KR20030074425A - 리소그래피장치 및 디바이스제조방법 - Google Patents

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KR20030074425A
KR20030074425A KR10-2003-0015748A KR20030015748A KR20030074425A KR 20030074425 A KR20030074425 A KR 20030074425A KR 20030015748 A KR20030015748 A KR 20030015748A KR 20030074425 A KR20030074425 A KR 20030074425A
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라벤스베르겐마리우스
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명은 리소그래피투영장치의 투영시스템내의 광학요소의 위치를 측정하는 변위측정시스템에 관한 것이다. 변위측정시스템은 광학요소에 장착된 제1회절격자 및 기준프레임에 장착된 제2회절격자의 사용을 포함하는 간섭측정원리를 이용한다.

Description

리소그래피장치 및 디바이스제조방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은,
- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
- 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
- 적어도 하나의 광학요소를 포함하는, 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및
- 상기 적어도 하나의 광학요소의 위치를 측정하는 변위측정시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 관한 것이다.
여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.
- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 국부화된 적절한 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 기술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1 이상의 프로그래밍가능한 거울배열을 포함할 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피쳐의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 방사선시스템은 방사선의 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여 임의의 이들 디자인방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함하고, 이러한 구성요소들은 이후 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급될 수 있다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.
집적회로, 액정디스플레이패널 및 여타의 종류의 디바이스의 생산을 위하여 마이크로-리소그래피에 대한 가장 요구되는 요건 중의 하나는 투영시스템(PL)내의 광학요소의 위치설정이다. 예를 들어, 종래의 리소그래피투영장치에서 사용되는 렌즈는 6의 자유도(DOF)에서 10㎚보다 낮은 정확성으로 위치설정되어야 한다. EUV용 굴절광학요소를 형성하기에 적절한 물질이 공지되어 있지 않기 때문에, EUV 리소그래피장치는 투영시스템내에 거울을 사용하여야 하며, 오염 및 빔의 감쇠를 회피하기 위하여 진공상태로 유지되어야 한다. EUV 시스템에서 사용되는 파장에서는 0.1㎚ 이하의 위치정확도가 요구된다.
현재에는, 렌즈 및 거울은, 마이크로미터 정확도를 갖는 개략위치설정 액추에이터를 이용하여 전체 작업범위에 걸쳐 이동하면서 위치설정되나, 이어서 그 위에 미세위치설정 엑추에이터가 작동된다. 후자는 개략위치설정모듈의 잔류오차를 마지막 몇 나노미터 즉 일부로 보정하는 역할을 하지만, 이것은 매우 제한된 범위의 이동만을 조절하여야 할 뿐이다. 이러한 나노-위치설정을 위하여 통상적으로 사용되는 액추에이터는 압전액추에이터 또는 보이스코일형(voice-coil type) 전자기액추에이터를 포함한다. 미세모듈에서의 위치설정은 6의 자유도 모두에서 수행되는 반면, 2보다 많은 자유도를 위한 광범위한 동작은 좀처럼 요구되지 않으므로, 개략모듈의 설계가 상당히 단순화된다.
개략위치설정에 요구되는 마이크로미터 정확성은 간섭계와 같은 주지된 위치센서를 사용하여 용이하게 달성될 수 있다. 이들은 1의 자유도에서 각각을 측정하는 단일 축선의 장치일 수 있다. 하지만, 이들 장치는 고가이고 부피가 크며, 반복측정을 할 수 없을 뿐더러 절대위치보다는 변위에서의 변화만을 측정할 수 있다.
이와 반대로, 미세위치설정 액추에이터에서의 광학요소의 위치측정은 6의 자유도 모두에서 10㎚로 수행되어야 한다. 이러한 요건들로 인하여, 용량성 센서가 사용된다.
보다 미세한 해상도가 요구됨에 따라, 리소그래피투영방사선의 파장은 (157㎚에서) 대략 5 내지 20㎚의 범위를 갖는 EUV 범위로 감소되었다. 따라서, 요구되는 위치설정은 보다 개량(refine)되었다. 용량성 센서의 회전과 변위간을 분간할 수가 없기 때문에, 위치측정의 필요한 정확성은 용량성 센서를 사용하여 달성될 수 없다는 것을 발견하였다. 또한, 용량성 센서는 전체 작업범위에 걸쳐 온도가 안정적이지 않다.
따라서, EUV 리소그래피투영장치에서는 콤팩트하면서 6의 자유도 모두에서 광학요소의 위치를 측정하는 데 사용될 수 있는, 이전에 사용된 용량성 센서보다 높은 해상도를 가지는 변위측정시스템에 대한 요구가 있다. 또한, 상기 센서는 온도변화에 감응하지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 리소그래피투영장치에서 사용되는 개선된 변위측정시스템, 특히 기존의 시스템으로 인한 문제들이 해결되거나 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피투영장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 광학요소, 기준프레임 및 변위측정시스템의 병치(juxtaposition)를 도시한 도면; 및
도 3은 본 발명의 변위측정시스템을 도시한 도면.
본 도면들에서 대응하는 참조번호는 대응하는 부분들을 나타낸다.
상기 목적과 또 다른 목적은 서두에 서술된 본 발명에 따른 리소그래피장치에서 달성되고, 상기 변위측정시스템은 적어도 하나의 광학요소상에 장착된 제1회절격자 및 기준프레임상에 장착된 관련된 제2회절격자를 포함하며, 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나는 다른 회절격자로부터 회절된 광을 수용하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 방식으로, 제1회절격자가 장착되어 있는 광학요소의 위치는 0.1㎚까지의 정확성을 제공할 수 있는 간섭측정원리를 이용하여 1의 자유도에서 신뢰성있게 측정될 수 있다. 제1회절격자가 제2회절격자에 대하여 이동할 때에, 광파(light wave)의 위상차는 다른 회절격자로부터 회절된 광을 수용하도록 배치된 회절격자에 의하여 발생된다. 이들 발생된 위상차는 하나에 대한 다른 하나의 회절격자의 변위에 비례하므로, 이들 측정은 단일 필드 스캐닝을 이용한 간섭측정원리로 광학요소의 위치를 정확히 측정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 변위측정시스템은 "Linear and Angular Encoders for the High-Resolution Range"(Progress in Precision Engineering and Nanotechnology, Braunschweig, 1997년)에서 SPIE, A.에 의하여 설명된 원리를 기초로 작동되며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다. 또한, 유사한 엔코더, 예를 들어 Dr Johannes Heidenhain GmbH, Traunreut(독일)로부터 간섭선형엔코더 LIP 382가 시판되고 있다.
본 발명의 측정시스템의 변위측정시스템의 양호한 정확성 이외에도, 상기 시스템은 콤팩트하게 만들어질 수 있으며, 다양한 구성요소에 알맞는 물질을 세심하게 선택함으로써 진공에 용이하게 순응하고 온도에 안정적으로 될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각각의 회절격자는 가동대물의 기준위치를 명확히 하기 위한 기준마크를 갖는 연관된 격자패턴을 갖는다. 이 방식으로, 가동대물의 절대위치가 측정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 변위측정시스템은 광의 소스를 발생시키는 광원을 더욱 포함하고, 상기 변위측정시스템은 상기 광원이 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절되어 제1회절광신호를 발생시키고, 제1회절광신호는 상기 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나에 의하여 회절되어 제2회절광신호를 발생시키고, 제2회절광신호는 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절되어 제3회절광신호를 발생시키도록 배치되어 있다. 상기 제1 및 제2회절격자 중의 하나는 투명한 회절격자이며, 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나는 반사회절격자인 것이 바람직하다. 이 방식으로, 변위측정장치는 소형으로 유지될 수 있으며, 광원 및 임의의 광센서는 상기 제1 및 제2회절격자에 인접하여 서로 밀접하게 위치될 수 있다.
변위측정시스템은 적어도 두개의 제1회절격자 및 적어도 두개의 제2회절격자를 포함하며, 제1 및 제2회절격자의 각각의 쌍은 실질적으로 직교하여 장착되는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 2의 자유도에서 광학요소의 위치가 측정될 수 있다. 광학요소의 위치는 각각의 자유도에 제1 및 제2회절격자의 한 쌍을 제공함으로써 6의 자유도 모두에서 측정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
- 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 적어도 하나의 광학부재를 사용하여 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법으로서,
상기 적어도 하나의 광학요소에 장착된 제1회절격자 및 기준프레임에 장착된 제2회절격자를 제공하는 단계; 및
상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절된 광을 상기 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나로 회절시키는 단계를 특징으로 한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)극자외선(EUV)방사선을 포함한 모든 형태의 전자기방사선 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포괄하여 사용된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예를 서술한다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
ㆍ방사선(예를 들어, EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);
ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (반사마스크를 구비한) 반사형(reflective type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (투과마스크를 구비한) 투과형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램 가능한 거울 배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.
방사원(LA)(예를 들어, 레이저생성 또는 방전플라즈마원)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사원(LA)이 흔히 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포괄하고 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정 액츄에이터에만 연결될 수 있고 고정될 수도 있다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도V=Mv로, 동일방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
157㎚ 파장의 방사선을 이용하는 리소그래피장치에서, 투영시스템(PL)은 기준프레임(30)에 대하여 정확히 위치설정되어야 하는 1이상의 광학요소(렌즈)를 가진다. EUV 기술의 도래로, 투영시스템(PL)에서 빔(PB)을 포커스하기 위한 렌즈 대신에 오로지 거울만을 사용할 필요가 있다. 따라서, 투영시스템(PL)내의 EUV 광학요소는, 사용되는 방사선의 보다 짧은 파장으로 인하여 보다 높은 위치설정의 정확성을 요구할 뿐만 아니라, 굴절모드보다는 반사모드에서 사용되기 때문에 보다 높은 위치설정의 정확성을 두배로 요구한다. 또한, 해상도의 증가로 인하여 보다 높은 정확성이 요구된다. 그러므로, 본 발명이 목적하는 바는 전적으로는 아닐지라도, 주로 EUV형 리소그래피장치를 위한 것이다.
흔히, 투영시스템(PL)내의 광학요소는 6의 자유도를 가지고 위치설정될 필요가 있다. EUV 장치의 투영시스템(PL)내의 광학요소의 경우, 위치설정의 정확성은 0.1㎚급이다. 통상적인 EUV 장치는 투영시스템(PL)내에 6개의 거울을 포함할 것이고, 그 각각은 기준프레임으로서 작용하는 프레임(30)에 대하여 6의 자유로를 가지고 위치설정될 수 있다.
도 2는 액추에이터(40)를 매개로 기준프레임(30)에 대한 광학요소(20)의 접속을 예시한다(이러한 배치는, 예를 들어 유럽특허출원번호 01310781.8호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다). 또한, 변위측정시스템(50)도 개략적으로 예시되어 있다. 변위측정시스템(50)의 일부가 기준프레임(30), 본 실시예에서는 투영대물박스(30)에 부착되어 있으며, 변위측정시스템(50)의 또 다른 부분은 광학부재(20)에 부착되어 있다. 변위측정시스템(50)의 두 부분 사이의 물리적인 접촉은 없다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 변위측정시스템(50)을 보다 상세히 설명한다. 변위측정시스템은 광학부재(20)에 부착되어 있는 제1회절격자(51)를 포함한다. 이는 광학요소(20)의 표면상에 회절패턴을 에칭하거나 거울면상의 회절격자의 분자결합에 의하여 수행될 수 있다. 후자의 경우, 회절격자는 Zerodur(RTM) 또는 ULE(RTM)와 같은 열팽창이 적은 재료로 제조될 수 있으며, 회절패턴은 크롬선일 수 있다. 격자주기가 512㎚인 것이 적절하며 상기 회절격자는 반사회절격자이다.
변위측정시스템(50)의 제2주요구성요소는 투영대물박스(30)에 고정되어 있는 제2회절격자(52)이다. 예시된 실시예에서, 제2회절격자는 격자주기가 512㎚인 투과회절격자이다. 즉, 제1회절격자와 동일하나 주기는 더 커질수도 있다. 또한, 제2회절격자(52)는 Zerodur(RTM) 또는 ULE(RTM)와 같은 열팽창이 적은 재료로 만들어진다.
회절격자는 리소그래피투영장치의 레티클과 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 제2회절격자(52)의 위치가 기준프레임(즉, 투영대물박스(30))에 대하여 고정되어 있기 때문에, 제2회절격자(52)의 길이는 제1회절격자(51)의 길이보다 짧을 수도 있다. 실제로, 제1회절격자(51)는 광학요소(20)의 바람직한 이동량에 알맞게 선택된다. 이것은 EUV 시스템에서 대략 1mm일 수 있다.
변위측정시스템(50)을 광학요소(20)에 부착된 제1회절격자(51) 및 투영대물박스(30)에 부착된 관련된 제2회절격자(52)를 가지고 설명하지만, 이는 반드시 상기 경우일 필요는 없으며, 제1회절격자(51)가 투영대물박스(30)에 부착될 수도 있고 제2회절격자가 광학요소(20)에 부착될 수도 있다. 하지만, 하기에 서술되는 변위측정시스템(50)의 광학구성요소의 여분의 무게가 액추에이터(40)를 통하여 전달되지 않고 투영대물박스에 의하여 부담될 수 있기 때문에, 상기와 같이 예시된 실시예가 바람직하다. 따라서, 광학요소(20)의 관성은 변위측정시스템(50)의 사용에 의하여 현저히 증가되지 않는다.
투영대물박스(30) 및 제2회절격자(52)에 대하여 고정된 관계에 있는 그 밖의 구성요소는 광원(53) 및 3개의 광센서(다이오드)(54a, 54b, 54c)로 구성되어 있는 감지시스템(54)이다. 광원(53)은 국부적인 가열을 회피하기 위해서 변위측정장치와 떨어져 있다. 상기 광은 광섬유를 매개로 변위측정장치로 전달될 수 있다. 광원(53)으로부터 제2회절격자(52)상에 포커싱하고, 제2회절격자(52)로부터 센서(54a, 54b, 54c)에 포커싱하는 렌즈(55)가 제2회절격자(52)와 광원(53)과 감지시스템(54) 사이에 제공되며, 또한 투영대물박스(30)에 대하여 위치가 고정되어 있다.
간섭선형엔코더라 불리워 질 수도 있는 본 발명의 변위측정장치의 기능적인 원리는 SPIE, A. "Linear and Angular Encoders for the High-ResolutionRange"(Progress in Precision Engineering and Nanotechnology, Braunschweig, 1997년)에 상세히 설명되어 있다.
광원(53)은 측정방향에 수직인 시준된 광빔을 제공하며, 상기 광빔은 3차수로 회절되는 제2회절격자(52)에 비춰진다. 0차는 가려져 있고, +/-1차만이 제1회절신호로서 제1회절격자(51)로 통과된다. 제1회절격자(51)에서 제1회절광신호는 리트로(Littrow)배치에서 회절되고 제2회절광신호를 생성하기 위해서 반사된다. 제2회절광신호는 제2회절격자(52)에서 간섭하고 제3회절광신호를 형성하기 위해서 제2회절격자(52)를 통과하면서 회절된다. 제3회절광신호는 렌즈(55)에 의하여 감지시스템의 3개의 광검출기(54a, 54b, 54c)상에 포커스된다.
각각의 광검출기(54a, 54b, 54c)에 의하여 수신된 신호는 다른 2개의 광검출기(54a, 54b, 54c)에 의하여 수신된 광신호로부터 120°위상시프트된다. 제2회절격자(52)에 대한 제1회절격자(51)의 상대운동이 없다면, 센서의 출력은 일정하다.
감지시스템으로부터의 전기신호는 전자회로에 의하여 구적신호(quadrature signal)로 변환된다. 제2회절격자(52)에 대한 제1회절격자(51)의 상대운동에 의하여, 센서(54a, 54b, 54c)의 출력이 진동한다. 회로에 의하여 출력된 사인 및 코사인신호는, 하나의 회절격자가 다른 하나에 대하여 이동될 경우, (전기신호는 단일통과만이 있기 때문에 2배의 격자주기만을 가지는 반면, 투명한 격자를 배치한 이중통과 때문에) 회절격자의 주기보다 4배의 주기를 가진다. 따라서, 전자보간법은 예를 들어, 214의 인수에 의하여 0.1㎚ 미만의 측정단계를 용이하게 유도된다.
제1회절격자(51)는, 광학요소(20)의 절대위치가 또 다른 광검출기(예시되지 않음)에 의하여 감지될 수 있도록 제1회절격자(51)에 인접한 1이상의 기준마크 및 제2회절격자(52)에 인접한 대응마크를 가질 수도 있다. 상기 기준마크는 개별적인 기준신호를 생성하도록 만들어질 수 있다.
1보다 많은 자유도에서 광학요소(20)의 위치의 측정은 한 쌍의 회절격자에 대하여 수직으로 직교하여 정렬된 또 다른 한 쌍의 관련된 제1회절격자(51) 및 제2회절격자를 이용함으로써 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 회절격자의 2개의 직교쌍이 단일 하우징내에 제공될 수 있다.
또한, 광학기기의 다른 지오메트리가 변위측정시스템내에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광원(53)으로부터의 시준된 광빔은 경사각도로 제2회절격자(52)에 비춰질 수 있고, 제1 및 제2회절격자(51, 52) 사이의 분광기(prism)는 각각 제1 및 제2회절광신호를 제1 및 제2회절격자로 반사시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 제2회절격자(52)는 반사회절격자일 수 있으며, 상술된 것과 동일한 원리로 작동하는 매우 다양한 지오메트리가 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 서술하였지만, 본 발명은 서술된 바와 다르게 실시될 수도 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 리소그래피투영장치에서 사용되는 개선된 변위측정시스템, 특히 콤팩트하면서 6의 자유도 모두에서 광학요소의 위치를 측정하는 데 사용될 수 있는, 이전에 사용된 용량성 센서보다 높은 해상도를 가지며 온도 변화에 감응하지 않는 변위측정시스템이 제공된다.

Claims (10)

  1. - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
    - 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
    - 적어도 하나의 광학요소를 포함하는, 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및
    - 상기 적어도 하나의 광학요소의 위치를 측정하는 변위측정시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 있어서,
    상기 변위측정시스템은 적어도 하나의 상기 광학요소상에 장착된 제1회절격자 및 기준프레임상에 장착된 관련된 제2회절격자를 포함하며, 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나는 다른 회절격자로부터 회절된 광을 수용하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 회절격자는 가동대물의 기준위치를 명확히 하는(define) 1이상의 관련된 기준마크를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변위측정시스템은 광원으로부터의 광이 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절되어 제1회절광신호를 발생시키고, 상기 제1회절광신호는 상기 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나에 의하여 회절되어 제2회절광신호를 발생시키고, 상기 제2회절광신호는 상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절되어 제3회절광신호를 발생시키도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2회절격자 중 하나는 투과회절격자이고, 상기 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나는 반사회절격자인 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사회절격자는 상기 광학요소에 장착되는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변위측정시스템은 상기 제3회절광신호를 수신하는 감지시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 감지시스템은 3개의 광센서를 포함하며, 그 각각은 다른 광센서들에 의하여 수신된 신호와 위상이 120°벗어난 광신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 변위측정시스템은 상기 기준프레임에 대하여 상기 감지시스템으로부터의 신호를 보간법에 의하여 상기 광학요소의 위치정보로 변환하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변위측정시스템은
    적어도 두개의 제1회절격자 및 적어도 두개의 제2회절격자를 포함하며, 제1 및 제2회절격자의 관련된 쌍은 실질적으로 직교하여 장착되는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
  10. - 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    - 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
    - 적어도 하나의 광학부재를 사용하여 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계; 및
    - 적어도 하나의 상기 광학부재의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학요소에 장착된 제1회절격자 및 기준프레임에 장착된 제2회절격자를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2회절격자 중 하나에 의하여 회절된 광을 상기 제1 및 제2회절격자 중 다른 하나로 회절시키는 단계를 특징으로 하는 디바이스제조방법.
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