KR20070122177A - 파면 수차를 감소시키는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

파면 수차를 감소시키는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

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KR20070122177A
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프레륵 아드리안 슈토펠스
라우렌티우스 카트리누스 요르리트스마
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요한네스 빌헬무스 데 클레르크
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 공정을 위한 파면 수차를 감소시키는 방법이 제공되며, 상기 감소는 프린팅될 선택된 패턴 및 노광에 사용되는 선택된 조명 모드에 기초한다. 리소그래피 장치의 투영 시스템의 파면 수차들은 상기 투영 시스템의 광학 요소들의 조정들을 계산하고 상기 계산된 조정들을 투영 시스템에 적용시킴으로써 측정 및 감소된다. 조정들의 계산은 방사선 감응재층의 노광 동안 존재하는 투영 시스템 퓨필 내의 복사 세기의 공간 분포의 세기와 관련된 정보에 기초하며, 상대적으로 높은 복사 플럭스의 투영 렌즈 퓨필 영역들에서의 수차들에 대해 제한된다.

Description

파면 수차를 감소시키는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품{METHOD OF REDUCING A WAVE FRONT ABERRATION, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 디바이스 패턴의 일부분을 도시하는 도면;
도 2는 도 1에 나타낸 패턴을 조명하는 다이폴 조명 모드(dipole illumination mode)를 도시하는 도면;
도 3은 투영 시스템의 퓨필 내의 공간 세기 분포 및 방사선에 의해 가열되기 쉬운 렌즈 요소 내의 대응하는 영역들을 예시하는 도면;
도 4는 수차 측정 시스템의 소스 모듈(source module) 및 센서 유닛, 및 투영 시스템 퓨필의 부근에서의 파면 수차를 도시하는 도면;
도 5는 파면 수차들이 최소화되는 투영 렌즈 퓨필 내의 지점들의 종래의 그리드(grid)를 도시하는 도면;
도 6은 투영 시스템의 퓨필 부근에서의 잔류 파면 수차의 nm 단위 윤곽선 및 종래의 수차 감소 방법의 결과에 대해 전형적인 대응하는 그레이 톤 이미지(grey tone image)를 도시하는 도면;
도 7은 본 발명에 따른 파면 수차가 최소화되는 투영 렌즈 퓨필 내의 영역들 및 지점들의 그리드를 도시하는 도면;
도 8은 도 6의 윤곽선 및 도 7의 영역들에 대응하는 그레이 톤 이미지를 도시하는 도면;
도 9는 도 7의 퓨필 영역들에 대해, 본 발명에 따른 수차 감소의 결과로서 잔류 수차를 나타내는 그레이 톤 이미지를 도시하는 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면; 및
도 11은 본 발명에 따른 디바이스를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
본 발명은 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광파(optical wave)의 파면 수차(wave front aberration)를 감소시키는 방법 및 디바이스 제조 방법을 수행하도록 리소그래피 장치를 제어하는 프로그램 코드를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 리소그래피 장 치는, 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 패턴을 전사하기 위해 마스크를 조명하는 조명 시스템 및 (투영 렌즈로서도 언급되는) 투영 시스템을 포함한다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
공지된 리소그래피 장치는 소위 스테퍼 또는 스텝-앤드-리피트 장치, 및 소위 스캐너 또는 스텝-앤드-스캔 장치를 포함한다. 스테퍼에서는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되며, 웨이퍼는 다음 노광에 대해 사전설정된 양만큼 다음 위치로 이동된다. 스캐너에서는, 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되며, 그 다음 웨이퍼가 다음 노광에 대해 다음 위치로 이동된다.
IC 디바이스의 제조에 대한 광학 리소그래피의 수행에서, 스루풋 즉 시간 단위당 노광될 수 있는 웨이퍼의 개수에 대한 리소그래피 투영 장치 성능을 향상시키기 위한 계속적인 요구가 존재한다. 스루풋은 조명 시스템에 커플링되는 방사선 소스에 의해 제공된 방사선의 파워에 정비례이다.
또한, 증가한 파워와 함께 광학 요소들의 재료 또는 광학 요소들 상의 코팅에 의한 투영 렌즈를 가로지르는 방사선의 여하한의 잔류 흡수(residual absorption)가 더 중요해지고 있다. 투영 렌즈를 통해 전파하는 방사선 빔은 광학 요소들의 국부적인, 일반적으로 비-균일한 가열을 야기한다. 이러한 가열은 투영 렌즈 요소들의 열적 변형 및 이에 따른 광파 수차 오차를 야기할 수 있다.
파 수차는 일반적으로 가중된, 기본적인 파-수차 구성요소들의 합으로 구성되는 것으로 간주되며, 기본적인 파 수차 구성요소들의 세트는 투영 렌즈의 광학 축선에 수직인 평면에서 투영 렌즈 퓨필 좌표들에서 표현되는 정규화된 직교 다항식의 대응하는 세트에 의해 설명된 공간 위상-분포들의 일 세트이다.
파 수차 변화를 보상하거나 부분적으로 보상하는 종래의 방법은 투영 렌즈 광학 요소들(렌즈들, 렌즈들의 그룹)의 공칭(nominal) 위치 및 공칭 방위로부터의 작은 변위들 또는 회전들을 적용하는 단계, 또는 렌즈 요소 형상들의 작은 변형을 적용하는 단계를 포함한다. 거기에서, 투영 렌즈는 제한된 수의 렌즈 머니퓰레이터(manipulator)를 갖추고 있다. 렌즈 머니퓰레이터는 머니퓰레이터 세팅들 및 머니퓰레이터 세팅 변화들을 계산하고 적용하는 제어기에 연결된다. 투영 렌즈의 광학 축선에 대해 회전 대칭인 파 수차 오차들 또는 (예를 들어, 퓨필 좌표에서 2 차 다항식에 의해 설명된) 저차(lower order) 파 수차 오차들은 머니퓰레이터 세팅들을 이용하여 감소될 수 있다. 하지만, 고차 파-수차 오차들이 존재하는 종래의 기술로 얻어진 보상 결과들은 만족스럽지 않다. 보정할 수 없는 고차 파-수차 오차들이 기판 부근 또는 기판에서의 이미지 형성 방사선 빔(image forming radiation beam) 내에 여전히 존재한다. 이러한 잔류 파 수차는 잠재 패턴(latent pattern)에 대해서뿐 아니라, 처리된 인쇄 패턴(printed pattern)에 대한 오차들의 소스이다. 예를 들어, 피처 크기 오차 및 패턴-비대칭 오차들이 존재할 수 있다.
본 발명의 목적은 리소그래피 장치의 투영 시스템의 광파 수차의 효과를 감소시키고, 특히 고차 파-수차 오차들의 존재에 의해 야기되는 패턴 오차들의 문제점을 완화하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상의 방사선 감응재층을 패턴의 이미지로 노광하도록 구성되고 배치된 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광파의 파면 수차를 감소시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 파면 수차에 대한 정보를 얻는 단계, 파면 수차를 감소시키는 투영 시스템의 1 이상의 광학 요소의 1 이상의 조정을 계산하는 단계, 계산된 1 이상의 조정을 투영 시스템에 적용하여, 계산하는 단계가 방사선 감응재층을 노광하는 동안 제시된 투영 시스템의 퓨필에서, 세기 분포에 따른 복수의 세기값의 형태로 복사 세기(radiant intensity)의 공간 분포에 대한 정보를 얻는 단계를 포함하는 단계, 세기 분포의 최대 세기와 0 사이의 범위에서 임계 세기(threshold intensity)를 선택하는 단계, 국부적인 세기가 임계 세기보다 높은 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계, 및 퓨필 내의 영역들에 대응하는 파면의 영역들로 감소(reducing)를 제한하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 파면 수차에 대한 정보를 얻는 단계, 리소그래피 장치의 투영 시스템의 1 이상의 광학 요소의 1 이상의 조정을 계산하는 단계, 및 파면 수차를 감소시키기 위해 계산된 1 이상의 조정을 투영 시스템에 적용하여, 계산하는 단계가 기판 상에 제공된 방사선 감응재층을 노광하는 동안 제시된 투영 시스템의 퓨필에서 복사 세기의 공간 분포에 대한 정보를 얻는 단계를 포함하는 단계, 세기 분포의 최대 세기와 0 사이의 범위 내에서 임계 세기를 선택하 는 단계, 국부적인 세기가 임계 세기보다 높은 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계, 및 퓨필 내의 영역들에 대응하는 파면의 영역들로 감소를 제한하는 단계를 포함한 디바이스 제조 방법을 수행하기 위해 리소그래피 장치를 제어하는 프로그램 코드를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 파면 수차를 감소시키는 방법은 사용 중에 리소그래피 노광 공정을 수행하는 경우, 투영 시스템 내에서의 국부적인 렌즈 가열의 효과를 완화하는데 사용된다. IC 층의 피처들의 패턴은 임계 치수(critical dimension: CD)의 밀집(dense)한 라인들 및 공간들(110)을 갖는 도 1에 예시된 제품 구조(product structure: 100)를 포함한다. 패턴(100)은 크롬 온 글래스 패턴(Chrome on Glass pattern)으로서 구현되며, 라인들(110 및 120)은 마스크 상에서 리소그래피 장치의 x-방향을 따라 정렬된다. 또한, 제품 구조(100)는 x-방향을 따라 정렬되고 CD보다 큰 폭을 갖는 2 개의 라인(120) 및 유사한 비-임계 크기의(non-critically sized) y-방향을 따르는 격리 라인(isolated line: 130)을 포함한다.
도 2에 예시된 바와 같이, y-다이폴 조명 모드(200)는 마스크(MA) 상의 패턴(100)을 조명하는데 사용된다. 패턴(100)을 조명하도록 배치된 조명 시스템(IL)의 퓨필(PUIL) 내에 배치된 2 개의 각 영역(220)으로부터 2 개의 방사선 빔(210)이 발산(emanate)하고 있다. "폴(pole)들"(220)은 y-방향에 평행한 축선 상에, 그리고 조명 시스템의 광학 축선(230)에 대해 맞은편 위치들로 배치된다.
상기 빔들(210)은 마스크 패턴(100)을 가로지르면서 회절(diffract)되며, 상기 장치의 투영 렌즈(PS)의 퓨필(PUPS) 내에 제시된 결과적인 복사 세기(I(r,θ))의 공간 분포가 도 3에 개략적으로 도시된다. 좌표(r,θ)는 (도 3의 z-축선에 평행한) 투영 렌즈의 광학 축선(320)에 수직한 평면 내에 있고, 광학 축선에 대해 중심에 있는 극좌표이다. 대안적으로, 세기(I)의 공간 분포는 데카르트 퓨필 좌표(xp,yp:I=I(xp,yp))로 표현될 수 있다. 도 3에서, 세기(I)의 값들은 z-축선을 따라 플롯(plot)된다.
기판(W) 상의 레지스트층의 노광이 수행되는 경우에 제시된 세기 분포(I)는 상업적으로 이용가능한 리소그래피 공정 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 예측될 수 있다. 제품 구조(100)에서 방사선의 회절과 조합한 현재 다이폴 조명 모드(200)는, 패턴(100)의 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절 이미지에 대응하는 세기 패턴을 갖는 다이폴 조명 퓨필 세기 분포의 콘볼루션(convolution)으로서 형성되는 투영 렌즈의 퓨필 내의 공간 세기 분포(I(r,θ))를 발생시킨다.
대안적으로, 투영 렌즈 퓨필 내의 세기 분포(I)는 미국 특허 US 6,710, 856에 개시된 검출 방법 및 검출 모듈을 이용하여 측정될 수 있다.
투영 렌즈 퓨필 평면의 부근에 배치된 렌즈 요소(300)에 대해, 영역들(310) 내의 렌즈 재료에 의한 투영 빔 방사선의 잔류 흡수는 렌즈 요소의 열적 변형들을 야기한다. 결과로서, 공칭 파면에 대한 파면 수차가 마스크 패턴(100)의 이미지 형 성이 제공되는 도 4의 공간(400)에 존재할 수 있으며, 도 4에 예시된 바와 같이 이러한 파면 수차는 퓨필(PUPS) 부근 영역에서 공칭 광파면(WF)(제조 사양 및 허용오차에 따른 후자)으로부터의 광파면(WF')의 대응하는 파면 수차(ΔW)에 의해 나타내어진다. 본 실시예에서, 파면 수차(ΔW)는 패턴(100)의 반복된 노광으로 인할 수 있으며, 열적 정상 상태(thermal steady state)에 도달할 수 있다. 수차는 방사선 파장의 비율(fraction)로서 표현될 수 있으므로, 파면(WF')과 공칭 파면(WF) 간의 위상차에 대응한다. 투영 렌즈의 퓨필 평면에서, 위상차(ΔW)는 퓨필 좌표(r,θ)의, 또는 대안적으로 퓨필 좌표(xp,yp)의 공간 변화 함수(spatially varying function)이다.
본 발명의 본 실시예에서, 파면 수차(ΔW)는 예를 들어 전단 간섭계 수차 측정 시스템(shearing interferometer aberration measurement system)을 이용하여 측정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 수차 측정 시스템은 도 4에서 개략적으로 도시되며, 방사선을 컨디셔닝하기 위해 레티클의 레벨로 빔 경로 내에 위치시킬 수 있는 소스 모듈(SM)을 포함한다. 소스 모듈(SM)은 투영 렌스 퓨필(PUPS)을 균일하게 조사하도록 구성되고 배치된다. 소스 모듈로부터 발산하는 방사선은 투영 시스템(PS)을 가로지른 후, 웨이퍼 레벨이거나 리소그래피 장치의 웨이퍼 테이블에 배치된 파면 센서 유닛(SU) 상에 입사한다. 센서 유닛(SU)은 방사선 세기 측정을 위해 검출기, 단일 검출 또는 다수 검출기들의 일 어레이 중 하나를 포함하며, 전단된 파면들 간의 간섭으로 인해 검출된 세기값은 파면 수차값에 관한 것이다. 센서 유 닛(SU)에 대한 소스 모듈(SM)의 약간의 변위와 함께 계속적인 세기 측정을 수행함으로써, 검출된 방사선 세기가 변조되고 (퓨필 좌표의 함수로서) 파면 수차의 공간 분포에 대해 나타낸 측정 데이터가 얻어질 수 있다. 그 후, 대응하는 수차값(ΔW(r,θ))은 파면 수차를 감소시키기 위한 렌즈 요소들의 계산 조정들 및 계산된 조정의 후속한 적용과 함께 사용하도록 배치된 스토리지 매체(storage medium)에 저장된다. 전단 간섭계 측정 시스템의 세부 내용은 미국 특허 출원 공보 2002/0001088로부터 알 수 있다.
파면 수차(ΔW(r,θ))는 가중된 다항식(Pi(r,θ))의 합에 의해 모델링(model)될 수 있다. 총 파면 수차에 대한 각 다항식(Pi(i=1,…,L))의 기여(contribution)는 계수(Zi)에 의해 가중된다. 계수(Zi)는 투영 렌즈(NA)의 개구수뿐만 아니라, 기판 표면의 필드 또는 타겟부 내에서 위치 X'로 언급되는 좌표(x',y')의 함수들이며, 도 4에 예시된 바와 같이 레티클 레벨에서 좌표(x,y)를 갖는 지점 X에 광학적으로 켤레(conjugate)이다. 따라서, 파면 수차(ΔW(r,θ))는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
Figure 112007045608295-PAT00001
계수(Zi)는 수차 계수로서 언급된다. 다항식(Pi)은 일반적으로 원형 영역에 걸쳐 직교인 제르니케(Zernike) 다항식으로 취해진다. 사전선택된 정수(L)는 근사 값(approximation) 및 이에 따른 정확성을 위해 사용되는 다항식의 개수를 결정한다. 일반적으로, 근사 수학식(1)은 37 개의 제 1 제르니케 다항식을 포함한다.
투영 시스템을 특성화하는 수차 계수(Zi)는, 예를 들어 렌즈 가열로 인한 시간(t)에 의존할 수 있다. 시간 의존성 수차 계수의 값(Zi(x,y,;Na;t))은 앞서 언급된 전단 간섭계 측정 시스템을 이용하여 측정될 수 있으며, 또는 노광시 방사선의 흡수로 인한 계수(Zi)의 영향을 예측하는 모델 기초하여 추정될 수 있다.
종래적으로, 파면 수차(ΔW)를 감소시키는 단계는 도 3의 렌즈 요소들(300) 및 도 3에 나타내지 않은 다른 렌즈 요소들과 같은 투영 시스템(PS)의 광학 요소들의 1 이상의 조정을 적용하는 단계를 포함한다. 본 명세서 및 청구항에서 광학 요소들 또는 렌스 요소들은, 사용 중에 웨이퍼 레벨에서 이미지 형성에 기여하는 방사선에 의해 가로질러지는 투영 렌즈의 요소들을 언급한다. 이러한 요소들은, 예를 들어 렌즈, 회절 요소, 액체층(liquid layer), 거울, 편광 요소(polarizing element), 필터 또는 여하한의 다른 광학 빔 형성 디바이스일 수 있다. 투영 렌즈는, 1 이상의 치수로 1 이상의 렌즈들 또는 렌즈 그룹들을 이동시키거나, 예를 들어 1 이상의 렌즈들 또는 거울들에 변형을 적용하기 위해 제한된 수의 렌즈 머니퓰레이터(Mj(j=1,…, j))를 갖추고 있다. 렌즈 머니퓰레이터는 앞서 "조정"이라고도 언급되는, 머니퓰레이터 세팅(Sj)뿐만 아니라 세팅 변화(ΔSj)를 계산하고 적용하도록 구성되고 배치된 제어기에 연결된다. 세팅(Sj) 및 세팅 변화(ΔSj)의 계산은 수 차들의 측정에 기초할 수 있으며, 제어-모델에 기초하여 요구되는 렌즈 위치 및 방위 조정들의 피드포워드 예측에 기초할 수 있다.
세팅의 변화(ΔSj)는, 조정 번호 "j"의 K 자유도에 따라, k=1,2,…,K인 조정들의 세트{ΔSj ,k}에 관한 세팅의 다 치수 변화(multi dimensional change)일 수 있다. 조정들은, 예를 들어 도 3 및 도 4의 광학 축선에 따른 변위 또는 x 및 y 축선에 따른 변위, 또는 이러한 변위들의 조합과 같은 위치 조정을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 조정은 1 이상의 회전 자유도로의 렌즈 요소들의 회전 이동을 포함할 수 있다. 다른 타입의 조정은 요소를 가로지르는 파면의 위상에 영향을 주는 투영 시스템 광학 요소들의 물리적 특성을 변화시키도록 배치될 수 있다.
투영 시스템의 실제 그 자리의 파면 수차는 세팅(Sj)의 값에 의존한다. 간명화를 위해 공칭 세팅(Sj)의 값이 0이라고 가정하면, 머니퓰레이터 세팅의 변화로 인한 수차 계수(ΔZi)의 변화는 첫번째 근사값에서 다음과 같이 쓰여질 수 있으며,
Figure 112007045608295-PAT00002
이때 계수(Ca ;i,j,k)는 조정(ΔSj ,k)에 대한 수차의 감도를 표현한 감도 계수이다:
Figure 112007045608295-PAT00003
수차 측정 및 조정의 알려진 세트를 적용한 이후의 측정된 수차 변화들에 대한 수학식(1)에 따른 모델의 피팅(fitting)으로부터 감도 계수(Ca ;i,j,k)가 얻어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 감도 계수를 얻기 위한 이러한 절차의 더 상세한 내용들은 미국 특허 출원 공보 US 2003/0071986으로부터 알 수 있다.
파면 수차(ΔW)를 감소시키는 종래의 모델은, 투영 시스템 퓨필(PUPS)의 전체 클리어 어퍼처(clear aperture)를 덮고, 마스크 레벨에서 조명된 필드를 덮는 가공의 그리드(FG)(도면에 도시되지 않음) 상의 (마스크 레벨에서의) 대상 지점의 사전선택된 세트에 관한 가공의 그리드(notional grid: PG)의 지점(xPG,yPG)에서 수차(ΔW)의 제곱 평균(RMS) 값을 최소화하는 단계를 수반한다. 도 5는 개략적으로 투영 시스템 퓨필(PUPS)의 클리어 어퍼처를 덮는 그리드(PG)의 레이아웃(lay-out)을 나타낸다. 수차(ΔW)의 대응하는 RMS 값은 RMS(ΔW,PG,FG)로서 나타낸다.
조정에 대한 파면 수차의 의존성은 수학식(1)의 Zi에 대해 ΔZi에 대한 수학식(2)을 차함으로써(Zi-ΔZi) 얻어진다:
Figure 112007045608295-PAT00004
그 후, RMS(ΔW,PG,FG)를 최소화하는 조정(ΔSj ,k)의 요구되는 값들에 대해 풀기 위해, (예를 들어, 제르니케 수차 계수들의 값과 같은) 측정된(또는 얻어진) 파면 수차 데이터를 이용하여 최소 제곱 적합 연결(least square fit)이 적용된다.
도 6은 다이폴 조명 모드(200)를 이용하여 패턴(100)이 이미징되는 본 실시예에 대한, 이러한 종래의 파면 수차 감소의 결과를 예시한다. nm 단위로 표현된 동일한 수차의 윤곽선이 도시되고, 대응하는 그레이 톤 이미지도 나타내어진다. 다이폴 조명 모드(200)의 사용으로 인해, 퓨필(PUPS) 부근에 배치된 렌즈 요소들(300)과 같은 투영 렌즈 요소들의 유사한 다이폴 영역들에서 렌즈 가열이 일어난다. 결과적인 파면 수차는, 제한된 수의 이용가능한 렌즈 머니퓰레이터를 이용하여 부분적으로만 보상될 수 있다. 최적으로 선택된 렌즈 머니퓰레이터 세팅들에도 불구하고, 잔류의 안장형(saddle shaped) 파면 수차 분포가 여전히 존재한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 투영 렌즈 퓨필(PUPS)에서 y-축선을 따라 잔류 파면 수차는 중심(yp=0)에서 양의 피크값(positive peak value)을 갖고 퓨필의 에치들에서 (방사선의 파장에 의해 윤곽선 값을 정규화함으로써 얻어진) 음의 위상 오차값으로 감소하는 반면, x-축선을 따라 파면 수차의 값은 중심(xp=0)에서 최소값을 갖고 퓨필의 에지를 향해 증가한다. 남아있는 안장형 파면 오차는 더 감소되어야 한다.
본 발명에 따르면, 그리드(PG) 상의 공간 세기 분포(I(xPG,yPG))를 나타내는 데이터가 저장되고, 국부적인 세기들은 각 그리드 지점(xPG,yPG)에 대해 사전선택된 임계 세기와 비교된다. 세기 데이터로부터 최대 세기(Imax)가 식별되며, 예를 들어 최대 세기의 절반(0.5 Imax) 및 최대 세기의 0.1(0.1 Imax)과 동일한 세기에 의해 정의된 범위로부터 임계 세기(IT)가 선택되며, 이는 본 방법으로 사용하기에 적절한 범위이다. 후속하여, 파면 수차(ΔW)의 RMS 값의 최소 제곱 적합 연결 최소화를 이용하여 I > IT인 그리드 지점들만이 유지된다.
그리드는 그리드 지점들의 감소된 세트로 이루어져, RPG에 의하여 I ＞ IT로 나타나고, 도 7에서 지점들(xRPG, yRPG)에 의하여 개략적으로 도시되어 있다. 영역들(710 및 720)은 세기 관계 I ＞ IT가 충족되는 투영 렌즈 퓨필(PUPS)의 영역들이다. 패턴(100)의 오프-액시스(off-axis) 다이폴 조명(200)의 세기 분포 I(xp, yp)의 형상과 관련한 효과는 퓨필 클리어 어퍼처의 에지에 배치되는 다이폴-같은(dipole-like) 영역들(710)의 존재를 통해 확인할 수 있는 반면, 영역들(720)은 통상적으로 패턴(100)의 라인들(120 및 130)과 같은 반정도 밀집되고(semi dense) 격리된 구조체들의 존재의 효과에 대한 것이다.
본 발명의 실시예에서, 파면 수차(ΔW)의 감소는 단지 그리드 RPG의 그리드 지점들의 제한된 세트에서 존재하는 파면 수차[ΔW(γ,θ)]의 RMS 값을 최소화시키는 것과 관련되어 있다. 이 제한된 세트는 투영 시스템 퓨필(PUPS)의 도 7의 영역들(710 및 720)만을 덮는다. 또한, RMS 값은 마스크 레벨에서 조명된 필드를 덮는 가 공의(notional) 그리드(FG) 상의 (마스크 레벨에서의) 대상 지점들의 사전선택된 세트에 대한 파면 수차들을 포함한다. 대응되는 RMS 값은 이후 RMS(ΔW, RPG, FG)에 의하여 표시된다.
도 8은 그레이-톤의 변화를 통해, 본 발명에 따른 수차 감소 방법을 적용하기 이전의, 퓨필의 각각의 영역들(710 및 720)에 대응되는 파면의 영역들(710' 및 720')에서의 공간적으로 가변적인 파면 수차(ΔW)의 존재를 개략적으로 나타내고 있다. 파면 수차는 도 6에 나타낸 수차에 대응되고, 앞서 설명된 바와 같이 수차 측정에 의하여 얻어질 수 있다. 파면 수차의 전단 간섭계 측정은 (예를 들어, CCD 검출기들의 직사각형 어레이와 같은) 픽셀레이트된(pixelated) 이미지 검출기를 사용하는 투영 렌즈 퓨필(PUPS)의 이미지에서 간섭 프린지들(fringes) 패턴의 캡처링에 기초한다는 것을 이해하여야 한다. 퓨필의 각 영역들(710 및 720)에 대응되는 파면의 영역들(710' 및 720')이 쉽게 식별될 수 있도록, 검출기의 각각의 픽셀은 퓨필(PUPS)의 대응되는 위치와 연관된다. 다음의 RMS 값 RMS(ΔW, RPG, FG)는, 그리드 RPG의 그리드 지점들(xRPG, yRPG)와 관련하여 배타적으로(exclusively) 측정된(또는 얻어진) 파면 수차 데이터를 이용하는 종래의 최소 제곱 적합 연결 알고리즘을 적용함으로써 최소화된다. 측정되거나 또는 그렇지 않으면 얻어진 파면 수차 데이터는, 제르니케 수차 계수들의 값들, 즉 제르니케 다항식들 이외의 직교 다항식들을 가중하는 계수들의 값들, 및 지점들(xRPG, yRPG)에서의 ΔW의 "직접적인" 값들, 즉 다항식들의 확장에 기초한 모델을 이용하지 않고 얻어진 값들의 형태로 제공될 수 있다. 최소 제곱 적합 연결 알고리즘은 RMS(ΔW, RPG, FG)를 최소화시키는 조정들 ΔSj ,k의 요구되는 값들을 위해 풀이될 수 있다. 도 9는 본 실시예에 대한 이러한 파면 수차 감소의 결과를 예시하고 있다. 선택된 퓨필 영역들에서의 그레이-톤의 변화는 실질적으로 없다. 따라서, 안장(saddle) 형상의 수차 분포의 기여는 웨이퍼 레벨에서의 국부적 이미지 형성에 실질적으로 기여하는 파면의 영역들(710' 및 720')에서 감소된다. 현재의 결과를 얻기 위해서는, 퓨필(PUPS)(도 6 참조)의 전체 클리어 어퍼처의 최적의 수차 보정을 달성하는데 필요한 값들에 걸친 제르니케 수차 계수들(Z4, Z9 및 Z16)의 추가적인 변화들이 필요하다. Z9 및 Z16과 연관된 고차 차수의 수차들(구면 수차)은 렌즈 요소의 조정들을 위해 이용가능한 렌즈 머니퓰레이터의 자유도를 사용함으로써 쉽게 제공될 수 있다.
본 실시예의 장점은 최소 제곱 적합 연결의 그리드 RPG의 그리드 지점이 최소 제곱 적합 연결 알고리즘에서 발생되는 매트릭스들의 크기 및 최소 제곱 적합 연결에 필요한 계산들의 양 및 소모 시간을 실질적으로 감소시킨다는 점이다. 이러한 실질적인 감소는 생산 환경에서 렌즈 요소 세팅들의 상대적으로 신속하고, 인 시투한(in situ) 최적화를 가능하게 한다. 선택된 영역들에 대한 파면 감소의 제한의 또 다른 장점은 전체 퓨필에 걸쳐 보정할 수 없게 남아 있는(도 6 참조) 고차 차수의 수차들이 이후, 제한된 퓨필에 걸쳐 보정될 수 있고 실질적으로 더 나은(적은) 레벨의 크기로 감소되어 낮아질 수 있다는 점이다. 인자 2(factor two) 만큼의 열적으로 유도된 잔류 RMS 파면 오차의 감소는 다이폴 조명 모드가 사용되는 리소 그래피 공정들 동안 얻어질 수 있다. 가장 큰 세기를 갖는 렌즈 퓨필의 단지 일부에서의 파 수차가 감소되는 본 방법은, 보정할 수 없는 고차 차수의 파-수차 오차들이 대응되는 잠재 피처 이미지 또는 프린트된 피처의 공차를 넘는 오차의 소스인 피처들 또는 CD 피처들을 포함하는 제품 구조체들에 의하여 레티클 영역의 상대적으로 큰 부분이 패터닝되는 경우 특히 유리하다.
특히, 본 발명은 증가된 스루풋(및 그에 따른 노광에 사용되는 방사선의 보다 높은 파워)에 대한 요구와 연계하여 종래의 분해능 개선 기술들과 연관된 문제를 처리한다는 것을 이해해야 한다. 일반적으로 CD 크기의 밀집된 피처들을 포함하는 패턴들을 이미징 및 프린팅하는데 사용되는 종래의 분해능 개선 기술들은 레티클 패턴을 조명하는 오프-액시스 멀티-폴 조명 모드의 사용을 포함하여 이루어진다. 이러한 조명 모드는 조명 시스템의 퓨필에서의 복수의 개별, 오프-액시스 브라이트(bright) 영역들을 특징으로 한다. 통상적으로, 마스크 패턴에서 방사선의 회절과 조합된 멀티-폴 오프-액시스 조명은 공간적으로 변조된 투영 렌즈의 퓨필에서의 공간 세기 분포를 발생시켜, 상대적으로 높은 방사선 세기의 복수의 개별 영역들이 존재하도록 한다. 분해능 개선 기술들은 COG 패턴들의 이미징과 관련되어 있을뿐만 아니라, 액시스 조명 또는 멀티-폴 오프-액시스 조명과 조합되는 패터닝된 위상 시프팅 마스크들의 사용과도 관련되어 있다. 어느 한 경우에, 투영 렌즈 퓨필에서의 크게 변조된 세기 프로파일이 존재하여, 이미징 방사선이 가로지르게 되며 1 이상의 노광 동안 유도되는 투영 렌즈 요소들에서의 유사하게 공간적으로 변조된 렌즈 온도 분포들을 야기한다. 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 이렇게 변조된 온도 분포는 공차를 넘는 광파면 오차들을 야기한다. 따라서, 또한 프린트된 패턴 오차들은 소정 상황에서 공차를 넘을 수 있어, 렌즈 퓨필의 세기 분포는 방사선 플럭스의 오프-액시스 브라이트 "폴들"을 포함하는 비 균일의 세기 분포를 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 실시예의 방법은 종래의 높은 스루풋과, 개선된 분해능의 리소그래피 공정에서 발생되는 것과 같은 프린트된 패턴 오차들에 대해 개선된 제어를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치가 도 10에 개략적으로 도시된다. 상기 장치는:
방사선 빔(B)(예를 들어, 248 또는 193 nm의 파장에서 작동하는 엑시머 레이저에 의해 발생된 UV 방사선 또는 DUV 방사선, 또는 13,6 nm에서 작동하는 레이저-파이어 플라즈마 소스에 의해 제공된 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스 템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 지지 구조체)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 10을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템 (BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동 적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치는 간섭계 파면 수차 측정을 실행하도록 구성 및 배치되는 도 4에 예시된 것과 같은 소스 모듈(SM) 및 센서 유닛(SU)을 포함한다. 소스 모듈(SM)은 패턴을 지지하기 위한 지지 구조체의 일부일 수 있다. 대안적으로, 마스크에는 소스 모듈(SM)이 제공될 수 있다. 기판 테이블(WT)의 기점 (fiducial)은 센서 유닛(SU)의 일부로서 구현되거나 또는 센서 유닛(SU)을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 실시예들에 대해 제한되지 않아서, 리소그래피 장치는 수차 측정 시스템 또는 간섭계 수차 측정 시스템을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로, 파면 수차와 관련된 정보는 하르트만(Hartman) 테스트 또는 마스크 패턴에 포함되는 전용 테스트 구조체들의 이미지 분석에 기초한 시스템들과 같은 여타 공지된 공간적 분해 수차 측정 시스템들(spatially resolving aberration measurement systems)에 의하여 달성될 수 있다. 대안적인 시스템들은 반드시 파면 수차들의 간섭계 측정을 토대로 할 필요도 없고, 그들이 리소그래피 장치의 일부일 필요도 없다. 수차 데이터는 프로세스를 운용하는 것과는 별도로 (종래의 시뮬레이션 프로그램들을 사용하여) 측정 또는 예측될 수도 있으며, 본 방법과 함께 사용하기 위해 저장 매체 내에 저장될 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 파면 수차(ΔW)에 관한 정보를 얻는 단계, 상기 파면 수차(ΔW)를 감소시키기 위하여 투영 시스템(PS)의 1 이상의 광학 요소의 1 이상의 조정(ΔW)을 계산하는 단계, 상기 계산된 1 이상의 조정을 상기 투영 시스템에 적용하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법을 수행하도록 상기 리소그래피 장치를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 상기 계산 단계는, 기판(W) 최상부 상의 방사선 감응층을 노광하는 동안 존재하는 상기 투영 렌즈(PS)의 퓨필(PUPS)의 방사선 세기의 공간 분포 I(xp, yp)에 관한 정보를 얻는 단계, 세기[I(xp, yp)] 분포 중 최대 세기 Imax와 0 사이의 범위 내에서 임계 세기(IT)를 선택하는 단계, 국부적 세기가 상기 임계 세기(IT)보다 높은 퓨필의 영역들을 정의하는 단계, 및 상기 퓨필의 영역들에 대응되는 파면의 영역들로 감소를 제한하는 단계를 포함한다. 방사선 세기의 공간 분포[I(xp, yp)]에 관한 정보는, 예를 들어 복수의 상이한 위치들(xp, yp) 각각에서의 복수의 세기 값들[I(xp, yp)]을 나타내는 데이터로 이루어질 수 있다.
리소그래피 장치의 제어는 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광파의 파면 수차(ΔW)를 감소시키는데 사용된다.
도 11은 흐름도(150)에서 보다 상세히 나타낸, 컴퓨터 프로그램 제품의 제어 하에 실행되는 단계들을 나타내고 있다.
제품 구조(100)가 선택된다(단계 151). 선택된 제품 구조는 도 1에 나타낸 것과 같은 IC 층 패턴의 일 부분일 수 있다. 하지만, 제품 구조는 전체(full) 다이 크기에서 완전한 패턴이거나, 또는 스텝-앤드 스캔 장치에서 마스크 패턴의 스캐닝 동안 조명되는 이러한 패턴의 일 부분일 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로, 선택된 제품 구조는 이중 패터닝 리소그래피 프로세스가 실행되고 본 방법이 이러한 프로세스의 하나의 이미징 단계 또는 두 이미징 단계 모두에 적용되는, IC 층 패턴의 구성 부일 수도 있다.
다음으로, 노광 조건들이 식별 및 선택된다(단계 152). 실제 리소그래피 노광을 위한 노광 조건들 및 다이 내에서 구현되는 실제 층 패턴의 프린팅은 바람직한 조명 모드를 포함한다. 마스크 패턴의 세부사항들에 따라 사용될 조명 모드는, 예를 들어 멀티-폴 조명 모드(예컨대, 다이폴 및 쿼드러폴 모드들)나, 소프트 멀티-폴 모드, 또는 오프-액시스 멀티-폴 조명 또는 환형 조명을 갖는 온 액시스 종래 조명 모드의 조합일 수 있다.
단계 154에서, 세기 분포[I(xp, yp)]는 조명 모드 특징들 및 패턴 피처들의 기하학적 특징들과 물리적 특징들을 표현한 마스크 패턴 데이터[제품 구조와 관련된 데이터(153) 포함]에 기초하는 종래의 방법들을 사용하여 계산된다. 대안적으로, 렌즈 퓨필 측정 시스템은 세기 프로파일[I(xp, yp)]을 나타내는 데이터를 얻는데 사용될 수 있다.
제 1 실시예에서 앞서 설명된 바와 같이, 다음 단계 155는 퓨필을 가로지르는 방사선의 플럭스가 가장 높은 퓨필 내의 영역들을 식별 및 선택하기 위한 세기 프로파일의 스레쉬홀딩(thresholding)이다. 이들 영역들에서의 수차 보정은 투영 시스템 광학 요소들의 국부적인 열적 변형들을 야기하는 방사선의 흡수 효과를 완화시키는데 가장 효과적이다.
수차 측정을 통해 또는 종래의 광파 전파 분석 프로그램을 이용하는 시뮬레이션을 통해 얻어진 파면 수차 데이터(156)는 저장 매체로부터 회수되고, 단계 155에 형성된 퓨필의 영역들에 속한 파면 수차 데이터는 요구되는 투영-시스템 광학-요소 조정들의 다음 계산을 위해 유지된다.
계산된 조정들은 단계 155에서 결정된 퓨필 영역들의 파면 수차의 제곱 평균값을 최소화시키는 최소 자승 적합 연결의 해로서 얻어진다(단계 157).
끝으로, 조정들은 투영 시스템의 각각의 광학 요소들에 적용된다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 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.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장 또는 그 정도를 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 파면 수차를 감소시키는 방법이 제공된다.

Claims (21)

  1. 기판 상의 방사선 감응층을 패턴의 이미지에 노광시키도록 구성 및 배치되는 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광파의 파면 수차 감소 방법에 있어서,
    - 상기 파면 수차에 관한 정보를 얻는 단계;
    - 상기 파면 수차를 감소시키기 위하여 상기 투영 시스템의 1 이상의 광학 요소의 1 이상의 조정을 계산하는 단계;
    - 상기 계산된 1 이상의 조정을 상기 투영 시스템에 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 계산 단계는,
    - 상기 방사선 감응층의 노광 동안 존재하는 상기 투영 시스템 퓨필의 복사 세기(radiant intensity)의 공간 분포에 따라 세기 값들을 얻는 단계;
    - 얻어진 최대 세기 값과 0 사이의 범위 내에서 임계 세기를 선택하는 단계;
    - 국부적 세기가 상기 임계 세기보다 큰 상기 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계; 및
    - 상기 퓨필 내의 영역들에 대응되는 상기 파면의 영역들로 감소를 제한하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선 감응층의 노광은 상기 패턴을 멀티-폴 조명 모드로 조명하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 멀티-폴 조명 모드는 다이폴(dipole) 조명 모드 및 쿼드러폴(quadrupole) 조명 모드 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 유리 마스크 패턴 및 위상 시프팅 마스크 패턴 중 하나의 패턴인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파면 수차에 관한 정보를 얻는 단계는 파면 수차를 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파면 수차에 관한 정보를 얻는 단계는, 상기 투영 시스템의 1 이상의 광학 요소의 온도 변화의 파면 수차 상의 충격을 예측하기 위한 모델에 기초하여 파면 수차의 변화들을 예측하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 이상의 조정은 상기 투영 시스템의 광학 축선에 수직한 평면에서의 위치 조정, 상기 광학 축선을 따르는 위치 조정, 회전 자유도에서의 회전 위치 조정, 및 광학 요소 표면의 형상 변화 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세기 값들 얻는 단계는 방사선 세기 분포를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세기 값들을 얻는 단계는 선택된 조명 모드를 나타내는 데이터 및 상기 패턴을 나타내는 데이터를 포함하는 데이터에 기초하여 상기 공간 세기 분포를 예측하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계 세기는 상기 최대 세기의 1/2과 상기 최대 세기의 1/10 사이의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계는 상기 퓨필에 걸쳐 연장되는 가공 의(notional) 그리드의 그리드 지점들에서의 국부적 세기 값들과 상기 임계 세기 값을 비교하는 것, 및 상기 국부적 세기 값이 상기 1 이상의 조정의 후속하는 계산을 위한 임계 세기 값보다 큰 그리드 지점들을 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 감소는 복수의 파면 수차 값들의 평균 제곱값을 최소화하기 위하여 최소 자승 적합 연결 알고리즘(least square fit algorithm)을 적용하는 것 및 상기 1 이상의 조정을 피팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 파면 수차 값들은 국부적 세기가 상기 임계 세기보다 큰 상기 퓨필 내의 영역들에서의 복수의 지점들에 대한 수차 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 파면 수차 값들은 상기 이미지 내의 복수의 필드 지점들에 대한 수차 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 디바이스 제조 방법을 수행하도록 리소그래피 장치를 제어하기 위한 프로그 램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
    - 상기 리소그래피 장치의 투영 시스템을 가로지르는 광파의 파면 수차에 관한 정보를 얻는 단계; 및
    - 상기 파면 수차를 감소시키기 위하여, 상기 리소그래피 장치의 투영 시스템의 1 이상의 광학 요소의 1 이상의 조정을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 계산 단계는,
    - 기판 상에 제공되는 방사선 감응층의 노광 동안 존재하는 상기 투영 시스템의 퓨필에서의 방사선 세기의 공간 분포에 관한 정보를 얻는 단계;
    - 상기 세기 분포의 최대 세기와 0 사이의 범위 내에서 임계 세기를 선택하는 단계;
    - 국부적 세기가 상기 임계 세기보다 큰 상기 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계; 및
    - 상기 퓨필 내의 영역들에 대응되는 상기 파면의 영역들로 감소를 제한하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 임계 세기는 상기 최대 세기의 1/2과 상기 최대 세기의 1/10 사이의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 퓨필 내의 영역들을 정의하는 단계는 상기 퓨필에 걸쳐 연장되는 가공의 그리드의 그리드 지점들에서의 국부적 세기 값들과 상기 임계 세기 값을 비교하는 것, 및 상기 세기 값이 상기 1 이상의 조정의 후속하는 계산을 위한 임계 세기 값보다 큰 그리드 지점들을 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 감소는 복수의 파면 수차 값들의 평균 제곱값을 최소화하기 위하여 최소 자승 적합 연결 알고리즘을 적용하는 것 및 상기 1 이상의 조정을 피팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 파면 수차값들은, 국부적인 세기가 상기 임계 세기보다 높은 상기 퓨필 내의 영역에서의 복수의 지점들에 대한 수차값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 파면 수차 값들은 상기 이미지 내의 복수의 필드 포인트들에 대한 수차 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  21. 제 15 항에 있어서,
    퓨필 내의 방사선 세기의 공간 분포에 관한 정보를 얻는 단계는 선택된 조명 모드를 나타내는 데이터 및 상기 패턴을 나타내는 데이터에 기초하여 상기 공간 세기 분포를 예측하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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