마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치 및 이 장치의 교정방법 document_id A220623063841

집적 회로 및 그외 다른 마이크로스트럭처 컴포넌트들은 실리콘 웨이퍼같은 적절한 기판에 다수의 구조층들을 도포함으로서 제작되는 것이 일반적이다. 이러한 구조층들의 형성을 위해, 이 층들은 가령, 극자외선(Deep Ultraviolet) 스펙트럼 범위의 광같은 특정 파장 범위의 광에 민감한 포토레지스트로 먼저 덮히게 된다. 이러한 방식으로 코팅된 웨이퍼는 그후 프로젝션 노광 장치에서 노광된다. 마스크에 포함된 회절 구조들의 패턴이 프로젝션 대물 렌즈(projection objective)의 도움으로 포토레지스트에 이미징된다. 포토레지스트가 현상된 후, 웨이퍼는 에칭 처리되어, 마스크 상의 패턴에 따라 상부층의 구조가 형성된다. 이 과정은 웨이퍼 위에 모든 층들이 도포될 때까지 반복된다. 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 장치의 한가지 주된 목적은 웨이퍼 상에 점점 더 작은 크기의 구조물을 형성할 수 있도록 하는 것이다. 이에 따라, 생성될 컴포넌트들의 집적 밀도를 증가시킬 수 있도록 하는 것이다. 다양한 방식들을 이용함으로서, 현재 사용되고 있는 투사광의 파장보다 짧은 크기를 가진 구조물들이 웨이퍼 상에 현재 생성될 수 있다. 이러한 방식들 중 한가지는 프로젝션 대물 렌즈와 웨이퍼 간의 중간 공간에 현탁액(immersion liquid)을 삽입하는 것이다. 이는, 예를 들어, 1보다 훨씬 큰 개구수를 가지는 프로젝션 대물렌즈를 이용할 수 있게 한다. 그러나, 웨이퍼 상의 구조물 크기를 감소시킨 결과, 이미징될 마스크 상의 구조물들이 점점 더 작아지게 된다. 프로젝션 대물렌즈의 이미징 스케일을 감소시키는 것은 비용 측면에서 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 이는 프로젝션 대물 렌즈의 설계를 대폭 변경하여야 하는 결과를 수반하기 때문이다. 마스크에 포함된 투명한 구조물들의 구조물 폭들이 사용되는 투사광의 파장 수준일 경우, 또는, 이보다 훨씬 작을 경우, 프로젝션 대물렌즈에 의한 광학적 이미징을 바람직하지 못하게 손상시키는 효과들이 진폭 마스크 및 대부분의 위상 마스크에 발생하게 된다. 불투명하거나 광을 감쇠시키는 구조물들을 포함하지 않는 마스크들만이 이러한 효과를 나타내지 않는다. 진폭 마스크라 함은 순수한 위상 마스크와는 달리, 투과하는 광의 위상 변화없이 진폭만이 변화하는 마스크를 의미한다. 불투명하거나 광을 감쇠시키는 구조물들은 Cr 또는 MoSi의 층들인 경우가 많다. 이러한 마스크들에서 매우 작은 구조물 크기들을 가진 경우에 발생하는, 상술한 바와 같은 바람직하지 못한 효과들 중 한가지는, 투과하는 투사광에 대해 마스크가 편광 효과를 가진다는 점이다. 이러한 경우에 가장 주목할만한 효과는 구조물들의 길이방향 크기와 평행하게 정렬되는 편광 방향을 가진 투사 광이, 수직의 편광 방향을 가진 투사광에 비해, 이러한 구조물들에 의해 우수하게 투과된다는 점이다. 이러한 투과도의 편광 의존성은 동등한 구조이지만 서로 다르게 배향된 구조물들이 포토레지스트에 서로 다른 강도로 이미징되는 결과로 나타난다. 포토레지스트의 날카로운 노광 임계값으로 인해, 단위 면적 당 충돌하는 광 에너지의 양의 변화는 웨이퍼 상에 리소그래피 방식으로 생성되는 구조물들의 폭에 직접적인 영향을 미친다. 마스크에 포함된 구조물들의 배향에 대한 구조물 폭의 이러한 의존도는 일반적으로 바람직하지 못하다. 그러나, 폭좁은 구조물들의 또다른 편광 효과를 살펴보면, 구조물들의 길이방향 크기와 평행하게 정렬되는 편광을 가진 투사 광이, 수직으로 정렬되는 편광을 가진 투사 광에 비해 투명한 구조물들에서 좀 다른 속도로 전파한다. 이는 지연 판에서 발생하는 것과 마찬가지로, 상호 수직인 편광 컴포넌트들 간의 위상차를 야기한다. 이러한 위상차는 마스크에서 바람직하지 못한 편이다. 왜냐하면, 이러한 위상차들은 웨이퍼 상의 구조물 폭이, 마스크에 포함된 구조물들의 배향에 의존되게 하기 때문이다. 그 한가지 이유는 편광-선택적 분광 층들같은 프로젝션 대물렌즈들의 소정의 광학적 소자들이 편광에 의존하는 투과율이나 반사율을 가지기 때문이다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 마스크에서 선형으로 편광된 광을 타원형으로 편광된 광으로 변환함으로서, 강도에 영향을 미치게 되고, 따라서 웨이퍼 상의 구조물 폭에 영향을 미치게 된다. 폭좁은 구조물들에 관한 상술한 복굴절 현상이 인접 구조물들 간의 거리에 의존하기 때문에, 동일한 폭을 가지는 좀더 치밀하게 배열된 구조물들은 더 폭넓은 거리로 서로 이격된 구조물들에 비해 좀 더 다른 방식으로 편광 상태를 변화시키게 될 것이다. 마스크의 투과율이 편광에 따라 변하는 문제점을 방지하기 위해, 미국특허 6,522,483 B2 호에서는 최초에 선형으로 편광된 광이 마스크 이전에 배열된 1/4 파장 플레이트의 도움으로 원형으로 편광된 광으로 변환되어야 함을 기재하고 있다. 그렇게 되면, 마스크 뒤에서의 투사광의 강도는 마스크 내 투명 구조물들의 배향에 의존하지 않는다. 선형 편광은, 마스크 뒤에 배열된 추가적인 1/4 파장 플레이트의 도움으로 복원될 것이다. 이러한 공지된 방식에서의 한가지 애로사항은, 구조물들의 편광에 따른 투과율 변화 때문에, 투사광이 구조물을 통과한 후에 정확하게 원형으로 편광되지 않는다는 점이다. 대신에, 구조물들의 배향에 따라 약간 타원형 상태의 편광을 보인다는 점이다. 마스크 뒤의 이러한 추가적인 지연판(retardation plate)은 한가지 특정 타원형 편광만을 변환시키는 것이 아니라, 이와는 다른 다수의 타원형 편광도 선형 편광으로 변환시킬 수 있다. 이러한 공지된 방식으로도, 차후의 광학적 소자에서의 편광의존도가 웨이퍼 상의 구조물의 폭에 배향 의존도가 높은 변화를 야기하게 된다.