KR100830661B1 - 기판 왜곡 측정 - Google Patents

Abstract

왜곡 측정 장치는 기판의 왜곡을 측정하도록 배치된 검출기, 및 기판의 측정된 왜곡을 나타내는 왜곡 데이터를 수신하고 상기 왜곡 데이터를 주파수 도메인 표현으로 변환하도록 배치된 프로세서를 포함하여 이루어진다. 왜곡 데이터는, 대안적으로 직교 다항식 또는 직교정규 다항식 표현으로 변환될 수 있다.

Description

기판 왜곡 측정{SUBSTRATE DISTORTION MEASUREMENT}

이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;

도 3은 도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명의 일 실시예를 이용하여 기판으로 패턴을 전사하는 모드를 도시하는 도면;

도 4는 광학 엔진(optical engine)들의 구성을 도시하는 도면; 및

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면이다.

본 발명은 리소그래피 적용(lithography application)들 및 다른 적용들에서의 기판 왜곡 측정에 관한 것이다.

리소그래피는 기판 또는 기판의 일부분에 원하는 패턴을 적용하는데 사용된다. 리소그래피는, 예를 들어 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel display), 및 미세 구조체(fine structures)를 포함하는 다른 디바이스의 제조시에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피에서는 마스크 또는 레티클이라고 언급될 수 있는 패터닝 디바이스가 평판 디스플레이(또는 다른 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은, 예를 들어 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층으로의 이미징(imaging)을 통해 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)(의 일부분) 상으로 전사(transfer)될 수 있다.

패터닝 디바이스는 회로 패턴 대신 다른 패턴, 예를 들어 컬러 필터 패턴(color filter pattern) 또는 도트(dot)의 매트릭스(matrix)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스는 마스크 대신, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함하는 패터닝 어레이를 포함할 수 있다. 마스크 기반 시스템(mask-based system)에 비해 이러한 시스템의 장점은 패턴이 더 빠르고 더 적은 비용으로 변화될 수 있다는 것이다.

종래에는 리소그래피가 실리콘 웨이퍼 상에 패턴을 이미징하는데 사용되지만, 패턴을 다른 적절한 기판 상에 이미징하도록 사용될 수도 있다. 패턴이 이미징될 수 있는 기판들은 평판 디스플레이 기판 및 유연한 플라스틱(flexible plastic)으로 형성된 기판을 포함한다. 이러한 형태의 기판들은 실리콘 웨이퍼보다 더 많은 왜곡을 받기 쉽다는 단점을 갖는다. 기판의 왜곡을 측정하는 것이 가능할 수 있다. 하지만, 왜곡을 나타내기 위해서 요구되는 데이터의 양(volume)이 엄청날 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 왜곡을 측정하도록 배치된 검출 기(detector), 및 기판의 측정된 왜곡을 나타내는 왜곡 데이터를 수신하고 상기 왜곡 데이터를 주파수 도메인 표현(frequency domain representation)으로 변환(transform)하도록 배치된 프로세서(processor)를 포함하는 왜곡 측정 장치가 제공된다.

또한, 본 발명은 기판의 왜곡을 측정하도록 배치된 검출기, 및 기판의 측정된 왜곡을 나타내는 왜곡 데이터를 수신하고 상기 왜곡 데이터를 직교 다항식 표현(orthogonal polynomial representation)으로 변환하도록 배치된 프로세서를 포함하는 왜곡 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 기판의 왜곡을 측정하도록 배치된 검출기, 및 기판의 측정된 왜곡을 나타내는 왜곡 데이터를 수신하고 상기 왜곡 데이터를 직교정규 다항식 표현(orthonormal polynomial representation)으로 변환하도록 배치된 프로세서를 포함하는 왜곡 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 왜곡을 측정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 기판의 왜곡을 측정하는 단계 및 측정된 왜곡 데이터를 주파수 도메인 표현으로 변환하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 기판 왜곡을 측정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 기판의 왜곡을 측정하는 단계 및 측정된 왜곡 데이터를 직교 다항식 표현으로 변환하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 기판 왜곡을 측정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 기판의 왜곡을 측정하는 단계 및 측정된 왜곡 데이터를 직교정규 다항식 표현으로 변환 하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 장치, 예를 들어 왜곡 측정 장치를 포함하는 리소그래피 장치; 및 디바이스 제조 방법, 예를 들어 왜곡 측정 방법을 이용하는 리소그래피 방법; 및 그에 의해 제조된 디바이스를 제공한다.

본 발명은 기판의 왜곡 측정을 제공한다. 그로 국한되지는 않지만, 왜곡 측정은, 예를 들어 기판의 리소그래피 노광시에 사용될 수 있다. 도 1 내지 도 4는 본 왜곡 측정이 사용될 수 있는 리소그래피 장치 및 그 작동을 나타내는 예시들을 설명한다.

도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하며, 상기 장치는:

- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);

- 상기 투영 빔을 변조(modulate)하는 패터닝 디바이스(PD)(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이)(일반적으로, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 위치는 아이템(PS)에 대해 고정될 것이다; 하지만, 그 대신에 소정 파라미터들에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 정확히 위치시키도록 구성된 위치설정기에 연결될 수 있다);

- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 기판)(W)을 지지하도록 구성되고, 소정의 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(WT); 및

- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 의해 변조된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선 빔을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면을 변조하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 이와 유사하게, 기판 상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상에 형성된 패턴과 일치하지 않을 수 있다. 이는 기판의 각 부분 상에 형성된 최종 패턴이 기판의 상대 위치 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 패턴이 변화하는 주어진 시간 주기 또는 주어진 수의 노광에 걸쳐 형성되는 구성인 경우일 수 있다. 일반적으로, 기판의 타겟부 상에 생성된 패턴은 집적 회로 또는 평판 디스플레이(flat panel display)와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능층(예를 들어, 평판 디스플레이 내의 컬러 필터 층 또는 평판 디스플레이 내의 박막 트랜지스터(thin film transistor) 층)에 해당할 것이다. 이러한 패터닝 디바이스의 예로는, 예를 들어 레티클, 프로그램가능한 거울 어레이, 레이저 다이오드 어레이(laser diode array), 발광 다이오드 어레이(light emitting diode array), 격자 광 밸브(grating light valve), 및 LCD 어레이를 포함한다. 방사선 빔의 인접한 부분들에 대해 방사선 빔의 일부분의 위상을 변조함으로써 방사선 빔에 패턴을 부여하는 복수의 프로그램가능한 요소들을 갖는 전자적으로 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 포함하는, 방사선 빔의 일부분의 세기를 각각 변조할 수 있는 복수의 프로그램가능한 요소들을 포함하는 패터닝 디바이스와 같이, 전자 수단(예를 들어, 컴퓨터)의 도움으로 프로그램가능한 패턴을 갖는 패터닝 디바이스(예를 들어, 레티클을 제외하고 이전 문장에 언급된 모든 디바이스)는 본 명세서에서 집합적으로 "콘트라스트 디바이스(contrast device)"라고 언급된다. 일 실시예에서, 패터닝 디바이스는 10 이상의 프로그램가능한 요소들, 예를 들어 100 이상, 1000 이상, 10000 이상, 100000 이상, 1000000 이상, 또는 10000000 이상의 프로그램가능한 요소들을 포함한다. 이 디바이스들 중 몇몇 실시예들은 하기에서 좀 더 상세히 설명된다:

- 프로그램가능한 거울 어레이. 이는 점탄성(viscoelastic) 제어층 및 반사 표면을 갖는 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)을 포함할 수 있다. 이러한 장치의 기본 원리는 (예를 들어) 반사 표면의 어드레싱된 영역들에서는 입사광을 회절 광(diffracted light)으로서 반사시키는 반면, 어드레싱되지 않은 영역들에서는 입사광을 비회절 광으로서 반사시키는 것이다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절 광만을 필터링하여 기판에 도달하는 회절 광만을 남게 할 수 있다; 이러한 방식으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝된다. 일 대안예로서, 상기 필터는 회절 광을 필터링하여 기판에 도달하는 비회절 광을 남게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 회절 광학 MEMS 디바이스들의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수도 있다. 회절 광학 MEMS 디바이스는 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자를 형성하도록 서로에 대해 변형될 수 있는 복수의 반사 리본(ribbon)들로 구성된다. 프로그램가능한 거울 어레이의 또 다른 대안적인 실시예는 매우 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 적절한 국부화된 전기장을 인가하거나 압전 작동 수단들(piezoelectric actuation means)을 채택함으로써 축선에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 다시 말하면, 거울들은 매트릭스-어드레서블일 수 있으므로, 어드레싱된 거울들은 입사하는 방사선 빔을 어드레싱되지 않은 거울들과는 다른 방향으로 반사한다; 이러한 방식으로 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 구성요소들을 사용하여 수행될 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 거울 어레이들에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 그 전문이 인용 참조되는 미국 특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호, 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다.

- 프로그램가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 일 예시는 본 명세서에서 그 전문이 인용 참조되는 미국 특허 US 5,229,872호에서 주어진다.

리소그래피 장치는 1 이상의 패터닝 디바이스, 예를 들어 1 이상의 콘트라스 트 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 서로 독립적으로 각각 제어되는 개별적으로 제어가능한 요소들의 복수의 어레이를 가질 수 있다. 이러한 구성에서 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 몇몇 또는 모두는 공통의 조명 시스템 (또는 조명 시스템의 부분), 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 대한 공통의 지지 구조체 및/또는 공통의 투영 시스템 (또는 투영 시스템의 부분) 중 1 이상을 가질 수 있다.

도 1에 도시된 실시예와 같은 일 실시예에서, 기판(W)은 실질적으로 원형이며, 선택적으로는 그 주변의 일부분을 따라 노치(notch) 및/또는 평탄한 에지(flattened edge)를 갖는다. 일 실시예에서 기판은 다각형, 예를 들어 직사각형 형상을 갖는다. 기판이 실질적으로 원 형상을 갖는 실시예들은 기판이 25 mm 이상, 예를 들어 50 mm 이상, 75 mm 이상, 100 mm 이상, 125 mm 이상, 150 mm 이상, 175 mm 이상, 200 mm 이상, 250 mm 이상, 또는 300 mm 이상의 직경을 갖는 실시예들을 포함한다. 일 실시예에서 기판은 최대 500 mm, 최대 400 mm, 최대 360 mm, 최대 300 mm, 최대 250 mm, 최대 200 mm, 최대 150 mm, 최대 100 mm, 또는 최대 75 mm의 직경을 갖는다. 기판이 다각형, 예를 들어 직사각형인 실시예들은 기판의 1 변 이상, 예를 들어 2 변 이상 또는 3 변 이상이 5 cm 이상, 예를 들어 25 cm 이상, 50 cm 이상, 100 cm 이상, 150 cm 이상, 200 cm 이상, 또는 250 cm 이상의 길이를 갖는 실시예들을 포함한다. 일 실시예에서 기판의 1 변 이상은 최대 1000 cm, 예를 들어 최대 750 cm, 최대 500 cm, 최대 360 cm, 최대 250 cm, 최대 150 cm, 또는 최대 75 cm의 길이를 갖는다. 일 실시예에서 기판은 약 250 내지 360 cm의 길이 및 약 250 내지 300 cm의 폭을 갖는 직사각형의 기판이다. 기판의 두께는 변동될 수 있으며, 예를 들어 기판 물질 및/또는 기판 치수(dimension)에 따라 어느 정도 달라질 수 있다. 일 실시예에서 상기 두께는 50 ㎛ 이상, 예를 들어 100 ㎛ 이상, 200 ㎛ 이상, 300 ㎛ 이상, 400 ㎛ 이상, 500 ㎛ 이상, 또는 600 ㎛ 이상이다. 일 실시예에서 기판의 두께는 최대 5000 ㎛, 예를 들어 최대 3600 ㎛, 최대 2500 ㎛, 최대 1750 ㎛, 최대 1250 ㎛, 최대 1000 ㎛, 최대 800 ㎛, 최대 600 ㎛, 최대 500 ㎛, 최대 400 ㎛, 또는 최대 300 ㎛이다. 본 명세서에 언급된 기판은, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴)에서 노광 전후에 처리될 수 있다. 기판의 특성은, 예를 들어 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 노광 전후에 측정될 수 있다.

일 실시예에서 레지스트 층은 기판 상에 제공된다. 일 실시예에서 기판(W)은 웨이퍼, 예를 들어 반도체 웨이퍼이다. 일 실시예에서 웨이퍼 물질은 Si, SiGe, SiGeC, SiC, Ge, GaAs, InP 및 InAs로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일 실시예에서 웨이퍼는 Ⅲ/Ⅴ 화합물 반도체 웨이퍼이다. 일 실시예에서 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼이다. 일 실시예에서 기판은 세라믹 기판이다. 일 실시예에서 기판은 유리 기판이다. 유리 기판은, 예를 들어 평판 디스플레이 및 액정 디스플레이 패널의 제조시에 유용할 수 있다. 일 실시예에서 기판은 플라스틱 기판이다. 일 실시예에서 기판은 (육안으로) 투명하다. 일 실시예에서 기판은 유채색이다. 일 실시예에서 기판은 무채색이다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선 에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들을 포함하는 여하한의 형태의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

투영 시스템은 패턴이 기판 상에 코히런트하게(coherently) 형성되도록 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상에 패턴을 이미징할 수 있다; 대안적으로, 투영 시스템은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 요소들이 셔터(shutter)로서 기능하는 2차 소스(secondary source)를 이미징할 수 있다. 이러한 점에서 투영 시스템은, 예를 들어 2차 소스들을 형성하고 기판 상에 스폿(spot)들을 이미징하도록 마이크로 렌즈 어레이(MLA라고도 함) 또는 프레스넬 렌즈 어레이(Fresnel lens array)와 같은 포커싱 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 포커싱 요소들의 어레이(예를 들어, MLA)는 10 이상의 포커스 요소, 예를 들어 100 이상의 포커스 요소, 1000 이상의 포커스 요소, 10000 이상의 포커스 요소, 100000 이상의 포커스 요소 또는 1000000 이상의 포커스 요소를 포함한다. 일 실시예에서 패터닝 디바이스 내의 개별적으로 제어가능한 요소들의 개수는 포커싱 요소들의 어레이 내의 포커싱 요소들의 개수와 같거나 그보다 크다. 일 실시예에서 포커싱 요소들의 어레이는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 내의 1 이상의 개별적으로 제어가능한 요소들, 예를 들어 3 이상, 5 이상, 10 이상, 20 이상, 25 이상, 36 이상 또는 50 이상과 같이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 내의 2 이상의 개별적으로 제어가능한 요소들과 광학적으로 연계(associate)된 포커싱 요소를 포함한다; 일 실시예에서 포커싱 요소는 5000 미만, 예를 들어 2500 미만, 1000 미만, 500 미만 또는 100 미만의 개별적으로 제어가능한 요소들과 광학적으로 연계된다. 일 실시예에서 포커싱 요소들의 어레이는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 내의 1 이상의 개별적으로 제어가능한 요소들과 광학적으로 연계된 1 이상(예를 들어, 대부분 또는 거의 모두 1000 이상)의 포커싱 요소를 포함한다. 일 실시예에서 MLA는, 예를 들어 1 이상의 액추에이터를 사용하여 적어도 기판을 향하는 방향으로 또한 기판으로부터 멀어지는 방향으로 (예를 들어, 액추에이터를 사용하여) 이동가능하다. 기판쪽으로 또한 기판으로부터 멀리 MLA를 이동시킬 수 있다는 것은, 예를 들어 기판을 이동시킬 필요없이 포커스 조정을 허용한다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사 어레이를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 투과 어레이를 채택하는) 투과형으로 구성될 수도 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블들을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 "침지 액체", 예컨대 물로 덮이는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 패터닝 디바이스와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용된 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 일 실시예에서 방사선 소스는 5 nm 이상, 예를 들어 10 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 175 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 275 nm 이상, 300 nm 이상, 325 nm 이상, 360 nm 또는 360 nm 이상의 파장을 갖는 방사선을 제공한다. 일 실시예에서 방사선 소스(SO)에 의해 제공된 방사선은 최대 450 nm, 예를 들어 최대 425 nm, 최대 375 nm, 최대 360 nm, 최대 325 nm, 최대 275 nm, 최대 250 nm, 최대 225 nm, 최대 200 nm 또는 최대 175 nm의 파장을 갖는다. 일 실시예에서 상기 방사선은 436 nm, 405 nm, 365 nm, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm, 126 nm 및/또는 13.5 nm를 포함하는 파장을 갖는다. 일 실시예에서 상기 방사선은 약 365 nm 또는 약 365 nm의 파장을 포함한다. 일 실시예에서 상기 방사선은, 예를 들어 365, 405 및 436 nm를 포괄하는 광대역의 파장을 포함한다. 365 nm 레이저 소스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다. 패터닝 디바이스 자체가 광원인 경우, 예를 들어 레이저 다이오드 어레이 또는 발광 다이오드 어레이인 경우, 상기 장치는 조명 시스템 없이 디자인되거나 적어도 단순화된 조명 시스템으로 디자인될 수 있다(예를 들어, 방사선 소스(SO)에 대한 필요성이 제거될 수 있다).

상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL) 또는 그와 연계된 추가 구성요소는 방사선 빔을, 예를 들어 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 1 또는 복수의 개별적으로 제어가능한 요소들과 각각 연계될 수 있는 복수의 서브-빔(sub-beam)으로 분할하도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 방사선 빔을 서브-빔으로 분할하기 위해 2차원 회절 격자가 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "방사선의 빔" 및 "방사선 빔"이라는 용어는 제한하는 것은 아니지만, 빔이 복수의 이러한 방사선의 서브-빔으로 구성되는 상황을 포함한다.

상기 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(PD)(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 변조된다. 상기 패터닝 디바이스(PD)에 의해 반사되었으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이용 위치설정 수단은 예를 들어 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(PD)의 위치를 정확히 보정(correct)하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서 기판 테이블(WT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 도 1에 명확하게 도시되지는 않는다. 일 실시예에서 상기 장치에는 적어도 기판 테이블(WT)을 이동시키는 단 행정 모듈이 존재하지 않는다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 위치시키는데 사용될 수도 있다. 대상물 테이블 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이가 요구되는 상대 이동을 제공하도록 고정된 위치를 가질 수 있는 반면, 투영 빔(B)은 대안적으로/추가적으로 이동가능할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 구성은 상기 장치의 크기를 제한하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 평판 디스플레이의 제조시에 적용가능할 수 있는 또 다른 대안예로서, 기판 테이블(WT) 및 투영 시스템(PS)의 위치는 고정될 수 있으며, 기판(W)은 기판 테이블(WT)에 대해 이동되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블(WT)에는 실질적으로 일정한 속도로 기판(W)을 가로질러 스캐닝하는 시스템이 제공될 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 방사선이 초기에 빔 스플리터(BS)에 의해 반사되고 패터닝 디바이스(PD)로 지향되도록 구성된 빔 스플리터(BS)에 의해, 방사선의 빔(B)이 패터닝 디바이스(PD)로 지향될 수 있다. 또한, 방사선의 빔(B)은 빔 스플리터를 사용하지 않고 패터닝 디바이스에 지향될 수 있다는 것이 실현되어야 한다. 일 실시예에서 상기 방사선의 빔은 0 내지 90°, 예를 들어 5 내지 85°, 15 내지 75°, 25 내지 65°, 또는 36 내지 55°의 각도로 패터닝 디바이스에 지향된다(도 1에 나타낸 실시예는 90°의 각도에서이다). 상기 패터닝 디바이스(PD)는 방사선의 빔(B)을 변조시키고, 변조된 빔을 투영 시스템(PS)으로 전달하는 빔 스플리터(BS)로 상기 빔을 다시 반사시킨다. 하지만, 방사선의 빔(B)을 패터닝 디바이스(PD)로 지향시키고 후속하여 투영 시스템(PS)으로 지향시키기 위해 대안적인 구성이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 투과 패터닝 디바이스가 사용되는 경우, 도 1에 나타낸 바와 같은 구성은 요구되지 않을 수도 있다.

도시된 장치는, 예를 들어 다음과 같은 4 개의 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 및 기판은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟 부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 및 기판은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 대한 기판의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 펄스 모드에서 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 펄스화된 방사선 소스를 사용하여 전체 패턴이 기판(W)의 타겟부(C) 상에 투영된다. 기판 테이블(WT)은 투영 빔(B)이 기판(W)을 가로질러 라인을 스캐닝하도록 유도하기 위해 기본적으로 일정한 속력으로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상의 패턴은 방사선 시스템의 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트되며, 연속한 타겟부(C)들이 기판(W) 상의 요구된 위치에 노광되도록 상기 펄스의 시간이 조절된다(time). 결과적으로, 투영 빔(B)은 기판의 스트립(strip)에 완전한 패턴을 노광하도록 기판(W)을 가로질러 스캐닝할 수 있다. 상기 공정은 전체 기판(W)이 한 라인씩 노광될 때까지 반복된다.

4. 연속 스캔 모드에서는 기판(W)이 실질적으로 일정한 속력으로 방사선의 변조된 빔(B)에 대해 스캐닝되고 투영 빔(B)이 기판(W)을 가로질러 스캐닝하고 그것을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상의 패턴이 업데이트된다는 것을 제외하고는 기본적으로 펄스 모드와 동일하다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상의 패턴의 업데이팅과 동기화된 실질적으로 일정한 방사선 소스 또는 펄스화된 방사선 소스가 사용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

리소그래피에서는, 기판 상의 레지스트 층을 방사선에 선택적으로 노출시킴으로써, 예를 들어 레지스트 층을 패터닝된 방사선에 노출시킴으로써 원하는 피처가 기판 상에 생성될 수 있다. 소정의 최소 광 도즈(minimum light dose)("도즈 임계")를 수용하는 레지스트의 영역은 화학 반응을 겪게 되는 반면, 다른 영역들은 변화되지 않는 상태를 유지한다. 이에 따라 생성된 레지스트 층 내의 화학적 차이는 상기 레지스트를 현상하도록, 부연하면 적어도 최소 도즈를 수용한 영역을 선택적으로 제거하거나 최소 도즈를 수용하지 않은 영역을 제거하도록 허용한다. 그 결과로서, 기판의 일부분은 레지스트에 의해 여전히 보호되는 반면, 레지스트가 제거된 기판의 영역은 노광되며, 예를 들어 기판의 선택적인 에칭(etching), 선택적인 금속 증착(metal deposition) 등과 같은 추가 처리 단계를 허용함에 따라 원하는 피처를 생성한다. 원하는 피처 내에서의 기판 상의 레지스트 층의 영역에 전달되는 방사선은, 그 영역이 노광시에 도즈 임계 이상의 방사선의 도즈를 수용하는 충분히 높은 세기 상태에 있는 반면, 기판 상의 다른 영역은 0 또는 상당히 낮은 방사선 세기를 제공하도록 대응하는 개별적으로 제어가능한 요소들을 설정함으로써 상기 도즈 임계 이하의 방사선 도즈를 수용하도록 패터닝 디바이스 내의 개별적으로 제어가능한 요소들을 설정함으로써 방사선의 패터닝이 수행될 수 있다.

실제로는, 개별적으로 제어가능한 요소들이 피처 경계의 한쪽에 최대 방사선 세기를 제공하고 다른 한쪽에는 최소 방사선 세기를 제공하도록 설정되더라도, 원하는 피처의 에지에서의 방사선 도즈는 주어진 최대 도즈에서 0 도즈로 급작스럽게 변화하지 않을 수 있다. 그 대신에, 회절 효과로 인해 방사선 도즈의 레벨은 전이 지대(transition zone)를 거쳐 드롭-오프(drop-off)될 수 있다. 그 후, 레지스트를 현상한 이후에 최종적으로 형성된 원하는 피처의 경계의 위치는 수용된 도즈가 방사선 도즈 임계 이하로 떨어지는 위치에 의해 결정된다. 전이 지대에 걸친 방사선 도즈의 드롭-오프 프로파일 및 이에 따른 피처 경계의 정밀한 위치는, 최대 또는 최소 세기 레벨뿐만 아니라 최대 세기 레벨과 최소 레벨 사이의 세기 레벨로의 피처 경계 상에 또는 그 부근에 있는 기판 상의 지점들에 방사선을 제공하는 개별적으로 제어가능한 요소들을 설정함으로써 더 정밀하게 제어될 수 있다. 이는 통상적으로 "그레이스케일링(grayscaling)" 또는 "그레이레벨링(grayleveling)"이라고 언급된다.

그레이스케일링은 주어진 개별적으로 제어가능한 요소에 의해 기판에 제공된 방사선 세기가 2 개의 값으로만 (즉, 단지 최대값 및 최소값으로만) 설정될 수 있는 리소그래피 시스템에서 가능한 것보다 더 큰 피처 경계의 위치의 제어를 제공할 수 있다. 일 실시예에서 3 이상의 상이한 방사선 세기 값, 예를 들어 4 이상의 방사선 세기 값, 8 이상의 방사선 세기 값, 16 이상의 방사선 세기 값, 32 이상의 방사선 세기 값, 64 이상의 방사선 세기 값, 100 이상의 방사선 세기 값, 128 이상의 방사선 세기 값 또는 256 이상의 방사선 세기 값이 기판 상으로 투영될 수 있다. 콘트라스트 디바이스 자체가 광원(예를 들어, 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드 어레이)인 경우, 예를 들어 전달되는 광의 세기 레벨을 제어함으로써 그레이스케일링이 수행될 수 있다. 콘트라스트 디바이스가 마이크로거울 디바이스인 경우, 예를 들어 마이크로거울의 경사 각도들을 제어함으로써 그레이스케일링이 수행될 수 있다. 또한, 콘트라스트 디바이스 내의 복수의 프로그램가능한 요소들을 그룹화하고 주어진 시간에 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭되는 그룹 내의 요소들의 개수를 제어함으로써 그레이스케일링이 수행될 수 있다.

그레이스케일링은 상기 서술된 것에 추가적인 또는 대안적인 목적으로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 노광 이후의 기판의 처리는 수용된 방사선 도즈 레벨에 의존하여 기판의 영역의 2 이상의 잠재 응답(potential response)이 존재하도록 조정(tune)될 수 있다. 예를 들어, 제 1 방식으로 제 1 임계 이하의 방사선 도즈를 수용한 기판의 일부분이 응답한다; 제 2 방식으로는 제 1 임계 이상이지만 제 2 임계 이하의 방사선 도즈를 수용한 기판의 일부분이 응답하며; 또한 제 3 방식으로는 제 2 임계 이상의 방사선 도즈를 수용한 기판의 일부분이 응답한다. 따라서, 그레이스케일링은 2 이상의 원하는 도즈 레벨을 갖는 기판을 가로지른 방사선 도즈 프로파일을 제공하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서 방사 선 도즈 프로파일은 2 이상의 원하는 도즈 레벨, 예를 들어 3 이상의 원하는 방사선 도즈 레벨, 4 이상의 원하는 방사선 도즈 레벨, 6 이상의 원하는 방사선 도즈 레벨 또는 8 이상의 원하는 방사선 도즈 레벨을 갖는다.

또한, 방사선 도즈 프로파일은 상기 설명된 바와 같은 기판 상의 각 지점에서 수용된 방사선의 세기만 제어하는 것 이외의 다른 방법들에 의해 제어될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 기판 상의 각 지점에 의해 수용된 방사선 도즈는 대안적으로 또는 추가적으로 상기 지점의 노광의 지속기간(duration)을 제어함으로써 제어될 수 있다. 또 다른 예시로서, 기판 상의 각 지점은 복수의 연속한 노광들에서 방사선을 잠재적으로 수용할 수 있다. 그러므로, 각 지점에 의해 수용된 방사선 도즈는 대안적으로 또는 추가적으로 상기 복수의 연속한 노광들의 선택된 서브세트(subset)를 사용하여 상기 지점을 노광함으로써 제어될 수 있다.

기판 상에 요구된 패턴을 형성하기 위하여, 패터닝 디바이스 내의 각각의 개별적으로 제어가능한 요소들을 노광 공정시에 각각의 스테이지에 필요한 상태(requisite state)로 설정하는 것이 필수적이다. 그러므로, 필요한 상태를 나타낸 제어 신호는 각각의 개별적으로 제어가능한 요소들로 전송된어야 한다. 리소그래피 장치는 제어 신호를 발생시키는 제어기를 포함하는 것이 바람직하다. 기판 상에 형성될 패턴은 GDSⅡ와 같은 벡터-정의된 포맷(vector-defined format)으로 리소그래피 장치에 제공될 것이다. 설계 정보를 각각의 개별적으로 제어가능한 요소들에 대한 제어 신호로 변환하기 위하여, 상기 제어기는 패턴을 나타내는 데이터 스트림 상에서 처리 단계를 수행하도록 각각 구성된 1 이상의 데이터 조작 디바이 스(data manipulation device)를 포함한다. 상기 데이터 조작 디바이스는 집합적으로 "데이터경로(datapath)"라고 언급될 수 있다.

데이터경로의 데이터 조작 디바이스는 다음의 기능들: 벡터 기반(vector-based) 설계 정보를 비트맵 패턴 데이터(bitmap pattern data)로 변환하는 기능; 비트맵 패턴 데이터를 방사선 도즈 맵(즉, 기판을 가로지른 방사선 도즈 프로파일)으로 변환하는 기능; 방사선 도즈 맵을 각각의 개별적으로 제어가능한 요소에 대한 방사선 세기 값으로 변환하는 기능; 및 각각의 개별적으로 제어가능한 요소에 대한 방사선 세기 값을 대응하는 제어 신호로 변환하는 기능 중 1 이상을 수행하도록 구성될 수 있다.

도 2는, 예를 들어 평판 디스플레이의 제조시에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 도시한다. 도 1에 나타낸 것들에 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 번호들로 도시된다. 또한, 다양한 실시예들, 예를 들어 기판, 콘트라스트 디바이스, MLA, 방사선 빔 등의 다양한 구성들의 상기 설명이 유효하게 적용될 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이 상기 장치는 방사선 소스(SO), 빔 전달 시스템(BD), 일루미네이터(IL) 및 투영 시스템(PS)을 포함한다. 투영 시스템(PS)은 2 개의 렌즈(L1, L2)를 포함하는 빔 익스팬더를 포함한다. 제 1 렌즈(L1)는 변조된 방사선 빔(B)을 수용하고 어퍼처 스톱(aperture stop: AS) 내의 어퍼처를 통해 상기 빔을 포커스하도록 배치된다. 또 다른 렌즈(AL)는 상기 어퍼처 내에 위치될 수 있다. 그 후, 방사선 빔(B)은 발산(diverge)되어 제 2 렌즈(L2)(예를 들어, 필드 렌즈)에 의해 포커스된다.

또한, 투영 시스템(PS)은 확대되고 변조된 방사선(B)을 수용하도록 배치된 렌즈들의 어레이(MLA)를 포함한다. 패터닝 디바이스(PD) 내의 1 이상의 개별적으로 제어가능한 요소들에 대응하는 변조된 방사선 빔(B)의 상이한 부분들은 렌즈들의 어레이(MLA) 내의 각각의 상이한 렌즈들을 통과한다. 각각의 렌즈(ML)는 변조된 방사선 빔(B)의 각 부분을 기판(W) 상에 놓인 지점으로 포커스한다. 이러한 방식으로 방사선 스폿(S)의 어레이가 기판(W) 상에 노광된다. 예시된 렌즈의 어레이(MLA) 중 8 개의 렌즈(ML)만이 도시되었지만, 렌즈들의 어레이는 수 천개의 렌즈들을 포함할 수 있다(동일하게는 패터닝 디바이스(PD)로서 사용된 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에서도 그러하다)는 것을 이해할 것이다.

도 3은 기판(W) 상의 패턴이 생성될 수 있는 방식을 개략적으로 예시한다. 검은 원들은 투영 시스템(PS) 내의 렌즈들의 어레이(MLA)에 의해 기판 상에 투영된 스폿(S)들의 어레이를 나타낸다. 일련의 노광들이 기판 상에 노광될 때, 기판은 투영 시스템에 대해 Y 방향으로 이동된다. 흰 원은 이전에 기판 상에 노광된 스폿 노광(SE)을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 투영 시스템(PS) 내의 렌즈들의 어레이에 의해 기판 상에 투영된 각각의 스폿은 기판(W) 상의 스폿 노광들의 로우(row: R)를 노광한다. 기판에 대한 전체 패턴은 각각의 스폿에 의해 노광된 스폿 노광(SE)들의 모든 로우(R)들의 합에 의해 생성된다. 통상적으로, 이러한 구성은 "픽셀 그리드 이미징(pixel grid imaging)"이라고 언급된다. 당업자라면, 기판(W) 상의 표면이 적절히 노광되도록 허용하기 위해 실제로는 스폿(S)들 간에 오버랩(overlap)이 존 재할 것이라는 것을 이해할 것이다. 상기 오버랩은 예시의 간명함을 위해 도 3에 나타내지 않는다.

방사선 스폿(S)의 어레이는 기판(W)에 대해 각도(θ)로 배치된다(기판의 에지들은 X 및 Y 방향으로 평행하게 놓여 있다). 이는 기판이 스캐닝 방향(Y-방향)으로 이동되는 경우에, 각각의 방사선 스폿이 기판의 상이한 영역 위를 지나감에 따라, 전체 기판이 방사선 스폿(S)들의 어레이에 의해 덮이도록 허용하기 위해 행해진다. 일 실시예에서 각도(θ)는 예를 들어 최대 20°, 최대 10°, 예를 들어 최대 5°, 최대 3°, 최대 1°, 최대 0.5°, 최대 0.25°, 최대 0.10°, 최대 0.05° 또는 최대 0.01°이다. 일 실시예에서 각도(θ)는 0.0001°이상, 예를 들어 0.001°이상이다.

도 4는 전체 기판(W)이 복수의 광학 엔진을 사용함으로써 단일 스캔으로 노광될 수 있는 방식을 개략적으로 나타낸다. 8 개의 광학 엔진들(31)은 방사선 스폿들의 어레이(도시되지 않음)를 생성하도록 배치된다. 상기 광학 엔진들(31)은 방사선 스폿들의 일 어레이의 에지가 방사선 스폿들의 인접한 어레이의 에지와 (x-방향으로) 약간 오버랩되도록, '바둑판(chess board)' 구성으로 2 개의 로우(32 및 33)에 배치된다. 검출기(34)들의 로우는 기판 위에 제공된다. 검출기(34)들의 로우는 기판의 표면의 왜곡을 측정하도록, 즉 예를 들어 바람직한 위치로부터의 기판 상의 정렬 마크들의 편차(deviation)를 측정하도록 배치된다. 기판이 유연한 기판, 예를 들어 유연한 플라스틱 상에 형성된 기판 또는 평판 디스플레이 기판인 경우, 왜곡 측정이 특히 유리할 수 있다.

일 실시예에서 광학 엔진들은 3 이상의 로우, 예를 들어 4 이상의 로우, 또는 5 이상의 로우로 배치된다. 이러한 방식으로, 방사선의 대역이 기판(W)의 폭을 가로질러 연장되므로, 전체 기판의 노광이 단일 스캔으로 수행되도록 허용한다. 여하한의 적절한 개수의 광학 엔진들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시예에서 광학 엔진들의 개수는 1 이상, 예를 들어 2 이상, 4 이상, 8 이상, 10 이상, 12 이상, 14 이상 또는 17 이상이다. 일 실시예에서 광학 엔진들의 개수는 40 이하, 예를 들어 30 이하 또는 20 이하이다.

각각의 광학 엔진은 상기 설명된 바와 같은 별도의 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(PD) 및 투영 시스템(PS)을 포함한다. 하지만, 2 이상의 광학 엔진들이 조명 시스템, 패터닝 디바이스 및 투영 시스템 중 1 이상의 전체 또는 일부분을 공유할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

왜곡 측정은, 예를 들어 기판(W) 상에 위치된 각각의 다이(또는 다른 타겟)와 연계된 복수의 정렬 마크들을 제공함으로써 얻어질 수 있다. 검출기(34)들의 로우에 의해 측정된 바와 같은 기판(W)의 표면 상의 정렬 마크들의 원하는 위치로부터의 그 편차는 왜곡 데이터로서 저장된다. 검출기(34)들은 여하한의 형태의 정렬 검출기들을 포함할 수 있으며, 당업자라면 그 예시를 알 것이다. 검출기(34)들은 왜곡 측정을 디지털 왜곡 데이터로 변환하도록 배치된 아날로그 대 디지털 변환기를 포함하거나 그것에 연결될 수 있다.

기판(W)이 복수의 다이 또는 다른 타겟들을 포함하지 않는 경우 기판은 평판 디스플레이 기판인 경우가 있을 수 있기 때문에, 정렬 마크들의 몇몇 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 정렬 마크들을 사용하지 않고 기판(W)의 표면을 측정하는 것이 가능할 수 있다; 예를 들어, 검출기(34)들의 로우는 기판(W) 상에 제공된 회로 패턴(또는 몇몇 다른 기능성 패턴)의 패턴 인식(pattern recognition)에 기초하여 왜곡 측정을 행하도록 사용될 수 있는 이미징 검출기를 포함할 수 있다.

왜곡 데이터는 패터닝 디바이스에 연결된 프로세서로 보내진다(도 1 또는 도 2 참조). 상기 프로세서는 기판(W)의 측정된 왜곡(즉, 왜곡 데이터)에 기초하여 패터닝 디바이스로 전달될 패턴을 조정한다. 이러한 방식으로, 패터닝 디바이스에 의해 투영된 패턴은 그것이 기판(W)의 왜곡과 대응하는 방식으로 왜곡되며, 이에 따라 기판으로 전사된 패턴이 기판 상에 이미 제공된 기존의 패턴 층들과 적절히 정렬될 것을 보장한다.

일반적으로, 왜곡 데이터는 큰 공간 데이터의 세트를 포함하며, 상기 데이터 세트의 크기는 다루기 어려워(unwieldy) 잠재적으로는 데이터의 전송이 보틀넥(bottleneck)를 유발하게 한다. 이러한 이유로 왜곡 데이터는 더 압축한 포맷(compact format)으로 변환될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 왜곡 데이터는 공간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환된다. 공간 도메인에서 주파수 도메인으로의 왜곡 데이터의 변환은 프로세서에 의해 수행되며, 일 예시에서는 왜곡 데이터에 푸리에 변환(Fourier transformation)을 적용한다. 이는, 예를 들어 다음의 푸리에 변환을 이용함으로써 달성될 수 있다:

주파수 도메인으로의 공간 데이터의 푸리에 변환을 적용하는 방식의 또 다른 세부 내용은, 예를 들어 Erwin Kreyszig의 Advanced Engineering Mathematics(6 판)의 제 10 장에서 찾아볼 수 있다.

일 실시예에서 상기 푸리에 변환은 왜곡 데이터에 직접적으로 적용되지는 않는다. 이는 다음과 같은 2 가지 이유에서이다. 첫번째 이유는 왜곡 데이터가 상기의 f(x)로서 나타낸 연속 함수 대신에 불연속 점으로 구성된다는 것이다. 두번째 이유는 기판 상의 기준점이 동등하게 이격되지 않을 수 있다는 것이다. 이를 극복하기 위하여, 왜곡 데이터에 푸리에 급수(Fourier series)를 피트(fit)하는 추가 단계가 사용된다(이는, 예를 들어 최소 제곱 방법(least squares method)을 사용할 수 있다).

일 실시예에서 왜곡 데이터는 특성에 있어서 2 차원이다. 그러므로, 푸리에 변환은 2 차원 내에서 적용되어야 한다는 것을 이해할 것이다.

무한 수의 푸리에 전개는 바람직하지 않은데, 이는 결과적인 데이터가 오류를 일으키게 되도록 유도하는 경향이 있기 때문이다. 그 대신에, 바람직하게는 제한된 수가 사용된다.

그리드는 왜곡 데이터에 푸리에 급수를 피트하는데 사용된다. 그리드의 각각의 정사각형 내에서 왜곡 데이터에 의해 나타낸 라인이 어떤 곡률(curvature)도 포함하지 않을 정도로 그리드가 충분히 작다고 가정한다. 이는 라인이 주파수 도메인으로 더 용이하게 변환되도록 허용한다. 보다 작은 그리드 크기는 보다 적은 부정확성이 주파수 도메인 데이터에 도입된다는 것을 의미할 것이다. 하지만, 보다 작 은 그리드 크기는 주파수 도메인으로의 변환을 수행하기 위해 보다 많은 계산들이 요구될 것이라는 것도 의미하는데, 이는 계산의 개수가 그리드의 크기에 비례하기 때문이다. 그러므로, 정확성과 계산의 요구되는 수 간의 트레이드오프(tradeoff)가 존재한다. 최적 그리드 크기는 본 실시예의 주어진 적용의 요건에 의존할 것이다. 예를 들어, 0.3 미크론(micron) 정도의 오버레이 정확성이 요구되는 경우, 대략 5 내지 10 미크론의 그리드 크기가 사용될 수 있다(이는, 예를 들어 기판의 형태 및 기판의 치수에 따라 어느 정도 달라질 수 있다).

또한, 푸리에 변환은 확대(magnification), 비틀림(skew), 회전 및 병진(translation)이 제거된 왜곡 데이터에 적용될 수도 있다(하기를 더욱 참조). 이렇게 행해지는 경우, 주파수 도메인 내의 데이터의 등가의 정확성은 더 큰 그리드 크기로 달성될 수 있다.

상기 설명된 바와 같은 연속 푸리에 변환을 사용하는 대신에, 불연속 푸리에 변환이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 불연속 푸리에 변환은 당업자에게 잘 알려져 있으며, (본 발명의 실시예에 의해 사용된 데이터를 갖는 경우인 바와 같이) 데이터 지점이 소수이고 사이 간격이 떨어져 있는 데이터에 특히 적절하다.

도 5는 본 발명을 구현하는 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다. 적절하다면, 이전의 도면 내의 등가의 부분에 대해 이미 사용된 참조 번호가 도 5에도 사용된다. 검출기(34)(x-방향으로 연장된 로우 중 하나)는 기판 테이블(WT) 상에 제공된 기판(W) 위에 위치된다. 검출기(34)로부터의 출력은 변환 프로세서(transformation processor: 36)에 연결된다. 변환 프로세서(36)는 공간 데이터 를 주파수 도메인으로 변환하도록 배치된다. 상기 변환 프로세서(36)로부터의 출력은 패턴 프로세서(37)로 전달된다. 또한, 상기 패턴 프로세서(37)는 메모리(38)에 연결된다. 상기 메모리(38)는 투영 시스템(PS)을 통한 기판(W) 상의 투영을 위해 패터닝 디바이스(PD)에 적용될 패턴에 대응하는 데이터를 포함한다. 예시의 용이함을 위해 방사선 소스 및 방사선 빔 컨디셔닝 장치는 도 5에 나타내지 않는다.

사용 중에 기판 테이블(WT)은 화살표(35)로 나타낸 바와 같이 y-방향으로의 스캐닝 동작으로 이동한다. 기판(W)의 주어진 영역은 기판(W)이 투영 시스템(PS) 밑을 지나가기 이전에 검출기(34) 밑을 지나간다. 검출기(34)에 의해 기판(W) 상의 정렬 마크(또는 다른 정렬 표시기)의 위치가 측정된다. 결과적인 왜곡 데이터는 상기 왜곡 데이터를 주파수 도메인으로 변환하는 변환 프로세서(36)로 전달된다.

패턴 프로세서(37)는 메모리(38)로부터 출력된 패턴 데이터와 함께 주파수 도메인 왜곡 데이터를 수신한다(상기 패턴 데이터는 기판의 왜곡이 일어나지 않은 경우에 기판(W)의 주어진 영역 상에 투영될 패턴에 대응한다). 상기 패턴 프로세서(37)는 왜곡된 패턴을 얻기 위해, 주파수 도메인 왜곡 데이터 및 공간 데이터를 이용하여 패턴 데이터를 조정한다(패턴의 왜곡은 기판의 왜곡에 대응한다). 왜곡된 패턴은 기판(W)의 주어진 영역이 투영 시스템(PS) 밑으로 지나가는 순간에 패터닝 디바이스(PD)로 통과된다. 그러므로, 왜곡된 패턴은 왜곡된 기판(W) 상에 투영되며, 패턴 및 기판의 왜곡은 투영된 패턴의 요소들이 정렬되고 기판 상에 위치된 이전에 투영된 요소들 위에 적절히 위치되도록 대응한다.

소위 픽셀 그리드 이미징이 사용되는 경우, 상기 데이터는 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이 기판 상의 주어진 위치에서의 패턴의 상이한 부분들이 상이한 시간에 기판 상에 이미징된다는 사실을 고려하여 조정될 수 있다. 이는 적절한 시간 지연을 이용하여 패터닝 디바이스(PD)로 상기 데이터를 보냄으로써 달성될 수 있다. 상기 시간 지연은 패턴 프로세서(37)에 의해 도입될 수 있다.

왜곡 데이터(나머지 또는 그 이외의 것)를 나타내는데 주파수 도메인을 이용하는 것은 상기 데이터가 공간 도메인 내에서 나타내어지는 경우보다 상기 데이터를 나타내는데 보다 적은 파라미터가 요구되기 때문에 유리하다. 데이터 전송은 몇몇 경우에 패터닝 디바이스를 사용하는 리소그래피 장치 내의 보틀넥일 수 있으며, 리소그래피의 스루풋(throughput)(즉, 시간 당 노광된 기판의 개수)을 제한할 수 있다. 왜곡 데이터를 주파수 도메인으로 변환하는 것은 이 보틀넥을 제거한다.

일 실시예에서 본 발명은 간단한 푸리에 변환을 사용한다. 하지만, 간단한 푸리에 변환은 무한대(infinity)로 연장되는 데이터에 가장 적절하다. 실제로 기판 및 왜곡 데이터는 유한하다. 이러한 이유로 수정된 푸리에 변환, 즉 웨이블릿 변환(wavelet transform)이 사용될 수 있다. 웨이블릿 변환의 일 예시는 다음과 같다:

여기서, τ는 병진을 나타내며 s는 스케일을 나타내고 ψ(t)는 소위 모 웨이블릿(mother wavelet)이다.

상기 웨이블릿 변환은 간단한 푸리에 변환에 대해 상기 설명된 바와 같은 동 일한 방식으로 사용된다.

상기 설명된 연속 웨이블릿 변환을 사용하는 대신에 불연속 웨이블릿 변환(DWT)이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. DWT는, 예를 들어 US 특허 6,389,074호에 개시되어 있다. 불연속 웨이블릿 변환은 (본 발명의 실시예에 의해 사용된 데이터를 갖는 경우일 수 있는 바와 같이) 데이터 지점이 소수이고 사이 간격이 떨어져 있는 데이터에 특히 적절할 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예에서 변환 프로세서(36)는 왜곡 데이터(나머지 또는 그 이외의 것)를 주파수 도메인 표현보다는 직교 다항식으로 변환하는데 사용된다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 '직교 다항식'이라는 용어는 2 개의 직교 다항식 간의 적분(integration)이 0의 결과를 산출한다는 것을 의미한다. 직교 다항식에 대한 정보는 Erwin Kreyszig의 Advanced Engineering Mathematics(6 판)의 제 4 장에서 찾아볼 수 있다.

직교 다항식 표현은 최소 제곱 피트(least squares fit)를 측정 데이터에 피트함으로써 얻어지며, 피트된 함수가 직교 다항식이다.

일단 왜곡 데이터가 변환되면, 직교 다항식의 스케일링 계수(scaling coefficient)만이 패턴 프로세서(37)로 전해진다(pass on). 거기서 역 프로세스(reverse process)가 행해진다: 각각의 개별적인 직교 다항식에 속한 계수는 그 다항식에 커플링(couple)된다. 모든 다항식은 더해지며, 이 결과적인 총 다항식은 각각의 이미징 지점에 대한 보정 데이터를 계산하는데 사용된다.

직교 다항식 표현을 이용하는 장점은 제한된 수의 직교 다항식만이 존재하 며, 이에 따라 다항식을 구현하는데 필요한 디스크립터(descriptor)의 개수가 (다른 덜 효과적인 표현에 비교하여) 작다는 것이다.

본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에서 변환 프로세서(36)는 왜곡 데이터(나머지 또는 그 이외의 것)를 직교정규 곡선으로 변환하는데 사용된다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 직교정규 다항식이라는 용어는 다항식의 구간이 X=-1의 값에서 X=+1의 값까지이며, 곡선 아래의 영역은 0의 합을 갖는다(즉, -1 내지 +1의 곡선의 적분은 0이다)는 것을 의미한다. 직교정규 다항식에 대한 정보는 Erwin Kreyszig의 Advanced Engineering Mathematics(6 판)의 제 4 장에서 찾아볼 수 있다.

직교정규 다항식 표현은 최소 제곱 피트를 측정 데이터에 피트함으로써 얻어지며, 피트된 함수가 직교정규 다항식이다.

일단 왜곡 데이터가 변환되면, 직교정규 다항식의 스케일링 계수만이 패턴 프로세서(37)로 전해진다. 거기서 역 프로세스가 행해진다: 각각의 개별적인 직교정규 다항식에 속한 계수는 그 다항식에 커플링된다. 모든 다항식은 더해지며, 이 결과적인 총 다항식은 각각의 이미징 지점에 대한 보정 데이터를 계산하는데 사용된다.

직교정규 다항식의 사용은 제한된 수의 직교정규 다항식만이 존재함에 따라 (다른 덜 효과적인 표현에 비교하여) 적은 수의 디스크립터만이 그것들을 구현하는데 필요하기 때문에 유익하다.

본 발명의 상기 설명된 실시예에서 기판(W)의 왜곡은 기판 상으로의 패턴의 노광 바로 전에 측정되지만, 상기 왜곡이 초기 단계에 측정될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 기판(W)의 왜곡은 전용(dedicated) 측정 장치에서 측정될 수 있다. 이렇게 행해지는 경우 기판(W)은 측정 후에 왜곡되지 않는 것이 바람직하다. 일반적으로, 기판(W)의 왜곡은 기판의 화학 처리 및 베이킹(baking) 동안 일어나며, 처리 및 베이킹이 완료된 이후에는 기판이 더 왜곡되지 않는다. 이는 전용 장치를 사용하여 얻어진 왜곡 측정이 기판(W) 상으로의 패턴의 정확한 리소그래피 투영을 허용하도록 추후에 사용될 수 있는 정확한 왜곡 측정을 제공한다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예는 전체 기판을 나타내는 왜곡 데이터 또는 기판의 특정 영역을 나타내는 왜곡 데이터에 대해 사용될 수 있다. 기판의 상이한 영역은 변환된 데이터의 별도의 세트들로 나타낼 수 있다. 이렇게 행해지는 경우 변환된 데이터는 함수 사이의 경계에 단차(step)가 존재하지 않는다는 것을 보장하도록 평활화(smooth)될 수 있다.

검출기(34)들의 로우로부터 얻어진 왜곡 데이터는 기판(W)의 확대, 비틀림, 회전 및 병진을 포함한다. 몇몇 경우에 상기 데이터로부터 이러한 요소들을 분리하는 것이 요구될 수 있다. 잔여 왜곡 데이터로서 간주될 수 있는 데이터의 결과적인 세트는 상기 설명된 방식으로 다루어진다. 상기 기판(W)의 확대, 비틀림, 회전 및 병진은 따로 저장되고 사용된다. 예를 들어, 기판의 결정된 병진은 패터닝 디바이스(PD) 상에서 패턴을 병진시킴으로써 보정될 수 있다.

본 예시에서 이러한 병진의 결정은 모든 왜곡 벡터를 더하고 이 벡터를 벡터 의 총 개수로 나눔으로써 행해질 수 있다. 결과적인 벡터는 기판의 총 병진을 설명한다.

몇몇 경우에 기판(W)의 확대, 비틀림, 회전 및 병진의 서브세트(subset)를 결정하고 저장하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 다수의 상기 설명된 실시예는 기판 상에 패턴을 투영하기 위해 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 사용하지만, 본 발명은 예를 들어 마스크 기반 시스템을 사용함으로써 마스크 기반 시스템에서 사용될 수 있으며, 또한 마스크 상에 제공된 패턴을 왜곡하도록 렌즈 시스템을 사용함으로써 기판의 왜곡을 보정하는 것이 가능할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

일반적인 참조의 용이함을 위해 패턴 프로세서(37)는 간단히 '제 1 프로세서'라고 언급될 수 있다. 변환 프로세서(36)는 '제 2 프로세서'라고 언급될 수 있으며, 기판 데이터 프로세서(35)는 '제 3 프로세서'라고 언급될 수 있다.

본 명세서에서는, 특정 디바이스(예를 들어, 집적 회로 또는 평판 디스플레이)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대한 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 적용예들은 제한하는 것은 아니지만, 집적 회로, 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드, 마이크로 전자기계 디바이스(micro-electromechanical device: MEMS) 등의 제조를 포함한다. 또한, 예를 들어 평판 디스플레이에서 본 장치는 다양한 층, 예를 들어 박막 트랜지스터 층 및/또는 컬러 필터 층의 생성을 돕 도록 사용될 수 있다.

이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압(press)될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열(heat), 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화(cure)된다. 상기 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 이후에 그 안에 패턴을 남긴 레지스트로부터 이동된다.

본 발명의 특정 실시예들이 상기 서술되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기에 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함한 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들이 서술되었지만, 다수의 변형예들이 용이하게 실시되거나 당업자에게 제안될 수 있으며, 그러므로 본 발명은 다음의 청구항의 기술적 사상과 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명에 따르면, 검출기 및 프로세서를 이용하여 기판의 왜곡을 측정하는 왜곡 측정 장치, 및 왜곡을 측정하는 방법이 제공된다.

Claims (20)

1. 왜곡 측정 장치에 있어서:

   기판의 왜곡을 측정하도록 배치된 검출기; 및

   상기 기판의 측정된 왜곡을 나타낸 왜곡 데이터를 수신하고, 상기 왜곡 데이터를 주파수 도메인 표현(frequency domain representation)으로 변환하도록 배치된 제 1 프로세서(processor)를 포함하며,

   상기 주파수 도메인으로의 변환은 웨이블릿 변환(wavelet transform)인 것을 특징으로 하는 왜곡 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   방사선 빔을 패터닝하도록 배치된 패터닝 디바이스;

   상기 기판 상에 상기 방사선 빔을 투영하도록 배치된 투영 시스템; 및

   상기 패터닝 디바이스 상에 제공될 패턴을 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 패터닝 디바이스에 제공될 상기 패턴을 조정하기 위해 상기 주파수 도메인 왜곡 데이터를 이용하도록 배치된 제 2 프로세서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왜곡 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 프로세서 및 상기 제 2 프로세서는 별도의 개체인 것을 특징으로 하는 왜곡 측정 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 프로세서 및 상기 제 2 프로세서는 동일한 개체의 두 부분인 것을 특징으로 하는 왜곡 측정 장치.
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