KR20080068820A - 기판 처리 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크,그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크,그리고 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하고 (단계 104 ∼ 110), 이 예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여 그 패턴의 노광 조건을 조정한다 (단계 112). 그리고, 이 조정된 노광 조건에서 노광을 실시하는, 즉 그 패턴의 투영 이미지에 의해 기판 상의 레지스트의 패터닝을 행한다 (단계 114). 그 패터닝 후의 기판을 현상함으로써, 원하는 디바이스 선폭 특성을 만족시키는 레지스트 패턴이 기판 상에 형성된다. 따라서, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 기판의 에칭을 실시함으로써, 원하는 선폭으로 에칭 후의 패턴을 형성할 수 있다.
레지스트 패턴, 포토마스크, 이미지 강도, 투영 이미지, 예측된 디바이스 선폭 특성

Description

기판 처리 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크, 그리고 디바이스 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, PHOTOMASK MANUFACTURING METHOD, PHOTOMASK AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
기술분야
본 발명은 기판 처리 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크, 그리고 디바이스 제조 방법에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 소자 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하기 위해 노광에 의해 기판 상의 레지스트의 패터닝을 행하는 패터닝 공정을 포함하는 기판 처리 방법, 그 패터닝 공정에서 사용되는 포토마스크의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 포토마스크, 그리고 상기 기판 처리 방법 또는 상기 포토마스크를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
전자 디바이스의 제조시에는, 웨이퍼 처리 공정 (전공정) 의 기판 처리 공정이나 배선 공정에 있어서, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성된 레지스트층의 패터닝을 행하는 패터닝 공정 (즉, 노광 공정), 그 패터닝 후의 웨이퍼를 현상하는 현상 공정, 현상 후의 레지스트 패턴 (레지스트 이미지) 을 마스크로 하여 그 웨이퍼 (또는 웨이퍼 상의 막) 를 에칭 (주로 드라이 에칭) 하는 에칭 공정 등의 일련의 처리가 반복하여 행해진다.
그런데, 최근에 들어, 목표 사이즈와 동일한 사이즈의 레지스트 이미지를 패터닝에 의해 형성해도, 에칭 후에 형성되는 패턴의 사이즈가 목적으로 하는 에칭 후의 패턴 사이즈와 상이한 경우가 있다는 것을 알았다. 특히, 동일한 포토마스크 상에, 레지스트 이미지의 선폭을 동일하게 해야 하는 고립 패턴과 밀집 패턴이 형성되어 있는 경우에, 패턴마다 에칭 후의 선폭에 편차가 생기는 경향이 높다는 것을 알았다. 여기에서, 고립 패턴과 밀집 패턴을 동일한 포토마스크 상에 형성하는 경우에는, 통상 광 근접 효과를 고려하여, 포토마스크 상에서의 각 패턴의 선폭을 설정한다.
여기에서, 스페이스 패턴을 사용하는 경우의 일례로서, 배선 공정에 대하여 설명한다. 이 배선 공정에서는, 종래, 배선 재료로서 알루미늄 (Al) 이 사용되었지만, 최근에는, 알루미늄보다 전기 저항이 낮고, 미세화 및 고속 동작에 적합한 구리 (Cu) 가 사용되게 되었다. 단, 구리는 알루미늄과 비교하여 에칭 레이트를 제어하기 곤란하다는 것을 감안하여, 구리를 에칭하지 않고 배선을 형성하는 기술로서 다마신법이라고 불리는 기술이 채용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이 다마신법에 의한 구리 배선에서는, 층간 절연막에 홈을 형성한 후에, 도금 등에 의해 구리 (Cu) 를 퇴적시키고, CMP (Chemical Mechanical Polishing) 에 의해 표면의 구리를 깍아냄으로써, 배선을 형성한다.
이 다마신법을 채용하는 경우와 같이, 포토마스크의 패턴으로서 스페이스 패턴을 사용하는 경우에, 목표 사이즈와 동일 사이즈의 레지스트 이미지를 패터닝에 의해 형성해도, 에칭 후에 형성되는 패턴의 사이즈가 목적으로 하는 에칭 후의 패 턴 사이즈와 상이한 경향이 높아진다는 것이 최근에 들어 판명되었다.
한편, 반도체 소자 등의 전자 디바이스에서는, 미세화의 진전에 따라, 가공 치수의 ㎚ 레벨에서의 고정밀도화가 요구되고 있다. 특히, 디바이스의 완성 치수의 불균일이나 편차는, 수율이나 디바이스의 동작 속도에 영향을 주기 때문에, 균일화와 편차의 저감이 강하게 요구되고 있다.
이러한 배경으로 인하여, 에칭 후의 패턴 사이즈를 원하는 값으로 확실하게 설정할 수 있는 기술의 출현이 대망되고 있었다.
[특허 문헌 1] : 일본 공개특허공보 2002-270586호
발명의 개시
과제를 해결하기 위한 수단
발명자는 에칭 후의 패턴 선폭이 목표로 하는 패턴 선폭과 상이한 현상의 요인을 구명하기 위해, 여러 가지 실험 (시뮬레이션을 포함한다) 등을 실시하였다. 그 결과, 현상 후의 레지스트 이미지의 선폭과 에칭 후의 패턴의 선폭의 관계가 각기 다르게 되는 주된 요인은, 레지스트 이미지의 프로파일이, 예를 들어, 패턴의 노광 조건 등에 따라 상이한 것으로 추정하기에 이르렀다.
여기에서, 일례로서, 스페이스 패턴을 들어, 이 점에 대하여 더욱 상세하게 서술한다. 도 6(A) 및 도 6(B) 각각의 상단에 나타나는 현상 후의 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭 (레지스트 이미지의 바닥의 선폭) 은 모두 WDb 로 동일한데, 각각의 레지스트 이미지의 상부 근방의 선폭 (WDt1, WDt2) 사이에는 WDt1 ＜ WDt2 인 관계가 있어, 양자의 프로파일에는 명백한 차이가 있다. 이 프로파일의 차이 때문에, 도 6(A) 및 도 6(B) 각각의 중단에 나타나는 큐어 (가열 처리) 후의 레지스트 이미지 프로파일의 변형 (점선으로 나타나는 형상에서 실선의 형상으로의 변형) 의 모습이 크게 상이하다. 즉, 양호한 프로파일을 갖는 도 6(A) 의 레지스트 이미지쪽이, 큐어 처리에서의 가열 (히터 등을 사용하는 가열 처리 외에, 자외선 조사 등에 의한 가열 처리도 포함한다) 에 의해, 도 6(B) 의 불량한 프로파일의 레지스트 이미지에 비해 크게 흐트러진다 (변형된다). 이 결과, 큐어 후의 레지스트 이미지에서는, 도 6(A) 쪽이 도 6(B) 에 비해, 레지스트 이미지의 선폭이 좁아지고 있다 (WDb1 ＜ WDb2). 따라서, 도 6(A) 및 도 6(B) 각각의 하단에 나타나는 에칭 후의 스페이스 패턴의 선폭은, 도 6(A) 쪽이 도 6(B) 에 비해 좁아진다.
고립 스페이스 패턴과 밀집 스페이스 패턴으로, 동일 선폭의 레지스트 이미지를 얻기 위해서는, 광 근접 효과를 고려하여, 포토마스크 상의 고립 스페이스 패턴의 선폭이 밀집 스페이스 패턴의 선폭보다 넓게 설정된다. 따라서, 동일 노광 조건 하에서 노광을 실시한 경우, 고립 스페이스 패턴의 레지스트 이미지와 밀집 스페이스 패턴의 레지스트 이미지에서 그 선폭은 거의 동일해지지만, 양자의 프로파일은 상이한 것이 통상적이며, 결과적으로 스페이스 패턴마다 에칭 후의 선폭에 편차가 생기게 된다.
발명자는 더욱 연구를 거듭한 결과, 레지스트 이미지 프로파일은, 패턴의 투영 이미지 (공간 이미지) 와 밀접한 관계가 있다는 것을 알아냈다. 즉, 도 7(A), 도 7(B) 의 상단에는, 양호한 프로파일을 갖는 스페이스 패턴의 레지스트 이미지, 불량한 프로파일을 갖는 스페이스 패턴의 레지스트 이미지가 각각 나타나 있다. 또, 도 7(A), 도 7(B) 의 하단에는, 각각 상단의 레지스트 이미지에 대응하는 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 가 나타나 있다. 도 7(A) 및 도 7(B) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 레지스트 이미지의 프로파일이 좋은 경우도 불량한 경우도, 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 목표 선폭 (Target CD) 은, 레지스트 이미지의 바닥의 선폭 (WDb) 으로 규정되고, 이 바닥의 선폭 (WDb) 은, 대응하는 패턴의 투영 이미지와 소정의 슬라이스 레벨 (SL) 의 2 개의 교점간의 거리 (WDb, 이하, 「투영 이미지 선폭」이라고 부른다) 와 일치한다. 또, 각각의 레지스트 이미지의 상부 근방의 선폭 (WDt1, WDt2 (＞WDt1)) 은, 대응하는 패턴의 투영 이미지의 상기 소정의 슬라이스 레벨 (SL) 보다 소정값만큼 낮은 다른 슬라이스 레벨 (SL') 에 있어서의 투영 이미지 선폭에 일치하고 있다.
또, 도 7(A) 와 도 7(B) 를 비교하면 명백한 바와 같이, 슬라이스 레벨의 변화에 대한 투영 이미지 선폭의 변화는, 도 7(A) 에 나타나는 첨예 (先銳) 한 투영 이미지 (양호한 프로파일의 레지스트 이미지에 대응) 쪽이, 도 7(B) 에 나타나는 첨예하지 않은 투영 이미지 (불량한 프로파일의 레지스트 이미지에 대응) 와 비교하여 작다.
이상으로부터, 발명자는 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성과, 레지스트 이미지의 프로파일, 나아가서는 그 프로파일과 밀접한 관계를 갖는 디바이스 선폭 특성 (큐어 후 (또는 에칭 후) 의 패턴의 선폭에 관련) 사이에는 밀접한 관계가 있다는 결론을 얻기에 이르렀다.
본 발명은 전술한 발명자가 얻은 신규 지식에 기초하여 이루어진 것으로서, 제 1 관점에서 보면, 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정을 포함하는 기판 처리 방법으로서, 소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정과; 예측된 상기 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 상기 패턴의 노광 조건을 조정하는 공정; 을 포함하는 기판 처리 방법이다.
이것에 의하면, 소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하고, 이 예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여 그 패턴의 노광 조건을 조정한다. 따라서, 이 조정된 노광 조건에서 노광을 실시하는, 즉, 그 패턴의 투영 이미지에 의해 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 도포된 레지스트의 패터닝을 행하고, 패터닝 후의 기판을 현상함으로써, 원하는 디바이스 선폭 특성을 만족시키는 레지스트 패턴이 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 형성된다. 이로써, 원하는 선폭의 패턴을 기판 상에 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 기판 처리 방법에서는, 상기 패터닝 공정에서 1 회의 노광에 의해 고립 패턴과 밀집 패턴을 레지스트에 전사할 때에, 상기 고립 패턴과 상기 밀집 패턴 각각에서, 레지스트 패턴의 선폭과 에칭 후의 패턴의 선폭이 원하는 관계가 되도록, 상기 노광 조건을 조정하는 것으로 할 수 있다. 여기에서, 특히, 패턴이 고립 스페이스 패턴, 밀집 스페이스 패턴인 경우, 노광 조건으로는, 이들 패턴의 조명 조건인 것으로 할 수 있다.
본 발명은 제 2 관점에서 보면, 본 발명의 기판 처리 방법을 사용하여, 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정을 포함하는 제 1 디바이스 제조 방법이다.
이것에 의하면, 기판 처리 공정에 있어서, 본 발명의 기판 처리 방법을 사용하여, 기판 상에 패턴이 형성되기 때문에, 원하는 선폭의 패턴을 기판 상에 형성할 수 있고, 이로써, 디바이스의 완성 치수의 불균일이나 편차의 발생을 억제할 수 있어, 동작 속도가 양호한 디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 리소그래피 공정은, 배선 패턴 및 트랜지스터의 게이트 패턴 중 적어도 일방을 형성하는 기판 처리 공정을 포함하는 것으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 배선 패턴 및 트랜지스터의 게이트 패턴은 홈 패턴인 것으로 할 수 있다. 이러한 경우에는, 동일 선폭의 레지스트 패턴에 대응하는 에칭 후의 홈은 동일 선폭의 홈이 된다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정에서 사용되는 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 포토마스크에 형성해야 하는 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정과; 예측된 상기 디바이스 선폭 특성에 기초하여 상기 패턴의 적어도 일부에서 상기 패턴의 선폭을 변경하고, 상기 적어도 일부에서 선폭이 변경된 패턴을 마스크 기판에 형성하는 공정을 포함하는 포토마스크의 제조 방법이다.
이것에 의하면, 포토마스크에 형성해야 하는 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하고, 이 예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 상기 패턴의 적어도 일부에서 그 선폭을 변경하고, 그 적어도 일부에서 선폭이 변경된 패턴을 마스크 기판에 형성한다. 따라서, 이와 같이 하여 제조된 포토마스크를 사용하여 노광을 실시하는, 즉 패턴의 투영 이미지에 의해 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 도포된 레지스트의 패터닝을 행하고, 패터닝 후의 기판을 현상함으로써, 원하는 디바이스 선폭 특성을 만족시키는 레지스트 패턴이 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 형성된다. 이로써, 원하는 선폭의 패턴을 기판 상에 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정에서 사용되는 포토마스크로서, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법을 사용하여 패턴이 형성되는 포토마스크이다.
이것에 의하면, 그 포토마스크를 사용하여 노광을 실시하는, 즉 패턴의 투영 이미지에 의해 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 도포된 레지스트의 패터닝을 행하고, 패터닝 후의 기판을 현상함으로써, 원하는 디바이스 선폭 특성을 만족시키는 레지스트 패턴이 기판 (또는 그 위의 박막) 상에 형성된다. 이로써, 원하는 선폭의 패턴을 기판 상에 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 본 발명의 포토마스크를 사용하여, 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정을 포함하는 제 2 디바이스 제조 방법이다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 노광 장치에서 배선홈 패턴을 형성하기 위해 사용되는 레티클의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3(A) ∼ 도 3(F) 는 조명 조건의 조정 데이터를 얻기 위한 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 도면으로서, 각각 밀집 스페이스 패턴의 선폭 110㎚, 115㎚, 120㎚, 125㎚, 130㎚, 135㎚ 인 경우의 조명 조건의 변화에 따른 상대 선폭 바이어스의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4 는 제 1 실시형태의 노광 장치에서 레티클을 사용하여 웨이퍼의 노광을 실시할 때의 제어계의 처리 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 5(A) ∼ 도 5(E) 는 제 1 실시형태에 있어서의 반도체 디바이스의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6(A) 및 도 6(B) 는 각각 레지스트 이미지의 프로파일이 양호한 경우, 불량한 경우에 대하여, 레지스트 이미지의 선폭, 큐어 후의 레지스트 이미지의 선폭 및 에칭 후의 스페이스 패턴의 선폭의 변화의 모습을 나타내는 도면이다.
도 7(A) 및 도 7(B) 는 각각 양호한 프로파일을 갖는 스페이스 패턴의 레지스트 이미지, 불량한 프로파일을 갖는 스페이스 패턴의 레지스트 이미지와 대응하는 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 ∼ 도 7(B) 에 기초하여 설명한다. 도 1 에는, 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 의 구성이 개략적으로 나타나 있다. 이 노광 장치 (100) 는 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식의 주사형 투영 노광 장 치, 이른바 스캐닝ㆍ스테퍼 (스캐너라고도 불린다) 이다. 도 1 에 있어서, 투영 광학계 (PL) 의 단일의 광축 (AX) 과 평행하게 Z 축을, Z 축과 직교하는 평면 내에서 도 1 의 지면에 평행한 방향에 Y 축을, 도 1 의 지면에 수직인 방향에 X 축을 각각 설정하고 있다. 또한, 도 1 에서는, 후술하는 조명 광학계 (12) 가 윤대 조명을 행하도록 설정되어 있다.
도 1 의 노광 장치는, 광원 (10) 및 조명 광학계 (12) 를 포함하는 조명계, 레티클 (포토마스크 (R)) 이 탑재되는 레티클 스테이지 (RST), 투영 광학계 (PL), 웨이퍼 (W) 가 탑재되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 장치 전체를 통괄적으로 제어하는 제어계 (50) 등을 구비하고 있다.
광원 (10) 으로는, 예를 들어, 파장 248㎚ 인 KrF 엑시머 레이저광 또는 파장 193㎚ 인 ArF 엑시머 레이저광을 발진하는 엑시머 레이저 광원이 사용되고 있다.
조명 광학계 (12) 는 빔 익스팬더 (14), 절곡 미러 (16), 회절 광학 소자 (DOE ; 18 (18A ∼ 18C)), 어포컬 렌즈 (20, 릴레이 광학계), 줌 렌즈 (22, 변배 광학계), 옵티컬 인테그레이터 (24, 본 실시형태에서는 마이크로 플라이 아이 렌즈 (마이크로 렌즈 어레이) 를 사용하는 것으로 하고, 이하에서는 마이크로 플라이 아이라고도 부른다), 콘덴서 광학계 (26), 조명 시야 조리개로서의 레티클 블라인드 (28), 결상 광학계 (30) 및 절곡 미러 (32) 등을 포함하고 있다.
광원 (10) 으로부터 사출된 거의 평행 광속 (노광광 (조명광)) 은, X 축 방향을 따라 가늘고 길게 연장되는 직사각형 형상의 단면을 가지고, 한 쌍의 렌즈 (14a, 14b) 로 이루어지는, 정형 광학계로서의 빔 익스팬더 (14) 에 입사된다. 렌즈 (14a, 14b) 는, 도 1 의 지면 내 (YZ 평면 내) 에서 부(負)의 굴절력, 정(正)의 굴절력을 각각 갖는다. 따라서, 빔 익스팬더 (14) 에 입사된 광속은, 도 1 의 지면 내에서 확대되어, 소정의 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속으로 정형된다.
빔 익스팬더 (14) 를 사출한 광속은, 절곡 미러 (16) 를 통하여 윤대 조명용 회절 광학 소자 (18A, DOE) 에 입사된다. 이 회절 광학 소자 (18A) 는 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 광속이 입사된 경우, 그 원 거리 (프라운호퍼 회절 영역) 에서 윤대 형상의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 즉, 회절 광학 소자 (18A) 에 입사된 광속은, 광축 (AX) 을 중심으로 하여 원주 방향 전체에서 등각도로 회절되어, 윤대 형상의 광속이 된다.
또한, 회절 광학 소자 (18A) 는, 조명 광로에 대해 자유롭게 삽입 탈착할 수 있도록 형성되고, 4 극 조명용 회절 광학 소자 (18B), 또는 통상 조명용 회절 광학 소자 (18C) 와 교환할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 회절 광학 소자 (18A) 는, 광축 (AX) 에 평행한 소정의 축선 둘레에서 회전할 수 있는 터릿 기판 (회전판 : 도시하지 않음) 상에 지지되어 있다. 터릿 기판에는, 특성이 상이한 복수의 윤대 조명용 회절 광학 소자 (18A), 특성이 상이한 복수의 4 극 조명용 회절 광학 소자 (18B) 및 특성이 상이한 복수의 통상 조명용 회절 광학 소자 (18C) 가 원주 방향을 따라 형성되어 있다. 따라서, 터릿 기판을 회전시킴으로써, 다수의 회절 광학 소자 (18A ∼ 18C) 에서 선택된 원하는 회절 광학 소자를 조명 광 로 중에 위치 결정할 수 있다. 또한, 터릿 기판의 회전 (나아가서는 회절 광학 소자의 교환 (교체)) 은, 제어계 (50) 로부터의 지령에 기초하여 동작하는 제 1 구동계 (34) 에 의해 행해진다. 또한, 회절 광학 소자의 교환 기구는 터릿 방식에 한정되지 않고, 예를 들어, 슬라이드 방식 등이어도 된다. 또, 상기 회절 광학 소자 (18A ∼ 18C) 와 상이한 회절 광학 소자, 예를 들어, 2 극 또는 3 극 등, 4 극 이외의 다극 조명용 회절 광학 소자 등을 사용하도록 해도 된다. 또한, 4 극 조명용 회절 광학 소자 (18B) 나 통상 조명용 회절 광학 소자 (18C) 의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
회절 광학 소자 (18A) 로부터 사출되는 광속은, 어포컬 렌즈 (20, 릴레이 광학계) 에 입사된다. 어포컬 렌즈 (20) 는, 그 전측 초점 위치와 회절 광학 소자 (18A) 의 위치가 거의 일치하고 또한 그 후측 초점 위치와 도면 중 파선으로 나타내는 소정 면 (S) 의 위치가 거의 일치하도록 설정된 어포컬계 (무초점 광학계) 이다.
따라서, 회절 광학 소자 (18A) 로부터 사출되는 광속은, 어포컬 렌즈 (20) 의 동공면에 윤대 형상의 광 강도 분포를 형성한 후, 거의 평행한 광속이 되어 어포컬 렌즈 (20) 로부터 사출된다. 또한, 어포컬 렌즈 (20) 의 전측 렌즈군 (20a) 과 후측 렌즈군 (20b) 사이의 광로 중에는, 원추 엑시콘 (21) 이 배치되어 있는데, 그 상세한 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 어포컬 렌즈 (20) 를 사출한 광속은, 줌 렌즈 (22, 변배 광학계) 를 통하여, 마이크로 플라이 아이 (24) 에 입사된다.
또한, 본 실시형태에서는, 회절 광학 소자 (18), 원추 엑시콘 (21), 및 줌 렌즈 (22) 에 의해, 조명 광학계 (12) 의 동공면 상에서의 조명광의 강도 분포 (즉, 2 차 광원의 형상이나 크기 등) 를 변경하여 레티클 (R) 의 조명 조건을 임의로 설정할 수 있는 성형 광학계가 구성되어 있다. 또, 도 1 에서는 도시가 생략되어 있지만, 위상자 (예를 들어, λ/4 판, λ/2 판, 또는 옵티컬 로테이터 (선광자(旋光子)) 등), 또는 국제공개 제2005/036619호 팜플렛 등에 개시되는 복수의 쐐기 형상의 프리즘을 포함하고, 조명 조건의 하나인 조명광의 편광 상태를 임의로 설정할 수 있는 광학 유닛도, 전술한 성형 광학계의 일부로서, 또는 그것과는 별도로 형성되어 있다.
마이크로 플라이 아이 (24) 는, 조밀하게 그리고 종횡으로 배열된 다수의 소정 형상의 정 굴절력을 갖는 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로 플라이 아이는, 예를 들어, 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 제조된다.
여기에서, 마이크로 플라이 아이의 각 미소 렌즈는, 통상의 플라이 아이 렌즈의 각 렌즈 엘리먼트보다 미소하다. 또, 마이크로 플라이 아이는 서로 격절된 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 상이하게, 다수의 미소 렌즈가 서로 격절되지 않고 일체적으로 형성되어 있다. 그러나, 정 굴절력을 갖는 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있다는 점에서 마이크로 플라이 아이는 플라이 아이 렌즈와 동일하다. 또한, 도 1 에서는, 도면을 명료하게 하기 위해, 마이크로 플라이 아이 (24) 의 미소 렌즈의 수가 실제보다 매우 적게 나타나 있다.
따라서, 마이크로 플라이 아이 (24) 에 입사된 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2 차원적으로 분할되어, 각 미소 렌즈의 후측 초점면 (조명 광학계의 동공면과 거의 일치) 에는 윤대 형상의 광원 (즉, 다수의 광원 이미지로 이루어지는 면 광원 (2 차 광원)) 이 형성된다.
또한, 소정 면 (S) 의 위치는 줌 렌즈 (22) 의 전측 초점 위치와 거의 일치하고, 마이크로 플라이 아이 (24) 의 입사면은 줌 렌즈 (22) 의 후측 초점 위치 근방에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 줌 렌즈 (22) 는, 소정 면 (S) 과 마이크로 플라이 아이 (24) 의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 하고, 나아가서는 어포컬 렌즈 (20) 의 동공면과 마이크로 플라이 아이 (24) 의 입사면을 광학적으로 거의 공액(共役)인 관계로 하고 있다. 따라서, 마이크로 플라이 아이 (24) 의 입사면 상에는, 어포컬 렌즈 (20) 의 동공면과 마찬가지로, 예를 들어, 광축 (AX) 을 중심으로 한 윤대 형상의 조야(照野)가 형성된다. 여기에서, 윤대 형상의 조야의 전체 형상은, 줌 렌즈 (22) 의 초점 거리에 의존하여 유사하게 변화한다. 또한, 줌 렌즈 (22) 의 초점 거리의 변화는, 제어계 (50) 로부터의 지령에 기초하여 동작하는 제 2 구동계 (36) 에 의해 행해진다. 또, 본 실시형태에서는, 마이크로 플라이 아이 (24) 의 각 미소 렌즈가, 레티클 (R) 상에서 형성해야 하는 조야 (조명 영역) 의 형상 (나아가서는 웨이퍼 (W) 상에서 형성해야 하는 노광 영역의 형상) 과 유사한 직사각형 형상의 단면을 갖는다.
마이크로 플라이 아이 (24) 의 후측 초점면에 형성된 윤대 형상의 2 차 광원으로부터의 광속은, 콘덴서 광학계 (26) 를 통하여 레티클 블라인드 (28) 에 입사 된다. 여기에서, 본 실시형태의 레티클 블라인드 (28) 는, 레티클 (R) 상에서 조명광이 조사되는 조명 영역을 X 축 방향으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿 형상으로 규정하는 것으로서, 조명 영역의 적어도 Y 축 방향의 폭을 규정하는 고정 레티클 블라인드 (28A) 와, 레티클 (R) 의 패턴면에 대한 공액면(共役面)에 배치되는 가동 레티클 블라인드 (28B) 를 포함한다. 이 가동 레티클 블라인드 (28B) 는, 조명 영역의 X 축 및 Y 축 방향의 폭을 각각 변경할 수 있다. 이 가동 레티클 블라인드 (28B) 의 구동은, 제어계 (50) 로부터의 지시에 기초하여 동작하는 블라인드 구동계 (42) 에 의해 행해진다. 주사 노광의 개시시 및 종료시에 그 가동 레티클 블라인드 (28B) 를 구동시켜 조명 영역을 더욱 제한함으로써, 불필요한 노광이 방지된다.
상기 레티클 블라인드 (28) 를 통한 광속은, 결상 광학계 (30), 및 절곡 미러 (32) 를 통하여 레티클 (R) 에 조사된다. 레티클 (R) 을 투과한 광속은, 투영 광학계 (PL) 를 통하여, 웨이퍼 (W) 상에 레티클 패턴의 이미지를 형성한다. 그리고, 웨이퍼 (W) 상의 쇼트 영역마다, Y 축 방향에 관하여 조명 영역에 대한 레티클 (R) 의 이동과, 노광 영역 (투영 광학계 (PL) 에 관하여 조명 영역과 실질적으로 공액인 패턴 이미지의 투영 영역) 에 대한 웨이퍼 (W) 의 이동을 동기 제어하여 주사 노광을 실시함으로써, 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식으로 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다.
상기 투영 광학계 (PL) 로는, 예를 들어, 양측 텔레센트릭한 굴절계로서, 투영 배율이 일례로서 1/4 배인 축소 광학계가 사용되고 있다. 이 투영 광학계 (PL) 의 입사 동공면에는 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 규정하기 위한 가변 개구 조리개가 형성되어 있다. 이 가변 개구 조리개의 구동은 제어계 (50) 로부터의 지령에 기초하여 동작하는 제 3 구동계 (38) 에 의해 행해진다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 는, 추가로, 적어도 일부가 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 내부에 배치된 슬릿 스캔 방식의 공간 이미지 계측기 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 이 공간 이미지 계측기로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-198303호 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제2002/0041377호 명세서에 개시되는 것과 동일한 구성인 것이 사용된다.
여기에서, 원추 엑시콘 (21) 에 대하여 설명한다. 이 원추 엑시콘 (21) 은 입사면이 평면, 그리고 사출면이 오목 원추 형상의 굴절면인 제 1 프리즘 부재 (21a) 와, 입사면이 볼록 원추 형상의 굴절면, 그리고 사출면이 평면인 제 2 프리즘 부재 (21b) 를 포함한다. 그리고, 제 1 프리즘 부재 (21a) 의 오목 원추 형상의 굴절면과 제 2 프리즘 부재 (21b) 의 볼록 원추 형상의 굴절면은 서로 맞닿을 수 있도록 상보적으로 형성되어 있다.
또, 제 1 프리즘 부재 (21a) 및 제 2 프리즘 부재 (21b) 중 적어도 일방이 광축 (AX) 을 따라 이동할 수 있도록 구성되고, 제 1 프리즘 부재 (21a) 의 오목 원추 형상의 굴절면과 제 2 프리즘 부재 (21b) 의 볼록 원추 형상의 굴절면의 간격이 가변으로 되어 있다. 원추 엑시콘 (21) 의 간격의 변화는, 제어계 (50) 로부터의 지령에 기초하여 동작하는 제 4 구동계 (40) 에 의해 행해진다.
즉, 본 실시형태에서는, 회절 광학 소자 (18A) 에 의해 설정되는 윤대 형상 의 2 차 광원이, 원추 엑시콘 (21) 의 간격을 예를 들어, 0 에서 소정의 값까지 확대시킴으로써, 그 폭 (예를 들어, 외경과 내경의 차의 1/2) 이 실질적으로 변화되지 않고, 그 외경 및 내경이 동시에 확대된 윤대 형상의 2 차 광원으로 변화된다. 바꾸어 말하면, 윤대 형상의 2 차 광원은, 원추 엑시콘 (21) 의 작용에 의해, 그 폭이 변화되지 않고, 그 윤대비 (외경과 내경의 비) 및 크기 (외경) 가 동시에 변화된다.
또, 본 실시형태에서는, 그 윤대 형상의 2 차 광원이, 줌 렌즈 (22) 의 초점 거리를 예를 들어, 최소값에서 소정의 값으로 확대시킴으로써, 그 전체 형상이 유사하게 확대된 윤대 형상의 2 차 광원으로 변화된다. 바꾸어 말하면, 윤대 형상의 2 차 광원은, 줌 렌즈 (22) 의 작용에 의해, 그 윤대비가 실질적으로 변화되지 않고, 그 폭 및 크기 (외경) 가 동시에 변화된다.
또한, 이상과 같이 본 실시형태에서는, 전술한 원추 엑시콘 (21), 줌 렌즈 (22), 및 투영 광학계 (PL) 의 가변 개구 조리개 중 적어도 1 개에 의해, 조명 조건의 하나인 코히어런스 팩터 (σ 값: 투영 광학계 (PL) 의 레티클측 개구수에 대한 2 차 광원으로부터의 광속의 개구수의 비로서, 이하에서는 조명 (σ) 이라고도 부른다) 를 연속적으로 가변으로 할 수 있다.
여기에서, 실제로는, 광학 설계상의 제약으로 인하여, 원추 엑시콘 (21) 에 의한 윤대비의 변경 범위에는 제한이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 윤대 조명용 회절 광학 소자 (18A) 로서, 특성이 상이한 복수, 예를 들어, 2 개의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 즉, 일방의 윤대 조명용 회절 광학 소자는, 예를 들어, 0.4 ∼ 0.6 의 범위에서 윤대비를 변경하는 데에 적합한 윤대 형상의 2 차 광원을 형성한다. 또, 타방의 윤대 조명용 회절 광학 소자는, 예를 들어, 0.6 ∼ 0.8 의 범위에서 윤대비를 변경하는 데에 적합한 윤대 형상의 2 차 광원을 형성한다. 그 결과, 원추 엑시콘 (21), 및 2 개의 윤대 조명용 회절 광학 소자에 의해, 0.4 ∼ 0.8 의 범위에서 윤대비를 변경할 수 있게 된다.
그런데, 전술한 바와 같이, 회절 광학 소자 (18A) 는, 조명 광로에 대해 자유롭게 삽입 탈착할 수 있도록 구성되고, 또한 다른 회절 광학 소자, 예를 들어, 4 극 조명용 회절 광학 소자 (18B), 또는 통상 조명용 회절 광학 소자 (18C) 와 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 회절 광학 소자 (18B, 18C) 각각을 조명 광로 상에 설정함으로써, 4 극 조명, 통상 조명 등의 조명 조건을 설정할 수 있다. 예를 들어, 4 극 조명의 경우, 전술한 윤대 조명의 경우와 마찬가지로, 원추 엑시콘 (21) 에 의해, 조명 광학계의 동공면에서의 조명광의 윤대비 (4 개의 광원이 외접하는 원의 직경과 내접하는 원의 직경의 비) 를 변경할 수 있으며, 줌 렌즈 (22) 에 의해, 조명 광학계의 동공면에서의 조명광 (각 광원) 의 크기를 변경할 수 있다. 또, 원추 엑시콘 (21), 줌 렌즈 (22), 또는 투영 광학계 (PL) 의 가변 개구 조리개에 의해 σ 값을 변경할 수 있다. 이 경우에도, 원추 엑시콘 (21) 에 의한 윤대비의 변경 범위에는 제한이 있기 때문에, 특성이 상이한 복수의 회절 광학 소자를 필요에 따라 전환하여 사용하도록 되어 있다.
또, 통상 조명의 경우, 원추 엑시콘 (21) 은, 제 1 및 제 2 프리즘 부재 (21a, 21b) 의 간격이 실질적으로 0 으로 되어 있기 때문에, 평행 평면판으로서 기 능할 뿐이지만, 줌 렌즈 (22) 에 의해, 조명 광학계의 동공면에서의 조명광의 크기를 변경할 수 있다. 이 줌 렌즈 (22) 및/또는 투영 광학계 (PL) 의 가변 개구 조리개에 의해 σ 값을 변경할 수 있다. 단, 실제로는, 광학 설계상의 제약으로 인하여, 줌 렌즈 (22) 에 의한 외경의 변배 범위에는 제한이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 통상 조명용 회절 광학 소자 (18C) 로서, 특성이 상이한 복수, 예를 들어, 2 개의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 즉, 일방의 통상 조명용 회절 광학 소자는, 비교적 작은 σ 값 (소 σ) 에서 중간적인 σ 값 (중 σ) 까지의 범위에서 σ 값을 변경하는 데에 적합한 원 형상의 2 차 광원을 형성한다. 또, 타방의 통상 조명용 회절 광학 소자는, 중 σ 에서 비교적 큰 σ 값 (대 σ) 까지의 범위에서 σ 값을 변경하는 데에 적합한 원 형상의 2 차 광원을 형성한다. 그 결과, 줌 렌즈 (22), 및 2 개의 통상 조명용 회절 광학 소자에 의해, 소 σ 부터 대 σ 까지의 범위 (예를 들어, 0.1 ≤ σ ≤ 0.95) 에서 σ 값을 변경할 수 있도록 되어 있다.
다음으로, 노광 장치 (100) 에서 구리 배선용 배선홈 패턴을 형성하기 위해 사용되는 레티클 (RT) 의 일례에 대하여 설명한다.
도 2 에는 레티클 (RT) 의 일례가 나타나 있다. 이 도 2 는 레티클 (RT) 을 패턴면측 (도 1 에서의 하면측) 에서 본 평면도이다. 이 도 2 에 나타나는 바와 같이, 레티클 (RT) 은, 유리 기판 (52) (예를 들어, 합성 석영 등) 으로 이루어지고, 그 일방의 면에는 도시하지 않은 차광대에 의해 규정되는 거의 직사각형의 패턴 영역 (PA) 이 형성된다. 본 예에서는, 크롬 등의 차광 부재에 의해 그 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면이 차광부로 되어 있다. 패턴 영역 (PA) 내에는, 소정의 위치 관계에서, 고립 패턴 (ISP) 과 밀집 패턴 (DSP) 이 각각 복수 형성되어 있다. 본 예에서는, 패턴 (ISP, DSP) 은 모두 차광부 내에 광 투과부에 의해서 형성되는 스페이스 패턴 (개구 패턴) 이다. 또한, 도 2 의 레티클 (RT) 에서는 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면을 차광부로 했는데, 예를 들어, 패턴 (ISP, DSP) 의 형성 영역을 차광부로 하기만 해도 된다.
여기에서, 고립 패턴 (ISP) 은 Y 축 방향으로 연장되고, 또한 선폭이 예를 들어, 540㎚ 인 라인 형상의 스페이스 패턴이다. 밀집 패턴 (DSP) 은, 각각 Y 축 방향으로 연장되고, 또한 선폭이 예를 들어, 400㎚ 인 5 개의 라인 형상의 스페이스 패턴이 피치 800㎚ 로 X 축 방향으로 나열된 주기 패턴이다. 또한, 패턴 (ISP, DSP) 은, 도 2 에서는 도시의 편의상, 실제보다 현격히 크게 도시되어 있다.
레티클 (RT) 의 중심 (패턴 영역 (PA) 의 중심에 거의 일치) 에 대해 패턴 영역 (PA) 의 X 축 방향의 양측에는, 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 형성되어 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 원하는 디바이스 선폭 특성을 갖는 스페이스 패턴의 레지스트 이미지 및 에칭 후의 이미지를 얻기 위한, 조명 조건의 조정 데이터가 미리 구해져, 제어계 (50) 내의 메모리에 기억되어 있다. 이하, 이 조명 조건의 조정 데이터를 얻기 위한 시뮬레이션의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 이 시뮬레이션에 있어서의 노광 조건에 대하여 설명한다. 이 노광 조건 (이하, 기준 노광 조건) 에서는, 노광광은 파장 193㎚ 인 ArF 엑시머 레이저광, 투영 광학계의 개구수는 0.78, 조명 조건은 σ 값 = 0.8 그리고 윤대비 = 0.5 인 윤대 조명 (이하, 기준 조명 조건) 으로서, 선폭 135㎚ 인 고립 스페이스 패턴, 및 선폭 100㎚ 그리고 피치 200㎚ 인 밀집 스페이스 패턴이 형성된 레티클을 사용한다. 그리고, 이 기준 조명 조건 및 레티클에 의한 노광에 의해, 웨이퍼 상에 선폭 150㎚ 인 고립 스페이스 패턴의 레지스트 이미지, 및 선폭 120㎚ 인 밀집 스페이스 패턴의 레지스트 이미지가 형성된다. 이 시뮬레이션에서는, 투영 광학계의 투영 배율은 등배로 하고 있다.
이 노광 조건 하, 조명 조건, 예를 들어, σ 값을 0.7 ∼ 0.9 의 범위에서 변경하고, 또한 윤대비를 0.4 ∼ 0.6 의 범위에서 변경했을 때의, 고립 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭과, 밀집 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭의 차 (이하, 「고립 밀집차」또는「선폭 바이어스」라고 부른다) 의, 상기 기준 노광 조건에 있어서의 고립 밀집차 (선폭 바이어스) 와의 차, 즉, 상대 선폭 바이어스의 변화가 도 3(C) 에 나타나 있다. 상기 범위에 있어서의 σ 값 (조명 (σ)), 윤대비의 변경에서는, 밀집 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭은 120㎚ 로 유지된다. 따라서, 도 3(C) 에 있어서의 상대 선폭 바이어스의 변화는, 고립 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭 변화를 반영한 것이다. 또, 이 도 3(C) 중의 백색 등고선은, 상기의 상대 선폭 바이어스가 0 인 등고선 (즉, 기준 노광 조건 (기준 조명 조건) 에 있어서의 고립 밀집차 (선폭 바이어스) 와 동일한 고립 밀집차 (선폭 바이어스) 가 되는 노광 조건 (조명 조건) 을 연결한 등고선) 을 나타낸다.
또, 도 3(A), 도 3(B), 도 3(D), 도 3(E) 및 도 3(F) 에는, 밀집 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭이 각각 110㎚, 115㎚, 125㎚, 130㎚ 및 135㎚ 가 될 때의, 도 3(C) 와 동일한 상대 선폭 바이어스의 변화가 나타나 있다. 또, 이들 도 3(A), 도 3(B), 도 3(D), 도 3(E) 및 도 3(F) 중에는, 도 3(C) 중의 백색 등고선이 파선으로 나타나 있다.
예를 들어, 도 3(F) 중에 백색 화살표로 나타나는 바와 같이, 파선 상에서 σ 값이 커지고, 그리고 윤대비가 커지는 조명 조건으로 변경하면, 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭 바이어스 (바닥의 선폭의 고립 밀집차) 를 바꾸지 않고, 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 상부의 선폭 (선폭이 135㎚ 가 되는 높이 위치의 선폭) 의 고립 밀집차를, 고립 스페이스 패턴의 레지스트 이미지의 선폭이 넓어지는 (프로파일이 불량해지는) 방향으로 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 3(A) ∼ 도 3(F) 에 나타나는 것과 동일한, 조명 조건과 상대 선폭 바이어스의 관계를 나타내는 정보가, 여러 가지의 목표 선폭에 대하여 미리 시뮬레이션 (또는 실험) 에 의해 구해져, 제어계 (50) 의 메모리에 기억되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서, 전술한 레티클 (RT) 을 사용하여 웨이퍼 (W) 의 노광을 실시할 때의 처리의 흐름에 대하여, 제어계의 처리 알고리즘을 나타내는 도 4 의 흐름도를 따라 설명한다.
먼저, 단계 102 에 있어서, 도시하지 않은 레티클 반송계를 통하여 레티클 (RT) 을 레티클 스테이지 (RST) 상에 탑재하고, 전술한 공간 이미지 계측기를 사용하여, 전술한 일본 공개특허공보 2002-198303호 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제2002/0041377호 명세서 등에 개시되는 순서로, 슬릿 스캔 방식에 의한 공간 이미지 계측을 실시하여, 레티클 (RT) 상의 패턴 (ISP, DSP) 의 공간 이미지 강도 분포 (투영 이미지 강도 분포) 의 정보를 취득한다.
다음의 단계 104 에 있어서, 그 얻어진 투영 이미지 강도 분포를 사용하여 투영 이미지의 첨예 특성을 산출한다. 구체적으로는, 예를 들어, 레지스트 감도에 따른 슬라이스 레벨과의 교점 위치에 있어서의 투영 이미지 강도 분포의 미분값 (즉, 그 교점 위치에서의 접선의 기울기), 또는 상기 교점 위치에 있어서의 투영 이미지 강도 분포의 로그 슬로프를, 투영 이미지의 첨예 특성으로서 산출한다. 여기에서, 전자의 미분값에서는, 이미지의 명암의 영향을 받을 우려가 있다. 이 경우에는, 그 명암의 영향을 제거할 수 있는 후자의 로그 슬로프를 채용하는 것이 바람직하다. 이 밖에, 투영 이미지의 콘트라스트를 첨예 특성으로서 산출하는 것으로 해도 된다.
다음의 단계 106 ∼ 110 에서는, 산출한 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측한다.
구체적으로는, 먼저, 단계 106 에 있어서, 투영 이미지의 첨예 특성에 기초 하여 레지스트 패턴 (레지스트 이미지) 의 프로파일을 예측한다. 예를 들어, 고립 패턴 (ISP) 의 투영 이미지에 대하여 생각하면, 패턴 (ISP) 의 투영 이미지로서, 예를 들어, 도 7(A) 또는 도 7(B) 의 하단에 나타나는 이미지가 얻어진다. 이 투영 이미지와 레지스트 감도에 따른 슬라이스 레벨 (SL) 의 교점 (P1, P2) 에 있어서의 미분값 (접선의 기울기) (또는 로그 슬로프) 을 안다면, 이 미분값 (또는 로그 슬로프) 과 선분 (P1-P2) 의 길이인 투영 이미지 선폭 (WDb) 에 기초하여, 레지스트 이미지의 프로파일을 개략적으로 예측할 수 있다. 이로써, 예를 들어, 도 7(A) 및 도 6(A), 또는 도 7(B) 및 도 6(B) 의 상단에 나타나는 레지스트 이미지의 프로파일이 예측된다. 여기에서, 레지스트 이미지의 높이 (레지스트층의 두께) 는 이미 알려져 있다.
다음의 단계 108 에서는, 추가로, 큐어 처리에 의한 변형을 고려하여, 큐어 후의 레지스트 이미지의 프로파일을 예측한다. 이로써, 예를 들어, 도 6(A) 의 중단에 나타나는, 큐어 처리 (레지스트 경화를 위한 가열 또는 자외선 조사 (UV 큐어)) 에 의해 변형된 레지스트 이미지의 프로파일이 예측된다. 단, 큐어 처리에 의한 레지스트 이미지의 변형이 작은 경우도 있기 때문에, 큐어에 의한 변형은 반드시 고려하지 않아도 된다 (단계 108 의 처리는 필수는 아니다).
다음의 단계 110 에서는, 예측한 레지스트 이미지의 프로파일에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측한다. 여기에서, 상기의 레지스트 이미지의 프로파일에 기초하여, 그 레지스트 이미지를 마스크로 하는 소정의 막 (예를 들어, 층간 절연막) 의 에칭 처리를 거쳐 웨이퍼 상에 형성되는 에칭 후의 패턴의 선폭을 산출함으로써 디바이스 선폭 특성을 예측해도 된다. 또는, 상기의 레지스트 이미지의 프로파일에 추가하여, 현상 후 또는 큐어 후에 행해지는 에칭 공정에 있어서의 에칭 특성까지도 고려하여, 에칭 후의 패턴의 선폭을 산출함으로써 디바이스 선폭 특성을 예측해도 된다.
본 명세서에 있어서, 에칭 특성이란, 주로 레지스트와, 레지스트의 아래에 있는 가공 (에칭) 대상인 막의 에칭 속도의 비인 선택비를 의미하는데, 이 밖에 조밀차, 및/또는 PN 차 등을 포함해도 된다. 조밀차란, 패턴의 조(粗)한 부분과 밀(密)한 부분에서의 에칭 속도, 형상 등의 특성의 차이를 의미한다. PN 차란, 반도체의 P 형 구조와 N 형 구조의 차이에 의한 에칭 특성의 차이를 의미한다. 경우에 따라서는, 에칭 특성으로서, 에칭의 등방성, 이방성을 포함시켜도 된다.
다음의 단계 112 에서는, 예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 원하는 선폭을 갖는 에칭 이미지 (에칭 후의 패턴) 가 얻어지도록, 노광 조건을 조정한다.
예를 들어, 추정된 에칭 이미지의 선폭과 원하는 선폭의 차이에 기초하여, 전술한 기준 노광 조건에서 노광을 실시한 경우에, 패턴 (DSP) 의 각 스페이스의 레지스트 이미지의 선폭이 원하는 선폭이 되는 노광량 (패턴을 개재하여 웨이퍼에 조사되는 조명광의 적산 에너지량) 을 산출한다 (즉, 예측된 디바이스 선폭 특성 (상기 선폭차) 에 기초하여 노광량을 보정한다).
다음으로, 전술한 기준 조명 조건과 상대 선폭 바이어스의 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 패턴 (ISP) 과 패턴 (DSP) 의 레지스트 이미지의 바닥폭, 상부폭 이 각각 원하는 값이 되도록, 전술한 구동계 (36 (및 38), 40) 를 통하여 조명 (σ) 및/또는 윤대비를 조정한다.
다음의 단계 114 에서는, 조정 후의 노광 조건 (산출된 노광량 및 조정된 조명 조건을 포함한다) 에서 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식의 노광을 실시하고, 그 표면에 레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에, 레티클 (RT) 의 패턴을 전사 한 후, 본 루틴의 처리를 종료한다.
그 후, 레티클 (RT) 의 패턴이 전사된 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 스테이지 (WST) 로부터 언로드되고, 도시하지 않은 코터ㆍ디벨로퍼로 반송되어 현상된다. 이로써, 웨이퍼 (W) 상에는, 원하는 선폭 및 프로파일을 갖는, 패턴 (ISP) 과 패턴 (DSP) 의 레지스트 이미지가 형성된다.
다음으로, 본 실시형태에 있어서의 반도체 디바이스의 제조 방법에 대하여, 도 5(A) ∼ 도 5(E) 에 기초하여 설명한다.
먼저, 반도체 기재를 준비한다. 예를 들어, 소자 분리 영역 형성 공정, 웰 형성 공정 및 트랜지스터 형성 공정을 거친 후, 층간 절연막의 성막, 레지스트의 패터닝을 거쳐 하층 배선 (81) (제 1 구리 배선층) 이 형성된 반도체 기판 (W, 웨이퍼) 을 준비한다. 그리고, 그 웨이퍼 상에 확산 방지막 (82) 을 형성한다 (도 5(A)). 하층 배선 (81) 으로는, 예를 들어, M0S 트랜지스터의 확산층에 이르는 텅스텐 플러그를 사용할 수 있다. 또한, 설명을 간략하게 하기 위해, 도 5(A) ∼ 도 5(E) 에서는 하층 배선 (81) 의 구조의 도시는 생략되어 있다.
확산 방지막 (82) 으로는, 예를 들어, SiN (질화실리콘) 막, SiC (탄화실리콘) 막, 또는 SiCN (탄질화실리콘) 막 등을 사용할 수 있다. 또한, 확산 방지막 (82) 으로서, 이 위에 형성하는 층간 절연막과의 에칭 선택비가 큰 재료를 사용한 경우에는, 확산 방지막 (82) 은 에칭 스토퍼막으로서 기능한다.
다음으로, 확산 방지막 (82) 상에, 예를 들어, 플라즈마 CVD (Chemical Vapor Deposition) 법 등에 의해 층간 절연막 (83) 을 형성한다 (도 5(A)). 층간 절연막 (83) 으로는, 여기에서는 저유전율 절연막 (Low-k 막) 이 사용되고 있다. 층간 절연막 (83) 의 막두께는, 일례로서 200㎚ ∼ 600㎚ 정도이다. 층간 절연막의 비유전율은 2.0 ∼ 2.5 정도인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 층간 절연막 (83) 을 구성하는 절연막으로는, SiO2 막보다 낮은 비유전율을 갖는 절연막을 사용한다. 구체적으로는, 수소 원자, 메틸기 (-CH3) 등의 알킬기 또는 알릴기 (CH2=CHCH2-) 와 결합된 실리콘 원자를 갖는 SiO2 막을 들 수 있다. 예를 들어, MSQ (메틸실세스퀴옥산) 막, 또는 HSQ (수소화실세스퀴옥산) 막 등이 바람직하다.
층간 절연막 (83) 을 형성한 후에는, 층간 절연막 (83) 상에 캡막 (85) 을 형성한다 (도 5(B)). 캡막 (85) 은 다마신법에 의한 CMP 공정에서 층간 절연막 (83) 의 보호막으로서 작용한다. 캡막 (85) 으로는, 예를 들어, SiO2 (이산화실리콘) 막, SiC (탄화실리콘) 막, 또는 SiN (질화실리콘) 막 등을 사용할 수 있다. 이들 막은, 예를 들어, CVD 법에 의해 형성할 수 있다.
캡막 (85) 을 형성한 후에는, 소정의 레지스트 패턴, 즉 소정의 패턴 프로파일을 갖는 레지스트막 (86) 을 형성한다 (도 5(C)).
구체적으로는, 하층 배선 (81), 확산 방지막 (82), 층간 절연막 (83) 및 캡막 (85) 이 적층된 웨이퍼 (W) 를 코터ㆍ디벨로퍼에 반송하고, 감광제 (레지스트) 를 도포한다. 계속해서, 그 레지스트가 도포된 웨이퍼를 그 코터ㆍ디벨로퍼에 인라인으로 접속된 본 실시형태의 노광 장치 (100) 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 반입한다. 그리고, 소정의 준비 작업을 실시한 후, 전술한 순서로 조정된 노광 조건에 의해 노광을 실시하고, 전술한 레티클 (RT) 의 패턴을 웨이퍼 (W) 상에 전사한다.
다음으로, 그 노광된 웨이퍼 (W) 를 코터ㆍ디벨로퍼에 반송하여 현상한다. 이로써, 원하는 선폭 및 프로파일의 패턴 (ISP, DSP) 의 레지스트 이미지가 형성된다. 도 5(C) 에서는, 이와 같이 하여 형성된 패턴 (ISP) 의 레지스트 이미지가 대표적으로 레지스트막 (86) 으로서 나타나 있다. 그리고, 필요에 따라, 그 웨이퍼 (W) 에 대해 큐어 처리, 예를 들어, 가열 처리 (포스트베이크 처리) 또는 자외선 조사 처리를 실시한다.
다음으로, 레지스트막 (86) 을 마스크로 하여, 캡막 (85), 층간 절연막 (83) 및 확산 방지막 (82) 에 드라이 에칭을 실시하여, 하층 배선 (81) 에 이르는 배선홈 (오목부) 을 형성한다. 드라이 에칭 종료 후에, 불필요해진 레지스트막 (86) 을 애싱에 의해 제거함으로써, 도 5(D) 에 나타나는 하층 배선 (81) 에 이르 는 배선홈 (88) 이 형성된다.
또한, 예를 들어, 확산 방지막 (82) 이 에칭 스토퍼막으로서도 작용하는 경우에는, 레지스트막 (86) 을 마스크로 하고, 캡막 (85) 및 층간 절연막 (83) 에 대해 제 1 드라이 에칭을 실시하고, 그 후에 불필요해진 레지스트막 (86) 을 제거하기 위해 애싱, 세정 처리를 실시하고, 그 후, 캡막 (85) 을 하드 마스크로 하여 확산 방지막 (82) 에 대해 제 2 드라이 에칭을 실시하도록 해도 된다. 이와 같이 해도, 하층 배선 (81) 에 이르는 배선홈 (88) 을 형성할 수 있다.
배선홈 (88) 을 형성한 후에는, 세정 처리에 의해 에칭 잔재물을 제거한다. 그 후, 공지된 도금법 및/또는 스퍼터링법 등을 사용하여 배선홈 (88) 의 내부에 구리 배선층을 매립하여, 하층 배선 (81) 에 전기적으로 접속하는 홈배선 (92) 을 형성한다. 그리고, CMP 에 의해 홈배선 (92) 의 표면을 평탄화한다.
이상의 공정에 의해, 하층 배선 (81) 에 전기적으로 접속하는 홈배선 (92) 을 형성할 수 있다 (도 5(E)). 도 5(E) 에 있어서, 부호 89 는, 예를 들어, Ta (탄탈) 막, TaN (질화탄탈) 막, W (텅스텐) 막, WN (질화텅스텐) 막, Ti (티탄) 막, 또는 TiN (질화티탄) 막 등으로 이루어지는 배리어 메탈막을 나타낸다. 또, 부호 90 은 실드 Cu (구리) 막, 부호 91 은 Cu 층을 각각 나타낸다. 배리어 메탈막 (89), 실드 Cu (구리) 막 (90) 은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또, Cu 층 (91) 은 도금법에 의해 형성할 수 있다.
그 후, 홈배선 (92) 에 전기적으로 접속하는 비어 플러그를 형성한 후, 동일한 공정을 반복함으로써 다층 배선 구조를 형성할 수 있다.
이어서, 그 다층 배선 구조가 형성된 웨이퍼를 사용하여 디바이스 조립을 실시한다. 이 조립 공정에는 다이싱 공정, 본딩 공정 및 패키징 공정 (칩 봉입) 등의 공정이 필요에 따라 포함된다.
마지막으로, 제작된 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구 테스트 등의 검사를 실시한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 웨이퍼 처리 방법에 의하면, 소정의 패턴, 예를 들어, 레티클 (RT) 상의 패턴 (ISP, DSP) 의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하고 (단계 106, 108), 이 예측한 프로파일에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하고 (단계 110), 이 예측한 디바이스 선폭 특성에 기초하여 패턴 (ISP, DSP) 의 노광 조건을 조정한다 (단계 112). 따라서, 이 조정된 노광 조건에서 노광을 실시하는, 즉 패턴의 투영 이미지에 의해 웨이퍼 (W) 상의 레지스트의 패터닝을 행하고 (단계 114), 패터닝 후의 웨이퍼를 현상함으로써, 원하는 디바이스 선폭 특성을 만족시키는 레지스트 패턴이 웨이퍼 상에 형성된다. 또한, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 웨이퍼의 에칭을 실시함으로써, 그 에칭 후에 원하는 선폭의 패턴 (홈) 을 형성할 수 있다.
또, 본 실시형태의 디바이스 제조 방법에 의하면, 웨이퍼 처리 공정에서, 상기의 웨이퍼 처리 방법을 사용하여 배선용 홈이 형성되기 때문에, 각 배선홈의 폭은 원하는 값이 된다. 예를 들어, 동일한 선폭의 레지스트 패턴에 대응하는 에 칭 후의 홈은 동일 선폭의 홈이 된다. 따라서, 디바이스의 완성 치수의 불균일이나 편차의 발생을 억제할 수 있어, 동작 속도가 양호한 (신호 지연이 작은) 디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 예측된 디바이스 선폭 특성 (예를 들어, 추정된 에칭 이미지의 선폭과 원하는 선폭의 차) 에 기초하여 노광 조건, 즉 노광량 및 조명 조건 (조명 (σ) 및 윤대비) 을 조정하는 것으로 했는데, 이것에 한정되지 않고, 노광량 및/또는 조명 조건 대신에, 또는 그것과 조합하여, 다른 노광 조건을 조정해도 된다. 다른 노광 조건은, 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (수차, 개구수 등), 또는, 예를 들어, 미국특허 제5,742,376호, RE37,391호 명세서 등에 개시되는 바와 같이, 주사 노광 중에 웨이퍼 상의 소정 점을 연속적으로 상이한 Z 위치로 설정하여 실질적으로 초점 심도를 확대시키는 초해상 기술의 실시 유무, 및 Z 축 방향의 진폭 (이동 범위) 등을 포함한다. 또, 조명 조건의 조정에서는, 조명 광학계 (12) 의 동공면에서의 조명광의 강도 (에너지) 분포, 즉 2 차 광원의 형상은 실질적으로 동일하게 유지하면서 그 크기 (조명 (σ), 윤대비) 를 조정하는 것으로 했는데, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 2 차 광원의 형상의 변경 (윤대 조명에서 4 극 조명 등으로의 변경), 조명광의 편광 상태 및/또는 스펙트럼 특성 (예를 들어, 중심 파장, 파장 폭) 의 조정 등을 실시하는 것으로 해도 된다. 스펙트럼 특성의 조정에서는, 예를 들어, 조명광의 스펙트럼 강도 분포의 적분값에 기초하여 정해지는 제 1 스펙트럼폭 (예를 들어, 95% 에너지 순도폭 (E95)), 스펙트럼 강도 분포의 피크값에 대해 강도가 소정 비율까지 저하될 때의 폭인 제 2 스펙트럼폭 (예를 들어, 반치폭 (FWHM)), 및 제 1 스펙트럼폭과 제 2 스펙트럼폭의 비 중 적어도 1 개가 조정된다. 또한, 노광 조건의 조정은, 예를 들어, 미국특허 제5,546,225호 명세서 등에 개시되는, OPC (Optical Proximity Correction) 라고 불리는 레티클 패턴의 수정 (후술하는 제 2 실시형태에서의 선폭 조정, 및/또는 보조 패턴의 추가 등) 을 포함해도 된다.
다음으로, 제 2 실시형태를 설명한다. 본 제 2 실시형태는 레티클, 예를 들어, 전술한 레티클 (RT) 을 제조하는 방법에 대한 실시형태이다.
이 제 2 실시형태에서는, 전술한 제 1 실시형태에 있어서의 단계 102 ∼ 단계 110 의 처리와 동일한 처리를 실시하고, 디바이스 선폭 특성을 예측한 후, 원하는 선폭을 갖는 에칭 이미지가 얻어지도록, 그 예측 결과에 기초하여, 노광 조건으로서 레티클 (RT) 에 형성하는 패턴 (ISP, DSP) 에 대응하는 패턴 데이터 중 적어도 일부의 스페이스 패턴 데이터의 선폭값을 조정한다.
그리고, 그 선폭값이 조정된 패턴 데이터를 사용하여, 도 2 에 나타나는 바와 같이, 유리 기판 (52) 의 일방의 면에 형성된 패턴 영역 (PA) 내에, 원하는 선폭을 갖는 패턴 (ISP, DSP) 을 소정의 위치 관계에서 각각 복수 형성한다. 이 패턴 (ISP, DSP) 의 형성은, 일례로서, 패턴 영역 (PA) 을 형성하는 크롬 등의 차광 부재의 표면에 전자선 레지스트를 도포하고, 그 레지스트를 전자선 노광 장치를 사용하여 노광하고, 현상 후에 레지스트 패턴을 마스크로 하여 그 차광 부재를 에칭하는 등의 순서로 실시할 수 있다.
이와 같이 하여 제조된 레티클 (RT) 을, 예를 들어, 노광 장치 (100) 에 로딩하고, 전술한 기준 노광 조건, 및 그 제조된 레티클 (RT) 에 의해 스탭ㆍ앤드ㆍ스캔 방식의 노광을 실시하여, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 레티클 (RT) 의 패턴을 전사한다. 그리고, 그 웨이퍼를 현상함으로써, 웨이퍼 상에는, 원하는 선폭 및 프로파일을 갖는 패턴 (ISP, DSP) 의 레지스트 이미지가 형성된다.
또한, 본 제 2 실시형태에서는, 전술한 레티클 제조시의 패턴의 수정 (선폭 조정) 에 추가하여, 그 제조된 레티클을 사용하는 노광시에, 전술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 노광 조건 (예를 들어, 조명 조건 및 노광량 중 적어도 일방) 을 조정해도 된다. 또, 본 제 2 실시형태에 있어서, 레티클 제조시에 있어서의 패턴의 수정은 선폭 조정에 한정되는 것이 아니라, 선폭 조정 대신에, 또는 그것과 조합하여, 예를 들어, 보조 패턴의 추가 등을 실시해도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 패턴 (ISP, DSP) 의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하고, 이 예측한 프로파일에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측하는 것으로 했는데, 이것에 한정되지 않고, 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측하는 것으로 해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 고립 패턴 (ISP) 과 밀집 패턴 (DSP) 이 형성된 레티클 (RT) 을 사용하여 노광을 실시하는 경우에 대하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 고립 패턴만 또는 밀집 패턴만이 형성된 레티클을 사용하여 노광을 실시해도 된다. 이 경우, 상기 각 실시형태와 같이, 레지스트 이미지 등의 선폭의 고립 밀집차 (선폭 바이어스) 를 조정하기 위해 노광 조건을 조정할 필요가 없어진다. 이 경우, 예를 들어, 미리 실험 또는 시뮬레이션에 의해, 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성과, 디바이스 선폭 특성 (및 레지스트 패턴의 프로파일) 의 관계, 디바이스 선폭 특성과 노광 조건 (예를 들어, 노광량 및 조명 조건 중 적어도 일방을 포함한다) 의 관계를 구해 둔다. 그리고, 실제 노광시에는, 전술한 공간 이미지 계측기를 사용하여 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 의 강도 분포를 계측하고, 이 계측 결과 (투영 이미지의 첨예 특성) 에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측하고, 이 예측한 선폭 특성에 기초하여 노광 조건을 조정하여 그 패턴을 전사함으로써, 원하는 선폭의 패턴의 레지스트 이미지, 나아가서는 원하는 선폭의 에칭 후의 패턴 이미지를 얻을 수 있다.
또, 전술한 2 차 광원의 강도 분포 (휘도 분포) 의 영향에 의한 프로파일의 차이를 조명 조건의 변경, 예를 들어, 2 차 광원의 형상 또는 크기, 즉 σ 값, 윤대비 등을 변경하여 보정할 수도 있다. 상기 각 실시형태에서는 홈 패턴, 배선층에 대하여 설명했는데, 이들에 한정되지 않고, 다른 패턴, 레이어이어도 된다. 또한, 레티클 패턴은 광 투과부 내에 차광부로 형성되는 패턴이어도 된다. 또, 윤대 조명 또는 다극 조명에서는, 조명 광학계의 동공면에서의 조명광의 강도 분포에서, 윤대 영역 또는 광축 (AX) 으로부터 편심된 복수의 영역 이외에서의 강도를 0 으로 하지 않아도 된다. 즉, 윤대 영역 또는 그 편심된 복수의 영역이, 그 이외의 영역에 비해 조명광의 강도가 크게 되어 있으면 된다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서의 원추 엑시콘 (21) 에서는, 광원측에서부터 순서대로, 오목 형상의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘 부재와 볼록 형상의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘 부재를 배치하고 있는데, 이 배치 순서를 반대로 해도 된다. 또, 상기 각 실시형태의 조명 광학계의 구성은 일례에 지나지 않아, 윤대비 및 조명 (σ) 등을 포함하는 조명 조건을 조정할 수 있는 것이라면, 그 구성은 불문하고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-231619호 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제2004/0263817호 명세서 등에 개시되는 조명 광학계 등, 여러 가지 구성을 채용할 수 있다. 예를 들어, 옵티컬 인테그레이터 (24) 로서, 플라이 아이 렌즈 대신에, 내면 반사형 인테그레이터 (로드 등) 또는 회절 광학 소자 등을 사용해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에 있어서, 조명광으로서, 예를 들어, 국제공개 제1999/46835호 팜플렛 및 대응하는 미국특허 제7,023,610호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같이, DFB 반도체 레이저 또는 화이버 레이저로부터 발진되는 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어, 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도핑된 화이버 앰프로 증폭시키고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 사용해도 된다.
또, 광원으로는, 파장 157㎚ 의 F2 레이저광, 파장 146㎚ 의 Kr2 레이저광, 파장 126㎚ 의 Ar2 레이저광 등의 진공 자외광을 발생시키는 광원, 또는 g 선, i 선 등의 휘선을 발생시키는 수은 램프 등을 사용해도 된다.
또, 투영 광학계의 배율은 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 된다. 투영 광학계는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계 (예를 들어, 국제공개 제2004/107011호 팜플렛 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제2006/0121364호 명세서 등에 개시되는 인라인형 반사 굴절계 등) 중 어느 것이어도 되고, 그 투영 이미지는 도립 이미지 및 정립 이미지 중 어느 것이어도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 본 발명이 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식의 주사형 노광 장치에 적용된 경우에 대하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트 방식의 노광 장치 (이른바 스테퍼) 또는 스텝ㆍ앤드ㆍ스티치 방식의 노광 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
이 밖에, 예를 들어, 국제공개 제2004/053955호 팜플렛 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제2005/0252506호 명세서, 유럽 특허출원공개 제1,420,298호 명세서, 국제공개 제2004/055803호 팜플렛, 미국특허 제6,952,253호 명세서 등에 개시되는, 투영 광학계 (PL) 와 웨이퍼 사이에 액체가 채워지는 액침형 노광 장치 등에도 본 발명을 적용해도 된다. 또, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평10-163099호 (및 대응하는 미국특허 제6,590,634호 명세서), 일본 공표특허공보 2000-505958호 (및 대응하는 미국특허 제5,969,441호 명세서), 미국특허 제6,208,407호 명세서 등에 개시되는 바와 같이, 복수의 스테이지를 구비하는 멀티 스테이지형 노광 장치, 또는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평11-135400호 (및 대응하는 국제공개 제1999/23692호 팜플렛), 일본 공개특허공보 2000-164504호 (및 대응하는 미국특허 제6,897,963호 명세서) 등에 개시되는 바와 같이, 계측 부재 (기준 마크, 센 서 등) 를 갖는 계측 스테이지를 구비하는 노광 장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 조명광으로서 자외광 등뿐만 아니라, 전자선이나 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치, X 선 노광 장치 등에도 본 발명을 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 전자선 노광 장치는 펜슬 빔 방식, 가변 성형 빔 방식, 셀 프로젝션 방식, 블랭킹ㆍ애퍼처ㆍ어레이 방식, 및 마스크 투영 방식 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 펜슬 빔 방식의 경우, 미리 계측한 레지스트 이미지 프로파일에 기초하여, 디바이스 선폭 특성을 예측하고, 이 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 노광 에너지를 증감시킴으로써, 패턴의 노광 조건으로서의 노광량을 조정해도 된다. 또, 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 노광 조건으로서 선폭을 조정해도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 광 투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴ㆍ감광 패턴) 을 형성한 광 투과형 마스크 (레티클) 를 사용했는데, 이 마스크 대신에, 예를 들어, 미국특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 하는 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크) 를 사용해도 된다. 또한, 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광변조기라고도 불린다) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 를 사용하는 가변 성형 마스크에서는, 전술한 제 2 실시형태와 마찬가지로, 디바이스 선폭 특성을 예측한 후, 원하는 선폭을 갖는 에칭 이미지가 얻어지도록, 그 예측 결과에 기초하여, 전자 마스크에서 발생 해야 하는 패턴의 설계 데이터를 보정하여 패턴의 노광 조건으로서 선폭 조정을 행하도록 해도 된다.
또, 국제공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 줄무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 디바이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 일본 공표특허공보 2004-519850호 (및 대응하는 미국특허 제6,611,316호 명세서) 등에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 레티클 (또는 가변 성형 마스크) 의 패턴을, 투영 광학계를 개재하여 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 주사 노광에 의해 웨이퍼 상의 1 개의 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 노광 장치의 용도로는 반도체 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 각형의 유리 플레이트 등에 형성되는 액정 표시 소자 등의 디스플레이를 제조하기 위한 노광 장치, 박막 자기 헤드, 마이크로머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 노광 대상이 되는 물체는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재 또는 마스크 블랭크스 등이어도 되고, 그 형상도 원형에 한정되지 않고, 직사각형 등이어도 된다.
또한, 본 국제출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허용하는 한에 있어서, 상기 각 공보, 각 국제공개 팜플렛, 미국특허 및 미국 특허출원공개 명세서에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 싱글 다마신 프로세스에 의해 구리 배선을 형성하는 배선 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 듀얼 다마신 프로세스에 의해 금속 배선을 형성하는 배선 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법에도 동일하게 적용할 수 있다. 또, 이 밖에, 트랜지스터의 게이트를, 전술한 싱글 다마신 프로세스와 동일한 매립 수법에 의해 형성하는 경우에는, 본 발명의 기판 처리 방법을 사용하여, 게이트용 홈을 웨이퍼 상에 형성해도 된다.
산업상이용가능성
본 발명의 기판 처리 방법은 배선홈 등의 형성에 적합하다. 또, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 마이크로 디바이스의 제조에 적합하다. 또, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 마이크로 디바이스의 제조에 사용되는 포토마스크의 제조에 적합하다.

Claims (29)

  1. 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정을 포함하는 기판 처리 방법으로서,
    소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 (先銳) 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정과;
    예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 상기 패턴의 노광 조건을 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 이미지 강도 분포에 있어서의 소정 위치에서의 미분값인, 기판 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 이미지 강도 분포에 있어서의 소정 위치에서의 로그 슬로프인, 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 콘트라스트인, 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는, 상기 패터닝 공정 및 현상 공정을 거쳐 얻어지는 레지스트 패턴의 프로파일이 사용되는, 기판 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는,
    상기 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하고,
    상기 예측한 레지스트 패턴의 프로파일에 기초하여, 상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는, 기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴의 가열 처리에 의한 변형을 고려하여, 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하는, 기판 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트의 패터닝 공정 후에, 현상 공정 및 에칭 공정을 포함하고,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는, 소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성 및 상기 에칭 공정에 있어서의 에칭 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는, 기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노광 조건을 조정하는 공정에서는, 예측된 디바이스 선폭 특성에 기초하여, 에칭 후의 패턴의 선폭이 원하는 값이 되도록 노광 조건을 조정하는, 기판 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 상기 패턴의 노광량, 선폭 및 조명 조건 중 적어도 1 개를 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 적어도 상기 패턴의 선폭을 포함하고, 포토마스크 상의 패턴의 선폭을 변경함으로써 상기 노광 조건을 조정하는, 기판 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 적어도 상기 노광량을 포함하고,
    상기 노광시에 레지스트에 조사되는 에너지 빔의 에너지량을 적어도 변경함으로써 상기 노광 조건을 조정하는, 기판 처리 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 적어도 상기 조명 조건을 포함하고,
    상기 패턴에 에너지 빔을 조사하는 조명계의 동공면 상에서의 에너지 분포를 변경함으로써 상기 노광 조건을 조정하는 기판 처리 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 적어도 상기 노광시에 레지스트에 조사되는 에너지 빔의 스펙트럼 특성을 포함하는, 기판 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성은, 상기 에너지 빔의 스펙트럼의 강도 분포의 적분값에 기초하여 정해지는 제 1 스펙트럼폭과, 상기 스펙트럼의 강도의 피크값에 대해 강도가 소정 비율까지 저하될 때의 폭인 제 2 스펙트럼폭 중 적어도 일방을 포함하는, 기판 처리 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝 공정에서 1 회의 노광에 의해 고립 패턴과 밀집 패턴을 레지스트에 전사할 때,
    상기 고립 패턴과 상기 밀집 패턴 각각에서, 레지스트 패턴의 선폭과 에칭 후의 패턴의 선폭이 원하는 관계가 되도록 상기 노광 조건을 조정하는, 기판 처리 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법을 사용하여, 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 리소그래피 공정은, 배선 패턴 및 트랜지스터의 게이트 패턴 중 적어도 일방을 형성하는 기판 처리 공정을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  19. 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정에서 사용되는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    상기 포토마스크에 형성해야 하는 패턴의 투영 이미지의 첨예 (先銳) 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정과;
    예측된 상기 디바이스 선폭 특성에 기초하여 상기 패턴의 적어도 일부에서 그 선폭을 변경하고, 그 적어도 일부에서 선폭이 변경된 패턴을 마스크 기판에 형성하는 공정을 포함하는, 포토마스크의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 이미지 강도 분포에 있어서의 소정 위치에서의 미분값인, 포토마스크의 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 이미지 강도 분포에 있어서의 소정 위치에서의 로그 슬로프인, 포토마스크의 제조 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 첨예 특성은, 상기 투영 이미지의 콘트라스트인, 포토마스크의 제조 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는, 상기 패터닝 공정 및 현상 공정을 거쳐 얻어지는 레지스트 패턴의 프로파일이 사용되는, 포토마스크의 제조 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는,
    상기 투영 이미지의 첨예 특성에 기초하여 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하고,
    상기 예측한 레지스트 패턴의 프로파일에 기초하여, 상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는, 포토마스크의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴의 가열 처리에 의한 변형을 고려하여, 레지스트 패턴의 프로파일을 예측하는, 포토마스크의 제조 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 레지스트의 패터닝 공정 후에, 현상 공정 및 에칭 공정을 포함하고,
    상기 디바이스 선폭 특성을 예측하는 공정에서는, 소정 패턴의 투영 이미지의 첨예 특성 및 상기 에칭 공정에 있어서의 에칭 특성에 기초하여 디바이스 선폭 특성을 예측하는, 포토마스크의 제조 방법.
  27. 노광에 의한 기판 상의 레지스트의 패터닝 공정에서 사용되는 포토마스크로서,
    제 19 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법을 사용하여 패턴이 형성되는, 포토마스크.
  28. 제 27 항에 기재된 포토마스크를 사용하여, 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 리소그래피 공정은, 배선 패턴 및 트랜지스터의 게이트 패턴 중 적어도 일방을 형성하는 기판 처리 공정을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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