과하기 때문에, 투사광의 요망 부분은 흡수 계수의 국부적 분포 제어에 의해 선택적으로 감쇠될 수 있다.
가장 간단한 경우에, 흡수 필터는 종래의 그레이 값 필터로서, 직관적인 방식으로 흡수율의 연속적 분포를 달성할 수 있다.
대안으로서, 흡수 필터는 폭좁은 불투명 구조물들을 포함할 수 있다. 이 구조물들의 밀도는 평균 흡수율의 척도다. 상호 회전가능하게 배열되는 이러한 다수의 필터 소자들을 조합함으로서, 흡수율이 특정 세그먼트에서 거의 연속적으로 조정될 수 있다.
퓨필 근처에 배열되어 국부적으로 변화하는 흡수율을 가지는 흡수 필터 대신에, 필드에 가깝게 배열되어 각도의 함수로 변화하는 흡수율을 가진 흡수 필터를 이용하는 것 역시 가능하다. 이러한 흡수 필터들은 당 분야에 잘 알려져 있지만, 제작 및 취급이 어려워 단점이 있다. 이러한 이유로, 이러한 흡수 필터들은 퓨필에 가까운 국부적으로 변화하는 흡수율을 가진 흡수 필터를 설치함에 있어 충분한 공간이 확보되지 않는 특수한 경우에 고려될 것이다.
두번째 목적은 아래의 단계들로 구성되는 방법에 의해 달성된다.
a) 여러가지 배열의 구조물(34, 36)들을 포함하는 마스크(M)를 제공하는 단계,
b) 이미지 플레인을 가진 프로젝션 대물렌즈를 제공하는 단계,
c) 프로젝션 대물렌즈의 이미지 플레인에 마스크를 이미징시키는 단계,
d) 동일한 폭을 가진 구조물들의 이미지가 구조물들의 배열에 따라 어떻게 좌우되는 지를 측정하는 단계
e) 흡수 필터의 흡수 계수 분포를 결정하고, 단계 d)에서 얻은 측정된 값들을 고려하여, 흡수 필터가 프로젝션 노광 장치의 퓨필 플레인에 또는 퓨필 플레인에 인접하게 배열될 때 단계 d)에서 측정한, 구조물들의 배열에 따른 이미지 의존도가 감소되도록 하는 단계, 그리고
f) 단계 e)에서 결정한 흡수 계수 분포를 가진 흡수 필터를 퓨필 플레인에 또는 퓨필 플레인에 인접한 위치에 삽입하는 단계.
측정에 의해 구조물 배향에 대한 구조물 폭의 의존도를 먼저 결정하는 것이 간단하다는 것이 발견되었다. 그후, 단계 d)에서 측정한 의존도가 감소되도록 흡수 필터의 흡수 계수 분포를 결정하는 것이 비교적 간단하다.
이는 인접 구조물들 간의 거리에 대한 구조물 폭의 의존도에 대해서도 동일하게 적용된다. 상술한 바와 같이, 좀더 치밀하게 배열된 폭좁은 구조물들이 동일한 폭들을 가지는 경우에, 더 넓은 거리만큼 서로 이격된 동일한 구조물들과는 다른 방식으로 편광의 상태를 수정하게 된다. 이러한 편광 상태 수정은 웨이퍼 상에서 구조물의 폭 변화로 나타나게 된다.
선호되는 방식에서는 노광 장치의 조명 시스템의 퓨필 플레인에, 또는 이에 인접한 위치에 흡수 필터가 배열된다. 그러나, 흡수 필터가 프로젝션 대물렌즈에 배열될 수도 있다. 이는, 프로젝션 대물렌즈에서, 소정의 배향을 가진 구조물들의 이미지에 기여하는 광선들이 프로젝션 대물렌즈의 퓨필 플레인의 소정 영역들을 투과하기 때문이기도 하다. 이 영역들의 위치는 마스크의 회절 성질이 알려져 있을 경우 광선 추적 방법에 의해 결정될 수 있다.
도 1은 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치의 단순화된 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 프로젝션 노광 장치의 조명 시스템의 단면도.
도 3은 선형으로 편광된 광으로 조명된 마스크와, 이에 따라 웨이퍼 상에 생성된 구조물들의 사시도.
도 4는 서로 다르게 배향된 구조물들에 대한 강도차 비율을 구조물 폭의 함수로 나타낸 그래프.
도 5는 원형으로 편광된 광으로 조명한 경우에 도 3의 그래프.
도 6은 서로 다르게 배향된 구조물들로 마스크를 이미징할 때 조명 시스템의 퓨필 플레인에서의 강도 분포 도면.
도 7은 배향에 의존하는 구조물 폭 변화를 보상할 수 있도록 하는 흡수 필터의 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 흡수 필터가 사용될 때, 포토레지스트에 도달하는 투 사광의 강도 프로파일을 구조물 배향에 따라 나타낸 그래프.
도 9는 도 7에 도시된 흡수 필터없이 프로젝션 노광 장치를 구비한 경우의 도 8에 대응하는 그래프.
도 1은 프로젝션 노광 장치(PEA)의 개략적 도면이다. 이 프로젝션 노광 장치는 투사광선을 발생시키기 위해 조명 시스템(IS: Illumination System)을 포함한다. 투사될 구조물들을 포함하는 마스크(M) 상에 이 투사광이 폭좁은 광 필드(LF:light field)를 조명하고, 이는 본 실시예에서 장방형의 형태를 가진다. 광 필드(LF) 내부에 놓인 마스크(M)의 투명 구조물들은 프로젝션 대물렌즈(PL)의 도움 하에 포토레지스트(PR)에 이미징된다. 포토레지스트(PR)는 웨이퍼(W)나 또다른 지지체에 도포되는 감광층이며, 그 표면은 프로젝션 대물렌즈(PL)의 이미징 플레인에 놓인다. 프로젝션 대물렌즈(PL)가 일반적으로 1보다 작은 이미징 스케일을 가지기 때문에, 광 필드(LF)의 영역에 놓인 마스크(M)의 일부분의 축소된 이미지가 포토레지스트(PR) 상에 한개의 영역(LF")으로 형성된다.
본 실시예에서, 마스크(M)와 웨이퍼(W)는 투사 과정 중 Y 방향을 따라 변위된다. 이 변위의 변위율은 프로젝션 대물렌즈(PL)의 이미징 스케일과 같다. 프로젝션 대물렌즈(PL)가 역전 이미지를 발생시키면, 마스크(M)와 웨이퍼(W)의 변위 모션이 도 1의 화살표(A1, A2)에 의해 표시되는 방향처럼 서로 반대일 것이다. 이에 따라 광 필드(LF)가 마스크(M) 상에서 스캐닝 모션으로 안내되고, 따라서, 균등한 크기의 구조 영역들이 웨이퍼(W) 상에 코히어런트하게 투사될 수 있다.
도 2는 도 1에 개략적으로 도시된 조명 시스템(IS)의 단면도다.
광원(10)은 본 실시예에서 엑시머 레이저로서, 극자외선 스펙트럼 범위(가령, 193nm 또는 157nm)의 파장을 가진 고도로 시준된 광을 발생시킨다. 조정가능한 미러 배열일 수 있는 광선 익스팬더(beam expander)(12)에서, 광원(10)에 의해 발생된 광이 장방형 및 평행 광선 번들로 확장된다. 확장된 광선 번들은 제 1 광학 라스터 소자(RE1)를 투과하게 된다. 제 1 광학 라스터 소자(RE1)는 가령, 회절 광학 소자일 수 있다. 적절한 라스터 소자들의 다른 예로는 본 출원인의 미국특허 6,295,443 호에 기재되어 있다. 그 공개내용은 본원에서 참고로 인용된다. 제 1 광학 라스터 소자(RE1)의 용도는 투사광의 조명 각 분포를 변화시키고 기하학적 광학 플럭스를 증가시키는 것이다.
제 1 광학 라스터 소자(RE1)는 광선 정형 대물렌즈(14)의 오브젝트 플레인(object plane)(OP)에 배열된다. 광선 정형 대물렌즈(14)는 조명 각 분포를 추가적으로 수정하고 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이를 위해, 광선 정형 대물렌즈(14)는 줌 그룹(zoom group)(14a)과 액시콘 그룹(axicon group)(14b)을 구비한다. 줌 그룹(14a)은 한개 이상의 조정가능한 렌즈를 포함한다. 액시콘 그룹(14b)은 가변 간격의 원추형 표면들을 가진 두개의 액시콘 소자들을 포함한다.
제 2 광학 라스터 소자(RE2)가 퓨필 플레인(pupil plane)(PP)에 배열된다. 이 퓨필 플레인(PP)은 광선 정형 대물렌즈(14)의 출구 퓨필에 해당한다. 제 2 광학 라스터 소자(RE2)의 용도는 마스크 플레인(MP)에서의 국부적 강도 분포를 확립하는 것이다. 이때, 마스크(M)는 (마스크 스테이지에서) 위치설정 기기의 도움으로 배치 되는 데 이에 관해서는 상세히 언급하지 않는다. 퓨필 필터(20)를 홀딩하기 위한 교환 홀더(exchange holder)(18)가 퓨필 플레인(PP)에 인접한 위치에 제공된다. 퓨필 필터(20)는 도 6 내지 도 10을 참고하여 아래에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
퓨필 플레인(PP)을 필드 플레인(FP)과 결합시키는 콘덴서 그룹(24)이 광 전파 방향으로 제 2 광학 라스터 소자(RE2) 뒤에 배열된다. 마스크(M)를 조명하는 광 필드(LF)의 에지를 규정하는 필드 스탑(field stop)(26)이 필드 플레인(FP)에 배열된다. 이를 위해, 필드 스탑(26)은 몇개의 조정가능한 블레이드들을 포함하거나, 폭좁은 다량의 핑거형 스탑 소자들을 포함한다. 이에 관하여 미국특허 6,404,499 B1 호를 참고할 수 있다. 필드 스탑(26)은 마스킹 대물렌즈(28)에 의해 마스크 플레인(MP) 상에 이미징된다.
필요하다면, 광선 균질화를 위한 유리봉(glass rod)이 콘덴서 그룹(24)과 필드 스탑(26) 사이에 삽입될 수 있다. 이에 관하여서는 미국특허 6,285,443 B 호를 참고할 수 있다.
마스킹 대물렌즈(28)의 퓨필 플레인에 추가적인 교환 홀더(30)가 배열된다. 이 교환 홀더(30) 내에는 선형으로 편광된 광을 발생시키기 위한 편광자(32)가 삽입될 수 있다. 이상적인 경우에는 편광자(32)가 필요하지 않다. 왜냐하면, 레이저에 의해 통상적으로 발생되는 투사광이 일반적으로 초기에는 선형으로 편광되다가 점점 더 고차 함수 형으로 편광되기 때문이다. 그러나 실제 광학 시스템에서는 광의 편광 정도가 차이는 있지만 강하게 감소하는 것이 일반적이다. 그 원인은 예를 들어, 렌즈, 미러, 그리고 그외 다른 광학 소자들의 편광-의존 코팅들에 있으며, 도한, 소정의 광학 물질들의 복굴절에 원인이 있다. 편광자(32)를 조명 시스템(IS)의 광 출구측에 가깝게 배치함으로서 얻어지는 효과는, 편광자(32)와 광 출구측 간의 몇몇 광학 소자들만이 편광 상태를 교란시키는 데 기여할 수 있다는 것이다.
도 3의 좌측에서는 마스크(M)의 사시도를 개략적으로 제시하고 있다. 마스크(M)는 수평 및 수직 투명 구조물(34, 36)들의 간단한 패턴들을 포함하고 있을 수 있다. 투명 구조물(34, 36)들은 최초에 연속적인 크롬층을 가공함으로서 도출된다. 이 크롬층은 투사광(L)에 대해 불투명하다. 단순화를 위해, 수평 및 수직 구조물(34, 36)이 그 배향각 측면에서 서로 차이가 있으나, 폭이나 간격에는 차이가 없다고 가정한다.
편광자(32)는 수평 구조물(34)들을 따라 편광되는 선형 편광 광(L)을 발생시킨다고 아래에서 가정할 것이다. 편광 방향은 도 3에서 화살표(38)로 표시된다. 구조물(34, 36)들의 폭은 투사 광(L)의 파장 λ 수준인 것으로 또한 가정한다. 이러한 상황 하에서, 수평 구조물들은 투사광(L)에 대해 수직 구조물(36)들에 비해 더 큰 투과율을 가진다. 수평 및 수직 구조물(34, 36)들은 따라서, 동일한 강도로 포토레지스트(PR)에 이미징되는 것이 아니다. 포토레지스트(PR)의 날카로운 노광 임계치로 인해, 이 강도차는 노광 후 웨이퍼(W) 상에 발생되는 구조물들의 바람직하지 못한 폭 차이를 야기하게 된다. 마스크(M) 상에 이미징될 구조물들이 작으면 작을수록, 서로 다르게 배향된 구조물들에 대한 바람직하지 못한 폭 차이가 커지게 된다.
도 4는 이러한 의존도가 이례의 마스크에 대해 나타는 것을 그래프로 표시한 것으로서, 파장 λ = 193nm인 투사광으로 투영한 경우에 해당한다. 웨이퍼(W) 상에 발생될 구조물들의 폭(critical dimension)(CD)의 함수로, 편광 방향을 따라 배향된 구조물과 이에 수직으로 배향된 구조물들을 통과하는 선형 투과 투사광에 대해 백분율 강도 차이(ΔI)가 그려지고 있다. 백분율 강도차이(ΔI)는 (Tp-Tn)/(Tp+Tn)으로 정의되며, 이때, Tp는 구조물에 평행하게 편광된 광에 대한 투과율이고, Tn은 구조물에 수직으로 편광된 광에 대한 투과율이다. 65nm의 구조물 폭을 가진 경우에도, 편광 방향을 따라 뻗어가는 구조물을 통과한 투사광의 강도는 수직으로 배향된 구조물을 통과할 때의 강도에 비해 50% 정도 더 크다.
포토레지스트(PR)의 노광 후 웨이퍼(W) 상에 발생되는 구조물들에 대한, 날카로운 노광 임계치로 인한, 폭 차이는 도 3의 우측에서 개략적으로 제시되고 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이미징된 구조물들(34, 36)이 마스크(M) 상에서 동일한 폭을 가졌다고 할지라도, 웨이퍼(W) 상의 수직 구조물(36')들의 폭은 수평 구조물(34')의 폭보다 훨씬 좁다.
선형 편광 광을 이용할 때 구조물 배향에 대한 마스크(M)의 투과율이 앞서와 같이 의존하기 때문에, 비-편광광 또는 원형 편광 광으로 서로 다르게 배향된 구조물들을 가진 마스크를 조명하는 것이 훨씬 편리한 편이다. 이러한 경우, 구조물 배향에 평행하게 편광된 광의 비율은 모든 구조물 배향에 대해 동일하다. 결과적으로, 투과율은 구조물의 배향에 더이상 의존하지 않게 된다. 비-편광 광을 발생시키기 위해, 예를 들어, 제 1 광학 라스터 소자(RE1)와 광선 정형 대물렌즈(14) 간에 Hanle 디폴러라이저(depolarizer)가 배치될 수 있다. 이에 관해서는 미국특허 6,535,273 B1 호를 참고할 수 있다. 예를 들어, 편광자(32) 뒤에 1/4 파장 플레이트를 배열함으로서 조명 시스템(IS)에 원형 편광 광이 발생될 수 있다.
그러나 일반적으로, 완전하게 편광없는 광을 발생시키는 것은 어렵다. 왜냐하면, 조명 시스템(IS) 내 여러 광학 소자들이 편광 의존적 방식으로 투과나 반사를 행하기 때문이다. 예를 들어, 조명 시스템들은 한개 이상의 평면 변화 미러들을 포함하는 것이 일반적인데, 이들 중 하나는 마스킹 대물렌즈(28) 상에 배열될 수 있다. 미러 코팅의 반사율은 불가피하게 편광 의존적인 편이다. 이는 필드 전체에 걸쳐 일정한 수준의 편광 잔류도(residual degree of polarization)로 남게 된다. 원형 편광 광을 발생시킬 때에도 마찬가지 원리가 적용된다. 이 경우에는 이러한 교란에 의해 타원형으로 약하게 편광되는 광으로 변환될 것이다.
도 3 및 도 4와 연계하여 앞서 설명한 관계들이 적용될 경우, 선형 편광 컴포넌트는 타원형을 야기하는 컴포넌트나 편광의 잔류도와 상관될 수 있다. 이러한 방식으로, 잔류 편광이나 타원평광 광은 구조물 배향의 함수로 웨이퍼 상에 발생될 구조물들의 바람직하지 않은 폭 변화를 야기할 수 있다.
그러나, 이러한 폭 변화들은 마스크(M)가 완전 비-편광 광이나 완전 원형 편광 광으로 조명되는 경우에도 발생될 수 있다. 도 5는 완전한 원형 편광 광으로 조명되는 경우를 도시하고 있다. 이 경우에, 완전하게 원형으로 편광된 광(L')으로 마스크(M)가 조명된다. 투명 구조물(34, 36)에 대해 수직으로 편광되는 그리고 수평으로 편광되는 투사광(L')의 편광 컴포넌트들에 대한 서로 다른 투과율의 효과 는, 투사광(L')이 마스크(M)를 통과한 후 서로 다르게 타원형으로 편광된다는 것이다. 이러한 타원형 편광에 의해 도출될 수 있는 타원(134, 136)들은 상호 직교한다.
프로젝션 대물렌즈(PL)들이 편광 의존적 광학 소자들을 포함할 경우, 가령, 복굴절 물질로 만들어진 렌즈나 편광-선택적 광선 스플리터 층을 포함할 경우, 구조물(34, 36)들의 편광 효과와 연계되어, 웨이퍼(W) 상에 발생되는 구조물(34", 36")이 배향 의존적 폭을 가지게 될 것이다.
마스크(M) 상에 서로 동등하지만 서로 다르게 배향되는 구조물들이 동일한 강도로 포토레지스트(PR)에 이미징되도록, 퓨필 플레인(PP)에 인접하게 배열되는 퓨필 필터(20)는 방위각에 따라 변화하는 흡수 계수 분포를 가지게 된다. 이는 비교적 폭좁게 제한되는 각도 범위 내에서 마스크(M) 에 도달하는 광선들만이 수평으로 뻗어가는 구조물(34)들을 이미징하는데 기여한다는 사실을 이용한다. 퓨필 플레인(PP)에서, 이미징에 기여하는 광선들은 도 6에서 H1, H2로 표시되는 두개의 폴(poles)을 통과한다. 두 폴(H1, H2)은 원형에 가까운 형태를 가지며, 조명 시스템(IS)의 광학축(OA)으로부터 동일한 거리에 서로 정반대편에 배치되게 된다. 두개의 폴(H1, H2) 바깥의 영역을 통해 퓨필 플레인(PP)을 지나가는 그외 다른 모든 광선들은 배경 잡음(background noise)을 발생시키고, 이는 포토레지스트의 콘트래스트를 감소시키고 따라서 바람직하지 못하다.
수직 구조물(36)에도 마찬가지 원리가 적용된다. 이미징에 기여하는 광선들은 두 폴(V1, V2)의 영역에서 퓨필 플레인(PP)을 지난다. 이 두개의 폴(V1, V2) 역시 광학축(OA)으로부터 동일한 거리에 서로 정반대편에 배열된다. 두 쌍의 폴(H1, H2: V1, V2)은 서로 90도만큼 오프셋되어 배열되어, 도 6에 도시되는 바와 같이 폴에 의한 투폴드(twofold) 대칭을 생성한다.
이러한 경우에 콘트래스트를 향상시키기 위하여, 폴(H1, H2와 V1, V2)들만이 퓨필 플레인(PP)에서 조명되도록 조명 시스템(IS)이 설계된다. 이를 위해, 가장 간단한 경우에, 네개의 원형 구멍을 가진 격막(diaphragm)이 퓨필 플레인(PP)에 배열된다. 격막에서의 광 손실을 최소화시키기 위해, 제 1 광학 라스터 소자(RE1)가 선택될 수 있고, 광선 정형 대물렌즈(14)가 조정될 수 있다. 이에 따라, 광선 정형 대물렌즈(14)로부터 발원하는 투사광이 폴(H1, H2와 V1, V2)만을 조명하게 된다.
도 3에 도시되는 배열에서 수직 구조물(36)에 비해 수평 구조물(34)이 더 큰 강도로 이미징되기 때문에(이는 편광 방향(38)으로 잔류 편광이 생기는 경우에도 마찬가지임), 수평 구조물(34)들을 이미징하는 데 기여하는 광선들만이 퓨필 필터(20)의 도움으로 감쇠된다. 이 광선들이 두개의 폴(H1, H2)만을 투과하기 때문에, 폴(V1, V2)에 대한 감쇠가 폴(H1, H2) 영역에서 발생하도록 퓨필 필터(20)가 구성된다.
도 7은 일실시예에 따른 퓨필 필터(20)의 평면도다. 퓨필 필터(20)는 당 분야에 잘 알려진 그레이 값으로 설계되며, 흡수율이 증가한 영역(40, 42)들은 어둡게 표시하였다. 각도적인 측면에서, 퓨필 필터(20)는 퓨필 플레인(PP) 내에 또는 그 근방에 삽입되어, 영역(40, 42)들이 감쇠를 위해 폴(H1, H2)을 완전히 덮을 수 있게 한다. 퓨필 필터(20)의 흡수율은 영역(40, 42) 바깥에서 가능한 0%에 가까워 야 한다. 이렇게 되면 어떤 불필요한 광 손실이 발생하지 않을 것이다.
웨이퍼(W) 상에 발생되는 구조물들의 폭이 구조물들의 배향에 독립적이도록, 영역(40, 42) 내부에서 흡수율이 증가되어야 할 값은, 특정 경우의 조건들에 달려있다. 프로젝션 노광 장치의 나머지 컴포넌트들의 편광-교란 영향들이 물릴적인 결함이나 제작과정 중의 허용공차에 부분적으로 기인하기 때문에, 구조물 폭들에 대해 최적의 배향 독립성을 웨이퍼 상에서 달성할 수 있는, 독립영역(40, 42) 내부에서의 흡수율을 정확하게 미리 연산하는 것은 어렵다.
따라서, 측정에 의해 구조물 배향에 대한 구조물 폭의 의존도를 먼저 결정하는 것이 더 간단할 것이다. 그후, 최대한의 배향 의존적 구조물 폭을 얻기 위해 영역(40, 42)에서의 흡수가 얼마나 커야할 지를 확립하는 것이 상대적으로 간단하다.
도 8에서는 포토레지스트(PR)에 도달하는 투사광(L)의 강도 프로파일(I(x))이 구조물 배향을 따라 나타나는 위치를 표시하는 좌표 x의 함수로 도시된다. 여기서, 퓨필 필터(20)는 교환 홀더(18)에 위치한다고 가정한다. 실선(46)은 수직 구조물(36)에 대한 강도를 나타내며, 점선은 수평 구조물(34)의 강도를 나타낸다. 동일 위치(x1, x2)에서 포토레지스트(PR)의 노광 임계치(IE)에 도달하여, 포토레지스트(PR)를 노광시킴으로서 구획되어 웨이퍼(W) 상에 발생되는 구조물들이 배향에 관계없이 동일한 폭 x2-x1을 가진다.
비교를 위해, 도 9는 퓨필 필터(20)가 교환 홀더(18)로부터 제거된 경우의 강도 분포 I(x)를 나타낸다. 수평 구조물(34)는 이제 더 높은 강도로 이미징되며, 따라서, 동일한 노광 시간동안, 이전에 비해 바깥쪽에 놓인 위치 x1', x2'에서 노광 임계치 IE에 도달한다. 수평 구조물에 대해 이러한 방식으로 발생되는 구조물 폭 x2'-x1'은 따라서, 수직 구조물의 구조물 폭 x2-x1보다 크다.
마스크(M) 상에서 구조물들이 서로 다르게 배향되어 있을 때 퓨필 플레인(PP)의 다른 영역들도 조명될 것임을 이해할 수 있을 것이다. 국부적 흡수 계수 분포는 그후 이에 따라 조정될 필요가 있을 것이다.
그레이 값 필터 대신에, 다른 종류의 흡수 필터를 이용하는 것도 물론 가능하다. 국부적으로, 특히 방위각에 따라 변화하는 흡수를 얻는 것이 가능하다면 다른 종류의 흡수 필터를 이용하는 것이 가능한 것이다. 그 영역들은 감쇠될 폴에 대해 일정한 흡수율을 반드시 가질 필요는 없다. 특히, 폴에 대해 서로 다른 밀도를 가지는, 방사형으로 뻗어가는 와이어같은 얇은 불투명 구조물들을 배열하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 와이어들을 가진 다수의 필터 소자들이 서로 위에 배열될 경우, 감쇠될 폴에 대한 평균 흡수율이 필터 소자들의 상대적 회전에 의해 연속적으로 조정될 수 있다. 이에 관하여 미국특허 6,535,274 A 호의 기재내용을 참고할 수 있다.

Claims (21)

  1. 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치를 교정하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    a) 여러가지 배열의 구조물(34, 36)들을 포함하는 마스크(M)를 제공하는 단계,
    b) 이미지 플레인을 가진 프로젝션 대물렌즈를 제공하는 단계,
    c) 프로젝션 대물렌즈의 이미지 플레인에 마스크를 이미징시키는 단계,
    d) 동일한 폭을 가진 구조물들의 이미지가 구조물들의 배열에 얼마나 의존하는 지를 측정하는 단계,
    e) 흡수 필터의 흡수 계수 분포를 결정하고, 단계 d)에서 얻은 측정값들을 고려하여, 흡수 필터가 프로젝션 노광 장치의 퓨필 플레인에 또는 퓨필 플레인에 인접하게 삽입될 때 단계 d)에서 측정한, 의존도가 감소되도록 하는 단계, 및
    f) 단계 e)에서 결정한 흡수 계수 분포를 가진 흡수 필터를 퓨필 플레인에 또는 퓨필 플레인에 인접한 위치에 삽입하는 단계
    를 포함하고, 상기 흡수 계수 분포는 국부적으로 또는 각도의 함수로 변화하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 구조물(34, 36)들의 배열이 구조물들의 배향에 의해 서로 차별화되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구조물(34, 36)들의 배열이 인접 구조물들 간의 거리에 의해 서로 차별화되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 프로젝션 노광 장치의 조명 시스템에 퓨필 플레인이 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 프로젝션 노광 장치의 프로젝션 대물 렌즈에 퓨필 플레인이 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 이미지 플레인에 이미징되는 구조물들의 폭이 단계 b)에서 측정되고, 측정된 폭은 마스크에 포함된 대응하는 구조물들의 폭과 비교되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  7. 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치에 있어서, 상기 장치는,
    a) 투사광(L)을 발생시키기 위한 조명 시스템(IS),
    b) 가변적인 흡수 계수 분포를 가진 흡수 필터(20),
    c) 마스크(M)를 포함하며,
    상기 마스크는
    구조물(34, 36)들을 포함하고,
    투사광(L)에 의해 조명되며,
    구조물(34, 36)들의 배향에 의해 서로 구분되고, 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 의존하는 투과율을 가지는, 영역들을 가지며,
    입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 대한 상기 영역들의 투과율의 의존도를 적어도 부분적으로 보상하도록 상기 흡수 필터(20)의 흡수 계수 분포가 결정되며, 상기 흡수 계수 분포는 국부적으로 또는 각도의 함수로 변화하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 동일하지만 서로 다르게 배향된 구조물(34, 46)들을 가진 영역들이 동일한 양의 투사광(L)을 투과시키도록 흡수 필터(20)의 흡수 계수 분포가 결정되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  9. 삭제
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 흡수 필터(20)는 국부적으로 변화하는 흡수 계수 분포를 가지며, 조명 시스템(IS)의 퓨필 플레인(PP)에 또는 이에 인접한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 흡수 필터(20)는 방위각에 따라 변화하는 흡수 계수 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 흡수 계수 분포가 투폴드 대칭(twofold symmetry)을 나타내는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 흡수 필터(20)는 서로 정반대편에 위치하는 두개의 제 1 필터 영역(40)들을 가지며, 제 1 필터 영역(40)들 내부에서는 흡수율이 일정한 제 1 값을 가지고, 상기 흡수 필터는 서로 정반대편에 위치하는 두개의 제 2 필터 영역들을 가지며, 제 2 필터 영역들 내부에서는 흡수율이 일정한 제 2 값을 가지며, 상기 제 2 값은 상기 제 1 값과 다른 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 흡수 필터(20)는 그레이 값 필터인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  15. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 마스크(M)는 제 1 방향을 따라 배향된 제 1 구조물(34)을 가진 제 1 영역과, 제 1 방향과는 다른 제 2 방향을 따라 배향된 제 2 구조물(36)을 가진 제 2 영역을 포함하고, 제 1 방향(38)을 따라 선형 편광된 투사광(L)의 편광 컴포넌트에 대한 제 1 영역의 투과율이 이에 대해 수직인 편광 방향을 가진 편광 컴포넌트에 대한 투과율과 다른 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 1 영역의 구조물(34)을 이미징하는 데 기여하는 제 1 투사광은 제 2 영역의 구조물(36)들을 이미징하는 데 기여하는 투사광과는 다른 위치(H1, H2)에서 조명 시스템(IS)의 퓨필 플레인(PP)을 통과하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 제 1 투사광이 조명 시스템(IS)의 퓨필 플레인(PP)을 통과하는 위치(H1, H2)는 서로 정반대편에 위치하는 두개의 제 1 폴(H1, H2)이고, 제 2 투사광이 조명 시스템의 퓨필 플레인을 통과하는 위치들은 서로 정반대편에 위치하는 두개의 제 2 폴(V1, V2)이며, 상기 제 2 폴(V1, V2)은 상기 제 1 폴(H1, H2)에 대해 90도만큼 오프셋되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  18. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    투사광(L)은 파장 λ를 가지며,
    마스크(M) 상의 구조물(34, 36)들은, 파장 λ에서 서로 다른 방향으로 배향된 구조물(34, 36)들의 투과율이 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 의존하도록, 충분히 작게 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  19. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 감광층(PR)에 마스크(M)를 이미징하는 프로젝션 대물렌즈(PL)를 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치.
  20. 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치를 교정하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    a) 투사광(L)을 발생시키기 위한 조명 시스템(IS)을 제공하는 단계,
    b) 마스크(M)를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 마스크(M)는
    구조물(34, 36)들을 포함하고,
    투사광(L)에 의해 조명되며,
    구조물(34, 36)들의 배향에 의해 서로 구분되고, 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 의존하는 투과율을 가지는, 영역들을 가지며,
    c) 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 대한 상기 영역들의 투과율의 의존도를 적어도 부분적으로 보상하도록, 조명 시스템에 삽입될 흡수 필터(20)의 흡수 계수 분포를 확립하는 단계,
    d) 조명 시스템(IS)에 흡수 필터를 삽입하는 단계
    를 더 포함하며, 상기 흡수 계수 분포는 국부적으로 또는 각도의 함수로 변화하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 교정 방법.
  21. 마이크로스트럭처 컴포넌트의 마이크로리소그래픽 제작 방법에 있어서, 상기 방법은,
    a) 청구항 19에 따른 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치를 제공하는 단계,
    b) 구조물(34, 36)들을 포함하고,
    투사광(L)에 의해 조명되며,
    구조물(34, 36)들의 배향에 의해 서로 차별화되고, 입사되는 투사광(L)의 편광 상태에 의존하는 투과율을 가지는, 영역들을 포함하는 마스크(M)를 배치하는 단계,
    c) 프로젝션 대물 렌즈(PL)의 이미지 플레인에 배열되는 감광층(PR)에 상기 영역들을 투사시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트럭처 컴포넌트의 마이크로리소그래픽 제작 방법.
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