KR100563833B1 - 리소그래피장치, 디바이스 제조방법 및 그것에 의하여제조된 디바이스 - Google Patents
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Abstract
마스크테이블(패터닝수단) 및 기판테이블용 제어시스템은 순간적인 기판테이블 위치에러를 예측하고 그것을 마스크테이블 제어루프에 공급하여 그것을 마스크테이블 세트포인트에 더하고 마스크테이블에 힘을 가한다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에서 구현하기에 적합한 제어이론회로도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 사용된 사인형 외삽 예측기(sine-based extrapolation predictor)의 전달함수의 크기 및 위상을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 제2실시예에서 구현하기에 적합한 제어이론회로도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 제어시스템과 종래의 두가지 제어시스템의 전달함수의 크기 및 위상을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 제어시스템과 종래의 두가지 제어시스템의 피드스루 인자(feedthrough factor)를 도시한 그래프,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 사용된 사인형 이중 도함수 예측기(sine-based double derivative predictor)의 전달함수의 크기 및 위상을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 사용된 이중 미분 예측기의 극영점 맵(pole zero map),
도 9는 다항 외삽(polynomial extrapolation)을 예시하는데 사용된 그래프,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제3실시예에 사용된 다항 외삽 예측기의 전달함수의 크기 및 위상을 도시한 그래프이다.
본 발명은,
- 방사투영빔을 공급하는 방사선시스템;
- 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 투영빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바 이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형마스크의 경우) 또는 반사(반사형마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.
- 프로그래밍 가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍 가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자 료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들어, 1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준방향("스캐닝방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판테이블을 동기적으로 스 캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참조자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트코팅 및 소프트베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참조자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "복수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참조자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.
상기 장치를 이용하여 IC 및 기타 디바이스들을 제조함에 있어서는, 대단히 고도의 위치정밀도(positional accuracy)를 갖는 극히 미세한 서브-미크론 패턴의 복사(replication)를 일반적으로 포함한다. 이러한 이유로 인하여, 장치(예를 들어, 기판테이블 및 마스크테이블 등)의 각종 중요부분들을 의사(擬似)운동, 진동, 기계적인 충격 등으로부터 적절하게 격리시키는 것이 필수적이다. 일반적으로, 이것은 주의깊게 설계된 도량형 프레임, 에어-마운트(air-mount), 운동 평형추 및 댐퍼와 같은 수단을 사용하여 달성되며, 이는 상기 장치의 중요부분들을 대부분의 원 하지 않는 기계적인 영향으로부터 격리시키는 역할을 한다. 하지만, 이러한 수단들은 예를 들어 다음과 같은 여러가지 원하지 않는 영향들을 제거하는데에 완벽히 효과적인 것은 아니다.
1. 노광시, 레벨링 작용으로 인한 기판테이블의 진동;
2. 레티클 마스킹 블레이드의 움직임으로 인한 진동;
3. 에어 샤워의 존재로 인한 공진영향;
4. 마스크테이블의 움직임으로 인한 기판테이블의 진동 및 그 반대의 경우;
5. 기판테이블상에서의 에어 샤워 흐름의 영향.
이러한 영향들은 비교적 작지만, 디바이스 해상도를 더욱 높여서 생산해야할 필요성이 증가됨에 따라 더욱 중요해지고, 현재 임계치수가 0.15㎛ 및 그 이하 급인 넓은 면적의 IC의 실현을 위하여 실질적인 장벽을 형성한다.
이에 따라, 기판테이블의 위치 오차들이 마스크테이블 제어루프에서의 피드포워드 제어의 포함에 의하여 보상되는 리소그래피장치의 기판 및 마스크테이블을 위하여 제어시스템을 제공하는 것이 EP-0 967 525-A에 제안되어 있다. 특별히, 기판테이블 오차가 저역필터링된 후, 필터의 출력은 마스크테이블 세트포인트에 더해지며, 또한 2회 미분되고, 마스크테이블 매스 및 상기 마스크테이블에 가해진 결과적인 힘이 곱해진다. 이러한 제안은 마스크와 기판테이블의 절대위치들이 그 상대위치보다 덜 중요하고, 마스크테이블 대역폭을 초과하는 기판테이블 오차의 보정을 허용하고자 하는 것에 기초한다. 그러나, 이러한 제어시스템은 기판테이블 오차를 처리함에 있어 불가피한 시간지연으로 인한 어느 정도의 성능한계를 가진다.
본 발명의 목적은 패터닝 수단, 예를 들어 리소그래피 투영장치의 마스크 및 기판테이블용 지지구조체를 위한 개선된 제어시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적 및 기타 목적들은 본 발명에 따른 리소그래피장치에 의하여 달성되는데, 상기 리소그래피 장치는,
- 방사투영빔을 공급하는 방사선시스템;
- 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 잡아주는 기판테이블;
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 투영빔을 투영시키는 투영시스템;
- 상기 패터닝수단의 평면에 실질적으로 평행한 주어진 기준방향으로 상기 지지구조체를 이동시키는 제1구동수단;
- 상기 지지구조체의 움직임과 동기화되도록 상기 기준방향에 평행하게 상기 기판테이블을 이동시키는 제2구동수단;
- 고정 기준점에 대한 상기 패터닝수단의 순간위치를 판정하는 제1측정수단;
- 고정 기준점에 대한 상기 기판테이블의 순간위치를 판정하는 제2측정수단; 및
- 상기 두 위치간의 차이에 따른 위치오차신호를 발생시키기 위하여, 상기 기판테이블의 측정된 순간위치를 상기 기판테이블의 소정의 순간위치와 비교하는 수단을 포함하고,
- 1 이상의 이전의 위치오차신호에 기초한 장래의 위치오차신호(future position error signal)를 발생시키고, 이러한 차이를 보상하기 위하여 상기 패터닝수단의 순간위치를 조정하는 역할을 하는 보정수단으로 상기 장래의 위치오차신호를 보내는 예측수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래기술의 단점들이 해결되고, 기판과 마스크테이블간의 고주파 동기화 오차에 있어서 30 내지 50%의 향상이 달성될 수 있다. 상기 예측은, 위치오차신호의 2차 도함수를 예측하도록 용이하게 적응(adapt)할 수 있고, 이에 의해 가속오차신호에 대한 근거를 직접 제공할 수 있는 사인형(sine-based) 예측이 바람직하다. 이러한 사인형 예측은 1 이상의 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 사용하여 구현될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
- 방사선감응재층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판을 제공하는 단계;
- 방사시스템을 사용하여 방사투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 사용하여 그 단면에서의 패턴을 투영빔에 부여하는 단계;
- 상기 기판상의 방사선감응재층의 타겟영역상으로 방사선의 패터닝된 투영빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공되는데, 상기 투영하는 단계는,
- 상기 패터닝수단의 평면에 실질적으로 평행한 주어진 기준방향으로 상기 패터닝수단을 지지하는 지지구조체를 이동시키는 단계;
- 상기 지지구조체의 움직임과 동기화되도록 상기 기준방향에 평행한 상기 기판테이블을 이동시키는 단계;
- 고정 기준점에 대한 상기 마스크테이블의 순간위치를 판정하는 단계;
- 고정 기준점에 대한 상기 기판테이블의 순간위치를 판정하는 단계; 및
- 상기 두 위치간의 차이에 따른 위치오차신호를 발생시키기 위하여, 상기 기판테이블의 측정된 순간위치를 상기 기판테이블의 소정의 순간위치와 비교하는 단계로 이루어진 부단계들을 포함하고,
1 이상의 이전의 위치오차신호에 기초한 장래의 위치오차를 예측하고, 상기 차이를 보상하기 위하여 상기 마스크테이블의 순간위치를 조정하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에서의 본 발명에 따른 장치의 사용에 있어서, 특정한 적용예에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치는 다른 여러 가능한 응용예를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 한다. 예를 들어, 상기 장치는 집적광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 고려하여야 할 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔" 과 같은 용어는(예를 들어, 365nm, 248nm, 193nm, 157nm 또는 126nm 파장의)자외선 방사선 및 EUV(예를 들어, 5~20nm 범위의 파장을 갖는 극자외선)은 물론 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자를 포함하는 모든 종류의 전자기 방사선을 포괄하도록 사용된다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
ㆍ 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선 시스템(Ex, IL). 특별한 경우에, 상기 방사선시스템은 방사원(LA)도 포함한다;
ㆍ 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결되는 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결되는 제2대물테이블(기판테이블)(WT);
ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 1이상의 다이를 포함)상으로 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화시키는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절형 렌즈 시스템)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (즉, 투과형마스크를 구비한)투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어(반사형마스크를 구비한)반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 형식의 프로그래밍 가능한 거울배열과 같은, 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.
상기 방사원(LA)(예를 들어, Hg 램프, 엑시머 레이저)은 방사빔을 생성한다. 이러한 빔은 직접적으로 조명시스템(일루미네이터)(IL)으로 들어가거나 또는 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 후에 조명시스템으로 공급된다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔 강도 분포의 외측 및/또는 내측 반지름 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 설정하는 조절수단(AM)을 포함할 수 있다. 또한, 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 기타 구성요소를 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크 (MA)에 입사되는 빔(PB)은 그 단면이 소정의 균일성과 강도분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그래피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 흔히 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서와 같이), 상기 방사원이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어질 수 있고, 방사원이 만들어낸 방사빔이 (예를 들어, 적당한 지향거울에 의하여) 장치내부로 들어오게 할 수 있다. 후자의 경우, 방사원(LA)이 엑시머 레이저인 경우가 흔히 있다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.
계속하여, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 고정되는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 투영빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부 (C)상에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계 측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캐닝하는 동안에 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시킬 수 있도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정모듈(미세 위치설정)에 의하여 행해진다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로)웨이퍼 스테퍼의 경우에서는, 마스크테이블(MT)이 다만 짧은 행정 액추에이터에 단지 연결되거나 고정될 수도 있다.
상술된 장치는 다음의 두 가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에서, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)로 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 투영빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔모드에서는, 소정의 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는, 실질적으로 스텝모드와 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동할 수 있어, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하게 되고, 동시에, 기판테이블(WT)은 속도 V=Mν로 동일한 방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동한다. 이때 M 은 렌즈(PL)의 배율(통상 M = 1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고 상대적으로 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 장치에 사용되는 제어시스템의 제어이론 다이어그램을 도시한 도면이다. 상단 루프는 기계적인 전달자(HRS) 및 제어기(GRS)로 이루어지는 마스크테이블(또는 레티클 스테이지:RS)을 나타낸다. 하단 루프는 기계적인 전달자(HWS) 및 제어기(GWS)로 이루어지는 기판테이블(또는 웨이퍼 스테이지:WS)이다. 마스크테이블은 상기 기판테이블의 세트포인트(SPW)의 4배인 세트포인트(SPR)를 받는 한편, 그 출력은 해당 WS/RS 오차에서 1/4만을 계산하는데, 이는 패턴 이미지는 배율 M=1/4로 투영시스템(PL)에 의하여 투영되고, 마스크테이블은 4배의 기판속도로 스캔한다는 사실을 반영하고 있다.
이하 후술되는 예측기(10)를 거쳐, 기판테이블 오차(ews)가 마스크테이블 세트포인트(SPR)에 더해지고, WS 가속오차가 발생된다. 이 오차는 마스크테이블 제어기(GRS)의 출력과 결합되어, 잉여력(extra force)이 발생되고, 마스크 스테이지에 가해질 때, 상기 잉여력에 4배의 WS 가속을 주어야 한다. 그 자체에 가해지는 경우, 마스크테이블 제어기(GRS)는 이 힘이 장애(disturbance)인지를 고려하고, 피드포워드의 영향을 줄이도록 작용 및 시도할 것이다. 예측된 기판테이블 오차를 마스크테이블 세트포인트로 추가로 제공함으로써, 이 문제가 해결된다. 이하, 마스크테이블이 전달자 l/ms2 로서 피드포워드 잉여력에 작용한다면, 마스크 스테이지 오차(eRS)는 0으로 있고, 이에 따라 마스크 스테이지 제어기는 "알지못하는 (unaware)" 임의의 잉여력 인젝션(injection)으로 남는다.
이하, 예측기(10)를 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 예측 기(10)는 예측될 신호에 있어서 제한된 수의 지배 주파수(dominant frequency)들을 가정하는 사인-핏(sine-fit) 방법에 의한 예측을 채택한다. 기판테이블 위치오차(ews)는 미지의 진폭과 위상 및 기지의 주파수를 갖는 m 개의 사인곡선으로 구성되어 있다고 가정한다.
또한, 과거의 n 개의 샘플들은 데이터를 핏팅하는데 사용된다고 가정한다. 두 지배 주파수(f
1, f
2)에 의하여, 다음과 같은 수학식이 얻어진다.
따라서, n>4인 경우, 오버-판정된 시스템(over-determined system)은 미지수보다 많은 수학식이 얻어진다. 최소제곱 알고리즘을 사용하면, a1, a2, b1, b2 를 구할 수 있다. n=4이면, 4개의 미지수를 갖는 4개의 수학식이 얻어지고, 이것은 상기 행렬을 인버팅하여 분석적으로 풀 수 있다. 따라서, 온-라인 예측 상황에서는, 모든 샘플 상기 4×4 행렬이 생성되고, 인버트되며, 예측될 상기 데이터의 마지막 4개의 샘플을 포함하고 있는 y-벡터와 곱해진다. 그 후, 결과적인 a 및 b 계수는 차기 샘플(next sample) t
0 에서의 y 값을 예측하는데 사용될 수 있다.
행렬이 정방형(n=2m)인 경우에 있어서 계산적으로 더욱 효과적인 방법은 타임 스케일의 더 나은 선택에 달려있다. 타임 스케일은 시프트되어, 예측 목표 타임 인스턴트에서, t 가 0으로 정의된다. 따라서, 타임 스케일은 각 샘플을 시프트시킨다. 현 샘플 y(t1)은 그것이 t=-Ts에서 타임 스케일상의 한 점에 속한다면, y(t2)는 t=-2Ts에 속하는 것으로 상기 알고리즘으로 삽입된다. 타임 스케일이 절대적으로 유지되어야 할 이유는 없고, 이 경우 예측된 값의 타임 인스턴트가 타임 스케일에서 t=0 과 일치하도록 각 샘플을 시프트시키는 것이 유리하다. 이러한 경우에 있어서,
1. A 행렬이 상수가 되고 오프라인으로 구축되고 역변환될 수 있다.
2. 예측된 값을 구하는 것은 b1 및 b2를 더하기만 하면 되는데, 이것은 장래에 타임 인스턴트 1-샘플은 t=0 일 때이기 때문이다.
그러면 1-샘플 예측값을 구한다는 것은 실제로 3차 FIR 필터를 계산하는 것으로 요약된다.
cij 는 A-1 의 (i, j)번째 계수.
도 3a 및 도 3b는 각기 다른 n의 값에 대한 상기 예측기의 각각의 주파수 응답의 크기 및 위상을 도시한다. 107 및 185㎐에서, 선택된 예측 주파수 f1 및 f2, 진폭 및 위상은 항상 정확하다(예측은 정확하다). 다른 주파수에서는 상기 결과가 정의되지 않지만, n=4(최소)인 경우에 그 결과도 역시 양호하다.
DC 게인은 행렬 A의 오른쪽에 1의 것을 가진 열벡터를 더하고 a 및 b 계수를 가진 벡터에 하나의 오프셋 계수 c를 더함으로써 1로 만들어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러면 신호 y는 DC 성분을 포함하는 것으로 가정된다.
그러면 n 은 최소값 2m + 1 이어야 한다.
또한, 더 많은 베이스 사인곡선을 선택하면 더 큰 n 이 필요한데, 이것은 일반적으로 덜 유리한 진폭/위상 거동을 초래한다. 또한, 예측범위(prediction horizon)는 임의의 값을 가질 수 있고 전체 샘플의 수로 한정되지 않는다. 이것은 타임 스케일을 시프팅하여 성취된다.
이것의 구현방법이 도 2에 도시된다. 예측기는 기판테이블 위치에러를 수신 하고 선택된 예측 주파수에 기초하여 장래에 그 값을 하나의 샘플로 예측한다. 상기 예측기는 4차 FIR 필터(2개의 예측 주파수 + DC 성분)로서 구현된다. 예측기 출력은 블럭 'HFilter' 로 도시된 1이상의 종래 필터에 의하여 주파수 도메인내에 세분(refined)된다. HFilter 의 출력은 -4의 게인을 가진 저통과필터(14)에 의하여 필터링되고 마스크테이블 세트포인트(SPR)에 더해진다. 또한 HFilter 의 출력은 2중미분(double-differentiated)되고 마스크테이블 질량(m)으로 곱해져, 저통과필터(14)와 동일한 특성을 가진 저통과필터(16)에 의하여 필터링되고 마스크테이블 제어기 출력에 더해진다.
제2실시예
도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따라, 그 밖에는 제1실시예와 동일하지만 예측기를 사용하여 다음의 계산에 의하여 y의 2차 도함수를 예측한다.
따라서, FIR 필터 파라미터의 결정만이 다르다.
더 낮은 주파수에 대하여는 특별한 조치를 취해야 한다. 도 7a 및 도 7b는 제1실시예에서와 동일한 베이스 주파수, 즉 107 및 185㎐를 이용하는 때에 2중도함수(double-derivative)의 응답을 도시한다. 107㎐ 아래에서는 크기가 균일해지면서 +2 슬로프가 요구된다. 이 거동을 고치기 위해서, 1 rad/s의 매우 낮은 주파수 를 베이스 주파수에 포함시켜 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 더 낮은 주파수에 대한 적절한 응답을 강제한다. 0의 DC 게인을 도입하는 것은 여기에 도움이 되지 않는데, 이것은 +1 슬로프에 의하여 얻어질 수 있기 때문이다. 따라서 낮으면서 0이 아닌 엑스트라 베이스 주파수가 요구된다. 그 희생은 마찬가지로 더 큰 고주파수 게인이다.
도 8은 이 설계기법으로부터 유래되는 FIR 필터의 이산극(discrete pole) 및 0점을 도시한다. 직선적 2중미분기(straightforward double differentiator)는 z = +1 에서 2개의 0점을, z = 0 에서 2개의 극을 가진다. 사인-피트(sine-fit) 예측기는 전략상 위치에 3개의 극/0점 쌍을 생성한다. 상기 필터는 연속-시간 상대(continuous-time counterpart)를 가지지 않는다.
이것의 구현방법은 도 4에 도시된다. 기판테이블 위치에러는 기판테이블 위치에러에 존재하는 특정 주파수에서 위상을 세분하는 블럭 'HFilter' 를 통해 공급된다. HFilter 의 출력은 -4의 게인을 가진 저통과필터(14)에 의하여 필터링되고 마스크테이블 세트포인트(SPR)에 더해진다. 또한 HFilter 의 출력은 장래의 기판테이블 가속에러를 예측하는 가속에러 예측기에 공급된다. 상기 예측기는 5차 FIR 필터(하나는 올바른 저주파수 거동을 강제하도록 매우 낮게 유지되는 3개의 예측 주파수)로서 구현된다. 예측기 출력은 마스크테이블 질량(m)으로 곱해지고 저통과필터(14)와 동일한 특성을 가지는 저통과필터(16)에 의하여 필터링되고, 마스크테이블 제어기 출력에 더해진다.
도 5a, 도 5b 및 도 6은 본 발명의 예측기로 구해진 개선된 형태를 도시한다. 도 5a 및 도 5b는 a) 최적의 종래 필터가 없는(실선), b) 최적의 종래 필터에 의한 종래기술(긴 파선)의, 및 c) 본 실시예(짧은 파선)의 종래기술 구성에 대한 전달함수 yPS/eWS 의 크기 및 위상을 도시한다. 예측기를 사용한 본 발명의 전달함수는 300㎐ 아래의 모든 당해 주파수에 대하여 도 5a에서 이상적인 크기 = 1 및 도 5b에서 0 위상래그(phase lag)에 더 가깝다는 것을 알 수 있다. 도 6에는 피드스루 팩터(feedthrough factor) eWRS/eWS 가 도시된다. 이 도면에서, 0이 이상적이지만 1 보다 작은 값은 향상을 1 보다 큰 값은 저하를 나타낸다. 본 발명의 예측을 도입함으로써 주파수에서의 피드스루 팩터를 종래기술에 비하여 대략 350㎐ 까지 향상시킬 수 있는데, 더 높은 주파수에서는 약간의 희생 증가가 있지만 그 중요성은 덜하다.
피드스루 메커니즘에 미치는 영향은 상기 논의된 바와 같이 도 5a, 도 5b 및 도 6에 도시된다. eWS 내의 도메인 주파수에서, 피드스루팩터는 더 큰 고주파수 게인을 희생하여 월등히 향상되었다.
이동평균(MA) 및 이동표준편차(MSD)의 결과는 다음의 표에 도시되며, 여기에는 리드-래그 필터(lead-lag filter)만을 사용하여 최선으로 구해진 결과도 포함되 어 있다.
제3실시예
본 발명의 제3실시예에서, 그 밖에는 제1실시예와 동일하지만, 사인계(sine-based) 예측기가 이전의 데이터 포인트의 다항식 외삽(polynomial extrapolation)에 기초한 예측기로 대체되어 있다.
마지막 n개의 샘플에 다항식이 들어맞게((n-1)의 최대 차수를 가지고) 될 수 있으며, 이것은 다음의 샘플에 대한 외삽을 위하여 사용될 수 있다. 기본예는 도 9에 도시된다. 여기에서, 마지막 4개의 샘플은 전체적으로 일직선을 맞추도록 사용되고 이것은 다음의 샘플을 예측하는 데 사용된다.
실험을 통해 과거의 데이터포인트의 최소의 요구되는 수보다 많이 사용하는 것은 유용하지 않음을 보였다. 더 많은 포인트를 사용하는 것은 불리한 위상래그를 초래한다. 따라서, 과거에는 n개의 포인트를 사용하고 (n-1)차 다항식을 사용하는 것이 할 수 있는 최선의 것이다. 도 10a 및 도 10b는 각기 다른 n의 값에 대한 주파수 응답을 도시한다. 대략 300㎐ 까지는 3차 다항식이 평탄하며 그 보다 위에서는 큰 게인이 생긴다는 것을 알 수 있다. 다항식 차수가 커질수록 위상 이 익은 더 우수하지만 고주파수 게인도 더 커진다. 이것은 일반적으로 들어맞는다. 즉, 큰 위상 이익은 불리한 고주파수 게인을 수반한다.
이상 본 발명의 특정한 실시예에 대하여 서술하였지만, 본 발명이 서술된 바와 다르게도 실시될 수 있다. 예를 들어, 본 발명을 역으로 적용하여, 즉 패터닝수단(예를 들어, 마스크테이블)의 위치에러를 예측하고 기판테이블의 제어에 공급할 수도 있다. 서술한 내용은 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명에 따르면, 패터닝 수단, 예를 들어 리소그래피 투영장치의 마스크 및 기판테이블용 지지구조체를 위한 개선된 제어시스템을 제공할 수 있다.
Claims (11)
- - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;- 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;- 기판을 잡아주는 기판테이블;- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 투영빔을 투영하는 투영시스템;- 상기 패터닝수단의 평면과 실질적으로 평행한 주어진 기준방향으로 상기 지지구조체를 이동시키는 제1구동수단;- 상기 지지구조체의 움직임과 동기화되도록 상기 기준방향과 평행하게 상기 기판테이블을 이동시키는 제2구동수단;- 고정된 기준점에 대하여 상기 패터닝수단의 순간위치를 판정하는 제1측정수단;- 고정된 기준점에 대하여 상기 판테이블의 순간위치를 판정하는 제2측정수단; 및- 상기 기판테이블의 원하는 순간위치와 상기 기판테이블의 측정된 순간위치를 비교하고 상기 양 위치간의 차이에 따라 위치에러신호를 발생시키는 수단을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,- 이전의 1이상의 위치에러신호에 기초하여 장래의 위치에러신호를 발생시키고, 상기 차이를 보상하도록 상기 패터닝수단의 순간위치를 조정하는 역할을 하는 보정수단(correction means)에 상기 장래의 위치에러신호를 전송하는 예측수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항에 있어서,상기 예측수단은 상기 위치에러신호의 1차이상의 도함수를 예측하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 예측수단은 상기 위치에러신호의 n개의 이전 샘플에 따라 작동하는 사인계 예측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 예측수단은 상기 위치에러신호의 n개의 이전 샘플에 기초하여 다항식 예측을 가져오도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제3항에 있어서,상기 예측수단은 유한 임펄스 응답필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제3항에 있어서,n은 완전하고 충분한 세트의 방정식을 얻는 데 요구되는 최소값인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 지지구조체는 마스크를 잡아주는 마스크테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 방사선시스템은 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;- 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;- 기판을 잡아주는 기판테이블;- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 투영빔을 투영하는 투영시스템;- 상기 패터닝수단의 평면과 실질적으로 평행한 주어진 기준방향으로 상기 지지구조체를 이동시키는 제1구동수단;- 상기 지지구조체의 움직임과 동기화되도록 상기 기준방향과 평행하게 상기 기판테이블을 이동시키는 제2구동수단;- 고정된 기준점에 대하여 상기 패터닝수단의 순간위치를 판정하는 제1측정수단;- 고정된 기준점에 대하여 상기 기판테이블의 순간위치를 판정하는 제2측정수단; 및- 상기 패터닝수단의 원하는 순간위치와 상기 패터닝수단의 측정된 순간위치를 비교하고 상기 양 위치간의 차이에 따라 위치에러신호를 발생시키는 수단을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,- 이전의 1이상의 위치에러신호에 기초하여 장래의 위치에러신호를 발생시키고, 상기 차이를 보상하도록 상기 기판테이블의 순간위치를 조정하는 역할을 하는 보정수단에 상기 장래의 위치에러신호를 전송하는 예측수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- - 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;- 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;- 상기 방사선감응재층의 타겟부상으로 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하되, 상기 투영하는 단계는,- 상기 패터닝수단을 지지하는 지지구조체를 상기 패터닝수단의 평면과 실질적으로 평행한 주어진 기준방향으로 이동시키는 단계와;- 상기 지지구조체의 움직임과 동기화되도록 기판테이블을 상기 기준방향과 평행하게 이동시키는 단계와;- 고정된 기준점에 대하여 마스크테이블의 순간위치를 판정하는 단계와;- 고정된 기준점에 대하여 상기 기판테이블의 순간위치를 판정하는 단계와;- 상기 기판테이블의 원하는 순간위치와 상기 기판테이블의 측정된 순간위치간의 차이에 따라 위치에러신호를 발생시키기 위하여 상기 2개의 위치를 비교하는 단계;의 하부단계들을 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,1이상의 이전의 위치에러신호에 기초하여 장래의 위치에러를 예측하고 상기 차이를 보상하도록 상기 마스크테이블의 순간위치를 조정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
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