KR20010014187A

KR20010014187A - 간섭측정법으로 제어된 스테이지용 2피이스의 거울장치

Info

Publication number: KR20010014187A
Application number: KR19997012262A
Authority: KR
Inventors: 야오쉬-카이
Original assignee: 게스레이 마크; 에텍시스템즈인코포레이티드
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2001-02-26
Also published as: TW390957B; EP0983481A2; IL133750A0; DE69802185D1; JP2002508079A; CA2296276A1; WO1999002938A2; US6057921A; WO1999002938A3; DE69802185T2; EP0983481B1

Abstract

본 발명은 스테이지의 X와 Y좌표를 간섭측정법으로 판정하기 위해서, 2개의 독립적인 정확한 바디의 구성에 3개 거울이 제공되고, 관심있는 축에 수직으로 놓여있는 2개 연장된 주거울(M1,M2), 및 긴 거울중의 하나의 종단면에 우측으로 비스듬히 공정되거나 고정된 제 3의 더 작은 교정 거울(M3)이 있으며, 교정 거울(M3)과 그것이 부착되는 거울 사이의 직교성 에러가 교정되어, 다른 거울과의 병행의 이탈이 판정되는 것을 특징으로 한다.

Description

간섭측정법으로 제어된 스테이지용 2피이스의 거울장치{TWO PIECE MIRROR ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETRICALLY CONTROLLED STAGE}

예를 들어 고해상도 마이크로리소그래피 응용에서, 이동가능한 기계식 스테이지의 XY축상의 위치를 판정하고 제어하기 위해 간섭계 장치를 사용하는 것이 잘 공지되어있다. 도 1은 X축 및 Y축에서 이동할 수 있는 스테이지(10)를 나타내는 평면도이다. (도시된 X축 및 Y축은 구조적 구성요소가 아니라 단순히 방위 목적을 위한 것이다). 스테이지(10)는 일반적으로 Y,X축 모두를 따라서 구동된다. 일반적으로, 이것은 리니어 모터에 의해 실현되고, 리니어 모터의 제 1 세트가 X방향 이동을 제공하며, 리니어 모터의 제 2 세트가 Y방향 이동을 제공한다. 예를 들어, 리니어 모터에 의해 전력공급된 스테이지는, 가이드레일을 따라 X방향에서 차례로 이동되고 리니어 모터에 의해 전력공급되는 기계식 가이드빔상에서 Y방향에서 앞뒤로 이동할 수도 있다. 이것은 원하는 독립적 2방향 이동을 제공한다.

그러한 스테이지(10)는 예를 들어 리소그래피를 위해 웨이퍼가 정확하게 위치될 수 있도록 IC 웨이퍼를 지지한다. 예를 들어 커다란 PCB용 기판이 되는 적층판상의 도전 패턴을 한정하기 위해, 다른 포토리소그래피 응용에서 유사한 장치가 사용된다. 이러한 경우, 스테이지(10)상에 처크(도시되지 않음) 또는 기판(워크 피이스)을 홀딩하기 위한 다른 홀딩방법의 장치가 위치된다. 일반적으로 그러한 스테이지상에 존재하는 다른 구성요소는 처크를 순환적으로, 그리고 위아래로 이동시키기 위한 기준표시 및 방법을 포함한다. 이들 다른 구성요소 또한 도시되어 있지 않다.

영상화 목적을 위해, 스테이지(10)상에 위치된 워크 피이스상에 입사되는 라이트빔을 제공하기 위한 광시스템을 포함하는 포토리소그래피 시스템의 남아있는 구성요소 또한 도시되어 있지 않은 것으로 한다. 이러한 광시스템은 일반적으로 상기 도면의 평면위에 위치한다. 또한, 스테이지(10)는 일반적으로 커다란 평판면(도시되지 않음)상에서 이동하고, 그 위에서 에어 베어링 또는 기계식 볼/롤러 베어링에 의해 지지된다.

본 발명이 관심을 갖는 간섭계 시스템은 종래 기술에서 2개 반사면(M1,M2)을 갖는 1피이스의 커다란 삼각형(또는 직사각형 또는 L-형상) 거울(12)을 포함한다. 1피이스 삼각형 또는 직사각형 거울(12)은 반사면(M1,M2) 사이에 도시된 바와 같이 90°각도로 면하게 되도록 신중하게 제조된다. 일반적으로 간섭측정법의 레이저빔이 가시 파장 스펙트럼내에 있고, 따라서 가시 스펙트럼에서 면(M1,M2)이 반사적이지만, 이것은 제한적인 것이 아닌 것으로 한다.

이러한 예에서, 소위 X방향면(M1)상에 2개 레이저빔(16,18)이 입사된다. 또다른 실시예에서, 하나의 레이저빔만이 면(M1)상으로 입사된다. 2개 레이저빔의 사용은 선형 위치데이터뿐만 아니라 반사면의 각회전 데이터도 제공한다. 이들 빔(16,18)은 간섭계 마운트(14)로부터 제공된다. 일반적으로, 각각의 빔(16,18)을 제공하는 각각의 레이저는 없지만, 그 대신 빔 스플리터와 연결된 단일 레이저가 다수의 빔을 제공한다. 각각의 레이저빔(16,18)에서, 간섭계 마운트(14)를 향해 뒤로 움직이는 거울(M1)로부터 대응하는 반사빔이 있을 것이다.

또한, 거울면(M1)으로부터 뒤로 반사된 빔을 받아들이기에 적당한 고속 광검출기 및 광학장치가 간섭계 마운트(14)에 포함된다. 일반적인 이들 수신 광학장치는 각각의 나가는 간섭계 레이저빔과 수신된(반사된) 간섭계 레이저빔 사이에 간섭계 신호를 생성하여, 워크 피이스 및 부착된 스테이지(10)의 위치 및 결과적인 간섭계 신호의 전자적 분석에 의해 반사면(M1)의 X방향에서 관련 위치 및 이동을 판정한다.

반사면(M2)상에 입사되고 Y방향 간섭계 마운트(24)에서 수신 광학장치 뒤로 반사되는 Y방향 레이저빔(26,28)을 이용하여 Y방향에서 스테이지 위치를 판정하기 위해 유사한 프로시저가 착수된다.

고정밀도를 유지하기 위해, 2개 반사면(M1,M2)의 직교성이 거의 완벽해야 한다. 이것은 일반적으로 1피이스의 입체 삼각형 또는 직사각형 또는 L형상 거울 구조체(12)를 이용하여 실현된다.

웨이퍼(워크 피이스)의 일반적인 크기가 대개 겨우 8인치 직경이고, 거울(12) 및 스테이지(10)의 각각의 측면의 결과적인 길이가 약 12인치인 IC 제조 응용에서 이러한 배치가 잘 작동된다. 그러나, 본 발명자는 스테이지(10)가 대개 더 큰 기판을 지지하려고 하고, 스테이지가 대개 크기면으로 확대되는 응용에서, 1피이스 거울(12)이 매우 커지고 따라서 매우 무거우며 매우 비싸진다는 것을 발견했다. 그러한 반사면의 제조비용이 (매우 대략적으로) 거울 길이의 3제곱씩 증가된다는 점에 주의해야 한다. 또한 물론, 거울이 무거워질수록 스테이지가 지지해야하는 중량이 더 커지고, 따라서 스테이지를 구동하기 위해 좀더 강력한 모터가 요구되어, 제거되어야 하고 재료의 열팽창으로 인해 위치맞춤 시스템의 정확도를 떨어뜨리는 여분의 열을 발생시킨다. 따라서, 도 1에 도시된 타입의 거울(12)은 PCB 또는 플랫 패널 표시장치 공정에서 사용된 타입의 커다란 기판, 즉 30인치 길이 또는 그 이상의 기판에서 비실용적이다. 예를 들어 가까운 미래에 플랫 패널 표시장치에서 사용될 것 같은 크기인 60인치 길이 또는 그보다 더 긴 기판을 지지하기 위한 스테이지를 위해 도 1에 도시된 바와 같은 1피이스 거울(12)을 제조하는 것에 매우 비용이 많이 든다. 따라서, 더 저렴하고 경량이며 간섭측정법 측정에서 필요한 정밀도를 제공하는 간섭계 거울 구성이 필요하다.

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 1997년 7월 8일 출원된 미국 가특허출원번호 제60/052,789호에 대해 우선권을 청구한다.

본 발명은 이동가능한 스테이지 및 다른 정밀도 위치맞춤 방법 및 특히 그 위치가 간섭측정법에 의해 판정되는 개선된 스테이지용 반사장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 스테이지를 위한 간섭측정법 장치를 나타내는 도면,

도 2는 2개의 리지드 피이스에서 3개 거울을 이용하는 본 발명에 따른 간섭측정법 장치를 나타내는 도면, 및

도 3a 및 도 3b는 스틱 거울중의 하나의 관련된 반사면과 기준(교정) 반사면 사이의 각도의 관계를 판정하는 공정을 나타내는 도면이다.

본 발명자는 스테이지를 위치시키기 위한 레이저 간섭측정법에서, 2피이스 거울을 이용하고, 반사면중의 하나가 각각의 피이스상에 위치하는 것이 바람직하다고 판단했다. 그러한 "스틱" 거울 피이스는 비교적 가볍고 제조비용이 저렴하다. 본 발명자는 적절한 측정 및 교정을 제공하기 위해 2개의 분리된 거울의 직교성을 정확하게 판단하는 방법을 나타내는 것이 문제라는 것을 인식했다. 이것은 동적으로 수행되어야 한다; 2개의 분리된 거울이 다른 열 상태등의 영향하에서의 그들의 비례적인 위치 및 방위에서 시간상으로 약간 독립적으로 "표류(draft)"할 수도 있고, 따라서 2개 거울의 상대적인 각도의 판정을 갱신하기 위한 수단이 본 발명에 따라 제공되는 것으로 한다.

본 발명자는 2개 스틱 거울중의 하나의 종단에 위치하고 교정(기준) 거울인 제 3 반사면을 이용하여 이것을 수행할 방법 및 장치를 발견했다. 다른 반사면에 거의 수평이고 그것이 위치하는 스틱 거울의 주반사면에 거의 수직인 이러한 제 3 반사면은 2개 스틱 거울 사이의 각(α) 및 정확한 스테이지 위치를 위한 적절한 교정의 판정을 허용한다. 제 3 반사면은 예를 들어 접착 본딩에 의해 또는 기계적으로 관련된 스틱 거울에 붙박이된 분리된 거울 또는 적절한 스틱 거울의 종단상의 연마면이 된다. 따라서, 제 3(교정) 반사면과 그것이 부착된 스틱 거울간의 각도의 관계는 정밀하고 열적으로 안정되며, 직교성 에러, 90-α가 한번에 교정되고 기록될 수 있다. 그리고 교정 반사면은 2개 스틱 거울의 반사면 사이에서 임의의 주어진 시간에 정확한 관계를 판정하기위해, 그리고 스테이지 위치의 정확한 판정을 위해 (그것이 부착되지 않는) 다른 스틱 거울을 위한 기준이 된다.

본 발명에 따른 간섭측정법의 사용이 레이저 간섭측정법에 제한되지 않는 것으로 한다. 또한 본 명세서에서 "스테이지"에 대한 기준은 그 위치가 간섭측정법으로 판정되고 리소그래피 장비를 위한 스테이지에 제한되지 않는 임의의 이동가능한 물건을 인용한다.

도 2는 본 발명에 따른 거울 배치를 도식적으로 나타내고 있다; 도 1의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 갖는다. 이러한 경우, 2개의 레이저빔, 즉 빔(16,26)만이 면(M1,M2)상에 입사되는 것으로 도시되어 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이 주반사면(M1,M2)상에 입사되는 다른 빔이 있을 수도 있다. 반사면(M1,M2)은 독립적으로, 따라서 비교적 낮은 비용과 경량으로 제조된 분리된 광학적 구성요소인 연장된 (예를 들어, 스틱) 거울(40,42)상에 각각 위치된다. 보여지는 바와 같이, 도 1의 삼각형 거울(12) 재료의 크기는 본 명세서에서 나타나지 않는다; 이것은 대개 거울 장치의 무게를 감소시킨다.

도 2의 장치에서, 제 3 반사면(M3)은 거울(40)의 종단상에 위치한다. 한 실시예에서, 면(M3)은 단일 유리 구조체(40)의 종단상의 연마면이 된다. (본 명세서에 도시된) 또다른 실시예에서, 제 3 반사면(M3)은 예를 들어 접착 본딩 또는 기계식 붙박이에 의해 거울(40)의 종단에 붙박이된 분리된 거울 구조체(48)상의 연마면이 된다. 중요한 것은 반사면(M3)이 거울 구조체에 부착된 방법이라기 보다는 그와 리지드 관계로 유지된다는 것이다; 따라서 또다른 실시예에서 반사면(M3)은 거울(40)에 실제로 부착되지 않은 광학적 구성요소이지만 적당한 기계식 붙박이에 의해 유지된다. 거울 구조체(40)에 붙박이된 반사면(M3) 또는 거울 구조체(40)의 실제 전체면을 가지는 것이 좀더 효과적인 것으로 생각된다. 레이저빔(26)중의 하나는 Y방향 마운트(24)로부터 방사되고, 스테이지(10)의 이러한 위치내에서 제 3 반사면(M3)으로 입사된다. 이러한 빔(26)은 면(M3)으로부터 마운트(24) 뒤로 반사되고, 다른 레이저빔(28)이 거울(M2)로부터 반사되는 동안 그 안의 적당한 수신 광학장치에 의해 수신된다.

따라서 이러한 배치에서, 각(α)(예를 들어 900)에서 2개의 긴 서로 연장된 면(M1,M2)과 제 3 교정면(M3)의 3개 반사면이 있다.

따라서, 교정 반사면(M3)의 각도와 긴 거울 구조체(40)의 반사면(M1) 사이에 한정되고 변하지 않는 관계가 있다. 이러한 2개 거울간의 직교성 에러(90에서 이탈)는 90°-β이고, 이것이 일단 판정되어 간섭계에서의 제어장치를 위한 소프트웨어에 기록된다. 따라서, 교정면(M3)은 효과적으로 제 2 연장 반사면(M2)을 위한 기준 거울이 된다.

단일 빔 또는 2-빔 레이저 간섭계가 반사면(M1)상에 입사되도록 사용될 수도 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 2-빔 레이저 간섭계는 반사면(M3,M2)상에 입사되는 2-빔(26,28)을 갖는 것으로 도시된 바와 같이 사용된다. 정상적인 간섭계 오퍼레이션동안(도시되지 않음), 양쪽 빔(26,28)은 면(M2)의 각도에서 임의의 표류를 모니터하기 위해 반사면(M2)상에 입사된다. 간섭계에서의 교정 공정동안, 빔(28,26)은 각각 반사면(M2,M3)상에 입사된다. 이것은 후술하는 바와 같이 도시된 교정 위치로 적절하게 스테이지(10)를 이동시킴으로써 성취된다. 빔(26,28)을 포함하는 2-빔 레이저 간섭계로부터의 출력 신호는 종래의 것이고 면(M3)과 면(M2) 사이의 각도를 정확하게 측정하기 위해 상업적으로 유효한 각도 검출회로로 전송된다.

이것이 도 2의 반사면(M2)과 반사면(M3) 사이의 각도 관계를 설명하는 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다; 도 2의 남아있는 구조체는 생략되었다. 도 3a-3b에서 명목상의 수평면(M2,M3) 사이의 각뿐만 아니라 이동도 크게 과장되어 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이 스테이지(10)의 제 1 위치에서, 빔(26,28)은 각각 면(M3,M2)에 입사된다. 이러한 위치에서, 2-빔 레이저 간섭계(24,26,28)가 모니터하고 있는 유효면은 각(θ₁)에서 간섭계를 향하고 있는 점선(M₂₃)에 의해 표시된다. 각(θ₁)이레이저빔(26,28)의 푸트프린트간의 이동과 빔(26,28)간의 간격에 의해 판정된다는 것에 주의해야한다. 면(M2,M3)이 대개 수평하고 동일 평면상에 있을 경우, 각(θ₁)은 0에 가까워진다. 그리고, 스테이지는 빔(26,28)이 이제 스테이지(10)가 병진운동된 후 동일한 빔을 표시하는 위치(28',26')로 각각 이동하고, 또한 면(M3,M2)의 다른 부분에 각각 입사되도록 (X방향을 따라) 좌측으로 병진운동한다. 그리고 이것은 각(θ₂)에서 유효면(M'₂₃)을 판정한다. 이러한 경우, 면(M3)은 도시된 바와 같이 면(M2)과 수평하고, 각 θ₁은 θ₂와 같다. 그러므로, 레이저빔(26,28)은 반사면(M2,M3)상의 각의 회전을 전혀 검출하지 않고, M2가 M3와 수평이므로 각(α)이 각(β)과 동일하다는 것을 나타낸다.

면(M2)이 더이상 면(M3)과 수평하지 않은 경우 다른 상황이 도 3b에 도시되어있다. 이러한 경우, 면(M2,M3)간의 비평행으로 인해 각(φ₁)(스테이지 병진운동전)과 각(φ₂)(스테이지 병진운동후)은 다르다; 이러한 각도 차이는 스테이지(10)의 2개 위치에서 빔(28,26)에 의해 측정된 Y방향을 따라 이동된 거리의 비교에 의해 용이하게 관측된다. 그러므로, 이러한 경우 면(M3)과 면(M2) 사이의 각이 얼마인지 정확히 알려지기 때문에, 면(M1)이 면(M2)과 직교에서 벗어난 양을 판정하는 것이 가능하다. 따라서, 이것은 도 2의 각(α)의 판정 및 스테이지(10) 위치의 X, Y방향 간섭측정법 측정 모두를 위한 정확한 교정을 할 수 있게 한다.

실제로 반사면(M2,M3)이 (10아크-초정도의) 매우 작은 각도상의 에러를 가지고 거의 수평하고, 레이저빔(26,28)이 수 분으로 면(M2,M3)에 거의 수직이기 때문에, 거울면 사이의 각(γ)은

에 의해 계산될 수 있고, 여기서 S는 레이저빔(26,28)간의 간격; X는 빔 위치(26과 26', 또는 28과 28')간의 이동거리; 및 (φ₁-φ₂)는 스테이지가 거리(X)를 이동하는 동안 레이저 간섭측정법에 의해 측정된 각도 회전이다. 간섭측정법은 φ₁또는 φ₂의 값을 측정하지 않고서 각(φ₁-φ₂)만을 측정한다는 점에 주의해야 한다. 대안적인 측정수단은 레이저 간섭계 빔(26,28)을 Y방향에 따른 2개의 독립적인 리니어 위치 센서로서 작동한다. 각은 간단하게 (d1-d2)/X이고, 여기서 d1 및 d2는 각각 레이저빔(26,28)에 의해 측정된 Y방향을 따른 이동거리이다.

본 명세서에서 실제 계산은 스테이지(10)의 실제 이동을 제어하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러에 의해 실행된 컴퓨터 프로그램의 일부이고, 일반적으로 그러한 시스템의 일부인 컴퓨터 코드에 의해 착수되는 것으로 한다. 그러한 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서는 간섭계 시스템과 상호연결되고, 그 위치가 간섭계 시스템에 의해 판정됨에 따라 스테이지(10)의 이동에 대한 피드백 제어를 허용한다. 따라서, 상기한 계산부는 다른 종래의 간섭계 제어 프로그램의 추가부분이 된다. 이것을 처리하기 위한 실제적인 컴퓨터 코드가 본 명세서에 도시되어 있지 않지만, 그러한 코드를 기입하는 방법은 본 명세서의 견지에서 해당 기술분야의 일반적인 기술중의 한 기술내에서 해결된다.

본 명세서에서 관련된 반사면의 실제 크기는 중요하지 않고, 물론 일반적으로 스테이지(10)의 실제 크기 및 X 및 Y방향에서의 그 전체 이동(움직임)양에 종속된다. 기준 반사면(M3)의 요구되는 너비는 (φ₁-φ₂)의 주어진 정밀도에 대한 판정에서 충분한 정확성을 허용하기 위해 타당한 긴 거리의 이동(X)을 허용할 수 있을 정도로 넓은 것이다. 기준면(M3)은 광학적으로 평평하다, 즉 주반사면(M1,M2)과 동일한 평탄기준을 갖는다. 본 발명에 따르면, 거울 구조체(40,42) 사이의 각(α)은 정확히 90°일 필요는 없다; 90°에 상당히 가까운 동안은 반사면(M3)을 이용하는 본 직교성 교정은 약간의 편차를 위해 적당히 조절될 것이다. 이것은 거울 구조체의 위치(40,42)에 대해 큰 정확성으로 광학적으로 정렬될 필요가 없기 때문에 대개 쉽게 이러한 거울 배치의 제조를 하게한다.

기준면(M3)을 이용하는 재조정방법은 반사면(M3,M2) 사이의 각을 찾기 위해, 스테이지(10)가 부분이 되는 리소그래피 시스템의 오퍼레이션동안 주기적으로 착수된다고 한다. 예를 들어, 이것은 열효과와 같은 것으로 인한 거울 구조체(40,42)의 관련 위치내 임의의 표류를 보상하기 위해 매 수 분 또는 매 수 시간마다 일어날 수도 있다.

본 명세서는 도해적인 것이지 제한적인 것이 아니다; 추가적인 변경이 본 발명의 견지에서 당업자에게 명백하고 본 발명의 범주에 포함될 것이다.

Claims

제 1 및 제 2 방향으로 이동가능한 스테이지;

제 1 방향으로 연장되는 축을 가지는 적어도 하나의 입사된 간섭계 빔을 반사하도록 방위가 맞춰진, 스테이지상의 제 1 반사면;

제 2 방향으로 연장되는 축을 가지는 적어도 하나의 입사된 간섭계 빔을 반사하도록 방위가 맞춰진, 스테이지상의 제 2 반사면; 및

제 1 반사면에 대해 고정된 관계를 가지고, 제 2 반사면으로부터 간격을 두고 떨어져 있으며, 제 2 방향으로 연장되는 축을 갖는 간섭계 빔을 반사하도록 방위가 맞춰진 제 3 반사면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

제 1 반사면은 제 2 방향으로 연장되는 연장 거울이고, 제 3 반사면은 연장 거울의 종단상의 연마된 반사면인 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

제 1 반사면은 제 2 방향으로 연장되는 연장 거울이고, 제 3 반사면은 연장 거울의 종단면에 접착 본딩된 거울인 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

제 1 및 제 2 반사면 각각은 각각의 제 1 및 제 2 연장 거울의 한 면이고, 제 1 및 제 2 연장 거울은 간격을 두고 떨어져있는 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

제 3 반사면은 제 1 반사면에 대해 우측으로 비스듬히 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

제 3 반사면상에 입사되는 간섭계 빔으로부터 제 1 및 제 2 반사면 사이의 각을 판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 어셈블리.
양방향으로 이동가능한 스테이지의 위치를 판정하는 방법에 있어서,

각각 스테이지상의 제 1 및 제 2 반사면으로부터 반사된 제 1 및 제 2 간섭계 신호를 검출하는 단계;

스테이지상의 제 3 반사면으로부터 반사된 제 3 간섭계 신호를 검출하는 단계; 및

제 3 간섭계 신호로부터 제 1 및 제 2 반사면 사이의 각을 판정하는 단계로 이루어지고,

제 1 및 제 2 반사면은 서로 비스듬히 있으며,

제 3 반사면은 제 1 반사면에 대해 고정된 관계로 유지되는 것을 특징으로 하는 양방향으로 이동가능한 스테이지의 위치판정방법.