KR100622095B1 - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

복수의 레이저를 제공하고 이들 각각에 의하여 생성된 레이저 빔들을 조합하여 단일의 방사선 투영빔을 형성함으로써, 마스크없는 리소그래피에서의 사용을 위한 방사선 시스템의 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 향상된다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Lithographic Apparatus and Device Manufacturing Method}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면이고;

도 2는 종래의 엑시머 레이저를 도시한 단면도이고;

도 3은 종래의 엑시머 레이저의 측면도를 도시한 도면이고;

도 4는 본 발명에 따른 다중-레이저 유닛을 도시한 단면도이고;

도 5는 도 4에 도시된 다중-레이저 유닛의 변형례를 도시한 단면도이고; 및

도 6은 본 발명에 사용될 수 있는 빔 조합 유닛을 도시한 도면이다.

본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 집적회로(IC), 평면 패널 디스플레이(flat panel display), 및 미세 구조체들과 관련된 다른 디바이스의 제조에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피 장치에서는, 대안적으로 마스크 또는 레티클로 일컬어지는 패터닝 수단은 IC(또는 다른 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로패턴을 생성하도록 사용 될 수 있고, 이 패턴은 방사선-감응재의 층(레지스트)를 가지는 기판(예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 유리판)상의 (예를 들면, 부분적으로 하나 또는 여러 개의 다이를 포함하여 이루어지는) 타겟부상으로 묘화(imaging)될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 수단은 회로 패턴을 생성하는 역할을 하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함할 수도 있다.

일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 노광되는 인접하는 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치로서는, 한번에 타겟부상으로 전체 패턴을 노광시킴으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스테퍼(stepper), 및 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 투영빔을 통한 패턴을 스캐닝하는 한편 동기적으로 이 방향과 평행하게 또는 반평행하게(anti-parallel) 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너(scanner)가 있다.

개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 갖는 장치를 사용하는 리소그래피, 이른바 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)를 수행하는 경우, 방사선 시스템에 의하여 생성된 방사선의 세기가 노광의 시퀀스에 걸쳐 두드러지게 변화하지 않는 것을 확실히 하는 것이 중요하다. 예를 들면, 요구되는 펄스-대-펄스 도즈 재현성(pulse-to-pulse dose reproducibility)이 약 1%일 것이다. 그러나, 현재 리소그래피에 사용되는 레이저들은 이러한 레벨의 펄스-대-펄스 도즈 재현성을 달성하지는 않는다. 특히, 현재 사용되는 엑시머 레이저들은 오직 약 10%의 펄스-대-펄스 도즈 재현성을 가질 뿐이다.

본 발명의 목적은 개선된 펄스-대-펄스 도즈 재현성을 갖는, 마스크없는 리소그래피를 위한 방사선 소스를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 리소그래피 장치는,

- 방사선 투영빔을 공급하기 위한 방사선시스템;

- 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 역할을 하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이;

- 기판을 지지하기 위한 기판 테이블; 및

- 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영시스템을 포함하며, 상기 방사선 시스템은, 방사선 서브-투영빔을 각각 생성하는 복수의 방사선 생성 유닛; 및 상기 방사선 투영빔을 형성하도록 상기 서브 투영빔 각각을 조합하는 조합유닛을 포함하고; 및

상기 복수의 방사선 생성 유닛은 공통의 레이징 매체(common lasing medium)를 공유하는 단일 하우징내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 한다.

결과적으로, 비록 각각의 방사선 생성 유닛의 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 마스크없는 리소그래피에 사용할 정도로 충분하지 않는다 할지라도, 그 변화량(variation)들이 평균내어져서 전체 방사선 시스템의 출력은 마스크없는 리소그래피에서의 사용에 충분한 펄스-대-펄스 도즈 재현성을 가진 방사선 투영빔이 된다. 또한, 하우징 내의 방사선 생성 유닛 각각이 독립적으로 레이저 펄스를 생성시키기는 하지만, 전체적으로 방사선 시스템의 복잡성이 최소화된다.

좁은 스펙트럼의 방사선 투영빔을 생성시키기 위하여 방사선 생성 유닛 각각 은 실질적으로 동일한 파장의 방사선을 생성시키는 것이 바람직하다.

하우징 내의 방사선 생성 유닛은 각각 한 쌍의 독립적인 방전 전극(discharge electrode)들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이들 방사선 생성 유닛들은 하나의 공통 방전 전극을 공유하고 각각 독립적인 방전 전극을 가질 수도 있다.

편의상, 여러개의 방사선 생성 유닛을 포함하는 하우징은 또한 하우징 내의 레이저 가스를 혼합하는 블로우어(blower) 및/또는 레이저 가스의 온도를 조절하는 온조 제어기를 포함할 수도 있다. 이러한 유틸리티(utility)들을 공유함으로써 방사선 시스템의 복잡성이 더욱 최소화된다.

방사선 시스템은, 각각 복수의 방사선 생성 유닛을 포함하고 몇몇 유틸리티 또는 모든 유틸리티들을 공유하는 복수의 하우징을 포함할 수 있다. 이로써 각 하우징의 복잡성이 너무 크지 않으면서도 많은 수의 방사선 생성 유닛이 방사선 시스템내에 통합되는 것이 가능하게 된다.

부가적으로, 방사선 시스템은 독립적인 레이저들인 복수의 방사선 생성 유닛을 포함할 수 있다. 독립적인 레이저들의 타이밍을 제어하는 것은 좀더 복잡하다. 그러나, 레이저들은 완전히 독립적이므로, 각 레이저의 방사선 세기도 또한 완전히 독립적이고 따라서 방사선 시스템의 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 전체적으로 개선된다.

방사선 시스템의 복잡성을 감소시키기 위하여, 몇몇 방사선 생성 유닛 또는 모든 방사선 생성 유닛이 공통의 제어 시스템을 공유할 수도 있다.

방사선 생성 유닛들 각각에 의하여 생성된 서브-투영빔은 회절 요소 (diffractive element) 또는 마이크로 렌즈 어레이를 사용하여 방사선 투영빔을 생성하도록 조합될 수 있다.

일반적으로, 방사선 생성 유닛들의 수가 크면 클수록 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 더욱 개선된다. 종래의 엑시머 레이저들을 사용한다면, 100 또는 그 이상의 방사선 생성 유닛이 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 측면에 의하면, 리소그래피 장치를 위한 투영빔을 제공하도록 구성된 방사선 소스가 제공되는데, 상기 방사선 소스는 방사선 서브-투영빔을 각각 생성시키는 복수의 방사선 생성 유닛; 및 방사선 투영빔을 형성하도록 상기 서브-투영빔 각각을 조합하는 조합 유닛을 포함하며;

상기 복수의 방사선 생성 유닛은 공통의 레이징 매체를 공유하는 단일 하우징내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 측면에 의하면,

- 기판을 제공하는 단계;

- 방사선 시스템을 사용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;

- 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 사용하여 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 단계; 및

- 상기 기판의 타겟부상으로 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하여 이루어지는 디바이스 제조방법이 제공되는데,

상기 방사선 시스템은 복수의 방사선 생성 유닛을 포함하고, 상기 방법은 상기 복수의 방사선 생성 유닛을 이용하여 복수의 방사선 서브-투영빔을 제공하는 단 계 및 이들을 조합하여 상기 방사선 투영빔을 제공하는 단계를 포함하며;

상기 복수의 방사선 생성 유닛은 공통의 레이징 매체를 공유하는 단일 하우징내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 한다.

본 명세서에서 채용된 "개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(array of individually controllable elements)"라는 용어는, 원하는 패턴이 기판의 타겟부에 생성될 수 있도록 입사방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하도록 사용될 수 있는 여하한의 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며; 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 모듈레이터(Spatial Light Modulator; SLM)"라는 용어가 사용될 수도 있다. 이러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다:

- 프로그램가능한 거울 어레이. 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 공간 필터를 사용하면, 상기 비회절광은 필터링되고 회절광만 남게 하여 기판에 도달하게 할 수 있다; 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 대안적으로 필터가 회절광을 필터링하고 비회절광을 남게하여 기판에 도달하게 할 수 있다. 회절 광학 MEMS 디바이스의 어레이 또한 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 각각의 회절광학 MEMS 디바이스는 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자를 형성하기 위하여 서로 상대적으로 변형될 수 있는 복수의 반사 리본(reflective ribbon)으로 이루어진다. 프로그램가능한 거울 어레이의 추가적인 대안실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 작은 거울들 각각은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울들은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다; 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 1이상의 프로그램가능한 거울 어레이로 이루어질 수 있다. 이러한 거울 어레이에 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 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다.

피처들의 예비 바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처, 위상 변화(phase variation) 기술 및 다중 노광 기술들이 사용되는 경우, 예를 들면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이되는" 패턴은 기판상에 또는 기판상의 층으로 종국적으로 전달되는 패턴과는 실질적으로 차이가 있을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이와 유사하게, 기판상에 종국적으로 생성되는 패턴이, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상에서 어느 한 순간에 형성된 패턴에 대응하지 않을 수도 있다. 이는, 기판의 각 부분상에 형성된 종국적인 패턴이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴 및/또는 기판의 상대적인 위치가 변하는 동안인 주어진 횟수의 노광 또는 주어진 시간주기에 걸쳐 확립(build up)되는 장치의 경우에 그러하다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 상기 리소그래피장치는 집적 광학시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)를 위한 가이던스(guidance) 및 검출 패턴, 평면 패널 디스플레이, 박막자기헤드 등과 같은 여타의 응용례를 가지고 있음을 명백히 이해하여야 할 것이다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 사용은 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주되어야 할 것이라는 것을 이해할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능한 경우에는, 이러한 기판처리 툴과 다른 기판처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러번 처리된 층들을 이미 포함한 기판을 일컬을 수도 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 408, 355, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) 극자외(EUV)방사선을 포함한 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하도록 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절광학시스템, 반사광학시스템 및 카타디옵트릭시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있을 것이다.

방사선 시스템은, 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위하여 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학구성요소를 포괄할 수도 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 단수형으로 "렌즈"라고 지칭될 수도 있다.

리소그래피장치는 2개(듀얼스테이지) 이상의 기판테이블을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

또한, 리소그래피장치는 투영시스템의 최종요소와 기판 사이의 공간을 채우도록 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체, 예를 들어 물에 기판이 침지되는 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 침지액체는 리소그래피장치내의 여타의 공간, 예를 들어 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이와 투영시스템의 제1요소 사이에 적용될 수도 있다. 침지기술은 투영시스템의 개구수를 증가시키기 위해 본 발명에 속하는 기술분야에 잘 알려져 있다.

이하, 대응하는 참조부호가 대응하는 부분을 나타내고 있는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들이 기재될 것이다.

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

- 방사선(예를 들어, UV방사선)의 투영빔(PB)을 제공하는 조명 시스템(일루미네이터)(IL);

- 투영빔에 소정의 패턴을 적용시키며; 일반적으로 그 위치는 아이템 PL에 대하여 상대적으로 고정되며; 그러나 그 대신에 그것을 아이템 PL에 대해 정확히 위치설정하기 위한 위치설정수단에 연결될 수 있는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)(예를 들어, 프로그램가능한 거울 어레이);

- 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)을 지지하고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 위치설정수단(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들면, 웨이퍼 테이블)(WT);

- 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)에 의해 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C)상에 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL); 상기 투영시스템은 기판상으로 상기 개별적으로 제 어가능한 요소들의 어레이를 묘화할 수 있고; 대안적으로, 상기 투영시스템은 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 요소들이 그에 대한 셔터로서 동작하는 2차 소스(secondary source)를 묘화할 수도 있으며; 또한 상기 투영시스템은, 예를 들어 2차 소스를 형성시키고 기판상으로 마이크로스폿(microspot)을 묘화하기 위하여 마이크로 렌즈 어레이(MLA로서 공지됨) 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈 어레이와 같은 포커싱 요소들의 어레이를 포함하여 이루어질 수도 있다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사 어레이(reflective array)를 구비한) 반사형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (개별적으로 제어가능한 요소들의 투과 어레이(transmissive array)를 구비한) 투과형일 수도 있다.

일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들면, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우에 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체(entity)일 수 있다. 이러한 경우에서는 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고 방사선 빔은, 예를 들어 적절한 지향 거울들 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하여 이루어지는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 지나가게 된다. 다른 경우에서는, 예를 들면 상기 소스가 수은 램프인 경우 상기 소스는 상기 장치의 통합될 일부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 상기 일루미네이터(IL)는, 요구된다면 빔 전달 시스템(BD)와 함께 방사선 시스템이라고 일컬어질 수도 있다.

일루미네이터(IL)는 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하기 위한 조정수단(AM)을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 일루미네이터는, 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖는, 투영빔(PB)이라고 일컬어지는 컨디셔닝된 방사선 빔을 제공한다.

상기 빔(PB)은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)를 인터셉트한다. 빔은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)에 의하여 반사되고 나면 투영시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))의 도움으로, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 만약 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 위한 위치설정수단이, 스캐닝하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 위치를 정확하게 보정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현된다. 또한, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 위치설정하는 데에도 위와 유사한 시스템이 사용될 수 있다. 요구되는 상대적인 이동을 제공하기 위하여 투영빔은 대안적으로/추가적으로 이동가능한 반면 대물테이블 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 고정된 위치를 가질 수 있음이 이해될 수 있을 것이다. 또다른 대안례로서, 특히 평 면 패널 디스플레이의 제조에 적용가능한 것인데, 기판 테이블 및 투영 시스템의 위치는 고정될 수 있고 기판은 기판테이블에 대하여 이동되도록 배열될 수도 있다. 예를 들면, 기판테이블에는 실질적으로 일정한 속도로 기판을 가로질러 스캐닝하기 위한 시스템이 제공될 수도 있다.

본 명세서에서는 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 기판상의 레지스트를 노광시키는 것으로서 설명하였으나, 본 발명은 이러한 사용에만 국한되지 않고 상기 장치가 레지스트없는(resistless) 리소그래피에서의 사용을 위해 패터닝된 투영빔을 투영하는데 사용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

도시된 장치는 4개의 바람직한 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드 : 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는, 한번에(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)으로) 타겟부(C)상에 투영되는 전체 패턴을 투영빔에 부여한다. 그 후 기판테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 x 및/또는 y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광필드의 최대크기가 단일 정적 노광으로 묘화될 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드 : 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이가 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능하여, 투영빔(PB)이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 걸쳐 스캐닝되도록 한다; 이와 동시에 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동되는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율이다. 스캔 모드에서는, 노광필드의 최대크기가 단일 동적 노광(single dynamic exposure)에서의 타겟부의 (스캐닝되지 않는 방향으 로의) 폭을 제한하는 한편, 스캐닝 이동의 길이가 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 펄스모드 : 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 기본적으로 정지상태로 유지되며 펄스방사선 소스(pulsed radiation source)을 사용하여 전체 패턴이 기판의 타겟부(C)상에 투영된다. 기판테이블(WT)은 투영빔(PB)이 기판(W)을 가로질러 라인을 스캐닝하게 되도록 기본적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴은 방사선시스템의 펄스들 사이에서 요구에 따라 업데이트되고, 후속하는 타겟부(C)가 기판상의 요구되는 장소에서 노광되도록 펄스가 시간 조정된다. 따라서, 투영빔은 기판의 스트립(strip)에 대하여 완전한 패턴을 노광시키도록 기판(W)을 가로질러 스캐닝할 수 있다. 상기 공정은 한 라인씩(lien by line) 전체 기판이 노광될 때까지 반복된다.

4. 연속스캔모드: 실질적으로 일정한 방사선 소스가 사용되고, 투영빔이 기판을 가로질러 스캐닝하고 기판을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴이 업데이트되는 것을 제외하고는 기본적으로 펄스모드와 동일하다.

또한, 상술된 사용모드들의 조합 및/또는 이들에 대한 변형, 또는 전적으로 다른 사용모드가 채용될 수도 있다.

도 2 및 도 3은, 예를 들면, 엑시머 레이저와 같은 종래의 가스 방전 레이저(1)의 단면 및 측면을 각각 도시한다. 가스 레이저(1)는 (예를 들어 엑시머 레이저의 경우에는 XeF일 수 있는) 레이저 가스(11)가 포함된 하우징(10)을 갖는다. 레이 저 가스 내에는, 한 쌍의 방전전극(12 및 13), 하우징(10)내에서 레이저 가스가 고르게 분포되도록 레이저 가스(11)를 혼합(mixing)하는 블로우어(blower; 14), 및 레이저 가스의 온도를 조절하는 온도 제어기(15)들이 있다. 레이저(1)의 일단에는 거울 또는 라인-폭 좁힘 유닛(mirror or line-width narrowing unit)(16)이 있고, 반대쪽 일단에는 레이저 방사선(18)이 그로부터 투영되는 반-투명 거울(17)이 있다.

본 발명의 방사선 시스템에서는, 방사선 서브-투영빔을 각각 발생시키는 복수의 방사선 생성 유닛이 제공된다. 그 후 상기 방사선 서브-투영빔들 각각은 조합(combine)되어, 기판을 노광하는데 사용되는 방사선 투영빔을 형성하게 된다.

방사선 생성 유닛 중 몇몇은 독립적인 종래의 레이저일 수 있다. 그러나, 본 발명의 배열(arrangement)에 의하면, 방사선 유닛 중 몇몇은 공통의 하우징 및 공통의 레이징 메체를 공유한다. 도 4 및 도 5는 이러한 배열의 일예의 단면을 도시한다.

도 4에 도시된 배열에서는, 3개의 방사선 생성 유닛이, 그들 방사선 생성 유닛들이 그들 사이에서 공유하는 레이저 가스(11)를 포함하는 단일의 공통 하우징(10)내에 둘러싸여 있다. 상기 하우징은 또한 블로우어(14) 및 온도 제어 요소(15)를 포함한다. 각 방사선 생성 유닛은 한 쌍의 방전 전극들(21, 22, 23, 24, 25, 26)으로 이루어져 있다. 각 쌍의 방전 전극들은 상기 하우징의 일단에 있는 반-투명 거울로부터 투영되는 방사선의 레이저 빔을 생성한다. 각 쌍의 방전 전극들(그리고 따라서 방사선의 각각의 서브-투영 레이저 빔)과 연관된 별도의 반-투명 거울 들이 존재할 수도 있고, 또는, 대안적으로, 몇몇 쌍의 방전 전극들 또는 모든 쌍의 방전 전극들이 공통의 반-투명 거울을 통하여 그들의 방사선의 연관된 레이저 빔들을 투영시킬 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

도 5에 도시된 배열은 도 4의 배열에 대응하나, 방사선 생성 유닛 각각의 방전 전극들 중 하나가 공통의 방전 전극(27)로 대체된 점만이 다르다. 결과적으로, 각 방사선 생성 유닛은 하나의 독립적인 방전 전극(21, 23, 25) 및 공통의 방전 전극의 일부로 구성되어 있다.

도 4 및 도 5는 모두 3개의 방사선 생성 유닛들이 단일 하우징(10)에 포함되어 있는 배열을 도시한다. 그러나, 하우징들이 임의의 실제적인 수의 방사선 생성유닛을 포함할 수도 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 전체 방사선 시스템은 임의의 개수의 이러한 하우징으로 구성될 수도 있다. 일반적으로, 방사선 시스템은, 전체 방사선 시스템이 복수의 방사선 생성 유닛을 포함하도록 각각 하나 이상의 방사선 생성 유닛을 포함할 수 있는 하나 이상의 이러한 하우징으로 구성될 수도 있다. 또한, 단일 하우징 내의 방사선 생성 유닛들이 공통의 블로우어나 공통의 온도 제어 유닛들을 가지는 것이 본 발명의 필수적인 특징은 아니다라는 점이 이해되어야 할 것이다.

방사선 시스템의 복잡성을 최소화하기 위하여, 몇몇 또는 모든 방사선 생성 유닛들은, 그 방사선 생성 유닛들에 의하여 생성된 방사선의 펄스들의 타이밍을 지배(govern)하는데 사용되는 공통의 제어 전자기기(electronics)를 공유할 수도 있다.

각 방사선 생성 유닛에 의하여 생성된 방사선의 서브-투영 빔은 방사선 투영 빔을 형성하도록 조합 유닛내에서 조합(combine)된다. 이는, 빔들을 모두 가깝게 가져오고(bring) 그리고 나서 이들을 회절 요소 또는 마이크로 렌즈 어레이(웨지 어레이로 알려짐)를 이용하여 함께 혼합(mix)시킴으로써 실행될 수 있다. 이러한 배열의 일예는 도 6에 도시되어 있다.

리소그래피 투영 장치내에서 방사선의 레이저 소스를 사용하는 경우, 레이저 빔의 코히런스(coherence)를 감소시키는 것이 필요한데, 그렇지 않다면 스페클(speckle)에 기인하여 필드 균일성(field uniformity)이 영향을 받기 때문이다. 따라서, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이 인티그레이터를 통하여 방사선의 레이저 빔을 투영하는 것이 일반적이다. 본 발명에서는 조합된 방사선의 투영 빔이 인티그레이터를 통하여 투영될 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로 개별적인 방사선 생성 유닛들에 의하여 생성된 방사선의 하나 이상의 서브-투영 빔이, 조합 유닛내에서 방사선의 투영 빔으로 조합되기 이전에 인티그레이터를 통하여 투영될 수도 있다. 대안적으로, 방사선 시스템이 충분한 수의 방사선 생성 유닛들을 포함한다면, 각각의 방사선 생성 유닛들로부터의 서브-투영 빔들을 조합함으로써 생성된 방사선 투영 빔의 코히런스는 인티그레이터가 필요하지 않을 정도로 충분히 인코히런트하게 낮을(incoherently low) 수 있다.

최소한 100개의 방사선 생성 유닛이 사용되는 것이 바람직하다. 방사선 생성 유닛이 이 정도라면 방사선 투영 빔에서의 결과적인 코히런스는 어떤 인티그레이터도 필요로 하지 않을 정도로 충분히 낮다. 또한, 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 이러 한 형태의 단일 방사선 생성 유닛이 사용되는 경우에 비하여 팩터 10만큼 향상된다. 이는, 예를 들면, 엑시머 레이저들을 사용하는 시스템의 펄스-대-펄스 도즈 재현성이 마스크없는 리소그래피에 사용되기에 적절하게 된다는 것을 의미할 수 있다.

펄스 타이밍 에러들을 피하고 방사선 펄스가 보다 긴 지속기간에 걸쳐 스프레드(spread)되는 것을 방지하기 위하여 모든 방사선 생성 유닛들이 동시에 펄스들을 생성시키는 것을 확실히 하는 것이 필요하다. 이를 달성하기 위하여, 각 방사선 생성 유닛들에 또는 단일 하우징 내에 포함된 방사선 생성 유닛들의 적어도 각 그룹에 그의 특정 타이밍 특성을 보상하는 그 자신의 타이밍 회로(timing circutry)가 제공되도록 하는 것이 필요할 것이다. 이러한 회로들은 캘리브레이트(calibrate)될 필요가 있을 것이고 이 캘리브레이션은 주기적으로 반복될 필요가 있을 것이다.

지금까지 본 발명의 특정예가 기재되었으나, 본 발명은 기재된 바와는 다르게 실시될 수 있음이 이해될 것이다. 본 명세서의 기재는 본 발명을 제한하도록 의도된 것은 아니다.

본 발명에 의하면 전체 방사선 시스템의 출력이 마스크없는 리소그래피에서의 사용에 충분한 펄스-대-펄스 도즈 재현성을 가진 방사선 투영빔이 생성되며, 전체적으로 방사선 시스템의 복잡성이 최소화된다.

Claims (12)

1. 리소그래피 장치에 있어서,

   - 방사선 투영빔을 공급하기 위한 방사선 시스템;

   - 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 역할을 하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이;

   - 기판을 지지하기 위한 기판 테이블; 및

   - 상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영시스템을 포함하며, 상기 방사선 시스템은, 방사선 서브-투영빔을 각각 생성하는 복수의 방사선 생성 유닛; 및 상기 방사선 투영빔을 형성하도록 상기 서브 투영빔 각각을 조합하는 조합유닛을 포함하고; 및

   상기 복수의 방사선 생성 유닛은 공통의 레이징 매체를 공유하는 단일 하우징내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방사선 생성 유닛들은 모두 실질적으로 동일한 파장을 가진 방사선을 생성하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 단일 하우징 내에 포함된 상기 방사선 생성 유닛들은 각각 다른 방사선 생성 유닛들과는 독립적인 한 쌍의 방전 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 단일 하우징 내에 포함된 상기 방사선 생성 유닛들은 공통의 방전 전극을 공유하고 또한 다른 방사선 생성 유닛들로부터 독립적인 추가의 방전 전극을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 하우징은 상기 하우징 내의 레이저 가스를 혼합하기 위한 하나 이상의 블로우어 및 상기 하우징 내의 레이저 가스의 온도를 조절하기 위한 온도 제어기를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 방사선 시스템은 복수의 하우징을 포함하고, 상기 복수의 하우징은 공통의 레이저 가스를 공유하는 복수의 상기 방사선 생성 유닛들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   복수의 상기 방사선 생성 유닛들은 독립적인 레이저들인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   복수의 상기 방사선 생성 유닛들은 공통의 제어 시스템을 공유하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 조합 유닛은 회절 요소 또는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 방사선 시스템은 100개 이상의 방사선 생성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
11. 리소그래피 장치에 방사선 투영 빔을 제공하도록 구성된 방사선 소스에 있어서,

    상기 방사선 소스는, 방사선의 서브-투영 빔을 각각 생성시키는 복수의 방사선 생성 유닛; 및 방사선의 투영빔을 형성하기 위하여 상기 방사선의 서브-투영 빔을 조합하는 조합 유닛을 포함하고;

    복수의 상기 방사선 생성 유닛들은 공통의 레이징 매체를 공유하는 단일 하 우징 내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.
12. 디바이스 제조방법에 있어서,

    - 기판을 제공하는 단계;

    - 방사선 시스템을 사용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;

    - 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 사용하여 상기 투영빔에 단면 패턴을 부여하는 단계; 및

    - 상기 기판의 타겟부상으로 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하여 이루어지고,

    상기 방사선 시스템은 복수의 방사선 생성 유닛을 포함하고, 상기 방법은 상기 복수의 방사선 생성 유닛을 이용하여 복수의 방사선 서브-투영빔을 제공하는 단계 및 이들을 조합하여 상기 방사선 투영빔을 제공하는 단계를 포함하며;

    복수의 상기 방사선 생성 유닛은 공통의 레이징 매체를 공유하는 단일 하우징내에 포함된 레이저들인 것을 특징으로 디바이스 제조방법.

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