KR20150020066A - 노광 장치 및 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

노광 장치 및 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 장치는 마스크 위에 형성된 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 기판 위에 투영한다. 노광 장치는 결상 특성의 변동을 모델링하는 모델식을 사용하여, 노광에 기인하는 열적 작용에 의해 발생된 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 예측하도록 구성된 예측 유닛과, 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과에 기초하여 결상 특성을 보정하도록 구성된 보정 유닛을 포함한다. 모델식은 결상 특성의 변동을 모델링하고 시간 의존성을 나타내는 복수의 함수의 합성을 포함하고, 복수의 함수의 각각은 노광 화각 의존성을 갖고, 복수의 함수의 노광 화각 의존성은 서로 상이하다.

Description

노광 장치 및 디바이스의 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은 노광 장치 및 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
LSI 및 VSLI와 같은 극미세 패턴으로부터 형성된 반도체 디바이스를 위한 제조 프로세스에 있어서, 인쇄 패턴을 형성하기 위해 감광제로 코팅된 기판(웨이퍼) 위에 마스크(레티클) 위에 그려진 회로 패턴의 축소 노광을 수행하는 축소 투영 노광 장치가 사용된다. 반도체 디바이스의 패키징 밀도의 증가에 따라, 추가의 마이크로패터닝에 대한 요구가 발생하고 있다. 레지스트 프로세스의 발전과 함께, 노광 장치는 마이크로패터닝에 대처하도록 증가적으로 요구되고 있다.
노광 장치의 해상력을 증가시키기 위한 수단으로서, 노광 파장을 더 짧은 파장으로 변경하는 방법 및 투영 광학계의 NA(개구수)를 증가시키는 방법이 이용 가능하다. 해상력이 증가함에 따라, 투영 광학계의 초점 심도가 감소한다. 따라서, 투영 광학계의 결상면(초점면)과 웨이퍼면의 정합의 초점 정확도를 향상시키는 것이 이들에게 중요하다.
게다가, 투영 노광 장치의 중요한 광학 특성 중 하나는 복수의 단계 전체에 걸쳐 각각의 패턴을 정확하게 중첩하는 정렬 정확도이다. 이 정렬 정확도에 영향을 미치는 중요한 인자는 투영 광학계의 배율 오차를 포함한다. VLSI를 위해 사용된 패턴의 크기가 해마다 감소하는 경향이 있기 때문에, 정렬 정확도의 향상을 위한 증가하는 요구가 존재한다. 따라서, 투영 광학계의 배율을 미리 정해진 값으로 유지하는 것이 매우 중요하다.
투영 광학계는 노광 에너지의 일부를 흡수한다. 투영 광학계의 온도는 흡수에 의해 발생된 열에 기인하여 변화하고, 굴절률과 같은 투영 광학계의 광학 특성이 변화한다는 것은 알려져 있다. 투영 광학계가 장시간 동안 노광광으로 조사가 계속되면, 투영 광학계의 결상 특성(예를 들어, 초점, 상면의 만곡, 배율, 왜곡, 비점 수차 및 파면 수차)이 변동한다. 그 결과, 선폭 오차, 정렬 오차 등이 디바이스 제조의 견지에서 무시할 수 없는 양만큼 발생할 수도 있다.
이 이유로, 투영 광학계 위의 노광 에너지의 조사 상태에 따른 결상 특성의 변동을 보상하는 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허 공보 소63-16725호에 따르면, 투영 광학계의 노광 에너지 상태에 따른 결상 특성의 변동량은 노광량, 노광 시간, 비노광 시간 등을 변수로서 사용하여 모델식에 의해 연산되고, 투영 광학계의 결상 특성의 변동은 연산 결과에 기초하여 보정된다. 상기 모델식은 각각의 결상 특성에 대해 광학 결상계에 고유한 계수를 갖는다. 이 계수를 적절하게 설정하는 것은 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 취득하고 보정할 수 있다.
게다가, 조명 형상을 변화시킴으로써 특정 패턴의 투영에 대해 더 높은 해상력을 취득할 수 있는 노광 장치가 제안되어 왔다. 이러한 장치에서, 투영 광학계의 동공면 위에 발생한 광원 분포가 노광 조건(예를 들어, 투영계 NA, 조명계의 개구수, 노광 영역, 노광 중심 위치 및 노광을 위해 사용된 마스크)에 따라 변화하고, 따라서 각각의 노광 조건에 대해 발생한 결상 특성의 변동량은 서로 상이하다.
따라서, 조명광의 상기 광원 분포 상태에 따라 결상 특성의 변동을 정확하게 보정하기 위해, 동공면 위의 조명광의 광원 분포 상태, 레티클 투과율, 노광 영역, 주사 속도, 노광량, 조사 시간 등의 차이로부터 노광 조건에 대해 최적인 보정 계수를 산출할 필요가 있다.
그러나, 보정 계수는 각각의 노광 조건에 대해 상이하고, 노광에 수반하는 열적 변동 현상을 포착하는데 많은 시간을 필요로 한다. 일본 특허 공개 제2002-15997호는 예를 들어, 이하의 모델식을 사용하여 렌즈 가열에 의해 발생된 결상 특성의 변동을 예측하는 방법을 개시하고 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서 τ1 및 τ2는 시간 상수이고, A1 및 A2는 진폭이다.
게다가, 진폭 A1 및 A2는, 진폭을 나타내는 파라미터의 일부, 특히 광 강도, 상면의 크기, 레티클 투과율 및 웨이퍼 반사율과 같은 렌즈에 입사하는 파워에 비례하는 파라미터에 대한 선형 의존성을 상정하여, 이하와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, I는 노광 강도(W/m2)이고, S는 웨이퍼 레벨에서 상면의 크기 또는 레티클 마스크 면적(m2)이고, Tr은 레티클 투과율(순분수 또는 퍼센트)이고, Wrefl은 웨이퍼 반사율(순분수 또는 퍼센트)이고, μ1 및 μ2는 보정 계수이다. 전술된 바와 같이, 결상 특성의 변동을 예측하기 위한 모델식으로서, 렌즈에 입사하는 파워에 비례하는 파라미터에 대한 선형 의존성을 상정하여 모델링함으로써 취득되는 모델식이 알려져 있다.
그러나, 전술된 모델식의 경우에서와 같이, 노광 화각에 대한 진폭 A1 및 A2의 의존성이 동일한 방식으로 선형 형태로 상정되면, 변동이 비교적 큰, 장치의 가동 직후 또는 노광 조건의 변경 직후의 시간대에 결상 특성을 적절하게 예측하는 것이 가능하지 않다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명은 노광 화각의 변경시에 투영 광학계의 결상 특성의 변화를 예측하고, 결상 특성을 보정하는 것이 가능한 노광 기술을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 마스크 위에 형성된 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 기판 위에 투영하는 노광 장치가 제공되고, 이 장치는 결상 특성의 변동을 모델링하는 모델식을 사용하여, 노광에 기인하는 열적 작용에 의해 발생된 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 예측하도록 구성된 예측 유닛과, 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과에 기초하여 결상 특성을 보정하도록 구성된 보정 유닛을 포함하고, 모델식은 결상 특성의 변동을 모델링하고 시간 의존성을 나타내는 복수의 함수의 합성을 포함하고, 복수의 함수의 각각은 노광 화각 의존성을 갖고, 복수의 함수의 노광 화각 의존성은 서로 상이하다.
본 발명에 따르면, 노광 화각의 변경시에도 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 예측하고 결상 특성을 보정하는 것이 가능하다. 노광 화각의 변경시에 투영 광학계에 입사하는 에너지 분포의 변경시에도 결상 특성의 변동을 적절하게 예측하고 결상 특성을 보정하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 특징은 (첨부 도면을 참조하여) 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 투영 광학계의 수차 변동 특성의 예를 도시하는 그래프.
도 3a 및 도 3b는 투영 광학계의 결상 배율 변동 특성의 예측 결과의 예를 각각 도시하는 그래프.
도 4a 및 도 4b는 투영 광학계의 결상 배율 변동 특성의 예측 결과의 예를 각각 도시하는 그래프.
도 5a 및 도 5b는 투영 광학계의 결상 배율 변동 특성의 예측 결과의 예를 각각 도시하는 그래프.
도 6a 및 도 6b는 투영 광학계의 결상 배율 변동 특성의 예측 결과의 예를 각각 도시하는 그래프.
도 7a 및 도 7b는 투영 광학계의 결상 배율 변동 특성의 예측 결과의 예를 각각 도시하는 그래프.
본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다. 실시예에 설명된 구성 요소는 단지 예일 뿐이라는 점에 유의한다. 본 발명의 기술적 범주는 청구범위의 범주에 의해 결정되며 이하의 개별 실시예에 의해 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 결상 특성은 초점, 상면의 만곡, 배율, 왜곡, 비점 수차, 구면 수차, 코마 수차 및 파면 수차 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 상정한다. 당 기술 분야에 알려진 바와 같이, 파면 수차는 파면 형상이 제르니케 다항식(Zernike polynomials)을 사용하여 전개될 때 취득된 각각의 항으로서 표현된다. 게다가, 이들 수차들은 종종 "수차"로 총칭된다.
[제1 실시예]
도 1은 본 실시예에 따른 주사형 노광 장치(이하, 간단히 노광 장치라 칭함)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 노광 장치는 마스크 위에 형성된 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 기판 위에 투영한다. 도 1을 참조하면, 펄스 레이저 광원(101)은 KrF 또는 ArF와 같은 가스로 봉입되고 레이저 광을 발광한다. 펄스 레이저 광원(101)은 예를 들어 원자외선 영역에서 193 nm 광을 발광한다. 펄스 레이저 광원(101)은 공진기를 형성하는 프론트 미러, 노광 파장을 협대역화(narrowbanding)하기 위한 회절 격자 및 프리즘 등으로부터 형성된 협대역화 모듈을 포함한다. 게다가, 펄스 레이저 광원(101)은 분광기, 검출기 등으로부터 형성되고 파장 안정성 및 스펙트럼폭을 모니터링하는 모니터 모듈을 포함한다. 더욱이, 펄스 레이저 광원(101)은 셔터 등을 구비한다.
레이저 제어기(102) 및 전체 노광 장치의 주 제어기(103)가 펄스 레이저 광원(101)의 가스 교환 제어, 파장 안정성을 위한 제어, 인가된 방전 전압의 제어 등을 수행한다. 본 실시예에서, 레이저 제어기(102)는 독립적인 제어를 단독으로 수행하는 대신에 전체 노광 장치의 주 제어기(103)로부터의 명령에 따라 펄스 레이저 광원(101)을 제어한다.
펄스 레이저 광원(101)으로부터 발광된 빔은 조명 광학계(104)의 빔 성형 광학계(도시되지 않음)를 거쳐서 미리 정해진 빔 형상으로 성형된다. 성형된 빔은 광집적기(optical integrator)(도시되지 않음)에 더 입사하여 균일한 조명 분포를 갖는 레티클(109)(후술됨)을 조명하기 위한 다수의 2차 광원을 형성한다.
조명 광학계(104)의 개구 조리개(aperture stop)(105)의 개구부는 거의 원형 형상을 갖는다. 조명계 제어기(108)는 개구부의 직경 및 이어서 조명 광학계(104)의 NA(개구수)를 원하는 값으로 설정할 수 있다. 이 경우에, 기록 매체(110)(후술됨)의 개구수와 조명 광학계(104)의 개구수 사이의 비의 값은 코히어런스 인자(coherence factor)(σ 값)이기 때문에, 조명계 제어기(108)는 조명계의 개구 조리개(105)를 제어함으로써 σ 값을 설정할 수 있다.
하프 미러(106)가 조명 광학계(104)의 광로 위에 배치된다. 레티클(109)을 조명하는 노광광의 일부는 하프 미러(106)에 의해 반사되어 추출된다. 자외광용 포토센서(107)가 하프 미러(106)로부터 반사광의 광로 위에 배치되어 노광광의 강도(노광 에너지)에 대응하는 출력을 발생한다. 펄스 레이저 광원(101)에 의한 각각의 펄스 발광에 대한 적분을 수행하는 적분 회로(도시되지 않음)가 포토센서(107)로부터의 출력을 펄스당 노광 에너지로 변환하고, 조명계 제어기(108)를 거쳐서 노광 장치 본체를 제어하는 주 제어기(103)에 입력한다.
레티클(또는 마스크)(109)은 원판(original)으로서 사용된다. 인쇄될 반도체 디바이스의 회로 패턴이 레티클(109) 위에 형성되고, 조명 광학계(104)에 의해 광이 조사된다. 투영 광학계(110)가 축소 배율(β)(예를 들어, β=1/4)로 레티클(109) 위의 회로 패턴상을 축소하고, 포토레지스트로 코팅된 감광 기판으로서 웨이퍼(115) 위의 하나의 샷 영역(shot area) 위에 상을 포커싱/투영하도록 배치된다. 레티클(109)은 레티클(마스크)을 보유 지지하는 레티클 스테이지(마스크 스테이지)(도시되지 않음) 위에 보유 지지된다. 레티클 스테이지 제어기(130)(마스크 스테이지 제어 유닛)가 레티클 스테이지를 구동시킴으로써 레티클(109)의 위치 및 자세(각도)를 제어할 수 있다.
거의 원형 개구부를 갖는 투영 광학계(110)의 개구 조리개(111)가 투영 광학계(110)의 동공면(레티클을 위한 푸리에 변환면) 위에 배치된다. 모터와 같은 구동 유닛(112)이 개구부의 직경을 제어함으로써 개구 직경을 원하는 값으로 설정할 수 있다.
필드 렌즈 구동 장치(113)(구동 유닛)가 공기압, 압전 소자 등을 사용함으로써 투영 광학계(110)의 렌즈계(광학 소자)의 부분을 형성하는 필드를 투영 광학계(110)의 광축 위에서 이동시킨다. 이는 투영 광학계(110)의 다양한 수차들의 영향을 방지하면서 투영 배율을 최적화함으로써 왜곡 오차를 감소시킨다.
투영 렌즈 제어기(114)가 주 제어기(103)의 제어 하에서 구동 유닛(112) 및 필드 렌즈 구동 장치(113)(구동 유닛)를 제어한다.
웨이퍼를 보유 지지하는 웨이퍼 스테이지(116)(기판 스테이지)가 3차원 방향으로 이동할 수 있고, 투영 광학계(110)의 광축 방향(Z 방향)으로 그리고 광축 방향에 수직인 평면(X-Y 평면) 내에서 이동할 수 있다. 레이저 간섭계(118)가 웨이퍼 스테이지(116) 위에 고정된 이동 미러(117)로부터의 거리를 측정하여 웨이퍼 스테이지(116)의 X-Y 평면 위치를 검출한다. 스테이지 제어기(120)(기판 스테이지 제어 유닛)가 웨이퍼 스테이지(116)를 구동시킴으로써 웨이퍼(115)의 위치 또는 자세(각도)를 제어할 수 있다.
스테이지 제어기(120)는 노광 장치의 주 제어기(103)의 제어 하에서 레이저 간섭계(118)를 사용하여 웨이퍼 스테이지(116)의 위치를 검출하고, 웨이퍼 스테이지(116)를 미리 정해진 X-Y 평면 내의 위치로 이동시키도록 모터와 같은 구동 유닛(119)을 제어한다.
게다가, 투영 광학계(121) 및 검출 광학계(122)는 초점면 검출 유닛을 구성한다. 투영 광학계(121)는 웨이퍼(115) 위의 포토레지스트를 노광하지 않는 비노광광으로부터 형성된 복수의 광빔을 투영한다. 각각의 광빔은 웨이퍼(115) 위에 포커싱되어 반사된다. 웨이퍼(115)에 의해 반사된 각각의 광빔은 검출 광학계(122)에 입사한다.
검출 광학계(122)에서, 복수의 위치 검출용 수광 소자(도시되지 않음)가 각각의 반사된 광빔에 대응하여 배치되고, 각각의 위치 검출용 수광 소자의 수광면은 결상 광학계에 의해 웨이퍼(115) 상의 각각의 광빔의 반사점에 거의 공액된다. 투영 광학계(110)의 광축 방향에서의 웨이퍼(115) 표면의 위치 시프트는 검출 광학계(122)의 대응 위치 검출용 수광 소자 위의 입사 광빔의 위치 시프트로서 측정된다.
이하에는 본 실시예에 따른 노광 에너지의 조사에 기인하는 투영 광학계(110)의 수차 변동(결상 특성의 변동)에 대한 모델식과, 모델식을 정량화하는데 사용되는 각각의 노광 조건에 대한 결상 특성의 변동을 보상하기 위한 보정 계수를 설명할 것이다.
도 2는 노광에 의해 발생된 투영 광학계(110)의 수차의 경시 변화의 예를 도시한다. 횡축은 시간(t)을, 종축은 소정의 상 높이에서 투영 광학계(110)의 수차량(F)을 표현한다. 이 경우에 수차는 예를 들어, 초점, 상면의 만곡, 배율, 왜곡 수차, 비점 수차, 구면 수차 및 코마 수차를 포함할 수 있다. 게다가, 수차 변동량(ΔF)은 일반적으로 각각의 상 높이에서 상이한 값을 취한다. F0를 투영 광학계(110)의 결상 특성값으로서의 수차량의 초기값이라 하면, 투영 광학계(110)가 시간 t0에 펄스 레이저 광원(101)을 사용하여 노광을 시작할 때, 수차는 시간에 따라 변동하고 시간 t1에 미리 정해진 수차량(F1)으로 안정화한다. 그 후에, 노광광이 투영 광학계(110)에 계속 인가되더라도, 열을 발생하기 위해 투영 광학계(110)에 의해 흡수된 에너지 및 투영 광학계(110)에 의해 방출된 열 에너지가 평형 상태에 도달하고, 수차량이 F1으로부터 변화하지 않는다. 노광이 시간 t2에 정지할 때, 수차량은 시간에 따라 초기값으로 복귀한다. 시간 t3에, 수차량은 초기 수차량(F0)이 된다.
도 2의 시간 상수(TS1, TS2)는 투영 광학계(110)의 열 전달 특성의 시간 상수와 등가이다. 이들 시간 상수 및 최대 변동량(F1)은 투영 광학계(110)에 고유한 값이고, 각각의 수차에 대해 상이하다. 따라서, 이러한 값들은 각각의 장치 및 각각의 수차에 대해 결정될 필요가 있다.
그러나, 열적 변동 현상을 포착하기 위해 미리 정해진 시간 이상을 필요로 하고, 다수의 노광 조건 하에서 최대 변동량(F1)을 취득하기 위해 많은 시간을 필요로 한다. 최대 변동량(F1)은 각각의 노광 조건에 대해 상이하다. 게다가, 노광에 수반하는 열적 변동 현상을 완전히 포착하는 것이 곤란하다.
상황 하에서, 렌즈 가열에 의해 발생된 결상 특성의 변동은 모델식을 사용하여 표현되고, 최소 수의 노광 조건 하에서 최대 변동량(F1)은 각각의 노광 조건에 대한 결상 특성의 변동을 효율적으로 예측하기 위해 검사시에 취득된다. 이 경우에, 주 제어기(103)는 결상 특성의 변동의 예측을 실행한다. 주 제어기(103)는 조명계 제어기(108), 레티클 스테이지 제어기(130), 투영 렌즈 제어기(114)(제어 유닛) 및 스테이지 제어기(120)를 결상 특성의 변동의 예측 결과에 기초하여 제어한다. 조명계 제어기(108), 레티클 스테이지 제어기(130), 투영 렌즈 제어기(114) 및 스테이지 제어기(120) 중 적어도 하나는 결상 특성을 보정하기 위해 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과를 사용하여 제어를 수행한다.
결상 특성의 변동은 예를 들어 이하의 지수함수 모델식에 의해 표현된다. 모델식은 결상 특성의 변동을 모델링하는 시간 의존성을 표현하는 복수의 함수의 합성이다. 각각의 함수 Ai(1-e-t/τi)는 노광 화각에 대한 의존성을 갖는다. 노광 화각 의존성은 수학식 7 내지 10을 참조하여 이하에 설명될 것이다.
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서 i는 자연수이고, τi는 시간 상수이고, Ai는 각각의 지수함수의 진폭이다. 각각의 함수는 각각의 계수(파라미터)(τi) 및 각각의 Ai에 대해 규정되고, 수학식 4는 공통 함수를 표현한다. 수학식 4의 우변은 t→∞에 대해 e-t/τi=0에 수렴하기 때문에, 최대 변동량(F1)은 F1 = A1 + A2 + ... + Ai에 의해 제공된다.
다양한 노광 조건을 대처하기 위해, 모델식은 일반적으로 예를 들어 투영계 개구수(NA), 조명계 σ 값, 광 강도, 노광 화각, 레티클 투과율 및 웨이퍼 반사율과 같은 다수의 노광 파라미터의 함수로서 시간 상수(τi) 및 진폭(Ai)을 사용한다.
그러나, 예를 들어, 시간 상수(τi)가 투영계 개구수(NA), 조명계 σ 값 및 노광 화각에 대해 연속적인 변수로서 사용되면, 이들 노광 조건이 변경될 때마다 상이한 시간 상수를 사용하여 결상 특성 예측을 무수히 추가할 필요가 있다. 이는 시스템에 바람직하지 않다.
이 이유로, 일반적으로, 진폭(Ai)은 각각의 투영계에 대해 유한수의 시간 상수(τi)를 사용하여, 예를 들어, 투영계 개구수(NA), 조명계 σ 값, 광 강도, 노광 화각, 레티클 투과율 및 웨이퍼 반사율과 같은 다수의 노광 파라미터의 함수로서 표현된다.
게다가, 합성될 지수함수의 수는 투영계에 대한 요구된 정확도를 달성하기 위해 충분한 최적의 수로서 약 2 또는 3으로 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 본 예에 한정되는 것은 아니다.
결상 배율은 결상 특성으로서 예시될 것이다. 도 3a 및 도 3b는 예를 들어 결상 배율 변동이 2개의 시간 상수를 사용하여 지수함수 모델식에 의해 표현될 때, 결상 배율 변동과 노광 화각 사이의 관계를 도시한다. 도 3a 및 도 3b의 각각의 종축은 이상적인 결상 배율로부터의 편차(결상 배율 변동: ΔF)를 표현하고 있고, 시간 상수(τ1 및 τ2)는 예를 들어 τ1 = 10000 sec, τ2 = 500 sec이다.
도 3a는 미리 설정된 2개의 시간 상수를 사용하여 피팅함으로써 취득된 계수[수학식 4에서 A1 및 A2]에 대한 노광 화각비(S/S0)에 대한 결상 배율 변동(ΔF)을 도시한다. 도 3a를 참조하면, "X", "○" 및 "●"는 A1, A2 및 A1+A2를 각각 표현한다. 도 3a의 횡축은 장치의 최대 노광 화각(S0)으로 노광 화각(S)을 정규화함으로써 취득된 비(노광 화각비: S/S0)를 표현한다.
도 3b는 시간의 함수로서 각각의 노광 화각에서 결상 배율 변동(ΔF)을 플롯팅하는 그래프이다. 이 그래프는 대표적인 노광 화각비로서 S/S0 = 1.0, 0.75 및 0.5에서 결상 배율 변동을 표현하지만, 다른 노광 화각에서의 결상 배율 변동은 생략하고 있다는 점에 유의한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 노광 화각을 제외한 노광 조건, 예를 들어 투영 광학계 개구수(NA), 조명계 σ 값, 광 강도(정확하게는, 단위 노광 면적당 레티클 조사 에너지를 지시함), 레티클 투과율 및 웨이퍼 반사율을 포함하는 노광 조건은 일정한 조건인 것으로 상정한다.
투영 광학계의 검사시에, 장치의 최대 노광 화각에서 A1 및 A2는 A01 및 A02로서 각각 취득된다. 노광 화각의 변경시에 A1 및 A2는 노광 화각, 레티클 투과율 및 웨이퍼 반사율과 같은 렌즈에 입사하는 파워를 변화하는 파라미터를 사용하여 모델식에 의해 예측된다.
각각의 파라미터의 비례 관계를 상정하면, A1 및 A2는 이하의 식에 의해 표현된다.
[수학식 5]
Figure pat00005
[수학식 6]
Figure pat00006
여기서 I는 노광 강도(W/m2)이고, S는 설정 노광 화각(m2)이고, S0는 최대 노광 화각(m2)이고, Tr은 레티클 투과율이고, Wrefl은 웨이퍼 반사율이고, A01 및 A02는 최대 노광 화각(S0)에서 결상 배율 변동의 양으로부터 산출된 계수이다.
노광 화각의 변경시에 A1 및 A2는 도 4a 및 도 4b에 도시된 방식으로 예측된다. 도 4a 및 도 4b의 종축과 횡축 사이의 관계는 도 3a 및 도 3b의 것들과 동일하다. 도 4b는 도 4a의 계수 A1 및 A2를 사용하여 시간의 함수로서 결상 배율 변동(ΔF)을 플롯팅하는 그래프이다. 노광 화각의 변경시에 결상 배율의 변동 특성 예측값[F(t)]은 실제 결상 배율 변동으로부터의 미리 정해진 차이를 나타낸다. 이 차이가 투영계의 요구된 정확도를 만족시키지 않으면, A1 및 A2는, 투영 노광계의 최대 노광 화각이 S0이고 S0 대 설정 노광 화각(S)의 비(S/S0)의 거듭제곱에 비례하는 것으로 상정하여, 이하와 같이 각각 표현된다. 수학식 7 및 8에서, 기호 "^"는 거듭제곱 연산을 표현한다.
[수학식 7]
Figure pat00007
[수학식 8]
Figure pat00008
이 경우에, 거듭제곱 지수(C)는 노광 화각비 의존성을 규정하는 정수이고, 시뮬레이션에 의해 또는 실험 결과로부터 각각의 시스템에 대해 미리 결정된다.
노광 화각의 변경시에 A1 및 A2는 도 5a에 도시된 방식으로 예측된다. 도 5b는 계수 A1 및 A2를 사용하여 시간의 함수로서 결상 배율 변동을 플롯팅하는 그래프이다. 도 5a와 도 5b의 종축과 횡축 사이의 관계는 도 3a와 도 3b의 것들과 동일하다. 노광 화각의 변경시에 결상 배율 예측값은 특정 함수를 사용하여 노광 화각에 대해 노광 화각의의 변화시의 결상 배율 예측값을 모델링함으로써 실제 결상 배율 변동으로 근사될 수 있다.
노광 화각의 변경시에 결상 배율의 변동 예측값[F(t)]은 실제 결상 배율 변동으로부터의 미리 정해진 차이를 나타내고 이러한 모델식의 사용에도 불구하고 투영계의 요구된 정확도를 만족시키지 않는 것으로 상정한다. 이 경우에, 모델링은 정수 C의 조정시에 더 수행된다. 예를 들어, 실제 장치 데이터에 기초하여 정수 C를 조정함으로써 변동 예측값[F(t)]을 실제 결상 배율 변동으로 근사하는 방법이 고려될 수 있다.
예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 결상 배율 변동은 1.0으로부터 3/4 또는 1/2로 투영 노광계의 최대 노광 화각(S0)에 대한 노광 화각(S)의 노광 화각비를 변경함으로써 시간의 함수로서 취득된다. 계수 A1 및 A2는 이어서 취득된 결상 배율 함수 및 각각의 노광 화각비로부터 산출된다.
정수 C는 결상 배율의 변동 예측값[F(t)]과 실제 결상 배율 변동 사이의 차이를 최대화하기 위해 A1 및 A2의 취득된 세트로부터 결정된다.
이 방식으로 정수 C를 최적화하는 것은 예측 정확도를 더 향상시킬 수 있다. 노광 화각의 변경시에 A1 및 A2는 도 6a에 도시된 값들이 된다.
그러나, 도 6b에 도시된 바와 같이, 이 모델식에 따르면, 열을 발생하기 위해 투영 광학계에 의해 흡수된 에너지 및 투영 광학계에 의해 방출된 열 에너지는 평형 상태에 도달한다. 결상 배율이 안정한 상태가 정확하게 예측될 수 있더라도, 노광의 시작으로부터 평형 상태까지의 도중에 또는 노광의 정지 또는 노광 조건의 변경 후에 평형 상태까지의 도중에 결상 배율이 상당히 변경하는 상태를 정확하게 예측하는 것이 때때로 불가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예에서, 결상 배율 변동을 예측하기 위한 모델식은 이하와 같이 규정된다. 수학식 9 및 10에서, C1 및 C2는 노광 화각비 의존성을 규정하는 정수이고, 시뮬레이션에 의해 또는 실험 결과로부터 각각의 시스템에 대해 미리 결정된다.
[수학식 9]
Figure pat00009
[수학식 10]
Figure pat00010
이 경우에, 거듭제곱 지수(C1, C2)는 노광 화각비 의존성을 규정하는 상이한 정수이다. C1 및 C2는 실험 결과로부터 미리 결정된다. 노광 화각의 변경시에 A1 및 A2는 도 7a에 도시된 방식으로 예측된다. 도 7b는 계수 A1 및 A2를 사용하여 시간의 함수로서 결상 배율 변동을 플롯팅하는 그래프이다. 노광 화각비 의존성을 규정하는 정수 C1 및 C2를 사용하는 모델은, 열을 발생하기 위해 투영 광학계에 의해 흡수된 에너지 및 투영 광학계에 의해 방출된 열 에너지가 평형 상태에 도달한 후에 결상 배율이 안정한 상태를 정확하게 예측할 수 있다. 게다가, 이 모델은 노광의 시작으로부터 평형 상태까지의 도중에 또는 노광의 정지 또는 노광 조건의 변경 후에 평행 상태로의 도중에 결상 배율이 상당히 변경하는 상태를 정확하게 예측할 수 있다.
수학식 9 및 10에 의해 표현된 모델식에 따르면, 결상 배율 변동을 정확하게 예측하고 오차를 최소화하는 것이 가능하다.
주 제어기(103)(예측 유닛)는 상기 모델식을 사용하여 결상 배율 변동을 예측한다. 주 제어기(103)는 조명계 제어기(108), 레티클 스테이지 제어기(130), 투영 렌즈 제어기(114) 및 스테이지 제어기(120)를 예측 결과에 기초하여 제어한다.
조명계 제어기(108), 레티클 스테이지 제어기(130), 투영 렌즈 제어기(114) 및 스테이지 제어기(120)는 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과에 기초하여 결상 배율 변동을 보정하는 보정 유닛으로서 기능한다. 조명계 제어기(108), 레티클 스테이지 제어기(130), 투영 렌즈 제어기(114) 및 스테이지 제어기(120)는 예측 결과를 사용하여 제어를 수행함으로써 결상 특성을 보정할 수 있다.
본 실시예는 결상 배율 변동을 예시하고 있다. 그러나, 명백하게, 투영 광학계는 구성에 따라 전술된 것과는 상이한 노광 화각 의존성을 나타낼 수 있다. 이러한 경우에, 최적의 시간 정수의 세트 및 각각의 시간 정수에 대한 화각 의존성을 갖는 모델식이 설정될 수도 있다.
게다가, 본 실시예는 결상 배율 변동을 예시하고 있다. 그러나, 본 실시예는 투영 광학계에 의한 노광시에 렌즈 또는 미러에 의해 열적 작용(예를 들어, 열의 흡수 및 열 방출)에 의해 발생된 임의의 결상 특성의 변동에 적용될 수 있고, 예를 들어 초점, 상면의 만곡, 왜곡, 비점 수차 및 파면 수차에 적용될 수 있다.
게다가, 본 실시예는 주사형 노광 장치를 예시하고 있다. 그러나, 실시예는 스텝 앤드 리피트 방식(step & repeat scheme)의 스텝퍼 노광 장치에 적용될 수 있다. 주사형 노광 장치는 일반적으로 X 방향에서 조명 크기 및 Y 방향에서 주사 거리에 기초하여 노광 화각을 변경하도록 구성된다. Y 방향에서 조명 크기가 변동하지 않으면, X 방향에서 조명 크기로서 투영 광학계 위의 노광광의 입사 면적을 결정하는 파라미터를 판독하는데 문제가 없다.
주사형 노광 장치에서와는 달리, 스텝퍼형 노광 장치에서는, 결상 특성의 변동은 단순히 노광 화각에 의존하지 않고, 결상 특성은 때때로 X 및 Y 방향에서 샷의 크기에 따라 변동한다. 이 경우에, 예를 들어, X 및 Y 방향에서 샷의 크기를 파라미터로서 사용함으로써 최적의 시간 정수의 세트 및 각각의 시간 정수에 대응하는 화각 의존성에 대한 모델식을 설정하는 것이 효과적이다.
[제2 실시예]
본 발명의 실시예에 따른 디바이스를 제조하는 방법은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 디바이스와 같은 마이크로구조체를 갖는 소자를 제조하기 위해 적합하다. 예를 들어, 반도체 디바이스는 웨이퍼(기판) 위에 집적 회로를 형성하는 전 프로세스(pre-process) 및 전 프로세스에서 형성된 웨이퍼 위에 집적 회로칩을 제품으로서 완성하는 후 프로세스(post-process)를 통해 제조된다. 전 프로세스는 노광 장치를 사용하여 마스크를 조명함으로써 감광제로 코팅된 웨이퍼 위에 마스크 위의 패턴의 상을 노광하는 단계와, 웨이퍼를 현상하는 단계를 포함한다. 후 프로세스는 조립 단계(다이싱 및 본딩) 및 패키징 단계(캡슐화)를 포함한다.
예를 들어, 액정 디스플레이 디바이스는 투명 전극을 형성하는 프로세스를 통해 제조된다. 투명 전극을 형성하는 프로세스는 투명 도전막이 증착되는 글래스 기판에 감광제를 도포하는 단계, 전술된 노광 장치를 사용하여 감광제로 코팅된 글래스 기판을 노광하는 단계 및 글래스 기판을 현상하는 단계를 포함한다. 본 실시예의 디바이스 제조 방법은 디바이스 성능, 품질, 생산성 및 생산 비용 중 적어도 하나의 견지에서 종래의 방법보다 더 유리하다.
본 발명의 실시예가 전술되었지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상 및 범주 내에서 다양하게 수정되고 변경될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 모든 이러한 수정 및 등가의 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims (7)

  1. 마스크 위에 형성된 패턴의 상(image)을 투영 광학계를 통해 기판 위에 투영하는 노광 장치이며,
    결상 특성의 변동을 모델링하는 모델식을 사용하여, 노광에 기인하는 열적 작용에 의해 발생된 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 예측하도록 구성된 예측 유닛과,
    상기 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과에 기초하여 상기 결상 특성을 보정하도록 구성된 보정 유닛을 포함하고,
    상기 모델식은 상기 결상 특성의 변동을 모델링하고 시간 의존성을 나타내는 복수의 함수의 합성을 포함하고, 상기 복수의 함수의 각각은 노광 화각 의존성을 갖고, 상기 복수의 함수의 노광 화각 의존성은 서로 상이한, 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 함수의 각각은 설정된 노광 화각을 상기 투영 광학계의 최대 노광 화각으로 정규화함으로써 취득된 비의 거듭제곱에 의해 규정된 계수를 갖는, 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 함수는 상기 거듭제곱의 지수의 값이 서로 상이한, 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 예측 유닛은, 상기 결상 특성으로서, 상기 모델식을 사용하여, 상기 투영 광학계의 초점, 상면의 만곡, 배율, 왜곡, 비점 수차 및 파면 수차 중 하나 이상을 예측하는, 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 상기 투영 광학계의 개구 조리개를 제어하도록 구성된 구동 유닛 및 상기 투영 광학계의 광학 소자를 이동시키도록 구성된 구동 유닛을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과를 사용하여 상기 결상 특성을 보정하도록 제어를 행하는, 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보정 유닛은,
    상기 마스크를 보유 지지하는 마스크 스테이지를 구동시킴으로써 상기 마스크의 위치 또는 각도를 제어하도록 구성된 마스크 스테이지 제어 유닛, 및
    상기 기판을 보유 지지하는 기판 스테이지를 구동시킴으로써 상기 기판의 위치 또는 각도를 제어하도록 구성된 기판 스테이지 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 마스크 스테이지 제어 유닛 및 상기 기판 스테이지 제어 유닛은 상기 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과를 사용하여 상기 결상 특성을 보정하도록 제어를 행하는, 노광 장치.
  7. 디바이스의 제조 방법이며,
    노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 단계와,
    노광된 상기 기판을 현상하는 단계로서, 상기 노광 장치가 마스크 위에 형성된 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 기판 위에 투영하는, 현상하는 단계를 포함하고,
    상기 노광 장치는,
    결상 특성의 변동을 모델링하는 모델식을 사용하여, 노광에 기인하는 열적 작용에 의해 발생된 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동을 예측하도록 구성된 예측 유닛과,
    상기 예측 유닛에 의해 취득된 예측 결과에 기초하여 상기 결상 특성을 보정하도록 구성된 보정 유닛을 포함하고,
    상기 모델식은 상기 결상 특성의 변동을 모델링하고 시간 의존성을 나타내는 복수의 함수의 합성을 포함하고, 상기 복수의 함수의 각각은 노광 화각 의존성을 갖고, 상기 복수의 함수의 노광 화각 의존성은 서로 상이한, 디바이스의 제조 방법.
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