KR102393887B1 - 스펙트럼 특징 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

스펙트럼 특징 선택 장치는 펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 분산형 광학 요소; 분산형 광학 요소와 펄스형 광학 소스 사이의 펄스형 광 빔의 경로에 배치되는 셋 이상의 굴절형 광학 요소; 및 하나 이상의 작동 시스템을 포함하여, 각 작동 시스템은 굴절형 광학 요소와 연관되고 연관된 굴절형 광학 요소를 회전시키도록 구성되어 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절한다. 작동 시스템 중 적어도 하나는 그에 연관된 굴절형 광학 요소를 회전 축선을 중심으로 회전시키도록 구성되는 고속 액추에이터를 포함하는 고속 작동 시스템이다. 고속 액추에이터는 연관된 굴절형 광학 요소의 회전 축선과 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전하는 회전 샤프트를 가지는 로터리 스테퍼 모터를 포함한다.

Description

스펙트럼 특징 제어 장치{SPECTRAL FEATURE CONTROL APPARATUS}
개시되는 주제는 리소그래피 노광 장치에 광을 공급하는 광학 소스로부터 출력되는 광 빔의, 예를 들어 대역폭 또는 파장과 같은 스펙트럼 특징을 제어하는 장치에 관한 것이다.
반도체 리소그래피 (또는 포토리소그래피)에서, 집적회로(IC)의 제작에는 (웨이퍼라고도 불리는) 반도체 (예컨대, 실리콘) 기판 상에서 수행되는 다양한 물리적 및 화학적 프로세스를 필요로 한다. 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너는 기판의 목표하는 부분 상에 원하는 패턴을 부여하는 기기이다. 웨이퍼는 스테이지에 고정되어, 스캐너의 직교하는 XL 및 YL 방향에 의하여 정의되는 평면을 따라 웨이퍼가 연장되도록 한다. 웨이퍼는, 심자외선 (DUV) 범위의 파장을 가지는, 광 빔에 의해 조사된다. 광 빔은 축선 방향으로 진행하는데, 이는 스캐너의 ZL 방향과 일치한다. 스캐너의 ZL 방향은 측면의 XL-YL 평면에 직교한다.
레이저와 같은 광학 소스로부터 출력되는 광 빔의 스펙트럼 특징 또는 특징(예를 들어, 대역폭)을 정확하게 아는 것은 많은 과학적 및 산업적 응용예에서 중요하다. 예를 들어, 광학 소스 대역폭을 정확하게 아는 것은 심자외(DUV) 포토리소그래피에서 최소 피처 크기 또는 임계 치수의 제어를 가능하게 한다. 임계 치수는 (웨이퍼라고도 불리는) 반도체 기판 상에 인쇄되는 피처 크기이며, 따라서 CD는 미세한 크기 제어를 필요로 한다. 포토리소그래피에서, 기판은 광학 소스에 의하여 생성된 광 빔에 의해 조사된다. 많은 경우에, 광학 소스는 레이저 소스이며, 광 빔은 레이저빔이다.
일반적인 일부 양태에서, 광학 시스템은 광원과 함께 사용된다. 상기 광학 시스템은, 분산형 광학 요소; 상기 분산형 광학 요소와 광원 사이의 복수의 굴절형 광학 요소; 및 각각이 굴절형 광학 요소와 연관되는 작동 시스템을 포함한다. 상기 작동 시스템 중 적어도 하나는 연관된 굴절형 광학 요소를 회전 축선을 중심으로 360도 회전시키도록 구성되는 액츄에이터를 포함한다 - 상기 액추에이터는 샤프트 축선을 중심으로 회전하도록 구성되는 회전 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트 축선은 상기 연관된 굴절형 광학 요소의 회전 축선과 평행하며 상기 샤프트 축선은 바닥 에너지 상태가 없음.
일반적인 일부 양태에서, 스펙트럼 특징 선택 장치는 펄스형 광 빔을 생성하는 펄스형 광학 소스와 함께 사용된다. 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는, 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 분산형 광학 요소; 상기 분산형 광학 요소와 상기 펄스형 광학 소스 사이의 상기 펄스형 광 빔의 경로에 배치되는 셋 이상의 굴절형 광학 요소; 각각이 굴절형 광학 요소와 연관되고 상기 연관된 굴절형 광학 요소를 회전시켜 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절하도록 구성되는 하나 이상의 작동 시스템; 및 상기 하나 이상의 작동 시스템에 연결되는 제어 시스템을 포함한다. 상기 작동 시스템 중 적어도 하나는 그에 연관된 굴절형 광학 요소를 회전 축선을 중심으로 회전시키도록 구성되는 고속 액추에이터를 포함하는 고속 작동 시스템이다. 상기 고속 액추에이터는, 상기 연관된 굴절형 광학 요소의 회전 축선에 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전하는 회전 샤프트를 가지는 로터리 스테퍼 모터를 포함한다. 상기 제어 시스템은, 상기 로터리 스테퍼 모터의 상기 회전 샤프트를 조절함으로써 연관된 굴절형 광학 요소를 해당 회전 축선을 중심으로 회전시키기 위한 신호를 상기 고속 액추에이터에 전송하도록 구성된다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고속 액추에이터는 상기 분산형 광학 요소로부터 가장 먼 상기 굴절형 광학 요소를 회전시키도록 구성될 수 있다. 상기 펄스형 광 빔 경로는 상기 장치의 XY 평면에 놓일 수 있고, 상기 로터리 스테퍼 모터의 상기 회전 샤프트는 상기 장치의 Z 축과 평행한 축선을 가져 연관된 굴절형 광학 요소를 상기 장치의 Z 축에 평행한 해당 회전 축선을 중심으로 회전시킬 수 있다.
상기 고속 작동 시스템은 상기 연관된 굴절형 광학 요소에 물리적으로 결합되는 2차 액추에이터를 포함할 수 있고, 상기 2차 액추에이터는 상기 연관된 굴절형 광학 요소를 상기 XY 평면에 놓이고 또한 상기 연관된 굴절형 광학 요소의 빗변의 평면에 놓이는 축선을 중심으로 회전시키도록 구성될 수 있다.
상기 장치는 상기 로터리 스테퍼 모터의 상기 회전 샤프트의 위치를 검출하는 위치 모니터를 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 위치 모니터에 연결될 수 있고, 상기 회전 샤프트의 검출 위치를 수신하여 상기 수신된 검출 위치가 수용 가능한 위치 범위 내에 있지 않으면 상기 회전 샤프트를 조절하도록 구성될 수 있다. 상기 위치 모니터는 광학 로터리 인코더일 수 있다. 상기 회전 샤프트는 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소를 상기 회전 축선으로부터 오프셋되는 오프셋 축선을 중심으로 회전시키도록 구성될 수 있다.
상기 샤프트 축선은 360°에 걸쳐 회전하도록 구성될 수 있어 상기 연관된 굴절형 광학 요소를 360°에 걸쳐 회전시킬 수 있다.
상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소는 상기 샤프트 축선에 고정적으로 결합할 수 있다.
상기 제어 시스템은 상기 로터리 스테퍼 모터에 연결되는 고속 제어기를 포함할 수 있고, 상기 회전 샤프트에 대한 조절은 상기 고속 제어기를 통해 수행된다.
상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소의 회전은 상기 분산형 광학 요소와 상호작용 하는 상기 펄스형 광 빔의 배율에 변화를 초래할 수 있다. 상기 펄스형 광 빔의 배율에서의 변화는 상기 펄스형 광 빔의 대역폭에 변화를 초래할 수 있다. 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소의 회전에 따른 대역폭의 범위는 적어도 250 펨토미터(fm)일 수 있다. 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소의, 상기 회전 샤프트의 하나의 회전 스텝만큼의 회전은, 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 측정하는 대역폭 측정 디바이스의 분해능보다 작은 양만큼 변화시킨다.
회절형 광학 요소로부터 회절된 상기 펄스형 광 빔이 상기 회절형 광학 요소에 입사하는 펄스형 광 빔의 경로를 따라 진행하도록, 상기 분산형 광학 요소는 상기 펄스형 광 빔과 리트로(Littrow) 구성으로 상호작용하도록 배치되는 회절형 광학 요소일 수 있다.
상기 굴절형 광학 요소는, 상기 펄스형 광 빔이 각각의 직각 프리즘을 통과할 때 그 광학 배율이 변화되도록 펄스형 광 빔이 투과하게 되는 직각 프리즘일 수 있다. 상기 분산형 광학 요소로부터 가장 먼 직각 프리즘은 복수의 직각 프리즘 중 가장 작은 빗변을 가질 수 있고, 상기 분산형 광학 요소에 더 가까운 각각의 연속적인 직각 프리즘은 상기 상기 분산형 광학 요소로부터 더 먼 인접한 직각 프리즘보다 크거나 같은 크기의 빗변을 가질 수 있다.
일반적인 다른 양태에서, 스펙트럼 특징 선택 장치는 펄스형 광학 소스에 의해 생성된 펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 분산형 광학 요소를 포함한다. 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는, 상기 분산형 광학 요소와 상기 펄스형 광학 소스 사이에서 상기 펄스형 광 빔의 경로에 배치되는 복수의 굴절형 광학 요소; 및 복수의 작동 시스템을 포함한다. 각 작동 시스템은 굴절형 광학 요소와 연관되고 연관된 굴절형 광학 요소를 회전시켜 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절하도록 구성된다. 상기 작동 시스템 중 적어도 하나는 상기 장치의 평면에 수직한 샤프트 축선을 중심으로 회전하는 회전 샤프트를 가지는 로터리 모터를 포함하는 고속 액추에이터를 포함한다. 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소는, 상기 샤프트 축선에 평행하고 무게 중심으로부터 오프셋 되어 있으며 상기 샤프트 축선으로부터 오프셋 되어 있는 오프셋 축선을 중심으로 회전하도록 상기 고속 액추에이터에 장착되어 있다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고속 액추에이터는 연관된 굴절형 광학 요소를 상기 오프셋 축선을 중심으로 회전시킴과 아울러 병진 이동시킬 수 있다. 상기 고속 액추에이터는, 상기 샤프트 축선의 위치에서 상기 회전 샤프트에 기계적으로 연결되는 제1 영역, 및 상기 샤프트 축선에 수직하고 상기 장치의 평면에 놓이는 방향을 따라서 상기 샤프트 축선으로부터 오프셋되는 제2 영역(이에 따라 상기 제2 영역은 상기 샤프트 축선과 교차하지 않음)을 포함하는 레버 암을 포함할 수 있다. 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소는 상기 제2 영역에 기계적으로 연결된다.
상기 장치는 상기 복수의 작동 시스템에 연결되고 각각의 작동 시스템에 신호를 전송하도록 구성되는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은, 상기 고속 액추에이터에 신호를 전송하여, 상기 고속 액추에이터에 연관된 상기 굴절형 광학 요소를 회전 및 병진시킴으로써 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절하게 하도록 구성될 수 있다. 상기 고속 액추에이터에 연관된 굴절형 광학 요소는 상기 오프셋 축선을 중심으로 15 도만큼 회전하고 약 50 밀리세컨드 이내에 안정된 평형위치에 도달하도록 구성될 수 있다.
상기 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭 및 파장 중 하나 이상일 수 있다. 상기 고속 액추에이터에 의해 제어되는 상기 굴절형 광학 요소는 반사 방지 코팅이 결여된 것일 수 있다.
일반적인 다른 양태에서, 스펙트럼 특징 선택 장치는 광학 소스에 의해 생성되는 펄스형 광 빔과 리트로 구성으로 상호작용하도록 배치되는 회절형 광학 요소를 포함한다. 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는 상기 펄스형 광 빔이 각각의 직각 프리즘을 통과할 때 그 배율이 변화되도록 상기 펄스형 광 빔이 투과하게 되는 4개 이상의 직각 프리즘의 세트를 포함한다. 상기 펄스형 광 빔은 빔 경로를 따라 진행하고, 상기 펄스형 광 빔의 횡 방향 치수가 각각의 프리즘의 빗변 내에 포함되도록 각각의 프리즘의 빗변을 가로 지르는 횡 방향 치수를 가진다. 상기 회절형 광학 요소에 가장 가까운 직각 프리즘은 상기 세트 중에서 가장 긴 길이를 가지는 빗변을 가진다. 상기 회절형 광학 요소로부터 더 먼 각각의 연속적인 직각 프리즘은 상기 회절형 광학 요소에 더 가까운 인접한 직각 프리즘의 빗변보다 작거나 같은 길이의 빗변을 가진다. 상기 회절형 광학 요소에 가장 가까운 직각 프리즘은 그 직각이 상기 회절형 광학 요소로부터 멀어지는 방향으로 위치하도록 배치된다. 상기 회절형 광학 요소로부터 가장 먼 직각 프리즘과 상기 회절형 광학 요소 사이의 영역에는 어떠한 반사형 광학 요소도 배제된다. 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는 또한 2개 이상의 작동 시스템을 포함하며, 각 작동 시스템은 상기 세트의 직각 프리즘과 연관되고 상기 연관된 직각 프리즘을 상기 펄스형 광 빔에 대해 상대적으로 회전시키도록 구성되어 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절한다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회절형 광학 요소로부터 가장 먼 프리즘은 작동 시스템과 연관될 수 있고 움직일 수 있으며, 상기 회절형 광학 요소에 두 번째로 가까운 프리즘은 작동 시스템과 연관될 수 있고 움직일 수 있다.
도 1은 펄스형 광 빔을 생성하는 포토리소그래피 시스템의 블록도로서, 포토리소그래피 시스템은 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 조정하기 위한 스펙트럼 특징 선택 장치을 포함한다.
도 2는 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의해 생성된 펄스형 광 빔의 예시적인 광 스펙트럼의 그래프이다.
도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a, 및 도 7은 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 3b는 도 3a의 스펙트럼 특징 선택 장치의 굴절형 광학 요소 중 하나를 통과할 때 빔 확대 및 빔 굴절각을 보여주는 블록도이다.
도 4b는 도 4a의 스펙트럼 특징 선택 장치의 예시적인 빔 확장기의 일부의 측면도이다.
도 4c는 도 4b의 예시적인 빔 확장기의 일부의 평면도로서, 빔 확장기에 대한 조절을 도시한다.
도 5b는 도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치의 예시적인 빔 확장기의 의 일부의 측면도이다.
도 5c는 도 5b의 예시적인 빔 확장기의 일부의 평면도로서, 빔 확장기에 대한 조절을 도시한다.
도 6b는 도 6a의 스펙트럼 특징 선택 장치의 예시적인 빔 확장기의 일부의 측면도이다.
도 6c는 도 6a의 예시적인 빔 확장기의 일부의 평면도이다.
도 6d는 도 6b의 예시적인 빔 확장기의 일부의 측면도로서, 빔 확장기에 대한 조절을 도시한다.
도 8는 도 1의 포토리소그래피 시스템의 예시적인 광학 소스의 블록도이다.
도 9는 도 1의 포토리소그래피 시스템의 예시적인 제어 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조로, 포토리소그래피 시스템(100)은 중심 파장으로 공칭되는 파장을 가지고 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너(115)로 지향되는 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 조명 시스템(150)을 포함한다. 펄스형 광 빔(110)은 스캐너(115)에 수용되는 기판 또는 웨이퍼(120) 상에 마이크로 전자 피처를 패터닝 하는데 사용된다. 조명 시스템(150)은 변화될 수 있는 펄스 반복률로 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 광학 소스(105)을 포함한다. 조명 시스템(150)은 조명 시스템(150) 내의 광학 소스(105) 및 다른 특징부와 통신하는 제어 시스템(185)을 포함한다. 조명 시스템(150)은 조명 시스템(150)의 동작 및 펄스형 광 빔(110)의 양태를 제어하기 위하여 스캐너(115)와도 통신한다.
광 빔(110)은 광 빔 준비 시스템(112)을 통해 지향되며, 광 빔 준비 시스템(112)은 광 빔(110)의 양태를 수정하는 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 준비 시스템(112)은 반사형 및/또는 굴절형 광학 요소, 광 펄스 스트레처(stretchers) 및 광학적 개구부(자동화된 셔터를 포함)를 포함할 수 있다.
광 빔(110)의 펄스는 예를 들어, 248 nm 또는 193 nm의 파장을 갖는 심자외선(deep ultraviolet)(DUV) 범위의 파장을 중심으로 한다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝된 마이크로 전자 피처의 크기는 펄스형 광 빔(110)의 파장에 의존하며, 낮은 파장은 작은 최소 피처 크기 또는 임계 치수를 초래한다. 펄스형 광 빔(110)의 파장이 248 nm 또는 193 nm 일 때, 마이크로 전자 피처의 최소 크기는 예를 들어 50 nm 이하일 수 있다. 펄스형 광 빔(110)의 분석 및 제어에 사용되는 대역폭은 도 2에 도시된 바와 같이 그 광 스펙트럼(200) (또는 방사 스펙트럼)의 실제 순간 대역폭일 수 있다. 광 스펙트럼(200)은 다른 파장(또는 주파수)에 걸쳐 광 빔(110)의 광 에너지 또는 파워가 어떻게 분포되는지에 관한 정보를 포함한다.
조명 시스템(150)은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)를 포함한다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 광학 소스(105)의 제 1 단부에 위치된다. 광 빔(110A)은 광학 소스(105) 내의 공진기의 한 단부에서 생성되는 빔이며, 후술하는 바와 같이 마스터 오실레이터에 의해 생성되는 시드 빔일 수 있다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 펄스형 광 빔(110A)의 하나 이상의 스펙트럼 특징(대역폭 또는 파장과 같은)을 조정하거나 조절함으로써 펄스형 광 빔(110)의 스펙트럼 특징을 미세하게 조정하도록 구성된다.
도 3a를 참조하면, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 펄스형 광 빔(110A)과 광학적으로 상호작용하도록 구성되는 일련의 광학적 특징부 또는 콤포넌트(300, 305, 310, 315, 320), 그리고 펌웨어 및 소프트웨어의 여하한 조합의 형태로 전자 장치를 포함하는 제어 모듈(350)를 포함한다. 제어 모듈(350)은 각각의 광 콤포넌트(300, 305, 310, 315, 320)에 물리적으로 결합된 하나 이상의 작동 시스템(300A, 305A, 310A, 315A, 320A)에 연결된다. 장치(130)의 광 콤포넌트는, 격자 일 수 있는 분산형 광학 요소(300), 및 프리즘 일 수 있는 한 세트의 굴절형 광학 요소(305, 310, 315, 320)로 구성된 빔 확장기(501)를 포함한다. 격자(300)는 광 빔(110A)을 분산시키고 반사시키도록 설계된 반사형 격자일 수 있다; 따라서, 격자(300)는 DUV 범위 내의 파장을 갖는 펄스형 광 빔(110A)과 상호 작용하기에 적합한 재료로 제조된다. 프리즘(305, 310, 315, 320) 각각은 프리즘 몸체를 통과할 때 광 빔(110A)을 분산시키고 재지향하는 역할을 하는 투과 프리즘이다. 각각의 프리즘은 광 빔(110A)의 파장의 투과를 허용하는 (예를 들어, 불화 칼슘과 같은) 물질로 제조될 수 있다.
프리즘(320)은 격자(300)로부터 가장 멀리 위치되고, 프리즘(305)은 격자(300)에 가장 가깝게 위치된다. 펄스형 광 빔(110A)은 개구부(355)를 통해 장치(130)로 들어가고, 그 다음에 격자(300)의 회절면(302)에 충돌하기 전에 프리즘(320), 프리즘(310), 및 프리즘(305)을 순차적으로 통과한다. 연속적인 프리즘(320, 315, 310, 305)을 빔(110A)이 통과할 때마다, 광 빔(110A)은 광학적으로 확대되고 다음 광 콤포넌트 쪽으로 재지향(각도로 굴절)된다. 광 빔(110A)은 개구(355)를 통과하여 장치(130)로부터 벗어나기 전에, 격자(300)으로부터 회절되고 반사되어 프리즘(305), 프리즘(310), 프리즘(315) 및 프리즘(320)을 순차적으로 통과한다. 격자(300)로부터 연속적인 프리즘(305, 310, 315, 320)을 통과 할 때마다, 광 빔(110A)은 개구(355)를 향해 이동함에 따라 광학적으로 압축된다.
도 3b를 참조로, 빔 확장기(301)의 (프리즘(305, 310, 315, 또는 320) 중 어느 하나일 수 있는) 프리즘(P)의 회전은 광 빔(110A)이 해당 회전되는 프리즘(P)의 입사면(H(P))에 충돌하는 입사각을 변화시킨다. 더욱이, 해당 회전된 프리즘(P)을 통한 광 빔(110A)의 2개의 국부 광학 품질, 즉, 광학 배율(OM(P)) 및 빔 굴절각(δ(P))은, 해당 회전된 프리즘(P)의 입사면(H(P))에 충돌하는 광 빔(110A)의 입사각의 함수이다. 프리즘(P)을 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(P))은, 해당 프리즘(P)을 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo(P))의, 해당 프리즘(P)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi(P))에 대한 비율이다.
빔 확장기(301) 내의 프리즘(P) 중 하나 이상에서 광 빔(110A)의 국부 광학 배율(OM(P))의 변화는 빔 확장기(301)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(365))에서 전체적인 변화를 초래한다. 빔 확장기(301)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(365))은, 빔 확장기(301)를 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo)의, 빔 확장기(301)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi)에 대한 비율이다.
또한, 빔 확장기(301) 내의 프리즘(P) 중 하나 이상을 통과하는 국부 빔 굴절각(δ(P))에서의 변화는 격자(300)의 표면(302)에서 광 빔(110A)의 입사각(362)에서의 전체적인 변화를 초래한다.
광 빔(110A)의 파장은 광 빔(110A)이 격자(300)의 회절면(302)에 충돌하는 입사각(362)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110)의 광학 배율(365)을 변경함으로써 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 3a 내지 도 7에 관하여 설명한 바와 같이, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광 빔(110)이 스캐너(115)에 의해 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝되는 동안 펄스형 광 빔(110)의 대역폭의 더욱 빠른 조절을 제공하도록 재설계된다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광 콤포넌트(300, 305, 310, 315, 320) 중 하나 이상을 보다 효과적이고 보다 신속하게 회전시키기 위한 하나 이상의 새로운 작동 시스템들로 재설계될 수 있다.
예를 들어, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 프리즘(320)을 보다 효과적이고 보다 신속하게 회전시키기 위한 새로운 작동 시스템(320A)을 포함한다. 새로운 작동 시스템(320A)은 프리즘(320)이 회전하는 속도를 증가시키는 방식으로 설계될 수 있다. 구체적으로, 새로운 작동 시스템(320A)에 장착된 프리즘(320)의 회전 축선은 새로운 작동 시스템(320A)의 회전 가능한 모터 샤프트(322A)와 평행하다. 다른 구현예에서, 새로운 작동 시스템(320A)은 일 단부에서 모터 샤프트(322A)에 물리적으로 연결되고 다른 단부에서 프리즘(320)에 물리적으로 연결되어 프리즘(320)을 회전시키는 추가적인 레버리지를 제공하는 아암을 포함하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식에 의하면, 광 빔(110A)의 광학 배율(OM)은 프리즘(320)의 회전에 보다 민감하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 프리즘(305)은 대역폭의 보다 신속한 조절을 제공하기 위해 빔 확장기의 종래의 설계에 대해 대칭이 된다. 이러한 경우, 프리즘(320)의 상대적으로 작은 회전으로 (장치(130)의 종래의 설계와 비교할 때) 대역폭 변화가 상대적으로 더 빨라지게 된다. 프리즘(320)의 단위 회전당 광학 배율의 변화는 종래의 스펙트럼 특징 선택 장치와 비교할 때 재설계된 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에서 증가된다.
장치(130)는 광 빔(110A)이 격자(300)의 회절면(302)에 충돌하는 입사각(362)을 조절함으로써, 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내에서 생성되는 광 빔(110A)의 파장을 조절하도록 설계된다. 구체적으로, 이는 프리즘(305, 310, 315, 320) 및 격자(300) 중 하나 이상을 회전시켜 광 빔(110A)의 입사각(362)을 조절함으로써 행해질 수 있다.
또한, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(365))을 조절함으로써 조절된다. 따라서, 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(365)을 변화시키는 프리즘(305, 310, 315, 320) 중 하나 이상을 회전시킴으로써 조절될 수 있다.
특정 프리즘(P)의 회전은 국부적인 빔 굴절각(δ(P)) 및 해당 프리즘(P)에서의 국부 광학 배율(OM(P)) 모두의 변화를 초래하기 때문에, 이 설계에서는 파장 및 대역폭의 제어가 결합된다.
또한, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(320)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(305)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(320)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율(OM(320))의 임의의 변화가 다른 프리즘(315, 310, 및 305)에서의 광학 배율(OM(315), OM(310), OM(305)) 각각의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(320)과 격자(300) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(320)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(315, 310, 305)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(305)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(320)의 회전에 상대적으로 둔감하다.
예를 들면, 광 빔(110A)의 대역폭을 변화시키지 않고 파장을 변경하기 위해서는, 광학 배율(365)을 변화시키지 않고 입사각(362)을 변경해야 한다. 이는 프리즘(305)을 크게 회전시키고, 프리즘(320)은 작게 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 파장을 변화시키지 않고 대역폭을 변경하기 위해서는, 입사각(362)을 변화시키지 않고 광학 배율(365)을 변경해야 하고, 이는 프리즘(320)을 크게 회전시키고, 프리즘(305)는 작게 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.
제어 모듈(350)은 각각의 광 콤포넌트(300, 305, 310, 315, 320)에 물리적으로 결합되는 하나 이상의 작동 시스템(300A, 305A, 310A, 315A, 320A)에 연결된다. 작동 시스템이 각각의 광 콤포넌트에 대해 도시되어 있지만, 장치(130) 내의 광 콤포넌트 중 일부는 정지 상태로 유지되거나 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 격자(300)는 정지 상태로 유지될 수 있고, 프리즘(315)은 정지 상태로 유지되고 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수 있다.
작동 시스템(300A, 305A, 310A, 315A, 320A) 각각은 각각의 광 콤포넌트에 연결된 액추에이터를 포함한다. 광 콤포넌트들의 조절은 광 빔(110A)의 특정 스펙트럼 특징들(파장 및/또는 대역폭)의 조절을 초래한다. 제어 모듈(550)은 제어 시스템(185)으로부터 제어 신호를 수신하는데, 이 제어 신호는 작동 시스템 중 하나 이상을 작동시키거나 제어하기 위한 특정 명령을 포함한다. 작동 시스템들은 협력하여 작동하도록 선택되고 설계할 수 있다.
작동 시스템(300A, 305A, 310A, 315A, 320A)의 액추에이터 각각은 각각의 광 콤포넌트를 이동시키거나 제어하기 위한 기계적인 디바이스이다. 액추에이터는 모듈(350)로부터 에너지를 수용하고, 그 에너지를 각각의 광 콤포넌트에 가해지는 일종의 운동으로 변환시킨다. 예를 들어, 작동 시스템은 빔 확장기의 프리즘 중 하나 이상을 회전시키기 위한 역학 디바이스(force device) 및 회전 스테이지 중 임의의 하나일 수 있다. 작동 시스템은, 예를 들어 스테퍼 모터와 같은 모터, 밸브, 압력 제어 장치, 압전 디바이스, 선형 모터, 유압 액추에이터, 음성 코일 등을 포함할 수 있다.
격자(300)는 큰 블레이즈 앵글 에첼 격자(Echelle grating)일 수 있고, 격자 방정식을 만족하는 임의의 입사각(362)으로 격자(300)에 입사하는 광 빔(110A)은 반사(회절)될 것이다. 격자 방정식은, 격자(300)의 스펙트럼 차수, 회절되는 파장 (회절되는 빔의 파장), 격자(300) 상의 광 빔(110A)의 입사각(362), 격자(300)로부터 회절된 광 빔(110A)의 출사각, 격자(300) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도, 및 격자(300)의 회절면의 그루브 간격 사이의 상호관계를 제공한다. 또한, 격자(300)에 대한 광 빔(110A)의 입사각(362)이 격자(300)로부터의 광 빔(110A)의 출사각과 동일하도록 격자(300)가 사용되는 경우, 격자(300) 및 빔 확장기(프리즘(305, 310, 315, 320))은 리트로(Littrow) 구성으로 배치되고, 격자(300)로부터 반사된 광 빔(110A)의 파장은 리트로 파장이다. 격자(300) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도는 0에 가깝다고 가정할 수 있다. 공칭 파장을 반사시키기 위해, 격자(300)는 격자(300) 상에 입사되는 광 빔(110A)에 대하여 정렬되어, 공칭 파장이 역으로 반사되어 빔 확장기(프리즘들(305, 310, 315, 320))를 통해 광학 소스(105)에서 증폭된다. 이후, 격자(300) 상에 광 빔(110A)의 입사각(362)을 변화시킴으로써, 광학 소스(105) 내의 공진기의 전체 이득 대역폭에 걸쳐 리트로 파장이 조정될 수 있다.
각 프리즘(305, 310, 315, 320)은 광 빔(110A)의 횡 방향을 따라 충분히 넓어, 광 빔(110A)이 통과하는 표면 내에 광 빔(110A)이 포함된다. 각 프리즘은 개구(355)로부터 격자(300)를 향하는 경로상의 광 빔(110A)을 광학적으로 확대하고, 따라서 프리즘(320)으로부터 프리즘(305)까지 각 프리즘은 순차적으로 크기가 커진다. 따라서, 프리즘(305)은 프리즘(310)보다 크고, 프리즘(310)은 프리즘(315)보다 크며, 프리즘(320)이 가장 작은 프리즘이다.
격자(300)로부터 가장 멀리 있고 또한 크기가 가장 작은 프리즘(320)은 작동 시스템(320A)에 특히 회전 샤프트(322A)에 장착되어 프리즘(320)을 회전시키고, 이러한 회전은 격자(300) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 광학 배율을 변화시킴으로써 장치(130)로부터 출력되는 광 빔(110A)의 대역폭을 수정한다. 작동 시스템(320A)은 프리즘(320)이 고정되는 회전 샤프트(322A)를 포함하는 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에 고속 작동 시스템(320A)으로 설계된다. 회전 샤프트(322A)은 프리즘(320)의 회전 축선과 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전한다. 또한, 작동 시스템(320A)은 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에, 여하한 기계적 기억 상태도 없으며 또한 에너지 바닥 상태도 없다. 회전 샤프트(322A)의 각각의 위치는 회전 샤프트(322A)의 나머디 위치들 각각과 동일한 에너지이며, 회전 샤프트(322A)는 낮은 포텐셜 에너지를 가지는 바람직한 휴지 위치가 없다.
시스템(320A)의 로터리 스테퍼 모터는 회전 샤프트(322A)를, 따라서 프리즘(320)을 고속으로 동작시키도록 충분히 빠른 속도를 가져야 한다 (이는, 요구되는 시간 프레임 내에서 광 빔(110A)의 스펙트럼 특징을 조절하는 것이 가능하도록 충분히 빠른 것을 의미한다). 일부 구현예에서, 시스템(320A)의 로터리 스테퍼 모터는 광학 회전 인코더와 함께 회전 샤프트(322A)의 위치에 관한 피드백을 제공하도록 구성된다. 또한, 로터리 스테퍼 모터는, 고해상도 위치 제어기로서 가변 주파수 구동 제어 방법을 사용하는 모터 제어기로 제어될 수 있다. 한 예로서, 시스템(320A)의 로터리 스테퍼 모터는 50 ms 이내에 회전 샤프트(322A)와 프리즘(320)을 15도만큼 이동시킬 수 있을 정도로 빠르고, 광학 회전 인코더의 정확도는 50 마이크로각도(microdegrees) (예컨대, 30 ms에 15도) 미만일 수 있다. 가변 주파수 구동 제어 방법의 하나의 예는 벡터 모터 제어로서, 모터의 스테이터 전류가 2개의 직교하는 성분인 모터의 자속(magnetic flux)과 토크를 통해 제어되는 것이다. 광학 회전 인코더는, 유리 또는 강으로 된 캐리어 기판에 적용되는 눈금(graduation)으로 알려진 주기적인 구조의 측정 기준이 통합된 광학 스캐닝을 구비한 인코더일 수 있다. 일부 예에서, 광학 회전 인코더는 HEIDENHAIN 사에 의해 제조된 것일 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(430)는 격자(400) 및 4개의 프리즘(405, 410, 415, 420)으로 설계된다. 격자(400) 및 4개의 프리즘(405, 410, 415, 420)은, 광 빔(110A)이 장치(430)의 개구부(455)를 통과한 후에, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 구성된다. 광 빔(110A)은 개구부(455)로부터 프리즘(420), 프리즘(415), 프리즘(410), 프리즘(405)을 통해 장치(430)의 XY 평면 내의 경로를 따라 이동하고, 이후, 격자(400)로부터 반사되어, 개구부(455)를 통해 장치를 빠져 나오기 전에 프리즘(405, 410, 415, 420)을 다시 통과한다.
프리즘(405, 410, 415, 420)은 직각 프리즘으로서, 펄스형 광 빔(110A)이 투과하여 각 직각 프리즘을 통과할 때 펄스형 광 빔(110A)은 그 광학 배율을 변경한다. 분산형 광학 요소(400)로부터 가장 먼 직각 프리즘(420)은 복수의 프리즘 중 빗변이 가장 작고, 분산형 광학 요소(400)에 더 가까운 연속된 직각 프리즘은 분산형 광학 요소로부터 더 먼 인접한 직각 프리즘보다 크거나 같은 크기의 빗변을 가진다.
예를 들어, 격자(400)에 가장 가까운 프리즘(405)은 또한 크기 면에서 가장 크며, 예를 들어 그 빗변이 4개의 프리즘(405, 410, 415, 420)의 최대 범위를 갖는다. 격자(400)로부터 가장 멀리 있는 프리즘(420)은 또한 크기 면에서 가장 작고, 예를 들어, 그 빗변이 4개의 프리즘(405, 410, 415, 420)의 최소 범위를 갖는다. 인접한 프리즘은 동일한 크기일 수 있다. 그러나, 광 빔(110A)이 프리즘(420), 프리즘(415), 프리즘(410), 및 프리즘(410)을 통해 이동함에 따라 광학적으로 확대되고 따라서 광 빔(110A)이 격자(400)에 더 가까워짐에 따라 광 빔(110A)의 횡 방향 범위가 확대되므로, 인접한 프리즘보다 격자(400)에 더 가까운 각각의 프리즘은 크기 면에서 같거나 더 커야 한다. 광 빔(110A)의 횡 방향 범위는 광 빔(110A)의 전파 방향에 수직인 평면을 따른 범위이다. 그리고, 광 빔(110A)의 전파 방향은 장치(430)의 XY 평면에 있다.
프리즘(405)은 장치(430)의 Z 축에 평행한 축선을 중심으로 프리즘(405)을 회전시키는 작동 시스템(405A)에 물리적으로 결합되고, 프리즘(410)은 Z 축에 평행한 축선을 중심으로 프리즘(410)을 회전시키는 작동 시스템(410A)에 물리적으로 결합되며, 그리고 프리즘(420)은 고속 작동 시스템(420A)에 물리적으로 결합된다. 고속 작동 시스템(420A)은 장치(430)의 Z 축과 평행한 축선을 중심으로 프리즘(405)을 회전시키도록 구성된다.
고속 작동 시스템(420A)은 회전 샤프트(422A) 및 회전 샤프트(422A)에 고정된 회전 플레이트(423A)를 가지는 로터리 스테퍼 모터(421A)를 포함한다. 회전 샤프트(422A), 따라서 회전 플레이트(423A)는 프리즘(420)의 무게 중심(회전 축선(AP)에 대응)과 평행하고 또한 장치(430)의 Z 축과 평행한 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전한다. 꼭 필요로 하는 것은 아니지만, 프리즘(420)의 샤프트 축선(AR)은 XY 평면을 따라 프리즘(420)의 무게 중심(회전 축선(AP))에 대응되거나 정렬될 수 있다. 일부 구현예에서, 프리즘(420)의 무게 중심(또는 회전 축선(AP))은 XY 평면을 따라 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋 된다. 샤프트 축선(AR)을 프리즘(420) 무게 중심으로부터 오프셋 시킴으로써, 광 빔(110A)의 위치는 프리즘(420)이 회전될 때마다 격자(400)의 표면 상의 특정 위치에 있도록 조절될 수 있다.
프리즘(420)을 회전 플레이트(423A)에 장착함으로써, 샤프트(422A) 및 회전 플레이트(423A)가 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전함에 따라 프리즘(420)은 그 회전 축선(AP)을 중심으로 직접 회전된다. 이러한 방식으로, 선형으로 이동 가능한 샤프트(굴곡부를 사용하여 회전 운동으로 변환됨)를 갖는 리니어 스테퍼 모터를 사용하는 시스템과 비교할 때, 프리즘(420)의 고속 회전 또는 제어가 가능해진다. 샤프트(422A)(및 플레이트(423A))의 회전 스텝은 (여하한 선형 운동이 부여됨이 없이) 프리즘(420)의 회전 스텝에 상관되기 때문에, 로터리 스테퍼 모터(421A)는, 광 빔(110A)의, 따라서 광 빔(110)의 (대역폭 등) 스펙트럼 특징의 보다 신속한 조절을 가능하게 하는 스피드로 프리즘(420)을 회전시킬 수 있다. 스테퍼 모터(421A)의 회전식 디자인은 프리즘(420)에 대한 종래의 액추에이터에서 발견되는 임의의 선형 운동 또는 굴곡 운동을 사용하지 않고 장착된 프리즘(420)에 순수한 회전 운동을 가한다. 또한, 회전 샤프트(422A)의 사용은 (굴곡으로부터 결정된 각도만큼만 프리즘(420)이 회전할 수 있는) 리니어 스테퍼 모터와 굴곡 디자인을 사용하는 종래의 액추에이터와 달리, 프리즘(420)이 완전히 360°를 회전할 수 있게 한다. 일부 구현예에서, 수용 가능한 범위에서 광 빔(110A)의 대역폭의 조정을 달성하기 위해, 프리즘(420)은 15도만큼 회전될 수 있다. 현재의 대역폭 범위 요건에서는 필요하지 않지만, 프리즘(420)은 15도 이상으로 회전될 수 있다.
일부 구현예에서, 스테퍼 모터(421A)는 직접 구동 스테퍼 모터일 수 있다. 직접 구동 스테퍼 모터는 위치 제어를 위해 내장된 스텝 모터 기능을 사용하는 일반적인 전자기 모터이다. 운동의 더 높은 해상도가 필요할 수 있는 다른 구현예에서, 스테퍼 모터(421A)는 압전 모터 기술을 사용할 수 있다.
스테퍼 모터(421A)는, 프리즘(420)의 빠른 회전을 제공하기 위해 가변 주파수 구동 제어 방법을 사용하여 모터 제어기로 제어되는 회전 스테이지일 수 있다.
전술한 바와 같이, 로터리 스테퍼 모터(421A)를 사용하는 이점은, 프리즘(420)의 회전 축선(AP)이 회전 샤프트(422A) 및 샤프트 축선(AR)과 평행하기 때문에 프리즘(420)의 보다 빠른 회전을 얻는 것이다. 따라서, 샤프트(422A)의 모든 단위 회전에 대해, 프리즘(420)은 증분 단위만큼 회전하고, 프리즘(420)은 회전 샤프트(422A)가 회전할 수 있는 만큼 빨리 회전한다. 일부 구현예에서, 이 구성의 안정성을 증가시키고 프리즘(420)의 안정성을 증가시키기 위해, 고속 작동 시스템(420A)은 로터리 스테퍼 모터(421A)의 회전 샤프트(422A)의 위치를 검출하도록 구성된 위치 모니터(424A)를 포함한다. 회전 샤프트(422A)의 측정된 위치와 회전 샤프트(422A)의 예상 또는 목표 위치 사이의 오차는 프리즘(420)의 위치의 오차와 직접적으로 관련되고, 따라서 이 측정은 프리즘의 프리즘(420)의 회전 오차(즉, 실제 회전과 명령된 회전 사이의 차이)를 결정하고, 작동 중에 이 오차를 보정하는데 사용될 수 있다.
제어 모듈(350)은 위치 모니터(424A)에 연결되어 회전 샤프트(422A)의 위치 값을 수신하고, 제어 모듈(350)은 회전 샤프트(422A)의 명령된 위치의 저장된 값 또는 현재 값에 액세스 할 수 있으므로, 제어 모듈(350)은 계산된 위치의 측정값과 회전 샤프트(422A)의 명령된 위치 사이의 차이를 결정할 수 있고 또한 이 오차를 줄이기 위해 회전 샤프트(422A)를 어떻게 조절할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(350)은 오차를 상쇄하기 위해 회전 샤프트(422A)의 회전 방향뿐만 아니라 회전의 양을 결정할 수 있다. 이와 달리, 제어 시스템(185)이 이러한 분석을 수행하는 것이 가능하다.
위치 모니터(424A)는 회전 플레이트(423A)와 일체로 구성되는 매우 고해상도의 광학 로터리 인코더일 수 있다. 광학 로터리 인코더는 광학 센싱 기술과 내부에 불투명한 라인과 패턴이 있는 내부 코드 디스크의 회전을 사용한다. 예를 들어, 플레이트(423A)는 발광 다이오드와 같은 광 빔에서 회전되고(따라서 로터리 인코더라 칭함), 플레이트(423A)상의 마킹은 광을 차단 및 차단 해제하는 셔터로서 작용한다. 내부 포토 다이오드 검출기는 교번하는 광 빔을 감지하고 인코더의 전자 장치는 패턴을 전기 신호로 변환한 다음 인코더(424A)의 출력을 통해 제어 모듈(350)로 전달한다.
일부 구현예에서, 제어 모듈(350)은 로터리 스테퍼 모터(421A)만을 작동시키기 위한 고속 내부 전용 제어기로 설계될 수 있다. 예를 들어, 고속 내부 전용 제어기는 인코더(424A)로부터 고해상도 위치 데이터를 수신할 수 있고, 샤프트(422A)의 위치를 조절하여 프리즘(420)의 위치를 조절하기 위해 로터리 스테퍼 모터(421A)에 직접 신호를 보낼 수 있다.
또한 도 4c를 참조하면, 조명 시스템(150)은 제어 모듈(350)과 상호작용하는 제어 시스템(185)의 제어 하에 광 빔(110A)의 대역폭과 같은 스펙트럼 특징을 변경한다. 예를 들어, 광 빔(110A) 및 광 빔(110)의 대역폭을 개략적으로 그리고 광범위하게 제어하기 위하여, 제어 모듈(350)은 고속 작동 시스템(420A)의 로터리 스테퍼 모터(421A)에 신호를 보내어 회전 샤프트(422A)를 (도 4c의 좌측의) 제1 각도(θ1)로부터 (도 4c의 우측의) 제2 각도(θ2)(여기서, Δθ= θ2- θ1)로 회전시킨다. 그리고, 샤프트(422A)의 이 각도 변화는 샤프트(422A)에 고정된 플레이트(423A)에 직접 가해지고, 플레이트(423A)에 고정된 프리즘(420)에도 가해진다. 프리즘(420)의 θ1으로부터 θ2로의 회전은 격자(400)와 상호작용하는 펄스형 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(365))에 OM1으로부터 OM2로의 대응되는 변화를 초래하고, 펄스형 광 빔(110A)의 광학 배율(365)에서의 변화는 펄스형 광 빔(110A) (그리고 광 빔(110)도 마찬가지)의 대역폭의 변화를 초래한다. 이 고속 작동 시스템(420A)을 사용하여 프리즘(420)을 회전시킴으로써 달성될 수 있는 대역폭의 범위는 넓은 범위일 수 있고, 약 100 펨토미터(fm) 내지 약 450 fm 일 수 있다. 달성할 수 있는 전체 대역폭 범위는 적어도 250 fm 일 수 있다.
회전 샤프트(422A)의 한 단위 회전에 의해 고속 작동 시스템(420A)에 연관된 프리즘(420)의 회전은, 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 측정하는 (예를 들어, 후술되는 계측 시스템(170)의 일부로서) 대역폭 측정 디바이스의 분해능보다 작은 양만큼 펄스형 광 빔(110A)의 대역폭을 변화시킨다. 프리즘(420)은 대역폭에서 이러한 변화를 달성하기 위해 15도까지 회전될 수 있다. 실무적으로, 프리즘(420)의 회전량은 장치(430)의 다른 콤포넌트들의 광학 레이아웃에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 너무 큰 회전은 광 빔(110A)이 다음 프리즘(415)에 충돌하지 않을 정도로 큰 양만큼 광 빔(110A)을 변위시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 수용 가능한 범위에서 광 빔(110A)의 대역폭의 조정을 달성하기 위해, 프리즘(420)은 광 빔(110A)이 다른 프리즘(405, 410, 또는 415) 중 어느 하나를 벗어날 위험 없이 15도만큼 회전될 수 있다. 현재의 대역폭 범위 요건에서는 필요하지 않지만, 프리즘(420)은 15도 이상으로 회전될 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 프리즘(410)은 프리즘(410)을 회전시키게 하는 작동 시스템(410A)에 장착될 수 있고, 프리즘(410)의 이러한 회전은 광 빔(110A)의 파장의 미세한 제어를 제공할 수 있다. 작동 시스템(410A)은 압전 모터로 제어되는 로터리 스테퍼 모터를 포함할 수 있다. 압전 모터는 선형 또는 회전 운동을 생성하기 위해 재질이 음향 또는 초음파 진동을 발생시키는 역방향 압전 효과를 이용하여 작동한다.
격자(400)에 더 가깝고 프리즘(420)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가지는 다음 프리즘(415)은, 일부 구현예에서 공간적으로 고정될 수 있다. 격자(400)에 더 가까운 다음 프리즘(410)은 프리즘(415)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다.
격자(410)에 가장 가까운 프리즘(405)은 프리즘(410)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다 (프리즘(405)은 빔 확장기의 가장 큰 프리즘이다). 프리즘(405)은 프리즘(405)을 회전시키는 작동 시스템(405A)에 장착될 수 있고, 프리즘(405)의 그러한 회전은 광 빔(110A)의 파장의 개략적인 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프리즘(405)은 광 빔(110A)(및 이에 따라 광 빔(110))의 파장을 약 193.2 나노미터(nm)로부터 약 193.5 nm로 조정하기 위해 1-2도만큼 회전될 수 있다. 일부 구현예에서, 작동 시스템(405A)은 프리즘(405)이 고정되는 (플레이트(423A)와 같은) 마운팅 표면 및 이 마운팅 표면을 회전시키는 모터 샤프트를 포함하는 로터리 스테퍼 모터를 포함한다. 작동 시스템(405A)의 모터는 종래의 리니어 스테퍼 모터 및 굴곡 장치 조합 설계보다 50배 더 빠른 압전 모터일 수 있다. 작동 시스템(420A)과 마찬가지로, 작동 시스템(405A)은 제어 시스템(185) 또는 제어 모듈(350)에 대한 각도 위치 피드백을 제공하는 광학 로터리 인코더를 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 스펙트럼 특징 선택 장치(530)의 다른 구현예에서, 고속 작동 시스템(520A)은 격자(500)로부터 가장 멀리 있는 빔 확장기의 프리즘(520)을 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전(R)시키도록 설계된다.
장치(530)는 샤프트 축선(AR)의 위치에서 회전 플레이트(523A)에 기계적으로 연결된 제1 영역(540A)을 가진 연장 암(525A)을 포함한다. 연장 암(525A)은 샤프트 축선(AR)과 교차하지 않도록 XY 평면에서의 방향 (따라서 샤프트 축선(AR)에 수직한 방향)을 따라 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋되는 제2 영역(545A)을 가진다. 프리즘(520)은 제2 영역(545A)에 기계적으로 연결된다.
프리즘(520)의 무게 중심(프리즘 축선(AP))과 샤프트 축선(AR)의 둘 모두는 장치(530)의 Z 축과 평행하게 유지되며; 그러나, 프리즘(520)의 무게 중심은 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋 되어 있다. 연장 암(525A)의 샤프트 축선(AR)을 중심으로 한 각도(Δθ)만큼의 회전은 조합된 운동을 프리즘(520)에 가한다: 프리즘(520)의 샤프트 축선(AR)을 중심으로 한 XY 평면 내에서 각도(Δθ)만큼의 회전(R)(도 5c 참조), 및 장치(730)의 XY 평면 내에 놓여진 방향을 따라 프리즘(520)의 직선 이동(T). 도 5c의 예에서, 프리즘(520)은 제1 각도(θ1)로부터 제2 각도(θ2)로 회전되고(R), XY 평면의 제1 위치(Pos1)로부터 XY 평면의 제2 위치(Pos2)로 직선 이동된다.
따라서, 프리즘(520)에 대한 직선 이동(T)은 격자(500)의 표면(502)의 장축(501)에 평행한 방향을 따라 광 빔(110A)을 평행 이동시킨다. 장축(501)은 또한 장치(530)의 XY 평면을 따라 놓인다. 광 빔(110A)의 이러한 변환을 수행함으로써, 가능한 광학 배율(OM)의 범위의 하단에서 격자(500)의 어느 면적 또는 영역이 조명되는지를 제어하는 것이 가능하다. 또한, 격자(500) 및 격자의 표면(502)은 불균일하다; 즉, 격자(500)의 표면(502)의 일부 영역은 격자(500)의 표면(502)의 다른 영역보다 광 빔(110A)의 파면에 다른 변화를 가하고, 표면(502)의 일부 영역은 표면(502)의 다른 영역보다 광 빔(110A)의 파면에 더 큰 왜곡을 가한다. 제어 시스템(185) (또는 제어 모듈(350))은, 고속 작동 시스템(520A)을 제어하여 이에 따라 프리즘(520)에 대한 병진 이동(T)을 조절할 수 있고 격자(500) 표면(502)의 불균일성을 이용하기 위해 장축(501)을 따라 광 빔(110A)의 병진 이동을 조절할 수 있으며, 또한, 격자 표면(502)의 일 단부 근처의 격자 표면(502)의 더 높은 왜곡 영역을 조명하여 단순히 광학 배율을 낮추는 효과로 얻을 수 있는 것보다 더욱 많이 스펙트럼 대역폭을 증가시킬 수 있다.
또한, 프리즘(520)에 대한 직선 이동(T)은 광 빔(110A)의 위치에 대해 상대적인 프리즘(520)의 회전 중에 프리즘(520)의 빗변(H)(도 5c 참조)을 병진 이동시킨다. 따라서, 빗변(H)에 대한 병진 이동은 장치(530)의 작동 중에 빗변(빗변)(H)의 새로운 영역을 광 빔(110A)에 노출시킨다. 장치(530)의 수명 동안, 프리즘(520)은 그 회전 범위의 일 단부로부터 타 단부로 회전되고, 또한 더 많은 영역이 광 빔(110A)에 노출되어, 광 빔(110A)에 의해 프리즘(520)에 가해지는 손상의 양을 감소시킨다.
장치(430)와 유사하게, 스펙트럼 특징 선택 장치(530)는 격자(400)를 또한 포함하고, 빔 확장기는 프리즘(520)과 격자(500) 사이의 광 빔(110A)의 경로를 따라 위치된 프리즘(505, 510, 515)을 포함한다. 격자(500) 및 4개의 프리즘(505, 510, 515, 520)은, 광 빔(110A)이 장치(530)의 개구부(555)를 통과한 후에, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 구성된다. 광 빔(110A)은 개구부(555)로부터 프리즘(520), 프리즘(515), 프리즘(510), 프리즘(505)을 통해 장치(530)의 XY 평면 내의 경로를 따라 이동하고, 이후, 격자(500)로부터 반사되어, 개구부(555)를 통해 장치를 빠져 나오기 전에 프리즘(505, 510, 515, 520)을 다시 통과한다.
도 6a-6d를 참조하면, 다른 구현예에서, 고속 작동 시스템(620A)은 고속 작동 시스템(520A)과 유사하게 설계되나, 부가된 2차 액추에이터(660A)를 구비한다. 2차 액추에이터(660A)는 격자(600)로부터 가장 먼 프리즘(620)에 물리적으로 결합된다. 2차 액추에이터(660A)는, XY 평면에 놓이고 또한 프리즘(620)의 빗변(H)의 평면에 놓인 축선(AH)을 중심으로 프리즘(620)을 회전시키도록 구성된다.
일부 구현예에서, 비록 요구되지는 않지만, 2차 액추에이터(660A)는 제어 모듈(350)(또는 제어 시스템(185))에 의해 제어된다. 2차 액추에이터(660A)는 제어 모듈(350) 또는 제어 시스템(185)에 의해 제어되지 않는 수동 스크류 및 굴곡 디자인일 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(660A)는 시스템(620A)이 사용되기 전에 설정될 수 있거나, 주기적으로 시스템(620A)의 사용 사이에서 수동으로 변경될 수 있다.
따라서, 프리즘(620)은 XY 평면에 놓이는 축선(AH)를 중심으로 회전될 수 있어, 광 빔(110A)이 프리즘(620) 및 프리즘(620)의 빗변(H)에 진입하는 곳에 대하여 더욱 우수한 제어를 가능하게 하는데, 이는 각각의 프리즘(615, 610, 605), 및 격자(600)를 통과하는 광 빔(110A)의 경로를 더욱 잘 유지하기 위한 것이다. 특히, 축선(AH)를 중심으로 한 프리즘(620)의 회전은 광 빔(110A)이 보다 미세하게 조절될 수 있게 한다. 예를 들어, 프리즘(620)은 축선(AH)을 중심으로 회전되어, 프리즘(620)이 축선(AP 또는 AR)을 중심으로 회전하더라도 격자(600)로부터의 역 반사된 (즉, 회절된) 광 빔(110A)이 XY 평면에 남아 있고 장치(630)의 Z 축을 따라 옮겨지지 않는 것을 확보할 수 있다. 축선(AP 또는 AR)이 Z 축과 완벽하게 정렬되지 않은 경우, 이 Z 축 조절을 수행하는 것이 유익하다. 또한, 연장 암(625A)이 캔틸레버이고 Z 축에 따르는 방식으로 처지거나 움직여 축선(AH)을 중심으로 구부러질 수 있기 때문에, 프리즘(620)을 축선(AH) 중심으로 회전시키는 것이 유리할 수 있고, 2차 액추에이터(660A)가 이 구부러짐을 상쇄하는 데 사용될 수 있다.
도 7을 참고하면, 또 다른 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(730)는 (격자와 같은) 분산형 광학 요소(700), 그리고 개구부(755)로부터 격자(700)로 진행하면서 광 빔(110A)을 광학적으로 확대하도록 구성되는 셋 이상의 굴절형 광학 요소를 포함하는 빔 확장기를 가지도록 설계된다. 이 예시에서 빔 확장기는 펄스형 광 빔(110A)이 투과하는 4개의 직각 프리즘(705, 710, 715, 720)을 포함하는데, 전술한 바와 같이 각 직각 프리즘을 통과하면서 펄스형 광 빔(110A)은 그 광학 배율이 변화된다. 격자(700)에 가장 가까운 프리즘(705)은 빔 확장기의 프리즘 중 가장 긴 길이의 빗변(705H)을 가진다. 프리즘(705)보다 격자(700) 더 먼 각 연속적인 직각 프리즘은 격자(700)에 더 가까운 인접한 직각 프리즘의 빗변(H)보다 작거나 같은 길이의 빗변(710H, 715H, 720H)을 가진다.
격자(700)에 가장 가까운 직각 프리즘(705)은 그 직각 α이 격자(700)로부터 멀어지는 방향으로 위치하도록 배치된다. 이는, 그 직각이 격자(400)를 향하여 또는 인접하여 위치되는 도 4a의 장치(430)의 프리즘(405)과 대비될 수 있다. 또한, 직각 프리즘(705)과 격자(700) 사이의 영역(707)은 다른 광학 요소가 배제된다. 프리즘(705)와 격자(700) 사이에는 (반사형 광학 요소나 굴절형 광학 요소와 같은) 광학 요소가 존재하지 않는다. 따라서, 광 빔(110A)은 프리즘(705)과 격자(700) 사이를 다른 광학 요소를 통과하지 않고 진행한다.
도 4a에 도시된 배치로부터 도 7에 도시된 배치로 프리즘(705)을 이와 같이 뒤집음으로써, 프리즘(720)의 각 회전 단위에 대하여 광 빔(110A)의 광학 배율(365)에 더 큰 변화를 얻을 수 있고, 따라서 광 빔(110A) (및 광 빔(110))의 대역폭의 더욱 신속한 조절이 가능하게 된다. 이 구현예에서, 광 빔(110A)의 대역폭을 조절하기 위하여, 프리즘(720, 710)은 넓은 범위의 광학 배율을 얻기 위하여 서로와 연대하여 회전된다. 구체적으로, 프리즘(720)과 프리즘(710)이 서로와 연대하여 회전되는 경우, 광학 배율은 하한값 13x으로부터 상한값 75x까지 조절될 수 있고, 이는 도 4a의 배치에서 가능한 것보다 넓은 범위이다. 장치(730)의 배치는, 2개의 프리즘(720, 710)이 서로와 연대하여 회전되는 경우 광 빔(110A)의 대역폭을 조절하는 가장 빠른 방안을 제공한다. 장치(730)는 도 4a의 장치(430)와 전체적으로 다른 구성을 가지며, 조명 시스템(150)의 (광학 소스(105)와 같은) 다른 콤포넌트의 재설계 또는 재구성을 필요로 한다.
다음으로, 포토리소그래피 시스템(100)의 다른 양태에 관하여 도 1, 도 8, 및 도 9를 참조로 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(185)은 펄스형 광학 소스(105)에 그리고 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 작동적으로 연결된다. 그리고, 스캐너(115)는 제어 시스템(185) 및 스캐너(115) 내의 콤포넌트에 작동적으로 연결되는 리소그래피 제어기(140)를 포함한다.
펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률은 광 빔(110)의 펄스가 광학 소스(105)에 의해 생성되는 속도이다. 따라서, 예를 들어, 펄스형 광 빔(110)의 반복률은 1/Δt로서, Δt는 펄스 사이의 시간이다. 제어 시스템(185)은 일반적으로 스캐너(115) 내의 웨이퍼(120)를 노광할 때 펄스형 광 빔의 반복률을 수정하는 것을 포함하여 펄스형 광 빔(110)이 생성되는 반복률을 제어하도록 구성된다.
일부 구현예에서는, 스캐너(115)는 (제어기(140) 및 제어 시스템(185) 사이의 통신을 통해) 광학 소스(105)이 펄스형 광 빔(110)을 생성하도록 하여, 스캐너(115)는 제어기(140) 및 제어 시스템(185)을 통해 반복률, 대역폭 또는 파장 등의 스펙트럼 특징, 및/또는 선량(dose)을 제어한다. 예컨대, 제어기(140)는 광 빔(110)의 반복률을 수용 가능한 특정한 범위 내에 유지하기 위하여 제어 시스템(185)에 신호를 송신한다. 스캐너(115)는 일반적으로 광 빔(110)의 펄스의 각 버스트(burst)에 대해 반복률을 일정하게 유지한다. 광 빔(110)의 펄스의 버스트는 웨이퍼(120)상의 노광 필드에 대응할 수 있다. 노광 필드는, 스캐너(115) 내에서 노광 슬릿 또는 윈도우의 하나의 스캔에서 노광되는 웨이퍼(120)의 영역이다. 펄스의 버스트는 예를 들어 10 내지 500 펄스 중 여하한 값을 포함할 수 있다.
임계 치수(CD)은 시스템(100)에 의해 웨이퍼(120) 상에 프린트 될 수 있는 가작 작은 피처 크기이다. CD는 광 빔(110)의 파장에 의존한다. 웨이퍼(120) 상에 및 시스템(100)에 의해 노광되는 다른 웨이퍼 상에 프린트되는 마이크로 전자 피처의 균일한 CD를 유지하기 위하여, 광 빔(110)의 중심 파장이 예상 또는 목표 중심 파장에 또는 목표 파장 주위의 소정 범위의 파장 내에 남아있어야 한다. 따라서, 목표 중심 파장에 또는 목표 중심 파장 주위의 수용 가능한 파장의 소정 범위 내에 중심 파장을 유지하는 것에 더하여, 광 빔(110)의 대역폭 (광 빔(110)의 파장의 범위)를 대역폭의 수용 가능한 범위 내에 유지하는 것이 바람직하다.
광 빔(110)의 대역폭을 수용 가능한 범위로 유지하기 위하여, 또는 광 빔(110)의 대역폭을 조절하기 위하여, 제어 시스템(185)는 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에 대한 조절양을 결정하도록 구성된다. 추가적으로, 제어 시스템(185)는, 신호를 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송하여, 장치(130)의 하나 이상의 광 콤포넌트(예컨대, 프리즘(320))을 이동시킴으로써, 펄스형 광 빔(110)이 웨이퍼(120)를 노광하고 있는 동안 위 결정된 조절양에 의해 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 변화시키고, 이에 따라 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률의 수정에 의해 초래되는 대역폭 변이를 보상하도록 구성된다.
펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 펄스의 여하한 2개의 버스트 사이에서 변화될 수 있다. 또한, 대역폭이 제1 값으로부터 제2 값으로 변경되고 제2값에서 안정화되는데 걸리는 시간은 펄스의 버스트 사이의 시간보다 짧아야 한다. 예를 들어, 버스트 사이의 시간간격이 50 밀리세컨드(ms)이면, 대역폭을 제1 값에서 제2 값으로 변경하고 제2 값에서 안정화되는 총 시간은 50 ms보다 짧아야 한다. 제어 시스템(185) 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 대역폭의 고속의 변화를 가능하게 하도록 설계된다.
스캐너(115)의 제어기(140)는 제어 시스템(185)에 신호를 전송하여, 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝되는 펄스형 광 빔(110)의 (대역폭 또는 반복률 등의) 양태를 조절하거나 수정한다. 제어 시스템(185)에 전송되는 신호는 제어 시스템(185)이 펄스형 광학 소스(105)에 전송되는 전기 신호 또는 장치(130)에 전송되는 전기 신호를 수정하도록 할 수 있다. 예를 들어, 펄스형 광학 소스(105)가 가스 레이저 증폭기를 포함하면, 전기 신호는 펄스형 광학 소스(105)의 하나 이상의 가스 방전 챔버 내의 전극에 펄스형 전류를 제공한다.
도 1을 다시 참조하면, 웨이퍼(120)는 웨이퍼(120)를 유지하도록 구성된 웨이퍼 테이블에 배치되고, 웨이퍼 테이블은 제어기(140)의 제어 하에 및 소정 파라미터들에 따라 웨이퍼(120)를 정확히 위치시키는 위치 설정기(positioner)에 연결된다.
포토리소그래피 시스템(100)은 또한 광 빔(110)의 하나 이상의 (대역폭 또는 파장 등의) 스펙트럼 특징을 측정하는 서브 시스템을 포함할 수 있는 계측 시스템(170)을 포함할 수 있다. 동작 중에 포토리소그래피 시스템(100)에 인가되는 다양한 교란 때문에, 웨이퍼(120)에서의 광 빔(110)의 (대역폭 또는 파장 등의) 스펙트럼 특징의 값은 요구되는 스펙트럼 특징(즉, 스캐너 (115)가 기대하는 스펙트럼 특징)에 대응하지 않거나 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 광 빔(110)의 (특성 대역폭 등의) 스펙트럼 특징은 광 스펙트럼으로부터 메트릭의 값을 추정함으로써 작동 중에 측정되거나 추정되어, 오퍼레이터 또는 자동화된 시스템(예컨대, 피드백 제어기)이 측정된 또는 추정된 대역폭을 사용하여 광학 소스(105)의 특성을 조절하고 광 빔(110)의 광 스펙트럼을 조절할 수 있다. 계측 시스템(170)의 서브 시스템은 이 광 스펙트럼에 기초하여 광 빔(110)의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭 및 / 또는 파장)을 측정한다.
계측 시스템(170)은 광학 소스(105)과 스캐너(115) 사이의 경로에 배치된 빔 분리 디바이스로부터 재지향되는 광 빔(110)의 일부를 수용한다. 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 제1 부분 또는 백분율을 계측 시스템(170)으로 향하게 하고, 광 빔(110)의 제2 부분 또는 백분율을 스캐너(115)로 향하게 한다. 일부 구현예에서, 광 빔(110)의 대부분은 스캐너(115)를 향한 제2 부분으로 지향된다. 예를 들어, 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 일부(예를 들어, 1-2 %)를 계측 시스템(170)으로 향하게 한다. 빔 분리 디바이스는 예를 들어 빔 분할기(beam splitter)일 수 있다.
스캐너(115)는, 예를 들어, 하나 이상의 집광 렌즈, 마스크, 및 대물 렌즈 배열을 가지는 광학적 배치 구성을 포함한다. 마스크는, 광 빔(110)의 광축을 따라 또는 광축에 수직한 평면에서 등, 하나 이상의 방향을 따라 이동될 수 있다. 상기 대물 렌즈 배열은 투영 렌즈를 포함하고, 마스크로부터 웨이퍼(120) 상의 포토레지스트로 이미지 전사가 일어날 수 있게 한다. 조명기 시스템은 마스크에 충돌하는 광 빔(110)에 대한 각도 범위를 조절한다. 또한 조명기 시스템은 마스크에 걸쳐 광 빔(110)의 강도 분포를 균질화(균일화)한다.
스캐너(115)는 다른 특징부 중에서 리소그래피 제어기(140), 에어 컨디셔닝 디바이스, 및 다양한 전기 부품을 위한 파워 서플라이를 포함할 수 있다. (위에서 설명한) 광 빔(110)의 펄스의 반복률을 제어하는 것에 더하여, 리소그래피 제어기(140)는 웨이퍼(120) 상에 층이 어떻게 인쇄되는지를 제어한다. 리소그래피 제어기(140)는 메모리를 포함하는데, 메모리는 프로세스 레시피와 같은 정보를 저장하고, 또한 아래에서 더욱 완전히 설명되는 바와 같이 어떤 반복률이 사용될 수 있는지 또는 바람직한지에 관한 정보를 저장할 수 있다.
웨이퍼(120)는 광 빔(110)에 의해 조사된다. 프로세스 프로그램 또는 레시피는 노광에 영향을 미치는 다른 요인뿐만 아니라, 웨이퍼(120) 상의 노광의 길이, 사용된 마스크를 결정한다. 리소그래피 동안, 위에서 설명한 바와 같이, 광 빔(110)의 복수의 펄스는 웨이퍼(120)의 동일한 영역을 조명하여 조사 선량을 형성한다. 동일한 영역을 조명하는 광 빔(110)의 펄스의 수(N)는 노광 윈도우 또는 슬릿으로 지칭될 수 있고, 슬릿의 크기는 마스크 앞에 배치된 노광 슬릿에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현예에서는, N의 값은 수십이고, 예를 들어, 10-100 펄스이다. 다른 구현예에서는, N의 값은 100 펄스보다 크고, 예를 들어, 100-500 펄스이다.
마스크, 대물 렌즈 배열, 및 웨이퍼(120) 중 하나 이상은 노광 필드에 걸쳐 노광 윈도우를 스캔하기 위한 노광 중에 서로에 대하여 상대적으로 이동할 수 있다. 노광 필드는 노광 슬릿 또는 윈도우의 하나의 스캔에서 노광되는 웨이퍼(120)의 영역이다.
도 8를 참조하면, 예시적인 광학 소스(805)은 광 빔(110)으로서 펄스 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 소스이다. 광학 소스(805)는 시드 광 빔(seed light beam)(110A)을 파워 증폭기(PA)(810)에 제공하는 마스터 오실레이터(MO)(800)를 포함하는 2 단 레이저 시스템이다.마스터 오실레이터(800)는 전형적으로 증폭이 발생하는 이득 매질 및 광 공진기와 같은 광 피드백 메카니즘을 포함한다. 파워 증폭기(810)는 전형적으로 마스터 오실레이터(800)로부터의 시드 레이저 빔이 시딩될 때 증폭이 발생하는 이득 매질을 포함한다. 파워 증폭기(810)가 재생 링 공진기(regenerative ring resonator)로 설계되는 경우, 이는 파워 링 증폭기(power ring amplifier)(PRA)로서 표현되며, 이 경우 링 설계로부터 충분한 광 피드백이 제공될 수 있다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 상대적으로 낮은 출력 펄스 에너지에서 광 빔(110A)의 중심 파장 및 대역폭과 같은 스펙트럼 파라미터의 미세 조정을 가능하게 하기 위해 마스터 오실레이터(800)로부터 광 빔(110A)을 수신한다. 파워 증폭기(810)는 마스터 오실레이터(800)로부터 광 빔(110A)을 수신하고 이 출력을 증폭하여 포토리소그래피에 사용하기 위한 출력에 필요한 파워를 얻는다.
마스터 오실레이터(800)는 2개의 연장된 전극을 가진 방전 챔버, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키는 팬을 포함한다. 레이저 공진기는 방전 챔버의 제1 측에 있는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 방전 챔버의 제2 측에 있는 출력 커플러(815) 사이에 형성되어 시드 광 빔(110A)을 출력 증폭기(810)로 출력한다.
광학 소스(805)는 또한 출력 커플러(815)로부터의 출력을 수신하는 라인 중심 분석 모듈(LAM)(820) 및 필요에 따라 빔의 크기 및/또는 형태를 수정하는 하나 이상의 빔 수정 광학 시스템(825)을 포함할 수 있다. 라인 중심 분석 모듈(820)은 시드 광 빔의 파장(예를 들어, 중심 파장)을 측정하는데 사용될 수 있는 계측 시스템(170) 내의 한 타입의 측정 시스템의 예이다.
파워 증폭기(810)는 파워 증폭기 방전 챔버를 포함하고, 재생 링 증폭기(regenerative ring amplifier)인 경우, 파워 증폭기는 순환하는 경로를 형성하도록 광 빔을 방전 챔버로 되반사시키는 빔 반사체 또는 빔 선회 디바이스(830)를 또한 포함한다. 파워 증폭기 방전 챔버는 한 쌍의 연장된 전극, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키기 위한 팬을 포함한다. 시드 광 빔(110A)은 파워 증폭기(810)를 반복적으로 통과함으로써 증폭된다. 빔 수정 광학 시스템(825)은 출력 광 빔(110)을 형성하기 위해 시드 광 빔(110A)을 인-커플(in-couple)하고 파워 증폭기로부터의 증폭된 방사선의 일부를 아웃-커플(out-couple)하는 방안(예를 들어, 부분 반사 미러)을 제공한다.
마스터 오실레이터(800) 및 전력 증폭기(810)의 방전 챔버에 사용되는 레이저 가스는 요구되는 파장 및 대역폭 주위에서 레이저 빔을 생성하기 위한 임의의 적합한 가스일 수 있다. 예를 들어, 레이저 가스는 약 193 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 아르곤(argon fluoride)(ArF) 또는 약 248 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 크립톤(krypton fluoride)(KrF)일 수 있다.
라인 중심 분석 모듈(820)은 마스터 오실레이터(800)의 출력(광 빔(110A))의 파장을 모니터링한다. 라인 중심 분석 모듈(820)은 광학 소스(805) 내의 다른 위치에 배치될 수 있거나 광학 소스(805)의 출력에 배치될 수 있다.
도 9을 참조하면, 여기에 설명된 시스템 및 방법의 양태에 관련된 제어 시스템(185)에 관한 세부 사항이 제공된다. 제어 시스템(185)은 도 9에 도시되지 않은 다른 특징부를 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 시스템(185)은 디지털 전자 회로, 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 및 소프트웨어 중 하나 이상을 포함한다.
제어 시스템(185)은 메모리(900)를 포함하고, 이는 판독-전용 메모리(ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 실행되도록 저장하기에 적합한 스토리지 디바이스는, 예를 들자면 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스; 내장 하드 디스크 또는 착탈식 디스크와 같은 자기 디스크; 자기-광학적 디스크발성 및 CD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비-휘발성 메모리를 포함한다. 제어 시스템(185)은 하나 이상의 입력 디바이스(905)(예컨대 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 마우스, 핸드-헬드 입력 디바이스 등) 및 하나 이상의 출력 디바이스(910)(예컨대 스피커 또는 모니터)를 더 포함할 수 있다.
제어 시스템(185)은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(915), 및 프로그래밍 가능한 프로세서(예컨대 프로세서(915)에 의해 실행되도록 머신-판독가능 스토리지 디바이스에 유형화되어 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품(920)을 포함한다. 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(915)는 각각, 입력 데이터를 처리하여 적합한 출력을 발생함으로써 요구되는 기능을 수행하도록, 명령들의 프로그램을 실행할 수 있다. 일반적으로, 프로세서(915)는 메모리(900)로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 앞선 기기들 모두는 특수하게 설계된 ASIC(주문형 집적회로)에 의하여 보완되거나 그 안에 통합될 수 있다.
제어 시스템(185)은, 특히 다른 콤포넌트들 중에서도, 스펙트럼 특징 분석 모듈(925), 리소그래피 분석 모듈(930), 결정 모듈(935), 광원 작동 모듈(950), 리소그래피 작동 모듈(955), 및 빔 준비 작동 모듈(960)를 포함한다. 이러한 모듈 각각은 프로세서(915)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품들의 세트일 수 있다. 또한, 모듈(925, 930, 935, 950, 955, 960) 중 어느 것이라도 메모리(900)에 저장된 데이터에 접근할 수 있다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(925)은 계측 시스템(170)으로부터의 출력을 수신한다. 리소그래피 분석 모듈(930)은 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 정보를 수신한다. 결정 모듈(935)은 (모듈(925, 930)과 같은) 분석 모듈로부터 출력을 수신하고, 분석 모듈로부터의 출력에 기초하여 어떠한 작동 모듈 또는 모듈이 활성화되어야 할지를 결정한다. 광원 작동 모듈(950)은 광학 소스(105) 중 하나 이상 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 연결된다. 리소그래피 작동 모듈(955)은 스캐너(115), 구체적으로 리소그래피 제어기(140)에 연결된다. 빔 준비 작동 모듈(960)은 빔 준비 시스템(112)의 하나 이상의 콤포넌트에 연결된다.
도 9에는 소수의 모듈만 도시되어 있지만, 제어 시스템(185)은 다른 모듈을 포함하는 것이 가능하다. 또한, 모든 콤포넌트가 동일 위치에 있는 것처럼 보이는 박스로 제어 시스템(185)이 표현되어 있지만, 제어 시스템(185)은 서로 물리적으로 멀리 떨어져 있는 콤포넌트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(950)은 광학 소스(105) 또는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 물리적으로 함께 배치될 수 있다.
일반적으로, 제어 시스템(185)은 계측 시스템(170)으로부터 광 빔(110)에 관한 적어도 일부 정보를 수신하고, 스펙트럼 특징 분석 모듈(925)은 정보에 대한 분석을 수행하여 스캐너(115)에 공급되는 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭)을 어떻게 조절할지를 결정한다. 이 결정에 기초하여, 제어 시스템(185)은 제어 모듈(350)을 통해 광학 소스(105)의 동작을 제어하기 위해 신호를 스펙트럼 특징 선택 장치(130) 및/또는 광학 소스(105)에 전송한다.
일반적으로, 스펙트럼 특징 분석 모듈(925)은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 파장 및/또는 대역폭)을 추정하는 데 필요한 분석을 수행한다. 스펙트럼 특징 분석 모듈(925)의 출력은 스펙트럼 특징의 추정값이다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(925)은 추정된 스펙트럼 특징을 수신하도록 연결되고 또한 스펙트럼 특징 목표값을 수신하도록 연결되는 비교 블록을 포함한다. 일반적으로, 비교 블록은 스펙트럼 특징 목표값과 추정값 사이의 차이를 나타내는 스펙트럼 특징 오차값을 출력한다. 결정 모듈(935)은 스펙트럼 특징 오차값을 수신하고, 스펙트럼 특징을 조절하기 위해 시스템(100)에 대한 보정을 가장 잘 수행하는 방법을 결정한다. 따라서, 결정 모듈(935)은 스펙트럼 특징 오차값에 기초하여 스펙트럼 특징 선택 장치(130)(또는 광학 소스(105))를 조절하는 방법을 결정하는 신호를 광원 작동 모듈(950)에 전송한다. 광원 작동 모듈(950)의 출력은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송되는 한 세트의 액추에이터 명령을 포함한다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(950)은 장치(330) 내의 작동 시스템에 연결된 제어 모듈(350)에 명령을 전송한다.
제어 시스템(185)은 광학 소스(105)가 주어진 반복률로 작동하게 한다. 더욱 구체적으로, 스캐너(115)는 모든 펄스에 대하여 (즉, 펄스-펄스 기반으로) 광학 소스(105)에 트리거 신호를 전송하고 트리거 신호들 사이의 시간 간격은 임의의 값이 될 수 있지만, 스캐너(115)가 정규적인 간격으로 트리거 신호를 전송하는 경우 이 신호들의 레이트가 반복률이다. 반복률은 스캐너(115)에 의해 요구되는 비율일 수 있다.
파워 증폭기(810)에 의해 생성된 펄스의 반복률은 스캐너(115) 내의 제어기(140)로부터의 명령 하에 제어 시스템(185)에 의해 마스터 오실레이터(800)가 제어되는 반복 속도에 의해 결정된다. 파워 증폭기(810)로부터 출력되는 펄스의 반복률은 스캐너(115)에 의해 보여지는 반복률이다.
프리즘(320) (또는 프리즘(420, 520, 620, 720))은 개략적인, 넓은 범위의, 느린 대역폭 제어를 위하여 사용될 수 있다. 이에 대비하여, MO(800) 및 PRA(810) 내에서 전극의 활성화 사이의 차분 타이밍을 제어함으로써 대역폭은 미세하고 좁은 범위에서 그리고 보다 빠르게 제어될 수 있다.
다른 구현예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
예를 들어, 다른 구현예에서, 프리즘(315)는 프리즘(315)을 회전시키는 그 자신의 작동 시스템(315A)에 장착되며, 이러한 회전은 광 빔(110A)이 격자(300) 상에 충돌하는 입사각을 변화시키고 광 빔(110A)의 파장의 미세한 제어를 제공하는데 사용될 수 있다. 작동 시스템(315A)은 액추에이터로서 압전 회전 스테이지를 포함할 수 있다. 이러한 다른 구현예에서, 프리즘(310)은 광 빔(110A)의 대역폭의 미세한 제어를 제공하는 작동 시스템(310A)에 장착될 수 있다. 이러한 작동 시스템(310A)은 액추에이터로서 스테퍼 모터 로터리 스테이지를 포함할 수 있다.

Claims (25)

  1. 광 빔을 생성하는 광학 소스를 위한 스펙트럼 특징 선택 장치로서,
    펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 반사형 광학 요소; 및
    상기 펄스형 광 빔이 각각의 직각 프리즘을 통과할 때 그 배율이 변화되도록 펄스형 광 빔이 투과하게 되는 복수의 직각 프리즘을 포함하고,
    상기 펄스형 광 빔은 빔 경로를 따라 진행하고, 상기 펄스형 광 빔의 횡 방향 치수가 각각의 직각 프리즘의 각각의 빗변 내에 들어가도록 각각의 직각 프리즘의 빗변을 가로 지르는 횡 방향 치수를 가지며,
    상기 반사형 광학 요소에 가장 가까운 직각 프리즘은 복수의 직각 프리즘 중에서 가장 긴 길이를 가지는 빗변을 가지고,
    상기 반사형 광학 요소로부터 더 먼 각각의 연속적인 직각 프리즘은 상기 반사형 광학 요소에 더 가까운 인접한 직각 프리즘의 빗변보다 작거나 같은 길이의 빗변을 가지며,
    상기 반사형 광학 요소에 가장 가까운 직각 프리즘은, 그 직각이 상기 반사형 광학 요소에 가장 가까운 프리즘의 각도는 아니게 되도록 배치되고,
    상기 반사형 광학 요소에 가장 가까운 직각 프리즘과 상기 반사형 광학 요소 사이의 광학 경로에는 어떠한 다른 광학 요소도 배제되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 광학 요소로부터 가장 먼 직각 프리즘은 작동 시스템과 연관되어 움직일 수 있고, 상기 반사형 광학 요소에 두 번째로 가까운 직각 프리즘은 작동 시스템과 연관되어 움직일 수 있는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 광학 요소로부터 가장 먼 직각 프리즘과 상기 반사형 광학 요소 사이의 영역에는 어떠한 다른 반사형 광학 요소도 배제되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 2개의 작동 시스템을 더 포함하되, 각 작동 시스템은 상기 복수의 직각 프리즘 중 하나의 직각 프리즘과 연관되고 연관된 직각 프리즘을 상기 펄스형 광 빔에 대해 상대적으로 회전시키도록 구성되어 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절하게 되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 작동 시스템에 연결되고 각각의 작동 시스템에 신호를 전송하도록 구성되는 제어 시스템을 더 포함하는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 펄스형 광 빔을 수신하는 포토리소그래피 노광 장치와 통신하고, 상기 제어 시스템은 상기 포토리소그래피 노광 장치로부터 명령을 수신하여, 상기 펄스형 광 빔을 생성하도록 펄스형 광학 소스에 신호를 전송하는 동안 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징으로 수정하도록 구성되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 광학 요소와 상기 복수의 직각 프리즘은 펄스형 광 빔의 빔 경로가 장치의 XY 평면에 놓이도록 XY 평면에 배치되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 광학 요소로부터 가장 먼 직각 프리즘과 연관된 작동 시스템을 더 포함하되, 상기 작동 시스템은, 상기 반사형 광학 요소와 상기 복수의 직각 프리즘에 의해 규정되는 XY 평면에 수직인 샤프트 축선을 중심으로 회전하는 회전 샤프트를 갖는 로터리 모터를 포함하는 고속 액추에이터를 포함하는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고속 액추에이터와 연관된 직각 프리즘은, 상기 샤프트 축선에 평행하고 샤프트 축선으로부터 오프셋 되어 있으며 상기 연관된 직각 프리즘의 무게 중심으로부터 오프셋 되어 있는 오프셋 축선을 중심으로 상기 연관된 직각 프리즘이 회전되도록 상기 고속 액추에이터에 장착되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고속 액추에이터는 연관된 직각 프리즘을 상기 오프셋 축선을 중심으로 회전시킴과 아울러 병진 이동시키도록 구성되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  11. 스펙트럼 특징 선택 장치로서,
    분산형 광학 요소;
    상기 분산형 광학 요소와 개구부 사이의 경로에 배치되는 복수의 프리즘을 포함하는 빔 확장기; 및
    상기 빔 확장기 내의 프리즘이 고정되는 회전가능한 샤프트를 포함하는 고속 액추에이터를 포함하는 적어도 하나의 작동 시스템을 포함하고,
    상기 분산형 광학 요소와 상기 빔 확장기는, 광 빔이 장치의 XY 평면에 놓여 있는 광학 경로를 따라 상기 개구부, 상기 빔 확장기, 및 상기 분산형 광학 요소와 상호작용하도록 배치되며,
    상기 회전가능한 샤프트는 상기 XY 평면에 수직인 샤프트 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 상기 프리즘이, 상기 샤프트 축선에 평행하되 샤프트 축선으로부터 오프셋 되어 있는 프리즘 축선을 중심으로 회전하게 하고,
    상기 고속 액추에이터는 기계적 메모리가 없으며 에너지 바닥 상태도 없는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고속 액추에이터는, 상기 분산형 광학 요소로부터 가장 먼 프리즘으로서 상기 빔 확장기 내에서 가장 작은 프리즘과 연관되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트에 고정되는 프리즘의 질량 중심은 상기 샤프트 축선과 정렬되고, 상기 프리즘은, 상기 회전가능한 샤프트가 그 샤프트 축선을 중심으로 회전될 때 프리즘이 그 회전 축선을 중심으로 직접 회전되도록 상기 회전가능한 샤프트에 고정되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트에 고정되는 프리즘의 질량 중심은 상기 샤프트 축선으로부터 오프셋 되어 있는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    회전가능한 샤프트는 아암의 제1 단부에 고정되고, 회전가능한 샤프트에 고정되는 프리즘은 상기 아암의 제2 단부에 고정되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트에 고정되는 프리즘은 그 질량 중심과 샤프트 축선을 중심으로 회전되도록 구성되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 작동 시스템은 가변 주파수 구동 제어를 이용하여 상기 회전가능한 샤프트의 회전을 제어하도록 구성되는 모터 제어기를 포함하는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 분산형 광학 요소와 상기 빔 확장기는 리트로(Littrow) 구성으로 배치되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트는 상기 샤프트 축선을 중심으로 360° 회전하도록 구성되는, 스펙트럼 특징 선택 장치.
  20. 조명 시스템으로서,
    광 빔을 생성하도록 구성되는 광학 소스; 및
    상기 광학 소스에 의해 생성되는 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 스펙트럼 특징 선택 장치를 포함하되, 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는:
    분산형 광학 요소;
    상기 광학 소스의 광 빔이 통과할 수 있는 개구부와 상기 분산형 광학 요소 사이의 경로에 배치되는 복수의 프리즘을 포함하는 빔 확장기; 및
    상기 빔 확장기 내의 프리즘이 고정되는 회전가능한 샤프트를 포함하는 고속 액추에이터를 포함하는 적어도 하나의 작동 시스템을 포함하고,
    상기 분산형 광학 요소와 상기 빔 확장기는, 상기 광학 소스의 광 빔이 장치의 XY 평면에 놓여 있는 광학 경로를 따라 상기 개구부, 상기 프리즘, 및 상기 분산형 광학 요소와 상호작용하도록 배치되며,
    상기 회전가능한 샤프트는 상기 XY 평면에 수직인 샤프트 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 상기 프리즘이, 상기 샤프트 축선에 평행하되 샤프트 축선으로부터 오프셋 되어 있는 프리즘 축선을 중심으로 회전하게 하고,
    상기 고속 액추에이터는 기계적 메모리가 없으며 에너지 바닥 상태도 없는, 조명 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특징 선택 장치와 통신하는 제어 모듈을 더 포함하되, 상기 제어 모듈은 상기 작동 시스템에 신호를 전송하여 상기 고속 액추에이터의 회전가능한 샤프트 및 상기 고속 액추에이터에 연결된 프리즘을 회전시킴으로써 상기 광 빔의 대역폭을 변화시키도록 구성되는, 조명 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 고속 액추에이터는 상기 광 빔의 대역폭을 제1 목표 값으로부터 제2 목표 값으로 변화시키고 50 밀리세컨드(ms) 미만의 시간 내에 상기 제2 목표 값에서 대역폭을 안정화시키도록 구성되는, 조명 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 광학 소스로부터 출력되는 광 빔의 대역폭을 측정하도록 구성되는 측정 디바이스를 더 포함하고, 상기 회전가능한 샤프트의 회전 단위에 의한 상기 고속 액추에이터에 연결된 프리즘의 회전으로 인하여 상기 광 빔의 대역폭이 상기 측정 디바이스의 분해능보다 작은 양만큼 변화하게 되는, 조명 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 고속 액추에이터는 압전 모터를 포함하는, 조명 시스템.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 광학 소스는 시드 광 빔을 파워 증폭기에 제공하는 마스터 오실레이터를 포함하는 2-단 레이저 소스이고, 상기 스펙트럼 특징 선택 장치는 상기 마스터 오실레이터로부터 상기 생성된 광 빔을 수신하는, 조명 시스템.
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