KR20040029982A

KR20040029982A - 장치 제조용 리소그래피 시스템 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20040029982A
Application number: KR10-2003-7014633A
Authority: KR
Inventors: 메이스버거댄; 마클데이비드에이
Original assignee: 울트라테크 인크.
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-04-08
Also published as: WO2002093254A1; US6753947B2; WO2002093254A3; US6556279B1; JP2005506684A; US6731376B1; WO2002093254A8; US20020186359A1; EP1393128A1

Abstract

새로운 "플래쉬-온-더-플라이" 작동 모드를 채용할 수 있는 비용-효과적인 장치 제조용 리소그래피 시스템 및 방법에 대한 것으로, 단일 조광 펄스로 노광 필드를 형성한다. 이 시스템은 펄스 조광 소스 (14), 조명 시스템 (24), 마스크 (M), 프로젝션 렌즈 (40), 및 이미지-수용 표면 (WS) 을 가진 작업편 (W) 을 지지하는 작업편 스테이지 (50) 를 포함한다. 조광 소스 제어기 (16) 와 메트롤로지 장치 (62) 를 포함하는 작업편 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 은 인접 조광 펄스가 인접 노광 필드 (EF) 를 형성하도록 조광 펄스에 의한 마스크의 노광을 조절하고 제어하기 위해 사용된다. 조광 소스로부터의 펄스간 균일도가 결여된 경우에는, 노광 도즈의 소정의 펄스간 균일도를 얻기 위해 펄스 안정화 시스템 (18) 이 선택적으로 사용될 수 있다. 단일 노광 펄스를 이용하여 노광되는 고속성은 매우 높은 처리량을 얻을 수 있도록 하며, 한편으로, 소형-이미지-필드 프로젝션 렌즈가 반도체 집적 회로 등과 같은 장치의 제조시에 비용-효과적인 방법으로 사용될 수 있도록 한다. 이 시스템은 또한 종래의 "스텝-앤-리피트" 작동 모드에서도 사용될 수 있어서, 이 시스템의 소유자는 임의의 응용분야에 대하여 가장 비용-효과적인 작동 모드를 결정할 수 있다.

Description

장치 제조용 리소그래피 시스템 및 제조 방법{LITHOGRAPHY SYSTEM AND METHOD FOR DEVICE MANUFACTURE}

반도체 집적 회로(ICs), 액정 디스플레이, 미세 전자 기계 장치 (MEMs), 디지탈 미러 장치 (DMDs), 실리콘 스트립 검출기 등과 같은 미세 장치의 제조 공정은 고해상도 리소그래피 시스템을 사용하는 단계를 포함한다. 이와 같은 시스템에서, 패터닝된 마스크 (즉, 레티클 (reticle)) 는 마스크의 조명된 부분에 걸쳐 고도의 조명 균일성을 갖는 조명 시스템 (illumination system)을 통과하는 조광 (radiation) (예컨데, 레이저 조광 또는 아크 램프 조광) 에 의해 조명된다. 마스크를 통과하는 조광의 부분은 프로젝션 렌즈에 의해 집광되고, 프로젝션 렌즈는 소정의 크기를 갖는 이미지 필드 (또는, "렌즈 필드") 를 가진다. 프로젝션 렌즈는 이미지를 수용하는 작업편 (workpiece) 상에 마스크 패턴을 전사한다. 작업편은 프로젝션 렌즈에 대응하여 작업편을 움직이는 작업편 스테이지 위에 배치되어, 마스크 패턴이 다중 "노광 필드"에 걸쳐 작업편 상에 반복적으로 형성된다.

리소그래피 시스템은 마스크의 투영 이미지에 대하여 작업편을 정확하게 정렬시킴으로써 마스크가 작업편의 선택 영역에 걸쳐 노광될 수 있도록 하는 정렬시스템을 포함한다. 대부분의 경우, 제조된 장치로 이루어진 층들을 형성하기위해 필요한 병치 인쇄 정합 (juytaposed regislation) 을 제공하기 위하여, 마스크 이미지는 작업편 상의 기존의 노광 필드에 정확하게 정렬되는 것이 필요하다.

최근, 제조에 있어서, 두가지 타입의 리소그래피 시스템이 사용된다, 즉, 스텝 앤 리피트 시스템 (step-and-repeat system) 또는 "스테퍼" (stepper) 그리고 스텝 앤 스캔 시스템 (step-and-scan-system) 또는 "스캐너" (scanners)이다. 스테퍼의 경우, 작업편 상의 각 노광 필드는 단일 정적 노광 (single static exposure) 방식으로 노광된다. 스캐너의 경우, 작업편은 렌즈 이미지 필드를 가로 질러 작업편과 마스크를 동시에 스캐닝함으로써 노광된다. 예시적인, 스캐닝 리소그래피 시스템과 방법이 미국 특허 제 5,281,996호에 개시되어 있다. 스테퍼 및 스캐너와 관련된 프로젝션 렌즈는 일반적으로 1X (즉, 단위 배율), 또는 4X 또는 5X의 축소 배율 (reduction magnification) (즉, 더욱 일반적인 광학 용어로 나타내면, ±1/4 또는 ±1/5) 로 작동한다.

리소그래피 시스템의 소정의 크기를 갖는 형상을 분해 (resolve) 하는 (즉, 더욱 정확히는 "인쇄"하는) 능력은 노광 파장의 함수이다, 즉, 파장이 짧을 수록 인쇄되거나 이미지화될 수 있는 형상은 더욱 작아진다. 많은 미세장치의 경우 (특히 ICs의 경우) 지속적으로 축소되는 최소 형상 크기에 보조를 맞추기 위해, 노광 파장은 더욱 짧아지고 있다. 또한, 역사적으로 장치의 크기도 증가하고 있어서, 렌즈 필드 크기는 점차로 커지고 있다. 리소그래피 시스템의 해상도도 프로젝션 렌즈의 개구수 (NA) 와 함께 증가하고 있다. 따라서, 개구수의 제곱으로 감소하는 포커스 심도 (depth of focus) 가 실용적 한계범위내에 있어야 하는 제약하에, 노광 파장을 감소시키는 것과 함께, 프로젝션 렌즈의 개구수를 가능한 한 실용적으로 크게 디자인하는 경향이다.

상당히 최근까지도, 반도체 산업의 로드맵을 보면, 메모리와 마이크로 프로세서 칩의 증가사는 전체 디바이스 크기에 적합하도록 리소그래피 시스템의 필드 크기가 계속 증가할 것이라는 것을 예상하게 한다. 이러한 경향은 제조에 있어서 중대한 비용 암시를 가지고 있다. 더 작아진 회로의 경우, 단일 노광 필드내로 다중 장치가 맞추어질 것이다. 장치가 일반적으로 커지고 있지만, 산업 로드맵 작성자가 기대하는 것만큼 빠르게 커지지는 않았으며, 디바이스에 사용되는 최소 형상의 크기는 본래 기대되었던 것보다 더 빠르게 작아졌다. 현 세대의 스텝 앤 스캔 시스템의 필드 크기는 다음 세대의 메모리에 적합한 것보다 더욱 클 것이며, 빠르게 축소하는 최소 형상의 크기는 마스크를 얻는 것을 더욱 어렵게 할 것이다.

마스크 제조업자에게 다소 안도를 주기 위해서, 최근 개정된 국제 기술 로드맵은, 2003년동안 25 mm×32 mm최소 렌즈 이미지 필드 크기가 2004년에서 2013년을 통해 22 mm×26 mm까지 변화할 것임을 보여 준다. 요구되는 필드 크기의 이러한 감소는 축소 배율이 4X 에서 5X로 증가할 수 있도록 함으로써 마스크 제조업자에게 안도를 준다.

현 기술수준의 리소그래피 시스템은 이전에 제작된 것 중 가장 복잡한 기계를 구성하며, 그 결과, 극도로 고가이다. 또한, 제조 환경에서, 상당한 노력과 비용도 리소그래피 시스템을 유지하고 보수하는데 요구된다. 연구 개발 목적으로 실험실에 다양한 종류의 실험용 리소그래피 시스템을 설치하는 것은 상대적으로 쉬운 반면에, 알맞은 가격으로 구할 수 있고, "소유 비용" (cost-of-ownership) 의 고려에 의해 결정되는 것과 같이 비용대비 효과적인 방법으로 작동하는 리소그래피 시스템을 개발하는 것은 굉장히 어렵다.

일반적으로, 다른 타입의 리소그래피 설비는 그들의 상대적인 소유-비용에 근거해서 선택된다. 이러한 비용에 근거한 모델은 제조 환경에서 소정의 리소그래피 시스템을 구입, 운영, 유지하는 비용을 고려한다. 소유-비용은 리소그래피 시스템의 특징과 직접적으로 관련있는 다양한 인자과 제조 환경에서 그 시스템이 어떻게 사용되는가를 고려하여 결정된다. 많은 세련된 소유-비용 모델이 있으며, SEMATECH 리소그래피 소유 비용 모델이 그 예이며, 이것은 소유-비용 계산을 수행하는 데에 20개 정도의 다른 인자들을 고려한다.

그러나, 신뢰할만한 소유-비용 경향성은 수개의 중요 인자, 예컨대, 스텝퍼 가격, 마스크 가격, 필드 크기, 시스템 처리량 (이하 정의됨) 그리고, 주어진 마스크에 의해 가공되는 작업편의 수를 조사함으로써 얻을 수 있다.

리소그래픽 시스템용 프로젝션 렌즈와 조명기 (illuminator) 의 비용은 렌즈 필드의 큐브 크기에 따라 대략적으로 증가한다. 0.13 마이크론 해상도를 가지는 렌즈와 22 mm×22 mm의 필드 크기를 가지고 193 nm 노광 파장에서 작동할 수 있는 현수준의 스테퍼의 비용은 대략적으로 렌즈와 시스템의 나머지 부분사이에 고르게 나누어진다. 후자는 마스크 및 웨이퍼 핸들링 시스템, 마스크와 작업편 스테이지, 레이저 노광 소스, 정렬 시스템 등을 포함한다. 이러한 모든 요소를 가지고 설치 및 품질 보증이 되는 실용적인 시스템을 구축하는 데에는 가격이 대략 천만달러에서 이천만달러에 이른다.

리소그래피 시스템 "처리량" (즉, 시간당 가공될 수 있는 작업편의 개수) 은 소유 비용에서 가장 중대한 인자 중 하나이다. 우선, 종래 리소그래피 시스템의 처리량은 노광 필드 크기 (직경) 의 제곱에 따라 증가한다. 역사적으로, 처리량은 부분적으로 조광 소스의 밝기에 의해 제한되었으며, 이 조광 소스는 모든 노광 필드에 대해 충분히 높고, 균일한 도즈 (dose) 를 전달해야 한다. 그러나, 현재의 조광 소스는 전형적으로 2000 - 4000 Hz에서 작동하는 협대역 펄스 엑시머 레이저이며, 종전에 사용되었던 아크 소스보다 훨씬 더 밝다. 리소그래피용으로 적합한 일반적인 엑시머 레이저의 펄스 간 펄스 균일도는 상당히 열악하여, 즉 8-10 % (3σ)이다.

일반적으로, 리소그래피 시스템이 마스크상에서, 1% (3σ) 미만의 조명 균일성을 요구하기 때문에, 조광 소스로부터 많은 (예컨대, 100) 펄스들은 함께 평균화되어, 필요한 균일도를 달성한다. 수천 헤르쯔의 레이저 반복률과 함께, 스텝- 앤-스캔 시스템의 노광 회수는 상당히 감소하여, 현재의 리소그래피 시스템의 처리 속도는 주로 스테이지 운동과 세틀링 회수 (스테퍼의 경우) 및 가속 그리고 스캐닝 회수 (스텝-앤-스캔 시스템의 경우) 에 의해 제한된다. 현대의 스텝-앤-스캔시스템의 경우, 세틀링과 오버스캔을 포함하여 레티클 스테이지의 회전 시간은 각 필드당 대략 140 ms가 걸린다. 이는 스테퍼의 웨이퍼 스테이지 동작 및 안정 시간 (settle time) 과 유사하다. 통상적으로, 스텝-앤-스캔 시스템에서, 가장 어려운 역학적 문제는 마스크 스테이지에서 봉착하며, 마스크 스테이지는 확대 축소비 X에 비례하여 웨이퍼보다 X배 더 빠르게 가속되고 움직여야 한다.

리소그래피 시스템과 관련된 또 다른 중대한 비용은 마스크의 비용이다. 마스크 비용은 대략 렌즈 필드 크기 (직경) 의 제곱에 비례한다. 이것은 마스크에 삽입된 정보의 양을 결정하고, 따라서, 기록 회수, 검사 회수, 그리고 가능한 결함의 수를 결정한다. 고체적 디램 (high-volume DRAM) 또는 마이크로프로세서 제조와 같은 특정 응용분야에서, 마스크의 비용은 리소그래피 시스템의 가치를 저하시키는 비용에 비하여 작은 비용이다. 그러나, 전문화된 ("파운드리" (foundry)) 응용분야 (예컨대, 디지털 신호 처리기, 주문형 제어 회로 등과 같은 특수 장치의 제조) 의 경우, 마스크 비용은 리소그래피 비용을 지배한다. 파운드리 응용분야의 경우 30 개의 마스크 세트는 블랭크 (blanks), 펠리클 (pellicles), 설치, 기록, 검사 및 보수를 포함하여 백만 달러 이상이 될 수 있다.

소정의 리소그래피 시스템에서 가동되어야 할 마스크당 작업편의 수 (WPM) 는 소유-비용의 또 다른 중요한 인자이다. 파운드리 응용분야에 있어서, WPM은 3 내지 3000 까지 변할 수 있다. 마스크 비용과 리소그래피 장치의 열화 비용이 같아지는 지점은 다양한 인자에 의존한다. 일반적으로, 대형 필드 크기 (예컨대, 22 mm ×22 mm) 를 구비하고, 3000 WPM 이하에서 가동되는 리소그래피 시스템의 경우, 마스크 비용이 소유-비용을 지배한다.

산업 경향과 전통적 지혜는 산업 중 디램 (메모리) 과 마이크로프로세서 분야에 최적화되도록 리소그래피 시스템을 설계하여 왔다. 스텝-앤-리피트 또는 스텝-앤-스캔 기술은 둘다 이러한 산업의 부분에 잘 기여하고, 국제 기술 로드맵이 추천하는 필드 크기를 가지고 최저 소유-비용을 달성한다. 일반적으로, 더욱 적당한 필드 크기를 구비한 시스템이 보다 잘 기여할 수 있는 다른 응용분야들은 반도체 설비 제조분야에 의해 경시되어왔다.

예를 들면, 소유-비용 관점에서, 마스크 비용이 많은 응용을 지배한다는 것을 고려하면, 임의의 최적값으로 렌즈 필드의 크기를 감소시킬 수 있는 것은 유익하다. 그러나, 스테퍼 처리량은 대략 필드 크기의 제곱에 비례하며, 필드크기는 더 작아진 필드 크기로 얻어진 마스크 비용상의 절약부분을 전적으로는 아니나 다소 상쇄시키는 경향이 있다. 또한, 언제나 소형-필드 시스템의 필드에 포함될 수 없는 매우 큰 칩이 존재한다. 소형-필드 리소그래피 시스템의 추가된 개발 비용과 감소된 잠재 시장 크기는 복합되어, 소유-비용의 이점에도 불구하고 이와 같은 시스템의 개발을 저지하여 왔다. 또한, 소형 필드 시스템의 소유-비용의 이점은 잘 알려져 있지 않다.

따라서, 마스크당 3000 개의 작업편 (WPM) 이하인 경우, 필요한 것은 고속으로 비용-효과적으로 웨이퍼를 노광시킬 수 있는 리소그래피 시스템이다. 심화된 개발에 의해, 심지어 상대적으로 소형 렌즈 필드를 가진 프로젝션 렌즈를 이용하는 시스템의 경우에도 높은 처리량을 얻을 수 있다.

본 발명은 리소그래피에 관한 것이며, 특히,디바이스 제조용 장치 제조 시 고속으로, 비용-효과적으로 리소그래피 노광을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 비용 - 효과적인 리소그래피 시스템의 개략적인 단면도이다.

도 2a 는 도 1 의 비용 - 효과적인 리소그래피 시스템용으로 적합한 본 발명의 펄스 안정화 시스템의 예시적 실시형태의 개략도이다.

도 2b 는 본 발명의 조광 소스로부터 나온 조광 펄스의 강도 (I) 프로파일 대 시간의 도표로서, 도 2A의 펄스 안정화 시스템 내의 검출기로부터 검출된 신호의 시간에 대한 진폭 (A) 프로파일 대 시간에 대응한다.

도 2c 는 도 2b 의 합산된 신호의 도표로서, 문턱값 에너지 값인 T 를 나타낸다.

도 2d 는 포켈스 셀 (pockels cell) 을 활성화시켜 이를 통과하는 조광 펄스를 절단시키기 위해 포켈스 셀에 제공되는 문턱값 컷 오프 (threshold cut-off) 신호의 도표이다.

도 2e 는 포켈스 셀을 통과하고 포켈스 셀에 의해 절단된 후의 절단된 조광 펄스의 도표이다.

도 2f 는 도 1 의 고속 리소그래피 시스템용으로 적합한 본 발명의 펄스 안정화 시스템의 또 다른 예시적 실시형태의 개략도이다.

도 2g 는 도 1 의 고속 리소그래피 시스템과 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 펄스 안정화 시스템의 또 다른 예시적 실시형태의 개략도이며, 이는 조광 펄스의 단지 일부만이 포켈스 셀을 통과하도록 한다.

도 2h 는 도 1 의 고속 리소그래피 시스템과 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 펄스 안정화 시스템의 또 다른 예시적 실시형태의 개략도이며, 두개의 조광 소스를 결합시킨다.

도 3 은 본 발명의 비용 - 효과적인 리소그래피 시스템과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 조명 시스템의 개략 단면도이다.

도 4 는 프로젝션 랜즈의 개략 투시도로서, 이미지 평판 및 이와 관련된 렌즈 필드, 대물 평판 및 이와 관련된 대물 필드, 그리고 대물 - 측과 이미지 - 측의 개구수와 관련된 각을 나타낸다.

도 5 는 6X 의 축소/확대, 0.75 의 이미지측 개구수, 248nm, 193nm 또는 157nm 의 동작 파장, 그리고 11 mm×11 mm 의 이미지 필드 크기를 구비하는 예시적프로젝션 렌즈의 단면도 (실제 크기의 0.227배로 나타냄) 이다.

도 6 은 도 1의 시스템의 프로젝션 렌즈와 작업편 스테이지의 투시 근접도로서, 작업편 스테이지 상에 배치된 작업편을 나타내며, 화살표로 가리키는 스테이지의 운동에 따라, 프로젝션 렌즈의 렌즈 필드에 일치하여 존재하는 그리고 차후의 노광 필드를 나타낸다.

도 7 은 작업편의 평면도로서, 노광 필드와 노광 필드를 형성하기 위한 작업편 스테이지의 이동을 표시하는 스캔 경로를 나타낸다.

도 8 은 단일 조광 펄스에 의해 각 노광 필드를 생성시키도록 도 1의 비용 - 효과적인 리소그래피 시스템을 작동시키는 단계들로 이루어진 흐름도이다.

본 발명은 리소그래피에 관한 것이며, 특히, 장치 제조에 있어서 비용-효과적으로 리소그래픽 노광을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 비용-효과는 리소그래픽 노광을 매우 고속으로 수행하는 방법에 의해서 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 제조용 리소그래피 시스템 내의 리소그래피 렌즈의 사용을 포함하며, 렌즈는 종래의 리소그래피 시스템의 렌즈보다 실질적으로 더 작고 따라서, 종래 시스템과 함께 사용된 레티클보다 실질적으로 더 적은 정보를 포함하는 레티클의 사용을 허용하는 렌즈 (이미지) 필드 크기를 가진다. 제조용 리소그래피 시스템의 초기 가격에 있어서, 소형-필드 리소그래피 렌즈의 사용은 상당한 양의 돈을 절약시킨다. 더 작은 레티클의 절약은 레티클을 사용하여 노광되는 기판의 갯수에 의존하나, 레티클 세트 당 3000 개 이하의 기판이 관련된 작업량에 상당한다. 또한, 더 작아진 렌즈 필드 크기는 더 낮은 처리량을 초래함에도 불구하고, 렌즈 비용과 레티클의 절감은 이러한 단점을 상쇄하는 것 이상이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 새로운 "플래쉬-온-더-플라이" (flash-on-the-fly) 노광 모드를을 사용하는 것을 포함한다. 이 모드의 경우, 단일 펄스 조광을 이용한 노광을 달성하고, 소형 렌즈 필드와 관련된 처리량의 단점을 제거할 수 있다. 펄스당 요구되는 총 에너지양이 노광 면적에 비례하기 때문에, 종래보다 더 작은 렌즈 필드 크기를 사용하는 것은 단일 펄스 노광을 용이하게 한다. 따라서, 더 작은 렌즈 필드 크기는 더 작고, 그 결과, 덜 비싼 레이저나 플래쉬 램프와 같은 다른 펄스 조광 소스를 요구한다. 또한, 렌즈의 유효 수명은 각 조광 펄스에 내재된 고-에너지에 의해 제한될 수 있다. 딥 UV 조광 (deep UV radiation) 의 고-에너지 펄스는 시간의 연장된 주기동안 유리를 치밀하게 하여, 결과적으로, 렌즈 내에 허용될 수 없는 파단 오차를 초래한다. 더 작아진 렌즈 필드 크기는 더 적은 굴절 렌즈 부품과 더 많은 반사 렌즈 부품을 구비하는 설계를 포함하는 설계 가능성의 수를 넓힌다. 제한된 수명을 가지는 굴절 렌즈 부품때문에, 일반적으로 더 적은 굴절 부품을 가지는 설계가 더 긴 유효 수명을 갖는 것으로 기대될 수 있다. 이것은 통상의 경우 보다 더 적은 렌즈 (이미지) 필드의 비용-효과적인 사용을 허용하고, 덜 비싼 프로젝션 렌즈, 더욱 일반적으로는, 반도체 집적 회로 등과 같은 장치의 덜 비싼 제조를 의미하는 리소그래피 시스템에 적합하다.

따라서, 본 발명의 실시형태는 3000 개 이하의 기판을 처리하고, 각 필드를 노광하도록 조광 펄스를 사용하여 복수의 노광 필드를 형성하기위해 사용하는 마스크의 연속된 이미지를 작업편에 비용-효과적으로 노광시키는 리소그래피 시스템이다. 이 시스템은 광축을 따라 순서대로, 조광 펄스를 제공하는 조광 소스를 포함한다. 조명기는 조광 펄스를 수용하고 실질적으로 마스크 평편 위에 ±10% 이하의 공간 균일도로 균일하게 각 조광 펄스를 분산시키기위해 배치한다. 또한, 조명기를 나오는 각 조광 펄스에 의해 실질적으로 균일하게 조명되도록 마스크를 지지할 수 있는 마스크 지지대를 포함한다. 또한, 이 시스템은 마스크 주변에 배치된 대물 평판, 작업편 주변에 배치된 이미지 평판, 그리고 이미지 평판 내에 이미지 필드를 구비하는 프로젝션 렌즈를 포함한다. 프로젝션 렌즈의 이미지 필드는 종래 리소그래피 시스템의 이미지 면적의 반 미만의 이미지 면적을 커버하는 크기로 되어, 마스크는 종래 리소그래피 시스템에서 사용되는 마스크의 반 미만의 세밀함이 요구된다. 프로젝션 렌즈는 마스크에 의해 전달되는 조광을 수용하여 작업편상의 이미지 필드 내에 마스크 이미지를 형성하도록 배치된다. 작업편 스테이지는 이미지 평판 근처에 작업편을 지지하기 위해 제공된다. 작업편 스테이지는, 단일 조광 펄스가 마스크 이미지를 식별할 수 있을 정도로 오염시키지 않고 연속적인 마스크 이미지를 가지고 당해 인접 노광 필드를 노광할 수 있는 속도로 스캔 경로상으로 작업편을 이동시키도록 조절한다.

본 발명의 다른 실시형태는 펄스 안정화 시스템이며, 이것은 조광 소스로부터 나오는 조광 펄스의 펄스 간 균일도를 안정화시키도록 조광 소스의`하부스트림 (downstream) 에 배치할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 본 발명의 비용-효과적인 리소그래피 시스템은 조광 소스에 기능적으로 접속된 조광 소스 제어기와 작업편 스테이지의 이동을 제어하는 작업편 위치 제어기를 포함한다. 조광 소스의 작동 및 작업편 스테이지의 이동은 기준점에 대한 작업편 스테이지의 정확한 위치를 측정하는 메트롤로지 장치 (metrology device) 에 의해 용이하게 할 수 있다. 메트롤로지 장치는 조광 소스 제어기에 전기적으로 접속되고, 스캔 경로 상에서의 작업편의 이동과 조광 펄스를 조화시키기 위해 필요한 위치 정보를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 작업편은 이미지 수용 표면을 포함하고 각조광 펄스는 이미지 수용 표면을 융멸 (融滅) (ablasion) 시키지 않고 노광시킬 정도로 충분한 에너지를 가진다.

본 발명의 다른 실시형태는 프로젝션 렌즈로 작업편 상에 다중 노광 필드를 형성하는 방법이다. 프로젝션 렌즈는, 패턴을 구비한 마스크를 지지하는 대물 평판과 마스크 이미지가 형성되는 이미지 필드를 가진 이미지 평판을 구비한다. 이 방법은 이미지 필드와 상대적으로 작업편을 정렬시키는 단계, 다음으로, 복수의 조광 펄스를 가지고 마스크를 조광시키는 단계를 포함한다. 조광 펄스는 바람직하게는, 양호한, 즉, 10% (3σ) 이하의 펄스 간 균일도 (즉, 노광 도즈의 작은 편차) 를 가지며, 더욱 바람직하게는, 1% (3σ) 이하의 펄스 간 균일도를 가진다. 이 방법은 각 조광 펄스로 분리된 마스크 이미지를 형성하도록 프로젝션 렌즈로 마스크에 의해 전달되는 조광 펄스의 부분을 집광시키는 단계를 더 포함한다. 집광 단계 동안, 작업편은 이미지 평판내의 스캔 경로 상에서 지속적으로 이동하여, 각 마스크 이미지가 해당하는 분리된 노광 필드를 형성하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 작업편의 1 이상의 기존의 분리된 노광 필드에 마스크 이미지를 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 방법으로서 펄스 간 균일도를 향상시키기 위하여 펄스 안정화 시스템을 통하여 조광 펄스를 보내는 방법을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 대물 평판, 이미지 평판 그리고 이미지 필드를 구비하는 프로젝션 렌즈로 작업편 상에 연속적으로 정렬된 복수의 노광 필드를 고속으로 형성하는 방법이다. 이 방법은 대물 평판 주변에 패턴을 구비한 마스크를 지지시키고, 연속적으로 정렬된 노광 필드가 형성될 수 있고, 이미지 필드에 대하여 스캔 경로 상으로 이미지 평판 내에서 움직일 수 있도록 작업편용 작업편 스테이지를 배치하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 조광 펄스로 마스크를 조사하고 프로젝션 렌즈로 전달된 조광을 집광시켜 각 조광 펄스에 대해 이미지 필드 내에서 마스크 이미지를 형성하는 단계를 포함한다. 작업편 스테이지는 마스크 조광 동안 스캔 경로 상으로 지속적으로 이동되어, 인접 조광 펄스가 인접 노광 필드를 형성하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 방법에 있어서, 작업편 상에 형성된 기존의 노광 필드와 병치 인쇄 정합된 상태에서 인접 노광 필드를 형성하는 방법이다.

본 발명은 리소그래피에 관한 것이며, 특히, 장치 제조시 고속이고, 비용 - 효과적으로 리소그래피 노광을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 설계는 각 필드가 단일 조광 펄스에 의해 노광되는 동작 모드에 적합하여, 연속 펄스간에 기판 스테이지가 계속적으로 움직일 수 있을 정도로 충분히 간결하다.

이하, 우선, 본 발명의 비용대비 효과적인 리소그래피 시스템의 주요 구성부재들을 개략적으로 설명하기로 한다. 다음으로, 이 시스템의 주요 구성부재 각각에 대해 종래 리소그래피 시스템과의 차이점을 적절히 강조하면서 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 계속하여, 장치의 고속이고 비용 - 효과적인 제조에 효과를 미치는 본 발명의 비용 - 효과적인 리소그래피 시스템을 사용하는 방법을 설명하기로 한다. 필드가 단일 펄스로 노광되는 작동 방식은 이하 "플래쉬-온-더-플라이" 방식 ("flash-on-the-fly) 이라 한다. 본 발명의 리소그래피 시스템이 종래 "스텝-앤-리피트" (step-and-repeat) 모드로 작동할 수 있지만, 역시 "플래쉬-온-더-플라이" 시스템이다.

이하 설명 및 도면에서, 동일한 구성부재는 동일한 도면 부호를 사용한다.

리소그래피 시스템의 개략

도 1을 참조하면, 본 발명의 리소그래피 시스템 (10) 은 광축 (A1) 을 따라 순서대로, 조광 소스 제어기 16 에 전기적으로 접속된 조광 소스 (14) 를 포함한다. 본 발명에서, "조광 소스" 라는 용어는 일반적으로 광방출하는 소스 (a source of emitting radiation) 를 나타내며 가시광선에서 소프트 X선에 이르는 파장 범위를 포함한다. 선택적으로, 조광 소스로부터 방출된 펄스 간 안정도가 향상될 것이 요구되는 경우에, 조광 소스로부터 방출되는 조광 소스의 펄스간 균일성을 제공하는 펄스 안정화 시스템 (18)이 조광 소스 (14) 와 인접한 곳에 포함된다.

시스템 (10) 내에, 축 (A1) 을 따라 조명 시스템 (24) 그리고 마스크 평판 (MP) 에서 마스크 (M) 를 지지할 수 있는 마스크 홀더 (30) 를 더 포함한다. 또한, 시스템 (10) 은 마스크 평판 (MP) 과 실질적으로 일치하여 배치시킨 대물 평판 (OP), 개구 스톱 (AS) 그리고 이미지 평판 (IP) 을 구비하는 프로젝션 렌즈 (40) 를 포함한다. 작업편 스테이지 (50) 는, 이미지 평판 (IP) 의 지근에 프로젝션 렌즈 (40) 에 인접하여 배치되고, 이미지 수용 표면 (WS) 을 구비하는 작업편 (W) 을 지지할 수 있는 상부 표면 (52) 을 가진다. 작업편 스테이지의 위치 제어 시스템 (60) 은 작업편 스테이지 (50) 에 전기적으로 접속되며, 작업편 스테이지의 위치를 정확히 측정하도록 메트롤로지 장치 (62) 를 포함한다. 메트롤로지 장치 (62) 는 조광 소스 제어기 (16) 에 직접 전기적으로 접속된다. 포커스 시스템 (72) 은 작업편 (W) 과 작용적으로 상호통신하도록 배치하고 (예컨대, 나타낸 바와 같이, 인접 프로젝션 렌즈 (40)), 프로젝션 렌즈 (40) 에 대한 작업편의 이미지 수용 표면 (WS) 의 위치를 감지한다. 포커스 시스템 (72) 은 전기 신호를 발생시키고, 이 신호는 제어 시스템 (60) 에 전달되고, 그 결과, 스테이지 (50) 가 작업편의 축 위치를 조절할 수 있다.

시스템 (10) 은 레퍼런스 (예컨대, 프로젝션 렌즈 (40) 에 의해 작업편상에 형성된 마스크 정렬 키 이미지) 에 대하여 작업편을 정렬하기 위해 작업편 (W) 과 광학적으로 통신하도록 배치된 정렬 시스템 (70) 을 더 포함한다. 작업편 스테이지와 작업편 스토리지 유닛 (84) 사이에 작업편을 전달하도록, 작업편 스테이지 (50) 와 작동가능한 통신상태에 있는 공정 시편 시스템 (80) 이 제공된다. 이하, 보다 상세하게 나타낸 바와 같이, 시스템 제어기 (90) 는 조광 소스 제어기 (16), 펄스 안정화 시스템 (18), 조명 시스템 (24), 작업편 스테이지 위치 제어 시스템 (60), 포커스 시스템 (72), 정렬 시스템 (70), 그리고 작업편 핸들링 시스템 (80) 과 전기적으로 접속되고, 이러한 시스템들의 작동을 제어하고 조화시킨다.

조광 소스

조광 소스 (14) 는, 작업편에 대해 고속 (즉, 1 내지 100 Hz), 균일한 단일 펄스 노광을 할 수 있기 때문에, 플래쉬 온 더 플라이 작동 모드를 위한 본 발명의 주된 실시태양이다. 리소그래피 시스템 (10) 용으로 필요한 조광 소스 (14) 의 타입을 평가하기 위해서, 본 발명에서 발생할 수 있는 조명 불균일도의 원인에 대해 설명한다.

리소그래피 시스템 (10) 이 성공적으로 작업편 (W) 의 이미지 수용 표면 (WS) 상에 이미지를 형성하는 능력에 영향을 주는 조명 불균일의 2가지 원인이 있다. 첫째, 플래쉬 온 더 플라이 모드 작동에서 중요한 것으로서, 조광 소스의 펄스 간 에너지 변화이고, 둘째, 노광에 얼마나 많은 펄스가 사용되는가와 무관하게, 노광 필드 상의 소정의 펄스의 에너지 변화 (즉, 스페이셜 불균일도 (spatial non-uniformity)) 이다.

리소그래피 시스템 (10) 에서 플래쉬-온-더-플라이 작동 모드로 단일 펄스 노광을 수행하는 경우, 펄스 간 노광 도즈의 변화는, 인쇄되는 형상의 임계 차원이 작업편의 이미지 수용 표면의 노광 도즈의 차이에 의해 영향을 받지 않을 정도로 충분히 작아야만 한다. 노광 필드 사이의 임계 차원의 크기에 있어서의 변화는 장치의 성능에 역효과를 줄 수 있다.

따라서, 조광 소스 (14) 는 펄스 조광 소스로서, 펄스 레이저, 플래쉬 램프 소스 또는 다른 형태의 펼스 조광 발생기일 수 있으며, 플래쉬-온-더-플라이 동작 모드에서 사용되어질 때 펄스간 편차가 거의 없는 조광 펄스를 발생시킬 수 있다.해상도에 의해 제한된 형상 크기를 가지는 반도체 집적 회로를 포함하는 대부분의 응용장치에서, 노광 도즈의 편차는 이상적으로 1% (3σ) 이하이다. 반면에, 비임계 IC 층과 결선 패드를 인쇄하는 다른 응용장치에서, 5% (3σ) 이하의 노광 도즈의 편차가 상당히 허용될 수 있다. 조명 균일도가 덜 중요한, 소위 "범프 리소그래피" (BUMP LITHOGRAPHY) (즉, 집적 회로 기판 결선을 형성할 때 땜납 범프를 형성하는 것) 와 같은 다른 응용장치도 있으며, 노광 도즈의 편차는 10 % (3σ) 정도가 허용될 수 있다.

일반적으로, 조광 시스템은 조광 소스로부터 들어오는 입사 조광을 혼합하여 균일한 출력을 형성하는 구성부재를 채택한다. 그러나, 이러한 혼합은 혼합된 조광이 불일치하는 (noncoherent) 경우 (또는, 거의 그러한 경우) 에만 효과적이고, 강도는 선형적으로 합산된다. 연장된 경로 길이에 걸쳐서 조광이 스펙트럼상 단일한 (일치하는) 경우에는 빔의 다른 부분들을 결합함으로써 간섭효과를 초래할 수 있으며, 이는 균일도 문제를 악화시킬 수 있다. 어떤 경우에는, 혼합된 출력이 필드의 어떤 부분에서 상쇄간섭에 의해 완전하게 상쇄될 수 있어서, ±100 % 의 불균일을 초래한다.

레이저 조광 소스의 스페이셜 모드의 갯수를 증가시킴으로써, 정합 효과 (coherent effect) 에 의한 조명 불균일성을 감소시킬 수 있다. 간섭 효과 (interference effect) 에 따른 조명 불균일성의 정도는 대략 스페이셜 레이저 모드의 수의 제곱근에 반비례하며, 스페이셜 레이저 모드의 갯수는 본 발명에서 m⁴로 정의 된다. 따라서, 관계식은 이하 같다:

불균일도 ≒ ±(1/m²) (1)

정합 효과에 기인한 모듈레이션의 수준은 모드 갯수의 제곱근의 역수, 즉 1/m²에 근사한다. 1% (3σ) 이하의 조명 불균일도를 달성하기 위해서는 30 이상, 그리고 바람직하게는, 100 이상이어야 한다.

펄스 조광 소스 (14) 는, 바람직하게는, 약 1 나노초보다 더 길지만 1 밀리초, 바람직하게는 10 마이크로초보다 짧고, 더욱 바람직하게는 1 마이크로초보다 짧은 순간 펄스 길이를 가진 조광 펄스를 방출할 수 있다. 단일 펄스 노광의 펄스당 에너지는 작업편의 이미지-수용 표면 (WS) 의 감광성, 프로젝션 렌즈 이미지 필드 (IF) 의 크기, 및 광트레인 (즉, 조명 시스템 (24), 마스크 (M) 및 프로젝션 렌즈 (40)) 의 투과성에 의존한다. 노광 필드를 형성하기 위해서, 다중 조광 펄스가 사용되는 경우에는 조광 펄스는 2 이상의 펄스로 이루어진 버스트 (burst) 형태로 방출될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 버스트당 백개 이상의 펄스가 바람직한 노광 도즈를 달성하기 위해 사용될 수 있다.

리소그래피 시스템 (10) 의 많은 응용장치의 경우, 작업편 (W) 은 포토레지스트 층의 형태로 이미지 수용 표면을 가진 반도체 웨이퍼일 것이다. 대부분의 포토리소그래피용 딥 UV 포토레지스트는 5 mJ/cm²내지 30 mJ/cm²범위의 에너지에 노광될 것을 요구한다. 25 % 효율을 갖는 광트레인, 11 mm ×11 mm 의 이미지필드 크기, 25 mJ/cm²의 포토레지스트 감광성을 가정하면, 조광 소스 (14) 의 요구되는 노광 에너지는 120 mJ 이 된다. 플래쉬-온-더-플라이 작동 모드 동안 20 Hz의 반복률에서, 이는 2.4 W의 평균 출력을 요구할 것이다. 이들 수치는 예시적이며, 당해 분야의 전문가는는 특정 응용장치에 따라 그 수치가 변하는 것을 파악할 것이다. 펄스 반복률은 조광 소스 (14) 의 최대 파워 전송 능력에 의해 제한된다.

일반적으로, 조광 소스 (14) 의 출력은 작업편 이미지 수용 표면 (WS) 이 노광되지만 융멸되지 않을 정도가 바람직하다. 예를 들면, 30 % 의 단일 펄스, 25mJ/cm²의 에너지를 갖는 입사 도즈가 1 마이크로 두께의 포토레지스트 층에 흡수됨을 가정하고 열전도에 따른 손실을 무시하면, 그 결과 온도 상승은 100 ℃ 이상이 된다. 대부분의 딥 UV 포토레지스트 시스템의 경우, 이는 처리하기 쉬운 온도 상승이다.

이하, 리소그래피 시스템 (10) 에서, 작업편 스테이지 (50) 는 플래쉬-온-더-플라이 작동 모드 또는 스텝-앤-리피트 작동 모드에서의 노광 사이뿐만 아니라 노광 동안에도 작업편 (W) 을 이동시키기 위해서 사용된다. 플래쉬 온 더 플라이 모드에서, 사용된 순간 펄스 길이와 펄스 반복 률은 작업편 스테이지 (50) 의 최대 속도를 제한할 수 있다. 펄스 노광 동안 지각될 정도의 이미지 손상을 피하기 위해서, 펄스 노광 동안의 작업편 스테이지 (50) 의 동작은 인쇄된 최소 형상 크기에 비하여 상대적으로 작을 것이 필요하다.

허용되는 이미지의 손상 정도는 놀라울 정도로 크다는 것이 밝혀졌다. 예를 들면, 최대 형상 크기의 20% 의 이미지 손상은 거의 지각되지 않는다. 렌즈 필드 크기가 11mm의 폭을 가지고, 최소 형상 크기가 0.1 마이크론이며, 레이저 노광 펄스가 10 나노초의 순간 지속 시간을 갖는다고 가정하면, 최대 스캔 속도는 2 m/초가 되고 해당 레이저 펄스 률은 180 펄스/초가 된다. 스펙트럼의 다른 단부에서는, 3 마이크론의 최소 형상 크기와 1 마이크로초의 노광 펄스 지속 시간은 600mm/초의 최대 스캔 속도 와 초당 54 펄스 률을 필요로 할 것이다.

본 발명의 리소그래피 시스템 (10) 용으로 적합한 조광 소스 (14) 는 상업적으로 입수가능한 조광 소스로부터 채택될 필요가 있다. 이는 대부분의 상용 레이저 기반의 제조용 응용장치들은 단지 일 또는 매우 작은 (m⁴< 10) 스페이셜 모드를 가고, 고정합 레이저를 요구하기 때문이다. 엑시머 레이저는 예외이며, 이것은 충분히 비정합성이라는 점에서 본 발명에서 사용하기에 적합하도록 하는 충분히 많은 모드로 전형적으로 진동을 한다. 또한, 엑시머 레이저는 248 nm (KrF), 193 nm (ArF) 또는 157 nm (F2) 의 바람직한 리소그래피 파장으로 동작한다. 그러나, 캘리포니아 센디에고 소재 사이머 회사와 독일 괘팅겐의 람다 피지크 (Cymer Corporation, San Diego, California and Lambda Phisik of Goettingen, Germany) 가 제조한 것과 같은 전형적인 리소그래피 엑시머 레이저는 매우 우수한 펄스 간 안정도를 갖고 있지 않다 (예컨대, 단지 약 10% (3σ)). 이러한 레이저를 사용하는 시스템은 1% (3σ) 의 최종 조명 균일도를 얻기 위한 펄스 평균화에 의존한다. 특정 응용장치를 목적으로 본 발명을 이용하기에 적합할 수 있는 엑시머 레이저는 독일 뮌핸의 TuiLaser AG 로부터 입수할 수 있으며, 이들은 상기와 같은 2% (1σ) 의 광고된 펄스 간 안정도를 구비한 딥 UV 엑시머 레이저를 제조한다. 본 발명의 특정 응용장치에 TuiLaser의 레이저를 적합하게 함으로써 광고된 특성을 초과한 향상된 펄스 간 안정도를 얻을 수 있다.

또한, 플래쉬-온-더-플라이 작동 방식으로 사용되는 때에는, 고상 레이저가 본 발명의 리소그래피 시스템 (10) 의 조광 소스 (14) 로서 바람직하다. 이는 고상 레이저가 우수한 펄스 간 안정도 (일반적으로, 1% (3σ) 이하) 를 보이고, 주파수 증배가 될 수 있어 출력 파장이 엑시머 레이저 리소그래피 파장의 출력 파장 중 하나와 일치시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적을 위해, 고상 레이저가 사용될 수 있지만, 상기 개시와 같이 많은 수 (m⁴) 의 스페이셜 모드로 작동할 수 있고, 딥 UV 파장의 동작을 얻기 위해서 주파수를 증배할 수 있도록 설계될 필요가 있다. 비록 다중 모드의 고상 레이저가 실질적으로 개발된 첫번째 타입의 레이저이지만, 널리 응용분야를 가지고 있지 않기 때문에, 일반적으로 상업적으로 입수가 가능하지 않다. 현대 리소그래피 시스템에서, 다중 모드 고상 레이저는, 주로 종래의 모든 굴절 프로젝션 광학 시스템이 수용할 수 있는 것보다 더 큰 스펙트럴 밴드폭을 가지고 있다는 이유 때문에 다중 모드 고상 레이저는 현재 사용되지 않는다.

캘리포니아, 산타 클라라 소재의 Continuum, Inc 에 의해, 발명자를 위하여,532nm 파장과 16 나노초 (FWHM) 의 순간 펄스 길이의 주파수가 증배된 Nd:YAG 레이저 출력 조광의 형태로 조광 소스 (14) 용으로 적합한 다중모드, 고상, 주파수 증배 레이저가 설치되었다. 리소그래피용으로 이 레이저를 적합하게 하기 위해서, 266nm의 출력 파장을 발생시키도록, 출력 주파수는 2배로 증배 되어야만 한다. 많은 스페이셜 모드를 가지고 작동하도록 변조될때, 본 발명을 위한 적합한 레이저 조광 소스로서 기능할 수 있는 다른 고상 레이저는 각각 1047 nm 내지 1053 nm, 730 nm 내지 780 nm, 그리고 700 nm 내지 900 nm 의 파장으로 레이저를 발생시키는 Nd:글래스 레이저, 알렉산드라이트 (alexandrite) 레이저, Ti:사파이어 레이저를 포함한다. 이러한 레이저는 주파수를 2배, 3배, 4배로 증배하여, 딥 UV (즉, 266nm 미만) 에서 작동할 수 있고, 이 경우에 매우 민감한 포토레지스트를 이용할 수 있다. 가능 파장은 266 nm 에서 4 배가 된 Nd:YAG, 248 nm 에서 3 배가 된 알렉산드라이트 또는 Ti:사파이어, 그리고 193 nm 에서 4 배가 된 알렉산드라이트 또는 Ti:사파이어를 포함한다.

또 다른 적합한 조광 소스는 전자기 스펙트럼의 6 nm - 14 nm 의 파장 영역의 파장에서 작동하는 크세논 플라즈마 소스이다.

특정 응용장치 (예컨대, 범프 리소그래피) 에 대한 본 발명에 적합한 또 다른 조광 소스 (14) 는 프로젝션 렌즈가 교정되는 스펙트럼의 동일 부분에서 조광을 방출하는 가스 충진을 함유하는 플래쉬 램프이다. 예를 들면, 수은 충진 플래쉬 램프는 스펙트럼의 거의 UV 부분 (예컨대, 약 350 nm 내지 450 nm 의 파장) 에서 조광을 방출하며, 많은 범프 리소그래피용 레지스트가 감도를 갖는다. 이경우, 램프의 순간 펄스 길이는 10 내지 100 마이크로초의 범위에 있고, 광학 시스템에 의해 형성된 최소 형상은 25 내지 50 마이크론의 폭이 될 수 있다. 10 마이크로초의 펄스 길이 동안 10 마이크론의 결함을 허용하면, 초당 1 미터/초의 최대 스캔 속도를 초래한다. 분명하게도, 이러한 스캔 속도는 매우 높은 처리량의 리소그래피 시스템을 얻을 수 있게 한다.

조광 소스 제어기

조광 소스 (14) 는 조광 소스 제어기 (16) 에 전기 접속되고, 조광 소스 제어기는 조광 소스로부터 나오는 조광 방출을 제어하는 역할을 한다. 조광 소스 제어기 (16) 은 거리 장치 (62) 와 직접적인 전기적 통신 상태에 있으며, 시스템 제어기 (90) 에도 전기적으로 접속된다. 조광 펄스 제어는, 하기와 같이, 프로젝션 렌즈에 의해 이미지화된 마스크 패턴이 작업편에 정렬될 때만 (예컨대, 기존의 노광 필드와의 정렬, 정렬 표시) 작업편이 조사되는 것을 보장하기 위해 필요하다.

작업편 (W) 을 조사하기에 앞서, 이미지 수용 표면 (WS) 상의 노광 필드 (EF) 를 위한 예상된 위치 정보는 시스템 제어기 (90) 를 경유하여 정렬 시스템 (70) 으로부터 얻어지고, 조광 소스 제어기 (16) 에 보내어 진다. 위치 장치 (62) 로부터 얻어진 실제 작업편 스테이지의 위치 정보는 지속적으로 조광 소스 제어기 (16) 에 보내어 진다. 조광 소스 제어기 (16) 는 조광 소스 (14) 의 펄스버스트 또는 단일 펄스를 시작할 정확한 시간을 결정한다. 플래쉬 온 더 플라이 작동 방식에서 단일 펄스 조광으로 노광하는 경우, 3 회의 지연을 고려하여야 한다. 첫째, 위치 장치 (62) 로 부터 나오는 위치 정보에서 지연 시간 ΔT₁이 있으며, 이는 주로 "데이타 에이징" (Data Aging) 이라 한다. 둘째, 신호가 조광 소스 제어기 (16) 로부터 전달되는 시간과 작업편 (W) 에 조광 펄스의 중간점의 도달간에 지연 ΔT₂가 있다. 예를 들면, 펄스 길이가 30 나노초라면, 중간점은 한쪽 에지로부터 15 나노초가 될 것이다. 셋째, 예측된 것과 원하는 작업편 스테이지 위치를 계산하고 비교하는 것과 관련된 시간 지연 ΔT₃가 있다. 모든 이러한 지연은 즉시 측정되거나 계산되며, 일정하다. 조광 소스 제어기 (16) 는 펄스를 발생시키기 전에 다양한 지연을 고려하여 펄스를 트리거하기 위한 신호를 주도할 수 있어야 한다. 위치 오프셋을 발생시키기 위해 지연 성분, ΔT₁+ ΔT₂+ ΔT₃는 스캔 속도에 의해 배가 된다. 교정된 요구 위치는 위치 장치 (62) 로부터 나온 도달 위치 데이타와 비교되어 그것이 동일할 때 트리거 펄스를 발생시킨다.

실시예에서, 조광 소스 제어기 (16) 는 Race++ VME 버스 컴퓨터 시스템을 포함하며, 이것은 Alameda, CA 소재의 윈드 리버 시스템 (Wind River System, Inc) 의 VxWorks^ⓡ실시간 운영 시스템을 가동시키는 Chelmsford, MA 소재의 머큐리 컴퓨터 시스템사 (Mecury Computer System, Inc) 에서 입수가능하다.

펄스 안정화 시스템

펄스간 에너지 변화는 주파수 증배 고상 레이저에서 나타날 수 있으며, 주파수 증배 처리시 악화될 수 있다. 그러나, 조광 소스 (14) 로서 주파수 증배 고상 레이저 또는 대부분의 엑시머 레이저인 경우에, 조광 소스의 펄스간 균일도를 수용할 수 있는 수준까지 향상시키기 위해 시스템 (10) 내에 펄스 안정화 시스템 (18) 을 제공하는 것이 필요하다는 것을 입증한다. 이것은 특히 각 노광마다 단일 펄스가 사용되는 플래쉬 온 플라이 모드에서 중요하다.

도 2a 는 본 발명의 펄스 안정화 시스템 (18) 의 첫번째 실시예를 도시한다. 시스템 (18) 은 조광 소스 (14) 의 다운스트림, 제 1 및 제 2 광로 P1 과 P2 를 형성하는 제 1 차 빔 스플리터 (BS1) 를 포함한다. 검출기 (102) 는 2 차 광로 (P2) 를 따라 배치된다. 검출기 (102) 에 적분 회로가 전기적으로 접속되고, 적분 회로는 포켈스 셀 구동기 시스템 (106) 에 전기적으로 접속되며, 포켈스 셀 구동기 시스템은 제 1차 광로 (P1) 내에 배치된 포켈스 셀 (108) 에 전기적으로 접속된다. 본 발명에 적합한 포켈스 셀 및 관련 전기장치는 Cleveland, Ohio 소재의 클리블랜드 크리스탈사 (CLeveland Crystals, Inc) 로부터 부품 번호 IPD2545 로서 입수할 수 있다. 광로 (P1) 는 지연 라인 (110) 을 포함하며, 3개의 미러 (M1 - M3) 로 구성된 광 시스템으로 형성된 것으로 도시되어 있다.

도 2B - 2E 를 참조하면, 동작시, 조광 소스 (14) 는 조광 펄스 (112) 를 발산하며, 조광 펄스는 빔 스플리터 (BS1) 에 의해 제 1 광로 (P1) 를 따라 진행하는 빔 (112a) 과 제 2 광로 (P2) 를 따라 진행하는 빔 (112b) 으로 나누어 진다. 조광 빔 (112b) 은 방출된 광 (112) (도 2B) 중 작은 (그러나, 잘 정의된) 부분만을 필요로 한다. 검출기 (102) 는 조광 빔 (112b) 의 순간 강도를 측정하고, 조광 빔의 강도에 비례하는 신호 (A) 를 발생시킨다 (도 2B). 이 신호는 적분 회로 (104) 로 통과하고, 적분 회로는 이 신호를 적분하여 조광 빔 (112b) 이 제공하는 에너지 량을 측정한다 (도 2C). 적분된 신호는 이를 통과하여 포켈스 셀 구동기 시스템 (106) 에 도달한다. 소정의 신호 문턱값 (T) (소정의 에너지 스레스홀드에 상응하는) 에 도달할 때, 시스템 (106) 은 포켈스 셀을 활성화 시키는 활성화 신호를 보내어 광로 (P1) 를 따라 진행하는 조광 빔 (112a) 의 전달을 차단한다.

순 결과 (net result) 는 펄스 말미의 소멸 부분 만을 제외하고는 방출된 조광 펄스 (112) 와 모양에 있어서 동일한 절단 조광 펄스 (113) (도 2E) 이며, 펄스 말미는 절단되어 실질적으로 모든 출력 조광 펄스 (112) 를 동일하게 한다. 즉, 조광 펄스 (113) 은 실질적으로 문턱값에 상응하는 에너지량을 가지며, 문턱값은 소정의 전체 펄스 에너지의 측정치이다. 조광 펄스 (113) 의 말미에 예리한 컷 오프가 결여된 것은 포켈스셀의 상승 시간 (Rise Time) 에 기인하며, 전형적으로 약 1 내지 2 ns 에 해당한다. 이 실시예에서, 포켈스 셀 (108) 은 off/on 스위치로서만 작동하고, 꼬리 부분을 제외한 각 조광 펄스의 전체 부분을 전달한다.

지연 라인 (110) 은 조광 빔 (112a) 이 빔 스플릿터 (BS1) 에서 검출기 (102) 로 진행하는데 걸리는 시간 동안 조광 빔 (112a) 이 포켈스 셀 (108) 에 도달하는 것을 지연시키는 광학 시스템 (도시된 바와 같이 미러 (M1 -M2) 을 포함함) 으로서, 검출기가 상응하는 전기적 신호를 발생시키도록 하고, 적분 회로 (104) 가 그 신호를 적분하고, 포켈스 셀 구동기 시스템 (106) 포켈스 셀 (108) 에 신호를 전달할 수 있도록 한다. 이러한 지연은 전형적으로 10 ns 차수이며, 이는 대략 10 피트 정도의 지연 라인의 길이에 해당한다. 따라서, 포켈스 셀 (108) 이 조광 펄스 (112a) 를 절단시키는 지점은 적분된 펄스 강도 (즉, 에너지) 가 소정의 문턱값에 도달하는 동일 지점에 대응한다. 이로써, 문턱값 T 가 (기대된 바) 최저 펄스 에너지의 적분된 에너지 미만으로 설정된다면, 모든 출력 펄스 (113) 가 동일한 에너지, 즉 조사 용량을 가질 수 있음이 보장된다. 포켈스 셀 (108) 의 동작은 선형적으로 편광된 입력 빔과 출력단에 직교하는 편광을 통과시켜 광로 (P3) 를 따라 동일한 편광을 출력 (dump) 하는 편광기 (BS2) 를 구비하였는지 여부에 의존한다.

어떤 레이저에 있어서, 예를 들면, 모든 엑시머 레이저의 경우에, 레이저 출력은 편광되지 않는다. 편광된 빔은 편광에 민감한 빔 스플리터를 통해 출력 빔을 통과시킴으로써 만들 수 있다. 원치 않는 편광이 출력된다면, 이러한 구성은 50 % 이하의 효율을 가질 것이다. 따라서, 빔 스플리터에 의해 만들어진 두 편광 빔을 결할 수 있는 것은 유리하다.

따라서, 도 2F를 참조하면, 펄스 안정화 시스템 (18) 의 또 다른 실시예는조광 빔 (112) 을 빔 스플리터 (BS3) 를 경유하여 직교 편광된 두개의 빔 (112C 및 112d)으로 분리시키는 것을 포함한다. 편광된 것 중 하나는 빔 (112d) 의 광로에 배치된 반 파장 플레이트 (HWP) 를 이용하여 다른 편광으로 전환되어, 빔 (112c') 을 형성한다. 빔 (112c 및 112d) 은 예를 들면, 접이식 미러 (M4 -M6) 을 포함하는 광학 시스템을 이용하여 재결합된다. 두개의 빔 (112c 및 112c') 은 이제 동일한 편광을 가지기 때문에, 효율적으로 공통 선편광되게 결합시킬 수는 없으나, 그들을 나란히 배치 시킴으로써 결합시킬 수 있다. 이 경우, 빔 (112c 및 112c') 은 미러 (M6) 로 부터 하나의 빔 (예컨대, 도시된 바와 같이 빔 (112c')) 을 반사시키고, 다른 빔을 그 미러의 반사 에지를 타고 통과시킴으로써 결합시킬 수 있다. 결합된 출력 빔은 도 2A에 도시된 펄스 안정화 시스템 내에 있는 빔 스플릿터 (BS1) 로 향하게 할 수 있으며, 도 2A 와 관련하여 상기한 바와 같이 연속적으로 처리할 수 있다.

이제, 또 다른 실시예로서, 도 2G는 포켈스 셀 (108) 을 통과하는 조광 빔 내의 에너지 양을 감소시키는 구성을 가진 펄스 안정화 시스템 (18) 을 도시한다.

도 2G의 시스템 (18) 은 본질적으로 도 2A의 시스템과 동일하지만, 각각의 광로 (P1 및 P2) 내에 빔 스플릿터 (BS4 및 BS5) 를 포함하고, 빔 스플릿터 (BS2) 가 접이식 미러 (M7) 로 대체되어 있는 점에서 다르다. 다시, 조광 펄스 (112) 가 편광되어 있고, 그렇지 않다면, 편광시켰음을 가정한다. 지연 라인 (110) 으로부터 되돌아 온 조광 빔 (112a) 은 편광 빔 스플릿터 (BS4) 에 의해 두 부분 (112a1 및 112a2) 으로 스플릿된다. 바람직하게는 조광 빔 (112a) 의 대부분을대표하는 조광 빔 (112a2) 은 포켈스 셀 (108) 을 바이패스하는 광로 (P4) 위로 반사된다. 조광 빔 (112a1) 은 포켈스 셀 (108) 을 통과하고, 상기한 바와 같이 약화된다. 조광 빔 (112a2) 은 광로 (P3) 를 따라 편광 감지 빔 스플릿터 (BS5) 에 의해 전체적으로 반사된다. 유사하게, 미러 (M7) 는 광로 (P3) 를 따라 출력 빔 (113) 을 반사시킴으로써, 빔 (112a2 및 113) 을 결합시켜 하나의 출력 빔 (114) 을 형성한다. 편광 감지 빔 스플릿터 (BS4) 에 의해 스플릿된 광의 양은 단순히 그 것을 통과하는 광축 주위로 빔 스플릿터를 회전시킴으로써 조절할 수 있다.

포켈스 셀 (108) 을 통과하는 조광 빔 (112a1) 은 모든 조광 펄스 (112) 의 에너지 양을 균등하게 하기에 충분한 정도로만 약화시킨다. 이 경우에, 포켈스 셀 (108) 은 빔의 단지 일부 만을 통과 시키도록 하는 스위치로서 또는 가변 감쇠기 (Variable attenuator) 로서 기능한다. 포켈스 셀 (108) 을 통과하는 빔 (112a1) 은 대부분을 차지하는 조광 빔 (112a2) 과 재결합 할 때, 결합된 빔 (114) 이 매우 일관된 양의 펄스 에너지를 갖는 조광 펄스로 이루어지도록 충분할 정도로 감소된다. 본 실시례에서, 지연 라인 (110) 은 충분히 길어야만, 조광 빔 (112a1) 이 입사되기 전에 포켈스 셀 (108) 의 감쇄가 올바르게 설정될 수 있거나, 빔 (112a1) 의 정확한 부분이 절단될 수 있다. 선택적으로는, 비편광 조광 펄스를 가지고, 편광 감각 빔 스플릿터를 이용하여 그 일부를 추출하여 감쇄시킬 수 있다. 이와 같은 경우, 도 2F에 관련하여 상기한 방식으로 편광 감쇄된 빔과 비편광 빔은 칼날 미러 (knife-edge mirror) 를 이용하여 나란히 재결합시켜야만한다.

도 2G와 관련하여, 도시한 펄스 안정화 시스템의 동작의 예에서와 같이, 조광 소스 (14) 는 90 mJ 내지 110 mJ 사이의 최대 펄스간 도즈 (에너지) 변화를 갖는 것으로 측정된다. X mJ 의 도즈를 가진 펄스는 그것이 조광 소스 (14) 를 빠져 나올때 측정이 되고, 포켈스 셀에서 설정되어야 할 감쇄 (A) 는 다음 계산과 같다.

A = (90-0.8 X) / 0.2 X (2)

조광 펄스 (112a) 는 지연 라인 (110) 을 통과하여, 조광 펄스 (112a2) 로서조광 펄스 (112a) 강도의 80 % 가 광로 (P3) 를 따라 직접 출력 쪽으로 향하지만, 반면에, 펄스 (조광 펄스 112a1) 의 20 % 는 포켈스 셀 (108) 에 의한 인자 (A) 에 의해 감쇠되며, 펄스 (112a2) 와 결합하기 전에 조광 펄스 (113) 를 형성한다. 결과적으로, 출력 펄스 (114) 의 강도 (I_o) 는 다음과 같다.

I_o= 0.8 X + 0.2 X (90 - 0.8 X)/0.2 X = 90mJ (3)

따라서, 출력 펄스 에너지는 90 mJ과 110 mJ 사이의 어떠한 입력에 대해서도 90mJ 과 항상 동일하다.

이제, 도 2h 에 대하여, 펄스 안정화 시스템 (18) 의 또 다른 실시형태에서, 입력 조광 펄스를 두 부분으로 나누고, 그 중 1 개를 감쇄시켜서 일정한 출력 펄스를 생성시키는 것 대신에, 또한 두개의 조광 소스를 채택하여 동시에 또는 대략 동시에 활성화할 수도 있다. 도 2h 의 시스템 (18) 은 도 2A의 시스템을 포함하며, 이 시스템에 제 2 차 조광 소스 (14a) 가 부착되고, 바람직한 실시형태로서, 상기 조광 소스는 조광 소스 (14) 의 조광 펄스 (112) 보다 더 큰 출력의 조광 펄스 (115) 를 제공할 수 있다. 빔 스플리터 (BS1a) 는 레이저 소스 (14a) 와 결합 (대응) 하고 있고, 빔 스플리터 (BS1a) 는 조광 빔 (115a 및 115b) 을 형성하며, 검출기 (102a ) 는 적분 회로 (104a) 와 전기적으로 결속되어 있으며, 적분 회로 (104a) 는 상기 도 2A 의 방식으로 포켈스 셀 드라이버 시스템 (106) 에 전기적으로 접속된다. 따라서, 시스템 (106) 은 두개의 조광 소스로부터 적분된 출력 측정치를 수신한다. 접이식 미러 (M8 - M10) 는 빔 (115a 및 113) 이 공통 접이 코너 미러 (M11) 를 이용하여 결합될 수 있도록 광로를 접는 예시적인 광 시스템으로서 역할한다.

따라서, 동작시에, 하나의 조광 소스 (14a) 는 펄스 출력 덤프를 공급하고, 다른 소스 (14) 는 모든 펄스가 가장 큰 레이저 소스의 최대 펄스와 동일 또는 그보다 더 큰 에너지를 가지는데 필요한 여분의 출력을 공급한다. 조광 소스 (14) 의 통합된 조사량이 S 이고, 다른 조광 소스 (15) 의 조사량이 B 라면, 문턱값 (T) 은 조광 소스 (14a) 의 펄스, 레이저의 최대 높이보다 크게 설정되며, 조광 소스 (14) 의 조광 펄스에 적용되는 감쇠 (A) 는 하기와 같다.

A = (T - B) / S (4)

조광 소스 (14a) 의 감쇠되지 않은 조광 펄스 (115a) 를 인자 (A) 에 의한 절단을 경유하여 감쇠된 조광 소스 (14) 의 조광 펄스 (113) 과 결합시킨 후에, 출력 펄스 (114) 의 강도 (I_o) 는 다음과 같다:

Io = B + S (T - B) / S = T (5)

그러므로, 출력은 항상 설정 문턱값 (T) 과 같다.

본 발명의 또 다른 실시태양은 기본 주파수나 최종 주파수의 낮은 주파수 증배에서 펄스 트리밍이 적용될 수 있고, 다음으로, 트리밍된 펄스 상에 최종 주파수 변환이 수행될 수 있다. 본 발명의 실시 태양의 이점은 시스템 (18) 의 구성요소를 얻는 것이 용이하다는 것이며, 낮은 주파수에서 펄스 안정화를 수행하는 것이 더욱 효율적이기도 하다는 것, 즉 말하자면, 193 nm 보다 772nm 또는 386nm 에서 포켈스 셀을 작동시키는데 더욱 효율적이다.

조광 시스템

도 1 을 참조하면, 시스템 (10) 은 축 (A1) 을 따라 인접한 조광 소스 (14), 조사 시스템 (또는 조사) (24) 을 더 포함하고, 조광 소스 (14) 로부터의 조광을 수용하도록 조광 시스템 (또는 "조광") 이 배치되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 리소그래피 시스템에서 조광 불균일성의 두번째 이유는 각 노광 펄스의 노광 필드에 걸친 공간적 변화에 기인한다. 따라서, 심지어 펄스간 에너지 변화가 전적으로 감소된다면, 각 조광 펄스는 마스크에 걸쳐 공평하고 균일하게 분산되어야 한다.

따라서, 조광원 (24) 은 마스크 평판 (MP) 상에 균일한 조광을 제공하기 위해 조절된다. 마스크 평판 (MP) 은 마스크 홀더 (30) 에 의해 정의되며, 마스크 홀더는 패턴 (34) 이 형성되는 하향 표면 (32) 를 가지는 평면 마스크 (M) 를 지지하도록 조절된다. 패턴 (32) 은 이진 (예컨대, 클리어 글래스 상의 크롬 패턴), 또는 상 (예컨대, 유전재료를 함유하는 패터닝된 상에 의해 발생하는 상 변화) 마스크, 또는 이 두가지를 조합한 마스크일 수 있다. 전형적으로, 패턴 (34) 은 반복적으로 불투명하면서 선명한 선들로서 이루어진 가장 정교한 패턴을 반복적으로 형성시키는 경우에 최대 마스크 변조 주파수라고 불리우는 최대 변조 주파수를 결정하는 최소 형상을 가진다. 그 후, 마스크의 이미지는 관련 최대 이미지 변조 주파수를 가진다. 마스크와 마스크 이미지 모듈레이션 주파수는 둘다 패턴 (34) 및 마스크 이미지를 각각 형성하는 최소 크기의 형상에 대응하는 최대 변조 주파수를 참조한다.

일반적으로, 마스크 (M) 는 반사마스크가 아니거나, 기판 재료의 투광도가 중요하지 않은 경우를 제외하고는, 수정 또는 조광 소스 (14) 의 조광 파장을 투과시키는 다른 적절한 재료이다. 시스템 (10) 이 EUV 조광을 채택하는 경우에, 마스크 (M) 는 반사형이다. 이진 반사 마스크는 패턴닝된 흡수층에 반사층을 코팅함으로써 얻어진다. 본 발명의 실시례에서, 마스크 (M) 는 3000 개 이하의 작업편의 처리 과정에 걸쳐 그 비용을 할부 상환되는 것이다. 마스크 (M) 의 이러한 특성은 시스템 (10) 의 소유-비용을 고려하고, 반도체 장치의 제조를 포함하는 다양한 응용을 위해 공정 시편의 비용 효과적인 패터닝을 하는데에 도움이 된다.

마스크 상의 정보의 양은 최소 형상 크기와 패턴 면적의 정도에 의존한다. 마스크로부터 얻어지는 정보는 작업편 (예컨대, 웨이퍼) 에 전사되는 정보와 동일하기 때문에, 웨이퍼 상의 단일 인쇄 영역 (Single Printed Field) 에 함유된 정보를 고려하는 것이 허용된다. 단순하게는, 이것은 얼마나 정확하게 최소 형상을 배치할 수 있는가를 가르키는 거리를 갖는 사각형에 의해 나누어지는 (노광) 필드 영역이다. 일반적으로, 이 거리는 최소 형상 크기의 1/5 와 1/10 의 사이에 있다. 따라서, 인자 10 을 가정하면, 필드 (1) 당 정보는 다음과 같이 주어진다.

I = (Field area) / ((Minimum feature size) /10)²(6a)

또는,

I = 100(Field area) / (Minimum feature size)²(6a)

한 필드의 정보 내용은, 얼마나 많은 결함이 발견될 수 있는가 (나아가, 복구가 필요하다) 뿐만 아니라 마스크의 기록과 조사가 얼마나 시간을 소요하는가를 결정하기 때문에, 매우 중요하다. 종래 시스템의 필드 크기의 반 이하의 필드 크기를 사용하는 경우, 크기의 감소에 비례하여, 마스크의 쓰기 시간, 조사 시간, 복구를 필요로 하는 마스크 결함의 수가 감소한다.

쓰기 조사, 그리고 복구가 스크의 비용을 지배하므로, 종래 이미지 필드 크기 보다 더 작은 프로젝션 렌즈를 구비하는 리소그래피 시스템에서는 실질적으로 마스크의 비용이 감소된다. 예를 들면, 22 mm × 22 mm 의 필드 크기를 덮을수 있는 향상된 레티클은 $ 50,000 정도밖에 되지 않는다.

필드 크기와 무관한 레티클의 고정 비용인 $ 4000 를 가정하면, 단지 11 mm ×11 mm 를 커버하는 비슷한 레티클은 약 $ 15,500 이 될 것이다. 따라서, 종래 필드 폭의 반의 폭을 갖는 더 작은 이미지 필드에 대응하는 레티클은 단지 더 큰 이미지 필드에 대응하는 레티클의 31% 밖에 되지 않는다.

작은 필드 크기를 커버하는 것의 또 다른 이점은 레티클과 작업편 사이의 축소비를 더 크게 할 수 있다는 것이다. 예컨대, 레티클에 사용된 기판의 크기는 일반적으로 6" ×6" 로 표준화되어 있다. 이것은 33 mm ×26 mm 의 필드 크기를 가지는 스텝 앤 스캔 시스템용으로 최대 축소율을 4 로 설정하며, 22 mm ×22 mm 에서는 5 의 축소율을 설정한다. 11 mm ×11 mm 의 필드 크기를 축소하는 것은 6 또는 심지어 11 에 이를 수 있다. 더 높은 축소 비는 레티클을 기록하는 것을 더 용이하게 하여, 레티클의 비용을 더 감소시킨다. 축소율은 레티클 상의 정보의 양에 영향을 미치지 않는다.

도 3 을 참조하면, 예시적인 조광 시스템 (24) 은 조광 소스 (14) 로 부터 축 (A1) 을 따라 순서대로, 조광 소스로부터 나오는 펄스 조광을 감소시키기 위한 다양한 감쇠 소자 (120) 를 포함한다. 다양한 감쇠 소자 (120) 은 감쇠기 제어 유닛 (124) 에 효과적으로 접속되고, 감쇠기 제어 유닛은 펄스 조광의 감쇠량을 제어한다. 또한, 감쇠기 제어 유닛 (124) 은 전기적으로 제어기 (90) 에 접속되고, 제어기는 전기 신호에 의해 감쇠기 제어 유닛을 제어한다. 다양한 감쇠기 소자 (120) 는, 예컨대, 자외선 조광 소스 (14) 의 경우에, 입사각에 따라 변하는투과율을 갖는 유전체로 코팅된 미러일 수 있으며, 소정의 각과 감쇠를 달성하기 위해 유전체 미러를 회전시킬 수 있는 모터 제어기 (도시하지 않음) 에 의해 구동될 수 있다.

조광 시스템 (24) 은 제 1 차 빔 전송 광학 시스템 (130), 분산기 (Diffuser) (134), 그리고, 출력단 (142) 을 갖는 광 적분기 (Optical Integrator) (140) 를 더 포함한다. 분산기 (134) 는 연마된 유리 또는 입사된 조광을 분산 시키는 다른 타입의 성분일 수 있다. 광 결합기 (140) 는 분산기를 떠나는 산란된 조광을 수용하도록 배치되고, 균일도를 향상시킬 수 있는 방법으로 결합된 복수의 절편으로 입사된 레이저 조광을 분산시키는 복수의 렌즈렛으로 이루어진 플라이스 아이 (Fly's eye) 일 수도 있다. 광 결합기 (140) 는 또한 조광 터널, 즉, 전체 내부 반사를 통해 통과하는 조광을 반사시키도록 다각형 단면과 벽을 가지는 벽고체 유리 막대, 즉, 통과하는 조광을 반사시키도록 고안된 다각형 단면과 반사 벽을 가지는 구멍이 있는 막대일 수 있다. 조광 터널 내의 조광의 반사의 회수 ("Bounces") 는 균일화 정도를 결정한다.

도 3을 계속하여 참조하면, 조광기 (24) 는 광 결합기 (140) 에 인접하여 배치된 제 2 차 빔 전송 광학 시스템 (150) 을 포함한다. 빔 전송 광학 시스템 (150) 은 광 결합기 (150) 로 부터 나오는 균일화된 조광을 캡쳐하도록 프로젝션 렌즈의 개구 스톱 (Aperture Stop) (AS) 에 결합된 동공 스톱 (Pupil Stop) (PS) 과 개구수를 가진다. 빔 전송 시스템 (150) 은 마스크 플랜 (MP) 상에 광 결합기 (140) 의 단부 (142) 를 형상화하고, 프로젝션 시스템의 입사 동공 (EntrancePupil) 상에 동공 스톱 (PS) 을 형상화한다.

상기와 같이, 소정의 조광 펄스 (즉, "펄스당 공간 균일도") 의 노광 필드 상의 조사 균일도는 또한 많은 응용에 있어서, 1% (3σ) 내일 것을 필요로 한다. 그러나, 펄스 당 공간 균일도의 정확한 값은 특정 응용 처리 윈도우에 의존하며, 응용처리 윈도우는 다양한 인자에 의해 정의된다. 반도체 제조에 있어서, 이러한 요인은 프로젝션 렌즈의 수차 (Aberration), 마스크의 선 폭의 변화, 포토레지스트의 감광도, 코팅 균일도, 웨이퍼 평활도 등을 포함한다. 상기와 같이, 예를 들면, 어떤 응용 장치에 있어서, 펄스 조광의 1 % (3σ) 변화는 허용되나, 반면에 다른 응용 장치에 있어서는 5 % (3σ) 의 변화가 허용되며, 다른 응용 장치의 경우 (예컨대, 범프 리소그래피) 10 % (3 σ) 의 변화가 허용된다.

계속하여 도 3 을 참조하면, 실시 태양에 있어서, 부분적으로 반사하는 접이식 미러 (160) 는 제 2 차 빔 전송 시스템 (150) 의 하부스트림에 배치된다. 검출기 (166) 는 마스크의 조광 입력을 검출하도록 접이식 미러 (160) 에 인접하여 배치된다. 나아가, 제 2 차 접이식 미러 (170) 와 검출기 (172) 는 조광 소스 (14) 에 근접하여 배치된다. 검출기 (166 및 172) 는 시스템 제어기 (90) 에 전기적으로 접속되고, 시스템 제어기는 검출기로부터 신호를 수신하여, 조광 균일도, 대부분의 조광 광로 상의 전송 변화 및 조광 소스 (14) 의 출력 상의 펄스간 변화를 분석하는 것을 포함하는 빔 진단을 수행하도록 조절된다.

소형 필드 프로젝션 렌즈의 실시예

도 4 는 프로젝션 렌즈 (40) 의 상세도이며, 프로젝션 렌즈는 대물 필드 (OF) 를 포함하는 대물 플랜 (OP), 마스크 이미지 (M1) 가 형성되는 이미지 필드 (IF) 를 포함하는 이미지 플랜 (IP) 을 포함한다. 또한, 프로젝션 렌즈 (40) 는 개구수 (AS) 를 포함한다. 대물 필드 (OF) 및 이미지 필드 (IF) 는 실제적으로 원형 물체와 이미지 필드 (OF_c및 IF_c) 로부터 생성된다. 예를 들면, 11 mm ×11 mm 의 사각 이미지 필드 (IF) 는 직경 16.0 mm 의 원형 이미지 필드 (IFc) 로 부터 용이하게 형성될 수 있다. 마스크 (M) 의 이미지 ("마스크 이미지") 는 이미지 필드 내에 형성된다.

이제, 도 5 를 참조하면, 본 발명의 리소그래픽 시스템 (10) 용으로 적합한 리소그래피 프로젝션 렌즈 (40) 의 실시형태의 광학 다이아그램이다. 도 5 의 프로젝션 렌즈 (40) 는 환원인자 6X, 이미지 사이드 NA , 11 mm 배11 mm의 이미지 필드 (IF) 를 가진 축상 카타디옵트 디자인이다. 이와 같은 프로젝션 렌즈의 사용은 현대 리소그래피에서 일반적인 것이 아니지만, 본 발명의 지침을 통하여 선도적 리소그래피에 현재 사용되는 파장대에서, 더큰 필드, 더 작은 환원 인자 렌즈에 대한 실용적 대안이 된다. 적절한 리소그래픽 프로젝션 렌즈 (40) 의 또 다른 실시형태는 단일 환원 비를 가지는 Wynne-Dyson 렌즈 디자인이다.

도 5 의 렌즈 (40) 와 같은 작은 필드 플로젝션 렌즈는 또한 비용 효과 계산에 의해 더 큰 필드 크기를 가진 리소그래피 시스템보다 더 바람직하다고 판명되는특수한 상황 (예컨대, 마스크당 제한되있는 웨이퍼를 가지는 특정 주문생산 응용장치) 에서 플래쉬 온 더 플라이 작동 모드를 사용하지 않고도 비용 효과적으로 사용될 수 있다. 여기서, "소형 렌즈 필드" 란 일반적으로 2 cm²이하의 면적을 가지는 렌즈 필드를 가리킨다. 본 발명의 "플래쉬 온 더 플라이" 기술은 그것이 어떠한 상황에서도 매력적인 스몰 필드 리소그래피 시스템으로서 바람직한 비용소유 계산을 하게 하는 이점을 가지고 있어서, 스몰 필드 리소그래피 시스템은 범용화될 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시례에서, 종래의 리소그래피 시스템의 렌즈 필드 크기보다 실질적으로 더 작은 렌즈 필드 크기를 가지는 프로젝션 렌즈는 종래 스텝 앤 리피트 모드 또는 플래쉬 온 더 플라이 모드에서 사용된다. 더 작은 프로젝션 렌즈 필드의 사용은 종래 더큰 렌즈 필드 시스템과 함께 사용된 정보보다 실질적으로 더 작은 정보를 가지고 있는 마스크 (레티클) 의 사용을 허용한다. 더 작은 리소그래피 렌즈는 리소그래피 시스템의 초기 가격에 있어 상당한 돈을 절약하게 한다. 더 작은 레티클 필드의 절약은 레티클을 이용하여 노광되는 기판의 수에 의존하지만, 이러한 절약은 레티클 세트 당 3000 개의 기판보다 더적은 것과 관련되는 일에서만 상당하다. 더 작은 렌즈 필드 크기는 또한 더 낮은 산출량을 초래함에도 불구하고, 렌즈의 비용과 레티클의 절약은 이러한 불이익을 상쇄하는 것 이상이다.

플래쉬 온더 플라이 노광 모드를 사용함으로써, 단일 펄스 조광을 사용한 노광을 달성할 수 있으며, 스몰 렌즈 필드와 관련된 처리량의 단점을 제거할 수 있다. 종래 렌즈 필드 크기보다 더 작은 렌즈 필드 크기를 사용하는 것은 펄스 당 요구되는 총 에너지 량이 노광영역에 비례하기 때문에 단일 펄스 노광을 용이하게 한다. 따라서, 더 적은 렌즈 필드는 더 작고, 그 결과 덜 비싼 레이저를 필요로 한다.

나아가, 렌즈의 수명은 각 조광 펄스가 지닌 고에너지에 의해 제한될 수 있다. 딥 UV 조광의 고 에너지 펄스는 시간의 연장된 기간에 걸쳐 유리를 치밀화하고, 종국적으로 렌즈에서 허용될 수 없는 웨이브프론트 에러를 초래한다. 더 작은 렌즈 필드 크기는 거의 굴절 렌즈 구성부품은 없고 반사 렌즈 구성부품을 가지고 있는 디자인을 포함한다. 제한된 수명을 가진 굴절 렌즈 성분요소 때문에, 더 작은 굴절렌즈 구성부재를 가지는 디자인이 일반적으로 더 긴 수명을 가질 것으로 기대할 수 있다. 이것은 종래 렌즈 (이미지) 필드보다 작은 렌즈필드를 비용-효과적으로 사용하는 것을 허용하는 리소그래피 시스템에 이바지하며, 이는 더 적은 비용의 프로젝션 렌즈, 그리고 더 일반적으로는, 덜 비싼 반도체 집적 회로 등과 같은 장치의 덜 비싼 제조 비용을 의미한다.

도 5 의 프로젝션 렌즈 (40) 는 광축 (A2) 을 따라, 광로를 따라 마스크 플랜인 (MP) 에서 순차적으로 광축 (A2) 을 따라, 제 1 또는 제 2 렌즈 부재 (L1 및 L2), 네가티브 미러 (M1), 제 1 오목렌즈 (M2), 어퍼쳐 스톱 (AS) 에 또는 그 근처에 배치한 제 3 렌즈 부재 (L3), 컨벡스 맨진 (Mangin) 미러 (M3), 제 2 차 오목 미러, 제 4 차 렌즈 (L4) 를 포함한다. 렌즈 (L4) 는 단지 맨진 미러 (M3) 의굴절 부를 구성하며, 맨진 미러는 이미지가 맺히는 중앙 부분에 반사 코팅을 가지고 있지 않다. 또한, 이미지 플래인 (IP) 과 이미지 필드 (IF) 를 나타낸다.

렌즈 부재 (L1-L4) 는 190 nm 이하에서 작동하는 시스템용인 불화 칼슘 및 장파장 시스템용 용융 실리카나 불화 칼슘으로 제조된다. 미러 (M1 - M4) 는 비구면이며, 반사도를 향상시키기 위한 코팅을 포함한다. 프로젝션 렌즈 (40) 의 디자인에서 거의 모든 광 파워는 4 개의 미러에 수용되기 때문에, 기본적으로 오차 정정기로서 동작하는 극 소수의 약한 렌즈 부재와 더불어, 시스템은 굴절 구성부품에 의해 전달된 어떠한 파장에서도 동작할 수 있도록 쉽게 조절된다. 나아가, 디자인 파장 주변의 스펙트럼의 대역폭은 언네로우드 엑시머 레이져, 또는 주파수 증배, 다중 모드 , 고상 레이저에 의해 생성된 스펙트럼 범위를 전송하기 위해 요구되는 것보다 여러 배 더 넓다. 도 5 에 나타낸 프로젝션 렌즈 (40) 의 실시예에서, 스펙트럼의 밴드 폭은 1 옹스트롱 이상이다. 다른 실시형태에서, NA는 0.7 이상이다.

현재의 프로젝션 시스템과 경쟁하기 위해, 프로젝션 렌즈 (40) 는 바람직하게는 193 nm 또는 157 nm, 즉 각각 ArF 와 F2 의 엑시머 파장에 대응하는 파장에서 동작하도록 최적화된다. 0.75의 개구수에서, 193 nm 의 해상도는 154 nm 내지 77 nm 이며, 157 nm 에서 해상도는 126 nm 내지 63 nm 일 것이다. 비용 소유 관점에서, 프로젝션 렌즈의 해상도가 높을수록, 마스크는 더욱 복잡해지고 비싸진다.

작업편 및 작업편 스테이지

도 1 을 다시 참조하면, 시스템 (10) 은 처리되어야 할 작업편 (W) 을 지지할 수 있는 상부 표면 (52) 을 가진 작업편 스테이지 (50) 를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 작업편 (W) 은 반도체 웨이퍼이고, 이미지를 가진 표면 (WS) 은 포토리지스트 층이다.

작업편 (W) 은 프로젝션 렌즈 (40) 에 대응하여 배치되어, 이미지 (즉 마스크 이미지 (M1) ; 도 4) 가 이미지를 가지는 표면 (WS) 내에 형성된 노광 필드 (EF) (도 6 참조) 에 걸쳐 작업편상에 형성된다 (도 6 참조). 본 발명에서, 노광 필드 (EF) 는 렌즈 이미지 필드 (IF) 내에 수용된다. 이것은, 이미지 필드 (IF) 가 실질적으로 원형이지만, 반면에 노광 필드는 사각형이기 때문이다. 이미지 수용 표면 (WS) 은 다른 마스크 (M) 를 사용한 작업편의 이전 노광으로부터 형성된 기판내의 패턴과 중첩될 것이다. 통상, 고도의 정확도, 즉, 최소 형상 크기의 작은 부분까지 연속적인 패턴을 충첩하는 것이 필요하다. 작업편 (W) 상에 이전 노광 필드 (EF) 가 존재하지 않은 경우, 각 노광 필드의 위치를 맵핑하지 않아도 후속 노광이 정확하게 정렬될 수 있도록, 정확하게 예측될 수 있는 방법으로 배치되어야 한다.

다시 도 1 을 참조하면, 작업편 스테이지 (50) 은 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 과 전기적으로 접속되며, 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 은 프로젝션 렌즈 (40) 또는 이미지 필드 (IF) 와 같은 관련 레퍼런스에 상대적으로 고도로 정밀하게 작업편 (W) 을 배치할 수 있다. 웨이퍼 스테이지 (50) 는 바람직하게는, 도면에 나타내고 리소그래피 분야에서 현재 가능한 바와 같이, 6 개의 자유도를 가진 운동 능력을 가진다. X - 및 Y - 평면으로 움직이고, Z - 축 주위로 회전하는 능력은 작업편 (W) 의 이미지 수용 표면 (WS) 상에 마스크 이미지 (MI) 를 적절히 배치하기 위해 필요하다. X - 및 Y - 축 (피치 및 롤) 주위로 각도 조절 능력과 함께 Z - 축 운동 능력은 작업편 표면을 프로젝션 렌즈 (40) 의 낮은 심도 내에 공정 시편의 표면을 유지시키기 위해 필요하다. 작업편이 완전하게 편평하지 않다면, 작업편 (W) 의 이미지 수용 표면 (WS) (또한, 초점 표면임) 의 Z - 위치는 노광 필드 (EF) 사이에서 변할수 있다. 유사하게, X - 및 Y - 축 주위의 약간의 회전이 또한 가능하다. 따라서, 실시형태에서 간섭계 (interferometer) 의 위치측정 장치 (metrology) (62) 는, 바람직하게는, 프로젝션 렌즈 (40) 에 대하여 작업편 스테이지 (50) 의 좌표를 정확하게 측정하기 위한, 그리고, 상기와 같이, 조광 소스 제어 시스템 (16) 에 이 위치 정보를 제공하기 위한 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 의 부분으로서 포함될 수 있다.

도 7 은 작업편 표면 (WS) 상에 복수의 노광 필드 (EF) 를 형성하기 위해 공정 시편 (W) 으로서 반도체 웨이퍼 상에 플라쉬 온 더 플라이 동작 방식에 의해 실행되는 예시적인 스캔 경로 (200) 를 나타낸다. 스캔 경로 (200) 은 노광 필드 (EF) 의 열들 r1, r2, .... rn상의 많은 선형 부분 (202) 과 각 열의 단부에 전환부 (202) 를 함께 포함한다. 본 발명을 실행하기 위해 필요한 작업편 스테이지 (50) 의 운동은 스캐닝 ( 즉, 스텝 앤 스캔) 리소그래피 시스템에서 이전에 행하여진 운동과는 상당히 다르다. 작업편 (W) 은, 특정 컬럼 또는 로우 내의 각 노광 필드 (EF) 가 단일, 짧은 조강 펄스로 노광되는 동안, 바람직하게는 노광 필드 (EF) 의 전체 로우 또는 컬럼을 가로질러 상당한 속도로 스캔된다. 많은 응용장치에서 스캔 속도는 바람직하게는 50 mm/s 내지 500 mm/s 이며, 반면에 다른 응용장치의 경우는 스테이지의 최종 스캔 속도 능력 (예, 현재의 스테이지의 경우 2000 mm/s) 과 조광 펄스의 브레비티에 의해 정의되는 상한을 가지고서, 더 높은 스테이지의 속도 (예. 2000 mm/s) 가 사용될 수 있다. 존재하는 공기함유 또는 자성 부양장치 ("maglev") 작업편 스테이지와 스테이지 위치 제어 시스템은 이러한 스캔 속도를 제공할 수 있으며, 그 결과, 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다. 예시적 작업편 스테이지 (50) 은 미국 특허 번호 5,699,621 와 1999 년 11 월 캘리포니아 몬트레이에서 개최된 ASPE 14차 연간 학회 "극자외선 리소그래피용 자성 부양 스캐닝 스테이지 (Magnetic levitation scanning stages for extreme ultraviolet lithography)" 제목의 M. E. Williams. P. Faail. S. P. Tracy, P. Bischoff 와 J. Wronsky 의 논문에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 이들을 참조한다.

많은 인자들이 최고 실용 스캔 속도를 결정한다. 부적합한 진동없이 스캔 경로 (200) 의 직선 부분 (202) 상의 단일한 속도로 전환하기 위해서, 작업편 스테이지는 0 에서 최고 그리고 다시 0 으로 가속/감속하며 진입하는 궤도를 따라 움직여야 한다. 이거은 작업편이 단지 짧은 순간에 최대 가속되며, 최대 가속은 통상 약 1g 내지 2g로 제한된다. 최대 가속이 제한되기 때문에, 스캔 속도가 클수록, 작업편 스테이지를 가속하고 감속하는것은 시간이 더 온랜 시간이 필요하다. 더 높은 스캔 속도는 스캐닝 동안의 시간을 절약시키지만, 균일한 속도가 요구되는 경로의 길이는 공정 시편의 크기에 의해, 예를 들면, 가장크고 입수가능한 작업편은 300 mm 웨이퍼이라면 약 300 mm 까지 제한된다. 따라서, 최적 처리량을 위한 스캔 속도가 있으며, 스캔 속도는 최대 가속 및 스캔 거리에 의존한다. 일반적인 상황이며 최대 2g 가속의 경우, 이 최적 스캔 속도는 약 1250 mm/초이다.

경제적 요인이 또한 최대 스캔 속도를 제한할 수 있다. 더 높은 스캔 속도는 더 높은 펄스 반복 률 및 더 높은 조광 소스 파워 레벨을 필요로 하며, 이것은 조광 소스의 비용을 증가시킨다. 어떤 점에서, 조광 소스 가격을 제한시키는 것이 노광 툴의 처리량을 더욱 증가시키는 것보다 더욱 비용-효과적이다. 경제적 관점에서, 더 낮은 속도 (예, 500 mm/s) 로 스캔을 하지만 더 입수용이한 작업편 스테이를 제공하는 것이 더 유리할 수 있다는 점에서 작업편의 경우에도 조광 소스의 경우와 마찬가지다. 다르게 표현한다면, 작업편 스테이지 속도 및 조광 소스 파워의 함수인 처리량은 바람직하게는 작업편 스테이지 또는 조광 소스 기술의 한계에 의해서라기 보다는 비용-소유 경제학에 의해 제한될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 작업편 스테이지 (50) 는 플래쉬 온 더 플라이 작동 방상에서 작업편 (W) 의 노광동안 스캔된다. 스테이지의 가속 및 감속시 겪게 되는 속도 변화가 조절될 수 있지만, 이 스캔닝은 바람직하게는 스캔 경로 (200) 의 선형 부(202) 상에서 일정한 속도로 행하여 진다 (도 7), 스캐닝 동안, 직교 방향으로의 운동은 매우 작으며, 정렬 시스템 (70) 에 의해 정의된 노광 필드 (EF) 의 직선상의 임의의 잔류 오차를 조절하는데 이용된다. 작은 반면에, 이러한 직교 운동은 노광 펄스 사이에서 완결되어야 한다. 일반적으로, 이러한 작은 정정은 작업편 스테이지 궤도에 작은 교란을 도입시킴으로써 다룰 수 있지만, 작은 정정은 또한 주요 X, Y 작업편 스캐닝 스테이지 (50) 상에 탑재한 피에조일렉트릭 구동 스테이지에 의해 조절될 수도 있다. 이러한 작은 운동 정정은 또한 피에조일렉트릭 드리븐 레티클 스테이지에 의해서도 달성될 수 있다. 도 7 에서 나타낸 바와 같이, 직교 방향으로의 더 큰 움직임은 스캔 경로 (200) 의 다음 스캔 부로 이동하기 전의 각 스캔 부 (202) 의 단부에서 필요로 하다. 노광은 펄스 지속기간동안 작업편 (W) 의 운동이 일반적으로 무시할만한 정도의 짧은 지속기간의 단일 조광 펄스에 의해 노광이 수행된다. 예를 들면, 10 ns 의 순간 펄스 길이를 가지 조광 펄스를 방출하는 레이저 조광 소스와 500 mm/s 의 속도로 작업편을 이동시키는 작업편 스테이지의 경우에 이미지의 얼룩은 단지 5 nm 이며, 이는 100 nm 최소 선폭 이미지의 5 % 이다. 이러한 이미지 얼룩의 정도는 마스크 조상 (彫像)(imagery) 에 무시할 만한 영향을 줄 것이며, 즉, 최소 형상에 대응하는 최대 변동 진동수의 크기는 지각할 수 없는 양까지 감소된다.

반복하자면, 본 발명에서, 마스크 이미지의 허용 얼룩은 놀라게도 크다. 이미지 얼룩에 기인하는 변동 폭의 변화는 다음과 같다.

변동 크기 감소 = 1 - (1/x) sin (x) (7a)

여기서,

x = π(얼룩의 거리)/2(최소 형상 크기) (7b)

최소 형상 크기의 10 % 의 움직임은 0.4 % 까지 변동 크기를 감소시키며, 리소그래픽 관점에서 무시할 만하다. 최소 형상 크기의 40 % 에 대응하는 움직임은 단지 6.45 % 까지 변동 크기를 감소시키며, 이미지 변동 크기를 0 까지 감소시키기 위해 최소 형상 크기를 배가할 정도의 이미지 얼룩을 요구한다. 따라서, 본 발명은 "온 더 플라이", 즉 노광이 단일 펄스 노광 동안 작업편 스테이지 (50) 의 운동을 정지시키지 않는 채 수행되는 것을 가능하게 한다.

정렬 시스템

도 1 을 계속 참조하면, 시스템 (10) 은 작업편 (W) 과 광 통신 상태에 있고, 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 과 전기적 통신 상태에 있도록 작업편 스테이지 (50) 에 인접하여 배치된 정렬 시스템 (70) 을 포함한다. 예를 들면, 정렬 시스템 (70) 은 프로젝션 렌즈 (40) 를 통해 투사된 마스크 이미지 (MI) 를 작업편 (W) 의 임의의 패턴에 정렬시키기 위해 사용된다. 도 6 을 다시 참조하면, 예를 들면, 정렬 시스템 (70) 은 노광 필드들 (EF) 사이의 커프 영역 (kerf region) (210) 에 있는 정렬 마크 (206) 에 조사하고 이미지를 형성함으로써 동작할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 예시적 정렬 시스템 (70) 은 미구 특허 번호 5,621,813 에 개시되어 있고, 이 특허는 본 명세서에 포함되어 있다.

간단히 말하자면, 하기와 같이, 바람직한 실시형태에서, 정렬 시스템 (70)은 작업편 (W) 상의 2 내지 10 노광 필드 (EF) 의 위치를 발견하여, x - 매그 (mag), y - 매그, 스큐 (skew), x - 키스톤, y - 키스톤 등의 변화를 고려하여 이들의 위치에 왜곡된 그리드를 최정합시키고, 다음으로, 이 최정합된 왜곡 그리드를 이용하여 모든 노광 필드의 위치를 예측한다.

작업편 핸들링 시스템

도 1 을 다시 참조하면, 시스템 (10) 은 또한 제어기 (90) 에 전기적으로 접속되고, 작동시 작업편 스테이지 (50) 와 상호통신 가능한 작업편 핸들링 시스템 (80) 을 포함한다. 작업편 핸들링 시스템 (80) 은 작업편 스토리지 유닛 (84) 으로부터 작업편 스테이지 (50) 까지 일 이상의 작업편 (W) 전달하고, 작업편 스테이지로부터 작업편 스토리지 유닛에 보관을 위해 다시 그것들을 반환할 수 있다.

자동화된 작업편 핸들링 시스템 (80) 의 이점은 표 2 에서 이하 계산된 대로 본 발명의 시스템 (10) 을 사용하여 작업편이 노광될 수 있는 신속함을 고려함으로써 평가될 수 있다. 표 2 에서 나타낸 바와 같이, 작업편을 삽입, 정렬 및 제거하는데 요구되는 시간은 처리량의 계산에 있어 중요하다. 따라서, 자동화된 작업편 핸들링 시스템은 높은 처리량을 유지하기 위하여 작업편-핸들링 시간을 최소화시키는 것이 바람직하다.

시스템 제어기

시스템 (10) 은 조광 소스 제어기 (16), 선택적인 펄스 안정화 시스템 (18), 작업편 스테이지 위치 제어 시스템 (60), 포커스 시스템 (72), 정렬 시스템 (70) 그리고 전기 신호를 통한 작업편 핸들링 시스템의 작동을 제어 및 조절하는 시스템 제어기 (90) 을 포함한다. 예시적 시스템 제어기 (90) 는 Dell Computer, Austin, Texas 와 같이 잘 알려진 많은 컴퓨터 회사들 중 어느 곳에서도 입수 가능한 개인용 컴퓨터 또는 워크스테이션이다. 제어기 (90) 는 바람직하게는, Intel PENTIUMTM 계열, 또는 AMD K6 또는 K7 프로세서와 같은 많은 상업적으로 입수 가능한 마이크로 - 프로세서, 하드 디스크 드라이브와 같은 메모리 장치에 프로세서를 접속하는 적합한 버스 아키텍쳐와 키보드 및 디스플레이 스크린과 같은 적합한 입력 또는 출력 장치를 각각 포함한다. 컴퓨터 시스템 (90) 은 이하 개시된 방법에 따라 시스템 (10) 을 동작하기 위해 필요한 제어 단계를 수행하도록 프로그램될 수 있다.

처리량

표 1 다른 리소그래피 기술에 대한 처리량의 비교

파라미터	스텝 앤 리피트	스텝 앤 스캔	플래쉬 온 더 플라이
필드 크기 (mm)	22 ×22	26 ×33	11 ×11
필드/300mm 웨이퍼	146	82	584
스텝/스캔 시간 (초)	0.250	0.370	0.050
노광 시간 (초)	0.025	-	-
작업편을 노광시키는 총 시간 (초)	40.15	30.34	30.3
입력/출력 시간	15	15	15
작업편 당 총시간 (초)	55.15	45.34	45.3
처리량 (W/hr)	65	79	79.5

3 가지 다른 리소그래피 기술의 300 mm 직경에 근거한 처리량 비교는 상기 표 1 에 나타나 있다. 이 기술은 본 발명의 새로운 기술인, 플래쉬-온-플라이 리소그래피와 함께 종래기술인 스텝-엔-리피트 및 스텝-엔-스캔 기술을 포함한다. 스텝-앤-리피트 시스텝의 처리량은, 한 위치에서 다른 위치로 작업편을 이동시키고, 최소 형상 크기를 노광하기 위해 작업편 스테이지를 충분히 안정시키는 시간에 의해 기본적으로 결정된다.

표 1 에 열거한 바와 같이 본 발명인 플래쉬-온-더-플라이 시스템 (즉, 시스템 (10)) 의 파라미터는 20 Hz 의 반복 속도 (repetition rate) 및, 220 mm/초 의 작업편 스테이지의 스캔 속도를 구비한 조광 소스를 가정하며, 이는 초당 20 개의 분리된 노광 필드를 인쇄하기에 충분하다. 이 스캐닝 속도는 스텝-앤-스캔 시스템의 속도 (250 mm/초) 보다 약간 느리지만, 플래쉬-온-더-플라이 시스템에 대한 효과적인 필드 크기는 노광 필드의 전체 로우, r_n으로 고려될 수 있다. 본 발명의 플래쉬-온-더-플라이 시스템은 각 로우의 단부에서 가속되거나 감속된다. 표 1 에서 플래쉬-온-더-플라이 시스템의 경우, 스텝-앤-스캔 시스템의 82 와 비교해서, 가속 및 감속의 횟수는 27 이다. 모든 경우에, 레이저 조광 소스를 가정하고, 노광 시간은 작업편의 총 사이클 시간 중 무시할 수 있을 정도의 부분이다.

일반적으로, 스텝-앤-스캔 시스템은 보다 큰 필드 크기 및 더 적은 노광으로 부터 장점을 취한다. 그러나, 이러한 시스템의 스캐닝 시간은 약 1 미터/초인 최대 마스크-스캐닝 속도와 각각 그리고 모든 필드에서 마스크를 가속 또는 감속시키는데 요구되는 시간에 의해 제한된다. 표 1 에서, 본 발명의 플래쉬-온-더-플라이 기술이 다른 기술보다 거의 1 차수 이상의 노광 필드를 인쇄하며, 반면에 약간 더 큰 전체 처리량을 여전히 유지하는 것은 주목할 만하다.

이하, 표 2 와 표 3 은 시스템의 처리 능력을 설명하기 위해, 예시적인 고속리소그래피 시스템 (10) 의 몇몇 주요 파라미터를 열거하고 있다. 표 2 는 소형 렌즈 필드 (즉, 공정 시편 상에 11 mm ×11 mm 필드) 를 구비한 리소그래피 시스템 (10) 에 해당하는 파라미터를 나타내며, 반면에 표 3 은 대형 렌즈 필드 (공정 시편 상의 22 mm × 22 mm) 를 구비한 리소그래피 시스템 (10) 의 동일한 파라미터를 나타낸다.

표 2 - 소형 렌즈 필드를 가진 예시적 고속 리소그래피 시스템의 파라미터

작업편 크기 및 타입	707 cm²의 면적을 가진 300 mm 웨이퍼
렌즈/노광 필드 크기	1.1 cm ×1.1 cm = 1.21 cm²
작업편당 필드의 갯수	584
필드의 로우의 #	27
스테이지 스캐닝 속도 = S_R	220 mm/s = 22 cm/s
조광 소스의 반복률	20 Hz
스테이지 가속 및 감속 시간 = T_AD	41 ms
스캐닝 경로 내의 27 전환점에 대한 시간	(N_R)(T_AD) = (27)(41ms) = 1.1 s
총 스캔 거리	643 cm
총 스캔 시간	SL/SR = (643 cm) / (22 cm/s) = 29.2 s
작업편을 삽입, 정렬, 제거하는 시간 = T_IAR	15 s
처리량 = TP	[3600 s/hr]/[TIAR + TT + TST] = 79.5 웨이퍼/시간

표 2 에서 나타낸 바와 같이, 심지어 220 mm/s 의 적당한 스캔 속도, 20 Hz 의 적당한 조광 소스 반복 (rep) 률, 및 단지 11 mm × 11 mm 의 소형 이미지 필드 크기에서도, 시간 당 79.5 의 작업편의 높은 처리량이 얻어진다. 보다 높은 스테이지 스캐닝 속도, 더 빠른 조광 펄스 반복률 및/또는 더 큰 렌즈 필드 크기의 경우에 훨씬 더 높은 처리량 값이 가능하다는 것은 매우 자명하다.

본 발명의 플래쉬-온-더 플라이 실시형태는 심지어 상대적으로 소형 렌즈 필드의 경우에도 높은 처리랑을 제공할 수 있기 때문에, 대형 필드 시스템에 대해서도 실용적인 대안을 제공한다.

이하 표 3 을 참조하면, 표 2 의 프로젝션 렌즈의 면적의 4 배인 22 mm ×22 mm 의 이미지 필드, 32 Hz 의 반복 률 및 70.0 cm/s 의 스캔 속도의 경우 시간 당 166 개의 작업편의 처리량이 가능하다. 이 처리량은 반복률과 스캔 속도를 증가시킴으로써 용이하게 시간당 200 개의 작업편을 초과할 수 있다.

표 3 - 대형 렌즈 필드를 구비한 예시적인 래피드 리소그래피 시스템의 파라미터

작업편의 크기 및 타입	707 cm²의 면적을 가진 300 mm 웨이퍼
렌즈/노광 필드 크기	2.2 cm ×2.2 cm = 4.84 cm2
작업편당 필드 갯수	146
필드의 로우의 # = N_R	13
스테이지 스캐닝 속도 = S_R	700 mm/s = 70 cm/s
조광 소스 rep 속도	32 Hz
스테이지 가속 및 감속 시간 = T_T	145 ms
스캐닝 경로 내의 27 전환점에 대한 시간	(N_R)(T_AD) = (13)(145ms) = 2.03 s
총 스캔 길이 = S_L	319 cm
총 스캔 시간 = T_ST	S_L/S_R= (319 cm)/(70 cm/s) = 4.6 s
작업편의 삽입, 정렬, 제거를 위한 시간 = T_IAR	15 s
처리량 = T_P	[3600 s/hr]/[T_IAR+ T_T+ T_ST] = 166 웨이퍼/시간

작동 방법 : 플래쉬-온-더-플라이 모드

도 1 및 도 8 의 순서도를 계속하여 참조하여, 시스템 (10) 의 작동 및 그와 관련된 작업편의 래피드 노광을 수행하는 방법이 이하 개시된다.

우선, 단계 301 에서, 작업편 스테이지 (50) 상에 존재하는 작업편 (W) 이 없으면, 제어기 (90) 는 작업편 핸들링 시스템 (80) 에 전기 신호를 보내어, 작업편 스토리지 유닛 (84) 으로부터 작업편 스테이지 (50) 및 상부 표면 (52) 으로 작업편을 전달하는 것을 개시시킨다.

일단 작업편 (W) 이 작업편 스테이지 (50) 에 배치되면, 다음으로, 단계 302 에서, 제어기 (90) 는 포커스 시스템 (72) 및 정렬 시스템 (70) 에 전기 신호를 보내어 렌즈 이미지 필드 (IF) 와 작업편 (W) 의 포커스와 정렬을 개시시킨다. 포커스 시스템 (72) 은 스테이지 위치 제어 시스템 (290) 에 전기 신호를 보내는 제어기 (90) 를 경유하여 프로젝션 렌즈 (40) 의 최적 포커스 위치에 작업편 (W)을 배치하기 위해서 사용된다. 정렬 시스템 (70) 은 예를 들면, 정렬 마크 (206) (도 6) 의 위치를 이미징 및 분석하고, 정렬 시스템 축과 정렬 마크 (206) 의 프로젝션된 이미지의 작업편상에서의 위치 사이의 오프셋을 측정하는 정정 절차를 수행함으로써 작업편 (W) 의 정렬 상태를 측정한다. 이러한 정렬 정보는 전기 신호로서 제어기 (90) 에 보내진다. 차례대로, 제어기 (90) 는 전기신호를 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 에 보내고, 이것은 마스크 이미지 (M1) (또는 이미지 필드 (IF)) 에 대하여 적합하게 정렬되고, 프로젝션 렌즈 (40) 의 최적 포커스 (또는 적어도 포커스의 심도 내에 까지) 에 배치될 수 있도록 작업편을 배치한다. 이 포커스 및 정렬 프로세스는, 작업편 (W) 에 걸쳐 다른 위치의 정렬 에러를 측정하고, 프로젝션 렌즈의 포커스 평면에 대해 공정 시편을 레벨링함으로써 최족 작업편의 배치를 달성하기 위하여, 작업편 (W) 의 반복적인 이동을 요구한다. 일반적으로, 작업편 (W) 상에 이전에 노광된 작업편 노광 필드 (EF) 에 대해 이미지 필드 (IF) 내에 포함된 마스크 이미지 (MI) 를 정렬하기 위해서 정렬 단계가 수행된다.

바람직한 실시형태에서, 정렬 시스템 (70) 은 작업편 (W) 의 이미지-수용 표면 (WS) 의 부분에 걸쳐 전개된 복수 (예컨대, 5 내지 10) 의 노광 필드 (EF) 의 위치를 파악한다. 다음으로, 정렬 시스템 (70) 의 (또는, 제어기 (90) 의) 알고리듬이, 작업편 표면 (WS) 상에 배치된 이전의 이미지, 즉, x-매그, y-매그, 스큐, 키스톤 등의 위치와 관련된 왜곡을 모델링하기 위해, 사용된다. 다음으로, 모든 노광 필드 (EF) 의 정확한 위치가 계산된다. 계산된 노광 필드 위치에 근거하여, 작업편 (W) 은 각 노광 필드에 대해 예상된 위치에 대해어 스캔닝되고 각 노광 필드 위치에 일회씩 조광 소스를 펄싱함으로써 노광된다.

일단 작업편 (W) 이 적합하게 정렬되고, 포커싱되면, 다음으로, 단계 303 에서, 제어기 (90) 는 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 에 전기 신호를 보내어 프로젝션 렌즈 (40) 의 하부에 있는 작업편 스테이지 (50) 를 스캐닝하도록 한다. 작업편 스테이지 (50) 는, 바람직하게는, 도 7 에서 나타낸 대로 스캐닝 경로 (200) 를 이용하여 다중 노광 필드 (EF) 가 작업편 상에서 노광될 수 있도록, 계속적으로 이동한다. 작업편 스테이지 (50) 의 속도는 순간 펄스 길이에 의해 제한 될 수 있으나, 더욱 일반적으로는, 상기한 바와 같이, 노광 조광 소스 (14) 의 반복 률 및 노광 필드 사이의 거리에 의해 결정될 것이다. 상기 표 2 와 표 3 에서 예시적 값이 제공되었다. 또한, 상기한 바와 같이, 스테이지의 운동은 바람직하게는 일정한 속도이지만, 스테이지의 가속 및 감속에 기인하는 가변 속도가 조절될 수 있다.

단계 303 과 관련하여, 단계 304 에서는, 제어기 (90) 는 전기 신호를 조광 소스 제어기 (16) 에 보내어, 전기 신호에 의해 조광 소스 (14) 의 활성화를 개시하고, 이때, 조광 소스 (14) 는 축 (A1) 을 따라 소정의 에너지 양을 가진 각각의 조광 펄스를 제공한다. 딥 UV 포토리지스트 노광과 관련된 응용에 있어서, 각 펄스의 에너지는 바람직하게는 5 내지 50 mJ/cm²의 범위 내이다. 조광 소스 (14) 로부터 조광은 조명기 (24) 를 통하여 지나고, 마스크 (M) 을 균일하게 조명한다. 마스크 (M) 를 통하여 진행하거나 회절된 조광은 프로젝션 렌즈에 의해 수집되며, 작업편 (W) 상에 이미지화되어, 정렬 시스템 (72) 에 의해 결정된 때의 소정의 위치에 마스크 이미지 (MI) (도 4) 를 형성한다. 마스크 이미지는 기존의 노광된 노광 필드 (EF) 상에 병치된 정합표시 상에 형성된다.

조광 소스 제어기 (16) 는 상기 위치측정 장치 (62) 로부터 받은 정보에 기초하여, 조광 소스 (14) 로 부터의 조광 펄스의 방출을 제어한다. 작업편 스테이지 배치 시스템 (60) 은 작업편 스테이지 (50) 의 위치와 ,그 결과, 스캔 궤적 (trajectory) 을 제어한다. 이러한 방식으로, 작업편 (W) 은 작업편 궤적이 마스크 이미지가 기존의 노광된 필드 (EF) 또는 다른 기준 (예컨대, 작업편의 에지) 중 하나와 정렬된 지점을 지날 때마다 조광 펄스로 노광된다.

따라서, 각 조광 펄스는 단일 마스크 이미지 (MI) 를 인쇄한다. 조광 펄스 사이의 시간 동안뿐만 아니라 각 조광 펄스 동안 프로젝션 렌즈 (40) 하의 작업편의 계속적인 운동은 각각이 단일 조광 펄스에 의해 형성되고 각각이 본질적으로 프로젝션 렌즈 (40) 의 축소된 마스크 패턴 (34) 의 크기를 가지는 독립적인 (즉, 오버랩되지 않고) 노광 필드를 형성한다. 그 결과, 순차적이고 일시적으로 인접한 조광 펄스는 작업편 상에 형성된 순차적 (즉, 공간적으로 인접한) 노광 필드에 대응한다.

예시적인 실시형태에서, 단계 304 는 펄스 안정화 시스템 (18) 을 통하여 조광 소스 (14) 의 펄스간 균일성을 안정화하는 선택적 단계를 포함한다.

도 8 및 순서도 (300) 를 계속 참조하면, 일단 노광 필드 (EF) 의 소정의 갯수를 가진 작업편이 완전히 노광되면, 다음으로 단계 305 에서, 제어기 (90) 는 작업편 핸들링 시스템 (80) 에 전기 신호를 보내어 작업편 스테이지 (50) 로부터 작업편을 제거하고 작업편 스토리지 유닛 (84) 으로부터 또 다른 작업편으로 그 작업편을 대체한다. 다음으로, 질의 단계 (306) 는 또 다른 작업편이 노광되어야 하는지 여부를 질의한다. 그 대답이 "예" 이면, 다음으로, 단계 301 - 304 가 새로운 작업편 및 후속되는 작업편에 대해 소정의 개수의 작업편이 처리될 때까지 반복된다.

작동 방식 : 스텝-앤-리피트 모드

상기와 같이, 플래쉬-온-더-플라이 모드의 작동과 더불어, 종래 "스텝-앤-리피트" 모드의 작동 방식이 사용될 수 있다. 스텝-앤-리피트 모드의 작동은 다음의 예외를 제외하면, 상기한 플래쉬-온-더-플라이 모드의 작동과 유사하다. 단계 303 에서, 제어기 (90) 는 스테이지 위치 제어 시스템 (60) 에 전기 신호를 보내어 프로젝션 렌스 (40) 하의 작업편 스테이지 (50) 를 스텝핑한다. 이와 조합하여, 단계 304 에서 제어기 (90) 는 전기 신호를 조광 소스 제어기 (16) 에 보내고, 이것은 전기 신호에 의해 조광 소스 (14) 의 활성화를 개시시킨다. 다음으로, 조광 소스 (14) 는 축 (A1) 을 따라 조광 펄스의 버스트를 제공하고, 각 버스트는 전체 조광의 버스트가 기판의 이미지 수용 표면을 적합하게 노광시키기에 충분한 에너지를 갖도록 소정의 에너지 양을 가진다.

본 발명의 시스템 (10) 의 동작 모드는 사람의 개입 (즉, 작업자에 의해) 을 통한 제어기 (90) 에 의해 또는 제어기를 프로그래밍함으로써 설정된다. 그 결과, 시스템의 소유자는 응용에 따라 플래쉬-온-더-플라이 작동 모드나 스텝-앤-리피트 모드 중 어느 방식으로도 그 장치를 동작할 수 있는 선택이 제공된다.

결론

본 발명은 비용-효과적인 리소그래피 장비이며, 바람직한 실시형태에서, 이는 종래 리소그래피 프로젝션 렌즈 보다 더 작은 프로젝션 렌즈 필드 크기를 채용하여, 마스크의 진행 비용 뿐만 아니라 리소그래피 시스템의 초기 비용에서 비용 절감을 달성한다. 마스크 당 3000 개 미만의 기판을 요구하는 일에 대하여 종래 스텝-앤-리피트 모드의 작동에서 사용될 때, 이러한 절감은 이러한 시스템의 감소된 처리량을 보상하는 것 이상이다. 또한, 이 시스템의 개념은 리소그래피의 "플래쉬-온-더-플라이 모드" 즉, 조광의 단일 펄스가 스캔 경로 궤적상에 배치된 노광 필드를 노광시키는 동안에 지속적으로 작업편 스테이지를 이동시키는 새로운 리소그래피 기술에도 그 자체로 적용된다. 이 작동 모드는 전체 작업편을 커버링하는 모든 필드들을 고속으로 노광시키는 이점을 가지므로, 심지어 소형 이미지 필드 (예컨대, 11 mm ×11 mm) 프로젝션 렌즈를 구비한 리소그래피 시스템의 경우에도 높은 처리량을 얻을 수 있다. 대형-필드 프로젝션 렌즈의 경우에, 본 발명은 시간당 200 개 이상의 작업편의 처리량을 가질 수 있으며, 이는 대략 종래 리소그래피 기술 분야에서 얻어지는 처리량의 2 배이다. 나아가, 본 발명은 더 작은 렌즈와 고정되고 더 작은 마스크를 가진 플래쉬-온-더-플라이 시스템을 구비한 스템-앤-스캔 시스템에 필적할 만한 처리량을 허용함으로써, 비용-효과적인 제조를 허용한다.

본 발명의 주된 이점은 종래 스템-앤-리피트 작동뿐만 아니라 플래쉬-온-더-플라이 모드의 작동도 할 수 있어서, 리소그래피 시스템의 소유자가 제조 요구에 따라 작동 모드를 선택할 수 있다. 이것은 일반적으로 시스템이 겪게 될 제한적 사용 때문에 일반적으로 입수가 용이하지 않았던 소형-필드 리소그래피 시스템의 구입을 선택사항으로 한다.

본 발명의 많은 실시형태와 이점들은 본 명세서로부터 자명하며, 첨부한 청구항은 본 발명의 사상과 범위를 따라 개시된 발명의 모든 실시형태와 이점을 포함한다. 나아가, 많은 개조와 변형된 실시형태가 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 용이하므로, 본 발명은 본 명세서에 개시된 동일한 구조와 동작에만 한정되지 아니한다. 따라서, 다른 실시형태도 첨부한 청구항의 범위내에 포함된다.

Claims

작업편 상에 복수의 노광 필드를 형성하도록 패터닝된 마스크를 고속으로 노광할 수 있는 리소그래피 시스템으로서,

a) 1 밀리초 이하의 순간 펄스 길이와 10% (3σ) 이하의 펄스 간 에너지 편차를 갖는 조광 펄스를 방출할 수 있는 조광 소스;

b) 상기 조광 소스로부터의 조광 펄스의 방출을 제어하고 상기 조광 소스와 조작으로 통신가능한 조광 소스 제어기;

c) 상기 조광 소스로부터 조광 펄스를 수용하고 마스크를 조명하도록 배치된 조명 시스템;

d) 상기 마스크를 통과하는 조광 펄스를 수용하도록 배치되고 작업편 상에 마스크 이미지를 형성하는데 적합한 프로젝션 렌즈;

e) 상기 작업편을 지지하고 스캔 경로 상으로 작업편을 이동시킬 수 있는 작업편 스테이지; 및

f) 상기 작업편 스테이지와 작동가능한 통신상태에 있고 상기 조광 소스 제어 유닛과 전기적으로 통신 가능한 작업편 스테이지 위치 제어 유닛을 구비하고,

상기 작업편 스테이지 위치 제어 유닛은 상기 스캔 경로 상에서의 상기 작업편 스테이지의 이동을 제어하고 정보를 조광 소스 제어기로 제공하여, 단일 조광 펄스가 복수의 노광 필드를 형성할 때 상기 스캔 경로를 따라서 소정의 위치에서 전체 노광 필드를 노광하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이지 위치 제어 시스템과 전기적으로 통신 가능하고 작업편과 조작으로 통신 가능하며 마스크 이미지에 대하여 작업편을 정렬하는 정렬 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 스캔 경로는 상기 정렬 시스템으로 각각의 마스크 이미지가 정렬되어야 하는 기존의 노광 필드 상에 존재하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

각각의 작업편은 이미지 수용 표면을 포함하고, 각각의 조광 펄스는 이미지 수용 표면을 융멸하지 않으며서 이미지 수용 표면을 노광하기에 충분한 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 4 항에 있어서,

각각의 조광 펄스는 작업편 상에서 측정된 1 내지 500 mJ/cm²범위의 노광 도즈를 전달하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 1 내지 500 Hz 의 반복 률로 조광 펄스를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈의 축소 확대는 4 × 이상인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 4 × 내지 8 × 의 축소율, 2 cm²미만의 이미지 필드, 그리고 0.6 이상의 이미지측 개구수를 구비하는 축상 카타디옵트릭 렌즈 (on-axis catadioptric lens) 디자인인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 단일 축소율을 가지는 Wynne-Dyson 렌즈 디자인인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 16 mm 직경의 원형 이미지 필드에 의해 둘러싸여진 직사각형 이미지 필드를 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지는 50 mm/s 내지 5000 mm/s 의 속도로 이동할 수 있는 에어 베어링 스테이지나 자기 부상 스테이지인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지로 그리고 작업편 스테이지로부터 작업편을 배치하고 제거하기 위해 상기 작업편 스테이지와 조작으로 통신 가능한 작업편 핸들링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 정렬 시스템, 상기 작업편 스테이지 위치 제어 시스템, 상기 조광 소스 제어 시스템, 및 상기 작업편 핸들링 시스템에 전기적으로 접속된 시스템 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 m⁴스페이셜 모드로 작동하고, 1000 이상의 m⁴값을 갖는고상 레이저인 것을 특징으로 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 플래쉬 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 14 항에 있어서,

상기 고상 레이저는 266 nm, 213 nm, 177 nm, 또는 152 nm 의 파장으로 작동하는 다중 모드의 주파수 증배 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 14 항에 있어서,

상기 고상 레이저는 248 nm, 193 nm, 또는 157 nm 의 파장으로 작동하는 다중 모드의 주파수 증배 및 주파수 혼합 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 14 항에 있어서,

상기 고상 레이저는 248 nm, 193 nm, 또는 157 nm 의 파장으로 작동하는 당중 모드의 주파수 증배 알렉산드라이트 레이저인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 6 nm 내지 14 nm 파장 범위의 파장으로 작동하는 크세논 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 248 nm, 193 nm, 또는 157 nm 의 파장으로 작동하는 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항, 제 14 항, 제 15 항, 제 19 항, 또는 제 20 항에 있어서,

펄스 안정화 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조광 소스는 1 나노초 내지 1 밀리초의 순간 펄스 길이를 가지는 조광 펄스를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
노광 필드당 단일 조광 펄스를 이용하여 복수의 노광 필드를 형성하도록 마스크의 연속적인 이미지로 작업편을 고속으로 노광시키는 시스템으로서, 광축을 따라서 순서대로,

a) 10% (3σ) 이하의 펄스간 균일도를 가지는 조광 펄스를 제공하는 조광 소스;

b) 상기 조광 펄스를 수용하도록 배치되고 상기 마스크 평면 상에서 각각의 조광 펄스를 실질적으로 균일화하는 조명기;

c) 조명기로부터 방출된 각각의 조광 펄스에 의해 실질적으로 균일하게 조명되어야 하는 마스크를 지지할 수 있는 마스크 홀더;

d) 마스크의 지근에 배치된 대물 평판, 작업편의 지근에 배치된 이미지 평판, 및 상기 이미지 평판 내의 이미지 필드를 가지고, 상기 이미지 필드내의 작업편상에 마스크 이미지를 형성하도록 마스크에 의해 전사되는 조광을 수용하도록 배치되는 프로젝션 렌즈; 및

e) 상기 이미지 평판의 지근에서 작업편을 지지하고, 단일 조광 펄스가 각각의 상기 마스크 이미지를 거의 손상시키지 않고서 연속적인 마스크 이미지로 해당 인접 노광 필드를 노광시킬 수 있는 속도로 스캔 경로 상으로 작업편을 이동시키는 데 적합한 작업편 스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 스캔 경로 상의 상기 작업편 스테이지의 이동을 제어하고, 상기 작업편 스테이지에 조작가능하게 연결된 작업편 스테이지 위치 제어 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

조광 소스로부터의 조광 펄스의 펄스간 균일도의 안정성을 향상시키는 펄스 안정화 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 24 항에 있어서,

상기 스캔 경로를 따라서 작업편의 위치에 대한 조광 소스의 작동을 조절하고 제어하며, 상기 조광 소스와 상기 작업편 스테이지 위치 제어 시스템에 조작가능하게 연결된 조광 소스 제어 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

각각의 작업편은 이미지 수용 표면을 포함하고, 각각의 조광 펄스는 이미지 수용 표면을 융멸하지 않으면서 이미지 수용 표면을 노광하기에 충분한 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 27 항에 있어서,

상기 이미지 수용 표면은 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

각각의 조광 펄스는 작업편 상에서 측정된 1 내지 500 mJ/cm²범위의 노광 도즈를 전달하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 1 내지 500 Hz 의 속도로 조광 펄스를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈의 축소 확대는 4 × 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈의 축소 확대는 1 × 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 16 mm 직경의 원형 이미지 필드에 의해 둘러싸여진 직사각형 이미지 필드를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 27 항에 있어서,

상기 마스크 이미지에 대하여 작업편을 정렬하며, 상기 작업편 스테이지 위치 시스템과 조작으로 통신 가능하고 상기 작업편과 광학적으로 통신 가능한 정렬 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 34 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지로 그리고, 작업편 스테이지로 작업편을 배치하고 제거하며, 상기 작업편 스테이지와 조작으로 통신 가능한 작업편 핸들링 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 35 항에 있어서,

상기 정렬 시스템, 상기 작업편 스테이지 위치 제어 시스템, 상기 조광 소스 제어 시스템, 및 상기 작업편 핸들링 시스템에 전기적으로 접속되고, 이들의 제어를 조절하는 시스템 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지는 5000 mm/sec 까지의 속도로 작업편을 이동시킬 수 있는 에어 베어링 스테이지나 자기 부상 스테이지인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 m⁴의 다중 스페이셜 모드로 동작하고, 1000 이상의 m⁴값을 갖고, 10% (3σ) 이하의 펄스 간 편차를 갖는 고상 레이저인 것을 특징으로 시스템.
제 38 항에 있어서,

상기 고상 레이저는 266 nm, 213 nm, 177 nm, 또는 152 nm 의 파장으로 작동하는 다중 모드의 주파수 증배 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 38 항에 있어서,

상기 고상 레이저는 248 nm, 193 nm, 또는 157 nm 의 파장으로 작동하는 다중 모드의 주파수 증배 및 주파수 혼합 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 6 nm 내지 20 nm 파장 범위의 파장으로 작동하는 크세논 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 248 nm, 193 nm, 또는 157 nm 의 파장으로 작동하는 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 약 350 nm 내지 약 450 nm 의 파장으로 작동하는 플래쉬 램프인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조광 소스는 각각 1 나노초 내지 1 밀리초의 순간 펄스 길이를 가지는 상기 조광 펄스를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 23 항에 있어서,

상기 조명기는 상기 조광 소스로부터 광축을 따라서 순서대로, i) 제 1 빔 전사 광학 시스템, ii) 확산기, iii) 광적분기, 및 iv) 제 2 빔 전사 광학 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 45 항에 있어서,

상기 조명기 시스템은 v) 조광 펄스의 펄스간 에너지 편차를 측정하는 빔 진단 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
패턴을 갖는 마스크가 지지되는 대물 평판 및 마스크 이미지가 형성된 이미지 필드를 갖는 이미지 평판을 가지는 프로젝션 렌즈로 작업편 상에 다수의 노광 필드를 형성하는 방법으로서,

a) 이미지 필드에 대하여 작업편을 정렬하는 단계;

b) 10% (3σ) 이하의 펄스간 노광 도즈 편차, 및 10% (3σ) 이하의 대물 평판 상에서 균일도의 편차를 가지는 복수의 조광 펄스로 마스크를 조광하는 단계;

c) 프로젝션 렌즈로, 마스크에 의해 전사된 조광 펄스의 부분을 집광하여 각각의 조광 펄스에 대한 마스크 이미지를 형성하는 단계; 및

d) 상기 단계 c) 와 동시에, 이미지 평판의 스캔 경로에서 작업편을 연속적으로 이동시켜서 각각의 마스크 이미지가 해당되는 분리된 노광 필드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 a) 는 작업편 상의 일 이상의 기존 노광 필드에 마스크 이미지를 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 작업편은 이미지 수용 표면을 포함하고, 상기 단계 b) 는 이미지 수용 표면을 융멸하지 않으면서 이미지 수용 표면을 노광하기에 충분한 에너지를 가지는 각각의 조광 펄스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 b) 는 m⁴스페이셜 모드와 1000 이상의 m⁴값을 갖는 고상 레이저를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 b) 는 상기 마스크와 상기 조광 소스 사이에 배치된 조명기 시스템을 통하여 각각의 조광 펄스를 통과시켜서, 마스크 평판 상에 각각의 조광 펄스를 균일하게 분포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 b) 는 1 내지 500 Hz의 반복률로 조광 펄스을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 b) 는 작업편에서 단일 펄스로부터의 노광 도즈가 1 내지 500 mJ/cm²의 값을 갖도록 충분한 에너지를 가지는 조광 펄스를 제공하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 이미지 필드를 16mm 직경의 원형 이미지 필드의 직사각형 부분이 되도록 정의하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 d) 는 일정한 속도로 작업편을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 조광 펄스의 에너지를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 단계 d) 는 기존의, 분리된 노광 필드와 병렬 정합으로 분리된 노광 필드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 마스크 패턴은 최소 형상 크기를 가지고, 상기 조광 펄스는 반복률과 순간 펄스 길이를 가지고, 상기 스테이지는 스캔 속도를 가지며,

각각의 노광 필드를 형성하는 각각의 마스크 이미지가 최소 형상 크기의 20% 이하 만큼 흐릿하게 되도록, 반복률, 스캔 속도, 순간 펄스 길이를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 마스크 패턴은 마스크 이미지 변조 주파수를 정의하는 최소 형상 크기를 가지며, 상기 조광 펄스는 반복률과 순간 펄스 길이를 가지며, 상기 스테이지는 스캔 속도를 가지며,

각각의 노광 필드를 형성하는 각각의 마스크 이미지가 최대 마스크 이미지 변조 주파수의 진폭을 34.6 % 이하 만큼 감소시키는 양에 의해 흐릿하게 되도록 반복률, 스캔 속도, 및 순간 펄스 길이를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 마스크는 3000 개 이하의 작업편을 노광시키는 것에 대하여 할부상환되는 비용을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 47 항에 있어서,

펄스간 균일도를 향상시키기 위해서 펄스 안정화 시스템을 통하여 조광 펄스를 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
대물 평판, 이미지 평판, 및 이미지 필드를 가지는 프로젝션 렌즈로 작업편상에 순차적으로 배열된 복수의 노광 필드를 고속으로 형성하는 방법에 있어서,

a) 대물 평판의 지근에 패턴을 가지는 마스크를 지지하는 단계;

b) 연속적으로 배치된 노광 필드가 형성될 작업편에 대하여, 이미지 필드에 대한 스캔 경로 상에서 이미지 평판내에서 이동가능하도록, 스테이지를 배치하는 단계;

c) 조광 펄스로 마스크를 조사하고 프로젝션 렌즈로 전사된 조광을 집광하여 각각의 조광 펄스에 대하여 이미지 필드내에 마스크 이미지를 형성하는 단계; 및

d) 상기 단계 c) 동안 스캔 경로 상으로 작업편 스테이지를 연속적으로 이동시켜서 인접 조광 펄스가 인접 노광 필드를 형성하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 인접 노광 필드는 작업편상에 형성된 기존의 노광 필드와 병렬 정합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 마스크를 조광하는 단계는, 다수의 스페이셜 모드 m⁴와 1000 이상의 m⁴값을 가지는 고상 레이저로부터 조광 펄스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 마스크를 조광하는 단계는, 스펙트럼의 근 UV 부에서 작동하는 플래쉬 램프로부터 조광 펄스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 작업편은 이미지 수용 표면을 포함하고, 상기 이미지 수용 표면을 융멸하지는 않으면서 이미지 수용 표면을 노광하기에 충분한 에너지를 가지는 각각의 조광 펄스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 마스크는 마스크 평판을 정의하고, 상기 단계 c) 는 마스크의 상부스트림에 배치된 조명기를 통하여 각각의 조광 펄스를 통과시켜서 마스크 평판에 걸쳐서 각각의 조광 펄스를 균일하게 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 단계 c) 는 1 내지 500 Hz 의 반복률로 조광 펄스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 단계 c) 는 1 내지 500 mJ/cm²의 이미지 평판의 노광 도즈를 제공하기에 충분한 에너지로 조광 펄스를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

16 mm 직경의 원형 이미지 필드내에 맞춰진 직사각형 이미지 필드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 단계 d) 는 일정한 속도로 작업편을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 조광 펄스는 10 % (3σ) 미만의 펄스간 에너지 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 조광 펄스는 1 % (3σ) 미만의 펄스간 에너지 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 마스크 패턴은 최소 형상 크기를 가지며, 상기 단계 c) 와 d) 는 작업편 스테이지를 연속적으로 이동시켜서 발생한 흐릿해진 양이 상기 최소 형상 크기의 20% 미만인 마스크 이미지를 포함하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 마스크 패턴은 최소 형상 크기를 가지고, 상기 마스크 이미지는 최소 형상 크기에 기초한 최대 변조 주파수를 가지며, 상기 단계 c) 와 d) 는 각각의 노광 필드가 마스크 조사 단계 동안 작업편 스테이지를 연속적으로 이동시켜서 발생한 흐릿해진 양이 최대 변조 주파수를 36.4% 미만 만큼 감소시키는 마스크 이미지를 포함하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 노광 필드 형성 방법.
반도체 제조 환경에서 반도체 장치를 제조할 때 작업편을 비용-효과적으로 패터닝할 수 있는 리소그래피 시스템에 있어서,

a) 작업편 상에 이미지화될 패터닝된 영역을 가지고, 3000 개 이하의 작업편을 처리하는 것에 대하여 할부상환되는 비용을 갖는 마스크;

b) 공간적으로 균일화된 조광 펄스로 마스크를 조명하도록 조작가능하게 배치된 조광 소스 및 조명 시스템;

c) 개구수 NA 와 5 × 이상의 축소 확대를 갖는 출력 단부를 가지며 마스크를 통과하는 조광 펄스를 수용하도록 마스크에 인접하여 배치되고, 각각의 조광 펄스에 대하여 2 cm²이하의 최대 영역을 가지는 노광 필드 상의 작업편 상에 마스크 패턴의 마스크 이미지를 형성하도록 디자인된 축소 프로젝션 렌즈; 및

d) 프로젝션 렌즈 하에서 작업편을 이동시키는 작업편 스테이지 및 작업편 스테이지 위치 제어 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 76 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지와 상기 작업편 스테이지 위치 제어 시스템에 의한 이동은 상기 조광 펄스를 이용한 복수의 분리된 노광 필드의 노광 동안 연속적인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 76 항에 있어서,

상기 작업편 스테이지 위치 제어 시스템과 전기적으로 통신가능하고, 작업편과 조작으로 통신가능하며, 마스크 이미지에 대하여 작업편을 정렬하는 정렬 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 76 항에 있어서,

상기 조광 소스는 248 nm 이하의 파장을 갖는 조광을 방출하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 79 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 0.6 이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 80 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 이미지 평판을 가지는 4 미러 축상 카타디옵트릭 렌즈 광학 시스템이며, 4 개의 미러 중 하나는 이미지 평판에 인접하여 배치된 맨진 (Mangin) 미러인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
복수의 노광 필드를 가지는 이미지 수용 표면을 가지는 작업편을 비용-효과적으로 패터닝할 수 있는 파장 λ 와 개구수 NA 로 작동하는 리소그래피 시스템에 있어서,

a) 0.5λ/NA 이하의 최소 형상 크기를 갖는 마스크로서 작업편 상에 이미지화될 패터닝된 영역을 갖고 3000 개 이하의 작업편을 처리하는 것에 대하여 할부상환되는 비용을 가지는 마스크;

b) 10 밀리초 이하의 일시적인 지속 시간, 파장 λ, 1 Hz 이상의 반복률, 및 이미지 수용 표면을 융멸시키지 않고서 이미지 수용 표면을 노광시키기에 충분한에너지를 갖는 조광 펄스를 방출할 수 있는 펄스 조광 소스;

c) 조광 소스로부터 조광 펄스를 수용하여 공간적으로 균일화하고, 공간적으로 균일화된 조광 펄스로 마스크를 조명하도록 조작가능하게 배치된 조명 시스템;

d) 개구수 NA 와 5 ×이상의 축소 확대를 갖는 출력 단부를 갖고, 마스크를 통과하는 조광 펄스를 수용하도록 마스크에 인접하게 배치되고, 각각의 조사펄스에 대하여 2 cm²이하의 최대 직사각형 영역을 가지는, 각각의 노광 필드 상의 작업편 상에 이미지를 형성하도록 설계되는 축소 프로젝션 렌즈; 및

e) 프로젝션 렌즈 출력 단부 하에서, 그리고 각각의 노광 필드가 단일의 마스크 이미지로부터 형성되도록 조광 소스로부터의 조광 펄스의 방출이 조절된 방식의 스캔 속도로 스캔 경로 상에서 작업편을 스캐닝하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 82 항에 있어서,

조광 소스는 - 5 % (3σ) 이하의 펄스간 에너지 도즈 편차를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 82 항에 있어서,

상기 조광 소스는 스캔 속도에 의해 분할된 최소 형상 크기보다 적은 순간 펄스 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 82 항에 있어서,

상기 조광 소스는 248 nm 이하의 파장 λ를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 82 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈 NA 는 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 82 항에 있어서,

상기 프로젝션 렌즈는 1 옹스트롬 이상의 수정된 스펙트럼 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
광학 경로를 따라서 조광 소스로부터 방출된 조광 펄스빔의 펄스간 출력을 안정화시키는 펄스 안정화 시스템에 있어서,

a) 조광 소스로부터 방출된 조광의 일부를 검출하고 검출된 조광에 대응하는 전기신호를 생성하도록 조광 소스의 하부스트림에 배치된 검출기;

b) 검출기에 전기적으로 접속되고, 검출기로부터의 전기 신호를 적분하고 적분된 전기 신호를 제공하는 적분 회로;

c) 적분된 전기 신호를 수신할 수 있는 적분회로에 전기적으로 접속되며, 문턱값으로 프로그래밍되어 적분된 전기 신호가 문턱값에 도달할 때 활성화 신호를 발생시킬 수 있는 포켈스 셀 구동기; 및

d) 포켈스 셀 구동기에 전기적으로 접속되고, 상기 활성화 신호에 응답하며, 광 경로에 배치되는 포켈스 셀을 구비하고,

e) 상기 조광 소스와 포켈스 셀 사이의 광 경로는, 상기 활성화 신호를 통한 포켈스 셀의 활성화가, 조광 펄스가 문턱값에 실질적으로 대응하는 에너지량 내에 남도록 활성화 신호를 발생시키는 책임을 갖는 조광 펄스를 절단하는 기능을 하도록 디자인된 지연 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템.
제 88 항에 있어서,

a) 상이한 편광과 각각 연관되는 제 1 차 및 제 2 차 광 경로를 따라서 조광 펄스를 분할하도록 광 경로 내의 광원에 인접하여 배치된 광학 시스템; 및

b) 제 1 차 및 제 2 차 광 경로의 조광 펄스가 동일한 편광을 갖도록 제 1 차 및 제 2 차 광 경로중 하나에 배치된 반파장 플레이트를 포함하고,

상기 광학 시스템은 제 1 및 제 2 광 경로가 공통 방향을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템.
제 89 항에 있어서,

상기 광학 시스템은 편광빔 스플리터와 복수의 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템.
제 88 항에 있어서,

포켈스 셀의 상부스트림의 제 1 차 광 경로에 배치되고, 조광 펄스빔의 일부분이 포켈스 셀의 주위를 향하고 포켈스 셀을 통과하는 조광 펄스빔의 일부분과 재결합되도록 디자인된 광학 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템.
제 91 항에 있어서,

광학 시스템은 포켈스 셀의 상부스트림의 제 1 차 광 경로에 배치된 제 1 차 빔 스플리터, 및 포켈스 셀의 하부스트림에 배치된 제 2 차 빔 스플리터를 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템.
제 1 차 광 경로를 따라서 제 1 차 조광 소스로부터 방출된 조광 펄스의 제 1 차 빔, 및 제 2 차 광 경로를 따라서 제 2 차 조광 소스로부터 방출된 조광 펄스의 제 2 차 빔에 의해 형성된 조광 펄스의 출력 빔의 펄스간 출력을 안정화시키는 펄스 안정화 시스템으로서,

a) 제 1 차 조광 소스로부터 방출된 조광의 일부를 검출하고 처리하며, 제 1 의 적분된 전기 신호를 생성하는 제 1 수단;

b) 제 2 차 조광 소스로부터 방출된 조사의 일부분을 검출하고 처리하며, 제 2 의 적분된 전기 신호를 생성하는 제 2 수단;

c) 상기 제 1 및 제 2 의 적분된 전기 신호를 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 의 적분된 전기 신호가 합성 문턱값에 도달할 때, 활성화 신호를 발생시키는 수단;

d) 상기 활성화 신호에 응답하고, 제 1 차 광 경로에 배치되어, 조광 펄스의 제 1 차 빔의 조광 펄스를 감쇄시키는 전자광학 수단; 및

e) 조광 펄스의 제 1 차 및 제 2 차 빔을 합성하여 펄스간에 실질적으로 균일한 에너지를 가지는 조광 펄스의 합성 출력빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 안정화 시스템;
종래의 리소그래피 시스템과 비교하여 마스크 세트당 3000 이하의 작업편을 비용-효과적으로 처리하며, 4 cm²이상의 이미지 필드 사이즈를 갖는 프로젝션 렌즈를 가지는 비용-효과적 리소그래피 시스템으로서,

a) 조광 펄스를 제공하는 조광 소스;

b) 조광 펄스를 수용하고, 10 % (3σ) 이하의 공간 균일도로 마스크 평판 상에 각각의 조광 펄스를 실질적으로 균일하게 분산시키도록 배치된 조명기;

c) 마스크 평판의 마스크 세트의 마스크 중 하나를 지지할 수 있는 마스크 홀더;

d) 작업편을 지지하고 광축에 대하여 작업편을 이동시키는 작업편 스테이지; 및

e) 마스크 평판의 지근에 배치되는 대물 평판, 작업편중 하나의 지근에 배치되는 이미지 평판, 및 이미지 평판 내의 이미지 필드를 구비하고, 상기 이미지 필드가 마스크 세트의 마스크 각각이 종래의 리소그래피 시스템에서 사용되는 마스크의 정보량의 약 절반 이하를 포함하도록 약 2cm²이하의 영역을 갖는, 이미지 평판내의 이미지 필드를 갖는 프록젝션 렌즈를 광축을 따라서 순서대로 구비하며,

작업편 스테이지는 조광 펄스의 복수의 버스트 (burst) 가 처리되는 작업편상의 복수의 해당 노광 필드를 형성하기 위해 작업편을 스텝하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 94 항에 있어서,

조광 소스와 작업편 스테이지는 각각의 노광 필드의 단일 펄스 노광을 선택적으로 제공하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
제 94 항에 있어서,

조광 소스는 플래쉬 램프나 레이저인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.