KR950003823B1 - 노출 장치 및 방법 - Google Patents

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KR950003823B1
KR950003823B1 KR1019920003063A KR920003063A KR950003823B1 KR 950003823 B1 KR950003823 B1 KR 950003823B1 KR 1019920003063 A KR1019920003063 A KR 1019920003063A KR 920003063 A KR920003063 A KR 920003063A KR 950003823 B1 KR950003823 B1 KR 950003823B1
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미노리 노구찌
유끼오 겐보
요시따다 오시다
마사다가 시바
야스히로 요시다께
마꼬도 무라야마
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가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼
가나이 쯔또무
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Abstract

내용 없음.

Description

노출 장치 및 방법
제 1 (a)도 및 제 1 (b)도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 마스크에 형성된 회로 패턴에 의한 광의 회절 형상을 도시한 도면.
제 2 (a)도 및 제 2 (b)도는 본 발명의 원리를 설명하는 도면.
제 3 도는 본 발명의 원리를 설명하는 도면.
제 4 도는 본 발명에 따른 축소 투영 노출 장치의 노출계의 1실시예를 도시한 개략적 사시도.
제 5 도는 본 발명에 따른 노출계에 있어서 광원 공간 필터와 결상 필터사이의 관계를 도시한 단면도.
제 6 도는 본 발명에 따른 노출계에서의 결상 공간의 관계를 도시한 단면도.
제 7(a) 도 및 제 7(b) 도는 종래의 축소 투영 노출 장치에 있어서 마스크상의 회로 패턴의 결상 관게를 도시한 도면.
제 8 도는 본 발명에 따른 계의 응답 함수를 도시한 그래프.
제 9 도는 본 발명에 따른 푸펄면의 형상과 광원의 형상사이의 상관 함수를 설명하는 도면.
제10도는 종래 기술에 따른 푸펄면의 형상과 광원의 형상사이의 상관 함수를 설명하는 도면.
제11(a)도∼제11(c)도는 푸펄면의 형상과 광원의 형상사이의 상관 함수의 산출 방법을 설명하는 도면.
제12도는 푸펄면의 형상과 광원의 형상 사이의 상관 함수의 산출 방법을 설명하는 도면.
제13도는 본 발명에 따른 OTF의 산출 결과를 도시한 도면.
제14도는 본 발명에 따른 초점 심도를 도시한 도면.
제15(a)도∼제15(b)도는 링형상 광원 및 링형상 필터의 효과를 설명하는 도면.
제16(a)도∼제16(b)도는 링형상 필터를 도시한 도면.
제17(a)도∼제17(d)도는 링형상 광원 및 링형상 필터를 도시한 도면.
제18(a)도∼제18(b)도는 본 발명의 1실시예에 따른 링형상 광원과 링형상 필터의 강도 분포를 도시한 도면.
제19(a)도∼제19(b)도는 다른 실시예에 따른 링형상 광원과 링형상 필터의 강도 분포를 도시한 도면.
제20(a)도∼제20(c)도는 링형상 광원과 링형상 필터의 실시예를 도시한 도면.
제21도는 OTF곡선을 도시한 도면.
제22도는 다른 OTF곡선을 도시한 도면.
제23도는 링형상 광원과 링형상 필터의 다른 실시예를 도시한 도면.
제24도는 광원의 1실시예의 블럭도를 도시한 도면.
제25도는 인테그레이터의 1실시예를 도시한 도면.
제26도는 링형상 광원과 링형상 필터의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
제27도는 본 발명에 따른 전체 노출계의 1실시예를 도시한 구성도.
제28도는 본 발명에 따른 노출계에 있어서 광원 공간 필터를 갖는 인테그레이터를 도시한 사시도.
제29도는 본 발명에 따른 노출계에 있어서 광원 공간 필터를 갖는 인테그레이터의 다른 실시예를 도시한 사시도.
제30도는 본 발명에 따른 노출계에 있어서, 결상 공간 필터를 갖는 결상 렌즈의 1실시예를 도시한 사시도.
제31도는 본 발명에 따른 노출계에 있어서 결상 공간 필터를 갖는 결상 렌즈의 다른 실시예를 도시한 사시도.
제32도는 본 발명에 따른 1실시예의 결상 공간 필터와 1실시예의 광원 공간 필터사이의 관계를 도시한 평면도.
제33도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 결상 공간 필터와 다른 실시예의 광원 공간 필터 사이의 관계를 도시한 평면도.
제34도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 결상 공간 필터와 또 다른 실시예의 광원 공간 필터를 도시한 평면도.
제35도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 결상 공간 필터와 또 다른 실시예의 광원 공간 필터를 도시한 도면.
제36도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 결상 공간 필터와 또 다른 실시예의 광원 공간 필터 사이의 관계를 도시한 평면도.
제37(a)도 및 제37(b) 도는 웨이퍼상에 전사되는 웨이퍼 패턴의 1예의 평면도 및 단면도.
제38(a)도 및 제38(b)도는 본 발명에 따른 웨이퍼상으로 전사된 수정 웨이퍼 패턴의 평면도 및 단면도.
제39(a) 및 제39(b)도는 본 발명에 따른 제37도에 도시한 웨이퍼 패턴을 얻기 위한 마스크 패턴의 1예의 평면도 및 단면도.
제40(a)도 및 제40(b)도는 본 발명에 따른 제38도에 도시한 웨이퍼 패턴을 얻기 위한 마스크 패턴의 1예의 평면도 및 단면도.
제41(a)도∼제41도(d)는 본 발명에 따른 마스크 패턴의 여러가지 형태를 도시한 도면.
제42(a)도 및 제42(b)도는 본 발명에 따른 공간 필터에 관한 δ, ε과 웨이퍼상의 콘트라스트의 관계를 도시한 도면.
제43도는 본 발명에 따른 공간 필터에 관한 δ와 웨이퍼상의 콘트라스트의 관계를 도시한 도면.
제44도는 본 발명에 따른 웨이퍼상의 콘트라스트와 마스크상의 회로 패턴의 라인 폭의 관계를 도시한 도면.
제45도는 본 발명에 따른 웨이퍼상의 콘트라스트와 마스크상의 회로 패턴의 피치의 관계를 도시한 도면.
제46도는 본 발명에 따른 마스크상의 회로 패턴의 1예를 도시한 평면도.
제47도는 본 발명에 따른 제46도의 회로 패턴의 전사 결과를 도시한 도면.
제48도는 본 발명에 따른 웨이퍼상의 콘트라스트와 마스크에 형성된 극미세 회로 패턴의 피치의 관계를 도시한 도면.
제49도는 본 발명에 따른 콘트라스트와 초점 심도의 관계를 도시한 도면.
제50도는 본 발명에 따른 엑사이머 레이저 광원을 사용하는 전체 노출계의 다른 실시예의 배치를 도시한 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(100) : 마스크 (200) : 웨이퍼
(3000) : 패턴 전사계 (3100) : 광원부
(3200) : 결상 광학계 (3300) : 공간 필터 제어계
(3301) : 광원 공간 필터 (3302) : 결상 공간 필터
(3400) : 위치 결정부
본 발명은 노출 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 마스크상에 형성된 극미세 회로 패턴에 있어서 발생되는 간섭광의 영향을 제거하여 투영 렌즈를 통해 기판상에 영상이 고분해능으로 형성되어 노출되고 광원이 엑사이머 레이저 광원인 노출 방식 및 마스크 회로 패턴 검사 방식에 관한 것이다.
LSI의 제조에 있어서는 마스크상의 회로 패턴을 노출하고 웨이퍼상으로 전사하여 웨이퍼상에 미세 회로 패턴을 형성한다. 그러나, LSI의 고집적화의 필요에 대응하기 위해, 웨이퍼상으로 전사되는 회로 패턴은 극미세 패턴으로 되어 결상 광학계의해상 한계까지 이르고 있다.
상기의 관점에서, 극미세 회로 패턴을 전사하기 위해서 여러가지 기술이 개발되고 있다.
예를 들면, SOR(Synchrotron Organized Resonance) 등의 X선을 사용하는 노출 방법이 있다. EB(Electron Beam)노출기를 사용하는 방법도 있다. 또한, "Excimer Laser Stepper for Sub-helf Micron Lithography, Akikazu Tanimoto, SPIE, Vol.1088 Optical Laser Microlithography 2(1989)"또는 일본국 특허공개 공보 57(1982)-198631호에 기재된 엑사이머 레이저를 사용하는 다른 방법도 있다.
부분적 코히어런트 결상의 논리적 해석은 "Stepper's Optice(1),(2),(3) and (4)"(Optical Technical Contact : Vol,27,No.12,pp.762-771,Vol.28,No.1,pp.59-67,Vol.28.No.2,pp.108-119,Vol.28,No.3,pp.165-175)에 소개되어 있다.
또한, 공간 필터를 사용하여 분해능을 향상하는 예는 일본국 특허 공개 공보 3-27516호에 기재되어 있다.
또한, 마스크를 수정하여 분해능을 향상하는 위상 시프터 방법은 일본국 특허 공보 62(1987)-50811호에서 공지이다. 이 위상 시프트 방법에 따르면, 인접하는 패턴으로 부터의 광이 간섭하는 것에 의해, 분해능을 향상하는 것으로, 인접하는 패턴의 위상이 반전되도록 π만큼 교대로 어긋난 위상으로 막(위상 시프터)을 마련하여서 실현된다. 그러나, 상술한 특허공보 62(1987)-50811호에서 공지인 종래의 기술은 위상 시프터의 배치가 곤란하고, 위상 시프터가 마련된 마스크의 제조가 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하고, 마스크상에 형성된 극미세 백흑 회로 패턴을 위한 시프터와 같거나 더 높은 분해능으로 기판상에 전사할 수 있는 노출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 노출 방법 및 방식 특히, 노출 장치에 의해 실제로 전사된 기판상의 전사 패턴의 데이타를 연산 처리에 의한 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있는 엑사이머 노출 방법 및 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마스크상에 형성된 극미세 회로 패턴이 기판상으로 전사된 패턴과 다르더라도, 마스크상에 형성된 극미세회로 패턴을 고정밀도로 검사할 수 있는 마스크 회로 패턴 검사 방식을 제공하는 것이다.
상술한 문제는 엑사이머 레이저 광원등의 어느 정도 코히어런트 특성을 갖는 조명 수단, 조명 수단에 의해 조명된 마스크(레티클을 포함)를 결상하는 광을 웨이퍼상에 결상하는 결상 수단, 마스크에서 반사되는 또는 마스크를 투과하는 광중의 0차 회절광의 적어도 일부를 차광하는 차광 수단을 포함하는 노출 장치 또는 노출 방법을 제공하는 본 발명에 의해 해소할 수 있다.
본 발명은 또 공간 필터가 조명 수단의 NA에 대응하는 영역을 차광하는 엑사이머 노출 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 조명 수단이 인테그레이터(integrator)와 공간 필터를 포함하는 엑사이머 노출 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 마스크가 결상 분해능의 약 1/2인 라인 폭을 갖도록 형성한 회로 패턴을 갖는 엑사이머 노출 장치를 제공한다.
본 발명은 다수의 가상 점 광원에서 형성된 링형상 확산 조명을 노출 영역내의 마스크에 거의 균일하게 인가하는 조명 수단과 조명 수단에 의해 거의 균일하게 확산되어 조명된 마스크를 투광하는 광중의 0차 회절광 또는 저차 회절광중의 적어도 일부를 차광하는 광학적 눈을 갖고 마스크상에 형성된 회로 패턴을 노출영역내의 기판상에 결상하는 축소 투영 레즈를 포함하고, 마스크상에 형성된 회로 패턴이 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat)공정에 의해 기판상에 거의 노출되는 투영식 노출 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 회로 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 스텝, 조명된 마스크의 회로 패턴에서 반사되거나 투과하는 광중의 0차 회절광의 적어도 일부를 차광하는 스텝, 결상 수단에 의해 광을 결상하는 스텝과 결상된 광을 기판상에 전사하는 스텝을 구비하는 엑사이머 노출 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 마스크상의 회로 패턴의 최소 라인 폭이 결상 수단의 결상 분해능에 맞추어서 형성되는 엑사이머 노출 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 마스크가 결상 분해능의 거의 1/2의 라인 폭을 갖도록 형성된 회로 패턴을 갖는 엑사이머 노출 방법을 제공한다.
본 발명은 마스크상의 회로 패턴이 결상 분해능의 거의 1/2의 라인폭을 갖도록 형성되고, 기판으로 전사될 때의 넓은 회로 패턴에서는 마스크상의 투과부가 결상 분해능의 거의 1/2의 내지 1/3의 피치를 갖는 라인 앤드 스페이스 또는 격자 패턴으로 형성되는 엑사이머 노출 방법을 제공한다.
본 발명은 또, 마스크상에 형성된 회로 패턴을 미세 패턴부와 큰 패턴부로 분할하는 스텝, 결상 수단에 의해 그들을 결상시키는 스텝과 그들을 기판상으로 전사하는 스텝을 구비하는 엑사이머 노출 방법을 제공한다.
본 발명은 또 데이타에서 마스크의 데이타를 변환하여 생성하는 마스크 데이타 변환 수단과 마스크 데이타 변환 수단에서 얻은 마스크 데이타에 대해서 마스크상에 형성된 회로 패턴을 엑사이머 레이저 광을 사용하여 기판상에 전사하는 결상 수단과 거의 등가의 전달 함수에 따라서 연산 처리를 실시하여 기판상으로의 전사 패턴의 데이타를 산출하는 산출 수단을 구비하는 엑사이머 노출 방식을 제공한다.
본 발명은 또 배선 데이타로 부터 마스크의 데이타를 변환하여 생성하는 마스크 데이타 변환 수단, 마스크 데이타 변환 수단에서 얻은 마스크 데이타에 대해서 마스크상에 형성된 회로 패턴을 엑사이머 레이저 광을 사용하여 기판상에 전사하는 결상 수단과 거의 등가인 전달 함수에 따라 연산 처리를 실시하여 웨이퍼상의 전사 패턴의 데이타를 산출하는 산출 수단, 엑사이머 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단, 조명 수단에 의해 조명된 마스크에서 반사도거나 투과하는 광을 검출 위치에 결상하고 첫번째 언급한 결상 수단과 등가의 절단 함수를 갖는 결상 수단 및 검출 위치에 결상된 결상 회로 패턴을 수광하여 영상 신호를 얻은 수광 수단을 구비한 검사장치와 검사 장치의 수광 수단에서 얻은 영상 신호와 산출 수단에 의해 산출된 웨이퍼상의 전사 패턴의 데이타를 비교하는 비교 수단을 구비하는 마스크 회로 패턴 검사 방식을 제공한다.
엑사이머 레이저 광을 사용하는 노출 장치에 있어서, 예를 들면 회절광이 결상 수단의 개구(푸펄(pupil))내로 충분히 들어갈 수 없기 때문에 기판상으로 전사된 회로 패턴의 콘트라스트는 저하된다. 마스크상의 회로 패턴에서의 회로 패턴의 치수와 사용 파형에 따라서 광이 회절된다. 이 때에, 회로 패턴이 극미세한 경우에는 회절각이 크게 되고, 회절광의 강도도 증가한다. 그 결과, 전사용 결상 수단(투영 렌즈)의 개구로는 광이 들어가지 않아, 분해능의 저하 원인으로 된다.
회절광의 손실을 최소화하기 위해서는 파장을 짧게 하여 엑사이머 레이저 스테퍼(stepper)에서와 같이 회절 성분을 저감하거나 회절광을 가능하다면 많이 수광하도록 결상 수단(투영 렌즈)의 NA를 증가시키는 것이 고려된다.
한편, 본 발명에 따르면, 마스크상의 회로 패턴에서의 회절광의 성분이 결상 수단(투영 렌즈)으로 수광되는 것이 적은 것에 대해서 마스크상의 회로 패턴에서 반사되지 않은 성분(0차 회절광)은 모두 결상 수단(투영 렌즈)으로 수광되는 현상에서, 결상에 필요한 다량의 광중의 0차 회절광만이 결상 수단(투영 렌즈)으로 수광되고 회절관 성분이 결상 수단(투영 렌즈)에 수광되는 것은 비교적 적다. 이점에서 0차 회절광의 적어도 일부가 차광되는 것에 의해 결상 수단(투영 렌즈)에서 방출된 회절광과 0차 회절광사이의 광량의 밸런스를 비교적 향상하고, 결상 수단(투영 렌즈)를 통해 기판상으로 결상되어 전사되는 마스크상에 형성된 극미세 회로 패턴의 콘트라스트를 향상하여, 고분해능으로 노출을 실현할 수 있다.
특히, 본 발명에 있어서는 다수의 가상점 광원에서 형성된 링형상 확산 조명을 노출 영역내의 마스크에 거의 균일하게 인가하는 조명 수단과 조명 수단에 의해 거의 균일하게 확산되어 조명된 마스크를 투과하는 광중의 0차 회절광 또는 저차 회절광의 적어도 일부를 차광하는 광학적 눈을 갖고 상기 마스크상에 형성된 회로 패턴을 노출 영역내의 기판상에 결상하는 축소 투영 렌즈가 마련된다. 이 구성으로, 마스크상에 형성된 극미세 회로 패턴이 축소 투영 렌즈를 통해 기판상으로 결상되어 전사되는 것에 의해 콘트라스트를 향상하여 고분해능의 노출을 실현할 수 있다.
이하, 본 발명이 엑사이머 레이저 광의 사용에 관해 설명되더라도 본 발명은 엑사이머 레이저 광을 사용하는 축소 투영식 노출 방법에 한정되지 않는다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.
먼저, 본 발명의 원리를 제1도 내지 제7도에 따라 설명한다. 본 발명에 있어서, 마스크상의 회로 패턴은 회로 패턴이 결상 수단(투영 렌즈)에 의해 기판상으로 충실하게 전사되는 기술보다 향상된 콘트라스트로 전사된다. 즉, 투영 노출에서는 반드시 "회로 패턴을 정확히 전사한다"는 필요는 없고, "기판(웨이퍼)상에 얻는 회로 패턴을 콘트라스트가 높게 전사하면 좋다"라는 새로운 기술 사상에 본 발명은 따르는 것이다.
제 1(a)도 마스크 회로 패턴(104)가 크롬(102)에 의해 글라스 기판(101) 상에 형성된 마스크(100)의 단면도이다. 제 1 (b)도에서, 파형(301)은 마스크 회로 패턴(104)에 대해서, 제 4 도 내지 제 6 도에 도시한 바와 같은 투영 및 노출 장치(3000)에 의해 기판(웨이퍼)(200)상에 결상된 결상 패턴의 신호 분포를 도시한 것이다. 파형(301)은 0차 회절광에 의한 파형(302)와 고차 회절광에 의한 파형(303)으로 나누어 진다. 마스크 회로 패턴(104)가 제 1 (a)도에 도시한 바와 같은 미세 회로 패턴(105)인 경우, 고차 회절광에 의한 파형(303)이 0차 회절광에 비해서 적으므로, 검출된 파형(301)은 콘트라스트 AM/AV가 적다. 0차 회절광을 차광하여 파형(302)의 성분을 제거할 수 있으므로, 검출된 파형은 파형(302)에서와 같이 콘트라스트가 높다.
이하, 본 발명의 원리를 설명한다. 즉, 본 발명은 위상 막을 사용하지 않고 마스크 상의 서로 인접하는 회로 패턴의 위상을 반전한다(π만큼). 마스크(레티클)(100)의 서로 인접하는 회로 패넌(321)과 (323)사이의 차광부가 제 2 도 및 제 3 도에 도시한 바와 같이 좁은 경우에는 완전히 상보적인 도면이 되고, 차광부가 유한의 폭을 갖는 경우에는 근사적으로 상보적인 도면이 된다. 마스크(레티클)(100)의 서로 인접하는 회로패턴(321) 및 (323)은 결상 광학계(투영 렌즈)(3201)에 의해 회절 영상면(3203)에, 바비넷(Babinet)의 원리에 의해 프라운호퍼 회절상에서는 하나의 중심점(0차 회절광)을 제외하고는 π만큼 어긋난 위상으로 광강도가 동일하다. 회절 영상면(3203) 및 0차 회절광 이외의 회절 패턴에서는 회로 패턴(321) 및 (323)에서의 광의 위상이(π만큼 어긋나서)반전되고, 0차 회절광의 적어도 일부는 회절 패턴(회절 영상면)상에서 차광판(324)(결상공간 필터(3302))에 의해 차광되는 것에 의해, 기판(200)표면(결상면)으로 결상된 광은 위상이 반전된(π만큼 어긋난) 서로 인접하는 패턴에서의 광과 동일하여 높은 콘트라스트의 극미세 회로 패턴(웨이퍼상의 0.1㎛ 이하의 극미세 회로 패턴)을 기판(200)으로 전사할 수 있다.
더 상세하게, 제 2 도 또는 제 3 도에 도시한 바와 같이, 회절광의 적어도 0차 부분이 회절 영상면상에서 차광판(324)(결상 공간 필터(3302)에 의해 차광되는 것에 의해, 반전된 위상을 갖는 회절광만이 결상면에 도달할 수 있으므로, 결상면에서 본다면, 마치 위상막이 마스크상에 형성된 것처럼 보인다. 그 결과, 위상시프터 방법과 동일한 회로 패턴이 웨이퍼상에 결상되고, 결상면의 강도 분포로 환산해서, 제 7 도에 도시한 종래의 축소 투영 노출의 경우와 비교해서 높은 콘트라스트의 극미세 회로 패턴이 웨이퍼(200)상에서 얻어진다.
제 7 도는 서로 인접하는 미세 회로 패턴(321) 및 (323)의 영상이 결상면에서 콘트라스트가 높은 종래의 축소 투영 노출의 경우를 설명하는 도면이다. 간단하게, 제7도에 도시한 종래의 축소 투영 노출과 비교해서 본 발명에 따른 축소 투영노출의 경우에는 높은 콘트라스트의 극미세 회로 패턴(웨이퍼상의 1㎛의 극미세 회로 패턴)이 제 2 도 및 제 3 도에 도시한 바와 같이 결상면에 전사되어 노출된다.
이하, 제 4 도에 도시한 에를 식(공식)을 사용하여 설명한다. 제 4 도에 도시한 예에서는 수은 램프(3101)에서의 광이 집광 렌즈(3103)에 의해 광원 공간 필터(3301)에 집광되고, 집광 렌즈(3106)이 마스크(100)을 조명한다. 마스크를 투과한 광은 결상 공간 필터(3302)에 의해 부분적으로 차광되고 결상 렌즈(3201)에 의해 웨이퍼(200)상에 결상된다. l(u,v)를 광원 공간 필터(3301)의 형상, f(x,y)를 마스크(100)상의 패턴의 형상, a(u,v)를 결상 공간 필터(3302)를 형상으로 하면, 웨이퍼(200)상의 영상의 강도 gp(x,y)는 식
에 의해 산출된다.
식 (1)에서, 광원 공간 필터(3103)상의 (u,v)에서 나온 광이 서로 간섭하지 않으므로, 결상면에서의 강도는 산출된 후에 적분된다. "Vibration Optics"(lwanami Shoten) written by Kubota에 따르면, 일반적으로 광학계의 분해능을 광학계의 OTF(Optical Transfer Function) 또는 응답 함수를 사용하여 고려할 수 있다. 제 4 도에 도시한 예의 응답 함수(u,v)는 물체면상의 패턴 f(x,y)와 그의 영상의 강도 gp(x,y)를 사용하는 식
에 의해 산출된다.
제 8 도는 곡선(351)에 대해 산출된 광학계의 응답 함수를 도시한 도면이다. 횡축은 공간 주파수 S를 나타내고, 참조를 위해 대응 결상 렌즈의 개구수(NA=0.38의 경우)를 도시한다. 종축은 0차 성분에 의해 정규화된 응답 함수를 나타낸다. 점(355)의 위치는 결상 렌즈의 개구의 크기를 나타낸다. 곡선(352)는 종래의 광학계, 즉 광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)를 사용하지 않는 경우의 응답 함수를 나타내고, 곡선(353)은 위상 시프터법에 의해 보이는 응답 함수를 나타내고, 곡선(354)는 레이저등의 코히어런트광이 기준으로 사용되는 경우의 응답 함수를 나타낸다. 종래 방법에 따른 응답 함수(352)에서는 응답 함수가 식
에 의해 나타낸 위치S1까지 연장한다.
본 발명의 방법은 응답 함수가 상기 식으로 도시한 위치까지 연장하는 것은 종래 방법과 같지만, 곡선이 NA=0.2부근의 위치에서 0.6의 위치까지 안정화된 형상으로 되어 있다. 또한, 본 발명에서는 저주파수 성분의 응답 함수가 다음에 기술하는 바와 같이 마스크 패턴의 형상을 공부하여 저감되므로, 본 발명에 따른 시스템 전체의 응답 함수는 곡선(356)의 형상을 갖는다. 곡선(357)은 정규화를 도시하고, 안정화된 응답 함수는 저주파수 성분에서 고주파수 성분까지의 광대역에 걸쳐서 연장하고 있다. 그것에 의해, 미세 패턴을 본 발명에 따른 높은 콘트라스트로 결상할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 3㎛의 라인 앤드 스페이스가 점(358)의 위치에 있고, 이 콘트라스트가 종래 방법에서는 C1으로 되지만, 본 발명에서는 더 높은 값 C2로 된다. 본 발명에서, 광원 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)의 형상은 상술한 식(1)에 의해 산출된 응답 함수가 최적화되도록 결정된다. 본 발명에 따르면, 고주파수 성분의 응답 함수의 값은 저주파수 성분의 응답 함수를 저감하는 것에 의해 비교적 증가될 수 있다. 또한, 링형상 광원 공간 필터를 식(3)으로 설정된 영역으로 응답함수를 연장하는데 사용될 수 있다.
광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)의 크기 및 폭은 상기 식(2)를 이용하여 응답 함수를 산출하는 것에 의해 최적화될 수 있다.
시뮬레이션에 의해 웨이퍼(200)에서의 결상 상태를 산출하여 마스크의 형상을 확인하는 방법을 다음에 기술하지만, 식(1)을 해석적으로 풀 수 없으므로, 식(1)에 따른 수치 계산을 산출에 사용한다. 식(2)에 의해 산출될 수 있는 응답 함수를 식
에 의해 얻어서 산출할 수 있으므로, 산출 시간을 단축할 수 있다.
광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)의 형상을 결정하는 방법을 제 9 도 내지 제14도에 도시한다. 본 발명의 광학계는 소위 부분적 코히어런트 결상(partial coherent imaging)의 광학계이다. 소위 응답함수를 사용하여 완전히 설명할 수 없는 부분적 코히어런트 결상의 광학계는 "Stepper's Optics"(Optical Technical Contact, Vol.27,No.12,PP.762-771)에 설명되어 있다. 상술한 개념에 기초한 본 발명에 따른 링형상 공간 필터 및 링형상 광원을 사용하는 광학계의 결상 특정은 산출된다.
부분적 코히어런트 결상의 결상 특성은 검출 광학계의 푸펄면의 형상과 광원의 형상의 관계를 도시하는 T(X1,X2), 트랜스미션 크로스 계수를 사용하는 다음 식(5)에 의해 산출된다. 상술한 "Stepper's Optic"에 따르면, 광학계의 OTF(Optical TransferFunction)의 최저차의 T(x,O), 트랜스미션 크로스 계수에 의해 근사적으로 결정된다. T(x,O)은 광원의 형상과 푸펄면의 형상사이의 상관 함수에 의해 도시된다.
exp[-2πiv·(χ1-χ2)]dχ1dχ2
여기서, v=(x,y)……영상면상의 좌표
f(x)……영상면상의 강도 분포
^……퓨리에 변환
*……공액 복소수
즉, 복잡한 식(5)로 도시한 부분적 코히어런트 결상의 특성은 광원의 형상과 푸펄면의 형상의 상관 함수인 기하학적인 문제를 제기한다. 제 9 도는 광원 공간 필터(3301)의 광투과부(3305)와 결상 공간 필터(3302)의 광 차광부(3306)을 도시한 것이다. 좌표x의 푸펄면과 광원의 상관 함수는 제 9 도에서 빗금부 또는 사선부(364)에 의해 도시되어 있다. 마찬가지로, 종래 기술의 푸펄면과 상관 함수는 제10도에서 빗금부 또는 사선부로 도시되어 있다.
제13도의 곡선(367)은 제 9 도의 경우의 상관 함수, 즉 트랜스미션 크로스 계수, T(x,O)의 산출값을 도시한 것이다. 제10도에 도시한 종래 기술의 경우의 상관 함수는 곡선(366)으로 비교하면 고주파수 영역에서 값이 크다. 즉, 콘트라스트가 증가한다. 제13도는 NA=0.38, δ=0.9의 경우의 산출 결과를 도시한 것이다. 제13도에서, 횡축은 파장이 0.365미크론인 경우에 각 NA에 대응하는 최소 패턴 치수를 도시한다. (예를 들면, 0.3은 0.3미크론의 라인 앤드 스페이스를 의미한다.(예를 들면, 0.3은 0.3미크론의 라인 앤드 스페이스를 의미한다.) 0.3미크론의 OTF는 종래 기술보다 약 2배만큼 큰 것을 알 수 있다.
제12도 및 제13도는 광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)의 형상의 설정을 돕고 직관적 이해를 증가시키는 도면이다. 제11(a)도의 사선부 A는 광원의 외경과 차광부(306)의 상관 함수를 도시한 것이고, 제11(b)도의 사선부는 광원의 내경과 차광부(3306)의 상관 함수를 도시한 것이다. 제11(c)도의 사선부는 광학계의 최대 푸펄과 광원의 투과부(3305)의 상관 함수를 도시한 것이다. 공간 필터와 최종적인 광원 형상의 상관 함수는 제12도의 사선부(367)로 도시되어 있다. 이것은 C-A+B에 의해 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 상관 함수를 얻는 것에 의해, 공간 필터 또는 링형상의 조명의 효과를 직관적으로 이해할 수 있고, 반대로 그의 형상을 결정하는데 도움이 된다. 구체적으로, 고주파수 영역(382)의 값은 중간 주파수 영역(381)보다 크다. 저주파수 영역(383)의 값이 과도하게 큰 경우, 저주파수 영역의 값은 공간 필터의 효과 A 및 B에서 더욱 감소된다. 이 방법으로 링형상 조명과 공간 필터의 효과가 직관적으로 설명된다.
물론, 광원의 형상과 공간 필터의 형상을 식(5)에 따라 평가할 수 있고 광원과 공간 필터의 상관 함수에 의해 근사적으로 평가할 수 있다.
링형상 광원이 코히어런스를 높일 수 있으므로, 광학계의 심도를 증가할 수 있다. 링형상 광원의 대역폭을 좁힐 수록 광원의 코히어런스갈 높아진다. 따라서, 초점 심도가 증가한다. 링형상 광원의 링의 직경을 크게할 수록 공간의 코히어런스 정도가 커진다. 따라서, 해상도가 높아진다.
본 발명에 따른 사용된 링형상 공간 필터와 링형상 광원의 효과를 제15도에 따라 설명한다. 제15(a)도는 결상 렌즈의 눈(3301), 눈상에 결상된 광원의 영상(3305a)(0차 회절광)와 마스크(100)상에 y방향으로 형성된 패턴(회로 패턴)에 기인하는 광원의 회절영상(3305b) 및 (3305c)를 도시한 것이다. 제15(a)도는 광원이 링형상인 경우를 도시한 것이고, 제15(b)도는 광원이 원형인 경우를 도시한 것이다. 0차 회절광을 차광하는 필터는 사선부(371)에 의해 도시되어 있다. 광원의 회절광(3305b)와 (3305c)의 일부이기도한 사선부(372)는 사선(371)에 의해 동시에 차광된다. 제15(a)도의 경우에는 10% 내지 20%만이 차광되지만, 제15(b)도의 경우에는 40% 이상이 차광된다. 즉, 0차 회절광만을 효율적으로 차광하는 목적은 제15(a)도의 링형상 광원에 의해 효율적으롤 달성된다. 즉, 링형상 광원은 성능이 향상된다. 링형상 광원의 폭을 적게 할수록 차광될 회절광의 비율이 적어진다.
본 발명에서, 제16(a)도에 도시한 바와 같은 광원의 링폭의 약 30%의 좁은 링폭을 갖는 공간 필터(3306)이 0차 회절광의 일부를 차광하기 위해 사용된다. 그러나, 0차 회절광의 일부가 충분히 차광되므로, 링폭이 광원과 거의 동일하고 투과율이 약 70%인 제40(a)도에 도시한 바와 같은 공간 필터를 사용할 수 있다. 물론, 링폭을 광원의 영상보다 적게할 수 있어 투과율을 70%이하로 할 수 있다. 또한, 여기서는 광투과율이 30%이하인 경우이지만 광투과율은 30%에 한정되지 않는다. 0차 회절광의 일부를 차광하기 위해서 공간 필터부(3306)로서 투과율은 100%이고 사용 파장에서의 위상이 π어긋나는 위상판을 사용하여도 좋다. 그러한 필터는 0차 회절광의 일부를 실질적으로 차광하는 필터로써 가능하다. 또한, 편광과 편광판을 사용하여 차광해도 좋다.
또한, 제26도에 도시한 바와 같이, 투과율이 70%인 필터의 링폭을 광원보다 크게 하여도 좋다. 이 구성에 의해, 0차 회절광 뿐만 아니라 저차 회절광의 일부도 차광할 수 있고, MTF 곡선을 향상할 수 있다. 제16(a)도에 도시한 예서는 제26도의 예와 같이 저차 회절광의 일부가 차광되는 구조를 도시한다.
상술한 바와 같이, 0차 회절광을 효율적으로 차광하기 위해서는 링형상 광원이 효과를 발휘한다. 링의 폭이 적게 될 때, 효과는 증가한다. 여기서, 링형상 광원이 링형상 모양으로 나란한 광원을 포함하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 코히어런트 점 광원의 접합체로서 고려할 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 점광원에 가까운 0.1∼0.3의 차수로 공간 코히어런스를 갖는 광원(375)의 집합체와 그곳에 대응하는 위치에 있는 광원(375)보다 적은 차광판(376)을 마련하여도 달성될 수 있다. 물론, 저 투과율의 차광판(376)을 사용하여도 좋다. 제17(a)도는 광원(375)와 차광판(376)이 링형상의 모양으로 나란한 예를 도시한 것이다. 이러한 형식의 배열을 사용할 때 0차 회절광의 차광은 제17(b)도에 도시한 바와 같이 링형상 모양이 형성되지 않아도 달성될 수 있다. 이 때에 광원 및 차광판의 여러 겹을 제17(c)도에 도시한 바와 같이 링으로 배열할 수 있다. 제17도(d)에 도시한 바와 같이 0차 회절광의 일부를 차광하기 위해서 대응 광원의 일부에 대해서만 차광판을 탑재하여도 좋다.
제18(a)도 및 제18(b)도는 광원의 광강도 분포와 공간 필터의 투과율을 반경 방향에 대해서 도시한 것이다. 제18도에서는 광강도 분포와 투과율 분포가 직사각형 분포로 도시되어 있지만, 제19(a)도 및 제19(b)도에 도시한 바와 같이 완만한 분포도 문제없이 사용할 수 있다. 이것은 OTF가 그들의 상관 함수로 도시된다고 고려하면 이해할 수 있다. 즉, 가중치를 취하면서 적분된 것이 중북 부분에 대한 상관 함수이므로, 완만한 분포를 나타내더라도, 상관 함수의 값은 크게 변하지 않는다. 어떤 경우에도, 반경 방향으로 같은 분포 및 동심원상의 분포를 얻는데 이것은 중요하다. 여기에 기술하는 광원이 제19(a)도에 도시한 바와 같은 분포를 갖는 다는 사실은 제17(b)도, 제17(c)도 및 제17(d)도에 도시한 광원의 강도가 중심을 향해 작아지는 것을 나타낸다. 그러한 실시예서는 적은 코히어런스의 광원을 작성할 수 있음과 동시에 주파수 성분을 더욱 적게 할 수 있다는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 노출 장치 또는 다른 결상 광학계에 의해 0차 회절광의 일부에 효율적인 차광에 의해 해상도 향상과 초점 심도 향상이 달성된다. 그러나, 0차 회절광을 효율적으로 차광하기 위해서는 공간 필터가 배열된 퓨리에 변환변경을 0차 회정광과 회절광을 중접하는 것이 아니라 그들을 분리할 필요가 있다. 결국, 조명된 광의 코히어런스가 높다. 즉, 점광원에 가까운 것이 바람직하다. 한편, 결상 광학계의 해상도를 향상하기 위해서는 광원의 공간 코히어런스, 즉 α값을 증가시키는 것이 바람직하다. 즉, 큰 광원이 바람직하다. 서로 상반되는 것(점 광원과 큰 광원)이 양립할 필요가 있다. 본 발명에 따른 링형상 광원과 공간 필터는 상기 상반되는 것이 양립되게 한다. 이것을 효율적으로 충족하는 하나의 방법은 적은 광원의 집합체를 사용하는 것이다. 또한, 이 집합체는 큰 링의 형상으로 배치하면, 큰 광원의 조건이 충족된다. 즉, 링의 폭을 적게하면, 코히어런스가 증가하고 초점 심도가 향상되지만, 링의 반경을 크게 하면, 공간 코히어런스가 증가하고 해상도가 향상한다.
0차 회절광의 일부가 차광되면서 링의 반경이 증가할 때에 공간 필터(3306)의 직경이 광학계의 눈과 거의 같아지는 조건이 있다. 이 조건은 0차 회절광의 일부가 차광되고 링형상 광원의 크기가 최대인 조건이다. 즉, 이것은 축소 투영 렌즈에 관해 최대 해상도가 얻어지는 조건이다. 제20(a)도, 제20(b)도 및 제20(c)도는 그러한 배치를 도시한 것이다. 이들 실시예에서는 광원의 크기가 렌즈의 눈보다 크다. 일반적으로, 광원의 크기가 중가할 때에는 초점 심도가 얕아져서 리도그래피에 적당하게 사용할 수 없다는 것이 알려져 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 링형상 광원을 사용할 수 있는 것에 의해 초점 심도를 깊게 할 수 있다. 그러므로, 제20도에 도시한 바와 같이 눈보다 큰 광원을 사용할 수 있다. 각각의 실시예는 0차 회절광의 일부(377)이 차광되는 구조를 갖는다. 이 구조의 OTF는 상관 함수로 나타내어 진다. 그러므로, OTF의 파단 주파수가 광원의 크기가 눈보다 적은 경우와 비교해서 연장된다는 효과가 있다. 또한, 높은 정밀도를 요구하는 축소 투영 렌즈를 사용하는 일 없이 큰 NA 실행을 용이하게 하는 조명계에서의 향상에 의해서면 해상도를 향상할 수 있는 구조에 의해서도 효과가 있다. 이 실시예에서는 NA 0.4의 렌즈를 사용하여 배선 i로 약 0.1㎛의 패턴을 전사할 수 있다.
0차 회절광 차광의 결상계에서는 OTF곡선을 완만하고 단조롭게 저감하는 것이 중요하다. 제21도는 본 발명에 따른 OTF곡선(378)을 도시한 것이다. OTF가 완만하거나 부드러운 곡선이 아니라 곡선(379)로 도시한 바와 같이 기복이 있는 것인 경우에는 파형의 극소점 부근의 콘트라스크가 적게 되고, 여러가지 공간 주파수 성분을 갖는 실제 LSI 패턴에서는 패턴이 올바르게 전사되지 않는다. 그러나, 특정한 공간 자파수 성분에서만 형성된 특정한 패턴이 포함되지 않고, 특정한 공간 주파수에 대해서 콘트라스트가 충분하게 되어 증가된다. 즉, OTF곡선은 제22도에 도시한 바와 같은 특정한 폭 Wb의 범위에 있을 필요가 있다. 이 Wb는 다음에 기술하는 전사 시뮬레이터에 의해 산출된 전사 결과에서 산출될 수 있다.
따라서, 제20도에 도시한 광원이 큰 경우에도, 완만하고 단조롭게 저감되는 OTF가 필요하다. 이 점에서, 실제 LSI의 패턴이 전사될 때, 광원의 내경과 축소 투영 렌즈의 눈의 직경의 차이가 광원의 내경과 축소 투영 렌즈의 직경의 차이와 거의 같은 것이 바람직하다. 실제의 초점 심도를 얻기 위해서는 축소 투영렌즈의 눈 직경과 내경의 비율이 0.6 이상인 것이 바람직하다.
제20(a)도의 예에서는 적당한 값의 투과율을 갖는 필터를 제25도에 도시한 바와 같이 축소 투영 렌즈이 눈내에서 광원의 0차 회절광에 노출된 부분(380)의 위치에 배치해도 된다. 이 경우에는 광원의 눈 이외의 부분(377)의 폭을 저감할 수 있으므로, 광원의 크기를 저감할 수 있다는 효과가 있다.
반대로, 부분(377)과 비교해서 축소 투영 렌즈의 눈내의 부분(380)의 폭을 증가시킬 수 있다. 이것은 광강도가 쉽게 증가하는 넓은 영역에 안정화된 콘트라스트를 쉽게 유지한다는 효과를 낳는다.
또한, 링의 광원의 외경이 축소 투영 렌지의 눈과 같게 되더라도 본 발명의 목적을 어느정도 달성할 수 있다. 제20(a)도에 도시한 구조에서는 공간 필터가 축소 투영 렌지의 눈으로 도입되지 않으므로, 0차 회절광의 일부를 차단할 수 있다. 그러므로, 이 구조는 단순하여 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 제23도에 도시한 바와 같이, 링형상 광원(378)이 제20도에 도시한 광원의 외부에 설치되어 해상도가 더욱 향상된다. 제24도는 제23도에 도시한 광원이 실시된 예를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 증가된 NA를 갖는 광원이 렌즈계에서는 곤란하므로, 레이저 광원(3121), 빔 주사 수단(33122), 링형상 미러(3123) 및 (3124를 사용한다. 이 실시예의 경우에는 i배선의 NA 0.4의 렌즈를 사용하고, 0.15㎛를 해상할 수 있다. 이러한 실시예는 0차 회절광의 일부가 차광된다는 점에서 본 발명의 기본 개념과 다르다.
본 발명에 따른 패턴 전사계(3000)(축소 투영 노출 광학계)의 1실시예를 제 4 도 내지 제 6 도에 따라 설명한다. 패턴 전사계(축소 투영 노출 광학계)(3000)에서는 Hg램프(3101)에서의 광중 365nm의 파장을 갖는 i선이 컬러 필터(3102)에 의해 선택적으로 투과되고, 집광 렌즈(3103)에 의해 인테그레이터(3104)의 표면상에 집광되다. 인테그레이터(3104)내의 소자(3107)(제28도)에 입사한 광은 사출각α로 각각 사출되고 마스크(100)은 집광 렌즈(3106)에 의해 마스크를 조명한다. 인테그레이터(3104)를 다음에 설명한다. 링형상 광원 공간필터(3301)은 인테그레이터(3104)의 출력끝 근방에 배치된다.
마스크(100)상의 (예를 들면, 제39도에 도시한)마스크 회로 패턴(104)를 투과하여 회절된 광은 결상 렌즈(축소 투영 렌즈)(3201) 및 결상 렌즈의 푸펄의 부근에 탑재된 결상 공간 필터(3302)를 통해 높은 콘트라스트를 갖는(예를 들면, 제37도에 도시한)웨이퍼 회로 패턴(204)로써 웨이퍼(기판)(200)상에 결상되어 전사된다.
링형상의 광원 공간 필터(3301)의 영상은 집광 렌즈(3106) 및 결상 렌즈(축수 투영 렌즈)에 의해 링형의 결상 공간 필터(3302)의 위치에 결상된다. 본 실시예의 결상 공간 필터(3302)와 광원 공간 필터(3301)의 결상 관계를 제32도 및 제33도에 도시한다. 광원 공간 필터(3301)은 외경 DLO와 내경 DLI를 갖는 링부(3305)의 광원을 형성하고, 링부(3305)의 내부 및 외부는 차광된다. 결상 공간 필터(3302)는 외경DIO와 내경 DII를 갖는 링부(3306)가 차광되고, 광이 링부(3306)의 내부와 외부를 모두 투과하는 구조를 갖는다. 결상 렌즈(축소 투영 렌즈)(3201)의 입사부는 (3205)로 나타내고, 출사부는 (3206)으로 나타낸다.
결상 공간 필터(3302)가 결상 렌즈(축소 투영 렌즈)(3201)의 앞쪽(3205)의 위치(3202), 결상 렌즈(3201)의 뒤쪽(3206)의 위치(3204) 또는 결상렌즈내의 푸펄의 위치(3203)에 있어도 좋다. 설계상 가장 좋은 효과는 위치(3203)에서 얻어지고, 코스크가 최소로 되고 충분한 효과를 얻은 위치는 위치(3204)이다.
제11도는 결상 공간 필터(3302)가 위치(3204)에 배치된 결상 렌즈(3201)의 사시도이다. 이 경우에는 결상 공간 필터(3302)가 금속판으로 형성되어 지지 로프(3311)로 지지된다. 물론, 지지 로브(3311)의 치수가 적어지고 그 수가 줄어들수록 좋다. 제31도는 글라스 기판(312)상에 차광막(3313)을 형성하여 결상 렌즈(3201)의 뒤쪽 또는 앞쪽에 형성된 결상 공간 필터(3302)의 1실시예를 도시한 것이다. 이 경우에는 지지 로브가 필요없지만, 글라스 기판(3312)에 의한 수차를 고려하여 설계할 필요가 있다.
광원 공간 필터(3301)과 결상 공간 필터(3302)사이의 결상 배율을 M으로 하고, 제32도에 도시한 바와 같은, 광원 공간 필터(3301)의 외경 DLO, 광원 공간 필터(3301)의 내경 DLI, 결상 공간 필터(3302)의 외경 DIO와 결상 공간 필터(3302)의 내경 DII사이의 관계를 설명한다. 간단하게, 0차 회절광의 일부 또는 전부가 차광된다면, 마스크상의 미세 회로 패턴을 웨이퍼상에 높은 콘트라스크로 결상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 결상 공간 필터(3302)의 DIO 및 DII와 광원 공간 필터(3301)의 DLO 및 DLI에 대해서, 액정 표시 소자등의 가변 공간 필터를 구성하거나, 서로 치수가 다른 여러개의 공간 필터를 교환할 수 있게 마련하는 것에 의해, 공간 필터의 링 형상 치수를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 결상 공간 필터(3302)의 DIO 및 DII와 광원 공간 필터(3301)의 DLO 및 DLI에 대해서, 액정 표시 소자등의 가변 공간 필터를 구성하거나, 서로 치수가 다른 여러개의 공간 필터를 교환할 수 있게 마련하는 것에 의해, 공간 필터의 링 형상 치수를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 전체 투영 노출계의 1실시예를 제27도 내지 제36도에 따라 설명한다.
먼저, 제27도에 도시한 바와 같은 패턴 데이타 생성계(1000)을 설명한다. 패턴 데이타 생성계(1000) 및 배선 데이타 작성부(1102)에서는 기판(웨이퍼)(200)상에 바람직하게 형성된 웨이퍼 패턴 형상 데이타(1103)이 설계 데이타등의 배선 도면 데이타(1101)에 따라 형성된다. 패턴 변환부(1104)는 웨이퍼 패턴 형상 데이타(1103)에 따라 마스크(레티클)(100)상에 바람직하게 형성된 마스크 패턴 형상 데이타(1105)를 변환한다. 이 때에, 패턴 전사 시뮬레이터(1108)은 배선 데이타 작성부에 의해 형성된 웨이퍼 패턴 형상 데이타(1103), 광원 공간 필터(3301)의 링부(3305)의 외경 DLO, 내경 DII 등의 설정 조건과 결상 공간 필터(3302)의 링부(3306)의 외경, DIO, 내경 DLI등의 설정 조건에 따라, 패턴 변환부(1104)에 의해 변환된 마스크상의 마스크 패턴이 패턴 천사 광학계에 의해 기판(200) 상에 실제로 노출될 때에 웨이퍼 패턴 형상 데이타(1103)과 근사적으로 일치하는 가를 체크한다.
그후, 마스크 패턴이 보정을 위해 패턴 변환부(1104)로 피드백 하여 웨이퍼 패턴 형상 데이타(1103)으로 조정된 공간 필터의 최적한 형상(링부(3305)의 외경 DLO, 내경 DLI등과 링부(3306)의 외경 DIO, 내경 DII등)이 얻어지고, 그의 결과는 공간 필터 제어계(3305)를 통해 광원 공간 필터 제어부(조정부)(3303) 및 결상 공간 필터 제어부(조정부)(3304)로 전달되어 광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)의 형상이 제어(조정)된다. 패턴 생성부(1106)은 패턴 변환부(1104)에 의해 변환된 마스크 패턴 형상 데이타(1105)에 따라 전자빔 묘화 장치(2103)에 맞는 EB 데이타(1107)을 변환한다.
다음에, 마스크 제조계(2000)을 설명한다. 막형성 장치(2101)은 마스크 기판(101)상에 금속 크롬 또는 산화 크롬 또는 크롬과 산화 크롬으로 형성된 여러개의 적층막(202)를 형성한다. 코팅 장치(2101)은 막형성 장치(2101)에 의해 형성된 마스크 기판(101) 상에 레지스트막(203)을 코팅한다. 전자빔 묘화 장치(2103)은 패턴 생성부(1106)에서 생성된 EB데이타(1107)에 따라 마스크 회로 패턴 형상(1105)와 동일한 회로 패턴을 묘화하여 형성한다. 그후, 마스크 기판(201) 상의 회로 패턴이 현상 장치(2104)에 의해 현상되어 마스크(100)이 완성된다. 완성된 마스크(10)은 전사 시뮬레이터(1108)에서의 데이타 또는 웨이퍼 패턴 데이타(1105) 또는 마스크 패턴 데이타(1103)과 패턴 검사 장치(2106)에 의해 검출된 영상 데이타가 비교되는 것에 의해 패턴이 검사된다. 불량이 존재하면, 이온 빔 기기등으로 이루어진 패턴 보정 장치(2105)로 보정하고, 최종적으로 마스크(100) 상의 이물 입자를 이물 입자 검사 장치(2107)로 검사한다. 이물 입자가 있으면, 세척 장치(2108)로 세척한다.
본 발명에 따른 마스크(100)은 예를 들면 제39도에 도시한 바와 같이 단층막(102)으로 구성될 수 있으므로, 위상 시프터의 마스크와 비교해서 세척하기 쉽다는 특징이 있다. 또한, 마스크(100)을 위상 시프터의 마스크와 비교해서 제조하기 쉽다.
패턴 검사 장치(2105)에서는 검출 영상 데이타를 마스크 패턴 데이타(1103) 또는 웨이퍼 패턴 데이타(1105) 또는 전사 시뮬레이터(1108)로부터의 데이타중의 하나와 비교해도 좋다.
그러나, 가장 효율적이기는 패턴 검사 장치(2105) 및 형성 광학계의 광원을 본 발명에 따라 패턴 전사계(축소 투영 노출계)와 등가로 하여 웨이퍼 패턴 데이타(1105)와 비교한다. 구체적으로, 패턴 검사 장치(2105)를 패턴 전사계(축소 투영 노출계)(3000)과 등가인 광학계로 구성하고, 피검사 마스크(100)을 마스크 스테이지(3401) 상에 놓고, 수광 소자상에 결상된 영상을 검출할 수 있도록 웨이퍼(기판)(200)이 있는 위치에 수광 소자를 배치한다. 상술한 바와 같이 설계된 패턴 검사 장치(2105)로 웨이퍼에 실제로 투영되고 노출되는 극미세 회로 패턴과 동일한 회로 패턴(웨이퍼 상의 1㎛ 미만의 극미세 회로 패턴)을 광의 간섭에 의한 영향없이 수광 소자에서 높은 콘트라스트로 영상 신호로서 검출할 수 있으므로, 웨이퍼 패턴 데이타(1105)와 비교하는 것에 의해 미세 회로 패턴이라도 실제로 검사할 수 있다.
다음에, 본 발명의 패턴 전사계(축소 투영 노출 광학계)(3000)을 설명한다. 패턴 전사계(3000)에서, Hg램프(3101)에서의 광중 365nm의 파장을 갖는 i선을 컬러 필터(3102)에 의해 선택적으로 투과하고 집광 렌즈(3103)에 의해 인테그레이터의 표면 상에 집광한다. 인테그레이터(3104) 내의 소자(3107)(제28도)로 입사하는 광은 개별적으로 출사각으로 출사되어 집광 렌즈(3106)에 의해 마스크(100)의 상부를 조명한다. 제28도 및 제29도는 인테그레이터(3104)의 다른 형태를 도시한 것이다. 제28도는 인테그레이터(3104)의 단면이 링형상인 경우를 도시한 것이다. 제29도는 링형상이 차광판(3105)에 의해 형성되는 인테그레이터(3104)의 1실시예를 도시한 것이다. 요약하면, 공간 필터의 역활을 하는 것, 즉 링이 차광 기능을 하는 것이기만 하면 다른 구성을 사용해도 좋은 것은 명백하다. 바람직하게는 상술한 바와 같이 구성된 광원 공간 필터(3301)의 DLI, DLO를 서로 치수가 다른 여러개의 공간 필터를 교환할 수 있게 작성하여 제어할 수 있는 것에 의해, 광원 공간 필터 제어부(조정부)(3303)에서의 코멘드에 의해 제어 또는 조정할 수 있다. 그렇지 않다면, 자유도가 크게 제한받는다.
본 발명에서는 차광판이 광원면 상에 있을 때에 합성 광량이 저감된다. 따라서, 광원의 광강도를 증가시킬 필요가 있다. 종래의 램프에서는 광 강도를 증가시키기가 곤란하였다. 파이버 조명용 스트로브 광원은 "Development and Research of Strobe Light Sourse for Fiber Illuminaion" written by Yamamoto, Lecture Meeting of Society of Applied Physics, 1991, 11p-ZH-8에 기재되어 있다. 그곳에 기재된 바와 같은 스트로브 광원은 노출 장치에 사용되고 있다. 그러나, 충분한 광강도를 얻는 것을 필요로 하는 본 발명이 상술한 바와 같은 램프를 사용하는 것은 효율적이다. 이 광원은 더 큰 직경을 가지므로 본 발명에 적합하다.
제23도에 도시한 실시예에서는 제25도에 도시한 바와 같은 광섬유를 사용하는 인테그레이터가 효율적이다. 광섬유를 사용하는 인테그레이터는 다수의 광섬유(308) 묶음을 포함한다. 광도입면(3131)은 광원(3101)에서의 광을 용이하게 집광하도록 원형이고, 광방사면은 링형 구조로 되도록 광섬유의 묶음을 포함한다. 광섬유를 사용하는 것에 의해, 수은 램프등의 둥근 광원 형상을 갖는 광원을 링형상 광원을 작성하는데 효율적으로 사용할 수 있다. 인테그레이터(3104)를 광섬유를 사용하여 고정할 수 있게 작성할 수 있다. 이것에 의해 온도 제어를 요하는 장치 본체에서 떨어진 위치에 열원인 광원을 설치할 수 있다는 효과가 있다.
제25도에 도시판 파이버의 묶음을 산재하여 내경 및 외경을 가변하는 것이 제안된다. 그러한 가변 기구는 광원 공간 필터 제어 기구(3303)에 의해 제어된다.
마스크(100) 상의 마스크 패턴(104)(제34도)를 투과하고 회절된 광은 결상 렌즈(3301) 및 결상 공간 필터(3302)를 통해 웨이퍼(200) 상에(예를 들면, 제37도에 도시한 바와 같은) 웨이퍼 패턴(204)로서 결상된다.
결상 렌즈(3201)의 앞쪽 위치(3202) 또는 경상 렌즈의 뒤쪽 위치(3204) 또는 결상 렌즈내의 푸펄의 위치(3203)에 결상 공간 필터(3302)가 있어도 좋다.
광원 공간 필터(3301)의 영상은 집광 렌즈(3106) 및 결상 렌즈(3201)에 의해 결상 공간 필터(3302)의 위치에 결상된다. 제32도 및 제33도는 본 실시예에 있어서 결상 공간 필터(3302)와 광원 공간 필터(3301)의 결상 관계를 도시한 것이다. 광원 공간 필터와 결상 공간 필터는 링형상을 갖고 있다. 광원 공간 필터(3301)은 외경 DLO 및 내경 DLI를 갖는 링부(3302)를 갖고, 링부(3305)의 안쪽 및 바깥쪽 모두는 차광된다. 결상 공간 필터(3302)에서는 외경 DIO와 내경 DII를 갖는 링부(3306)이 차광되고, 링부(3306)의 안쪽 및 바깥쪽 모두를 광이 투과하도록 설계된다. 광원 공간 필터(3301)과 결상 공간 필터(3302)의 결상 배율을 M이라고 하면 DLO, DLI, DIO, DII 사이에는 다음의 식(6)의 관계가 성립된다.
DIO=M·δ·DLO
DII=M·ε·DLI
M·DLIDIIDIOM·DLO (6)
여기서, δ, ε은 계수로 다음의 식(7)을 충족시킨다.
0.7δ1.0
1.0ε1.3 (7)
이들 계수가 상기 식(7)을 충족시킬 때, 본 발명의 효과가 가장 현저하다. 그러나, 이들 식이 항상 만족될 필요는 없지만 0차 회절광의 일부 또는 전부가 차광되면 좋다. δ, ε의 설정에 있어서, 가장 높은 콘트라스트의 공간 필터의 δ와 ε의 값은 패턴 전사 시뮬레이터(1108)에 의해 선택된다.
제42도는 δ와 ε의 값이 변경될 때의 콘트라스트를 도시한 것이다. 이 도면에서, δ가 0.8이고 ε이 1.1일때 가장 좋은 콘트라스트가 얻어진다. 그러나, 상기 값의 시간에서만 가장 좋은 콘트라스트가 얻어지지 않는 것은 제 3 도에서 명확하다.
결상 렌즈(축소 투영 광학계)(3200)의 출사측(3204)의 개구수를 NAO, 동일한 위치(3204)에 광원 영상이 투영되는 것의 개구수를 NAL이라 한다. 공간 코히어런스도 δ로서 NAL/NAO를 규정한다. 제43도는 δ와 콘트라스트의 관계를 도시한 것이다. δ가 약 0.9일 때, 가장 좋은 콘트라스트가 얻어진다. 그러나 δ가 0.9에서 다소 어긋나더라도 높은 콘트라스트가 얻어진다.
본 발명의 목적은 제13도에 도시한 결상 공간 필터(3302) 및 광원 공간 필터(3301)이 사용될 때에 가장 현저하게 달성된다. 그러나, 본 발명의 목적이 0차 회절광의 전체의 일부를 차광하여 달성되므로, 제14도 내지 제17도에 도시한 공기 필터를 사용하여도, 높은 콘트라스트의 회로 패턴을 웨이퍼상에 결상할 수 있다. 제14도 내지 제17도에 도시한 에어 필터에서는 도면에 도시한 빗금이 차광부를 포함한다. 패턴 전사계(3000)은 Hg램프(3101), 광원부(3100), 컬러 필터(3102), 집광 렌즈(3103), 인테그레이터(3104) 및 집광렌즈(3106)을 포함하는 광원부(3100), 결상 렌즈(3201)을 포함하는 결상 광학계(3200), 광원 공간 필터(3301), 결상 공간 필터(3302), 광원 공간 필터(3301)을 제어하는 광원 공간 필터 제어부(조정부)(3303), 결상 공간 필터(3302)를 제어하는 결상 공간 필터 제어부(조정부)(3304) 및 패턴 전사 시뮬레이터(1108)에서 얻은 DLO, SLI, DIO, DII 등의 코멘드 신호에 따라 광원 공간 필터 제어부(조정부)(3303), 결상 공간 필터 제어부(조정부)(3304) 및 위치 결정 마크 검출부(3403)에 제어 신호를 송출해서 전체를 제어하는 전체 제어부(3305)를 포함하는 공간 필터 제어계(조정계)(3300), 마스크(100)을 탑재하는 마스크 스테이지(3401), 웨이퍼(200)을 탑재하는 웨이퍼 스테이지(3402), 웨이퍼 상의 위치 결정 마크를 검출하는 위치 결정 마크 검출부(3403), 위치 결정 마크 검출부(3403)에서의 코멘드에 따라 마스크 스테이지(3304)를 제어하는 마스크 스테이지 제어계(3404) 및 위치 결정 마크 검출부(3403)에서의 코멘드에 따라 웨이퍼 스테이지(3402)를 제어하는 웨이퍼 스테이지 제어계(3405)를 포함하는 위치 결정부(3400)을 포함한다.
상술한 구성으로 다음과 같이 동작한다. 마스크 제조계(2000)에 의해 제조된 마스크(100)은 마스크 스테이지(3401)에 탑재되어 광원부(3100)에 의해 조명된다. 광원부(3100)의 광원 공간 필터(3301)에서 마스크에서 투과한 0차 회절광의 일부는 결상 공간 필터(3302)에 의해 차광되고, 고차 회절광 및 0차 회절광의 일부는 결상 광학계(축소 투영 렌즈)(3200)을 통과ㅎ여 웨이퍼(200) 상에 회로 패턴을 형성한다.
코히어런스가 광원 상에 마련되므로, 제32도에 도시한 바와 같은 링 형상 공간 필터를 공간 필터로 사용한다. 코히어런스는 시간적인 것과 공간적인 것의 2개의 형태를 갖는다. 시간 코히어런스는 광원의 파장 대역으로, 광의 대역이 짧게 될수록 코히어런스가 높아진다. 공간 코히어런스는 광원의 크기로, 광원 공간 필터(3301)의 크기에 대응한다. 그러나, 광원의 크기가 코히어런스를 높이기 위해서 적게될 때, 광원의 광장도는 작게 되고 노출 시간이 연장되어 노출의 스루풋이 떨어진다. 링형상 광원 공간 필터(3301)을 사용할 때, 결상 위치에 형성된 광원 공간 필터(3301)의 영상은 0차 회절광이다. 즉, 링형상 공간 필터(3301)을 사용하여 강도가 높고 코히어런스를 갖는 광원을 실현할 수 있다. 이것은 "Wave Optics"(Iwanami Shten) written by Kubota에 기재되어 있고, 위상차 현미경에서 백색광에서 코히어런트 광을 얻도록 링형상 공간 필터를 사용하는 기술과 동일하다.
광원 공간 필터(3301)이 링형상을 갖는 또 다른 이유가 있다. 상술한 바와 같이, 전사될 웨이퍼 상의 패턴의 치수와 그 치수의 패턴이 가장 높은 콘트라스트로 전사되는 광원의 공간 코히어런스도 사이에는 도시한 바와 같은 관계가 있다. 따라서, 공간 코히어런스도가 전사될 패턴의 치수(피치)로 조정되었을 때, 본 발명의 효과가 현저하게 발휘된다. 광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)가 링 상에 형성된다면, 공간 코히어런스도, 즉 링의 크기를 용이하게 제어할 수 있다.
그러나, 링형상 광원 및 공간 필터의 링 반경(공간 코히어런스도)를 가능한한 크게 하여 해상도를 높이는 것은 물론이다.
본 발명에 있어서, 링형상 광원과 공간 필터는 동심원이다.
동심원을 작성하는 것에 의해, MFT에 의해 전사될 회로 패턴에 대한 방향성을 마련할 수 있다. 여러가지 방향의 회로 패턴을 갖는 LSI 회로 패턴 전사에는 MFT가 방향성을 갖지 않는 것이 중요하다. 동심원 필터는 제26도에 도시한 바와 같은 동심원이 아닌 필터에 비해서 렌즈로 복잡한 수차가 들어가기 어렵다는 효과가 있다.
0차 회절광과 고차 회절광의 강도가 밸런스된다면 상술한 효과를 달성할 수 있으므로, 결상 공간 필터(3302)를 생략하고 광원 필터(3301)만을 마련하여도 다소 낮지만 효과를 달성할 수 있다. 반대로, 광원 공간 필터(3301)을 생략하고 결상 공간 필터(3302)만을 마련하여도, 다소 낮지만 상기 효과를 달성할 수 있다.
다음에, 패턴 형성 방법을 제37도 내지 제41도에 따라 상세히 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 목적은 광원 공간 필터(3301) 및 결상 공간 필터(3302)를 사용하여 달성할 수 있지만, 다음에 기술하는 바와 같이 마스크 패턴(104)을 분할하여 본 발명의 효과를 더욱 향상할 수 있다.
제45도는 마스크(100) 상에 형성된 동일한 피치를 변경한 라인 공간 패턴의 라인폭(라인 투과율)을 갖는 결상 광학계(3200)과 웨이퍼(200) 상에 투영된 회로 패턴의 콘트라스트를 도시한 것이다. 제44도에 도시한 바와 같이, 콘트라스트는 라인폭이 적어짐에 따라 커진다. 즉, 라인폭을 적게하는 것이 제안된다. 라인폭이 적어질 때, 광강도는 적어지므로, 노출 시간을 연장할 필요가 있다. 마스크(100) 상에 형성된 회로 패턴의 라인폭은 회로 패턴 전사에 요하는 노출 시간과 콘트라스트를 고려하여 결정된다.
따라서, 본 발명에 따른 노출 방법에서는 마스크 패턴(104)를 형성하는 라인폭이 일정한 것이 바람직하다. 그 이유는 넓은 웨이퍼 패턴(204)를 형성하려는 경우에 장치가 필요하기 때문이다. 라인폭이 일정하지 않고 넓은 경우에는 결상면에서의 광강도가 주변 라인폭이 일정한 패턴에 대해서 높아 레지스트 현상후의 전사 패턴의 형상이 원래 얻으려는 회로 패턴과 다르게 된다. 광강도가 높은 회로 패턴이 부분적으로 있는 경우에는 그곳에서 나온 광이 원인이다.
넓은 회로 패턴을 정확히 형성하기 위해서는 주변 라인폭이 일정한 회로 패턴과 동일한 광강도로 광강도를 형성할 필요가 있다. 넓은 회로 패턴의 형성 방법을 도면에 따라 설명한다. 결상 광학계(3200)을 사용하여 회로 패턴을 전사할 때, 결상 광학계의 분해능보다 충분히 적은 회로 패턴을 해상할 수 없지만 균일하게는 결상할 수 있다. 상술한 넓은 회로 패턴 결상에서는 이 현상을 활용한다. 즉, 본 광학계의 분해능보다 적은 미세 패턴을 제39도 및 제40도의 (105), (106), (108)로 지시한 바와 같이 마스크(100) 상에 형설할 때, 제37도 및 제38도에 도시한 바와 같이 넓은 회로 패턴을 웨이퍼(200)에 전사할 수 있다.
제45도는 라인 스페이스 패턴의 피차가 변경되었을 때의 콘트라스트를 도시한 것이다. 제45도에 도시한 바와 같이, 피치가 적게 될수록 콘트라스트는 적게 된다. 즉, 피치가 적게 될 때 콘트라스트가 거의 0인 위치(331)이 있다. 넓은 회로 패턴의 전면을 백으로 하려는 경우에는 위치(331)에서의 피치를 갖는 패턴을 사용해도 좋다. 구체적으로, 패턴의 피치의 약 1/2로 해상될 패턴을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이 피치에서는 넓은 회로 패턴의 광강도가 최소 패턴과 거의 같게 된다.
구체적으로는 제37도에 도시한 바와 같은 웨이퍼 패턴(204)를 얻는 경우에 제39도에 도시한 바와 같은 마스크 패턴을 제조하고 네가티브 레지스트를 사용하고 또는 제40도에 도시한 바와 같은 마스크 패턴을 제조하고 포지티브 레지스트를 사용한다.
이 경우, 그곳을 통해 광을 투과할 패턴(105), (106), (107) 및 (108)은 제41도에 도시한 바와 같이 적은 피치를 갖는 패턴에 의해 형성된다. 이들 패턴(105), (106), (107) 및 (108)에서와 같이 광이 넓은 범위에 걸쳐서 투과하는 경우의 마스크 패턴(104)는 패턴 변환부(1104)에 의해 자동적으로 생성되고 패턴 전사 시뮬레이터(1108)에 의해 필요에 따라 시뮬레이트된다.
1/2 피치의 패턴은 X 방향과 Y 방향중의 하나만으로의 1/2 피치라도 좋다. 물론 X 및 Y 방향 모두로 1/2 피치를 갖는 큰 패턴을 사용해도 좋다. 피치는 1/2일 필요는 없고 웨이퍼 패턴(204) 상의 광강도가 충분한 다른 피치를 필요에 따라 사용해도 좋다.
극미세 회로 패턴과 큰 회로 패턴이 혼합된 마스크의 경우라도 상술한 방법에 의해 하나의 축소 투영 노출에 의해 전사할 수 있다. 그러나, 극미세 회로 패턴과 큰 회로 패턴이 2번 이상의 축소 투영 노출에 의해 전사되는 경우에는 상술한 방법을 사용할 필요는 없고 라인폭이 일정한 패턴만으로 패턴(104)을 형성할 수 있다. 이 경우에는 패턴 변환부(1104) 등의 시스템이 필요없다는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 위상 시프터를 배치할 필요가 없으므로, 패턴 변환부(1104)에 의한 공정이 간단하여 시간을 절약할 수 있으며 에러를 저감할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 실시예에서는 마스크 패턴이 베이스로서 일정한 라인폭을 갖는 회로 패턴으로 변환되었지만, 메모리 등의 많은 반복 부분을 수반하는 회로 패턴에 있어서는 전사 시뮬레이터(1108)에 의해 시뮬레이트하면서 최적의 웨이퍼 패턴(204)를 얻기 위한 마스크 패턴(104)를 얻을 수 있다. 즉, 메모리 셀마다 전사 시뮬레이터(1108)에 의해 마스크 패턴(104)를 얻는다.
마스크 패턴의 웨이퍼 상으로의 전사 기기를 다시 제 1 도, 제 2 도 및 제 3 도에 따라 설명함에 있어서, 제 1 (a)도는 마스크 패턴(104)가 글라스 기판(101) 상에 크롬(102)로 형성되어 있는 마스크(100)의 단면도이다. 제 1 (b)도에 도시한 파형(301)은 마스크 패턴(104)의 결상 패턴의 강신호도 분포(strong signal degree distribution)이다. 파형(301)은 0차 회절광에 의한 파형(302)와 고차 회절광에 의한 파형(303)으로 분할한다. 마스크 패턴(104)가 도시한 바와 같이 미세 패턴(105)인 경우에는 고차 회절광에 의한 파형(303)이 0차 회절광에 의한 파형(302)에 대해서 적으므로, 검출될 파형(301)은 콘트라스트 AM/AV가 적다. 파형(302)의 성분이 0차 회절광의 차광에 의해 제거되므로, 검출된 파형은 파형(302)에서와 같이 콘트라스트가 높다.
바비넷의 원리에 따르면, 0차 회절광 이외의 회절 패턴에 있어서, 서로 인접하는 패턴으로부터의 광은 서로 인접하는 패턴의 위상이 반전된(π만큼 어긋난) 것처럼 보인다. 즉, 0차 회절광이 회절 패턴상에서 차광된다면, 웨이퍼면에 결상될 광은 위상이 반전된(π만큼 어긋난) 것 같은 서로 인접하는 패턴으로부터의 광이 결상되는 것과 등가이다. 상술한 기술에 따라 제 2 도 및 제 3 도에 도시한 바와 같이 회절 영상면에서 차광판(324)(결상 공간 필터(3302))에 의해 0차 회절광의 적어도 일부가 차광되는 것에 의해 제 2 도 및 제 3 도에 도시한 바와 같이 위상이 반전된 회절광만이 결상면에 도달하므로, 결상면의 강도 분포는 콘트라스트가 높다.
콘트라스트를 향상하는 메카니즘을 설명한다. 1예로서 제47도는 제46도에 도시한 마스크 상에 형성된 회로 패턴의 전사 결과를 도시한 것이고, 제48도는 제46도에 도시한 바와 같이, 피치 PIT가 변경될 때의 콘트라스트 변화를 도시한 것이다. 종래의 축소 투영 노출 방법에서는 곡선(342)로 나타낸 바와 같이 패턴 크기가 미세하게 될수록 콘트라스트는 급속히 떨어지는 반면, 본 발명에 따른 축소 투영 노출 방법에서는 곡선(341)로 도시한 바와 같이 콘트라스트가 떨어지지 않는 것이 이해된다.
제49도는 본 발명에 따른 축소 투영 노출 방법에서의 초점 심도의 평가예를 도시한 것이다. 본 발명에 따르면, 곡선(343)으로 나타낸 바와 같이 콘트라스트가 ±1.5㎛의 범위내에서 약 80%를 넘는 값을 나타낸다. 종래의 축소 투영 노출 방법에서는 곡선(344)로 나타낸 바와 같이 초점의 어긋남에 의해 콘트라스트가 급속히 떨어진다. 이것는 본 발명에 따라 막이 얇은 레지스트에 대응할 수 있고, 그 결과 높은 종횡비로 레지스트에 의한 웨이퍼 패턴을 형성할 수 있다는 것을 나타낸다. 그 결과, 에칭시에 레지스트를 유지하기 좋고 높은 종횡비의 패턴을 형성할 수 있다.
제14도는 본 발명의 초점 심도(362)와 위상 시프터법의 초점 심도(363)을 도시한 것이다. 초점 심도 모두는 거의 일치한다. 본 발명의 초점 심도(362)는 종래 기술의 초점 심도(361)에 비해서 우수한 결과를 보여준다.
제50도는 i선 보다 파장이 짧은 엑사이머 레이저를 광원으로서 사용하는 엑사이머 스테퍼의 1실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에 따르면, 링형상의 엑사이머 레이저 빔이 광원 공간 필터(3301)의 위치에 주사되어 광원 공간 필터(3301)의 효과를 달성할 수 있다. 또한, 이 실시예에 따르면, 주사부를 제어하여 광원 공간 필터(3301)의 형상을 용이하게 제어할 수 있다.
즉, 이 실시예에서는 제27도에 도시한 실시예의 광원부(3100)과 같이, 더 짧은 파장을 갖는 KrF(크립톤 푸로라이드) 등의 가스를 사용하는 엑사이머 레이저를 사용한다. 더 짧은 파장을 갖는 광을 사용하여 더욱 미세한 회로 패턴을 전사할 수 있다.
이 실시예에서 다른 파장을 갖는 레이저를 사용할 수 있는 것은 물론이다. 이 실시예에서, 광원부(3100)은 엑사이머 레이저(3111), 셔터(3108), 빔 익스팬더(3112), X 갈바노미러(galvanomirror)(3113), Y 갈바노미러(3114), 인테그레이터(3104), 인테그레이터 냉각 수단(3120), 집광 렌즈(3106)을 포함한다. 공간 필터부(3300)은 주사 제어계(3311), 액정 표시 소자(3312) 및 액정 제어계(3313)를 포함하고, 제27도에 도시한 실시예의 광원 필터 조정계(3303)은 X 갈바노미러(3113), Y 갈바노미러(3114) 및 주사 제어계(3311)에 대응한다. 인테그레이터 냉각 수단은 인테그레이터에 집중한 엑사이머 레이저광에 의한 인테그레이터의 온도 상승을 방지한다. 냉각 수단(3120)을 냉각을 위해 분무 질소 가스 또는 순환 냉각수의 형태로 하여도 좋다. 다른 구성 소자는 제27도에 도시한 것에 대응한다. 즉, 이 실시예에서는 광원 공간 필터(3301)의 위치가 인테그레이터(3104)의 위치이고 광원 공간필터 조정부(3303)의 X 갈바노미르(3113) 및 Y 갈바노미러(3114)를 주사하여 광원 공간 필터(3301)의 형상과 동일한 형상을 갖는 링형상 광원을 형성한다. 결상 공간 필터(3302)에서는 차광부가 제27도에 도시한 실시예에서 설명한 바와 같이 0차 회절광의 일부 또는 전부를 차광하는 형상을 갖도록 액정 제어계(3313)에 의해 액정 표시 소자(3312) 상에 형성된다. 따라서, 상술한 링형상을 형성하도록 액정 표시 소자(3303)의 분해능은 충분한 정확도를 갖을 필요가 있다.
또한, 결상 공간 필터는 형성되기에 충분하게 되고, 액정 표시 소자 대신에 다른 소자, 예를 들면 링형상 모양을 차광하도록 형성된 금속판 또는 링형상 차광막이 글라스 상에 형성된 것을 사용해도 좋다.
또한, 엑사이머 레이저 빔은 결상 공간 필터(3302) 상의 한점에 집광된다. 먼저 링형상 모양으로 광원 공간 필터상에 주사하여 링형상 모양을 결상 공간 필터 상에서 얻는다. 광원 공간 필터 상의 주사와 결상 공간 필터 상의 각점만을 차광한다면, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 그것에 의해, 과도하게 차광하지 않아, 노출 시간을 짧게 할 수 있고 스루풋을 증가시킬 수 있다는 효과가 있다. 마스크(100)을 마스크 스테이지(3401) 상에 탑재하고, 마스크 스테이지(3401)을 마스크 스테이지 제어계(3404)에 의해 제어하고, 마스크(100)을 기준 위치에 위치결정하고, 그후 웨이퍼(200) 상의 정합 마크의 위치를 위치결정 마크 검출부(3403)에 의해 검출하고, 웨이퍼 스테이지(3402)를 검출 신호에 따라 웨이퍼 스테이지 제어계(3405)에 의해 제어하고, 마스크(100) 및 웨이퍼(200)의 위치를 조정한다. 위치 조정후, 셔터(3108)을 열고, 광원 공간 필터 조정부(3303)에 의해 링형상 광원을 형성하여 마스크(100)을 조명하고 마스크 패턴을 웨이퍼(200) 상으로 전사하여 웨이퍼 패턴을 형성한다.
이 실시예에서는 엑사이머 레이저(3111)로부터의 광이 높은 코히어런스를 가지므로, 이 코피어런스를 적당한 값까지 감소시킬 필요가 있다. 링형상 광원을 광원 공간 필터(3301) 상에 형성할 수 있는 것에 의해 목적을 동시에 달성할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 노출 필드(노출 영역) 내에게 균일하게 조명하는 것이 충분하다. 다수의 가상점 광원이 배열된 링형상 조명을 동시에 조명할 필요는 없지만, 여러개의 시간으로 분할하여도, 이전 실시예와 같이 주사를 사용하여도 좋다. 다수의 점광원이 배열된 링형상 조명을 여러 부분으로 분할하여도 좋은 것은 명확하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 큰 회로 패턴부와 작은 회로 패턴부를 2번 노출할 수도 있다. 또한, 위상 시프터가 배열된 마스크를 마스크 상의 회로 패턴의 적어도 일부(또는 전부)에 사용할 수 있다. 이 경우에는 레티클에 입사하는 조명광의 입사각의 중심값이 크게 되도록 링형상 광원을 사용하므로, 위상 시프터에 의한 위상의 어긋남이 π가 되도록 위상 시프터의 두께를 다소 두껍게 할 필요가 있다. 이 값은 식(8)에 따라 입사각을 사용하여 산출한다.
(2m+1) π=(d/cosθ)·(n/λ)·2π (8)
여기서, m은 정수, d는 위상 시프터의 두께, n은 위상 시프터의 굴절율, λ는 노출 파장이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 노출 장치 또는 위상 시프터 등의 조합에 의해 여러가지 회로 패턴에 대응할 수 있다는 등의 새로운 효과를 낳는다.
본 발명을 실행함에 있어서, 레티클 상에 조명된 광의 입사각이 크므로, 마스크 상의 크롬 등의 회로 패턴의 두께가 문제로 된다.
따라서, 본 발명을 실행함에 있어서, 전사 패턴의 정확한 치수를 얻기 위해서는 마스크 상의 크롬 등의 회로 패턴의 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 다음의 식(9)을 충족시킬 필요가 있다.
dmpc/1 (9)
여기서, dm은 크롬 등의 회로 패턴, pc는 전사 패턴의 허용값, 1은 축소 투영 렌즈의 축소율이다.
이것을 실현하기 위해서는 크롬보다 투과율이 적은 다른 재료로 마스크의 패터닝을 실행할 필요가 있다. 그러나, 마스크의 회로 패턴의 치수가 조명의 입사각에 의한 치수 변동을 고려하여 결정된다면, 상술한 문제를 저감할 수 있다.
또한, 마스크의 투과부에 사용하고 있는 입사각도에서 입사하는 광속의 투과율이 최대로 되도록 코팅을 실시할 때, 노출량이 증가하여 노출에 요하는 시간을 저감할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 파동성을 사용하므로, 전자 빔 및 X 선을 사용하는 노출 장치에 적용할 수 있는 것은 명백하다.
본 발명에 따르면, 0차 회절광과 회절광의 광강도의 언밸런스를 마스크 패턴이 전사될 때에 피할 수 있다. 본 발명은 종래의 백흑 마스크 패턴에 의한 위상 시프터를 사용하는 것 이상의 분해능으로 노출할 수 있다는 효과를 갖는다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (48)

  1. 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단과 상기 조명된 마사크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 기판 상에 결상하는 수단을 포함하고, 상기 조명 수단은 적어도 부분적으로 광투과를 금지하는 수단을 구비하고, 상기 광투과 금지 수단을 광을 투과하는 제 1 의 부분, 광을 투과하고 상기 제 1 의 부분을 둘러싸는 제 2 의 부분 및 상기 제 1 의 부분과 상기 제 2 의 부분 사이에 배치되고 적어도 부분적으로 광투과를 금지하는 적어도 하나의 제 3 의 부분을 갖는 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 3 의 부분은 0차 회절광의 적어도 일부의 투과를 금지하는 노출장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 3 의 부분은 고리 모양의 부분인 노출장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공간 필터는 원형 영역의 형상으로 상기 제 1 의 부분내에 배치된 제 4 의 부분을 또 구비하는 노출장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 결상 수단은 투영 렌즈계를 또 구비하는 노출장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 조명 수단은 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  7. 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 기판상에 결상하는 결상 수단을 포함하고, 상기 조명 수단은 적어도 부분적으로 광투과를 금지하는 수단을 구비하고, 상기 조명 수단은 광투과 부분을 갖고 상기 광투과 부분의 안쪽에 배치된 광투과 부분을 적어도 부분적으로 금지하는 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 결상 수단은 투영 렌즈계를 구비하고, 상기 공간 필터는 상기 조명 수단의 NA에 대응하는 영역에서 광투과를 금지하는 노출장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 마스크에는 상기 결상 수단의 결상 분해능의 1/2의 라인폭을 갖도록 형성된 회로 패턴이 마련되어 있는 노출장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 마스크는 상기 결상 수단의 결상 분해능에 대응하는 최소 라인폭으로 형성된 회로 패턴을 갖는 노출장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 수단은 적어도 엑사이머 레이저 광원을 구비하는 노출장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 금지하는 부분은 고리 모양의 부분인 노출장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 조명 수단은 고리 모양의 광빔 경로를 마련하는 적어도 하나의 광원을 구비하는 노출장치.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 금지하는 부분은 폐루프 경로를 따라 배치된 여러개의 원형부의 적어도 하나의 세트를 구비하는 노출장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조명 수단은 상기 공간 필터의 여러개의 원형부의 적어도 하나의 세트에 대응해서 폐루프 경로를 따라 배치된 여러개의 광원의 적어도 하나의 세트를 구비하고, 상기 광원의 각각은 원형의 광빔 경로를 마련하는 노출장치.
  16. 제 7 항에 있어서, 상기 공간 필터의 급지하는 부분은 안쪽 및 바깥쪽 폐루프 경로를 따라 배치된 여러개의 원형부의 적어도 2개의 세트를 구비하는 노출장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 조명 수단은 상기 공간 필터의 여러개의 원형부의 적어도 2개의 세트에 대응하는 안쪽 및 바깥쪽 폐루프 경로를 따라 배치된 여러개의 광원의 적어도 2개의 세트를 구비하는 노출장치.
  18. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 수단은 상기 결상 수단에 대해서 상기 부분 필터에서 조명된 상기 광의 조절 위치를 적어도 제어하는 제어 수단을 구비하는 노출장치.
  19. 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 기판상에 결상하는 결상 수단을 포함하고, 상기 결상 수단은 광투과를 적어도 부분적으로 금지하는 수단을 구비하고, 상기 조명 수단은 인테그레이터와 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  20. 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 기판상에 결상하는 결상 수단을 포함하고, 상기 결상 수단은 적어도 부분적으로 광투과를 금지하는 수단을 구비하고, 상기 조명 수단은 마스크에서 링형상 확산 조명광을 실질적으로 균일하게 인가하고, 상기 광투과 금지수단은 상기 조명된 마스크에서 상기 기판 상으로의 반사 또는 투과된 하나의 0차 회절광의 적어도 일부의 투과를 금지하는 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 결상 수단은 투영 렌즈계를 구비하고, 상기 마스크는 회로 패턴을 갖고, 상기 결상 수단은 상기 회로 패턴을 기판 상에 결상하는 노출장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 조명 수단은 여러개의 광원을 구비하는 노출장치.
  23. 광으로 마스크를 조명하는 조명 스텝과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 기판 상에 결상하는 결상 스텝을 포함하고, 상기 결상 스텝은 상기 조명된 마스크에서 기판 상으로 반사 또는 투과된 하나의 광의 투과를 적어도 부분적으로 금지하는 스텝을 포함하고, 상기 광투과 금지 스텝을 결상 수단의 광학적 눈에 가장 가까운 공간 필터를 탑재하는 스텝을 구비하고, 상기 조명 스텝은 마스크에 링형상 확산 조명광을 실질적으로 균일하게 인가하는 스텝을 포함하고, 상기 공간 필터는 상기 조명된 마스크에서 상기 기판 상으로의 반사 또는 투과된 하나의 0차 회절광의 적어도 일부의 투과를 금지하는 노출방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 광투과 금지 스텝은 0차 회절광의 적어도 일부를 금지하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 마스크에는 상기 결상 수단의 결상 분해능의 1/2의 라인폭을 갖도록 형성된 회로 패턴이 마련되어 있는 노출방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 마스크는 상기 결상 수단의 결상 분해능에 대응하는 최소 라인폭으로 형성된 회로 패턴을 갖는 노출방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 조명 스텝은 엑사이머 레이저 광원을 이용하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 결상 스텝은 상기 공간 필터로 투영 렌즈계를 이용하는 스텝을 구비하고, 상기 마스크는 회로 패턴을 갖고, 회로 패턴을 기판 상에 결상하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 조명 스텝은 적어도 하나의 광원과 공간 필터를 마련하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 조명 스텝은 여러개의 광원을 마련하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  31. 광으로 마스크를 조명하는 조명 스텝과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 상기 기판 상에 결상하는 결상 스텝을 포함하고, 상기 조명 스텝은 상기 마스크로 조명광을 실질적으로 균일하게 인가하는 스텝을 구비하고, 상기 결상 스텝은 상기 조명된 마스크에서 상기 기판 상으로의 반사 또는 투과된 하나의 광의 투과를 적어도 부분적으로 금지하는 스텝을 구비하고, 상기 조명광은 상기 조명광의 안쪽에 적어도 부분적으로 금지하는 조명 부분을 갖는 노출방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 광투과 금지 스텝은 0차 회절광의 적어도 일부를 금지하는 스텝을 구비하는 노출방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 마스크는 상기 결상 수단의 결상 분해능의 1/2의 라인폭을 갖도록 형성된 회로 패턴이 마련되어 있는 노출방법.
  34. 광으로 마스크를 조명하는 조명 수단과 상기 조명된 마스크에서 반사 또는 투과된 하나의 광을 상기 기판 상에 결상하는 결상 수단을 포함하고, 상기 조명 수단은 광투과 부분을 갖고 상기 광투과 부분의 안쪽에 배치된 광투과 부분을 적어도 부분적으로 금지하며 공간 주파수역에 관해서 공역 평면상에 마련된 제 2 의 광원을 구비하고, 적어도 상기 조명 수단은 광투과를 적어도 부분적으로 금지하는 수단을 구비하는 노출장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 결상 수단은 투영 렌즈계를 또 구비하는 노출장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 광투과 금지 수단은 결상 수단의 광학적 눈에 가장 가깝게 마련된 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 광투과 금지 수단은 링형상 영역상에 광축 주위에 대칭적으로 배치된 적어도 부분적으로 금지하는 광투과 부분을 갖는 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  38. 제37항에 있어서, 적어도 부분적으로 금지하는 상기 투과 부분은 0차 회절광의 적어도 일부의 투과를 금지하는 노출장치.
  39. 제34항에 있어서, 상기 광투과 금지 수단은 광을 투과하는 제 1 의 부분, 광을 투과하고 상기 제 1 의 부분을 둘러싸는 제 2 의 부분 및 상기 제 1 의 부분과 제 2 의 부분 사이에 배치되고 적어도 부분적으로 광투과를 금지하는 적어도 하나의 제 3 의 부분을 갖는 공간 필터를 구비하는 노출장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 3 의 부분은 0차 회절광의 적어도 일부의 투과를 금지하는 노출장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 3 의 부분은 고리 모양의 부분인 노출장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 공간 필터는 원형 영역의 형상으로 상기 제 1 의 부분에 배치된 제 4 의 부분을 또 구비하는 노출장치.
  43. 제34항에 있어서, 상기 결상 수단은 투영 렌즈계를 또 구비하고, 상기 공간 필터는 상기 조명 수단의 NA에 대응하는 영역에서 광투과를 금지하는 노출장치.
  44. 제34항에 있어서, 상기 마스크는 상기 결상 수단의 결상 분해능의 1/2의 라인폭을 갖도록 형성된 회로 패턴이 마련되어 있는 노출장치.
  45. 제34항에 있어서, 상기 조명 수단은 적어도 엑사이며 레이저 광원을 구비하는 노출장치.
  46. 제34항에 있어서, 상기 조명 수단은 상기 결상 수단에 대해서 부분 필터에서 조명된 적어도 광의 초점 위치를 제어하는 제어 수단을 구비하는 노출장치.
  47. 제31항에 있어서, 상기 마스크는 상기 결상 수단의 결상 분해능에 대응하는 최소 라인폭으로 형성된 회로 패턴을 갖는 노출방법.
  48. 제31항에 있어서, 상기 조명 스텝은 엑사이머 레이저 광원을 이용하는 스텝을 구비하는 노출방법.
KR1019920003063A 1991-03-05 1992-02-27 노출 장치 및 방법 KR950003823B1 (ko)

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JP5994491 1991-03-25
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