KR100609113B1 - 리소그래피장치, 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

EUV에 대한 투영시스템에서, 거울의 위치는 기준프레임 보다는 서로에 대하여 측정 및 제어될 수 있다. 상대적인 위치측정은 거울의 견고한 연장부상에 장착된 간섭계들 또는 용량성 센서들에 의하여 행해질 수 있다.

Description

리소그래피장치, 디바이스 제조방법 {Lithographic Apparatus, Device Manufacturing Method}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 도면;

도 2는 투영시스템내의 반사기의 방위의 변화의 기판레벨에서의 이미지위치에 대한 영향을 예시하는 도면;

도 3은 도 1의 장치의 투영시스템의 레이아웃을 더 상세히 나타내는 도면;

도 4는 도 3의 투영시스템내의 광학요소에 대한 포지셔닝시스템의 기본구성을 나타내는 도면;

도 5는 도 4의 포지셔닝시스템의 변형례를 나타내는 도면;

도 6은 수평 및 수직 변위를 측정하기 위하여 수직 빔의 근처에 있는 2개의 간섭계의 배치를 나타내는 도면;

도 7은 6개의 자유도에서 거울의 변위를 측정하기 위한 3쌍의 간섭계의 배치를 나타내는 도면;

도 8은 본 발명의 제2실시예의 투영시스템의 도면;

도 9는 도 8의 투영시스템내의 견고한 연장부의 끝단부상의 용량성 센서의 배치를 나타내는 확대도이다.

도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부분을 나타낸다.

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

- 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것으로서,

상기 방사선시스템 및/또는 조명시스템은 적어도 제1 및 제2광학요소 및 사전설정된 위치에 상기 제1 및 제2광학요소를 유지하기 위한 포지셔닝 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

"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 사용될 수 있다. 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 지지구조체는 마스크테이블이 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 필요한 위치에 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. 프로그래밍 가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배열을 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 국부화된 적절한 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축선에 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 프로그래밍가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 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 참조자료로 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, 리소그래피투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예 를 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 리소그래피투영장치에서는 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 대체장치에서는 소정의 기준방향("스캐닝방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝방향과 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 참조자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 얻을 수 있다.

리소그래피투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화단계(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 피쳐(imaged feature)의 측정/검사 와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC와 같은 디바이스의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 마무리하기 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 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 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 성분를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 성분들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사 용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참조자료로 채택되는 듀얼 스테이지 리소그래피장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.

보다 작은 피처를 묘화시키기 위하여, 예를 들어, 5 내지 20nm의 범위내의 파장을 갖는 극자외선(EUV)방사선을 채택하는 리소그래피 투영장치가 개발되고 있다. 굴절광학요소를 EUV파장에서 기능하게 하기가 어렵기 때문에, 이러한 장치는 일반적으로 조명 및 투영시스템으로서 반사 광학시스템을 채택한다. 투영시스템내에 반사 광학기기를 이용하는데 대한 문제점은 투영된 이미지의 위치 및 형상이 투영시스템내의 반사기의 위치 및 방위내의 에러에 대하여 매우 민감하다는 것이다. 특히, 거울의 방위(orientation)의 에러는 거울과 기판사이의 빔경로의 길이가 곱해진 각도에러 정도의 기판레벨에서의 이미지위치 에러를 일으킨다. 빔경로의 길이가 수 미터 정도일 수 있으므로, nrad 정도의 각도에러가 nm정도의 위치에러 또는 일그러짐(distortion)을 일으킬 수 있다. 따라서, 고도의 정확성으로 투영시스템내의 반사기의 위치 및 방위를 유지하는 것이 필요하다.

프레임에 의하여 만족되어야 하는 견고성(rigidity), 기계적 안정성 및 열적 안정성 요건이 비현실적이므로 프레임에 반사기를 견고하게 장착하더라도 필요한 정확성이 제공되지 않는다. 따라서, 기준 프레임에 대한 그들의 위치들이 연속적으로 모니터링되고 보정될 수 있도록 반사기들이 능동적으로 장착되는 것이 제안되어 왔다. 이러한 접근법은 실현가능하지만, 여전히 기준프레임에 매우 엄격한 견고성 및 안정성 요건들을 부과한다.

본 발명의 목적은, 광학요소들이 고도의 정확성으로 그들의 정확한 위치에 유지될 수 있는 투영시스템을 제공하는 것이다.

상기 및 기타 목적은 서두에 명기된 바와 같은 본 발명에 따른 리소그래피장치에 따라 달성되며,

상기 제2광학요소에 대한 상기 포지셔닝시스템은 적어도 상기 제1광학요소의 상대적인 위치를 직접 측정하기 위한 1이상의 위치센서를 포함하고, 이에 의해 상기 포지셔닝시스템이 상기 제1 및 제2광학요소를 사전설정된 상대적인 위치에 유지하는 것을 특징으로 한다.

광학요소들을 사전설정된 상대적인 위치 및/또는 방위에 유지하기 위하여 투영시스템내의 광학요소들의 상대적인 위치를 직접 측정하고 활성화된(actuated) 또는 소위 능동(active) 장착시스템을 이용하면, 크고, 견고하고 매우 안정적인 기준프레임에 대한 필요성이 제거된다. 투영시스템의 위치 및 방위를 전체로서 유지하는 기준을 형성하기 위하여 작은 기준프레임이 여전히 제공될 수 있지만, 패터닝수단 및 기판테이블의 위치가 투영시스템에 대하여 직접 측정되고 제어되는 경우에는 이것이 생략될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소의 상대적인 위치(들) 및/또는 방위(들)을 측정하기 위한 1이상의 간섭계변위측정장치를 포함한다. 간섭계변위측정장치는 투영빔내의 광학요소들의 공간(spacing) 에 2개의 물체의 상대적인 위치의 충분히 정확한 측정을 용이하게 제공할 수 있고, 간섭계 빔들은 투영빔과 간섭하지 않으면서 필요한대로 배치될 수 있다. 편의상, 간섭계 빔들에 대한 빔지향요소(beam directing element)를 수용하기 위하여 광학요소들에 대한 견고한 연장부(extension)들이 제공될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 제1 및 제2광학요소 중 하나는 상기 제1 및 제2광학요소 중 나머지 하나 또는 그 연장부에 근접하게 뻗어있는 견고한 연장부를 가지고, 상기 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소의 상대적인 위치를 측정하기 위하여 상기 견고한 연장부(들) 및/또는 상기 광학요소(들)에 장착된 용량성 센서들을 포함한다. 용량성 센서들은 비교적 간단하고, 컴팩트하며 신뢰할만하고, 특히 투영시스템내의 광학요소들의 요구되는 작은 변위들을 측정하기에 적절하다.

물론, 간섭계변위측정장치, 선형 또는 다차원 인코더(multi-dimensional encoder) 및/또는 용량성 또는 여타의 종류의 센서들의 조합이 편의에 따라 본 발명의 특정 실시예에 사용될 수 있다.

본 발명이 많은 종류의 투영시스템에 사용될 수 있으나, 나노미터 이하 정도의 에러가 허용되는, 포지셔닝 요건들이 특히 엄격한 다중층 거울과 같은 반사기를 채택하는 투영시스템에 적용될 때 특히 유리하다.

투영시스템은 예를 들어, 투영시스템상의 예상되는 일그러짐에 적당한 대역폭을 갖는 위치 피드백 루프와 같은 다양한 상이한 제어시스템을 채택할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

- 투영시스템을 이용하여 기판의 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,

- 상기 방사선시스템 및 상기 투영시스템 중의 적어도 하나는 적어도 제1 및 제2광학요소 및 사전설정된 위치에 상기 제1 및 제2광학요소를 유지하는 포지셔닝시스템을 포함하고,

상기 제1 및 제2광학요소의 상대적인 위치를 직접 측정하는 단계; 및

그 상대적인 위치의 상기 직접 측정에 응답하여 상기 제1 및 제2광학요소의 위치를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

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 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔 뿐만 아니라, (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선 및 EUV(예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선)을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

이제, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예가 서술된다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, EUV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사선소스(LA)도 포함한다);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 제공되고, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 포지셔닝하는 제1포지셔닝수단(PM)에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 포지셔닝하는 제2포지셔닝수단(PW)에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (반사마스크를 구비한)반사형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (투과마스크를 구비한)투과형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

상기 소스(LA)(레이저-생성 또는 방전 플라즈마소스)가 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔익스팬더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사선소스(LA)는 리소그패피투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사선소스(LA)가 흔히 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사선소스(LA)가 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포괄하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 거친다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2포지셔닝수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하 게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1포지셔닝수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 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 행정모듈(long stroke module)(개략적인 포지셔닝) 및 짧은 행정모듈(미세 포지셔닝)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정액츄에어터에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

투영시스템(PL)은 예를 들어, 13.5 또는 11.4nm일 수 있는 투영빔의 파장에서 최적의 반사율을 제공하는 분배브래그 반사기(distributed Bragg reflector)를 형성하는 다중층코팅을 가진 6개의 거울로 만들어진 거울그룹으로 이루어진다. 적절한 시스템의 보다 상세한 설명은 유럽특허출원 EP-1209508-A에서 찾을 수 있는 한편, 본 명세서에서도 참고자료로 채택되고 있는 유럽특허출원 EP-1065532-A호 및 EP-1065568-A호에서도 찾을 수 있다. 반사기를 이용하는 투영시스템의 문제점은 이미지위치 및 일그러짐이 거울 포지셔닝에러 특히, 각도에러에 매우 예민하다는 것이다. 도 2에 그 이유가 설명된다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 실선으로 도시된 이상적인 위치와 점선으로 도시된 회전된 위치 사이에서, α의 거울회전은 2α의 반사된 빔의 각도에러 및 R*tan(2α)의 기판레벨의 포지셔닝에러를 유발하며, 여기서 R은 거울과 기판사이의 전체 경로길이이다. 따라서, 예를 들어, 수 분의 시간주기에 걸쳐 nm 및 nrad내의 고도의 정확성으로 그 정확한 위치 및 방위에 투영시스템의 반사기들을 유지시킬 필요성이 있다.

견고한 프레임에 반사기들을 정적으로(statically) 장착시키기 보다는, 반사기들은 예를 들어, 압전식 액추에이터, 로렌츠 액추에이터, 전자기, 공압 또는 여타의 모터들과 같은, 충분히 높은 정확성으로 그들을 포지셔닝시킬 수 있는 액추에이터를 이용하여 능동적으로(actively) 장착된다. 따라서, 상기 능동적인 장착을 제어하기 위하여 반사기들의 위치들에 대한 지식이 필요하다. 이를 제공하기 위한 측정장치의 시스템이 도 3에 도시된다.

도 3은 마스크테이블(MT), 투영시스템(PL) 및 기판테이블(WT)을 나타낸다. 방사선시스템(본 도면에는 도시되지 않음)에 의하여 공급된 투영빔(PB)은, 프린트되어야 할 소정의 패턴에 따라 이를 선택적으로 반사시키는 마스크테이블(MT)상에 유지된 마스크상으로 지향된다. 따라서, 패터닝된 투영빔(PB)이 투영시스템(PL)을 형성하는 반사기들(M1 내지 M6)에 의하여 기판테이블(WT)상에 유지된 기판상으로 프린트된다. 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)의 위치는 간섭계측정장치(IF1, IF2)에 의하여 개별적인 기준프레임(MF1, MF2)에 대하여 각각 측정된다. 이들 시스템은 공지된 형태를 가질 수 있으며 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)의 위치를 나노미터 정확성으로 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반사기(M1 내지 M6)의 위치가 또 다른 간섭계측정장치(IF3 내지 IF9)에 의하여 측정된다. 물론, IF3는 제1기준프레임(MF1)에 대한 반사기(M1)의 위치를 측정한다. IF4는 M1에 대한 반사기 M2의 위치를 측정하고, IF5는 M2에 대한 M3를 측정하고....IF8은 M5에 대한 반사기 M6의 위치를 측정한다. 마지막으로, 간섭계측정장치 IF9는 기준프레임 MF2에 대한 반사기 M6의 위치를 측정한다.

도 4는 반사기 M1 내지 M3에 대한 포지셔닝시스템을 개략적으로 나타내며, 여타의 반사기들의 포지셔닝시스템도 동일하다. 각각의 반사기는 액추에이터시스템(A1, A2, A3...)에 의하여 포지셔닝되고, 포스프레임(force frame)(FF)에 대하여 작용하고, 필요한 개수의 자유도로 개별적인 반사기의 위치를 제어한다. 통상 6개의 자유도에서의 제어가 제공되지만, 투영된 이미지가 주어진 반사기의 1이상의 자유도에서의 에러에 무감각한 경우에는 반사기가 그 자유도에서는 수동적으로 장착 될 수 있다. 개별적인 제어회로(C1, C2, C3,...)는 소정의 위치에 반사기들을 유지하도록 간섭계변위측정수단에 의하여 제공된 위치정보에 응답하여 액추에이터 시스템을 제어한다. 반사기(M1)는 마스크스테이지 기준프레임(MF1)에 대하여 포지셔닝되는 한편, 반사기(M2)는 M1에 대하여 포지셔닝되고, M3는 M2에 대하여 포지셔닝되는 등등이다. 따라서, 반사기들이 올바른 상대적인 위치에 모두 유지되고, 전체로서 상기 시스템이 기준프레임(MF1)에 대하여 올바른 위치에 유지된다.

도 4가 제1제어(C1)에 의하여 제어되는 거울(M1)을 나타내지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다. 실제로, 기준프레임에 대한 간섭계측정에 응답하는 제1컨트롤러는 가장 엄격한 포지셔닝요건을 갖는 거울 또는 공칭 위치로부터 최대의 익스커젼(excursion)이 예상되는 거울을 제어하는 것이 바람직하다. 제어개요에서 거울의 순서는 광학레이아웃에서의 거울의 순서와 동일할 필요가 없으며, 대신에 제어우선순위를 따를 수도 있다.

반사기의 상대적인 위치는 기계설정(machine set-up)시 및 그 후 주기적으로 캘리브레이트될 수 있고, 예를 들어, 다른 경우의 에러들을 보상하거나 예를 들어, 배율과 같은 이미징파라미터를 조정하기 위하여 장치의 사용시에 또한 변화될 수 있음을 이해되어야 할 것이다.

다양한 제어시스템은 외부적으로 결정된 세트포인트(setpoint)를 트래킹하는 적절한 대역폭의 간단한 피드백루프이거나 보다 복잡할 수 있으며 피드포워드요소를 포함하고 예를 들어, 속도나 가속도와 같은 측정된 위치 이외의 여타의 입력값들을 고려할 수 있다. 주어진 제어시스템은, 다른 거울에 부착된 액추에이터들로 부터의 반발력과 같은 내부 일그러짐(internal distortion)을 보상하는 피드포워드제어를 제공하도록 다른 간섭계들 또는 심지어는 다른 제어시스템들로부터의 입력값을 가질 수 있다.

액추에이터 시스템들이 다양한 반사기들 및 공통 포스프레임(FF) 사이에 작용하는 것으로 도시되었지만, 다중 포스프레임(multiple force frame)이 사용될 수 있으며, 이것은 거울의 위치 측정에 아무런 역할을 하지 않으므로, 포스프레임(들)은 기준프레임과 동일한 견고성 및 안정성 요건들을 가질 필요는 없다.

변형된 포지셔닝시스템이 도 5에 도시된다. 본 변형례에서는, 다양한 반사기들이 기준프레임 MF1에 대한 설정 위치를 유지하도록 제어된다. 반사기 M1에 대하여는 변화된 것이 없으나, 반사기 M2에 대해서는 제어시스템 C2이 측정시스템 IF3 및 IF4의 측정치의 합으로 형성되는 "가상" 측정시스템 IF11에 응답하는 한편, 제어시스템 C3는 측정시스템 IF3, IF4 및 IF5의 측정치들의 합으로 형성되는 가상 측정시스템 IF10에 응답하고, 기타 등등. 이러한 배열은 거울에러가 추가되지 않는 이점이 있다.

도 4에서, 광학요소 M3의 위치정확성은 요소들 M1 및 M2로부터 필터링된 잔여 위치에러(residual position error)를 또한 포함한다. 기준프레임 MF1이 이동하면, 센서 IF3가 이것(기준이 이동하는 것)를 측정할 것이다. 제어루프(C1)는 MF1의 운동을 트래킹할 것이다. 그 결과물은 제어루프 C1의 특성에 의하여 필터링되는 M1의 거의 등가의 운동일 것이다. MF1의 운동의 일부(특히, 높은 주파수를 갖는 운동)는 트래킹되지 않는다. C1위치루프는 잔여 위치에러를 가질 것이다. 이제, 센서 IF4가 그 기준(=M1)의 운동을 검출한다. C2는, MF1의 원래 운동의 높은 주파수부분이 (제어루프 C1에 의하여) 필터링되기 때문에, 보다 용이한 이러한 운동을 트래킹하도록 노력한다. 다시, C2위치루프는 C1-루프의 에러보다 훨씬 작은 잔여 위치에러를 가질 것이다. 마지막으로, 센서 IF5는 그 기준(=M2)의 운동을 검출한다. C3는 이러한 운동을 트래킹하고 C3의 잔여 위치에러는 매우 작다. 그러나, MF1에 대한 M3의 실제 물리적인 위치는 원하는 것과 많이 상이할 수 있다.

모든 요소들이 동일한 서보 대역폭을 가지면, M1이 MF1에 대하여 가장 정확한 물리적인 포지셔닝정확성을 가질 것이지만, 제어에러는 클것이다. M2는 MF1에 대하여 더 나쁜 물리적인 포지셔닝정확성을 가질 것이지만, 제어에러는 그다지 심하지 않을 것이다. M3는 MF1에 대하여 높은 물리적인 포지셔닝정확성을 가질 것이지만, 제어에러는 매우 작을 것이다. 이러한 "스택된 시스템(stacked system)"의 전반적인 시스템성능은 단지 모든 위치요소의 합이 아니라, 모든 위치루프의 대역폭 및 센서기준을 통한 그들의 필터링에 따라 달라진다. 위치제어는, 광학요소들의 MF(C1의 경우) 또는 다른 광학요소에 대한 (C2 및 C3의 경우)상대적인 위치를 나타내는 좌표들로 수행된다.

도 5의 시스템은 보다 작은 부가적인 필터링에러를 가질 수 있다. 모든 위치들은 (C1, C2 및 C3의 경우)단일의 기준 MF1에 대한 광학요소의 상대적인 위치를 나타내는 좌표들로 제어된다. 센서들 IF3, IF4, IF5은 기준위치 MF1에 대한 M1, M2 및 M3의 각각의 상대적인 위치를 측정한다. "가상센서" IF11는 IF3+IF4의 합에 의하여 형성되고, IF10은 IF3+IF4+IF5의 합에 의하여 형성된다. 센서 IF11는 MF1 에 대한 M1의 필터링되지 않은 위치 및 M1에 대한 M2의 필터링되지 않은 위치를 확인 할 것이다. 센서 IF10는 MF1에 대한 M1, M1에 대한 M2 및 M2에 대한 M3의 필터링되지 않은 위치들을 확인 할 것이다. 이들 좌표들로의 이러한 제어는 보다 우수한 실제 물리적인 포지셔닝정확성을 수반한다.

도 4 및 도 5의 직렬 및 병렬 배열들 뿐만 아니라, 트리(tree)구조와 같은 하이브리드 배열도 사용될 수 있음을 유의하여야 한다. 예를 들어, 제어루프 C1는 MF1에 대한 M1을 측정하는 IF3를 토대로 제어할 수 있는 한편, C2 및 C3는 모두 M1에 대한 그들의 각각의 거울들을 측정하는 실제 또는 가상 간섭계들을 토대로 제어할 수 있다.

도 6 및 도 7은 좌표시스템의 하나의 축선에 대하여 작은 각도로 기울어진 간섭계 빔들이 6개의 자유도의 변위들을 측정하도록 사용될 수 있는 방법을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 편광빔 스플리터(21, 24) 및 2개의 검출기(23, 26)가 거울 M1상에 장착되어, "기준" 거울로 사용된다. 2개의 빔 스플리터(21, 24)는 제어될 거울 M2의 광학표면에 일반적으로 수직한 Z축선에 대하여 동일하지만 반대각도인 +β와 -β의 각도로 기울어져서, 편리하게 위치된 소스들로부터 빔 스플리터로 지향된 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 각각의 하나의 편광상태가 반사기 M2를 향해 지향되도록 제어된다. 2개의 빔은 각도 둔감(angular insensitivity)없이 평행경로를 따라 빔을 복귀시키는 반사기 M2의 배면상에 위치된 코너큐브(22, 25)에 의하여 반사된다. 기준반사기상의 빔 스플리터에서, 제어된 반사기로 보내지고 되돌아온 상기 빔들은 다른 편광상태와 재결합하고, 그 결과 물적인 간섭신호들은 검출기(23, 26)에 의하여 검출된다. 간섭신호들 IFM1 및 IFM2는 다음과 같이 주어진다:

여기서, △X 및 △Z는, 제어되고 뒤따르는 반사기들의 X 및 Z방향에서의 상대적인 변위값이다. 따라서, △X 및 △Z가 다음과 같이 얻어질 수 있다:

도 7에 도시된 바와 같이, 3쌍의 빔들이 반사기 주위에 분포되고, 상기 쌍들 중 하나내의 빔들은 X방향 보다는 Y방향을 향해 기울어져서, X, Y, Z, Rx, Ry 및 Rz에서의 변위가 측정될 수 있다.

제2실시예

본 발명의 제2실시예에서는, 도 8 및 도 9를 참조하여 후술되는 내용을 제외하고는 제1실시예와 동일하며, 거울의 연장부에 장착된 광학 룰러(ruler)(인코더)들 또는 용량성 또는 여타의 센서들이 간섭계변위측정장치를 대신하여 채택된다.

도 8은 투영광학기기박스(POB)내에 포함된 반사기들(M1 내지 M6)을 포함하는 투영시스템(PL)을 나타낸다. 각각의 반사기들(M1 내지 M6)은 그 자체가 프레임 구성물에 장착된 반사기들로 이루어지며, 예를 들어, Zerodur™과 같이 열팽창계수가 낮은 재료로 만들어진다. 프레임 각각은 이웃하는 반사기들을 향하여 돌출되는 1이상의 연장부(31 내지 48)를 또한 포함한다. 2개의 돌출부가 거의 만나는 곳에, 근접센서(proximity sensor)(49, 50)(도 9참조)가 제공된다. 센서들은 10 내지 50pm(피코미터)의 측정정확성 및 1 내지 5㎛의 범위를 갖는 비교적 간단한 용량성 센서들일 수 있다. 도 9에, 2개의 연장부(31, 34)가 만나는 곳에 2개의 센서들이 도시되었지만, 각각의 만나는 점(meeting point)에 1 내지 6개의 센서가 존재할 수도 있다. 6개의 자유도로 각각 이동가능한 6개 거울의 시스템을 구비하면, 거울들의 상대적인 위치를 특성화하기 위하여 30개의 측정치들이 필요하므로 최소 30개의 센서들이 제공되어야 한다. 그러나, 부가적인 여분의 센서들은 향상된 정확성을 제공될 수도 있다. 또한, 3이상의 연장부가 하나의 위치에서 만날 수도 있다. 연장부들을 가능한 한 짧게 유지시키는 한편, 투영빔의 경로를 침범하지 않도록 편의에 따라 상기 연장부들이 배치된다. 연장부들은 심지어 전체적으로도, 모든 반사기들의 위치가 측정될 수 있는 기준프레임보다 더 작고 덜 복잡하다.

제1실시예에 사용된 바와 같은 예를 들어, 간섭계와 같은 넓은 범위 센서들 및 제2실시예에 사용된 바와 같은 광학요소의 견고한 연장부에 장착된 좁은 범위의 센서들의 조합이 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 본 발명이 상술된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 카타디옵트릭 광학시스템내 의 반사 또는 굴절요소들 또는 완전히 굴절 광학요소내의 굴절요소들에 적용될 수도 있다. 또한, 제어된 요소들은 예를 들어, 소스-콜렉터모듈 또는 일루미네이터 모듈내의 방사선시스템의 일부일 수도 있다. 상기 설명은 본 발명을 제한하지 않는다.

본 발명에 따르면, 광학요소들이 고도의 정확성으로 그들의 정확한 위치에 유지될 수 있는 투영시스템을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 리소그래피 투영장치에 있어서,

   - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

   - 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

   - 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

   - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하고,

   상기 방사선시스템, 조명시스템 및 상기 방사선시스템과 조명시스템은 적어도 제1 및 제2광학요소들 및 사전설정된 위치에 상기 제1 및 제2광학요소들을 유지하기 위한 포지셔닝시스템을 포함하고,

   상기 포지셔닝시스템은 적어도 상기 제1광학요소의 상기 제2광학요소에 대한 적어도 상대적인 위치를 직접 측정하기 위한 1이상의 위치센서를 포함하며, 이에 의해 상기 포지셔닝시스템이 상기 제1 및 제2광학요소들을 사전설정된 상대적인 위치에 유지하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소들의 상대적인 위치(들) 및/또는 방위(들)을 측정하기 위한 1이상의 간섭계변위측정장치를 포함하는 것을 특징 으로 하는 리소그래피 투영장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 광학요소들 중 1이상은 간섭계 빔에 대한 빔지향요소를 가지고 있는 견고한 연장부를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2광학요소들 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2광학요소들 중 나머지 하나 또는 그 연장부에 근접하게 뻗어있는 견고한 연장부를 가지고, 상기 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소들의 상대적인 위치를 측정하기 위하여 상기 견고한 연장부(들) 및/또는 상기 광학요소(들)에 장착된 광학 또는 용량성 룰러들 또는 아날로그 용량성 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   기준프레임을 더 포함하고, 상기 포지셔닝시스템은 상기 기준프레임에 대한 상기 제1광학요소의 위치를 측정하기 위한 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소들을 각각 변위시키기 위한 제1 및 제2액추에이터들 및 상기 제1 및 제2액추에이터들을 제어하기 위한 제1 및 제2컨트롤러들을 포함하고, 상기 제1컨트롤러는 상기 기준프레임에 대한 상기 제1광학요소의 측정된 위치에 응답하고, 상기 제2컨트롤러는 상기 제1 및 제2광학요소들의 측정된 상대적인 위치에 응답하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 포지셔닝시스템은 상기 제1 및 제2광학요소들을 각각 변위시키기 위한 제1 및 제2액추에이터들 및 상기 제1 및 제2액추에이터들을 제어하기 위한 제1 및 제2컨트롤러를 포함하고, 상기 제1컨트롤러는 상기 기준프레임에 대한 상기 제1광학요소의 측정된 위치에 응답하고, 상기 제2컨트롤러는 상기 기준프레임에 대한 상기 제1광학요소의 측정된 위치와 상기 제1 및 제2광학요소의 측정된 상대적인 위치의 합에 응답하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 패터닝수단을 위한 상기 지지구조체 및 상기 기준프레임에 대한 상기 기판테이블 중 하나이상의 위치를 측정하기 위한 추가의 변위측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2광학요소들은 다중층 거울과 같은 반사기들인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
10. 디바이스 제조방법에 있어서,

    - 부분적 또는 전체적으로 방사선감응재층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계;

    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

    - 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

    - 투영시스템을 이용하여 상기 기판의 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하고,

    - 상기 방사선시스템 및 상기 투영시스템 중 하나이상은 적어도 제1 및 제2광학요소들 및 사전설정된 위치에 상기 제1 및 제2광학요소들을 유지하는 포지셔닝시스템을 포함하고,

    상기 제1 및 제2광학요소들의 상대적인 위치를 직접 측정하는 단계; 및

    그들의 상대적인 위치의 상기 직접 측정에 응답하여 상기 제1 및 제2광학요소들의 위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.

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