KR20020045536A

KR20020045536A - 광학시스템내의 수차를 검출하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020045536A
Application number: KR1020010076289A
Authority: KR
Inventors: 첸장풍
Original assignee: 추후보정; 에이에스엠엘 마스크툴즈 비.브이.
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2002-06-19
Also published as: KR100483515B1; DE60103964D1; JP2002231626A; US20020088951A1; US20030098970A1; EP1213618A1; DE60103964T2; US6788400B2; TWI239434B; EP1213618B1; JP3910065B2; US6753954B2

Abstract

광학리소그래피시스템에서 사용되는 투영렌즈와 관련된 수차를 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판상에 리소그래피 패턴을 전달하는 마스크를 형성하는 단계, 마스크상에 배치된 기판상에 소정의 패턴을 형성하도록 배열된 복수의 분해불가능 피쳐를 형성하는 단계, 기판상에 마스크를 프린팅하도록 광학노광 툴을 사용하여 마스크를 노광하는 단계, 및 기판상에 형성된 소정 패턴의 위치와 마스크 상에 배치된 복수의 분해불가능 피쳐의 위치를 분석하여 수차가 있는 지를 판단하는 단계를 포함한다. 상기 기판상에 형성된 패턴의 위치가 복수의 분해불가능한 피쳐의 위치로부터 판달될 때 예상위치와 다르다면, 예상위치로부터의 이 변위는 수차의 존재를 나타낸다.

Description

광학시스템내의 수차를 검출하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING ABERRATIONS IN AN OPTICAL SYSTEM}

본 발명은 리소그래피 투영장치에서 활용되는 (투영시스템 및/또는 방사선시스템과 같은)광학시스템과 관련된 수차의 검출에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 이러한 장치를 사용한 반도체 (및 다른) 디바이스의 제조시에 광학시스템의 성능을 모니터링하는 데 사용될 수 있는 수차 모니터링 구조의 설계, 레이아웃 및 그 적용에 관한 것이다. 일반적으로, 리소그래피 투영장치는,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템,

- 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,

- 기판을 잡아주는 기판테이블, 및

- 기판의 타겟부에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함한다.

여기서 사용된 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선 내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정 위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있게 한다.

프로그래밍 가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현화될 수 있다.

프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고 자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 상기 지지구조는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크를 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 방사선감지물질(레지스트)로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접해 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크가 형성되며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 특정 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 있는 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 투영빔 하에서 소정의 기준 방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율 인자(magnification factor) Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 상세한 정보는 예를 들어, 미국특허 US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, 마스크(또는 기타 패터닝수단)의 패턴은 방사선감지물질(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 마루르기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체 공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참고자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)"으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학, 반사광학 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 원리들 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성 요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성 요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 “복수 스테이지”장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 트윈 스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용 참조되고 있다.

현재의 IC 제조는 리소그래피 공정이 피쳐 선폭(feature line width)을 노광파장의 반에 가깝게 패터닝하도록 요구한다. 150㎚ 디바이스 세대의 경우에, KrF 엑시머 레이저(DUV; 248㎚)가 통상적으로 최상의 노광원으로서 선택된다. 최근의 연구개발에 의하면, 130㎚ 디바이스 세대를 위하여 KrF 엑시머 레이저의 사용이 가능함을 입증하고 있다. 특히 이것은 광근접보정(OPC)기술과 결합하여, 감쇠 위상변위 마스크(attPSM) 및 오프액시스조명(OAI)과 같은 복합 해상도 강화 기술(resolution enhancement technique; RET)을 채용함으로써 성취된다. 상기 기술에 대한 가능한 대안책은 193㎚의 파장을 가진 ArK 엑시머 레이저와 같은 더 짧은 노광파장을 사용하거나, 예를 들어, NA=0.8 이상인 매우 큰 개구수(NA)를 가진 렌즈를 사용하는 것이다. 하지만, 이들 대안책은 모두 새로운 장치에 막대한 자본 지출을 요구하고 가능하다면 최대한으로 그러한 자금 지출을 늦추는 것이 바람직하다. 따라서, 집적소자 제조업자는 후속장치로 교체하기 전에 기존의 DUV 시스템을 최대한 이용하려는 것이 일반적이다.

제조공정에서 사용되는 엑시머 레이저와는 무관하게, 150㎚ 이하의 선폭을갖는 소자를 제조하려면 그 제조공정에서 사용되는 근사회절한계렌즈(diffraction limited lens)가 실질적으로 수차가 없어야 될 필요가 있다. 주지하는 바와 같이, 결함이 있는 렌즈나 소정 값에서 벗어난 주파수를 가진 빔을 쏘는 노후한 레이저와 같은 다양한 요인에 의하여 수차가 유발될 수 있다. 따라서, 설치 전에 렌즈성능을 검증(즉, 렌즈의 품질평가)한 후 사용하는 동안 (예를 들어, IC 제조 공정중에)에도 계속해서 렌즈성능을 모니터링하는 것이 바람직하다.

렌즈 제조공정시에, 간섭계를 이용하여 렌즈성능이 완전히 시험될 수 있다. 통상적으로 렌즈는 공장에서 1차로 품질평가된 후, 작업장에서 처음 설치시 다시 품질평가된다. 렌즈의 품질평가에 보통 사용되는 방법은 웨이퍼를 프린팅하고나서 최소배선폭 즉, 선폭(CD)의 치수를 측정하는 것이다. 상기 품질평가 과정시, "수직" 및 "수평" 의 피쳐(즉, 기판평면상에서 두개의 직교 방향, X축 및 Y축을 따라 있는 피쳐)가 모두 측정된다. 어떤 경우에는, 45˚피쳐에 대한 CD도 측정된다. 렌즈성능을 검증하기 위해서는, 노광영역의 전반에 걸친 충분한 회수의 CD 측정이 요구된다. 그런 다음, 렌즈성능이 받아들일 만한 지 아닌 지를 결정하기 위하여, CD 측정의 결과를 분석한다.

CD 측정방법은 렌즈의 성능을 평가하는 방법을 제공하지만, 렌즈수차의 "징후" 에 CD 데이타를 연관시키는 것은 단순한 작업이 아니다. 따라서, 렌즈수차의 직접적인 관찰을 수행하려는 노력이 있어 왔다. 예를 들어, Toh 등이 쓴 "Identifying and Monitoring of Lens Aberrations in Projection Printing (SPIE vol. 772pp. 202-209, 1987년)" 이라는 제목의 논문에는 약 0.2λ(여기서, λ는 노광 파장)의 상대적으로 큰 렌즈수차의 영향을 측정하는 방법이 서술되었다. 하지만, 요즈음의 근사회절한계 광학기의 경우에, 어떤 렌즈수차는 0.05λ근처나 그보다 작은 범위에서 존재할 수 있다. 130㎚ 피쳐의 경우에, 0.05λ렌즈수차는 KrF 노광원을 사용할 때 12.4㎚ 치수적 에러를 가져온다. 따라서, 피쳐 CD 예산(즉, 에러 공차)은 타겟 피쳐폭의 ±10%라고 가정한다면, 12.4㎚ 에러는 거의 전체 CD 예산에 해당한다.

Gortych 등이 쓴 " Effects of Higher-Order Aberrations on the Process Windows(SPIE Vol.1463, pp. 368-381, 1991년)" 이라는 제목의 논문에서, 더 높은-차수의 렌즈수차는 리소그래피 공정 윈도우를 저하시킬 수 있다고 밝혔다. 불행하게도, 포토리소그래피 시스템이 조립된 후에는 더 높은 차수의 렌즈수차는 제거하기 어렵다. Brunner가 쓴 " Impact of Lens Aberration on Optical Lithography(INTERFACE 1996 회보, pp. 1-27, 1996년)" 이라는 제목의 논문에서는 수개의 제1차수 렌즈수차로 인한 지근파장피쳐(near-wavelength feature)의 부정적 영향을 증명하기 위해서 시뮬레이션이 사용된다. 특히, 감쇠-PSM을 사용할 때 콘택트 피쳐가 어떻게 인쇄되었는 지를 검사함으로써 코마수차를 관찰하는 것이 가능하였다. 또한, 렌즈수차는 커스텀 오프액시스조명(off-axis illumination)으로 보상될 수 있다는 것도 알려져 있다. 그 외에도 더 우수한 CD 제어를 성취하고자 다양한 종류의 렌즈수차를 직접측정을 하려는 시도가 있었다.

Farrar 등이 쓴 "Measurement of Lens Aberrations Using an In-Situ Interferometer Reticle(Advanced Reticle Symposium, San Jose, CA. 1999년 6월)"이라는 제목의 논문에서 렌즈수차를 직접적으로 측정하기 위한 현장용 간섭계 레티클의 사용이 보고되었다. Farrar에 의하면, 37개의 제르니크 항까지 렌즈수차를 도출하는 것이 가능하였다. Farrar는 상기 방법이 정확하고 재현성이 있다고 주장하지만, 그것은 수백 또는 수천개의 정합형(registration type)측정법(즉, 의도된 피쳐위치에 관한 변위의 측정)을 포함한다. 이처럼, Farrar의 방법이 정확하고 재현성이 있는 반면에 그러한 소모적인 측정이 필요하여 상기 방법은 시간소모가 너무 많고 따라서 생산 지향형의 환경에서는 사용하기 어렵다. 또한, 미소한 렌즈수차는 여러가지 이유(예를 들어, 시스템상에 수행되는 정기예방정비의 결과와 같은)로 긴 시간에 걸쳐 표류할 수 있다고 예상된다. 그러므로, 정기적으로 렌즈성능을 모니터링하는 것이 중요한 만큼, 실질적인 측정 또는 계산을 요구하는 Farrar의 방법의 사용은 비실용적이다. 따라서, 프린팅된 웨이퍼로부터 직접적으로 렌즈수차를 모니터링할 수 있게 할 필요가 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, Dirksen 등(예를 들어, PCT 특허출원 WO 00/31592호를 참조)은 프린팅된 웨이퍼로부터 렌즈수차를 직접적으로 모니터링하는 방법을 제안하였다. Dirksen의 방법에 따르면, 렌즈모니터는 레티클상의 단순한 원형 피쳐들을 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 원형의 피쳐는 레티클의 유리기판내에 에칭된 무크롬 피쳐이다. 에칭된 깊이는 통상 λ/2이며 직경은 약 (λ/NA)로서, 여기서 NA는 투영렌즈의 개구수이다. Dirksen에 따르면, 상기 방법은 효과적임이 증명되었다. 또한, 상기 구조체는 전체 노광영역에 걸쳐 쉽게 놓여질 만큼 충분히 단순하고 작다.

그럼에도, Dirksen의 렌즈수차모니터의 사용에 관하여도 많은 쟁점이 있다. 첫번째로, 마스크상에서 렌즈모니터피쳐의 깊이는 파장의 반 정도로 에칭되어야한다. 특수용도의 마스크의 경우, 이러한 피쳐를 제작하기 위해서 별도의(또는 특정한) 마스크제작공정 단계를 할당하는 데에는 문제가 없다. 하지만, 바이너리 크롬 레티클이나 attPSM과 같은 레티클 형태를 생산하는 경우에는, 이러한 모니터를 만들어 내는 데 필요한 별도의 마스크제작 공정단계가 금전 및 시간 소모적인 공정이다. 교번 PSM(altPSM)이나 무크롬 PSM(CLM)도 별도의 마스크제작 공정단계를 필요로 한다. 또한, Dirksen 모니터는 π-위상에 반대로 쿼츠기판내에 상이한 에칭깊이를 요구하기 때문에, 특별한 에칭시간을 요구하며 별도로 행해져야만 한다.

Dirksen의 렌즈모니터에 관한 두번째 쟁점은 마스크 형성 시에, 쿼츠 에칭 공정으로부터 초래될 수 있는 위상에러에 취약하다는 것이다. 더욱 상세하게, 도 1(a) 내지 도 1(f)를 참조하면(여기서 S는 쿼츠마스크 기판을 표시), 악화된 위상에러 때문에 쿼츠 에칭공정이 도 1(a)에 도시된 바와 같은 경사진 에지 프로파일을 유발한다. 이러한 경우에, Dirksen 모니터는 여하한 가능한 렌즈수차도 나타내도록 감도를 완전히 상실한다. 하지만, 도 1(d)에 도시된 바와 같이 상기 마스크상에 위상에러가 없을 때에는 Dirksen 모니터는 렌즈수차를 검출하는 데 효과적이다. 도 1(b)은 도 1(a)의 " 경사진" Dirksen 모니터 구조로 인한 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도를, 도 1(e)는 도 1(d)의 "이상적" Dirksen 모니터 구조로 인한 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도를 각각 도시한다.

도 1(b) 및 도 1(e)에 도시된 레지스트 프로파일을 생산하는 데 사용된 프린팅 조건은 다음과 같았다. 즉, 폴리실리콘 웨이퍼의 상단의 유기 BARC(AR2)상에 두께가 0.4㎛인 Shipley UV6 레지스트를 사용하여, +0.1㎛ 디포커스에서 0.8의 부분간섭성(partial coherence)을 가진 0.68NA이었다. 상기 시뮬레이션은 X 및 Y(Z7 및 Z8 제르니크 항)모두에 대하여 +0.025λ코마를 도입하였다.

Dirksen 모니터 구조에 의하여 형성된 링 형상의 레지스트 패턴을 보다 자세히 검사하면, 예를 들어 도 1(c) 및 도 1(f)에 도시된 바와 같이, 프린팅된 레지스트 패턴의 내부링은 외부링 구조에 의하여 형성된 급경사 프로파일과는 대조적으로 상대적으로 완만한 경사의 레지스트 프로파일을 가진다. 이 변화의 이유는 외부 링 레지스트 패턴은 마스크내의 위상변화에 의하여 형성되는 반면, 내부링 레지스트 패턴은 이러한 위상변화가 전혀 없이 형성되기 때문이다. 특히, 내부링 레지스트 패턴은 Dirksen 모니터 패턴의 중심을 통과하는 노광파장의 감쇠를 통하여 형성된다. 다시 말해, 두 개의 레지스트 프로파일(즉, 내부링 및 외부링)은 두 개의 본질적으로 서로 다른 각각의 에어리얼 이미지의 로그-경사에 의하여 형성된다. 레지스트 프로파일에서의 상이함은 잘못된 정합 측정을 초래할 수 있으며, 이것은 당해 렌즈수차의 잘못된 해석을 야기할 수 있다.

도 1(e) 및 도 1(f)에 도시된 바와 같이, Dirksen 렌즈수차모니터로 가진 근소한 코마를 관찰하는 것은 가능하다. 특히, 링의 폭은 오른쪽과 비교해 볼 때 왼쪽은 차이가 있다. 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시된 바와 같이, " 경사진" Dirksen 모니터에서는 이 코마를 관찰하는 것이 어렵다.

따라서, 상술한 문제의 관점에서 렌즈수차의 검출이 가능한 렌즈모니터에 대한 필요성은 남아있지만, 이것은 마스크제조공정에서의 사소한 결함에 의하여 쉽게 손상되지는 않는다. 현장용 렌즈모니터링용 생산용 다이의 옆이나 그 중간 중간의 여러 곳에 위치될 수 있도록 렌즈모니터의 구조를 충분히 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈모니터는 별도의 마스크제조공정단계를 요구하지 않고 제조될 수 있는 것이 바람직하다.

상기의 요구를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 렌즈수차를 검출할 수 있는 렌즈모니터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 렌즈모니터가 모니터를 현장용 제품모니터링용으로 사용해도 될 만큼 충분히 작은 크기의 수차분석구조를 포함하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 모니터의 제조가 예를 들어, 마스크 형성시 별도의 공정단계를 필요로하지 않아야 하며, 상기 모니터의 기능은 그것을 제조함에 있어, 예를 들어 마스크 형성 과정에 있어 작은 결함에 의하여 심하게 손상되지 않아야 하는 것이다.

도 1(a)는 "경사진" Dirksen 렌즈수차모니터 구조의 평면도 및 단면도,

도 1(b)는 도 1(a)의 "경사진" Dirksen 렌즈수차모니터 구조로 인한 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도,

도 1(c)는 도 1(b)에 도시된 레지스트 패턴의 평면도,

도 1(d)는 "이상적인" Dirksen 렌즈수차모니터 구조의 평면도 및 단면도,

도 1(e)는 도 1(d)의 "이상적인" Dirksen 렌즈수차모니터 구조로 인한 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도,

도 1(f)는 도 1(e)에 도시된 레지스트 패턴의 평면도,

도 2(a)는 링형 구조를 형성하기 위하여 수정된 Dirksen 모니터 구조의 평면도 및 단면도,

도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 링형 구조 모니터의 에어리얼 이미지의 1차원 단면도,

도 2(c)는 도 2(a)의 링형 모니터 구조로 인한 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도,

도 3(a)는 본 발명에 따른 예시적인 렌즈수차모니터 구조를 도시한 도면,

도 3(b) 내지 도 3(g)는 도 3(a)에 도시된 렌즈수차모니터 구조의 예시적인 변형례 및 그 프린팅성능을 도시한 도면,

도 4(a)는 도 1의 Dirksen 모니터 구조에 의하여 생긴 대물 위상 스펙트럼을 도시한 도면,

도 4(b)는 도 2의 "링형" 모니터 구조에 의하여 생긴 대물 위상 스펙트럼을 도시한 도면,

도 4(c)는 도 3(a)에 도시된 렌즈수차모니터 구조에 의하여 생긴 대물 위상 스펙트럼을 도시한 도면,

도 4(d)는 도 1의 Dirksen 모니터 구조에 의하여 생긴 1차원 단면 에어리얼 이미지를 도시한 도면,

도 4(e)는 도 2의 "링형" 모니터 구조에 의하여 생긴 일차원 단면 에어리얼 이미지를 도시한 도면,

도 4(f)는 도 3(a)의 렌즈수차모니터 구조에 의하여 생긴 일차원 단면 에어리얼 이미지를 도시한 도면,

도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 3(a)에 도시된 렌즈수차모니터 구조의 실제 프린팅 성능을 도시한 도면,

도 6(a)는 마스크 형성과정에서 경사진 에지를 갖는 분해불가능 피쳐가 생긴, 도 3(a)의 렌즈수차모니터 구조의 평면도 및 단면도,

도 6(b)는 도 6(a)에 도시된 렌즈수차모니터 구조에 의하여 생긴 대물 위상 스펙트럼을 도시한 도면,

도 6(c)는 투영렌즈에 의하여 투영된, 도 6(a)에 도시된 렌즈수차모니터 구조의 2차원 에어리얼 이미지를 도시한 도면,

도 6(d)는 웨이퍼상에 프린팅된 최종 렌즈수차모니터 구조와 중첩된, 도 6(a)의 최초 레지스트 패턴의 평면도,

도 6(e)는 도 6(a)의 모니터 구조에 대응하는 최종 렌즈수차모니터 구조의 단면도,

도 7(a) 내지 도 7(d)는 6% attPSM 또는 바이너리 크롬 마스크와 함께 사용될 본 발명의 렌즈수차모니터의 성능을 도시한 도면,

도 8(a) 내지 도 8(h)는 렌즈수차를 검출하는 데 있어서 본 발명의 렌즈수차모니터의 성능을 도시한 도면,

도 9는 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 리소그래피 투영장치를 도시한 도면,

더욱 상세하게, 본 발명은 렌즈수차를 검출하는 렌즈수차모니터에 관한 것이다. 상기 모니터는 (예를 들어, 마스크상에 배치된) 복수의 분해불가능 피쳐를 포함한다. 상기 복수의 분해불가능 피쳐는 기판상의 소정 테스트 패턴을 투영하도록 배치되며, 이 테스트 패턴은 그 후 렌즈수차를 검출하는 데 사용된다. 모니터의 크기는 디바이스 패턴과 관련하여 리소그래피장치의 대물영역내에 맞추어지게 되며, 기판상에 형성될 디바이스(예를 들어, 집적회로)에 대응한다. 예를들어, 상기모니터는 IC패턴을 가진 마스크상에 맞추어질 만큼 충분히 작다.

또한, 본 발명은 서두에 기술된 광학 리소그래피 시스템에서 사용되는 광학시스템(방사선시스템 및/또는 투영렌즈)과 관련된 수차를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 상기 방법은,

- 기판상에 투영되면 소정 테스트패턴을 형성하도록 배치되는 복수의 분해불가능 피쳐를 구비한 모니터를 포함하도록 상기 소정의 패턴을 제공하는 단계,

- 투영시스템을 사용하여 기판상에 상기 모니터를 투영하는 단계, 및

- 수차의 유무를 결정하기 위하여 상기 소정 테스트 패턴의 위치 및 모니터내에서 복수의 분해불가능 피쳐의 위치를 분석하는 단계를 포함한다.

모니터와 더불어, 상기 소정의 패턴은 상기 기판에 형성될 집적소자층에 대응하는 디바이스 패턴을 더욱 포함할 수 있다.

하기하는 바와 같이, 소정 테스트 패턴의 위치가 복수의 분해불가능 피쳐의 위치로부터 결정된 예상위치와 다르다면, 예상위치로부터의 변위는 수차의 존재를 나타내는 것이다.

하기에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명은 종래의 기술보다 월등한 장점을 제공한다. 가장 중요한 것은, 본 발명이 파악하기 힘든 렌즈수차를 검출할 수 있는 렌즈모니터를 제공한다는 것이다. 또한, 모니터 구조의 전반적인 크기는 충분히 작아서, 상기 모니터구조가 전체노광영역의 모니터링을 허용할 만큼 충분히 많은 곳에 위치될 수 있다.

마스크상에 모니터가 있으면, 모니터를 형성하기 위하여 사용되는 마스크형성공정에서 실질적으로 결함을 가지고 있지 않다. 이러한 경우, 본 발명의 렌즈모니터는 현장용 모니터링용으로 적절한데, 제품마스크를 형성하는 데 있어 동일한 마스크형성공정을 사용하여 렌즈모니터를 형성할 수 있기 때문이며, 따라서 추가적인 마스크 형성의 공정 단계가 필요하지 않다. 또 다른 장점은 렌즈모니터의 효율성이 마스크 형성공정에 일반적으로 존재하는 "경사진" 위상 에지 및 " 모서리 깎임" 영향 모두에 대하여 비교적 영향을 받지 않는다는 것이다.

개략적인 도면과 다음의 예시적인 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 본 발명의 추가적인 장점을 알 수 있다.

본 발명의 렌즈수차모니터에 대한 하기의 상세한 설명은 모니터를 형성하는 방법 뿐만 아니라 렌즈수차모니터 그 자체와도 관련된다. 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 이하에서 모니터가 마스크상의 링형상 구조를 형성하는 데 어떻게 사용될 수 있는 지를 상세하게 서술한다. 하지만 본 발명이 그러한 링형상 구조에만 국한되는 것은 아니며, 다른 형상에도 가능함은 물론이다. 더욱이, 상기 구조가 반드시 마스크상에 형성되어야 하는 것만은 아니며 예를 들어, 다른 패터닝수단을 사용하여 생성될 수 있다.

Dirksen 모니터에 관한 상기 서술된 관찰들을 통해, 초기에는 Dirksen의 모니터 구조에서 내부링의 레지스트 프로파일은 링형 구조를 나타내도록 모니터를 수정함으로써 향상될 수 있다고 생각되었다. 즉, Dirksen의 모니터 구조에서 내부링의 저하된/조잡한 레지스트 프로파일은 상기 구조의 중심에 위상변화를 줌으로써 교정될 수 있었다. 하지만, 초기의 생각과는 반대로, Dirksen 구조의 중심에 위상변화를 주는 것으로 해당 레지스트 프로파일이 링형 구조를 나타내지는 않는다고 판단되었다. 더욱이, 그 최종 레지스트 프로파일은 렌즈수차를 모니터링하는 데 본질적으로 소용이 없었다.

도 2(a) 내지 도 2(c)는 링형 구조를 형성하도록 수정된 Dirksen 모니터 구조를 도시한다. 세부적으로, 도 2(a)는 링형 구조를 형성하도록 수정된 Dirksen 구조의 평면도 및 단면도를 도시한 것이다. 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 링형 구조 에어리얼 이미지의 1차원 단면도이다(여기서 I는 세기를 나타낸다). 도 2(c)는 도 2(a)의 링형 구조로 생성된 프린팅된 레지스트 패턴의 단면도이다. 도 2(a) 내지 도 2(c)의 검토를 통하여 명확히 알 수 있듯이, 상기 링형 구조(도 2(a))는 링형상 레지스트 프로파일을 만들어 내지 않는다는 것이다. 이것은 모니터 구조의 에어리얼 이미지가 "링형" 레지스트 구조의 패터닝을 하게 할 만큼의 충분한 콘트라스트를 가지고 있지 않는다는 사실 때문이다. 그 결과 도 2(a)의 구조는 렌즈수차를 모니터링하는 데 본질적으로 쓸모가 없다. 모니터 구조의 직경이 λ/NA의 범위내에 있는 한, 전술한 내용은 틀림없다. 더 큰 직경의 경우에, 도 2(a)의 링형 설계는 링형 레지스트 패턴을 프린팅할 것 같다. 하지만, 직경이 λ/NA보다 커짐에 따라 렌즈수차모니터링의 효율성은 감소하게 된다.

전술한 관점에서, 본 발명의 주요목적 중 하나는 유효직경이 λ/NA의 범위내에 있는 구조를 갖는 렌즈수차모니터를 제공하는 것이며, 이것은 미소한 렌즈수차를 나타내기에 충분히 민감한 급경사의 로그경사를 구비한 에어리얼 이미지를 만들어 낸다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 예시적인 렌즈수차모니터 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 옥탯 하프론 링(Octad Halftone Ring; OHR)으로 불리우는 렌즈수차 구조(10)는 복수의 서브해상(sub-resolution) 피쳐(12)를 포함하는 서브해상 하프토닝 구조이다. 서브해상 하프토닝 구조의 형성에 대한 상세한 설명은 예를 들어, 유럽 특허 출원 제 EP 0 980 542호에 서술되어 있다.

도 3(a)에 도시된 실시예에서, 서브해상 하프토닝 구조(10)의 전반적인 형상은 원형인 반면에 피쳐는 사각형을 나타낸다. 본 발명의 수차모니터 구조(10)는 이러한 형상에만 국한되는 것은 아니다. 물론, 서브해상 하프토닝 구조(10)의 전반적인 형상이 원형과 다른 것일 수도 있고, 각 피쳐의 형상(12)도 사각형이 아닌 다른 것일 수도 있다. 사각형상의 서브해상 피쳐(12)는 마스크 제조 공정의 특성상 실제 구도에서는 둥근 모서리가 되기 싶다.

도 3(a)를 참조하면, 각각의 피쳐(12)의 크기 및 상기 피쳐 사이의 간격은 다음과 같다. 예시적인 실시예에서, 정사각형피쳐의 각 변의 치수(SL)는 약 0.3(λ/NA)이하이다. 마스크 제조해상도는 서브해상 피쳐(12)에 대한 최소크기를 제한한다. 오늘날의 생산용 마스크 제조공정에서, 해상한계는 4X 마스크상에서 약 200㎚의 범위내이다. 1X 웨이퍼 스케일에서 이것은 50㎚에 해당한다. 예를 들어, KrF 노광원을 가진 0.68NA 스테퍼를 사용할 때, 정사각형피쳐(12) 각각의 크기는 한변이 대략 100㎚ 내지 120㎚일 수 있다. 충분한 하프토닝 효과를 유지시키기 위해서는, 각 정사각형피쳐(12)간 간격(ES)이 0.15(λ/NA)보다 작은 것이 바람직하다. 대안적으로, 각 피쳐(12)간 간격은 상기 정사각형피쳐(12)의 한변치수의 대략반보다 작아야 한다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 전술한 간격 요건은 인접한 피쳐(12)간의 간격을 의미한다. 또한 도 3(a)에 도시된 바와 같이, X 및 Y방향에서의 어긋난 오프셋량(각각 XST 및 YST)은 동일한 것이 바람직하다. 즉, X 방향 또는 Y 방향 중 한 방향으로 인접한 피쳐를 겹치게 하는 피쳐(12)의 부분은 동일한 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 바람직한 어긋난 오프셋량은 서브해상요소 크기의 대략 1/4 내지 3/4의 범위내이다. 결국, 다시 도 3(a)를 참조하면, X 방향(즉, 피쳐(12a, 12b)) 또는 Y 방향(즉, 피쳐(12c, 12d))을 따라 최대거리를 가진 두 개의 대향하는 피쳐의 내부 에지 사이의 거리(EES)는 대략 (λ/NA)과 같은 것이 바람직하다. 모든 치수는 1X 웨이퍼 스케일로 표시된다.

도 3(a)에 도시된 렌즈수차모니터의 실시예에서, 본 발명의 서브해상 하프토닝 구조(10)는 링형 포맷으로 배치된 8개의 정사각형피쳐를 사용한다. 하지만, 상술한 바와 같이, 본 발명이 그렇게만 제한되는 것은 아니다. 명백하게, 링형을 나타내지 않는 서브해상 하프토닝 구조를 생성하거나 사용하는 것도 가능하다. 또한, 총수가 8개가 아닌 복수의 서브해상 피쳐를 사용하는 서브해상 하프토닝 구조를 형성하는 것도 가능하고, 사각형이 아닌 다른 모양의 피쳐를 사용하는 것 또한 가능하다.

더욱 상세하게는, 직선형의 구조(예를 들어, 한 쌍의 평행선)는 어떤 종류의 렌즈수차(예를 들어, 코마)를 보여줄 수 있지만, 기타 형태의 렌즈수차 및 그 해당하는 방위를 포착하기 위해서는 "링형" 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 각 피쳐(12)는 서브해상이기 때문에, 특정형상은 중요한 문제가 아니다. 상기 피쳐(12)의 크기 및 하프톤 간격이 보다 중요하다. 도 3(b), 3(c) 및 3(d)는 모니터 구조를 형성하는 데 사용될 수 있는 서브해상 피쳐(12)의 다양한 구성 및 형상의 예이다. 도 3(e), 3(f) 및 3(g)는 각각 도 3(b), 3(c) 및 3(d)에 도시된 모니터 구조의 실제 프린팅 성능을 도시한 것이다. 모든 노광은 같은조건 즉, 0.68NA의 고리모양의 조명(0.6 내측 시그마 및 0.8 외측 시그마, 여기서 시그마(σ)는 소위 코히어런스 팩터)에서 행해졌다. 덧붙여, 각 실험에서 의도적으로 도입된 X 및 Y 코마의 양은 0.05λ이다. 세 가지 예시 모두에서, 코마 렌즈수차는 도 3(e), 3(f) 및 3(g)에 도시된 프린팅된 패턴으로부터 명확히 관찰될 수 있다.

도 4(a) 내지 도 4(f)는 Dirksen 모니터 구조(도 1), 링형 모니터 구조(도 2) 및 본 발명의 OHR 모니터 구조(도 3(a))의 에어리얼 이미지 및 대물 스펙트럼의 비교도이다. 상기 도면에서, P는 위상을, I는 세기를 나타낸다. 더욱 상세하게는, 우선 도 4(a)를 참조하면, Dirksen 모니터는 ±NA(개구수)의 한계내에서는 대칭적이지 않다는 것을 보여준다. 다음, 도 4(b)를 참조하면 "링형" 모니터는 대칭적인 위상 스펙트럼을 가지나, 전반적인 위상범위가 축소되는 것을 알 수 있다. 하지만 상기에 서술하고 도 4(e)에 도시된 것처럼, "링형" 모니터 구조는 불충분한 에어리얼 이미지 콘트라스트를 보이고, 따라서 링형 레지스트 패턴을 프린팅할 수 없다.

다음, 도 4(c)에서 OHR 모니터(10)는 NA한계내에서 대칭적인 위상스펙트럼을 보이는 동시에, 0°부터 360°까지의 모든 위상범위를 가진다는 것을 보여준다.0.3 내지 0.35의 세기 수준의 프린팅 임계값에서 비교해 볼 때, (도 4(f)에 도시된) OHR 모니터(10)에 대응하는 에어리얼 이미지는 (도 4(d)에 도시된) Dirksen 모니터에 의하여 만들어진 에어리얼 이미지와 유사하다. 하지만, 임계값 세기 수준에서는 구분이 쉽지 않더라도, 내측 및 외측 에어리얼 이미지에 대한 로그-경사는 OHR 모니터 구조(10)의 경우에 더욱 균형을 이루고 있다.

도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 3(a)에 도시된 OHR 렌즈모니터 구조(10)의 실제의 프린팅 성능을 도시한 것이다. 도 5(a) 내지 도 5(c)에 사용된 프린팅 조건은 도 1(a) 내지 도 1(f)에 관한 상기 서술내용의 그것과 동일하다. 도 5(a)는 투영렌즈상에 투영된, OHR 모니터 구조(10)의 2차원의 에어리얼 이미지를 도시한 것이다(I는 세기). 도 5(b)는 최종 OHR 모니터 구조(즉, 프린팅 공정의 결과로 형성된 OHR 모니터 구조)와 중첩된 최초 레지스트패턴(즉, 피쳐(12))의 평면도이다. 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 매우 파악하기 힘든 코마수차까지도 모니터에 의하여 쉽게 검출될 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 시뮬레이션에 도입된 코마수차(Z7 및 Z8 모두에 대하여 0.025λ)는 도 5(b)에서 뿐만 아니라 도 5(a)의 2-D에어리얼 이미지에서도 관찰될 수 있다. 도 5(b)를 참조하면, 상기 수차는 프린팅된 OHR 구조의 내측링(14)이 오른쪽 위로 이동되었음을 보여준다. 결국, 프린팅된 OHR 구조의 단면도인 도 (c)는 (주어진 단면도의) 왼쪽의 프린팅된 OHR 구조의 내부(16)가 그와 대응하는 오른쪽의 프린팅된 OHR 구조의 내부(17)보다 중심쪽으로 더 많이 이동되어 있음을 도시한다. OHR 구조의 위치의 선행 변위/변화의 각각은 렌즈수차의 존재를 나타낸다. 렌즈수차가 없었던 경우에는, 도 5(b)의 내측링(14)은 OHR 모니터 구조를 형성하는데 사용된 정사각형피쳐(12)의 각각으로부터 동일한 간격을 두게된다. 또한, 도 5(c)의 두 개의 레지스트 패턴(16, 17)은 모두 중심으로부터 동일한 간격을 두게된다.

회로기능을 간섭하지 않도록 스크라이브(scribe) 라인 또는 다이내에 프린팅되는 OHR 모니터는 사용 시에 대응하는 노광영역에 실제의 렌즈수차를 모니터링 하도록 측정된다. 그러면 렌즈수차는 CD 에러를 최소화하는데 요구되는 소요 교정조치를 산출하기 위해 사용된다. 상기 교정조치는 예를 들어, 마스크 패턴을 바꾸거나 노광 툴을 튜닝함으로써 달성될 수 있다. 여기에 서술된 것처럼, 렌즈수차의 양은 렌즈수차에 민감하지 않은 기지의 기준 구조와 관련하여 상대적인 링 폭을 측정하거나, 내부링 원의 상대적인 위치이동을 측정함으로써 결정될 수 있다. 다른 가능한 방법은, 프린팅된 OHR 패턴의 SEM사진을 찍고 그 것을 기지의 렌즈수차를 가진 OHR 패턴족과 비교해 보는 것이다. 통계분석을 사용함으로써, 신뢰할만한 재현성으로 렌즈수차의 크기 및 종류를 판단할 수 있다.

본 발명의 OHR 모니터에 관한 한가지 중요한 점은, 결함이 있는 마스크 제조공정의 결과로 인하여 모니터의 성능이 떨어지지 않는다는 것이다. 더욱 상세하게, 쿼츠에칭의 결과 마스크상에 경사진 위상 에지를 초래하는 경우에는, OHR 모니터는 렌즈수차 검출 감도를 잃지 않는다. 도 6(a)는 마스크(S는 마스크기판을 나타냄)내에 형성된 OHR 모니터 구조의 평면도 및 단면도이며, 여기서 마스크 형성공정의 결과 정사각형피쳐(12)는 경사진 에지를 갖게된다. 하지만 도6(b)를 참조하면, 마스크상의 경사진 쿼츠 위상에지 패턴은 대물 위상 스펙트럼에 중대한 영향을 끼치지는 않는다는 것을 알 수 있다. 총 대물 스펙트럼 위상이 약간 수축(약 350°정도)될 뿐이다. 이러한 수축은 렌즈수차 검출 모니터의 감도에서의 아주 미소한 저하를 가져올 수 있다. 하지만 더욱 중요한 것은 도 6(c) 내지 도 6(e)에 도시된 바와 같이, 이처럼 극히 조잡한 위상 에지의 경우에는 프린팅된 레지스트 프로파일상에 거의 영향이 없다는 것이다. 그러므로 Dirksen의 모니터와 비교하여 볼 때, 본 발명의 OHR 모니터는 훨씬 더 기능적인 모니터를 제공한다. 도 6(c) 내지 도 6(e)를 만들어내는 데 사용된 프린팅 조건은 도 1(a) 내지 도 1(f)에 관하여 상기에 서술한 된 그것과 동일하다.

전술한 것처럼, 본발명의 렌즈수차모니터는 생산시의 프린팅 공정시에 현장용 모니터링용으로 사용되는 것이 바람직하다. 이 목적을 달성하기 위해서는, 다음의 두 가지 요건을 만족시켜야 한다. 즉,

(1) 상기 렌즈수차모니터는 추가적인 공정단계 없이 동일한 마스크 제조공정을 사용하여 만들어져야 하며,

(2) 상기 렌즈수차모니터 구조는 상기 생산패턴의 프린팅을 목적으로 하는 것과 동일한 노광 조건하에서 프린팅될 때에, 사용가능하고 효율적이어야 한다.

본 발명의 OHR 모니터는 이들 요구조건을 모두 만족시킬 수 있다. 도 7(a) 내지 도 7(d)는 6% attPSM 또는 바이너리 크롬 마스크상에 사용될 본 발명에 따른 OHR 모니터의 성능을 도시한다. 7(a) 내지 도 7(d)을 만들어내는 데 사용된 프린팅 조건은 도 1(a) 내지 도 1(f)에 관하여 상기에 서술된 그것과 동일하다.

더욱 상세하게는, 도 7(a)는 6% attPSM상에 형성된, 최종 프린팅된 OHR 모니터 구조와 중첩된 레지스트 패턴의 평면도를 도시한 것이다. 도 7(b)는 도 7(a)의 레지스트 패턴으로부터 생성된 프린팅된 OHR 모니터 구조의 단면도이다. 도 7(c)는 바이너리 크롬 마스크상에 형성된 최종 프린팅된 OHR 모니터 구조와 중첩된 레지스트 패턴의 평면도이다. 도 7(d)는 도 7(c)의 레지스트 패턴으로부터 생성된 프린팅된 OHR 모니터 구조의 단면도이다.

7(a) 내지 7(d)로부터 알 수 있듯이, 6% attPSM을 사용하여 형성된 OHR 모니터 구조 및 바이너리 크롬 마스크를 사용하여 형성된 OHR 모니터 구조는 모두 미소한 렌즈수차(예를 들어, 0.025λ)를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 7(a)와 도 7(c)에서 모두 최종 OHR 모니터 구조의 내측링(14)은 도 5(b)에 도시된 OHR 모니터 구조와 유사한 방식으로 오른쪽 위 방향으로 이동되며, 이에 따라 시뮬레이션에서 도입된 0.025λ렌즈수차를 효과적으로 검출한다.

관련된 제품 패턴을 따라 동일한 노광수준이 사용될 수 있도록 확실히 하려면, 6% attPSM 및 바이너리 크롬 마스크 적용 시 모두에 대하여 OHR 정사각형 요소(12)의 치수는0.35(λ/NA)가 되도록 크기를 바꾸었다. 그 밖의 OHR 설계 파라미터에 대해서는 바꾸지는 않았다. 하지만 약간 더 큰 정사각형 요소의 사용으로 인하여, 하프토닝 효과를 최적화하기 위하여 각 정사각형 요소의 간격을 재조정할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.

전술한 것처럼, 본 발명의 OHR 모니터는 매우 기능적이다. 예를 들어 도 5, 도 6 및 도 7과 관련하여 상기 서술된 바와 같이 코마 수차의 검출과 더불어 OHR 모니터는 그 밖의 다양한 종류의 렌즈수차도 검출할 수 있다. 도 8(a) 내지 도8(h)는 렌즈수차를 검출하기 위한 OHR 모니터의 성능을 도시한 것이다. 도 8(a) 내지 도 8(h)를 만들어하는 데 사용된 프린팅 조건은 렌즈수차 세팅을 제외하고, 상기 도 1(a) 내지 도 1(f)에 관하여 서술한 그것과 동일하며 전체적으로 +0.1㎛ 디포커스를 가진다.

도 8(a)는 회절한계 렌즈로부터 프린팅된 최종 OHR 모니터 구조와 중첩된 OHR 모니터 구조를 형성하기 위하여 사용되는 레지스트 패턴의 평면도를 도시한 것이다. 도 8(e)는 도 8(a)의 OHR 모니터에 대응하는 투영렌즈 퓨필에서의 파면을 도시한 것이다. 도시된 것처럼 내측링(14)과 외측링(15)이 모두 예상된 위치에 있기 때문에, 프린팅된 OHR 모니터구조는 렌즈가 실질적으로 수차가 없음을 나타낸다.

도 8(b)는 최종 OHR 모니터 구조와 중첩된, 45°비점수차의 0.05λ의 렌즈수차를 가지고 프린팅된 렌즈수차모니터 구조의 레지스트 패턴의 평면도이다. 도 8(f)는 도 8(b)의 OHR 모니터 구조에 대응하는 투영렌즈 퓨필에서의 파면을 도시한 것이다. 도시된 것처럼, 프린팅된 OHR 모니터 구조는 45°축 주위로 내측링(14)이 늘어난 렌즈수차를 보인다.

도 8(c)는 최종 OHR 모니터 구조와 중첩된, X 및 Y 코마(Z7 및 Z8)의 0.05λ의 렌즈수차를 가지고 프린팅된 렌즈수차모니터 구조의 레지스트 패턴의 평면도이다. 도 8(g)는 도 8(c)의 OHR 모니터 구조에 대응하는 투영렌즈 퓨필에서의 파면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 프린팅된 OHR 모니터 구조는 내측링(14)과 외측링(15)이 모두 위 방향과 오른쪽 방향으로 이동에 의한 렌즈수차를 나타낸다.

도 8(d)는 최종 OHR 모니터 구조와 중첩된, X 및 Y 경사도(Z2 및 Z3)의 0.05λ의 렌즈수차를 가지고 프린팅된 렌즈수차모니터 구조의 레지스트 패턴의 평면도이다. 도 8(h)는 도 8(d)의 OHR 모니터 구조에 대응하는 투영렌즈 퓨필에서의 파면을 도시한 것이다. 도시된 것처럼, 프린팅된 OHR 모니터 구조는 내측링(14)및 외측링(15)이 모두 아래 방향과 왼쪽 방향으로 변위된 만큼의 렌즈수차를 나타낸다.

따라서, 실제의 렌즈수차는 매우 복잡하고 포착하기 힘들 수 있더라도, 본 발명의 OHR 모니터와 최첨단의 도량형 툴을 결합하여 사용함으로써, 렌즈수차의 근본적인 원인을 분석할 수 있다. 또한, 도 8(f) 내지 8(h)에 도시된 것처럼 투영렌즈 퓨필상에 투영된 파면을 보면, 도 8(a) 내지 도 8(h)와 관련하여 렌즈수차가 상기 내용을 확인한다는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명과 함께 사용되기에 적절한 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(LA, IL)(특별한 경우에는 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아 주는 마스크 홀더를 구비하며, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결되는 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼)을 잡아 주는 기판 홀더를 구비하며, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결되는 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화시키는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절형, 카타디옵트릭 또는 반사 광학기 배열)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사 마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그래밍 가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, Hg 램프, 엑시머레이저 또는 플라즈마원)은 방사선의 빔을 만든다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 확장기(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내에서 세기분포의 외측 및/또는 내측반지름 크기(통상 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 집적기(IN) 및 집광기(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사되는 빔(PB)은 그 단면이 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계 측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캐닝하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 9에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 행해질 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼 스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)은 단행정 액추에이터에 단지 연결되어 있거나 고정되어 있을 수도 있다.

상술한 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

- 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

- 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)이 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이v의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 동기화되어 기판테이블(WT)은 속도V=Mν로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하며,이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

본 발명은 예를 들어, 상기에 서술된 장치의 일루미네이터(IL) 및/또는 투영시스템(PL)에서 수차를 조사하는 데 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 OHR 모니터의 예시적인 실시예의 변형례가 있을 수 있다. 예를 들어, 예시한 OHR 모니터 구조는 링의 형상이지만, 그 밖의 다른 형상도 가능함은 물론이다. 또한, OHR 모니터 구조를 형성하기 위하여 사용되는 각각의 피쳐는 정사각형 이외의 다른 형상일 수도 있다.

또한, OHR은 예를 들어, 바이너리 크롬 마스크, attPSM, 교번 PSM 및 무크롬 PSM 등의 모든 종류의 마스크에서 사용될 수 있다. OHR 설계는 이러한 구조 및 피쳐간격이 렌즈수차에 매우 민감할 수 있다는 것을 나타내므로, 상기 OHR 설계치수는 집적회로 설계용 "금지된" 설계 규칙에 대한 기준으로써 사용될 수 있다. 이와 같이, 회로피쳐는 미소한 렌즈수차에 영향을 덜 받게 될 수 있다. 이는 향상된/개선된 CD 제어를 가져와, 메모리회로 또는 라이브러리회로 설계에서 극히 중요할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 OHR 모니터는 이전의 기술을 넘어선 중요한 이점을 제공한다. 가장 중요하게는, 본 발명은 매우 포착하기 힘든 렌즈수차를 검출할 수 있으며 모니터를 형성하기 위해 사용되는 마스크 형성공정에서 실질적으로 결함이 생기지 않는 렌즈모니터를 제공한다.

덧붙여, 생산용 마스크를 형성하는데 필요한 동일한 마스크 형성공정을 사용하여 렌즈모니터가 형성될 수 있으므로 임의의 추가적인 마스크 형성공정단계가 필요하지 않기 때문에, 본 발명의 렌즈수차모니터는 현장용 모니터링용으로 적합하다. 또한, 렌즈모니터 구조의 전반적인 크기는 충분히 작아서, 상기 구조가 전체 노광영역을 모니터링하기 위하여 충분히 여러 곳에 위치될 수 있다.

본 발명의 렌즈수차모니터 구조는 서브해상 피쳐를 사용하기 때문에, 실제피쳐의 형상 및 크기가 대단히 중요한 것은 아니고, 따라서 렌즈수차모니터는 실제로 적용시 수차를 검출하는 데 뛰어나게 효과적인 것이 또 다른 장점이다.

마지막으로 전술한 내용에서는 집적회로의 제조에 있어서 리소그래피 투영장치의 특정한 적용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음은 명백하다. 예를 들어, 상기 장치는 집적광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클" 또는 "웨이퍼" 와 같은 용어가 각각 "마스크" 또는 "기판" 과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 고려하여야 한다.

본 명세서에서, 용어 "방사선" 및 "빔" 은 (예를 들어 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선, 및 EUV(극자외선, 예를 들어 파장이 5-20㎚ 범위인)를 포함한 모든 형식의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

본 발명의 어떤 특정한 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 그 본질적인 특성과 원리로부터 벗어나지 않는 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다. 그러므로 본 발명은 전술한 내용보다는 오히려 첨부된 청구항에 보인 본 발명의 청구 범위에 기재된 되로, 제한적이지 않은 모든 측면에서 고려되어야 하며, 청구항의 의미와 그균등 범위에 속하는 모든 변형도 그 안에 내포되어 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 렌즈수차를 검출할 수 있는 렌즈모니터가 제공된다. 또한, 상기 렌즈모니터가 모니터를 현장용 제품모니터링용으로 사용해도 될 만큼 충분히 작은 크기의 수차분석구조를 포함한다. 또한 본 발명은, 상기 모니터가 마스크형성시에 별도의 공정단계를 필요로하지 않으며, 마스크 형성과정에 있어 작은 결함에 의하여 심하게 손상되지 않는다.

Claims

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템,

- 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,

- 기판을 잡아주는 기판테이블, 및

- 기판의 타겟부에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치에서 사용되는 광학시스템과 관련된 수차를 검출하는 방법으로서,

상기 광학시스템은 방사선시스템과 투영시스템 중 적어도 하나를 포함하며,

- 기판상에 투영되면 소정의 테스트패턴을 형성하도록 배치되는 복수의 분해불가능 피쳐를 구비한 모니터를 포함하도록 상기 소요되는 패턴을 제공하는 단계,

- 상기 투영시스템을 사용하여 기판상에 상기 모니터를 투영하는 단계, 및

- 수차가 있는 지를 판단하기 위하여 상기 소정의 테스트패턴의 위치 및 상기 모니터내에서 상기 복수의 분해불가능 피쳐의 위치를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 복수의 분해불가능 피쳐의 각각에는 정사각형상의 단면의 구성을 마련하되, 상기 복수의 분해불가능 피쳐는 실질적으로 원형을 형성하도록 서로에 관하여 위치되는 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 복수의 분해불가능 피쳐의 각각은 최대로 0.30(λ/NA)의 변길이를 갖되, λ는 투영빔에서 방사선의 파장이고 NA는 투영시스템의 개구수인 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제3항에 있어서,

인접한 분해불가능 피쳐의 인접한 에지 사이의 간격은 최대로 0.15(λ/NA)인 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소정의 테스트패턴은 실질적으로 링형상의 패턴인 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모니터에 부가하여, 상기 기판상에 형성될 집적소자 층에 대응하는 디바이스 패턴을 포함하도록 상기 소정의 패턴이 제공되는 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

서로 인접하여 있는 상기 복수의 분해불가능 피쳐의 제1세트는 X 방향으로 중첩되며, 상기 복수의 분해불가능 피쳐의 제2세트는 실질적으로 상기 X 방향에 직각인 Y 방향으로 중첩되되, 상기 X 방향의 상기 중첩은 상기 Y 방향의 상기 중첩과 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패터닝수단은 마스크로 제공되는 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 복수의 분해불가능 피쳐의 각각은 π-위상 쉬프팅 요소인 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 마스크는 6% 감쇠 위상변위 마스크와 바이너리 크롬 마스크 중 하나인 것을 특징으로 하는 수차를 검출하는 방법.
- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템,

- 마스크를 잡아주는 마스크테이블,

- 기판을 잡아주는 기판테이블, 및

- 기판의 타겟부상에 마스크의 패턴을 투영하는 투영시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치에서 사용되는 광학시스템의 수차를 검출하기 위한 구조물로서,

상기 광학시스템은 방사선시스템과 투영시스템 중 적어도 하나를 포함하며,

상기 구조물은 모니터 패턴을 지니는 마스크플레이트를 포함하며, 상기 모니터 패턴은 상기 마스크플레이트상에 배치된 복수의 분해불가능 피쳐를 포함하며, 상기 복수의 분해불가능 피쳐는 상기 기판상에 소정의 테스트패턴을 형성하도록 배치되고, 상기 소정의 패턴은 상기 수차를 검출하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 수차 검출용 구조물.
제11항에 있어서,

상기 마스크플레이트상에 배치되며, 상기 기판상에 형성될 집적소자층에 대응하는 디바이스 패턴을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 수차 검출용 구조물.
(a) 적어도 부분적으로는 방사선감지물질의 층이 도포된 기판을 제공하는 단계,

(b) 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계,

(c) 투영빔의 단면에 패턴을 부여하도록 패터닝수단을 이용하는 단계,

(d) 방사선감지물질 층의 타겟부에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하도록 투영시스템을 이용하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

(d)단계에서 집적소자 패턴의 사용전에,

- 상기 기판상에 투영되면 소정의 테스트패턴을 형성하도록 배치되는 복수의 분해불가능 피쳐를 구비하는 모니터를 포함하도록 (c)단계의 패턴을 제공하는 단계,

- 상기 투영시스템을 사용하여 상기 기판상에 모니터를 투영하는 단계,

- 상기 소정의 테스트패턴의 위치 및 상기 모니터에서 상기 복수의 분해불가능 피쳐의 위치를 분석하여 상기 방사선시스템과 투영시스템 중 적어도 하나에서 수차가 존재하는지를 결정하는 단계를 포함하여 수차 모니터링 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.