KR100730060B1 - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR100730060B1
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

투영 시스템의 배율을 변화시키기 위해 방사선 빔의 경로내에 배치될 수 있는 투영 시스템내에 상이한 가동 렌즈들을 포함하는 시스템 및 방법이 제공된다. 투영 시스템의 배율을 변화시킴으로써, 픽셀당 노광된 기판의 영역이 조정될 수 있으며, 상기 시스템의 스루풋이 최대화된다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 명세서에 통합되고 명세(specification)의 일부분을 형성하는 첨부한 도면들은, 본 발명을 예시한 것으로, 도면설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하며, 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명을 시행하고 사용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시하는 도면;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시하는 도면;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시하는 도면;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시하는 도면;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가변 배율 투영 시스템(variable magnification projection system)과 함께 사용되는 조명을 위한 구성(arrangement)을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 서술될 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel display) 및 미세한 구조를 수반하는 여타의 디바이스의 제조시에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피 장치에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 수단이 IC(또는 여타의 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 유리판(glass plate))상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 이미징(image)될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 수단은 회로 패턴을 생성하도록 역할하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함할 수 있다.
일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼, 및 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너를 포함한다.
리소그래피 장치의 스루풋(throuput)은, 특히, 장치의 노광마다(per exposure of the apparatus) 노광된 기판의 영역에 의해 제어된다. 종래의 리소그래피 장치에서는, 시간 단위(unit of time)당 기판 위에 스텝-앤드-스캔된(step-and-scaned) 노광 필드들(exposure fields)의 개수에 의해 스루풋이 결정된다. 노광 필드 크기는 투영 시스템의 배율(magnification)(통상적으로 4X이나, 예를 들어 5X, 6X일 수도 있음)로 나눈 레티클 필드 크기에 의해 결정된다.
마스크 대신에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함하는 장치(예를 들어, 마스크없는(maskless) 리소그래피 장치)의 스루풋은, 각각의 패턴을 프린트하는데 사용된 패스들(passes)의 개수로 나눈 픽셀당 노광된 영역으로 곱한 필드에서의 픽셀들의 개수에 의해 결정되며, 통상적으로 2개의(하지만, 3개 또는 4개일 수도 있음) 패스들이 사용된다. 보다 많은 수의 패스들은, 도즈 제어(dose control)를 향상시키며, 또한 픽셀 래스터(pixel raster)에 의해 유도된 비균일성들(non-uniformities)을 평활(smooth)하게 한다. 기판의 효과적인 노광을 위해, 픽셀 크기는 최소 피처 크기의 거의(approximately) 절반이어야 한다. 따라서, 최소 피처 크기가 최소 피처 크기 전체에 대해서보다 더 큰(즉, 분해능(resolution)이 더 낮은) 기판의 영역에 대해서는, 장치가 최대 효율로 작동하지 않게 된다. 스루풋이 더 낮아질 수 있으며, 이는 수익성(revenue)의 감소를 가져오게 된다.
그러므로, 스루풋을 증가시키기 위해서 마스크없는 리소그래피 시스템의 효율성을 증가시키는 방법 및 시스템이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조명 시스템, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이, 및 투영 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 조명 시스템은 방사선 빔을 컨디셔닝(condition)한다. 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 상기 빔을 패터닝한다. 상기 투영 시스템은 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영한다.
일 예시에서, 투영 시스템은 상당히 상이한 복수의 배율들에서 방사선 빔을 투영한다.
일 예시에서, 리소그래피 장치는 패터닝 디바이스로부터 기판상으로 패턴을 전사(transfer)한다. 리소그래피 장치는 상당히 상이한 복수의 배율들에서 방사선 빔을 투영할 수 있다.
일 예시에서, 조명 시스템은 복수의 배율들에서 작동한다. 일 예시에서, 투영 시스템의 배율이 변화되는 경우, 원하는 개구수가 얻어지는 것을 보장하기 위해서, 조명 시스템의 각도 배율(angular magnification)이 대응하여 변화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조명 시스템, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이, 및 투영 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 조명 시스템은 방사선 빔을 컨디셔닝한다. 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 상기 빔을 패터닝한다. 상기 투영 시스템은 제 1 배율에서 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영한다. 일 예시에서, 상기 투영 시스템은 제 2 배율에서 상기 기판의 상기 타겟부상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영한다. 상기 제 2 배율은 실질저으로 1/n이며, 여기서 n은 임의의 양의 정수이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음의 단계들을 포함하여 이루어지는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계. 제 1 배율에서 기판의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계. 제 2 배율에서 상기 기판의 타겟부상으로 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계. 상기 제 1 배율은 상기 제 2 배율과 상당히 상이하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명들의 또 다른 실시예들, 특징들, 및 장점들 뿐만 아니라, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동원리를 보다 상세하게 설명한다.
개요 및 용어
본 명세서에서는 집적 회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드, 마이크로 및 매크로 유체 디바이스(micro and macro fluidic device) 등의 제조와 같이 여타의 응용예를 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 기판 처리 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 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수 있다.
본 명세서에서 채택되는 "개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이"라는 용어는, 원하는 패턴이 기판의 타겟부내에 형성될 수 있도록 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 이러한 패터닝 디바이스의 예시들이 하기에 서술된다.
프로그램가능한 거울 어레이는 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)을 포함할 수 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, 예를 들어 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)들에서는 입사광을 회절광으로 반사시키는 한편, 어드레스되지 않 은 영역들에서는 입사광을 비회절광으로 반사시키는 것이다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝된다.
대안예로서, 상기 필터는 회절광을 필터링하여 비회절광이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 회절 광학 마이크로 전기 기계 시스템(micro electrical mechanical system; MEMS) 디바이스들의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 각각의 회절 광학 MEMS 디바이스는, 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자(grating)를 형성하도록 서로에 대해 변형(deform)될 수 있는 복수의 반사 리본(reflective ribbon)들을 포함할 수 있다.
또 다른 대안적인 실시예는, 적절히 국부화된(localized) 전기장을 가하거나 압전 작동 디바이스들(piezoelectric actuation devices)을 채용하여, 일 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채용하는 프로그램가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이므로, 어드레스된 거울들은 입사하는 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사시킬 것이다; 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다.
상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어 레이는 1이상의 프로그램가능한 거울 어레이들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국 특허 제 5,296,891호, 제 5,523,193호 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있다.
또한, 프로그램가능한 LCD 어레이가 사용될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 미국 특허 제 5,229,872호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있다.
여기에서는, 피처들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처들, 위상 변화 기술 및 다중 노광 기술들이 사용된다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이된" 패턴은 기판상으로 또는 기판상의 층으로 최종적으로 전사된 패턴과 실질적으로 상이할 수 있다. 이와 유사하게, 기판상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 형성된 패턴에 대응하지 않을 수 있다. 이는 기판의 각각의 부분상에 형성된 최종 패턴이 주어진 시간 주기 또는 주어진 노광 회수에 따라 만들어진 구성의 경우일 수 있으며, 그 동안에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴 및/또는 기판의 상대 위치가 변경된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는, 예를 들어, DNA 칩들, MEMS, MOEMS, 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 여타의 응용예를 가질 수 있음을 이 해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 기판 처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선, 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위에 있는) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템, 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
또한, 조명 시스템은 방사선의 빔의 지향, 성형 또는 제어를 위한 굴절, 반 사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소를 포함하는 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포괄할 수 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급할 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판 테이블(및/또는 2이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판을 침지시키는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템의 제1요소 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술(immersion technique)은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다.
또한, 상기 장치에는 유체와 기판의 조사된 부분들(irradiated parts)과의 상호작용(interaction)을 허용하는(예컨대, 기판에 화학제(chemicals)를 선택적으로 도포(attach)하거나 또는 기판의 표면 구조를 선택적으로 수정하는) 유체 처리 셀(fluid processing cell)이 제공될 수 있다.
리소그래피 투영 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 장치(100)는 적어도, 방사선 시스템(102), 개별적으로 제어가능한 요 소(104)들의 어레이, 대물 테이블(106)(예를 들어, 기판 테이블), 및 투영 시스템("렌즈")(108)을 포함한다.
방사선 시스템(102)은 방사선(예를 들어 UV 방사선)의 빔(110)을 공급하는데 사용될 수 있으며, 특히 이 경우에는 방사선 소스(112)도 포함한다.
개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이(예를 들어, 프로그램가능한 거울 어레이)는 빔(110)에 패턴을 적용시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 위치는 투영 시스템(108)에 대해 고정될 수 있다. 하지만, 대안적인 구성예에서, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 투영 시스템(108)에 대해 그것을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들은 반사형으로 구성된다(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사형 어레이를 가진다).
대물 테이블(106)에는 기판(114)(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판))을 잡아주는 기판홀더(상세히 도시되지 않음)가 제공될 수 있으며, 또한 대물 테이블(106)은 투영 시스템(108)에 대해 기판(114)을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(116)에 연결될 수 있다.
투영 시스템(108)(예를 들어, 쿼츠 및/또는 CaF2 물질로 만들어진 렌즈 요소들을 포함하는 쿼츠 및/또는 CaF2 렌즈 시스템 또는 카타디옵트릭 시스템, 또는 거울 시스템)은, 기판(114)의 타겟부(120)(예를 들어, 1이상의 다이)상에 빔 스플리 터(beam splitter; 118)로부터 수용된 패터닝된 빔을 투영하기 위해 사용될 수 있다. 투영 시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 이미지를 기판(114)상에 투영시킬 수 있다. 대안적으로, 투영 시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 요소들이 셔터들(shutters)로서 기능하는 2차 소스들(secondary sources)의 이미지들을 투영시킬 수 있다. 또한, 투영 시스템(108)은, 2차 소스들을 형성하고 기판(114)상에 마이크로스폿들(microspots)을 투영시키기 위해, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수 있다.
소스(112)(예를 들어, 엑시머 레이저)는 방사선의 빔(122)을 생성할 수 있다. 빔(122)은, 예를 들어 곧바로 조명 시스템(일루미네이터)(124)에 들어가거나, 또는 빔 익스팬더(126)와 같은 컨디셔닝 디바이스(126)를 지난 후에, 조명 시스템(일루미네이터)(124)으로 공급된다. 일루미네이터(124)는 빔(122)내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정 디바이스(128)를 포함할 수 있다. 또한, 일루미네이터(124)는 일반적으로 인티그레이터(130) 및 콘덴서(132)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 이 방식으로, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상에 입사되는 빔(110)은 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가진다.
도 1과 관련하여, 소스(112)는 (예를 들어, 소스(112)가 수은 램프인 경우에 흔히 그러하듯이) 리소그래피 투영 장치(100)의 하우징(housing)내에 놓일 수 있음에 유의한다. 대안적인 실시예들에서, 소스(112)는 리소그래피 투영 장치(100)로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이 경우, 방사선 빔(122)은 (가령, 적절한 지향 거울들에 의해) 장치(100)안으로 지향될 것이다. 후자의 시나리오는 상기 소스(112)가 엑시머 레이저인 경우에 흔하다. 본 발명의 범위내에는 이 두 시나리오가 모두 포함되어 있음을 이해하여야 할 것이다.
이어서, 빔(110)은 빔 스플리터(118)를 이용하여 지향된 후에 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이를 거친다(intercept). 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이에 의하여 반사되면, 빔(110)은 투영 시스템(108)을 통과하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 빔(110)을 포커스한다.
위치설정 디바이스(116)(및 빔 스플리터(140)를 통해 간섭계 빔(interferometric beam; 138)들을 수용하는 베이스 플레이트(base plate)(136)상의 선택적 간섭계 측정 디바이스(134))의 도움으로, 기판 테이블(106)은 빔(110)의 경로내에 상이한 타겟부들(120)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이용 위치설정 디바이스는, 예를 들어 스캔 중에 빔(110)의 경로에 대해 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이의 위치를 정확히 보정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(106)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현되며, 이는 도 1에 명확히 도시되어는 있지 않다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이를 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 요구되는 상대 이동을 제공하기 위해서 대물 테이블(106) 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이가 고정된 위치를 가질 수 있는 동안에, 빔(110)이 대안적으로/추가적으로 이동될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 실시예의 대안적인 구성에서, 기판 테이블(106)은 고정될 수 있으며, 기판(114)은 상기 기판 테이블(106)상에서 이동할 수 있다. 이것이 행해지면, 기판 테이블(106)에는 평탄한 최상면(flat uppermost surface)상에 다수의 개구부들이 제공되며, 상기 개구부들을 통해 가스가 공급되어, 기판(114)을 지지할 수 있는 가스 쿠션(gas cushion)을 제공하게 된다. 통상적으로, 이를 공기 베어링 구성(air bearing arrangement)이라 칭한다. 기판(114)은 빔(110)의 경로에 대해 기판(114)을 정확히 위치시킬 수 있는 1이상의 액추에이터들(도시되지 않음)을 이용하여 기판 테이블(106)상에서 이동된다. 대안적으로, 기판(114)은 상기 개구부들을 통해 가스의 통로를 선택적으로 개방(start) 및 차단시킴으로써 기판 테이블(106)상에서 이동될 수 있다.
본 명세서에는, 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)가 기판상의 레지스트를 노광하기 위한 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이러한 용도로 제한되지 않으며, 장치(100)는 레지스트없는 리소그래피(resistless lithography)에서의 사용을 위해 패터닝된 빔(110)을 투영시키는데 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
서술된 장치(100)는 다음의 바람직한 4가지 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드: 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 "섬광(flash)"으로) 타겟부(120)상에 투영된다. 그 후, 기판 테이블(106)은 상이한 타겟부(120)가 패터닝된 빔(110)에 의해 조사되도록 상이한 위치에 대해 x 및/또는 y 방향으로 이동된다.
2. 스캔 모드: 주어진 타겟부(120)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는다는 것을 제외하고는 본질적으로 스텝 모드와 동일하다. 대신에, 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 패터닝된 빔(110)이 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이에 걸쳐 스캐닝하도록 된다. 동시 발생적으로(concurrently), 기판 테이블(106)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동되며, 여기서 M은 투영 시스템(108)의 배율이다. 이 방식으로, 분해능(resolution)이 저하되지 않고도 비교적 큰 타겟부(120)가 노광될 수 있다.
3. 펄스 모드: 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이는 기본적으로 정지 상태로 유지되며 전체 패턴은 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)(102)를 사용하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 투영된다. 기판 테이블(106)은 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가로질러 라인을 스캐닝하게 되도록 본질적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 패턴은 방사선 시스템(102)의 펄스들 사이에서 요구에 따라 업데이트되고, 후속하는 타겟부들(120)이 기판(114)상의 요구되는 위치들에 노광되도록 펄스들이 시간조정(time)된다. 따라서, 패터닝된 빔(110)은 기판(114)의 스트립(strip)에 완전한(complete) 패턴을 노광시키도록 기판(114)을 가로질러 스캔할 수 있다. 상기 공정은 한 라인씩 전체 기판(114)이 노광될 때까지 반복된다.
4. 연속 스캔 모드: 실질적으로 일정한 방사선 시스템(102)이 사용되고, 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가로질러 스캔하고 기판을 노광함에 따라 개별적으 로 제어가능한 요소(104)들의 어레이상의 패턴이 업데이트되는 것을 제외하고는 본질적으로 펄스 모드와 동일하다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
예시적인 투영 시스템들
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 투영 시스템들을 도시한다.
도 2a 및 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 투영 시스템(PS)은 복수의 광학 요소들(11, 21, 12)을 포함한다. 특히, 투영 시스템(PS)은 방사선 빔(B)의 경로 안으로 또는 밖으로 배치될 수 있는 가동 렌즈(movable lens)를 포함한다. 이 예시에서, 광학 요소들은 렌즈들, 특히 볼록 렌즈들(하지만, 오목 렌즈들일 수도 있음), 거울들 또는 여하한의 광학 요소이다.
도 2a에서, 방사선 빔(B)은 모든 광학 요소들(11, 21, 12)을 통해 투영된다. 투영 시스템(PS)은, 예를 들어 8의 팩터(factor)만큼 방사선 빔(B)을 축소(de-magnify)할 수 있다.
도 2b는 더 큰 최소 피처 크기를 갖는 기판의 또 다른 부분이 노광되고 있는 경우를 도시한다. 예를 들어, 이는 원 노광(original exposure)의 최소 피처 크기의 두배일 수 있다. 이 경우, 이미지내에는 보다 낮은 분해능이 요구되며, 광학 요소(21)는 투영 빔의 경로로부터 제거된다. 투영 시스템(PS)은 방사선 빔(B)을 4의 팩터만큼 축소시킨다. 이 예시에서, 광학 요소(21)는 2의 팩터만큼 배율을 변화시 킨다. 하지만, 상이한 팩터만큼 배율을 변화시킨 광학 요소가 사용될 수도 있음을 이해하여야 한다.
일 예시에서, 투영 시스템내의 렌즈들의 배치의 변화는 방사선 빔(B)의 배율에 있어 상당한 변화를 유도하게 된다. 예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상의 팩터만큼 배율의 변화가 존재할 수 있다.
일 예시에서, 광학 요소(21)가 방사선 빔(B)의 경로로부터 제거되면, 픽셀당 노광된 영역은 4배 커진다. 따라서, 단일 노광으로 노광된 전체 영역도 커진다. 그러므로, 리소그래피 장치의 스루풋이 보다 높아진다. 기판의 이 부분에 대해 최소 피처에 대한 최대 픽셀 크기가 사용되고 있기 때문에, 리소그래피 장치는 이 최소 피처 크기에서 최대 효율로 작동하게 된다. 따라서, 투영 시스템(PS)의 배율은 요구되는 분해능에 따라 변화된다.
보다 높은 분해능들이 예를 들어 DRAM 어플리케이션(application)에 요구되는 경우, 광학 요소(21)는 방사선 빔(B)의 경로 안으로 재삽입(reinsert)될 수 있다. 보다 높은 분해능들에서는, 보다 많은 수의 노광 단계들이 요구될 수 있다. 다양한 예시들에서, 기판들간의, 다이들간의, 또는 필요하다면 어느 때라도 배율이 변화될 수 있다.
더욱이, 개별적으로 제어가능한 요소들에 대한 기술이 계속 발전함에 따라, 상이한 배율들의 투영 시스템들을 이용할 수 있는 능력은 리소그래피 장치의 다능성(versatility)을 개선시킬 것이기 때문에, 개별적으로 제어가능한 요소들의 픽셀 크기는 작아질 수 있다.
일 예시에서, 보다 작은 최소 피처 크기를 갖는 기판의 또 다른 영역이 노광되어야 할 필요가 있는 경우, 광학 요소(21)는 방사선 빔(PB)의 경로 안으로 다시 이동된다. 광학 요소는, 상기 요소가 방사선 빔내에 정확히 위치되는 것을 보장하기 위해서 다루기 힘든 기계적 엔드 스톱(hard mechanical end stop)에 대해 존재하도록 투영빔내에 위치될 수 있거나, X, Y, Z, rotX, rotY, 및/또는 rotZ 방향들 중 1이상에 대한 폐쇄-루프 서보 제어(closed-loop servo control)가 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 최적의 조정에 대한 렌즈들의 위치를 입증(verify)하기 위해서 또한 낮은 수차들(aberrations)을 입증하기 위해서 간섭계가 사용될 수 있다. 일 예시에서, 렌즈들의 위치를 미세하게 튜닝(tune)하기 위해 제어 루프가 사용될 수 있다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 복수의 가동 렌즈들의 각각이 방사선 빔의 경로 안으로 또는 밖으로 배치될 수 있는 복수의 가동 렌즈들이 존재하는 또 다른 실시예를 도시한다. 도 3a, 도 3b, 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 복수의 가동 렌즈들(21, 22, 23)이 존재할 수 있다. 각각의 가동 렌즈(21, 22, 23)는 상이한 배율을 가지므로, 각각의 렌즈가 방사선 빔(B)의 경로내에 배치되는 경우, 투영 시스템은 상이한 축소를 가진다. 도 3a는 방사선 빔(B)의 경로내에 있는 렌즈(22)를 도시하며, 또한 도 3b도 방사선 빔(B)의 경로내에 있는 렌즈(23)를 도시한다. 더욱이, 도 3c에 도시된 바와 같이, 렌즈들(21 및 23)이 모두 방사선(B)의 경로내에 배치된 가동 렌즈들의 조합이 방사선 빔(B)의 경로내에 배치될 수 있다. 이들 시나리오들 중 각각에서, 투영 시스템(PS)은 상이한 배율을 가진다.
이러한 상이한 배율들의 복수의 렌즈들은 투영 시스템(PS)이 폭넓은 범위에서 상이한 배율들을 가질 수 있다는 것을 의미한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서, 투영 시스템은 복수의 렌즈들의 그룹들을 포함하며, 그 중 어느 것이라도 방사선 빔(B)의 경로 안으로 이동될 수 있다.
도 4a는 렌즈들(31 및 32)을 포함하는 가동 렌즈들의 제 1 그룹(30) 및 렌즈들(36, 37 및 38)을 포함하는 렌즈들의 제 2 그룹(35)을 도시한다. 각각의 렌즈들의 그룹은 여하한의 개수의 렌즈들, 또한 심지어는 단지 1개의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 그룹내의 렌즈들은 서로에 대해 어떠한 위치에도 존재할 수 있지만, 렌즈 그룹내의 다른 렌즈들에 대한 위치내에 고정된다.
도 4b는 투영빔의 경로내에 있는 제 2 렌즈 그룹(35)을 도시한다. 일 예시에서, 상이한 배율을 필요로 하는 기판의 상이한 부분이 노광되는 경우, 렌즈들의 제 2 그룹(35)은 투영빔의 경로 밖으로 이동되며, 렌즈들의 제 1 그룹(30)이 투영빔의 경로 안으로 이동된다. 이는 기계적 엔드 스톱 기구, 예컨대 슬라이딩 기구, 회전 기구, 볼 및 홈(groove) 기구, 또는 X, Y, Z, rotX, rotY, rotZ 방향들 중 1이상에 대한 언더 서보 제어(under servo control)에 의해 행해질 수 있다. 일 예시에서, 렌즈들의 그룹들의 위치는 간섭계를 이용하여 입증될 수 있다. 투영빔의 경로내에 있는 렌즈 그룹이 정확히 위치되는 것을 보장하는 것이 특히 중요하다.
이 예시는 단지 2개의 렌즈들의 그룹들(30, 35)을 설명하지만, 여하한의 수의 렌즈 그룹들이 존재할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 투영 시스템은 방사선 빔(B)에 대한 가능한 복수의 경로들(routes)을 포함할 수 있으며, 각각의 경로는 상이한 배율을 가진다. 일 예시에서, 투영 시스템은 방사선 빔이 취한 상이한 경로들을 변화시키는 복수의 거울들을 더 포함한다.
도 5a는 렌즈들(11, 41, 42 및 12)을 통해 투영되는 방사선 빔(B)을 도시한다. 도 5b에서, 거울들(46 및 48)은 투영 시스템(PS)내의 제 2 그룹을 통해 방사선 빔(B)을 투영하도록 투영빔의 경로내에 배치되었다. 제 2 경로는 렌즈들(41 및 42)과 상이한 배율을 갖는 렌즈들(44 및 45)을 포함한다. 렌즈들(41, 42, 44 및 45)의 위치 및 강도는, 투영 시스템의 초점이 변화되지 않게 유지되도록 되어 있다. 거울들(47, 49)은 투영 시스템의 잔여부를 통해 투영될 렌즈(12)를 향해 다시(back) 방사선 빔(B)을 투영시킨다. 투영 시스템(PS)은 상기 투영 시스템(PS)내에서 방사선 빔(B)에 의해 취해진 경로에 따라 상이한 배율을 가진다.
이 예시에서는 거울들(46, 47, 48 및 49)이 사용되었지만, 다른 편향 요소들, 예를 들어 프리즘이 사용될 수도 있다. 거울들은 투영 시스템의 경로 안팎으로 이동될 수 있으며, 그들의 위치는 기계적 엔드 스톱을 이용하거나 서보 제어를 이용하여 정확하게 제어될 수 있다.
이 예시에서는 두개의 광학 경로들이 2개의 렌즈들(41와 42 및 44와 45)을 포함하였지만, 각각의 경로는 여하한의 수의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 실제로, 특정한 경로 내에는 추가의 광학 요소들이 존재하지 않을 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예에서, 투영 시스템(PS)은 가동 렌즈들을 포 함한다. 방사선 빔의 경로내의 렌즈들의 위치는 가변적이다.
도 6a에서, 렌즈들(11, 12, 13, 14)은 제 1 위치들에 도시되어 있다. 도 6b에서, 렌즈들(11, 12, 13, 14)은 제 2 위치들에 도시되어 있다. 렌즈들(11 및 12)은 개별적으로 제어가능한 요소들을 향하여 이동되었고 렌즈들(13, 14)은 기판(W)을 향하여 이동되었다. 하지만, 렌즈들은 방사선 빔의 경로에 대해 평행하게만 이동하였다. 렌즈들(11, 12, 13 및 14)은 상기 렌즈들이 방사선 빔(B)의 경로에 대해 평행하게만 이동하도록 보장하기 위해 트랙상에 존재할 수 있다. 이 예시에서, X, Y, Z, rotX, rotY, 및/또는 rotZ 축선들 중 1이상의 서보 제어가 존재한다. 또한, 일 예시에서는, 다른 축선들의 서보 제어도 존재한다.
렌즈들(11, 12, 13, 14)의 상이한 위치들은 투영 시스템이 상이한 축소 팩터를 갖게 할 수 있다.
이 구성은 보다 높은 수차들을 유도할 수 있으므로, 보다 낮은 분해능들을 갖는 사용에 보다 적합하다.
일 예시에서, 투영 시스템은 2개의 부분들로 배치될 수 있다: 일 부분은 기판에 인접하게 배치된 고정된 배율을 갖으며, 또 다른 부분은 기판으로부터 더 멀리 배치된 가변 배율을 갖는다. 전체 배율은 50 내지 1000배 사이일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 시스템을 도시한다. 투영 시스템(PS)의 배율을 변화시키면, 개구수(NA)가 변화된다. 하지만, 방사선의 빔을 조명하는 배율이 또한 변화되어야만 하기 때문에, NA를 거의 일정하게 유지하는 것이 것이 바람직하다. 이는 투영 시스템이 2개의 부분들(PS1 및 PS2)로 분할된 도 7에 도시된 장치에 의해 달성될 수 있다. PS1은 고정된 배율이고 PS2는 (상술된) 가변 배율을 가진다. 또한, 투영 시스템의 가변부(PS2)는 조명 시스템의 일부분으로도 기능한다. 방사선 빔은 일루미네이터로부터, 빔 분할 디바이스에 의해 반사되어, 투영 시스템의 가변 배율부(PS2)를 통해 투영된다. 개별적으로 제어가능한 요소들에 의한 반사 후, 방사선 빔은 투영 시스템의 가변부(PS2)를 통해 다시 투영된다. 따라서, 투영 광학기의 배율이 변화되는 경우, 조명 광학기의 배율도 대응하여 변화된다. 그 후, 방사선 빔은 빔 분할 디바이스를 통해, 투영 시스템의 고정 배율부(PS1)를 통해, 또한 기판상으로 다시 투영된다. 투영 광학기의 배율이 변화되는 경우, 이에 따라 조명 광학기의 배율도 대응하여 변화된다. 대안적으로, 일루미네이터 자체내의 배율이 변화된다. 하지만, 이는 빔의 텔레센트리시티(telecentricity)가 일정하게 유지되어야 하기 때문에 보다 복잡할 수 있다.
이상, 특정 실시예들이 서술되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기에 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
결 론
이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 서술되었지만, 단지 예시의 방식으로 제시된 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 한계 및 범위는 상술된 예시적인 실시예들 중 어떠한 것으로도 제한되지 않으며, 오직 첨부된 청구항들 및 그들의 균등론에 입각하여 한정되어야 한다.
본 명세서의 상세한 설명 부분은 본 명세서의 구성 부분 및 요약 부분을 이해(interpret)하기 위해서 사용된 것임을 이해하여야 한다. 본 명세서의 구성 부분 및 요약 부분은, 전부는 아니더라도, 발명자(들)에 의해 고안(contemplate)된 본 발명의 예시적인 실시예들 중 1이상을 설명할 수 있으며, 따라서 어떠한 방식으로도, 첨부된 청구항들 및 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 스루풋이 증가된 마스크없는 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법이 제공된다.

Claims (12)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 빔을 컨디셔닝하는 조명 시스템;
    상기 빔을 패터닝하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이; 및
    기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영 시스템을 포함하여 이루어지고,
    상기 투영 시스템은, 배율을 조정하기 위한 하나 이상의 가동 렌즈, 또는 상이한 배율을 각각 갖는 패터닝 빔에 대한 복수의 대안적인 광 경로들을 포함하거나, 상기 하나 이상의 가동 렌즈 및 상기 복수의 대안적인 광 경로들을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가동 렌즈는, 상기 방사선 빔의 경로 안으로 또는 밖으로 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 시스템은, 상기 방사선 빔의 경로 안으로 또는 밖으로 이동되는 복수의 렌즈들의 그룹들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 시스템은, 상기 패터닝된 빔이 지향되는 상기 복수의 대안적인 광 경로들을 변화시키는 복수의 거울들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 빔의 경로내의 상기 가동 렌즈들의 상대 위치들은 가변적인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 복수의 상이한 배율들에서 작동하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 조명 시스템에 의해 생성된 방사선의 빔을 패터닝하는 패턴 생성기; 및
    기판상으로 상기 패터닝된 빔을 전사(transfer)시키고 상당히 상이한 복수의 배율들에서 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 전사 디바이스를 포함하여 이루어지며,
    상기 전사 디바이스는 배율을 조정하기 위한 하나 이상의 가동 렌즈, 또는 상이한 배율을 각각 갖는 패터닝 빔에 대한 복수의 대안적인 광 경로들을 포함하거나, 상기 하나 이상의 가동 렌즈 및 상기 복수의 대안적인 광 경로들을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 복수의 상이한 배율들에서 작동하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선의 빔을 컨디셔닝하는 조명 시스템;
    상기 빔을 패터닝하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이; 및
    제 1 배율에서 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 투영 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 투영 시스템은 제 2 배율에서 상기 기판의 또 다른 타겟부상으로 상기 패터닝된 빔을 투영시키며, 상기 제 2 배율은 실질적으로 1/n이고, 여기서 n은 임의의 양의 정수인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 방사선 빔을 패터닝하는 단계;
    제 1 배율에서 기판의 타겟부상으로 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계; 및
    제 2 배율에서 상기 기판의 또 다른 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 제 1 배율은 상기 제 2 배율과 상당히 상이한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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