KR20100050461A - 오염 한계에 관한 웨이퍼 시험 방법 및 ｅｕｖ 투영 노광 시스템 - Google Patents

오염 한계에 관한 웨이퍼 시험 방법 및 ｅｕｖ 투영 노광 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염 한계와 관련하여 하나 이상의 웨이퍼(13)를 시험하기 위한 방법에 관한 것으로서, 레지스트(13a)가 오염 물질을 배출하는 웨이퍼(13)의 레지스트(13a)의 오염 가능성은 웨이퍼(13)가 EUV 투영 노광 시스템(1) 내에서 노광되기 전에 오염 한계와 관련하여 시험된다. 바람직하게는, 본 방법은 진공 챔버(19) 내에 웨이퍼(13)의 레지스트(13a)와 동일한 레지스트(13a)로 코팅되는 테스트 디스크 및 또는 웨이퍼를 배열하는 단계와, 진공 챔버(19)를 비우는 단계와, 비워진 진공 챔버(19) 내의 웨이퍼(13)로부터 배출되는 오염 물질의 오염 가능성을 측정하는 단계를 포함하고, 오염 한계와 웨이퍼(13)의 오염 가능성을 비교하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 EUV 투영 노광 시스템(1)에 관한 것이다. 특히 높은 오염 위험을 갖는 웨이퍼를 거부함으로써, 웨이퍼 상의 투영 노광 시스템(1) 내의 광학 요소의 오염이 명백하게 감소될 수 있다.

Description

오염 한계에 관한 웨이퍼 시험 방법 및 ＥＵＶ 투영 노광 시스템 {METHOD FOR EXAMINING A WAFER WITH REGARD TO A CONTAMINATION LIMIT AND EUV PROJECTION EXPOSURE SYSTEM}
본 발명은 오염 한계와 관련된 적어도 하나의 웨이퍼를 시험하는 방법과 이러한 방법을 수행하기 위한 EUV 투영 노광 시스템에 관한 것이다.
오염 물질은 작동 중 EUV 투영 노광 시스템에 사용되는 광학 요소, 특히 다중층 거울의 표면상에 점진적으로 적층된다. 이러한 물질들은 예컨대, 저 휘발성 고체를 형성하는 EUV 방사선(EUV radiation)과 광학 표면의 진공 환경에 존재하는 가스의 반응에 의해 생성된다. 예컨대, OH-, O-와 이 EUV 방사선에 의해 생성되는 산화기(oxidising radical)를 갖는 이러한 저 휘발성 산화 고체(low-volatility oxidic solid)를 형성하는 가스의 예는 황, 인, 플루오르 및 실리콘 화합물이며, 이는 시스템 내에 존재하는 구성 요소로부터 배출(outgas)될 수 있다. EUV 방사선이 조사되면, 통상적으로 질량수가 45 이상인 기체 탄화수소는 광학 표면상에 카본 층을 형성할 수 있다. 특히, 상술된 오염 물질 및 다른 오염 물질은 감광층(레지스트)을 구비한 웨이퍼로부터 배출될 수 있다. 특히, 이는 실리콘 웨이퍼에 레지스트를 습식 화학 도포(wet-chemical application)하는 도중에 그리고 후속하는 프리 베이킹 도중 결점 처리가 발생하는 경우에 특히 그러하다. 프리 베이킹 도중 온도 관리가 최적이지 못한 경우, 레지스트는 완전히 경화되지 않아서 배출이 증가된다. EUV 투영 노광 시스템으로의 웨이퍼의 운반 또는 레지스트의 잘못된 조성(composition)은 레지스트 배출 오염 물질을 더욱 확산하는데 기여할 수 있다.
EUV 투영 노광 시스템의 광학 표면상에 이러한 오염 물질이 적층됨으로써, 이러한 표면들은 복구 불가능하게 손상되고, 일부의 경우 손상된 요소들의 교체 도중 유발되는 정지 시간으로부터 상당한 비용이 상승한다.
노광 도중 웨이퍼로부터 배출되는 오염 물질을 가스 스트림에 의해 투영 노광 시스템 내의 광학 구성 요소로부터 격리하는 방법이 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 오염 한계와 관련하여 하나 이상의 웨이퍼를 시험하는 방법을 제공하는 것이며, 이러한 방법이 수행될 수 있는 EUV 투영 노광 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 웨이퍼가 EUV 투영 시스템 내에서 노광되기 전에 레지스트가 오염 물질을 배출하는 웨이퍼 레지스트의 오염 가능성을 시험하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 오염 가능성은 노광 전에 미리 시험된다. 이러한 방식으로 오염 위험이 높은 웨이퍼가 미리 식별되어 노광 전에 거부된다. 거부 공정은 자동 또는 반자동으로 진행될 수 있다. EUV 투영 노광 시스템의 광학 구성 요소는 이러한 방식으로 노광 시 특히 많은 오염 물질을 배출하는 웨이퍼로부터 보호된다.
유리한 일 변형예에서, 시험은 웨이퍼의 레지스트와 동일한 레지스트로 코팅되는 테스트 디스크 및/또는 웨이퍼를 진공 챔버 내에 배열하는 단계와, 진공 챔버를 배기하는 단계와, 배기된 진공 챔버 내의 레지스트로부터 배출되는 오염 물질의 오염 가능성을 결정하는 단계를 포함한다. 노광될 것으로 예상되는 웨이퍼가 진공 챔버 내에 배열될 수 있으며, 웨이퍼의 오염 가능성은 개별적으로 또는 그룹으로 결정된다. 진공 챔버를 배기함으로써, 내부의 압력 상태는 웨이퍼의 노광시 투영 노광 시스템 내의 압력 상태와 유사하게 되어, 노광 시 웨이퍼 또는 웨이퍼들의 오염 가능성이 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 시험은 웨이퍼의 레지스트와 동일한 레지스트로 코팅되는 테스트 디스크 상에서 수행될 수도 있다. 테스트 디스크는 웨이퍼와 동일한 처리 단계를 거치고, 바람직하게는 웨이퍼와 동시에 코팅 공정 및 후속하는 프리 베이킹 작업을 거친다. 역시 오염 물질을 배출하는 어떠한 다른 구성 요소도 진공 챔버 내에 제공되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 진공 챔버 내에서의 이들의 배열이 방지될 수 없다면, 그들의 오염 거동(contamination behavior)은 웨이퍼의 오염 가능성의 측정 전에 정밀하게 결정되어야 한다.
통상적으로, 오염 경향을 시험하기 위한 진공 챔버가 노광 직전에 레지스트를 테스트하도록 EUV 투영 노광 시스템에 제공된다. 이 예에서, 상기 진공 챔버는 예컨대, 밸브에 의해 노광 시스템의 광학 요소가 배열되는 진공 챔버로부터 분리된다. 또한, 진공 챔버는 또한 EUV 투영 노광 시스템으로부터 물리적으로 분리되는 웨이퍼를 시험하는 시스템의 적절한 곳에 제공된다는 것이 이해될 것이다.
유리한 일 변형예에서, 테스트되는 레지스트는 오염 가능성의 측정 도중 진공 챔버 내에서 노광이 의도되지 않은 구역에 특히, 파장이 9㎚ 내지 15㎚인 EUV 방사선이 조사된다. 이 경우, 웨이퍼는 EUV 투영 노광 시스템의 노광 파장의 EUV 방사선에 의해 표면의 일부 예컨대, 주연부가 조사될 수 있다. 이러한 부분은 투영 노광 시스템 내에서 웨이퍼의 후속 노광시 사용되지 않는다. EUV 방사선에 의한 조사의 결과로, 레지스트는 분해되고, 이때 예컨대, H2O 또는 F-, Cl-, I-, S-, P- 또는 Si-함유 분자 또는 기(radical)와 같은 프로세스 분해 산물(process decomposition product)이 해방 및 배출될 수 있다. 조사를 받는 웨이퍼의 오염 가능성을 시험하기 위해, 테스트 디스크가 EUV 방사선으로 조사될 수도 있다. 이는 웨이퍼 자체는 노광되지 않은 상태로 유지되어, 추후에 어떠한 제한 없이 투영 노광 시스템 내에서 노광될 수 있는 장점을 갖는다. 웨이퍼 테스팅 도중 EUV 방사선의 세기는 적절한 곳에서 노광 도중 세기와 비교하여 감소될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
특히 유리한 일 변형예에서, 테스트될 레지스트는 오염 가능성 측정 도중 진공 챔버 내에서 노광이 의도되지 않은 구역에 대전된 미립자, 특히 전자가 조사된다. EUV 파장의 전자기 방사선에 의한 조사의 대안으로서, 조사 상태는 전기적으로 대전된 미립자들과의 레지스트의 충돌(bombardment)에 의해 시뮬레이팅될 수도 있다. 비용과 관련하여 EUV 광 공급부에 비해 명확하게 더 유리한 이온 또는 전자 건이 이러한 목적에 특히 적합하다. 이 경우, 전력 밀도(W/㎠) 및 개별 전자의 에너지(eV)는 EUV 노광과 동등한 가스배출 속도가 각각의 레지스트에 대해 얻어지는 방식으로 또는 EUV 노광 시 가스배출 속도가 충돌 시 가스배출 속도로부터 추론될 수 있는 방식으로 조정되어야 한다.
유리한 일 변형예에서, 테스트 될 웨이퍼 및/또는 테스트될 테스트 디스크는 오염 가능성을 측정하기 위한 진공 챔버 내에서 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃로 가열된다. 오염 가능성을 측정하는 도중, 검출에 대한 배출 물질의 민감성(susceptibility)을 증가시키기 위해, 웨이퍼는 상승된 온도로 가열될 수 있다. 이는 분자 질량이 45 이상인 탄화수소의 검출에 특히 유리하다. 가열의 결과로, 이러한 휘발성이 낮은 탄화수소의 배출이 열탈착(thermal desorption)에 의해 강화되고, 그 결과, 이들은 종래의 잔류 가스 분석기의 검출 한계를 초과하는 농도로 잔류 가스 내에 존재한다. 레지스트 재료가 안정화되는 즉, (분해, 구조적 변화 등에 의한) 복구 불가능한 변형을 겪지 않는 최대 온도보다 낮고 적어도 50℃ 이상인 온도가 이러한 목적에 적합하다. 최대 온도의 절대값은 레지스트의 유형에 따라 결정되고 통상적으로 600℃를 초과하지 않는다.
양호한 일 변형예에서는, 후속 단계에서 오염 가능성이 오염 한계와 비교된다. 이러한 방식으로, 오염 한계와 관련된 요구 조건을 충족시키지 않는 웨이퍼들을 식별 및 거부하는 것이 가능하다. 이 경우, 오염 한계는 경험적으로 결정될 수 있다. 특히, 개별적인 오염 한계가 배출 성분 각각에 대해 특정될 수 있다. 예컨대, 다양한 오염 한계가 노광되지 않는 레지스트로부터 배출되는 성분 및 조사를 받는 레지스트로부터 배출되는 성분에 대해 개별적으로 특정될 수 있다. 이 경우, 오염 가능성은 오염 한계를 특정하는 최대 가스배출 속도와 비교되는 하나 이상의 오염 물질의 가스배출 속도에 특히 대응할 수 있다.
특히 양호한 개선예에서, 오염 한계를 초과하지 않은 웨이퍼들만이 후속 단계 시 EUV 투영 노광 시스템 내에서 노광되어, EUV 투영 노광 시스템 내의 광학 표면이 오염으로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
바람직하게는, 오염 한계를 초과하는 웨이퍼는 추가적인 단계에서 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 상승된 온도로 가열된다. 오염 한계를 초과하는 웨이퍼는 폐기물로서 거부될 수 있다. 달리, 폐기물을 감소시키기 위해, 이러한 웨이퍼는 배출 요소를 제거하기 위해 프리 베이킹될 수 있다. 이는 노광되지 않은 레지스트로부터 배출되는 성분에 대한 오염 한계가 이미 초과된 경우에 특히 적절하다. 오염 한계가 초과된 이유가 정확하게 구현되지 못한 온도 구배로 인해 완전하게 수행되지 못한 프리 베이킹 공정에 있는 경우, 레지스트는 이러한 방식으로 완전히 경화되는 것이 가능하다. 프리 베이킹을 위해, 웨이퍼는 예컨대, 다른(진공) 챔버 내에 배치될 수 있으며, 프리 베이킹 공정의 종료 이후 진공 챔버로 복귀되어 그곳에서 오염 가능성에 대해 다시 테스트될 수 있다. 이후, 오염 가능성이 이렇게 결정된 오염 한계 아래에 있게 되면, 웨이퍼는 노광을 위해 노광 위치로 이동될 수 있다. 대안적 변형예에서, 웨이퍼의 오염 거동은 프리 베이킹 도중 연속적으로 테스트될 수 있다. 오염 가능성이 소정의 오염 한계 아래로 떨어지자마자, 프리 베이킹은 종료될 수 있다.
바람직한 변형예에서, 오염 가능성을 측정하기 위한 측정 방법은 배기된 진공 챔버 내의 잔류 가스의 질량 스펙트럼을 분석하는 단계와, 배기된 진공 챔버 내의 잔류 압력을 측정하는 단계를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 전자의 경우, 잔류 가스 분석은 특정 오염 물질에 대해 수행될 수 있으며, 후자의 경우 소정의 펌프 용량 또는 펌프 구성에서 배기된 진공 챔버 내의 잔류 압력이 노광에 대해 웨이퍼를 사용할 때의 일반적인 오염 위험을 추론하는데 사용될 수 있다. 도달 잔류 압력(attainable residual pressure)이 너무 높으면, 이는 오염의 위험이 증가한 것을 나타낸다.
특히 유리한 변형예에서, 진공 챔버는 EUV 투영 노광 시스템에 웨이퍼를 적재하기 위한 로드록 상에 형성된다. 로드록은 매거진으로부터 제거된 후 그리고 노광 위치에 배치되기 전에, 투영 노광 시스템의 화상 평면 내의 노광 위치에 존재하는 것과 동일한 진공 상태를 웨이퍼에 생성하기 위해 EUV 투영 노광 시스템 내에 제공된다. 로드록은 배기되기 때문에, 웨이퍼 테스팅 방법을 수행하는데 사용되기 유리할 수 있다.
다른 유리한 변형예에서, 레지스트의 오염 가능성은 바람직하게는 질량수 M이 44보다 큰 탄화수소에 관하여 측정된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 웨이퍼로부터 배출되는 다른 물질의 오염 가능성도 측정될 수 있다. 이러한 물질의 성질은 웨이퍼에 도포되는 레지스트의 유형에 따라 결정된다. 이러한 다른 오염 물질은 예컨대, 황, 인, 플루오르 또는 실리콘 화합물일 수 있다.
특히 유리한 일 변형예에서, 오염 가능성은 배기된 진공 챔버 내의 오염 물질의 양을 특징짓는 측정된 변수의 절대값으로부터 결정된다. 측정된 변수는 하나 이상의 특정 오염 물질, 즉 그들의 분자 또는 분자 조각을 특징짓는 질량 분석계에 의해 생성되는 신호 피크 또는 신호 피크의 그룹의 높이일 수 있다. 예컨대, 압력 게이지에 의해 진공 챔버 내의 잔류 가스 압력이 결정되는 경우, 이러한 절대값 이외에, 총 가스 분위기 내에서 오염 물질이 차지하는 비율 또는 분압이 결정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 복수의 오염 물질의 분압의 합 역시 웨이퍼의 오염 가능성을 규정할 수 있다.
다른 유리한 변형예에서, 오염 가능성은 진공 챔버 내의 하나 이상의 다른 물질의 양에 대한 하나 이상의 오염 물질의 양의 비율로부터 결정된다. 예컨대, 추가적인 물질은 EUV 투영 노광 시스템 내에서 완전히 제거될 수 없는 물일 수 있다. 예컨대, 질량 스펙트럼 내의 물질의 피크 특성의 높이인 오염 물질의 양의 측정되는 가변 특성을 다른 물질과 관련된 하나 이상의 다른 피크와 비교함으로써, 이들의 비율을 추론하는 것이 가능하며, 이 비율로부터 웨이퍼의 오염 가능성을 결정하는 것도 가능하다. 따라서, 오염 가능성은 절대 신호 피크 높이를 측정함으로써 그리고 절대 기준양 없이 서로에 대한 신호 피크 높이를 비교함으로써 질량 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 웨이퍼의 노광을 위한 제1 진공 챔버와, 레지스트로 코팅된 하나 이상의 웨이퍼 및/또는 웨이퍼의 레지스트와 동일한 레지스트로 코팅된 하나 이상의 테스트 디스크가 오염 한계와 관련된 시험을 위해 배열될 수 있는 제2 진공 챔버와, 배기된 제2 진공 챔버 내의 레지스트로부터 배출되는 물질의 오염 가능성을 결정하기 위한 측정 장치를 갖는 EUV 투영 노광 시스템으로 구현된다. 본 발명에 따르는 투영 노광 시스템의 경우, 높은 오염 위험이 존재하는 웨이퍼는 노광 전에 거부될 수 있어, 투영 노광 시스템 내의 광학 요소들이 노광 시 웨이퍼의 레지스트로부터 배출되는 오염 물질로부터 보호된다.
유리한 일 변형예에서, 측정 장치는 바람직하게는 배기된 제2 진공 챔버 내의 잔류 가스의 질량 스펙트럼을 분석하기 위한 질량 분석계인 잔류 가스 분석기를 구비한다. 이 경우, 질량 스펙트럼은 신호 피크의 절대 높이 또는 상대 높이를 결정함으로써 상술된 바와 같이 평가될 수 있다.
유리한 일 실시예에서, EUV 투영 노광 시스템은 배기된 제2 진공 챔버 내의 잔류 압력을 측정하기 위한 압력 게이지를 구비한다. 진공 챔버 내의 잔류 가스의 압력이 소정의 한계를 초과하여 오염 가능성이 증가되었다는 것을 나타내면, 웨이퍼는 거부될 수 있다.
다른 양호한 실시예에서, 제2 진공 챔버는 EUV 투영 노광 시스템에 웨이퍼를 적재하기 위한 로드록에 의해 형성된다. 모든 경우에 EUV 투영 노광 시스템 내에 존재하는 로드록은 이 경우, 웨이퍼의 오염 가능성을 결정하기 위한 측정 챔버로 사용되는 것이 유리할 수 있다.
유리한 일 실시예에서, EUV 투영 노광 시스템은 제2 진공 챔버를 배기하기 위한 진공 펌프를 더 포함한다. 진공 펌프의 소정의 구성, 특히 소정의 펌프 용량에 대해 측정된 진공 챔버 내의 잔류 압력은 오염 가능성을 측정하는데 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 이후에 노광에 대해 의도되지 않은 구역 내의 레지스트를 조사하기 위해 바람직하게는 9㎚ 내지 15㎚의 파장으로 EUV 방사선을 방출하도록 구성되는 EUV 방사선 공급부가 제2 진공 챔버 내에 배열되어, 레지스트의 오염 가능성은 노광 상태 하에서도 테스트될 수 있다. 제2 진공 챔버는 EUV 방사선을 생성하도록 내부에 자체 EUV 방사선 공급부를 구비할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 오히려, 노광 작업 도중 생성되는 EUV 방사선의 일부가 이러한 목적으로 전환되어 제2 진공 챔버 내로 통과될 수 있으며, 그 강도를 감소시키기 위해 노광 방사선은 추가로 필터링될 수 있다.
다른 특히 유리한 실시예에서, 전자 건과 같은 미립자 발생 유닛이 EUV 투영 노광 시스템 내의 노광 상태를 시뮬레이팅하기 위해 제2 진공 챔버 내에 배열된다. 적절한 곳에서, 예컨대, 양이온(positively charged ion)과 같은 다른 전기적으로 대전된 미립자들이 노광 상태를 시뮬레이팅하는데 사용될 수 있다.
특히 유리한 실시예에서, EUV 투영 노광 시스템은 제2 진공 챔버 내에 배치되는 하나 이상의 웨이퍼 및/또는 테스트 디스크를 가열하기 위한 가열 장치를 포함한다. 이러한 방식으로, 특히, 질량수가 45 이상인 탄화수소와 같은 잠재적인 오염 물질의 가스배출 속도가 증가될 수 있으며, 이 경우 생성되는 오염은 그러한 목적으로 특별히 제공되는 진공 펌프 또는 펌핑 장치에 의해 추출될 수 있다.
이러한 실시예의 특히 양호한 개선예에서, 투영 노광 시스템은 오염 한계를 초과하는 웨이퍼를 통상적으로는 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 상승된 온도로 가열하고 오염 가능성이 오염 한계 아래로 떨어질 때까지 상승된 온도로 유지하는 방식으로 가열 요소의 온도를 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 이러한 방식으로, 완전히 완료되지 못했을 가능성이 있는 프리 베이킹이 양호하게 이루어질 수 있으며, 레지스트는 완전히 경화될 수 있어, 가스배출 속도는 오염 한계 아래까지 낮춰질 수 있다. 프리 베이킹 공정은 오염 한계 아래의 오염 가능성이 소정의 기간 동안 얻어질 수 없다면, 이러한 소정의 기간 후에 중단될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 경우, 웨이퍼는 거부로 분리되어 투영 노광 시스템으로부터 배출된다.
다른 유리한 실시예에서, EUV 투영 노광 시스템은 웨이퍼를 저장하기 위한 매거진과, 매거진으로부터 제2 진공 챔버로 하나 이상의 웨이퍼를 운반하기 위한 제1 운반 장치를 더 포함한다. 이 경우, 하나 이상의 웨이퍼는 그들의 오염 가능성과 관련된 측정을 위해 매거진으로부터 제2 진공 챔버로 동시에 이동될 수 있다.
유리한 일 개선예에서, 제1 운반 장치는 오염 한계가 초과된 경우, 웨이퍼를 제2 진공 챔버로부터 매거진으로 다시 운반하도록 구성된다. 이 경우, 거부된 웨이퍼가 투영 노광 시스템으로부터 자동 또는 반자동으로 제거될 수 있는 위치로부터 거부된 웨이퍼를 수용하기 위해 개별 위치가 매거진 내에 제공될 수 있다. 거부된 웨이퍼는 또한 다양한 방식 예컨대, 제2 챔버로부터 직접적으로 투영 노광 시스템으로부터 제거될 수 있거나, 또는 노광된 웨이퍼를 위한 매거진 내에 배치되어 이러한 매거진으로부터 투영 노광 시스템에서 제거될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
특히 유리한 실시예에서, EUV 투영 노광 시스템은 제2 진공 챔버로부터 제1 진공 챔버 내의 노광 위치로 웨이퍼를 운반하기 위한 제2 운반 장치를 포함하며, 제2 운반 장치는 오염 한계가 초과되지 않은 경우에만 제2 진공 챔버로부터 제1 진공 챔버로 웨이퍼를 운반하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 투영 노광 시스템 내에 배열되는 광학 요소의 표면은 특히 높은 오염 가능성을 갖는 웨이퍼의 레지스트로부터 배출되는 물질로부터 보호될 수 있는데, 이는 높은 오염 가능성을 갖는 웨이퍼들이 노광 위치로 이동되지 않기 때문이다. 또한, 복수의 제2 진공 챔버가 오염 가능성을 시험하기 위해 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이며, 이때 일 챔버에서는 레지스트의 오염 가능성이 조사 없이 테스트되고, 하나 이상의 다른 챔버에서는 조사 또는 충돌 또는 상승된 온도에서 오염되려는 경향이 결정된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 청구항으로부터, 그리고 본 발명의 필수적인 세부 사항을 도시한 도면을 참조하는 본 발명의 도시적 실시예의 후속하는 설명으로부터 명확해질 것이다. 개별적인 특징부들은 본 발명의 변형예에서 개별적으로 또는 임의의 바람직한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면 오염 한계와 관련하여 하나 이상의 웨이퍼를 시험하는 방법이 제공되고, 이러한 방법이 수행될 수 있는 EUV 투영 노광 시스템이 제공된다.
예시적 실시예가 개략적 도면에 도시되고 후속하는 명세서에서 설명될 것이다.
도 1은 레지스트의 오염 가능성을 결정하기 위한 측정 장치를 구비하는 본 발명에 따르는 EUV 투영 노광 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 조사 또는 가열(도 2a)에 대해 그리고 전자와의 충돌(도 2b)에 대해 하나 이상의 웨이퍼를 시험하기 위한 진공 챔버의 개략도이다.
도 1은 제1 진공 챔버(2)를 구비하는 EUV 투영 노광 시스템(1)을 개략적으로 도시한다. 내부에 배열되는 광학 요소들의 광학 기능에 따라, 제1 진공 챔버(2)는 3개의 하우징 부분(도 1에는 도시 생략됨)으로 분할되는데, 우선 제1 하우징 부분은 조명 방사선(illumination radiation)을 집속하기 위한 EUV 수집기 거울 및 플라즈마 광 공급부를 포함하는 발광 유닛(3)을 구비한다. 빔의 경로를 따라 필드 래스터 요소(field raster element)를 구비한 거울(5) 및 퍼필 래스터 요소(6)를 구비한 거울을 갖는 조명 시스템(4)이 제공되는 제2 하우징 부분이 인접하게 배열된다. 삽통 렌즈 시스템(7)으로 작용하는 3 거울의 후속 그룹은 수직 입사(normal incidence) 하에서 작동되는 제1 거울(8) 및 제2 거울(9)과, 광이 지표각(grazing angle)으로 입사하는 제3 거울(10)을 갖는다. 조명 시스템(4)은 더 작은 규모로 재생될 구조(도시 생략)를 갖는 레티클(12)이 배열되는 대상 평면(11) 내에 가능한 최대 균질 화상 필드(image field)를 생성한다.
대상 평면(11)의 레티클(12)에 배열되는 구조는 제3 하우징 부분 내에 배열되는 후속하는 투영 시스템(14)에 의해 상위 측이 감광층(레지스트, 13a)으로 도포되는 웨이퍼(13)가 노광 위치에 배열될 수 있는 화상 평면(16) 상으로 투영된다. 더 작은 규모로 재생하기 위해, 투영 시스템(14)은 반사 광학 요소로 6개의 추가 거울(14.1 내지 14.6)을 구비한다.
매거진(17a) 내의 저장 위치로부터 화상 평면(16) 내의 노광 위치로 웨이퍼(13)를 취출하기 위한 절차가 도 1의 하위 부분에 도시된다. 이 경우, 웨이퍼(13)는 처음에는 다수의 다른 웨이퍼와 함께 매거진(17a) 내에 저장되고, 이중 화살표(double-headed arrow)에 의해 지시되고 웨이퍼(13)를 제2 진공 챔버(19)로 반송하여 제2 진공 챔버의 측정 위치에 웨이퍼를 배열하는 "웨이퍼 진입 록(wafer entry lock)"으로도 지칭되는 제1 운반 장치(18)에 의해 매거진으로부터 취출된다. 제2 진공 챔버(19)는 오염 한계와 관련하여 웨이퍼(13)를 시험하고 EUV 투영 노광 시스템(1)에 웨이퍼를 적재하기 위한 로드록(loadlock)의 역할을 한다. 제2 진공 챔버(19)에는 제1 진공 챔버(2) 내의 높은 진공에 사실상 대응하는 높은 진공을 생성하도록 진공 펌프(20)가 제공된다. 제2 진공 챔버(19)의 내부는 배기(evacuation)된 후 제2 진공 챔버(19) 내의 웨이퍼(13)로부터 배출되는(outgassed) 오염 물질의 오염 가능성(contamination potential)을 결정하기 위해 측정 장치(21)(잔류 가스 분석기)와 소통한다.
이러한 오염 물질은 특히 질량수가 45(원자 질량 단위) 이상인(즉, 그 질량수가 CO2의 질량수보다 큰) 탄화수소일 수 있지만, 웨이퍼(13)에 도포되는 레지스트(13a)의 조성에 따라, 예컨대, 황, 인, 플루오르(fluorine) 또는 실리콘 화합물과 같은 다른 물질도 포함될 수 있다. 배기된 후 제2 진공 챔버(19) 내의 잔류 압력을 측정하는 압력 센서(22)가 측정 장치(21)에 제공된다. 측정된 잔류 가스 압력으로부터, 웨이퍼(13)의 오염 가능성을 추론하는 것이 가능한데, 이는 진공 펌프(20)의 소정의 구성, 특히 소정의 펌프 용량에 대해, 웨이퍼(13)가 화상 평면(16)으로 이동되어 그곳에서 노광될 때 이 잔류 압력이 EUV 투영 노광 시스템(1) 내의 광학 요소에 대한 오염 위험의 지표이기 때문이다.
제2 진공 챔버(19) 내의 측정된 잔류 가스 압력이 소정의 한계를 넘는 경우, 웨이퍼(13)는 화살표에 의해 지시된 제2 운반 장치(23)에 의해 화상 평면(16) 내의 노광 위치로 이동되지 않고, 제1 운반 장치(18)에 의해 거부된 웨이퍼를 저장하기 위한 저장 위치(도시 생략)가 형성되는 매거진(17a) 내로 다시 반송된다. 저장 위치로부터, 거부된 웨이퍼는 자동적으로 또는 반자동적으로 EUV 투영 노광 시스템(1)으로부터 제거될 수 있다. 대안적으로, 거부된 웨이퍼는 "웨이퍼 진출 록(wafer exit lock)"으로도 불리는 제3 운반 장치(24)에 의해 노광된 웨이퍼(25)가 배열되는 추가 매거진(17b) 내의 저장 위치로 이동될 수 있다. 거부된 웨이퍼는 상기 추가 매거진(17b)으로부터도 자동 또는 반자동으로 제거될 수 있으며 후속하여 배치될 수 있다.
하지만, 제2 진공 챔버(19) 내의 잔류 가스 압력이 오염 가능성이 초과하면 안되는 오염 한계 아래에서 유지되는 경우, 웨이퍼(13)는 제2 운반 장치(23)에 의해 제2 진공 챔버(19)로부터 제거되고 화상 평면(16) 내의 노광 위치로 이동된다.
상술된 방식으로 제2 압력 챔버(19) 내의 잔류 압력에 의해 오염 가능성을 설정하는 것은 웨이퍼(13)가 지닌 일반적인 오염 위험의 지표일 뿐이다. 특정한 오염 물질과 관련된 웨이퍼(13)의 오염 가능성을 결정하기 위해, 측정 장치(21)는 질량 분석계(26, mass spectrometer)를 추가로 구비할 수 있다. 질량 분석계(26)[예컨대, 4중극 분석계(quadrupole spectrometer)]는 제2 진공 챔버(19) 내의 가스 미립자의 질량 스펙트럼을 측정하는데 사용되며, 제2 진공 챔버(19) 내에 잔류하고 있는 가스 혼합물의 일부를 이온화하는 이온 소스와 질량/전하 비율(mass/charge ratio)에 따라 다양한 가스 이온을 분리하기 위한 분석기 시스템(analyser system)과 검출되는 질량/전하 비율에 대한 이온들 또는 이온 스트림을 측정하기 위한 이온 검출 시스템을 구비한다.
특정 오염 물질과 관련된 하나 이상의 질량/전하 비율에서의 이온 스트림의 신호 최대값은 제2 진공 챔버(19)의 잔류 가스 분위기 내의 해당 물질의 존재를 나타낸다. 따라서, 제2 진공 챔버(19) 내의 해당 물질의 양은 해당 물질과 관련된 신호 피크의 높이를 통해 결정될 수 있다. 달리, 잔류 가스 분위기 내의 상기한 물질들, 예컨대 물에 대한 오염 물질의 양의 비율을 결정하기 위해 오염 물질과 관련된 신호 피크의 높이를 다른 물질들과 관련된 신호 피크와 비교하는 것도 가능하다. 압력 센서(22)에 의해 잔류 가스 압력을 측정함으로써, 제2 진공 챔버(19) 내의 오염 물질의 개별적인 분압(partial pressure)을 결정하는 것도 가능하다. 이러한 경우 개별적으로 결정된 측정값으로부터, 특정 오염 물질에 대한 웨이퍼(13)의 오염 가능성을 결정하고 이러한 물질에 대해 특정된 오염 한계가 초과되는 경우 웨이퍼를 거부하는 것이 가능하다. 오염 물질의 분압을 결정하기 위한 측정 장치(21)에 있어서, 상술된 장치 이외의 장치들도 제공될 수 있으며, 그 예로는 예컨대, 이러한 양태와 관련된 부분이 참조로서 본원에 포함되는 본 출원인의 WO 2008/034582 A2호에 설명되는 공동 링다운(cavity ringdown) 방법 등을 기초로 하는 광 측정 장치가 있다.
도 2a 및 도 2b에는, 오염 가능성을 측정하기 위한 제2 진공 챔버(19)의 확대도가 각각 도시된다. 압력 센서(22) 및 질량 분석계(26)를 구비하는 것으로 상술된 측정 장치(21) 외에도, 진공 챔버는 테스트될 웨이퍼가 통상적으로 50℃ 내지 600℃의 상승된 온도로 가열될 수 있도록 배열되는 가열 와이어 형태의 가열 장치(27)도 포함한다. 가열 와이어 대신에, 다양한 형상의 가열 요소, 구체적으로 평판형 소자가 사용될 수 있다.
레지스트(13a) 또는 웨이퍼(13)의 가열은 한편으로는 이러한 방식으로 검출 성능을 향상시키기 위해 휘발성이 낮은 탄화수소, 즉 45 이상의 분자량을 갖는 탄화수소의 분압을 증가시키는 역할을 한다. 다른 한편으로는, 가열 장치(27)는 웨이퍼가 사전에 규정된 오염 한계를 초과하는 경우에 오염 물질을 제거하는데 사용될 수도 있다. 웨이퍼(13) 또는 레지스트(13a)의 프리 베이킹(pre-baking) 처리 단계가 충분히 긴 기간 동안 또는 충분히 높은 온도로 수행되지 않았기 때문에 오염 한계가 초과된 경우에는, 프리 베이킹은 진공 챔버(19) 내에서 가열 장치(27)에 의해 직접적으로 완료될 수 있으며, 이때 이러한 공정에서 발생된 오염 물질은 진공 펌프(20)에 의해 또는 추가적인 추출 장치(도시 생략)에 의해 제2 진공 챔버(19)로부터 제거될 수 있다. 이러한 공정을 제어하기 위해, 제어 장치(34)가 제2 진공 챔버(19)에 제공되어, 오염 한계를 초과하는 웨이퍼가 50℃ 내지 600℃의 상승된 온도로 가열되고 오염 가능성이 오염 한계 아래로 떨어질 때까지 상승된 온도를 유지하는 방식으로 가열 요소(27)의 온도를 제어한다. 예컨대, 대략 10-10mbar 내지 10-12mbar의 중탄화수소(heavy hydrocarbon)에 대한 분압 p(CXHY)이 오염 한계로서 특정될 수 있다. 100 l/s(liter/sec) 내지 1000 l/s의 통상적인 펌핑 용량을 갖는 터보 분자 펌프(turbomolecular pump)로 구현되는 진공 펌프(20)에 대해, 이러한 분압은 약 10-7mbar l/s 내지 약 10-10mbar l/s의 가스배출 속도(outgassing rate)로 얻어질 수 있다.
대안으로서, 웨이퍼(13)가 오염 한계를 초과하는 경우, 웨이퍼는 우선 거부될 수 있으며, 즉 매거진(17a, 17b) 중 하나로 이동될 수 있으며, 웨이퍼 처리량(wafer throughput)을 감소시키지 않도록 가열 챔버 내에서 처리될 수 있다. 또한, 가열될 웨이퍼를 투영 노광 시스템에 저장할 가능성이 있는 경우 가열 챔버는 투영 노광 시스템 자체 내의 절적한 곳에 제공될 수 있다.
가열 장치(27) 외에도, 본 경우에는 13.5㎚인 조사 파장(irradiation wavelength)의 EUV 방사선을 방출하는 EUV 방사선 공급부(28)가 제2 진공 챔버(19) 내에 배열된다. 방사선 공급부(28)는 EUV 방사선(30)이 웨이퍼(13)와 동일한 레지스트(13a)로 코팅된 시험 디스크(29) 상에만 충돌하도록 적절한 위치에 개구(도시 생략)를 구비하여 형성된다. 시험 디스크(29)는 이 경우 웨이퍼(13)와 함께 제2 진공 챔버(19) 내에 위치되고 공통 홀더(도시 생략)에 의해 웨이퍼와 함께 지지될 수 있다. 레지스트(13a) 상에 충돌하는 방사선 세기가 어떠한 추가적인 가열도 발생하지 않을 만큼 작은 것을 보장하기 위해, 방사선 공급부(28)에 대한 필터(도시 생략)가 추가적으로 제공될 수 있다. 레지스트(13a) 분해로 인해 초래된 방사선 상에만 형성되는 오염 물질과 관련된 오염 가능성 역시 측정 도중 조사로 인해 검출될 수 있다. 이 경우, EUV 방사선은 화상 평면(16) 내의 노광 작업 도중 얻어지는 상태를 시뮬레이팅한다.
노광 작업시 웨이퍼(13)에서 얻어지는 상태를 시뮬레이팅하는 다른 가능성이 도 2b에 도시된 진공 챔버(19)를 참조하여 후술될 것이다. 이 챔버에서, 전자 건(31, electron gun)은 노광이 의도되지 않은 구역인 웨이퍼(13)의 링형 주연 구역(33) 상으로 전자 빔(electron beam)을 유도하는 미립자 발생 장치로 제공된다. 전자로 가능한 균일하게 레지스트(13a)의 주연 구역(33)을 조사하기 위해, 전자 건(31) 및/또는 웨이퍼(13)가 이동될 수 있으며, 구체적으로는 적절한 이동 장치에 의해 서로에 대해 회전될 수 있다. 이 경우, 개별 전자의 에너지 및 전자 빔(32)의 전력 밀도(power density)는 노광 작업의 가스배출 속도와 동일하거나 또는 상호 관련되는 가스배출 속도가 각각의 레지스트(13a)에 대해 얻어지는 방식으로 조정될 수 있어서, 레지스트(13a) 또는 웨이퍼(13)의 오염 가능성은 이러한 방식으로 결정될 수 있다.
상술된 절차 중 하나 이상을 사용하면, 웨이퍼가 EUV 투영 노광 시스템(1)에서 노광되기 전에 웨이퍼의 오염 가능성을 결정할 수 있다. 이때, 오염 위험은 배출된 물질의 성질[예컨대, 중요 분자 조각(critical molecular fragment)] 및/또는 가스배출 속도(분압)에 따라 결정된다. 특히 높은 오염 위험을 갖는 웨이퍼를 거부함으로써, 웨이퍼 노광 시 투영 노광 시스템 내의 광학 요소의 오염은 명백하게 감소될 수 있으며, 그 결과로 복구 불가능하게 오염된 광학 요소의 교체로 인한 투영 노광 시스템의 정지 시간이 감소될 수 있어 비용이 절감될 수 있다.

Claims (26)

  1. 오염 한계와 관련하여 하나 이상의 웨이퍼(13)를 시험하는 방법이며,
    웨이퍼(13)의 레지스트(13a)의 오염 가능성을 시험하는 단계를 포함하고,
    레지스트(13a)는 웨이퍼(13)가 EUV 투영 노광 시스템(1) 내에서 노광되기 전에 오염 물질을 배출하는
    웨이퍼 시험 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시험은
    진공 챔버(19) 내에 웨이퍼(13)와 동일한 레지스트(13a)로 코팅된 테스트 디스크(29) 및/또는 웨이퍼(13)를 배열하는 단계와,
    진공 챔버(19)를 배기하는 단계와,
    배기된 진공 챔버(19) 내에서 레지스트(13a)로부터 배출된 오염 물질의 오염 가능성을 결정하는 단계를 포함하는
    웨이퍼 시험 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    오염 가능성을 측정하는 동안 진공 챔버(19) 내에서 테스트될 레지스트(13a)는 노광이 의도되지 않은 구역(29, 33)에 특히, 파장이 9㎚ 내지 15㎚인 EUV 방사선이 조사되는
    웨이퍼 시험 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    오염 가능성을 측정하는 동안 진공 챔버(19) 내에서 테스트될 레지스터(13a)는 노광이 의도되지 않은 구역(29, 33)에 미립자, 특히 전자가 조사되는
    웨이퍼 시험 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트될 웨이퍼(13) 및/또는 테스트될 테스트 디스크(29)는 오염 가능성을 측정하는 동안 진공 챔버(19) 내에서 50℃ 내지 600℃로 가열되고 바람직하게는 100℃ 내지 300℃로 가열되는
    웨이퍼 시험 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    후속 단계에서, 오염 가능성이 오염 한계와 비교되는
    웨이퍼 시험 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    오염 한계를 초과하지 않는 웨이퍼들만이 후속 단계에서 EUV 노광 시스템(1) 내에서 노광되는
    웨이퍼 시험 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    오염 한계를 초과하는 웨이퍼(13)는 추가적인 단계에서 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 상승된 온도로 가열되는
    웨이퍼 시험 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    웨이퍼(13)는 오염 가능성이 오염 한계 아래로 떨어질 때까지 상승된 온도로 유지되는
    웨이퍼 시험 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    오염 가능성을 측정하는 측정 방법은 배기된 진공 챔버(19) 내의 잔류 가스의 질량 스펙트럼을 분석하는 단계와, 배기된 진공 챔버(19) 내의 잔류 압력을 측정하는 단계를 포함하는 그룹으로부터 선택되는
    웨이퍼 시험 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    진공 챔버(19)는 EUV 투영 노광 시스템(1)에 웨이퍼를 적재하기 위한 로드록 상에 형성되는
    웨이퍼 시험 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    레지스트(13a)의 오염 가능성이 탄화수소와 관련되어 측정되고, 바람직하게는 질량수 M이 44보다 큰 탄화수소와 관련되어 측정되는
    웨이퍼 시험 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    오염 가능성은 배기된 진공 챔버(19) 내의 오염 물질의 양을 특징짓는 측정된 변수의 절대값으로부터 결정되는
    웨이퍼 시험 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    오염 가능성은 진공 챔버(19) 내의 하나 이상의 추가적인 물질의 양에 대한 하나 이상의 오염 물질의 양의 비율로부터 결정되는
    웨이퍼 시험 방법.
  15. EUV 투영 노광 시스템(1)이며,
    하나 이상의 웨이퍼(13)의 노광을 위한 제1 진공 챔버(2)와,
    레지스트(13a)로 코팅된 하나 이상의 웨이퍼(13) 및/또는 웨이퍼(13)와 동일한 레지스트(13a)로 코팅된 하나 이상의 테스트 디스크(29)가 오염 한계와 관련된 시험을 위해 배열될 수 있는 제2 진공 챔버(19)와,
    배기된 제2 진공 챔버(19) 내의 레지스트(13a)로부터 배출되는 물질의 오염 가능성을 결정하기 위한 측정 장치(21)를 포함하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    측정 장치(21)는 잔류 가스 분석기, 특히 배기된 제2 진공 챔버(19) 내의 잔류 가스의 질량 스펙트럼을 분석하기 위한 질량 분석계(24)를 구비하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    배기된 제2 진공 챔버 내의 잔류 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(22)를 구비하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 진공 챔버(19)는 EUV 투영 시스템(1)에 웨이퍼를 적재하기 위한 로드록을 형성하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 진공 챔버(19)를 배기하기 위한 진공 펌프(20)를 더 포함하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 9㎚ 내지 15㎚의 파장으로 EUV 방사선을 방출하도록 구성되는 EUV 방사선 공급부(28)가 제2 진공 챔버(19) 내에 배열되는
    EUV 투영 노광 시스템.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 발생 유닛, 특히 전자 건(31)이 제2 진공 챔버(19) 내에 배열되는
    EUV 투영 노광 시스템.
  22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 진공 챔버(19) 내에 배치되는 하나 이상의 웨이퍼(13) 및/또는 테스트 디스크(29)를 가열하기 위한 가열 장치(27)를 더 포함하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    오염 한계를 초과하는 웨이퍼(13)가 50℃ 내지 600℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 상승된 온도로 가열되고, 오염 가능성이 오염 한계 아래로 떨어질 때까지 상기 상승된 온도로 유지되는 방식으로 가열 요소(27)의 온도를 제어하는 제어 유닛(34)을 더 포함하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    웨이퍼(13)를 저장하기 위한 매거진(17a)과, 매거진(17a)으로부터 제2 챔버(19) 내로 하나 이상의 웨이퍼(13)를 운반하기 위한 제1 운반 장치(18)를 더 포함하는
    EUV 투영 노광 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    제1 운반 장치(18)는 오염 한계가 초과된 경우 제2 진공 챔버(19)로부터 매거진(17a)으로 웨이퍼(13)를 다시 운반하도록 구성되는
    EUV 투영 노광 시스템.
  26. 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 진공 챔버(19)로부터 제1 진공 챔버(2) 내의 노광 위치로 웨이퍼(13)를 운반하기 위한 제2 운반 장치(23)를 더 포함하고,
    제2 운반 장치(23)는 오염 한계가 초과되지 않은 경우에만 제2 진공 챔버(19)로부터 제1 진공 챔버(2) 내로 웨이퍼(13)를 운반하도록 구성되는
    EUV 투영 노광 시스템.
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