KR20070112032A - 광 근접 효과를 보정하는 방법 - Google Patents

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Abstract

투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈를 이용하여 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상시킬 때 광 근접 효과를 보정(즉, 광 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction, OPC))하기 위한 방법의 경우에 있어서, 다수의 광학소자들 및 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되고, 상기 패턴에 적합화되어 있으며 결상 시스템의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 대응하는 OPC 필터 함수에 따라 물체 표면과 이미지 표면 사이에 삽입된 적어도 하나의 OPC 필터를 이용하여 결상에 사용되는 광의 광학적 필터링이 수행된다. 이 경우에, 회절 차수들의 위치에 의해 특징지워지는 마스크의 패턴에 대해 상기 OPC 필터를 이용하여 동공 투과율 함수의 프로파일이 적합화되어, 라인 밀도에 의존하는 이미지 표면에서의 선폭 변형을 최소화하는 최적화된 동공 투과율이 결상에 기여하는 모든 회절 차수들에 대해 각각 제공된다.

Description

광 근접 효과를 보정하는 방법{Method for correcting optical proximity effects}
도 1은 (a) 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 개략적인 구성, (b) 결상될 마스크의 라인 패턴 및 (c) 반도체 웨이퍼 위로 결상한 후의 대응하는 라인 패턴을 도시한다.
도 2는 투영 대물렌즈의 동공 표면 부근에서 OPC 필터를 갖는 투영 대물렌즈의 도식적인 종단면을 도시한다.
도 3은 패턴의 다양한 회절 차수들의 투과율에 대한 영향과 함께, OPC 필터를 갖지 않는 투영 대물렌즈(점선) 및 OPC 필터를 갖는 투영 대물렌즈(실선)의 정규화된 동공 좌표 PK의 함수로서 동공 투과율 Tp의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 4는 OPC 필터를 갖지 않는 참조 시스템(REF) 및 OPC 필터를 갖는 투영 대물렌즈에 대한 마스크 상에서의 라인들의 피치(P)의 함수로서, 투영 대물렌즈의 이미지 평면에 있는 소정의 패턴의 라인들의 임계 치수(cirtical dimension; CD)에 대한 의존성의 그래프를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 라인 밀도에 따른 선폭 변화의 감소에 영향을 주는 OPC 필터 함수의 그래프를 도시한다.
본 발명은 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상시킬 때 광 근접 효과를 보정(즉, 광 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction, OPC))하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광학 필터(optical filter), 광학 필터를 제조하는 방법, 및 적어도 하나의 광학 필터가 할당된 투영 대물렌즈에 관한 것이다.
마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈는 반도체소자 및 다른 미세한 구조의 소자들을 제조하기 위한 투영 노광 장치에서 사용된다. 이러한 광학적 결상 시스템은, 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열되어 있으며 일반적으로 마스크 또는 레티클이라고 부르는 포토마스크 또는 라인 플레이트(lined plate)의 패턴들을, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에 배열되어 있으며 감광층으로 코팅되어 있는 물품 위에, 매우 높은 해상도를 갖는 축소 스케일로 결상시키는 역할을 한다. 반도체소자를 제조할 때, 상기 패턴은 일반적으로 라인들에 의해 그리고 제조될 반도체소자의 특정 층의 다른 구조적인 유닛들에 의해 형성된다. 반도체소자를 위해 형성될 구조들은, 아주 작은 금속 트랙 및 실리콘 트랙 뿐만 아니라, 임계 치수(critical dimension; CD)가 결상을 위해 사용된 자외선 광의 파장보다 실질적으로 더 작을 수 있는, 예컨대, 100nm 또는 그 이하 정도일 수 있는 다른 구조적인 요소들을 포함할 수 있다.
결상될 구조들의 작은 크기로부터, 그리고 투영 시스템의 한정된 크기 및 다 른 제한적인 요소들로부터 고유한 문제들이 발생한다. 예컨대, 예리한 가장자리의 결상을 위해 요구되는, 결상에 사용되는 광의 고주파 성분들은 부분적으로 투영 대물렌즈를 통과하지 못 할 수 있으며, 따라서 결상에 기여하지 못 할 수 있다. 더욱이, 구조적인 유닛에서 발생되는 산란광은 가깝게 인접하는 구조의 결상에 어느 정도 영향을 줄 수 있으며, 이는 가깝게 인접하는 구조들에 대한 전기장들의 복잡한 상호작용을 초래할 수 있다. 이러한 효과들을 "광 근접 효과(Optical Proximity Effects)"라고 부른다. 제조된 구조들의 경우에 있어서, 이러한 효과들은, 제조된 구조들이 마스크 상의 구조들의 관련된 형태들로부터 전형적인 방법으로 벗어나게 한다. 이러한 효과들은 특히, 이웃하는 라인들의 공간 밀도의 함수로서 원하지 않는 선폭 변화(그 결과 반도체소자의 신호처리 속도가 훼손될 수 있다) 및 선단의 축소(line-end shortening)(따라서, 인접하는 구조적인 요소들 사이의 원하는 접촉이 손실될 수 있다)를 포함한다.
이러한 문제들을 감소시키기 위한 하나의 기여는 광 근접 효과의 보정(즉, 광 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction, OPC))이다. "광 근접 효과 보정"은 통상적으로, 리소그래피 공정의 상술한 비이상적인 특성들을 보상하기 위하여, 마스크 상의 구조적인 요소들의 형태를 원하는 방식으로 변형하는 방법을 말한다. 이 경우에, 구조화될 물품에서 달성될 구조적인 요소에 대해 원하는 형태가 규정되며, 마스크 상의 대응하는 구조적인 요소들은 중요한 기하학적 형상의 복제를 향상시키도록 변형된다. 축소된 선단들(선단 축소)을 보상하기 위해, 마스크 구조의 대응하는 선단은 해머의 머리 형상으로 넓어진다. 모서리가 둥글게 되는 것을 보상하기 위하여, 원하는 이상적인 모서리 형태에 가까운 구성을 갖는 모서리가 구조화된 물품에서 형성되도록, 마스크 구조의 대응하는 모서리에서 돌출선(serif)들이 더해지거나 빼진다. 그러므로, 통상적인 "광 근접 효과 보정"의 작업은 본질적으로, 구조화될 물품의 소정의 소망하는 기하학적 구조의 경우에 있어서, 구조들을 변화시키는 리소그래피 공정의 모든 영향들을 고려하여 상기 소망하는 이상적인 구조에 가능한 가까운 실제 구조를 만들 수 있는 마스크 디자인을 찾는 것이다.
미세하게 구조화된 소자들의 마이크로리소그래피 제조에서 공정 크기가 점점 더 작아지고 있다는 사실로 인하여, 구조화된 물품상에서의 소망하는 구조를 보장하는 마스크 구조들을 계산하고 제조하는 것이 점점 더 어려워지고 비용이 많이 들게 되고 있다. 따라서, 광 근접 효과 보상의 통상적인 방법들도 점점 더 복잡해지고 있다. 또한, 리소그래피 공정의 공정 파라미터들에 대한 작은 변형은, 소망하는 구조의 기하학적 형상이 변하지 않더라도 소망하는 구조를 위한 마스크를 변화시켜야 하는 영향을 줄 수 있다. 이는 리소그래피 공정이 더 많은 비용을 들게 하고 전반적으로 안정성을 저하시킨다.
미국특허 US 5,701,014호는 광 근접 효과에 의해 감광성 코팅 물질에서 발생한 콘트라스트가 단일한 투영 노광 단계에서 제거되는 투영 리소그래피용 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이 목적을 위해 두 개의 개구를 갖는 필터가 투영 시스템의 필드 평면의 영역 내에 삽입되어 있다. 개구들 중에서 하나는, 감광성 물질에 소망하는 구조를 결상하고 형성하기 위해 요구되는 방사광의 통과를 위한 개구로서 역할을 한다. 역 방사광의 일부는 다른 개구를 통과하여 감광성 물질 위로 가며, 그 럼으로써 광 근접 효과에 의해 형성되는 콘트라스트를 제거한다.
본 발명의 목적은 변화된 공정 조건들에 리소그래피 방법을 적응시켜 경비 및 비용을 절감할 수 있는 광 근접 효과를 보상하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 특히, 이러한 목적을 달성하기 위하여 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 방법을 제공한다. 또한, 청구항 제 19 항의 특징을 갖는 광학 필터와 청구항 제 21 항의 특징을 갖는 광학 필터를 제조하는 방법 뿐만 아니라, 청구항 제 12 항의 특징을 갖는 투영 대물렌즈를 제공한다.
유리한 개선점들이 종속 청구항들에 특정되어 있다. 모든 청구항들의 내용은 참조에 의해 상세한 설명에 통합된다.
본 발명의 한 유형에 따르면, 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되는 투영 대물렌즈의 경우에 있어서, 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈를 이용하여 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상시킬 때, 광 근접 효과를 보정(즉, 광 근접 효과 보정(OPC))하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 패턴에 적합화되어 있으며 결상 시스템의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링(spatially dependent transmission filtering)에 대응하는 OPC 필터 함수에 따라 물체 표면과 이미지 표면 사이에 삽입된 적어도 하나의 OPC 필터를 이용하여 결상에 사용되는 광의 광학적 필터링을 포함한다. 동공 표면 부근에서의 공 간 분해 투과형 필터링 및/또는 필드 표면의 영역에서의 각도 선택성 투과형 필터링이 마스크의 패턴에 의해 초래되는 회절 차수들의 위치에 대한 고려와 함께 사용되며, 따라서 OPC 필터링 덕분에, 회절 차수들의 간섭에 의해 발생하는 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의(또는 노광되는 기판에서의) 선폭에 있어서의 변화가 OPC 필터링이 없는 동일한 투영 대물렌즈의 경우에서 보다 실질적으로 약하게 된다.
본 발명의 이러한 유형은, 특히, 패턴의 상이하게 구조화된 부분 패턴들이 각각, 예컨대, 회절 각도들의 상이한 스펙트럼들 및/또는 회절 효과의 상이한 방향들 및/또는 상이한 산란 효과들로 표현될 수 있는 상이한 회절 특성들을 갖는다는 고려에 기초한 것이다. 이러한 방법으로, 상이한 부분 패턴들은 그들의 상이한 구조적인 특성들의 함수로서 동공 표면의 상이한 영역들을 "경험"한다. 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 대응하는 OPC 필터링이 수행된다면, 상이하게 구조화된 부분 패턴들에 대해, 투영 대물렌즈의, 각각의 부분 패턴에 대해 일반적으로 상이한, 정확하게 적합화된 투과율을 개별적으로 설정하는 것이 가능하다. 적어도 부분적으로 광 근접 효과의 보상(광 근접 효과 보상)을 달성하는 것이 가능하도록, 투과율 분포가 선택된다. 이러한 패턴 특성화된 OPC 필터링은 필드에 독립적으로, 즉 결상될 마스크상의 부분 패턴들의 위치에 독립적으로 효과적이다.
동공 공간 좌표(pupil spatial coordinate)의 함수로서 투과율이 변화하는 OPC 필터를 동공 표면의 영역 내에 배치하는 것이 바람직하다. 그 대신에 또는 그에 추가하여, 동공 표면에 대해 푸리에 변환된 필드 표면의 영역에서 각도 선택성 필터링이 가능하다. 이러한 목적에 적합한 광학적 필터링을 위한 방법이 본 출원인 으로부터 DE 102 18 989 A1에 개시되어 있는데, 상기 문헌의 개시 내용은 참조에 의해 본 상세한 설명에 통합된다.
상이한 부분 패턴들에 의해 형성된 패턴을 갖는 마스크의 사용이 이루어진다면, 노광을 하는 동안 패턴 특성화된 노광량 변화가 효과적으로 발생하도록, 마스크의 상이한 부분 패턴들(예컨대, 상이한 라인 밀도 또는 주기성을 갖는 부분 패턴들)에 대해 투영 대물렌즈가 상이하게 개별적으로 적합화된 투과율 특성들을 유지하는 것을 달성하는 것이 OPC 필터의 패턴 특성화된 투과율 함수를 이용하여 가능하다. 그럼으로써, 예컨대, 단일한 노광 공정 동안 제 1 라인 밀도를 갖는 제 1 부분 패턴은 제 1 노광량으로 결상되고, 이와 동시에 제 1 라인 밀도와 다른 제 2 라인 밀도를 갖는 제 2 부분 패턴은 제 1 노광량과 다른 제 2 노광량으로 결상되는 것이 가능하다. 제 1 및 제 2 노광량은 서로에 대해 대부분 독립적인 방식으로 OPC 필터링을 이용하여 개별적으로 설정될 수 있으며, 제 1 및 제 2 부분 패턴은 모두, 적어도 결상에 기여하는 방사광(radiation)의 세기에 관해서는, 개별적으로 최적으로 적합화된 결상 조건들 아래에서 결상된다.
일반적으로, 상이한 부분 패턴들은 서로에 대해 옆에 또는 서로에 대해 간격을 두고 또는 간격 없이 측면으로 오프셋되어 위치한다. 그 대신에 또는 그에 추가하여, 부분 패턴들이 적어도 몇몇 영역들에서 서로에 대해 중첩되거나 및/또는 관통하는 것도 가능하다.
패턴 특성화된 노광량 변화는, 특히, 동공 표면 부근에서의 공간 분해 투과형 필터링(spatially resolving transmission filtering) 및/또는 필드 표면의 영 역에서의 각도 선택성 투과형 필터링이 마스크의 패턴에 의해 초래되는 회절 차수들의 위치에 대한 고려와 함께 사용되도록 최적화될 수 있으며, OPC 필터링 덕분에, 회절 차수들의 간섭에 의해 발생하는 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 또는 노광되는 기판에서의 선폭의 변화가 OPC 필터링 없는 동일한 투영 대물렌즈의 경우에서 보다 실질적으로 약하게 된다.
몇몇 실시예에서, 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 상이한 격자 상수(P)들에 대해, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가 마스크 내에서 발생하는 모든 격자 상수들에 대해 한계값 L(△LW')보다 작거나 또는 상기 한계값에 해당하도록 OPC 필터 함수가 설정된다. 한계값에 의해 표현된 공차는 제품에 따라 다르다. 예컨대, 데이터 전송속도가 주로 중요한 논리회로의 경우에 있어서, 상기 한계값은 1.5% 이하일 수 있다. 벌크형 저장 장치(예컨대, DRAM)의 경우에 있어서는 집적 밀도가 중요하며, 여기서 상기 공차는 예컨대 5% 이하로서 일반적으로 더 높다. 그러므로, L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 를 유지하는 것이 바람직하다. 상이한 격자 상수들의 절대값은 적어도 2배수 만큼 서로에 대해 다를 수 있으며, 예컨대, 상기 차이들은 종종 그 보다 더 클 수도 있다. 예컨대, 가장 큰 격자 상수가 가장 작은 격자 상수보다 예컨대 적어도 2배 또는 적어도 6배 또는 적어도 8배 더 클 수 있다. 통상적인 격자 상수들은 제품에 따라 크게 다른데, 예컨대, 60nm 와 2000nm 사이의 범위, 특히 80nm 와 1000nm 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
예로써, 80nm 노드의 주기적인 구조, 즉 80nm 의 하프 피치(half pitch)를 갖는 구조 또는 4.8nm 이하의 선폭 변화 △LW'와 P = 160nm 의 격자 상수를 갖는 구조를 결상하는 것이 이러한 조건들 아래에서 가능하다. 이에 대응하여 65nm 노드의 구조들에 대해 △LW' ≤ 3.9nm의 선폭 변화를 달성하는 것 등이 가능할 수 있다. 주기적인 라인 구조들의 임계 치수(critical dimension)에 있어서의 이러한 작은 변화의 도움으로, 특히, 신뢰성, 저장 밀도 및/또는 액세스 속도에 관하여, LSI 메모리 칩, 예컨대 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory; DRAM)의 제조를 최적화하는 것이 가능하다. 또한, 상이한 종류의 집적 회로들의 제조를 향상시키는 것이 가능하다.
특정한 투영 대물렌즈들을 이용하여 특정한 패턴들을 결상하는데 각각 최적인 OPC 필터 함수는 실험적으로, 예컨대, 패턴을 결상할 때 각각 상이한 필터들을 사용하고, 달성된 선폭 변화 △LW'에 관하여 노광된 기판들을 각각 평가함으로써, 결정될 수 있다. 한 방법적 변형예에서, 적절한 OPC 필터 함수는 역설계(reverse engineering)를 이용하여 결정된다. 필터 함수에 따라 광학적 필터링을 수행하기 위한 광학 필터를 제조하기 위한 그러한 방법은:
제 1 라인 밀도를 갖는 제 1 부분 패턴, 및 상기 제 1 라인 밀도와 다른 제 2 라인 밀도를 갖는 적어도 제 2 부분 패턴을 갖는 패턴을 정의하는 단계;
이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되어 있는 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 상기 패턴을 상기 투영 대물렌즈를 이용하여 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상하는 것을 계산하는 단계;
상기 투영 대물렌즈의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 해당하는, 결상에 사용된 광을 광학적으로 필터링하기 위한 필터 함수를 정의하는 단계;
상기 패턴의 회절 차수들의 간섭에 의해 발생한 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화를 결정하는 단계;
발생한 선폭의 변화가 소정의 한계값 이하인 최적화된 필터 함수(OPC 필터 함수)를 결정하기 위하여, 필터 함수를 단계적으로 변화시키고 선폭의 변화를 반복적으로 결정함으로써 필터 함수를 최적화하는 단계; 및
최적화된 필터 함수에 따라 광학 필터를 제조하는 단계;를 포함한다.
반복적인 공정을 통해, 예컨대 적절한 모델 함수들(예컨대, y-방향으로 정의된 라인들에 대한 변수 x에 관한 다항식들)이 변화하는 그러한 방법을 이용하여, 발생한 선폭(CD 응답)에 관하여 결상 공정의 "답"이 최적화될 수 있다. 그러므로, 이러한 방법으로 제조된 광학 필터들은 특정한 마스크들의 회절 특성들과 그에 대응하는 투영 대물렌즈의 결상 특성 모두에 대해 적합화되어 있는 OPC 필터 함수를 가지며, 상기 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서 또는 노광된 기판에서의 패턴 특성화된 선폭 변화는 임계인 것으로 여겨지는 문턱값 이하에 놓여 있다.
본 발명은 또한 그러한 방법으로 제조될 수 있는 또는 제조된 또는 다른 방법으로 OPC 필터링에 특히 적합화된 광학 필터(OPC 필터)에 관한 것이다.
상기 OPC-필터가 각도 선택성 필터로서 설계될 수도 있지만, 상기 OPC-필터는 투영 대물렌즈의 동공 표면의 영역 내에 삽입되는데 적합화된 투과형 필터로서 설계되는 것이 바람직하며, 여기서 투과형 필터의 투과율은 동공 공간 좌표의 함수 로서 변화한다.
몇몇 응용예에서, 상기 OPC-필터가 비회전 대칭인 투과율을 갖는다면 유리할 것이다. 예컨대, 투과형 필터가 180° 또는 그 배수만큼 회전할 경우에만 투과율 함수가 본질적으로 불변이도록, 상기 투과율 함수는 광축에 대하여 이중의 방사 대칭(two-fold radial symmetry)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 투과형 필터는 타원형의 투과율 함수를 가질 수도 있다. 다른 다중의 방사 대칭, 예컨대 4중의 방사 대칭도 역시 가능하다.
몇몇 실시예에서, 상기 OPC-필터는 완전 투명과 완전 불투명 사이의 적어도 하나의 중간 값을 갖는 투과율을 가진다. 동시에, 완전히 투명하거나 완전히 불투명한 영역들이 제공될 수도 있다. 상기 투과형 필터는 필터의 유효 영역에서 적어도 세 개의 상이한 복수의 투과율 값들을 갖는 그레이필터(grayfilter)로서 설계될 수도 있다. 투과율은 공간 좌표에 따라 계단 형태로 변할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 투과율은 상기 투과형 필터의 적어도 부분적인 영역 내에서 상기 투과형 필터상의 위치에 따라 연속적으로 변한다. 특히, 투과율은 방사광의 방향에 교차하는 적어도 하나의 방향으로 연속적으로 변할 수 있다. 연속 필터의 방식으로 투과율의 연속적인 변화를 제공하면, 투과율은 OPC-필터를 가로질러 공간적으로 변화하는 방식으로 계단 없이 조절될 수 있으며, 그럼으로써 각각의 동공 좌표에 대해 요구되는 국소적인 투과율에 대한 정확한 조절이 가능하다.
몇몇 응용예에서, 상기 투과형 필터는 라인들을 갖는 패턴에 대해 적합화되어 있으며, 여기서 상기 라인들의 일부 또는 모든 라인들은 투영 시스템의 광축에 수직한 제 1 방향으로 서로에 대해 평행하게 배향되어 있고, 상기 투과형 필터는 광축상에 위치하는 중심 영역에서 최대인 투과율을 가지며, 상기 투과형 필터의 투과율은 마스크의 제 1 방향에 평행하게 정렬될 투과형 필터의 제 1 방향으로 모든 동공 좌표들에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 결상될 라인들에 수직하게 정렬된 제 2 방향으로 투과형 필터의 단면에 걸쳐 변화하는 투과율이 제공된다.
예컨대, 투과율은 상기 투과형 필터의 중심 영역으로부터 가장자리를 향하여 계단 형태로 또는 연속적으로 감소할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제 2 방향으로의 투과율의 감소는 중심 영역에 대해 대칭적이며, 투과형 필터의 투과율 함수는 중심 영역의 중심에 대하여 이중의 방사 대칭을 가진다. 다른 실시예에서는 제 2 방향으로의 변화가 비대칭일 수도 있다.
투과율의 변화량이 변화할 수도 있다. 최대 투과율과 최소 투과율 사이의 투과율 차이는, 예컨대, 최대 투과율의 5% 이상, 또는 10% 이상, 또는 15% 이상일 수 있다. 최소 투과율은 최대 투과율의 50% 이상, 예컨대, 최대 투과율의 60% 이상 또는 70% 이상 또는 75% 이상일 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 전체적인 광손실은 상대적으로 작을 수 있으며, 동시에 투과율 함수의 상당한 보정이 가능하다.
많은 응용예들에 있어서, 제 1 라인 밀도와 다른 제 2 라인 밀도를 갖는 제 2 부분 패턴에서 제 1 라인 밀도를 갖는 제 1 부분 패턴을 갖는 패턴이 있는 마스크가 사용된다. 결과적으로, 상이한 구조를 갖는 부분 패턴들은 서로에 대해 옆에서 측면으로 오프셋되어 위치하거나 서로 중첩하여 위치한다.
상이한 라인 밀도의 주기적인 라인 구조들을 갖는 그러한 패턴들은, 예컨대, 동적 랜덤 액세스 반도체 메모리(DRAM)의 제조에 사용될 수 있다. 예컨대, 그러한 경우에 있어서, 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 상이한 격자 상수(P)들에 대해, 조건 L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 을 만족하도록, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가 상기 패턴 내에서 발생하는 모든 격자 상수들에 대해 소정의 한계값 L(△LW')보다 작거나 또는 상기 한계값에 해당하도록, 필터 함수가 선택될 수 있다. 결과적으로, 노광된 기판에서 형성된 선폭의 변화는 그러한 OPC-필터가 사용되지 않는 노광 공정에서 보다 실질적으로 더 작을 수 있다.
위에서 설명한 종류의 OPC-필터들은 투영 대물렌즈의 동공 투과율의 미세한 조정에 사용될 수도 있다. 특히, 마스크(예컨대, 레티클)에 의해 제공된 패턴에 대해 동공 투과율을 조절함으로써, 패턴 또는 부분 패턴 내의 이웃하는 라인들의 공간 밀도에 따라 발생할 수도 있는, 원하지 않는 선폭 변화가 임계 문턱값 이하로 감소되는 것이 달성될 수 있다.
그러므로, 하나 또는 그 이상의 OPC-필터를 사용함으로써, 제 1 투영 대물렌즈 및 적어도 하나의 광학적 결상 특성에 있어서 상기 제 1 투영 대물렌즈와 다른 제 2 투영 대물렌즈를 서로에 대해 조절하여, 상기 적어도 하나의 광학적 결상 특성에 관하여 상기 제 1 투영 대물렌즈 및 제 2 투영 대물렌즈가 특정 패턴에 대해 기본적으로 동일한 결상 특성들을 갖도록 하는 것이 가능하며, 여기서 상기 OPC-필터의 필터 함수는 상기 패턴에 적합화되어 있다. 이러한 적합화는, 패턴에 의존하는 적어도 하나의 OPC-필터를 사용하여 제 1 투영 대물렌즈 및 제 2 투영 대물렌즈에 대해 기본적으로 동일한 동공 투과율을 조절함으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 추가적인 유형에 따르면, 상기 적어도 하나의 OPC-필터를 사용하여, 제 2 투영 대물렌즈와 다른 광학적 결상 특성들을 갖는 제 1 투영 대물렌즈에 적합화된 패턴을 갖는 레티클과 함께 제 2 투영 대물렌즈를 사용하도록 하는 것이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 한 유형은 제 2 투영 대물렌즈와 다른 광학적 결상 특성들을 갖는 제 1 투영 대물렌즈에 적합화된 패턴을 갖는 레티클과 함께 제 2 투영 대물렌즈를 사용하는 것과 관련되며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 투영 대물렌즈의 결상 특성들은 상술한 또는 후술할 OPC-필터를 사용하여 특정 패턴에 관하여 서로에 대해 적합화되어 있다.
또한, 본 발명은 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 투영 대물렌즈를 사용하여 투영 대물렌즈의 이미지 표면에 결상시키는 방법에 관한 것으로, 여기서 푸리에 변환된 이미지 표면인 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 상기 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되어 있으며, 상기 투영 대물렌즈의 광학소자들은 패턴을 결상시키도록 적합화되어 있지 않고, 상기 투영 대물렌즈는 상기 패턴에 적합화된 OPC-필터 함수에 따라 물체 표면과 이미지 표면 사이에 삽입된 적어도 하나의 OPC-필터의 도움으로 결상에 사용된 광을 광학적 필터링 함으로써 상기 패턴에 대해 적합화되며, 상기 패턴은 상기 OPC-필터를 포함하는 투영 대물렌즈를 사용하여 이미지 표면으로 결상될 수 있다. 바람직하게는, 상기 OPC-필터는 공간적으로 변화하는 투과율을 갖는 투과형 필터이며, 여기서 상기 투과형 필터는 동공 표면의 영역 내에서 빔 경로 내에 삽입된다.
이상 및 청구항들에서 설명한 것 이외에도, 상술한 특징들 및 추가적인 특징 들이 발명의 상세한 설명 및 도면에서 설명되어 있으며, 각각의 특징들이 그 자체로 또는 본 발명의 실시예에서와 다른 분야에서의 서브 조합(subcombination)들의 형태로 구현되는 것이 가능하고, 그 자체로 특허성 있는 유리한 설계를 구성하는 것이 가능하다. 본 발명의 예시적인 실시예는 도면에 도시되어 있으며 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1에 개략적으로 도시된 것은, 반도체소자 및 다른 미세하게 구조화된 소자들을 제조하는데 사용될 수 있으며 진공자외선(vacuum ultraviolet; VUV) 영역 또는 심자외선(deep ultraviolet; DUV) 영역으로부터 광을 이용하여 수분의 1 마이크로미터 이하의 해상도를 달성하도록 동작하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(PA)이다. 상기 투영 노광 장치는, 투영 대물렌즈(PO)의 이미지 표면(IS)의 영역에 배치되어 있으며 마스크(M)의 패턴(상기 패턴은 투영 대물렌즈(PO)의 물체 표면(OS)의 영역에 배치된다)의 적어도 하나의 이미지를 갖는 감광성 기판(W)을 노광시키는 역할을 한다. 상기 투영 노광 장치는, 주광원(LS)으로부터의 광을 받아서 조명 방사광(illumination radiation)으로 상기 마스크(M)의 패턴을 조명하는 조명 시스템(ILL), 및 상기 마스크(M)와 기판(W) 사이에 배치된 것으로, 물체 표면에 배치된 상기 패턴(PAT)을 상기 물체 표면(OS)에 대해 광학적으로 공액인 이미지 표면(IS)으로 결상시키기 위한 투영 대물렌즈(PO)를 포함한다.
조명 시스템(ILL)은 다수의 광학소자들로 구성되는 동공 성형 유닛(PF)을 가지며, 정의된 공간적 조명 레벨 분포, 소위 "조명 동공"을 조명 시스템의 동공 표 면(PILL) 내에 설정하는 목적을 수행한다. 투영 대물렌즈의 동공(PPO)에서의 공간적 광 분포가 조명 시스템의 동공 표면 내의 공간적 광 분포(공간 분포)에 의해 결정되도록, 조명 시스템의 가능한 하류측 동공 표면들에 대해 뿐만 아니라 투영 대물렌즈(PO)의 이미지측 동공 표면(PPO)에 대해서도 광학적으로 공액인 위치에 또는 그 부근에 동공 표면(PILL)이 위치한다. 조명 시스템의 동공 표면은, 더욱이, 투영 대물렌즈의 물체 표면(OS)에 대해 푸리에 변환된 평면에 또는 그러한 푸리에 변환된 평면에 대해 광학적으로 공액이거나 그와 동등한 조명 시스템의 표면에 위치한다. 따라서, 마스크(M) 위로 입사하는 조명 방사광의 각분포는 동공 성형 표면(PILL) 내의 조명 레벨 분포에 의해 결정된다. 상기 동공 표면(PILL) 내의 조명 레벨 분포는 광학소자들의 그룹(G)을 이용하여 마스크로 진행하는 조명 방사광으로 변환된다.
조명 시스템의 설계 원리는, 에컨대, US 2005/0146704 에 개시된 조명 시스템의 집합들에 대응할 수 있다. 다른 설계도 역시 가능하다. 투영 대물렌즈는 굴절식, 또는 굴절식/반사식(반사굴절식) 또는 순수 굴절식(굴절광학식)일 수 있다.
예시적으로 간략화된 경우에 있어서, 마스크의 패턴(PAT)은 서로에 대해 옆에 놓여 있으며 상이한 부분 패턴들을 갖는 두 개의 영역 I 및 Ⅱ 들을 가진다. 각각의 부분 패턴들은 동일한 선폭 LWI = LWⅡ 의 평행한 라인들로 구성되지만, 영역 I에서의 주기성 길이(PI)는 영역 Ⅱ에서의 주기성 길이(PⅡ)보다 작다. 여기서 상기 주기성 길이는 격자 상수 또는 피치(P)로도 표시된다.
패턴의 축소된 이미지(PAT')를 형성하기 위하여, 투영 대물렌즈의 이미지 표면(IS)으로 패턴(PAT)을 이상적으로 결상시키는 경우에 있어서, 모든 라인들의 선폭들은 결상 이후에도 역시 동일할 것이며, 이미지 표면에서의 또는 노광된 기판에서의 선폭들의 절대값(LW')은 기본적으로 투영 대물렌즈의 축소 비율, 예컨대, 4:1 또는 5:1 에 따라 축소될 것이다. 그러나, 종래의 투영 시스템들에서는, 상술한 환경들로 인하여, 이웃하는 라인들의 공간 밀도(또는 피치)의 함수로서 원하지 않는 선폭 변화(CD 변화)를 특히 포함하는 광 근접 효과(optical proximity effects)가 발생할 수 있다. 이러한 효과는 도 1(c)에 개략적으로 도시되어 있는데, 도 1(c)는 광 근접 효과의 보정 없이 결상한 후의, 도 1(b)에 도시된 패턴(PAT)의 이미지를 도시하고 있다. 보다 높은 라인 밀도(즉, 보다 작은 주기성 길이)를 갖는 부분 패턴 I의 경우, 노광된 기판에서, 서로 더 떨어져 있는 영역 Ⅱ의 라인들의 경우 보다 더 큰 선폭(LWI')이 된다는 것을 알 수 있다. 조명 설정 및 다른 인자들에 따라, 그 비율은 역전될 수도 있어서, 보다 높은 라인 밀도를 갖는 부분 패턴들은 노광된 기판 위에서 보다 작은 선폭(LW')을 형성할 수도 있다.
이러한 효과의 몇몇 원인들이 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 도 2는 투영 대물렌즈의 몇몇 개개의 렌즈들만이 도시된 굴절식 투영 대물렌즈(PO)의 실시예의 종단면을 도시하고 있다. 상기 투영 대물렌즈에 의해 이루어지는, 물체 표면(OS)에 배치된 물체 필드(OF)의, 이미지 표면(IS)에 놓여 있는 이미지 필드(IF)로의 결상은 두 개의 빔들로 표시되어 있는데, 하나(빔속(B1))는 광축(AX) 상에 놓여 있는 물체점(object point)으로부터 나오며, 다른 하나(빔속(B2))는 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 축외의 물체점으로부터 나온다. 물체측 및 이미지측에서 텔레센트릭한 이러한 투영 대물렌즈의 물체 표면(OS)에 대해 기본적으로 수직하게 나오는, 축외의 광속(B2)에 있는 광(CR)은 이미지의 주광선(주요 광선)이며, 상기 주광선의 광축과의 교차점은 투영 대물렌즈의 동공 표면(PPO)의 축 방향 위치를 고정한다. 동공 표면의 부근에는, 동공 영역 내의 빔 단면을 제한하고 이미지측에서 사용되는 개구수(NA)를 고정하기 위한 개구 조리개(AS)가 제공된다. 여기서 물체점들로부터 상기 개구 조리개의 가장자리로 진행하는 광들은 각각의 경우에 "개구 광선" 또는 "가장자리 광선"으로 알려져 있다.
(동일한 광경로 길이와 함께) 다양한 광선들이 상이한 기하학적 경로들을 커버하며 크게 변화하는 입사각들로 광학면에 입사한다는 것을 알 수 있다. 광축을 따라 진행하는 또는 전체적으로 광축에 매우 가까운 길이에서 진행하는 축 근방의 광선들은 렌즈들의 가장자리에서 주로 진행하는 광선들보다 광학적으로 밀집한 렌즈 재료 내에서 더 크게 흡수된다. 반대로, 가장자리 광선들의 경우에는, 특히 큰 입사각들이 광학면들에서 발생하며, 그 결과, 상기 광학면들을 적어도 대략적으로 수직하게 관통하는 광축 부근에서 진행하는 광선들에 대해서 보다 가장자리 광선들에 대해서, 일반적으로, 더 높은 반사 손실이 발생한다. 그러므로, 하나의 동일한 물체점으로부터 나오는 상이한 광선들이 투영 대물렌즈를 통과하는 그들의 경로상에서 전체적으로 상이한 투과율을 "경험"한다는 것을 특히 알 수 있다. 이러한 효 과를 "아포다이제이션(apodization)"이라고 부른다.
도 3은 소위 "동공 투과율"(TP)을 통해 상기 아포다이제이션을 나타내는 것으로, 이 경우에서 투영 대물렌즈의 투과율은 정규화된 동공 좌표(PK)의 함수로서 표시되어 있다. 점선(A)은 굴절식 투영 대물렌즈에 대한 동공 투과율의 전형적인, 실질적으로 회전 대칭인 프로파일을 나타낸다. 광축(PK=0) 부근에서의 동공 투과율은 광축으로부터 반경 방향의 거리가 증가함에 따라 초기에는 계속 증가하는 비교적 높은 값을 가지며, 광축으로부터 더 먼 거리의 경우에 동공의 가장자리 부근에서 투과율이 급격하게 감소하게 된다는 것을 알 수 있다.
투영 대물렌즈를 통과하는 상이한 광선 궤도들에 대한 투영 대물렌즈의 유효 투과율의 이러한 급격한 변화는 결상 품질에 큰 영향을 줄 수 있다. 이는, 투영 노광 공정에 대하여 도 3을 참조하여 소위 "경사 조명(oblique illumination)"으로 설명된다. 이러한 조명 모드를 설정하기 위하여, 광축의 완전히 바깥쪽에서 광축에 대해 직경 방향으로 반대쪽에 위치하는 조명 동공의 두 개의 조명 레벨 최대값들(M1 및 M2)(도 1)로 특징지워지는 다이폴 조명을 조명 시스템(ILL) 내에 설정하는데 동공 성형 유닛(PF)의 광학소자들의 적절한 설정이 사용된다. 조명 방사광에 대한 회절 격자로서 패턴(PAT)이 제공되어 있으며, 상대적으로 큰 격자 상수(상대적으로 큰 피치 또는 상대적으로 작은 라인 밀도)를 갖는 영역 Ⅱ의 회절 각도는 상대적으로 큰 라인 밀도(상대적으로 작은 피치)를 갖는 영역 I의 회절 각도보다 작다. 0차 회절 차수 "0"은, 조명 시스템의 동공 표면(PILL)에서의 조명 최대값의 축외의 위치에 따라 광축의 바깥쪽, 본 예의 경우에는 약 -0.75의 정규화된 동공 좌표에 위치한다. 이 경우에 있어서, 상대적으로 낮은 라인 밀도를 갖는 영역 Ⅱ에 속하는 1차 회절 차수 1Ⅱ가 광축에 대해 실질적으로 대칭인 방식으로 동공의 반대쪽에서 PK=+0.75의 동공 좌표에 위치하도록, 상기 조명 레벨 최대값의 축외의 위치가 선택된다. 영역 I의 보다 높은 라인 밀도는 상대적으로 큰 회절 각도를 초래하여, 동공의 최외측 가장자리에 있는 관련된 1차 회절 차수 1I가 약 0.95의 동공 좌표 PK에 위치한다. 이러한 1차 회절 차수의 가장자리 위치는, 투영 대물렌즈의 선택된 개구수에 대해, 영역 I의 상대적으로 높은 라인 밀도가 투영 대물렌즈의 해상도의 한계 근처에 위치한다는 것을 나타낸다.
상이한 회절 차수들이 이제 동공 내의 그들의 위치에 대응하는 국소적인 동공 투과율로 투과되어, 노광량에 관한 상이한 패턴-특성화된 값들이 부분 패턴들에 대해 얻어진다. 동공 필터링이 없는 곡선(A)으로 나타낸 투영 대물렌즈의 경우에 있어서, 0차 회절 차수 및 그와 관련된 1차 회절 차수 1Ⅱ에 속하는 동공 투과율 값들(값들은 실질적으로 동일하다)이 약 Tp=0.96로 최대값 근처에 위치하기 때문에, 영역 Ⅱ의 상대적으로 성긴 구조들은 상대적으로 높은 노광량으로 결상될 수 있다. 그와 관련된 패턴-특성화된 노광량은 기본적으로 노광된 기판에서 상기 회절 차수들에 속하는 세기들의 합 I0+IⅡ으로부터 기인한다. 반면에, 보다 미세한 부분 패턴의, 동공의 가장자리 부근에 놓여 있는, 1차 회절 차수 1I에 대한 동공 투과율은 단 지 약 TP=0.9 또는 그 이하로 상당히 작아진다. 그러므로, 패턴-특성화된 노광량 (I0+II)은 상대적으로 성긴 구조들에 대한 노광량보다 훨씬 작아진다. 본 예의 경우에 있어서, 이는, 노광된 기판에 있는 관련된 라인들이 더 떨어져 놓여 있는 영역 Ⅱ의 라인들의 선폭보다 훨씬 더 큰(또는 더 작은) 선폭(LWI')을 갖는다는 사실에 기여한다. 그러므로, 여기서 설명된 노광량에 있어서의 차이는 노광된 기판에서 임계 선폭들에 있어서의 큰 변화(CD 변화)를 초래하며, 따라서 최적의 결상을 얻지 못한다. 본 출원에서, 상기 변화(△LW')는, 소망하는 선폭(LW')에 관하여 정규화된, 형성된 라인들의 가장 큰 선폭(LW'MAX)과 가장 작은 선폭(LW'MIN) 사이의 차이에 의해, 즉 △LW' = (LW'MAX - LW'MIN)/LW' 로 주어진다. 다른 정의도 역시 가능하다. 각각의 리소그래피 공정에 대해, 임계 선폭의 값(CD 값)들이 목표 값을 중심으로 얼마나 멀리 요동하는지는 규정하는 것이 통상적이다.
회절 차수들의 위치에 의해 특징지워지는 마스크의 패턴에 대한 동공 투과율 함수의 프로파일(도 3)을 적합화하도록 투영 대물렌즈의 동공 표면 부근에 도입된 OPC 필터(OPCF)(도 1 및 도 2)를 사용함으로써, 여기서 설명된 본 발명의 실시예의 경우에, 강한 CD 변형이 방지되거나 적어도 완화되며, 문제가 되는 모든 구조적인 영역들에 대해, 관련된 회절 차수들의 동공 투과율들이 서로에 대해 상대적으로 최적화되는 방식으로 설정되어, OPC 필터가 없는 시스템과 비교할 때 CD 변형이 상당히 완화된다. 도 3의 예의 경우에, 동공 표면(PPO) 부근에서의 공간 분해 투과형 필 터링(spatially resolving transmission filtering)은, 패턴의 회절 차수들의 위치를 고려할 때, 동공 투과율 함수 곡선(TP)에 영향을 주어, 결상된 선폭들에 있어서의 변화는 OPC 필터가 없는 동일한 시스템의 경우에서 보다 결상에 기여하는 모든 부분 패턴들에 대해 상당히 더 작다. 동공 표면(PPO)에 또는 그 부근에 있는 빔 경로 내에 OPC 필터를 도입한 후에, 보다 성기게 구조화된 영역 Ⅱ의 0차 회절 차수 및 1차 회절 차수(1Ⅱ)는 기본적으로 여전히 동일한 투과율을 갖는다. 그러나, 보다 밀집하여 구조화된 영역 I의 1차 회절 차수(1I)에 속하는 투과율은 투과율의 가장자리에서의 급락이 실질적으로 감소하기 때문에 이제 비슷한 정도의 크기가 된다. 개별적인 회절 차수들에 속하는 동공 투과율 값들이 각각의 경우에 대해 최적화되어, 선폭이 동일하지만 라인 밀도가 다른 개별적인 부분 패턴들을 결상하는 동안 라인 밀도에 적합화된 노광량 값들이 산출되며, 부분 패턴들 내의 라인들의 동일한 선폭과 상이한 라인 밀도에도 불구하고, 노광된 기판에서의 대응하는 선폭들은 각각 실질적으로 동일하다. 이는 결상된 선폭들에 있어서의 변화를 감소시킨다. 그럼으로써, 결상 공정 동안, 상대적으로 높은 라인 밀도로 제공된 라인들의 기판에서의 선폭이, 서로 더 떨어져서 위치하는 보다 성기게 구조화된 영역 Ⅱ의 라인들과 실질적으로 동일하게 유지된다.
도 4 및 도 5는 광 근접 효과 보정(optical proximity correction)을 달성하기 위한 투영 대물렌즈상의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링의 추가적인 예를 도시한다. 마스크들의 OPC 최적화를 위해 상업적인 프로그램을 이용 하여 최적화된 마스크의 본 예시적인 실시예에서, NA=1.2 의 이미지측 개구수를 갖는 액침 리소그래피와 동공 성형 표면에서의 환형 조명을 이용하여 상이한 라인 밀도들의 마스크 영역들에 대해 노광된 기판에서 50nm의 목표 선폭이 각각 달성되어야 하는 투영 시스템에 대해 사용이 이루어졌다. 라인 격자의 격자 상수 또는 피치를 나타내는 파라미터 P[nm]로 표시된 바와 같이, 상기 마스크는 각각의 경우에 상이한 라인 밀도를 갖는 10개의 영역들을 가진다. 상기 마스크는 130nm부터 1000nm까지의 격자 상수들을 갖는 영역들을 포함한다. 상이한 라인 밀도들의 각각에 대해 소위 "마스크 바이어스(mask bias)"를 계산하기 위하여 상업적인 OPC 프로그램이 사용되었다. 여기서 용어 "마스크 바이어스"는, 노광된 기판에서의 소망하는 임계 선폭 CD(또는 LW')를 설정하기 위한 마스크의 선폭의 공지된, 의도적인 "어긋남(detuning)"을 나타낸다. 마스크 바이어스 MB[nm]의 계산된 값들이 (피치 또는 격자 상수 P[nm]로 표시된) 상이한 라인 밀도들에 대한 표 1에 주어져 있다.
P[nm] 130 140 154 182 224 260 350 455 560 1000
MB[nm] 8.19 11.07 13.55 14.22 19.17 19.28 12.96 10.12 10.68 10.59
상이한 라인 밀도들의 영역들에서, 이러한 계산의 바이어스로 형성된 마스크는 마찬가지로, 상기 계산의 수행과 관련된 결상 공정 동안 구조화된 기판에서 모든 라인 밀도들에 대해 50nm의 동일한 목표 선폭(목표 CD)을 얻기 위하여, 상기 계산된 마스크 바이어스 값들에 따라 상이한 선폭들을 포함할 것이다.
본 실시예를 위한 OPC 필터를 계산하기 위하여, 참조 시스템(REF)으로서 역할을 하는 외부 시스템에 대해 최적화된 마스크가 사용되었다. 여기서, 상기 마스크의 결상은 본 예시적인 실시예의 투영 대물렌즈를 사용하여 계산되었으며, 노광된 기판에서의 결과적인 선폭 CD(IS)이 결정되었다. 참조 시스템(REF)의, 도 4의 그래프에서 좌측에 도시된 막대들은 이러한 투영 공정의 결과적인 선폭들을 나타낸다. 본 실시예의 투영 시스템의 경우에, 다른 투영 시스템에 대해 최적화된 마스크는 라인 밀도에 실질적으로 의존하는 목표 선폭에 도달하지 않았지만, 기판에서 달성된 선폭들은 라인 밀도에 의존하며 소망하는 목표 선폭(50nm)으로부터 부분적으로 (약 4%까지) 크게 벗어나 있다는 것을 상기 그래프로부터 알 수 있다. 이러한 편차는 가장 미세한 패턴들(피치 ≤ 140nm)의 경우에서 및 가장 성긴 패턴들(피치 ≥ 455nm)의 경우에서 특히 크며, 미세한 패턴일수도록 과도하게 낮은 선폭을 낳고, 성긴 패턴일수도록 과도하게 높은 선폭을 낳는다. 전체적으로, 상대적으로 더 큰 또는 상대적으로 더 작은 격자 상수를 갖는 패턴이 더 큰 임계 치수(critical dimension)를 갖는 것을 유도하는 것을 가능하게 하는 일반적인 규칙은 없다.
상기 CD 값들은 결상될 패턴의 설계에 의해 결정된다. 이러한 조건들에 따라 마스크 바이어스 및 조명 설정들이 최적화된다.
투영 대물렌즈의 동공 표면(PPO)의 영역에 위치할 그레이 필터에 관하여 도 5에 도식적으로 도시된 투과율 프로파일은 약 2.5nm 정도의 크기까지 잔여 오차를 보정하기 위하여 계산되었다. 이러한 투과형 필터는 투영 시스템의 광축에 수직하게 진행하는 y-방향으로 상호 평행한 방식으로 모든 라인들이 정렬된 패턴에 적합화되어 있다. 상기 필터는 광축상에 위치할 중심 영역에서(PK = 0 에서) 최대 투과율(TOPC = 1)을 갖는다. 상기 투과형 필터의 투과율은, 마스크의 y-방향에 평행하게 정렬될, 투과형 필터의 y-방향을 따라, 모든 동공 좌표들에 걸쳐서, TOPC = 1 로 일정하다(점선). 반면에, 결상될 라인들에 수직하게 정렬될 x-방향을 따라서는, 단면에 걸쳐 변화하는 투과율(실선)이 제공된다. 이러한 x-방향에서, 투과율은 벨 형태의 곡선 함수의 방식으로 필터의 가장자리를 향하여 연속적으로 20% 정도까지 TOPC = 0.8까지 감소한다. 투영 대물렌즈의 동공 표면의 영역 내에 이러한 OPC 필터 또는 이러한 필터 기능을 도입함으로써, 본 예시적인 실시예의 투영 대물렌즈를 갖는 참조 시스템에 대해 최적화된 마스크를 사용하는 것이 또한 가능하며, 상기 마스크에 위치한 모든 라인 밀도들에 대해, 기판상의 선폭(LW')에 관한 각각의 경우에, 50nm의 소망하는 목표 값을 낳는다(선폭 변화 △LW' = 0, 도 4에서 해칭된 막대).
그러므로, 이러한 예에서, 결상될 라인들에 수직한 방향으로 약 20% 만큼 동공 투과율을 변화시킴으로써 약 2.5nm의 선폭 오차가 보정될 수 있다. 필터 소자의 투과율 프로파일에 관하여 선택된 선폭 영역에서 약 2%의 정확도가 주어지면 0.5nm 이하의 값들까지 잔여 오차들이 보정될 수 있다는 것이 이로부터 예상될 수 있다.
일반적으로, 노광된 기판에서 또는 이미지 평면에서의 임계 선폭은 목표 선폭이 더 작을수록 제어하기가 더 어려워진다. 적절한 설계가 주어지는 경우, 여기서 설명된 방법은, 적당한 비용으로, 마스크의 부분 패턴들의 격자 상수(P)의 3% 이하 또는 2% 이하의 영역에 놓여 있는 선폭 변화를 얻는데 사용될 수 있다. 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 절대 격자 상수(P)가 주어지면, 패턴에서 발생하는 모든 격자 상수(P)들에 대한, 즉 상이한 라인 밀도의 모든 부분 패턴들에 대한 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가 소정의 한계값 L(△LW')보다 작도록 또는 상기 한계값에 대응하도록, OPC 필터 함수들이 설정될 수 있다. 특히, 조건 L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 이 만족될 수 있으며, 비율 △LW'/P 이 실질적으로 3% 보다 작게, 예컨대, 2.5% 또는 2% 이하가 되는 것이 가능하다.
상기 예시적인 실시예는, OPC 필터링을 이용하여, 장치에 있어서 상대적으로 낮은 비용으로, 특정 투영 공정에 의한 결상에 대해 최적화된 마스크를 다른 투영 공정들을 위해, 또한 적당하다면, 다른 투영 대물렌즈들을 이용한 투영을 위해, 마스크의 새로운 계산 및 새로운 제조를 필요로 하지 않고 사용하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. 투영 대물렌즈의 결상 특성들을 고려하여 결상될 구조들의 동공 투과율을 적합화함으로써, 상이한 구조들의 CD 균일성의 신뢰성 있는 제어를 달성하는 것이 가능하다.

Claims (34)

  1. 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되는 투영 대물렌즈를 이용하여 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상시킬 때, 광 근접 효과를 보정(광 근접 효과 보정(OPC))하기 위한 방법에 있어서,
    상기 패턴에 적합화되어 있으며 결상 시스템의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 대응하는 OPC 필터 함수에 따라, 물체 표면과 이미지 표면 사이에 삽입된 적어도 하나의 OPC 필터를 이용하여 결상에 사용되는 광을 광학적 필터링 하는 단계를 포함하며,
    상기 OPC-필터 함수는, 회절 차수들의 간섭에 의해 발생하는 이미지 표면에서의 선폭의 변화가 OPC 필터링이 없는 동일한 투영 대물렌즈의 경우에서 보다 실질적으로 약하게 되도록, 마스크의 패턴에 의해 초래되는 회절 차수들의 위치를 고려하여 선택되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    투과율이 동공 공간 좌표의 함수로서 변화하는 OPC 필터링이 동공 표면의 영역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    노광되는 동안, 제 1 라인 밀도를 갖는 제 1 부분 패턴은 제 1 노광량으로 결상되고, 그와 동시에 상기 제 1 라인 밀도와 다른 제 2 라인 밀도를 갖는 제 2 부분 패턴은 상기 제 1 노광량과 다른 제 2 노광량으로 결상되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 부분 패턴은 제 1 부분 패턴의 옆에 측면으로 오프셋되어 위치하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OPC 필터 함수는, 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 상이한 격자 상수 P에 대하여, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가, 패턴에서 발생하는 모든 격자 상수들에 대해, 소정의 한계값 L(△LW')보다 작거나 또는 상기 한계값에 해당하여, 조건 L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동공 표면의 영역에서의 OPC-필터링이 비회전 대칭인 투과율 함수에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투과율 함수가 투영 대물렌즈의 광축에 대하여 이중의 방사 대칭을 갖는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동공 표면의 영역에서의 OPC-필터링이 필터 유효 영역 내에서 적어도 세 개의 상이한 복수의 투과율 값들로 수행되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과형 필터의 적어도 부분적인 영역 내에서 투과율이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동공 표면의 영역 내에서 투과형 필터가 사용되며, 상기 투과형 필터는 투영 대물렌즈의 광축에 수직하게 진행하는 제 1 방향으로 서로에 대해 평행한 라인들이 있는 패턴에 대해 적합화되어 있으며, 상기 투과형 필터는 광축상에 위치하는 중심 영역에서 최대인 투과율을 갖고, 상기 투과형 필터의 투과율은 마스크의 제 1 방향에 평행하게 정렬될 투과형 필터의 제 1 방향을 따라 모든 동공 좌표들에 걸쳐 실질적으로 일정하며, 결상될 라인들에 수직하게 정렬되는 제 2 방향을 따라 투과형 필터의 단면에 걸쳐 변화하는 투과율이 제공되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 투과율은 제 2 방향을 따라 필터의 중심 영역으로부터 가장자리들을 향하여 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  12. 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상시키는 투영 대물렌즈에 있어서, 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되어 있고, 결상 시스템의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 대응하며 상기 패턴에 적합화되어 있는 OPC 필터 함수에 따라 결상에 사용되는 광을 광학적으로 필터링 하기 위한 적어도 하나의 OPC 필터가 상기 투영 대물렌즈에 할당되며, 상기 투영 대물렌즈는 상기 패턴을 이미지 표면에 결상하는 동안 광 근접 효과를 보정하도록 설계되며, 상기 OPC-필터 함수는, 회절 차수들의 간섭에 의해 발생하는 이미지 표면에서의 선폭의 변화가 OPC 필터링이 없는 동일한 투영 대물렌즈의 경우에서 보다 실질적으로 약하게 되도록, 마스크의 패턴에 의해 초래되는 회절 차수들의 위치를 고려하여 선택되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    투과율이 동공 공간 좌표의 함수로서 변화하는 OPC 필터가 동공 표면의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 OPC 필터가 비회전 대칭인 투과율 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 투과율 함수가 투영 대물렌즈의 광축에 대하여 이중의 방사 대칭을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OPC-필터가 필터 유효 영역 내에서 적어도 세 개의 상이한 복수의 투과율 값들을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과율은 투과형 필터의 적어도 부분적인 영역 내에서 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OPC 필터 함수는, 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 상이한 격자 상수 P에 대하여, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가, 상기 패턴에서 발생하는 모든 격자 상수들에 대해, 소정의 한계값 L(△LW')보다 작거나 또는 상기 한계값에 해당하여, 조건 L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  19. 필터 함수에 따라 광학적 필터링을 수행하기 위한 광학 필터를 제조하는 방법에 있어서,
    제 1 라인 밀도를 갖는 제 1 부분 패턴, 및 상기 제 1 라인 밀도와 다른 제 2 라인 밀도를 갖는 적어도 제 2 부분 패턴을 갖는 패턴을 정의하는 단계;
    이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되어 있는 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 상기 패턴을 상기 투영 대물렌즈를 이용하여 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상하는 것을 계산하는 단계;
    상기 투영 대물렌즈의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 해당하는, 결상에 사용된 광을 광학적으로 필터링하기 위한 필터 함수를 정의하는 단계;
    상기 패턴의 회절 차수들의 간섭에 의해 발생한 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화를 결정하는 단계;
    발생한 선폭의 변화가 소정의 한계값 이하인 최적화된 필터 함수(OPC 필터 함수)를 결정하기 위하여, 필터 함수를 단계적으로 변화시키고 선폭의 변화를 반복적으로 결정함으로써 필터 함수를 최적화하는 단계; 및
    최적화된 필터 함수에 따라 광학 필터를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필터 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 OPC 필터 함수는, 마스크의 주기적인 부분 패턴들의 상이한 격자 상수 P에 대하여, 투영 대물렌즈의 이미지 표면에서의 선폭의 변화 △LW'가, 상기 패턴에서 발생하는 모든 격자 상수들에 대해, 소정의 한계값 L(△LW')보다 작거나 또는 상기 한계값에 해당하여, 조건 L(△LW') ≤ P ㆍ0.05 를 만족하도록 정의되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 제조 방법.
  21. 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되어 있는 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면으로 결상하기 위한 투영 대물렌즈에 설치되는 광학 필터에 있어서,
    상기 광학 필터는, 결상 시스템의 동공 표면의 영역에서의 공간 의존성 투과형 필터링에 대응하며 상기 패턴에 적합화되어 있는 OPC 필터 함수에 따라 결상에 사용되는 광을 광학적으로 필터링 하기 위한 OPC 필터로서 설계되며, 상기 패턴을 이미지 표면에 결상하는 동안 광 근접 효과를 보정하기에 적합화되어 있고, 상기 OPC-필터 함수는, 회절 차수들의 간섭에 의해 발생하는 이미지 표면에서의 선폭의 변화가 OPC 필터링이 없는 동일한 투영 대물렌즈의 경우에서 보다 실질적으로 약하게 되도록, 마스크의 패턴에 의해 초래되는 회절 차수들의 위치를 고려하여 설계되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 동공 표면의 영역 내에 설치되는 투과형 필터로서 설계되며 동공 공간 좌표의 함수로서 변화하는 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 OPC 필터가 비회전 대칭인 투과율 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 투과율 함수가 광축에 대하여 이중의 방사 대칭을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OPC-필터가 필터 유효 영역 내에서 적어도 세 개의 상이한 복수의 투과 율 값들을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과율은 상기 투과형 필터의 적어도 부분적인 영역 내에서 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  27. 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과형 필터는 투영 시스템의 광축에 수직하게 진행하는 제 1 방향으로 서로에 대해 평행한 라인들이 정렬되어 있는 패턴에 대해 적합화되어 있으며,
    상기 투과형 필터는 광축상에 위치하는 중심 영역에서 최대인 투과율을 갖고, 상기 투과형 필터의 투과율은 마스크의 제 1 방향에 평행하게 정렬될 투과형 필터의 제 1 방향을 따라 모든 동공 좌표들에 걸쳐 실질적으로 일정하며, 결상될 라인들에 수직하게 정렬되는 제 2 방향을 따라 투과형 필터의 단면에 걸쳐 변화하는 투과율이 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 투과율은 제 2 방향을 따라 필터의 중심 영역으로부터 가장자리들을 향하여 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.
  29. 특정 패턴에 대한 제 1 투영 대물렌즈의 결상 특성들을, 상기 특정 패턴에 대한 결상 특성들에 있어서 상기 제 1 투영 대물렌즈와 다른 제 2 투영 대물렌즈의 결상 특성들에 적합화하는 방법에 있어서,
    상기 특정 패턴에 대해 적합화된 필터 함수를 갖는 적어도 하나의 OPC-필터를 사용하여, 상기 OPC-필터의 필터 함수를 적합화한 상기 특정 패턴에 대해 상기 제 1 투영 대물렌즈 및 제 2 투영 대물렌즈가 실질적으로 동일한 결상 특성들을 갖도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적합화 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 OPC-필터를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 투영 대물렌즈에 대해, 패턴에 따라, 실질적으로 동일한 동공 투과율이 정해지는 것을 특징으로 하는 적합화 방법.
  31. 이미지 표면으로 푸리에 변환되는 적어도 하나의 동공 표면 및 다수의 광학소자들이 물체 표면과 이미지 표면 사이에 배치되는 투영 대물렌즈를 이용하여, 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배열된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면에 결상시키는 방법에 있어서,
    상기 투영 대물렌즈의 광학소자들은 상기 패턴을 결상하도록 적합화되어 있지 않으며,
    상기 투영 대물렌즈는, 상기 패턴에 적합화된 OPC-필터 함수에 따라 물체 표면과 이미지 표면 사이에 삽입된 적어도 하나의 OPC-필터를 이용하여 결상에 사용 된 광을 광학적으로 필터링함으로써 조절되며, 상기 패턴은 상기 OPC-필터를 포함하는 투영 대물렌즈를 사용하여 이미지 표면으로 결상되는 것을 특징으로 하는 결상 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    공간적으로 변화하는 투과율을 갖는 투과형 필터링이 동공 표면의 영역 내에서 상기 OPC-필터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 결상 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 OPC-필터는 비회전 대칭인 투과율 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 결상 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    투과형 필터의 투과율 함수가 상기 투영 대물렌즈의 광축에 대하여 이중의 방사 대칭을 갖는 것을 특징으로 하는 결상 방법.
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