KR20060046742A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법

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KR20060046742A
KR20060046742A KR1020050067312A KR20050067312A KR20060046742A KR 20060046742 A KR20060046742 A KR 20060046742A KR 1020050067312 A KR1020050067312 A KR 1020050067312A KR 20050067312 A KR20050067312 A KR 20050067312A KR 20060046742 A KR20060046742 A KR 20060046742A
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아르노 얀 블리커
빔 티보 텔
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

방사선의 빔을 패터닝하기 위해 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 장치를 이용하여 패터닝되는 기판의 임계 치수 균일성은, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 제공된 패턴 데이터를 조정함으로써 개선되어, 공정 변화를 보상하게 된다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 명세서에 통합되고 본 명세(specification)의 일 부분을 형성하는 첨부한 도면들은 본 발명을 예시하며, 또한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 보다 쉽게 설명하고 해당 기술분야의 당업자가 본 발명을 구현하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판상에 소정 패턴을 생성하는데 사용되는 처리 유닛들의 개략적인 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임계 치수 외형(contour)들을 나타내는 기판을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 공정을 도시하는 도면이다.
본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 설명된다. 상기 도면들에서, 동일한 참조 번호는 동일한 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수도 있다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적회로(IC)들, 평판 디스플레이(flat panel display)들, 및 미세한 구조체들을 수반하는 여타의 디바이스들의 제조시에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피 장치에서는, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라고 칭해지는 패터닝수단이 IC(또는 여타의 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 가지는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 글래스 플레이트(glass plate))상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 이미징(imaging)될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 수단은 회로 패턴을 생성하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함하여 이루어질 수도 있다.
일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광(expose)되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스테퍼들과, 그 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너들을 포함한다.
기판은 노광 공정 이전에 다양한 공정들을 거치게 될 수도 있다. 예를 들어, 기판은 일반적으로 노광 이전에 레지스트로 처리(treat)될 것이다. 또한, 노광에 앞서, 기판은 세정, 에칭, 이온 주입(ion implantation)(예를 들어, 도핑), 금속화 (metalization), 산화, 화학-기계적 폴리싱, 전처리(priming), 레지스트 코팅, 소프트 베이크 공정(soft bake process)들 및/또는 측정 공정들을 거치게 될 수도 있다. 또한, 기판은 다양한 후-노광 공정(post-exposure process)들, 예를 들면, 후-노광 베이크(post-exposure bake; PEB), 현상, 하드 베이크(hard bake), 에칭, 이온 주입(예를 들어, 도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱, 세정, 및/또는 측정 공정들을 거치게 될 수도 있다. 더욱이, 통상적으로는 여러개의 층들이 요구된다. 그러므로, 전체 처리 절차 또는 그 변형(variant)이 각각의 층에 반복된다.
전-노광(pre-exposure) 및 후-노광 공정들은 그들 각자의 목적에 알맞게 디자인된 스테이션(station)들 또는 모듈들에 의해 수행된다. 기판은 사전정의된 시퀀스(pre-defined sequence)로, 이들 처리 모듈 및 리소그래피 노광 장치를 거치게 된다. 기판상에 디바이스들이 형성하여 올바르게 기능하도록 하기 위해서는, 기판상에 형성된 그들 디바이스의 피처들이 특정화된 크기의 주어진 공차(tolerance)내에 있을 것을 필요로 한다. 그러므로, 패턴의 프로파일 및 피처들을 특성화하고, 균일성 및 품질의 벤치 마크 레벨(bench mark level)을 확립하기 위해서는, 집합적으로는, 노광되는 패턴의 임계 치수(CD)라고도 칭해지는 키 속성(key attribute)들을 특정화하는 것이 일반적이다. CD 메트릭(CD metric)은, 예를 들어 피처들간의 갭, 홀(hole)들 및/또는 포스트(post)들의 X 및/또는 Y 직경, 홀들 및/또는 포스트들의 타원율, 피처의 면적, 피처 측벽 각도, 피처의 최상부 폭, 피처의 중간부 폭, 피처의 저부 폭, 라인 에지 거칠기(line edge roughness) 등을 포함할 수도 있다.
일반적으로, 기판상에 형성되는 피처의 크기는, 노광 공정에서 방사선의 임 계 도즈(threshold dose)를 수용하는 기판상의 레지스트 면적(area)들에 의해 결정된다. 이 임계 도즈는 사용되는 레지스트의 타입, 노광 이전의 처리 조건들, 및 노광 이후의 처리 조건들에 의해 영향을 받는다. 그러므로, 전-노광 및 후-노광 조건들의 변화들은, 피처들의 크기에 영향을 줌에 따라, 임계 치수 균일성(CDU)에도 영향을 주기 때문에, 잠재적으로는 노광되는 패턴의 품질을 손상시키게 된다. CDU가 충분하지 않다면, 기판이 거절(reject)되어 수율이 감소될 수도 있다.
그러므로, 개선된 CDU를 갖는 기판상에 패턴들을 노광시키는데 사용될 수 있는 리소그래피 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는, 방사선의 빔을 공급하는 조명시스템, 상기 빔의 단면에 소정 패턴을 부여하는 역할을 하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이, 기판을 지지하는 기판테이블, 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템, 및 상기 기판상에 노광되어야 할 소정 패턴에 대응하는 의도된 패턴 데이터 및 상기 기판의 처리 조건들 중 1이상에 대응하는 처리 조건 데이터에 기초하여, 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 소정 패턴을 설정하는 제어기를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치를 제공한다.
일 예시에서, 전-노광 및/또는 후-노광 공정들에서의 변화들로 인해 기판상에 형성된 소정 패턴내에 생성될 변화들을 보상할 수 있다. 그러므로, 주어진 기판에 대한 CDU가 개선될 수 있다.
일 예시에서, 리소그래피 장치의 사용은 CDU가 기판의 상이한 영역들에 걸쳐 서 뿐만 아니라 기판 대 기판으로도 개선되도록 한다.
일 예시에서, 제어기는 처리 조건 데이터를 사용하여, 필요하다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 소정 패턴내에 생성되는 패턴 피처들의 크기를 조정한다. 예를 들어, 일단 기판의 처리가 완료되면, 보정 없이, 기판상에 형성된 피처들이 다소 오버사이징(oversize)될 것이라는 것을 처리 조건 데이터가 나타내는 경우, 보정을 행하지 않았다고 했을 때보다 다소 작게 하기 위해서, 제어기는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 패턴을 조정한다. 결과적으로, 기판상에 실제 생성되는 패턴은 의도된 크기에 보다 더 가까우므로, CDU가 개선된다.
일 예시에서, 개별적으로 제어가능한 요소들 중 하나에 대응하는 패터닝된 빔의 각 부분은, 3개 이상의 방사선 세기 레벨들 중 하나에 대해 설정될 수 있다(예를 들면, 방사선의 패터닝된 빔의 그레이-스케일 제어를 제공할 수 있다). 제어기는 처리 조건 데이터에 응답하여 상기 패턴의 세기 레벨을 조정한다. 예를 들어, 보정 없이, 기판상에 형성되는 소정 피처가 오버사이징될 수도 있다는 것을 처리 조건 데이터가 나타내는 경우, 패터닝된 빔의 대응하는 부분의 세기 레벨은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 세팅들을 조정함으로써 감소된다. 결과적으로, 상기 피처의 보다 작은 영역이 필수 도즈 임계(requisite dosage threshold)에 도달하며, 보정을 행하지 않았다고 했을 때의 그 크기에 비해, 기판상에 생성되는 피처의 크기가 감소된다.
일 예시에서, 처리 조건들에 관련된 다양한 데이터가 고려될 수도 있으며, 이는, (1) 기판에 도포되는 레지스트(예컨대, 상이한 타입의 레지스트는 여타의 전-노광 및 후-노광 조건들에 대해 상이한 결과 응답(consequent response)들을 가질 것이다); (2) 기판으로의 레지스트의 도포 시의 공정 조건들(예컨대, 레지스트 층의 두께, 도포 공정 시 소프트 베이크 공정을 포함할 수도 있는 열적 프로파일 등);(3) 기판상에 도포되는 여타의 층의 도포 시 대응하는 공정 조건들(예컨대, 레지스트내의 정상파(standing wave)들의 생성을 감소시켜 이미징 조건들 및 CDU 성능을 개선시키기 위해, 레지스트 이전에 도포될 수도 있는 BARC(Bottom Anti Reflection Coating)); (4) 기판상에 도포되는 레지스트와, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 사용하는 리소그래피 장치를 사용하여 기판을 노광시키는데 소요되는 비교적 긴 시간으로 인해, 레지스트에 대한 임계 도즈에 상당한 영향을 줄 수도 있는 노광간의 경과된 시간; 이는 기판상에 노광된 첫번째 부분으로부터 기판상에 노광된 마지막 부분까지 상당히 변화될 수 있다; (5) 기판에 도포되는 레지스트와, 후-노광 처리 단계들의 개시(commencement)간의 경과된 시간(예컨대, 이는 그것이 현상될 때에 노광된 레지스트의 응답에 영향을 줄 것이다); (6) 여타의 2개의 공정들간의 경과된 시간 또는 예상 경과 시간; (7) 열적 프로파일을 포함하는, 후-노광 베이크의 공정 조건들; 마찬가지로, 이는 그것이 현상될 때에 노광된 레지스트의 응답에 영향을 줄 것이다; (8) 마찬가지로, 열적 프로파일을 포함하는, 후-노광 베이크 후 기판을 칠링(chilling)하는 공정 조건들, 이 또한, 그것이 현상될 때에 노광된 기판의 응답에 영향을 줄 것이다; (9) 기판의 현상 시의 공정 조건들; (10) 다양한 처리 장치간의 기판의 이송 시의 조건들; 및/또는 (11) 후속 에칭, 이 온 주입, 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 및 세정 공정들에서 예상되는 공정 조건들을 포함할 수 있다.
일 예시에서, 처리 조건 데이터의 적어도 몇몇은, 기판의 각 영역에 대해 특정하다. 이는 기판의 일부분의 각 노광에 대한 노광 조건들이 그 부분에 대해 최적화되도록 한다. 결과적으로, 이송 작업들로부터의 데이터는 이송 시 기판 방위의 여하한의 변화들에 관한 데이터를 포함할 수도 있으므로, 이는 각 기판의 각 부분에 대한 완전한 처리 이력(processing history)을 결정할 수 있다.
일 예시에서, 각각의 기판이 처리되는 때에, 예를 들어 기판이 처리되는 때에 그 관련된 장치내의 조건들을 측정함으로써, 처리 조건 데이터가 기록될 수도 있다. 예를 들어, 각각의 기판이 레지스트로 코팅되는 때에, 정확한 처리 조건들이 노광 공정 중에 기록되고 고려될 수도 있다.
일 예시에서, 몇몇 처리 장치는 시간에 걸쳐 비교적 안정된 처리 조건들을 제공할 수도 있다. 이 경우에, 제어기는 측정된 데이터를 수용하기 보다는, 그 장치와 연관된 한 세트의 데이터를 저장할 수도 있다. 예를 들어, 노광 유닛(exposure unit)은 2이상의 레지스트 코팅 유닛들로부터 기판들을 수용할 수도 있다. 레지스트 코팅 유닛들 각각의 공정 조건들이 시간에 걸쳐 안정되게 제공된다면, 노광 유닛내의 제어기는 단지 어떤 레지스트 코팅 유닛이 해당 기판을 처리했는지를 확인(identify)하는 각각의 기판과 연관된 데이터만을 수용할 필요만이 있을 뿐이다. 그 후, 그 관련된 레지스트 코팅 유닛에 대한 처리 조건 데이터에 기초하여 패턴이 최적화될 수 있다. 또한, 공정 조건들이 레지스트 코팅 유닛내의 기판 에 걸쳐 달라지는 경우, 그 유닛내의 기판 방위에 대응하는 데이터를 수용할 수도 있다. 이 구성예는 후-노광 공정들의 영향들을 보상하는데 특히 유용한데, 그 이유는 노광 시에는 실제 후-노광 처리 조건들을 알 수 없기 때문이다.
일 예시에서, 이러한 각 처리 장치와 연관된 데이터가 업데이트될 수 있다. 이 데이터는 1이상의 기판이 처리되는 때에 실제 공정 조건들을 모니터링함으로써 업데이트될 수도 있다.
일 예시에서, 각각의 처리 장치와 연관된 데이터에 대한 필요한 보정은, 그 장치로 처리되었던 기판들상에 생성된 피처들의 후속 검사로부터 추정될 수도 있다. 각각의 장치와 연관된 데이터를 연속하여 업데이트하는 것은, 처리 조건들이 비교적 단 시간에 걸쳐 안정된 경우, 예를 들어 상기 조건들이 비교적 긴 시간에 걸쳐 안정되지 않은 경우라도, 후-노광 공정들의 조건들의 충분히 정확한 평가들이 제공될 수 있다는 것을 보장한다.
일 예시에서, 패턴이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정될 수 있기 전에 요구되는 의도된 패턴 데이터에 대한 정정값(amendment)들은, 기판상의 임의의 노광들(또는, 형성될 디바이스의 특정 층을 생성하는데 요구되는 최소한의 것들)이 시작되기 이전에 결정될 수도 있다.
일 예시에서, 필요한 정정들은 주어진 층에 대한 패턴을 노광하는 공정 중에 결정될 수도 있다. 예를 들어, 주어진 기판상의 소정 노광에 대한 정정들은 또 다른 노광이 진행되고 있는 동안에도 결정될 수도 있다. 후자의 구성예는, 실제 측정된 처리 조건들과, 예를 들어 기판에 도포되는 레지스트와 행해진 노광간의 실제 시간을 고려하기 위해서 패턴 데이터에 대한 정정들을 허용한다. 온-더-플라이(on-the-fly) 방식이라기 보다는, 노광 단계 이전에 필요한 데이터 처리가 시행될 수 있기 때문에, 요구되는 데이터 처리 시간이 제한되지 않으므로, 보다 단순한 제어기가 사용될 수도 있다. 하지만, 처리 장치들 중 어떤 것이 특정한 기판에 대해 사용될 것인지를 미리 알아야할 필요도 있기 때문에, 이러한 시스템은 제한될 수 있다. 그러므로, 기판의 처리가 리스케쥴링(rescheduling)되어야 할 필요가 있는 경우, 다시 말해 상이한 전-노광 및 후-노광 장치의 처리를 필요로 하는 경우, 수정값들을 재-계산할 필요가 있다. 온-더-플라이 계산법은 이러한 문제를 회피한다.
일 예시에서, 제어기는 변환 데이터(transformation data), 부연하면 상이한 처리 조건들에 대해, 패턴이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되기 이전에 소정 기판상에 생성되도록 의도되는 패턴에 대한 수정값들을 저장하는 메모리를 포함할 수도 있다.
일 예시에서, 상기 메모리는 (예를 들어, 처리 조건들과 그들의 상호작용(interaction)들을 모두 고려하여) 처리 조건들의 완전한 세트들에 필요한 패턴 수정값들을 저장할 수도 있다.
일 예시에서, 제2구성예에서는, 상기 메모리는 시스템내의 각각의 구성요소에 대한 패턴 수정들에 관련된 데이터를 포함할 수도 있다. 이 경우, 각 요소의 처리 조건들과 연관된 개개의 수정들을 함께 얻음으로써 요구되는 완전한 패턴 수정을 결정할 수 있다.
제1예시는 시스템의 상이한 부분들의 처리 조건들의 상호작용들을 고려하기 때문에 구성이 보다 단순하며 보다 정확하다. 하지만, 제2예시는 저장되어야할 데이터가 보다 적을 것을 필요로 하며, 다수의 공정 파라미터들이 고려되어야 하는 경우 보다 실현가능성이 있다.
일 예시에서는, 10개의 공정 파라미터들이 고려되어야 하고 또한 그 각각이 10개의 상이한 값들을 가질 수도 있는 시스템을 고려한다. 제1구성예하에서 완전한 패턴 수정 데이터가 저장되어야할 수도 있는 가능한 조합들의 총 개수는 1010, 즉 10,000,000,000이다. 이와 대조적으로, 제2구성예가 사용된다면, 100개의, 즉 10개의 모니터링된 공정 파라미터들의 각각에 대한 10개의 세트의 패턴 수정 데이터가 저장되어야할 수도 있으며, 그 후 이는 복수의 상이한 방식으로 조합될 수도 있다.
비록, 제1예시가 이론적으로 보다 더 정확할 지라도, 각 파라미터의 변화들로 인한 편차(deviation)들이 작아지고 상기 파라미터들의 변화들이 서로 상호작용하지 않는다는 것을 가정한다면, 제2예시는 충분히 정확한 제어를 제공할 수도 있다. 제1구성예에 저장되어야 할 데이터의 양은, 몇가지 대안적인 처리 옵션(option)들을 배제시킴으로써 감소될 수도 있다. 예를 들어, 기판이 초기에 제1장치에 의해 처리된다면, 후속 처리 작업들은 제한된 세트의 다른 장치에 의해서만(및 다른 장치들을 배제시킴으로써) 수행될 수 있도록 상기 시스템이 한정될 수도 있다.
일 예시에서, 메모리내에 저장된 패턴 수정 데이터는 기존의 패턴 수정 데이터를 이용하여 기판상에 후속하여 생성되는 실제 패턴 피처들의 검사 및 기판상에 형성되도록 의도된 패턴 피처들의 비교에 기초하여 업데이트될 수 있다.
일 예시에서, 기판의 노광 시, 패턴 수정 데이터의 비교적 작은 변화들은, 기판상의 상이한 위치들에서 노광들에 이용된다. 이들 위치들의 각각에 후속하여 형성되는 실제 패턴 피처들을 후속하여 검사하고 의도된 피처들로 생성되는 실제 피처들을 비교함으로써, 메모리내의 패턴 수정 데이터가 최적인지를 결정할 수 있으며, 이러한 패턴 수정 데이터의 변화가 더 양호하다고 입증된 경우, 테스트된 변화들 중 하나로 그것을 바꿀수 있다. 패턴 수정 데이터의 이들 작은 변화들로 인한 CD의 변화들이 충분히 작은 경우, 이 공정은 기판의 생산 공정 시 계속 사용될 수 있으로, 패턴 수정 데이터를 끊임없이(constantly) 개선(refine)시킬 수도 있다.
일 예시에서는, 상기 장치를 셋업하고 초기 세트의 패턴 수정 데이터를 생성하기 위해, 테스트 기판들의 노광시, 패턴 수정 데이터의 보다 큰 테스트 변화들이 사용될 수도 있다.
일반적으로, 메모리내의 패턴 수정 데이터는, 상이한 처리 조건들 하에서 복수의 기판들상에 패턴들을 노광시키고 후속하여 생성되는 패턴들을 검사함으로써 초기에 생성되어야 할 필요가 있을 것이다.
일 예시에서, 패턴 수정 데이터가 업데트되도록 하기 위해서, 리소그래피 장치는 제어기에 자동 피드백(automatic feedback)을 제공하도록 기판상에 생성되는 피처들을 검사하는 검출기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 기판을 제공하는 단계, 조명시스템을 이용하여 방사선의 빔을 제공하는 단계, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 상기 빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계, 및 기판의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하여 이루어지는 디바이스 제조방법을 제공한다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 패턴은, 기판상에 노광될 소정 패턴에 대응하는 의도된 패턴 데이터 및 기판의 처리 조건들 중 1이상에 대응하는 처리 조건 데이터에 기초한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예들, 특징들, 및 장점들 뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동원리를 설명한다.
개요 및 용어
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적 광학시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 여타의 응용례를 가짐을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판 처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 채택되는 "개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이"라는 용어는, 원하는 패턴이 기판의 타겟부내에 형성될 수 있도록 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는데 사용될 수 있는 모든 디바이스를 칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)" 용어로도 사용될 수 있다. 이러한 패터닝 디바이스의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
프로그램가능한 거울 어레이는 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)을 포함할 수도 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, 예를 들어 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)들에서는 입사광을 회절광으로 반사시키는 한편, 어드레스되지 않은 영역들에서는 입사광을 비회절광으로 반사시키는 것이다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝된다.
대안예로서, 상기 필터는 회절광을 필터링하여 비회절광이 기판에 도달하도록 남게 할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 회절 광학 마이크로 일렉트리컬 미케니컬 시스템(micro electrical mechanical system; MEMS) 디바이스의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 각각의 회절 광학 MEMS 디바이스는, 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자(grating)를 형성하도록 서로에 대해 변형(deform)될 수 있는 복수의 반사 리본(reflective ribbon)들을 포함할 수 있다.
또 다른 대안적인 실시예는 적절히 국부화된(localized) 전기장을 가하거나 압전 작동 수단(piezoelectric actuation means)을 채용하여, 소정 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채용하는 프로그램가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이므로, 어드레스된 거울들은 입사되는 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사시킬 것이다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다.
상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 1이상의 프로그램가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국 특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다.
또한, 프로그램가능한 LCD 어레이가 사용될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 인용참조되고 있는 미국 특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다.
여기에서는, 피처들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처들, 위상 변화 기술 및 다중 노광 기술들이 사용되며, 또한 예를 들어 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이된" 패턴은 기판상으로 또는 기판상의 소 정 층으로 최종적으로 전사(transfer)된 패턴과 실질적으로 상이할 수도 있음을 이해하여야 한다. 이와 유사하게, 기판상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 형성된 패턴에 대응하지 않을 수도 있다. 이는 기판의 각각의 부분상에 형성된 최종 패턴이 주어진 시간 주기 또는 주어진 노광 회수에 따라 만들어진 구성의 경우일 수 있으며, 그 동안에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴 및/또는 기판의 상대 위치가 변경된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는, 예를 들어, DNA 칩, MEMS, MOEMS, 집적 광학시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 여타의 응용례를 가짐을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판 처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선, 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위에 있는) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절한, 굴절 광학시스템, 반사 광학시스템, 및 카타디옵트릭 광학시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있다.
또한, 조명시스템은 방사선의 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위한 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학 구성요소를 포괄할 수 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급될 수 있을 것이다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피장치는, 투영시스템의 최종요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판을 침지시키는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피장치에서, 예를 들어 마스크 와 투영시스템의 제1요소 사이의 다른 공간들에도 적용될 수 있다. 침지 기술(immersion technique)은 투영시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다.
또한, 상기 장치에는 유체와 기판의 조사된 부분(irradiated part)들과의 상호작용을 허용하는(예컨대, 기판에 화학제(chemicals)를 선택적으로 도포하거나 또는 기판의 표면 구조를 선택적으로 수정하는) 유체 처리 셀(fluid processing cell)이 제공될 수도 있다.
리소그래피 투영장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치(100)는 적어도 방사선시스템(102), 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이, 대물테이블(106)(예를 들어, 기판테이블), 및 투영시스템("렌즈")(108)도 포함한다.
방사선시스템(102)은 방사선(예를 들어 UV 방사선)의 빔(110)을 공급하는데 사용될 수 있으며, 특히 이 경우에는 방사선 소스(112)도 포함한다.
개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이(예를 들어, 프로그램가능한 거울 어레이)는 빔(110)에 패턴을 적용시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 위치는 투영시스템(108)에 대해 고정될 수 있다. 하지만, 대안적인 구성예에서, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 투영시스템(108)에 대해 그것을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(미도시됨)에 연결될 수도 있다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들은 반사형으로 구성된다(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사형 어레이를 가진다).
대물테이블(106)에는 기판(114)(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼 또는 글래스 기판))을 잡아주는 기판홀더(상세히 도시되지 않음)가 제공될 수 있으며, 또한 대물테이블(106)은 투영시스템(108)에 대해 기판(114)을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(116)에 연결될 수 있다.
투영시스템(108)(예를 들어, 쿼츠 및/또는 CaF2 물질로 만들어진 렌즈 요소들을 포함하는 쿼츠 및/또는 CaF2 렌즈 시스템 또는 카타디옵트릭 시스템 또는 거울 시스템)은, 기판(114)의 타겟부(120)(예를 들어, 1이상의 다이)상에 빔 스플리터(beam splitter; 118)로부터 수용된 패터닝된 빔을 투영하기 위해 사용될 수 있다. 투영시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 이미지를 기판(114)상에 투영시킬 수도 있다. 대안적으로, 상기 투영시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 요소들이 셔터들로서 기능하는 2차 소스(secondary source)들의 이미지들을 투영시킬 수도 있다. 또한, 투영시스템(108)은, 2차 소스들을 형성하고 기판(114)상에 마이크로스폿(microspot)들을 투영시키기 위해, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수도 있다.
상기 소스(112)(예를 들어, 엑시머 레이저)는 방사선의 빔(122)을 생성할 수 있다. 상기 빔(122)은, 예를 들어 곧바로 또는 빔 익스팬더(Ex)와 같은 컨디셔닝 디바이스(126)를 지난 후에, 조명시스템(일루미네이터)(IL)(124)으로 공급된다. 일 루미네이터(124)는 상기 빔(122)내의 세기분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정 디바이스(128)를 포함할 수도 있다. 또한, 일루미네이터(124)는 일반적으로 인티그레이터(130) 및 콘덴서(132)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 이 방식으로, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상에 입사되는 빔(110)은 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가진다.
도 1과 관련하여, 상기 소스(112)는 (예를 들어, 상기 소스(112)가 흔히 수은 램프인 경우에서처럼) 리소그패피 투영장치(100)의 하우징내에 놓일 수도 있음에 유의한다. 대안적인 실시예에서, 소스(112)는 리소그래피 투영장치(100)로부터 멀리 떨어져 있을 수도 있다. 이 경우, 방사선 빔(122)은 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 상기 장치(100)안으로 유도될 것이다. 후자의 시나리오는 흔히 상기 소스(112)가 엑시머 레이저인 경우이다. 본 발명의 범위내에는 이 두 시나리오가 모두 포함되어 있음을 이해하여야 할 것이다.
이어서, 상기 빔(110)은 빔 스플리터(118)를 이용하여 지향된 후에 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이를 거친다(intercept). 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이에 의하여 반사되면, 상기 빔(110)은 투영시스템(108)을 통과하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 상기 빔(110)을 포커스한다.
위치설정 디바이스(116)(및 빔 스플리터(140)를 통해 간섭계 빔(138)을 수용하는 베이스 플레이트(base plate)(136)상의 선택적 간섭계 측정 디바이스(IF)(134))의 도움으로, 기판테이블(106)은 상기 빔(110)의 경로내에 상이한 타겟 부(120)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용시, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이용 위치설정 디바이스는, 예를 들어 스캔 중에 상기 빔(110)의 경로에 대해 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 위치를 정확히 보정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물테이블(106)의 이동은, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현되며, 이는 도 1에 명확히 도시되어는 있지 않다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이를 위치시키기 위해 사용될 수도 있다. 요구되는 상대 이동을 제공하도록 대물테이블(106) 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이가 고정된 위치를 가지는 동안, 투영빔(110)이 대안적으로/추가적으로 이동될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 실시예의 대안적인 구성에서, 기판테이블(106)은 고정될 수도 있으며, 여기서 기판(114)은 상기 기판테이블(106)상에서 이동할 수 있다. 이것이 행해지면, 기판테이블(106)에는 평탄한 최상면(flat uppermost surface)상에 다수의 개구부들이 제공되며, 상기 개구부들을 통해 가스가 공급되어, 기판(114)을 지지할 수 있는 가스 쿠션(gas cushion)을 제공하게 된다. 통상적으로, 이를 공기 베어링 구성(air bearing arrangement)이라 칭한다. 기판(114)은 상기 빔(110)의 경로에 대해 상기 기판(114)을 정확히 위치시킬 수 있는 1이상의 액츄에이터(미도시됨)를 이용하여 기판테이블(106)상에서 이동된다. 대안적으로, 상기 기판(114)은 상기 개구부들을 통해 가스를 선택적으로 공급 및 차단시킴으로써 기판테이블(106)상에서 이동될 수 있다.
본 명세서에는 기판상의 레지스트를 노광하는 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)가 서술되었으나, 본 발명은 이러한 용도로 제한되지 않으며, 상기 장치(100)는 레지스트없는 리소그래피(resistless lithography)에서의 사용을 위해 패터닝된 투영빔(110)을 투영시키는데 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
서술된 장치(100)는 다음의 바람직한 4가지 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드: 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 "섬광(flash)"으로) 타겟부(120)상에 투영된다. 그 후, 기판테이블(106)은 상이한 타겟부(120)가 상기 빔(110)에 의해 조사되도록 상이한 위치에 대해 x 및/또는 y 방향으로 이동된다.
2. 스캔 모드: 주어진 타겟부(120)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는다는 것을 제외하고는 본질적으로 스텝 모드와 동일하다. 대신에, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(110)이 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이에 걸쳐 스캐닝하도록 된다. 동시 발생적으로(concurrently), 기판테이블(106)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동되며, 여기서 M은 투영시스템(108)의 배율이다. 이 방식으로, 비교적 큰 타겟부(120)가 분해능(resolution)이 저하되지 않고 노광될 수 있다.
3. 펄스 모드: 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 기본적으로 정지상태로 유지되며 전체 패턴은 펄스 방사선 소스(102)를 사용하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 투영된다. 기판테이블(106)은 투영빔(110)이 기판(114)을 가로질 러 라인을 스캐닝하게 되도록 본질적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 패턴은 방사선시스템(102)의 펄스들 사이에서 요구에 따라 업데이트되고, 후속하는 타겟부(120)가 기판(114)상의 요구되는 장소에 노광되도록 펄스들이 시간조정(time)된다. 따라서, 투영빔(110)은 기판(114)의 스트립(strip)에 완전한(complete) 패턴을 노광시키도록 기판(114)을 가로질러 스캔할 수 있다. 상기 공정은 한 라인씩 전체 기판(114)이 노광될 때까지 반복된다.
4. 연속 스캔 모드: 실질적으로 일정한 방사선시스템(102)이 사용되고, 투영빔(110)이 기판(114)을 가로질러 스캔하고 기판을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 패턴이 업데이트되는 것을 제외하고는 본질적으로 펄스모드와 동일하다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 프로그램가능한 거울 어레이이다. 프로그램가능한 거울 어레이(104)는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 포함하며, 그 각각은 소정 축선에 대해 개별적으로 기울어질 수 있다. 경사도(degree of tilt)는 각 거울의 상태를 정의한다. 상기 요소가 결함이 없다면, 제어기로부터의 적절한 제어 신호들에 의해 거울들이 제어될 수 있다. 각각의 비-결함 요소는, 투영된 방사선 패턴내의 그 대응하는 픽셀의 세기를 조정하기 위해서, 일련의 상태들 중 어느 하나를 채용하도록 제어가능하다.
일 예시에서, 상기 일련의 상태들은, (a) 거울에 의해 반사된 방사선이 그 대응하는 픽셀의 세기 분포에 대해 최소 기여도, 심지어는 영의 기여도(contribution)를 만드는 블랙 상태; (b) 반사된 방사선이 최대 기여도를 만드는 가장 화이트한 상태; 및 (c) 반사된 방사선이 중간 기여도를 만드는 그 사이의 복수의 상태들을 포함한다. 상기 상태들은 정상 빔(normal beam) 패터닝/프린팅에 사용되는 정상 세트(normal set) 및 결함이 있는 요소들의 효과들을 보상하는데 사용되는 보상 세트로 나뉜다. 정상 세트는 블랙 상태와 중간 상태의 제1그룹을 포함한다. 이 제1그룹은 그레이 상태들로 설명될 것이며, 이들은 최소 블랙 값으로부터 소정의 정상 최대값까지의 대응하는 픽셀 세기에 대해 점진적으로 증가하는 기여도들을 제공하도록 선택될 수 있다. 보상 세트는 가장 화이트한 상태와 함께 나머지의 제2그룹의 중간 상태들을 포함한다. 이 제2그룹의 중간 상태들은 화이트한 상태들로서 설명될 것이며, 또한 이들은 정상 최대값보다 큰 기여도들을 제공하도록 선택될 수 있으므로, 가장 화이트한 상태에 대응하는 실제 최대값(true maximum)까지 점진적으로 증가한다. 비록, 제2그룹의 중간 상태들이 화이트한 상태들로서 설명되고는 있지만, 이는 정상과 보상 노광 단계들간의 구별을 용이하게 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 대안적으로, 전체 복수의 상태들은, 블랙과 화이트 사이의, 그레이-스케일 프린팅을 가능하게 하도록 선택될 수 있는 그레이 상태들의 시퀀스로서 설명될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판상에 소정 패턴을 생성하는데 사용되는 처리 유닛들의 개략적인 도면이다. 처리 유닛(11)에서, 기판은 레지스트로 코팅된다. 처리 유닛(12)에서, 레지스트는 방사선의 패터닝된 빔으로 노광된다. 처리 유닛(13)에서는, 기판 및 그 노광된 레지스트가 후-노광 베이크(PEB) 디바이스에서 베이킹된다. 처리 유닛(14)에서는 기판이 냉각된다. 처리 유닛(15)에서는 기판이 현상된다.
또한, 추가 공정들이 수행될 수도 있음을 이해하여야 한다. 일 예시에서, 상기의 또한 추가 공정들은 그 전용 장치(dedicated apparatus)에서 행해질 수도 있다. 또 다른 예시에서는, 2개 이상의 공정들이 동일한 장치내에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 후-노광 베이크 단계 및 칠 단계(chill step)는 조합된 장치에서 수행될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 소정 장치가 상기 장치의 상이한 부분들에서 공정 단계들을 수행하고 있는 경우, 상이한 처리 장치들 사이에 및/또는 각 장치내에 기판이 이송되어야만 한다.
노광에 대한 레지스트의 응답은, 각 단계에서의 처리 조건들에 영향을 받게 된다. 이 영향은 노광 방사선에 대한 임계 도즈가 변하게 된다는 것이다. 결과적으로, 보상 없이, 기판상에 생성된 피처는 의도되었던 피처가 정확히 아닐 수도 있다. 예를 들어, 임계 방사선 도즈가 감소되는 경우, 레지스트의 보다 큰 부분이 임계 방사선 도즈를 수용할 것이고, 이에 대응하여 기판상에 생성된 패터닝된 피처는 의도되었던 것보다 더 클 것이다.
생산 설비 내에는, 공정을 수행하는 복수의 장치가 있을 수도 있다. 예를 들면, 각각의 노광 장치에 레지스트-코팅된 기판들을 제공하는 2이상의 레지스트 코팅 장치가 존재할 수도 있거나, 또는 복수의 레지스트 코팅 장치가 존재할 수도 있으며, 이 중 어느 하나는 복수의 노광 장치들 중 어느 것에 레지스트-코팅된 기판 들을 제공할 수도 있다. 처리 조건들은 장치 대 유사 장치로 변화하기 쉽다. 또한, 특정한 처리 장치내의 처리 조건은 기판에 걸쳐 변화할 수도 있다. 예를 들어, 후-노광 베이크 장치에서, 기판의 일 부분에 대한 열적 프로파일(예를 들어, 시간에 따른 온도의 변화)은 동일한 기판의 또 다른 부분과 상이할 수도 있다. 또한, 처리 조건들은 각각의 장치내에서 시간에 따라 달라질 수도 있다.
각 기판 또는 기판의 각 부분이 상이한 처리 조건들을 거치게 될 수도 있기 때문에, 각 기판(또는 부분 기판)에 대한 노광 방사선에 대한 레지스트의 응답이 상이할 것이다. 소정 기판의 2개의 상이한 부분들상에, 또는 2개의 상이한 기판들상에, 동일한 방사선 패턴이 노광되는 경우, 실제로 생성되는 2개의 패턴들은 약간 다를 것이다. 예를 들어, 패턴의 CD에 의해 측정된 하나의 기판상의 패턴 피처들의 크기는, 의도된 패턴 피처들보다 클 수도 있는 한편, 다른 하나의 기판상의 크기는 다소 작을 수도 있다. 통상적으로, 이는 CD가 결과적으로는 기판 대 기판으로, 또한 각 기판에 걸쳐 달라진다는 것을 알아 내었다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임계 치수 외형들을 나타내는 기판을 도시한다. 복수의 영역들이 존재하며, 그 각각은 상이한 CD에 의해 특성화된다. 일 예시에서, 제1영역(21)내의 CD는 100nm일 수도 있고, 제2영역(22)내의 CD는 105nm일 수도 있으며, 제3영역(23)내의 CD는 110nm일 수도 있고, 제4영역(24)내의 CD는 105nm일 수도 있으며, 제5영역(25)내의 CD는 100nm일 수도 있다. 일 예시에서, 상이한 영역들내에 형성된 디바이스들의 성능이 변화할 수도 있다. 이 변화가 너무 큰 경우, 기판의 몇몇 영역들에 형성된 디바이스들이 거절될 수도 있다. 따라서, 제조 공정의 수율(yield)이 적절하다는 것을 보장하기 위해서는, 각 기판에 걸쳐, 그리고 기판들 사이에서, CD 변화를 보장할 필요가 있다. 이를 CD 균일성(CDU)라 칭한다.
다시 도 2를 참조하면, 공정의 각각의 부분은 CDU에 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 레지스트 코팅 유닛(11)내의 공정 조건들은, 코팅 장치 대 코팅 장치로부터 변화될 수도 있고 소정 코팅 장치내에서 시간에 따라 변화될 수도 있으며, 코팅되는 주어진 기판의 상이한 부분들에 대해 변화될 수도 있다. 또한, 예를 들어 기판상의 여타의 패턴 층들의 이전 생성에 의해 유도된, 기판에 걸친 변화들도 CDU에 기여할 것이다. 그러므로, CDU의 감소를 위해 각 단계로부터의 기여들을 최소화하고 및/또는 이들 기여들의 각각을 보상할 필요가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적인 처리 시스템을 도시한다. 제어기(30)는 노광 단계 중에 노광 장치(31)를 제어한다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 원하는 패턴을 설정하기 위해서, 제어기(30)는 각각의 노광 중에 기판상에 생성되도록 의도되는 패턴을 나타내는 의도된 패턴 데이터(32)에 접근한다. 또한, 제어기(30)는 기판이 받도록 예상되는, 또는 받도록 예상되어진 또한 CDU에 영향을 줄 수도 있는 처리 조건들을 나타내는 처리 조건 데이터(33)에 접근한다. 또한, 도 4에 도시된 예시적인 시스템에서, 제어기(30)는, 예를 들어 상기 제어기(30)내의 메모리내에 저장될 수도 있으며, 또한 의도된 패턴 데이터(32)에 적용되어야만 하는 변화들에 대응하는 변환 데이터(34)에 접근하여, 처리 조건 데이터(33)에 의해 나타내어진 처리 조건들을 보상하게 된다. 수정된 패턴 데이터는 노광을 위해 개별 적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 설정하는데 사용된다. 결과적으로, 기판상에 형성된 결과적인 패턴은, 의도된 패턴에 더욱 더 가깝게 닮게 되며, 이는 보정들이 행해지지 않은 경우일 수도 있다.
패턴에 대한 수정은, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 제어시, 임의의 스테이지에 영향을 줄 수도 있다. 일 예시에서, 기본 패턴 데이터 자체가 수정될 수도 있다. 또 다른 예시에서는, 패턴 데이터가 각 픽셀에 대응하는 데이터(즉, 비트 맵 데이터)로 변환(transform)된 후에, 데이터에 대한 수정이 행해질 수도 있다. 또 다른 예시에서는, 일단 데이터가 제어 신호들로 컨버트(convert)되면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 패턴들을 설정하기 위해 수정들이 적용될 수도 있다.
이들 예시들의 조합이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, CDU에 관한 몇가지 효과들의 보상은, 기본 패턴 데이터에 가장 쉽게 수행될 수도 있다. 하지만, CDU에 관한 여타의 효과의 보상은, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 대한 제어 신호들에 보다 쉽게 수행될 수도 있다. 따라서, 각각을 위해 별도의 조정들이 사용될 수도 있다.
일 예시에서, 처리 조건 데이터(33)는 다수의 상이한 처리 조건들을 나타내는 데이터를 포함할 수도 있다. 하지만, 예를 들어, 단일 처리 조건이 여타의 어느 처리 조건들보다 CDU에 훨씬 더 큰 영향을 주는 경우, 단일 처리 조건에만 관련될 수도 있다. 일반적으로, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 패턴들의 조정에 사용되는 처리 조건 데이터(33)는, CDU에 가장 큰 영향을 주고 및/ 또는 효과적으로 보상되도록 충분히 측정될 수 있는 그들 처리 조건들일 것이다. 처리 조건 데이터(33)는 기판의 이전 처리 이력에 관련된 기판 이력 데이터(35), 노광 이전에 행해지는 처리 단계들에 관련된 전-노광 처리 데이터(36), 및 노광 단계 후에 행해지도록 스케쥴링되는 처리 단계들에 관련된 예상되는 후-노광 처리 데이터(37)를 포함할 수도 있다.
예시적인 처리 조건 데이터(33)는, (1) 기판상에 이전에 생성된 1이상의 패턴 층의 CD 이력; (2) 기판에 도포되는 레지스트의 타입; (3) 기판상의 레지스트의 도포시의 공정 조건들; (4) 기판에 도포되는 레지스트와 기판의 노광간의 시간; (5) 기판에 도포되는 레지스트와 노광 후 기판의 처리간의 예상되는 시간; (6) 노광 후 행해지는 기판의 베이킹 중의 공정 조건들; (7) 기판의 후속 칠링 중의 공정 조건들; 및/또는 (8) 기판의 현상 중의 노광 조건들 중 어느 것일 수도 있으나. 이것으로 제한되지는 아니한다.
또한, 처리 조건 데이터는, 공정들에서 사용되는 상이한 장치들 간의 기판의 이송 시에, 및/또는 공정들간의 기판의 여하한의 저장 시에, 상기 조건들의 세부상항을 포함할 수도 있다. 해당 기술 분야의 보통의 당업자가 알 수 있는 바와 같이, CDU에 영향을 줄 수도 있는 여타의 처리 조건들이 처리 조건 데이터(33)내에 포함될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
처리 조건들은 각 기판에 걸쳐 변화될 수도 있다. 예를 들면, 후-노광 베이크 시, 열적 프로파일(예를 들어, 시간에 따른 온도 변화)은 기판의 상이한 부분들에 대해 상이할 수도 있다. 일 예시에서, 처리 조건 데이터는 기판의 각각의 부분 에 대해 기록되며, 또한 제어기(30)에 이용될 수 있다. 결과적으로, 기판의 각각의 부분에 대한 패턴 수정들은, 그것이 겪었던 처리 조건들에 적합할 수도 있어, 기판에 걸쳐 CDU가 개선된다. 이 예시에서, 처리 조건 데이터는 각각의 장치내의 기판의 방위에 관련된 데이터, 및/또는 이송 작업들 중의 기판의 방위의 여하한의 변화들에 관련된 데이터를 포함할 수도 있으므로, 장치내의 상이한 위치들에서의 처리 조건들은 이에 대응하여 기판의 각각의 부분에 대해 기록될 수 있다.
일 예시에서, 처리 조건 데이터(33)는 노광되어야 하는 기판에 대해 측정된 데이터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 기판의 노광 이전에 행해지는 공정 단계들에 대한 처리 조건들이 측정될 수도 있다. 하지만, 처리 조건 데이터는 각각의 기판에 대해 취해진 측정값들에 반드시 대응할 필요는 없다. 예를 들어, 처리 조건 데이터는 1이상의 장치와 연관되는 데이터 일 수도 있다(예컨대, 공지되는 공정 조건들은 주어진 장치내에 존재한다). 이는, 장치내의 처리 조건들이 시간에 따라 확연히 달라지지 않는 경우에 바람직하다. 따라서, 주어진 장치내에서 수행될 주어진 처리 단계를 위해, 기판 또는 기판의 일부분에 대한 처리 조건들이 미리 공지된다. 장치내의 처리 조건들이 시간에 따라 점차 변화되는 경우, 그 장치내의 실제 처리 조건들이 모니터링될 수 있으며, 그 데이터는 그 장치에 대해 기록되고 필요에 따라 업데이트된다. 이는, 아직 행해지지 않은 공정 단계들의 처리 조건들에 기초하여 노광 조건들을 수정할 수 없기 때문에, 노광 후 행해지는 공정들의 공정 조건들을 고려하는 것이 바람직하다. 이 경우, 후속 처리 단계들의 예상되는 처리 조건들에 관한 여하한의 조건들, 즉 기판이 처리되도록 스케쥴링되어 있는 장치와 연관된 처리 조건 데이터(33)에 기초할 필요가 있다. 복수의 장치가 후속 처리 단계들에 이용될 수 있는 경우, 상기 장치들 중 어느 것에서 기판이 처리될 것인지를 결정할 수 있으므로, 그 장치에 대해 특정한 데이터가 필요한 패턴 조정을 결정하는데 사용될 수 있다.
일 예시에서, 처리 조건 데이터(33)는 기판 노광 이전에 이용할 수 있다. 그 후, 노광에 앞서 패턴 조정이 결정될 수 있다. 결과적으로, 계산 속도에 대해 크게 관여되지 않고 계산들이 수행될 수 있다. 대안적으로는, 노광 이전에 또는 기판상의 노광이 수행되는 때에, 패턴 데이터에 대한 수정들이 바로 결정될 수도 있다. 이는, 여하한의 필요한 계산들이 보다 더 신속하게 수행될 필요가 있기 때문에, 보다 더 복잡한 제어기를 필요로 할 수 있다. 하지만, 그 후 이는 노광에 앞서 즉시 기록된 및/또는 노광이 행해지는 때(예컨대, 기판에 도포되는 레지스트와 행해지는 노광간의 시간)에 기록된 처리 조건 데이터(33)를 고려할 수 있다. 또한, 조정들이 온-더-플라이로 또는 노광 바로 이전에 결정되는 경우, 이는 각각의 기판에 대한 스케쥴을 미리 알 필요가 없다. 그러므로, 스케쥴이 바뀌는 경우, 패턴 조정들이 재계산될 필요가 없다. 예를 들어, 생산 설비에서는, 2개 이상의 코팅 장치가 존재할 수도 있다. 노광에 앞서 패턴 조정들이 결정되어야만 하는 경우, 어떤 장치에서 기판이 레지스트로 코팅되도록 스케쥴링되는지를 아는 것이 바람직하다.
일단, 각각의 기판 또는 기판의 각각의 부분에 대한 처리 조건 데이터가 결정되면, 패턴 데이터가 수정된다. 수정의 목적은, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 패턴을 변화시키는 것이므로, 변화되는 처리 조건들로 인해 생기는 왜곡들을 고려하여 기판상에 실제 생성되는 패턴은, 실제 의도된 패턴이거나, 또는 기판상에 형성된 디바이스들(예를 들어, 충분히 양호하게 기판 기능부상에 형성된 적절한 수의 디바이스들)의 수율을 허용할 만큼 충분히 유사하다. 이는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정된 패턴내의 패턴 피처의 크기를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정되는 주어진 패턴에 대해 기판상에 형성된 실제 패턴이 예상되는 것보다 작도록 기판의 일부분에 대한 처리 조건들이 존재하는 경우, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 실제 설정되는 패턴은 (예를 들어, 단지 의도된 패턴 데이터를 이용하여) 그와 다르게 설정될 수도 있는 것보다 크므로, 일단 상기 패턴이 기판상에 생성되었으면, 이는 의도된 크기에 대응한다.
일 예시에서, 복수의 레벨들 중 어느 하나(예컨대, 그레이 스케일링)이도록 방사선의 패터닝된 빔의 상이한 부분들의 세기를 설정할 수 있는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 갖는 장치를 이용하는 경우, 상기 패턴은 의도된 패턴 데이터만을 이용하여 설정될 수도 있는 것과 상이하도록 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 패턴 세기를 설정함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어 단지 의도된 패턴 데이터를 이용하여) 기판상에 실제 생성될 수도 있는 패터닝된 피처의 크기가 의도된 것보다 작을 수도 있도록 처리 조건 데이터가 존재하는 경우, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정된 패턴 피처의 세기가 증가된다. 따라서, 기판상의 보다 더 큰 영역은 임계 방사선 도즈를 수용하고, 또한 이에 대응하여 패턴 피처의 크기가 증가되어, 처리 조건들로 인한 크기 축소를 보 상하게 된다. 부연하면, 세기 및 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정된 패턴의 크기를 변화시킴으로써, 이들 패턴 수정들의 조합이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
다시 도 4를 참조하면, 기판이 노광되고 처리된 후의 이 실시예에서, 이는 검사 유닛(38)을 이용하여 검사될 수도 있다. CD 결정 유닛(39)은 기판상에 실제 생성된 패턴의 CD 및/또는 기판에 걸친 CD의 변화를 검출할 수 있다.
일 예시에서, 임계 치수 균일성(CDU)이 요구되는 공차내에 존재하는 경우, 기판이 수용된다. 이와 달리, CDU가 요구되는 공차내에 존재하지 않는 경우, 기판은 처리 유닛(40)을 이용하여 거절될 수도 있다.
두가지 경우에서, 기판에 대한 결정된 CD 분포는 패턴 데이터를 수정하는데 사용되는 변환 데이터(34)를 업데이트하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 패턴 수정이 패턴 피처 크기의 예상되는 보상을 유도하지 않았다면, 변환 데이터(34)가 변경된다.
일 예시에서, 상기 장치가 완전 생산(full production)에 사용되기 이전에, 변화되는 패턴들, 변화되는 처리 조건들, 및 변화되는 패턴 수정 데이터를 갖는 복수의 테스트 기판들이 노광되고 검사되어 초기 변환 데이터(34)를 생성하게 된다. 예를 들어, 주어진 세트의 처리 조건 데이터의 경우, 어떤 패턴 조정들이 주어진 세트의 처리 조건들을 보상하는데 가장 효과적인지를 결정하기 위해서, (예를 들어, 변환 데이터에 의해 나타내어진) 상이한 변환값들은 상이한 노광들 및/또는 노광의 상이한 부분들에 사용될 수도 있다.
일 예시에서, 생산 시 유사한 장치가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 기판상의 상이한 부분들에서, 또는 상이한 노광들 중에, 변환 데이터(34)의 작은 변화들은 패턴을 조정하는데 사용될 수 있다. 변환 데이터의 이들 변화들로 인한 CD 변화들이 제공된다면, 이는 전체 CDU에 유해한 영향을 주지 않을 것이다. 하지만, 상기 변화들은 어떤 변환 데이터(34)가 가장 효과적인지를 결정하는데 충분할 수도 있으며, 가장 효과적인 것은 새로운 변환 데이터(34)로서 후속하여 저장된다. 이 방식으로, 변환 데이터(34)는 점차(incrementally) 정정되고 최적화될 수도 있다.
다양한 예시에서, 변환 데이터(34)는 여러가지 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 변환 데이터(34)는 각 처리 조건에 가능한 값들 각각에 대한 패턴에 행해질 수정값들을 나타낼 수도 있다. 이러한 경우, 고려되는 처리 조건들의 각각에 변환 데이터(34)를 차례대로 적용시킴으로써 패턴의 완전한 수정이 생성된다. 대안적으로, 변환 데이터(34)는 처리 조건들의 완전한 세트에 요구되는 패턴 수정에 대응할 수도 있다. 다시 말해, 변환 데이터(34)는 그 가능한 값들의 각각에 고려되는 각 처리 조건들의 가능한 각 조합들에 대한 수정 데이터 세트를 포함할 수도 있다. 또한, 2개의 구성예들의 조합이 사용될 수도 있다.
결 론
이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 서술되었지만, 단지 예시의 방식으로 제시된 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명 의 한계 및 범위는 상술된 예시적인 실시예들 중 어떠한 것으로도 제한되지 않으며, 오직 첨부된 청구항들 및 그들의 균등론에 입각하여 한정되어야 한다.
본 발명에 따르면, 개선된 CDU를 갖는 기판상에 패턴들을 노광시키는데 사용될 수 있는 리소그래피 장치 및 방법이 제공된다.

Claims (13)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선의 빔을 공급하는 조명시스템;
    상기 빔을 패터닝하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이;
    기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템; 및
    (a) 상기 기판상에 노광되어야 할 소정 패턴에 대응하는 의도된 패턴 데이터, 및 (b) 상기 기판의 1이상의 처리 조건에 대응하는 처리 조건 데이터를 이용하여, 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 형성되는 소정 패턴을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 처리 조건 데이터에 기초하여, 상기 의도된 패턴 데이터에 의해 특정화된 상기 패턴의 크기에 대한 상기 패턴의 1이상의 피처의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝된 빔의 세기는 3개 이상의 세기 레벨들 중 어느 하나로 설정되며; 및
    상기 제어기는, 상기 처리 조건 데이터에 기초하여, 패터닝된 빔내의 상기 패턴의 1이상의 피처에서 상기 3개 이상의 세기 레벨들 중 어떤 것이 상기 의도된 패턴 데이터내의 1이상의 피처에 대해 특정화된 세기 레벨에 대해 설정되는지를 제어하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 조건 데이터는,
    상기 기판에 도포되는 레지스트의 타입;
    상기 기판에 상기 레지스트를 도포하는 공정 조건들;
    2개 이상의 처리 작업들에 상호연관된 시간 주기;
    노광 후 상기 기판을 베이킹하는 공정 조건들;
    상기 기판을 베이킹한 후에 상기 기판을 칠링하는 공정 조건들;
    상기 기판을 현상하는 공정 조건들;
    리소그래피 장치와 상기 기판상에 다른 공정들을 수행하는 장치간의 상기 기판의 이송; 및
    후속 에칭, 이온 주입, 금속화, 산화, 화학기계적 폴리싱 및/또는 세정 공정들에서 예상되는 공정 조건들 중 1이상에 대응하는 데이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    1이상의 처리 조건에 대응하는 처리 조건 데이터는, 기판상의 2이상의 영역 에서 상이하고; 및
    상기 제어기는, 상기 타겟부를 노광시키기 위해 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 상기 패턴을 설정하는 때에, 상기 기판상의 상기 타겟부에 대응하는 상기 처리 조건 데이터를 선택하고 이용하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리 조건 데이터의 적어도 일부분은, 상기 기판상에서 소정 공정을 수행한 장치와 상기 기판상에 소정 공정을 수행하도록 스케쥴링된 장치 중 1이상에서, 이전에 처리된 기판의 처리 중에 공정 조건들에 대응하고 또한 이전에 기록된 데이터로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판상의 패턴층의 노광의 각 부분에 대해 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 설정될 패턴은, 기판상의 패턴층의 노광이 시작되기 이전에 결정되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판상의 패턴층의 노광의 적어도 일부분에 대해 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 의해 설정될 패턴은, 상기 기판상의 상기 패턴층의 노광 중에 결정되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 주어진 처리 조건 데이터에 대해 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 의해 설정될 패턴과 상기 의도된 패턴 데이터내에서 특정화된 패턴 데이터간의 차이에 대응하는 변환 데이터를 저장하는 메모리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변환 데이터는, 상기 기판상에 생성되도록 의도된 1이상의 피처의 비교와, 상기 기판상에 후속하여 생성되는 1이상의 피처에서의 대응의 검사에 기초하여 업데이트되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 기판의 패턴층의 노광 중에 상기 기판상의 복수의 위치들에서 주어진 처리 조건 데이터에 대한 변환 데이터의 1이상의 수정된 형태들을 이용하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판상에 생성되는 1이상의 패턴 피처를 검사하는 검출기를 더 포함하 여 이루어지며,
    상기 제어기는, 1이상의 의도된 패턴 피처에서의 대응을 갖는 1이상의 검사된 패턴 피처를 비교하고, 상기 변환 데이터를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  13. 디바이스 제조방법에 있어서,
    (1) 기판상에 노광될 소정 패턴에 대응하는 의도된 패턴 데이터, 및 (2) 상기 기판의 1이상의 처리 조건에 대응하는 처리 조건 데이터를 이용하여, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 갖는 소정 패턴을 형성하는 단계;
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 패터닝되어 형성된 것을 이용하여 방사선의 빔을 패터닝하는 단계; 및
    기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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