KR20100066381A - 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

챔버 내부에서 투영 광학계에 의해 기판 상에 원판의 패턴을 투영하여 기판을 노광하는 노광 장치는 원판의 변형량을 연산하기 위한 측정을 수행하도록 구성되는 측정부와, 소정의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판의 변형량과 원판이 노광을 받는 시간 사이의 관계를 나타내는 정보와, 로딩되어 노광에 사용되지 않은 원판의 변형량을 측정부에 의해 측정함으로써 얻어진 측정값에 기초하여 결정되는 노광 전의 원판의 변형량과, 원판이 노광광을 받는 시간에 기초하여, 원판의 예측된 변형량을 연산하고, 예측된 변형량을 보정하기 위해 투영 광학계의 투영 배율을 보정하도록 구성되는 제어부를 포함한다.
노광 장치, 원판, 변형량, 측정부, 제어부, 투영 광학계

Description

노광 장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 챔버의 내부에서 투영 광학계에 의해 원판의 패턴을 기판 상에 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광 장치와, 노광 장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스와 같은 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에는, 해상도, 중첩 정밀도 및 처리량을 더 향상시킬 것이 요구되고 있다. 반도체 디바이스의 현재의 대량 생산 라인에 있어서는, 고해상도 노광 장치는 임계층(critical layer)을 패터닝하는데 통상 사용되는 반면, 상대적으로 저해상도를 갖지만 넓은 시야각을 갖는 고처리량 노광 장치는 비임계층을 패터닝하는데 통상 사용된다.
이러한 방식에서, 다른 사양을 갖는 복수의 노광 장치를 사용한 프로세스에서 중첩 정밀도의 향상이 가장 중요하다. 중첩 정밀도를 향상시키기 위해, 기판 내부에서 샷(shot) 배열의 시프트, 배율, 회전 성분을 억제할 뿐만아니라 샷 내부에서 예를 들면, 배율 및 왜곡(distortion)의 변동도 억제할 필요가 있다. 예를 들면, 배율 및 왜곡의 변동은 원판 및 광학 소자가 노광광을 흡수한 경우에 원판 (레티클) 및 투영 광학계를 구성하는 광학 소자의 열변형이 원인이 되는 것으로 생각된다.
도 1a는 원판의 변형의 평가 결과를 변형으로 인한 배율 변동으로서 도시하는 그래프이다. 도 1b는 투영 광학계에서 광학 소자의 변형의 평가 결과를 도시하는 그래프이다. 도 1a 및 도 1b에서, 횡좌표는 원판 및 광학 소자가 노광광을 받는 시간을 표시한다. 노광광을 받는 동안, 원판 및 광학 소자는 노광광을 흡수하여 온도가 상승하여 변형된다. 이 변형은 배율 변동을 야기한다. 원판의 변형으로 인한 배율 변동 βr은 시간 τr의 경과 후에 포화 배율 βrs에 도달한다. 투영 광학계에서 광학 소자의 변형으로 인한 배율 변동 β1은 시간 τ1의 경과 후에 포화 배율 β1s에 도달한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 배율 변동에서, 시간 상수 τr 및 τ1 각각은 재료의 온도 전도율 α(=k/ρc, 여기서 k는 열전도율, ρ는 밀도, c는 비열)의 함수이고, 따라서 노광 조건의 변화에 반응하여 원판 및 투영 광학 소자에 의해 흡수된 에너지가 증가하는 경우에도, 일정하다. 이들 관점에서, 이러한 시간 상수가 미리 연산되는 한, 원판 및 광학 소자의 변형량은 노광 장치에 의해 기판을 노광하는 동안 동적으로 변화하는 원판 및 광학 소자 상의 시간 상수 및 열부하(노광 에너지, 조사 시간, 비조사 시간)로부터 예측될 수 있다.
일본 특허 공개 평10-199782호 공보는 노광 시간에 대한 원판(레티클)의 열변형을 설명하는 변화 곡선과 노광 시간에 대한 투영계의 열변형을 설명하는 변화 곡선에 기초하여 투영계의 배율을 보정하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서, 원판 및 투영계의 시간 상수가 미리 연산된다. 기판 노광 프로세스 동안, 원판 및 투영계의 변형량은 변화 곡선과, 원판 및 투영계가 노광광으로 조사되는 시간에 기초하여 예측될 수 있다. 원판 및 투영계의 열변형을 설명하는 변화 곡선은 예를 들면, 저온 상태에서 원판 및 투영계에 열부하를 부과하여 원판 및 투영계를 노광함으로써 얻어진 노광 결과(노광 샷 배율의 변화량)에 기초하여 얻어질 수 있다.
열부하를 받는 경우에 원판의 변형량은 상술된 바와 같이 변화 곡선에 따라 예측될 수 있다. 그러나, 노광 동안 원판 상에 부과되는 열부하가 0인 동안에도(노광 전에도) 실제 원판은 그 설계에 부합하는 형상을 때로는 갖지 않는다. 이는 노광 장치에서 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차가 원인이 될 수 있다. 원판이 챔버의 외부로부터 내부로 로딩된 후에, 원판은 적절한 시간 동안 챔버 내의 온도와 같지 않은 온도를 갖는다. 따라서, 챔버의 외부로부터 내부로 로딩된 직후의 원판은 챔버 내의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대해 변형된다.
챔버의 내부와 외부 사이의 온도차는 예를 들면, 약 2℃ 내지 3℃이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 배율 변동은 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차로 인한 원판의 변형량(챔버 내의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 변형량)의 정보를 제공하지 않는다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 노광 장치에서 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차로 인해 노광 전의 원판의 변형으로 인한 배율 오차가 β0라고 가정하기로 한다. 종래의 방법은 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차로 인해 노광 전에 발생된 배율 오차를 고려하지 않는다. 따라서, 실선(200)에 의해 표시된 바와 같 이, 도 1a에 도시된 변화 곡선에 대응하는 배율 변동의 가산 결과가 실수에 의해 실제 배율 변동으로서 결정되고, 투영 광학계의 배율은 연산된 배율 변동을 보정하도록 제어된다. 실제로, 배율 변동은 점근적으로 βrs에 수렴한다.
본 발명은 상술된 분석을 고려하여 이루어졌고 노광 장치에서 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차가 존재하는 경우에도 투영 광학계의 투영 배율을 보다 정확히 보정하는 기술을 제공한다.
본 발명의 일 태양은 챔버 내부에서 투영 광학계에 의해 기판 상에 원판의 패턴을 투영하여 기판을 노광하고, 원판의 변형량을 연산하기 위한 측정을 수행하도록 구성되는 측정부와, 소정의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판의 변형량과 원판이 노광광을 받는 시간 사이의 관계를 나타내는 정보와, 챔버에 로딩되어 노광에 사용되지 않은 원판의 변형량을 측정부에 의해 측정함으로써 얻어진 측정값에 기초하여 결정되는 노광 전의 원판의 변형량과, 원판이 노광광을 받는 시간에 기초하여, 원판의 예측된 변형량을 연산하고, 예측된 변형량을 보정하기 위해 투영 광학계의 투영 배율을 보정하도록 구성되는 제어부를 포함하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 노광 장치에서 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차가 존재하는 경우에도 투영 광학계의 투영 배율을 보다 정확히 보정하는 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하 설명될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치의 개략적인 구성을 도시하는 다이어그램이다. 노광 장치(EX)는 챔버(20)를 포함하고 투영 광학계(3)에 의해 기판(예를 들면, 웨이퍼 또는 유리 플레이트)(7) 상에 원판(레티클 또는 마스크로도 지칭됨)(1)의 패턴을 투영하여 기판(7)을 노광하도록 구성된다. 제어부(30)는 노광 장치(EX)의 동작을 제어한다. 노광 장치(EX)가 예를 들어, 2개의 기판 스테이지(5, 6)를 포함할 수 있어도, 기판 스테이지의 개수는 1개 또는 3개 이상일 수도 있다.
원판(1)은 로딩되고 챔버(20)의 외부로부터 내부로 원판 스테이지(2)에 의해 유지된다. 기판(7)은 챔버(20)의 외부로부터 내부로 로딩되고 기판 스테이지(5, 6)에 의해 유지된다. 레이저 간섭계(9)는 기판 스테이지(5, 6)의 위치를 측정한다.
기판 스테이지(5, 6) 중 하나에 의해 유지되는 기판(7)은 우선 측정 영역(10)에서 측정되고, 다음에 얻어지는 측정값을 사용하면서 노광 영역(11)에 노광된다. 기판 스테이지(5, 6) 중 하나에 의해 유지되는 기판(7)이 측정 영역(10)에서 측정되는 동안, 기판 스테이지(5, 6) 중 다른 하나에 의해 유지되는 기판(7)은 노광 영역(11)에 노광된다. 측정 영역(10)에서의 측정은 기판 및 기판 상에 형성된 샷 영역의 얼라인먼트 오차의 측정과, 기판 표면 위치의 측정을 포함한다.
기판 스테이지(5, 6)의 위치를 측정하기 위해, 상측(image-side) 기준 마크(43)를 각각 포함하는 상측 기준 플레이트(8)는 기판 스테이지(5, 6) 상에 위치된다. 도 4b는 상측 기준 플레이트(8)의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 상측 기준 플레이트(8)는 예를 들면, 상측 기준 마크(43)를 포함하는 차광막을 유리 기판 상에 형성함으로써 구성될 수 있다. 차광막은 예를 들면, 크롬으로 제조될 수 있다. 상측 기준 마크(43)를 통과한 광을 검출하는 광센서(15)가 대응하는 상측 기준 플레이트(8) 아래에 배치된다. 상측 기준 플레이트(8) 및 광센서(15)는 측정부(M)를 구성한다.
측정 영역(10)에서, 대응하는 상측 기준 마크(43)는 얼라인먼트 스코프(4)를 사용해서 검출되어 기판 스테이지(5, 6)의 위치를 측정한다. 얼라인먼트 스코프(4)는 예를 들면, 마이크로스코프 및 CCD와 같은 촬상 센서를 포함할 수 있다.
노광 영역(11)에서, 이하의 측정이 수행될 수 있다. 도 4a는 원판(1) 및 원판 스테이지(2)의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 원판(1)은 원판 상에 묘화된 얼라인먼트 마크(41)를 포함한다. 마크(41)는 예를 들면, 크롬으로 제조된 차광막에 개구부를 형성함으로써 구성될 수 있다. 조명계(미도시됨)는 광으로 마크(41)를 조명한다. 마크(41)를 통과한 광은 투영 광학계(3)를 통해 상측 기준 플레이트(8) 상에 형성된 상측 기준 마크(43)에 입사한다. 상측 기준 마크(43)를 통과한 광은 상측 기준 플레이트(8) 아래에 배치된 광센서(15)에 의해 검출된다. 면 내 방향으로(투영 광학계(3)의 광축에 직교하는 평면에 평행한 방향으로), 원판(1) 상에 묘화된 마크(41)와, 상측 기준 플레이트(8) 상에 형성된 상측 기준 마크(43)의 위치가 서로 정렬되는 경우에, 광센서(15)는 최대 광량을 검출한다. 또한, 상측 기준 마크(43)가 투영 광학계(3)의 상면(image plane)에 정렬되는 경우에, 광센서(15)는 최대 광량을 검출한다.
원판(1)과 기판 스테이지(5 또는 6) 사이의 위치 관계는 기판 스테이지(5 또는 6)를 구동하면서 상측 기준 마크(43) 아래에 배치된 광센서(15)로부터의 출력을 모니터링함으로써 측정될 수 있다.
원판 스테이지(2)는 물체측(object-side) 기준 마크(42)를 포함하는 물체측 기준 플레이트(13)를 장착한다. 물체측 기준 마크(42)는 예를 들면, 크롬으로 제조되는 차광막에 개구부를 형성함으로써 구성될 수 있다. 물체측 기준 마크(42) 및 상측 기준 마크(43)의 사용은 원판 스테이지(2)와 기판 스테이지(5 또는 6) 사이의 위치 관계의 측정을 허용하게 한다.
본 실시예에서, 노광 장치(EX)는 원판(1) 및 기판(7)을 주사하면서 기판(7)에 (이후 슬릿 광이라 칭해질) 슬릿 형상 노광광을 노광하는 주사 노광 장치이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, Y 방향은 주사 방향이고, X 방향은 주사 방향에 직교하는 방향과 슬릿 광의 길이 방향 양자 모두이다. 제어부(30)는 투영 광학계(3)의 투영 배율을 보정함으로써 X 방향으로의 배율 오차를 보정할 수 있다. 제어부(30)는 주사 노광 동안 원판(1) 및 기판(7) 중 적어도 하나의 속도를 보정하고 그리고/또는 투영 광학계(3)의 투영 배율을 보정함으로써 Y 방향으로의 배율 오차를 보정 할 수 있다.
원판(1)의 변형으로 인한 배율 오차를 측정하기 위해, 원판(1)은 원판 상에 위치된 복수의 마크(41)를 포함한다. 원판(1)의 복잡한 왜곡 형상은 원판(1) 상에 4개 이상의 마크(41)를 위치시킴으로써 측정될 수 있다.
기판(7)의 노광 동안, 원판(1)은 노광광을 받아서 열적으로 변형한다. 대조적으로, 기판(7)의 노광 동안에도, 물체측 기준 플레이트(13)는 노광광을 받지 않아서 그 형상이 안정적이다. 투영 광학계(3)로 인한 배율 오차는 TTL(Through The Lens) 방식을 사용하여 물체측 기준 플레이트(13) 상에 묘화된 물체측 기준 마크(42)의 위치를 측정함으로써 측정될 수 있다.
마크(41)는 예를 들면, 전자선 노광 장치를 사용하여 묘화함으로써 원판(1) 상에 형성될 수 있다. 원판(1) 상의 마크(41)의 위치는 전자선 노광 장치의 오차를 물론 포함할 수도 있다. 마크 묘화 오차는 예를 들면, 약 수 ㎚ 내지 수십 ㎚일 수도 있다. 마크 묘화 오차가 보정되지 않는 경우에, 원판(1)의 변형의 측정 오차로 변해서, 원판(1)의 열변형을 측정시 마크 묘화 오차가 제거될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치(EX)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 이러한 동작은 제어부(30)에 의해 제어되고 원판(1)의 열변형으로 인한 배율 오차를 보정하는 처리를 포함한다.
단계 S501에서, 원판(1)은 제어부(30)의 제어하에 원판 스테이지(2)로 반송된다. 이 때, 하나 또는 복수의 원판 반송 기구(미도시됨)는 원판(1)을 반송한다. 단계 S502에서, 제어부(30)는 원판 스테이지(2)로 반송되는 원판(1)이 챔버(20)의 외부로부터 내부로 로딩된 후에 노광에 사용되지 않는지 여부를 결정한다. 원판 스테이지(2) 상으로 반송된 원판(1)이 챔버(20)의 외부로부터 내부로 로딩된 후에 노광에 사용되지 않는 경우에, 처리는 단계 S503으로 진행하고, 그렇지 않다면, 처리는 단계 S513으로 진행한다.
단계 S503에서, 제어부(30)는 원판 스테이지(2) 상으로 반송된 원판(1)이 처음으로 챔버(20)로 로딩되는 것인지 여부를 결정한다. 이 결정은 예를 들면, 원판(1)의 ID(식별자)에 기초하여 행해질 수 있다. 처음으로 챔버(20)로 로딩되는 원판(1) 상의 마크(41)의 묘화 오차에 관한 정보가 존재하지 않기 때문에, 묘화 오차가 측정될 필요가 있다. 원판 스테이지(2)로 반송된 원판(1)이 처음으로 챔버(20)로 로딩되는 경우에, 처리는 단계 S504로 진행하고, 그렇지 않으면, 처리는 단계 S509로 진행한다. 묘화 오차를 고려할 필요가 없는 경우에, 단계 S503 내지 단계 S507은 불필요하다.
단계 S504에서, 제어부(30)는 원판(1)이 챔버(20)로 로딩된 후에 원판(1)의 온도가 챔버(20) 내의 온도에 도달하는데 충분한 대기 시간 동안 기다린다. 대기 시간은 예를 들면, 챔버(20)의 내부와 외부 사이의 예측된 최대 온도차를 고려함으로써 미리 결정될 수 있다. 대기 시간의 경과는 원판(1)의 온도가 챔버(20) 내의 온도와 같다는 것을 보증한다. 이는 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차로 인한 원판의 변형량(챔버 내의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판의 변형량)이 0인 것을 보증한다. 제어부(30)가 예를 들면, 원판(1)이 원판 스테이지(2) 상으로 반송되기 전에 원판 반송 루트 상에서 상술된 대기 시간 동안 기다리도록 관련된 절 차가 변경될 수도 있다.
노광 장치(EX)는 챔버(20)로 로딩된 원판(1)의 온도를 챔버(20) 내의 온도에 근접하게 제어하는 온도 제어부(21)를 포함할 수 있다. 온도 제어부(21)는 예를 들면, 온도가 챔버(20) 내의 온도로 조정된 CDA(Clean Dry Air)와 같은 기체를 원판(1)에 분사하는 기구를 포함할 수 있다. 다르게는, 온도 제어부(21)는 원판(1)과 접촉하는 부재(예를 들면, 원판(1)을 유지하기 위해 원판 스테이지(2) 상에 설정된 원판 척)에 온도 조정 매체(예를 들면, 냉각제 오일 또는 냉각수와 같은 유체)를 공급하는 기구를 포함할 수 있다. 또한, 온도 제어부(21)는 양호하게는 원판(1)의 온도를 측정하는 센서(예를 들면, 적외선 온도계와 같은 비접촉 온도계)를 포함하고, 센서에 의해 얻어진 검출 결과에 기초하여, 원판(1)에 분사되는 CDS와 같은 기체의 온도 또는 상술된 온도 조정 매체의 온도를 조정할 수도 있다.
단계 S505에서, 측정부(M)는 제어부(30)의 제어하에 원판(1) 상에 묘화된 마크(41)와 상측 기준 마크(43) 사이의 오프셋의 TTL 측정을 수행한다.
단계 S506에서, 측정부(M)는 제어부(30)의 제어하에 물체측 기준 마크(42)와 상측 기준 마크(43) 사이의 오프셋의 TTL 측정을 수행한다. 본 실시예에서, 원판(1)의 온도는 단계 S504에서 챔버(20) 내의 온도와 같게 된다. 따라서, 단계 S505에서 얻어진 원판(1) 상의 마크(41)의 측정값은 챔버(20)의 외부와 내부 사이의 온도차로 인한 원판(1)의 변형량을 포함하지 않는다. 단계 S505에서 얻어진 원판(1) 상의 마크(41)의 측정값은 원판(1) 상의 마크(41)의 묘화 오차와, 투영 광학계(3)의 수차를 포함한다.
배율 오차는 본 명세서에 일례로서 간주될 것이다. 원판(1)은 X 방향으로 Wr[㎜]만큼 서로 이격된 위치에 묘화된 2개의 마크(41)를 포함하는 것으로 가정하기로 한다. 마크(41)는 이후에 원판 좌 마크와 원판 우 마크로 지칭될 것이다. 단계 S505에서 측정에 의해 얻어진 원판 좌 마크와 원판 우 마크의 오프셋량은 각각 OfsL[㎚]와 OfsR[㎚]이라 하는 것으로 가정하기로 한다. 제어부(30)는 수학식 1에 따라 배율 오차로서 평가된 원판(1)의 변형량 βr[ppm]을 연산할 수 있다.
βr = {OfsR - OfsL}/Wr
대조적으로, 단계 S506에서 얻어진 물체측 기준 플레이트(13) 상의 물체측 기준 마크(42)의 측정값은 투영 광학계(3)로 인한 배율 오차만을 포함한다. 정확히 말하면, 배율 오차는 물체측 기준 마크(42)와 상측 기준 마크(43)의 묘화 오차를 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 묘화 오차는 고정된 성분이고 따라서 미리 조정될 수 있다.
물체측 기준 플레이트(13)는 X 방향으로 Ws[㎜]만큼 서로 이격된 위치에 묘화된 2개의 물체측 기준 마크(42)를 포함하는 것으로 가정하기로 한다. 물체측 기준 마크(42)는 이후에 좌 기준 마크와 우 기준 마크로 지칭될 것이다. 단계 S506에서 측정에 의해 얻어진 좌 기준 마크와 우 기준 마크의 오프셋량은 각각 OfsLs[㎚]와 OfsRs[㎚]라 하는 것으로 가정하기로 한다. 제어부(30)는 수학식 2에 따라 배율 오차 βs[ppm]를 연산한다.
βs = {OfsRs - OfsLs}/Ws
단계 S507에서, 제어부(30)는 수학식 3에 따라 원판(1) 상의 묘화 오차 βf[ppm]을 연산하고 묘화 오차 βf를 저장한다.
βf = βr - βs
원판(1)의 온도가 챔버(20) 내의 온도와 같기 때문에, 챔버(20)에 로딩되어 노광에 사용되지 않은 원판(1)의 변형량(이후 노광 전의 변형량으로 지칭됨) β0은 0이다. 제어부(30)는 "0"을 β0의 값으로서 저장한다.
단계 S503에서 원판(1)이 노광에 이미 사용되었다고 결정된 경우에, 원판(1) 상의 묘화 오차는 이미 결정되고 저장된다. 이러한 이유로 인해, 노광 전의 원판(1)의 변형량을 결정하기 위한 처리(S509, S510)는 대기 시간 동안 대기하지 않고 수행되어 원판(1)의 온도가 챔버(20) 내의 온도와 같아지는 것을 보증한다.
보다 구체적으로, 단계 S509에서, 측정부(M)는 제어부(30)의 제어하에 원판(1) 상에 묘화된 마크(41)와 상측 기준 마크(43) 사이의 오프셋의 TTL 측정을 수행한다.
단계 S510에서, 측정부(M)는 제어부(30)의 제어하에 물체측 기준 마크(42)와 상측 기준 마크(43) 사이의 오프셋의 TTL 측정을 수행한다.
단계 S511에서, 제어부(30)는 이하의 방법에 따라 노광 전의 원판(1)의 변형량 β0[ppm]을 연산한다.
단계 S509에서 측정에 의해 얻어진 원판 좌 마크와 원판 우 마크의 오프셋량 은 여기서 각각 OfsL'[㎚]과 OfsR'[㎚]로 하는 것으로 한다. 제어부(30)는 수학식 4에 따라 배율 오차로서 평가된 원판(1)의 변형량 βr'[ppm]을 연산한다.
βr' = {OfsR' - OfsL'}/Wr
단계 S510에서 측정에 의해 얻어진 좌측 기준 마크와 우측 기준 마크의 오프셋량은 각각 OfsLs'[㎚]와 OfsRs'[㎚]로 하는 것으로 가정하기로 한다. 제어부(30)는 수학식 5에 따라 배율 오차 βs'[ppm]을 연산한다.
βs' = {OfsRs' - OfsLs'}/Ws
또한, 제어부(30)는 수학식 6에 따라 노광 전의 원판(1)의 변형량 β0[ppm]을 연산한다.
β0 = βr' - βs' - βf
묘화 오차 βf가 무시할만한 경우에, 수학식 6은 수학식 7과 같이 기술될 수 있다.
β0 = βr' - βs'
이 경우에, 제어부(30)는 수학식 7에 따라 노광 전의 원판(1)의 변형량 β0[ppm]을 연산한다.
또한, 투영 광학계(3)로 인한 배율 오차 βs 및 βs'가 무시할만한 경우에, 수학식 6은 수학식 8과 같이 기술될 수 있다.
β0 = βr' - βr
이 경우에, 제어부(30)는 수학식 8에 따라 노광 전의 원판(1)의 변형량 β0[ppm]을 연산한다.
단계 S508에서, 제어부(30)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 곡선, 단계 S507 또는 S511에서 연산된 노광 전의 원판(1)의 변형량 및 원판(1)이 노광광을 받는 시간에 기초하여 원판(1)의 예측된 변형량을 연산한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 곡선은 챔버(20) 내의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판(1)의 변형량과 원판(1)이 노광광을 받는 시간 사이의 관계를 나타내는 정보에 포함될 수 있다.
원판(1)이 노광광을 받는 시간을 t, 챔버(20) 내의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판(1)의 변형량을 βr로 한다. 다음에, 도 1a에 도시된 변형량 βr은 시간 t의 함수, 즉 함수 βr(t)로 표현될 수 있다. 또한, 노광 전의 원판(1)의 변형량을 βr0, 함수 βr(t)의 값이 노광 전의 변형량 βr0에 도달할 때 까지의 시간을 t0, 원판(1)의 예측된 변형량을 βre로 한다. 다음에, 제어부(30)는 수학식 9에 따라 원판(1)의 예측된 변형량 βre을 연산할 수 있다.
βre = βr(t + t0)
도 6은 원판의 예측된 변형량 βre를 도시하는 그래프이다.
챔버(20) 내의 온도에 있어서의 원판(1)의 형상이 원판의 변형량을 표시하는 기준으로서 사용된다. 그러나, 다른 임의의 온도 조건(예를 들면, 23.0℃)에서의 원판(1)의 형상이 기준으로서 사용될 수도 있다. 예를 들면, 챔버(20) 내의 온도가 국부적 또는 일시적으로 변동하는 경우에, 상수로서 온도 조건의 사용이 연산 프로세스와 온도 조절 프로세스를 용이하게 할 수 있다.
단계 S512에서, 노광 프로세스는 제어부(30)의 제어하에 원판(1)을 사용하여 기판(7)에 대해 수행된다. 이 때, 제어부(30)는 원판(1)의 예측된 변형량을 보정하기 위해 투영 광학계(3)의 투영 배율을 보정한다. 노광 장치(EX)가 주사 노광 장치인 경우에, 제어부(30)는 주사 방향으로 원판(1)의 예측된 변형량을 보정하기 위해 원판(1)과 기판(7) 중 적어도 하나의 주사 속도를 조절할 수도 있다. 노광 프로세스는 노광 영역(11)에서 기판 노광을 위한 준비로 측정 영역(10)에서 미리 수행되는 측정을 포함한다.
단계 S514에서, 제어부(30)는 노광 프로세스를 계속할지 여부와, 원판 교체가 필요한지 여부를 결정한다. 노광 프로세스는 원판 교체 없이 계속되는 경우에, 프로세스는 단계 S508로 복귀한다. 노광 프로세스는 원판 교체 후에 계속되는 경우에, 프로세스는 단계 S501로 복귀한다. 다른 경우에, 노광 프로세스는 종료된다.
원판(1)이 단계 S501에서 챔버(20) 내부의 위치(이 위치는 예를 들면, 챔버(20)에서 원판 캐비닛으로 간주된다)로부터 원판 스테이지(2) 상으로 반송되는 경우에, 원판(1)의 온도는 챔버(20) 내의 온도와 같다. 따라서, 노광 전의 변형량 β0은 0으로 설정될 수도 있고 단계 S511이 즉시 수행될 수도 있다. 그러나, 도 5 에 도시된 바와 같이, 원판(1)이 챔버(20) 내부의 위치로부터 원판 스테이지(2)로 반송되는 경우에, 단계 S513에서 측정부(M)는 원판(1) 상에 묘화된 마크(41)와 상측 기준 마크(43) 사이의 오프셋의 TTL 측정을 수행할 수도 있다. 이러한 동작으로, 예를 들면, 원판(1)이 어떤 이유로 인해 허용 범위를 초과하여 변형된 경우에, 이러한 변형이 검출될 수 있다.
도 5에 도시된 예에서, 단계 S504에서 제어부(30)는 원판(1)의 온도가 챔버(20) 내의 온도와 같다는 것을 보증하기 위해 미리 설정된 대기 시간 동안 기다린다. 그러나, 노광 작업의 개시 전에 노광 작업에 사용되는 원판을 챔버(20)로 가져옴으로써, 대기 시간은 생략되거나 단축될 수 있다. 예를 들면, 제어부(30)가 단계 S504에서 원판(1)이 챔버(20)에 로딩된 후에 경과된 시간이 미리결정된 대기 시간을 초과하는 것을 확인한 경우에, 이 프로세스를 단계 S505로 진행하기만 하면 된다. 또한, 경과된 시간이 미리결정된 대기 시간보다 작은 경우에, 제어부(30)는 잔여 시간 동안 대기하고 단계 S505로 프로세스를 진행하기만 하면 된다. 이는 노광 장치에서 비생산적인 시간을 단축시킬 수 있다.
단계 S504 내지 S507에서 원판 상의 묘화 오차를 측정하는 대신에, 수신부(31)(도 3 참조)가 외부 장치로부터 이들 오차의 정보를 수신할 수도 있다.
예를 들면, 노광 장치(A)는 처음으로 소정의 원판을 사용하는 것으로 가정하기로 한다. 이 경우에, 다른 노광 장치(B)가 소정의 원판 상의 묘화 오차를 이미 측정하는 한, 노광 장치(B)에 의해 측정된 묘화 오차가 노광 장치(A)에 전송될 수 있다. 노광 장치 사이의 데이터 통신이 예를 들면, 복수의 노광 장치와 온라인으 로 연결된 호스트 컴퓨터를 통해 행해질 수 있다. 또한, 노광 장치 이외의 장치는 원판 상의 묘화 오차를 측정하고 노광 장치에 묘화 오차를 전송할 수도 있다. 묘화 오차가 노광 장치의 제어부(30)에 미리 전송될 수 있는 한, 단계 S504 내지 S507은 처음으로 사용된 원판에 대해서도 생략될 수 있고, 단계 S508 및 S509에서의 프로세스는 원판을 로딩한 후 단계 S509 내지 S511을 통해 즉시 수행될 수 있다. 이 경우에, 제어부(30)는 노광 장치(제어부(30))가 사용될 원판의 묘화 오차를 이미 취득했는지 여부를 단계 S503에서 판정하기만 하면 된다.
배율 오차 보정이 여기서 일례로서 설명되었지만, 본 발명은 원판(1) 상에 형성된 마크(41)의 오프셋량의 측정값에 기초하여 연산될 수 있는 다른 오차 성분에도 적용가능하다. 예를 들면, n개(n>3) 이상의 마크가 X 방향으로 배열되는 것으로 가정하기로 한다. 이 경우에, 다음의 3차 방정식이 결정되는 한 3차원 왜곡에 대응하는 보정량이 연산될 수 있다.
δX = a·X3 + b·X2 + c·X + d
여기서, 계수 a 내지 d는 최소 자승 근사법에 의해 연산될 수 있다.
임의의 설계 좌표 X에서 오프셋량 δX을 표현하는 3차 방정식은 각각의 마크의 설계 좌표 X1 내지 Xn 및 각각의 마크의 오프셋량 δx1 내지 δxn 상의 데이터를 사용하여 결정될 수 있다.
Y 방향으로 서로 이격된 복수의 마크의 오프셋량을 측정할 수도 있고, 측정 결과를 사용하여 Y 방향으로의 원판의 배율을 연산할 수도 있다. 또한, Z 방향으 로의 오프셋량이 원판 상의 다수의 점들에서 측정되는 한 원판의 휨(flexure) 형상을 연산할 수 있다. 노광 전의 원판의 변형량이 연산된 다음에, 예측 및 보정이 열변화 곡선에 의해 수행되는 본 발명의 기본 개념은 모든 보정량에 적용가능하다.
또한, 사용된 원판은 투과형 또는 반사형일 수도 있다. EUV 노광 장치에 사용된 반사형 원판은 EUV 광을 반사하는 다층막 상에 낮은 반사율 부분을 미리결정된 형상으로 형성함으로써 상부에 형성된 패턴을 갖는다. 일본 특허 공개 제2003-142363호는 반사형 원판의 얼라인먼트의 세부사항을 개시하고 있다. 마크의 오프셋량의 측정값에 기초하여, 노광 전의 반사형 원판의 변형도 마찬가지로 연산될 수 있다.
또한, 원판 상의 묘화 오차 및 노광 전의 원판의 변형량에 대응하는 정보는 마크 측정 방법과 다른 방법에 의해 또한 취득될 수도 있다. 예를 들면, 원판의 온도를 측정하는 센서(예를 들면, 비접촉 적외선 써모그래피(thermography))는 노광 장치에 설치되어 노광 장치의 내부로부터 외부로 로딩된 원판의 온도를 측정할 수도 있다. 이는 원판의 묘화 오차 및 노광 전의 원판의 변형량에 대응하는 정보를 원판의 온도에 기초하여 예측할 수 있게 한다.
원판의 예측된 변형량은 원판이 노광광을 받는 시간 t를 사용함으로써 단계 S508에서 연산되지만, 예측된 변형량은 시간 t 이외의 파라미터를 사용하여 연산될 수 있다. 예를 들면, 원판에 축적된 노광 에너지의 총량과 상관이 있는 파라미터가 사용될 수 있다. 즉, 제어부(30)는 (a) 소정의 온도에 있어서의 원판의 형상에 대한 원판의 변형량과, 원판에 축적된 노광 에너지의 총량과 상관이 있는 파라미터 사이의 관계를 나타내는 정보, (b) 챔버에 로딩되어 노광에 사용되지 않은 원판의 변형량을 측정부에 의해 측정함으로써 얻어지는 측정값에 기초하여 결정된 노광 전의 원판의 변형량 및 (c) 파라미터에 기초하여 예측된 변형량을 연산할 수 있다.
원판에 축적된 노광 에너지는 원판에 제공된 에너지의 총량과 원판으로부터 방출된 노광 에너지의 총량 사이의 차이이다. 이러한 파라미터는 제어부(30)에 의해 계수할 수 있는 파라미터, 예를 들면, 노광된 샷 영역의 개수 또는 원판을 조사하는 노광광의 펄스일 수 있다.
다르게는, 온도 센서를 사용하여 원판 또는 그 근방의 온도를 측정함으로써 원판에 축적된 에너지를 예측할 수 있는 경우에, 측정된 온도는 파라미터로서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 디바이스 제조 방법은 반도체 디바이스 및 액정 디바이스와 같은 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 상술된 노광 장치를 사용하여 감광제로 도포된 기판을 노광하는 단계와, 노광된 기판을 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 디바이스 제조 방법은 공지된 후속 단계(예를 들면, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 제거, 다이싱, 본딩, 패키징)를 또한 포함할 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 후속의 청구 범위의 범주는 모든 이러한 변형, 등가의 구성 및 기능을 포함하도록 광의의 해석을 허용해야 한다.
도 1a 및 도 1b는 배율 변동을 도시하는 그래프.
도 2는 노광 장치에서 챔버의 내부와 외부 사이의 온도차가 존재하는 경우에 문제점을 설명하는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 개략적인 구성을 도시하는 다이어그램.
도 4a는 원판 및 원판 스테이지의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 4b는 상측 기준 플레이트의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치(EX)의 동작을 도시하는 흐름도.
도 6은 원판의 예측된 변형량을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 원판
2: 원판 스테이지
3: 투영 광학계
5, 6: 기판 스테이지
7: 기판
9: 레이저 간섭계
10: 측정 영역
11: 노광 영역
20: 챔버

Claims (12)

  1. 챔버 내부에서 투영 광학계에 의해 기판 상에 원판의 패턴을 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광 장치이며,
    상기 원판의 변형량을 연산하기 위한 측정을 수행하도록 구성되는 측정부와,
    소정의 온도에서 있어서의 상기 원판의 형상에 대한 상기 원판의 변형량과 상기 원판이 노광광을 받는 시간 사이의 관계를 나타내는 정보와, 상기 챔버에 로딩되어 노광에 사용되지 않은 상기 원판의 변형량을 상기 측정부에 의해 측정함으로써 얻어지는 측정값에 기초하여 결정되는 노광 전의 상기 원판의 변형량과, 상기 원판이 상기 노광광을 받는 시간에 기초하여, 상기 원판의 예측된 변형량을 연산하고, 상기 예측된 변형량을 보정하기 위해 상기 투영 광학계의 투영 배율을 보정하도록 구성되는 제어부를 포함하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 온도는 챔버 내의 온도인 노광 장치.
  3. 제1항에 있어서, t는 상기 원판이 상기 노광광을 받는 시간이고, βr은 상기 챔버 내의 온도에서 상기 원판의 형상에 대한 상기 원판의 변형량이고, 상기 정보는 상기 변형량 βr을 표현하는 시간 t의 함수 βr(t)를 포함하고,
    βr0은 노광 전의 상기 원판의 변형량이고, t0은 상기 함수 βr(t)의 값이 노광 전의 상기 변형량 βr0에 도달할 때까지의 시간이고, βre는 상기 예측된 변 형량이고,
    상기 제어부는 수학식 βre = βr(t + t0)에 따라 상기 예측된 변형량을 연산하는 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정부는 상기 원판 상에 묘화되는 마크의 위치를 측정하고,
    상기 제어부는 상기 측정부에 의해 얻어지는 상기 측정값에 포함되는 상기 마크의 묘화 오차를 보정함으로써 노광 전의 상기 원판의 변형량을 결정하는 노광 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 묘화 오차는 상기 원판의 온도가 상기 챔버 내의 온도에 도달하기에 충분한 시간이 경과한 후에 상기 측정부에 의한 측정에 의해 결정되는 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 챔버 내에 로딩되는 상기 원판의 온도를 상기 챔버 내의 온도에 근접하게 제어하도록 구성되는 온도 제어부를 더 포함하는 노광 장치.
  7. 제4항에 있어서, 외부 장치로부터 상기 묘화 오차를 나타내는 정보를 수신하도록 구성되는 수신부를 더 포함하는 노광 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 측정부가 상기 원판에 묘화되는 마크의 위치와 상기 원판을 유지하는 원판 스테이지 상에 위치되는 마크의 위치를 측정하게 하고, 상기 측정부에 의해 얻어지는 상기 측정값에 기초하여 상기 예측된 변형량을 연산하는 노광 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 측정부는 상기 원판의 온도를 측정하도록 구성되는 센서를 포함하는 노광 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 예측된 변형량을 보정하기 위해, 상기 투영 광학계의 상기 투영 배율 뿐만아니라 상기 원판과 상기 기판 중 적어도 하나의 주사 속도를 보정하는 노광 장치.
  11. 디바이스 제조 방법이며,
    노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 단계와,
    상기 기판을 현상하는 단계를 포함하고,
    상기 노광 장치는 챔버 내부에서 투영 광학계에 의해 기판 상에 원판의 패턴을 투영하여 상기 기판을 노광하고,
    상기 원판의 변형량을 연산하기 위한 측정을 수행하도록 구성되는 측정부와,
    소정의 온도에 있어서의 상기 원판의 형상에 대한 상기 원판의 변형량과 상기 원판이 노광광을 받는 시간 사이의 관계를 나타내는 정보와, 상기 챔버에 로딩 되어 노광에 사용되지 않은 상기 원판의 변형량을 상기 측정부에 의해 측정함으로써 얻어지는 측정값에 기초하여 결정되는 노광 전의 상기 원판의 변형량과, 상기 원판이 상기 노광광을 받는 시간에 기초하여, 상기 원판의 예측된 변형량을 연산하고 상기 예측된 변형량을 보정하기 위해 상기 투영 광학계의 투영 배율을 보정하도록 구성되는 제어부를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  12. 챔버 내부에서 투영 광학계에 의해 기판 상에 원판의 패턴을 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광 장치이며,
    상기 원판의 변형량을 연산하기 위한 측정을 수행하도록 구성되는 측정부와,
    소정의 온도에 있어서의 상기 원판의 형상에 대한 상기 원판의 변형량과 상기 원판에 축적되는 노광 에너지의 총량과 상관이 있는 파라미터 사이의 관계를 나타내는 정보와, 상기 챔버에 로딩되어 노광에 사용되지 않은 상기 원판의 변형량을 상기 측정부에 의해 측정함으로써 얻어지는 측정값에 기초하여 결정되는 노광 전의 상기 원판의 변형량과, 상기 파라미터에 기초하여, 상기 원판의 예측된 변형량을 연산하고 상기 예측된 변형량을 보정하기 위해 상기 투영 광학계의 투영 배율을 보정하도록 구성되는 제어부를 포함하는 노광 장치.
KR1020090120338A 2008-12-08 2009-12-07 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 KR101290365B1 (ko)

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