KR101740416B1 - 방사선 소스를 제어하는 방법 및 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치 - Google Patents

방사선 소스를 제어하는 방법 및 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치 Download PDF

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Abstract

방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 변조를 선택하는 방법을 개시하며, 여기서 방사선 소스는 기판 상에의 투영을 위해 방사선을 전달하고, 스캔 속도로 기판과 방사선 간의 상대적인 움직임이 있으며, 이 방법은, 시스템 파라미터의 세트에 대해 그리고 기판 상의 위치에 대해, 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조로부터 발생되는, 상기한 위치에 전달된 에너지 선량에 대한 기여량(contribution)의 측정치인 정량(quantity)을 계산하는 단계로서, 에너지 선량에 대한 기여량이, 방사선의 프로파일과, 방사선 소스에 의해 전달된 방사선의 방사조도(irradiance)에 대한 기여량의, 콘볼루션(convolution)으로서 계산되는, 계산 단계와, 시스템 파라미터의 세트 및 기판 상의 위치에 대한 정량이 특정한 기준을 충족하게 되는 변조 주파수를 선택하는 단계를 포함한다.

Description

방사선 소스를 제어하는 방법 및 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치{METHOD OF CONTROLLING A RADIATION SOURCE AND LITHOGRAPHIC APPARATUS COMPRISING THE RADIATION SOURCE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 5월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/825,300의 이점을 청구하며, 이 특허 출원은 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
발명의 분야
본 발명은 방사선을 예컨대 리소그래피 장치에 전달하기 위해 이용되는 방사선 소스의 조작에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층에 대응하는 회로 패턴을 방사선 빔에 부여하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선 감응 재료(레지스트)의 층을 갖는 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함) 상으로 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 노광되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지의 리소그래피 장치는 소정의 방향("스캐닝"-방향)의 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝하는 동시에 이 방향과 평행한 방향(동일 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역을 조사하는 소위 스캐너를 포함한다.
방사선 빔은 방사선 소스에 의해 발생될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에서 확인되거나 그 밖의 곳에서 확인되는 종래 기술의 문제점 중의 하나 이상을 제거하거나 완화하는 방식으로 방사선 소스를 조작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 양태에 따라, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 변조를 선택하는 방법이 제공되며, 여기에서 상기 방사선 소스가 방사선을 기판 상으로의 일정 대역의 방사선(a band of radiation)으로서의 투영을 위해 리소그래피 장치에 전달하도록 작동할 수 있고, 상기 리소그래피 장치가 스캔 속도로 기판을 일정 대역의 방사선에 대하여 이동시키도록 작동할 수 있으며, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다:
시스템 파라미터의 하나 이상의 세트에 대해 그리고 기판 상의 하나 이상의 위치에 대해, 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조로부터 발생되는, 상기 위치에 전달된 에너지 선량에 대한 기여량(contribution)의 측정치인 정량(quantity)을 계산하는 단계로서, 상기 에너지 선량에 대한 기여량이, 일정 대역의 방사선의 프로파일과, 상기 방사선 소스에 의해 전달된 방사선의 방사조도(irradiance)에 대한 기여량의, 콘볼루션(convolution)으로서 계산되는, 계산 단계; 및
상기 시스템 파라미터의 하나 이상의 세트의 각각 및 상기 기판 상의 하나 이상의 위치의 각각에 대한 정량이 특정한 기준을 충족하게 되는 변조 주파수를 선택하는 단계.
기판 상의 점에 의해 수광된 방사선의 선량(dose of radiation)은 기판 상의 그 점에 의해 수광되는 단위 면적당의 에너지의 양으로서 정의된다.
이러한 구성은 여전히 기판 상의 점에 의해 수광된 방사선의 선량에 미치는 적용된 변조의 영향에 대한 정량적 제어를 가지면서 방사선 소스의 변수에 변조가 적용될 수 있도록 한다. 이것은 일반적으로 기판 상의 점에 의해 수광된 방사선의 선량에 대한 정확한 제어를 갖는 것이 바람직할 것이므로 특히 이로울 것이다.
변조는 임의의 주기적 파형이어도 된다. 일실시예에서, 상기 변조는 정현 변조(sinusoidal modulation)이다. 이것은 보다 복잡한 파형이 장점을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않으면서 교정 프로세스를 복잡하게 할 수도 있으므로 적용된 변조가 리소그래피 장치를 교정하기 위해 이용된다면 이로울 것이다.
상기 방사선 소스는 레이저이어도 된다. 상기 레이저는 가스 레이저이어도 된다. 상기 레이저는 엑시머 레이저이어도 된다.
상기 변조는 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도의 진폭에 적용될 수 있다. 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도의 진폭을 공지의 방식으로 변경함으로써, 방사선에 대한 리소그래피 장치의 응답이 결정될 수 있는 이점이 있다. 이것은 기판 상으로 투영되는 빔의 파워 또는 방사조도에 대한 정확한 제어를 가능하게 할 수 있다.
실시예에서, 변조는 방사선 소스의 변수에 적용될 수 있으며, 이것은 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도에 간접적으로 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 상기 방사선 소스는 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도를 변경하기 위해 변경될 수 있는 하나 이상의 변수를 가질 수 있으며, 상기 변조가 하나 이상의 변수 중의 하나에 적용될 수 있다. 예컨대, 방사선 소스가 레이저인 실시예에 대해, 외부 소스에 의해 레이저의 이득 매질에 에너지가 공급될 수 있다. 이 프로세스는 펌핑(pumping)으로서 알려져 있으며, 외부 소스는 전기 파워 서플라이(전기적 펌핑), 전자기 방사선(광학 펌핑), 가스 흐름(가스 동적 펌핑), 또는 몇몇 다른 적합한 에너지 소스를 포함할 수 있다. 외부 파워 소스는 조정 가능한 것일 수 있으며, 이로써 이득 매질에 공급되는 펌프 파워의 양이 변경될 수 있다. 이러한 목적으로, 외부 파워 소스는 이득 매질에 공급되는 파워를 변경하기 위해 변경될 수 있는 하나 이상의 입력 변수를 가질 수 있다. 일실시예에서, 방사선 소스는 엑시머 가스 레이저이며, 변조는 한 쌍의 방전 도전체의 양단의 전압에 적용된다.
일정 대역의 방사선의 프로파일은 리소그래피 장치의 광학 부품에 좌우된다. 일반적으로, 방사선의 프로파일은 리소그래피 장치의 스캔 방향에서의 방사선의 프로파일의 전반적인 형상을 묘사하는 함수에 의해 기술될 수 있다.
일정 대역의 방사선의 프로파일은 균일하지 않을 수도 있다. 에너지 선량이 일정 대역의 방사선의 프로파일과 방사선 소스에 의해 전달된 방사조도에 대한 기여량과의 콘볼루션으로서 계산되므로, 본 발명의 실시예는 에너지 선량에 미치는 균일하지 않은 프로파일의 영향을 고려할 수 있다는 점에서 이롭다.
상기 일정 대역의 방사선의 프로파일이 융기된 중앙부와 낮은 가장자리부를 포함할 수 있다. 이러한 프로파일은 방사선 소스가 펄스되는 때에 기판 상의 상이한 점들에 의해 수광되는 방사선의 선량에서의 변동을 감소시키는 이점이 있다. 예컨대, 상기 일정 대역의 방사선의 프로파일은 필요에 따라 사다리꼴, 절두형 가우시안(truncated Gaussian), 또는 임의의 다른 형상이어도 된다.
기판 상의 하나보다 많은 위치에 대한 정량을 계산하는 것은, 일반적으로 고정된 변조 및 방사선 프로파일에 대해, 기판 상의 상이한 점들에 전달된 방사선의 선량의 범위가 있을 것이기 때문에, 이롭다. 따라서, 기판 상의 하나보다 많은 위치를 이용함으로써, 본 방법은 기판 상의 모든 점에 의해 수광된 방사선의 선량에 미치는 적용된 변조의 영향이 기준을 충족하게 하는데 도움을 줄 수 있다. 예컨대, 계산은 기판 상의 복수의 위치에 대해 수행될 수 있으며, 예컨대 정량이 최대가 되는 위치인 최악의 경우의 시나리오가 발견될 수 있다. 정량이 이 최악의 경우의 시나리오에 대한 기준을 충족하도록 함으로써, 정량이 기판 상의 모든 위치에 대한 기준을 충족하도록 하는 것에 도움을 줄 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 기판 상의 점에 의해 수광되는 방사선의 선량에 영향을 주고 장치의 수명 동안 변경될 수 있는 방사선 소스 또는 리소그래피 장치의 어떠한 파라미터도 포함할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 일정 대역의 방사선이 기판 상의 위치를 지나 스윕(sweep)하는데 소요된 시간을 포함할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 방사선의 프로파일의 크기 및 형상을 포함할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 스캔 속도를 포함할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 변조의 위상(phase of the modulation)을 포함할 수 있다.
상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선은 펄스 주파수를 갖는 펄스형 방사선 빔이어도 된다. 펄스 방사선은 어떠한 펄스 트레인도 가질 수 있다. 펄스의 형상, 지속기간 및/또는 주파수는 원하는 바대로 또는 요구되는 바대로 선택될 수 있다. 펄스 주파수는 예컨대 약 6 ㎑이어도 되며, 이것은 약 17 ms의 펄스 시간 주기와 동일하다. 펄스의 지속기간은 펄스 트레인의 시간 주기보다 현저하게 작을 수도 있다. 예컨대, 펄스 트레인의 시간 주기 대 펄스의 지속기간의 비(ratio)는 1000 정도일 수 있다. 펄스의 지속기간은 예컨대 대략 150 ns이어도 된다.
방사선 소스에 의해 발생된 방사선이 펄스형 방사선 빔인 실시예에 대해, 시스템 파라미터는 이하의 것들 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다: 펄스 주파수 f p , 펄스형 방사선 빔의 위상, 에너지 선량에 기여하는 펄스의 수, 및/또는 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 비(ratio).
상기 정량은, 평균 에너지 선량의 백분율로서 표현되는, 기판 상의 점에 의해 수광된 에너지 선량에 있어서의 변조의 진폭이어도 된다. 예컨대, 상기 정량은 변조로부터 발생되는, 상기 기판 상의 위치에 전달되는 에너지 선량에 대한 기여량과, 변조가 적용되지 않은 경우에 상기 기판 상의 위치에 전달될 에너지 선량의 비에 비례하여도 된다.
상기 정량은 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조의 진폭에 의해 정규화될 수도 있다.
상기 정량은 상기 방사선 소스의 변수의 평균값의 백분율로서 표현되는 상기 변수에 적용되는 변조의 진폭에 의해 정규화될 수도 있다.
상기 기준은 상기 정량이 특정한 임계치 미만이 되도록 요구할 수도 있다. 이에 부가하여 또는 이와 달리, 상기 기준은 변조 주파수가 상기 정량의 극소치(local minimum)에 있거나 또는 상기 극소치에서 특정한 양 이내에 있도록 요구할 수도 있다.
상기 변조는 일정 대역의 방사선 빔이 상기 기판 상으로 투영되고 있는 동안 상기 방사선 소스의 변수에 적용될 수도 있다.
상기 방법은 리소그래피 장치를 교정하기 위해 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조를 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 리소그래피 장치의 교정은, 방사선 빔의 방사조도를 측정하는 것과, 측정된 방사조도를 변조가 적용되는 방사선 소스의 변수의 값과 비교하는 것을 포함할 수 있다.
본 방법은 원하는 때에 또는 요구되는 때에 적합한 변조 주파수를 선택하기 위해 이용될 수 있다. 본 방법은 리소그래피 장치의 수명 동안 비교적 덜 빈번하게 적합한 변조 주파수를 선택하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 적합한 변조 주파수는 단지 한 번 선택될 수 있고, 이 주파수에서의 변조는 리소그래피 장치의 수명의 지속기간 동안 교정을 목적으로 적용될 수 있다. 실시예에서, 상기 방법은 기판 상의 점에 의해 수광되는 방사선의 선량에 영향을 주는 방사선 소스 또는 리소그래피 장치의 임의의 파라미터가 크게 변경되는 때마다 적합한 변조 주파수를 선택하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 리소그래피 장치를 교정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
방사선 소스에 의해 발생된 방사선 빔의 방사조도를 측정하는 단계로서, 상기 방사선 소스가 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도를 변경하기 위해 변경될 수 있는 하나 이상의 변수를 가지며, 상기 하나 이상의 변수 중의 하나 이상에 주기적 변조가 적용되는, 측정하는 단계;
상기 하나 이상의 변수와 상기 방사선 빔의 측정된 방사조도 간의 관계를 결정하는 단계;
상기 방사선 빔의 방사조도를 제어하기 위해 결정된 관계에 따라 상기 방사선 소스의 하나 이상의 변수의 값을 제어하는 단계;
패터닝 장치를 사용하여 상기 방사선 빔의 횡단면의 패턴을 부여하는 단계; 및
패터닝된 방사선 빔을 일정 대역의 방사선으로서 기판의 타겟 영역 상으로 투영하는 단계를 포함하며,
상기 주기적 변조의 주파수는 여기에서 설명된 방법에 따라 선택된다.
상기 방사선 빔의 방사조도는 상기 방사선 소스의 변수의 다항식 함수(polynomial function)로서 파라미터화될 수 있으며, 리소그래피 장치의 교정은 상기 다항식 함수의 하나 이상의 파라미터의 값의 결정을 수반할 수 있다. 예컨대, 상기 방사선의 빔의 방사조도는 상기 방사선 소스의 변수의 선형 함수로서 파라미터화될 수 있고, 상기 리소그래피 장치의 교정은 오프셋 및 이득의 값의 결정을 수반할 수 있다.
하나 이상의 파라미터의 값은 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)를 사용하여 결정될 수 있다. 이것은 방사선 소스가 연속적인 소스인 실시예에 특히 적용할 수 있다.
하나 이상의 상기 파라미터의 값의 결정은 상기 방사선 소스의 변수에 대한 방사선의 빔의 방사조도의 미분(differential)의 계산을 수반할 수 있다.
이에 부가하여 또는 이와 달리, 하나 이상의 상기 파라미터의 값은 스펙트럼 분석을 사용하여 결정될 수 있다. 스펙트럼 분석은 푸리에 타입 분석이어도 된다. 스펙트럼 분석은, 변조가 적용된 변수와 측정된 방사조도의 푸리에 변환을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 방사선 소스가 펄스되는 실시예에 대해, 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환이어도 된다. 이산 푸리에 변환은 고속 푸리에 변환 알고리즘을 이용하여 계산될 수 있다. 이것은 이산 푸리에 변환의 계산 시간을 감소시키는 이점이 있다. 스펙트럼 분석은 방사선 소스의 변수의 하나 이상의 주파수 성분의 계수와 방사선 빔의 방사조도의 주파수 성분의 계수의 비교를 포함할 수 있다. 스펙트럼 분석은 2개의 신호의 주파수 성분 중의 적은 수의 주파수 성분만의 계수들을 비교하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 대해, 전체 푸리에 변환을 계산하기보다는, 원하는 주파수 성분만이 계산되도록 하는 알고리즘이 이용될 수도 있다. 예컨대, 방사선의 빔의 방사조도 및 방사선 소스의 변수의 하나 이상의 주파수 성분의 계수들은 괴르첼(Goertzel) 알고리즘을 사용하여 결정될 수 있다.
방사선 소스가 펄스되거나 또는 임의의 다른 방법으로 샘플링되는 실시예에 대해, 변조의 주파수는 에일리어싱 효과(aliasing effect)가 하나 이상의 파라미터의 결정에 무시 가능한 작용을 갖도록 선택될 수 있다. 예컨대, 변조의 주파수는 적용된 변조의 더 높은 차수의 고조파(harmonics)가 하나 이상의 파라미터의 값을 결정하기 위해 사용되는 낮은 차수의 주파수 성분으로 에일리어싱되지 않도록 선택될 수 있다. 이것은 방사조도 신호의 샘플링에도 불구하고 하나 이상의 파라미터의 정확한 결정을 허용할 수 있어서 이롭다.
상기 주기적 변조의 최고 주파수 성분은 펄스 주파수의 절반보다 낮도록 선택될 수 있다. 이것은 주기적 변조가 방사선의 펄싱에 의해 방사조도 신호의 샘플링에도 불구하고 재구축될 수 있도록 하여서 이롭다.
이 교정 방법은 온라인 교정 방법이어도 된다. 즉, 기판이 방사선 소스로부터의 방사선에 노광되고 있는 동안 하나 이상의 파라미터가 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 리소그래피 장치는,
방사선 소스에 제어 신호를 출력하도록 구성된 컨트롤러로서, 상기 제어 신호가 상기 방사선 소스의 변수의 값을 제어하고, 상기 제어 신호에 변조가 적용되는, 컨트롤러;
상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선 빔의 방사조도를 측정하도록 구성된 방사선 센서;
방사선 빔에 방사선 빔의 횡단면의 패턴을 부여하도록 작용하는 패터닝 장치를 지지하도록 구성된 지지 구조체;
기판을 지지하도록 구성된 기판 테이블; 및
패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟 영역 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템을 포함하며,
상기 컨트롤러는 또한,
상기 방사선 소스의 변수와 상기 방사선 빔의 방사조도 간의 관계를 계산하고,
상기 방사선 빔의 방사조도를 제어하기 위해 계산된 관계에 따라 상기 제어 신호를 제어하도록 구성되며,
적용된 변조의 주파수가 여기에서 설명된 방법에 따라 선택된다.
본 발명의 상이한 양태의 상이한 특징은 적절한 경우에 함께 조합될 수도 있다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점과 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면을 참조하여 이하에 더욱 상세하게 설명되어 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 구체적인 실시예로 한정되지 않는다는 것에 유의하기 바란다. 이러한 실시예는 본 명세서에서는 단지 예시를 위해서 제공된 것이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 추가의 실시예가 가능하다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 대응하는 부분에 대응하는 도면 부호가 부여되어 있는 첨부된 개략 도면을 참조하여 단지 예로서만 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2a는 스캔 방향에서 볼 때에 리소그래피 장치에 의해 기판 상에 투영될 수 있는 일정 대역의 방사선의 프로파일의 개략 그래프이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 방사선 빔 프로파일이 타겟 점 위에서 스캐닝되는 때에 시간이 지남에 따라 기판 상의 타겟 점이 수광하는 방사선의 선량에 일정 대역의 방사선의 프로파일이 어떻게 영향을 미치는지를 보여주는 개략 그래프이다.
도 3은 방사선 소스에 의해 발생된 방사선 펄스의 타이밍이 도시되어 있는 시간을 함수로 하는 변조가 적용된 방사선 소스의 변수의 그래프이다.
도 4a는 도 2a에 도시된 방사선 빔 프로파일이 타겟 점 위에서 스캐닝되는 때에 기판의 제1 타겟 점이 수광하는 방사선 선량이 방사선 소스가 펄스되고 디더 변조가 방사선 소스의 변수에 적용된 때에 어떻게 영향을 받는지를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4b는 도 2a에 도시된 방사선 빔 프로파일이 타겟 점 위에서 스캐닝되는 때에 기판의 제2 타겟 점이 수광하는 방사선 선량이 방사선 소스가 펄스되고 디더 변조가 방사선 소스의 변수에 적용된 때에 어떻게 영향을 받는지를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5는 적용된 디더 변조로부터 발생되는 위치에 전달되는 에너지 선량에 대한 기여량의 측정치인 정량을 디더 주파수를 함수로 하여 보여주는 개략적인 그래프이다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용예에 대해 특정하게 언급되고 있지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟 영역"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 장치), 계측 장비, 또는 검사 장치에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 곳에서는, 이러한 기판 처리 장치와 기타 기판 처리 장치에 본 명세서의 개시 내용을 적용할 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러 번 처리된 층들을 이미 포함하고 있는 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 장치"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟 영역 내의 요구된 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.
패터닝 장치는 투과형 또는 반사형 모두 가능하다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그래머블 미러 어레이, 및 프로그래머블 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그래머블 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 인입되는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하며, 이러한 방식으로 반사 빔이 패터닝된다.
지지 구조체는 패터닝 장치를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 장치의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 장치가 진공 분위기에 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 좌우되는 방식으로 패터닝 장치를 유지한다. 지지 구조체는 기계식, 진공식, 또는 예컨대 진공 상태 하의 정전 클램핑과 같은 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있고 패터닝 장치를 예컨대 투영 시스템에 대하여 요구된 위치에 있도록 할 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블이어도 된다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합하다면, 굴절식 광학 시스템, 반사식 광학 시스템, 및 반사 굴절식(catadioptric) 광학 시스템을 포함한 다양한 타입의 투영 시스템을 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.
조명 시스템은 방사선의 빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 및 반사굴절식 광학 요소를 포함한 다양한 타입의 광학 요소들을 포함할 수 있으며, 이러한 요소는 아래에서는 통칭하여 또는 단독적으로 "렌즈"로서 지칭될 수도 있다.
리소그래피 장치는 예컨대 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 지지 구조체)을 갖는 타입의 것이어도 된다. 이러한 "복수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블을 병행하여 사용할 수 있거나, 또는 하나 이상의 테이블 상에서 예비 단계를 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용하는 것이 가능하다.
리소그래피 장치는 기판을 예컨대 물과 같은 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 액체에 액침(immersion)시켜 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우도록 하는 타입의 것이어도 된다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구도(numerical aperture)를 증가시키기 위해 본 기술 분야에 널리 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 본 리소그래피 장치는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 방사선 빔(PB, 예컨대 UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하기 위한 조명 시스템(조명기)(IL);
- 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 투영 시스템(PL)에 대하여 패터닝 장치를 정확히 위치시키기 위한 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 기판)(W)을 유지하도록 구성되고, 투영 시스템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키기 위한 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔(PB)에 부여한 패턴을, 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함하는) 상에 이미징하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈)(PL).
여기에서 설명되는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형 타입의 것(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 반사형 타입의 것(예컨대, 전술한 바와 같은 유형의 프로그래머블 미러 어레이를 채용하는)일 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선의 빔을 수광한다. 예컨대, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스와 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하도록 고려되지 않으며, 방사선 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 통과된다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요한 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하도록 구성된 조정기(AM)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ와 내측-σ로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 일반적으로 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 조명기는 방사선 빔의 단면에서 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖는 조절된 방사선 빔(PB)을 제공한다.
방사선 빔(PB)은 지지 구조체(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사된다. 패터닝 장치(MA)를 종단한 후, 방사선 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하고, 렌즈(PL)는 방사선 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 집속시킨다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스)를 이용하여, 예컨대 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟 영역(C)을 위치시키기 위해 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시되어 도시되어 있지는 않음)를 이용하여, 예컨대 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적 인출 후에 또는 스캔하는 동안에, 방사선 빔(PB)의 경로에 대하여 패터닝 장치(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 물체 테이블(MT, WT)의 이동은 위치 설정기(PM, PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 이용하여 실현될 것이다. 패터닝 장치(MA) 및 기판(W)은 패터닝 장치 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
도시된 리소그래피 장치는 스캔 모드로 이용될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔(PB)에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정된다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟 영역의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이에 의해 타겟 영역의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)가 결정된다.
방사선 소스(SO)는 방사선을 기판(W) 상에의 일정 대역의 방사선으로서의 투영을 위해 리소그래피 장치에 전달한다. 기판 테이블(WT)을 이동시킴으로써, 리소그래피 장치는 기판(W)을 일정 대역의 방사선에 대하여 스캔 속도 v s 로 이동시키도록 동작할 수 있다. 노광 동안, 리소그래피 장치는 고정된 거리에 걸쳐 일정 대역의 방사선에 대하여 기판(W)을 이동시키도록 동작할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 리소그래피 장치는 그에 따라 실질적으로 고정된 면적의 타겟 영역(C)을 방사선에 노광하도록 동작할 수 있다. 예컨대, 타겟 영역(C)은 하나의 다이의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함할 수 있다. 제1 타겟 영역(C)의 노광 후, 리소그래피 장치는 제2 타겟 영역(C)이 방사선에 노광될 수 있도록 기판(W)을 투영 시스템(PL)에 대하여 이동시키도록 추가로 동작할 수 있다. 하나의 웨이퍼가 방사선에 복수의 단계로 노광될 수 있으며, 각각의 단계는 기판(W)의 이동이 후속되는 타겟 영역(C)의 노광을 수반한다.
일반적으로, 기판(W) 상의 각각의 점에 의해 수광되는 방사선의 선량을 정확히 제어하는 것이 바람직하며, 방사선의 선량은 기판(W)에 의해 수광되는 단위 면적당의 에너지의 양으로서 정의된다. 방사선의 선량은 또한 에너지 선량 또는 선량으로서 지칭될 수도 있다. 기판(W) 상에 형성되는 피처(feature)의 임계 치수(critical dimension)의 변동이 원하는 임계치 미만이 되도록, 방사선의 선량을 충분히 정확하게 제어하는 것이 바람직할 것이다.
스캐닝 노광 동안, 기판(W) 상의 점(위치 r 에서의)에 전달된 방사선의 선량 E(r)은 그 점에 대한 방사선의 방사조도 I(r,t)의 시적분에 의해 제공된다:
Figure 112015115229415-pct00001
(1)
여기서, t 1 은 일정 대역의 방사선의 리딩 에지가 위치 r을 통과하는 시간이고, t 2 는 일정 대역의 방사선의 트레일링 에지가 위치 r을 통과하는 시간이다.
방사조도는 단위 면적당 기판(W)에 의해 수광되는 파워이며, 아래에 의해 주어진다:
Figure 112015115229415-pct00002
(2)
여기서, Iso(t)는 방사선 빔의 방사조도이고, s(r,t)는 일정 대역의 방사선의 공간 프로파일을 기술하는 무차원 분포(dimensionless distribution)이고, m(r)은 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔에 부여되는 패턴을 표현하는 무차원 분포이다. 이하의 논의에서, 간략화를 위해, 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔에 부여된 패턴으로부터 발생하는 에너지 선량에 대한 기여량(contribution)은 무시된다. 따라서, 이하에서는 m의 값이 m=1로 설정된다.
일정 대역의 방사선의 프로파일 s(r,t)는 조명기(IL)의 광학 요소에 좌우된다. 일반적으로, 기판(W) 상의 점 r은 2개의 좌표 x, y에 의해 정해질 수 있다. 예컨대, 좌표 y는 스캔 방향에서의 r의 위치를 정할 수 있으며, 좌표 x는 스캔 방향에 실질적으로 수직한 방향에서의 r의 위치를 기술할 수 있다. 무차원 분포 s(r,t)의 값은 스캔 방향 (y)에서의 r의 위치에 종속될 수 있고, 스캔 방향 (x)에 수직한 r의 위치에는 독립적일 수 있다. 따라서, 방사선의 프로파일은 스캔 방향에서의 방사선의 프로파일의 전반적인 형상을 기술하는 함수 f(z)에 의해 기술될 수 있다. 기판(W) 상의 소정의 점(위치 r에서의)에서, 무차원 분포 s(r,t)의 값은 아래에 의해 주어질 수 있다:
Figure 112015115229415-pct00003
(3)
여기서, f(z)에 의해 기술되는 전반적인 형상은 기판(W)을 가로질러 스캔 방향 y로 속도 v s 로 이동하는 효과가 있다(예컨대, 실질적으로 정지 상태의 방사선 빔 "아래에서" 이동하고 있는 기판을 통해).
식 2 및 식 3을 식 1(m=1을 갖는)에 대입함으로써, 기판 상의 점(위치 y)에 의해 수광되는 방사선의 선량 E(y)는 일정 대역의 방사선의 프로파일과 방사선 소스의 방사조도의 콘볼루션(convolution)에 의해 주어진다는 것을 알 수 있다:
Figure 112015115229415-pct00004
(4)
여기서, 마찬가지로, t 1 은 일정 대역의 방사선의 리딩 에지가 위치 r을 통과하는 시간이고, t 2 는 일정 대역의 방사선의 트레일링 에지가 위치 r을 통과하는 시간이다.
도 2a는 스캔 방향에서의 일정 대역의 방사선의 일례의 프로파일(20)의 개략적인 그래프이다. 도 2a의 수평축은 방사선 빔이 기판 위에서 스캐닝되는 방향(통상적으로 y-방향으로 지칭됨)을 나타낸다. 프로파일(20)은 사다리꼴형 형태를 갖는다. 그러나, 프로파일은 다른 형태를 가질 수도 있다. 예컨대, 프로파일은 "탑 햇(top-hat)" 형태 또는 절두형 가우시안(truncated Gaussian)(또는 "가우시안 유사(Gaussian-like)") 형태이어도 된다.
방사선 소스(SO)는 펄스 주파수 f p 로 펄스되는 방사선 빔을 발생할 수 있다. 예컨대, 방사선 소스(SO)는 펄스 주파수 f p 를 갖는 펄스형 방사선 빔을 발생하는 레이저(예컨대, 엑시머 레이저)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 대해, 기판(W) 상의 소정의 점에 의해 수광되는 방사선의 선량은 각각의 펄스에 의해 전달되는 방사선의 선량 중의 그 소정의 점을 조사하는 모든 펄스의 합계이다. 소정의 점에 대한 방사선의 선량에 기여하는 펄스의 수는, 일정 대역의 방사선이 그 점을 지나 스윕(sweep)하는데 소요되는 시간, 펄스 주파수 f p , 및 프로파일의 리딩 에지가 소정의 점을 통과할 때의 방사선 펄스 트레인의 위상(phase), 즉 소정의 점을 통과하는 프로파일의 리딩 에지와 소정의 점을 조사하는 제1 펄스 사이에 경과하는 시간의 양에 좌우된다. 일정 대역의 방사선이 그 점을 지나 스윕하는데 소요되는 시간은 일정 대역의 방사선의 폭 대 스캔 속도 v s 의 비(ratio)에 의해 제공된다.
도 2b는 스캔 방향에서 기판(W) 상의 소정의 점이 수광하는 방사선의 선량에 일정 대역의 방사선의 프로파일이 어떻게 영향을 미치는지를 보여주는 개략적인 그래프이다. 구체적으로, 이 도면은 펄스형 방사선 소스(SO)와 함께 사용되는 도 2a에 도시된 일정 대역의 방사선의 프로파일(20)의 영향을 보여준다. 일정 대역의 방사선이 소정의 점을 지나 스윕함에 따라, 그 점은 복수의 도트(21)로서 도식적으로 표시된 규칙적으로 이격된 간격으로 방사선의 선량을 수광할 것이다. 방사선의 2개의 순차적인 선량들 간의 간격은 펄스 주파수 f p 의 역에 의해 주어진다. 일정 대역의 방사선이 타겟 점 위에서 스캔됨에 따라, 방사선의 각각의 펄스(21)가 타겟 점을 노광한다. 각각의 펄스에 의해 전달되는 에너지의 선량은 그 펄스의 시간에서의 방사선 프로파일의 값에 좌우된다. 도 2b의 수직축은 방사선의 선량의 프로파일을 나타내며, 그 점에 전달되는 선량에 기여하는 선량들의 합계에서 각각의 펄스 선량을 가중되게 하는 무차원 인자이다. t 1 은 일정 대역의 방사선의 리딩 에지가 그 점을 통과하는 시간이고, t 2 는 일정 대역의 방사선의 트레일링 에지가 그 점을 통과하는 시간이다. tt 1 tt 2 의 경우에는, 펄스는 그 점에 대한 선량에 기여하지 않으며, 무차원 계수는 영(0)이다.
펄스형 방사선 소스(SO)를 이용하는 실시예에 대해, 방사선 빔의 방사조도는 방사선 소스의 펄스 트레인에 좌우될 것이다. 예컨대, 아래와 같이 된다:
Figure 112015115229415-pct00005
(5)
여기서, I SO,continuous (t)는 방사선 소스의 방사조도이고, p(t)는 무차원 펄스 파형이다. I SO,continuous (t)는 등가의 연속적인 방사선 소스의 방사조도로서 보여질 수 있으며, 펄스 파형은 이 방사조도가 펄스 주파수 f p 에서 어떻게 샘플링되는지를 기술한다.
펄스 방사선은 어떠한 펄스 트레인도 가질 수 있다. 펄스의 형상, 지속기간 및 주파수는 원하는 것으로 또는 요구되는 것으로서 선택될 수 있다. 펄스 주파수는 예컨대 약 6 ㎑이어도 되며, 이것은 약 17 ms의 펄스 시간 주기와 등가이다(그렇지만, 다른 펄스 주파수가 사용될 수도 있음). 펄스의 지속기간은 펄스 트레인의 시간 주기보다 현저하게 작을 수도 있다. 예컨대, 펄스 트레인의 시간 주기 대 펄스의 지속기간의 비(ratio)는 1000 오더일 수 있다(또는 몇몇 다른 값일 수도 있다). 펄스의 지속기간은 예컨대 대략 150 ns일 수 있다(그렇지만, 다른 펄스 지속기간이 사용될 수도 있다).
전술한 바와 같이, 일반적으로, 기판(W) 상의 각각의 점을 특정한(예컨대, 사전 결정된) 방사선 선량으로 노광시키는 것이 이롭다. 더욱이, 일반적으로, 기판(W) 상의 각각의 점에 의해 수광되는 방사선의 선량을 정확하게 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 예컨대, 방사선 빔의 방사조도를 제어할 수 있는 것이 이롭다.
에너지가 방사선 소스(SO)에 공급된다. 예컨대, 방사선 소스가 레이저인 실시예에 대해서는, 에너지는 외부 소스에 의해 레이저의 이득 매질에 공급될 수 있다. 이 프로세스는 펌핑으로서 알려져 있으며, 외부 소스는 전기 파워 서플라이(전기적 펌핑), 전자기 방사선(광학 펌핑), 가스 흐름(가스 동적 펌핑), 또는 몇몇 다른 적합한 에너지 소스를 포함할 수 있다. 외부 파워 소스는 조정 가능한 것일 수 있으며, 이로써 이득 매질에 공급되는 펌프 파워의 양이 변경될 수 있다. 외부 파워 소스는 이득 매질에 공급되는 파워를 변경하기 위해 변경될 수 있는 하나 이상의 입력 변수가 제공될 수 있다. 예컨대, 엑시머 레이저와 같은 가스 레이저의 경우, 외부 파워 소스는 양단에 고압이 인가되는 한 쌍의 방전 도전체를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 대해, 이득 매질에 공급되는 파워는 도전체 양단에 인가되는 전압을 변경함으로써 변경될 수 있다.
일반적으로, 레이저 빔의 방사조도는 외부 파워 소스에 의해 공급되는 펌프 파워에 좌우될 것이다. 따라서, 빔의 방사조도 및 그에 따라 기판(W)에 전달되는 선량을 정확하게 제어하기 위해서는, 외부 파워 서플라이의 하나 이상의 변수와 빔의 방사조도 간의 관계를 아는 것이 바람직하다. 이 관계가 널리 알려져 있다면, 원하는 방사조도는 그에 따라서 하나 이상의 변수의 값(들)을 선택함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 이 관계는 잘 알려져 있지 않다. 이 관계는 교정 프로세스 동안 결정될 수 있는 하나 이상의 자유 파라미터를 갖는 다항식(polynomial)으로서 파라미터화될 수 있다. 더욱이, 이 관계는 시간에 따라 변경될 수 있으며, 따라서 교정을 주기적으로 수행할 필요가 있을 것이다.
예컨대, 엑시머 레이저의 경우, 레이저의 방사조도는 2개의 도전체 양단에 인가되는 전압 V에 좌우된다. 일반적으로, 이 관계는 비선형적이다. 실제로 사용되는 전압 V의 범위에 대해, 레이저의 방사조도 E는 전압 V의 다항식 전개(polynomial expansion)에 의해 잘 근사될 수 있을 것이다. 충분히 작은 범위의 전압 V에 대해서는, 방사조도 E와 전압 간의 관계는 선형 관계에 의해 근사될 수 있다:
E = OG×V (6)
여기서, 레이저의 이득 G와 오프셋 O는 교정 프로세스 동안 결정될 수 있는 파라미터들이다. 더 큰 범위의 전압에 대해서는, 전압 V와 방사조도 E 간의 관계를 파라미터화하기 위해서는 보다 조정 가능한 파라미터를 갖는 더 높은 차수의 다항식이 필요할 수도 있다.
실제로, 측정된 방사조도 E는 잡음의 요소를 포함할 것이며, 따라서 교정 프로세스는 외부 파워 서플라이의 하나 이상의 변수와 방사조도 간의 관계에서 사용된 하나 이상의 파라미터를 평가하기 위하여 연장된 시간 주기로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 하나 이상의 파라미터의 값은 리소그래피 장치가 작동하고 있는 때에 시간에 따라 드리프트(drift)할 수 있으며, 따라서 하나 이상의 파라미터는 교정 프로세스를 이용하여 주기적으로 결정될 수 있다.
교정 프로세스는 외부 파워 서플라이의 하나 이상의 변수에 기지의 변조(known modulation)를 적용하는 것과, 하나 이상의 변수에서의 변동에 대한 방사조도 E의 응답을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 변동에 대한 방사조도 E의 측정된 응답은 외부 파워 서플라이의 하나 이상의 변수와 방사조도 간의 관계에서 사용되는 하나 이상의 파라미터의 값(들)을 결정하기 위해 이용될 수 있다.
이에 따라, 교정 프로세스의 일부분으로서, 특정한(예컨대, 사전에 결정된) 주파수 및 진폭을 갖는 변조가 이득 매질에 공급되는 파워에 영향을 줄 수 있는 하나 이상의 변수에 적용될 수 있다. 예컨대, 엑시머 레이저에 대해, 변조는 한 쌍의 도전체의 양단에 인가되는 전압 V에 적용될 수 있다. 이하에서, 변조는 변조, 디더 변조(dither modulation) 또는 디더로서 서로 바꾸어 지칭될 수도 있다. 변조는 원하거나 또는 요구되는 때에 어떠한 적절한 진폭도 가질 수 있다. 전압 V에서의 이러한 변조는 기판(W) 상의 점에 의해 수광되는 선량에서의 변조를 야기할 것이다. 따라서, 변조의 진폭은 이들 선량에서의 변조가 평균 선량의 수용 가능한 양 내에 유지되도록 선택될 수 있다. 예컨대, 변조의 진폭은 기판(W) 상의 점에 의해 수광되는 선량이 평균 선량의 대략 3% 내에 있도록 선택될 수 있다(그렇지만, 더 크거나 더 작은 진폭이 적절한 것으로서 선택될 수도 있다). 더욱이, 변조의 진폭은 하나 이상의 변수와 방사조도 간의 관계의 파라미터화가 변조에 의해 커버되는 값의 범위에 대해 잘 유지되도록 선택될 수 있다. 예컨대, 엑시머 레이저에 대해, 변조의 진폭은 식 6의 선형 관계가 유지되도록 선택될 수 있다. 디더 변조의 진폭을 증가시키는 것은 레이저에 의해 방출된 방사선 펄스의 에너지(또는 등가적으로는 레이저의 방사조도)와 펌프 파워 간의 관계를 결정하는 것을 더 용이하게 만들 것이다. 그러나, 디더 변조의 진폭을 증가시키는 것은 또한 디더가 기판(W) 상에서 수광되는 노광 선량에 영향을 주는 정도를 증가시킬 것이다. 그러므로, 디더 변조의 진폭은 레이저 방사선 펄스의 에너지와 펌프 파워 간의 관계가 원하는 교정 기간 내에서 원하는 정확도로 결정되도록 허용하는 최소 레벨로 유지될 수 있다.
디더 변조는 주기적인 파형을 갖는 어떠한 변조이어도 된다. 디더 변조는 특정한 파장을 갖는 정현 변조(sinusoidal modulation)인 것이 바람직하며, 그 이유는 보다 복잡한 파형은 장점을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않으면서 추가의 제약을 부과할 수도 있기 때문이다. 예컨대, 방사조도 E를 인가 전압 V에 연계시키는 하나 이상의 파라미터를 결정하기 위해 푸리에 타입 스펙트럼 분석(Fourier type spectrum analysis)이 이용될 수 있으며(아래를 참조), 널리 알려져 있기는 하지만 복수의 주파수 성분을 포함하는 디더 변조는 장점을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않으면서 이 분석을 복잡하게 할 수 있다.
방사선 소스(SO)의 변수에 적용되는 디더 변조는 방사조도 E의 대응하는 변조를 야기할 것이다. 도 3은 디더 변조의 4개의 주기의 과정에 걸쳐 시간을 함수로 하는 엑시머 레이저에 인가된 전압 V의 그래프(30)이다. 디더 변조의 진폭은 예컨대 평균 전압의 작은 백분율에 불과할 수도 있다. 그러나, 도 3에 도시된 그래프의 눈금(scale)은 전압 V의 디더 변조의 눈금으로 확대(zoom in)되어 있다. 디더 수정 전압이 샘플링되는 규칙적으로 이격된 펄스의 타이밍 또한 도트(31)로서 그래프 상에 나타내어져 있다.
방사선 소스(SO)가 연속적인 소스인 실시예에 대해, 방사조도 E를 디더 변조가 적용된 변수에 연계시키는 파라미터들 중의 하나 이상의 파라미터의 값은 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)를 이용하여 결정될 수 있다. 이에 부가하여 또는 이와 달리, 방사조도 E를 인가 전압 V에 연계시키는 파라미터들 중의 하나 이상의 파라미터의 값은 스펙트럼 분석을 이용하여 결정될 수 있다. 이 스펙트럼 분석은 푸리에 타입 분석이어도 된다. 이 분석은,
(a) 디더 변조가 적용된 하나 이상의 변수, 및
(b) 측정된 방사조도 E
의 푸리에 변환을 결정하는 것과, 이들 2개의 신호의 하나 이상의 주파수 성분의 계수들을 비교하는 것을 수반할 수 있다. 방사선 소스(SO)가 펄스되는(pulsed) 실시예에 대해, 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환이어도 된다. 이산 푸리에 변환은 고속 푸리에 변환 알고리즘을 이용하여 계산될 수 있다. 스펙트럼 분석은 2개의 신호의 소수의 주파수 성분들만의 계수들을 비교하는 것을 수반할 수 있다. 이러한 실시예에 대해, 전체 푸리에 변환을 계산하는 것보다는, 단지 원하는 주파수 성분만이 계산되도록 하는 알고리즘이 이용될 수 있다. 예컨대, Goertzel 알고리즘이 이용될 수 있다.
방사선 소스(SO)가 펄스형 방사선 빔을 발생하는 실시예에 대해, 방사선 소스의 펄싱은 빔의 방사조도를 f p 의 레이트로 샘플링하는 효과가 있다. 디더 변조의 주파수 f d 는 펄스 주파수 f p 보다 낮을 수도 있다. 빔의 방사조도의 샘플링이 디더 변조를 재구성하기에 충분한 것으로 되도록 하기 위해, 디더 변조의 가장 높은 주파수 성분은 디더 변조의 각각의 주기 동안 2개보다 많은 방사선 펄스가 있도록 펄스 주파수 f p 의 절반보다 낮아야 한다.
빔의 방사조도의 이러한 샘플링은 신호의 에일리어싱(aliasing)을 야기할 수도 있으며, 이러한 신호의 에일리어싱에서는 신호의 높은쪽 주파수 성분이 에일리어싱되거나 또는 낮은쪽 주파수로 "폴딩 백된다(folded back)". 예컨대, 이산 푸리에 변환을 이용하는 빔의 방사조도의 스펙트럼 분석에서, 주파수 f o 를 갖는 성분은, 주파수 f o 를 갖는 신호의 성분으로부터의 기여에 부가하여, 복수의 다른 이미지 주파수를 갖는 신호에서의 성분으로부터의 기여를 받을 것이다. 일반적으로, 이들 이미지 주파수는 ┃f o -nf p ┃에 의해 주어지며, 여기서 n은 정수이다. 디더가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수와 빔의 방사조도 간의 관계에서의 하나 이상의 파라미터가 방사조도의 푸리에 타입 분석을 이용하여 결정되면, 이미지 주파수로부터의 이 오염(contamination)은 파라미터의 정확한 결정을 방해할 수도 있다. 예컨대, 식 6의 선형 관계가 가정되면, 이득 G는 디더 주파수 f d 에서의 방사조도 E와 전압 V의 성분들을 비교함으로써 결정될 수 있다. 펄스 주파수 f p 는 이러한 에일리어싱 효과가 파라미터의 결정에 대해 무시할 수 있는 영향을 갖도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 각각의 방사선 펄스의 에너지는 방사선 펄스가 발생되는 시간에서의 디더 변조의 위상에 좌우된다. 펄스 주파수 f p 는 디더 주파수 f d 의 정수배이어도 되며, 그 경우 방사선 펄스는 디더 변조의 각각의 주기 동안 디더 변조의 동일한 위상에서 발생할 것이다. 그러나, 실제로, 펄스 주파수 f p 는 특히 디더가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수와 빔의 방사조도 간의 관계가 비선형적이라면 디더 변조의 주파수의 정수배가 아닌 것이 바람직할 것이다. 이 관계가 비선형적이면, 디더 변조에 부가하여, 빔의 방사조도는 디더 변조의 더 높은 차수의 고조파(higher order harmonics)를 포함할 것이다. 즉, 방사조도는 2f d , 3f d , 4f d 등등의 주파수를 갖는 성분을 포함할 것이다. 펄스 주파수 f p 가 디더 주파수 f d 의 정수배이면, 디더 신호의 이들 더 높은 차수의 고조파의 적어도 일부는 디더 주파수 f d 로 역으로 에일리어싱되는 이미지 주파수와 일치할 수 있다. 예컨대, f p =3f d 이면, 주파수 2f d 및 4f d 를 갖는 디더 변조의 2차 고조파와 4차 고조파는 디더 주파수 f d 로 역으로 에일리어싱될 것이다. 결과적으로, 이것은 디더가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수와 빔의 방사조도 간의 관계에서의 하나 이상의 파라미터의 정확한 결정을 방해할 수 있다. 예컨대, 식 6에서의 이득 G가 디더 주파수 f d 에서의 방사조도 E와 전압 V의 성분들을 비교함으로써 결정되는 실시예에 대해, 더 높은 차수의 고조파로부터의 주파수 f d 를 갖는 방사조도의 성분에 대한 이들 기여량은 이득 G의 정확한 결정을 방해할 수 있다. 이러한 실시예에 대해, 디더 주파수 f d 대 펄스 주파수 f p 의 비는 디더 변조의 더 높은 고조파가 디더 주파수 f d 로 역으로 에일리어싱되지 않도록 선택될 수 있다. 예컨대, 디더 변조의 주파수 f d 는, 다른 비(ratio)가 선택될 수도 있지만, 예컨대 아래의 식에 의해 주어질 수 있다:
Figure 112015115229415-pct00006
(7)
일실시예에서, 펄스 주파수 f p 는 대략 6 ㎑일 수 있으며, 디더 변조의 주파수 f d 는 대략 2.8 ㎑일 수 있다(그렇지만 다른 주파수가 사용될 수도 있음).
방사조도 E는 방사선 센서(RS)(도 1을 참조)에 의해 측정될 수 있다. 방사선 센서(RS)는 방사선 센서(RS)에 입사하는 방사선의 에너지를 측정하기에 적합한 어떠한 센서이어도 된다. 예컨대, 방사선 센서(RS)는 포토다이오드이어도 된다. 방사선 센서(RS)는 방사선 소스(SO)에 의해 발생된 방사선 빔의 적어도 일부분이 방사선 센서(RS) 상에 입사하도록 위치될 수 있다. 방사선 소스(SO)에 의해 발생된 방사선 빔의 일부만이 방사선 센서(RS) 상에 입사되는 실시예에 대해, 방사선 센서(RS)에 의해 수광되는 선량과 기판(W)에 의해 수광되는 선량 간의 관계는 기판(W)에 의해 수광되는 선량이 방사선 센서(RS)에 의해 수광되는 선량으로부터 결정될 수 있도록 알려져 있어야 한다.
방사선 센서(RS)의 일례의 위치설정은 도 1에 도시되어 있다. 부분 투과성 미러(TM)가 조명기(IL)에 위치된다. 부분 투과성 미러(TM)는 방사선 빔의 제1 부분(101)을 방사선 센서(RS) 상으로 반사한다. 방사선 빔의 나머지 부분(102)은 부분 투과성 미러(TM)에 의해 투과되고, 패터닝 장치(MA)로 통과된다. 부분 투과성 미러(TM)에 의해 반사되는 방사선 빔(제1 부분 101)의 비율(fraction)은 예컨대 방사선 빔의 수 퍼센트(a few percent) 이하 정도일 수 있다. 이 비율이 알려져 있으면, 부분 투과성 미러(TM)에 의해 투과되는 방사선 빔(102)의 에너지는 방사선 센서(RS)에 의해 이루어진 측정치를 사용하여 계산될 수 있다. 비율이 알려져 있지 않다면, 방사선 센서(RS)는 기판을 제2 방사선 센서(도시하지 않음)로 교체하고 둘 모두의 방사선 센서에 의해 측정된 에너지를 비교함으로써 제2 방사선 센서로 교정될 수 있다.
다른 실시예에서, 부분 투과성 미러(TM) 및 방사선 센서(RS)가 방사선 빔의 경로를 따라 또 다른 위치에 위치될 수도 있다. 예컨대, 부분 투과성 미러(TM) 및 방사선 센서(RS)는 조명기(IL)(예컨대, 빔 전달 시스템에서의) 앞에 위치될 수도 있다.
측정된 방사선 방사조도 E는 디더 변조에 의해 야기되는 방사조도 E에서의 변동을 추출하기 위해 디더 변조 신호와 함께 사용될 수 있다. 디더 변조에 의해 야기되는 방사조도의 추출된 변동은 디더 변조가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수 V(예컨대, 전압 V)와 방사조도 E 간의 관계를 계산하기 위해 디더 변조와 함께 사용될 수 있다. 특히, 정량(quantity) dE/dV 가 계산될 수 있다. 변수 V와 방사조도 E 간의 선형 관계의 경우, 이것은 이득 G와 동등한 것으로 될 수 있다.
교정 프로세스는 어떠한 적절한 프로세서에 의해서도 수행될 수 있다. 예컨대, 교정 프로세스는 마이크로프로세서를 포함할 수도 있는 컨트롤러(CN)(도 1에 도시됨)에 의해 수행될 수 있다. 컨트롤러(CN)는 디더 변조가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수 V와 방사선 빔의 방사조도 E 간의 관계를 계산하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 또한 디더 변조가 적용되는 방사선 소스(SO)의 변수 V를 제어하는 제어 신호를 방사선 소스(SO)(예컨대, 레이저)에 출력하도록 구성될 수도 있다. 제어 신호 및 그에 따라 변수 V의 값은 빔의 방사조도 E를 제어하기 위하여 계산된 관계에 따라 제어될 수 있다.
방사선 소스(SO)를 교정하는 방법은 온라인 교정 프로세스로서 수행될 수 있다. 온라인 교정 프로세스는 패터닝 장치(MA)로부터의 패턴을 기판(W) 상에 투영하는 것과 동시에 전술한 교정 방법을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 교정을 온라인 프로세스로서 수행하는 것은 교정이 오프라인 프로세스로서 수행되는(즉, 기판의 노광이 발생하지 않는 때에 교정이 수행되는) 경우에 발생할 리소그래피 장치의 처리량의 감소를 방지하기 때문에 이롭다. 교정을 온라인 프로세스로서 수행하는 것은 또한 노광 동안에 발생하는 하나 이상의 교정 파라미터에서의 변동을 이들이 발생하는 때에 정정될 수 있도록 하기 때문에 이롭다.
온라인 교정 프로세스는 하나 이상의 오프라인 교정 프로세스와 함께 수행될 수 있다. 교정 프로세스의 정확도는 교정 프로세스가 수행되는 동안의 시간의 길이에 관련될 수 있다. 오프라인 교정 프로세스의 지속기간은 오프라인 교정 프로세스와 함께 온라인 교정 프로세스를 수행함으로써 감소될 수 있다.
온라인 교정 프로세스를 수행하는 것은 오프라인 교정 프로세스의 사용을 제거할 수 있다. 이 경우, 온라인 교정 프로세스는 예컨대 각각의 타겟 영역(C)의 노광 동안과 같은 기판(W)의 노광의 지속기간 동안 수행될 수 있다. 하나 이상의 교정 파라미터는 예컨대 온라인 교정에 따른 기판(W)의 노광의 종료 시에 업데이트될 수 있다. 그리고나서, 다음 기판(W)의 노광 동안 방사선 소스(SO)를 제어하기 위해 하나 이상의 새로운 교정 파라미터가 사용될 수 있다.
하나 이상의 교정 파라미터가 시간에 따라 크게 변화될 수도 있다. 예컨대, 단일 기판(W)의 노광 동안, 이득 G는 50% 만큼 드리프트할 수 있다. 기판(W) 또는 기판의 타겟 영역(C)의 노광 전에 교정 파라미터가 계산되면, 교정 파라미터는 기판(W) 또는 타겟 영역(C)의 노광의 종료 시에 더 이상 정확하지 않을 수도 있다. 기판(W) 또는 타겟 영역(C)의 노광의 종료 무렵에 노광되는 영역은 따라서 기판(W) 또는 타겟 영역(C)의 노광의 개시 시에 노광되는 영역에 비하여 실질적으로 상이한 방사선 선량을 받게 될 수 있다. 따라서, 기판(W)의 노광 동안 교정 파라미터를 업데이트하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 기판(W) 또는 타겟 영역(C)의 제1 영역은 이득 재료에 공급되는 파워에 영향을 줄 수 있는 하나 이상의 변수에 디더 변조가 적용되고 방사선 빔의 에너지가 측정되는 동안 노광될 수 있다. 제1 영역의 노광 동안의 방사선 빔의 측정치는 외부 파워 서플라이의 하나 이상의 변수와 방사선 빔의 에너지 E 간의 관계의 하나 이상의 파라미터를 계산하기 위해 사용될 수 있으며, 하나 이상의 교정 파라미터가 업데이트될 수 있다. 업데이트된 교정 파라미터는 기판(W) 또는 타겟 영역(C)의 제2 영역이 방사선 빔에 노광되는 동안 외부 소스를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 리소그래피 장치의 처리량에 영향을 주지 않고 교정 파라미터를 규칙적으로 업데이트할 수 있다.
아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 노광 동안 디더 변조가 적용되는 교정 프로세스(즉, 온라인 교정) 동안, 기판(W) 상의 고정된 점에 의해 수광되는 방사선 선량은 디더 변조에 의해 영향을 받게 될 것이다. 실시예는 기판(W) 상의 고정된 점에 의해 수광되는 선량에 미치는 디더 변조의 영향을 감소시키거나 최소화하는 것에 관련된다.
도 4a는 도 2a에 도시된 방사선 빔 프로파일이 타겟 점 위에서 스캐닝되는 때와 방사선 소스가 펄스되고 디더 변조가 방사선 소스의 변수에 적용된 때에 기판(W)의 타겟 점이 수광하는 방사선 선량을 개략적으로 도시하고 있다. 라인 401은 방사선 소스의 변수에 적용되는 디더 변조를 도시하고 있다. 여기 전압이 인가되는 엑시머 레이저에 대해, 디더 변조의 진폭은 예컨대 평균의 작은 백분율일 수 있다. 그러나, 도 4a에서 전압 V를 나타내는 수직축의 눈금은 디더 변조의 크기로 확대되어 있고, 영(0)으로부터 오프셋되어 있다. 라인 402는 일정 대역의 방사선의 프로파일, 즉 타겟 점에 의해 수광되는 펄스에 대한 무차원 배율(dimensionless scale factor)을 도시하고 있다. 라인 402는 도 2b에서의 실선과 동일하다. 도 4a에서의 도트 404는 방사선의 펄스를 표현한다. 라인 403은 도트들을 연결하며, 2개의 라인 401과 402의 적(product)이다.
위에 상세하게 설명된 바와 같이, 스캐닝 방향에서 기판 상의 고정된 점에 의해 수광되는 선량 E(패터닝 장치(MA)의 영향을 무시한)는 방사선 선량의 프로파일과 방사선 소스의 방사조도의 콘볼루션에 의해 주어진다(식 4를 참조). 전압 V와 선량 E 간에 선형 관계로 가정하고 잡음의 영향을 무시하면, 연속적인 방사선 소스에 대해, 이 선량 E는 시간에 대한 라인 403의 적분에 비례할 것이다. 펄스형 방사선 소스에 대해, 선량은 도트 404에 의해 표현된 에너지의 합에 비례할 것이다.
일반적으로, 고정된 점(타겟 점으로서도 지칭될 수 있음)이 노광되는 방사선의 선량은 프로파일의 리딩 에지가 그 점을 통과할 때의 변조의 위상에 좌우된다. 도 4a에 도시된 예에서, 이 위상은 방사선 빔의 프로파일의 중심이 디더 변조에서의 피크에 대응하는 시간에서 타겟 점을 지나가도록 이루어진다.
도 4b는, 도 4b에 도시된 예에서, 프로파일의 리딩 에지가 그 점을 통과하는 때의 적용된 변조의 위상이 도 4a에 도시된 것과 상이하다는 것을 제외하고는 도 4a와 동일하다. 도 4b에 도시된 예에서, 이 위상은 방사선 빔의 프로파일의 중심이 디더 변조에서의 골(trough)에 대응하는 시간에서 타겟 점을 지나가도록 이루어진다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 2개의 예의 각각에서, 프로파일의 리딩 에지가 이들 2개의 점을 통과하는 때의 방사선 펄스 트레인의 상이한 위상으로 인해, 방사선 빔이 타겟 점 위에서 스캐닝되는 때에 상이한 총선량의 방사선이 타겟 점에 전달된다.
일반적으로, 타겟 점이 노광되는 방사선의 선량은 또한 프로파일의 리딩 에지가 그 점을 통과하는 때의 방사선 펄스 트레인의 위상, 즉 타겟 점을 통과하는 프로파일의 리딩 에지와 타겟 점을 조사하는 제1 펄스 사이에 경과되는 시간의 양 Δt에 좌우된다.
따라서, 일반적으로, 고정된 디더 변조, 펄스 트레인 및 슬릿 프로파일(slit profile)에 대해, 일반적으로, 프로파일의 리딩 에지가 소정의 점을 통과하는 때의 방사선 펄스 트레인과 적용된 변조의 위상이 점마다(from point to point) 달라질 것이므로, 기판(W) 상의 상이한 점들에 일정 범위의 선량이 전달될 것이다.
엑시머 레이저의 전압에 정현 변조를 적용하는 것을 고려하면:
Figure 112015115229415-pct00007
(8)
여기서, Vo는 일정 오프셋 전압이고, A d , f d
Figure 112015115229415-pct00008
는 변조의 진폭, 주파수 및 위상이다. 전압 V와 방사선 빔의 방사조도 간에 선형 관계가 있는 것으로 가정하고, 잡음의 영향을 무시하면, 빔의 방사조도는 아래에 의해 주어질 것이다(식 5를 참조):
Figure 112015115229415-pct00009
(9)
여기서, I 0 는 일정 오프셋 방사조도이고, I I 는 전압 V(t)에 적용된 디더로부터의 방사조도에 대한 기여량의 진폭이다.
이것을 식 4에 대입함으로써, 기판 상의 점 y에 전달되는 선량은 아래에 의해 주어질 것이다:
Figure 112015115229415-pct00010
(10)
여기서, E o (y)는 변조가 적용되지 않은 경우(즉, A d =0인 경우) 그 점에 전달될 선량이며, 변조로부터 발생하는 선량에 대한 기여량 E d (y)은 아래에 의해 주어진다:
Figure 112015115229415-pct00011
(11)
위의 계산은 일정 범위의 주파수에 대해 수행될 수 있으며, E d (y)의 크기를 감소시키거나 최소화하는 주파수가 선택될 수 있다. 일반적으로, E d (y)에 관련되는 정량이 계산될 수 있으며, 실시예는 그 정량을 감소시키는 적합한 변조 주파수를 선택하는 것을 수반할 수 있다.
고정된 디더 진폭, 펄스 트레인 및 슬릿 프로파일에 대해, 변조로부터 발생하는 기판(W) 상의 고정된 점에 의해 수광되는 선량에 대한 기여량 E d (y)은 변조의 주파수 f d 에 좌우된다. 특히, 소정의 슬릿 프로파일, 스캔 속도 v s , 및 펄스 주파수 f p 에 대해, 정량을 감소시키는 디더 변조의 주파수가 있을 것이다. 이들 주파수는 정량의 최소치에 대응할 수 있다.
슬릿 프로파일 f(x)가 "탑 햇" 분포이고, 방사선 소스(SO)가 연속적인(즉, 식 11에서 f(y-v s t)=p(t)=1) 경우에 대해, 프로파일이 기판(W) 상의 소정의 점을 지나 스윕하는데 소요된 시간이 디더 변조 주기의 정수배인 때에, 기여량 E d (y)는 사라질 것이다. 더욱이, 프로파일이 소정의 점을 지나 스윕하는데 소요된 시간이 디더 변조 주기의 정수배보다 1/2 디더 변조 주기 더 많은 때에는, 기여량 E d (y)는 최대로 될 수 있다. 따라서, 이러한 비현실적인 구성에 대해, 변조 주파수 f d 를 함수로 하여 E d (y)의 그래프를 플로트하면, 변조 주파수 f d 에서의 규칙적으로 이격된 간격으로 최소치를 볼 것으로 예상될 것이다. 그러나, 이 패턴은 일반적으로, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, (a) 균일하지 않은 슬릿 프로파일이 사용되거나, 또는 (b) 펄스형 방사선 소스가 사용되는 중의 하나인 경우에는, 변경될 것이다.
더욱 복잡한 슬릿 프로파일에 대해, 극소치에서의 소거(cancellation at local minima)가 완벽하지 않을 수도 있으며, 소거가 발생하는 주파수는 일반적으로 슬릿 프로파일에 걸쳐 있는(spanning) 변조 주기의 정수배에 대응하지 않을 것이다. 이것은 슬릿 프로파일 f(y-v s t)가 사인 곡선 상의 상이한 점에 상이한 가중치를 적용하는 효과가 있을 것이기 때문이다.
더욱이, 펄스형 방사선 소스의 경우, 균일한 "탑 햇" 슬릿 프로파일에 대해서도 그리고 프로파일이 기판(W) 상의 소정의 점을 지나 스윕하는데 소요된 시간이 디더 변조 주기의 정수배인 때에, 일반적으로, 완벽한 소거가 있지 않을 것이며, E d (y)가 사라지지 않을 것이다. 소거는 펄스 트레인과 디더 변조의 상대적인 위상들에 좌우될 것이며(펄스 주파수 f p 가 변조 주파수 f d 의 정수배가 아니면 기판 상의 상이한 점에 대해 변경될 것임), 방사선 프로파일의 리딩 에지가 기판 상의 점을 통과하는 때의 디더 변조와 펄스 트레인의 위상에 좌우될 것이다.
E d (y)의 절대값 대신, E d (y)에 비례하지만 몇몇 방식으로 정규화되는 정량을 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, E d (y) 대 E o (y)의 비, 즉 디더가 적용되지 않은 경우에 받아들이게 될 선량의 백분율로서 표현된 선량에서의 변조의 상대적인 크기를 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이 비를 변조 없이 방사선 소스의 변수의 백분율로서 표현된 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조의 상대적인 크기의 비, 즉 A d V o 의 비에 비교하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 말하자면 3%의 적용된 변조가 주어지면 선량에서의 변조가 말하자면 1%와 같은 소정의 레벨로 되기를 원할 수도 있다.
이에 따라, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 변조를 선택하는 방법이 제공되며, 방사선 소스는 스캔 속도 v s 에서 기판과 방사선 간에 상대적인 움직임이 있는 동안에 기판 상으로의 일정 대역의 방사선으로서의 투영을 위해 리소그래피 장치에 방사선을 전달하도록 동작할 수 있다. 이 방법은 일정 범위의 주파수에 대해 디더 변조로부터 발생하는 기판(W) 상의 위치에 전달된 에너지 선량에 대한 기여량의 측정치인 정량의 계산과, 정량을 최소화하는 주파수의 선택을 수반한다. 에너지 선량에 대한 기여량은 일정 대역의 방사선의 프로파일과 예컨대 식 11에 의해 주어진 바와 같은 방사선 소스에 의해 전달된 방사조도의 콘볼루션으로서 계산된다.
이 방법은 일정 대역의 방사선이 기판 상의 위치를 지나 스윕하는데 소요된 시간, 슬릿 프로파일의 크기 및 형상, 스캔 속도 v s , 펄스 주파수 f p , 및/또는 에너지 선량에 기여하는 펄스의 수와 같은 시스템 파라미터의 하나 이상의 세트에 대해 수행될 수 있다.
더욱이, 전술한 바와 같이, 일반적으로, 디더 변조로부터 발생하는 에너지 선량에 대한 기여량이 기판 상의 상이한 점에 대해서는 달라질 것이므로, 이 방법은 기판 상의 하나보다 많은 위치에 대해 수행될 수 있다. 이러한 실시예에 대해, 이 방법은 기판 상의 모든 점에 대한 에너지 선량에 대한 기여량이 몇몇의 특정한(예컨대, 사전 결정된) 레벨 아래에 있도록 하기 위해 최악의 경우의 시나리오를 이용할 수 있다.
도 5는 디더 변조로부터 발생하는 기판(W) 상의 위치에 전달되는 에너지 선량에 대한 기여량의 측정치인 정량을 디더 변조의 주파수를 함수로 하여 보여주는 개략 그래프이다. 도 5에서의 그래프는 도 2a에 도시된 방사선 프로파일을 이용하여 계산되었다. 계산은 MatLab을 이용하여 수행되었지만, 원하는 경우 또는 요구되는 경우 다른 소프트웨어 프로그램이 사용될 수도 있다. 도시된 정량은, 디더가 적용되지 않은 상태에서 받아들이게 될 선량의 백분율로서 표현된 선량에서의 변조의 상대적 크기와, 변조 없이 방사선 소스의 변수의 백분율로서 표현된 방사선 소스의 변수에 적용된 선량의 상대적 크기의 비이다. 이것은 방사선 소스에 적용된 변조의 크기에 대한 선량 변조의 크기로 바꾸어 말할 수 있다. 정량은 각각 라인 501과 502와 같이 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제1 비와 제2 비에 대해 계산되었다. 라인 501은 0.2 m/s의 스캔 속도 v s 와 2 ㎑의 펄스 주파수 f p 를 나타내는 반면, 라인 502는 0.39 m/s의 스캔 속도 v s 와 2 ㎑의 펄스 주파수 f p 를 나타낸다. 주파수 범위 503a-d는 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제1 비와 제2 비 둘 모두에 대해 정량이 크게 감소되는 주파수를 나타낸다.
리소그래피 장치는 상이한 비의 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 로 작동될 수 있다. 예컨대, 리소그래피 장치는 기판(W)들의 제1 뱃치(batch)를 제1 비로 노광하고 기판(W)들의 제2 뱃치를 제2 비로 노광할 수도 있다. 디더 변조 주파수는 정량이 제1 비와 제2 비 둘 모두에서 기판(W)의 제1 뱃치와 제2 배칫의 노광 동안 수용 가능한 레벨에 있도록 하는데 도움을 주기 위해 주파수 범위 503a-d로부터 선택될 수 있다. 수용 가능한 레벨은 예컨대 특정한(예컨대, 사전 결정된) 기준을 충족하는 레벨일 수 있다. 기준은 예컨대 변조에 의해 야기되는 선량 변동이 임계값 미만이도록 요구할 수 있다.
일반적으로, 리소그래피 장치는 스캔 속도 v s 및 펄스 주파수 f p 와 같은 시스템 파라미터의 일정 범위의 값들로 작동될 수 있다. 디더 변조 주파수를 함수로 하는 정량은 리소그래피 장치가 작동하도록 예상되는 시스템 파라미터의 값의 모든 조합에 대해 계산될 수 있다. 그리고나서, 정량이 이들 조합의 전부에 대해 수용 가능한 레벨에 있는 주파수 범위가 발견될 수 있으며, 이 범위 내의 디더 변조 주파수가 선택될 수 있다. 그리고나서, 선택된 디더 변조 주파수는 리소그래피 장치의 작동 동안의 교정 프로세스 동안에 사용될 수 있다.
실시예에서, 시스템 파라미터의 상이한 세트(예컨대, 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 상이한 비)에 대해서는 디더 변조 주파수가 변경될 수 있다. 디더 변조 주파수는 리소그래피 장치가 작동되는 시스템 파라미터의 세트에서 정량을 감소시키도록 변경될 수 있다(예컨대, 정량이 최소치에 있게 되는 주파수를 선택하기 위해). 예컨대, 제1 디더 변조 주파수는 기판(W)들의 제1 뱃치가 노광되고 리소그래피 장치가 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제1 비로 작동되는 동안 사용될 수 있다. 제1 디더 변조 주파수는 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제1 비에서 리소그래피 장치를 작동하는 동안 정량을 감소시키는 디더 변조 주파수일 수 있다. 디더 변조 주파수는 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제2 비로 작동되는 리소그래피 장치로 기판(W)들의 제2 뱃치를 노광하기 위해 제2 디더 변조 주파수로 변경될 수 있다. 제2 디더 변조 주파수는 스캔 속도 v s 대 펄스 주파수 f p 의 제2 비로 리소그래피 장치를 작동하는 동안 정량을 감소시키는 디더 변조 주파수일 수 있다.
방사선 소스(SO)가 레이저를 포함하는 것으로 설명하였지만, 방사선 소스(SO)는 어떠한 형태의 방사선 소스(SO)도 가능할 것이다. 예컨대, 방사선 소스(SO)는 EUV 방사선 소스(예컨대, DPP 소스 또는 LPP 소스) 또는 램프 타입 방사선 소스(예컨대, 수은 방전 램프)이어도 된다.
이상으로 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 전술한 바와 같은 방법을 기술하는 기기 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크, 또는 광디스크)의 형태를 취할 수도 있다. 또한, 기기 판독 가능 명령은 2개 이상의 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수도 있다. 2개 이상의 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 이상의 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

Claims (42)

  1. 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법으로서, 상기 방사선 소스는 방사선의 대역이 기판 상에 투영되도록 하기 위해 리소그래피 장치에 방사선을 전달하도록 작동할 수 있고, 상기 리소그래피 장치가 스캔 속도로 기판과 방사선 간의 상대적인 움직임을 제공하도록 작동할 수 있으며, 상기 방법은,
    시스템 파라미터의 세트에 대해 그리고 기판 상의 위치에 대해, 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조로부터 발생되는, 상기 위치에 전달된 에너지 선량에 대한 기여량(contribution)의 측정치인 정량(quantity)을 계산하는 단계로서, 상기 에너지 선량에 대한 기여량이, 상기 방사선의 대역의 프로파일과, 상기 방사선 소스에 의해 전달된 방사선의 방사조도(irradiance)에 대한 기여량의, 콘볼루션(convolution)으로서 계산되는, 계산 단계; 및
    상기 시스템 파라미터의 세트 및 상기 기판 상의 위치에 대한 정량이 특정한 기준을 충족하게 되는 변조 주파수를 선택하는 단계
    를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조는 정현 변조(sinusoidal modulation)인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 레이저인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 레이저는 엑시머 레이저인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조는 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도의 진폭에 적용되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도를 변경하기 위해 변경될 수 있는 변수를 가지며, 상기 변조가 변수에 적용되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 가스 레이저이며, 상기 변조는 한 쌍의 방전 도전체 양단에 인가되는 전압에 적용되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사선의 대역의 프로파일이 균일하지 않은, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방사선의 대역의 프로파일이 융기된 중앙부와 낮은 가장자리부를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서,
    상기 방사선의 대역의 프로파일이 사다리꼴인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서,
    상기 방사선의 대역의 프로파일이 절두형 가우시안(truncated Gaussian)인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 방사선의 대역이 기판 상의 위치를 지나 스윕(sweep)하는데 소요된 시간을 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 방사선의 대역의 프로파일의 크기 및 형상을 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 스캔 속도를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 변조의 위상(phase of the modulation)을 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선은 펄스 주파수를 갖는 펄스형 방사선 빔인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제16항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 상기 펄스 주파수를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제16항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 상기 펄스형 방사선 빔의 위상을 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제16항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 에너지 선량에 기여하는 펄스의 수를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제16항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 스캔 속도 대 펄스 주파수의 비(ratio)를 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 정량은, 평균 에너지 선량의 백분율로서 표현되는, 기판 상의 점에 의해 수광되는 에너지 선량에 있어서의 변조의 진폭인, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 정량은 변조로부터 발생되는, 상기 기판 상의 위치에 전달되는 에너지 선량에 대한 기여량과, 변조가 적용되지 않은 경우에 상기 기판 상의 위치에 전달될 에너지 선량의 비에 비례하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 정량은 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조의 진폭에 의해 정규화되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  24. 청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 정량은 상기 방사선 소스의 변수의 평균값의 백분율로서 표현되는, 상기 변수에 적용되는 변조의 진폭에 의해 정규화되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 기준은 상기 정량이 특정한 임계치 미만이 되도록 요구하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 기준은, 변조 주파수가 상기 정량의 극소치(local minimum)에 있거나 또는 상기 극소치에서 특정한 양 이내에 있도록 요구하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 변조는 방사선 빔의 대역이 상기 기판 상으로 투영되고 있는 동안 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  28. 제1항에 있어서,
    리소그래피 장치를 교정하기 위해 상기 방사선 소스의 변수에 적용되는 변조를 이용하는 단계를 더 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제28항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치의 교정은, 방사선 빔의 방사조도를 측정하는 것과, 측정된 방사조도를 변조가 적용되는 방사선 소스의 변수의 값과 비교하는 것을 포함하는, 방사선 소스의 변수에 적용될 주기적 파형을 가지는 변조를 선택하는 방법.
  30. 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법으로서,
    방사선 소스에 의해 발생된 방사선 빔의 방사조도를 측정하는 단계로서, 상기 방사선 소스가 상기 방사선 소스의 출력 파워 또는 방사조도를 변경하기 위해 변경될 수 있는 변수를 가지며, 상기 변수에 주기적 파형을 갖는 변조가 적용되는, 측정 단계;
    상기 변수와 상기 방사선 빔의 측정된 방사조도 간의 관계를 결정하는 단계;
    상기 방사선 빔의 방사조도를 제어하기 위해 결정된 관계에 따라 상기 변수의 값을 제어하는 단계;
    패터닝 장치를 사용하여 상기 방사선 빔의 횡단면에 패턴을 부여하는 단계; 및
    패터닝된 방사선 빔을 방사선의 대역으로서 기판의 타겟 영역 상으로 투영하는 단계를 포함하며,
    상기 변조의 주파수는 제1항에 따라 선택되는,
    기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 방사선 빔의 방사조도는 상기 방사선 소스의 변수의 다항식 함수(polynomial function)로서 파라미터화되며, 리소그래피 장치의 교정은 상기 다항식 함수의 파라미터의 값의 결정을 수반하는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  32. 청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    상기 방사선의 빔의 방사조도는 상기 방사선 소스의 변수의 선형 함수로서 파라미터화되고, 상기 파라미터의 값의 결정은 상기 선형 함수의 오프셋 및 이득의 값의 결정을 수반하는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  33. 청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    상기 파라미터의 값의 결정은 상기 방사선 소스의 변수에 대한 방사선의 빔의 방사조도의 미분의 계산을 수반하는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  34. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    상기 파라미터의 값은 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)를 사용하여 결정되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  35. 청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    상기 파라미터의 값은 스펙트럼 분석을 사용하여 결정되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제35항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석은 상기 방사선 소스의 변수의 주파수 성분의 계수와 방사선 빔의 방사조도의 주파수 성분의 계수의 비교를 수반하는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제36항에 있어서,
    상기 계수는 괴르첼(Goertzel) 알고리즘을 사용하여 결정되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  38. 청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제36항에 있어서,
    상기 계수는 고속 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 결정되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  39. 청구항 39은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    상기 변조의 주파수는 에일리어싱 효과(aliasing effect)가 파라미터의 결정에 무시 가능한 영향을 미치도록 선택되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  40. 제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조의 최고 주파수 성분은 펄스 주파수의 절반보다 낮은, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  41. 청구항 41은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서,
    교정 방법이 온라인으로 수행되는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 형성하는 방법.
  42. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 소스에 제어 신호를 출력하도록 구성된 컨트롤러로서, 상기 제어 신호가 상기 방사선 소스의 변수의 값을 제어하고, 상기 제어 신호에 주기적 파형을 갖는 변조가 적용되는, 컨트롤러;
    상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선 빔의 방사조도를 측정하도록 구성된 방사선 센서;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블; 및
    상기 기판의 타겟 영역 상으로 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 포함하며,
    상기 컨트롤러는 또한,
    상기 방사선 소스의 변수와 상기 방사선 빔의 방사조도 간의 관계를 계산하고,
    상기 방사선 빔의 방사조도를 제어하기 위해 계산된 관계에 따라 상기 제어 신호를 제어하도록 구성되며,
    적용된 변조의 주파수가 제1항에 따라 선택되는,
    리소그래피 장치.
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