KR20060055383A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

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KR20060055383A
KR20060055383A KR1020050109702A KR20050109702A KR20060055383A KR 20060055383 A KR20060055383 A KR 20060055383A KR 1020050109702 A KR1020050109702 A KR 1020050109702A KR 20050109702 A KR20050109702 A KR 20050109702A KR 20060055383 A KR20060055383 A KR 20060055383A
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안토니우스 테오도루스 안나 마리아 데르크센
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

마스크없는 리소그래피 장치에서, 기판을 향한 경로로부터 나와 패터닝 어레이에 의해 검출되는 광은 패터닝 어레이의 오작동을 검출하는 디텍터상으로 지향된다. 패터닝 어레이가 상기 빔을 패터닝하기 위하여 방사선을 선택적으로 전환시키는 타입으로 되어 있다면, 디텍터는 빔으로부터 나와 전환되는 방사선을 사용할 수 있다. 대안적으로, 노광 방사선 이외에 제2방사선 빔이 제공될 수 있다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부도면들은, 본 발명을 예시하며, 나아가 설명부와 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자들이 본 발명을 구성 및 이용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸 도;
도 2-3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 작동의 원리들을 예시한 도이다.
이하, 본 발명은 첨부도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 같은 참조부호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적회로(IC), 평판 디스플레이 및 여타 미세 구조체 관련 디바이스들의 제조시에 사용될 수 있다. 종래 리소그래피 장치에서, 대안 적으로는 마스크 또는 레티클이라 지칭되는 패터닝수단이 IC(또는 여타 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성시키는데 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(예를 들어, 레지스트) 층을 가지는 기판(예를 들어, 실리콘웨이퍼 또는 유리판)상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 묘화(imaging)될 수 있다. 패터닝수단은, 마스크 대신에 회로 패턴을 생성하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함할 수도 있다.
일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 전체패턴을 한번에 타겟부상에 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 스테퍼, 및 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 스캐너를 포함한다.
종래 마스크 또는 레티클이 (콘트라스트 디바이스라고도 알려진) 프로그램가능한 패터닝장치에 의해 대체되는 마스크없는 리소그래피 장치에서는, 항상 프로그램가능한 디바이스 또는 그것의 제어 전자기술(electronics)들은 오작동할 가능성이 존재한다. 예를 들어, 디바이스의 픽셀은 "온" 또는 "오프" 상태들로 스틱킹(stuck)될 수 있고, 다수 또는 연속체의 그레이 레벨들을 갖는 디바이스가 정확한 레벨을 채택하지 못할 수 있다.
따라서, 필요한 것은, 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 오작동이 검출될 수 있는 리소그래피 장치 및 방법이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판상으로 패턴을 투영하는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기판의 타겟부로 나아가는 제1광학 경로와 기판으로 나아가지 않는 제2광학 경로 사이에서 입사 방사선을 선택적으로 전환시킴으로써 빔에 원하는 패턴을 부여하는 역할을 하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이를 포함한다. 또한, 상기 장치는 제2광학 경로에 제공되는 방사선에 대해 민감한 디텍터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판상으로 패턴을 투영하는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 장치는 패터닝 어레이, 제1 및 제2조명시스템, 투영시스템 및 디텍터를 포함한다. 패터닝 어레이는 개별적으로 제어가능한 요소들로 이루어져 있다. 제1조명시스템은 제1방사선 빔을 패터닝 어레이상으로 지향시킨다. 패터닝 어레이는 제1빔을 패터닝한다. 제2조명시스템은 상이한 방향으로부터의 패터닝 어레이상으로 제2방사선 빔을 지향시킨다. 패터닝 어레이는 제2빔에 제1패턴의 보완패턴인 제2패턴을 부여한다. 투영시스템은 기판의 타겟부상으로 제1빔을 투영한다. 디텍터(242)는 패터닝 어레이에 의해 검출되는 제2빔으로부터의 방사선을 수용하도록 위치되고, 그에 대해 민감하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 다음의 단계들을 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이를 사용하여, 기판의 타겟부로 나아가는 제1광학 경로와 기판으로 나아가지 않는 제2광학 경로 사이에서 입사 방사선을 선택적으로 전환시킴으로써 방사선 빔에 패턴을 부여하는 단계. 제2광학 경로에 제공되는 디텍터를 사용하여 패터닝 어레이의 모든 오작동을 검출하는 단계.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 다음의 단계들을 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다. 제1방사선 빔 및 제2방사선 빔을 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이상으로 지향시켜 상기 빔들을 패터닝하는 단계. 상기 빔들을 상이한 방향으로부터의 패터닝 어레이상으로 지향시켜, 그들이 보완 패턴들로 패터닝되도록 하는 단계. 상기 제1방사선 빔을 기판의 타겟부상으로 투영시키는 단계. 상기 제2빔의 경로에 제공되는 디텍터를 사용하여 상기 패터닝 어레이의 오작동을 검출하는 단계.
본 발명의 추가 실시예들, 특징들 및 장점들과 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동에 대해서는 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 상기 리소그래피장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드, 마이크로 및 매크로 유체 디바이스의 제조 등과 같은 여타의 응용례를 가질 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전 또는 후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검 사툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러번 처리된 층들을 이미 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 채택되는 "개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이"라는 용어는, 원하는 패턴이 기판의 타겟부내에 형성될 수 있도록 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는데 사용될 수 있는 모든 수단을 칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 본 명세서에서 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 이러한 패터닝 수단의 예시로는 다음과 같은 것들이 제공된다.
프로그램가능한 거울 어레이는 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)을 포함할 수 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, 예를 들어 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중으로부터 비회절광이 필터링됨으로써 회절광만이 그를 떠나 기판에 도달하도록 할 수 있다. 이러한 방식으로, 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다.
대안례로서, 필터는 회절광을 필터링하여, 비회절광이 그를 떠나 기판에 도달하도록 할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 회절 광학 MEMS(micro electrical mechanical system) 디바이스의 어레이가, 위와 대응되는 방식으로 사용될 수도 있다. 각각의 회절 광학 MEMS 디바이스는, 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자(grating)를 형성하도록 서로에 대해 변형(deform)될 수 있는 복수의 반사 리본(reflective ribbon)들로 구성된다.
추가 대안실시예에는, 적절히 국부화된 전기장을 가하거나 압전 작동 수단(piezoelectric actuation means)을 채용하여 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용한 프로그램가능한 거울 어레이가 포함될 수 있다. 마찬가지로, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울들은 입사되는 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사시킬 것이다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다.
상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 1이상의 프로그램가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국 특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 이들은 본 명세서에 인용 참조되고 있다.
프로그램가능한 LCD 어레이 또한 사용될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 인용 참조되는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다.
예를 들어, 피처들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처들, 위상 변화 기술 및 다중 노광 기술들이 사용되는 경우, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이된" 패턴은 기판의 또는 기판상의 소정 층으로 최종적으로 전사(transfer)된 패턴과 실질적으로 상이할 수도 있음을 이해하여야 한다. 이와 유사하게, 기판상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 형성된 패턴과 일치하지 않을 수도 있다. 이는 기판의 각 부분상에 형성된 최종 패턴이 주어진 시간 주기 또는 주어진 노광 횟수에 따라 만들어진 구성의 경우일 수 있으며, 그 동안에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 및/또는 기판의 상대 위치가 변경된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 기술된 리소그래피 장치는 DNA 칩들, MEMS, MOEMS, 집적 광학시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조 등과 같은 여타의 응용례를 가짐을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판 처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)선, 및 (예를 들어, 파장이 5-20㎚범위에 있는) 극자외(EUV)선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절한, 굴절 광학시스템, 반사 광학시스템, 및 카타디옵트릭 광학시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있다.
또한, 조명시스템은 방사선 빔의 지향, 성형 또는 제어를 위한 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학 구성요소를 포괄할 수 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급될 수 있을 것이다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피장치는, 투영시스템의 최종요소와 기판 사이의 공간을 채우 기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판을 침지시키는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피장치에서, 예를 들어 마스크와 투영시스템의 제1요소 사이의 다른 공간들에 적용될 수도 있다. 침지 기술(immersion technique)은 투영시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다.
또한, 상기 장치에는, (예를 들어, 기판에 화학약품을 선택적으로 적용하거나 기판의 표면 구조를 선택적으로 수정하기 위하여) 유체와 기판의 조사된 부분들간의 상호작용을 가능하게 하는 유체 처리 셀이 제공될 수도 있다.
리소그래피 투영장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치(100)는 적어도 방사선시스템(102), 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104), 대물테이블(106)(예를 들어, 기판테이블), 및 투영시스템("렌즈")(108)을 포함한다.
방사선시스템(102)은 방사선(예를 들어 UV 방사선)의 빔(110)을 공급하는데 사용될 수 있으며, 특히 이 경우에는 방사선 소스(112)를 포함할 수도 있다.
개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)(예를 들어, 프로그램가능한 거울 어레이)는 빔(110)에 패턴을 적용시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 위치는 투영시스템(108)에 대해 고정될 수 있다. 하지만, 대안적인 구성에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 투영시스템(108)에 대해 그것을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(도 시 안됨)에 연결될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 개별적으로 제어가능한 요소들(104)은 (예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사형 어레이를 가지는) 반사형으로 구성된다.
대물테이블(106)에는 기판(114)(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판)을 잡아주는 기판홀더(상세히 도시되지는 않음)가 제공될 수 있으며, 대물테이블(106)은 투영시스템(108)에 대해 기판(114)을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(116)에 연결될 수 있다.
투영시스템(108)(예를 들어, 거울 시스템 또는 쿼츠 및/또는 CaF2 물질로 만들어진 렌즈 요소를 포함하는 쿼츠 및/또는 CaF2 렌즈 시스템 또는 카타디옵트릭 시스템)은 기판(114)의 타겟부(120)(예를 들어, 1이상의 다이)상에 빔 스플리터(beam splitter; 118)로부터 수용된 패터닝된 빔을 투영하는데 사용될 수 있다. 투영시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 이미지를 기판(114)상에 투영시킬 수도 있다. 대안적으로, 상기 투영시스템(108)은, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 요소들이 셔터들로서 기능하는 2차 소스(secondary source)들의 이미지들을 투영시킬 수도 있다. 또한, 투영시스템(108)은, 2차 소스들을 형성하고 기판(114)상에 마이크로스폿(microspot)들을 투영시키기 위해, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수도 있다.
소스(112)(예를 들어, 엑시머 레이저)는 방사선의 빔(122)을 생성할 수 있다. 상기 빔(122)은, 예를 들어 빔 익스팬더(126)와 같이, 곧 바로 또는 컨디셔닝 디바이스(126)를 지난 후에, 조명시스템(일루미네이터)(124)로 공급된다. 일루미네이터(124)는 상기 빔(122)내의 세기분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정장치(128)를 포함할 수 있다. 또한, 일루미네이터(124)는 일반적으로 인티그레이터(130) 및 콘덴서(132)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 이 방식으로, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상에 입사되는 빔(110)은 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가진다.
도 1과 관련하여, 상기 소스(112)는 (예를 들어, 상기 소스(112)가 흔히 수은 램프인 경우에서처럼) 리소그래피 투영장치(100)의 하우징내에 놓일 것이다. 대안실시예에서, 상기 소스(112)는 리소그래피 투영장치(100)로부터 멀리 떨어져 있을 수도 있다. 이 경우, 방사선 빔(122)은 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 상기 장치(100)안으로 지향될 수도 있다. 후자의 시나리오는 흔히 상기 소스(112)가 엑시머 레이저인 경우이다. 본 발명의 범위내에는 이 두 시나리오가 모두 고려되어 있음을 이해하여야 할 것이다.
이어서, 상기 빔(110)은 빔 스플리터(118)를 이용하여 지향된 후에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)를 거친다(intercept). 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)에 의하여 반사되면, 상기 빔(110)은 투영시스템(108)을 통과하여 기판(114)의 타겟부(C)(120)상에 상기 빔(110)을 포커싱한다.
위치설정 디바이스(116){및 빔 스플리터(140)를 통해 간섭계 빔(138)을 수용하는 베이스 플레이트(base plate;136)상의 선택적 간섭계 측정 디바이스(134)}의 도움으로, 기판테이블(106)은, 상기 빔(110)의 경로내에 상이한 타겟부(120)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)용 위치설정 디바이스는, 예를 들어 스캔 중에 상기 빔(110)의 경로에 대해 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 위치를 정확히 보정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물테이블(106)의 이동은, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현되며, 이는 도 1에 명확히 도시되어 있지는 않다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)를 위치시키는데 사용될 수도 있다. 요구되는 상대 이동을 제공하도록 대물테이블(106) 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)가 고정된 위치를 가지는 동안, 빔(110)이 대안적으로/추가적으로 이동될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 실시예의 또 다른 구성에서는, 기판테이블(106)이 고정될 수도 있으며, 기판(114)이 상기 기판테이블(106)상에서 이동할 수 있다. 이것이 행해지면, 기판테이블(106)에는 평탄한 최상면상에 다수의 개구부들이 제공되며, 상기 개구부들을 통해 가스가 공급되어, 기판(114)을 지지할 수 있는 가스 쿠션(gas cushion)을 제공한다. 통상적으로, 이를 공기 베어링 구성(air bearing arrangement)이라 칭한다. 기판(114)은 상기 빔(110)의 경로에 대해 상기 기판(114)을 정확히 위치시킬 수 있는 1이상의 액추에이터(도시 안됨)를 이용하여 기판테이블(106)상에서 이동된다. 대안적으로, 상기 기판(114)은 상기 개구부들을 통해 가스를 선택적으로 공급 및 차단시킴으로써 기판테이블(106)상에서 이동될 수도 있다.
본 명세서에는 기판상의 레지스트를 노광하는 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)가 서술되었으나, 본 발명은 이러한 용도로 제한되지 않으며 상기 장치(100)는 레지스트없는 리소그래피(resistless lithography)에서 사용하기 위한 패터닝된 빔(110)을 투영하는데 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
기술된 장치(100)는 다음의 바람직한 4가지 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 전체 패턴은 한번에{즉, 단일 "섬광(flash)"} 타겟부(120)상에 투영된다. 기판테이블(106)은 상이한 타겟부(120)가 패터닝된 빔(110)에 의해 조사(irradiate)되도록 상이한 위치에 대해 x 및/또는 y 방향으로 이동된다.
2. 스캔 모드: 주어진 타겟부(120)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는다는 것을 제외하고는 본질적으로 스텝 모드와 동일하다. 대신에, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 패터닝된 빔(110)이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)에 걸쳐 스캐닝하도록 이루어진다. 이와 함께, 기판테이블(106)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동되며, 여기서 M은 투영시스템(108)의 배율이다. 이 방식으로, 비교적 큰 타겟부(120)가 분해능이 저하되지 않고 노광될 수 있다.
3. 펄스모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 기본적으로 정지상태로 유지되며 전체 패턴은 펄스 방사선 시스템(102)을 사용하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 투영된다. 기판테이블(106)은 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가 로질러 라인을 스캐닝할 수 있도록 기본적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 패턴은 방사선시스템(102)의 펄스들 사이에서 필요에 따라 업데이트되고, 후속하는 타겟부(120)가 기판상의 요구되는 장소에서 노광되도록 펄스들이 시간조정된다(timed). 따라서, 패터닝된 빔(110)은 기판(114)의 스트립(strip)에 대해 전체(complete) 패턴을 노광시키도록 기판(114)을 가로질러 스캔할 수 있다. 상기 프로세스는 한 라인씩 전체 기판(114)이 노광될 때까지 반복된다.
4. 연속스캔모드: 실질적으로 일정한 방사선시스템(102)이 사용되고, 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가로질러 스캔하고 그를 노광시킴에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 패턴이 업데이트되는 것을 제외하고는 본질적적으로 펄스모드와 동일하다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
예시적 작동 원리들
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 원리를 예시하고 있다. 도 1을 계속 참조하면서 도 2를 참조하면, 조명시스템(124)으로부터의 노광 방사선(110)은 빔 스플리터(118)로부터 프로그램가능한 패터닝장치(104)상에 입사된다. 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 개별 픽셀들은 그들 각각의 상태에 따라, 방사선을, 제1광학 경로를 따라 다시 빔 스플리터(118)를 통해 기판(114)(도 1)으로 지향시키거나, 빔 스플리터(118)로부터 먼 제2광학 경로상으로 지향시킨다. 후자의 방사선은 편의상, 기판(114)으로 광을 지향시키도록 설정된 픽셀들은 "온"이라 지칭하고, 방사선을 전환시키는 픽셀들은 "오프"라 지칭하기로 한다. 전환된 방사선(240)은 스트레이(stray) 광을 방지하고 열 부하를 다룰 수 있도록 하기 위해 빔 스톱(beam stop)상에 입사될 수 있다. 본 발명의 이 실시예에 따르면, 전환된 빔(240)은 디텍터(242)로 지향되고, 디텍터(240)의 출력(244)은 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 오작동이 존재하는지의 여부를 결정하는데 사용된다.
가장 단순한 형태에서, 디텍터(242)는 단순한 세기 디텍터일 수 있다. 입사 조명빔(110)의 부분으로서 검출된 빔(240)의 세기가 "오프" 상태의 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 픽셀의 부분과 상이하다면 오작동이 검출된다. 이 예시에서, 이러한 구성은 픽셀들이 오작동하고 있는지를 식별할 수는 없으나, 유지보수가 필요한 경우의 지표를 제공한다는 점에서 유용할 수 있다.
일 예시에서는, 결함이 있는 픽셀들의 식별이 가능하도록 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 몇몇 공간 분해능을 갖는 디텍터가 제공될 수 있다. 이상적으로는, 디텍터(242)의 분해능은 오작동 픽셀들의 직접적인 검출이 수행될 수 있도록 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 분해능 이상이 되어야 한다. 이를 이행하기 위해, 프로그램가능한 패터닝장치(104)에 패턴을 공급하는 패턴 소스(246)는, 이것을 디텍터(242)의 출력(244)을 수용하는 제어시스템(248)으로 공급한다. 제어시스템(248)은 오작동 픽셀들을 식별하기 위하여 보완 디텍터(242) 출력(244){complement of output(244) of detector(242)}과 상기 패턴을 비교한다. 이는, 다수의 기계적으로 등가의 방법, 예를 들어, 보완 패턴 및 보완 출력(244) 중 하나를 취하고 그것을 나머지 하나에 부가시키거나, 또는 패턴 및 출력(244)을 더하고 각각의 픽셀로부터 최대 세기값을 차감함으로써 이행될 수 있다. 비교 이전에, 출력(244)은 프로그램가능한 패터닝장치(104)가 2가지 상태(two-state)이거나 또는 균일화(equalize)된다면, 이원화될 수 있다(binarized). 예를 들어, 비-균일 디텍터 반응에 대한 전체 또는 픽셀단위(pixel-by-pixel) 보정 또한 적용될 수 있다.
디텍터(242)의 분해능이 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 분해능보다 작다면, 오작동 픽셀들의 식별은 검출된 빔(240)에서의 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 에어리얼 이미지를 통해 디텍터(242)를 스캐닝함으로써 수행될 수 있다. 대안적으로, 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 n*m(여기서, n은 m과 같을 수도 아닐 수도 있음)의 블록이 디텍터(242)의 하나의 픽셀상으로 투영되도록, 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 저감된 이미지가 디텍터(242)상으로 투영될 수 있다. 그 다음, 오작동은 n*m 픽셀들의 블록에 대해 국부화될 수 있다. 광학 경로 또는 디텍터(242)의 요소 자체를 이동시킴으로써 실행될 수 있는 이미지와 디텍터(242)의 상대적인 변위를 이용한 측정을 반복함으로써, 오작동 픽셀들의 가능한 한 정확한 식별 및 추가적인 국부화가 얻어질 수 있다.
일 예시에서, 노광 방사선이 자외선 또는 DUV(deep ultraviolet) 방사선인 경우, 노광 방사선에 대해 민감한 적절한 디텍터를 제공하는 것은 어렵다. 이 경우에, 보다 긴 파장의 방사선, 예를 들어 가시광선에 대해 민감한 디텍터는 디텍터의 액티브 표면에 걸쳐 냉광층(luminescent layer)을 제공함으로써 사용될 수 있다. 상기 냉광층은 짧은 파장은 흡수하고 그를 손상시키지 않고 디텍터에 의해 검출될 수 있는 보다 긴 파장의 방사선은 방출한다. 디텍터에 대해 검출된 방사선의 세기가 너무 큰 경우에, 부분 반사 거울(250) 또는 또 다른 필터링 요소가 제2광학 경로에 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 원리를 예시하고 있다. 이 실시예에서는, 노광 방사선의 빔을 생성시키는 조명시스템(124)뿐만 아니라, 제2조명시스템(360)이 제공된다. 조명시스템(124) 및 제2조명시스템(360)은 대향되는 방향들로부터 프로그램가능한 패터닝장치(104)상에 입사되는 상이한 파장의 빔들을 생성시킨다("블루" 및 "레드"라는 용어 각각은 편의상 지칭되는 것으로, 실제로는 상기 칼라들일 필요는 없다). 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 "온" 픽셀은 (투영시스템(108)을 통해) 기판으로 "블루" 광을 지향시키는 한편, "오프" 픽셀은 기판(114)으로 레드 광을 지향시킨다. "블루" 및 "레드" 빔들의 파장은 "블루" 방사선은 레지스트를 노광시키지만 "레드" 방사선은 노광시킬 수 없도록 선택된다. "블루" 및 "레드" 방사선의 일부는 빔 스플리터(362)에 의해 디텍터(342)로 전환될 것이다. 대안적으로, 빔 스플리터(362)는 "블루" 및 "레드" 방사선 둘 모두가 기판(114)으로 전파되고 기판(114)에 의해 반사되는 방사선이 디텍터(342)로 전환되도록 배향될 수 있다.
도 2에 도시된 제1실시예에서와 같이, 디텍터(342)에 의해 기록되는 이미지와 원하는 패턴을 비교하면 프로그램가능한 패터닝장치(104)의 오작동 픽셀들을 검출할 수 있다. "레드"가 예측되는 곳에서 "블루"가 보이다면, 픽셀이 스틱킹 "온" 되는 반면, "블루" 대신 "레드"가 보인다면 픽셀이 스틱킹 "오프"가 된다. 다크 스폿은 손상된 픽셀이나 불확실한(indeterminate) 상태로 스틱킹된 픽셀을 나타낼 수 있다. 다수의 그레이스케일 상태가 가능한 패터닝장치에 의하면, 디텍터(342)에 의해 검출되는 이미지의 정규화된 세기 레벨들은 스틱킹되는 것보다 잘못된 그레이 레벨을 제공하고 있는 픽셀들을 검출하는데 사용될 수 있다. 제1실시예에서와 같이, 디텍터(342)는 냉광층을 가질 수 있고 프로그램가능한 패터닝장치(104)보다 낮은 분해능의 디텍터를 사용하는 동일한 접근법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위치설정 시스템(364)은 디텍터(342)를 스캐닝하는데 사용될 수 있다.
일 예시에서, 패터닝된 빔(366)은, 투영시스템(108)과 기판(114) 사이에 위치되는 필드 렌즈(368) 및 마이크로렌즈 어레이(370)를 사용하여 기판(114)상으로 지향된다.
일 예시에서는 투영시스템(PL)으로 들어가기 이전에 "레드" 방사선을 디텍터(342)로 지향시키기 위해 빔 스플리터(362) 대신에 2색거울(dichroic mirror)이 사용될 수 있다. 디텍터(342)에 의해 보여지는 "레드" 이미지는 원하는 이미지의 보완 이미지이고, 오작동 픽셀들은 제1실시예와 동일한 방식으로 검출될 수 있다.
일 예시에서, 오작동 픽셀들의 검출은 스루풋의 손실이 없도록 기판들의 노광과 병렬로 수행된다. 오작동 픽셀들의 검출하는데에 시간을 낭비할 필요는 없다. 오작동 픽셀들의 식별 또는 국부화는 수리에 필요한 시간을 줄여주거나 또는 생산을 멈추지 않는 보상 방법들을 취해질 수 있도록 한다. 예를 들어, 스캐닝 모드에서, 소수의 결함 픽셀들은 다른 픽셀들에 의해 보상될 수 있다. 또한, 수리없이 생 산을 계속할 수 있도록 결함 픽셀이 패턴의 비-임계(non-critical) 영역에 있도록 결정하는 것도 가능할 수 있다.
결론
본 발명의 다양한 실시예들에 대해 상술하였으나, 그들은 예시의 방법을 위해 제시된 것일 뿐 제한의 의도는 없다는 것을 이해해야 한다. 당업자라면, 본 발명의 기술적사상 및 범위를 벗어나지 않는, 형태 및 세부사항에 있어서의 다양한 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 명백히 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 상술된 실시예들에 의해서 제한되는 것이 아니라, 후속 청구항 및 그들의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
본 발명에 따르면, 프로그램가능한 패터닝장치의 오작동이 검출될 수 있는 리소그래피 장치 및 방법을 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 기판상으로 패턴을 투영하는 리소그래피 장치에 있어서,
    상기 기판의 타겟부로 나아가는 제1광학 경로와 상기 기판으로 나아가지 않는 제2광학 경로 사이에서 입사 방사선을 선택적으로 전환시킴으로써 빔을 패터닝하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이; 및
    상기 제2광학 경로에 제공되는 방사선에 대해 민감한 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이의 어떠한 오작동도 검출할 수 있도록 상기 디텍터의 출력과 원하는 패턴의 보완패턴을 비교하는 제어시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴은 바이너리 패턴이고 상기 보완패턴은 2개의 보완패턴(two's complement)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는 공간 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는 충전 커플링된 디바이스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이와 상기 디텍터 사이의 제2광학 경로에 부분 반사 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝 어레이는 디지털 거울 디바이스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝 어레이는 격자 광 밸브인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 기판상으로 패턴을 투영시키는 리소그래피 장치에 있어서,
    개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이;
    제1패턴으로 제1방사선 빔을 패터닝하는 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이상으로 상기 제1방사선 빔을 지향시키는 제1조명시스템;
    상이한 방향으로부터, 상기 제1방사선 빔의 보완패턴인 제2패턴으로 제2방사선 빔을 패터닝하는 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이상으로 제2방사선 빔을 지향시키는 제2조명시스템;
    상기 제1방사선 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영시키는 투영시스템; 및
    상기 패터닝 어레이에 의해 검출되는 제2방사선 빔으로부터의 방사선을 수용하며 그에 대해 민감한 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디텍터는 패터닝된 제1방사선 빔과 패터닝된 제2방사선 빔 둘 모두를 수용하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이와 상기 투영시스템 사이에 있으며 상기 패터닝된 제1방사선 빔 및 상기 패터닝된 제2방사선 빔의 부분을 상기 디텍터상으로 전환시키도록 배치되는 빔 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이의 어떠한 오작동도 검출할 수 있도록 상기 디텍터의 출력과 상기 제1패턴을 비교하는 제어시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 디텍터는 공간 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 디텍터는 충전 커플링된 디바이스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 디텍터는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1빔의 방사선은 상기 제2빔의 방사선보다 짧은 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이는 디지털 거울 디바이스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이는 격자 광 밸브인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  20. 디바이스 제조방법에 있어서,
    기판의 타겟부로 나아가는 제1광학 경로와 상기 기판으로부터 멀리 나아가는 제2광학 경로 사이에서 입사 방사선을 선택적으로 전환시킴으로써 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이로 방사선 빔을 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝 어레이의 어떠한 오작동도 검출할 수 있도록 상기 제2광학 경로에서 상기 전환된 입사 방사선을 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  21. 디바이스 제조방법에 있어서,
    제1방사선 빔 및 제2방사선 빔들을, 상기 빔들을 패터닝시키는 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이상으로 지향시키고, 상기 빔들은 상이한 방향들로부터 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 패터닝 어레이상으로 지향되어 보완 패턴들로 패터닝되는 단계;
    상기 제1방사선 빔을 기판의 타겟부상으로 투영시키는 단계; 및
    상기 제2방사선 빔의 경로에 제공되는 디텍터를 사용하여 상기 패터닝 어레이의 어떠한 오작동도 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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