KR20040005709A - 투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법 - Google Patents

투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법 Download PDF

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Abstract

투영노광장치는, 패턴을 가지는 레티클을 광원으로부터 공급된 조명광으로 조명하는 조명광학계와, 조명광을 사용해서 패턴을 기판위로 투영하는 투영광학계와, 조명광의 각도분포를 측정하는 측정계와, 측정계에 의한 측정에 의거하여 또한 광축으로부터의 거리에 따라서, 투영광학계에 입사하는 조명광의 각도분포를 변화시키는 조정계를 구비한다.

Description

투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체디바이스의 제조에 사용하기 위한 투영노광장치에서, VLSI의 집적을 증가하기 위해, 더욱 높은 해상도가 요구되어 왔다. 이러한 흐름에서, 사선입사조명방법 또는 위상시프트마스크를 사용한 초해상도기술이 제안되어 왔다. 이러한 초해상도기술에서, 조명광학계의 개구조리개는, σ값(투영광학계의 NA(개구수)와 조명광학계의 NA사이의 비)을 더욱 작게 하도록 변형되거나, 또는 예를 들면, 링존형상(ring zone shape) 또는 4중극형상 등의 특정한 형상의 2차광원이 형성된다.
또한, 반도체디바이스제조용 투영노광장치에서, 일반적으로 광학배치는, 웨이퍼 등의 기판이 디포커스된 위치에 있는 경우에도, 투영된 패턴상의 위치의 변동이 거의 발생하지 않도록 상측위에 텔레센트릭되어 있다.
최근의 VLSI의 더욱 큰 집적의 흐름에서, 회로패턴의 프린팅에 매우 높은 전송 정확도가 요구된다. 따라서, 투영광학계에 입사하는 조명광의 각도분포를 적절히 설정하는 것이 매우 중요하다. 투영광학계에 관해 소정의 각도관계를 가지는 조명광이 공급되지 않으면, 웨이퍼가 디포커스된 위치에 있는 경우에 투영된 패턴상의 위치에서 위치변동이 발생한다.
웨이퍼가 디포커스되어 패턴이 프린트되는 경우, 투영광학계에 관해서 광축중심과의 배율관계에서 조명광의 입사각의 편차(즉, 광축까지의 거리(피사체높이)에 따라서, 투영광학계에 관해서 각 광선의 입사각의 편차)는, 프린트된 패턴내의 상의 높이에 대응하는 배율성분에서의 위치편차를 야기한다. 이 편차는 배율텔레센트리시티 또는 배율텔레센트리시티의 편차로 칭한다. 도 2는 이것을 나타내고, 점선은 광축 또는 이것에 평행한 선을 나타낸다.
도 2에서, (16)은 투영광학계를 나타내고, (18)은 기판(웨이퍼)을 나타낸다. La는 투영광학계(16)의 광축을 나타낸다. 주된 광선이 피사체높이에 관계없이 동일한 방향으로 입사되는 투영광학계에 관해서 입사광의 입사각의 시프트 또는 편차는, 웨이퍼(18)가 디포커스된 경우 프린트된 패턴의 시프트 또는 편차를 야기한다(이 편차는 온축텔레센트리시티 또는 온축텔레센트리시티의 편차로 칭한다). 도 3은 이것을 도시하고, 점선은 광축 또는 이것에 평행한 선을 나타낸다.
이것은, 복수의 리소그래픽공정의 순서동안, 회로패턴이 그 위에 형성된 표면단차를 가지는 웨이퍼위에 중첩해서 프린트되는 경우, 상은 편차를 가지고 프린트됨을 의미한다. 이것은 반도체디바이스를 고정밀도로 제조하는 데 매우 바람직하지 않다.
많은 투영노광장치에서, 조명계의 구성요소의 위치는, 특정한 표준조명모드A에 대해서 가장 양호한 각도특성을 가지는 조명광을 제공하도록 조정된다. 그러나, 조명모드A가 다른 조명모드B(사선의 입사조명 또는 보다 작은 σ값에 대해서 등)로 변화되는 경우, 조명계의 구성요소가 조명모드A에서와 같이 변화되지 않으면, 이들은 적절한 각도를 가지는 조명광을 항상 제공하지는 못한다. 이것은, 광학경로가 이들 조명모드사이에서 상이하고, 또한 렌즈스템의 편심의 효과 또는 광학소자의 비반사막의 불균일성이 상이하기 때문이다.
투영노광장치에서, 광학소자로 사용된 비반사막의 효과는 광선의 각도와는 상이하다. 따라서, 조명모드가 변화되는 경우, 배율텔레센트리시티의 편차가 발생할 수 있다. 유사하게, 조명모드가 변화되는 경우, 미러에 의한 편향에서 반사불균일의 효과 또는 광학계의 편심의 효과는 변화된다. 따라서 온축텔레센트리시티의 편차가 발생할 수 있다.
이러한 배율텔레센트리시티 또는 온축텔레센트리시티가 광학계를 이동시킴으로써 보정되면, 조명되는 표면(레티클표면 또는 웨이퍼표면 등)위의 조명분포의 변화가 야기되므로, 조도불균일이 증가된다. 종래의 노광장치에서 이들 두 모드를보정하는 것은 용이하지 않다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 투영노광장치의 개략도
도 2는 배율텔레센트리시티의 편차를 설명하는 개략도
도 3은 온축텔레센트리시티의 편차를 설명하는 개략도
도 4는 본 발명의 일실시예에서 조명광의 각도분포의 측정을 설명하는 개략도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서 조명광의 각도분포의 측정을 설명하는 개략도
도 6은 배율텔레센트리시티 보정수단을 설명하는 개략도
도 7은 본 발명의 일실시예에서 배율텔레센트리시티의 보정순서를 설명하는 흐름도
도 8은 본 발명의 일실시예에서 온축텔레센트리시티 보정수단을 설명하는 개략도
도 9는 본 발명의 일실시예에서 온축텔레센트리시티의 보정순서를 설명하는 흐름도
도 10은 배율텔레센트리시티, 온축텔레센트리시티 및 조도비균일에 대한 보정이 연속해서 행해지는 것을 특징으로 하는 순서를 설명하는 흐름도
도 11A와 도 11B는 광학필터를 가지는 조도비균일보정수단의 일례를 각각 설명하는 개략도
도 12는 주사노광장치에 사용되는 조도비균일보정수단의 일례를 설명하는 개략도
도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서 디바이스제조공정의 흐름도
도 14는 도 13의 순서에서 웨이퍼공정의 흐름도
<주요부분에 대한 설명>
1: 광방출관1a: 광방출부
1b: 상(광원상)2: 타원형미러
3: 코울드미러4: 제 2초점
5, 6: 광학계7: 광인테그레이터
7a: 광입사면7b: 광배출면
8: 조리개기구8a, 8b: 조리개부재
9: 렌즈소자10: 수렴렌즈
11: 마스킹블레이드12: 미러
13: 결상렌즈14: 레티클
15: 레티클스테이지16: 투영광학계(투영렌즈)
17: 동공(pupil)18: 웨이퍼(기판)
18a: 웨이퍼표면위치19: 웨이퍼척
20: XY스테이지21: 베이스테이블
22: 조명계23: 수광계
24, 51: 검출기25: 반사미러
26: 레이저간섭계27: 구동계
28: 제어디바이스29: 검출계
30: 주제어부(제어디바이스)31: 마스킹블레이드 동작기구
32, 34: 렌즈계 구동기구33: 조리개 구동기구
61: 광학필터71: 가변슬릿
La: 광축
본 발명의 목적은, 배율텔레센트리시티 편차의 보정에 의거하여, 조명광이 최적의 각도로 공급되어 패턴상이 매우 높은 해상도로 형성될 수 있는 투영노광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 투영노광장치를 사용한 디바이스제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 패턴을 가지는 레티클을 조명하는 조명광학계와, 패턴을 기판위로 투영하는 투영광학계와, 조명광의 각도분포를 측정하는 측정수단을 구비한 투영노광장치에 있어서, 상기 조명광학계의 일부분내의 광학소자는, 투영광학계에 입사하는 조명광의 각도분포를 광축중심에 관해서 배율에 의해 변화시키기 위해, 상기 측정수단의 측정결과에 의거하여 광축방향을 따라 변위하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 함께 취해진 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
바람직한 실시예의 설명
도 1은 본 발명의 제 1실시예의 개략도이다. 이 실시예에서, 본 발명은 서브마이크론 오더 또는 1/4마이크론오더의 리소그래픽 공정을 위한 스텝앤드리피트형 또는 스텝앤드스캔형의 투영노광장치에 적용된다.
도면에서 (1)은 예를 들면 Hg램프 등의 광원의 광방출관을 나타낸다. 이것은 자외선 또는 강한 자외선을 방출하는 높은 조도의 광방출부(1a)를 가진다. 광방출부(1a)는 타원형미러(2)의 제 1집속점에 또는 이것에 인접하여 배치되어 있다.
(3)은 대부분의 적외광은 투과하나 대부분의 자외광은 반사하는 기능을 하는 다층구조의 막을 가지는 코울드미러이다.
이 코울드미러(3)와 결합하여, 타원형미러(2)는 이것의 제 2초점(4)에 또는 인접하여 광방출부(1a)의 상(광원상)(1b)을 형성하는 기능을 한다.
(5)는 예를 들면, 수렴렌즈, 콜리메이터렌즈 및/또는 줌렌즈로 이루어진 광학계이다. 이것은 광학계(6)와 결합하여 타원형미러(2)의 제 2초점(4)에 또는 인접하는 형성된 광원상(1b)을 광인테그레이터(7)의 광입사면(7a)위에 결상하는 기능을 한다. 광학계(6)는 광학계 구동기구(34)에 의해 광축에 직교하는 방향으로 경사질 수 있게 하고 이동가능하거나 또는 장착/탈착가능하다.
광인테그레이터(7)는 섹션내에서 사각형상을 가지고 소정의 피치로 2차원어레이로 배치된 복수의 작은 렌즈를 구비한다. 이것은 이것의 광배출면(7b)에 인접하여 2차광원을 제공하는 기능을 한다. 광인테그레이터(7)의 인접하는 이 광배출면(7b)에는 복수의 조리개부재(8a),(8b)를 가지는 조리개기구(8)가 있다. 조리개구동기구(33)는 2차광원의 크기와 형상을 변화시킴으로써 광학경로상에 놓여있는 조리개기구내의 조리개를 변화시키는 기능을 한다.
이 실시예에서, 상이한 개구형상을 가지는 조리개부재는 사용되는 레티클(14)의 패턴의 형상에 따라 선택적으로 사용됨으로써, 투영광학계(16)의 동공면(17)에 생성되는 광강도분포가 선택적으로 변화된다. 상세한 것은 일본 공개특허공보 공개번호 47626/1993 또는 47640/1993에 개시되어 있다.
(9)는, 조명광의 각도분포(레티클(14)표면위의 특정한 점을 조명하는 조명광의 각도광량분포)를 변화시키기 위해, 광축중심에 관해서 배율에 의해(즉, 레티클(14)표면위의 특정한 점의 투영광학계(16)의 광축까지의 거리에 따라서) 기구(32)를 구동시킴으로써, 광축방향을 따라 이동할 수 있는 렌즈소자(광학소자)이다.
(10)은, 광인테그레이터(7)의 광배출면(7b)에 인접하는 2차광원으로부터 방출된 광빔에 의해, 마스킹블레이드(11)의 표면을 중첩하여 균일하게 조명하는 기능을 하는 수렴렌즈이다. 마스킹블레이드(11)는, 레티클(14) 표면위의 조명범위를 조정함으로써, 소망의 개구형상을 다양하게 형성하기 위해, 마스킹블레이드구동기구(31)에 의해 이동할 수 있는 복수의 이동가능 차광판을 구비한다.
(13)은, 레티클(14)표면위의 마스킹블레이드(11)의 개구형상을 투영함으로써, 레티클(14) 표면위의 소정의 영역이 균일하게 조명되도록 미러(12)와 일체화되는 결상렌즈이다. 레티클(14)은 레티클스테이지(15)에 의해 유지된다.
투영광학계(투영렌즈)(16)는 레티클(14)표면위의 패턴을 웨이퍼(기판)위로 축소된 스케일로 투영하는 기능을 한다. (17)은 투영광학계의 동공을 나타내고, (18)은 레티클(14)의 회로패턴이 투영되어 전사되는 웨이퍼(기판)를 나타낸다. (19)는 웨이퍼(18)를 유지하고 광축방향을 따라 이동가능한 웨이퍼척을 나타낸다. (20)은 웨이퍼척(19)을 유지하고 광축방향에 직교하는 평면을 따라 2차원적으로 이동가능한 XY스테이지를 나타낸다. (21)은 투영렌즈(16)와 XY스테이지가 실장되는베이스테이블을 나타낸다.
나중에 설명할 동작에 있어서, XY스테이지(20)는 광축방향을 따라 소정량이상의 양만큼 위와 아래로 이동가능하도록 배치되어 있다.
이 실시예의 광학구성에서, 광방출부(1a), 제 2초점(4), 광인테그레이터(7)의 광입사면(7a), 마스킹블레이드(11), 레티클(14) 및 웨이퍼(18) 표면은 서로 광학적으로 공액관계로 배치되어 있다. 또한, 조리개기구(8)의 조리개와 투영광학계(16)의 동공면(17)은 서로 대략 공액관계로 배치되어 있다.
(22)와 (23)은 광축방향에 관해서 웨이퍼(18)의 표면의 위치(레벨)를 검출하는 표면위치검출계의 구성요소이다. 여기서, (22)는 웨이퍼(18)를 조명하는 조명계를 나타내고, (23)은 웨이퍼(18)표면으로부터의 반사광을 수용하고 웨이퍼(18)의 위치에 대응하는 신호를 생성하는 수광계를 나타낸다. (28)은 조명계(22)와 수광계(23)를 제어하는 제어디바이스를 나타낸다.
(25)는 XY스테이지(20)위에 고정적으로 실장된 반사미러를 나타내고, (26)은 레이저광을 미러(25)의 반사면으로 투영하고 XY스테이지(20)의 변위량을 검출하는 레이저간섭계를 나타낸다. (27)은 레이저간섭계(26)로부터의 출력에 의거하여 XY스테이지의 이동을 제어하는 구동계를 나타낸다.
구동계(27)는, 제어디바이스(28)를 통하여 웨이퍼(18)의 표면레벨에 대한 표면위치정보를 수용하고, 웨이퍼(18)표면을 레티클(14)의 디바이스패턴이 결상되는 투영렌즈계(16)의 결상면에 일치하도록, 광축방향으로 웨이퍼척(19)을 이동시키는 동작을 한다.
(24)는 웨이퍼(18) 표면위의 조명광의 각도분포와 조도분포를 검출하는 측정수단의 구성요소중 하나인 검출기(조도계 또는 센서 등)를 나타낸다. 이것은, XY스테이지(20)의 이동에 의해 조명필드영역내에서 이동하는 동안 조명광을 수용하고, 검출계(29)에 그 출력에 대응하는 신호를 공급하는 기능을 한다.
(30)은 다양한 소자(27),(28),(29),(31),(32),(33) 및 (34)를 제어하는 주제어부를 나타낸다. 검출계(29)로부터의 정보는 이 주제어부(30)에 공급된다. 이 실시예에서, 광원(1)으로부터 레티클(14)까지 배치된 부재는 조명광학계를 형성하는 구성요소로서 기능한다.
이 실시예의 투영광학계는, 조명조건이 변화되는 경우 생성될 수 있는 이하와 같은 변화를 서로 독립적으로 보정하는 기능을 가진다.
a) 투영광학계에 입사하는 조명광에 기여할 수 있는 배율텔레센트리시티의 편차;
b) 투영광학계에 입사하는 조명광에 기여할 수 있는 온축텔레센트리시티의 편차; 및
c) 조명되는 표면위의 조도분포의 변화.
이 실시예의 투영노광장치에서, 광인테그레이터(7)와 조명영역을 규제하는 마스킹수단(11)의 사이에 배치된 렌즈소자(9)는 이동가능하여, 조명광학계의 임의의 다른 성능을 거의 변화시킴이 없이, 레티클(14)표면위의 특정한 점을 조명하고 투영광학계에 입사하는 조명광의 각도분포가 광축중심에 관해서 배율에 의해 (즉, 레티클(14)표면위의 특정한 점의 광축까지의 거리(피사체높이)에 따라) 변화될 수있도록 함으로써, 배율텔레센트리시티의 보정을 행한다.
또한, 온축텔레센트리시티의 변동에 관해서, 광인테그레이터(7)의 광원(1)측에 배치된 광학계(6)는 조정되거나 또는 삽입/탈착될 수 있고, 이에 의해 광인테그레이터(7)에 입사하는 광의 입사각도를 가변시킬 수 있다. 따라서, 동일한 방향으로 투영광학계에 입사하는 조명광선을 경사지게 함으로써, 온축텔레센트리시티 편차를 보정할 수 있다.
이 실시예에서, 레티클(14)표면위의 다양한 점으로부터의 조명광선의 각도분포는 측정수단(24)에 의해 측정된다. 측정결과에 의거하여, 배율텔레센트리시티 또는 온축텔레센트리시티의 임의의 편차는 보정될 수 있다. 또한, 배율텔레센트리시티 및/또는 온축텔레센트리시티의 보정을 위한 광학성분의 변위에 응답하여 야기된 임의의 조도불균일은, 배율텔레센트리시티와 온축텔레센트리시티에 대한 보정수단으로부터 분리된 보정수단에 의해 보정된다.
이하, 레티클(14)표면위의 특정한 점을 조명하고 투영광학계(16)로부터 방출하는 조명광의 각도분포의 측정에 대해 측정수단을 사용하여 설명한다. 레티클(14)표면위의 특정한 점을 조명하고 투영광학계(16)에 입사하는 조명광의 각도분포는, 예를 들면, 투영광학계(16)로부터 방출하는 조명광의 각도분포와 투영광학계(16)의 배율로부터 검출될 수 있다.
조명광의 각도분포를 측정하는 제 1예에 대해 이하 설명한다. 예를 들면, 화소필드의 중심(즉, 광축La위치)에서 조명광의 각도분포가 측정되는 경우, 마스킹블레이드(11)에 의해 형성된 개구는, 적은 조명광이 광축La위치만을 통과하도록,마스킹블레이드 동작수단(31)에 의해 제한된다. 여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 검출기(24)는 대략 광축La위의 위치로 이동하고, 또한, 소정의 거리만큼 광축La방향을 따라 웨이퍼표면위치(18a)(실제 웨이퍼로 가정됨)아래에 위치한다. 마스킹블레이드(11)에 의해 형성된 조명광만이 웨이퍼표면위치(18a)위에 일단 결상된 다음, 광은 반사되거나 또는 방사각도를 유지하면서 검출기(24)위에 충돌한다. 광강도는 XY스테이지를 2차원적으로 이동하면서 검출기(24)에 의해 측정된다. 다음에 측정의 결과는 2차원적으로 플롯됨으로써, 조명광의 각도분포의 측정이 완료된다.
광축위치 이외의 웨이퍼표면위치(18a)위의 임의의 점에서 조명광의 각도분포가 측정되는 경우에, 작은 개구는 측정될 위치에 대응하는 마스킹블레이드 평면위의 위치에서 마스킹블레이드(11)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, XY스테이지(20)는, 검출기(24)위치가 측정위치 또는 소정의 거리만큼 웨이퍼표면위치아래에 놓여지도록, 2차원적으로 이동할 수 있다. 다음에, 측정이 행해질 수 있다.
임의의 다른 방법, 예를 들면, 검출기(24)에 대해 CCD(촬상디바이스)를 사용하는 방법, 또는 조명광의 각도분포가 웨이퍼표면위에 위치하는 핀홀을 가지는 차광판과 CCD의 조합을 사용하여 판단되는 방법이 사용될 수 있다. 일본특허출원 제 254386/1997호에 개시된 방법이 사용되어도 된다.
조명광의 각도분포를 측정하는 제 2예에 대해 이하 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이 예에서, 레티클(14)은 작은 개구의레티클패턴(마크)을 구비한다. (51)은 웨이퍼(18)표면에 인접하여 배치되고, 그 위에 입사하는 광의 양에 의거하여, 레티클패턴의 상의 위치를 검출하는 검출기를 나타낸다. 보다 상세하게는, 검출기(51)는 레티클(14)위에 형성된 작은 개구의 레티클패턴(마크)을 통과한 다음, 웨이퍼(18)위에 충돌하는 광의 양을 검출하는 기능을 함으로써, 패턴상의 위치가 측정된다.
검출기(51)가 XY스테이지(20)와 함께 광축La방향으로 디포커스하는 동안, 상의 위치는 순차로 검출된다. 디포커싱에 의한 상위치의 시프트로부터, 투영광학계(16)의 텔레센트리시티의 임의의 편차가 검출된다.
이하, 조명광의 각도분포를 측정하는 제 3예에 대해 설명한다.
레티클패턴은 이것에 도포되는 레지스트 등의 감광재료를 가지는 웨이퍼위에 투영노광에 의해 프린트된다. 이 동작에서, 쇼트의 노광은 초점을 소정량만큼 순차로 변화시키면서 행해진다. 다음에, 현상공정은 웨이퍼를 노광하도록 행하고, 순차로 예를 들면, SEM(주사전자현미경)을 사용하여, 상이한 초점상태로 프린트된 패턴의 상의 위치를 관찰하고 서로 비교한다. 상이한 초점상태에서 이들 상사이의 시프트의 양으로부터, 투영광학계(16)의 텔레센트리시티의 임의의 편차가 검출된다.
상기 설명한 바와 같이 측정하여도 되고, 배율과 온축텔레센트리시티에 관해서 투영광학계(16)에 편차가 발생할 수 있다. 특히, 많은 투영노광장치에서, 조명계의 구성요소의 위치는, 이것이 특정의 표준조명모드A에 대해 가장 양호한 각도특성을 가지는 조명광을 제공하도록 조정된다. 그러나, 상이한 조명모드가 사용되는 경우, 이들 모드의 광학경로는 상이하므로, 광학소자중 비반사막의 각도특성 또는 불균일, 또는 렌즈계의 편심의 효과는 상이하다. 따라서, 조명모드A가 상이한 조명모드B(사선의 입사조명 또는 더욱 작은 σ값에 대해서 등)로 변화되는 경우, 조명계의 구성요소가 조명모드A에서와 같이 변화되지 않으면, 이들은 적절한 각을 가지는 조명광을 항상 제공할 수는 없다.
이하 도 6을 참조하면서, 배율텔레센트리시티의 편차의 보정의 일례에 대해 설명한다.
광축방향으로 렌즈소자(9)를 이동시키는 기구가 존재함으로써, 배율텔레센트리시티(즉, 상평면에 관해서 상의 높이에 대응하는 주광선의 입사각)는 대략 선형적으로 변화한다. 구성은 상기와 같이 배치되어, 배율텔레센트리시티가 구동기구에 의해 변화하는 동안, 나머지 성능(예를 들면, 조명 NA 또는 유효광원의 균일성)은 대략 변화하지 않는다. 따라서, 렌즈소자(9)는 다른 성능으로부터 독립해서, 배율텔레센트리시티의 편차를 보정하도록 이동된다. 도 6의 (A)에서는 렌즈소자(9)의 이동에 의한 배율텔레센트리시티의 변화를 도시하고, (B)에서는, 배율텔레센트리시티의 편차를 도시한다.
도 7은 이 실시예에서 배율텔레센트리시티의 편차를 보정하는 순서를 설명하는 흐름도이다.
먼저, 앞에서 설명한 기구를 사용하여, 투영광학계(16)에 입사하는 조명광의 각도분포를 측정한다(스텝 101). 검출계(29)에 의해 검출된 배율텔레센트리시티의 편차량에 의거하여, 제어디바이스(30)는 보정의 필요성을 판단하고(스텝 102),필요하다면 행해질 렌즈소자(9)의 이동방향과 이동량을 계산한다(스텝 103). 다음에, 이동방향과 이동량에 대응하는 신호를 렌즈계 구동기구(32)에 인가한다. 이 신호에 의거하여, 렌즈계 구동기구(32)는 대응하는 방향으로 대응하는 양만큼 광축을 따라 렌즈소자(9)를 이동시킨다(스텝 104). 이 구동후, 조명광의 각도분포는 다시 측정된다(스텝 105). 배율텔레센트리시티의 편차가 허용범위내에 있으면(106), 순서는 다음 스텝으로 진행한다. 그렇지 않으면, 편차가 허용범위로 들어갈 때까지 상기 설명한 동작을 반복한다.
이하 도 8에 관해서, 온축텔레센트리시티의 편차의 보정에 대해 설명한다.
도 8의 (A)에 도시된 바와 같은 온축텔레센트리시티의 편차가 존재하면, 입사광의 방향을 보정하기 위해, 광인테그레이터의 광입사면(7a)과 웨이퍼(18)표면이 서로 광학적으로 공액관계이므로, 광인테그레이터에 입사하는 광의 방향을 변화시켜도 된다.
이 실시예에서, 이것은 광축에 직교하는 방향으로 광학계(6)(변화수단으로서)를 경사지게하거나 이동시키고, 또는 이것을 삽입/탈착함으로써 달성된다(도 8의 (B)).
도 9는 이 실시예에서 온축텔레센트리시티의 편차를 보정하는 순서를 설명하는 흐름도이다. 일본특허출원 제 254386/1997호에 개시된 예가 사용되어도 된다.
도 9의 흐름도에서, 먼저, 투영광학계(16)에 입사하는 조명광의 각도분포가 측정된다(스텝 201). 검출계(29)에 의해 검출된 온축텔레센트리시티의 편차량에 의거하여, 제어디바이스(30)는 보정의 필요성을 판단하고(스텝 202), 필요하다면행해질 광학계(6)의 이동방향과 이동량을 계산한다(스텝 203). 다음에, 이동방향과 이동량에 대응하는 신호를 렌즈계 구동기구(34)에 인가한다. 이 신호에 의거하여, 렌즈계 구동기구(34)는 대응하는 방향으로 또한 대응하는 양만큼 광학계(6)를 이동시킨다(스텝 204). 이 구동 후, 조명광의 각도분포가 다시 측정된다(스텝 205). 온축텔레센트리시티의 편차가 허용범위내에 있으면(206), 순서는 다음의 스텝으로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 설명한 동작을 편차가 허용가능범위내에 들어갈 때까지 반복한다.
조명광의 각도분포가 측정되는 경우, 배율텔레센트리시티 및 온축텔레센트리시티 양자가 벗어나는 경우일 수 있다. 이러한 경우에, 조명광의 입사각의 편차는 배율텔레센트리시티성분과 온축텔레센트리시티성분으로 분해될 수 있다. 다음에 도 7과 도 9를 참조하여 설명된 조합순서에 의거하여 이들 편차가 보정될 수도 있다. 텔레센트리시티편차에 관해 측정된 값의 배율텔레센트리시티성분과 온축텔레센트리시티성분은, 예를 들면, 배율성분과 시프트성분을 나타내는 함수를 사용하여, 예를 들면, 최소제곱법에 의거하여 계산함으로써, 용이하게 분해할 수 있다.
조명광의 각도분포가 적절히(허용가능한 범위내에서) 행해진 후, 검출기(24)는 표준레벨이 만족되는지의 여부를 체크하기 위해 조도불균일을 측정하는데 사용된다. 이것은, 렌즈계(6)의 이동에 기인하여, 광인테그레이터(7)의 광입사면위의 조도분포가 변화되어, 조명될 표면(즉, 레티클(14)표면 또는 웨이퍼(18)표면)위의 조도분포의 저하를 야기하기 때문이다. 조도불균일이 표준규격을 만족하면, 순서는 종료된다. 조도불균일이 표준규격을 만족하지 않으면, 제어디바이스(30)는 측정된 값에 의거하여 계산을 행한 다음, 조도불균일 보정수단이 불균일을 보정한다. 그후, 조도불균일 측정이 다시 행해진다. 이것이 표준값을 만족하면 순서는 종료된다. 만족하지 않으면, 조도불균일을 보정하는 순서가 표준값이 만족될 때까지 반복된다.
조도불균일 보정수단에 관해서, 상이한 입사각의 입사광에 의해 상이한 투과도를 가지는 피복막을 가진 쐐기형상의 광학성분, 또는 일본공개특허공보 제 190969/1997호에 개시된 비스듬히 평행한 평판이 조리개기구(8)내에 그것의 조리개부재와 함께 집합적으로 일체화된 방법에 의거할 수 있다. 이 경우에, 조명모드의 변화에 응답하여, 또한 조도불균일 보정효과가 변화될 수 있다. 따라서, 조리개위에 실장된 조도불균일 보정광학소자를 최적으로 설정함으로써, 조도불균일이 최적화될 수 있다.
조도불균일 보정수단의 또 다른 예는, 일본특허출원 제 126335/1997호에 개시된 바와 같이, 광인테그레이터(7)의 광입사면(7a)에 배치된 ND필터 등의 광학필터(61)(도 11)를 사용하는 것으로서, 보정은 광학필터(61)를 이동함으로써 행해지는 것을 특징으로 한다. 이 광학필터(61)를 조명모드가 변화되는 경우 최적의 위치로 이동함으로써, 조도불균일은 최소화될 수 있다.
상기 설명한 조도불균일 보정수단의 예는 스텝앤드리피트형 투영노광장치에 사용하기 위한 것이다. 한편, 스텝앤드스캔형 주사투영노광장치에 대해서는, 주사방향에 관해서 가변가능한 슬릿폭을 가지는 슬릿수단은, 레티클스테이지(15)와 XY스테이지(20)가 동기하여 주사이동되도록 하는 마스킹블레이드(11)에 인접하여형성될 수 있다. 조도불균일은 이 슬릿에 의해 보정될 수 있다. 도 12는 이 방법에 따른 조도불균일의 보정을 설명하는 개략도이다. I0와 I1이 특정한 슬릿위치에서 주사에 의한 집적노광량을 나타내고, D0와 D1이 슬릿위치에 대응하는 가변가능한 슬릿(71)의 폭을 나타내면, 이하의 관계가 만족되어야 한다.
I0×D0=I1×D1
이것이 달성되면, 주사에 의해 형성되는 바와 같이 조명되는 표면위의 집적노광량, 즉, 조도분포는 균일하게 될 수 있다.
도 10은 배율텔레센트리시티와 온축텔레센트리시티를 차례로 보정하는 순서뿐만 아니라 보정에 의해 야기된 조도불균일을 보정하는 순서를 설명하는 흐름도이다.
상기 설명한 실시예는 유효광원을 생성하기 위한 광원으로서 Hg램프를 사용하나, 유효광원은 설명한 실시예에 대해 임의의 기능적인 변형없이, 예를 들면, 레이저를 사용하여 생성될 수도 있다.
다음에, 선형의 실시예중 어느 하나에 의한 투영노광장치를 사용하는 반도체디바이스제조방법의 일실시예에 대해 설명한다.
도 13은, 예를 들면, 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 액정패널 또는 CCD 등의 마이크로디바이스를 제조하는 순서의 흐름도이다.
스텝 1은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 스텝 2는 회로패턴설계에 의거하여 마스크를 제조하는 공정이다. 스텝 3은 실리콘 등의 재료를사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝 4는, 상기와 같이 제조된 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 회로가 리소그래피에 의해 웨이퍼위에 실제로 형성되는 것을 특징으로 하는 전공정으로 칭하는 웨이퍼공정이다. 이것에 후속하는 스텝 5는, 스텝 4에 의해 행해진 웨이퍼가 반도체칩내에 형성되는 것을 특징으로 하는 후공정으로 칭하는 조립스텝이다. 이 스텝은 조립(다이싱과 본딩)공정과 패키징(칩밀봉)공정을 포함한다. 스텝 6은 스텝 5에 의해 형성된 반도체디바이스에 대해 동작체크, 내구성체크 등을 행하는 검사스텝이다. 이들 공정에 의해, 반도체디바이스가 완료되어 출하된다(스텝 7).
도 14는 웨이퍼공정의 상세를 도시하는 흐름도이다.
스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화하는 산화공정이다. 스텝 12는 웨이퍼표면위에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝 13은 증착에 의해 웨이퍼위에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝 15는 웨이퍼에 레지스트(감광성재료)를 도포하는 레지스트공정이다. 스텝 16은 상기 설명한 노광장치를 통해 웨이퍼위에 마스크의 회로패턴을 노광에 의해 프린트하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝 18은 현상된 레지스트상 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 에칭공정이 행해진 후 웨이퍼위에 남아있는 레지스트재료를 박리하는 레지스트박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 회로패턴이 웨이퍼위에 중첩하여 형성된다.
이들 공정에 의해, 고밀도 마이크로디바이스가 제조될 수 있다.
앞에서 설명한 본 발명의 실시예에 의하면, 구성요소가 상기 설명한 바와 같이 특정됨으로써, 조명모드 또는 조명조건이 변화되는 경우 발생되는 배율텔레센트리시티의 편차와 온축텔레센트리시티의 편차가 각각 독립적으로 보정될 수 있다. 그 결과, 조명광은 최적의 각도로 공급될 수 있다. 따라서, 매우 높은 해상도의 패턴상을 얻을 수 있는 투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법이 달성될 수 있다.
보정수단의 예는 조명광의 각도분포를 측정하는 기능을 사용할 수 있고, 피드백제어는 측정의 결과에 의거하여 행해질 수 있다.
텔레센트리시티편차의 보정결과로서 발생하는 조도의 임의의 불균일은, 텔레센트리시티 보정기능중 이것을 독립적으로 보정하는 기구를 사용함으로써 보정될 수 있다. 이것은 조명되는 표면위에 조도균일성이 유지될 수 있고 다양한 레티클패턴이 고해상도로 안정하게 웨이퍼표면위에 투영될 수 있는 투영노광장치와 이것은 사용한 디바이스제조방법을 달성한다.
투영광학계에 입사하는 노광광의 각도분포 또는 노광광의 입사각의 편차가 측정될 수 있고, 또한 측정결과에 의거하여, 조명계의 일부분내의 광학소자가 이동하거나 또는 삽입/탈착될 수 있다. 이것은 조명모드 또는 조명조건의 다양한 변화에 관계없이 배율텔레센트리시티와 온축텔레센트리시티의 편차의 독립적인 보정을 할 수 있고, 또한 보정에 의해 발생된 조도분포의 보정을 할 수 있다. 따라서, 다양한 레티클패턴이 고해상도로 안정하게 웨이퍼위에 투영될 수 있는 투영노광장치와 이것을 사용한 디바이스제조방법이 달성될 수 있다.
본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조하여 설명했으나, 기재된 상세에 제한되지 않고, 이 출원은 개선의 목적 또는 이하의 클레임의 범위내에 들어가는 상기 변형 또는 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (7)

  1. 레티클을 조명광에 의해 조명하고, 가변조명모드를 가지는 조명광학계와;
    상기 조명광학계에 의해 조명된 레티클의 패턴을 기판위로 투영하는 투영광학계와
    를 포함하는 투영노광장치에 있어서,
    상기 조명광학계는 조명모드를 변화시키는 제 1광학소자와, 상기 투영광학계의 텔레센트리시티를 조정하는 제 2광학소자와, 상기 투영광학계의 결상평면위에 조명의 불균일성을 조정하는 제 3광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    기판을 유지하기 위해 스테이지위에 설치되어 상기 투영광학계의 텔레센트리시티를 측정하는 측정수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측정수단은 축의 텔레센트리시티 및 배축의 텔레센트리시티를 측정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 레티클을 조명광에 의해 조명하고, 가변조명모드를 가지는 조명광학계와;
    상기 조명광학계에 의해 조명된 레티클의 패턴을 기판위로 투영하는 투영광학계와
    를 포함하는 투영노광장치에 있어서,
    상기 조명광학계는 조명모드를 변화시키는 광학부재와, 상기 투영광학계의 축의 텔레센트리시티를 조정하는 제 1광학소자와, 상기 투영광학계의 배축의 텔레센트리시티를 조정하는 제 2광학소자를 포함하며,
    상기 제 1광학소자는 광인테그레이터의 광입사측에 배치되고, 상기 제 2광학소자는 상기 인테그레이터의 광출사측에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    기판을 유지하기 위해 스테이지위에 설치되어 상기 투영광학계의 텔레센트리시티를 측정하는 측정수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 측정수단은 축의 텔레센트리시티와 배축의 텔레센트리시트를 측정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 기재된 투영노광장치를 사용하여 디바이스패턴을 웨이퍼에 노광하는 스텝과;
    노광된 웨이퍼를 현상하는 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
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