KR100609108B1 - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

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KR100609108B1 KR1020040050503A KR20040050503A KR100609108B1 KR 100609108 B1 KR100609108 B1 KR 100609108B1 KR 1020040050503 A KR1020040050503 A KR 1020040050503A KR 20040050503 A KR20040050503 A KR 20040050503A KR 100609108 B1 KR100609108 B1 KR 100609108B1
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Abstract

본 발명은 노광시스템 및 측정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다. 상기 노광시스템은 패터닝된 빔을 제1기판의 타겟부상으로 투영하는 한편, 상기 측정시스템은 제2기판의 타겟부상에 측정빔을 투영한다. 상기 장치의 이동가능한 부분의 이동은 상기 장치의 또 다른 이동가능한 부분의 위치에서의 교란, 예를 들어 공기의 변위로 인한 교란을 발생시킨다. 이러한 오차는 상기 이동가능한 부분들 중 하나 또는 둘 모두의 상태의 함수인 보상신호를 계산함으로써 보상될 수 있다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Lithographic apparatus and device manufacturing method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 개략적인 도,
도 2는 노광시스템 및 측정시스템의 이동가능한 부분의 개략적인 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 상기 장치의 이동가능한 부분들 중 하나의 위치를 제어하는 폐쇄루프의 제어루프를 개략적으로 나타낸 도,
도 4는 본 발명에 따른 흐름도이다.
본 발명은 노광시스템 및 측정시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것으로, 상기 노광시스템은:
- 방사선 투영빔을 제공하는 방사선 시스템;
- 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 제1기판을 잡아주는 기판테이블;
- 상기 제1기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하고, 상기 제1기판 의 타겟지점상으로의 투영을 제어하는 투영제어수단을 포함하는 투영시스템; 및
- 상기 노광시스템의 이동가능한 부분을 이동시켜 상기 패터닝된 빔을 상기 제1기판에 대하여 이동가능하게 하는 제1제어수단을 포함하고,
상기 측정시스템은:
- 제2기판의 타겟부의 표면에 측정빔을 투영하여 그 표면특성을 측정하기 위한 광학측정장치;
- 상기 제2기판을 잡아주는 제2기판테이블; 및
- 상기 측정시스템의 이동가능한 부분을 이동시켜 상기 측정빔이 상기 제2기판에 대하여 이동가능하게 하는 제2제어수단을 포함한다.
또한, 본 발명은:
- 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 제1기판을 제공하는 단계;
- 방사선 시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 상기 방사선의 패터닝된 빔을 상기 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계;
- 상기 패터닝된 빔을 상기 제1기판에 대하여 이동시키는 단계;
- 제2기판을 제공하는 단계;
- 상기 제2기판의 타겟부상에 측정빔을 투영하고 그 표면특성을 측정하는 단계;
- 상기 측정빔을 상기 제2기판에 대하여 이동시키는 단계를 포함하는 디바이스 측정방법에 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, 바이너리(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(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 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.
- 프로그램가능한 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. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적절하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예 를 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 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(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 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향에 평행으로 또는 반평행(anti-parallel)으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처의 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 참고자료로 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 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 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 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.
공지된 리소그래피 투영장치 및 상술된 디바이스 제조방법과 관련된 문제는 측정시스템의 이동가능한 부분의 이동이 노광시스템의 이동가능한 부분의 위치에 영향을 미치거나 그와 반대로 영향을 받는 경우가 발생한다는 점이다. 일반적으로 원하는 패턴의 분해능은 매우 높고, 그에 따른 리소그래피 장치에 관련된 정확도의 요건들은 매우 엄격하기 때문에, 작은 교란(disturbance)이 상기 리소그래피 장치의 생산 수율에서의 열화 및/또는 상기 리소그래피 장치의 정확성의 열화를 가져올 수 있다.
본 발명의 목적은 리소그래피 장치의 정확도 및 디바이스 제조방법의 정확도 를 높이는 것이다.
상기 및 여타 목적은 서두에 명시된 바와 같이 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 의하여 달성되며, 상기 장치는 노광시스템과 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차(노광시스템과 측정시스템 중 나머지 하나의 이동가능한 부분의 움직임에 의한 오차)를 적어도 부분적으로 보정하기 위한 보정신호를 결정하는 결정수단, 및 노광시스템과 측정시스템 중 하나의 위치를 적어도 부분적으로 보정하기 위하여 제1 또는 제2제어수단내로 상기 보정신호를 공급하는 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 리소그래피 투영장치는 개별 기판에 대하여 개별 빔을 이동시키는 이동가능한 부분을 각각 구비한 측정시스템 및 노광시스템을 포함한다. 본 발명인은, 이동가능한 부분들 중 하나의 위치에서의 오차는 이동가능한 부분들 중 하나의 움직임에 의하여 야기되는 공기의 변위(displacement)로 인한 나머지 하나의 이동가능한 부분의 움직임 때문이라 생각하였다. 본 발명에 따르면, 보정신호를 결정하고 상기 보정신호를 이동가능한 부분들 중 하나, 즉 이동가능한 부분들 중 교란이 일어난 부분의 위치를 제어하는 제어수단으로 공급함으로써 공기의 변위로 인하여 초래되는 오차가 적어도 부분적으로 보정된다.
제1 및 제2제어수단은 아날로그 전자제어시스템과 같은 전용(dedicated) 하드웨어일 수 있으나, 상기 제어수단들 중 하나 또는 둘 모두는 상기 역할을 위한 전용 마이크로프로세서와 같은 프로세싱수단 또는 상기 장치에서 1이상의 다른 역할을 수행하는 상기 장치의 프로세싱수단에 의하여 실행되는 소프트웨어내에 프로그래밍될 수도 있다.
노광시스템의 이동가능한 부분은, 그 이동가능한 부분을 이동시킬 제1기판의 일부분상에 투영되는 패터닝된 빔이 제1기판의 또 다른 부분으로 이동할 수 있도록, 예를 들어 투영시스템이나 그것의 부분, 제1기판을 잡아주는 기판테이블 또는 여타 적절한 부분일 수 있다. 이와 유사하게, 측정시스템내의 이동가능한 부분은, 그 이동가능한 부분을 이동시킬 때 측정빔이 투영되는 제2기판의 타겟부가 그 기판에 대하여 변위될 수 있도록 제2기판테이블 또는 광학측정장치(의 부분) 또는 다른 어떠한 요소라도 포함할 수 있다.
광학측정장치는, 제2기판의 (평탄도(flatness)와 같은) 표면특성을 측정할 수 있는 것이 유리하며, 이러한 목적을 위해 작동시 측정빔이 제2기판의 타겟부상에 투영된다.
보정신호는 노광시스템의 이동가능한 부분의 위치 오차(광학측정시스템의 이동가능한 부분의 이동에 의한 오차)를 적어도 부분적으로 보정하기 위하여 결정될 수 있으나, 또한 측정시스템의 이동가능한 부분의 위치 오차(노광시스템의 이동가능한 부분의 이동에 의한 오차)가 상기 보정신호에 의하여 적어도 부분적으로 보정될 수도 있다. 물론, 상기 두가지의 보정 모두가 동시에, 연속적으로 또는 번갈아 적용될 수도 있다.
노광시스템 및/또는 측정시스템의 이동가능한 부분은 각자의 단일 부분을 포함할 수 있으나, 이동가능한 부분들 중 하나 또는 둘 모두는, 각각 동일하거나 상이한(반대방향 등) 방향으로 각각 이동하는 2이상의 이동가능한 하위부분들을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
또한, 상기 오차는, 상기 장치가 작동중에 있는 공기나 여타 대기 또는 가스의 변위에 의하여 야기되기도 하고, 그에 대신하여 또는 추가적으로 기계적 진동 등에 의한 교란을 전달하는 여느 다른 원인으로 인한 것일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
공급수단은, 예를 들어 보정신호를 보정력으로 전환시키는 신호 대 힘 전환기를 포함하나, 상기 보정신호를 상기 장치내의 여느 다른 적절한 신호와 조합하는 아날로그 또는 디지털 가산, 감산 등과 같은 여느 다른 적절한 수단을 포함할 수도 있다.
보정결정수단은 이동가능한 부분들 중 하나 또는 둘 모두의 (기계적 상태, 위치, 이동 등 또는 그것의 여하한 조합과 같은) 상태로부터 보정신호를 결정하도록 되어 있는 것이 유리하다.
상기 보정결정수단은, 노광시스템과 측정시스템 중 다른 하나의 이동가능한 부분의 정보, 바람직하게는 가속 및 측정시스템의 이동가능한 부분과 노광시스템의 이동가능한 부분간의 거리로부터 보정신호를 계산하도록 되어 있는 것이 유리하다. 발명자는, 측정시스템과 노광시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 이동에 의하여 야기되는 측정시스템과 노광시스템의 다른 하나의 이동가능한 부분에 있어서의 영향은 상기 부분들간의 거리가 증가할 경우 감소하며, 교란 및 그에 따른 오차는 상기 이동가능한 부분들의 가속도과 관련되어 있다고 생각하였다. 이 유리한 실시예에 의하면, 교란의 양호한 평가 및 그에 따른 적절한 값의 보정신호가 결정될 수 있다.
상기 정보는 가속도를 포함하는 것이 유리하며, 상기 가속도는 (노광시스템과 측정시스템 중 다른 하나에 포함되는) 제1 또는 제2제어수단에 포함되는 가속도검출기에 의하여 제공되고, 상기 거리는 노광시스템과 측정시스템의 이동가능한 부분들의 각자의 위치들로부터 계산되고, 상기 각자의 위치들은 노광시스템 및 측정시스템에 포함되는 각자의 위치검출기에 의하여 제공된다. 따라서, 상기 시스템내에 이미 존재하는 검출기들로부터의 가속도정보 및 위치정보가 상기 보정신호를 계산하는데 적용될 수 있으므로 상기 장치에는 추가적인 하드웨어가 거의 또는 전혀 필요없다.
노광시스템 및 측정시스템의 이동가능한 부분들이 이동가능한 평면내에 x축선 및 y축선이 한정되는 것이 유리하며, 상기 보정결정수단은, 정보의 x축 성분으부터 x축선을 따라 노광시스템 및 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하는 x-보정신호를 결정하고, 상기 정보의 y축 성분으로부터 y축선을 따라 노광시스템 및 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하는 y-보정신호를 결정한다. 이동가능한 부분들 중 다른 하나의 특정 방향으로의 이동은 동일 방향으로의 공기의 변위에 의하여 야기된 오차를 가져오며, 따라서 보정될 수 있다.
상기 제어수단들은 다음의 공식을 사용하여 보정신호를 계산하도록 되어 있다.
Figure 112004028958561-pat00001
여기서, Fx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 가속도, Dxy는 노광시스템과 측정시스템의 이동가능한 부분들 사이의 거리이다. 상기 상수 C는 x 및 y방향으로의 보정에 대해 동일할 수 있으나, 상기 상수 C에 대해 상이한 값들이 적용될 수도 있다.
보정결정수단은 정보의 y축 성분으로부터 x축선을 따라 노광시스템 및 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하기 위한 x 대 y보정신호를 결정하고, 상기 정보의 x축 성분으로부터 y축선을 따라 노광시스템 및 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하기 위한 y 대 x보정신호를 결정하도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 보다 정확한 보정이 달성될 수 있으며, 이동가능한 부분들 중 하나의 x 또는 y방향으로의 이동에 따라 상기 이동가능한 부분들 중 다른 하나의 다른 방향(즉 y 또는 x방향)으로의 보정이 이루어질 수도 있다.
상기 제어수단들은 다음의 공식을 사용하여 x 대 y 또는 y 대 x보정신호를 계산하도록 되어 있다.
Figure 112004028958561-pat00002
여기서, Fx to y, y to x는 각각 x 대 y 및 y 대 x보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y의 각 방향으로의 가속도, Dx는 x방향으로의 노광시스템 및 측정시스템 중 이동가능한 부분들간의 거리, Dy는 y방향으로의 노광시스템 및 측정시스템의 이동가능한 부분들간의 거리이다. 또한, 이러한 상황에서, 상기 상수 C는 x 대 y 및 y 대 x 보 정에 대하여 상이한 값들을 가지나, 상기 두 보정에 대해 동일한 값을 가질 수도 있으며, 상기 상수 C의 값은 Fx,y 보정신호를 계산하기 위한 상수 C의 값(들)과 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 장치는 상기 보정신호 또는 각각의 보정신호를 지연시키는 딜레이(delay)를 포함하여 제어수단에 적용되는 디지털 프로세싱으로 인한 지연들이 고려될 수 있도록 한다.
공급수단은, 폐쇄루프의 피드백 제어루프의 레귤레이터의 출력에서 상기 보정신호 또는 각각의 보정신호를 힘 신호와 같은 제어신호에 부가하도록 되어 있는 것이 유리하다. 상기 제어의 출력은 이동가능한 부분을 변위시키기 위한 위치설정장치의 제어입력에 연결되기 때문에, 교란이 크게 작용하고 있는 장소와 가장 유사한 제어루프내의 장소에서 상기 보정신호가 부가되어 양호한 오차보정을 가져온다.
본 발명에 따른 방법은 제1 및 제2기판 각자에 대하여 패터닝된 빔 및 측정 빔 중 하나의 위치 오차(상기 제1 및 제2기판 중 다른 하나에 대하여 패터닝된 빔 및 측정빔 중 다른 하나를 이동시키는 장치의 이동에 의한 오차)를 적어도 부분적으로 보정하는 보정신호를 결정하는 단계; 및 상기 보정신호를 이용하여 각각의 제1 및 제2기판에 대한 패터닝된 빔 및 측정빔 중 하나의 위치를 보정하는 단계를 특징으로 한다.
당업자라면, 본 발명에 따른 장치를 기준으로 하여 상술된 바와 같은 유리한 실시예들은 본 발명에 따른 방법에 적용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 보상은 측정시스템 및 노광시스템 중 다른 하나의 이동가능한 부분의 이동으로 인한 오차를 보상하는데 적용될뿐만 아니라 상기 장치의 여느 다른 이동가능한 부분에 의하여 야기되는 교란을 보상하는데도 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되는 것으로 간주되어야 한다는 점을 이해할 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외(UV)선과 EUV(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
도 1에 나타낸 바와 같은 리소그래피 투영장치는 노광시스템(2) 및 측정시스템(3)을 포함한다. 노광시스템(2)은 프리즘(또는 여타 편향수단)(4a) 및 라디온(radion:5)의 투영빔을 생성시키기 위한 광 소스와 같은 방사선시스템(4), 레티클과 같은 패터닝수단(6a)용 지지구조체, 제1기판(8)을 잡아주는 기판테이블(7), 및 제2기판(13)의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영시스템(9)을 포함한다. 광학측정장치는, 예를 들어 방사선 시스템(11a), 투영시스템(11b) 및 제2기판(13) 타겟부상의 측정빔(12)의 투영으로 인한 반사, 기하학적 변화, 흡수, 회절 또는 여타 물리적인 현상에 의한 제2기판(13) 타겟부의 표면특성을 측정하기 위한 추가 요소들(도시 안됨)을 포함한다. 측정시스템(2)은 제2기판(13)을 잡아주는 제2기판테이블(14) 및 측정빔이 기판(13) 위로 이동가능하도록 측정시스템(2)의 적어도 일부분을 이동시키기 위한 제2제어수단(15)을 더 포함한다. 노광시스템(2)은 제1기판의 타겟부를 노광시켜, 제1기판(8)상으로 패터닝수단(6c)에 의하여 제공되는 패턴을 투영시킨다. 본 실시예에서, 기판테이블(7)은 제1제어수단(10)의 제어하에 이동되어 패터닝된 빔을 제1기판(8)에 대하여 이동시킴으로써 제1기판을 스캐닝시키고 제1기판의 원하는 부분 각각을 노광시키기 위한 가능성을 제공한다. 노광시스템(2)의 이동가능한 부분의 이동과 동시에, 측정시스템(3)은 제2기판(13)의 평탄도와 같은 표면특성을 측정한다. 제2기판의 관련 부분의 표면특성이 측정됨에 따라, 상술된 바와 같이 제2기판(13)과 보정빔(12)을 서로에 대해 이동시킴으로써 제2기판(13)에 대한 측정빔(12)의 스캐닝 이동이 완료된다.
리소그래피 투영장치(1)에 의하면, 제1기판(8)을 노광시키고 제2기판(13)(예를 들어 반도체 웨이퍼인 기판들)을 측정하는 것은 동시에 수행될 수 있다. 각각의 이동가능한 부분들, 본 예시에서는 기판테이블(7) 및 기판테이블(14)이 각자의 제어수단(10)에 의하여 제어되어 각자의 기판 테이블(7,14)의 위치를 제어한다. 제어 수단(10,15) 각각은, 위치센서, 가속도센서 등과 같은 각자의 위치검출수단(7a,14a)을 갖는 폐쇄 루프의 제어회로를 형성한다. 제1 및 제2제어수단의 구조에 대해서는 보다 상세히 후술하기로 한다. 상기 시스템은 보정신호를 결정하는 보정결정수단(16)을 더 포함한다. 상기 보정신호는 공급수단(17)을 거쳐 제1제어수단(10)내로 공급된다. 보정결정수단(16)에는 제1 및 제2기판테이블의 위치와 관련된 위치정보가 공급되고, 상기 위치정보는 제1 및 제2기판테이블(7,14)의 각자의 위치센서(7a,14a)에 의하여 공급된다. 계산결정수단은 상기 센서들(7a,14a)에 의하여 제공되는 정보로부터 보정신호를 계산한다. 상기 보정신호는 측정시스템(3)의 이동가능한 부분(본 예시에서는 이동가능한 기판테이블(14))의 이동에 의하여 야기되는 노광시스템에서의 교란 및 그에 따른 위치 오차에 대한 보정을 제공한다. 이동가능한 부분들의 이동으로 인하여, 각자의 이동가능한 부분들을 둘러싼 공기내에 압력파(pressure wave)들이 생성되고, 상기 압력파들은 다른 시스템(본 예시에서는 노광시스템(2))에서 교란을 야기시키는 경향이 있다. 상기 공기의 변위에 의하여 야기되는 오차는 일견 절대적인 측면에서는 작고 나노미터에서 마이크로미터 정도의 크기일 수 있으나, 일반적으로 투영장치(1)의 정확도의 요건들이 높기 때문에 영향을 받는 상기 시스템에 현격한 오차를 야기시킬 수 있다. 본 실시예에서의 보정결정수단(16)은 측정시스템의 이동가능한 부분(즉, 제2테이블(14))의 가속도 및 각자의 이동가능한 부분들, 즉 본 예시에서는 제1 및 제2기판테이블(7,14)간의 거리로부터 보정신호를 계산한다. 따라서, 본 예시에서, 센서 14a는 기판테이블(14)의 가속도를 측정하는 가속도센서 및 제2기판테이블(14) 의 위치를 검출하는 위치센서를 포함한다. 본 예시의 센서(7a)는 적어도 제1기판테이블(7)의 위치를 검출하는 위치센서를 포함한다. 결과적으로, 두 기판테이블(7, 14)의 위치 및 제2기판테이블(14)의 가속도가 보정결정수단으로 제공된다. 보정결정수단(16)에 의하여 제1 및 제2기판테이블(7,14)의 위치로부터 상기 기판테이블들간의 거리가 계산되며, 상기 거리는 보정신호를 계산하는데 적용된다. 본 예시에서, 상기 보정신호는 다음의 공식을 사용하여 계산된다.
Figure 112004028958561-pat00003
여기서, F는 보정신호, C는 상수, Acc는 가속도, D는 노광시스템과 측정시스템의 이동가능한 부분들 사이의 거리이다. 본 예시에서는, 노광시스템의 이동가능한 부분의 위치가 보정되므로 Acc는 다른 이동가능한 부분, 즉 측정시스템의 이동가능한 부분의 가속도이다.
도 2a 및 도 2b는 측정시스템의 이동가능한 부분(100) 및 노광시스템의 이동가능한 부분(101)의 매우 개략적인 평면도이다. 도 2a 및 도 2b는 또한 x축선 및 y축선을 포함하는 좌표계를 도시하고 있다. 상기 x축선 및 y축선은 이동가능한 부분들(100, 101)이 이동가능한 평면내에 한정된다. 이동가능한 부분 100이 화살표 100a로 나타낸 것처럼 이동할 경우, 공기의 변위는 점선으로 표시된 화살표(101a)로 나타낸 방향으로 작용하는 제2이동가능한 부분(101)상에 교란을 야기한다. 본 발명에 따르면, 보정신호는 교란(101a)의 영향에 대해 적어도 부분적으로 반작용(counteract)하는 보정결정수단에 의하여 계산된다. 이 계산을 위하여, 상술 된 실시예에서는 다음의 공식이 사용된다.
Figure 112004028958561-pat00004
여기서, Fx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 가속도, Dxy는 노광시스템과 측정시스템의 이동가능한 부분들 사이의 거리이다.
도 2b에서, 100a로 개략적으로 나타낸 이동가능한 부분 100의 변위는 이동가능한 부분 101에 영향을 미치는 주변공기내에 압력파를 야기하며 화살표 101a 및 101b로 나타낸 교란을 야기한다. 화살표 101a로 나타낸 교란은 y축선의 방향인 한편, 화살표 101b로 나타낸 교란은 x축선의 방향이다. 따라서, y축선 방향의 변위 100a는 y축선의 방향뿐만 아니라 x축선의 방향으로의 이동가능한 부분 101의 교란을 야기한다. 본 예시에서, 이것은 이동가능한 부분들인 100과 101 사이의 x축선의 방향으로의 오프셋에 기인하나, 주변의 기하학적 구조 등과 같은 여타 이유로 인한 것일 수도 있다. 상기 보정결정수단은 y방향으로의 교란 101a을 적어도 부분적으로 보상하는 성분 및 x방향으로의 교란(101b)을 적어도 부분적으로 보상하는 성분을 포함하는 보정신호를 계산하도록 되어 있다. 본 실시예에서, 보정신호의 각자의 구성요소들은 다음의 공식을 사용하여 계산된다.
Figure 112004028958561-pat00005
여기서, Fx to y, y to x는 각각 x 대 y 및 y 대 x보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y의 각 방향으로의 가속도, Dx는 노광시스템 및 측정시스템 중 이동가능한 부분들간의 x방향으로의 거리, Dx는 노광시스템 및 측정시스템의 이동가능한 부분들간의 y방향으로의 거리이다. 따라서, Fx to y는 다른 이동가능한 부분의 x방향으로의 이동으로 인한 y방향에서의 보정을 나타내며 그 역도 마찬가지이다. 도 2b에는 거리 Dx 및 Dy가 표시되어 있다. 따라서, 도 2a에 나타낸 바와 같은 x방향으로의 거리 Dx가 0일 경우, x 대 y 및 y 대 x 보상의 계산은 0값을 갖는 보정값을 가져오는 한편, 거리 Dx가 커질 수록 x 대 y- 및/또는 y 대 x-보상 신호가 커질 것이다.
도 3은 도 1에 나타낸 바와 같은 제1제어수단(10)을 포함하는 폐쇄루프의 제어루프의 보다 상세한 개략도이다. 제1제어수단은 2개의 입력을 갖는 레귤레이터(200)를 포함한다. 레귤레이터(200)의 제1입력은 셋포인트를 제공하는 셋포인트 신호(S), 즉 이동가능한 부분의 원하는 위치를 나타내는 신호에 연결된다. 레귤레이터(200)의 다른 입력은 이동가능한 부분(202)의 위치 또는 가속도를 검출하는 위치센서 또는 가속도센서와 같은 센서(201)에 연결된다. 이동가능한 부분(그 중 일부분이 개략적으로만 도시됨)은 액추에이터와 같은 위치설정수단(203)에 의하여 위치설정된다. 위치설정수단(203)은 레귤레이터(200)의 출력신호에 의하여 구동된다. 레귤레이터(200)는 예를 들어 아날로그 전자 레귤레이터일 수 있으나, 상기 레귤레이터(200)는 마이크로프로세서 또는 마이크로컴퓨터를 실행시키는 적절한 소프트웨어의 명령어(instruction)에 의하여 구현될 수도 있다. 레귤레이터(200)는 적분, 비례 조절(proportinal regulation), 미분 또는 여타 적절한 연산을 포함할 수 있다. 위치설정수단(203) 및 센서(201)를 가로지르는 점선은 "전자" 또는 "제어" 부분과 "물리적" 부분간의 분리를 나타낸다. 투영장치의 또 다른 이동가능한 부분의 변위로 인한 교란, 공기 압력의 변동(fluctuation) 또는 상기 변위에 의하여 야기되는 압력파들은 이동가능한 부분(202)의 교란을 초래한다. 이동가능한 부분(202)의 교란을 (적어도 부분적으로) 보상하기 위해서는, 레귤레이터(200)의 출력신호에 보상신호(204)가 부가되어 제어루프내로 보정신호를 공급한다. 하지만, 제어수단내로 보정신호를 공급하는 공급수단이 예를 들어 하드웨어나 소프트웨어 중 어느 하나로 구현되는 감산의 디지털 부가를 포함하기 보다는, 상기 제어수단들은 전용 하드웨어를 포함하거나 소프트웨어로 프로그래밍된 디지털 레귤레이터를 포함하여 이루어진다. 그러나 상기 공급수단은, 전압 또는 전류를 가산하는 아날로그 가산, 여타 적절한 수단 또는 제어수단내로 보정신호를 공급하는 여느 다른 방식과 같은, 각자의 제어수단내로 보정신호를 공급하는 여느 다른 적절한 수단을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 및/또는 제2제어수단들이 디지털 제어수단들을 포함하는 경우에, 본 실시예에 따른 공급수단들은 보정신호를 지연시키는 딜레이를 포함한다. 예를 들어 보정신호에 의한 조기 보상으로 인한 악영향이 크게 경감되도록 본 예시에서의 지연은 디지털 제어수단들의 지연와 매칭된다; 따라서, 공급수단은 폐쇄루프 제어에서의 레귤레이터의 출력에서의 제어신호에 보정신호를 부가한다.
도 4는 본 발명에 따른 디바이스 제조방법을 나타낸다. 단계 300에서는, 제1 기판이 제공된다. 제1기판은 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌다. 그 다음, 단계 301에서는, 방사선 시스템을 사용하여 투영빔이 제공된다. 단계 302에서는, 패터닝수단이 사용되어 투영빔의 단면에 패턴을 부여한다. 단계 303에서는, 상기 패터닝된 빔이 상기 제1기판상의 상기 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영된다. 단계 304에서는, 상기 패터닝된 빔이 상기 제1기판에 대하여 이동된다. 단계 305에서는, 기판에 제공되는 한편, 단계 306에서는 제2기판의 타겟부상에 측정빔이 투영되고 상기 제2기판의 타겟부상의 표면특성이 측정된다. 그 다음, 단계 307에서는, 상기 제2기판의 표면의 관련부에 걸쳐 측정빔이 이동된다. 각자의 기판들에 대하여 각자의 빔들을 이동시킴으로써, 상기 각자의 빔들은 각자의 기판의 관련부에 대하여 이동, 예를 들면 스캔될 수 있다. 따라서, 상기 패터닝된 빔이 상기 제1기판의 관련부를 스캐닝하는 한편, 측정빔은 상기 제2기판의 관련부를 스캐닝한다. 단계 308에서는, 상기 제1기판상의 상기 패터닝된 빔의 위치 오차(상기 제2기판에 대하여 상기 측정빔을 이동시키는 장치의 이동에 의한 오차)를 적어도 부분적으로 보정하기 위한 보정신호가 결정된다. 물론, 단계 308은 상기 제2기판상의 상기 측정빔의 위치 오차(상기 제1기판에 대하여 상기 패터닝된 빔을 이동시키는 장치의 이동에 의한 오차)를 적어도 부분적으로 보정하기 위한 보정신호를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 단계 309에서는, 상기 제1기판에 대한 상기 패터닝된 빔의 위치가 보정신호에 의하여 보정된다. 단계 308에서 상기 제2기판에 대한 상기 측정빔의 위치는 상기 보정신호에 의하여 보정될 수도 있다는 것은 명백하다. 또한, 당업자라면 상기 단계들 중 1이상의 단계나 일부의 단계들 또는 모두단계는 동 시에, 어떠한 적절한 순서로 연속하여 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면 리소그래피 시스템의 이동가능한 부분의 이동으로 인한 공기의 변위에 의하여 야기되는 오차(리소그래피 장치의 또 다른 이동가능한 부분의 이동으로 인한 공기내의 압력파 또는 공기의 변위에 의하여 야기되는 오차)를 보상하기 위한 보상법이 제공된다. 상기 보상은, 교란을 야기하는 이동가능한 부분의 가속도 및 각자의 이동가능한 부분들 사이의 거리(보다 바람직하게는 거리의 제곱의 역)를 토대로 하여 계산된다.
본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 상술된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 상기 설명은 본 발명을 제한하려 의도된 것이 아니다.
본 발명에 따르면 리소그래피 장치의 정확도 및 디바이스 제조방법의 정확도를 높일 수 있다.

Claims (11)

  1. 리소그래피 투영장치에 있어서,
    노광시스템 및 측정시스템을 포함하고,
    상기 노광시스템은:
    - 방사선 투영빔을 제공하는 방사선 시스템;
    - 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 제1기판을 잡아주는 기판테이블;
    - 상기 제1기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하고, 상기 제1기판의 타겟위치로의 투영을 제어하는 투영제어수단을 포함하는 투영시스템; 및
    - 상기 노광시스템의 이동가능한 부분을 이동시켜 상기 패터닝된 빔을 상기 제1기판에 대하여 이동가능하게 하는 제1제어수단을 포함하고,
    상기 측정시스템은:
    - 제2기판의 타겟부의 표면에 측정빔을 투영하여 그 표면특성을 측정하기 위한 광학측정장치;
    - 상기 제2기판을 잡아주는 제2기판테이블; 및
    - 상기 측정시스템의 이동가능한 부분을 이동시켜 상기 측정빔이 상기 제2기판에 대하여 이동가능하게 하는 제2제어수단을 포함하며,
    상기 장치는,
    - 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 전체 또는 부분적으로 보정하기 위한 보정신호를 결정하는 보정결정수단을 포함하되, 상기 오차는 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 다른 하나의 이동가능한 부분의 이동에 의한 것이고, 및
    - 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 하나의 위치를 전체 또는 부분적으로 보정하기 위하여 상기 제1 및 제2제어수단내로 상기 보정신호를 공급하는 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정결정수단은 상기 이동가능한 부분들 중 하나 또는 둘 모두의 상태로부터 상기 보정신호를 결정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보정결정수단은 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 다른 하나의 이동가능한 부분의 정보, 바람직하게는 가속도 및 상기 측정시스템의 이동가능한 부분과 상기 노광시스템의 이동가능한 부분간의 거리로부터 상기 보정신호를 계산하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정보는 상기 제1 또는 제2제어수단에 포함되는 가속도검출기에 의하여 제공되는 가속도을 포함하고,
    상기 거리는, 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템의 이동가능한 부분들의 각자의 위치들로부터 계산되고,
    상기 각자의 위치들은 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템에 포함되는 각자의 위치검출기에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  5. 제3항에 있어서,
    x축선 및 y축선은 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템의 이동가능한 부분들이 이동가능한 평면내에 한정되고, 상기 보정결정수단은, 상기 정보의 x축 성분으로부터 x축선을 따라 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하는 x-보정신호를 결정하고, 상기 정보의 y축 성분으로부터 y축선을 따라 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하는 y-보정신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어수단은 다음의 공식을 사용하여 상기 보정신호를 계산하도록 되어 있고,
    Figure 112004028958561-pat00006
    여기서, Fx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 가속도, Dxy는 상기 노광시스템과 상기 측정시스템의 이동가능한 부분들 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보정결정수단은, 상기 정보의 y축 성분으로부터 상기 x축선을 따라 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하기 위한 x 대 y보정신호를 결정하고 상기 정보의 x축 성분으로부터 상기 y축선을 따라 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템 중 상기 하나의 이동가능한 부분의 위치 오차를 보정하기 위한 y 대 x보정신호를 결정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어수단은 다음의 공식을 사용하여 x 대 y- 또는 y 대 x-보정신호를 계산하도록 되어 있고,
    Figure 112004028958561-pat00007
    여기서, Fx to y, y to x는 각각 x 대 y 및 y 대 x 보정신호, C는 상수, Accx,y는 x 및 y 각자의 방향으로의 가속도, Dx는 x방향으로의 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템의 이동가능한 부분들간의 거리, Dy는 y방향으로의 상기 노광시스템 및 상기 측정시스템의 이동가능한 부분들간의 거리인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급수단은 상기 보정신호 또는 각각의 보정신호를 지연시키는 딜레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급수단은 폐쇄루프의 피드백 제어루프내의 레귤레이터의 출력에서의 제어신호에 상기 보정신호 또는 각각의 보정신호를 부가하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  11. 디바이스 제조방법에 있어서,
    - 전체 또는 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 제1기판을 제공하는 단계;
    - 방사선 시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    - 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
    - 상기 방사선의 패터닝된 빔을 상기 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계;
    - 상기 패터닝된 빔을 상기 제1기판에 대하여 이동시키는 단계;
    - 제2기판을 제공하는 단계;
    - 상기 제2기판의 타겟부상에 측정빔을 투영하고 그 표면특성을 측정하는 단계;
    - 상기 측정빔을 상기 제2기판에 대하여 이동시키는 단계를 포함하고,
    - 상기 제1 및 제2기판 각자에 대한 상기 패터닝된 빔 및 상기 측정빔 중 하나의 위치 오차를 전체 또는 부분적으로 보정하기 위한 보정신호를 결정하는 단계를 포함하되, 상기 오차는 상기 제1 및 제2기판에 대하여 상기 패터닝된 빔 및 상기 측정빔 중 다른 하나를 이동시키는 장치의 이동에 의한 것이고; 및
    상기 보정신호를 이용하여 각자의 상기 제1 및 제2기판에 대한 상기 패터닝된 빔 및 상기 측정빔 중 상기 하나의 위치를 보정하는 단계를 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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