KR20200109261A - 노광 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

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고지 미카미
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

원판의 패턴을 투영 광학계를 통해서 기판에 투영하고 상기 기판을 노광하는 노광 장치가 제공된다. 상기 장치는, 상기 원판과 상기 기판 사이의 노광광의 광로 상에 배치된 수차 보정 부재, 및 상기 수차 보정 부재를 구동하도록 구성되는 구동부를 포함한다. 상기 수차 보정 부재는, 상기 노광광의 광축에 관해서 3회 회전 대칭인 비구면 형상을 갖는 제1 면을 포함하는 제1 광학 소자, 및 상기 광축을 따라 상기 제1 광학 소자로부터 이격되어 있고, 상기 제1 면과 대향하고 상기 제1 광학 소자에 의해 발생하는 수차를 상보적으로 보정하는 비구면 형상을 갖는 제2 면을 포함하는, 제2 광학 소자를 포함한다. 상기 구동부는, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 중 적어도 하나의 상기 광축 둘레의 회전과 상기 광축을 따르는 구동 중 적어도 하나를 행한다.

Description

노광 장치 및 물품 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 플랫 패널 디스플레이의 제조에 노광 장치가 사용된다. 반도체 디바이스의 고집적화 및 플랫 패널 디스플레이의 고해상도 표준화에 수반하여, 배선의 미세화 및 다층화가 향상되고 있다. 패턴의 미세화에 수반하여, 층 사이의 더 높은 중첩 정밀도가 요구되고 있다. 한편에서, 배선층에서는, 반도체 제조 공정이 후공정이 됨에 따라, 하층(underlayer) 노광 시의 프로세스 처리 후의 배율, 디스토션, 기판의 휨 등과 같은 국소적인 왜곡이 각 샷 영역에서 발생하며, 이는 중첩 정밀도의 저하 등의 문제를 초래한다.
일본 특허 제3064432호는, 비-축대칭 렌즈를 사용하지 않고, 투영 렌즈의 일부 소자를 경사지게 함으로써, 회전 대칭 또는 2회 대칭 성분이 아닌, 비등방적인 디스토션 형상을 보정하는 기술을 개시하고 있다. 일본 특허 공개 제2014-120682호는 2회 대칭 수차를 보정하는 기술을 개시하고 있다.
근년, 디바이스 비용을 저감시키기 위한 노광 장치의 생산성의 향상, 즉 단위 시간당의 기판 처리 매수에 대응하는 스루풋의 향상이 중요시되고 있다. 따라서, 고속 스테이지 구동, 노광 조도의 향상 등이 요구되고 있다. 그러나, 이들을 처리하기 위해서는, 인접하는 샷의 노광열에 의해 발생하는 기판의 팽창/수축으로 인한 노광 샷의 왜곡을 무시할 수 없다. 인접하는 샷에 가까울수록, 열의 영향으로 인해 열 팽창이 커진다. 따라서, 샷 영역의 상, 하, 좌 및 우 부분에서 배율이 변화하고, 이는 비대칭 디스토션 형상을 발생시키는 하나의 요인이다.
일본 특허 제3064432호는 광학 소자를 경사지게 하는 것에 의한 비등방적인 디스토션의 보정을 언급하고 있다. 그러나, 이 기술에서는, 디스토션의 발생과 함께 코마 수차 또는 상고(image height) 간에 변화하는 비점 수차(astigmatism)가 발생하여, 비대칭적인 디스토션만을 효율적으로 보정하는 것은 불가능하다. 또한, 일본 특허 공개 제2014-120682호는, 수직/수평 배율 차의 보정만을 개시하며, 사다리꼴 형상으로 변형된 샷 영역의 보정은 개시하지 않는다.
본 발명은, 예를 들어 샷 영역의 형상의 보정의 점에서 유리한 노광 장치를 제공한다.
본 발명은 그 일 양태에서 원판의 패턴을 투영 광학계를 통해서 기판에 투영하고 상기 기판을 노광하는 노광 장치를 제공하며, 상기 장치는, 상기 원판과 상기 기판 사이의 노광광(exposure light)의 광로 상에 배치된 수차 보정 부재, 및 상기 수차 보정 부재를 구동하도록 구성되는 구동부를 포함하고, 상기 수차 보정 부재는, 상기 노광광의 광축에 관해서 3회 회전 대칭인 비구면 형상을 갖는 제1 면을 포함하는 제1 광학 소자, 및 상기 광축을 따라 상기 제1 광학 소자로부터 이격되어 있고, 상기 제1 면과 대향하고 상기 제1 광학 소자에 의해 발생하는 수차를 상보적으로 보정하는 비구면 형상을 갖는 제2 면을 포함하는 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 중 적어도 하나의 상기 광축 둘레의 회전과 상기 광축을 따르는 구동 중 적어도 하나를 행한다.
본 발명의 추가적인 특징은 (첨부된 도면을 참고한) 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 도면이고;
도 2는 제1 실시형태에 따른 수차 보정 부재의 구성을 도시하는 도면이고;
도 3a 내지 도 3d는 수직/수평 배율 차에 의한 상 어긋남 수차의 예를 도시하는 도면이고;
도 4a 내지 도 4d는 수차 보정 부재가 구동될 때 발생하는 사다리꼴 디스토션 예를 각각 도시하는 도면이고;
도 5a 및 도 5b는 제1 실시형태에 따른 수차 보정 부재의 광학 소자 각각의 면 형상의 예를 도시하는 도면이고;
도 6a 내지 도 6c는 제1 실시형태에 따른 수차 보정 부재의 구동 모드를 도시하는 도면이고;
도 7은 제1 실시형태에 따른 노광 방법을 도시하는 흐름도이고;
도 8a 및 도 8b는 웨이퍼 내의 샷 노광의 순서의 예를 각각 도시하는 도면이고;
도 9a 및 도 9b는 사다리꼴 성분의 비대칭성을 각각 도시하는 도면이며;
도 10은 제2 실시형태에 따른 노광 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태를 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태는 청구 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라는 것에 유의한다. 실시형태에는 다수의 특징이 기재되어 있지만, 발명은 이러한 특징 모두를 필요로 하는 것으로 한정되 않고, 다수의 이러한 특징이 적절히 조합될 수 있다. 또한, 첨부 도면에서는, 동일 또는 마찬가지의 구성에 동일한 참조 번호를 부여하고, 중복한 설명은 생략한다.
<제1 실시형태>
도 1은 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 본 명세서 및 첨부 도면에서, 기판으로 이용되는 웨이퍼(115)의 표면(수평면)을 X-Y 평면으로 하는 XYZ 좌표계에서 방향을 나타낸다. XYZ 좌표계의 X축, Y축, 및 Z축에 평행한 방향을 각각 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향으로 한다. X축 둘레의 회전, Y축 둘레의 회전, 및 Z축 둘레의 회전을 각각 θX, θY, 및 θZ로 한다.
주제어부(103)는, 노광 프로세스를 행하기 위해서 후술하는 노광 장치의 각 구성요소를 포괄적으로 제어한다. 주제어부(103)는 예를 들어 CPU 및 메모리(저장 유닛)을 포함하는 컴퓨터 장치에 의해 구현될 수 있다.
광원(100)은, 다양한 파장 대역을 갖는 복수의 광속을 노광광으로서 출력할 수 있다. 광원(100)으로부터 사출된 광은, 조명 광학계(104)의 정형 광학계(도시되지 않음)를 통해서 미리결정된 형상으로 정형된다. 정형된 광은 옵티컬 인터그레이터(도시되지 않음)에 입사하고, 여기서 후술하는 레티클(109)을 균일한 조도 분포로 조명하기 위해서 복수의 2차 광원이 형성된다.
조명 광학계(104)의 개구 조리개(105)의 개구부의 형상은, 대략 원형이며, 조명 광학계 제어부(108)에 의해 그 개구부의 직경 및 따라서 조명 광학계(104)의 개구수(NA)를 원하는 값으로 설정할 수 있게 된다. 이 경우, 투영 광학계(110)의 개구수에 대한 조명 광학계(104)의 개구수의 비의 값이 코히렌스 팩터(σ값)이기 때문에 조명 광학계 제어부(108)는 조명 광학계(104)의 개구 조리개(105)를 제어함으로써 σ값을 설정할 수 있다.
조명 광학계(104)의 광로 상에는 하프 미러(106)가 배치되고, 레티클(109)을 조명하는 노광광의 일부가 하프 미러(106)에 의해 반사되어서 취출된다. 하프 미러(106)의 반사광의 광로 상에는 자외광용의 포토센서(107)가 배치되고, 노광광의 강도(노광 에너지)에 대응하는 출력을 발생시킨다. 원판(마스크)으로서 이용되는 레티클(109)에는 인쇄될 반도체 디바이스 회로의 패턴이 형성되어 있고, 조명 광학계(104)에 의해 조명된다. 투영 광학계(110)는, 레티클(109)의 패턴을 축소율(β)(예를 들어, β=1/2)로 축소하고, 이를 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(115) 상의 1개의 샷 영역에 투영하도록 배치된다. 투영 광학계(110)는 굴절형 광학계, 또는 반굴절형 광학계 등일 수 있다.
투영 광학계(110)의 퓨필면(레티클에 대한 푸리에 변환면(Fourier transform plane)) 상에는, 대략 원형의 개구부를 포함하는 개구 조리개(111)가 배치되고, 모터 등의 개구 조리개 구동부(112)에 의해 개구부의 직경을 제어할 수 있다. 광학 소자 구동부(113)는, 필드 렌즈와 같은, 투영 광학계(110) 중의 렌즈계의 일부를 구성하는 광학 소자를, 투영 광학계(110)의 광축을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 투영 광학계(110)의 다양한 유형의 수차를 저감하면서, 투영 배율을 향상시키고 왜곡 오차를 저감시킨다. 투영 광학계 제어부(114)는, 주제어부(103)의 제어하에, 개구 조리개 구동부(112) 및 광학 소자 구동부(113)를 제어한다.
웨이퍼(115)를 보유지지하는 웨이퍼 스테이지(116)(기판 스테이지)는, 3차원 방향으로 이동가능하고, 투영 광학계(110)의 광축 방향(Z 방향)으로 및 광축 방향에 직교하는 면(X-Y면) 내를 이동할 수 있다. 상기한 바와 같이, 웨이퍼(115)의 표면(수평면)을 X-Y 평면으로서 설정한다는 것에 유의한다. 따라서, 도 1에서는, Z축은 투영 광학계(110)의 광축과 평행하게 그리고 웨이퍼(115)로부터 레티클(109)을 향하는 방향으로 연장되고, X축 및 Y축은 Z축과 수직한 평면 상에서 서로 직교하는 방향으로 연장된다. 도 1에서, Y축은 도면의 평면 내에 있고, X축은 도면에 대하여 수직이며 도면의 표측을 향해 연장된다. 레이저 간섭계(118)에 의해 웨이퍼 스테이지(116)에 고정되는 이동 거울(117)로부터의 거리를 측정함으로써, 웨이퍼 스테이지(116)의 X-Y 면 위치가 검출된다. 또한, 얼라인먼트 계측계(124)(계측 장치)를 사용하여, 웨이퍼(115)와 웨이퍼 스테이지(116) 사이의 위치 어긋남이 계측된다. 노광 장치의 주제어부(103)의 제어하에 있는 스테이지 제어부(120)는, 얼라인먼트 계측계(124)를 사용한 계측 결과에 기초하여, 모터 등의 스테이지 구동부(119)를 제어함으로써, 웨이퍼 스테이지(116)를 미리결정된 X-Y 면 위치로 이동시킨다.
발광 광학계(121) 및 검출 광학계(122)는 포커스면을 검출한다. 발광 광학계(121)는 웨이퍼(115) 상의 포토레지스트를 감광시키지 않는 비노광광에 의해 형성되는 복수의 광속을 발광하고, 각각의 광속은 웨이퍼(115) 위에 집광되어 반사된다. 웨이퍼(115)에 의해 반사된 광속은 검출 광학계(122)에 입사된다. 도시되지 않지만, 각 반사 광속에 대응하는 복수의 위치 검출용의 수광 소자가, 검출 광학계(122) 내에 배치되어 있고, 각 수광 소자의 수광면과 웨이퍼(115) 상에서의 각 광속의 반사 점이 결상 광학계에 의해 실질적으로 공액이 되도록 배치된다. 투영 광학계(110)의 광축 방향에서의 웨이퍼(115)의 면의 위치 어긋남은, 검출 광학계(122) 내의 위치 검출용의 수광 소자에 입사하는 광의 위치 어긋남으로서 계측된다.
레티클(109)과 웨이퍼(115) 사이의 노광광 광로 상에는, 수차 보정 부재(21)가 배치된다. 도 1에 도시된 예에서는, 수차 보정 부재(21)는 레티클(109)과 투영 광학계(110) 사이에 배치된다. 수차 보정 부재(21)는, 투영 광학계(110)로부터 독립된 유닛으로서 배치될 수 있거나, 또는 투영 광학계(110)의 일부로서 배치될 수 있다. 수차 보정 부재(21)가 투영 광학계(110)에 제공되는 경우, 수차 보정 부재(21)는 투영 광학계(110)에서의 퓨필면에서 상방에 그리고 레티클(109)에 의해 회절된 광을 웨이퍼(115) 상에 집광시키는 필드 렌즈군의 부근에 배치될 수 있다. 대안적으로, 수차 보정 부재(21)는, 레티클(109)을 보유지지하는 레티클 홀더 또는 레티클 스테이지(도시되지 않음)와 일체적으로 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수차 보정 부재(21)는, 제1 광학 소자(211), 및 노광광의 광축을 따라 제1 광학 소자(211)로부터 이격되어 있는 제2 광학 소자(212)를 포함한다. 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212)는 각각 간극측에 동일한 형상을 갖는 회전 비대칭인 면을 포함한다. 광학 소자 구동부(22)는 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212) 중 적어도 하나의 θZ 회전(광축 둘레의 회전) 및 Z 방향의 구동(Z 구동) 중 적어도 하나를 행할 수 있다. 또한, 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212) 중 적어도 하나는 광학 소자 구동부(22)에 의해 Z축과 직교하는 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2에서, 제1 광학 소자(211)의 레티클(109) 측의 외면(211a) 및 제2 광학 소자(212)의 투영 광학계(110) 측의 외면(212a) 각각은 평면 형상을 갖는다. 한편, 서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 내면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 내면(212b)은 서로 상보적인 비구면 형상을 갖는다.
도 6a 내지 도 6c는 수차 보정 부재(21)의 구동 모드를 도시한다. 도 6a은 도 2에 도시된 것과 마찬가지인 상태를 도시하고 있다(도 6a에서는, 제1 광학 소자(211)와 제2 광학 소자(212) 사이의 간극의 형상은 단순화되어 도시된다는 것에 유의한다). 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212) 중 적어도 하나는, 광학 소자 구동부(22)에 의해 도 6a에 도시된 상태로부터 도 6b에 도시된 바와 같이 Z-구동될 수 있다. 또한, 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212) 중 적어도 하나는 광학 소자 구동부(22)에 의해 도 6c에 도시된 바와 같이 θZ-회전될 수 있다.
이하에서는, 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212) 중 적어도 하나의 Z 구동 및 θZ 회전에 의해 행해지는 수차 보정에 대해서 설명한다. 그러나, 설명을 간단하게 하기 위해서, 제1 광학 소자(211)를 대표로 하여, 제1 광학 소자(211)의 Z 구동 및 θZ 회전에 의해 행해지는 수차 보정에 대해서 이하에서 설명한다.
예를 들어, 제1 면(211b) 및 제2 면(212b)의 각각의 회전 비대칭인 형상을 다음 식에 의해 표현한다:
Z = A(3x2y - y3) + B ...(1)
여기서, A 및 B는 상수이다.
θ=0°의 방향(X축 방향) 및 이하의 파라미터로 극좌표 표시로 표현하면,
ρ=sqrt(x2+y2)
식 (1)에 의해 표현되는 회전 비대칭인 형상은 이하와 동등하고,
Z = ρ3sin3θ ...(2)
도 5a 및 도 5b 각각에 도시된 바와 같이 3회 회전 대칭인 비구면 형상이 된다.
레티클(109) 상으로 회절된 광속의 주 광선은 물체측 텔레센트릭이며, 제1 면(211b) 및 제2 면(212b)의 비구면 형상은 상보적인 방식으로 작용한다. 그러므로, 광속이 제1 광학 소자(211) 및 제2 광학 소자(212)를 투과할 때의 상고 사이의 위상차는 제로가 된다. 식 (1)로 표현되는 비구면 형상을 갖는 제1 광학 소자(211)가 α만큼 회전하면, 제1 면(211b)과 제2 면(212b) 사이의 상보성이 무너진다. α가 충분히 작을 때, 위상차는 이하로서 표현된다:
Φ
Figure pat00001
K*α*R3cos3θ
(여기서, K는 상수이다). 한편, 제1 광학 소자(211)가 거리(d)만큼 Z-구동되면, 상보성이 무너진다. d가 충분히 작은 경우, 위상차는 이하로서 표현된다:
Φ
Figure pat00002
L*d*R3sin3θ
(여기서, L은 상수이다).
이와 같이, 제1 광학 소자(211)의 θZ 회전 및 Z 구동의 양쪽 모두에서, 3회 회전 대칭 성분에 의해 표현되는 위상차가 잔존한다. 레티클에 대향하는 투영 렌즈의 부분에서 3회 회전 대칭의 위상차가 발생하는 경우, 도 4a 내지 도 4d 각각에 도시된 바와 같은 사다리꼴 디스토션이 발생한다는 것을 알았다. 제1 면(211b) 및 제2 면(212b) 각각의 광축 부근의 비구면성의 정도는 식 (2)에 의해 얻어지는 바와 같이 대략 제로이다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 상고의 중심에서는, 회전 또는 Z 구동에 의한 위상 변화는 일어나지 않기 때문에, 디스토션 시프트 성분이 발생하지 않는다. 또한, 코마 수차도 발생하지 않는다. 또한, 광축으로부터 반경 R만큼 벗어난 원주상에서도 위상의 1차 기울기 성분은 발생하지 않기 때문에, 상면의 기울기도 발생하지 않는다. 따라서, 광학 편심에 의해 사다리꼴 형상이 생성되는 일본 특허 공개 제2014-120682호에 개시된 바와 같은 경우에 비해, 본 발명은 상고 사이에 발생하는 비점 수차가 억제될 수 있기 때문에 효과적이다.
광학 소자 구동부(22)에 의해 제1 광학 소자(211)를 θZ-회전시킴으로써, 도 4a 및 도 4b 각각에 나타낸 바와 같이 좌우 변(Y 방향을 따르는 2개의 변)이 상위 바닥 및 하위 바닥을 형성하는 사다리꼴 디스토션이 발생한다. 또한, 광학 소자 구동부(22)에 의해 제1 광학 소자(211)를 Z 구동함으로써, 도 4c 및 도 4d에 나타낸 바와 같이, 상하의 변(X 방향을 따르는 2개의 변)이 상위 바닥 및 하위 바닥을 형성하는 사다리꼴 디스토션이 발생한다. 사다리꼴의 상위 바닥 및 하위 바닥을 형성하는 2개의 대향하는 변 사이의 길이차가 Δbase인 경우, θZ 회전의 회전 방향 및 Z 구동의 구동 방향에 따라 Δbase의 부호가 반전되고, Δbase의 값은 θZ 회전의 회전각 및 Z 구동의 구동량에 의해 고유하게 결정된다. 이와 같이, 제1 광학 소자(211)의 θZ 회전의 회전각 및 Z 구동의 구동량이 조정된다. 이에 의해, 도 9a에 도시된 바와 같은, 좌우의 변 길이가 상이한 Δbase_LR를 갖는 사다리꼴 및 도 9b에 도시된 상하의 변 길이가 상이한 Δbase_UD를 갖는 사다리꼴을 포함하는 어떠한 사다리꼴 형상도 보정할 수 있게 된다.
도 7에 도시된 흐름도를 참고하여, 본 실시형태에 따른 노광 방법의 예에 대해서 설명한다. 웨이퍼가 로드된 후, 단계 S1에서, 주제어부(103)는, 얼라인먼트 계측계(124)를 사용하여, 하층으로서 이용되는 복수의 샷 영역의 각각의 형상을 계측하고, 각 샷 영역의 왜곡 데이터를 저장 유닛에 저장한다. 이 계측은 노광 장치 외부의 계측 장치에 의해 행해질 수 있다. 그러한 경우, 주제어부(103)는 외부로부터 각 샷 영역의 왜곡 데이터를 취득한다.
단계 S2에서, 주제어부(103)는, 각 샷 영역의 형상에 따라서 노광을 행하기 위해서, 수차의 2 방향의 성분(Δbase_LR 성분 및 Δbase_UD 성분)에 대해 조정되어야 하는 양(조정량)을 산출한다.
단계 S3에서, 광학 소자 제어부(123)는, 광학 소자 구동부(22)를 제어하여, Δbase_LR 성분과 Δbase_UD 성분을 조정하도록 제1 광학 소자(211)의 θZ 회전 및 Z 구동 중 적어도 하나를 행한다. 이때, 다른 상 어긋남 성분을 조정하기 위해서, 투영 광학계 제어부(114)는, 광학 소자 구동부(113)를 제어하여 투영 광학계(110)의 광학 소자를 구동할 수 있다. 마찬가지로, 다른 상 어긋남 성분을 조정하기 위해서, 스테이지 제어부(120)는 스테이지 구동부(119)를 제어하고 웨이퍼 스테이지(116)를 구동할 수 있다.
제1 광학 소자(211)의 구동이 완료되면, S4에서 주제어부(103)는 노광을 행한다. 단계 S5에서, 주제어부(103)는, 스테이지 제어부(120)를 통해서 스테이지 구동부(119)를 제어하여, 다음 노광해야 할 샷 영역으로 이동하도록 웨이퍼 스테이지(116)를 구동한다. 주제어부(103)는, 단계 S1에서 얻어진 왜곡 데이터 및 단계 S2에서 계산된 조정량에 기초하여, 제1 광학 소자(211)의 구동 및 노광을 반복한다. 단계 S6에서 샷 영역 모두에 대해 노광이 완료되었다고 판정되면, 주제어부(103)는 웨이퍼를 언로드하고, 다음 웨이퍼를 로드하며, 상술한 절차를 반복한다.
이 절차에 기초한 노광 방법에 따르면, 좌우의 변 길이가 상이한 사다리꼴 성분을 갖는 하층의 샷 영역의 형상 또는 상하의 변 길이가 상이한 사다리꼴 성분을 갖는 하층의 샷 영역의 형상에 따라 조정을 행하면서 노광을 행할 수 있다. 이는 중첩 정밀도를 향상시킨다.
상술한 예에서는, 식 (1)에 의해 표현되는 회전 비대칭인 형상을 갖는 제1 광학 소자(211)의 θZ 회전 또는 Z 구동에 의해 사다리꼴 형상이 보정된다. 여기서, 일본 특허 공개 제2014-120682호에 개시되어 있는 기술을 사용하면, 광학 소자 구동부(22)에 의해 제1 광학 소자(211)를 X축 방향을 따라서 구동함으로써, 도 3c 및 도 3d 각각에 나타내는 TY_45 성분을 갖는 디스토션이 발생한다. 또한, 제1 광학 소자(211)를 Y축 방향을 따라서 구동함으로써, 도 3a 및 도 3b 각각에 나타내는 TY_0 성분을 갖는 디스토션이 발생한다. 따라서, 제1 광학 소자(211)의 구동량을 X 방향, Y 방향, Z 방향, 및 θZ 회전 방향으로 동시에 제어함으로써, 사다리꼴 성분과 수직/수평 배율 차 성분의 양쪽 모두를 제어할 수 있다.
도 8a는 일반적인 웨이퍼 내의 노광 순서의 예를 나타낸다. 각 격자는 샷을 나타내고, 격자 사이의 화살표는 직전의 노광 샷으로부터의 스테이지 이동 방향을 나타낸다. 도 8a에 도시된 경우에, 도면의 평면에서의 수평 방향(X 방향)의 인접 샷으로부터의 스텝 구동의 빈도가 높다. 이전에 노광된 샷이 웨이퍼에 부여하는 열량에 따라, 웨이퍼는 열팽창한다. 여기서, 샷으로부터의 거리가 증가함에 따라, 열팽창량은 감소한다. 그렇게 하면, X 방향으로의 스텝 구동을 수반하는 순차 노광에서는, 수평 방향에서 열팽창량이 변하기 때문에, 샷 영역은 상이한 좌우 측 길이를 갖는 사다리꼴 등의 디스토션 형상을 갖는다. 이 경우, Δbase_LR의 조정량이 유효해진다.
Δbase_LR의 조정은, 서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 내면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 내면(212b) 각각의 3회 회전 대칭인 비구면 형상과 관련된다. 식 (1)에 의해 표현되는 바와 같은 sin3θ의 위상을 갖는 비구면 형상이 되도록 내면(211b 및 212b)을 각각 형성함으로써, 상보적인 광학 소자의 회전 구동에 의해 Δbase_LR을 발생시킬 수 있다. 일반적으로, 회전 구동은 Z 구동에 비하여 고속으로 행해질 수 있기 때문에, 도 8a에 나타나는 노광의 순서의 경우에는 sinθ의 위상을 갖는 비구면의 면이 바람직하다. TY_0 성분의 조정 및 TY_45 성분의 조정(일본 특허 공개 제2014-120682호 참조)은 각각 광학 소자를 X 방향 및 Y 방향으로 구동함으로써 실현된다. 이들은 양자 모두 광학 소자의 수평 방향의 구동이기 때문에, 단순한 기구에 의해 동일 평면 상에서 시프트 및 회전을 행할 수 있다.
본 실시형태에서, 제1 광학 소자(211)는 노광광의 광축에 관해서 3회 회전 대칭인 비구면 형상을 갖는 제1 면(211b)을 포함한다. 또한, 제2 광학 소자(212)는, 제1 면(211b)과 대향하고, 제1 광학 소자(211)에 의해 발생되는 수차를 상보적으로 보정하는 비구면 형상을 갖는 제2 면(212b)을 포함한다.
서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 면(212b) 각각의 회전 비대칭인 형상은 예를 들어 이하의 식에 의해 표현되는 형상일 수 있다:
Z = C(x3 - 3xy2) + D ...(3)
C 및 D는 상수이다.
극좌표로 표현하면, 식 (3)은 다음과 같다:
Z = ρ3cos3θ ...(4)
제1 광학 소자(211)의 회전량에 따라 상하의 변 길이가 상이한 Δbase_UD를 갖는 사다리꼴 디스토션이 발생하고, 제1 광학 소자(211)의 Z 구동의 구동량에 따라 좌우의 변 길이가 상이한 Δbase_LR을 갖는 사다리꼴 디스토션이 발생한다. 또한, 제1 광학 소자(211)를 Y 방향으로 구동함으로써, 도 3c 및 도 3d 각각에 도시된 바와 같은 TY_45 성분을 갖는 디스토션이 발생한다. 또한, 제1 광학 소자(211)를 X 방향으로 구동함으로써, 도 3a 및 도 3b 각각에 도시된 바와 같은 TY_0 성분을 갖는 디스토션이 발생한다.
웨이퍼 내의 노광 순서가 도 8b에 도시된 바와 같은 경우, 도면의 평면의 수직 방향(Y 방향)의 인접 샷으로부터의 스텝 구동의 빈도가 높다. Y 방향으로 구동할 때는, 도 8b의 도면의 평면의 수직 방향에서 팽창량이 변화하기 때문에, 샷 영역은 도면의 평면의 상하의 변이 상이한 길이를 갖는 사다리꼴 같은 디스토션 형상을 갖는다. 이 경우, Δbase_UD의 조정량이 유효해진다.
Δbase_UD의 조정은, 서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 면(212b) 각각의 3회 회전 대칭인 비구면 형상과 관련된다. 제1 면(211b) 및 제2 면(212b)을 식 (3)에 의해 표현되는 바와 같은 cos3θ의 위상을 갖는 비구면 형상이 되도록 형성함으로써, 상보적인 광학 소자의 회전 구동에 의해 Δbase_UD를 발생시킬 수 있다. 도 8b에 나타내는 노광 순서의 경우, cosθ의 위상을 갖는 비구면이 면이 바람직하다.
노광 장치는, 생산 효율의 관점에서, 일반적으로 샷 영역의 노광 순서에 규칙성이 있다. 상술한 바와 같이 웨이퍼의 샷 영역의 노광의 순서에 따라 서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 면(212b) 각각을 비구면 형상이 되도록 형성함으로써, 간단한 구동 기구의 구성에 의해 중첩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
서로 대향하는 제1 광학 소자(211)의 제1 면(211b) 및 제2 광학 소자(212)의 제2 면(212b) 각각의 비구면 형상의 예는 식 (1)에 의해 표현되는 형상 및 식 (3)에 의해 표현되는 형상을 포함하지만, 비구면 형상은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 다음 식 (5) 또는 식 (6)에 의해 표현되는 3회 회전 대칭인 비구면 형상에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다:
Z = f(ρ)cos3θ + E ...(5)
Z = g(ρ)sin3θ + F ...(6)
여기서, f(ρ) 및 g(ρ)는 ρ을 변수로 하는 함수이며, E 및 F는 상수이다.
이와 같이, 3회 회전 대칭인 비구면의 면을 갖는 광학 소자의 회전 및 Z 구동 중 적어도 하나에 의해 하층의 사다리꼴 디스토션을 효과적으로 보정할 수 있다.
<제2 실시형태>
이어서, 도 10을 참조하여, 사다리꼴 형상을 갖는 왜곡 수차를 조정하는 수차 보정 부재(21)를 사용한 노광 방법의 다른 예에 대해서 설명한다. 단계 S11에서, 주제어부(103)는, 노광을 행하기 전에, 이전 샷의 노광광에 의한 웨이퍼 변형의 영향의 정도에 대한 정보를 취득한다. 노광광에 의한 웨이퍼 변형의 영향의 정도는, 예를 들어 노광 에너지에 기초한 입열 파라미터, 이전 샷으로부터의 스테이지 이동 벡터에 관한 파라미터, 및 웨이퍼의 물성에 관한 파라미터 등의 노광 조건에 기초하여 결정된다.
웨이퍼의 물성에 관한 파라미터는 선팽창 계수 및 열전도율을 포함할 수 있다. 열에 의한 웨이퍼의 팽창 계수는 선팽창 계수에 기초하여 결정된다. 또한, 이전 샷 영역의 중심으로부터의 거리는 다음에 노광되는 샷 영역의 양 단부 사이에서 상이하기 때문에, 웨이퍼의 열전도율에 대응하는 팽창 계수는 샷 영역의 양 단부 사이에서 상이하다. 웨이퍼로서, 예를 들어 Si, GaAs, 및 유리 기판 등의 물성이 상이한 기판이 사용될 수 있다. 또한, 웨이퍼에는 하층 처리 프로세스에서 Cu층이 형성될 수 있다. 이러한 이유로, 웨이퍼의 물성이 변화할 수 있다.
노광 에너지에 기초한 입열 파라미터는 노광량, 및 웨이퍼의 노광광 반사율 및 투과율을 포함할 수 있다. 웨이퍼 위에 도포되는 포토레지스트는 그 종류에 따라 미리결정된 적절한 노광량을 갖는다. 조사 에너지는 샷 영역의 사이즈 및 노광량의 곱에 의해 결정된다. 조사 에너지로부터 기판의 반사광 및 투광광을 제외함으로써 얻어지는 에너지가 웨이퍼의 열 변형에 기여하는 흡수 에너지이다. 웨이퍼는 흡수 에너지에 비례하여 열변형된다.
스테이지 이동 벡터에 관한 파라미터는 샷 사이의 피치와 복수의 샷 영역의 노광 순서에 대한 정보를 포함한다.
웨이퍼 상의 샷 사이의 피치는, 순차 노광을 행하는 노광 장치의 샷 영역 사이의 기판 스테이지의 구동 시간에 관련된다. 따라서, 웨이퍼 상의 샷 사이의 피치에 의해, 이전 샷의 노광 완료로부터 대상 샷의 노광의 개시까지의 시간이 결정된다. 샷의 노광 순서에 의해 이전 샷의 중심과 노광 샷 사이의 위치 관계가 결정되며, 노광 샷에 전달되는 열의 분포가 구해진다. 따라서, 샷의 양 단부 사이의 기판의 팽창 계수의 차가 결정된다. 이것은 사다리꼴 형상의 방향을 나타낸다.
또한, 복수의 웨이퍼에 연속적으로 노광을 행하는 경우에는, 웨이퍼 스테이지의 축열량도 중요한 파라미터가 된다. 이는 웨이퍼 스테이지의 온도가 상승할 때 그 위에 장착되는 웨이퍼가 열변형되기 때문이다.
예를 들어, 주제어부(103)는, 복수의 조건 각각하에서 실제로 노광을 행하고, 그 결과로서 드러난 디스토션을 계측함으로써 각 조건마다의 웨이퍼 변형의 영향의 정도를 구하고, 이것을 데이터베이스(테이블)로서 저장한다. 주제어부(103)는, 단계 S11에서는, 이 테이블을 참조하여 영향의 정도를 취득할 수 있다. 대안적으로, 각 조건마다의 웨이퍼 변형의 영향의 정도를 함수로 변환할 수 있고, 주제어부(103)는 노광 시의 조건을 그 함수에 적용함으로써 영향의 정도를 산출할 수 있다.
이와 같이, 이전 샷의 노광열이 웨이퍼 변형에 끼치는 영향을 결정하는 파라미터(조건)를 취득함으로써, 발생하는 사다리꼴 성분을 예측할 수 있다.
이어서, 단계 S12에서, 주제어부(103)는, 단계 S11에서 취득된 영향의 정도에 기초하여 사다리꼴 성분의 발생량을 예측한다. 주제어부(103)는, 예측된 사다리꼴 성분의 발생량에 기초하여, 광학 소자 제어부(123)에 의해 사다리꼴 성분을 보정하기 위해서 필요한 광학 소자의 구동량을 산출한다. 단계 S13에서, 주제어부(103)는, 광학 소자 구동부(22)를 제어하여, 단계 S12에서 산출된 구동량으로, 제1 광학 소자(211)의 θZ 회전 및 Z 구동 중 적어도 하나를 행한다. 상술한 수차 보정이 행해진 후, 주제어부(103)는 단계 S14에서 노광을 행한다.
상술한 노광 방법에 따르면, 웨이퍼의 물성, 노광 장치의 노광량, 스테이지 구동 속도 등에 따라, 노광광의 열에 의한 웨이퍼의 변형량이 변화하는 경우에도, 디스토션의 사다리꼴 성분을 적절하게 보정하면서 노광을 행할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 사다리꼴 성분을 보정하는 예를 설명했다는 것에 유의한다. 그러나, 보정 대상은 사다리꼴 성분으로 한정되지 않는다.
상술한 실시형태에서는, 예를 들어 식 (1)에 의해 표현되는 형상을 갖는 제1 광학 소자(211)를 X 방향 및 Y 방향으로 각각 구동함으로써 TY_0 성분 및 TY_45 성분을 조정할 수 있음을 나타냈다. 따라서, θZ 회전, Z 구동, X 방향의 구동, 및 Y 방향의 구동을 조합함으로써, 임의의 방향의 수직/수평 배율 차 성분을 조정할 수 있고 사다리꼴 형상을 보정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼 상의 대부분의 샷 영역에 필요한 Δbase_LR의 조정은 θZ 회전에 의해 행해진다. 또한, TY_0 성분 및 TY_45 성분은 각각 X 방향의 구동 및 Y 방향의 구동을 행함으로써 조정된다. 이들은 모두 제1 광학 소자(211)의 수평 방향의 구동이기 때문에, 단순한 구동 기구의 구성으로 보정을 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태에 따르면, 수차 보정 부재는 3회 회전 대칭인 비구면을 포함하는 광학 소자의 θZ 회전 기구 및 Z 구동 기구 중 적어도 하나를 포함한다. 따라서, 이전 샷의 노광광에 의한 기판 변형의 영향의 정도를 취득하고, 사다리꼴 디스토션을 효과적으로 보정할 수 있다.
본 발명은, 하층의 디스토션을 계측해서 하층에 따라 사다리꼴 성분을 보정하는 것에 한정되지 않는다는 것에 유의한다. 제1 층의 디스토션의 사다리꼴 성분을 보정하여 이를 격자 등의 원하는 형상에 근접하는 디스토션으로 형성함으로써, 제2 층 및 그 이후의 층에 대해 노광을 행할 때에 중첩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<물품 제조 방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 물품 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로디바이스 또는 미세구조를 갖는 소자를 적절하게 제조한다. 본 실시형태의 물품 제조 방법은, 기판에 도포된 포토레지스트에 상술한 노광 장치를 사용해서 잠상 패턴을 형성하는 단계(기판을 노광하는 단계) 및 상기 단계에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 단계를 포함한다. 또한, 제조 방법은 다른 주지의 단계(예를 들어, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 및 패키징)를 포함한다. 본 실시형태의 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비하여 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산 비용 중 적어도 하나에서 더 유리하다.
다른 실시형태
본 발명의 실시형태(들)는, 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체(보다 완전하게는 '비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체'라 칭할수도 있음)에 기록된 컴퓨터 실행가능 명령어(예를 들어, 하나 이상의 프로그램)를 판독 및 실행하고 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하는 하나 이상의 회로(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC))를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 그리고 예를 들어 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행함으로써 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 하나 이상의 회로를 제어함으로써 상기 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 마이크로 처리 유닛(MPU))를 포함할 수 있고 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행하기 위한 별도의 컴퓨터 또는 별도의 프로세서의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명령어는 예를 들어 네트워크 또는 저장 매체로부터 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는, 예를 들어 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)TM), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
(기타의 실시예)
본 발명은, 상기의 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실현가능하다.
또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 원판의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 투영하고 상기 기판을 노광하는 노광 장치이며,
    상기 원판과 상기 기판 사이의 노광광(exposure light)의 광로 상에 배치된 수차 보정 부재; 및
    상기 수차 보정 부재를 구동하도록 구성되는 구동부를 포함하고,
    상기 수차 보정 부재는,
    상기 노광광의 광축에 관해서 3회 회전 대칭인 비구면 형상을 갖는 제1 면을 포함하는 제1 광학 소자, 및
    상기 광축을 따라 상기 제1 광학 소자로부터 이격되어 있고, 상기 제1 면과 대향하고 상기 제1 광학 소자에 의해 발생하는 수차를 상보적으로 보정하는 비구면 형상을 갖는 제2 면을 포함하는 제2 광학 소자를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 중 적어도 하나의 상기 광축 둘레의 회전과 상기 광축을 따르는 구동 중 적어도 하나를 행하는, 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광축에 평행한 방향이 Z축이고, 상기 Z축과 직교하는 평면 상에서 서로 직교하는 방향이 X축 및 Y축일 때, 상기 구동부가 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 중 적어도 하나의 상기 Z축 둘레의 회전과 상기 Z축을 따르는 구동 중 적어도 하나를 행함으로써, 샷 영역의 상기 Y축을 따르는 방향의 2개의 변의 길이 및 상기 X축을 따르는 방향의 2개의 변의 길이가 보정되는, 노광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광축 둘레의 회전의 회전량과 상기 광축을 따르는 구동의 구동량 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 제어부를 더 포함하는, 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 중 적어도 하나의 상기 광축과 직교하는 방향으로의 구동을 더 행하는, 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수차 보정 부재는 상기 원판과 상기 투영 광학계 사이에 배치되는, 노광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수차 보정 부재는 상기 투영 광학계에 제공되는, 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수차 보정 부재는 상기 원판을 보유지지하도록 구성되는 레티클 스테이지에 제공되는, 노광 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 하층으로서 기능하는 샷 영역의 형상의 데이터를 취득하고, 상기 취득된 데이터에 기초하여, 상기 광축 둘레의 회전의 상기 회전량과 상기 광축을 따르는 구동의 상기 구동량 중 적어도 하나를 제어하는, 노광 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 샷 영역의 형상을 계측하도록 구성되는 계측 장치를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 계측 장치로부터 상기 샷 영역의 형상의 데이터를 취득하는, 노광 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 변형의 영향의 정도의 정보를 취득하고, 상기 취득된 정보에 기초하여, 상기 광축 둘레의 회전의 상기 회전량과 상기 광축을 따르는 구동의 상기 구동량 중 적어도 하나를 제어하는, 노광 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정보는 상기 기판의 복수의 샷 영역의 노광 순서의 정보를 포함하는, 노광 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정보는, 상기 기판 상의 포토레지스트에 대한 노광량, 상기 기판을 보유지지하는 기판 스테이지의 축열량, 상기 샷 영역 사이에서의 상기 기판 스테이지의 구동 시간과, 상기 기판의 선팽창 계수, 열전도율, 노광광 반사율, 및 투과율 중 적어도 하나를 더 포함하는, 노광 장치.
  13. 물품 제조 방법이며,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서 규정된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 단계, 및
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계를 포함하며,
    상기 현상된 기판으로부터 물품이 제조되는, 물품 제조 방법.
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