KR100554259B1 - 리소그래피 투영장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

- 전파 방향을 가진 방사선의 투영 빔(PB)을 공급하는 방사 시스템;

- 상기 투영 빔을 소정 패턴(MA)에 따라 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하는 지지 구조체(MT);

- 기판을 고정시키는 기판 테이블(WT); 및

- 상기 기판(W)의 목표영역(C)에 패터닝된 빔(PB)을 투영시키는 투영 시스템(PL)을 포함하여 이루어진 리소그래피 투영장치는,

상기 전파 방향에 수직인 투영 빔(PB)의 움직임을 측정하기 위한 측정 수단(MM) 및 상기 측정 수단(MM)으로부터의 출력에 응답하여 기판(W)의 목표영역(C)상의 상기 투영 빔의 수취된 조사량을 제어하는 제어 수단(CM)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리소그래피 투영장치 및 디바이스 제조방법{LITHOGRAPHIC PROJECTION APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치용 방사 시스템을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 나타낸 도면으로서, 여기서 제어 수단은 방사 시스템을 고정시키는 지지 프레임의 위치를 조정하는 엑추에이터 및 투영 빔을 제공하는 소스를 포함한다.

본 발명은,

- 전파 방향을 가진 방사선의 투영 빔을 공급하는 방사 시스템;

- 상기 투영 빔을 소정 패턴에 따라 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하는 지지 구조체;

- 기판을 고정하는 기판 테이블; 및

- 상기 기판의 목표영역에 패터닝된 빔을 투영하는 투영 시스템을 포함하여 이루어진 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

"패터닝 수단(patterning means)"이라는 용어는 입사하는 방사선 빔에 기판의 목표영역에 생성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 상기 목표영역에 형성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝 수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번 위상-쉬프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상-쉬프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 형식도 포함된다. 방사선 빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에, 상기 지지 구조체는 일반적으로 마스크 테이블일 것이며, 이것은 입사하는 방사선 빔내의 소정 위치에 마스크를 고정시키면서 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다.

- 프로그래밍 가능한 거울 배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적당한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울 배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 활용되고 있는 미국 특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍 가능한 거울 배열의 경우에 있어서, 상기 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블로서 구현될 수 있다.

- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 활용되고 있는 미국 특허 US 5,229,872호에 있다. 이 경우에도 상술한 바와 마찬가지로, 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블로서 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하려는 목적에서, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크 테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝 수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우에, 패터닝 수단은 집적회로의 개별층에 대응되는 회로패턴을 만들어낼 수 있고, 이 패턴은 방사선 감지물질(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 (1이상의 다이로 이루어진) 목표영역에 묘화될 수 있을 것이다. 일반적으로 한 장의 웨이퍼에는 목표영역들이 인접해 있는 전체적인 네트워크가 형성되며, 이들 목표영역은 마스크를 통해 한 번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 다른 형식의 기계로 구분되어 질 수 있다. 특정 형태의 리소그래피 투영장치에서는 한 번에 목표영역상에 전체 마스크 패턴을 노광함으로써 각 목표영역이 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 불리워지는 대체 장치에서는 투영 빔 하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 레티클 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 웨이퍼 테이블을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 목표영역이 조사된다. 일반적으로 투영 시스템은 배율인자 (magnification factor) Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피 장치와 관련된 보다 상세한 정보는 본 명세서에서 참조하고 있는 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조 공정에서, 패턴(예를 들어, 마스크 패턴)은 방사선 감지재료(레지스트)층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화(imaging)된다. 이 묘화(imaging)단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 절차를 거친다. 노광후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는, 예를 들어 IC 디바이스의 개별 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음, 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은 개별층을 마무리하기 위한 다양한 모든 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체 공정 또는 그 변형 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼)상에 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로 분리된 후에, 각각의 디바이스가 운반 장치에 탑재되고 핀에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill 출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)" 으로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서도 참조된다.

설명을 간단히 하기 위해, 상기 투영 시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절 광학, 반사 광학 및 카타디옵트릭 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사 시스템은 방사선 투영 빔의 지향, 성형 또는 제어하는 원리들 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 칭할 수도 있다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판 테이블(및/또는 2이상의 마스크 테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서는, 추가 테이블을 병행하여 사용할 수도 있고, 1이상의 스테이지를 노광하는 데 사용하는 동시에 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업 단계가 수행될 수도 있다. 예를 들어, US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 트윈 스테이지 리소그래피 장치가 개시 되어 있으며 본 명세서에서 참조된다.

노광하는 동안에 상기 방사 시스템은 마스크(또는 기타 패터닝 수단)의 일부를 조사하기 위해 방사선의 투영 빔을 공급하고, 상기 투영 시스템은 상기 마스크의 조사된 부분을 기판의 목표영역에 묘화한다. 마스크의 전체 평면이 동등한 조사량(equal dose)으로 조사되는 것이 중요하다. 마스크의 평면 전체에 걸친 투영 빔의 세기의 변동은 조사량에서의 변동을 야기할 것이며, 이에 따라 기판상에 묘화된 목표영역의 품질에서의 변동을 야기할 것이다. 세기에서의 변동은 임계치수(즉, 묘화된 라인의 선폭)를 변화시키는데, 이것은 바람직하지 않다. 그러한 임계치수의 변동이 있는 기판은 제조공정에서의 품질 관리시에 불합격될 것이다. 만일 조사의 세기가 마스크의 소정 부분에서의 공칭상 세기(nomianl intensity)보다 높은 경우에는, 그 부분으로부터 투영된 이미지의 임계치수가 그 부분에 공칭상 세기가 사용된 때보다 더 작아질 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 최소한 부분적으로나마 완화시키는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 마스크(또는 기타 패터닝 수단)의 평면 전체에 걸쳐 매우 낮은 세기 변동을 가진 장치를 제공하는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 서두에 밝힌 장치로서, 그 전파 방향에 실질적으로 수직인 투영 빔의 움직임을 측정하도록 구성되고 배치된 측정 수단 및 상기 측정 수단으로부터의 출력에 응답하여 기판의 목표영역상에서 상기 투영 빔의 수취된 조사량을 제어하도록 구성되고 배치된 제어 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치를 제공한다. 상기 수취된 조사량은 기판의 목표영역상에서 수취된 세기의 적분으로 정의된다.

마스크를 조사하는 세기의 변동의 주된 요인 중 하나는 그 전파 방향에 수직한 방향으로의 투영 빔의 움직임이라고 판단된다. 이 움직임은 방사 시스템의 투영 시스템에 대한 기계적인 움직임 또는 투영 빔의 소스의 투영 시스템에 대한 움직임에 의해 생길 것이다. 후자는, 예를 들어 플라즈마 소스가 사용되는 경우에 해당할 수 있다. 투영 빔을 방사하는(radiating) 플라즈마는 그 전파 방향에 대하여 수직인 방향으로 움직일 수 있다. 플라즈마의 움직임은 리소그래피 장치의 방사 시스템을 통해 투영될 것이며 투영 빔이 투영 시스템에 대하여 움직이게 할 것이다.

본 발명은 상기 지지 구조체가 전파 방향에 대하여 실질적으로 수직인 스캐닝 방향으로 이동 가능하고 상기 측정 수단이 상기 스캐닝 방향과 일치하는 방향으로의 상기 투영 빔의 움직임을 측정하도록 되어 있는 리소그래피 투영장치에서 유리하게 사용될 수 있다.

위에 서술된 바와 같은 리소그래피 투영장치는 상기 스캐닝 방향으로의 움직임에 매우 민감할 수 있는데, 마스크(또는 기타 패터닝 수단)에 대한 투영 빔의 상대적인 움직임은 마스크의 움직임과 투영 빔의 움직임을 모두 합하여 결정되기 때문이다. 마스크에 대한 투영 빔의 상대적인 움직임은 마스크의 일부에서의 조사의 세기를 결정할 것이다. 예컨대, 만일 마스크가 투영 빔과 동일한 방향으로 움직인다면, 마스크에 대한 그 빔의 상대적인 움직임은 작아질 것이고 결과적으로 마스크 의 그 부분에서 조사의 세기는 높아질 것이다. 그와는 반대로 만일 투영 빔이 마스크에 반대 방향으로 움직인다면, 상대적인 움직임은 커질 것이며 마스크의 그 부분에서 조사의 세기는 낮아질 것이다. 마스크와 기판의 속도를 조절함에 따라 상기 기판의 목표영역에서 상기 투영 빔의 수취된 조사량이 제어될 수 있으므로, 제어 수단이 스캐닝 방향으로의 상기 지지 구조체와 상기 기판 테이블의 움직임을 제어하기 위하여 적용될 수 있다.

제어 수단은 상기 측정 수단과, 상기 제어 수단으로부터의 조절 신호에 응답하여 투영 빔의 세기를 조절하는 조절 수단에 연결될 수 있다. 상기 제어 수단은 투영 시스템에 대한 투영 빔의 움직임에 관한 상기 측정 수단의 정보에 응답하여 조절된 방사선 세기를 계산할 수 있다. 이 조절된 방사선 세기(예를 들어, 조절 신호)는 그 후 그 빔의 세기를 조절하는 투영 빔의 소스로 보내질 것이다. 투영 빔이 펄스로 된 경우(예를 들어, 소스가 펄스로 방사하는 경우)에는 상기 제어 수단이 그 빔의 세기를 조절하기 위해 펄스의 반복률이나 주파수를 조절할 수 있다. 대안적으로는, 상기 제어 수단이 펄스당 에너지를 조절하도록 구성되고 배치될 수도 있다.

방사 시스템과 투영 시스템간의 기계적인 움직임이 투영 빔의 움직임을 일으키는 경우에는 상기 측정 수단이 기계적인 움직임을 측정하도록 적용될 수 있다. 그러한 측정을 위해서는 가속 측정 수단을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이 방법에서는 상기 측정 수단을 위하여 방사 시스템과 투영 시스템간의 직접적인 기계적 연결은 회피될 수도 있다.

투영 빔 소스의 움직임이 투영 빔의 움직임을 일으키는 경우에는, 상기 측정 수단은 그 빔의 세기를 측정하는 세기 측정 수단을 포함할 수 있다. 이것은 투영 빔내의 고정된 위치에 놓여 세기 차이의 측정을 위해 사용되는 2이상의 광 강도(light intensity) 측정 센서를 사용하여 행해질 수 있다. 만일 제1센서에서의 광 강도가 제2센서에서 수취된 광 강도에 비하여 증가하고 있다면, 투영 빔은 제1센서의 방향으로 이동될 것이다.

상기 측정 수단은 소스 측정 수단에 연결될 수 있고 상기 소스 측정 수단은 기준점에 대한 상기 투영 빔의 소스의 움직임을 측정할 수 있다. 소스 측정 수단은 소스(예를 들어, 플라즈마)의 근처에 위치될 수 있으며, 상기 소스 측정 수단의 결과는 투영 시스템에 대한 투영 빔의 움직임이 계산될 수 있도록 제어 수단에서 처리될 수 있다.

펄스화된 소스의 경우에는, 측정 수단은 투영 빔의 소스가 펄스를 방출할 때 측정 신호를 줄 수 있다. 만일 상기 움직임이 진동운동(oscillating movement)이라면, 각 펄스가 측정될 동안의 투영 빔의 위치와 투영 시스템에 대한 투영 빔의 장래 위치는 제어 수단에 의해 결정될 수 있다. 이 목적을 위해 상기 제어 수단에는 상기 투영 빔의 장래 위치를 계산하는 계산 수단이 제공될 수 있다. 진동 운동이 알려지고 계산 수단이 장래 위치를 계산할 수 있을 때, 상기 제어 수단은 다음의 펄스에 대한 투영 빔의 위치를 예측할 수 있다. 상기 다음의 펄스는 투영 빔이 투영 시스템에 대하여 요구되는 위치에 있는 순간에 트리거링된다. 소스에 의해 조사된 제1펄스에 대하여는 진동 운동이 알려지지 않을 것이며 따라서 이들 펄스는 무 작위로 위치될 것이다. 제1펄스에 의해 야기된 세기의 불균일 가능성을 완화시키려면, 상기 측정 수단과 상기 제어 수단에 연결된 데이터 저장장치가 사용될 수 있다. 상기 데이터 저장장치는 제1펄스가 무작위로 방사되는 동안에 투영 빔의 세기와 위치에 관한 정보를 저장할 것이다. 상기 진동 운동이 알려진 때에는, 예를 들어 첫 번째 5개의 펄스가 방사된 후에는, 이 데이터가 제1펄스 동안의 어떠한 세기 변동도 다음의 펄스 동안에 보상되도록 투영 빔의 다음 펄스를 트리거링하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선 감지물질의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계와;

- 방사 시스템을 사용하여, 전파 방향을 갖는 방사선의 투영 빔을 제공하는 단계와;

- 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 패터닝 수단을 사용하는 단계와;

- 패터닝된 방사선의 빔을 방사선 감지물질층의 목표영역에 투영시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

그 전파 방향에 실질적으로 수직인 방향으로의 상기 투영 빔의 움직임이 측정 수단으로부터의 출력에 응답하여 상기 투영 빔의 세기를 조정하는 제어 수단에 연결된 상기 측정 수단에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 장치를 사용함에 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 특정하여 언급하였으나, 이러한 장치가 여러 가지 다른 가능한 응용례를 가지고 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "노광영역" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되어 있음을 고려하여야 할 것이다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"은 이온 빔이나 전자 빔과 같은 입자 빔 뿐만 아니라, 자외선(예를 들어 365㎚, 248㎚, 193㎚, 157㎚ 또는 126㎚의 파장을 갖는) 및 EUV(예를 들어, 5-20nm 범위의 파장을 갖는 극자외선)를 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 내포하는 것으로 사용된다.

이하, 첨부된 개략적인 도면과 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명과 그에 따른 장점들이 더욱 명백해질 것이다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 나타내고 있다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, 365nm, 248nm, 193nm 또는 157nm의 파장을 가진 UV 방사선이나 EUV 방사선, X선, 전자 또는 이온)의 투영 빔(PB)을 공급하는 방사 시스템(Ex, IL). 특별한 경우에는 상기 방사 시스템에 방사원(LA)도 포함되며, 방사원(LA) 뿐만 아니라 방사 시스템도 지지 프레임(HP)에 견고하게 고정되어 있 다.

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더를 구비하며, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크 테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더를 구비하며, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판 테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 목표영역(C)(예를 들어, 1이상의 다이로 이루어진)에 마스크(MA)의 조사된 부분(irradiated portion)을 묘화하며, 지지 프레임(HO)에 견고하게 고정되어 있는 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절형 시스템, 카타디옵트릭 시스템 또는 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과형 마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는 예를 들어, (반사형 마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로는, 상기 장치가 위에서 언급한 형태의 프로그래밍 가능한 거울 배열과 같은 또 다른 종류의 패터닝 수단을 사용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, Hg 램프나 엑시머 레이저, 레이저-유도 플라즈마나 방전 플라스마 소스, 또는 싱크로트론이나 스토리지 링 안에서 전자 빔의 경로 주위에 제공된 위글러/언듈레이터)은 방사선의 빔을 만든다. 상기 빔은 곧바로 조명 시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 확장기(beam expander)(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명 시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔 세기 분포의 외측 및/또는 내측 반지름 크기(통상 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)를 설정하는 조절 수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(integrator)(IN) 및 콘덴서(condenser)(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사되는 빔(PB)은 그 단면이 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(간혹 방사원(LA)이 수은 램프, 또는 예를 들어 레이저-유도 플라즈마 소스인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 지지 프레임(HP)에서 분리되어 있어서 그것이 만들어 낸 방사 빔이 (가령, 적당한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 방사원(LA)이 엑시머 레이저인 경우에는 후자 쪽이기 쉽다. 본 발명과 청구 범위는 이러한 두 경우를 모두 포함하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 고정된 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 목표영역(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계 측정수단(IF))에 의해, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 목표영역(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캐닝하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(short stroke module)(미세 위치설정)의 도움을 받아 행해질 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼 스테퍼의 경우에는 마스크 테이블(MT)은 짧은 행정 액추에이터에만 연결되어 있거나 고정되어 있을 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 목표영역(C)에 투영된다. 이후 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 목표영역(C)이 빔(PB)에 의해 조사될 수 있다.

스캔 모드에서는, 소정 목표영역(C)이 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)이 ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영 빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 동시에 기판 테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하며,이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 목표영역(C)이 노광될 수 있다.

본 발명에 따르면, 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 움직임을 측정하기 위해서 측정 수단(MM)이 사용된다. 이들 움직임이 투영 시스템(PL)에 대한 방사원(LA)과 방사 시스템(Ex, IL)의 기계적 움직임으로 인한 것이라면(예를 들어, 지 지 프레임(HP)의 움직임으로 인한), 이들 움직임은 측정 수단(MM)(예를 들어, 간섭계, 용량성 센서, 광학 센서 또는 공기압 센서)으로 지지 프레임(HO)에 대한 지지 프레임(HP)의 움직임을 측정함으로써 측정될 수 있다. 대안적으로는, 투영 시스템(PL)에 대한 지지 프레임(HP)의 가속도를 측정하는 측정 수단을 사용할 수도 있다.

스텝-앤드-스캔 장치에서 투영 빔(PB)에 대한 마스크의 시간 의존성 상대운동 Mr(t)는,

Mr(t) = Mm(t) - Mpb(t),

로 주어지며, 여기서 투영 빔의 움직임 Mpb(t)와 마스크의 움직임 Mm(t)이 같은 방향이라면 투영 빔의 움직임 Mpb(t)은 양의 부호를 취하고 반대 방향일 때엔 음의 부호를 취하는 것으로 가정한다. 마스크의 움직임 Mm(t)는 미리 정해진 값을 가지며 투영 빔의 움직임 Mpb(t)는 제어 수단(CM)에 연결된 측정 수단(MM)에 의해 측정된다. 두 움직임 모두는 투영 시스템(PL)에 대하여 측정된다.

제1실시예에 따른 리소그래피 투영장치는 펄스화된 방사원(LA)을 포함한다. 제어 수단(CM)은 계산된 상대운동에 응답하여 투영 빔(PB)의 세기를 조절하기 위해서 다음의 수학식에 의해 펄스화된 방사원(LA)의 반복률의 조절량을 계산할 수 있는데;

fl(t) = fln ×[Mr(t)/Mm(t)]

= fln ×[1 - Mpb(t)/Mm(t)]

여기서 fl(t)는 제어 수단(CM)에 의해 제어된 방사원(LA)의 반복률이며, fln 은 방사원(LA)(예를 들어, 레이저)의 공칭상 반복률이다. 만일 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔의 측정된 움직임 Mpb에 응답하는 펄스들간의 시간 간격 Δt를 조정하고자 한다면, 다음의 수학식이 사용될 수 있으며:

Δt(t) = Δt0 ×[1 + Mpb(t)/Mm(t)]

여기서, Δt(t)는 시간 t에서 방사원의 펄스와 방사원의 다음 펄스간의 시간이며 Δt = 1/fln 이다. 이 수학식에서 투영 빔(PB)의 움직임은 펄스들간에 그리 큰 변화가 없다고, 즉 fln은 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 진동 운동의 진동수보다 매우 크다고 가정한다.

투영 빔의 방사된 세기를 조절하는 또 하나의 가능성은 측정 수단(MM)으로부터의 측정 신호에 응답하는 제어 수단(CM)에 의한 펄스당 에너지의 조절이다. 펄스당 에너지가 투영 빔(PB)의 움직임을 보상하기 위하여 어떻게 조절될 수 있는 지는 다음의 수학식을 통해 알 수 있다:

El(t) = Eln ×[1 - Mpb(t)/Mm(t)]

여기서, El(t)는 시간(t)에서 펄스당 에너지이며 Eln은 공칭 펄스당 레이저 에너지이다.

제2실시예

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 방사 시스템을 나타내며, 상기 방사 시스템은 제1실시예에 따른 리소그래피 투영장치에서 사용될 수 있다. 상기 방사 시스템은 다음을 포함하여 이루어진다.

ㆍUV 방사선(예를 들어, 365nm, 248nm, 193nm 또는 157nm의 파장을 가진) 또 는 EUV 방사선과 같은 방사선(PB)의 투영 빔을 생성하는 펄스화된 방사원(LA),

ㆍ필요한 세기와 방향을 가진 투영 빔(PB')을 형성하는 빔 성형 광학기(beam shaping optics)(EX),

ㆍ투영 빔(PB')의 형태를 한정하는(defining) 마스킹 수단(MB),

ㆍ한 쌍의 세기 측정 센서(IM) 및 비교 수단(DM)을 포함하는 측정 수단(MM),

ㆍ제어 수단(CM), 및

ㆍ펄스 트리거링 수단(TM)으로부터의 펄스 트리거링 신호(TS)를 조절하는 펄스 조절수단(AM).

상기 방사원(LA)이 안전성이나 오염을 이유로 리소그래피 투영장치에서 멀리 떨어져 있을 수 있고, 투영 빔(PB)이 광 가이드를 통해 장치로 공급될 수도 있다. 상기 투영 빔(PB)은 빔 성형 광학기(EX)를 가로질러 상기 빔(PB)을 부분적으로 가릴 수 있는 마스킹 수단(MB)으로 향하고, (도시되지는 않았지만) 마스크(또는 기타 패터닝 수단)의 영역에서 상기 빔(PB)의 사각형 단면을 가질 수 있도록 될 것이다. 그 후, 필요한 형태와 방향을 가진 투영 빔(PB')이 마스크상에 투영될 것이다.

상기 측정 수단(MM)은 마스킹 수단(MB)에 대한 투영 빔(PB)의 움직임을 측정하는 데 사용될 수 있다. 상기 세기 측정 센서(IM)는 방사원(LA)으로부터 수취된 방사선에 응답하여 세기 신호를 출력시킬 것이며, 상기 비교 수단(DM)은 마스킹 수단(MB)에 대한 투영 빔(PB)의 움직임이 결정될 수 있도록 두 개의 세기 측정 수단(IM)으로부터의 세기 신호를 서로 비교할 것이다. 예를 들어, 투영 빔(PB)이 두 개의 세기 측정 센서(IM)(예를 들어, CCD 어레이, 광다이오드 또는 광전자증배관) 중 하나를 향해 움직인다면, 상기 비교 수단(DM)은 상기 하나의 세기 측정 센서(IM)에서 측정된 세기의 증가 및 다른 세기 측정 센서(IM)에서 측정된 세기의 감소를 알아차릴 것이다. 상기 비교 수단(DM)은 마스킹 수단(MB)에 대한 투영 빔(PB)의 위치와 움직임을 결정할 수 있고 상기 위치와 움직임에 대응하는 신호를 제어 수단(CM)에 보낸다. 상기 제어 수단(CM)은 조절된 방사선 세기를 계산할 수 있고 조절 수단(AM)에 신호를 보내어 펄스 트리거 수단(TM)으로부터 들어오는 펄스(TS)를 조절된 펄스(AT)로 조절할 수 있다. 상기 펄스(AT)는 방사원(LA)으로부터 방사선의 펄스를 트리거링하여 투영 빔(PB)을 형성한다.

펄스화된 방사원(LA)이 사용되는 경우에, 상기 방사원(LA)이 펄스를 방사할 때에는 상기 제어 수단(CM)만이 상기 측정 수단(MM)으로부터의 측정 신호를 받을 것이다. 상기 세기 측정 센서(IM)에는 방사선이 오지 않기 때문에 그 펄스들 사이에는 아무런 움직임이나 위치가 측정될 수 없다. 하지만, 투영 빔(PB)의 움직임은 흔히 진동 운동일 것이라고 추정될 수 있어서, 초기 펄스 이후에는 그 빔(PB)의 진동이 결정될 수 있고 그 빔(PB)의 장래 위치가 계산될 수 있다. 상기 제어 수단(CM)은 투영 빔(PB)의 장래 위치를 계산할 수 있고 마스크가 균일한 세기로 조사되도록 펄스(TS)를 조절할 수 있다. 처음 조사된 펄스(즉, 진동을 결정하는 데 필요한 펄스)에 의해 생성된 불균일한 세기에 관한 정보는 펄스당 투영 빔(PB)의 세기와 위치에 관한 저장 데이터로 데이터 저장장치에 저장될 수 있다. 상기 데이터 저장장치는 상기 측정 수단(MM)과 제어 수단(CM)에 연결되어 있다. 추후에 상기 진동이 결정되는 경우 상기 데이터는 상기 데이터 저장장치로부터 검색될 수 있고, 조절 수단(AM)을 위한 펄스의 조절된 타이밍을 계산하여 후속 펄스가 처음 조사된 펄스에 의해 야기된 불균일성을 보상할 수 있도록 상기 제어 수단에 의해 사용될 수 있다.

제3실시예

본 발명에 따른 제3실시예에서, 측정 수단(예를 들어, 도 2에서의 측정 수단(MM))은 방사원(LA)의 움직임을 측정하기 위해서 방사원(LA) 부근에 놓인 소스 측정 수단을 포함할 수 있다. 상기 소스 측정 수단(MM)으로부터의 데이터는 제어 수단(CM)이 포함하고 있을 계산장치에 의해 투영 빔(PB)의 움직임에 대한 데이터로 변환되어야 한다. 상기 제어 수단(CM)은 상기 측정 수단(MM)으로부터의 측정 신호에 응답하여 조절된 방사선 세기를 계산할 수 있고, 조절 수단(AM)에 신호를 보내서 펄스 트리거 수단(TM)으로부터 오는 펄스(TS)를 조절된 펄스(AT)로 조절할 수 있다. 후자는 제1 및 제2실시예에 기술된 방법과 유사하게 행해질 수 있다. 상기 측정 수단(MM)이 상술한 바와 같은 소스 측정 수단을 포함하는 때에는, 본 실시예에서는 제2실시예의 세기 측정 센서(IM)와 비교 수단(DM)이 생략될 수도 있다.

제4실시예

도 3에 도시되어 있고 아래에 서술되는 점을 제외하고는 제1실시예와 동일할 수 있는 본 발명에 따른 제4실시예에서는 프레임(HO)에 대한 프레임(HP)의 위치 조정을 제공하기 위해 엑추에이터(AC)가 도입된다. 제어 수단(CM)은 상기 엑추에이터(AC)를 제어하도록 되어 있다. 상기 위치 조정은 적어도 투영 빔(PB)의 전파 방향에 실질적으로 수직인 방향으로의 조정을 포함한다. 일반적으로, 상기 프레임(HO)은 리소그래피 투영장치를 받치고 있는 바닥의 진동과 같은 영향을 완화시 키기 위해서 에어마운트(airmount)에 의해 지지되어 있다. 본 실시예에서, 프레임(HP)은 프레임(HO)과 마찬가지로 에어마운트(도 3에는 도시되지 않음)에 의해 지지되어 있으며 엑추에이터(AC)는 예를 들어, 에어마운트 엑추에이터일 수 있다. 원칙적으로 상기 프레임(HO)의 움직임은 프레임(HO)에 대한 상대적인 프레임(HP)의 움직임을 야기할 것이다. 이러한 움직임은 원칙적으로 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 움직임을 야기할 것이며, 상술한 바와 같이 이것은 노광 조사량 변동을 초래할 수 있다. 본 실시예에서, 제어 수단(CM)은 상기 프레임(HP)이 실질적으로 프레임(HO)의 움직임을 따르도록 엑추에이터(AC)에 신호를 제공하게끔 되어 있다. 그리하여 원칙적으로 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 위치는 때를 맞춰 실질적으로 안정하게 되고 노광 조사량 변동의 문제는 완화된다.

제5실시예

제5실시예에서는 아래에 서술되는 것을 제외하면 제1실시예 및 제4실시예와 동일할 수 있는데, 방사원(LA)과 방사 시스템(Ex, IL)은 두 개의 대응하는 개별 지지 프레임에 견고하게 고정되어 있고 각각의 프레임은 엑추에이터에 의하여 제 위치로 조정가능하다. 이러한 지지 프레임의 모듈 구성은 단일의 지지 프레임(HP)를 사용하는 것보다 유지보수의 관점에서 더욱 실용적일 수 있다. 그러면 측정 수단(MM)으로는 프레임(HO)에 대한 상기 두 개의 지지 프레임의 위치를 측정하게 하고 제어 수단(CM)으로는 상기 두 개의 지지 프레임 중 적어도 하나의 위치를 조절하여 프레임(HO)의 움직임을 따르게 하는 것이 가능하다. 이와 유사하게, 예를 들어 거울과 같은, 방사 시스템을 구성하면서 상기 투영 빔이 가로지르는 1이상의 개별 광학요소가 대응하는 광학요소 위치-엑추에이터에 의해 제 위치로 조정 가능해질 수 있다. 상기 개별 광학요소의 위치 조절량에 대응하는 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 위치의 변화에 관한 계수를 계산하여 표에 저장할 수 있다. 그러면 상기 제어 수단(CM)은 상기 계수를 사용하여 상기 개별 광학요소 중 적어도 하나의 위치의 필요한 조절량을 계산하고, 대응하는 광학요소 위치-엑추에이터를 위한 대응하는 신호를 제공하여 투영 시스템(PL)에 대한 투영 빔(PB)의 위치가 때에 맞춰 실질적으로 안정되게 한다.

이상에서는 본 발명의 특정한 실시예에 대하여 서술되어 있지만, 본 발명이 서술된 바와 다르게도 실현될 수도 있음이 이해될 것이다. 본 발명이 서술된 내용에 국한되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 마스크(또는 기타 패터닝 수단)의 평면 전체에 걸쳐 매우 낮은 세기 변동을 가진 리소그래피 투영장치가 제공된다.

Claims (16)

1. - 전파 방향을 가진 방사선의 투영 빔을 공급하는 방사 시스템;

   - 상기 투영 빔을 원하는 패턴에 따라 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 수단을 지지하고, 상기 전파 방향에 실질적으로 수직인 스캐닝 방향으로 이동 가능한 지지 구조체;

   - 기판을 고정시키고, 상기 스캐닝 방향으로 이동 가능한 기판 테이블; 및

   - 상기 기판의 목표영역에 패터닝된 빔을 투영시키는 투영 시스템을 포함하여 이루어진 리소그래피 투영장치로서,

   상기 전파 방향에 실질적으로 수직인 방향으로의 상기 투영 빔의 움직임을 측정하도록 구성되고 배치되며, 상기 스캐닝 방향에 대응하는 방향으로의 상기 투영 빔의 움직임을 측정하도록 되어 있는 측정 수단 및 상기 측정 수단으로부터의 출력에 응답하여 상기 기판의 목표영역상의 상기 투영 빔의 수취된 조사량을 제어하도록 구성되고 배치된 제어 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 투영 빔의 세기를 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
3. 삭제
4. 제3항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 스캐닝 방향으로의 상기 지지 구조체 및 상기 기판 테이블의 움직임을 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 투영 빔은 반복 주파수(repetition frequency)로 조사되고 있는 방사선의 펄스들을 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 반복 주파수를 조절하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 방사 투영 빔은 펄스당 에너지를 가진 방사선의 펄스를 포함하고 상기 제어 수단은 상기 펄스당 에너지를 조절하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어 수단은,

   상기 방사 시스템, 상기 방사 시스템에 상기 투영 빔을 제공하는 소스, 상기 방사 시스템의 광학요소, 상기 방사 시스템을 수용하는 지지 프레임, 상기 소스를 수용하는 지지 프레임 및 상기 방사 시스템과 상기 소스를 수용하는 지지 프레임을 포함하는 구성요소의 그룹에서 선택된 하나 이상의 구성요소의 상기 투영 시스템과 관련된 기준점에 대한 위치를 조절하는 하나 이상의 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 측정 수단은,

   상기 방사 시스템, 상기 방사 시스템에 상기 투영 빔을 제공하는 소스, 상기 방사 시스템을 수용하는 지지 프레임, 상기 소스를 수용하는 지지 프레임 및 상기 방사 시스템과 상기 소스를 수용하는 지지 프레임을 포함하는 구성요소의 그룹에서 선택된 하나 이상의 구성요소의 상기 투영 시스템과 관련된 기준점에 대한 움직임을 측정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 측정 수단은 가속도 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 측정 수단은 상기 투영 빔의 세기를 측정하는 세기 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
11. 제7항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기 투영 빔의 장래 위치를 계산하도록 되어 있고, 출력으로서 펄스 트리거링 신호를 가져서 펄스화된 방사원으로부터 투영 빔을 트리거링하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 장치는, 이미 방사된 펄스들 동안의 상기 투영 빔의 세기와 위치에 관한 정보를 저장하기 위하여, 상기 측정 수단과 상기 제어 수단에 연결된 데이터 저장장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 지지 구조체는 마스크를 고정시키는 마스크 테이블을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 방사 시스템은 방사원을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
15. - 적어도 부분적으로는 방사선 감지물질의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계와;

    - 방사 시스템을 사용하여, 전파 방향을 갖는 방사선의 투영 빔을 제공하는 단계와;

    - 패터닝 수단을 사용하여 상기 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계와;

    - 상기 패터닝된 방사선의 빔을 상기 방사선 감지물질층의 목표영역에 투영시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

    상기 전파 방향에 실질적으로 수직인 방향으로의 상기 투영 빔의 움직임이, 측정 수단으로부터의 출력에 응답하여 상기 투영 빔의 세기를 조절하는 제어 수단에 연결된 상기 측정 수단에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
16. 제15항의 방법에 따라 제조된 디바이스.

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