KR102130481B1

KR102130481B1 - 노광 장치, 노광 방법, 및 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR102130481B1
Application number: KR1020160165530A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 나가이
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2020-07-06
Also published as: TWI656410B; JP6674250B2; CN106886131A; CN106886131B; TW201732441A; JP2017111311A; KR20170072128A

Abstract

본 발명의 기준 파장에 있어서 투과광의 위상을 서로 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 사용하여 기판을 노광하는 노광 장치이며, 상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 광의 조명 파장을 변경하는 제1 변경부와, 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부와, 상기 제1 변경부에 의해 상기 기준 파장과는 다른 파장으로 변경된 상기 조명 파장 및 상기 기준 파장에 기초하여 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 기준 파장과는 다른 파장으로 변경된 상기 조명 파장으로 상기 위상 시프트 마스크를 조명하고, 상기 조명 파장 및 상기 기준 파장에 기초하여 변경된 상기 구면 수차를 갖는 상기 투영 광학계를 사용하여 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.

Description

노광 장치, 노광 방법, 및 물품의 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}

본 발명은 노광 장치, 노광 방법 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 등의 제조 공정(리소그래피 공정)에 있어서 마스크의 패턴을 기판에 전사하기 위하여 사용되는 노광 장치에는, 회로 패턴의 미세화나 고집적화에 수반하여, 해상 성능의 향상이 요구되고 있다. 해상 성능을 향상시키는 하나의 방법으로서는, 투과광의 위상을 180도 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역이 설치된 위상 시프트 마스크를 사용하는 위상 시프트법이 알려져 있다.

위상 시프트법에서는, 위상 시프트 마스크의 제조 오차 등에 의해 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광과의 위상차가 180도로부터 어긋나면, 초점 심도가 변화할 수 있다. 일본 특허 공개 평 10-232483호 공보에는, 위상 시프트 마스크에 있어서의 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광과의 위상차를 측정한 결과에 기초하고, 당해 위상차가 180도로부터 어긋나는 것에 의해 생기는 초점 심도의 변화를 보정하는 방법이 제안되어 있다.

노광 장치에 있어서의 해상 성능을 더욱 향상시키기 위해서는, 위상 시프트 마스크를 조명하는 조명광의 파장(즉, 노광 파장)을 짧게 하면 된다. 그러나, 조명광의 파장을, 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광과의 위상차가 180도가 되는 기준 파장으로부터 어긋나게 하면, 조명광의 파장과 기준 파장과의 어긋남에 따라서 초점 심도가 변화할 수 있다. 일본 특허 공개 평 10-232483호 공보에 기재된 방법에서는, 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광과의 위상차의 측정 결과에 기초하여 초점 심도를 보정하고 있기 때문에, 조명광의 파장을 변경한 후에 당해 위상차를 측정할 필요가 있고, 초점 심도를 보정하는 공정이 번잡해질 수 있다.

본 발명은, 위상 시프트 마스크를 사용하여 기판을 노광할 때의 해상 성능 및 초점 심도의 점에서 유리한 기술을 제공한다.

본 발명의 일측면으로서의 노광 장치는, 기준 파장에 있어서 투과광의 위상을 서로 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 사용하여 기판을 노광하는 노광 장치이며, 상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 광의 조명 파장을 변경하는 제1 변경부와, 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부와, 상기 제1 변경부에 의해 상기 기준 파장과는 다른 파장으로 변경된 상기 조명 파장 및 상기 기준 파장에 기초하여 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 기준 파장과는 다른 파장으로 변경된 상기 조명 파장으로 상기 위상 시프트 마스크를 조명하고, 상기 조명 파장 및 상기 기준 파장에 기초하여 변경된 상기 구면 수차를 갖는 상기 투영 광학계를 사용하여 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 추가적인 특징은, 첨부 도면을 참조로 한 이하의 예시적인 실시 형태의 설명에 의해 밝혀질 것이다.

도 1은, 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는, 위상 시프트 마스크를 사용하여 포커스 특성의 리소그래피·시뮬레이션을 행한 결과를 도시하는 도면이다.
도 3은, 초점 심도의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 위상 시프트 마스크를 사용하여 포커스 특성의 리소그래피·시뮬레이션을 행한 결과를 도시하는 도면이다.
도 5는, 광학 소자의 구동량과 투영 광학계에 발생하는 구면 수차와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은, 변경량 정보를 취득하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 투영 광학계의 구면 수차를 변경한 복수의 조건의 각각에 관한 포커스 특성을 도시하는 도면이다.
도 8은, 투영 광학계의 구면 수차를 변경한 복수의 조건의 각각에 관한 포커스 특성을 도시하는 도면이다.
도 9는, 변경량 정보의 일례를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 부재 내지 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

<제1 실시 형태>

본 발명에 따른 제1 실시 형태의 노광 장치(100)에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태의 노광 장치(100)는 해상 성능(해상력)을 향상시키기 위해서, 투과광을 서로 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크 M을 사용하여, 예를 들어 단결정 실리콘 기판이나 유리 기판 등의 기판 P를 노광한다. 위상 시프트 마스크 M에는 몇 가지의 종류가 있고, 레벤슨형 위상 시프트 마스크나 하프톤형 위상 시프트 마스크가 있다. 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 편리성이 높고, 반도체 제조의 분야에 있어서 가장 일반적으로 사용되고 있다. 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 광을 투과하는 제1 영역(투과 영역)과, 광의 투과율이 제1 영역보다 작은 제2 영역(부분 투과 영역)을 포함하고, 어느 기준 파장에 있어서 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광의 위상차가 180도로 되도록 설계되어 있다. 제2 영역에는, 바이너리 마스크에서 말하는 차광막 대신에 광의 투과율이 예를 들어 3％ 내지 20％인 부분 투과막이 설치되어 있고, 부분 투과막의 재료로서는, 예를 들어 산화질화크롬, 산화질화몰리브덴실리사이드 등이 사용된다. 이렇게 구성된 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하면, 기판 P에 투영된 패턴 상의 에지가 강조되기 때문에, 해상 성능을 향상시킬 수 있다.

이어서, 제1 실시 형태의 노광 장치(100)의 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태의 노광 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 노광 장치(100)는, 예를 들어 위상 시프트 마스크 M을 조명하는 조명 광학계(1)와, 위상 시프트 마스크 M의 패턴 상을 기판 P에 투영하는 투영 광학계(2)와, 제어부(3)와, 콘솔부(4)를 포함할 수 있다. 제어부(3)는, 예를 들어 CPU나 메모리를 포함하고, 노광 장치(100)의 각 부를 제어한다(기판 P를 노광하는 노광 처리를 제어함). 콘솔(40)은 오퍼레이터가 노광 장치(100)를 조작하기 위한 유닛이다. 또한, 노광 장치(100)는 위상 시프트 마스크 M을 유지하여 이동 가능한 마스크 스테이지(5)와, 기판 P를 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지(6)를 포함할 수 있다.

조명 광학계(1)는, 예를 들어 광원(11), 파장 필터(12), ND 필터(13), 옵티컬·인테그레이터(14), 콘덴서 렌즈(15), 빔 스플리터(16a), 검출기(16b), 마스킹 블레이드(17), 렌즈(18) 및 미러(19)를 포함할 수 있다. 광원(11)은, 예를 들어 g선, h선 및 i선 등의 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하는 브로드 광(무게 중심 파장 400nm)을 사출하는 초고압 수은 램프 등이 사용될 수 있다. 파장 필터(12)는 소정의 범위 내의 파장의 광을 투과하고, 당해 범위 밖의 파장 광을 차단하도록, 즉, 광원(11)으로부터 사출된 브로드 광의 파장 대역을 좁히도록 구성된다. 조명 광학계(1)에는, 투과하는 광의 파장 범위가 서로 상이한 복수의 파장 필터(12)가 설치될 수 있다. 그리고, 복수의 파장 필터(12) 중 하나를 광로 상에 배치함으로써, 위상 시프트 마스크 M을 조명하는 광의 파장을 변경할 수 있다. 즉, 파장 필터(12)는 조명 파장을 변경하는 제1 변경부로서의 기능을 갖는다. 여기서, 제1 실시 형태에서는, 파장 필터(12)를 제1 변경부로서 사용하고 있지만, 예를 들어 사출하는 광의 파장을 변경 가능하도록 구성된 광원(11)을 제1 변경부로서 사용해도 된다. 또한, 이하에서는, 위상 시프트 마스크 M을 조명하는 광의 파장을 「조명 파장」이라고 칭한다.

ND 필터(13)는 파장 필터(12)를 투과한 광의 강도를 조정하기 위하여 사용된다. 옵티컬·인테그레이터(14)는 위상 시프트 마스크 M에 조명되는 광의 강도 분포를 균일화하기 위한 광학계이다. 옵티컬·인테그레이터(14)를 투과한 광은, 콘덴서 렌즈(15)에서 집광되어 빔 스플리터(16a)에 입사한다. 빔 스플리터(16a)에 입사한 광의 일부는, 빔 스플리터(16a)에서 반사되어 검출기(16b)에 입사한다. 검출기(16b)는 입사한 광의 강도 및 파장을 검출하도록 구성된다. 이에 의해, 제어부(3)는 검출기(16b)에 의한 검출 결과에 기초하여, 콘덴서 렌즈(15)를 투과한 광의 강도 및 파장이 원하는 값이 되도록, 광원(11) 및 파장 필터(12)를 제어할 수 있다. 한편, 빔 스플리터(16a)를 투과한 광은, 마스킹 블레이드(17), 렌즈(18) 및 미러(19)를 개재하여, 위상 시프트 마스크 M에 입사한다. 마스킹 블레이드(17)에는, 위상 시프트 마스크 M을 조명하는 범위를 규정하기 위한 개구가 형성되어 있고, 당해 개구의 상이 렌즈(18)에 의해 위상 시프트 마스크 M 위에 결상된다.

투영 광학계(2)는, 예를 들어 보정 광학 소자(21), 사다리꼴 거울(22), 오목 거울(23), 광학 소자(24), 볼록 거울(25) 및 NA 조리개(26)를 포함할 수 있다. 위상 시프트 마스크 M을 통과한 광은, 보정 광학 소자(21)에 입사한다. 보정 광학 소자(21)는, 예를 들어 평행 평판을 포함하고, 당해 평행 평판을 광축에 대하여 기울임으로써, 코마 수차나 비점 수차, 왜곡 수차의 보정을 행할 수 있다. 보정 광학 소자(21)를 투과한 광은, 사다리꼴 거울(22) 및 오목 거울(23)에서 반사되어 볼록 거울(25)에 입사한다. 그리고, 볼록 거울(25)에서 반사된 광은, 오목 거울(23)의 면 및 사다리꼴 거울(22)에서 반사되어 기판 P에 입사한다. 또한, 오목 거울(23)과 볼록 거울(25)과의 사이(예를 들어, 후술하는 광학 소자(24)와 볼록 거울(25)과의 사이)에는, 투영 광학계(2)의 개구수(NA)를 변화시키기 위한 NA 조리개(26)가 배치된다. NA 조리개(26)는, 광을 통과시키는 개구를 갖고 있고, 당해 개구의 직경을 도시하지 않은 구동 기구로 변화시킴으로써, 투영 광학계(2)의 개구수(NA)를 변화시킬 수 있다.

이렇게 위상 시프트 마스크 M을 사용하여 기판 P를 노광하는 노광 장치(100)에서는, 최근에 있어서의 회로 패턴의 미세화나 고집적화에 수반하여, 해상 성능을 더욱 향상시킬 것이 요구되고 있다. 해상 성능을 더욱 향상시키는 방법의 하나로서는, 예를 들어 브로드 광의 파장 대역을 좁히는 것 등에 의해, 조명 파장을 변경하는(짧게 하는) 방법이 있다. 그러나, 조명 파장을 변경하면, 조명 파장이 제1 영역의 투과광과 제2 영역의 투과광과의 위상차가 180도가 되는 기준 파장으로부터 어긋나기 때문에, 조명 파장과 기준 파장과의 어긋남에 따라서 포커스 특성이 기울고, 초점 심도가 저하될 수 있다. 이 현상에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다.

도 2는, 2.0㎛의 홀 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크 M을 사용하여 포커스 특성의 리소그래피·시뮬레이션을 행한 결과를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 그래프는 포커스 특성을 나타내고 있고, 횡축은 디포커스량 및 종축은 해상 성능으로서의 CD값(해상 선폭)이다. 또한, 도 2의 실선(31)은 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장을 h선 파장(405nm)으로 하고, g선, h선 및 i선 등의 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하는 브로드 광(무게 중심 파장 400nm)으로 당해 위상 시프트 마스크 M을 조명했을 때의 결과를 나타내고 있다. 도 2의 파선(32)은 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장을 h선 파장으로 하고, i선(365nm)으로 당해 위상 시프트 마스크 M을 조명했을 때의 결과를 나타내고 있다. 도 2의 일점 쇄선(33)은 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장을 i선 파장으로 하고, i선으로 당해 위상 시프트 마스크 M을 조명했을 때의 결과를 나타내고 있다.

먼저, 본 실시 형태에 있어서의 초점 심도의 정의에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 포커스 특성에 있어서의 CD값의 피크값(최댓값 또는 최솟값)을 결정하고, 당해 피크값에 목표 CD값의 10％를 더한 제1 값과, 당해 피크값에 목표 CD값의 10％를 뺀 제2 값을 구한다. 그리고, 당해 포커스 특성의 CD값이 제1 값과 제2 값과의 사이에 수용되는 디포커스량의 범위를, 초점 심도라고 하고 있다.

이어서, 도 2의 실선(31) 및 파선(32)을 참조하여, 기준 파장이 h선 파장(405nm)인 위상 시프트 마스크 M을, 400nm의 조명 파장의 광에서 조명하는 경우와, 365nm의 조명 파장의 광(i선)에서 조명하는 경우를 비교한다. 실선(31)과 파선(32)을 비교하면, 기준 파장과 조명 파장이 실질적으로 동일한 실선(31)에서는 초점 심도가 41㎛인 것에 비하여, 조명 파장을 i선으로 한 파선(32)에서는, 포커스 특성이 급준한 특성이 되어, 초점 심도가 32㎛로 좁아져 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 해상 성능을 향상시키기 위하여 조명 파장을 변경하면, 조명 파장과 기준 파장과의 어긋남에 따라서 초점 심도가 저하되는 것을 나타내고 있다.

한편, 도 2의 일점 쇄선(33)에 도시하는 바와 같이, 365nm의 조명 파장의 광(i선)에서 위상 시프트 마스크 M을 조명하는 것에 맞추어, 기준 파장이 i선 파장인 위상 시프트 마스크 M을 사용하면, 초점 심도를 36㎛까지 개선할 수 있다. 그러나, 이것은 변경 후의 조명 파장을 기준 파장으로서 갖는 위상 시프트 마스크 M을 새롭게 준비할 필요가 있음을 나타내고 있다. 즉, 종래의 노광 장치에 있어서 조명 파장을 예를 들어 30nm 이상 변경함으로써 해상 성능을 향상시키기 위해서는, 변경 후의 조명 파장에 따라서 위상 시프트 마스크 M을 새롭게 다시 제작할 필요가 있었다.

따라서, 제1 실시 형태의 노광 장치(100)는, 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경하면 초점 심도가 변화하는 것을 이용하여, 기준 파장과는 다른 파장에 조명 파장을 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화를 보정한다. 즉, 노광 장치(100)는 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부를 갖고, 기준 파장과는 다른 파장에 조명 파장을 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록, 기준 파장 및 변경 후의 조명 파장에 기초하여 제2 변경부를 제어한다. 제2 변경부는, 투영 광학계(2)의 광로 상(예를 들어 오목 거울(23)과 볼록 거울(25)과의 사이의 광로 상)에 배치된 광학 소자(24)와, 광학 소자(24)를 구동하는 구동부(27)를 포함할 수 있다. 광학 소자(24)는, 예를 들어 메니스커스 렌즈를 포함하고, 오목 거울(23)과 볼록 거울(25) 사이에서, 오목 거울(23)로부터의 거리와 볼록 거울(25)로부터의 거리의 비율이 바뀌는 방향(도 1에 있어서의 X 방향)으로 구동부(27)에 의해 구동된다. 이렇게 광학 소자(24)를 구동함으로써, 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경할 수 있다.

도 4는, 2.0㎛의 홀 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크 M을 사용하여 포커스 특성의 리소그래피·시뮬레이션을 행한 결과를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 그래프는 포커스 특성을 나타내고 있고, 횡축은 디포커스량 및 종축은 해상 성능으로서의 CD값(해상 선폭)이다. 도 4의 실선(41)은 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장을 h선 파장(405nm)으로 하고, g선, h선 및 i선 등의 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하는 브로드 광(무게 중심 파장(400nm)으로 당해 위상 시프트 마스크 M을 조명했을 때의 결과를 나타내고 있다. 도 4의 파선(42)은, 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장을 h선 파장으로 하고, i선(365nm)으로 당해 위상 시프트 마스크 M을 조명했을 때의 결과를 나타내고 있다. 도 4의 실선(41) 및 파선(42)은, 도 2의 실선(31) 및 파선(32)에 각각 대응하여, 41㎛ 및 32㎛의 초점 심도를 각각 갖는다.

또한, 도 4의 이점 쇄선(43)은 파선(42)의 조건에 대하여, 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경했을 때의 결과를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 4의 이점 쇄선(43)은 파선(42)이 얻어졌을 때의 투영 광학계(2)의 구면 수차에 +0.1λ의 구면 수차가 추가로 부가되도록, 구동부(27)에 의해 광학 소자(24)를 구동했을 때의 결과를 나타내고 있다. 이렇게 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경함으로써, 기준 파장과 조명 파장을 서로 상이하게 한 조건이어도, 기준 파장과 조명 파장이 실질적으로 동일한 실선(41)에 포커스 특성을 접근할 수 있다. 즉, 조명 파장을 변경함으로써 변화한 초점 심도를, 기준 파장과 조명 파장이 실질적으로 동일할 때의 초점 심도에 가까워지도록 보정할 수 있다.

여기서, 노광 장치(100)(제어부 3)는 기준 파장과 변경 후의 조명 파장과의 파장 차에 대한 투영 광학계(2)의 구면 수차 변경량을 나타내는 정보(이하, 변경량 정보)에 기초하여, 제2 변경부를 제어하면 된다. 예를 들어, 제어부(3)는 구동부(27)에 의한 광학 소자(24)의 구동량과, 당해 구동량일 때에 투영 광학계(2)에 발생하는 구면 수차와의 관계를 미리 구해 둔다. 당해 관계는, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 비례 관계가 될 수 있다. 도 5는, 광학 소자(24)의 구동량과 투영 광학계(2)에 발생하는 구면 수차와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 5의 횡축에서는, 광학 소자(24)를 기준 위치(구동량=0)로부터 오목 거울(23)을 향하여 구동시키는 방향(도 1에 있어서의 +X 방향)을 정방향으로 하고 있다. 그리고, 제어부(3)는 당해 관계 및 변경량 정보에 기초하여, 조명 파장을 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화를 보정하기 위한 광학 소자(24)의 구동량을 구하고, 구한 구동량을 따라서 구동부(27)를 제어한다.

이하에, 변경량 정보를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 변경량 정보는, 예를 들어 서로 상이한 복수의 파장의 각각에 조명 파장을 변경하고, 당해 복수의 파장의 각각에 대하여 초점 심도가 최대가 되는 투영 광학계의 구면 수차를 취득함으로써 구해질 수 있다. 변경량 정보를 구하는 방법의 구체적인 공정에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 변경량 정보를 취득하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 나타내는 흐름도의 각 공정은, 제어부(3)에 의해 실행될 수 있지만, 노광 장치(100)의 외부에 있어서의 컴퓨터 등을 사용하여 실행되어도 된다. 또한, 이하에서는 2.0㎛의 홀 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크 M을 사용하여 변경량 정보를 구하는 예에 대하여 설명하고, 이하의 설명에 있어서의 정의를 다음 1), 2)에 나타내었다.

1) 광학 소자(24)가 기준 위치에 있을 때의 투영 광학계(2)의 구면 수차를 기준 구면 수차(±0mλ)로 한다.

2) 투영 광학계(2)의 구면 수차를 기준 구면 수차(±0mλ)로 했을 때의 베스트 포커스 위치를 「디포커스량=0㎛」로 한다.

S11에서는, 제어부(3)는 구동부(27)로 광학 소자(24)를 이동시킴으로써 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경한 복수의 조건의 각각에 대해서, 포커스 특성(디포커스량과 해상 성능(CD값)과의 관계)을 취득한다. 예를 들어, 제어부(3)는 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경한 복수의 조건의 각각에 대해서, 디포커스량을 흔들었을 때의 해상 성능(CD값)을 취득함으로써, 각 조건에 관한 포커스 특성을, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이 얻을 수 있다.

도 7 및 도 8은, 당해 복수의 조건의 각각에 있어서의 포커스 특성을 각각 도시하는 도면이다. 도 7은, 디포커스량이 0㎛일 때의 CD값이 목표값(2.0㎛)이 되도록 노광량을 조정하여, 각 조건에 관한 포커스 특성을 취득한 결과이다. 또한, 도 8은, 각 조건에 있어서의 CD값의 피크값이 목표값(2.0㎛)이 되도록 노광량을 조정하고, 각 조건에 관한 포커스 특성을 취득한 결과이다. 여기에서는, 복수의 조건의 각각에 있어서의 포커스 특성으로서 도 7 및 도 8을 예시했지만, 변경량 정보를 구하기 위해서는 도 7 및 도 8 중 어느 한쪽에 나타내는 포커스 특성이 취득되면 된다. 또한, 도 7 및 도 8에서는, 기준 구면 수차(±0mλ)에 대한 ±200mλ의 범위 내에 있어서, 100mλ의 피치로 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경했지만, 거기에 한정되는 것은 아니고, 구면 수차를 변경하는 범위 및 피치를 임의로 변경해도 된다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 해상 성능으로서 CD값을 사용하였지만, CD값 이외에, 콘트라스트 값이나 NILS값(Normalized Image Log-Slope) 등을 해상 성능으로서 사용해도 된다. 또한, CD값의 취득 방법으로서는, 예를 들어 위상 시프트 마스크 M의 패턴 상을 검출하는 검출부(예를 들어 이미지 센서)를 기판 스테이지(6)에 구비해 두고, 당해 검출부에 의해 얻어진 화상으로부터 CD값을 취득하는 방법이 사용되어도 된다. 또한, 위상 시프트 마스크 M을 사용하여 실제로 기판 P를 노광하고, 그것에 의해 기판 P에 형성된 패턴의 치수를 외부 장치로 계측한 결과로부터 CD값을 취득하는 방법이 사용되어도 된다.

S12에서는, 제어부(3)는 S11에서 구한 포커스 특성으로부터 복수의 조건의 각각에 대하여 초점 심도를 구하고, 복수의 조건 중에서 초점 심도가 최대가 되는 조건(투영 광학계(2)의 구면 수차 변경량)을 선택한다. 여기서, 제1 실시 형태에서는, 복수의 조건 중에서 초점 심도가 최대가 되는 조건을 선택했지만, 거기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어부(3)는 복수의 조건 중에서 조명 파장과 기준 파장이 동일하고 또한 디포커스량이 0㎛일 때의 초점 심도에 가장 가까운 초점 심도를 갖는 조건을 선택해도 된다. 또한, 제어부(3)는 복수의 조건 중에서 포커스 특성의 피크 위치에 있어서의 기울기가 가장 평탄해지는 조건을 선택해도 된다.

S13에서는, 제어부(3)는 조명 파장을 변경하여 S11 내지 S12의 공정을 반복할 것인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어부(3)는 조명 파장을 변화시키는 범위 및 피치에 관한 정보에 기초하여, 조명 파장을 변경해야 할 복수의 파장을 결정한다. 그리고, 제어부(3)는 결정한 모든 파장에서 S11 내지 S12의 공정을 행한 경우에는 당해 공정을 반복하지 않는다고 판단하고, S11 내지 S12의 공정을 행하지 않은 파장이 있는 경우에는 당해 공정을 반복한다고 판단한다. S11 내지 S12의 공정을 반복한다고 판단된 경우에는 S14에 진행하고, S14에서 조명 파장을 변경한 후, S11로 진행한다. 한편, S11 내지 S12의 공정을 반복하지 않는다고 판단된 경우에는 S15로 진행한다. S15로 진행하는 경우, 제어부(3)는 초점 심도가 최대가 되는 구면 수차의 변경량을, 결정된 복수의 파장의 각각에 대하여 취득하고 있는 것이 된다.

S15에서는, 제어부(3)는 S14에서 결정된 복수의 파장의 각각과 위상 시프트 마스크 M의 기준 파장과의 차를 구하고, 당해 차와 초점 심도가 최대가 되는 구면 수차의 변경량과의 관계를, 변경량 정보로서 결정한다. 도 9는, S15에서 구해진 변경량 정보의 일례를 도시하는 도면이다. 변경량 정보는 상술한 바와 같이, 기준 파장과 변경 후의 조명 파장과의 파장 차에 대한 투영 광학계(2)의 구면 수차의 변경량을 나타내는 정보이고, 도 9에 나타내는 예에서는, 파장 차는 변경 후의 조명 파장에서 기준 파장을 뺀 값으로서 정의될 수 있다. 이렇게 변경량 정보를 결정함으로써, 제어부(3)는 조명 파장을 변경했을 때, 기준 파장과 변경 후의 조명 파장과의 차 및 도 9에 나타내는 변경량 정보에 기초하여, 투영 광학계(2)의 구면 수차 변경량을 구할 수 있다. 그리고, 제어부(3)는 도 5에 도시하는 광학 소자(24)의 구동량과 투영 광학계(2)에 발생하는 구면 수차와의 관계에 기초하여, 구한 구면 수차의 변경량으로부터 광학 소자(24)의 구동량을 구할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 노광 장치(100)는 기준 파장과는 다른 파장에 조명 파장을 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록, 기준 파장 및 변경 후의 조명 파장에 기초하여 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경하도록 구성된다. 이에 의해, 노광 장치(100)는 위상 시프트 마스크를 새롭게 제작하지 않고, 노광 장치(100)의 해상 성능이 향상되도록 조명 파장을 변경할 수 있다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 광학 소자(24)를 이동시킴으로써 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경했지만, 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 투영 광학계(2)의 구면 수차 변경량이 서로 상이한 복수의 광학 소자(24)를 구비해 두고, 광학 소자(24)를 교환함으로써 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경해도 된다. 이 경우, 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부에는, 광학 소자(24)를 교환하기 위한 교환부가 포함될 수 있다. 또한, 투영 광학계(2)의 구면 수차를 변경하는 방법으로서는, 투영 광학계(2)에 있어서의 광로 상에 투명한 평판을 배치하는 방법이나, 위상 시프트 마스크 M과 투영 광학계(2)와의 거리를 변경하는 방법 등도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 투영 광학계(2)의 예로서 오프터형의 광학계를 사용하여 설명했지만, 오프터형 이외의 광학계도 투영 광학계(2)로서 사용할 수 있다.

<제2 실시 형태>

노광 장치(100)에 있어서, 기준 파장과는 다른 파장에 조명 파장을 변경하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 초점 심도 외에, 디포커스량도 변화할 수 있다. 그리고, 조명 파장의 변경에서 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록 제2 변경부를 제어한 후에 있어서도, 디포커스량이 허용 범위에 들어가지 않는 것이 있을 수 있다. 그로 인해, 노광 장치(100)는 디포커스량을 변화시키는 제3 변경부를 포함하고, 제2 변경부를 제어한 후의 디포커스량이 보정되도록 제3 변경부를 제어하면 된다. 제3 변경부로서는, 예를 들어 마스크 스테이지(5) 및 기판 스테이지(6) 중 적어도 한쪽이 사용될 수 있다. 제3 변경부로서 마스크 스테이지(5)를 사용하는 경우에서는, 위상 시프트 마스크 M과 투영 광학계(2)와의 거리를 바꾸는 방향(예를 들어 Z 방향)으로 마스크 스테이지(5)에 의해 위상 시프트 마스크 M을 이동시킴으로써 디포커스량을 변경할 수 있다. 또한, 제3 변경부로서 기판 스테이지(6)를 사용하는 경우에서는, 기판 P와 투영 광학계(2)와의 거리를 바꾸는 방향(예를 들어 Z 방향)으로 기판 스테이지(6)에 의해 기판 P를 이동시킴으로써 디포커스량을 변경할 수 있다. 여기서, 예를 들어 마스크 스테이지(5) 및 기판 스테이지(6) 중 적어도 한쪽이 제2 변경부로서 사용되고 있는 경우에는, 광학 소자(24) 및 구동부(27)를 제3 변경부로서 사용해도 된다.

<물품의 제조 방법의 실시 형태>

본 발명의 실시 형태에 따른 물품의 제조 방법은, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하기에 적합하다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은, 기판에 도포된 감광제에 상기의 노광 장치를 사용하여 잠상 패턴을 형성하는 공정(기판을 노광하는 공정)과, 이러한 공정에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 제조 방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은, 종래의 방법에 비하여, 물품의 성능·품질·생산성·생산 비용 중 적어도 하나에 있어서 유리하다.

예시적인 실시 형태에 관련하여 본 발명이 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니라고 이해되어야 한다. 이하의 청구 범위에는, 구성 및 기능의 모든 변형예 및 균등물이 포함되도록, 가장 넓은 해석이 부여되어야 한다. 상술한 실시 형태에서는, i선, g선 및 h선을 포함하는 파장의 광으로 노광하는 예를 나타냈지만, 파장은 이것으로 한정되는 것은 아니고, g선 및 h선을 포함하는 파장의 광으로 노광하는 예 등, 다른 파장의 광으로 노광해도 된다.

Claims

기준 파장에 있어서 투과광의 위상을 서로 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 사용하여 기판을 노광하는 노광 장치이며,
상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 광의 조명 파장을 변경하는 제1 변경부와,
상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계와,
상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부와,
상기 제1 변경부에 의해 상기 기준 파장과 다른 파장으로 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록, 상기 기준 파장 및 변경 후의 상기 조명 파장에 기초하여 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준 파장과 다른 파장으로 변경된 변경 후의 상기 조명 파장으로 상기 위상 시프트 마스크를 조명하고, 상기 기준 파장 및 변경 후의 상기 조명 파장에 기초하여 변경된 상기 구면 수차를 갖는 상기 투영 광학계를 사용하여 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 변경부에 의해 상기 조명 파장을 30nm 이상 짧게 함으로써 생기는 초점 심도의 변화가 저감되도록 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하는 광을 사출하는 광원을 더 포함하고,
상기 제1 변경부는, 상기 광원으로부터 사출된 상기 복수의 휘선 스펙트럼을 포함하는 광의 파장 대역을 좁힘으로써 상기 조명 파장을 변경하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기준 파장과 변경 후의 상기 조명 파장과의 차에 대한 상기 투영 광학계의 구면 수차 변경량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 제2 변경부를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 조명 파장을 서로 상이한 복수의 파장의 각각으로 변경하고, 상기 복수의 파장의 각각에 대하여 초점 심도가 최대가 되는 상기 투영 광학계의 구면 수차를 구함으로써 상기 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 변경부는, 상기 투영 광학계에 있어서의 광로 상에 배치된 광학 소자를 이동시킴으로써 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 변경부는, 상기 투영 광학계에 있어서의 광로 상에 배치된 광학 소자를 교환함으로써 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제7항에 있어서, 상기 투영 광학계는 오목 거울 및 볼록 거울을 포함하고,
상기 광학 소자는, 상기 오목 거울과 상기 볼록 거울과의 사이의 광로 상에 배치된 메니스커스 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 디포커스량을 변경하는 제3 변경부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제2 변경부를 제어한 후의 디포커스량이 보정되도록 상기 제3 변경부를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준 파장은, 상기 제1 영역의 투과광과 상기 제2 영역의 투과광과의 위상차가 180도로 될 때의 파장인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
기준 파장에 있어서 투과광의 위상이 서로 다른 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크와, 상기 위상 시프트 마스크의 패턴 상을 기판에 투영하는 투영 광학계를 사용하여 상기 기판을 노광하는 노광 방법이며,
상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 광의 조명 파장을 상기 기준 파장과 다른 파장으로 변경하는 공정과,
상기 조명 파장을 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록, 상기 기준 파장 및 변경 후의 상기 조명 파장에 기초하여, 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
마스크를 조명하는 광의 조명 파장을 변경하는 제1 변경부, 상기 마스크의 패턴 상을 기판에 투영하는 투영 광학계, 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하는 제2 변경부, 및 상기 제1 변경부에 의한 파장의 변경에 기초하여 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 제어부를 포함하는 노광 장치와, 기준 파장에 있어서 투과광의 위상을 서로 상이하게 하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 사용하여, 기판을 노광하는 노광 방법이며,
상기 제1 변경부에 의해 상기 조명 파장을 상기 기준 파장과는 다른 파장으로 변경함으로써 발생하는 초점 심도의 변화가 보정되도록, 상기 기준 파장 및 변경 후의 상기 조명 파장에 기초하여 상기 제2 변경부에 의한 상기 구면 수차의 변경을 제어하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 공정과,
상기 공정에서 노광을 행한 상기 기판을 현상하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품의 제조 방법.