KR20030076185A

KR20030076185A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR20030076185A
Application number: KR1020020075184A
Authority: KR
Inventors: 판데르마스트카렐디에트에릭
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2003-09-26
Also published as: SG103895A1; TW556043B; CN1251029C; US6930755B2; JP4349799B2; US20030179352A1; JP2003243300A; CN1432875A

Abstract

본 발명에 따르면, 2이상의 패터닝된 투영빔을 기판상에 동시에 투영하여 그레이스케일을 제공하며, 상기 각각의 투영빔은 상이한 패턴 및 상이한 세기를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Lithographic Apparatus and Device Manufacturing Method}

본 발명은,

- 방사선의 제1투영빔을 제공하는 방사선시스템;

- 소정 제1패턴에 따라 제1투영빔을 패터닝하는 프로그램가능한 제1패터닝수단;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 제1투영빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

"프로그램가능한 패터닝수단"이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 모듈레이터(Spatial Light Modulator)"(SLM)라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이 때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호와 US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호와 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 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(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를포함하며, 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 반대 방향으로 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 상세한 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 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 이들 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 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 인용 참조되고 있다.

서두에서 언급된 묘화장치는, 예를 들어 스웨덴 Micronic사의 마스크 기록 머신(mask writing machine)을 만드는데 흔히 사용된다. 이러한 마스크는 리소그래피 투영장치에 사용될 수 있으며, 이는 집적회로(IC)와 같은 집적 디바이스를 생산하는데 포함되는 폭넓은 제조공정의 일부분으로서, 광감응기판(포토레지스트가 코팅된 실리콘 웨이퍼 등)상으로 마스크패턴을 반복적으로 묘화시킨다. 이러한 마스크 기록 머신의 기판은, 예를 들면 포토레지스트층으로 코팅된 금속화된 판(예를 들어, Cr 코팅된 석영 또는 CaF₂판)이다. 이러한 마스크 기록 머신 배후의 아이디어는, (고도로 복잡한) 마스크패턴의 전자식 파일(electronic file)이 패터닝수단을 매트릭스-어드레스하는데 사용되고, 이는 후에 패터닝된 방사빔을 마스크 판의 작은 부분상으로 전환시킨다는 것이다. 전자식 파일에 따라 패터닝된 빔의 패턴을 변화시키는 동시에, (스캐닝 또는 스테핑 모션 가운데 어느 한가지로) 마스크 판의 전체 표면에 걸쳐 상기 빔을 이동시킴으로써, 최종 마스크패턴은 상기 패터닝된 빔으로부터의 결합된(병치된) 서브-패턴의 합으로서 이루어진다. 이러한 이유로, 상기 머신은 종종 "직접-기록(direct-write)" 머신으로 불린다.

앞문단에 기술된 머신은 지금까지 마스크의 제조에만 사용되어 왔지만, (적어도 원칙적으로는) 반도체 및 기타 집적 디바이스의 제조에도 사용할 수 있다. 이 경우, 마스크 판은 예를 들어 Si 웨이퍼로 대체되고, 상기 패터닝수단에 의하여 웨이퍼상에 형성되는 패턴은 다이 패턴의 배열에 대응할 것이다. 하지만, 이러한 적용예의 주된 단점은 스루풋이 매우 낮다는 점이다. 즉, 현재의 직접-기록 머신은 하루 1개 기판 정도의 스루풋을 달성하는 것이 예상되는 반면, 최신 기술의 리소그래피 투영장치는 시간당 100개 기판 정도의 스루풋을 가진다. 그럼에도 불구하고, 상기 적용예를 계속 추구하는 것은 여전히 흥미롭다. 예를 들면, 작은 배치(batch)의 특정 집적 디바이스(전용 ASIC 등)의 만드는 주조법(foundry)의 경우, 매우 고비용(종종 50 ~ 1000 US달러 정도)이 드는 해당 배치용 특별 마스크를 만드는 공정 보다는 오히려, 상술된 머신에 의하여 수행되는 저속의 직접-기록 공정을 감내하는 것이 더 매력적일지도 모른다. 이 경우, 상기 선택은 단지 매우 값비싼 디바이스의 매우 작은 배치의 경우에만 매력적일 수 있다. 하지만, 직접-기록 머신의 스루풋이 증가될 수 있다면 이것이 훨씬 더 매력적일 것이다. 본 명세서에 기술된 종래의 리소그래피 장치에 관한 상세한 정보는, 참조자료로 채용되고 있는 US 6,046,792호로부터 얻을 수 있다.

상기 언급된 것과 같은 직접-기록 머신에 있어서는, 블랙과 화이트 음영을 갖는 패턴(바이너리 패턴)을 만드는 것 뿐만 아니라, 중간 그레이 음영(그레이스케일링)의 생성을 허용하는 것도 바람직하다. 종래의 머신에서, 상기 그레이스케일링은 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 기울일 수 있는 거울(tiltable mirror)을 채택하는 프로그램가능한 거울배열(PMA)에서, 각각의 거울(픽셀)은 제로-틸트 및 풀-틸트 극단(full-tilt extremes) 사이의 중간 틸트값을 (연속적이거나 또는 개별적으로) 허용하도록 구현될 수 있다. 이와 유사하게, 피스톤식으로 위아래로 병진운동하는 거울을 채택하는 PMA에서(거울들로부터 반사된 가간섭성 광의 위상 시프트를 발생시킴), 각 거울은 전체 크기에 못미치는 중간 병진운동을 허용하도록 구현될 수 있어, 0 과 π 사이의 값의 위상-시프트를 가능하게 한다. 하지만, 이들 종래 방법의 단점은, 각각의 거울을 이동시키기 위하여 비교적 복잡한 작동수단이 필요하고, 그 결과 그들 작동이 비교적 느려지기 쉬우며, 이는 스루풋 불이익을 수반한다는 점이다. 더욱이, 상기 작동수단의 제조는 비교적 어렵고, 종종 비교적 낮은 수율로만 행해질 수도 있으므로, 제조비용을 증가시킨다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 해결하고자 하는데 있다. 특히, 본 발명의 목적은 서두에 설명한 바와 같은 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는 비교적 스루풋이 높은 그레이스케일링이 수행될 수 있고, 비교적 높은 수율로 제조될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 묘화장치의 부분도;

도 3은 본 발명에 채택된 그레이스케일링 원리를 도시한 예시도; 및

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 묘화장치의 부분도이다.

상기 및 기타 목적들은 서두에 설명된 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 의하여 달성되며, 상기 장치는 소정 제2패턴에 따라 방사선시스템에 의하여 제공되는 제2투영빔을 패터닝시키는 프로그램가능한 제2패터닝수단을 더욱 포함하고,

상기 투영시스템은 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 제2투영빔을 투영시키며,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔의 세기는 상이한 것을 특징으로 한다.

상기 장치는 기판상에 그레이스케일 패턴을 순간적으로 투영시킬 수 있다는 것이 유리하다. 각각의 패터닝된 투영빔에 대한 상이한 세기를 이용하면, 소정 개수의 패터닝된 투영수단에 대하여 얻을 수 있는 그레이스케일의 수는 더 많아진다. 패터닝된 투영빔을 생성하는 더 많은 개수의 프로그램가능한 패터닝수단을 사용하면(각각이 더욱 더 상이한 세기를 가지는 것이 바람직함), 더 많은 개수의 그레이스케일을 제공한다.

방사원으로부터의 투영빔을, 프로그램가능한 패터닝수단을 조명하기 위한 소요 개수의 투영빔으로 분할(split)하는데 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 빔 스플리터는 상이한 세기의 투영빔으로 패터닝수단을 조명하도록 배치될 수 있다. 이러한 방식은 본질적으로 기판상에 투영된 빔의 전반적인 세기를 필연적으로 감소시키지 않고도 상이한 세기로 패터닝된 투영빔을 생성한다.

대안적으로, 기판상에 투영된 패터닝되는 투영빔의 세기를 줄이는데 가변 감쇠기가 제공될 수 있다. 이들은 예를 들어 패터닝수단에 입사되는 투영빔의 세기를 감소시키는데 배치될 수 있고 및/또는 패터닝된 투영빔의 세기를 바로 감소시키도록 상기 패터닝된 투영빔의 빔 경로에 위치될 수 있다. 따라서, 방사선시스템의 복잡성이 줄어들 수 있다.

상이한 세기를 갖는 투영빔을 생산하면서, 2이상의 개별적인 방사원을 사용하여, 패터닝된 투영빔의 세기를 변화시키는 또 다른 수단이 제공될 수 있다.

주위사정에 따라, 각각의 패터닝된 투영빔을 결합시켜, 기판의 타겟부상에 투영되는 단 하나의 패터닝된 투영빔이 되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 단지 하나의 투영시스템만을 필요로 하므로, 장치 비용을 최소로 할 수 있다는 장점이 있다. 대안적으로, 패터닝된 투영빔을 결합시키는 수단을 필요로하지 않으면서도, 각각의 패터닝된 투영시스템이 기판의 타겟부상에 독립적으로 투영될 수 있다.

기판의 타겟부상에 복수의 패턴을 동시에 투영시켜 그레이스케일을 생성하는 것에 덧붙여, 기판의 동일한 타겟부상에 투영되는 추가 노광용 투영빔을 패터닝시키는데 1이상의 프로그램가능한 패터닝수단이 사용될 수 있다. 이러한 수단에 의하면, 프로그램가능한 패터닝수단의 개수를 과도하게 많게 하지 않으면서도, 또 다른 그레이스케일이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 제1투영빔을 제공하는 단계;

- 프로그램가능한 제1패터닝수단을 사용하여 제1투영빔의 단면에 제1패턴을 부여하는 단계;

- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 제1투영빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,

- 방사선의 제2투영빔을 제공하는 단계;

- 프로그램가능한 제2패터닝수단을 사용하여 제2투영빔의 단면에 제2패턴을 부여하는 단계; 및

- 방사선감응재층의 상기 타겟부상에 방사선의 패터닝된 제2투영빔을 투영하는 단계를 포함하고,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔은 상이한 세기를 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.

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 사용된 "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) 자외선과 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선) EUV 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

- 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템 (Ex, IL)(이 경우에는 특별히 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);

- 프로그램가능한 패터닝수단(MA)(예를 들어, SLM)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 프로그램가능한 패터닝수단을 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

- 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);

- 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들면, 1이상의 다이를 포함)에 프로그램가능한 패터닝수단(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절형 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (반사형 프로그램가능한 패터닝수단을 구비한) 반사형(reflective type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (투과형 프로그램가능한 패터닝수단을 구비한) 투과형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 LCD 배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 엑시머 레이저)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 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 프로그램가능한 패터닝수단(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 흔히 엑시머레이저인 때의 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 프로그램가능한 패터닝수단(MA)을 통과한다. 프로그램가능한 패터닝수단(MA)을 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커스한다. 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, 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 프로그램가능한 패터닝수단(MA)을 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 제1위치설정수단은, 빔(PB)의 경로에 대하여 프로그램가능한 패터닝수단(MA)의 위치가 고정되는 경우에 생략될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는, 마스크테이블(MT)은 단지 단행정 엑추에이터에 연결되거나 또는 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 3가지 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. 이후기판테이블(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)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

3. 펄스 모드에서는, 마스크테이블이 본질적으로 정지상태로 유지되고, 프로그램가능한 패터닝수단의 전체 이미지는 기판의 타겟부(C)상에 투영된다. 기판테이블(WT)은 본질적으로 일정한 속도로 이동되어, 투영빔(PB)이 기판(W)을 가로질러 라인을 스캔하도록 발생된다. 방사선시스템의 펄스들은 시간을 정하여, 기판상에 노광되는 이어지는 타겟부(C)들이 서로 인접하게 한다. 결과적으로, 일단 투영빔이 기판(W)의 전체 라인을 스캔하면, 상기 라인에 대한 완전한 패턴이 기판상에 노광된다. 상기 공정은 완전한 기판이 한줄한줄 노광될 때까지 반복된다.

도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 묘화장치의 부분도이다. 본 실시예에서, 도 1의 프로그램가능한 패터닝수단(MA)은 복수(N=4)의 구성 패터닝수단(PM1, PM2, PM3, PM4)을 포함한다. 또한, 빔(PB)은 4개의 거울블럭에 의하여패터닝수단(MA)을 향하여 지향되며, 상기 거울블럭은 입사 투영빔(PB_i)을 구성 투영빔(PB1, PB2, PB3, PB4)으로 분할하는 역할을 한다. 그 후, 이들 구성 투영빔(PB1, PB2, PB3, PB4)들은 그들 각각의 구성 패터닝수단(PM1, PM2, PM3, PM4)으로부터 반사되고, 그들에 의하여 패터닝된다. 도시된 바와 같이, 각각의 구성 투영빔(PB1, PB2, PB3, PB4)들은 그 자체 가변 감쇠기(VA1, VA2, VA3, VA4)를 통과하여, 4개의 구성 투영빔에 개별적인 세기(I1, I2, I3, I4)를 만든다. 여기서, I1~I4의 상대적인 값들은 목적에 따라 선택될 수 있다.

대안적으로는, (적어도 일부의) 가변 감쇠기(VA1~VA4)를 생략할 수 있고, 빔 스플리터 수단(BS)의 성질에 의하여 단순히 I1~I4의 본래 값들을 받아들일 수도 있다.

패터닝된 후, 구성 투영빔(PB1, PB2, PB3, PB4)들은 그들 각각의 거울블럭으로 다시 반사되는데, 상기 거울블럭들은 구성 투영빔을 결합하여 단일, 복합, 신생 (emergent) 투영빔(PB_e)으로 만드는 역할을 한다. 따라서, 거울블럭은 결합수단(CM)의 기능을 담당한다. 대안적으로, 구성 투영빔(PB1, PB2, PB3, PB4)들은 기판의 타겟부상에 독립적으로 투영될 수 있다.

I₁, I₂, I₃...I_n에서의 소요 변동은 상이한 방식으로 달성될 수 있음을 알 수 있다. 방사선시스템은 각각의 구성 패터닝수단을 위한 (레이저 또는 램프와 같은) 상이한 방사원을 포함할 수 있다. 예를 들어, I_n은 각 방사원의 출력파워를 변화시켜, 또는 각 방사원과 그 대응하는 구성 패터닝수단 사이에 가변 감쇠기를 채택하여 변화될 수 있다.

특히, I1~I4의 상대값에 따라, 다양한 그레이스케일링의 정도가 신생 투영빔(PB_e)에 달성될 수 있는데, 상기 신생 투영빔은 투영시스템(PL), 최종적으로는 기판(W)상에 도달한다. 이러한 그레이스케일링의 원리는 후술된다.

도 3은 고도로 단순화된 패턴(P)을 기초로, 본 발명에 채택된 그레이스케일링 원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면의 좌측에 도시된 바와 같이, 패턴(P)은 12개의 픽셀 위치를 포함하는데, 그 각각은 1~12 숫자로 라벨을 붙여 분류된다. 다양한 픽셀 위치들은 다음과 같이 상이한 "틴트(tint)"를 가진다.

- 픽셀 위치 1, 6은 "블랙"(B);

- 픽셀 위치 4, 7, 10은 "짙은 그레이"(DG);

- 픽셀 위치 5, 8은 "중간 그레이"(MG);

- 픽셀 위치 3, 9는 "옅은 그레이"(LG);

- 픽셀 위치 2, 11, 12는 "화이트"(W).

도면의 하부는 패턴내에 그레이스케일링 효과(즉, 중간 틴트 DG, MG, LG)를 달성하기 위하여 본 발명이 어떻게 채택될 수 있는지를 보여준다. 이러한 목적을 위하여, 결합시, 패턴(P)을 달성할 제시된 픽셀 구성과 함께, 도 2의 4개의 구성 패터닝수단(PM1~PM4)을 도면은 보여준다. 각각의 구성 패터닝수단은 바이너리형이기 때문에, 그 개별적인 픽셀은 "온"(1) 또는 "오프"(0)가 될 수 있으며, 개별적으로는 광을 기판에 통과시키거나 차단하는 것을 의미한다. 이러한 관점에서, 다음사항을 주목한다:

- 픽셀 위치 1, 6은 4개의 구성 패터닝수단 모두에서 "오프"이다. 따라서, 이들 위치는 원하는 바와 같이 결과적인 패턴(P)내에서 "블랙"일 것이다.

- 픽셀 위치 2, 11, 12는 4개의 구성 패터닝수단 모두에서 "온"이다. 따라서, 이들 위치는 원하는 바와 같이 결과적인 패턴(P)내에서 최대 세기 I("화이트")를 받을 것이다.

- 픽셀 위치 3, 9는 구성 패터닝수단(PM1~PM3)에서 "온"이지만, 구성 패터닝수단(PM4)에서는 "오프"이다. 따라서, 패턴(P)내에서의 이들 위치는 세기 I1+I2+I3를 받지만, I4는 받지 않는다. 그러므로, 비교적 밝지만, "화이트"는 아니다. 이러한 방식으로, "옅은 그레이" 틴트가 원하는 바와 같이 달성된다.

- 픽셀 위치 5, 8은 패터닝수단(PM1, PM3)에서 "온"이지만, 패터닝수단(PM2, PM4)에서는 "오프"이다. 따라서, 패턴(P)내에서의 이들 위치는 세기 I1+I3를 받지만, I2+I4는 받지 않는다. 그러므로, 그들은 앞선 문단의 경우보다 밝지 않다. 이러한 방식으로, "중간 그레이" 틴트가 원하는 바와 같이 달성된다.

- 픽셀 위치 4, 7, 9는 패터닝수단(PM3, PM4)에서 "온"이지만, 패터닝수단(PM1, PM2)에서는 "오프"이다. 따라서, 패턴(P)내에서의 이들 위치는 세기 I3+I4를 받지만, I1+I2는 받지 않는다. 그러므로, 그들은 앞선 문단의 경우보다 밝지 않다(본 특정 실시예에서 I1>I2>I3>I4이기 때문임). 이러한 방식으로, "짙은 그레이" 틴트가 원하는 바와 같이 달성된다.

당업자에게는, 구성 패터닝수단(PM1~PM4)의 픽셀 구성의 여러 상이한(대안적인) 치환예들이 유사한 방식으로 채택될 수 있어, 여러 상이한 그레이 "틴트"를 달성할 수 있음은 자명한 일이다.

I_n(_n은 상기 예시에서 4임)에 대한 상이한 값들을 적절하게 선택함으로써, 넓은 범위의 값에 걸쳐서 그레이스케일링을 달성하는 것이 가능하다. 예를 들어, I₁:I₂:I₃:I₄...I_n= 1:2:4:8...2^n-1와 같이 세기 I_n을 선택할 수 있다. 이는 소정 개수의 구성 패터닝수단을 얻을 수 있는 최대의 그레이스케일을 제공한다. 대안적으로, 구성 패터닝수단 중의 하나가 동작을 하지 않더라도 그레이스케일링 "틴트"을 허용하면, I₁:I₂:I₃:I₄:I₅...I_n= 1:1:2:3:5...I_n-2+I_n-1와 같이 세기 I_n을 선택할 수 있다. 물론, 이들 예시 이외에 여러 다른 가능성들도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 부가적인 그레이 "틴트"를 생성하는 수단의 상세도이다. 설명을 간단히 하기 위하여, 본 도면은 어떻게 구성 투영빔(PB1~PB4)들이 생성되고 또는 그들 각각의 구성 패터닝수단(PM1~PM4)을 향하여 지향되는지를 상세하게 보여주지 않으며, 또한 기판(W)상에 구성 투영빔을 포커싱하는데 채택되는 광학기기들을 보여주지 않는다. 나아가, 구성 패터닝수단(PM1~PM4)은 투과형으로 도시되었지만, 반사형의 구성 패터닝수단에 대해서도 동일한 원리가 적용됨을 유의해야 한다. 당업자라면, 이러한 점들은 쉽게 이해될 것이다.

도시된 바와 같이, 도 1의 웨이퍼테이블은 d 방향으로 앞뒤로 움직일 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(W)상의 소정의 타겟부(C)는 구성 패터닝수단(PM1~PM4)으로부터 나온 패터닝된 각각의 구성 투영빔(PB1~PB4)을 통하여 스캔하도록 될 수있다. d 방향으로의 기판(W)의 속도 v는 구성 패터닝수단(PM1~PM4)에서의 패턴 발생의 타이밍/동기화에 정확하게 매칭된 후, 예를 들어 패터닝된 구성 투영빔(PB1~PB4) 통과시에, 타겟부(C)는 도 3의 하부에 도시된 각각의 패턴으로 노광될 것이다. 이는 도 2에 도시된 병렬 노광이라기 보다는 오히려 직렬 노광이다.

물론, 상기 빔(PB1~PB4)을 거쳐 기판(W)을 이동시키는 것에 대한 대안으로, 빔(PB1~PB4)을 이동시키고 기판을 정지상태로 유지하는 것도 가능하다.

물론, 동시에 노광된 다수의 구성 패터닝수단을 사용하는 기술은, 부가적인 그레이 "틴트"을 생성하기 위하여 동일한 패터닝수단의 다수의 노광들을 사용하는 기술과 결합될 수 있다. 이 경우, 기판의 타겟부상의 패턴은, 상기 기판의 타겟부상에 동시에 투영되는 2이상의 구성 패터닝수단의 2이상의 연속적인 노광의 결과물이다. 상기 세기 및 패턴은 각 구성 패터닝수단 및 각 노광에 따라 다를 수 있다.

각 노광 사이의 조명 레벨 및 패턴을 변경하면서, 타겟부(C)를 반복적으로 노광하기 위하여 단지 하나의 프로그램가능한 패터닝수단만을 사용하는 것도 가능하다.

지금까지 본 발명의 특정 실시예들을 기술하였지만, 본 발명은 상술된 방법 이외의 방법으로도 실현될 수 있음은 자명하다. 상기 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 비교적 스루풋이 높은 그레이스케일링이 수행될 수 있고, 비교적 높은 수율로 제조될 수 있다.

Claims

- 방사선의 제1투영빔을 제공하는 방사선시스템;

- 소정 제1패턴에 따라 제1투영빔을 패터닝하는 프로그램가능한 제1패터닝수단;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 제1투영빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,

상기 장치는 소정의 제2패턴에 따라 방사선시스템에 의하여 제공되는 제2투영빔을 패터닝시키는 프로그램가능한 제2패터닝수단을 더욱 포함하고,

상기 투영시스템은 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 제2투영빔을 투영시키며,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔의 세기는 상이한 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항에 있어서,

각각의 프로그램가능한 패터닝수단에 대한 패턴들이 상이하여, 타겟부내의 서브-영역이 제1투영빔; 제2투영빔; 투영빔 없음; 투영빔 양자 모두 의 경우 가운데 어느 한가지에 의하여 노광될 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 방사선시스템은 상기 제1 및 제2투영빔을 제공하도록 구성된 빔 스플리터를 포함하되, 상기 제1 및 제2투영빔은 상이한 세기를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,

가변 감쇠기는 상기 제1 및 제2투영빔과 상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔 가운데 적어도 하나의 세기를 조정하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선시스템은, 상기 제1 및 제2투영빔을 각각 제공하는 제1 및 제2방사원을 포함하고, 이들의 세기는 독립적으로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔은 상기 투영시스템에 의하여 상기 기판의 타겟부상에 투영되는 단 하나의 패터닝된 투영빔으로 결합되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔은 상기 기판의 타겟부상에 독립적으로 투영되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는 적어도 하나의 상기 프로그램가능한 패터닝수단에 의하여 패터닝되는 제2노광을 적어도 상기 기판의 타겟부상에 투영하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 제1투영빔을 제공하는 단계;

- 프로그램가능한 제1패터닝수단을 사용하여 제1투영빔의 단면에 제1패턴을 부여하는 단계;

- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 제1투영빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,

- 방사선의 제2투영빔을 제공하는 단계;

- 프로그램가능한 제2패터닝수단을 제공하여 제2투영빔의 단면에 제2패턴을 부여하는 단계; 및

- 방사선감응재층의 상기 타겟부상에 방사선의 패터닝된 제2투영빔을 투영하는 단계를 포함하고,

상기 패터닝된 제1 및 제2투영빔은 상이한 세기를 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.