KR100585464B1 - 리소그래피장치용 위치검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

위치검출 장치는 격리된 기준 프레임상에 장착된 방사원 및, 상기 방사원에 인접하여 장착된 2차원 검출기를 포함하여 이루어진다. 위치가 검출될 물체는 역반사기를 탑재하여, 상기 광원으로부터 방출된 후 반사된 광이 입사광 경로와 평행하지만 이로부터 변위된 복귀 경로를 따르게 한다. 변위의 양은 물체의 위치에 의존하며, 상기 2차원 검출기에 의해 측정된다. 시스템에서 그러한 장치 세 개가 결합되면 6개의 자유도를 가지고 물체의 위치를 측정할 수 있다.

Description

리소그래피장치용 위치검출 시스템{POSITION DETECTION SYSTEM FOR USE IN LITHOGRAPHIC APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 리소그래피투영장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 위치검출 시스템의 평면도,
도 3은 도 2의 위치검출 시스템의 부분 단면도,
도 4는 본 발명에서 사용 가능한 역반사기(retro-reflector)의 단면도,
도 5는 본 발명에서 사용 가능한 대안적인 역반사기의 단면도.
본 발명은 가동 물체의 기준 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 위치검출 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은,
방사선 투영 빔을 공급하는 조명 시스템(illumination system);
상기 투영 빔을 소정 패턴에 따라 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1대물테이블;
기판을 고정시키는 제 2대물테이블;
상기 기판의 목표영역상에 상기 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영 시스템; 및
기준 프레임을 포함하여 이루어진 리소그래피투영장치에서 위치검출 시스템의 사용에 관한 것이다.
"패터닝 수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 목표영역에 형성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선 빔에 제공하는데 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.
- 상기 제 1대물테이블에 의해 고정된 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 여기서의 마스크에는 바이너리형, 교번 위상-쉬프트형 및 감쇠 위상-쉬프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 유형까지도 포함된다. 그러한 마스크를 투영 빔 영역내에 배치함으로써, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 부딪치는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 상기 제 1대물테이블은 마스크가 입사하는 투영빔 영역내의 소정 위치에 고정될 수 있는 것을 보장하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.
- 구조체(제 1대물테이블)에 의해 고정된 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 면적은 입사광을 회절광으로서 반사하는 반면에 어드레스되지 않은 면적은 입사광을 비회절광으로서 반사하는 것이다. 적당한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광은 필터링되어 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자적 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.
- 구조체(제 1대물테이블)에 의해 고정된 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 활용되고 있는 미국 특허 US 5,229,872호에 있다.
설명을 간단히 하려는 목적에서, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크를 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시의 일반적인 의미는 상기 서술된 패터닝 수단의 확장된 개념이라는 것을 알 수 있다.
상기 투영 시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절 광학기, 반사 광학기 및 카타디옵트릭 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 조명 시스템은 방사선의 투영 빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 설계 유형 중 어느 것에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있으며, 이하에서는 그러한 구성요소를 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 칭할 수도 있다. 덧붙여, 상기 제 1 및 제 2대물테이블은 각각 "마스크 테이블" 및 "기판 테이블"이라고 언급될 수 있다.
리소그래피투영장치는 예를 들어, 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우에, 패터닝 수단은 집적회로의 개별 층에 대응하는 회로패턴을 포함할 것이며, 이 패턴은 이후에 방사선 감지 재료(레지스트)층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼) 상의 목표영역(1이상의 다이로 구성)상에 묘화될 수 있다. 일반적으로 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접하는 목표영역들의 전체적인 연결망을 갖는다. 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝 방법을 사용하는 근래의 장치는 두 가지 서로 다른 유형의 장치로 구분할 수 있다. 리소그래피투영장치의 일 형태에서는 목표영역상에 마스크 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 각 목표영역이 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭한다. 이와 달리, 통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 불리워지는 대체장치에서는 투영 빔 하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서, 동시에 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판 테이블을 스캐닝함으로써 각 목표영역이 조사되는데, 일반적으로 투영 시스템은 배율인자(magnification factor:Ｍ)(대개 <1)를 가지므로 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 레티클 테이블이 스캐닝되는 속도의 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피 디바이스에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세에서 참고자료로 활용되고 있는 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
일반적으로, 이러한 유형의 장치는 하나의 제 1대물(마스크)테이블과 하나의 제 2대물(기판)테이블을 구비하였다. 하지만, 적어도 두 개의 독립적으로 이동가능한 기판 테이블을 구비하는 장치들이 유용해지고 있다. 참고로, 예를 들어 US 5,969,441호 및, 1998년 2월 27일자로 미국 출원된 제 09/180,011호(WO 98/40791)에 다중-스테이지장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서 참고자료로 활용된다. 이러한 다중-스테이지장치의 기본 작동원리는, 제 1 기판 테이블이 투영 시스템하에서 그 테이블 상에 놓인 제 1기판을 노광할 수 있게 하는 동시에, 제 1기판의 노광이 완료된 직후 제 2기판 테이블은 로딩 위치(loading position)로 이동하여 노광된 기판을 반출하고, 다시 새 기판을 집어들어서 그 새 기판에 대한 초기 측정단계를 수행한 다음, 이 새 기판을 투영 시스템하의 노광 위치로 이송하여 대기시키는 순환과정을 반복하는 것이다. 이러한 방식으로, 장치의 쓰루풋이 실질적으로 증가될 수 있어서 장치의 유지비용이 개선된다.
리소그래피 장치에서 기판에 묘화될 수 있는 피처의 크기는 투영 방사선의 파장에 의해 제한을 받는다. 더욱 높은 디바이스 밀도를 구비하고 따라서 더욱 빠른 동작속도를 가지는 집적회로를 생산하기 위해서는, 더 작은 피처를 묘화(imaging)시킬 수 있어야 한다. 가장 최근의 리소그래피 투영장치는 수은 램프 또는 엑시머 레이저에 의해 생성된 자외선을 사용하지만, 리소그래피 장치의 투영 방사선으로서, 예를 들어 극자외선(EUV) 또는 X-레이 또는, 예를 들어, 전자 또는 이온과 같은 입자 빔 등의 더 높은 주파수(에너지)의 방사선을 사용하는 것이 제안되었다.
어떠한 유형의 리소그래피 장치이더라도, 임의의 소정 시점에서 대물테이블과 같은 가동 부품의 위치를 정확히 검출해야만 한다. 종래에는 이것은 엔코더 또는 간섭계와 같이 절대적인 위치보다는 위치의 변화를 측정하는 증분식 센서(incremental sensor)를 이용하여 수행되었다. 따라서, 절대 위치를 계산하는 데 증분식 위치 측정법이 사용되는 근거를 제시하기 위해서는, 원점 기준 센서를 부가적으로 제공하여 가동 물체가 기준점 또는 원점에 있을 때를 검출하는 것이 필요하다. 이러한 원점 기준 시스템은 1㎛ 정도 또는 그보다 우수한 재현성(repeatability)을 제공한다.
기판 또는 마스크의 위치결정 시스템에서, 때로는 6개의 모든 자유도(DOF)로 마스크 또는 기판을 위치결정할 수 있어야 한다. 이에 따라, 6개의 원점 기준 시스템 및 6개의 증분식 위치결정 시스템을 운동학적으로 연결되도록 함께 결합하면, 수용할 수 없을 정도로 높은 재현성 오차가 누적될 수 있다. 더 나아가서, 때로는 홀더의 원점 기준은 진동-격리된(vibration-isolated) 기준 프레임이 잡고 그 위에는 가장 중요한 도량형 구성요소(metrology component)만이 장착된다. 대략적인 위치를 결정하는 엔코더 시스템의 원점 기준은 이러한 카테고리에는 적합하지 않고 따라서 별도의 구조체상에 장착되어, 격리된 기준 프레임에 대한 그것의 상대적인 위치는 마이크로미터급에서는 정의되지 않고 남아 있다.
본 발명의 목적은 바람직하게는 마이크로미터 이하의 정밀도를 가지고 기준 프레임에 대한 가동 물체의 위치를 반복가능하게 검출할 수 있는 기준 시스템(referencing system)을 제공하는 것이다. 이상적으로 상기 시스템은 동시에 6개의 자유도를 가지고 가동 물체의 위치를 잡을 수 있다.
본 발명에 따르면,
방사선 투영 빔을 공급하는 조명 시스템;
상기 투영 빔을 소정 패턴에 따라 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1대물테이블;
기판을 고정시키는 제 2대물테이블;
기판의 목표영역에 상기 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영 시스템; 및
기준 프레임을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치로서,
상기 기준 프레임에 장착된 방사원;
상기 기준 프레임상의 고정 위치에 장착된 2차원 방사선 검출기; 및
상기 방사원에 의해 방출된 방사선을 상기 방사선 검출기를 향해 반사시키도록 상기 기준 프레임에 대하여 상대적으로 이동 가능한, 상기 대물테이블 중 하나에 장착된 거울 디바이스(mirroring device)를 포함하는 위치검출 디바이스를 특징으로 하는 리소그래피 투영장치가 제공된다.
상기 서술된 위치검출 디바이스는 대물테이블의 위치를 두 개의 자유도로 측정할 수 있으며, 6개의 자유도로 테이블의 위치를 검출하기 위해서는, 3 개의 이러한 위치검출 디바이스가 리소그래피 투영장치에서 서로 다른 방향으로(즉, 평행하지 않게), 바람직하게는 대략 수직인 방향으로 제공될 수 있다.
상기 방사원으로는 시준된 방사원(collimated radiation source)이 바람직하며, 센서 하우징상에 또는 기준 프레임으로부터 멀리 떨어진 곳에 장착된 레이저 다이오드 또는 LED와 같은 단색 광원을 포함하고 상기 기준 프레임상에 장착된 빔 지향 광학기(beam directing optics)로 상기 광원에서 방출된 빛을 이끄는 광섬유를 함께 구비할 수도 있다. 후자와 같이 구성하면, 잠재적인 열원을 온도 변화에 매우 민감한 기준 프레임으로부터 제거할 뿐만 아니라, 시준된 빔의 포인팅 안정성(pointing stability)이 높아지므로 유리하다.
2차원 위치검출기는 2차원 PSD(position sensing detector), CCD 카메라, 4개의 4분 광검출기(quadrant photo-detector) 또는, 두 개의 직교하는 각각의 방향으로 출력 신호를 반사광 빔의 위치에 대한 함수로서 검출기(배열)상에 제공할 수 있는 임의의 적당한 2차원 검출기 배열일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 CCD 카메라의 해상도는 서브-픽셀 보간법(sub-pixel interpolation)에 의해 개선될 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
방사선 투영 빔을 공급하는 조명 시스템;
상기 투영 빔을 소정 패턴에 따라 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1대물테이블;
기판을 고정시키는 제 2대물테이블;
기준 프레임; 및
기판의 목표영역에 상기 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법으로서,
방사선감지층이 형성된 기판을 상기 제 2대물테이블에 제공하는 단계;
상기 조명 시스템을 사용하여 방사선 투영 빔을 제공하는 단계;
상기 패터닝 수단을 사용하여 상기 투영 빔에 단면 패턴을 부여하는 단계; 및
상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 상기 목표영역에 투영하는 단계를 포함하며,
상기 투영하는 단계 동안에 또는 그 이전에, 상기 대물테이블 중 하나에 장착된 거울 디바이스를 향하여 상기 기준 프레임에 장착된 방사원으로부터 방사선을 방출시키는 단계, 상기 거울 디바이스에 의해 상기 방사선을 반사시키는 단계 및, 상기 반사된 방사선을 상기 기준 프레임상의 고정된 위치에 장착된 2차원 방사선 검출기에서 검출하는 단계를 통해, 상기 기준 프레임에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상기 대물테이블 중 하나가 기준 위치에 있도록 결정되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 사용하는 제조 공정에서, 마스크의 패턴은 방사선 감지재료(레지스트)층이 부분적으로나마 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 거친다. 노광후에, 기판은 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 IC와 같은 디바이스의 개별 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같이 개별 층을 마무리하기 위한 다양한 모든 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 전체 공정 또는 그 변형 공정은 새로운 층마다 반복되어질 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼) 상에 존재할 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 각각의 디바이스가 운반 장치에 탑재되고 핀에 접속될 수 있다. 그와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, 맥그로힐출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용함에 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 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, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "목표 영역" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"은 모든 형태의 전자기 방사선 또는 입자 플럭스를 내포하는 것으로 사용되는 용어이며, (예를 들어 365㎚, 248㎚, 193㎚, 157㎚ 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외선(UV) 방사선, 극자외선(EUV) 방사선, X-레이, 전자 및 이온 등으로 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 개략적인 도면과 예시적인 실시예와 관련하여 본 발명이 더욱 상세히 서술될 것이다.
제 1실시예
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 나타낸다. 상기 장치는,
ㆍ방사선(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선) 투영 빔(PB)을 공급하는 방사 시스템(LA, IL);
ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 고정시키는 마스크 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제 1위치결정 수단에 연결된 제 1대물테이블(마스크 테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 고정시키는 기판 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제 2위치결정 수단에 연결된 제 2대물 테이블(기판 테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 목표영역(C)상에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화시키는 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절 또는 카타디옵트릭 시스템, 거울 그룹 또는 필드 디플렉터의 배열(array of field deflector))을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(transmissive type)(즉, 투과마스크를 구비한 형태)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 반사형일 수도 있다.
도 1에 도시된 도면에서, 방사 시스템은 방사선 빔을 생성하는 방사원(LA)(예를 들어 Hg 램프, 엑시머 레이저, 방전 플라즈마 소스, 스토리지 링(storage ring)이나 싱크로트론에서 전자빔의 경로 주위에 제공된 언듈레이터(undulator) 또는 전자나 이온 빔 소스)를 포함한다. 상기 빔은 조명 시스템(IL)에 포함된 다양한 광학기기(예를 들어, 빔 성형 광학기(Ex), 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO))를 따라 진행하여, 최종 빔(PB)은 소정의 형상 및 강도 분포를 갖는다.
상기 빔(PB)은 마스크 테이블(MT)상의 마스크 홀더에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 목표영역(C)에 상기 빔(PB)를 포커싱한다. 간섭계 변위 측정 수단(IF)의 도움을 받아, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로에 다른 목표영역(C)이 위치되도록 제 2 위치결정수단에 의해 정밀하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 가져온 후에, 제 1위치결정 수단 및 간섭게 변위 측정 수단을 사용하여 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 일반적으로 대물 테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략적 위치결정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치결정)의 도움을 받아 행해질 것이다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에 있어서, 마스크 테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한 번에(즉, 단일 "섬광"으로) 목표 영역(C)으로 투영된다. 이후 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 빔(PB)에 의해 다른 목표 영역(C)이 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에 있어서, 주요 시나리오는 스텝 모드와 동일하나, 소정 목표 영역(C)이 단일 "섬광"으로 노광되는 것은 아니다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)이 ν의 속도로 소정 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 x 방향)으로 이동 가능해서, 투영 빔(PB)이 마스크 이미지 전체를 스캐닝하게 된다. 동시에, 기판 테이블(WT)은 V=Mν(여기서 M은 렌즈(PL)의 배율, 통상 M=1/4 또는 M=1/5)의 속도로 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동한다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 상대적으로 넓은 목표 영역(C)이 노광될 수 있다.
도 2는 기판(웨이퍼) 테이블과 결합하여 사용되는 본 발명의 실시예의 평면도이다. 본 발명이 마스크(레티클) 테이블과 함께 사용될 수도 있다는 것은 명확하다. 웨이퍼(W) 및 기준 X축과 Y축이 가상선으로 표시되어 있다. Z축은 X축과 Y축에 수직이다. 본 발명에 따른 위치검출 시스템은 3개의 유사한 위치검출장치(10A, 10B, 10C)를 포함하여 이루어진다. 각각의 위치검출장치는, 입사광 경로로부터 변위되지만 평행한 복귀 경로로 입사광을 반사하는 반사기인 역반사기(retro-reflector)(13)를 향하여 시준된 방사선의 입사 빔(12)을 쏘아주는 방사원(11)을 포함한다. 2차원상에서 복귀 빔(14)의 변위는 입사 빔(12)에 수직인 평면내의 반사기와 방사원의 상대위치의 함수이다. 상기 역반사기(13)는, 예를 들어 소위 "코너 큐브"라고 하는 하나의 코너에서 만나는 세 개의 서로 수직인 평면 반사기로 구성될 수 있다. 상기 반사기는 투과형 큐브로부터 잘려진(가상의) 코너의 세 개의 외부면에 거울 코팅하여 형성될 수도 있다. 복귀 빔(14)은 2차원 방사선 검출기(15)에 도달한다.
방사원(11)과 방사선 검출기(15)는 서로 인접하게 장착되며, 리소그래피 장치의 격리된 기준 또는 도량형(metrology) 프레임(MF)상에 매우 안정된 방식으로 장착된다. 간편하게는, 방사원(11)과 방사선 검출기(15)가 서로에게 장착되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 브래킷(16)에 장착될 수도 있다. 위치 검출기(15)와 방사원(11)의 하우징(들) 및/또는 장착 브래킷(들)은 높은 열적 안정성을 위해 Zerodur(RTM) 또는 인바(Invar)와 같이 열팽창계수가 매우 낮은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 격리된 기준 또는 도량형 프레임(MF)도 그와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 상기 역반사기(13)는 웨이퍼 테이블(WT)상의 편리한 지점, 예를 들어 한 쪽 코너 근처에 장착될 수 있다.
2차원 위치 검출기(15)는 2차원 PSD(position sensing detector), CCD 카메라, 4개의 사분 광검출기 또는 임의의 적당한 2차원 검출기 배열일 수 있으며, 입사 및 반사 빔(12, 14)에 실질적으로 수직인 감지 평면(sensing plane)을 구비한다.
위치검출장치(10A, 10B, 10C)의 위치 및 그들의 배향(즉, 각 α,β,γ)은 6개의 자유도에서 가능한 가장 균형잡힌 위치 감도(balanced position sensitivity)를 제공할 수 있게 선택된다. 본 발명의 특정 응용에서는, 위치검출장치의 위치와 배향(orientation)이 리소그래피 장치의 위치, 피치(pitch), 롤(roll), 및 요(yaw) 에러에 대한 감도의 차이뿐만 아니라 기준 프레임 및 기판 테이블의 형상과 같은 요인에 의해 결정될 것이다.
도 3은 하나의 위치검출장치(10)의 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이, 방사원(11)과 방사선 검출기(15)는 입사 및 복귀 빔(12, 14)이 웨이퍼(W)와 실질적으로 평행한 X-Y 평면에 대하여 각도(δ)로 기울어지게 되는 위치에서 브래킷(16)을 통해 도량형 프레임(MF)에 장착된다. 동일한 크기의 입사광 빔(12)에 대한 반사기(13)의 수평 및 수직 변위는 방사선 검출기(15)상의 복귀 빔(14)의 동일한 변위를 초래하도록, 각도(δ)가 대략 45E인 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방사원(11)은 단일 모드 광섬유(112)에 광을 쏘아 그 광이 도량형 프레임(MF)에 장착된 시준 광학기(113)에 이를 수 있게 하는 LED 또는 레이저 다이오드(111) 또는 그와 유사한 단색광원(monochromatic light source)으로 형성된다. 이러한 방식으로 광원(111)이 도량형 프레임(MF)으로부터 떨어져 위치되어 그것으로부터 열적으로 격리될 수 있다. 검출기 하우징으로부터 광원을 떼어 놓아도 센서/검출기에 대한 시준된 빔의 매우 높아진 포인팅 안정도(pointing stability)를 갖게 된다.
도 4는 기판 테이블(WT)에 삽입된 코너 큐브 반사기(13)의 구성을 나타낸다. 이 경우에, 광원(11)은 어퍼처(17)를 통해 코너 큐브 반사기(13)에 입사 빔(12)을 지향시킨다. 입사 빔(12)은 기판 테이블(WT)의 상부 표면에 수직이며, 코너 큐브 반사기(13)의 세 개의 면(13a, 13b, 13c)에 의해 반사되어 복귀 빔(14)은 검출기(15)와 평행한 경로상에 있게 된다. 이러한 구성에서, 위치검출장치는 기판 테이블(WT)의 상부 표면과 평행한 방향으로의 변위를 검출한다.
도 5에는 '캣츠-아이(cat's eye)'로 알려진 역반사기(13')의 대안적인 형태가 도시되어 있다. 이것은 코너 큐브 역반사기(13)를 대체하여 사용될 수 있다. 상기 '캣츠-아이'(13')는 렌즈(131)와, 그것의 초점거리(f)와 동일한 거리만큼 상기 렌즈(131)와 떨어져 있는 거울(132)을 포함하여 이루어진다. 간편하게는, 거울(132)을 형성하도록 선택적으로 은 도금된 평편한 배면을 갖는 단일 투명체(133)의 만곡된 전면(curved front surface)에 렌즈(131)가 형성된다.
위치감지 시스템을 형성하는 본 발명의 세 개의 위치검출장치는 웨이퍼 테이블(WT)의 위치 및 배향에 따른 6개의 신호를 제공한다. 상기 시스템은 다음의 두 가지 모드로 사용될 수 있다.
- 원점 탐지 시스템(zero-seeking system); 세 개의 검출기 모두가 6개의 자유도에서 그들의 원점 출력을 내보낼 때까지 기판 홀더가 이동된다.
- 위치측정 시스템; 센서 신호는 제어 시스템(도시되지 않음)에 기초한 적당한 전자적 또는 마이크로 프로세서에 의해 임의의 서보 또는 기타 제어장치가 요구하는 바대로 격리된 기준 프레임에 대한 6개의 자유도 위치결정 정보로 변환된다. 이것은 동시에 또는 차례로 센서를 샘플링함으로써 수행될 수 있다.
이상적으로는, 동시에 6개의 자유도 모두에 대하여 원점 출력이 주어지는 위치로 테이블이 이동할 수 있도록, 도량형(기준) 프레임상의 방사원/검출기 유닛 및 테이블상의 반사기의 위치가 결정된다("원점" 위치는 모든 검출기가 그들의 원점 또는 중간값 출력을 보내는 위치일 필요는 없고, 세 개의 2차원 검출기로부터의 출력 신호에 대한 임의의 반복가능한 특유의 조합은 모두 원점위치로서 정의될 수 있다). 즉, 모든 검출장치(10A, 10B, 10C)의 캡처 영역(capture zone)이 오버랩되어야 한다. 하지만, 디바이스의 기타 구성요소들의 필요로 인하여 이러한 구성이 항상 가능한 것은 아니다. 그러한 경우에는, 원점 기준위치를 결정하는 데 사용되는 기준검출장치(10A, 10B, 10C)에 의해 표시된 특정 위치들 사이에서 테이블의 움직임을 표시하는 증분식 검출기(incremental detector)로부터의 위치신호와 각각의 장치(10A, 10B, 10C)의 캡처영역 사이에서 테이블이 이동될 수도 있다.
또한 기준결정 과정(referencing process)은 정적일 수도, 동적일 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 정적 과정에서는, 테이블이 기준 위치로 이동된 다음 필수 측정이 행해지는 동안 고정된다. 각종 센서의 충분히 높은 샘플링 주파수에 의존하는 동적 과정에서는, 테이블은 기준 위치의 부근에서 또는 단순히 그것을 지나 이동되며, 시스템의 기준결정은 절대 및 증분식 기준 시스템으로부터 일치하는 측정값을 통해 계산될 수 있다. 만일 테이블이 기준위치를 실제로 통과하지 않거나, 측정 시스템의 샘플이 상기 통과에 부합하지 않으면, 행해진 측정값은 필요에 따라 외삽(extrapolate) 또는 보간(interpolate)될 수 있다.
이제까지 본 발명은 리소그래피 장치의 기판(웨이퍼) 테이블의 위치를 검출하는 데에 사용되는 경우에 대해서만 서술되었다. 본 발명이 리소그래피 장치의 마스크(레티클) 테이블 또는, 실제로는 임의의 다른 가동 물체의 위치를 검출하는 데에도 사용될 수 있다는 것도 쉽게 이해될 것이다.
본 발명의 위치검출신호의 뚜렷한 장점은, 유도성(inducive), 자기성(magnetic) 또는 용량성(capacitive) 센서의 경우에서처럼 도량형(기준) 프레임과 웨이퍼 테이블간에 잔류하는 힘이 존재하지 않는다는 것이다. 이것은 기준 또는 도량형 프레임이, 최대의 안정도를 위해 극도로 낮은 고유진동수를 가진 6개의 자유도로 격리되게 한다는 점에서 중요하다. 센서에 의해 프레임에 전달될 수도 있는 임의의 방해력은 결합력을 수반하여 진동을 유발할 것이며, 이 진동을 안정화시키려면 매우 오랜 시간이 걸릴 것이다.
두 번째 장점은 시준된 광을 사용한다는 데에 있다. 이것은 센서의 감도가 작동 거리와는 거의 무관하게 하므로, 기준 프레임, 센서 모듈 및 대물테이블의 레이아웃에 상당한 유연성을 줄 수 있다.
비록 본 발명의 특정 실시예에 대하여만 서술되었지만, 본 발명이 서술된 것과는 다른 방식으로 실현될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 본 발명은 리소그래피 장치에 있어서 기판(웨이퍼) 테이블 또는 마스크(레티클) 테이블 중 어느 것의 위치를 검출하기 위한 도량형 시스템의 원점 기준을 잡는 데 사용될 수 있다. 또한, 다중의(기판 또는 마스크) 테이블 및/또는 다중의 작동영역(예를 들어, 노광 및 측정 또는 특성화 영역)을 갖고 있는 리소그래피 투영장치에 있어서, 그러한 다중 시스템에는 각 작업 영역에 혹은 그 근처에 있는 정적부품(방사원 및 검출기)과 각 테이블마다 있는 반사기가 제공될 수 있다. 서로 다른 세트의 방사원 및 검출기는 그것들의 작동영역내에서 위치될 수 있는 임의의 테이블상의 반사기와 결합되어 작동할 수도 있다. 상술한 내용은 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.

Claims (15)

  1. 리소그래피투영장치에 있어서,
    방사선 투영 빔을 공급하는 조명 시스템;
    상기 투영 빔을 원하는 패턴에 따라 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1대물테이블;
    기판을 고정시키는 제 2대물테이블;
    상기 기판의 목표영역에 상기 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영 시스템; 및
    기준 프레임을 포함하여 이루어지고,
    상기 기준 프레임상에 장착된 방사원;
    상기 기준 프레임상의 고정 위치에 장착된 2차원 방사선 검출기; 및
    상기 방사원에 의해 방출된 방사선을 상기 방사선 검출기를 향하여 반사시키도록 상기 기준 프레임에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상기 대물테이블 중 하나에 장착된 거울 디바이스를 갖는 위치검출 디바이스를 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사원은 시준된 방사원인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사원은 단색 방사원인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 거울 디바이스는 역반사기(retro-reflector)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사원은, 상기 기준 프레임으로부터 떨어져서 장착 가능한 광원, 상기 기준 프레임상에 장착 가능한 빔 지향 광학기(beam directing optics) 및 상기 광원을 상기 빔 지향 광학기와 연결하는 광 섬유를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사원은 광원으로서 LED 또는 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 2차원 위치 검출기는 2차원 PSD, 또는 CCD 카메라 또는 4개의 사분 광 검출기인 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 역반사기는 상기 방사선에 대하여 투명한 재료의 사다리꼴 형태이고 한 코너에서 만나는 세 개의 서로 수직인 표면을 구비하며, 상기 세 개의 표면은 반사코팅이 형성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 역반사기는 수렴 렌즈와 반사 표면을 포함하며, 상기 반사 표면은 상기 렌즈의 초점거리만큼 상기 렌즈로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    그 안에 형성된 세 개의 위치검출 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 위치검출 디바이스의 검출 영역보다 더 넓은 검출 영역에서 상기 가동 대물테이블의 위치를 검출하는 증분식 위치감지 디바이스 및, 상기 검출 영역에서 상기 대물테이블의 절대 위치를 결정하기 위해서 상기 위치검출기와 상기 증분식 위치감지 디바이스로부터의 출력신호를 조합하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  12. 방사선 투영 빔을 공급하는 조명 시스템;
    상기 투영 빔을 원하는 패턴에 따라 패터닝할 수 있는 패터닝 수단을 고정시키는 제 1대물테이블;
    기판을 고정시키는 제 2대물테이블;
    기준 프레임; 및
    상기 기판의 목표영역에 상기 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    방사선감지층이 형성된 기판을 상기 제 2대물테이블에 제공하는 단계;
    상기 조명 시스템을 사용하여 방사선 투영 빔을 제공하는 단계;
    상기 패터닝 수단을 사용하여 상기 투영 빔에 단면 패턴을 부여하는 단계; 및
    상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 상기 목표영역상에 투영하는 단계를 포함하며,
    상기 투영하는 단계 동안에 또는 그 이전에, 상기 대물테이블들 중 하나에 장착된 거울 디바이스를 향하여 상기 기준 프레임에 장착된 방사원으로부터 방사선을 방출시키는 단계, 상기 거울 디바이스에 의해 상기 방사선을 반사시키는 단계 및 상기 반사된 방사선을 상기 기준 프레임상의 고정된 위치에 장착된 2차원 방사선 검출기에서 검출하는 단계를 통해, 상기 기준 프레임에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상기 대물테이블들 중 상기 하나가 기준 위치에 있도록 결정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 리소그래피투영장치는 상기 대물테이블들 중 상기 하나의 위치를 감지하는 증분식 위치감지 시스템을 더욱 포함하며, 상기 방법은 상기 대물테이블들 중 상기 하나가 상기 기준 위치에 있도록 결정된 후에, 상기 증분식 위치감지 시스템을 사용하여 상기 기준 위치에 대한 상기 대물테이블들 중 상기 하나의 이동을 측정함으로써 상기 대물테이블들 중 상기 하나의 절대위치를 결정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  14. 삭제
  15. 위치검출 디바이스로서,
    기준 프레임상에 장착된 방사원;
    상기 기준 프레임상의 고정 위치에 장착된 2차원 방사선 검출기; 및
    상기 방사원으로부터 방출된 방사선을 상기 방사선 검출기를 향하여 반사하기 위하여 상기 기준 프레임에 대하여 상대적으로 이동 가능한 물체상에 탑재되는 거울 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치검출 디바이스.
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