KR20090072960A

KR20090072960A - 노광장치 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20090072960A
Application number: KR1020080127016A
Authority: KR
Inventors: 츠네오 칸다; 카즈히로 타카하시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2009-07-02
Also published as: TW200944950A; JP2009164296A; US20090170042A1

Abstract

노광장치는 원판을 조명하는 조명 광학계 - 상기 조명 광학계에 의해서 형성된 상기 원판의 주사방향을 따른 광강도 분포는 그 주변부에 사면을 갖고-와, 상기 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 원판을 홀드하여 주사하는 원판 스테이지와, 상기 기판을 홀드하여 주사하는 기판 스테이지 - 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가, 상기 투영 광학계의 상면에 대하여 경사진 상태에서 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가 홀드되어 주사되고 -와, 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계를 제어하는 제어부를 구비한다.

노광장치, 조명 광학계, 기판 스테이지, 투영 광학계

Description

노광장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 노광장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들면 원판 또는 기판이 투영 광학계의 상(像)면에 대하여 경사진 상태에서 상기 기판을 노광하는 노광장치 및 그것을 사용해서 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조 기술의 진전은 최근 점점 속도를 증가시키고 있다. 그것에 따라, 미세가공기술도 현저한 진전을 보이고 있다. 특히, 노광장치를 사용한 포토리소그래피에 의해 형성된 패턴의 최소 치수가 100nm 이하에 도달했다.

해상력을 향상시키기 위해서는, 투영 광학계의 NA를 크게 하는 어프로치(approach)와, 노광 광의 파장을 g선에서 i선으로, 한층더 엑시머 레이저의 발진 파장으로 단파장화하는 어프로치가 있다. 최근에는, 위상 쉬프트 마스크나 변형 조명 등에 의해, 포토리소그래피의 한계를 확장하는 시도가 행해지고 있다.

여기에서, 해상력을 향상시키기 위해서 투영 광학계의 NA를 크게 하면, 초점 심도가 NA의 2승에 반비례해서 감소한다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 포커스 마진을 확보하기 위한 프로세스 기술이 요구된다. 한편, 노광장치에서는, 포커스 오차를 작게 하는 기술이 요구된다.

일본국 공개특허공보 특개소 63-42122에는, 포커스 심도를 크게 하기 위해서, 마스크의 패턴을 광축방향의 다른 위치에 결상시키는 기술, 소위 FLEX 기술이 제안되어 있다.

렌즈 설계상의 난이도 경감 및 스테이지의 제어 기술의 향상이라고 하는 트렌드에 따라, 주사형의 노광장치가 현재의 주류가 되고 있다. 가장 선단(先端)의 주사 노광장치는, 액침 타입의 렌즈를 탑재하고, 렌즈의 NA가 1을 초과하고 있다. 이러한 큰 NA를 갖는 투영 렌즈를 구비한 노광장치는, 초점심도를 확보하는 관점에서, FLEX 기술을 구현하고 있다.

일본 특허 제3255312호 공보에는, 마스크와 웨이퍼를 동기해서 주사하면서, 웨이퍼를 광축방향으로 이동시키는 기술이 개시되어 있다.

마스크의 패턴은, 투영 렌즈를 통해서 기판에 결상된다. 여기에서, 마스크면에 있어서의 빛의 입사영역 및 웨이퍼면에 있어서의 빛의 입사영역을 슬릿 영역이라고 부르기로 한다. 슬릿 영역은, 직사각형 또는 원호 형상을 갖는다. 일반적인 노광장치에서는, 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 슬릿 영역의 전체면에 있어서, 마스크와 웨이퍼와 공역한 관계에 있다. 노광 동작시에는, 마스크와 웨이퍼가 투영 렌즈의 배율에 따른 속도비로 주사 구동된다.

주사 노광장치는, 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 마스크 또는 웨이퍼를 투 영 렌즈의 물체면 또는 상면을 가로지르도록 주사 구동함으로써 FLEX 노광을 행한다. 도 10은, 웨이퍼가 상면에 대하여 기울어진 상태에서 상기 웨이퍼가 주사 구동되는 상태를 나타내지만, 실제로는, 웨이퍼가 아니라, 마스크를 기울인 상태에서 상기 마스크를 주사 구동해도 된다. 투영 렌즈의 상면 전체에서 FLEX 노광의 효과를 균일하게 얻기 위해서는, 슬릿 영역이 대략 구형인 것이 필요하다. 원호의 슬릿 영역을 사용하는 경우, 주사 방향과 직교하는 방향의 각 위치에서는, 스테이지의 경사 때문에 디포커스량이 변경된다. 이것에 의해, 샷(shot) 영역 내에서 초점 심도의 확대의 효과를 균일하게 얻는 것이 불가능하다.

현재, 주사 노광장치의 광원으로서, 주로 엑시머 레이저가 사용되고 있다. 펄스 광을 발진하는 엑시머 레이저를 광원으로서 사용하는 미러 프로젝션 방식이나 스텝 앤드 스캔 방식의 주사 노광장치에 있어서는, 주사 속도 또는 펄스 발광의 타이밍이 본래의 것으로부터 벗어났을 경우에, 마스크면 위나 웨이퍼면 위에서 노광 불균일이 생길 수 있다. 이 노광 불균일을 회피하기 위해서, 일본국 공개특허공보 특개평 7-230949호에는, 슬릿 영역을 규정하는 시야 조리개를 마스크에 공역한 면으로부터 디포커스된 위치에 삽입하여, 마스크의 주사 방향으로 대략 사다리꼴의 광강도 분포를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 사다리꼴의 광강도 분포의 사변에 해당하는 위치에서는, 시야 조리개에 의해 조명광의 어떤 특정 부분이 차단된다. 이 상태에서, 유효광원(조명 광학계의 동공면에 있어서 제로보다 큰 광강도를 갖는 부분)이 이지러진다.

조사 영역을 규정하는 시야 조리개를 마스크면에 공역한 면으로부터 디포커 스시킨 조명 광학계를 구비하는 노광장치에서는, 다음과 같은 현상이 발생한다. 즉, 사다리꼴의 슬로프를 마스크 또는 웨이퍼가 통과할 때에, 마스크 또는 웨이퍼로부터 관찰되는 유효광원은, 달이 차고 이지러지는 것과 같이, 서서히 완전하게 형성되거나 이지러지거나 한다. 도 11a∼11c에 모식적으로 나타나 있는 바와 같이, 슬릿 영역(마스크를 조명하는 빛이 마스크면에 입사하는 영역)에 마스크의 어떤 점이 들어오면, 마스크의 어떤 점에서 봤을 때는, 유효광원이 그 주변부로부터 서서히 나타난다(도 11a). 마스크의 어떤 점이 광강도 분포를 나타내는 사다리꼴의 평면 부분에 도달하면, 어떤 점에서 봤을 때는 유효광원의 전체가 보인다(도 11b). 마스크의 어떤 점이 슬릿 영역으로부터 나가면, 마스크의 어떤 점에서 봤을 때는, 유효광원이 그 주변부로부터 서서히 이그러져서 최후에는 사라진다(도 11c). 이렇게, 마스크로부터 관찰되는 유효광원의 형상이 변화됨으로써, 조명 광학계로부터의 실효적인 주광선의 투영 렌즈로의 입사각이 변화된다. 즉, 도 12a∼12c에 나타낸 바와 같이 투영 렌즈의 동공면에 있어서, 슬릿 영역에 마스크의 어떤 점이 들어올 때(도 12a)와, 이 어떤 점이 슬릿 영역으로부터 나갈 때(도 12c), 이 어떤 점에 입사하는 빛의 실효적인 주광선은, 조명 광학계의 동공의 중심을 통과하지 않는다.

도 13은, 유효광원 형상의 변화가 없는 경우에 있어서의 디포커스한 파면과 회절광과의 관계를 예시하는 그래프다. 횡축은 동공의 좌표 위치를 나타내고, 종축은 파면의 위상을 나타낸다. 이 유효광원에 왜곡이 없는 경우에는, 0차 회절광 성분은 파면의 중심을 통과하고, ±1차 회절광 성분은 0차 회절광 성분을 중심으로 대칭한 방향으로 나아간다. 따라서, 그때의 0차 회절광, -1차 회절광, +1차 회절광 성분의 위상을 P0, P1, P2라고 하면, P1=P2이므로, (P1 - P0) - (P2 - P0) = P1 - P2 = 0이 된다. 따라서, 유효광원에 왜곡이 없는 경우에는, 위상차가 생기지 않으므로, 디포커스의 발생에 관계없이, 투영 렌즈에 의해 형성되는 광강도 분포는, 비대칭이 되지 않는다.

도 14는, 유효광원의 형상이 변화되고, 0차 회절광 성분이 좌측으로 쉬프트했을 경우에 있어서의 디포커스된 파면과 회절광과의 관계를 예시하는 그래프다. 이때, P1≠P0이므로, 위상차는 (P1 - P0) - (P2 - P0) = P1 - P2 = Dp≠0이 된다. 이 경우, 디포커스된 파면에 있어서 위상차가 생기므로, 투영 렌즈에 의해 형성되는 광강도 분포는, 비대칭이 된다. Dp의 값은, 디포커스량에 따라 변화하고, 디포커스량이 커진 만큼 Dp의 값도 커진다.

상기한 바와 같은 조명 광학계를 구비하는 장치가, FLEX법에 따라서 웨이퍼 W를 노광할 경우를 생각한다. 웨이퍼 W는, 슬릿 영역의 중심을 가로지르도록, 투영 광학계(PO)의 물체면(및 상면)에 대하여 경사지게 주사 구동된다. 그 때문에, 마스크 M의 어떤 점이 슬릿 영역을 통과할 때에, 도 16에 예시한 것과 같이, 어떤 점이 +Z방향으로 디포커스한 상태, 어떤 점이 슬릿 영역의 중앙에서 베스트 포커스 위치에 일치하는 상태, 및 어떤 점이 상기 중앙을 지나서 -Z방향으로 디포커스한 상태에서 슬릿 영역으로부터 나가는 상태의 순으로 어떤 점의 포커스 상태가 변화한다. 텔레센트릭도(telecentricity)는, 슬릿 영역에 있어서의 사다리꼴 강도분포에 따라, 도 17에 예시하는 것과 같이, 슬릿 앞쪽(마스크가 들어오는 측)에서 +값, 중앙에서 0, 슬릿 뒤쪽(마스크가 나가는 측)에서 -값의 순으로 변화한다.

이때, 슬릿 앞쪽의 상태가, 도 14에 나타낸 것과 같이 된다고 하면, 슬릿 뒤쪽의 상태는, 도 15에 나타낸 것과 같이 된다. 도 15의 경우, 0차 회절광 성분이 도 14에 나타낸 것과 비교하여, 동공중심에 대하여 대칭의 위치로 쉬프트한다. 이때의 위상차는, (P1 - P0) - (P2 - P0) = P1 - P2 = Dp≠0이 된다. 이 경우, 도 14와 도 15에 나타낸 그래프는, 동공중심에 대하여 대칭이므로, 도 14 및 15에 있어서의 Dp의 값은 같은 크기 및 부호를 갖는다. 따라서, 슬릿 앞쪽의 광강도 분포의 비대칭성과 슬릿 뒤쪽의 광강도 분포의 비대칭성은, 같은 방향이 된다. 이 경우, 웨이퍼에 도포된 레지스트의 어떤 미세영역에 있어서의 노광량의 프로파일은, 해당 미세영역이 슬릿 영역을 통과하는 시간 내에 있어서의 광강도를 적산함으로써 얻어진다. 따라서, 취득한 프로파일은 도 4에 예시되는 바와 같이, 비대칭한 레지스트 프로파일이 된다. 이 레지스트 프로파일은, 코마(coma) 수차가 투영 렌즈에 존재하지 않는데도 불구하고, 마치 코마 수차가 투영 렌즈에 존재하는 경우와 같은 특성을 갖기 때문에, 패턴 불량의 원인이 되어 버린다.

본 발명은, 상기의 과제 인식을 계기로서 이루어진 것으로서, 예를 들면 원판 또는 기판을 투영 광학계의 상면에 대하여 기울여서 기판을 노광했을 경우에 발생하는 불량을 줄이는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 국면에 의하면, 원판을 조명하는 조명 광학계 - 상기 조명 광학계에 의해서 형성된 상기 원판의 주사방향에 따른 광강도 분포는 그 주변부에 사면을 갖고 - 와, 상기 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 원판을 홀드하여 주사하는 원판 스테이지와, 상기 기판을 홀드하여 주사하는 기판 스테이지 - 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가, 상기 투영 광학계의 상면에 대하여 경사진 상태에서 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가 주사되고 - 와, 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계를 제어하는 제어부를 구비하는 노광장치가 제공된다.

본 발명의 제 2 국면에 의하면, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과, 상기 기판을 현상하는 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 예를 들면 원판 또는 기판을 투영 광학계의 상면에 대하여 기울여서 기판을 노광했을 경우에 발생하는 불량을 줄이는 것을 가능하게 하는 기술이 제공된다.

본 발명의 그외의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.

이하에, 본 발명의 실시 예를 첨부의 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

[제1 실시 예]

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예의 주사 노광장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 발명의 제1 실시 예의 주사 노광장치(50)는, 원판(마스크 또는 레티클이라고도 불릴 수 있다)(17) 및 기판(20)을 주사하면서 원판(17)의 패턴을 투영 광학계(PO)에 의해 기판(20)에 투영해서 기판(20)을 주사 노광한다.

이 명세서에서는, 투영 광학계(PO)의 광축에 평행한 축을 Z축, 원판(17) 및 기판(20)의 주사 방향에 평행한 축을 X축으로 하여 XYZ 좌표계를 정의한다. X축, Y축, Z축에 평행한 방향을 각각 X방향, Y방향, Z방향이라고 한다. 또한, 조명 광학계 IL의 광로가, 미러 9, 15에 의해 구부려져 있기 때문에, 조명 광학계 IL에 있어서의 XYZ 좌표계를, 조명 광학계 IL의 광축을 Z축, 원판(17) 및 기판(20)의 주사 방향에 대응하는 축을 X축으로 하여 정의한다.

조명 광학계 IL은, 이 실시예에서는 광원(1)으로부터 콜리메이터(collimator) 렌즈(16)에 이르는 광로에 삽입된 요소로 구성된다. 광원(1)으로서는, 예를 들면 발진 파장이 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저와, 발진 파장이 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저가 있다. 그렇지만, 본 발명은, 광원의 종류와 광원이 발하는 빛의 파장에 제한은 없다.

광원(1)으로부터 방출된 빛은, 광 확장 광학계(2)에 의해 회절광학소자(3)로 안내된다. 전형적으로는, 복수의 회절광학소자(3)가 터릿(turret)에 형성된 복수의 슬롯에 삽입되어 있어서, 액추에이터(4)에 의해, 임의의 회절광학소자(3)가 광로 중에 삽입될 수 있다.

회절광학소자(3)로부터 방출된 빛은, 콘덴서 렌즈(5)에 의해 집광되어, 회절 패턴면(6)에 회절 패턴을 형성한다. 액추에이터(4)에 의해 광로 중에 삽입된 회절광학소자(3)를 교환하면, 회절 패턴의 형상을 변경하는 것이 가능하다.

회절 패턴면(6)에 형성된 회절 패턴의 윤대율(annular zone ratio)이나 σ값 등의 파라미터는, 프리즘 7a, 7b로 이루어진 프리즘군(7)과 줌 렌즈(8)에 의해 조정되고, 조정된 회절 패턴의 정보를 제공하는 광속은 미러(9)에 입사한다. 미러(9)에 의해 반사된 광속은, 옵티컬 인테그레이터(10)에 입사한다. 옵티컬 인테그레이터(10)는, 예를 들면 렌즈 어레이(플라이 아이(fly-eye) 렌즈)로서 형성될 수 있다.

프리즘군(7)은, 예를 들면 프리즘 7a, 7b을 포함한다. 프리즘 7a, 7b은 이들 프리즘 사이의 거리가 충분히 짧은 경우에는, 프리즘 7a와 7b은 일체화한 한 장의 유리 평판으로서 사용될 수 있다. 회절 패턴면(6)에 형성된 회절 패턴은, 거의 비슷한 형상을 유지하면서 줌 렌즈(8)에 의해 σ값 조정을 행하고, 옵티컬 인테그레이터(10)의 입사면에 결상된다. 프리즘 7a와 7b의 위치를 분리시킴으로써, 회절 패턴면(6)에 형성된 회절 패턴의 윤대율과 개구각도 조정된다.

옵티컬 인테그레이터(10)로부터 방출된 광속은, 콘덴서 렌즈(11)에 의해 집광되어서, 원판(17)과 공역한 면(13)에 목적으로 하는 광강도 분포를 형성한다.

조명 시야 조리개(차광부재)(12)는, 원판(17)이 배치되는 면과 공역한 면(13)으로부터 벗어난 위치에 삽입된다. 이 조명 시야 조리개(12)는 노광 광에 의한 원판(17)의 조명 영역을 규정하고, 상기 조명 영역에 있어서의 광강도 분포를 제어한다. 더 구체적으로는, 조명 시야 조리개(12)는, 원판(17) 및 기판(20)의 주 사 방향에 따른 광강도 분포가 그 주변부에 사면을 갖는 형상(예를 들면, 사다리꼴 형상, 이등변 삼각형 등)을 갖도록 노광 광의 광강도 분포를 제어한다. 그 주변부에 사면을 갖는 형상의 광강도 분포는, 광원(1)이 발하는 빛이 펄스 광인 것, 즉 불연속성을 갖는 것에 기인하는 주사 방향의 적산 노광량의 불균일을 줄이기 위해서 효과적이다.

조명 시야 조리개(12)의 개구(슬릿)를 통과한 광속은, 미러(15)에 의해 반사되어, 원판(17)을 조명한다. 원판(17)의 패턴은, 투영 광학계(PO)에 의해, 틸트 스테이지(19)를 포함하는 기판 스테이지(WS)에 의해 홀드된 기판(20)에 투영된다. 이 동작에 따라, 기판(20)의 표면에 인가된 감광제에 잠상 패턴이 형성된다.

틸트 스테이지(19)에 의해서 홀드되는 기판(20)의 면이 투영 광학계(PO)의 상면에 대하여 기울어진 상태에서 기판(20)이 주사되도록 기판(20)을 위치결정하는 (도면에 나타내지 않은) 틸트 기구에 의해 틸트 스테이지(19)의 경사가 제어된다. 기판(20)의 경사는, (도면에 나타내지 않은) 센서에 의해 검출될 수 있고, 피드백 제어될 수 있다. 여기에서, 기판(20) 대신에 원판(17)을 기울여도 된다. 도 1에 나타낸 예에서는, 주사 방향은, X축에 따른 방향이며, 포커스 심도의 확대를 위해서 기판(20) 또는 원판(17)의 경사를 제어하는 축은, Y축에 대한 회전방향(ωY)이다.

투영 광학계(PO)는, 투영 광학계(PO)를 구성하는 복수의 렌즈의 적어도 1개의 렌즈(24)를 이동, 회전, 및/또는 변형시킴으로써 투영 광학계(PO)의 수차를 변화시키는 구동기구(25)를 포함한다. 구동기구(25)는, 예를 들면 투영 광학계(PO)의 광축 AX에 따른 방향으로 1개 또는 복수의 렌즈(24)를 이동시키는 기구와, 광축 AX 에 수직한 2축(X축, Y축)에 평행한 축에 대하여 1개 또는 복수의 렌즈(24)를 회전시키는 기구를 포함할 수 있다. 렌즈(24)의 구동에 대한 수차변화의 민감도는, 미리 계산 또는 실제의 측정을 통해서 결정되고, 이 관계를 나타내는 특성 데이터(예를 들면 테이블)가 제어부(30)의 메모리(32)에 저장된다.

투영 광학계(PO)의 수차를 목표 수차에 근접시키기 위해서, 제어부(30)는, 메모리(32)에 저장된 특성 데이터를 참조하여, 조정 대상의 수차가 목표 수차에 근접하고, 또한 기타의 수차의 변화가 허용범위에 있도록 계산을 실행한다. 제어부(30)는, 그 계산 결과에 의거하여 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 구동량을 결정하고, 그 결정된 구동량에 따라서 1개 또는 복수의 렌즈(24)를 구동한다.

FLEX법으로 기판을 노광할 때는, 투영 광학계(PO)의 상면측에 있어서, 기판(20)의 각 점의 포커스 상태가 디포커스 → 베스트 포커스 → 디포커스의 순으로 변화하도록, 기판(20)을 주사 구동할 필요가 있다. 예를 들면, 제어부(30)는 기판(20)의 표면의 광축 AX가 지나가는 점이 투영 광학계(PO)의 베스트 포커스 위치에 일치하도록 제어부(30)는 기판 스테이지(WS)를 제어한다. 또한, 제어부(30)는 기판(20)의 경사량 θ이 목표로 하는 경사량이 되도록 기판 스테이지(WS)를 제어한다. 여기에서, 경사량 θ은, 디포커스량과 상관을 가지므로, 경사량을 디포커스량을 이용해서 특정할 수도 있다. 여기에서, 기판(20)의 경사량 θ도 그것과 상관을 갖는 디포커스량도, 기판(20)의 경사를 표현하기 위한 수단이다.

경사량 θ 또는 디포커스량과 레지스트 프로파일의 비대칭성(왜곡량)과의 관계를 나타내는 데이터가 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어, 메모리(32) 에 저장된다. 또한, 투영 광학계(PO)의 수차(전형적으로는, 코마 수차)와 레지스트 프로파일의 비대칭성(왜곡량)과의 관계를 나타내는 데이터가 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어, 메모리(32)에 저장된다. 여기에서, 코마 수차는, 슬릿 영역 내에서 거의 일률적으로 변화하는 성분이다.

제어부(30)는, 기판(20)의 경사(예를 들면 기판(20)의 경사량 θ 또는 디포커스량으로서 표현된다)에 대응하는 레지스트 프로파일의 비대칭성(왜곡량)을 보정하기 위한 수차 변화량을 결정한다. 제어부(30)는, 그 수차 변화량에 따라 1개 또는 복수의 렌즈(24)를 구동함으로써, 투영 광학계(PO)의 수차를 변화시킨다. 또한, 실제의 측정과 시뮬레이션에 의해 취득한 결과가 서로 일치하지 않는 경우도 상정되므로, 수차 보정량을 메뉴얼로 설정할 수도 있게 해 두는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면서 제어부(30)에 의한 제어의 예를 설명한다. Step1에 있어서, 제어부(30)는, 외부장치 또는 콘솔 등으로부터 입력되는 정보(예를 들면, 경사량 θ을 나타내는 파라미터 또는 디포커스량 df 자체를 나타내는 파라미터)에 따라서 주사 노광시에 있어서의 디포커스량 df를 결정한다.

step2에 있어서, 제어부(30)는, 디포커스량 df에 대응한 레지스트 프로파일(기판(20)의 면에 형성된 광강도 분포(광학 상))의 비대칭성 △을 식(1)에 따라서 산출한다.

△ = A × df ...(1)

여기에서, A는 디포커스량 df를 비대칭성 △으로 변환하기 위한 계수이고, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어, 메모리(32)에 저장된다.

Step3에 있어서, 제어부(30)는, Step2에서 산출된 비대칭성, 즉 왜곡 △를 보정하기 위해서 필요한 코마 수차량 Cm을 식(2)에 따라서 산출한다.

Cm = B × △ ...(2)

여기에서, B는 레지스트 프로파일의 비대칭성 △을 코마 수차량 Cm으로 변환하기 위한 계수이고, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어, 메모리(32)에 저장된다.

Step4에 있어서, 제어부(30)는, Step3에서 산출된 코마 수차량 Cm을 발생시키기 위해서 필요한 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 구동량을 산출한다. 그때, 다른 종류의 수차를 변화시키지 않고 연립 방정식의 계산 또는 최적화 계산을 실시하여, 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 구동량이 결정된다. 구체적인 예를 들면, 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 다양한 종류의 수차에 관한 민감도를 나타내는 행렬 C가 시뮬레이션으로 취득될 수 있다. 예를 들면, 3개의 렌즈(24)의 구동량 L1, L2, L3을 산출하는 경우를 상정한다. 코마 수차량 Cm, 메리디오널(meridional) 상면 FC, 및 배율 M을 파라미터로서 사용하면, 이하의 연립 방정식이 얻어진다.

Cm = C11 × L1 + C12 × L2 + C13 × L3 ...(4)

FC = C21 × L1 + C22 × L2 + C23 × L3 ...(5)

M ＝ C31 × L1 + C32 × L2 + C33 × L3 ...(6)

FC = M = 0을 충족하도록 구동량 L1, L2, L3을 취득하면 된다.

또는, 많은 종류의 수차를 평가할 경우에는, 예를 들면 평가함수 φ을 식(7)에 의해 정의한다.

φ＝√(G1 × (S1 × L1)²+ G2 × (S2 × L2)²+ G3× (S3× L3)²）...(7)

여기서, G1∼G3은 중량함수이고, S1∼S3은 각 렌즈의 수차 민감도를 나타내는 행렬이다.

평가함수φ가 최소가 되도록 L1∼L3을 결정해도 된다.

Step5에 있어서, 제어부(30)는, 상기의 산출된 구동량에 따라서 각 렌즈(24)가 구동되도록 구동기구(25)를 제어한다.

이상의 제어에 의해, 디포커스량 df를 이용해서 FLEX법에 의한 노광을 실시했을 때에 있어서, 조명 요인으로 인해 왜곡된 레지스트 프로파일을 투영 광학계(PO)에 수차를 발생시킴으로써 보정할 수 있다.

이 보정에 있어서, 시뮬레이션에 의해 환산 계수 A, B가 결정될 경우에는, 시뮬레이션에 의해 취득된 비대칭성과 현실의 비대칭성이 일치하지 않는 경우도 있을 수 있다. 이 불일치를 제거하기 위해서, 환산 계수 A, B를 메뉴얼로 변경하거나, 오프셋의 항을 각 식에 포함시켜도 된다.

[제2 실시 예]

도 3은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 노광장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 있어서, 도 1에 나타낸 제1 실시예에 따른 주사 노광장치 50에서 동일한 구성요소에는, 동일한 부호가 첨부되어 있다. 도 3에 나타낸 제2 실시예에 따른 주사 노광장치 50'는, 도 1에 나타낸 제1 실시예에 따른 주사 노광장치 50에 비대칭성 검출 센서(101) 및 측정 패턴(102)을 추가함으로써 제공된다. 도 6은, 주사시에 있어서의 비대칭성 검출 센서(101) 및 측정 패턴(102)을 모식적으로 나타내는 도면이다.

비대칭성 검출 센서(101)는, 기판 스테이지(WS)의 틸트 스테이지(19) 위에 배치될 수 있다. 측정 패턴(102)은, 원판(17) 또는 원판(17)을 홀드하는 원판 스테이지(RS)에 배치될 수 있다. 측정 패턴(102)은, 기판(20)과 공역한 면이면, 다른 위치에 배치되어도 된다.

도 5를 참조하면서 제어부(30)에 의한 제어의 예를 설명한다. Step11에 있어서, 제어부(30)는, 외부장치 또는 콘솔 등으로부터 입력되는 정보(예를 들면, 경사량 θ을 나타내는 파라미터 또는 디포커스량 df 자체를 나타내는 파라미터)에 따라서 주사 노광시에 있어서의 디포커스량 df를 결정한다.

Step12에 있어서, 제어부(30)는, 디포커스량 df에 따라 기판 스테이지(WS)(기판(20))의 경사를 제어한다. 또한, 제어부(30)는, 비대칭성 검출 센서(101)에 의한 측정 패턴(102)의 상(像)의 검출을 시작하기 위한 위치에 원판 스테이지(RS) 및 기판 스테이지(WS)의 위치를 제어한다. 제어부(30)는, 원판 스테이지(RS) 및 기판 스테이지(WS)를 주사 구동하면서 비대칭성 검출 센서(101)를 제어해서 측정 패턴(102)의 광강도 분포(광학 상)를 검출한다. 이 광강도 분포(광학 상)는, FLEX법에 의해서 기판(20)의 표면에 형성될 수 있는 광강도 분포(광학 상)와 등가다. 제어부(30)는, 그 광강도 분포의 비대칭성을 평가해서 비대칭도 Id를 결정한다. 비대칭성 Id는, 예를 들면 도 4에 예시하는 것 같이 결정될 수 있다.

Step13에 있어서, 제어부(30)는, Step12에서 비대칭성 검출 센서(101)를 사 용해서 산출된 비대칭성 Id를 보정하기 위해서 필요한 코마 수차량 Cm을 식(8)에 따라서 산출한다.

Cm = Bi × Id ···（8)

여기에서, Bi는 측정 패턴(102)의 상의 비대칭성 Id를 코마 수차량 Cm으로 환산하기 위한 계수로서, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어 메모리(32)에 저장된다.

Step14에 있어서, 제어부(30)는, Step13에서 산출된 코마 수차량 Cm을 발생시키기 위해서 필요한 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 구동량을 산출한다. 이때, 다른 종류의 수차를, 변화시키지 않고 연립 방정식의 계산 또는 최적화 계산을 실시하여, 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 구동량을 결정한다. 구체적인 예를 들면, 1개 또는 복수의 렌즈(24)의 다양한 종류의 수차에 관한 민감도를 나타내는 행렬 C가 시뮬레이션으로 취득될 수 있다. 예를 들면, 3개의 렌즈(24)의 구동량 L1, L2, L3을 산출할 경우를 상정한다. 코마 수차량 Cm, 메리디오널 상면 FC, 및 배율 M을 파라미터로서 사용하면, 이하의 연립 방정식이 얻어진다.

Cm = C11 × L1 + C12 × L2 + C13 × L3 ···(9)

FC = C21 × L1 + C22 × L2 + C23 × L3 ···(10)

M = C31 × L1 + C32 × L2 + C33 × L3 ···(11)

FC = M = 0을 충족하도록 구동량 L1, L2, L3을 취득하면 된다.

많은 종류의 수차를 평가하는 경우에는, 예를 들면, 평가함수 φ를 식(12)으로 정의한다.

φ = √(G1×(S1×L1)²+ G2 × (S2 × L2)²+ G3 × (S3 × L3)²)···(12)

여기서, G1∼G3은, 중량 함수이고, S1∼S3은 각 렌즈의 수차 민감도를 나타내는 행렬이다.

평가함수 φ가 최소가 되도록 구동량 L1∼L3을 결정해도 된다.

제어부(30)는, Step15에 있어서, 상기의 산출된 구동량에 따라서 각 렌즈(24)가 구동되도록 구동기구(25)를 제어한다.

이상의 제어에 의해, 디포커스량 df를 이용해서 FLEX법에 의한 노광을 실시했을 때에, 조명 요인으로 인해 왜곡된 레지스트 프로파일을 투영 광학계(PO)에 수차를 발생시킴으로써 보정할 수 있다.

이 보정에 있어서, 시뮬레이션에 의해 환산 계수 A, B가 결정될 경우에는, 시뮬레이션에 의해 취득된 비대칭성과 현실의 비대칭성이 일치하지 않는 경우도 있을 수 있다. 이 불일치를 제거하기 위해서, 환산 계수 A, B을 메뉴얼로 변경하거나, 오프셋의 항을 각 식에 포함시켜도 된다.

[제3 실시예]

도 7은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 노광장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 있어서, 도 1에 나타낸 제1 실시예에 따른 주사 노광장치 50과 동일의 구성요소에는, 동일한 부호가 첨부되어 있다. 도 7에 나타내는 제3 실시예에 따른 주사 노광장치 50"에 있어서, 코마 수차량 Cm을 발생하는 수차 조정 유닛으로서, 투영 광학계(PO)는, 노광 광을 투과하는 평판(42)과, 이 평판(42)을 구동하는 구동기구(44)를 포함한다. 평판(42)은, 그 상부 표면과 그 하부 표면이 서로 평행한 판부재다. 평판(42)은, 구동기구(44)에 의해 Y축에 평행한 축에 대하여 회전 구동된다. 즉, 평판(42)은, 그 표면(상부 표면 및 하부 표면)이 투영 광학계(PO)의 상(像)면에 대하여 기울어질 수 있게 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 투영 광학계(PO)에 있어서의 코마 수차만을 독립적으로 제어할 수 있다.

도 8을 참조하면서 제어부(30)에 의한 제어의 예를 설명한다. Step21에 있어서, 제어부(30)는, 외부장치 또는 콘솔 등으로부터 입력되는 정보(예를 들면 경사량 θ을 나타내는 파라미터, 또는, 디포커스량 df 자체를 나타내는 파라미터)에 따라서 주사 노광시에 있어서의 디포커스량 df를 결정한다.

Step22에 있어서, 제어부(30)는, 디포커스량 df에 대응한 레지스트 프로파일의 비대칭성 △을 식(13)에 따라서 산출한다.

△= A × df ...(13)

여기에서, A는 디포커스량 df를 비대칭성 △으로 환산하기 위한 계수이고, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어 메모리(32)에 저장된다.

Step23에 있어서, 제어부(30)는, Step22에서 산출된 비대칭성, 즉 왜곡 △을 보정하기 위해서 필요한 코마 수차량 Cm을 식(14)에 따라서 산출한다.

Cm = B × △ ···(14)

여기에서, B는 레지스트 프로파일의 비대칭성 △을 코마 수차량 Cm으로 환산하기 위한 계수이고, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어 메모리(32)에 저장된다.

Step24에 있어서, 제어부(30)는, Step23에서 산출된 코마 수차량 Cm를 발생시키기 위해서 필요한 평판(42)의 경사량 (상면에 평행한 면에 대한 회전량) T를 식(15)에 따라서 산출한다.

T = Bs × Cm ···（15)

여기에서, Bs는 코마 수차량 Cm을 평판(42)의 경사량 T로 환산하기 위한 계수이고, 미리 시뮬레이션 또는 실험에 의해 취득되어 메모리(32)에 저장된다.

Step25에 있어서, 제어부(30)는, 상기의 산출된 경사량 T에 따라서 평판(42)을 기울이도록 구동기구(44)를 제어한다.

이 보정에 있어서, 시뮬레이션에 의해 환산 계수 A 및 B가 결정될 경우에는, 시뮬레이션에 위해 취득된 비대칭성과 현실의 비대칭성이 일치하지 않는 경우도 있을 수 있다. 이 불일치를 제거하기 위해서, 환산 계수 A, B를 메뉴얼로 변경하거나, 오프셋의 항을 각 식에 포함시켜도 된다.

[기타 실시 예]

상기의 실시예는 FLEX법에 의한 노광에 있어서 발생하는 패턴의 비대칭성이, 레지스트 프로파일의 비대칭성을 보정함으로써 조정되는 것으로 하여 설명되었다. 그렇지만, 레지스트 프로파일의 비대칭성 이외의 특성이 패턴의 비대칭성의 중요한 요인인 경우에는, 그들을 보정함으로써 코마 수차를 조정한다. 예를 들면, 2개의 라인 패턴의 선폭차와, 2개 이상의 다른 형상의 패턴의 쉬프트량 등, 실질적으로 회절광의 위상차의 비대칭성을 원인으로 하는 특성을 보정하도록 코마 수차를 조정해도 된다.

또한, 2개 이상의 특성을 공통적으로 개선하도록 코마 수차를 설정해도 된다.

[응용 예］

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디바이스 제조방법은, 예컨대, 반도체 디바이스, 액정 디바이스 등의 디바이스의 제조에 적합하다. 상기 방법은, 포토레지스트가 도포된 기판을, 노광장치를 이용해서 노광하는 공정과, 상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 게다가, 상기 디바이스 제조방법은, 다른 주지의 공정(예를 들면, 산화, 막 형성, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 예에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하는 일없이, 여러가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공공연히 하기 위해서, 이하의 청구항을 첨부한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 주사 노광장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어부에 의한 제어의 예를 나타내는 플로차트다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예의 주사 노광장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 4는 광강도 분포(광학 상)의 비대칭성 Id를 예시하는 그래프다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제어부에 의한 제어의 예를 나타내는 플로차트다.

도 6은 주사시에 있어서의 비대칭성 검출센서 및 측정 패턴을 모식적으로 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예의 주사 노광장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 제어부에 의한 제어의 예를 나타내는 플로차트다.

도 9는 일반적인 주사 노광을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 10은 FLEX법에 의한 주사 노광을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 11a 내지 11c는 마스크(원판), 슬릿 영역 및 유효광원의 관계를 도시한 도면이다.

도 12a 내지 12c는 투영 렌즈의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상을 예시하는 도면이다.

도 13은 유효광원의 형상이 변화되지 않은 경우의 디포커스시의 파면과 회절광을 도시한 그래프이다.

도 14는 유효광원의 형상이 변화되었을 경우의 디포커스시의 파면과 회절광을 도시한 그래프이다.

도 15는 유효광원의 형상이 변화되었을 경우의 디포커스시의 파면과 회절광을 나타내는 그래프다.

도 16은 슬릿 영역(조명 영역) 내에 있어서의 포커스 상태의 변화를 예시하는 도면이다.

도 17은 주사시에 있어서의 텔레센트릭도의 변화를 도시한 도면이다.

Claims

원판을 조명하는 조명 광학계 - 상기 조명 광학계에 의해 형성된 상기 원판의 주사방향에 따른 광강도 분포는 그 주변부에 사면을 갖고 - 와,

상기 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계와,

상기 원판을 홀드하여 주사하는 원판 스테이지와,

상기 기판을 홀드하여 주사하는 기판 스테이지 - 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가, 상기 투영 광학계의 상면에 대하여 경사진 상태에서 상기 원판 및 상기 기판 중 하나가 주사되고 -와,

상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조명 광학계는, 상기 원판의 주사방향에 따른 광강도 분포가 사다리꼴인 광으로 상기 원판을 조명하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계의 수차를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계의 코마 수차를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계에 포함된 1개 또는 복수의 렌즈를 구동함으로써 상기 투영 광학계의 수차를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 상면에 대한 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인하여, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계에 포함된 평판의 경사를 조정함으로써 상기 투영 광학계의 수차를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광강도 분포의 비대칭성을 검출하는 센서를 더 구비하고,

상기 제어부는, 상기 센서를 사용해서 검출한 비대칭성에 의거하여 상기 투영 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 원판 및 상기 기판 중 하나의 경사에 기인해서, 상기 기판이 배치되는 면에 형성된 광학 상의 비대칭성을 줄이도록 상기 투영 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과,

상기 기판을 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.