KR20160022849A - 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

제1 파장 대역의 노광 광에 기판이 노광된 경우, 단위 노광 에너지당 투영 광학계의 결상 특성의 변동량으로서 정의되는 제1 파장 대역에 대한 노광 계수는 투영 광학계의 광학 특성의 변동량의 데이터를 사용하여 산출된다. 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역에 대한 노광 계수는 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 산출된다. 제2 파장 대역의 노광 광에 기판이 노광되는 경우, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량은 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 산출된다.

Description

투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF CALCULATING AMOUNT OF FLUCTUATION OF IMAGING CHARACTERISTIC OF PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF FABRICATING DEVICE}
본 발명은 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 산출하는 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 축소 투영 노광 장치가 사용된다. 축소 투영 노광 장치는, 포토레지스트가 도포되어 있는 웨이퍼 상으로 마스크에 형성된 패턴 화상을 그 패턴 사이즈를 축소하여 투영하도록 광원으로부터의 광을 사용하여 마스크(레티클(reticle))를 조명한다.
일본 특허 공개 공보 제2003-203853호(이하 "특허문헌 1”이라고 지칭함)는 기판이 2개의 파장 대역의 노광 광으로 노광되는 노광 장치를 설명한다. 2개의 파장 대역의 노광 광이 사용되는 경우, 기판에 도포된 레지스트가 더 많은 노광 광에 노광될 수 있다. 그러나, 투영 광학계에 가해지는 에너지량 또한 증가한다. 투영 광학계의 굴절률과 같은 광학 특성은, 투영 광학계가 노광 에너지의 일부를 흡수하는 경우 노광 에너지의 흡수를 통해 생성되는 열로 인한 투영 광학계의 온도 변화로 인해 변동된다고 알려져 있다.
투영 광학계가 장시간 노광 광으로 동작하거나 높은 조도의 노광 광에 의해 동작하는 경우, 투영 광학계의 광학 특성의 변동이 증가한다. 조도는 일반적으로, 단위 면적당 표면에 입사되는 광속량(amount of luminous flux)으로서 이해된다. 결과적으로, 수차(aberration), 초점 조정(focusing), 및 배율(magnification)과 같은 투영 광학계의 결상 특성의 변동이 증가함으로써, 무시할 수 없을 양의 초점 이탈(defocusing) 및 오정렬(misalignment)이 일어날 수 있다. 이러한 변동을 억제하기 위해, 노광 에너지에 노광된 투영 광학계의 결상 특성들의 변동을 보정하는 방법이 제안되었다(특허문헌 1 및 일본 특허 공개 공보 평8-21531호(이하, 특허문헌 2라고 지칭됨)).
특허문헌 1에 따르면, 투영 광학계가 노광 광에 의해 조사된 시간량과 수차의 변동량 사이의 관계를 제시한 변동 정보는 노광 광의 파장(예를 들어, i 선의 파장 또는 g 선, h 선, 및 i 선을 포함하는 대역)을 포함하는 파장 대역에 관해 미리 획득되며, 변동 정보를 사용하여 투영 광학계의 결상 특성이 보정된다.
특허문헌 2는 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 나타내는 모델 표현(기능)을 사용하여 변동량의 산출을 설명한다.
특허문헌 1에 설명된 변동 정보는 노광 광을 포함하는 파장 대역을 위해 미리 획득되며, 저장 디바이스에 저장된다. 사용될 노광 광의 강도 및 파장이 변하면 투영 광학계의 결상 특성의 변동량은 변한다. 이러한 이유 때문에, 특허문헌 1에 설명된 기술을 이용하면, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량은 노광 광이 미리 획득된 파장 대역 및 광의 강도를 갖는 경우에만 예측될 수 있다. 즉, 파장 대역 및 광의 강도의 변화가 고려되지 않으며, 이에 따라 파장 또는 광의 강도가 변하는 경우에 변동량을 예측할 때 오류가 존재한다.
특허문헌 2에 설명된 기술에 따르면, 노광 광의 파장 대역이 고려되지 않으며, 이에 따라 노광 광의 파장 대역에 따른 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 획득하는 것이 불가능하다.
이에 따라, 투영 광학계의 결상 특성에 관해서, 예측 변동량과 실제 변동량 사이에 일어나는 오류가 존재할 수 있으며, 투영 광학계의 결상 특성의 고정밀 보정이 수행되지 않을 수 있다.
본 발명에 의하면, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량이 더욱 정확하게 획득된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 다음에 따르는 예시적인 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 노광 장치의 개략도이다.
도 2는 광원으로부터의 광의 스펙트럼을 예시한다.
도 3은 노광으로 인해 발생하는 투영 광학계의 결상 특성의 시간에 따른(time-varying) 변동의 일례를 예시한다.
도 4는 투영 광학계의 결상 특성의 변동이 측정되는 공정들을 예시한다.
도 5는 투영 광학계의 결상 특성의 변동이 측정되는 단계들을 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 파장 대역의 차로 인한 결상 특성의 시간에 따른 변동의 차를 예시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예가 설명될 것이다.
여기에 언급된 결상 특성은 초점 조절, 배율, 왜곡, 비점수차(astigmatism), 구면수차(spherical aberration), 코마수차(coma aberration), 왜곡수차(distortion aberration), 상면만곡(curvature of field), 및 파면수차(wave aberration) 중 하나 이상을 포함한다. 비점수차, 구면수차, 또는 코마수차를 주로 포함하는 수차는 제르니케 다항식들(Zernike polynomials)에 표현된 항으로서 나타낼 수 있다. 비점수차, 구면수차, 코마수차, 왜곡수차, 및 상면만곡은 총괄적으로 “수차”라고 지칭될 수 있다. 광학 특성들은 굴절률 및 투과율을 나타낸다.
제1 실시예
도 1은 노광 장치의 구조의 개략도이다.
광원(101)은 복수의 파장에서 노광 광으로서 광을 방출한다. 여기서, “파장”이라는 용어는 특정 값의 파장 외에도 특정 범위의 파장의 대역폭을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 광원으로는 i 선 및 h 선을 포함하는 대역폭의 광을 방출하는 광원, g 선, h 선, 및 i 선을 포함하는 대역폭의 광을 방출하는 광원 등을 사용한다.
도 2는 광원(101)으로부터 방출된 광의 스펙트럼을 예시한다. 여기서는 광원(101)으로서 초고압 자외선(UV) 램프로부터 방출된 광의 스펙트럼을 설명한다. 초고압 UV 램프는 i 선의 파장(365.0㎚), h 선의 파장(404.7㎚), 및 g 선의 파장(435.8㎚)에서 방출선(emission line)(피크)을 갖는다. 이에 따라, 광원(101)으로부터 방출된 광은 복수의 파장에서 피크(방출선)를 갖는다.
광원(101)으로부터의 광을 사용하여 마스크(109)를 조명하는 조명 광학계(104)는 노광 광 변경 유닛(102)을 포함한다. 노광 광 파장 변경 유닛(102)은 마스크(109) 및 기판(웨이퍼)을 조명하는 노광 광의 파장을 변경할 수 있다. 노광 광 파장 변경 유닛(102)은 상이한 파장 대역들의 광이 투과되는 복수의 타입의 필터들을 포함한다. 이들 필터는 특정 파장 대역(들)(예를 들어, i선만을 포함하는 파장 대역, 및 i선 및 h선만을 포함하는 파장 대역)의 광이 투과하는 필터들을 포함한다. 필터들은 하나 이상의 광학 경로에 배치되도록 스위칭된다. 필터들은 대역 통과 필터, 쇼트-통과 필터(short-pass filter), 롱-통과 필터(long-pass filter) 등을 사용할 수 있다.
광원(101)으로부터 방출된 광은 특정 빔 형상으로 정형되기 위해 조명 광학계(104)의 빔 형성 광학 유닛(미도시)을 투과할 수 있다. 정형된 광 빔은 균일한 조도 분포로 마스크(109)를 조명하기 위해 다수의 이차 광원들을 형성하는 광학 적분기(미도시)로 입사된다.
실질적으로 원형인 개구 조리개(aperture stop)(105)는 조명 광학계(104)의 동공면(pupil plane)에 배치된다. 조명계 제어기(108)는 조명 광학계(104)의 개구수(numerical aperture; NA)를 특정 값으로 설정하기 위해 개구 조리개(105)의 개구(opening)의 사이즈를 제어할 수 있다. 나중에 설명하겠지만, 투영 광학계(110)의 개구수에 대한 조명 광학계(104)의 개구수의 비가 코히어런스 팩터(coherence factor (σ값))를 나타내기 때문에, 조명계 제어기(108)는 개구 조리개(105)를 제어함으로써 σ값을 설정할 수 있다.
빔 스플리터(106)가 조명 광학계(104)의 광학 경로에 배치된다. 마스크(109)를 조명할 노광 광의 일부가 추출되도록 빔 스플리터(106)에 의해 반사된다. 광센서(107)가 빔 스플리터(106)에 의해 반사되는 광의 광학 경로에 배치된다. 광센서(107)는 광원(101)으로부터의 광의 강도(노광 에너지)에 따라 전기 신호를 출력한다.
광센서(107)의 출력 값은 광원(101)의 노광 에너지를 나타내는 값으로 변환된다. 변환 값은 노광 장치 본체를 제어하는 주 제어기(103)(컴퓨터)에 조명계 제어기(108)를 통해 입력된다. 반도체 디바이스의 회로 패턴에 대응하는 패턴이 원본으로서 마스크(레티클)(109) 상에 형성되어 조명 광학계(104)에 의해 조명된다.
투영 광학계(110)는 축소 팩터 β(예를 들어, β = 1/2)를 사용하여 마스크(109)에 형성된 회로 패턴 화상의 사이즈를 축소하며, 포토레지스트가 도포된 감광성 기판인 투영될 웨이퍼(115)의 영역들 중 하나에 화상의 초점을 맞추도록 이 화상을 투영한다. 실질적으로 원형 개구인 개구 조리개(111)는 투영 광학계(110)의 동공면(마스크(109)용의 푸리에 변환면)에 배치된다. 개구 조리개(111)의 개구의 지름 사이즈는 액추에이터와 같은 구동 기구(112)에 의해 제어되며, 이로써 원하는 개구 사이즈가 설정된다.
액추에이터 등을 사용하는 구동 디바이스(113)는 투영 광학계(110)에 포함된 광학 소자를 이동시킨다. 투영 광학계(110)의 광학 소자를 이동시킴으로써, 투영 광학계(110)의 결상 특성이 조정될 수 있다. 따라서, 투영 배율을 개선하면서 수차의 열화를 방지할 수 있다. 투영계 제어기(114)는 구동 기구(112) 및 구동 디바이스(113)를 제어한다.
기판 스테이지(substrate stage)(116)는 웨이퍼(115)를 지지하여, 웨이퍼(115)가 3차원 방향으로 이동할 수 있게 하는데, 다시 말해, 투영 광학계(110)의 광학 축 방향(Z축) 및 투영 광학계(110)의 광학 축 방향에 수직한 평면(X-Y평면) 상으로 이동가능하다. X-Y 평면 상의 기판 스테이지(116)의 위치는 레이저 간섭계(laser interferometer)(118)를 사용하여 기판 스테이지(116)에 단단히 고정된 가동 미러(117)까지의 거리를 측정함으로써 검출된다. 스테이지 제어기(120)는, 레이저 간섭계(118)를 사용하여 기판 스테이지(116)의 위치를 검출하고, 모터 등을 사용하는 구동 기구(119)를 제어함으로써, X-Y 평면 상의 특정 위치로 기판 스테이지(116)를 이동시킨다. 주 제어기(103)는 광원(101), 조명계 제어기(108), 투영계 제어기(114), 및 스테이지 제어기(120)를 전기적 연결을 통해 제어한다. 주 제어기(103)는 노광 계수 저장부(저장 유닛)(123)를 포함하며, 이는 후술될 것이다.
플러드 광학계(flood optical system)(121) 및 검출 광학계(122)는 초점면 검출 유닛(focal plane detection unit)에 포함된다. 플러드 광학계(121)는 웨이퍼(115) 상의 포토레지스트가 감광하지 않는 파장의 비노광 광(non-exposure light)의 복수의 광 빔을 투영한다. 광 빔은 각각 웨이퍼(115) 상에 수렴되어 반사된다. 웨이퍼(115)에 의해 반사된 빔은 검출 광학계(122)에 입사된다. 검출 광학계(122)는 각각의 반사 빔에 대응하는 복수의 위치 검출 광검출기를 포함한다. 빔들이 반사되는 웨이퍼(115) 상의 각각의 지점들 및 각각의 위치 검출 광검출기의 수광면이 결상 광학계에 의해 실질적으로 공액(conjugate)이 된다. 투영 광학계(110)의 광학 축 방향으로의 웨이퍼(115)의 표면 상의 위치의 시프트는 검출 광학계(122)의 위치 검출 광검출기에 입사된 빔의 위치의 시프트로서 측정된다.
다음으로, 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 설명한다.
투영 광학계(110)는 노광 광의 에너지의 일부를 흡수한다. 노광 광의 에너지 흡수를 통해 생성되는 열로 인한 온도 변화가 투영 광학계(110)에 발생함으로써, 투영 광학계(110)의 결상 특성을 변동시킨다.
도 3은 노광으로 인해 발생하는 투영 광학계(110)의 수차의 시간에 따른 변동의 일례를 예시한다. 수평축은 시간 t를 나타내며, 수직축은 일정한 투영 광학계(110)의 소정의 화상 높이에서의 수차량 F를 나타낸다. 수차 변동량은 ΔF로 주어지는데, 통상적으로 화상 높이가 달라지면 달라진다. F0은 투영 광학계(110)의 결상 특성 값으로서 초기 수차량을 나타낸다고 가정한다. 노광이 시간 t0에서 시작하는 경우, 투영 광학계(110)의 수차는 시간이 경과함에 따라 변동하며, 시간 t1에 수차량 F1에서 안정화된다. 그 후, 노광 광으로 투영 광학계(110)의 조사가 계속되는 경우에도, 투영 광학계(110)에 의해 흡수되어 열로 변환되는 에너지와 투영 광학계(110)로부터 방출된 열 에너지가 균형을 이룬다. 이에 따라, 수차량이 F1부터 변동하지 않는다. 노광이 시간 t2에서 중단되는 경우, 수차량은 시간이 경과함에 따라 감소되고, 시간 t3에서 초기 수차량 F0으로 복원된다.
도 3에 예시된 시상수 TS1 및 TS2는 투영 광학계(110)의 열 전달 특성을 위한 시상수와 동일하다. 투영 광학계(110)에 특정되고 결상 특성 간에 상이한 이들 시상수는 투영 광학계(110)의 결상 특성들의 검사 중에 각각의 결상 특성마다 장치별로 획득된다.
수차 변동량 ΔF(변동량 F0 내지 F1)는 투영 광학계(110)가 조사되는 노광 에너지량에 비례하여 변한다. 이에 따라, 수차 변동량 ΔF는 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, K는 노광 광의 단위 에너지당 결상 특성 변동량(노광 계수)이고, Q는 투영 광학계(110)가 조사되는 노광 에너지이다.
특정 시간에서의 수차량이 ΔFk로 주어지면, 특정 시간으로부터 시구간 Δt 동안 광에 노광된 후 수차량 ΔFk + 1은 다음의 수학식으로 근사화된다.
Figure pat00002
여기서, TS1 및 TS2는 각각의 수차 변동량 ΔF 및 각각의 결상 특성을 위해 저장된 시상수이다.
마찬가지로, 투영 광학계(110)가 시구간 Δt 동안 광에 노광되지 않으면, ΔFk + 1는 다음의 수학식에 의해 근사화될 수 있다.
Figure pat00003
앞서 설명한 수 1, 식 2, 및 식 3의 함수를 사용하여 도 3에 예시된 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 표현한 곡선을 모델링함으로써, 광에 대한 노광으로 인한 열에 의해 일어나는 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동이 예측된다. 본 실시예에서, 모델 수학식 1, 수학식 2, 및 수학식 3은 예시이다. 또한, 광에 대한 노광으로 인한 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 모델링하는 수학식들로서, 다른 공지된 모델 수학식이 사용될 수 있다.
투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동 모델은, 노광 광이 투영 광학계(110)를 조명하는 동안 결상 특성의 변동을 표현하는 노광 모델 및 노광 광에 의한 투영 광학계(110)의 조명이 중단되어 있는 동안 결상 특성의 변동을 표현하는 비노광 모델을 포함한다. 전자는 수학식 2로 표현되며, 후자는 수학식 3으로 표현된다.
다음으로, 노광 계수 K를 설명한다. 노광 계수 K는 투영 광학계(110)의 복수의 결상 특성(예를 들어, 초점 조절, 배율, 왜곡수차, 비점수차, 구면수차, 코마수차 등)마다 정의된다. 또한, 노광 계수 K는 개별 노광 상태마다 정의된다. 여기에서, 노광 상태는 투영 광학계(110)의 NA, 조명 광학계(104)의 NA, 조명 광학계(104)의 동공면에 형성된 효과적인 광원의 분포, 마스크(109) 패턴, 조사될 마스크(109) 영역, 중심 위치 등을 포함한다. 그 이유는 이들 노광 조건이 변하는 경우, 투영 광학계(110)에 입사된 광의 에너지 밀도 분포가 변하며, 이로 인해 투영 광학계(110)의 각각의 결상 특성의 변동량 및 화상 높이에 대한 의존성이 변하기 때문이다. 노광 에너지 Q는 노광 에너지가 판단되는 조건(웨이퍼 노광 시간, 노광량, 스테이지 스캔 속도, 마스크(109)의 노광 영역에 대한 정보(사이즈) 등)에 따라 판단된다.
다음으로, 도 4를 참조하여 제1 프로세스 내지 제4 프로세스를 설명한다.
우선, 도 5에 예시된 흐름도를 참조하여, 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 측정하는 프로세스(제1 프로세스)를 설명한다. 이러한 측정 프로세스에서는, 주 제어기(103)의 제어 하에 제1 파장 대역의 노광 광을 사용하여 제1 파장 대역에 대한 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 측정하기 위해, 웨이퍼(115)를 조사하는 노광 광의 파장이 특정 파장 대역(제1 파장 대역)으로 설정된다.
노광 광의 파장은 노광 광 파장 변경 유닛(102)을 사용하여 제1 파장 대역으로 초기 설정된다(S1). 노광 광 파장 변경 유닛(102)은 노광 광의 파장을 제1 파장 대역으로 설정하기 위해 광원(101)으로부터의 광 중에서 제1 파장 대역의 광만을 투과시키는 필터를 광학 경로에 배치한다. 다음으로, 초기 측정 후에, 노광이 수행되고, 결상 특성이 측정된다(S2 및 S3). S2에서, 웨이퍼(115)가 측정용 패턴이 형성된 마스크(109)를 통해 광에 노광된다. S3에서, 웨이퍼(115)에 형성된 패턴의 선 폭, 형상 등이 측정 디바이스를 사용하여 측정된다. 그 다음, 측정에 의해 획득된 데이터를 사용하여, 결상 특성의 값(변동량)이 산출된다.
S4에서, 주 제어기(103)는 웨이퍼(115)가 노광될 시간으로서 미리 정해진 특정 시간이 경과했는지 여부를 판단한다. 특정 시간이 경과되지 않았다면, S2 및 S3가 반복된다. 특정 시간이 경과되었다면, 프로세싱이 S5로 진행한다.
S5에서, 주 제어기(103)는 측정 횟수로서 미리 설정된 수에 도달했는지 여부를 판단한다. 미리 설정된 수에 도달되지 않으면, S2 및 S3이 반복된다. 미리 설정된 수에 도달되면, 노광이 종료된다. 이로 인해, 특정 시간이 경과하고 미리 설정된 수에 도달될 때까지 S2 및 S3이 반복되며, 이로써 결상 특성의 변동의 시간 이산 데이터(time-discrete data)를 획득한다.
다음으로, 노광이 중단된 후, 투영 광학계(110)의 결상 특성 값이 노광 시작 시에 측정된 초기 값 F0으로 복원될 때까지 결상 특성의 변동량이 측정된다(S6).
복수의 타입의 결상 특성의 변동 데이터가 요구되는 경우, 결상 특성 각각이 마찬가지로 측정된다. 측정 간의 시간 간격, 특정 시간, 및 미리 설정된 숫자가 보정될 수차 또는 장치에 따라 변한다.
다음으로, 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 K가 제1 프로세스에서 획득된 결상 특성의 변동의 측정 데이터를 사용하여 산출되는 프로세스(제2 프로세스)를 설명한다.
결상 특성 변동의 근사화 수학식은 제1 프로세스에 획득된 결상 특성의 변동의 측정 데이터를 사용하여 초기에 산출된다. 결상 특성 변동의 측정 데이터로부터의 잔류 오차가 최소화되도록 근사화 수학식이 판단된다. 그 다음, 결상 특성의 변동량 ΔF은 근사화 수학식에 따라 산출된다. 그 다음, 수학식 1에 따라, 노광 계수 K의 값을 획득하기 위해 변동량 ΔF를 노광 에너지 값 Q로 나눈다.
다음으로, 제2 파장 대역에 대한 노광 계수가 산출되는 프로세스(제3 프로세스)를 설명한다. 제2 파장 대역의 파장들은 제1 파장 대역의 파장들과 상이하다. 예를 들어, 제1 파장 대역은 i선을 포함하며, 제2 파장 대역은 h선을 포함한다고 가정한다. 파장들에 관해 투영 광학계(110)에 포함된 광학 소자의 투과율과 같은 광학 특성들의 차 및 광원(101)으로부터 출력된 광의 강도 차로 인해 결상 특성의 변동량과 노광 조건들이 동일하거나 상이한 경우에도, 서로 상이한 파장 대역들이 보인다. 도 6a는 제1 파장 대역을 갖는 결상 특성의 시간에 따른 변동 및 제2 파장 대역을 갖는 결상 특성의 시간에 따른 변동을 예시한다. 앞서 설명된 수학식 1, 수학식 2, 및 수학식 3으로 결상 특성의 변동량이 예측된다. 이러한 이유로, 제2 파장 대역을 갖는 결상 특성의 변동량이 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 예측되는 경우, 도 6b에 예시된 바와 같이 오류가 발생한다.
따라서, 노광 광의 강도 차, 투영 광학계(110)에 포함된 광학 소자의 광학 특성 차, 예를 들어 파장에 관한 투과율 등을 고려하여 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 활용함으로써 제2 파장 대역에 대한 노광 계수가 산출된다. 제1 프로세스에서 사용되는 제1 파장 대역의 노광 광의 강도가 α1이고, 제2 파장 대역의 노광 광의 강도가 α2이고, 투영 광학계(110)의 광 투과율에 관해 제1 파장 대역에서의 광 투과율이 β1이고, 제2 파장 대역의 광 투과율이 β2이고, 기준 노광 계수인 제1 파장 대역에 대한 노광 계수가 K(1)인 경우, 제2 파장 대역에 대한 노광 계수 K(2)는 다음 수학식 4에 의해 획득될 수 있다.
Figure pat00004
산출된 노광 계수 K(1) 및 K(2)는 주 제어기(103)의 노광 계수 저장부(123)에 저장된다. 즉, 노광 계수 저장부(123)는, 산출된 노광 계수 K(1) 및 K(2)에 대응하는 데이터를 저장하고 액세스하게 하는 랜덤 액세스 메모리와 같은 메모리 디바이스(저장 유닛)로서 이해될 수 있다. 강도 비 및 투과율 비를 사용하여 제2 파장 대역에 대한 노광 계수가 제1 파장 대역에 대한 노광 계수로부터 산출됨에도 불구하고, 제2 파장 대역에 대한 노광 계수는 강도 비 및 투과율 비 이외의 파라미터를 사용하여 산출될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 원하는 파장 대역의 노광 광의 노광 계수는 제1 파장 대역의 노광 광을 사용하여 결상 특성을 실제로 측정하는 것에 의해서만 산출될 수 있다. 이에 따라, 측정에 걸리는 시간이 감소될 수 있다.
다음으로, 노광 계수를 사용하여 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동을 예측하고 보정하는 프로세스(제4 프로세스)를 설명한다.
노광 광 파장 변경 유닛(102)은 사용자에 의해 입력된 데이터에 따라 설정된 파장으로 노광 장치가 웨이퍼(115)를 실제 조명할 수 있도록 초기에 설정된다. 예를 들어, 사용될 파장에 관한 데이터는 사용자에 의해 입력 스크린 등으로부터 입력되며, 노광 광 파장 변경 유닛(102)은 입력 데이터에 따라 적당한 필터를 선택하고 광학 경로에 필터를 배치한다.
앞서 설명된 제3 프로세스의 경우와 같이, 사용될 노광 광의 파장에 관한 데이터를 사용하여, 주 제어기(103)는 노광 계수 저장부(123)에 저장된 제1 파장 대역에 대한 노광 계수로부터 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 산출한다. 노광 및 비노광 동안의 결상 특성의 시간에 따른 변동은 수학식 2 및 수학식 3을 사용하여 산출된 노광 계수 K 및 노광 에너지 Q로부터 예측된다. 예측된 데이터를 사용하여, 주 제어기(103)는 결상 특성의 변동량에 의해 생성되는 효과들을 감소시키기 위해 제어 정보를 산출하고, 가동부(movable part)(투영 광학계(110)의 광학 소자, 마스크 스테이지, 및 기판 스테이지(116) 중 하나 이상)를 제어한다. 가동부가 노광 전에 제어되는 경우, 제어 정보는 노광 장치별로 설정된 오프셋량 및 공기압 센서(pneumatic sensor)에 의해 일어나는 투영 광학계(110) 주위의 주변 가스의 압력이 투영 광학계(110)에 끼치는 효과를 고려하여 산출될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 노광 계수(모델 수학식)는 각각의 파장 대역의 노광 광의 특성을 고려하여 획득된다. 이로 인해, 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동량은 더 정확히 획득될 수 있다. 따라서, 광학 특성의 변동량에 의해 생성된 효과들은 더 감소될 수 있다.
앞서 설명된 예시에서의 제2 파장 대역의 노광 광에 웨이퍼(115)가 노광되는 경우에 이 기술이 적용됨에도 불구하고, 이는 기술의 적용범위를 제한하지 않는다. 여기에서의 기술이 제1 파장 대역 및 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 웨이퍼(115)가 노광되는 경우에도 이 기술이 적용될 수 있다.
제1 파장 대역 및 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 웨이퍼(115)가 노광되는 경우, 주 제어기(103)(산출 유닛)는 미리 저장된 노광 계수 K(1) 및 K(2)를 사용하여 제1 파장 대역 및 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광을 위한 합성 노광 계수 K(1+2)를 산출한다.
웨이퍼(115)가 광에 노광되는 경우, 노광 광의 제1 파장 대역의 광 및 제2 파장 대역의 광의 강도들은 요구되는 초점 심도 및 패턴 해상도에 따라 설정된다. 이에 따라, 노광 계수들은 이들 강도에 따라 산출될 필요가 있다. 투영 광학계(110)를 통해 실제로 투과된 제1 파장 대역 및 제2 파장 대역의 노광 광의 강도는 노광 광 파장 변경 유닛(102)의 필터의 투과율 특성에 따라 판단된다.
제1 파장 대역을 위한 비 ε1 및 제2 파장 대역을 위한 비 ε2를 사용하여, 합성 노광 계수 K(1+2)는 수학식 5에 의해 다음과 같이 산출된다.
Figure pat00005
ε1가 0인 경우는 제2 파장 대역의 광만을 포함하는 노광 광을 이용하여 노광이 수행되는 경우이며, ε2가 0인 경우는 제1 파장 대역의 광만을 포함하는 노광 광을 이용하여 노광이 수행되는 경우이다. ε1 및 ε2는 예를 들어, 실제 사용된 파장 대역의 노광 광의 강도와 개별 파장 대역에 대한 투영 광학계(110)의 투과율의 곱에 따라 설정함으로써 산출되는 임의의 값이다.
2개의 파장 대역, 즉 제1 파장 대역 및 제2 파장 대역을 설명하였지만, 합성 노광 계수는 2개의 파장 대역만을 위해 산출될 수 있으며, 합성 노광 계수는 3개 이상의 파장 대역을 위해서도 마찬가지로 산출될 수 있다. 예를 들어, 각각의 파장 대역을 위한 비가 εn (n = 1, 2, 3 ...)으로 표현되는 경우, 임의의 파장 대역에 관한 합성 노광 계수 Kx는 수학식 6에 의해 표현되는 바와 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00006
노광 광 파장 변경 유닛(102)은 사용자에 의해 입력된 데이터에 따라 설정된 파장의 광에 웨이퍼(115)가 실제 노광될 수 있도록 설정된다. 사용될 파장에 관한 데이터를 사용하여, 주 제어기(103)는 실제 사용될 노광 광을 위한 합성 노광 계수를 산출하기 위해 노광 계수 저장부(123)에 저장된 파장 대역마다의 비(노광 계수)를 획득한다. 노광 및 비노광 동안의 결상 특성의 시간에 따른 변동은 수학식 2 및 수학식 3을 사용하여 산출된 합성 노광 계수 K 및 노광 에너지 Q로부터 예측된다. 예측된 데이터를 사용하여, 주 제어기(103)는 결상 특성의 변동량에 의해 생성되는 효과들을 감소시키기 위해 제어 정보를 산출하고, 가동부(투영 광학계(110)의 광학 소자, 마스크 스테이지, 및 기판 스테이지(116)중 하나 이상)를 제어한다.
다음, 가동부를 제어하는 방법을 설명한다. 투영 광학계(110)는 결상 특성을 동적으로 보정하기 위해 원하는 방향으로 광학 소자를 구동하도록 부착된 구동기를 포함한다. 주 제어기(103)에 의해 산출된 제어 정보가 투영 광학계(110)에 송신됨으로써, 발생된 수차를 보정하기 위해 광학 소자가 원하는 방향으로 구동될 수 있다. 나아가, 예를 들어 투영 광학계(110)의 초점이 변동되는 경우, 주 제어기(103)는 웨이퍼(115)의 표면이 최상 초점 위치가 되도록 스테이지 제어기(120)에 보정량을 송신한다. 웨이퍼(115)가 위치하는 기판 스테이지(116)는 웨이퍼(115) 및 기판 스테이지(116)의 위치 및 자세를 제어하기 위해 Z축 방향으로 구동되거나 기울어진다. 또한, 투영 광학계(110) 및 마스크(109)가 위치한 마스크 스테이지는 제어기에 의해 제어될 수 있다.
본 실시예에서, 변동하는 결상 특성이 가동부를 구동함으로써 보정되는 방법을 설명하였다. 그러나, 이 방법은 앞선 설명으로 한정되는 것은 아니다. 예측된 변동량이 임계치를 초과하는 경우 주 제어기(103)에 결상 특성의 변동량을 위한 임계치를 저장하고 노광량을 감소시킬 수 있으며, 또는, 예를 들어 노광을 중단시킴으로써 부하의 노광을 조정하여 변동량을 직접 감소시킬 수 있다.
어떤 화상 높이에서의 변동량의 변동 및 보정을 위한 모델을 설명하였음에도 불구하고, 임의의 화상 높이에서의 변동량은 화상 높이를 따라 종래의 변동 모델을 사용하여 예측되고 보정될 수 있다.
노광을 위한 앞서 설명된 조건들이 변하는 경우, 노광 계수는 노광 조건 각각에 따라 산출된다. 동일한 노광 조건 하에서, 결상 특성의 변동량은 앞서 설명된 바와 같이 정확히 예측될 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼(115)는 양호한 상태로 광에 노광될 수 있다.
제2 실시예
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스(반도체 디바이스, 액정 디스플레이 디바이스 등)를 제조하는 방법을 설명한다. 여기에서는 일례로서, 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 설명한다.
반도체 디바이스는 집적 회로들이 웨이퍼에 제조되는 프론트 엔드 프로세스 및 프론트 엔드 프로세스에서 웨이퍼에 제조된 집적 회로 칩 각각이 제품으로서 완성되는 백 엔드 프로세스를 통해 제조된다. 프론트 엔드 프로세스는 앞서 설명한 노광 장치를 이용하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 광에 노광하는 단계 및 웨이퍼를 현상하는 단계를 포함한다. 노광 단계에서, 앞서 설명한 바와 같이, 투영 광학계(110)의 결상 특성의 변동량이 감소하도록 제어를 수행하기 위해 예측되는 동안 웨이퍼가 광에 노광된다. 백 엔드 프로세스는 조립(다이싱 및 본딩) 및 패키징(밀봉) 단계를 포함한다. 액정 디스플레이 디바이스는 투명 전극이 형성되는 프로세스를 통해 제조된다. 투명 전극을 형성하는 프로세스는 투명 전도막이 증착법에 의해 형성된 유리 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계, 앞서 설명된 노광 장치를 사용하여 포토레지스트가 도포된 유리 기판을 노광하는 단계, 및 유리 기판을 현상하는 단계를 포함한다. 이 실시예에 따라 디바이스를 제조하는 방법을 이용하면, 종래 기술을 통해 제조된 디바이스보다 고품질의 디바이스가 제조될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되는 동안, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다는 점이 이해될 수 있다. 다음의 청구항의 범위는 이러한 모든 수정예 및 균등 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 광원으로부터의 광을 사용하여 마스크를 조사하고 투영 광학계를 사용하여 기판 상으로 상기 마스크의 패턴의 화상을 투영하는 노광 장치의 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법이며,
    상기 기판을 노광하는 노광 광이 제1 파장 대역의 광인 경우 상기 투영 광학계의 광학 특성의 변동량의 데이터를 사용함으로써 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 - 상기 노광 계수는 단위 노광 에너지당 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량으로서 정의됨 - 를 산출하는 단계;
    상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 산출하는 단계;
    상기 기판이 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 노광되는 경우 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 합성 노광 계수를 산출하는 단계; 및
    상기 기판이 상기 투영 광학계에 의해서 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광으로 노광되는 경우 상기 합성 노광 계수를 사용하여 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 산출하는 단계를 포함하는, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여, 상기 제1 파장 대역의 광의 강도, 상기 제2 파장 대역의 광의 강도, 및 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 대한 상기 투영 광학계의 투과율에 따른 상기 합성 노광 계수를 산출하는 단계를 더 포함하며,
    상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량은, 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 상기 노광 광에 상기 기판이 노광되는 경우 상기 합성 노광 계수를 사용하여 산출되는, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 산출하는 단계에서, 상기 노광 계수는 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 노광 에너지량으로 나눔으로써 산출되는, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수는, 상기 제1 파장 대역의 광의 강도에 대한 상기 제2 파장 대역의 광의 강도의 비 및 상기 제1 파장 대역의 투과율에 대한 상기 제2 파장 대역의 투영 광학계의 투과율의 비를 사용하여 산출되는, 투영 광학계의 결상 특성의 변동량 산출 방법.
  5. 광원으로부터의 광을 사용하여 마스크를 조사하는 조명 광학계;
    기판 상으로 상기 마스크의 패턴의 화상을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광 광의 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 노광 광의 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 저장하는 저장 유닛으로서, 상기 제2 파장 대역은 상기 제1 파장 대역과 상이하고, 상기 기판은 상기 노광 광에 노광되고, 각각의 노광 계수는 단위 노광 에너지당 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량으로서 정의되는, 저장 유닛; 및
    상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 산출하는 산출 유닛을 포함하며,
    상기 저장 유닛은 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 저장하고, 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수는 상기 노광 광이 상기 제1 파장 대역의 광인 경우 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량의 데이터를 사용하여 산출되고, 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수는 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 산출되며,
    상기 산출 유닛은, 상기 기판이 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 노광되는 경우 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 합성 노광 계수를 산출하고,
    상기 산출 유닛은, 상기 기판이 상기 투영 광학계에 의해서 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 노광되는 경우에 상기 합성 노광 계수를 사용하여 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 산출하는, 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투영 광학계, 상기 마스크를 지지하는 마스크 스테이지, 및 상기 기판을 지지하는 기판 스테이지 중 하나 이상은 상기 투영 광학계의 결상 특성의 산출된 변동량을 사용하여 제어되는, 노광 장치.
  7. 기판을 노광하는 노광 광이 제1 파장 대역의 광인 경우 노광 장치의 투영 광학계의 광학 특성의 변동량의 데이터를 사용함으로써 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 - 상기 노광 계수는 단위 노광 에너지당 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량으로서 정의됨 - 를 산출하는 단계;
    상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 산출하는 단계;
    상기 기판이 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광에 노광되는 경우 상기 제1 파장 대역에 대한 노광 계수 및 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 합성 노광 계수를 산출하는 단계;
    상기 기판이 상기 투영 광학계에 의해서 상기 제1 파장 대역의 광과 상기 제2 파장 대역의 광을 포함하는 노광 광으로 노광되는 경우 상기 합성 노광 계수를 사용하여 상기 투영 광학계의 결상 특성의 변동량을 산출하는 단계;
    광원으로부터의 광을 이용해서 마스크를 조사하고, 상기 제2 파장 대역에 대한 노광 계수를 사용하여 상기 투영 광학계의 상기 산출된 결상 특성의 변동량을 사용해 상기 투영 광학계의 결상 특성을 제어함으로써, 상기 투영 광학계를 이용해서 상기 마스크의 패턴의 화상을 상기 기판으로 투영하는 단계; 및
    상기 광에 노광된 기판을 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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