KR102224791B1 - Duv 광원에서 펄스 단위의 파장 타겟 트래킹을 위한 파장 제어 시스템 - Google Patents

Duv 광원에서 펄스 단위의 파장 타겟 트래킹을 위한 파장 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

스테퍼-스캐너의 웨이퍼 위치 오차는 이미징 결함을 초래한다. 광원의 생성되는 광의 파장을 변경함으로써, Z-방향에서 웨이퍼 위치 오차를 보상할 수 있다. 웨이퍼의 실시간 Z-위치가 결정되고, 이 오차를 상쇄하기 위한 파장 타겟의 변화가 광원으로 통신된다. 레이저 펄스의 후속되는 버스트에 대하여 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 수신함에 더하여, 광원은 이 파장 타겟의 변화를 피드-포워드 오퍼레이션에 사용하고, 실시예로서, 펄스의 현재의 버스트 내의 후속된 펄스에 대하여 펄스 단위 기반으로 기존의 피드백 오퍼레이션과 조합하여 사용한다.

Description

DUV 광원에서 펄스 단위의 파장 타겟 트래킹을 위한 파장 제어 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 12월 07일에 출원된 미국출원번호 제15/372,277호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
개시되는 주제는 레이저 광 제어 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 반도체 포토리소그래피 프로세스에서 사용될 수 있는 바와 같이 레이저 광원의 파장을 제어하는 분야에 관한 것이다.
포토리소그래피는 프로세스 반도체 산업에서 널리 사용되는 프로세스이다. 현대적인 포토리소그래피는, 스캐너라고도 지칭되는 스테퍼-스캐너 디바이스에서 마스크를 조명하며 따라서 기판으로도 지칭되는 실리콘 웨이퍼 상의 포토레지스트 재료를 노광하는 매우 좁은 대역의 광 펄스를 제공하기 위한, 레이저 시스템으로도 지칭되는 레이저 광원을 통상적으로 사용한다. 그러나, 반도체 디바이스 파라미터에서의 발전에 따라 사용되는 레이저 광원과 스테퍼-스캐너의 성능 특성에서의 요건이 증가되고 있다. 이러한 디바이스의 작동 정밀도와 속도의 개선의 필요가 증가되고 있다.
당업계에 알려진 바와 같이, 스테퍼-스캐너 디바이스는, 생성하고자 하는 레이저 광에 대한 레이저 광원에 규정된 파장 타겟을 주기적으로 통신한다. 이에 따라, 레이저 광원은 해당 규정된 파장 타겟에서 펄스의 버스트(즉, 시리즈 또는 시퀀스)로서 레이저 광을 생성하고, 포토리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 스테퍼-스캐너에 이를 출력한다. 그러나, 이러한 동작을 수행하는 데에는 여러가지 난제가 있다. 예를 들어, 레이저 광원에서 교란은 규정된 파장 타겟에서 레이저 광을 얼마나 정확하게 생성할 수 있는지에 영향을 끼친다. 이러한 교란을 해결하기 위하여 다양한 피드백 오퍼레이션이 레이저 광원에 사용되어 왔다. 마찬가지로, 스테퍼-스캐너 디바이스에서의 교란은 스테퍼-스캐너가 웨이퍼를 얼마나 안정되게 홀딩할 수 있는가에 영향을 끼친다. 이러한 교란을 해결하기 위하여 다양한 피드백 오퍼레이션이 스테퍼-스캐너에 사용되어 왔다. 레이저 광원과 스테퍼-스캐너가 그러한 교란을 해결하는 방법에 추가적인 향상이 필요하다.
결정된 웨이퍼 위치 오차를 기초로 하는 파장 타겟의 수신된 변경을 사용하여, 레이저 펄스의 버스트에서 펄스 단위 기반으로, 레이저 펄스의 파장을 제어하는 시스템 및 방법이 특정한 실시예들을 참고로 여기에 도시되고 설명된다.
한 실시예로서, 레이저 파장 제어 방법은, (a) 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 레이저 시스템 제어기에서 수신하는 단계; (b) 상기 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트를 상기 레이저 시스템에 의해 생성하는 단계; (c) 측정된 웨이퍼 위치 오차를 기초로 하는 파장 타겟의 변화를 레이저 시스템 제어기에서 수신하는 단계; (d) 상기 파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여 상기 레이저 시스템 내에서 프리즘 위치를 조정하는 단계; (e) 상기 조정된 프리즘 위치를 사용하여 상기 레이저 펄스의 버스트의 다음 레이저 펄스를 상기 레이저 시스템에 의해 생성하는 단계; 및 (f) 파장 타겟의 추가적인 변화가 상기 레이저 시스템에 의해 수신됨에 따라 단계 (c) 내지 단계 (e)를 반복하는 단계;를 포함한다. 추가적인 실시예에서, 상기 방법은, 또다시 새로이 규정된 레이저 파장 타겟이 수신되는 경우, 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하는 것을 더 포함한다. 더욱 추가적인 실시예에서, 상기 레이저 시스템 내의 프리즘 위치의 조정은 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하고, 더욱 더 추가적인 실시예에서는 피드백 오퍼레이션을 또한 기초로 한다.
다른 실시예로서, 펄스 단위의 레이저 파장 제어를 위한 레이저 시스템은: 레이저 소스; 프리즘을 포함하는 선폭 축소 모듈; 압전 변환기 및 구동 전자기기; 및, 제어기를 포함하되, 제어기는: (a) 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 수신하고; (b) 상기 레이저 소스로 하여금 상기 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트를 생성하기 시작하게 하며; (c) 측정된 웨이퍼 위치 오차를 기초로 하는 파장 타겟의 변화를 수신하고; (d) 파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여, 상기 압전 변환기 및 구동 전자기기를 사용하여 상기 선폭 축소 모듈 내의 프리즘 위치를 조정하며; (e) 상기 레이저 소스로 하여금 상기 조정된 프리즘 위치를 통과하는 레이저 펄스의 버스트의 다음 레이저 펄스를 생성하게 하고; 및, (f) 파장 타겟의 추가적인 변화가 수신됨에 따라 단계 (c) 내지 단계 (e)를 반복한다. 추가적인 실시예에서, 상기 제어기는 또다시 새로이 규정된 레이저 파장 타겟이 수신되는 경우 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하도록 또한 구성된다. 더욱 추가적인 실시예에서, 상기 제어기는 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하여 상기 프리즘 위치를 조정하도록 구성되고, 더욱 더 추가적인 실시예에서는 피드백 오퍼레이션을 또한 기초로 하도록 구성된다.
다양한 실시예가 아래의 상세한 설명과 첨부한 도면에 기재된다.
도 1은 한 실시예에 사용될 수 있는 예시적인 레이저 시스템의 블록도이다.
도 2는 한 실시예에 사용될 수 있는 예시적인 스테퍼-스캐너의 블록도이다.
도 3은 한 실시예에 사용될 수 있는 피드백 및 피드-포워드 오퍼레이션의 블록도이다.
도 4는 본 방법의 한 실시예의 플로우차트이다.
반도체 포토리소그래피에 사용될 수 있는 스테퍼-스캐너 디바이스 내의 웨이퍼 스테이지 이동을 보상하기 위하여, 레이저 광원이 생성하는 레이저 펄스의 파장을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 기술된다. 펄스의 후속되는 버스트에 대하여 새로이 규정된 레이저 광 파장 타겟을 수신함에 더하여, 레이저 광원은 스테퍼-스캐너에 의해 결정되고 이로부터 수신되는 파장 타겟의 변화를 또한 수신하고, 레이저 광원은 현재의 펄스 버스트 내에 생성되는 후속된 펄스에 대하여 생성되는 레이저 광을 펄스 단위 기반으로 조정하기 위하여 피드-포워드 오퍼레이션에 파장 타겟의 변화를 사용한다. 추가적인 실시예에서, 이 피드-포워드 오퍼레이션은 생성되는 레이저 광을 조정하기 위한 피드백 오퍼레이션과 연대하여 사용된다. 이 시스템 및 방법의 작동과 요소가 이하에서 기술된다.
이제 도 1을 참조하면, 현대의 심자외 ("DUV", 예를 들어, 248 나노미터 (nm) 또는 193 nm의 파장을 가지는) 포토리소그래피 프로세스에서 사용될 수 있는 레이저 시스템(100)의 레이저 광원의 블록도가 도시된다. 레이저 시스템(100) 내의 광의 소스는 마스터 오실레이터 (MO) 챔버(120)이다.
당업계에 알려진 바와 같이, MO 챔버(120)가 발화하는 경우, 결과적인 레이저 광은 선폭 축소 모듈(Line Narrowing Module; LNM)(110)로 들어가, 프리즘(실제로는 여러 개의 프리즘)을 통해 LNM(110) 내의 격자를 비춘다. LNM(110) 내에 프리즘의 위치를 변경하는 것은 레이저 광의 파장을 변경하고, 이는 당업계에 알려진 바와 같이, 스캐너 내의 이미징 평면의 포커스에 영향을 준다는 점에서, 이는 파장 선별기로서 작용한다. 이 변경된 파장의 레이저 광은 다시 MO 챔버(120)를 통과해 출력 커플러(output coupler)(130)에 이르게 되고, 다음으로 반도체 웨이퍼의 핸들링과 노광을 책임지는 스테퍼-스캐너 디바이스(도시되지 않음)에 이르게 된다. 이 예에서는 단일 챔버 시스템을 사용하지만, 프로세스는 이중 챔버 시스템에서 유사하고, 여기에서의 가르침에 비추어, 본 접근법은 단일 챔버 시스템 또는 이중 챔버 시스템에 동일하게 적용될 수 있다.
레이저 시스템(100) 특히 LNM(110)의 프리즘과 격자를 포함하는 요소와 동작은 당업계에서 알려진 것임에 주목하여야 한다(예를 들어, 미국 출원 번호 제14/794,508호를 참고할 것이며, 이는 또한 본 출원의 양수인에 의하여 보유되고 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다).
출력 커플러(130)는 또한 MO 챔버(120)로부터 출력되는 레이저 광을 라인 중심 분석 모듈(Line-center Analysis Module)(LAM)(170)로 전달한다. LAM(170)는 MO 챔버(120)로부터 출력되는 광의 파장을 측정하는 파장 샘플러이다. 다음으로 레이저 광 출력(output) 측정치는 LAM(170)로부터 레이저 시스템 제어기(160)에 전달된다.
피드백 오퍼레이션에서, 레이저 시스템 제어기(160)는 LAM(170)으로부터 수신되는 광 출력 측정치를 사용하여, 파장 오차를 감소시키기 위하여 LNM(110) 내의 프리즘을 재위치설정시키는데 어떠한 변경이 이루어져야 할 필요가 있는지를 결정한다. 파장 오차는 규정된 파장 타겟으로부터 계산된다. LNM(110) 내의 프리즘의 위치는 LNM(110) 내의 프리즘에 연결된 압전 변환기(piezoelectric transducer; PZT)(140)에 적용되는 전압에 의하여 제어된다. 따라서 레이저 시스템 제어기(160)는 새로이 요구되는 프리즘 위치를 달성하기 위하여 어떤 전압이 PZT(140)에 인가되어야 하는지를 결정한다.
레이저 시스템 제어기(160)는 PZT(140)에 인가되도록 요구되는 전압을 나타내는 디지털 신호를 PZT 구동 전자기기(150)에 출력한다. PZT 구동 전자기기(150)는 제어기(160)의 디지털 신호를 아날로그 전압 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analogue converter; DAC)를 포함하고, 고주파 전기 노이즈를 줄이고 아날로그 DAC 전압 신호를 증폭하는 아날로그 저역 필터를 포함한다. 그런 다음 이 아날로그 전압 신호는 PZT 구동 전자기기(150)로부터 PZT(140)로 전달되고, PZT(140)는 LNM(110) 내에서 프리즘을 재위치설정하며, 이는 다음 레이저 발사 이벤트에서 MO 챔버(120)로부터 출력되어 출력 커플러(130)를 통과하는 광의 파장의 변화를 초래한다.
상술한 피드백 루프에 따라 LNM(110)에서 프리즘 위치를 지향시키기 위해, 다른 공지된 알고리즘 및 접근법이 레이저 시스템 제어기(160)에 의해 또는 레이저 시스템 제어기(160)와 함께 사용되었다. 당업계에 알려진 바와 같이, 레이저 시스템(110) 내의 다양한 교란은 레이저 시스템의 생성되는 레이저 광 파장이 버스트 중에 요동 및/또는 변동하게 하며, PZT의 역학 관계로 인해, 레이저 시스템 제어기(160)는 이러한 교란을 거부하기 위해LNM(110) 내의 프리즘을 단순히 위치시킬 수는 없다. 미국 특허 제8,254,420호에 기재된, 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함되는 종래의 한 접근법에서는, 프리즘의 움직임 특성과 레이저 교란의 모델을 사용하여 레이저 시스템 제어기(160)가 레이저 광 파장을 예측하게 함으로써 이러한 교란을 해결하고, 예측된 레이저 파장 오차를 줄이기 위해 필요한 PZT 전압을 계산한다. 그런 다음, LAM(170)에 의하여 레이저 출력 파장 측정이 구해지는 경우 모델 상태가 업데이트된다. PZT 전압이 예측된 파장 오차를 기초로 하여 계산되므로, 이 방법은 펄스가 생성되는 속도(rate)와는 상이한 속도(주로 더 높은 속도)에서 PZT 전압의 적용을 가능하게 한다.
이 전반적인 프로세스가 레이저 펄스의 현재의 버스트 내의 각각의 레이저 펄스에 대하여 계속된다. 어떠한 시점에서 (예를 들어, 통상적으로 수초마다), 스테퍼-스캐너는 새로이 규정된 파장 타겟에서 레이저 시스템으로부터 광 펄스의 다른 버스트에 대한 요구를 통신한다. 그 결과, 레이저 시스템은 새로이 규정된 파장 타겟을 사용하여 레이저 펄스의 새로운 버스트를 생성한다.
위에서 언급된 바와 같이, 결과적인 레이저 광은 궁극적으로 레이저 시스템(100)으로부터 반도체 웨이퍼의 핸들링과 노광을 책임지는 스테퍼-스캐너로 전달된다. 이제 도 2를 참조하면, 예시적인 스테퍼-스캐너(200)의 블록도가 도시된다. 스테퍼-스캐너(200)는 레이저 시스템으로부터 조명기 시스템(201)으로의 레이저 광 펄스를 수신하며, 이 조명기 시스템(201)는 마스크 테이블(205) 상에 위치되는 포토리소그래피 마스크(203)로 그리고 포토리소그래피 마스크(203)를 통과하도록 수신된 레이저 광을 제어하고 지향시키는 일련의 광 요소를 포함한다. 마스크 테이블(205), 그리고 이에 따라 마스크(203)는, 마스크 테이블 위치 설정 디바이스(207)에 의하여 위치설정된다. 레이저 광은 마스크(203)를 통과하여 (그리고 도시되지 않았지만 당업계에 알려진 투영 시스템을 통과하여) 웨이퍼 테이블(211) 상에 위치되는 웨이퍼(209)에 이른다. 웨이퍼 테이블(211), 그리고 이에 따라 웨이퍼(209)는, 웨이퍼 위치 설정 디바이스(213)에 의하여 위치설정된다. 위치 센서(215), 예를 들어, 하나 이상의 간섭계 또는 플래너 인코더(planar encoder)는, 웨이퍼 테이블(211)의 위치를 측정함으로써, 직접 또는 간접으로 웨이퍼(209)의 위치를 측정한다.
그러나, 당업계에 알려진 다양한 이유로, 그리고 본 출원의 양수인에 의해 보유되 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제8.705,004호에 기재된 바와 같이, 레이저 광에 노광되는 동안 웨이퍼가 스테퍼-스캐너 내의 안정된 위치에 항상 머무르는 것은 아니다. 예를 들어, 비록 스테퍼-스캐너(예컨대, 스테퍼-스캐너(200))가 레이저 광 빔의 광축에 수직한 평면을 따라 웨이퍼(예를 들어, 웨이퍼(209))를 원하는 대로 이동시킬 수 있다고 하여도, 레이저 광 빔의 광축(통상적으로 "Z-축"으로 지칭되고 도 2에 도시된 바와 같은)을 따라, 웨이퍼의 홀더(예를 들어, 웨이퍼 테이블(211))의 위치에 원하지 않는 변경이 있거나, 웨이퍼의 홀더 위치 설정 디바이스(예를 들어, 웨이퍼 테이블 위치 설정 디바이스(213))의 위치에 원하지 않는 변경이 있을 수 있다. 따라서, 하나 이상의 간섭계와 같은 측정 디바이스(예를 들어, 위치 센서(215))가 Z-축에 따른 기판(예를 들어, 웨이퍼(209))의 위치를 측정하기 위하여 스테퍼-스캐너에서 통상적으로 사용된다. 웨이퍼 상에 레이저 광의 요구되는 노광을 얻기 위하여, 스테퍼-스캐너 내의 제어기(예를 들어, 스테퍼-스캐너 제어기(217))는 스테퍼-스캐너 내의 피드백 오퍼레이션에서 Z-축을 따라 어떻게 웨이퍼를 재위치설정시킬 것인가를 결정하기 위해 이 위치 측정을 사용한다.
일부 경우에, 이러한 스테퍼-스캐너 피드백 오퍼레이션은, Z-축을 따라 어떻게 웨이퍼를 재위치설정시킬 것인가에 관한 제어기의 결정을 더욱 향상하기 위하여, 스테퍼-스캐너 내의 다양한 교란을 고려하는 것으로 알려져 있다. 스테퍼-스캐너는 궁극적으로, 단순히 웨이퍼를 재위치설정시키는 것에 더하여 또는 이를 대신하여, 완전히 새로운 레이저 광 파장 타겟이 필요한 것으로 결정할 수 있고, 따라서 레이저 시스템에 의해 생성될 광 펄스의 다음 버스트에 대하여 새로이 규정된 레이저 광 파장 타겟을 레이저 시스템에 통신할 수 있다. 그러나, 수 개의 레이저 광 펄스가 현재의 버스트에서 생성되어야 할 것으로 남아 있을 수 있고, 이는 새로이 규정된 레이저 광 파장에 의해 수정되지 않을 것이며, 이들 남아있는 레이저 광 펄스는 현재의 웨이퍼 스테이지 이동 또는 위치 오차를 해결하거나 극복할 수 없을 것이다. 웨이퍼 상의 요구되는 레이저 포커스는 따라서 이들 남아있는 레이저 광 펄스에 대하여는 얻을 수 없을 것이다. 반대로, 본 접근법은 이하에서 설명하는 바와 같이 이를 해결한다.
본 접근법은 다음과 같이 동작한다. 스테퍼-스캐너 내의 하나 이상의 측정 디바이스, 예를 들어, 간섭계 또는 플래너 인코더는 Z-축에 따른 웨이퍼의 현재의 위치를 측정한다. 스테퍼-스캐너 내의 제어기는 웨이퍼 스테이지 이동을 보상하기 위한 파장 오차 보정을 계산하기 위하여 이 측정된 웨이퍼 위치를 사용한다. 레이저 펄스의 현재의 버스트 중에, 새로이 규정된 레이저 광 파장 타겟을 통신하기 위해 스테퍼-스캐너에 의해 사용되는 동일한 통신 메커니즘을 통해, 또는 고속 시리얼 인터페이스와 같은 새로운 통신 메커니즘을 통해, 스테퍼-스캐너는 이 파장 오차 보정을 파장 타겟의 변화로서 레이저 시스템에 실시간으로 통신한다. 또한, 레이저 시스템은 파장 타겟의 변화를 피드-포워드 오퍼레이션에서 시변(time-varying) 세트포인트로서 사용하며, 바람직한 실시예로서, 선폭 축소 모듈에서 프리즘을 재위치설정시키기 위한 임의의 기존의 피드백 오퍼레이션과 조합하여 사용함으로써, 마스터 오실레이터 챔버에서 생성되는 레이저 광이 안정되고 스캐너에 의해 요구되는 파장 타겟을 가지도록 한다. 따라서, 이 생성되는 레이저 광은 기존의 피드백 오퍼레이션을 통해 레이저 시스템 내의 임의의 교란을 보상하며, 또한 피드-포워드 오퍼레이션을 통해 스테퍼-스캐너 내의 웨이퍼 스테이지 이동을 보상한다. Z-축에 따른 웨이퍼 기판의 이동 또는 위치 오차를 보상하기 위하여, 이 이벤트의 시퀀스는 생성되는 광의 파장을 펄스 단위 기반으로 연속적으로 조정하기 위하여 펄스의 전체 버스트에 대하여 지속된다.
이제 도 3을 참조하여, 피드백 및 피드-포워드 오퍼레이션의 블록도가 이제 더 기술될 것이다. 도시된 바와 같이, 도 1의 레이저 시스템(100)의 LNM(110), MO 챔버(120), 및 LAM(170)를 포함하는 설비(311)는, 여기에 기술되는 다양한 동작을 수행하기 위하여, 도 1의 레이저 시스템(100)의 레이저 시스템 제어기(160)와 통신한다.
도시되고 알려진 바와 같이, 종래의 피드백 오퍼레이션은 액추에이터(예를 들어, PZT) 역학관계 및 레이저 시스템 내의 알려진 교란의 모델을 기반으로 하고, 이 모델은 모델 상태(
Figure 112019064941301-pct00001
)를 추정하는 추정기(309)에 의해 표현된다. 이 추정기는 칼만 필터 모형(Kalman filter paradigm)을 기초로 하고, (예를 들어, LAM(170)으로부터) 레이저 파장 측정이 가능한 경우 추정값을 업데이트 한다. 다음으로 전상태 피드백(Full state feedback) 이득(K)(307)은 상태 추정값을 곱하여, 피드백 작동 신호(예를 들어, PZT 전압(δufb)의 변경)를 계산하고, 이는 적분기(303)에 의해 적분되고 설비(311) 내의 PZT에 전송된다. 이 제어 시스템은 당업계에 알려진 피드백 접근법을 형성한다.
여기에 기술된 접근법은 스테퍼-스캐너로부터 수신되는 파장 타겟 변화인 동적 기준 궤적 (r)을 추종할 수 있으면서도 기존의 제어기 구조와 성능을 유지한다. 동적 타겟 추적 능력을 달성하기 위해, 그 근간이 되는 구조에 변경이 필요없이 기존의 피드백 오퍼레이션 및 제어기와 연동하는 피드-포워드 루프가 사용된다. 본 접근법에서, PZT 전압에서 변경의 피드-포워드 콤포넌트(δuff)를 구하기 위해, 요구되는 기준(r)을 시간-가변 이득(
Figure 112019064941301-pct00002
)(301)으로 곱한다. 이 δuff는 가산기(305)에서 δufb에 더해져 PZT 전압의 총 변경(δu)을 구하며, 이는 액추에이터, 예를 들어, 설비(311) 내의 PZT에 전송되기 전에 적분기(303)에서 적분된다. 가변 이득(
Figure 112019064941301-pct00003
)은 타겟(=r)으로부터 파장(=y)으로의 루프 전사 함수가 단위 이득(unit gain)을 가지도록 계산된다. 따라서, 이 이득은 아래와 같이 계산된다:
Figure 112019064941301-pct00004
여기서, A는 시스템 행렬, B는 입력 행렬, C는 출력 행렬, I는 단위 행렬, K는 전상태 피드백(Full state feedback) 이득 행렬, 및 L은 추정기 이득 행렬이다.
스테퍼-스캐너로부터 통신되는 파장 타겟의 변화는, 새로이 규정된 파장 타겟을 수초마다 수신하는 것에 대해 상대적으로 매우 고속으로 (예를 들어, 20kHz 또는 그 이상, 따라서 50 밀리세컨드마다) 수신되고, 바람직한 실시예로서, 조합된 피드백 및 피드-포워드 제어기도 동일한 속도로 실행된다. 피드-포워드 루프는 실제 파장 측정이 아닌, 최근의 궤적 값만을 사용하므로, 이 방법은 측정 지연 또는 누락된 측정에 대해 견실하다.
따라서 명백한 바와 같이, 새로이 규정된 파장 타겟은 수초마다 수신되고, 이 파장 타겟에 대한 변화는 대략 50 밀리세컨드마다 수신된다. 또한, 처리 시간과 통신 지연을 줄이기 위하여, 바람직한 실시예로서, 도 1의 레이저 시스템 제어기(160)은 종래기술의 다수의 제어기(예를 들어, 각각이 당업계에서 알려져 있는 LAM(170), 레이저 시스템 제어기(160), 및 PZT 구동 전자기기(150))의 기능을 처리하는 단일 제어기로서 구현된다. 또한, 바람직한 실시예에서, 도 1의 PZT(140)는, 성능 향상 및 스테이지 측정 주파수로부터의 격리를 위하여, 높은 공진 주파수 대역을 가지는 PZT를 사용한다.
이제 도 4를 참조하면, 본 방법(400)의 한 실시예의 플로우차트가 도시된다.
동작(401)에서, 레이저 펄스의 새로운 버스트에 대하여 규정된 파장 타겟은 스텝퍼 스캐너, 예컨대 스캐너(200)로부터의 통신에서 레이저 소스, 예를 들어 레이저 시스템(100)에 의해 수신된다. 설명의 목적상, 규정된 파장 타겟은 요구되는 중심 파장 타겟이라고도 본 명세서에서 지칭되고, 새로이 규정된 파장 타겟은 통상적으로 수초마다 통신된다.
동작(403)에서, 레이저 소스는 규정된 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트, 즉 일련의 레이저 펄스를 생성하기 시작한다.
동작(405)에서, 스테퍼-스캐너는 예를 들어 하나 이상의 간섭계를 통해 하나 이상의 위치 센서를 사용하여 웨이퍼 위치 오차를 측정한다.
동작(407)에서, (예를 들어, 스테퍼-스캐너 내의 제어기를 사용하는) 스테퍼-스캐너는 측정된 웨이퍼 위치 오차를 처리하기 위해 파장 타겟의 변화를 결정한다. 이와는 별도로, 스테퍼-스캐너 내의 제어기는 이 측정된 위치 오차를 사용하여 당업계에 알려진 기법을 사용하여 스테퍼-스캐너 내에서 일부 위치 오차 피드백 보정을 수행할 수도 있다.
동작(409)에서, 파장 타겟의 변화는 스테퍼-스캐너로부터의 통신에서 레이저 소스에 의해 수신된다.
동작(411)에서, 레이저 시스템의 프리즘을 조정하기 위한 새로운 값을 생성하기 위해 파장 타겟의 수신된 변화를 사용하여 피드 - 포워드 알고리즘이 실행된다. 일 실시예에서, 이 알고리즘은 레이저 소스 내의 제어기, 예를 들어, 레이저 시스템 제어기(160)에서 구동된다. 바람직한 실시예로서, 오퍼레이션(411)에서는, 피드백 알고리즘도 당업계에서 알려진 기법을 사용하여 레이저 소스의 제어기 내에서 실행되고, 피드-포워드 알고리즘 및 피드백 알고리즘의 결과가 조합되어 레이저 소스의 프리즘을 조정하기 위한 새로운 값을 생성한다.
동작(413)에서, 레이저 소스는 새로운 프리즘 조정 값을 사용하여 현재의 버스트에서 새로운 레이저 펄스를 생성한다. 달리 말하면, 새로운 프리즘 조정 값을 사용하여 프리즘이 조정되고, 레이저 소스는 조정된 프리즘을 통과하는 새로운 레이저 펄스를 생성한다.
동작(415)에서, 현재의 버스트의 끝(또는 동등하게, 새로운 버스트 시작 시간)이 도달하였는지에 관한 결정이 이루어진다. 도달하지 않았다면, 프로세스는 단계(409)로 돌아가서 현재의 버스트에서 추가적인 레이저 펄스를 생성하기를 계속한다 (이는, 반복되는 단계(405 및 407)에서 추가적인 스캐너 측정과 결정을 기초로, 그리고 따라서 파장 타겟의 추가적인 변화를 기초로 할 수 있음을 이해하여야 한다). 그렇지 않으면, 프로세스는 단계(401)로 돌아가, 새로이 규정된 파장 타겟을 수신하고 레이저 펄스의 새로운 버스트를 생성하기 시작한다.
여기에 설명된 실시예는 본 발명의 예시적인 것이다. 본 발명의 이러한 실시예가 예시를 참조하여 기술되었으므로, 기술된 특정한 방법과 구조의 다양한 수정예 또는 응용예가 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명의 가르침에 의거하고, 이러한 가르침이 기술을 발전시키게 된 모든 이러한 수정예, 응용예, 또는 변형예는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 설명 및 도면은 제한적인 의미로 고려되어서는 안되며, 본 발명은 예시된 실시예에만 제한되는 것이 결코 아니라는 것이 이해되어야 한다.
여기에 기술된 바와 같은 본 발명의 사상 및 의미 내에서 대안적인 시퀀스 및 수학 공식이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
마찬가지로, 레이저 시스템 제어기(160)는, 기술된 동작을 수행하기 위한 소프트웨어 명령을 실행하는, 퍼스널 컴퓨터, 서버, 또는 다른 프로세싱 시스템을 포함하여, 프로세서와 메모리를 포함하는 임의의 컴퓨팅 시스템일 수 있고, 이 소프트웨어 명령은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로부터 기인한 것이거나 또는 이에 상주하고 있는 것일 수 있음을 이해하여야 한다. 대안적으로, 레이저 시스템 제어기(160)는, 펌웨어가 있거나 없거나, 기술된 동작을 수행하도록 구체적으로 구성된, 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC) 또는 다른 결선된(hardwired) 디바이스와 같은 임의의 전용 하드웨어일 수 있다.

Claims (23)

  1. 레이저 파장 제어 방법으로서,
    (a) 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 레이저 시스템 제어기에서 수신하는 단계;
    (b) 상기 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트를 상기 레이저 시스템에 의해 생성하는 단계;
    (c) 측정된 웨이퍼 위치 오차에 기초하는 파장 타겟의 변화를 레이저 시스템 제어기에서 수신하는 단계;
    (d) 상기 파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여 상기 레이저 시스템 내에서 프리즘 위치를 조정하는 단계;
    (e) 상기 조정된 프리즘 위치를 사용하여 상기 레이저 펄스의 버스트의 다음 레이저 펄스를 상기 레이저 시스템에 의해 생성하는 단계; 및
    (f) 파장 타겟의 추가적인 변화가 상기 레이저 시스템에 의해 수신됨에 따라 단계 (c) 내지 단계 (e)를 반복하는 단계;
    를 포함하는 레이저 파장 제어 방법.
  2. 제1 항에서,
    또다시 새로이 규정된 레이저 파장 타겟이 수신되는 경우, 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하는 단계;를 더 포함하는 레이저 파장 제어 방법.
  3. 제1 항에서,
    상기 새로이 규정된 파장 타겟은 상기 레이저 시스템에서 수초마다 수신되는 레이저 파장 제어 방법.
  4. 제1 항에서,
    상기 파장 타겟의 변화는 상기 레이저 시스템에서 50 밀리세컨드마다 수신되는 레이저 파장 제어 방법.
  5. 제1 항에서,
    상기 레이저 시스템 내에서 프리즘 위치를 조정하는 단계는 아래 수학식을 사용하는 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하고:
    Figure 112019064996626-pct00012

    여기서, N은 가변 이득, A는 시스템 행렬, B는 입력 행렬, C는 출력 행렬, I는 단위 행렬, K는 전상태 피드백(Full state feedback) 이득 행렬, 및 L은 추정기 이득 행렬인 레이저 파장 제어 방법.
  6. 제5 항에서,
    피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하여 상기 레이저 시스템 내에서 프리즘 위치를 조정하는 단계는 피드백 오퍼레이션을 또한 기초로 하는 레이저 파장 제어 방법.
  7. 펄스 단위의 레이저 파장 제어를 위한 레이저 시스템으로서,
    레이저 소스;
    프리즘을 포함하는 선폭 축소 모듈;
    압전 변환기 및 구동 전자기기; 및
    제어기를 포함하되, 상기 제어기는:
    (a) 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 수신하고;
    (b) 상기 레이저 소스로 하여금 상기 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트를 생성하게 하며;
    (c) 측정된 웨이퍼 위치 오차에 기초하는 파장 타겟의 변화를 수신하고;
    (d) 파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여, 상기 압전 변환기 및 구동 전자기기를 사용하여 상기 선폭 축소 모듈 내에서 프리즘 위치를 조정하며;
    (e) 상기 레이저 소스로 하여금 상기 조정된 프리즘 위치를 통과하는 레이저 펄스의 버스트의 다음 레이저 펄스를 생성하게 하고;
    (f) 파장 타겟의 추가적인 변화가 수신됨에 따라 단계 (c) 내지 단계 (e)를 반복하도록 구성되는; 레이저 시스템.
  8. 제7 항에서,
    상기 제어기는 또다시 새로이 규정된 레이저 파장 타겟이 수신되는 경우 단계 (a) 내지 단계 (f)를 반복하도록 더 구성되는 레이저 시스템.
  9. 제7 항에서,
    상기 제어기가 상기 프리즘 위치를 조정하도록 구성되는 것은 아래 수학식을 사용하는 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하고:
    Figure 112019064996626-pct00013

    여기서, N은 가변 이득, A는 시스템 행렬, B는 입력 행렬, C는 출력 행렬, I는 단위 행렬, K는 전상태 피드백(Full state feedback) 이득 행렬, 및 L은 추정기 이득 행렬인 레이저 시스템.
  10. 제9 항에서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 그리고 적어도 부분적으로 피드백 오퍼레이션을 기초로 하여 프리즘 위치를 제어하도록 구성되는 레이저 시스템.
  11. 포토리소그래피 시스템에서, 레이저 시스템을 사용하여 생성되는 레이저 광을 사용하여 웨이퍼 상에 포토리소그래피를 수행하는 방법으로서,
    레이저 파장 타겟을 수신하는 단계;
    상기 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트 중 제1 복수의 레이저 펄스를 생성하는 단계;
    웨이퍼 위치 오차를 측정하는 단계;
    상기 측정된 웨이퍼 위치 오차에 기초하는 파장 타겟의 변화를 획득하는 단계;
    상기 파장 타겟의 획득된 변화를 기초로 하여 상기 레이저 시스템 내에서 프리즘 위치를 조정하는 단계; 및
    상기 조정된 프리즘 위치를 사용하여 상기 레이저 펄스의 버스트의 제2 복수의 레이저 펄스를 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 파장 타겟의 수신된 변화에 응답하여 상기 프리즘 위치를 조정하는 단계는 상기 레이저 파장 타겟을 수신하는 단계보다 더 큰 빈도로 발생하는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  12. 제11 항에서,
    상기 파장 타겟의 변화는 적어도 부분적으로 상기 측정된 웨이퍼 위치 오차를 기초로 계산되는 파장 오차 보정을 나타내는 것인 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  13. 제12 항에서,
    상기 파장 타겟의 변화는 파장을 측정하지 않고 계산되는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  14. 제11 항에서,
    상기 파장 타겟의 변화는 파장을 측정하지 않고 생성되는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  15. 제11 항에서,
    단계 (a)의 레이저 파장 타겟의 값과는 상이한 값을 가지는 제2 레이저 파장 타겟을 수신하고, 상기 제2 레이저 파장 타겟으로 단계 (b) 내지 단계 (e)를 반복하는 단계;를 더 포함하는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  16. 펄스 단위의 레이저 파장 제어를 위한 레이저 시스템으로서,
    레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스;
    상기 레이저 빔의 광로 내에 적어도 하나의 프리즘을 포함하는 선폭 축소 모듈;
    웨이퍼 위치 오차를 측정하기 위한 센서;
    상기 레이저 빔을 수신하도록 구성되는 프리즘에 기계적으로 결합되는 압전 변환기;
    상기 압전 변환기에 전기적으로 연결되는 구동 전자기기; 및
    상기 레이저 소스 및 상기 센서에 전기적으로 결합되는 제어기;를 포함하되,
    상기 제어기는:
    새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 수신하고;
    상기 레이저 소스로 하여금 상기 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트의 제1 복수의 펄스의 생성을 시작하게 하며;
    상기 측정된 웨이퍼 위치 오차에 기초하는 파장 타겟의 변화를 수신하고;
    파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여, 상기 구동 전자기기를 사용하여 상기 선폭 축소 모듈 내에서 프리즘 위치를 조정하며;
    상기 레이저 소스로 하여금 상기 조정된 프리즘 위치를 통과하는 레이저 펄스의 버스트의 레이저 펄스의 다음 복수의 레이저 펄스를 생성하게 하고;
    제2 새로이 규정된 레이저 파장 타겟을 수신하고;
    상기 레이저 소스로 하여금 상기 제2 새로이 규정된 레이저 파장 타겟에서 레이저 펄스의 버스트의 제1 복수의 펄스의 생성을 시작하게 하며;
    상기 측정된 웨이퍼 위치 오차에 기초하는 파장 타겟의 제2 변화를 수신하고;
    파장 타겟의 수신된 제2 변화를 기초로 하여, 상기 구동 전자기기를 사용하여 상기 선폭 축소 모듈 내에서 프리즘 위치를 조정하며;
    상기 레이저 소스로 하여금 상기 조정된 프리즘 위치를 통과하는 새로운 복수의 펄스를 생성하게 하는; 레이저 시스템
  17. 제16 항에서,
    상기 제어기가 상기 프리즘 위치를 조정하도록 구성되는 것은 아래 수학식을 사용하는 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하고:
    Figure 112019064996626-pct00014

    여기서, N은 가변 이득, A는 시스템 행렬, B는 입력 행렬, C는 출력 행렬, I는 단위 행렬, K는 전상태 피드백(full state feedback) 이득 행렬, 및 L은 추정기 이득 행렬인 레이저 시스템.
  18. 제16 항에서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 그리고 적어도 부분적으로 피드백 오퍼레이션을 기초로 하여 상기 프리즘을 조정하도록 구성되는 레이저 시스템.
  19. 제11 항에서,
    상기 프리즘 위치를 조정하는 단계는, 아래 수학식을 사용하여 적어도 부분적으로 피드-포워드 오퍼레이션을 기초로 하여 상기 프리즘 위치를 조정하는 것을 포함하고:
    Figure 112019064996626-pct00015

    여기서, N은 가변 이득, A는 시스템 행렬, B는 입력 행렬, C는 출력 행렬, I는 단위 행렬, K는 전상태 피드백(full state feedback) 이득 행렬, 및 L은 추정기 이득 행렬인 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  20. 제11 항에서,
    단계 (a)에서 수신되는 레이저 파장 타겟을 생성하는 피드백 오퍼레이션을 수행하는 단계;를 더 포함하는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  21. 제11 항에서,
    상기 측정된 웨이퍼 위치 오차에 응답하여 기판이 배치된 스캐너 테이블을 재위치설정시키기 위한 피드백 오퍼레이션을 동시에 수행하는 단계를 더 포함하는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  22. 제21 항에서,
    레이저 파장 타겟을 수신하는 단계는, 적어도 부분적으로 피드백 오퍼레이션을 기초로 하는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
  23. 제11 항에서,
    상기 레이저 파장 타겟은 상기 레이저 펄스의 버스트에 대하여 수신되고, 상기 버스트는 시간 구간(time interval) T에 걸쳐 발생하고, 상기 파장 타겟의 수신된 변화를 기초로 하여 상기 프리즘 위치를 조정하는 단계는 상기 시간 구간 T 동안 수행되는 포토리소그래피를 수행하는 방법.
KR1020197018345A 2016-12-07 2017-11-07 Duv 광원에서 펄스 단위의 파장 타겟 트래킹을 위한 파장 제어 시스템 KR102224791B1 (ko)

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