KR101696941B1 - 리소그래피 시스템에서의 비임의 동시 측정 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다중의 비임으로부터 개별적으로 변조된 비임의 강도를 결정하기 위해, 복수의 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 구비하여 그들의 집합 신호를 제공하는 센서를 구비한 측정 장치를 포함하는 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 비임은 관련 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별적으로 변조된다. 본 발명은 또한 비임들의 측정된 집합 신호 및 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별 비임의 강도를 계산하는 방법에 관한 것이다.

Description

리소그래피 시스템에서의 비임의 동시 측정{SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF BEAMS IN LITHOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은, 다중의 비임으로부터 개별 비임의 강도를 결정하기 위해, 복수의 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 구비하여 그들의 집합 신호(aggregated signal)를 제공하는 센서를 구비한 측정 장치를 포함하는 리소그래피 시스템(lithography system)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 측정된 집합 신호에 따라 개별 비임의 강도를 계산하는 방법에 관한 것이다.

하전 입자, 광 및/또는 기타 형태의 복사선의 노출 비임이 산업 분야에서, 특히 고집적 마이크로 패턴화 반도체 디바이스의 제조에 이용되고 있다. 이러한 반도체 디바이스는 통상 반도체 웨이퍼 상에서 적절한 재료의 층을 증착하고 미리 정해진 패턴에 따라 패터닝한 후에 에칭에 의해 제거하여 형성된다. 노출 비임은 흔히 패터닝 단계에서 이용되고 있다. 그러한 비임에 노출되는 희생 재료의 부분은 후속 단계에서 에칭에 의해 제거되는 반면, 비임에 노출되지 않은 부분은 유지되어 예를 들면 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 것이다.

이 과정 중에, 노출 비임의 선량(dose)은 정확하게 모니터링되고 어쩌면 그에 따라 조정되어야 하는데, 선량이 너무 낮은 경우에 희생 재료가 충분히 반응하지 않아 후속 단계에서 희생 재료가 에칭에 의해 제거되지 않는 반면, 선량이 너무 높은 경우에는 비임의 일부가 노출되지 않아야 하는 영역 내로 넘치게 되어 원하는 것보다 큰 표면이 에칭에 의해 제거될 수 있다. 두 경우 모두 의도한 패턴과는 다른 패턴을 야기한다.

불행히도, 희생 재료에 도달하는 비임의 선량은 예를 들면 비임 소스에서의 변화, 노출 시스템에 대한 변경, 전사될 패턴에서의 변화로 인해 시간의 경과에 따라 변화하기 쉽다. 따라서, 비임 노출 시스템에서 이용되는 비임의 선량을 결정할 수 있어야 한다. 바람직하게는, 그러한 선량은 노출 비임이 타겟에 충돌하는 지점에서 또는 그 근처에서 많은 비임에 대해 신속하게 결정할 수 있어야 할 것이다.

하전 입자(charged particle : CP) 비임, 즉 CP 비임의 선량을 신속하고 신뢰성 있게 결정하기 위해, 몇 가지 해법이 이미 제안되어 있다.

특허 문헌 JP2004-200549A에는, 모두 m x n 행렬 형태의 전자 비임의 전류의 총합의 절대값을 소정 평면에 마련된 페러데이 컵(Faraday cup)을 이용하여 측정하고, 각각의 m x n 비임의 상대값을 반도체 검출기를 이용하거나, 신틸레이터(scintillator)와 광전자 증배관(photomultiplier)의 조합을 이용하여 측정하여 반사 전자 또는 2차 전자를 결정하는 다중 비임 리소그래피 시스템이 개시되어 있다. 모든 전류에 대해 표준화한 상대 전류 값이 도표로 나타내어지는데, 이는 모순된 값을 한눈에 검출할 수 있게 하여 후속된 드로잉 작업에서 신뢰성을 개선시킨다. 페러데이 컵을 이용하여서는 그에 충돌하는 하나 또는 모든 전자 비임의 총 전류의 절대값이 정확하지만 비교적 느리게 결정된다. 상대 전류 측정은 하나 또는 그 이상의 전자 비임의 전류에 대해 비교적 빠르지만 덜 정확한 상대적 표시를 제공한다. 모든 전자 비임의 전류의 총합을 알고 있는 경우에 모든 개별 전자 비임에 대한 상대 전류로부터 모든 개별 전자 비임에 대한 절대 전류의 추정이 이루어질 수 있다.

특허 문헌 US 2006/0,138,359 A1(이하, 359 특허 문헌)에서는 CP 비임 소스로부터의 하나의 CP 비임을 개구(aperture) 어레이에 형성된 복수의 개구에 의해 복수의 CP 비임으로 분할하고 이들 복수의 CP 비임을 이용하여 노출을 실시하는 CP 비임 노출 장치를 개시하고 있는데, 이 장치는,

- 개구 어레이의 개구를 통과하는 CP 비임의 강도를 검출하는 검출 유닛; 및

- 그 검출 유닛에 의해 얻어진 검출 결과에 기초하여 CP 비임의 강도를 조절하는 그리드 어레이를 포함한다. 359 특허 문헌에 따른 실시예에서, 비임의 강도는 노출 장치에서 2개의 레벨에서 측정된다. 먼저, 개구 어레이를 통과하는 각각의 개별 비임 또는 이들 비임의 그룹에 대해 강도를 측정한다. 이는 개구 어레이를 통과하는 모든 다른 비임을 차단하고 개별 CP 비임에 근접하게 페러데이 컵을 배치하여 측정 대상 비임 또는 비임들의 그룹을 측정함으로써 행해진다. 페러데이 컵은 웨이퍼 표면에 근접한 비임 또는 비임들의 그룹에 대한 측정치가 얻어지도록 웨이퍼 표면 상에 또는 그에 근접하게 배치된다. 각각의 비임 또는 비임들의 그룹에 대해 측정된 강도는 메모리에 저장되어, 차후에 기준값으로서 이용된다.

비임 강도의 추가적인 측정은 웨이퍼와 같은 타겟의 패터닝 단계 중이 수행될 수 있다. 개구 어레이 상의 표면에 의해 차단되는 비임의 부분의 강도가 측정되는데, 그 표면은 서로 격리되어 있고 단일 개구 또는 개구의 그룹과 관련이 있다. 개구를 둘러싸는 표면에 의해 차단된 CP 비임의 부분의 강도는 개구를 통과하는 CP 비임의 부분의 강도와 유사한 것으로 간주한다. 따라서, 개구 어레이 상의 관련 차단 표면에서 측정된 CP 비임의 강도에 기초하여 개구 어레이로부터 나오는 복수의 CP 비임의 대략적인 강도를 결정할 수 있다. 이러한 측정 중에 얻어진 값은 기준값과 비교되며, 그 시스템은 개구 어레이로부터 나오는 CP 비임의 균일성을 최대화하도록 조정된다.

전술한 장치를 이용하여 개구 어레이로부터 나오는 비임의 실제 개별 비임 강도를 측정할 때에, 측정 장치, 전술한 예의 경우에는 페러데이 컵이 패터닝 단계 중에 비임이 타겟에 도달하게 되는 지점에 근접한 위치로 옮겨져야 한다. 측정 장치의 위치 설정은 개구 어레이로부터 나오는 복수의 비임 중에서 각각의 비임에 대해 반복되어야 하는데, 이는 시간이 걸리며 특히 수천개의 비임이 측정되어야 하는 시스템에서는 비실용적이다. 게다가, 타겟의 레벨에 도달하기 전의 지점에서 대략적인 CP 비임 강도를 측정하는 개구 어레이 상의 검출 표면은 정확하게 정렬되어야 하고, 실질적으로 CP 비임을 방해해서는 안 된다. 검출 표면의 정확한 정렬은 복잡한 구조를 필요로 한다. 게다가, 예를 들면 개구 어레이로부터 수천개의 비임이 나올 수 있게, 즉 고해상도를 달성할 수 있도록 하기 위해 개구가 매우 작은 경우에, CP 비임은 검출 표면에 의해 방출되는 전기적 신호에 영향을 받을 수 있어, 수천개의 개별 CP 비임이 이용되는 시스템에서는 그러한 기법이 비실용적이게 된다.

분명하게는, 당해 산업 분야에서는 다중 비임(예를 들면, 수만개) 중에서 각각의 비임의 선량을, 바람직하게는 단일 센서만을 이용하여 제조 공정을 최소한의 크기의 시간만큼만 지연시킬 정도로 신속하게 결정하는 시스템 및 방법이 여전히 요구되고 있다.

이를 위해, 제1 양태에 따르면 본 발명은 다중 비임 리소그래피 시스템을 제공하며, 이 시스템은, 다중 비임을 제공하는 비임 소소; 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대한 블랭커를 구비하며, 복수의 비임이 실질적으로 통과할 수 있도록 된 블랭커 어레이(blanker array); 각각의 비임이 블랭킹되어야 하는 경우와 그렇지 않은 경우를 나타내는 순간 블랭킹 패턴(temporal blanking pattern)을 블랭커 어레이에 제공하여, 각각의 비임을 특유의 순간 블랭킹 패턴에 의해 변조하는 제어 장치; 및 블랭커 어레이의 하류측에 배치되어, 복수의 개별적으로 변조된 비임을 직접 동시에 감지하도록 마련된 센서 영역을 구비하여 그 복수의 비임의 집합 신호를 제공하는 센서를 포함하는 측정 장치를 포함한다. 이 실시예는 복수의 비임의 직접 동시 측정이 가능하여 집합 신호가 얻어지게 된다. 유리하게는, 센서는 측정 중에 제위치에 유지될 수 있어, 개별 비임의 측정을 위해 센서를 재정렬하는 데에 시간을 소비할 필요가 없을 수 있다. 다른 이점은, 비임에 노출될 타겟과 동일한 레벨에 센서를 배치할 수 있어 비임들이 웨이퍼와 같은 타겟에 충돌할 때에 그 비임들의 측정이 이루질 수 있다는 점이다. 복수의 개별 비임들의 동시 측정의 추가적인 이점은 센서를 구조적으로 복잡하게 하지 않고도 측정성이 좋다는 점이다. 센서가 각각의 비임에 대한 별개의 신호들 대신에 집합 신호를 제공하기 대문에, 종래 기술에서 나타났던 바와 같은 복잡한 배선 구조가 생략될 수 있고, 그 리소그래피 시스템은 센서의 영역을 증가시킴으로써 추가의 비임을 측정하기에 적합하도록 용이하게 구성될 수 있다. 따라서, 동시에 다중 비임(예를 들면, 적어도 수십만개의 비임)들의 집합 신호를 획득할 수 있다. 단일의 센서만이 필요하기 때문에, 공간 및 유지 보수 요건은 물론 시스템의 구조적 복잡성이 최소한으로 유지된다. 게다가, 다중 비임의 집합 강도가 측정됨에 따라, 센서의 동적 범위(dynamic range)가 작아질 수 있다. 그러나, 보다 중요하게는, 그러한 집합 신호를 정확하게 측정하는 데에 필요한 시간이 개별 비임들의 훨씬 적은 강도를 정확하게 측정하는 데 필요한 시간보다 상당히 적을 수 있다. 본 실시예는 약 10초 내에 500.000개 이상의 개별 비임들의 강도를 결정할 수 있다.

하나의 실시예에서, 그 리소그래피 시스템은 그러한 집합 신호를 각각의 개별 비임에 대한 강도 값으로 복조하도록 된 복조기를 더 포함한다. 모든 개별 비임에 대한 순간 블랭킹 패턴에 관한 정보는 시간에 따른 집합 신호와 함께 개별 복조기가 비임 강도 값을 추론하기에 충분한 정보를 제공한다. 복조는 임의의 2개의 비임의 2개의 순간 블랭킹 패턴이 동일하지 않기 때문에 가능하다. 2개의 비임의 순간 블랭킹 패턴들이 동일하다면, 그러한 두 비임이 각각 85%와 95%의 강도를 갖는다거나, 동일 두 비임이 예를 들면, 95%와 85%, 또는 100%와 80%의 강도를 갖는지의 여부를 일련의 집합 신호 측정으로부터 유도하기는 불가능하다.

하나의 실시예에서, 복조기는 제어 장치에 순간 블랭킹 패턴을 제공하고, 대응 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 복수의 비임의 집합 신호에 기초하여 개별 비임들의 강도의 크기를 계산하도록 된 전자적 데이터 프로세서를 포함한다. 통상적으로, 개별 비임에 대한 순간 블랭킹 패턴은 컴퓨터와 같은 전자적 데이터 프로세서의 메모리에 저장된다. 이 전자적 데이터 프로세서가 그러한 패턴을 제어 장치에 제공한다. 또한, 이 제어 장치는 미리 정해진 시간에 블랭킹 패턴을 블랭커 어레이에 제공한다. 블랭커 어레이에 상이한 패턴이 제공될 때마다 집합 강도 신호의 측정이 이루어져 전자적 데이터 프로세서의 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 모든 측정이 이루어진 경우에, 개별 강도 신호를 계산하는 데에 있어서 충분한 정보를 전자적 데이터 프로세서가 이용할 수 있게 된다. 이를 수행할 수 있는 방법에 대해서는 아래의 본 명세서의 부분에서 설명할 것이다.

하나의 실시예에서, 센서 영역은 리소그래피 시스템의 다중 비임들의 모든 비임을 동시에 감지하도록 된다. 흔히, 블랭커 어레이의 블랭커들이 하나의 비임을 단지 거의 블랭킹할 수 있는 경우, 예를 들면 블랭커가 비임의 99%를 블랭킹하고 비임의 1%를 잔여 비임으로서 통과시킬 수 있는 경우가 있다. 단일 잔여 비임의 신호를 추정하는 방법은 다중 비임 중 어느 것도 블랭킹되지 않을 경우의 집합 신호, 단지 하나를 제외한 모든 다중 비임을 블랭킹하였을 때의 집합 신호, 및 그 비임의 신호비(signal contrast)를 측정하는 것이다. 이들 중 첫 번째 값으로부터 두 번째 및 세 번째 값을 빼면 개별 비임의 잔여 신호가 얻어진다.

하나의 실시예에서, 센서 영역은 인접 영역(contiguous area)이다. 다중 비임의 모든 비임들을 동시에 감지하도록 된 센서 영역이 인접할 때에 센서 상에서의 비임들의 정렬이 간단해질 수 있다.

본 발명의 리소그래피 시스템의 하나의 실시예에서, 다중 비임은 다중 하전 입자 비임을 포함하고, 센서는 복수의 비임에 의해 생성되는 집합 전류를 측정하도록 된 전류 측정 장치를 포함한다. 유리하게는, 본 발명에 따르면 특히 센서 영역에서 현저히 적은 전기 배선이 필요하여, 하전 입자 비임의 바람직하지 못한 편향 및/또는 분산이 적어진다. 하전 입자 비임의 전기장에 대한 민감성은 블랭커 어레이에서 유리하게 이용될 수 있는데, 그 블랭커 어레이는 광전지 셀에 의해 둘러싸인 개구의 어레이를 포함할 수 있다. 그러한 셀에 광이 조사되는 경우에, 개구 둘레에 신호 비임을 편향시키기에 적합한 국부적 전류가 생성된다. 따라서, 전체 블랭킹 어레이는 사실상 전기적 제어 라인을 이용하지 않고 구성될 수 있고, 또한 CP 비임을 방해하지 않는 광원을 갖고 제어될 수 있다.

하나의 실시예에서, 전류 측정 장치는 하나의 페러데이 컵, 전류 클램프 및/또는 신틸레이팅 재료(scintillating material)와 광자 계수관의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 페러데이 컵을 이용하면 센서가 간단해지는 한편 센서 자체가 후방 산란 CP 비임의 분산에 대해 상당히 덜 민감하게 된다는 이점이 제공된다. 게다가, 페러데이 컵을 이용하여 이루지는 측정은 페러데이 컵에 의해 포집된 하전 입자의 개수와 페러데이 컵에 의해 생성된 측정 전류 간의 직접적인 관계를 제공한다. 전류 클램프 또는 이와 유사한 장치를 이용하여 전류를 측정하는 경우, 전류 클램프는 측정 중에 비임을 차단하지 않기 때문에 패터닝 단계 중에 이용될 수 있다. 하전 입자의 개수 외에도 그 입자의 에너지가 중요한 경우에, 이트륨-알루미늄-가넷(yttrium-aluminum-garnet) 결정과 같은 신틸레이팅 재료와 광자 계수관이 이용될 수도 있다.

본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 하나의 실시예에서, 비임에 노출될 타겟을 지지 및 이동시키는 스테이지를 구비하는 타겟 위치 설정 시스템을 더 포함하며, 이 스테이지 상에 측정 장치가 장착된다. 측정 장치가 스테이지 상에 장착되는 경우에, 측정 중에 비임과 측정 장치 간의 거리를 패터닝 단계 중의 비임과 타겟 간의 거리와 실질적으로 동일하게 하여, 비임들이 타겟에 충돌할 때의 비임 강도에 대한 양호한 지표를 제공할 수 있다.

하나의 실시예에서, 본 발명의 리소그래피 시스템은 복수의 비임을 센서 영역 상으로 안내하는 집속 수단을 더 포함하다. 그와 같이 복수의 비임을 안내함으로써, 예를 들면 특정 센서 영역들이 해당 비임에 할당되는 경우와 같이 개별 비임들이 합쳐지지 않을 경우에 가능하였던 것보다 훨씬 더 작은 센서 영역이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 집속 수단은 리소그래피 시스템의 광학 칼럼의 단부에 위치한다.

하나의 실시예에서, 집속 수단은 측정 장치 내에 포함된다.

하나의 실시예에서, 집속 수단은 광학 렌즈 또는 정전 렌즈와 같은 집속 소자를 포함한다.

하나의 실시예에서, 측정 장치는 센서 영역의 전방에 배치된 나이프 에지(knife edge) 또는 나이프 에지 어레이를 더 포함한다. 본 실시예에서 얻어지는 측정치를 사용하여, 개별 비임의 강도를 계산하는 것과 유사한 방식으로 개별 비임 프로파일을 계산할 수 있다.

하나의 실시예에서, 나이프 에지 또는 나이프 에지 어레이는 실질적으로 리소그래피 시스템의 상 평면(image plane)에 배치된다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 타겟 상에 다중 비임을 투사하는 다중 비임 칼럼을 포함하는 다중 비임 리소그래피 시스템을 제공하는데, 그 칼럼은, 다중 비임을 제공하는 비임 소소; 비임 소스와 타겟 사이에 배치되는 한편, 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대한 블랭커를 구비하며, 복수의 비임이 실질적으로 통과할 수 있도록 된 블랭커 어레이; 각각의 비임이 블랭킹되어야 하는 경우와 그렇지 않은 경우를 나타내는 블랭킹 패턴을 블랭커 어레이에 제공하는 제어 장치; 및 타겟 상에 복수의 비임을 투사하는 투사 수단을 포함하며, 리소그래피 시스템은 다중 비임 칼럼의 하류측에 배치되어 다중 비임 칼럼의 스루풋(throughput)을 조사하는 센서를 더 포함하며, 이 센서는 다중 비임의 모든 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 포함하며, 센서는 복수의 비임의 집합 신호를 제공하도록 마련된다. 이러한 구성은 타겟의 패터닝 중에 이용되는 것과 동일한 광학계를 이용하여 비임 강도를 정확하게 측정할 수 있게 한다. 측정 중에는 측정치에 영향을 미칠 수 있는 추가적인 광학계를 사용할 필요가 없음은 물론, 타겟의 패터닝 중에 적절할 수 있는 것 이외로 복수의 비임을 편향시킬 필요도 없다.

바람직한 실시예에서, 센서 영역은 실질적으로 타겟과 동일한 레벨에 배치된다. 이로 인해 비임이 타겟에 충돌할 때의 비임 강도를 높은 정확도로 신뢰성 있게 측정할 수 있다. 센서가 페러데이 컵을 포함하는 경우에, 바람직하게는 페러데이 컵의 입구가 실질적으로 타겟과 동일한 레벨에 배치된다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 시스템에서 비임을 동시 측정하는 방법을 제공하는 데, 이 방법은,

i) 소정 시간 간격에 걸친 관련 비임의 변조를 각각 나타내는 순간 블랭킹 패턴을 포함하는 복수의 순간 블랭킹 패턴을 각각의 비임 블랭커에 제공하는 단계;

ii) 비임에 관련된 각각의 블랭커로 관련 순간 블랭킹 패턴을 스트리밍하고, 블랭킹되지 않은 모든 비임들의 집합 비임 강도 신호를 감지하여, 순간 블랭킹 패턴의 스트리밍 중에 시간에 따라 그 신호를 측정함으로써, 그 시간 간격에 걸쳐 다중 비임을 동시에 변조하는 단계; 및

iii) 관련 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산하는 단계를 포함한다. 이 방법을 이용함으로써, 단지 하나의 센서를 사용하여 이루어진 집합적 측정으로부터 개별 비임의 강도를 계산할 수 있게 된다. 개별 강도들이 결정될 수 있는 속도는 비임을 측정할 때마다 매번 센서를 재정렬시킬 필요가 없기 때문에 매우 빠를 수 있다. 추가로, 강도 결정의 정밀도에 대한 잔여 신호의 영향은 다수의 비임이 항시 블랭킹되지 않은 상태로 남겨지는 경우에 본 발명의 방법을 이용하여 감소될 것이다.

하나의 실시예에서, 그 방법의 단계 iii)은 관련 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산함으로써, 그 신호를 복조하는 것을 포함한다.

하나의 실시예에서, 순간 블랭킹 패턴들은 실질적으로 서로 직교한다. 순간 블랭킹 패턴들 간의 높은 독립성은 얻어지는 집합 신호를 보다 용이하게 디코딩할 수 있게 한다.

하나의 실시예에서, 다중 비임의 실질적으로 단지 절반만이 단계 i) 및 ii) 중에 온(on) 상태로 된다. 이 실시예에서, 측정되는 집합 신호의 범위가 실질적으로 감소하여, 보다 작은 범위를 갖는 보다 민감한 센서를 이용할 수 있게 하고 측정을 보다 신속하게 수행할 수 있게 한다. 게다가, 집합 신호 및 이로부터 유도되는 개별 비임 강도에 대한 노이즈의 영향은 하나의 개별 비임 강도에서의 약간의 변화가 다른 개별 비임 강도에서의 약간의 변화에 의해 실질적으로 상쇄될 수 있기 때문에 훨씬 적어진다.

하나의 실시예에서, 복수의 순간 블랭킹 패턴은 의사 난수(pseudo random number)를 이용하여 생성된다. 역사를 통틀어, 의사 난수를 생성하는 수많은 방법이 고안되었으며, 수많은 컴퓨터 구현식 의사 난수 생성기가 광범위하게 테스트되었다. 리니어 피드백 시프트 레지스트(linear feedback shift register : LFSR)를 이용하는 잘 알려진 유명한 한가지 방법이 Texas Instruments사에 의해 ""What is an LFSR?"(1996)라는 문헌에 개시되어 있는데, 이 방법이 순간 블랭킹 패턴을 생성하기에 적합하다. 그러한 블랭킹 패턴의 높은 불규칙성은 예를 들면 측정 장치의 전원에 존재하여 결과의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 잠재적 간섭에 블랭킹 패턴이 부합하기가 보다 용이하지 않게 할 수 있다. 추가로, 랜덤하지 않게 생성된 순간 블랭킹 패턴의 일부를 의사 난수에 의해 생성된 패턴으로 교체함으로써 랜덤하지 않게 생성된 순간 블랭킹 패턴에 랜덤 요소가 추가될 수 있다.

하나의 실시예에서, 순간 블랭킹 패턴은 Hadamard 행렬이나 Walsh 행렬과 같이 직교 행을 갖는 직교 행렬의 행으로부터 유도된다. 그러한 행렬을 시작 포인트로서 이용함으로써 다량의 순간 블랭킹 패턴을 생성할 수 있다.

하나의 실시예에서, 순간 블랭킹 패턴들은 각각의 순간 블랭킹 패턴이 다수의 온-오프 전이(on-off transition)를 포함하도록 선택된다. 따라서, 유리하게는 집합 신호에 대한 비임 강도의 주기적 변화의 영향이 감소될 수 있다. 그러한 주기적 변화는 예를 들면 비임 생성기에 전력을 공급하는 전원의 주파수에 좌우될 수 있다. 다수의 세트의 순간 블랭킹 패턴이 이용될 수 있는 경우에, 그 세트들은 개별 비임에 대한 순간 블랭킹 패턴들이 최대 개수의 전이를 갖고 있는 것이 바람직하다.

하나의 실시예에서, 순간 블랭킹 패턴은 블랭킹되지 않은 비임의 총량이 실질적으로 항시 실질적으로 일정하도록 마련된다. 다시 말해, 측정 중에 항시 복수의 비임 중에서 센서에 도달하는 비임의 개수가 실질적으로 동일하여 센서의 동적 범위의 감소가 가능하도록 된다.

하나의 실시예에서, 센서는 복수의 비임에 의해 생성된 집합 전류를 측정하도록 된 전류 측정 장치를 포함하며, 이 전류 측정 장치는 높은 게인(gain) 및 낮은 노이즈 세팅을 포함한 제1 세팅과 낮은 게인 및 높은 노이즈 세팅을 포함한 제2 세팅 간에 전환될 수 있는 가변 게인 증폭기를 더 포함하며, 본 발명의 방법은, 집합 전류가 작을 것으로 예상되는 경우에 가변 게인 증폭기를 제1 세팅으로 설정하고, 집합 전류가 클 것으로 예상되는 경우에는 가변 게인 증폭기를 제2 세팅으로 설정하는 것을 포함한다.

예상되는 집합 전류(블랭커 어레이를 통과하는 비임의 개수에 얼마의 인수를 곱한 것일 수 있음)에 기초하여 증폭기의 게인을 조정함으로써, 보다 정확한 측정값이 얻어질 수 있다.

제4 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 시스템에 이용하기에 적합한 측정 장치를 제공하는데, 이 측정 장치는, 복수의 비임을 동시에 감지하도록 마련된 센서 영역을 구비하여 그 복수의 비임의 집합 신호를 제공하는 센서를 포함하며, 그 측정 장치는 센서 영역의 전방에 배치된 나이프 에지 또는 나이프 에지 어레이를 더 포함한다. 나이프 에지 또는 나이프 에지 어레이 상에서의 비임의 위치는 비임을 편향시키거나 측정 장치를 원하는 위치로 옮김으로써 제어될 수 있다. 나이프 에지의 각각의 위치에 대해, 본 명세서에서 설명하는 임의의 방법이 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대한 프로파일을 유도하는 데에 이용될 수 있다.

요약하면, 본 발명은, 다중의 비임으로부터 개별적으로 변조된 비임의 강도를 결정하기 위해, 복수의 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 구비하여 그들의 집합 신호를 제공하는 센서를 구비한 측정 장치를 포함하는 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 비임은 관련 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별적으로 변조된다. 본 발명은 또한 비임들의 측정된 집합 신호 및 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별 비임의 강도를 계산하는 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 설명하고 도시한 다양한 양태 및 특징들은 가능한 한 어디든지에 개별적으로 적용될 수 있다. 이들 개별 양태, 특히 첨부된 종속 청구항에 기재된 양태와 특징들은 분할 출원의 대상을 형성할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 다중 비임(예를 들면, 수만개) 중에서 각각의 비임의 선량을, 바람직하게는 단일 센서만을 이용하여 제조 공정을 최소한의 크기의 시간만큼만 지연시킬 정도로 신속하게 결정할 수 있다.

본 발명은 첨부 도면에 도시된 예시적인 실시예를 기초로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 비임 리소그래피 시스템을 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 타겟 위치 설정 시스템을 포함한 다중 비임 리소그래피 시스템의 단면도를 도시하며,
도 3은 순간 블랭킹 패턴으로서 이용될 수 있는 행들을 갖는 4차 Hadamard 행렬을 나타내고,
도 4는 본 발명에 따라 얻어지는 바와 같은 시간에 따른 신호의 그래프의 일례를 도시한다.

도 1에서는 본 발명에 따른 시스템을 도시하고 있다. 복수의 순간 블랭킹 패턴이 예를 들면 컴퓨터 또는 전자적 데이터 프로세서(113)에 의해 제어 장치(112)에 제공된다. 비임 소스(101)가 비임(102)을 제공하며, 이 비임(102)은 발산 형태의 비임(102)을 대체로 평행한 비임으로 변환하도록 된 시준기(103)를 통과한다. 얻어진 대체로 평행한 비임은 이어서 개구 어레이(104) 상으로 투사되어 부분적으로 그 개구 어레이를 통과한다. 개구 어레이에서 그 비임이 다중 비임(105)으로 분할되어 개구 어레이로부터 나오게 된다. 콘덴서 렌즈(106)가 개별 비임들이 비임 블랭커 어레이(107)에 도달하기 전에 개별 비임들을 집속하는 데에 이용된다. 블랭커 어레이는 제어 장치(112)에 의해 블랭커 어레이로 스트리밍되는 순간 블랭킹 패턴에 상응하는 복수의 비임만을 실질적으로 통과시키도록 되어 있다. 블랭커 어레이는 편향기 어레이(1071) 및 이 편향기 어레이(1071)의 하류측에 거리를 두고 떨어진 추가의 개구 어레이(1072)를 포함한다. 이어서, 측정 장치(110)에 의해 측정된 비임의 집합 신호가 본 발명의 방법에 따른 추가적인 처리를 위해 컴퓨터(113)에서 저장된다. 따라서, 일단 측정이 완료되고 나면, 컴퓨터(113)를 이용하여 집합 신호를 복조할 수 있는데, 다시 말해 컴퓨터는 관련 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 집합 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산하도록 이루어질 수 있다. 복수의 비임이 결상(imaging)되는 위치(108)는 그 비임이 패터닝 단계 중에 타겟에 충돌하는 것과 실질적으로 동일한 레벨 또는 높이이다.

도 2에서는 본 발명에 따른 타겟 위치 설정 시스템을 포함한 다중 비임 리소그래피 시스템(1)의 단면도를 도시하고 있다. 예를 들면 실리콘 웨이퍼와 같은 타겟(3)이 타겟 유지용 타겟 테이블(5) 상에 유지된다. 타겟 테이블은 y축 병진 스테이지(6) 상에 배치되며, 이 스테이지(6)는 또한 x축 병진 스테이지(7) 상에 배치된다. x축 병진 스테이지는 또한 실질적으로 타겟과 동일한 레벨에 위치한 센서 영역을 포함하는 측정 장치(2)를 포함하고 있다. 진공 챔버(4)에 수용된 광 칼럼(11)이 복수의 비임을 제공한다. 새로운 타겟이 패터닝되고, 다중 비임 중의 개별 비임의 선량에서의 가능한 변화가 모니터링되어야 하는 경우에는 언제든지, 강도가 측정되어야 하는 모든 비임이 측정 장치에 도달할 수 있는 위치로 스테이지가 옮겨진다. 개별 비임의 강도를 측정하고 계산한 후에, 이에 따라 그 강도를 조절할 수 있으며, 그 후에 스테이지가 이동하여 비임 아래에 타겟을 위치 설정하고 그 타겟의 패터닝을 시작할 수 있다. 측정 장치를 위해 요구되는 센서 영역은 복수의 비임이 센서 영역에 도달하기 전에 집속 수단을 이용하여 복수의 비임을 집속함으로써 감소될 수 있다. 대안적으로, 측정 장치는 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대해 비임 프로파일을 결정하는 나이프 에지 어레이를 포함할 수 있다. 나이프 에지 어레이에 대한 비임의 다수의 상이한 위치들에 대해 센서 상에 입사되는 비임들의 비임 강도를 계산함으로써, 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대한 개별 비임 프로파일이 얻어질 수 있다.

도 3에서, 순간 블랭킹 패턴으로서 이용될 수 있는 행을 갖는 직교 행렬 H가 도시되어 있다. 고려되는 행렬은 4차 Hadamard 행렬이지만, 원하는 측정 정밀도에 따라 다른 정방 행렬이 이용될 수도 있다. 계산이 용이하도록 그 행렬들은 바람직하게는 이진 행렬(binary matrix)들이다. 예를 들면, 다음과 같은 강도를 갖는 4개의 비임을 가정하자.

i_b = (0.9, 1.3, 1.1, 0.8)

제어 장치가 순간 블랭킹 패턴의 일부를 블랭커 어레이로 스트리밍하는 매 시간 간격 n 마다, 측정 수단에 의해 측정되는 집합 신호 x_n은 다음과 같다.

x_n = (i_b·H)

즉, 본 예의 경우에 다음과 같다.

x_n = (4.1, 0.3, -0.1, -0.7)

실제로, 집합 신호는 또한 몇몇 노이즈를 포함할 수도 있다. 4개의 측정치에 대한 노이즈를 다음과 같이 모델링하면,

e_n = (0.092, 0.067, -0.104, 0.007)

노이즈를 포함하는 측정된 집합 신호는 다음과 같을 것이다.

X_n = x_n + e_n

= (4.192, 0.367, -0.204, -0.693)

집합 신호에 대한 개개의 비임의 기여도를 검색하는 데에는 이하의 식의 계산으로 충분하다.

_b = (X_n·H)/4

= (0.915, 1.364, 1.078, 0.834)

본 예에서, Hadamard 행렬이 그 명료성 및 단순성을 이유로 이용되었지만, 유사한 특성을 갖는 다른 종류의 정방 행렬이 이용될 수 있고, 그 몇몇은 추가의 이점을 제공할 수도 있을 것이다. 하지만, 어느 경우든, 본 발명의 방법은 유리하게는, 모든 순간 블랭킹 패턴들은 실질적으로 0과 나머지 순간 블랭킹 패턴의 내적(inner product)을 갖기 때문에, 하나를 제외한 모든 순간 블랭킹 패턴의 집합 신호에 대한 기여도는 집합 신호와 그 하나의 순간 블랭킹 패턴의 내적을 구함으로써 여과될 수 있다는 점을 이용한다. 본 예에서, 행렬 H의 제1 열의 합이 후속 열의 합보다 훨씬 크기 때문에 집합 신호의 제1 원소는 나머지 원소보다 훨씬 큰 값을 갖는다. 집합 신호의 제1 원소가 단지 무시된다면, 측정 장치의 동적 범위가 하나의 비임을 덜 측정함으로써 상당히 감소될 수 있다. 대안적으로, 측정 장치의 동적 범위 요건을 감소시키기 위해, 모는 열이 실질적으로 동일한 합을 갖는 행렬이 이용될 수 있다. 의사 난수에 의해 생성된 행렬의 행으로부터 유도된 순간 블랭킹 패턴은 특히, 측정 중에 간섭 및 랜덤 노이즈의 배제를 개선시키거나, 측정 장치의 동적 범위를 감소시켜 보다 낮은 노이즈의 측정 장치를 이용할 수 있게 하는 등과 같은 바람직한 특성을 제공할 수 있다.

도 4에서는 본 발명에 따른 방법에 이용되는 바와 같은 시간의 경과에 따른 신호의 그래프를 도시하고 있다. 그 신호를 얻는 데에 이용된 순간 블랭킹 패턴은 6차 Hadamard 행렬의 행들로 이루어졌다. 그 신호에서의 피크는 행렬의 제1 열의 합이 나머지 칼럼의 합보다 훨씬 크기 때문에 비롯된 것이다. 그러한 Hadamard 행렬로부터 얻어진 순간 블랭킹 패턴을 이용하면, 측정의 시작시에 모든 비임이 블랭커 어레이를 통과하는 한편, 나머지 시간에는 단지 절반의 비임만이 통과한다. 그 그래프는 하나의 비임을 덜 측정함으로써, 및/또는 예를 들면 의사 난수에 의해 생성된 행렬을 순간 블랭킹 패턴을 유도하는 데에 이용함으로써 달성할 수 있는 동적 범위의 개선을 나타내고 있다.

요약하면, 본 발명은, 다중의 비임으로부터 개별적으로 변조된 비임의 강도를 결정하기 위해(aggregated current), 복수의 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 구비하여 그들의 집합 신호를 제공하는 센서를 구비한 측정 장치를 포함하는 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 비임은 관련 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별적으로 변조된다. 본 발명은 또한 비임들의 측정된 집합 신호 및 순간 블랭킹 패턴에 따라 개별 비임의 강도를 계산하는 방법에 관한 것이다.

전술한 상세한 설명은 바람직한 실시예의 작동을 예시하고자 포함된 것이지 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다. 전술한 상세한 설명으로부터, 본 발명의 사상 및 범위에 여전히 포함되는 수많은 변형예가 당업자들에게는 자명할 것이다.

예를 들면, 전술한 실시예들은 모두 하전 입자 비임에 관한 것이지만, 본 발명은 극자외선과 같은 광학 리소그래피 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims (21)

1. 다중 비임 리소그래피 시스템으로서:
   다중 비임(105)을 제공하는 비임 소소(101);
   상기 다중 비임 중에서 각각의 비임에 대한 블랭커를 구비하며, 복수의 비임이 실질적으로 통과할 수 있도록 된 블랭커 어레이(blanker array)(107);
   각각의 비임이 블랭킹되어야 하는 경우와 블랭킹되지 않은 경우를 나타내는 순간 블랭킹 패턴(blanking pattern)을 상기 블랭커 어레이(107)에 제공하여, 각각의 비임을 특유의 순간 블랭킹 패턴에 의해 변조하는 제어 장치(102); 및
   복수의 개별적으로 변조된 비임을 직접 동시에 측정하는 측정 장치
   를 포함하고, 상기 측정 장치는 상기 블랭커 어레이의 하류측에 배치되며, 상기 측정 장치는 복수의 개별적으로 변조된 비임을 직접 동시에 감지하도록 마련된 센서 영역을 구비하여 시간에 따른 그 복수의 비임의 집합 신호(aggregated signal)를 제공하는 센서를 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 집합 신호를 각각의 개별 비임에 대한 강도 값으로 복조하도록 된 복조기를 더 포함하며,
   상기 복조기는, 상기 제어 장치에 순간 블랭킹 패턴을 제공하고, 대응 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 복수의 비임의 집합 신호에 기초하여 개별 비임들의 강도의 크기를 계산하도록 된 전자적 데이터 프로세서를 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서 영역은 다중 비임 리소그래피 시스템의 다중 비임들의 모든 비임을 동시에 감지하도록 마련되는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 비임은 다중 하전 입자 비임을 포함하며, 상기 측정 장치는 복수의 비임에 의해 생성되는 집합 전류를 측정하도록 된 전류 측정 센서를 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 비임에 노출될 타겟을 지지 및 이동시키는 스테이지를 구비하는 타겟 위치 설정 시스템을 더 포함하며, 이 스테이지 상에 상기 측정 장치가 장착되는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 비임을 센서 영역 상으로 안내하는 집속 요소를 더 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 장치는 센서 영역의 전방에 배치된 나이프 에지(knife edge) 또는 나이프 에지 어레이를 더 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 비임 리소 그래피 시스템은,
   타겟 상에 다중 비임을 투사하는 다중 비임 칼럼으로서, 다중 비임을 제공하는 상기 비임 소소를 포함하며, 상기 블랭커 어레이는 비임 소스와 타겟 사이에 배치되는 것인 다중 비임 칼럼;
   타겟 상에 복수의 비임을 투사하는 투사 수단; 및
   을 더 포함하며, 상기 센서는 다중 비임 칼럼의 하류측에 배치되어 다중 비임 칼럼의 스루풋(throughput)을 조사하며, 상기 센서는 다중 비임의 모든 비임을 동시에 감지하도록 된 센서 영역을 포함하며, 상기 센서는 시간에 따른 복수의 비임의 집합 신호를 제공하도록 마련되며,
   상기 다중 비임 리소그래피 시스템은,
   대응 순간 블랭킹 패턴과 시간에 따른 복수의 비임의 집합 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산함으로써 상기 집합 신호를 복조하는 복조기
   를 더 포함하는 것인 다중 비임 리소그래피 시스템.
9. 제1항에 기재된 다중 비임 리소그래피 시스템에서 다중 비임을 동시 측정하는 방법으로서:
   i) 소정 시간 간격에 걸친 관련 비임의 변조를 각각 나타내는 순간 블랭킹 패턴을 포함하는 복수의 순간 블랭킹 패턴을 각각의 블랭커에 제공하는 단계;
   ii) 상기 비임에 관련된 각각의 블랭커로 관련 순간 블랭킹 패턴을 스트리밍하고, 임의의 시간에 블랭킹되지 않은 다수의 비임 모두의 집합 비임 강도 신호를 감지하며, 순간 블랭킹 패턴의 스트리밍 중에 시간에 따라 상기 신호를 측정함으로써, 상기 시간 간격에 걸쳐 다중 비임의 각각의 비임을 동시에 변조하는 단계; 및
   iii) 관련 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산하는 단계
   를 포함하는 측정 방법.
10. 제9항에 있어서, 단계 iii)은 관련 순간 블랭킹 패턴 및 시간에 따른 상기 신호에 기초하여 개별 비임의 강도의 크기를 계산함으로써, 상기 신호를 복조하는 것을 포함하는 것인 측정 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 다중 비임의 순간 블랭킹 패턴들은 실질적으로 서로 직교하는 것인 측정 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 단계 i) 및 단계 ii) 중에, 다중 비임의 실질적으로 절반이 온(on) 상태로 되는 것인 측정 방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서,, 복수의 순간 블랭킹 패턴은 의사 난수(pseudo random number)를 이용하여 생성되는 것인 측정 방법.
14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 순간 블랭킹 패턴들은 각각의 순간 블랭킹 패턴이 다수의 온-오프 전이(on-off transition)를 포함하도록 선택되는 것인 측정 방법.
15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 순간 블랭킹 패턴들은 블랭킹되지 않은 비임의 총량이 실질적으로 항시 실질적으로 일정하도록 마련되는 것인 측정 방법.
16. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 측정 장치는 시간에 따른 복수의 비임에 의해 생성된 집합 전류를 측정하도록 된 전류 측정 센서를 포함하며,
    상기 측정 장치는 높은 게인(gain) 및 낮은 노이즈 세팅을 포함한 제1 세팅과 낮은 게인 및 높은 노이즈 세팅을 포함한 제2 세팅 간에 전환될 수 있는 가변 게인 증폭기를 더 포함하며,
    상기 측정 방법은, 집합 전류가 작을 것으로 예상되는 경우에 가변 게인 증폭기를 제1 세팅으로 설정하고, 집합 전류가 클 것으로 예상되는 경우에는 가변 게인 증폭기를 제2 세팅으로 설정하는 단계를 포함하는 것인 측정 방법.
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