KR100246489B1

KR100246489B1 - 레이저 시스템용 외부 고전압 제어 장치

Info

Publication number: KR100246489B1
Application number: KR1019970004413A
Authority: KR
Inventors: 팰리쉬 피 다스; 커티스 엘. 믹슨; 리차드 에이. 이스; 제임스 디. 페인
Original assignee: 아킨스 로버트 피.; 사이머 인코포레이티드
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2000-03-15
Also published as: US5657334A; JPH09232659A; EP0790681A2; EP0790681B1; JP3523767B2; CA2196131A1; EP0790681A3; DE69702462D1; CA2196131C; KR970063843A; DE69702462T2

Abstract

스테퍼 시스템용 조명원으로서 이용되는 레이저 시스템용 외부 제어 시스템이 제공된다. 외부 제어 장치가 실제로 웨이퍼에 분배된 에너지를 측정하고, 이러한 측정에 근거하여 에너지 도스 분배(energy dose distribution)를 보정한다. 이러한 방식으로, 더 정확한 에너지 도스 제어를 달성한다. 외부 제어 장치는 전술한 측정에 근거하여, 고속 전압 세팅을 보정할 수 있는 직렬 입력을 제공할 수 있도록 레이저 자체의 내부 제어 시스템과 통하여 있고, 레이저가 필요한 시간 간격으로 작동할 수 있도록 레이저의 내부 제어 시스템을 조정한다.

Description

레이저 시스템용 외부 고전압 제어 장치

제1도는 레이저가 내부 에너지 제어 장치를 가지는 종래 기술에 의한 레이저-스테퍼 콤비네이션을 도시한 도면이다.

제2도는 본 발명에 의한 레이저-스테퍼 콤비네이션의 에너지 도스 제어용 외부 제어 장치를 도시한 도면이다.

제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에서의 레이저 내부 제어 시스템 개략도이다.

제4도는 본 발명의 외부 제어 시스템에 의한 게이트, 직렬 입력 및 트리거 타이밍 순서를 도시한 타이밍 개략도이다.

제5도는 본 발명에서 외부 에너지 제어를 위하여 사용되는 제어 프로세스의 개략적 흐름도이다.

제6도는 제5도에서의 제어 흐름의 계속이다.

제7도는 본 발명의 게이트 및 트리거 타이밍 인터럽트 프로그램을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

제8도는 본 발명의 고속 직렬 입력과 지연 인터럽트 프로그램을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스테퍼 제어장치 17 : 도스

22 : 메인 제어 보드 24 : 트리거 제어 보드

26 : 고전압 전원 장치 30 : 공유 기억 장치

32 : A/D 변환 장치 34 : D/A 변환 장치

36 : 이산 디지탈 I/O판 38 : 퀴드 직렬 I/D판

40 : 제어 인터페이스 패널 42 : 프로그램가능 카운터/타이머판

44 : 와이어 하네스판 110 : 외부 제어 장치

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 펄스 방전에 의하여 레이저 가스를 여기하는데 이용되는 에너지의 양을 제어하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 축소 투사 얼라이먼트(reduction projection alignment) 내지 “스테퍼(stepper)” 시스템내에 조명원으로서 이용되는 가스 방전 레이저에서 출력 에너지의 외부 제어를 행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

IC 구성 소자들을 제조하는데 이용되는 스테퍼 시스템(stepper system)은 회로 패턴을 형성하는데 고도의 해상도를 확보하기 위하여 엄격한 노출 제어를 필요로 한다. 현재 엑시머 레이저와 같은 가스 방전 레이저가 첨단 ULSI 제조용 아이-라인(i-line) 수은을 대신하여, 1차 조명원으로서 이용되고 있다. 이러한 공업적 응용에 있어서는 각 웨이퍼별로 일관된 가공 처리 품질을 보장하기 위하여, 레이저 빔 펄스의 에너지를 제어하는 것이 매우 중요하다. 특히 관심의 대상이 되는 제어 파라미터는 각 연속 펄스별 펄스 에너지의 분산을 감소시키고, 정착한 도스(dose) 제어를 확립하는 것이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 스테퍼용 조명원으로서 이용되는 전형적인 엑시머 레이저 시스템에 있어서, 엑시머 레이저 시스템은 스테퍼(9)에 의하여 축소 투사 노출을 수행하는데 이용되는 엑시머 레이저빔(L)을 출력한다. 레이저 장치(1)의 발진기(2)는 챔버(15), 광학 공진기 및 이 기술 분야의 전문가들에게 공지되어 있는 기타 구성 소자들로 구성되어 있다. 레이저 챔버(15)는 전형적으로 Kr, F₂또는 다른 공지된 희유 가스-할로겐화물의 합성물 등인 레이저 가스로 충전되어 있다. 소정 폭과 시간 간격을 가지는 펄스 형태의 방전 전압은 레이저 챔버(15)내의 가스를 여기하여 레이저빔을 발진하기 위하여 전극(12a, 12b)를 가로질러 인가된다. 발진되는 레이저빔은 공진기내로 입력되고, 공진기의 전면 거울(도시 없음)로부터 유효 발진 레이저빔(L)으로서 출력된다. 방전 전압이 펄스로서 인가되기 때문에, 출력 레이저빔(L)도 펄스의 형태로 된다.

공진기(2)로부터 발진된 레이저빔의 일부는 빔 스플릿터(3)에 의하여 표본 추출되고, 렌즈(4)를 통하여 출력 모니터(5)내로 입력된다. 출력 모니터(5)는 각 펄스별 레이저빔(L)의 에너지를 검출한다. 출력 모니터(5)에 의하여 검출된 펄스 에너지는 레이저의 출력 제어부(6)에 공급되고, 이 출력 제어부는 펄스 에너지에 근거하여 전압 데이터를 만들어내고, 이러한 전압 데이터를 레이저 전원(8)에 공급하여, 레이저 전원(8)이 필요한 펄스 에너지를 스테퍼에 공급하게 한다. 레이저 전원(8)은 전압(V)을 공급되는 전압 데이터에 따라 전극을 가로질러 공급함으로써 방전이 되게 한다. 방전을 일으키는 전압은 일시적으로 레이저 전원(8)의 일부로서 제공된 축전기(17)와 같은 저장 장치에 충전된다. 저장 장치(17)에 저장된 전압은 다이러트론(thyratron)과 같은 스위치에 의하여 방전되어, 가스 혼합 레이징(lasing)을 개시하게 한다.

출력 제어부(6)는 신호선을 거쳐 스테퍼(9)내의 스테퍼 제어부(10)에 접속되어 있고, 스테퍼 제어부(10)로부터 트리거링 신호(Tr)를 수신함으로써 레이저가 펄스를 방전하게 한다. 출력 제어부(6)에는 출력 제어부(6)가 상기 신호(Tr)를 수신하는 인접 시간들 사이의 시간 간격을 순차적으로 측정하는 내부 타이머가 있다. 레이저 조작 중 소비되는 레이저 가스의 일부를 보충함으로써 일정한 레이저 출력을 보장하기 위하여, 가스 제어부(7)도 제공되어 있다. 전극 온도 센서(13)는 전극의 표면 온도를 탐지하기 위하여, 레이저 챔버(15)내의 상부 방전 전극(12a)(음극)의 표면에 배치되어 있고, 가스 온도 센서(14)도 레이저 가스의 온도를 탐지하기 위하여, 챔버(15)내에 배치되어 있다. 이러한 각 온도를 표시하는 신호는 제어부(6)로 발신된다.

제1도에서는, 레이저의 에너지 출력이 전술한 바와 같이, 빔 스플릿터(3)에 의하여 표본 추출되고, 레이저의 제어부에 의하여 도스 제어를 위한 근거로서 이용된다. 빔 스플릿터(3)를 거쳐 레이저로부터 직접적으로 측정하는 에너지 레벨은 스테퍼의 광학기구를 통하는 동안의 저하로 인하여, 웨이퍼에 의하여 실제로 수령되는 에너지의 측정값과는 다를 수 있다. 이러한 차이는 특히, ULSI 장치의 설계 규칙 특징이 서브-0.4㎛ 레벨에 도달하는 때에는 큰 영향을 줄 수 있다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 목적은 레이저로부터 웨이퍼의 위 또는 가까이에 출력되는 에너지를 측정하고, 상기 측정을 이용하여 외부 제어기를 통해 에너지를 보정하기 위한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 레이저의 에너지 출력을 외부적으로 모니터하고 제어하는 수단에 의하여 웨이퍼에 대한 에너지 도스를 더 정확히 제어할 수 있게 하는 것이다.

[발명의 구성 및 작용]

상기 목적은 본 발명의 외부 제어 시스템에 의하여 달성된다. 이러한 외부 제어 장치는 레이저 시스템 자체의 내부 제어 시스템과 협동하여 동작하며, 이것은 본 발명의 적당한 실시예에서는 고도의 성능 제어를 제공하기 위하여, 공통 버스상의 공유 기억 장치가 갖추어진 다중 CPU를 이용하는 하나의 제어 시스템이다. 외부 제어 장치는 레이저의 트리거 제어 보드(TCB)상에 장착되어 있는 SCB PCB에 연결되어 있는 RS485/427 포트와 같은 고속 인터페이스를 이용하여 레이저의 내부 시스템과 통하여 있다.

외부 제어 장치는 레이저의 방전을 개시하는데 이용되는 주 축전기상의 전하를 조정하기 위한 고전압 데이터 입력을 제공한다. 이러한 고전압 입력은 고전압 세팅을 조정하고, 수정된 세팅을 2개의 인터럽트 프로그램에 전달하는 메인(main) 제어 프로그램에 의하여 제어한다. 인터럽트 프로그램은 레이저 제어기에 대한 직렬 데이터 엔트리를 개시하고, 스테퍼로부터의 트리거 제어 입력을 모니터하여 트리거 명령 기간중 레이저 발사(laser firing)를 개시한다.

본 발명은 레이저 방전을 생성하는데 이용되는 공급 전압을 외부에서 제어할 수 있는 장치와 방법을 제공한다. 웨이퍼 자체상에 또는 그 가까이에 센서를 이용함으로써 레이저 출력에 관한 더 정확한 정보를 얻으며, 이러한 정보는 외부 제어 장치가 레이저의 에너지 출력을 모니터하고, 이를 더 정확히 보정하는데 이용될 수 있다.

제2도는 출력 제어부(6)에 조작상 연결되어 있는 본 발명에 의한 추가 외부 제어 장치(110)가 갖추어진 레이저-스테퍼 시스템을 도시한 것이다. 제3도는 통상적인 버스 구조 주위에 구성되어 있는 본 발명의 가스 방전 레이저 제어 시스템을 도시한 것이다. 특히, 바람직한 실시예에서는 STD 버스를 수용하는 카드 케이지의 형태로 되어 있는 STD 버스는 시중에서 구할 수 있는 시스템용 카드 레벨 구성 소자와 호환할 수 있다. 이와 관련하여, 시스템용 전력은 시스템내의 다른 보드들에 전력을 공급하기 위하여 버스 구조의 전력선에 전력을 제공하는 전원 장치(20)에 의하여 제공된다.

[내부 제어 시스템 작업]

본 발명에서 이용되는 가스 방전 레이저 제어 시스템에는 프로세서와 관련 지원 회로가 들어있고, 시스템내에서 마스터 프로세서로서 기능하는 메인 제어 보드(22)가 포함되어 있다. 적당한 실시예에서는 메인 제어 보드(22)가 최소한으로, 최저 클록 속도가 25MHz인 인텔형 486프로세서, 128킬로바이트의 배터리 백업 램(RAM), 적어도 512 킬로바이트의 플래쉬 기억 장치 및 적어도 512 킬로바이트 디램(DRAM) 등이 갖추어진 단일 보드 컴퓨터이다. 이러한 STD-80/MPX 호환성 프로세서 보드는 다중 프로세서 환경에서는 하나의 버스 마스터가 될 수 있는 능력을 가진다. 이 기술 분야의 전문가들은 레이저 제어 시스템에 대한 운영상의 수요가 증가함에 따라, 여기에서 설명하는 구성내에 더 빠르고, 더 강력하며, 더 큰 기억장치를 가진 마이크로프로세서가 요구될 것이라는 것을 알 것이다.

가스 방전 레이저 제어 시스템에는 트리거 제어 보드(24)도 포함되어 있고, 이 보드는 그 자체의 프로그램에 의하여 동작하면서, 서로 분리된 고전압 전원(26)과 펄스 전력 모듈(28)을 제어하여, 레이저의 각 펄스 별로 펄스 제어와 트리거를 제공한다. 바람직한 실시예에서는 트리거 제어 보드(TCB)도 최저 클록 속도가 25MHz인 인텔형 486 프로세서, 적어도 128 킬로바이트의 배터리 백업 램, 적어도 512 킬로바이트의 플래쉬 기억장치 및 적어도 512 킬로바이트의 디램이 갖추어진 단일 보드 컴퓨터이다. 이러한 STD-80/MPX 호환성 프로세서 보드는 다중 프로세서 환경내에서 하나의 버스 마스터가 쥘 수 있는 능력을 가진다. SBX 고속 직렬/병렬 I/O 보드도 펄스 대 펄스 인터페이스용으로 TCB상에 놓여있는 보조 보드로서 제공되어 있다.

메인 제어 보드(22)상의 기억 장치는 이 보드상의 프로세서가 이용하게 되어 있다. 여기에서 설명하는 바와 같이, 프로세서는 적어도 486 프로세서이다. 이와 마찬가지로, 트리거 제어 보드(24)상의 기억 장치는 이 보드상의 적어도 486 프로세서가 이용하게 되어있다. 그러나, 메인 제어 보드(22)과 트리거 제어 보드(24)상이 프로세서가 공용할 수 있도록, STD 버스상에는 추가 기억 장치판(30)이 제공되어 있다. 바람직한 실시예에서는 이러한 공유 기억 장치가 STD 버스 카드 케이지내에 적어도 64킬로바이트의 램이 들어있는 하나의 메모리 카드이다. 공유 기억 장치에는 메인 제어 보드(22)상의 기억 장치와 트리거 제어 보드(24)상의 기억 장치의 주소 공간(address space)과는 분리되어 떨어져 있으나, 이러한 보드상의 프로세서의 총 주소 공간내에 들어있는 주소 공간이 있다. 이러한 방식으로, 프로그램뿐 아니라, 데이터도 메인 제어 보드(22)상의 프로세서와 같은 제1프로세서에 의하여 프로세서들 사이에 교환될 수 있고, 이러한 데이터를 트리거 제어 보드(24)상의 프로세서와 같은 또 다른 프로세서에 의하여 판독될 수 있는 공유 기억 장치(30)내에 기록할 수 있다. STD 버스상에서의 이와 같은 교환 및 활동의 세부 사항 일반은 다음에 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 레이저 제어 시스템에는 아날로그 입력을 수신하기 위한 아날로그/디지탈 변환 보드(32)와 아날로그 신호를 출력하기 위한 디지탈/아날로그 변환 보드(34)도 포함되어 있다. 바람직한 실시예에서는 아날로그 입력판(32)에 단일 12비트 아날로그/디지탈(A/D) 변환기로 다중화된 32개의 12비트 아날로그 입력 채널이 들어있다. 이 기술 분야의 전문가들은 32개의 채널은 설계사의 선택이었고, 특정한 응용에 있어서의 채널의 수는 운영 요건에 근거하여 변동될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 아날로그/디지탈 변환판(32)의 출력은 메인 제어 보드(22)와 트리거 제어 보드(24)상의 프로세서에 의하여, 맵 카드로서 수용될 수 있다. 바람직한 실시예에서의 디지탈/아날로그 변환 보드(34)에는 8개의 12비트 디지탈/아날로그 출력 채널이 들어있고, 이 보드도 STD 버스상의 I/O 맵 카드로서 2개의 프로세서에 의하여 수용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 8개의 채널도 설계 선택이었고, 운영 요건에 따라 달리할 수 있다. 특별히 트리거 제어 보드(24)에만 이용되는 제2의 32채널 A/D 변환 보드도 제공되어 있다.

STD 버스 카드 케이지에는 이산 디지탈 I/O판(36)과 쿼드 직렬 I/O판(38)도 포함되어 있다. 바람직한 실시예에서는 이산 디지탈 I/O판이 각종 기능에 적합한 복수의 해독(전용) I/O선을 제공한다. 적당한 실시예에서는 특수한 예로서, 이산 디지탈 I/O판(36)이 셔터, 개방된 상태와 폐쇄된 상태 등 2가지 상태만을 가진 전용선 등과 같은 것의 제어를 제공한다. 호스트 제어 시스템과 통신하고, 이 시스템으로부터 명령을 수신하거나, 휴대용 제어 장치로부터 명령을 수신하기 위한 제어 인터페이스 패널(40)이 제공되어 있다. 일반적으로, 호스트 제어시스템과 휴대용 제어 장치는 트리거 신호와 같은 제어 신호가 본 발명의 레이저 제어 시스템에 외부로부터 제공되는 때에는 이러한 신호용의 전용선이나 해독선을 포함한 고객 지정 인터페이스를 제공한다. 트리거 명령 그 자체 이외의 이러한 신호는 제어 인터페이스 패널(40)을 통하여 해독 디지탈 신호로서 이산 디지탈 I/O판(36)에 제공된다. 이에 관련하여, 한 형식의 조작에 있어서 트리거명령이 호스트 제어 시스템이나, 휴대용 제어 장치로부터 올 수 있고, 트리거 명령은 그 당시 이 방식에 따라 트리거 제어 보드(24)내에서 운용되는 소프트웨어에 따라, 메인 제어 보드(22)상의 프로세서의 간섭이나, STD 버스의 사용없이, 트리거 제어 보드(24)을 직접으로 트리거할 수 있도록, 제어 인터페이스 패널(40)을 통하여 제공된다.

적당한 실시예에 있어서, 쿼드 직렬 I/O판(38)에는 프로세서상에 위치한 2개의 RS-232 통신 포트 이외에, 레이저 제어 시스템과의 RS-232 통신 능력을 제공하기 위하여 4개의 UART(universal asynchronous receiver/transmitters)가 포함되어 있다. 시스템과의 이러한 유형의 통신은 초기화의 목적을 위하여서뿐 아니라, 시스템이 작동중일 때, 레이저의 상태 및 조작에 관한 정보를 호스트 시스템에 제공하기 위하여 유용하다.

마지막으로, STD 버스 카드 케이지내에는, 챔버 내부의 팬과 같은 시스템내의 다른 장치들의 고장을 카운트하기 위한 카운터뿐 아니라, 메인 제어 보드(22) 및 트리거 제어 보드(24)용 프로그램가능 타이머를 제공하는 프로그램가능 카운터/타이머판(42)도 위치하여 있다.

레이저 기능의 대부분은 각종 모니터 및 제어 장치에 결합되어 있는 와이어 하네스판(44)을 거쳐 메인 제어 보드(22)이나 트리거 제어 보드(24)으로부터, 또는 STD 버스, 아날로스/디지탈 변환 보드(32), 디지탈/아날로그 변환 보드(34), 카운터 및 타이머 보드, 이산 디지탈 I/O 보드(36) 등을 거쳐 전술한 보드(22, 24)중 하나에 의하여, 직접으로 모니터 또는 제어된다. 이와 관련하여, 아날로그/디지탈 변환 보드은 레이저 시스템으로부터의 아날로그 모니터링 신호를 해석하는 능력을 제공하고, 디지탈/아날로그 변환 보드(34)는 레이저 시스템내의 아날로그 비례 제어 장치를 제어하기 위한 아날로그 제어 신호를 출력할 수 있는 능력을 제공한다.

각 프로세서판에 그 자체의 전용 I/O 자원을 포함하는 이유는 STD 버스상의 공유 I/O 자원에 대한 경합을 최소화하기 위한 것이다. 이 점에 있어서, 본 발명의 적당한 실시예에서는 프로세서들이 STD80-MPX 표준에 의하여 정의된 버스 중재 방식을 사용한다. 전원이 투입되면, 최고 우선 순위이 프로세서인 마스터가 버스를 지배한다. 일단 마스터가 초기화를 끝내면, 제어는 제1종속 프로세서에게 이행된다. 여기에서 설명하는 실시예는 단일 종속 프로세서만 포함하고 있으나, 이 실시예는 7개까지 프로세서를 수용할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 종속 프로세서가 사용되는 경우에는 초기화 과정은 모든 종속 프로세서가 초기화될 때까지 계속될 것이다. 최종 종속 프로세서가 초기화된 때에는 제1종속 프로세서가 마스터와 통신을 하고, 그 프로그램의 적재를 요구한다. 그 다음에, 마스터는 프로그램 데이터를 2킬로바이트와 같은 이산 청크(discrete chunks) 내의 공유 기억 장치내에 있는 특장 장소에 전송하고, 종속 프로세서에 대하여 각 이산 청크의 전송이 떠나면, 데이터를 이용할 수 있음을 통지한다. 그 다음에는 마스터는 종속 프로세서가 프로그램 데이터를 적재하고, 더 많은 데이터를 요구하는 통지가 있기를 기다린다. 그 다음에, 프로세서들은 독립적으로 작동을 개시하고, 각 프로세서는 서로로부터의 정보를 위하여 공유 기억 장치를 항시 검사한다. 다른 방법으로는, 프로세서 사이에 데이터를 전달하고, 더 효율적인 전송 기구를 제공하며, STD 카드 케이지의 백 플레인으로부터 다량의 불필요한 신호 트래픽을 경감시키기 위하여 다음에 설명할 인터럽트 방식을 실시할 수 있다.

실현되는 장점은 가스 방전 레이저 제어 시스템내의 프로세서들이 서로 다른 목적에 이용될 수 있도록 구성된다는 점이다. 마스터 프로세서는 일실시예에서, 그 제어하에 약 32태스크를 가지는 실시간 연산 시스템을 가진다. 이러한 태스크들은 데이터 베이스 매니저, I/O 모니터링 루틴, 포스트 직렬 및 병렬 인터페이스 매니저, 사용자 인터페이스 태스크, 인터-프로세서 데이터 패싱 태스크, 레이저 가스 관리 및 보고, 레이저 상태 관리, 기타 등이다. 이와 같은 태스크들은 일반적으로 레이저 제어 시스템 내에서의 느린, 덜 시간-임계적 태스크로서의 특징을 가진다.

전술한 실시예에 있어서, 유일한 종속 프로세서인 트리거 제어 프로세서는 고압 프로파일링, 레이저 반복률, 고속 사용자 인터페이스 및 행하여야 할 필요가 있는 레이저 펄스/레이저 펄스 처리 등과 같은 극 시간-임계적 태스크이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 7대의 프로세서까지는 극 시간-임계적 태스크를 처리하는데 전용될 수 있다. 여기에서 설명하는 실시예에 있어서, 비교의 문제로서, 호스트 프로세서는 5밀리세컨드 시간 기준으로 연산을 하고, 이벤트 타이밍 정확도는 약 ±10밀리세컨드이며, 종속 프로세서는 100마이크로세컨드 시간 기준으로 연산을 하고, 타이밍 정확도는 ±10나노세컨드 범위 안에 있다.

트리거 제어 보드상의 프로세서는 실시간 연산 시스템은 가지지 아니하였으나, 적당한 실시예에서는 C와 같은 고수준의 프로그래밍 언어로 쓰여진 프로그램을 가지며, 보드상의 모든 필요한 자원을 완전히 제어한다. 반면에, 마스터 프로세서는 시스템 자원을 관리하는데 그 실시간 연산 시스템을 이용하기 때문에, 레이저 시스템을 관리하고, 이를 연속적으로 행하는데 필요한 많은 태스크들을 조정하는 복잡한 태스크를 처리하는데 집중할 수 있다. 마스터의 특정 태스크에는 다음의 태스크들이 포함될 수 있다.

휴대용 터미널로부터의 키 프레스를 수신한다 (RS-22).

휴대용 터미널상에 데이터를 표시한다 (RS-232).

호스트시스템으로부터 명령을 수신한다 (RS-232).

호스트시스템에 응답을 송신한다 (RS-232).

호스트시스템으로부터 명령을 수신한다 (병렬선).

호스트시스템에 상태정보를 송신한다 (병렬선).

셔터를 모니터 및 제어한다.

자동화 가스 절차를 실행하기 위하여, 가스 시스템 밸브와 진공 펌프를 모니터 및 제어한다.

각종 레이저 하드웨어 모듈의 보수 기간 및 수명을 모니터한다.

안전 인터록 스위치를 모니터한다.

다음과 같은 여러 가지 데이터 베이스들을 관리한다.

펄스/펄스 데이터,

구성데이터,

연산파라미터,

I/O 데이터(아날로그 및 펄스입력),

시스템오류.

플루오르화 금속 트랩을 모니터한다.

챔버 송풍기 팬을 모니터 및 제어한다.

챔버 가스 온도를 모니터 및 제어한다.

고전압 펄스 전력 장치를 모니터한다.

레이저 통풍 흐름을 모니터한다.

질소 가스 공급 압력을 모니터한다.

냉각수 온도를 모니터한다.

챔버 가스의 유효성을 판정하기 위하여, 장기 경향 변화에 대한 펄스/펄스 로그 데이터를 모니터한다.

트리거(종속) 프로세서에게 명령을 송신한다.

트리거(종속) 프로세서로부터 데이터를 수신한다.

레이저의 준비 상태를 제어한다.

라인내로의 제어 부시스템을 모니터 및 제어한다.

[외부 고전압 제어]

더 정확한 에너지 도스 제어를 제공하기 위하여, 웨이퍼상에 또는 그 근방에 배치된 센서가 실제로 웨이퍼에 의하여 수령한 레이저 에너지에 관한 측정 정보를 제2도의 외부 제어 장치(110)에 제공한다. 외부 제어 장치는 이와 같이 수신한 특정 정보에 근거하여, 웨이퍼에 대한 정확한 에너지 도스 제어를 할 수 있도록, 에너지 출력, 펄스 반복 또는 펄스 존속 시간 등에 대한 필요한 보정을 한다.

외부 제어 장치로부터의 제어 입력은 RS 485/422와 같은 고속 통신 인터페이스를 경유하여 직접으로 제3도의 TCB24상에 있는 SBX 고속 직렬/병렬 I/O 보드에 제공된다. 이하에서 설명하는 외부 제어 장치의 동작의 뼈대를 절하기 위하여, 외부 제어 장치의 기능을 간략히 개관하여 보면, 다음과 같다. 제4도에 도시된 바와 같이, 게이트 신호와 상승 에지(rising edge, 100)는 고전압 세트 포인트(HV Set)를 최소 벨브, 즉 HV min에 세트시키는 TCB를 초기화함으로써, 펄스 방전을 개시하기 위하여 충전 사이클을 시작한다. 이러한 최소 밸브는 레이저의 연산 시스템내에서는 하나의 컨피겨러블(Configurable)이고, 팩토리 설청 고전압 범위의 하한을 나타낸다. TCB가 초기화됨에 따라, 외부 제어 장치는 제2도의 충전부(17)용으로 명령 HV 세트 포인트, 즉 HV Cmd틀 설정할 수 있도록, 직렬 데이터(110)를 2바이트 또는 다른 순차로 송신한다. 제4도에 도시된 바와 같이, 표 1에 있는 인수(10)(ARG 10)에 관하여 지연 기간이 설정되고, 직렬 데이터가 5㎲와 같은 예정된 기간내에 입력되지 아니하면, HV Cmd는 디폴트 설정점에 설정될 것이다. 시스템이 모든 직렬 입력을 검증할 수 있도록 바이트/바이트 송신 지연(160)도 제공되어 있다.

직렬 데이터가 디폴트의 트리거링전에 입력되는 경우에는 입력은 제4도에 도시된 바와 같이, ARG 4에 따라, 300us와 같은 설정된 게이트 투 트리거(GATE to TRIGGER) 지연 기간(130)내에, 레이저의 출력 제어부에 의하여 수신되어야 한다. HV Cmd용으로 입력되는 값은 레이저 조작용 컨피겨러블로서 설정된 한계내에 들도록 TCB에 의하여 검사된다. HV범위의 예는 제4도의 직렬 데이터 HV 램프에 의하여 표시되며, 여기에서는 시종점에 대한 단계식 시간 간격은 표 1의 ARG 6 내지 ARG 8에 의하여 정의된다. HV Cmd용 입력이 타당하지 아니한 경우에는 실행 평균 설정점 값 (“HV avg”)이 이용된다. 이 값(HVavg)은 시스템 제어 설정 순서중에, 설정된 제일 디폴트 세트 포인트 값(HVd)으로 초기화된다. 이러한 HVavg 값은 조작중, 레이저를 발사하는데 이용되는 HVCmd 값의 최종 N수를 평균하여 계산한다. 이 수(N)는 사용자가 설장한 컨피겨러블이고, 레이저의 조작 파라미터에 근거한다.

일단 HVCmd 및 HVavg가 설정되면, TCB는 제2도의 충전부 또는 충전기(17)로 하여금 Vcp로 충전하게 한다. 그 다음에, 스테퍼 제어부(10)는 제4도에 도시된 ARG 4에 따라, 적당한 지연 시간(130)후, 트리거 펄스(140)를 송신할 수 있다. 레이저의 발사는 정의된 반복률(170)에 따라, ARG 1에 따라 정의된 버스트 계수가 만료되거나, GATE가 드롭될 때까지 계속될 것이다. GATE가 버스트중 드롭되면, 버스트 계수내의 펄스 잔여는 종료된다. 제1트리거 신호(GATE 펄스내의)후, 제2HV 세팅(HVCmd2)은 제4도에 도시된 바와 같이, ARG 5에 따라, 트리거 투 시리얼 데이터(Trigger to Serial Data) 지연 기간(150)이 만료되기 전에, 그 입력을 완료하여야 한다. 이러한 지연 기간과 입력 제한은 사용되는 특정 하드웨어에 의하여 구동된다. 예를 들면, 375K 변조 속도로 실행할 수 있는 시스템에 의하면, 2바이트의 통과 시간은 48㎲이다. UART의 속도가 증가되면, 이러한 시간은 감소된다.

레이저의 HV 설정점을 정하는데 이용되는 외부 제어부로부터의 신호 입력의 예는 제5도 및 제6도에 제공되어 있다. 다음의 항들은 제5도 및 제6도에 번호가 매겨진 스텝에 일치하게 번호가 부여되어 있다. 예를 들면, “3”의 번호가 붙어있는 항은 도면에 “3”의 번호가 붙은 스텝을 말한다. 도면내의 번호는 흐름도에서는 지정된 스텝의 왼쪽에 붙어있다.

1. 레이저에 대한 외부 도스 제어가 개시되고, 사용자가 레이저의 출력에서 빔 스플릿터로부터 수신하는 입력에 근거한 조정 에너지 출력으로부터, 웨이퍼에서 또는 그 근방에서 수신하는 실에너지의 모니터링으로 연결하도록 하여 그에 따라 에너지 조정을 제공하는 스텝,

2. 외부 제어 장치가 제4도에 도시되고, 표 1(ARG)에 명시되어 있는 공통선 인수를 판독하고, 여기에 제공되어 있는 외부 제어 시스템을 초기화할 수 있도록 변환하는 스텝,

3. 전술한 바와 같이, 레이저 조작용으로 설정된 컨피겨러블인 범위 한계값을 전술한 인수내에 설정된 값과 대조하여 검사하는 스텝 및 지연 시간, 디폴트 세팅, 펄스 반복률, 트리거 타이밍 및 게이트 한계 등을 운용 한계와 대조 검증하는 스텝,

4. 2개의 인터럽트 제어 타이머(TC2, TC0)을 초기화하여 원하는 방식으로 조작하는 스텝,

5. TC2 및 TC0 카운터 값을 계산하기 위하여 입력 인수를 이용하고, 제3도에 도시된 레이저의 내부 제어 타이머(42)뿐 아니라, 스테퍼용 타이머도 초기화하는 스텝,

6. 트리거 투 시리얼 데이터 센드 딜레이(Trigger to Serial Data Send Delay)를 ARG 5에 따라 운용할 수 있는가의 여부를 검증하는 스텝. 지연이 있는 경우에는 “Yes”가 SBX로 하여금 그 입력 파라미터(즉, 변조속도, 비트 등)를 초기화하고, 지연이 없으면, 프로그램은 스텝 7로 이동한다.

7. 게이트 및 트리거타이밍과 직렬송신지연타이밍별로, 제7도 및 제8도에서 식별된 인터럽트 프로그램, 즉 TC2 및 TC0을 스텝 4에 의한 계산을 이용하여 초기화하는 스텝. 입력직력데이터를 초기송신할 수 있도록, 초기 GATE ON신호가 시동된다.

[표 1]

8. 인터럽트 프로그램(TC2, TC0/)이 스테퍼로부터 펄스 입력을 트리거하고, 외부 제어 장치로부터 직렬 입력을 트리거할 수 있는 스텝,

9. 새로운 입력이 시스템의 의하여 인식될 수 있고, 필요한 시스템 파라미터 내의 타당한 입력으로서 식별 및 검증되는 스텝. 그다음에, 타당한 입력은 스텝 7의 타이머 계수를 재계산하는데 이용된다.

10. 직렬 입력이 사용 금지 또는 지연되었는가의 여부에 관하여 스텝 6을 재검증한다. 직렬 데이터 입력이 수신되었다는 판정이 있는 경우에는 새로운 HV Cmd가 전술한 바와 같이, 변경된 고전압 설정점으로서 입력된다.

11. TC2 인터럽트가 실행되었는가를 판정하기 위하여 검사를 행하는 스텝. 인터럽트 프로그램이 실행되지 아니한 경우에는 시스템은 스텝 9로 복귀한다. TC2가 실행되었음을 표시하는 플래그가 판독되는 경우에는 프로그탬은 스텝12로 이동한다.

12. GATE 신호가 아직도 ON에 있어서, 스테퍼 제어 장치가 레이저의 발진을 개시하거나, 계속할 수 있는가를 판정하기 위하여 검시를 행하는 스텝. 이러한 검시에 의하여 GATE가 ON에 있는 것이 확인된 경우에는 프로그램은 스텝 13a로 이동한다.

13a. GATE ON 기간중 트리거 기간의 수를 검증하는 스텝. 트리거 기간은 다음과 같이 계산한다:

[수학식 1]

각 GATE별 최대 계수를 판정하기 위하여, 펄스 반복률을 이용하여 GATE내의 총 계수를 계산한다. 이 스텝에서는 완전 최대 계수에 달하였는가의 판정하기 위하여 검시를 행한다. 완전 최대 계수에 달한 경우에는 시스템은 TC2를 거쳐 GATE OFF 계수용으로 리세트되고, 스텝 9로 복귀된다. 최대 계수에 달하지 아니한 경우에는 (Count Down = 0), 프로그램은 스텝13b로 이동한다.

13b/c. 시스템은 트리거 기간이 GATE ON내에 남아있는가를 검증하고, 짧게 남아있는 기간내의 시간을 측정하고, 이러한 짧은 최종 트리거 기간을 계산할 수 있도록 스텝 12에 따라 시스템을 재적재하는 스텝.

스텝 12내에서, GATE OFF 상태가 존재한다고 판정되는 경우에는 프로그램은 스텝 12에서 스텝 14a로 이동한다.

14a. 트리거 기간에 대하여 스텝 13a에서 제공된 것과 동일한 검사를 실시하는 스텝. 완전 최대 계수가 검증된 경우(CountDown = 0가 사실인 경우)에는, 프로그램은 TC2를 거쳐 GATE ON으로 리세트하고, 스텝으로 복귀한다. 완전 최대 계수에 달하지 못한 경우(CountDown = 1)에는, 프로그램은 스텝 14b로 이동한다.

14b. 프로그램은 트리거 기간이 남아 있는가를 검증하고, 검증이 사실인 경우에는 새로운 GATE ON기간을 준비할 수 있도록, TC2를 거쳐 리세트된다.

14c. 하나 이상의 트리거 기간이 남아있는 경우에는 프로그램은 잔여 기간을 처리할 수 있도록 스텝 13b/13c에 따라 리세트되고, GATE OFF기간을 완성할 수 있도록 TC2를 거쳐 계수들을 리세트한다. 그 다음에는 프로그램은 스텝 9로 복귀한다.

제7도 및 제8도에 표시된 스텝들을 식별하기 위하여, 동일한 규칙을 이용하여 인터럽트 서브프로그램(TC2, TC0)을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 TC2는 번호 “20”으로 시작되고, TC0/는 번호 “30”으로 시작된다는점을 유의하여야 한다.

[TC2]

20. 인터럽트 서브루틴, TC2,는 스텝 12 내지 스텝 14에서 제공된 바와 같은 시스템용 GATE 및 트리거 타이밍(Trigger Timing)을 재구성하기 위하여, 주프로그램에 의하여 접근된다.

21. GATE 상태가 변동될 것인가 (즉, GATE ON에서 GATE OFF으로, 또는 GATE OFF에서 GATE ON으로)를 판정하기 위하여 검시를 행한다. GATE 상태가 변동되지 아니한다면, 인터럽트 프로그램은 스텝 26으로 이동한다 GATE 상태가 변동되는 경우에는 프로그램은 스텝 22로 이동한다.

22/23. 현재의 GATE상태의 판정이 행하여지고, 대체 상태가 프롬프트된다(즉, 현행 GATE ON이 GATE OFF으로 교환되거나, GATE OFF가 GATE ON으로 교환된다).

24. 직렬 데이터가 외부 제어 장치로부터 입력되기 전에, 지연이 필요한가를 판정하기 위한 검사가 행하여진다.

25. 지연이 필요한 경우(사용자에 의하여 설정된 옵션으로서)에는, 인터럽트 프로그램(TCO, 스텝 30)이 사용가능하게 되고, 그 시동에 대한 카운트다운이 시작된다.

26. 스테퍼 제어 장치가 트리거 펄스 명령을 발하였는가를 판정하기 위하여 검사가 행하여진다. 명령이 주어지지 아니한 경우에는 인터럽트 프로그램은 종료되고, 주프로그램으로 복구된다. 트리거 펄스 신호가 송신된 경우에는 직렬 송신/지연 인터럽트 프로그램(TC0)(스텝 30)이 사용가능하게 되고, 그 시동에 대한 카운트 다운이 시작된다.

30. 고속 직렬 입력 및 지연 인터럽트 프로그램은 출력 제어 장치가 직렬 데이터를 수신하기 전에, GATE ON 신호가 있은 후, 사용자가 정하는 선택적 초기 지연을 가진다.

31. 직렬 데이터의 제일 바이트는 소정의 지연후에 입력된다.

32. 바이트/바이트전송에 대한 지연이 개시된다.

33, 지연이 종료되면, 제2데이터 바이트가 송신되고, 프로그램은 종료되고, 주프로그램으로 복귀한다.

연산에 있어서는 제5도의 스텝 1 내지 8이 초기에 수행된다. 스텝 8은 제7도 및 제8도의 인터럽트 프로그램(TC0, TC2)을 사용가능하게 하고, 초기에는 GATE ON 신호(100)를 제4도에 도시된 바와 같이, 레이저에 송신한다. 스텝 3내의 HV Cmd에 대한 초기 HV min 세팅은 스텝 9 및 10에서, 새로운 HV Cmd세팅이 입력되었는가를 판정하기 위하여 검사된다.

제4도에 도시된 바와 같이, 선택적 GATE to Serial delay(ARG10) 후에, TC0이 실행되어, 제1 및 제2데이터 바이트(110)를 송신한다. 스텝에서는 TC2(Trigger/Gate) 인터럽트가 발생하였는가를 판정하기 위하여 검사한다. TC2는 외부 제어기의 카운터/타이머에 의하여 지배되고, 이 카운터/타이머는 TC2 운용에 대한 통지를 결정한다. 일단 TC2가 통지되면, 스텝 21에서는 GATE ON 신호가 신호 및 게이트 신호 기간에 근거하여, 종료 시점에 근접되었는가의 여부를 검증한다. GATE 기간내에 시간이 남아있는 경우에는 스텝 26에서는 스테퍼의 트리거 제어 장치가 활동하고 있는가의 여부를 검증하고, 제4도의 소자에 의하여 도시한 바와 같이, 스테퍼로부터 트리거 명령을 수신한 때에는 레이저를 발사한다. 스텝 26에서는, TC2가 TC0를 트리거하여 다시 소자의 지연(150)을 대기하게 하고, 제4도의 직렬 입력을 보낸다. 전술한 바와 같이, 스텝 9 및 10에서는 이러한 HV Cmd 입력에 대하여 어떠한 변화도 제공할 수 있다. TC2는 주루프로 복귀하고, 스텝 9 내지 11을 다시 실행한다. 스텝 11에서는, 레이저의 전발사로 인하여, 주프로그램이 스텝 12 내지 14를 실행하고, 여기에서는 GATE ON 또는 GATE OFF기간의 잔여시간이 검시되고, 필요한 수의 펄스가 실행될 수 있도록 리세트된다. 외부센서가 웨이퍼에 대한 에너지도스을 모니터하고, 에너지출력을 더 정확하게 제어할 수 있도록 HV Cmd 세팅을 변경한다.

이상에서는 본 발명을 몇가지 적당한 실시예들에 관하여 개시 및 설명하였으나, 이 기술분야의 전문가들은 본 발명은 그 취지와 범위를 벗어나지 아니하는 한, 여러 가지 방법으로 변경할 수 있고, 여러 가지 실시예로 실현할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims

- 컨트롤 시스템에 적어도 하나의 고속 스위치-선택가능 직렬 포트 카드가 구비되는 내부 레이저 제어 시스템; - 외부 제어기로부터 레이저 제어 시스템으로의 에너지 제어 입력을 할 수 있도록, 상기 직렬 포트 카드에 조작상 결합되어 있는 고속 직렬 포트; - 외부 입력에 의하여 설정된 목표 전압으로 충전부를 충전하는 고전압 전력 장치; - 충전부를 한쌍의 전극을 가로질러 방전하게 하여, 트리거 신호를 수신하였을 때 레이저 펄스가 시작되게 하고, 소정의 파라미터내에서, 에너지 제어 입력과 레이저 트리거 명령을 조정할 수 있도록, 외부 제어기에 조작상 연결되어 있는 레이저 트리거 및 타이밍 수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저용 가스 방전 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고속 스위치-선택가능 직렬 포트 카드가 SBX PCB인 것을 특징으로 하는 가스 방전 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 고속 직렬 포트가 RS 485/422인 것을 특징으로 하는 가스 방전 제어 시스템.
제3항에 있어서, 상기 충전부가 하나의 축전지인 것을 특징으로 하는 가스 방전 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 내부 레이저 제어 시스템이 공통 버스상의 다중 CPU 시스템인 것을 특징으로 하는 가스 방전 제어 시스템.