KR20000057055A

KR20000057055A - 전사 투영 장치

Info

Publication number: KR20000057055A
Application number: KR1019990057441A
Authority: KR
Inventors: 파울 반데르빈; 오스카르프란시스쿠스조제푸스 노르드만
Original assignee: 에이에스엠 리소그라피 비.브이.
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2000-09-15
Also published as: JP2000182954A; JP3843197B2; TW460755B; KR100554894B1; US6455862B1; DE69933918T2; DE69933918D1

Abstract

본 발명은,

전자기 방사의 투영빔(PB)을 공급하는 방사 시스템(LA, Ex, IN, CO);

마스크(MA)를 고정하는 마스크홀더가 제공된 마스크테이블(MT);

기판(W)을 고정하는 기판홀더가 제공된 기판테이블(WT); 및

기판(W)의 목표영역(C) 상에 마스크(MA)의 조사부를 결상하는 투영 시스템(PL)을 포함하고,

전자기 방사는 200 nm 이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 장치는 기판 레벨에서 조사-유도된 드리프트의 세기(Is)를 실질적으로 보상함으로써 기판 레벨에서의 에너지 양(Ds)을 거의 일정한 값으로 유지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치에 관한 것이다.

Description

전사 투영 장치{LITHOGRAPHIC PROJECTION APPARATUS}

본 발명은:

전자기 방사의 투영빔을 공급하는 방사 시스템;

마스크를 고정하는 마스크홀더가 제공된 마스크테이블;

기판을 고정하는 기판홀더가 제공된 기판테이블; 및

기판의 목표영역 상에 마스크의 조사부(irradiated portion)를 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사 투영장치에 관한 것이다.

상기 형태의 전사 투영장치는, 예를 들면, 집적회로의 제작에 사용될 수 있다. 집적회로의 제작에 사용되는 경우, 마스크(레티클)는 집적회로의 각 층에 대응하는 회로패턴을 포함하고, 이 패턴은 감광물질(레지스트)층이 도포된 기판(실리콘 웨이퍼) 상의 목표 영역(다이)에 결상될 수 있다. 대개 단일 웨이퍼는 레티클을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접한 다이들의 전체 연결망을 갖는다. 일 형태의 전사투영장치에서는, 각 다이가 전체 레티클 패턴을 다이 위에 한번에 노광함으로써 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼스테퍼(waferstepper)라 칭한다. 이와 달리, 통상 스텝-앤-스캔장치(step-and-scan apparatus)로 불리는 장치에서는, 투영빔 하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 레티클 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서 상기 스캐닝 방향에 평행 또는 평행하지 않게 웨이퍼테이블을 동시에 스캐닝함으로써 각 다이가 방사된다; 일반적으로, 투영 시스템은 배율인자 (magnification factor :Ｍ)(대개〈1)를 가지므로 웨이퍼테이블이 주사되는 속도(v)는 레티클테이블이 주사되는 속도의 Ｍ배가 된다. 여기에서 설명되는 전사 디바이스에 관한 상세한 정보는 국제특허출원 WO97/33205에서 찾을 수 있다.

최근까지, 이러한 형태의 장치는 단일 마스크테이블과 단일 기판테이블을 포함하였으나, 지금은 예를 들면 국제특허출원 WO98/28665 및 WO98/40791에 기술된 다중 스테이지 장치와 같이 최소 2개의 독립적으로 이동가능한 기판테이블을 장착한 기계도 이용가능하다. 이러한 다중 스테이지 장치의 기본적인 작동원리는, 제 1 기판테이블 상에 위치하는 제 1 기판의 노광을 허용하도록 제 1 기판테이블이 투영시스템의 하부에 있는 동안 제 2 기판테이블은 장전위치로 이동가능하고, 노광된 기판을 방출하고, 새로운 기판을 선택하여, 새 기판 상에서 몇몇 초기 배열측정을 수행하고 나서, 제 1 기판의 노광이 완료하는 대로 투영 시스템 하부의 노광위치로 이 새 기판을 이동시키기 위해 대기하며, 상기 싸이클이 반복된다; 이러한 방법으로, 기계의 스루풋(throughput)을 높힘으로써 기계 소유주의 단가(cost)를 점차로 개선하는 것이 가능하다.

오늘날 가장 일반적으로 사용되는 전사 투영설비는 365 nm(소위, i-line 장치) 또는 248 nm(소위, DUV 장치)의 노광 파장에서 작동한다. 하지만, 전사 설비로 얻을 수 있는 해상도는 파장(λ)에 대해 역비례로 축척되므로, 집적회로에 있어서 감소되는 설계 규칙은 더욱 작은 노광 파장(λ)에 대한 요구를 창출했다. 결과적으로, 수많은 연구가 248 nm 이하의 파장에서 작동하는 새로운 광원을 찾기위하여 수행되어져왔다. 최근에는, 193 nm, 157 nm, 및 126 nm 등의 엑시머 레이저에 의해 생성될 수 있는 새로운 파장에 관심이 집중되어 있고, 연구자들은 이러한 레이저가 전사 용도에 대해 충분한 세기를 생성하도록(적절한 스루풋을 보장하도록) 정제될 수 있기를 희망한다. 본 단락에서, 현재 사용가능한 i-line 설비가 약 3-5 kW 정도의 전력을 갖는 수은 램프를 주로 사용하는 반면, DUV 장치는 대개 약 5-10 W 정도 또는 그 이상의 전력을 갖는 엑시머 레이저를 이용하는 사실에 주목해야 한다. 따라서, 새로운 파장의 엑시머 레이저에 대한 세기 조건은 매우 높다.

본 발명의 양수인은 최근에 193 nm에서 작동하는 세계 최초의 완전 기능(fully functional), 와이드 필드(wide-field), 생산-수준의수준의투영장치의 성공적인 개발을 발표했다; 이전까지는, 193 nm에서 작동하는 비교적 구식인 시험 도구만이 유용했었다. 이러한 장치의 도입은 광원 개발, 조명기 설계, 및 렌즈 재료에 대한 집중적인 연구 수행에 의해 선도되었다. 이러한 연구가 진행되는 동안, 이하에 설명되는 바와 같이, 현존하는 248-nm 디바이스와 새로운 193-nm 기계 사이에서 중요한 차이점이 발견되었다.

본 발명을 유도한 실험에서, 발명자들은 193-nm 광의 강렬한 방사 자속(radiative fluxes)이 그의 경로에 배치된 굴절 물질(예를 들면, 석영 또는 CaF₂렌즈 소자)의 특성에 과도적인 변화를 유발하는 것을 관찰하였다. 한편, 광학 경로에 배치된 렌즈 또는 미러 상에 존재하는 다양한 광학 코팅에서 이와 동일한 효과가 발생하는 것이 발명자들에 의해 관찰되었다. 이러한 변화는, 예를 들면 투영 시스템의 투과율(transmissivity)에 영향을 주므로, 방사 시스템(엑시머 레이저)에 의해 전달된 세기가 일정하게 유지되는 경우에도 기판 테이블에서 수신되는 방사 세기를 변화시킨다; 따라서, 이러한 효과는 기판 상에서 (레지스트 층의 저노광(under-exposure)과 같은) 심각한 노광 에러를 유발할 수 있다. 설상가상으로, 발명자들은 이들 투과율 변화가 복잡한 주기적 종속성(temporal dependence)을 나타내는 것을 발견하였다.

대개, 서문에서 설명된 장치는 부가적으로 하나 이상의 세기(에너지) 센서를 포함한다. 예를 들어, 마스크 앞의 시험위치에서, 투영 빔의 작은 방사부를 빔의 주 경로로부터 세기 센서 위로 전향하는 것이 가능하므로, 방사 시스템에 의해 생성된 세기의 연속적인 모니터링을 허용한다. 이와 유사하게, 기판테이블의 상부 표면에, 기판의 원주 외부에 위치하는 세기 센서를 제공하는 것이 가능하다; 그 후에 이러한 센서는 방사 시스템에 의해 생성된 세기와 기판에서 수신된 실제 세기(Is)의 주기적인 비교를 허용함으로써 규칙적인 기준으로 장치를 보정하는데 사용될 수 있다. 전술한 단락에서 설명된 효과에서 유추하여, 발명자들은 이러한 센서의 감도가 193-nm 방사의 조사로 인해 심각한 주기적 드리프트(temporal drift)를 나타내어, 기판 레벨에서 측정된 세기의 내재적인 에러를 유발할 수 있음을 발견하였다. 물론, 이러한 감도 드리프트의 결과로 (가변적인) 내재적 에러(intrinsic error)가 존재한다면, 이는 수반되는 노광 에러의 위험과 더불어 장치의 오보정(miscalibration)을 유발한다.

248-nm 이상인 방사 파장의 경우, 이전의 두 단락에서 설명된 효과가 지금까지는 관찰되지 않았다. 하지만, 193-nm 에서 작동하는 기계의 경우, 이들의 효과는 매우 심각할 수 있다. 예로, 조사를 위한 실험에서, 5 W ArF 레이저(193nm) 및 석영 및/또는 CaF₂소자(특히, 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens) 또는 광 혼합 봉, 레티클 마스킹 블레이드 인근의 렌즈, 주 투영 렌즈 등)를 포함하는 다양한 광학 부품을 채용하는 스텝-앤-스캔(step-and-scan) 시험 장치의 경우, (레이저와 기판테이블 사이에서) 방사의 경로를 따르는 투과도(T)는 초기 방사의 2-3분 내에 5-7% 만큼 감소하고, 그 후에 조사(irradiation)가 차단(또는 다른 레벨로 설정)될 때, (약 5분 정도의 시간 내에) 상향으로 한번 더 천천히 이완된다. 한편, 상이한 광학 재료 및 재료 조합에 대하여 진폭 및 주기적 거동의 차이가 관찰되었다. 이러한 큰 투과도 변화는 (특히 IC 제조시) 다수의 기판 불량품의 생산 가능성과 더불어, 기판 레벨에서 심각한 조사량 에러(dose error)를 유발할 수 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 경감하고자 하는 것이다.

상기 및 기타의 목적들은, 전자기 방사가 200 nm 이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 서문에서 규정된 것과 같은 장치로 달성되며, 상기 장치는 기판 레벨에서 조사-유도된 드리프트의 세기(Is)를 실질적으로 보상함으로써 기판 레벨에서의 에너지 양(Ds)을 거의 일정한 값으로 유지하는 수단을 더 포함한다.

간단히 하기 위해, 이하의 정의가 본 명세서 전반에 걸쳐 통용될 것이다:

1. 세기(Is)는 기판 레벨(Es = Is ×t)에서 수신된 단위시간(t) 당의 에너지(Es)이다. 이는 대개 측정되거나 도출된 값이다.

2. 조사량(Ds)은 일정 시간 간격(ts)(Ds = Is ×ts)으로 투영 빔에 의해 기판 레벨에 전송된 방사 에너지의 양이다. 달리 명시되어 있지 않은 한, ts는 노광 시간(te), 즉 소정의 노광 배치(batch) 동안 기판 상의 단일 목표 영역(다이)이 방사 자속에 노광(되도록 계획)되는 시간의 길이로 해석될 것이다.

본 발명을 유도한 실험에서, 발명자들은 석영 및/또는 CaF₂를 포함하는 광학 소자를 통해 펄스된 ArF 레이저 빔을 발사하였다. 레이저 펄스의 에너지 및/또는 주파수인 듀티 싸이클(duty cycle)이 변화함에 따라, 광학 소자를 통과하여 전송된 방사 세기(I) 역시 변화 하였다. 대안적으로, 일정한 듀티 싸이클의 펄스가 소자를 통과하여 연장된 시간 주기(분)동안 발사되면, I의 값은 초기값(I₀)의 약 5-7% 이하인 점근선의 값을 향해 점진적으로 약화되어지는 것으로 나타났다. 이러한 거동은 시간, 에너지, 레이저 펄스의 길이와 주파수, 및 (이력 효과(hysteresis effect)의 일종인) 광학 소자의 사전 "조사 이력(irradiation history)" 등과 같은 여러 변수의 복잡한 함수로 표현된다. 하지만, 수차례의 분석 끝에, 발명자들은 한 세트의 방정식에 기초하여 이러한 거동을 정형화할 수 있었다(예를 들면, 제 2 실시예). 따라서, 조사 싸이클의 사전 "이력"에 기초하여 조사 싸이클의 특정 지점에서 관찰되는 비율(I/I₀)을 예측하는 것이 가능하게 되었다.

일단 비교적 양호한 정확도로 이러한 예측이 가능하게 되면, I/I₀에서의 이러한 과도적인 변화의 수정 가능성이 확실해진다. 이제 신뢰할만한 예측이 가능해졌으므로, 발명자들은 피드백 수정(반응 수단) 대신에 피드포워드 수정(예측 수단)을 선택하였는데, 특히 후자는 필수적으로 전자보다으로 더 큰 시간적 손해를 야기하기 때문이다.

본 발명에 의하면, 발명자들은 청구항 제 1항에 서술된 수정을 실행하는데 있어 몇몇 상이한 방식을 고안하였으며, 이는 개별적으로 혹은 조합하여 사용될 수 있다. 이들은 아래와 같이 상세히 설명될 수 있다:

(a) 예를 들어, 펄스된 레이저원에 의해 생성된 펄스의 진폭을 변화시키거나, 혹은 상기 레이저원의 펄스 주파수를 조절함으로써, 방사 시스템의 세기 출력을 조절하는 것이 가능하다.

(b) 방사 시스템과 기판 사이의 어떤 지점(예로, 조명기 내, 또는 마스크 상부)에 가변 필터를 배치하여, 기판에 도달하는 세기를 변화시키기 위해 이 필터를 이용하는 것이 가능하다. 이러한 필터는, 예를 들면 부분적으로 투과성인 광학 소자의 형태를 취할 수 있고, 그의 투과율(T)은 입사하는 방사의 입사각(θ)의 함수이며; θ를 변경함으로써 T를 변경하는 것이 가능하다.

(c) 노광 시간(te)을 조절하는 것이 가능하다. 이 후에 Is의 드리프트 경향은, Ds를 거의 일정하게 유지하도록 te 상에 역 경향을 부가함으로써 균형이 잡힌다.

(d) (종래의 웨이퍼스테퍼에 대응하는) 스텝-앤-스캔 장치의 경우, 본 발명에 따른 수정을 수행하는 또 다른 방식이 존재한다. 이러한 스텝-앤-스캔 장치는 부가적으로:

- 테이블의 평면에 평행한 소정의 기준 방향에서 마스크테이블을 이동시키는 제 1 구동수단;

- 마스크테이블의 운동과 동기되도록 기준 방향에 평행하게 속도(v)(소위, 스캐닝 속도)로 기판테이블을 이동시키는 제 2 구동수단을 포함한다.

상기 수정 방법은 Ds를 거의 일정하게 유지하기 위한 스캐닝 속도(v)의 적절한 변이에 의해 Is의 조사-유도된 드리프트(irradiation-induced drift)가 반동하는 것을 특징으로 한다.

방법(a)에 대한 방법(c) 및 (d)의 큰 장점은, 예를 들면 방법(c) 및 (d)는 일반적으로 레이저를 최적의 작동 상태로부터 교란할 필요성 없이 Is 에서 더 넓은 범위의 변동을 수정할 수 있게 허용하는 점이다. 본 발명에 따르면, Is 의 값이 작을수록 te의 값이 커지거나(방법(c)) 선택되어지는 v 의 값이 작아지며(방법 (d)), 그 반대의 경우도 성립한다; 이러한 방식으로, 기판 레벨에서 세기(Is)가 변화하여도, 이 레벨에서 방사량(Ds)은 거의 일정하게 유지된다.

일반적으로, 발명자들은 (예를 들면, 약 100-200 다이 정도의) 복수의 다이를 구비하는 (예를 들면, 20cm 웨이퍼인) 실리콘 웨이퍼를 노광하는데 있어, 최초 및 최후 다이의 노광 사이에서 (예를 들면, 약간의 퍼센트 정도인) Is 의 중대한 변화가 발생할 수 있음을 발견하였다. 하지만, 단일 다이가 노광되는 동안, 대개의 경우 Is 의 변이는 대개 (예를 들면, 0.1-0.5% 정도로) 작기때문에 심각한 조사량 에러를 유발하지 않으므로 무시될 수 있다. 대개, 이는 각각의 다이 또는 (작은) 다이의 그룹이 노광되기 직전에 Is 를 평가하고 (상기 방법(a)-(d)와 같은) 수정 수단을 취하는데 있어 충분한 것을 의미하며, 상기 특정 노광이 수행되는 동안 수정 값은 일정하게 유지된다. 그럼에도 불구하고, 단일 노광동안 조사-유도된 드리프트의 효과를 더 제한하는 것이 필요하거나 바람직한 경우, 본 발명은 어떠한 소정의 노광("내부다이"(intra-die)"의 수정)이 진행되는 동안 수정의 정도를 조절하는 것도 허용한다.

본 발명에 따르면, 기본적인 피드포워드 수정법과 본 발명에 의한 장치의 성능을 더욱 개선하는데 일조하는 다수의 가능한 확대된 방법 사이에 차이점이 존재할 수 있다. 예를 들면:

- 기본적인 방법은 과도 효과를 설명하는 모델에 전적으로 기초할 수 있다. 이러한 경우, 광학 요소의 실제 순간적인 투과를 고려하기 위하여 (예를 들면, 기준에 대한 중간 자동-보정을 이용하여) 수정 변수를 갱신하고자 하는 시도가 존재하지 않는다. 이는 "정적 방법"으로 지칭될 수 있다;

- 이러한 기본적인 방법의 확장은 상기 모델의 결과와 측정된(실제) 투과도 상태 사이에서 변이에 대한 조정을 수행하기 위해 규칙적인 자동-보정을 이용하는것이다. 이는 "동적 방법"으로 지칭될 수 있다;

- 이러한 동적 방법을 더 확장하면, 자동-보정의 결과가 상기 모델의 하나 이상의 변수를 미세 동조(fine tune)하는 것이다. 따라서, 장치를 사용하는 동안 (예를 들면, 광학 물질의 품질저하에 기인하는) 과도 효과의 거동에 있어서의 완만한 변화는 모델 변수의 적절한 조절에 의해 자동적으로 수정될 수 있다. 이는 "학습 효과를 갖는 동적 방법(dynamic method with learning effect)"으로 지칭될 수 있다.

전술한 과도적인 투과도 변이에 기인하여, 종종 에너지 센서(E₁및 E₂)의 상대적인 보정을 수행하는 것이 바람직하게 된다. 이러한 보정이 0차(zero order)로 수행된다면, 이는 마스크테이블 상에 레티클이 존재하지 않을 때 수행되어져야 한다. 현행 기계에서, 이는 마스크테이블로부터 레티클의 제거를 수반하게 되어, 시간 소모적이며, 그로 인해 스루풋 손실을 야기한다. 발명자들에 의해 제안된 좀 더 정밀한 접근법은 마스크의 영역 외부에서 마스크테이블에 작은 관통홀을 구비하는 것이다; 이러한 시나리오로, 사용자는 관통홀이 투영 빔 내에 위치하도록 마스크테이블을 이동하기만 하면 되므로, 레티클을 횡단할 필요없이 방사가 센서(E₂)에 도달하도록 허용한다. 이러한 방식으로, 0차 보정을 수행하기 위하여 마스크테이블로부터 레티클을 제거하는 것이 불필요하게 된다.

본 발명에 따른 전사 투영장치를 사용하는 제조 프로세스에서, 적어도 부분적으로 에너지 감지 물질(레지스트)의 층으로 도포된 기판 위로 마스크의 패턴이 결상된다. 결상단계에 앞서, 기판은 준비작업(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크(soft bake)와 같은 다양한 프로세스를 거치게 된다. 노광 후에 기판은 노광후 베이크(post-exposure bake : PEB), 현상(development), 하드 베이크(hard bake) 및 결상 형태의 측정/검사와 같은 나머지 프로세스를 거친다. 이러한 일련의 프로세스는, 예를 들어 집적회로와 같은 디바이스의 개개의 층을 패턴화 하는 기초로서 사용된다. 이러한 패턴화된 층은 개개의 층을 마무리하기 위한 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화(oxidation), 화학기계적 연마 등과 같은 다양한 공정을 거칠 수 있다. 여러 층이 요구되는 경우에는, 전체 공정 (또는 이들 공정의 변형)이 새로운 각 층마다 반복되어야 한다. 결과적으로, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼) 위에 나타나게 된다. 이들 디바이스는 다이싱(dicing) 또는 소잉(sawing)과 같은 방법으로 서로 분리되고, 따라서 개개의 디바이스는 이송장치(carrier) 상에 장착된 후, 핀등으로 접속된다. 이러한 공정에 관한 상세한 정보는 예를 들면, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, 저자 Peter van Zant, 맥그로힐출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)" 으로부터 입수할 수 있다.

N. Leclre 등이 저술한 논문 "Non-Crystalline Solids 149(1992), pp 115-121"은 215-nm 방사로 조사되는 경우 고-OH 용융 실리카 큐브 fused silica cubes 에서의 과도적인 투과도 열화의 발생을 보고하는 것에 주목해야 한다. 하지만, 이 논문은 CaF2, 또는 광학 소자 상의 광학 코팅, 또는 에너지 센서에서 이와 유사한 효과를 발표하지는 않으며, 전사 디바이스에 사용되는 복잡한 광학 시스템에 대한 특정 실험을 보고하지도 않으며, 높은 세기의 193-nm 방사를 이용하는 집적회로의 제조에 이러한 설비를 이용하는 경우 조사량 제어 및 생산 품질에 대하여 잠재적으로 중대한 결과를 인식하고 있지 않다. 상기 논문은 수정 실행 목적을 위하여 관찰된 효과를 정형화하지 않으며, 본 명세서에서 설명된 수정 피드포워드를 제안하지도 않는다.

발명자들에 의해 수행된 193 nm에서의 광범위한 연구는, 157 nm 혹은 126 nm에서 작동하는 전사 투영장치에서도 과도 효과로 인한 유사한 문제점이 발생하리라는 가정에 이르게 하였다.

본 발명에 따른 장치의 사용에 대해 여기서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 곳에 적용될 수도 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용의 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "목표위치" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전사 투영장치를 개략적으로 나타내고;

도 2는 시험적인 실험중에 수행된 다양한 방사 세션에 기인하는 기판 레벨에서의 세기의 조사-유도된 드리프트의 모식적인 해석을 나타내고;

도 3은 실질적으로 도 2의 상부에 대응하며, 부가적으로 발명자들에 의해 개발된 예측 모델에 기초하는 실험 데이터를 나타내고;

도 4는 본 발명을 수행하기 위한 제어 계획을 나타내고;

도 5는 본 발명의 도움으로 수행된 노광 세션의 결과와 더불어 본 발명의 도움없이 수행된 대응하는 결과를 나타낸다.

(제 1 실시예)

도 1은 발명에 따른 전사투영장치를 도식적으로 나타낸것이다. 이 장치는:

방사 투영 빔(PB)(예를들어, 193nm, 157nm,또는 126nm의 파장을 가진 자외선)을 공급하는 방사 시스템(LA, Ex, IN, CO);

마스크(MA)(예를들어, 레티클)를 고정시키는 마스크 홀더를 구비한 마스크 테이블(MT);

기판(W)(예를들어,레지스트 코팅이된 실리콘 웨이퍼)을 고정시키는 기판 홀더를 구비한 기판 테이블(WT);

기판(W)의 목표영역(다이스)위로 마스크(MA)의 조사부를 결상하는 투영 시스템(PL)(예를들어, 렌즈나 반사굴절 시스템, 또는 미러군)을 포함한다.

방사시스템은 방사빔을 생산하는 방사원(LA)(예를들어, 엑시머 레이저)을 포함한다. 이 빔은 다양한 광학적 부품 -예를들어, 빔을 형성하는 광학소자(Ex)와 적분기(IN) 및 콘덴서(CO)-을 따라 통과한다. 그 결과 생성되는 빔(PB)은 그의 전단면에 걸쳐서 원하는 형상 및 세기분포를 갖는다. 예를들어, 빔 단면은 같은 형태의 디스크나 환형 또는 다중극 구성(4중극 또는 2중극과 같은)을 취할수 있다.

이어서, 빔(PB)은 마스크 테이블(MT)상의 마스크홀더에 고정되어있는 마스크(MA)를 가로질러 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은, 빔(PB)을 기판의 목표영역(C)에 집속하는 투영 시스템(PL)을 통과한다. 간섭계로서 제어되는 변위 및 측정수단(IF)의 도움으로, 기판테이블(WT)은 예를 들어, 빔(PB)의 경로상의 다른 목표영역(C)을 위치시키기 위해 정확하게 이동될수 있다.

이 장치는 두개의 에너지 센서(E₁,E₂)를 더 포함한다. 센서(E₁)의 경우에 있어서 (예를들어, 부분적으로 반사하는 광학적 부품과 같은) 굴절수단(D)은 이 빔의 주 경로로부터 축이탈 센서(E₁)로 향하게 투영빔내의 방사부분의 방향을 바꾸는데 사용된다. 따라서, 이 센서(E₁)는 방사원(LA)에 의해 방출되는 세기의 연속적인 모니터로서 채용될수 있다. 반면, 센서(E₂)는 빔(PB)과 면하는 기판(W) 자체의 주변외부의 기판테이블(WT)측면상에 장착된다; 수단(IF)의 도움으로, 이 에너지 센서(E₂)는 빔(PB)을 차단하도록 종종 이동될 수 있게되어, 기판(W) 레벨에서 I_S(또는 E_B)의 실제값의 정기적인 보정 측정이 허용된다.

도시된 장치는 다른 모드들로 사용될수 있다:

스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 고정되어있고, 전체 마스크 이미지는 하나씩 보내지는 방법(즉, 단일 "섬광(flash)")으로 목표 영역(C)상에 투영된다. 그후에 기판 테이블(WT)은 X 그리고/또는 Y방향으로 이동되어 다른 목표영역(C)이 (고정된) 빔(PB)에 위해 조사될수 있다.

스캔 모드에서, 주어진 목표영역(C)가 단일 "섬광" 에 노광되지 않는것을 제외하고는 본질적으로 같은 시나리오가 적용된다. 대신에, 마스크 테이블(MT)이 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 즉, X방향)으로 속도 v로 움직여질수 있어서, 투영빔(PB)은 마스크 이미지 위로 스캔된다.; 이때, 기판 테이블(WT)은 속도 V=Mv 로 같은 또는 반대 방향으로 동시에 움직여진다. 여기서 M은 투영 시스템(PL)의 배율이다 (일반적으로, M=1/4 또는 1/5). 이 방법에서, 비교적 넓은 목표 영역(C)이 해상도에 구애받지않고 노광되어질 수 있다.

도시된 장치의 작동 동안에, 기판 레벨에서 방사 강도 (I_S)는 방사-유도된 드리프트를 나타낸다. 예를들어, 이것은 일반적으로 제공되는 광학 소자들 그리고/또는 광학적 코팅의 굴절 물질(주몸체)에 있어 내부 변화에의해 유발된 하나이상의 광학소자(Ex, IN,CO, PL)의 투과율에 있어서 과도 변화에 기인한다. ; 택일적으로 또는 동시에, (I_S의 유도된 값이 더이상 I_S의 실제 값과 일치 하지 않기 때문에) 에너지 센서(E_1,E₂)중 하나 또는 두개 모두의 감도가 방사원(LA)에 의해 생성된 감도로 I_S의 부정확한 상관(correlation)을 유발하는 과도 변화를 겪을 수 있다. 소정의 기판(W),또는 기판의 배치(batch)의 노광 동안 이런 드리프트는 심각한 노광 에러( 조사량 에러(dose error))를 야기할수 있다. 여기서 하나이상의 목표영역(C)은 상당한 저노광 또는 과노광이 될 수 있다.

본 발명은 장치를 사용하는 동안에 어떤 시간 t에서 I_S의 드리프트를 예상하는 모델 (예를들어 상기에 설명한 (a)-(d)중 하나 이상의 방법을 사용하는 모델)을 사용하고 자동적으로 상기 드리프트를 보상함으로써, 상기의 효과들을 극복한다.

(제 2 실시예)

다음의 고려사항들은 광학 시스템(예를들어, 도 1에 나타낸 장치)(의 부품)의 투과도(T)를 예상하기 위해 사용될수 있는 모델의 기본구조를 시간의 함수로써 기술한다.

사용된 과도 모델은 일반적으로 다음의 정의된 방정식을 만족시킨다.

투과도(T)는 방정식(수학식 1 )에서 고정부(T₀)와과도 기간(T_tr)에 의해 기술된다.

T_tr상의 시간(t)의 영향은 방정식(수학식 2)에 의해 주어진다. 여기서 τ는 주기 상수이다. 광학소자에 입사하는 에너지(Ep)를 가진 단일 레이저 펄스의 영향은 방정식(수학식 3)에 의해 주어진다.

투과도의 과도부의 계산은 다음 예에서와 같이 수행 될 수 있다.

T_tr에 대한 최종값이 t=t₀에서 계산되고 값 T_tr_0를 갖는다고 가정한다. 만약 에너지 Ep를 가진 N펄스의 버스트(트레인)가 광학소자에 입사된다면, 버스트동안의 평균 투과도를 계산하기 위해서는 t=t₁에서 출발하여 다음의 계산단계가 수행되어져야 한다.

1) t=t₀부터 t=t₁까지 : 광학소자를 통과하는 광이 없다. T_tr_0는 단지 방정식(수학식 2)에 의해서 전개된다. 이 미분방정식은 t₀부터 t₁까지 수치적으로 풀어야 한다. 이것은 시간 Δt로 단계를 취함으로써 가능해서 미분 방정식은 다른 방정식이 된다.

2) t=t₁부터 t=t₂까지 : N 펄스는 광학소자를 통과한다. 버스트의 도입부에서 과도 효과(T_tr_1)는 두 방정식(수학식 2)와 (수학식 3)에 따라 전개 한다. 일반적으로 각각의 레이저 펄스에 대한 방정식의 풀이가 필요하지 않다.; 계산은 ΔN펄스에 대해 동시에 수행될수 있다. 계산은 모든 N 펄스의 효과가 결정될 때까지 반복되어야만 한다. 레이저 펄스의 영향을 계산과 더불어 시간의 영향이 또한 계산되어져야 한다. 만약 ΔN펄스가 시간 간격 Δt에 대응한다면(Δt= ΔN/f, 여기서 f는 레이저의 펄스 주파스이다 ), 두 효과는 방정식(수학식 5)에 따라 동시에 계산될 수 있다.

계산의 결과는 N펄스의 버스트의 초기(T_tr_1)와 종기(T_tr_2)에서의 투과도의 과도부될 수 있다. 계산된 결과출력 변수는 다음에 따라서 계산/정의 된다.

계산이 완성된 후에 최종값 T_tr(T_tr_2)과 그에 대응하는 시간 좌표(t₂)는 저장되어야 한다. 펄스의 연속적인 버스트가 광학소자에 입사할때 , 이 T_tr값은 계산의 입력값으로 사용된다.

이런 계산의 정확성과 속도는 개별 단계 Δt와 ΔN 의 크기에 의해 결정된다. 단계가 더 작을 수록 일반적으로 속도는 느리고 계산은 더 정확하다. 일반적으로, 속도와 정확성에 사이의 절충은 강구되어야 한다.

(제 3 실시예)

센서 E₁과/또는 E₂의 감도내의 조사-유도된 드리프트는 (제 2 실시예)에서 제시된 필수적으로 동일 모델을 이용해서 기술될 수 있다. 그 경우에 , 투과도 "T"는 문제에서 센서의 감도를 정량화하는 기간에 의해 대체되어야만한다.

(제 4 실시예)

본 발명에 따르면, 자동 계산 절차는 특히 ;

- (기본) 모델의 예상과 실제 상황 사이의 어떤 (작은) 잔류 불일치를 수정하고

- (예를들어, 시간에 따른 광학적 코팅의 점짐적 열화에 의해 야기되는) 장치내의 방사-유도된 드리프트에 비교적 느리게 작용하는 요인들을 부가적으로 수정하는데 사용될 수 있다.

이러한 자동-보정 동안에, 에너지 센서 (E₁,E₂)로 부터의 각각의 신호(S₁,S₂)가 측정된다. 그 다음에 이 신호들은 다음 계산에 사용될수 있다.

여기서:

- 아래첨자 "corr"은 수정된 값을 지시하고,

- S_1conv과 S_2conv는 각각의 에너지 센서(E₁,E₂)에 대한 전환 요소이고,

- 아래첨자 "old"는 새로운 반복에서 쓰여진 이전 값을 지시하고,

- TCF는 과도 수정 요소(Transients Correction Factor)이다. 이것은 과도 효과에 대한 전체적인 수정요소를 나타내고 시스템의 어떤 잘-정의된 상태( 예를들어, 방사원(LA)을 사용하지 않은 30분 이상)에 관한 상대적인 변화를 나타내는 수이다. 이 계산에서, 요소는 레이저 펄스의 버스트에 관한 평균 수정 요소이다. TCF₂는 특히 센서(E₂)의 감도에 있어서 과도효과를 지시하는 반면, TCF₀는 전체시스템에 있어서 방사원(LA)과 기판테이블(WT)간의 과도효과를 지시한다.

자동보정의 결과에 의해 센서(E₁,E₂)로 부터의 수정된 신호간의 비율은 1로 (재)설정될 것이다. 이는 센서(E₁)에 대한 전환요소(S_1conv)를 조절함으로써 실현된다. 갱신된 값((S_1sonv)_new) 은 다음식에 따라 결정된다.

(어떤 과도 효과도 고려되지 않고) 이전의 자동-계산과 관련한 차이점은 수정 요소 TCF₀가 있다는 것이다. 방정식(수학식 10)은 또한 다음과 같이 쓰여질수 있다:

요소(S_2conv)가 (예를들어, Ophir,Israel사에 의해 제공되는 것과 같은)(반-)표준 참조 방사 미터를 사용하는 보정실험을 기초로 결정될 수 있다는 것을 유의해야 한다. S_2conv가 공지되면, 이는 이후 보정실험에서 S_1conv와 TCF₂및 TCF₀를 결정하는데 사용될수 있다. 이 모든 값들은 본 발명에 따른 수정 절차를 실행시키기 위해 채용되는 처리 수단에 의해 액세스(access)되고 갱신될 수 있는 메모리 수단에 저장될수 있다.

(제 5 실시예)

도2는 시험 실험동안에 수행되는 다양한 방사 세션으로부터 야기된 기판 레벨에서의 세기에 있어서의 방사-유도된 드리프트의 모식도를 나타낸다. 본도의 하부는 휴지기(P) 사이에 일어나는 (도 1에서 방사원(LA)와 같은)펄스된 레이저로 부터 연속적으로 발사된 방사 버스트의 수에 대한 시간[분]당 듀티사이클(duty cycle)[펄스/초]의 그래프이다 ; 본도의 상부는 동일 시간축에 대한 E₂/E₁의 그래프로, 도 1에 나타낸 광학 소자(Ex, IN, CO, PL)의 투과도(T)의 측정에 이용된다. 도2로부터;

- 초기의 방사가 E₂/E₁의 상대적으로 급한 하락을 생성하고,

- 중지한 방사가 그것의 초기 값에 대한 E₂/E₁의 지수함수적인 완화를 야기하고,

- E₂/E₁에 있어서의 상대적 변화는 듀티 사이클에 대략적으로 비례하고, 이경우에 듀티 사이클은 방사 강도의 양이다.

도3은 도2의 상부에 대응하고, 도2의 데이타에 부가하여, 데이타들에 대한 기본적인 핏(fit,F)을 나타낸다. 핏(F)는 (제 2 실시예)에서 나타낸것과 같은 모델을 근거하여 계산되고, 데이타에 가깝게 부합된다. 핏(F)과 데이타 간의 어떤 잔존하는 차이도 예를들어, 실시예 4에서 기술한 것과 같은 더 진보된 (자동-계산)절차를 사용함으로써 줄여질/제거될 수 있다.

(제 6 실시예)

도4는 본 발명의 수행에 대한 제어 모식도를 나타낸다. 제어 모식도는; 전사투영 장치의 다양한 하드웨어 소자를 나타내는 부분(H), 상기 부분(H)에서의 사용을 위한 제어 알고리듬(algorithm)과 피드포워드(feedforward) 수정을 나타내는 부분(A)인 두 주부분(main portions)을 포함한다. 부분(H)에서, 방사원(LA)(laser), 기판(W), 및 에너지 센서(E₁,E₂)는 도1에서 나타낸 것들에 대응한다. 목록(OPT)는 센서들(E₁,E₂) 사이의 다양한 광학적 부품을 도식적으로 나타내고, 예를들어, 코팅뿐만아니라 도1의 항목(Ex,IN,CO,PL)을 포함한다.

도4의 부분(A)은 지금 더 자세하게 기술될 것이다.

- 상자 1은 장치(H)의 사용자 인터페이스에서 요구되는 노광량을 나타낸다. 이 노광량은 방사원(LA)의 내재력과 레지스트 감도 및 다이 크기 등과 같은 요소들에 의해서 결정될 것이다.

- 상자 3에서, 수정은 발명자의 과도 효과의 수학적 모델("과도 모델")에 근거하여 계산된다.

- 상자 5에서, 노광 제어기는 상자3의 출력값을 이용한 노광을 수행한다. 요구되는 노광 제어는 본 명세서에서 이미 논의된 하나이상의 방법들((a) 내지 (d))에 의해 수행될 수 있다.

- 상자 7에서, 에너지 센서(E₁)으로부터의 출력값은 실현된 노광을 측정하는데 사용된다.

- 상자 7의 출력값은 필요하다면(본 명세서에서 이미 언급한 "역동적인 방법"(dynamic method)) 과도 모델의 갱신을 수행하는 상자 9로 넘어간다.

- 상자 9로부터의 수정은 상자 3에 의한 사용에 대한 과도 모델을 저장하는 메모리 수단을 나타내는 상자 11로 넘어간다.

(제 7 실시예)

도 5는 본 발명의 도움없이 수행되는 대응하는 결과(폐쇄 디스크,closed discs)와 더불어 본 발명의 도움으로 수행되는 노광 세션(개방원,open circle)의 결과를 나타낸다. 이 도는 다음 노광량에 대한 노광 수(Exposure Number)에 대응하는 조사량 에러(Dose Error,%단위)의 그래프이다.

Ⅰ:` 20 mJ/㎠

Ⅱ: 2 mJ/㎠

Ⅲ: 20 mJ/㎠

Ⅳ: 10 mJ/㎠

Ⅴ: 50 mJ/㎠

숫자들(Ⅰ-Ⅴ)은 그래프의 영역에 따라 표시된다.

수정 피드포워드(하부 곡선, 개방원들)의 적용없이, 다량의 에러가-약 4.5%까지 되는- 발생한다는 것은 명백하다. 그러나, 본 발명에 따른 수정 모델을 이용해서 수행되는 대응하는 노광들은 더 작은 조사량 에러(Dose Error)가-단지 0.5%가 되는- 나타난다.

본 발명은 장치를 사용하는 동안에 어떤 시간 t에서 I_S에서의 드리프트를 예상하는 모델 (예를들어 상기에 설명한 (a)-(d)중 하나 이상의 방법을 사용하는 모델)을 사용하고 자동적으로 상기 드리프트를 보상함으로써, 상기의 효과들을 극복한다.

Claims

전자기 방사의 투영빔을 공급하는 방사 시스템;

마스크를 고정하는 마스크홀더가 제공된 마스크테이블;

기판을 고정하는 기판홀더가 제공된 기판테이블; 및

기판의 목표영역 상에 마스크의 조사부를 결상하는 투영 시스템을 포함하는 전사 투영장치에 있어서,

전자기 방사는 200 nm 이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 장치는 기판 레벨에서 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)를 실질적으로 보상함으로써 기판 레벨에서의 에너지 양(Ds)을 거의 일정한 값으로 유지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항에 있어서,

상기 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)는 방사 시스템에서 나오는 세기를 변경함으로써 실질적으로 보상되는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)는 방사 시스템과 기판 사이에 개재된 가변 필터의 도움으로 실질적으로 보상되는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)는 Ds를 거의 일정하게 유지하도록 노광시간(te)의 적절한 변이에 의해 반동되는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

테이블의 평면에 평행한 소정의 기준 방향에서 마스크테이블을 이동시키는 제 1 구동수단;

마스크테이블의 운동과 동기되도록 기준 방향에 평행하게 속도(v)로 기판테이블을 이동시키는 제 2 구동수단을 포함하고,

상기 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)는 Ds를 거의 일정하게 유지하도록 속도(v)의 적절한 변이에 의해 반동되는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항 내지 제 5항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 전자기 방사의 파장이 193 ±5 nm 인 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항 내지 제 6항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 방사-유도된 드리프트의 세기(Is)는 피드포워드 제어 회로의 도움으로 보상되는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항 내지 제 7항중의 어느 한 항에 있어서,

방사 경로를 따르는 투과 및/또는 반사 광학 부품의 조사에 대한 최종적인 반작용을 특징짓는 모델에 기초하여, 방사 경로를 따르는 순간적인 광학적 투과도(T)를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 1항 내지 제 8항중의 어느 한 항에 있어서,

투영 빔 경로 상의 하나 이상의 지점에서 방사의 세기를 모니터하는 적어도 하나의 에너지 센서를 더 포함하며, 에너지 센서의 조사에 대한 반작용을 특징짓는 모델에 기초하여, 에너지 센서의 순간적인 감도를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
제 8항에 있어서,

모델로부터 도출된 T의 예상 값과 결정된 값을 비교하기 위해 소정의 순간에 T를 결정하고, 상기 T의 결정 값과 예상 값 사이의 가능한 불일치를 보상하도록 Ds에 대한 수정을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사 투영장치.
- 적어도 부분적으로 감광 물질의 층이 피복된 기판을 제공하는 단계;

- 패턴을 함유하는 마스크를 제공하는 단계; 및

- 마스크 패턴중 적어도 일부의 이미지를 감광 물질 층의 목표 영역 위로 투영하는 전자기 방사의 투영 빔을 사용하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,

전자기 방사는 200 nm 이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하고, 기판 레벨에서 조사-유도된 드리프트의 세기(Is)를 실질적으로 보상함으로써, 투영중에 기판 레벨에서의 에너지 양(Ds)이 거의 일정한 값으로 유지되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
제 11항의 방법에 따라 제조된 디바이스.