KR20060074870A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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라우렌티우스 카트리누스 요리트스마
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 장치는, 방사선의 서브-빔들의 어레이로서 기판상으로 방사선의 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템 및 방사선의 상기 서브-빔들을 변조하도록 구성된 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함한다. 또한, 상기 장치는, 요청된 패턴을 상기 기판상에 실질적으로 형성하기 위해서, 상기 요청된 패턴을 정의하는 데이터를, 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 제어하기에 적합한 제어 신호로 전체적으로 또는 부분적으로 변환하도록 배치된 1이상의 데이터 처리 디바이스를 포함하는 데이터-경로를 포함한다. 상기 데이터 처리 디바이스는, 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬 형태를, 상기 요청된 패턴을 나타내는 컬럼 벡터에 적용함으로써, 상기 변환을 수행하도록 배치된다. 상기 점-확산 함수 행렬은, 주어진 시간에 방사선의 상기 서브-빔들 중 하나에 의해 상기 기판상에 노광될 각각의 스폿의 점-확산 함수의 상대 위치 및 형상에 관한 정보를 포함한다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{Lithographic Apparatus and Device Manufacturing Method}
본 명세서에 통합되고 그 일부분을 형성하는 첨부한 도면들은, 본 발명을 예시한 것으로, 도면설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하며, 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명을 시행하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이, 마이크로-렌즈 어레이 및 그에 따라 형성된 스폿 그리드(spot grid)의 일부분의 측면도;
도 3은 노광된 스폿 그리드(exposed spot grid)의 형성을 보여주는 도면; 및
도 4는 데이터 경로내의 데이터 처리 디바이스(data manipulation device)를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 서술될 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판(예컨대, 작업물(workpiece), 물체, 디스플레이(display) 등)의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel display) 및 미세한 구조를 수반하는 여타의 디바이스의 제조시에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피 장치에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 수단이 IC(또는 여타의 디바이스)의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 유리판(glass plate))상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 이미징(image)될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 수단은 회로 패턴을 생성하도록 역할하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 어레이를 이용하는 리소그래피 시스템은, 일반적으로 마스크없는 시스템(maskless system)으로서 설명된다.
일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼, 및 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너를 포함한다.
이러한 장치의 사용자는, 방사선의 특정한 도즈-맵(dose-map)에 의해 특성화 되는 기판상에 형성될 요청된 패턴(requested pattern)을 정의한다. 마스크없는 시스템(maskless system)에서는, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이로 보내기 위한 작동 신호(actuating signal)를 얻기 위해서, 캘리브레이션 측정들(calibration measurements)을 참조하여, 요청된 도즈-맵을 나타내는 데이터가 처리된다. 도즈-맵내의 높은 패턴 밀도의 영역들이 서로 오버랩(overlap)되기 위해서 노광된 스폿들을 필요로 한다. 소정 상황들하에서, 오버래핑 패턴(overlapping pattern)들의 이들 영역들은 요청된 도즈-맵의 처리시에 오차들을 유발할 수 있음이 밝혀졌다.
패턴의 일 영역을 패턴의 또 다른 영역에 연결시키는 공정은 시이밍(seaming)으로 알려져 있다. 단일 광학 컬럼(optical column)(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 단일 어레이로부터 입력을 수용)으로부터 생긴 패턴들에 대해, 또는 상이한 광학 컬럼들(예를 들어, 그 각각은 개별적으로 제어가능한 요소들의 별도의 어레이(separate array)로부터 입력을 수용)로부터의 패턴들 사이에, 시이밍이 수행될 수 있다. 이러한 상황들에서의 시이밍은, 오버랩 영역에 걸쳐 점차 감소하도록 오버래핑 패턴들의 각각의 도즈-맵들을 구성함으로써 달성될 수 있다. 하지만, 이러한 접근법은, 특히 오버랩 영역이 좁은 경우, 조절(regulate)하기 힘들 수 있다.
그러므로, 과도한 노광 스폿 오버랩이 생기기 쉬운 영역들의 핸들링(handling)을 개선시키는 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법이 요구된다.
일 실시예에 따르면, 투영 시스템, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이, 및 데이터 경로를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다. 상기 투영 시스템은, 방사선의 서브-빔들(sub-beams)의 어레이로서 기판상으로 방사선의 빔을 투영하도록 구성된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 방사선의 서브-빔들을 변조(modulate)하도록 구성된다. 데이터 경로는, 요청된 패턴을 상기 기판상에 실질적으로 형성하기 위해서, 상기 상기 요청된 패턴을 정의하는 데이터를, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 제어하기에 적합한 제어 신호로 전체적으로 또는 부분적으로 변환(convert)하도록 배치된 1이상의 데이터 처리 디바이스를 포함한다. 상기 데이터 처리 디바이스는, 요청된 패턴을 나타내는 컬럼 벡터(column vector)에 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬 형태(a pseudo-inverted form of a point-spread function matrix)를 적용함으로써, 상기 변환(conversion)을 수행하도록 배치된다. 상기 점-확산 함수 행렬은, 주어진 시간에 방사선의 서브-빔들 중 하나에 의해 기판상에 노광될 각각의 스폿의 점-확산 함수의 상대 위치 및 형상에 관한 정보를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, 방사선의 서브-빔들의 어레이로서 기판상으로 방사선의 빔을 투영하는 단계, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 방사선의 상기 서브-빔들을 변조하는 단계, 및 요청된 패턴을 기판상에 실질적으로 형성하기 위해서, 상기 요청된 패턴을 정의하는 데이터를, 개별적으로 제어가능한 요소들의 상기 어레이를 제어하기에 적합한 제어 신호로 전체적으로 또는 부분적으로 변환하는 단계를 포함한다. 데이 터의 변환은 데이터 경로내의 데이터 처리 디바이스에서 행해진다. 데이터 변환은, 요청된 패턴을 나타내는 컬럼 벡터에 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬 형태를 적용함으로써 수행된다. 상기 점-확산 함수 행렬은, 주어진 시간에 방사선의 서브-빔들 중 하나에 의해 기판상에 노광될 각각의 스폿의 점-확산 함수의 상대 위치 및 형상에 관한 정보를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명들의 또 다른 실시예들, 특징들, 및 장점들 뿐만 아니라, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동원리를 보다 상세하게 설명한다.
개요 및 용어
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는, 예를 들어, DNA 칩들, MEMS(micro-electromechanical systems), MOEMS(micro-optical-electromechanical systems), 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드, 마이크로 및 매크로 유체 디바이스들(micro and macro fluidic devices) 등의 제조와 같이 여타의 응용예를 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 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 수 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 여하한의 디바이스를 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 디바이스의 예시들이 하기에 서술된다.
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)들에서는 입사광을 회절광으로 반사시키는 한편, 어드레스되지 않은 영역들에서는 입사광을 비회절광으로 반사시키는 것이다.
적절한 공간 필터를 사용하면, 상기 필터는 회절광을 필터링하여 비회절광이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝된다. 대안예로서, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 회절 광학 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS) 디바이스들의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 각각의 회절 광학 MEMS 디바이스는, 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자(grating)를 형성하도록 서로에 대해 변형(deform)될 수 있는 복수의 반사 리본들(reflective ribbons)을 포함할 수 있다.
또 다른 대안적인 실시예는, 적절히 국부화된(localized) 전기장을 가하거나 압전 작동 수단(piezoelectric actuation means)을 채용하여, 일 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채용하는 프로그램가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이므로, 어드레스된 거울들은 입사하는 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사시킬 것이다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 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 어레이들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국 특허 제 5,296,891호, 제 5,523,193호 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있다. 또한, 프로그램가능한 LCD 어레이가 사용될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 미국 특허 제 5,229,872호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있다.
여기에서는, 피처들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처들, 위상 변화 기술들 및 다중 노광 기술들이 사용되며, 예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이된" 패턴은 기판상으로 또는 기판상의 층으로 최종적으로 전사된 패턴과 실질적으로 상이할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이와 유사하게, 기판상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 형성된 패턴에 대응하지 않을 수 있다. 이는 기판의 각각의 부분상에 형성된 최종 패턴이 주어진 시간 주기 또는 주어진 노광 회수에 따라 만들어진 구성의 경우일 수 있으며, 그 동안에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴 및/또는 기판의 상대 위치가 변경된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 408, 355, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선, 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위에 있는) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템, 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
또한, 조명 시스템은 방사선의 빔의 지향, 성형 또는 제어를 위하여, 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소를 포함하는 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포괄할 수 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급할 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 대물(또는 기판) 테이블들(및/또는 2이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수 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, 리소그래피 장치는, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판이 침지되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치내의 다른 공간들, 예를 들어 프로그램가능한 마스크(즉, 제어가능한 요소들의 어레이)와 투영 시스템의 제 1 요소 사이 및/또는 투영 시스템의 제 1 요소와 기판 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술(immersion technique)은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다.
또한, 상기 장치에는 유체와 기판의 조사된 부분들(irradiated parts)과의 상호작용(interaction)을 허용하는(예컨대, 기판에 화학제(chemicals)를 선택적으로 도포(attach)하거나 또는 기판의 표면 구조를 선택적으로 수정하는) 유체 처리 셀(fluid processing cell)이 제공될 수 있다.
리소그래피 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치(100)를 개략적으 로 도시한다. 장치(100)는 적어도, 방사선 시스템(102), 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104), 대물 테이블(106)(예를 들어, 기판 테이블), 및 투영 시스템("렌즈")(108)을 포함한다.
방사선 시스템(102)은 방사선(예를 들어 UV 방사선)의 빔(110)을 공급하는데 사용될 수 있으며, 특히 이 경우에는 방사선 소스(112)도 포함한다.
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 투영 시스템(108)에 대해 고정될 수 있다. 하지만, 대안적인 구성예에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 투영 시스템(108)에 대해 그것을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 개별적으로 제어가능한 요소들(104)은 반사형으로 구성된다(예를 들어, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사형 어레이를 가진다).
대물 테이블(106)에는 기판(114)(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판))을 유지하는 기판 홀더(상세히 도시되지 않음)가 제공될 수 있으며, 또한 대물 테이블(106)은 투영 시스템(108)에 대해 기판(114)을 정확히 위치시키는 위치설정 디바이스(116)에 연결될 수 있다.
투영 시스템(108)(예를 들어, 쿼츠 및/또는 CaF2 물질로 만들어진 렌즈 요소들을 포함하는 쿼츠 및/또는 CaF2 렌즈 시스템 또는 카타디옵트릭 시스템, 또는 거 울 시스템)은, 기판(114)의 타겟부(120)(예를 들어, 1이상의 다이)상에 빔 스플리터(beam splitter; 118)로부터 수용된 패터닝된 빔을 투영하기 위해 사용될 수 있다. 투영 시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 이미지를 기판(114)상에 투영시킬 수 있다. 대안적으로, 투영 시스템(108)은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 요소들이 셔터들(shutters)로서 기능하는 2차 소스들(secondary sources)의 이미지들을 투영시킬 수 있다. 또한, 하기에 보다 상세히 서술되는 바와 같이, 투영 시스템(108)은, 2차 소스들을 형성하고 기판(114)상에 마이크로스폿들(microspots)을 투영시키기 위해, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수 있다.
소스(112)(예를 들어, 주파수 트리플된(frequency tripled) Nd:YAG 레이저)는 방사선의 빔(122)을 생성할 수 있다. 빔(122)은, 예를 들어 곧바로 조명 시스템(일루미네이터)(124)에 들어가거나, 또는 빔 익스팬더(126)와 같은 컨디셔닝 디바이스(126)를 지난 후에, 조명 시스템(일루미네이터)(124)으로 공급된다. 일루미네이터(124)는 빔(122)내의 스폿 크기를 조정하기 위해 줌(zoom)을 설정하는 조정 디바이스(128)를 포함할 수 있다. 또한, 일루미네이터(124)는 일반적으로 인티그레이터(130) 및 콘덴서(132)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 예를 들어, 스폿 생성기(130)는, 다음과 같은 것들로 제한되지는 않지만, 굴절 또는 회절 격자, 세그먼트된 거울 어레이들(segmented mirrors arrays), 도파관들(waveguides) 등일 수 있다. 이 방식으로, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상에 입사되는 빔(110)은 그 단면에 원하는 줌, 스폿 크기, 및 세기 분포를 가진다.
도 1과 관련하여, 소스(112)는 리소그래피 투영 장치(100)의 하우징(housing)내에 놓일 수 있음에 유의한다. 대안적인 실시예들에서, 소스(112)는 리소그래피 투영 장치(100)로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이 경우, 방사선 빔(122)은 (가령, 적절한 지향 거울들에 의해) 장치(100)안으로 지향될 것이다. 본 발명의 범위내에는 이 두 시나리오가 모두 포함되어 있음을 이해하여야 할 것이다.
빔(110)은 빔 스플리터(118)를 이용하여 지향된 후에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)를 차례대로 거친다(intercept). 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)에 의하여 반사되면, 빔(110)은 투영 시스템(108)을 통과하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 빔(110)을 포커스한다.
위치설정 디바이스(116)(및 빔 스플리터(140)를 통해 간섭계 빔(interferometric beam; 138)들을 수용하는 베이스 플레이트(base plate)(136)상의 선택적 간섭계 측정 디바이스(134))의 도움으로, 대물 테이블(106)은 빔(110)의 경로내에 상이한 타겟부들(120)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)용 위치설정 디바이스는, 예를 들어 스캔 중에 빔(110)의 경로에 대해 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 위치를 정확히 보정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(106)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현되며, 이는 도 1에 명확히 도시되어는 있지 않다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)를 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 요구되는 상대 이동을 제공하기 위해서 대물 테이블(106) 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)가 고정된 위치를 가질 수 있는 동안에, 빔(110)이 대안적으로/추가적으로 이동될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 실시예의 대안적인 구성에서, 대물 테이블(106)은 고정될 수 있으며, 기판(114)은 대물 테이블(106)상에서 이동할 수 있다. 이것이 행해지면, 대물 테이블(106)에는 평탄한 최상면(flat uppermost surface)상에 다수의 개구부들이 제공되며, 상기 개구부들을 통해 가스가 공급되어, 기판(114)을 지지할 수 있는 가스 쿠션(gas cushion)을 제공하게 된다. 통상적으로, 이를 공기 베어링 구성(air bearing arrangement)이라 칭한다. 기판(114)은 빔(110)의 경로에 대해 기판(114)을 정확히 위치시킬 수 있는 1이상의 액추에이터들(도시되지 않음)을 이용하여 대물 테이블(106)상에서 이동된다. 대안적으로, 기판(114)은 상기 개구부들을 통해 가스의 통로를 선택적으로 개방(start) 및 차단시킴으로써 대물 테이블(106)상에서 이동될 수 있다.
본 명세서에는, 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)가 기판상의 레지스트를 노광하기 위한 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이러한 용도로 제한되지 않으며, 장치(100)는 레지스트없는 리소그래피(resistless lithography)에서의 사용을 위해 패터닝된 빔(110)을 투영하는데 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
서술된 장치(100)는 다음의 5가지 모드들에서 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 "플래시(flash)"로) 타겟부(120)상에 투영된다. 그 후, 대물 테이블(106)은 상이한 타겟부(120)가 패터닝된 빔(110)에 의해 조사되도록 상이한 위치에 대해 X 및/또는 Y 방향으로 이동된다.
2. 스캔 모드: 주어진 타겟부(120)가 단일 "플래시"으로 노광되지 않는다는 것을 제외하고는 본질적으로 스텝 모드와 동일하다. 대신에, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 Y 방향)으로 이동가능해서, 패터닝된 빔(110)이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)에 걸쳐 스캐닝하도록 된다. 동시 발생적으로(concurrently), 대물 테이블(106)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동되며, 여기서 M은 투영 시스템(108)의 배율이다. 이 방식으로, 분해능(resolution)이 저하되지 않고도 비교적 큰 타겟부(120)가 노광될 수 있다.
3. 펄스 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)는 기본적으로 정지 상태로 유지되며 전체 패턴은 펄스화된 방사선 시스템(pulsed radiation system)(102)를 사용하여 기판(114)의 타겟부(120)상에 투영된다. 대물 테이블(106)은 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가로질러 라인을 스캐닝하게 되도록 본질적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 패턴은 방사선 시스템(102)의 펄스들 사이에서 요구에 따라 업데이트되고, 후속하는 타겟부들(120)이 기판(114)상의 요구되는 위치들에서 노광되도록 펄스들이 시간조정(time)된다. 따라서, 패터닝된 빔(110)은 기판(114)의 스트립(strip)에 완전한(complete) 패턴을 노광시키도록 기판(114)을 가로질러 스캔할 수 있다. 상기 공정은 한 라인씩 전체 기판(114)이 노광될 때까지 반복된다.
4. 연속 스캔 모드: 실질적으로 일정한 방사선 시스템(102)이 사용되고, 패터닝된 빔(110)이 기판(114)을 가로질러 스캔하고 기판을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)상의 패턴이 업데이트되는 것을 제외하고는 본질적으로 펄스 모드와 동일하다.
5. 픽셀 그리드 이미징 모드(Pixel Grid Imaging mode): 기판(114)상에 형성된 패턴은 어레이(104)상으로 지향된 스폿 생성기(130)에 의해 형성된 스폿들의 후속 노광에 의하여 실현된다. 노광된 스폿들은 실질적으로 동일한 형상을 가진다. 기판(114)상에서, 상기 스폿들은 실질적으로 그리드내에 프린팅된다. 일 예시에서, 스폿 크기는 프린트된 픽셀 그리드의 피치(pitch)보다 더 크지만, 노광 스폿 그리드보다는 훨씬 더 작다. 프린트된 스폿들의 세기를 변화시킴으로써, 패턴이 실현된다. 노광 플래시들 사이에서, 스폿들에 걸친 세기 분포가 변화된다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
이미징 시스템
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)의 구성을 도시한다. 도시된 구성에 따르면, 상기 어레이(104)내의 요소들의 그룹들은 "수퍼-픽셀(super-pixel)"(10)로서 함께 이미징된다. 하지만, 이는, 수퍼-픽셀들을 사용한다기 보다는 단일 픽셀들을 따로 이미징한다는 점에서, 본 발명의 범위내에 있다. 각각의 (수퍼-)픽셀(10)은, 2개의 심플 렌즈들(simple lenses)(31 및 32)과 상기 두 렌즈들 사이에 위치된 어퍼처 스톱(aperture stop)(33)으로 구성 된, 간략하게 도시되어 있는 광학 시스템(30)을 통과하는 방사선의 서브-빔들(35)을 생성한다. 이 위치내의 어퍼처 스톱(33)은 기판(114)에 도달하는 원치않는 방사선의 레벨을 감소시키기 위해 필요하다. 광학 시스템(30)을 통과한 후, 각각의 (수퍼-)픽셀(10)로부터의 방사선은, 기판(114)의 표면의 국부화된 영역 또는 "스폿"(20a 내지 20d)상으로 각각의 서브-빔(35)을 포커스하는 마이크로-렌즈 어레이(16)내의 마이크로-렌즈(15)상에 입사된다. 수퍼-픽셀(10)의 통상적인 구성이 도면에 도시되어 있으며 5x5 요소들의 정사각형 그리드를 포함한다. 이에 따라 형성된 스폿 그리드(20)내의 스폿들의 각각의 세기는, 각각의 (수퍼-)픽셀(10)을 구성하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(104)내의 요소들의 경사를 제어함으로써, 입사하는 레이저 광의 각각의 플래시에 대해 제어된다.
스폿 그리드(20)내의 스폿들의 간격(separation)은, 통상적으로 3 미크론 정도인 통상적인 임계 치수(CD)(이미징될 수 있는 가장 작은 피처의 기준(measure))보다 훨씬 더 큰 300 미크론 정도일 수 있다. 국부화된 노광들의 패턴의 보다 조밀한 패턴, 즉 "노광된 스폿 그리드"는, 주기적인 플래시 레이저 소스(periodically flashing laser source)를 이용하여, 또한 스캔 방향(Y)을 따라 기판을 이동시킴으로써 달성되며, 직사각형 스폿 그리드의 축선들(22) 중 하나는 스캔 축선(Y)에 대해 작은 각도만큼 오프셋(offset)되어 있다(도 3 참조). 서술된 실시예에 따르면, 레이저는 50kHz에서 플래시되도록 구성되며, 기판은 초당 62.5mm의 속도로 이동된다. 그 결과 국부화된 노광들이 1.25 미크론만큼 Y 방향으로 이격된다. 스캔 방향(Y)에 대해 수직한 X 방향으로의 간격은, 스폿 그리드가 스캔 축선(Y)과 만드는 각 도에 의존한다. (이들 값들 및 다른 실시예들에 제공되는 값들은, 단지 예시를 위한 것으로 제한하려는 것이 아니다.)
도 3에는, 기판(114)상에 균일한 도즈-맵 또는 패턴을 생성하도록 구성된 스폿-그리드에 대한 제 시간의(in time) 스냅샷(snapshot)을 나타내는 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 채워진 원들은 주어진 시간에서의 스폿 그리드내의 스폿들의 각각의 위치들을 나타내는 한편, 빈 원들은 이전에 기록된 스폿들을 나타낸다(즉, 상기 원들은 "노광된 스폿들"을 나타내며, 또한 노광된 스폿 그리드내의, "국부화된 노광들"로도 언급된다). 간명함을 위해서 오버랩 없이 도시되어 있지만, 각각의 스폿의 세기 프로파일(intensity profile)은, 통상적으로 그 이웃들과 오버랩되도록 배치될 수도 있을 것이다. 기판(114)은, 상기 도면 페이지에 대해 고정되어 유지되는 투영 시스템(108) 및 스폿 그리드에 대해, Y-축선을 따라, 상기 도면 위쪽으로 이동한다. Y-축선에 대한 축선(22)의 각도는 설명을 위해 과장되었으며, 훨씬 더 작은 각도가 작동하는 장치에 사용될 수 있다(스폿 간격(24) 대 스폿 간격(26)의 비는 이 예시에서 도시된 것보다 대응적으로 훨씬 더 클 수도 있을 것이다). 스폿들(20a 내지 20d)은 도 2에서와 동일한 방식으로 넘버링된(numbered) 포커스된 빔들에 대응하나 축선(22)을 따라 도시된다.
이 구성에 따르면, Y 방향으로 이웃해 있는 스폿들, 예컨대 스폿들(41 및 42)은 레이저 빔의 주기(0.02ms)에 의해 이격된, 비교적 가까운 간격을 갖는 시간들(relatively closely spaced times)에서 이미징된다. 한편, X 방향으로 이웃해 있는 스폿들, 예컨대 스폿들(43, 44)은 매우 상이한 시간들에서 이미징된다. 예를 들어, 스폿 그리드내의 스폿들간의 간격이 320 미크론인 경우, 256 플래시들에는 X 방향으로의 다음 이웃이 노광되게 하기 위해서 1.25 마이크로미터의 노광된 스폿 거리가 요구될 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 데이터 경로 아키텍처(date path architecture)의 일부분을 개략적으로 예시한다. 상술된 바와 같이, 제어 신호는 데이터 경로(70)를 따라 어레이(104)로 전달된다. 데이터 경로내의 요소들은, (통상적으로, 예시적인 형태(descriptive form)로 제공되는, 예를 들어 벡터 기반의) 입력 디바이스(400)를 통해 리소그래피 장치의 사용자에 의해 요청된 방사선의 도즈 맵 또는 패턴을, 어레이(104)로 하여금 기판(114)상에 그 요청된 도즈 맵을 생성하도록 하는 신호로 변환시키기 위해 제공된다. 이들 요소들은, 요청된 패턴의 (통상적으로는 부분적으로 처리된) 버전(version)을 포함하는 들어오는 데이터 스트림(incoming data stream)을 분석하고, 어레이(104) 상으로 그것을 통과시키기 이전에 또 다른 데이터 스트림을 처리하는 디바이스들로 또는 어레이(104)로 필요한 신호를 출력하도록 구성된, 도 4에 도시된 데이터 처리 디바이스(50)를 포함한다. 데이터 처리 디바이스(50)의 기능의 일부는, 어레이(104)의 수퍼-픽셀들이 어느 정도까지 작동될 필요가 있는 지를 (예를 들어, 기판(114)에 대해 점들의 그리드상에 정의될 수 있는) 요청된 도즈-맵의 각각의 픽셀에 대해 결정하는 것을 포함한다. 데이터 처리 디바이스(50)는 국부화된 노광들의 각각이 기판(114)상에 만들어지도록 최적의 서브-빔 세기를 효과적으로 계산한다. 그 후, 요청된 도즈-맵은, 스폿 그리드가 기판(114)의 표면상으로 이동함에 따라 생성되는 국부화된 노광들의 어레이로부터 시간에 걸 쳐 형성된다. 레이저의 각각의 플래시에 대해서, 각각의 수퍼-픽셀이 기판 그리드 요소들 중 하나보다 큰 기판상의 영역의 (비-균일한) 조명을 유도하므로, 각각의 국부화된 노광에 대해서, 국부화된 노광을 둘러싸고 있는 영역에 어떤 도즈 맵이 요청되었는지에 따라 원하는 서브-빔 세기가 달라질 것이라는 사실로 인해, 어레이(104)에 최적의 서브-빔 세기들을 제공하는 공정이 복잡해진다.
요청된 도즈-맵은 기판(114)상의 그리드 위치들 중 각각의 것에 요구되는 도즈를 나타내는 요소들을 포함하는 컬럼 벡터로서 표현될 수 있다. 요청된 도즈-맵내의 그리드 위치들은 메트롤로지 프레임 좌표계내의 그들의 좌표들(x MF , y MF )에 대해 특정화될 수 있다. 언급된 바와 같이, 상기 요청된 도즈-맵은 어레이(104)내의 수퍼-픽셀들로부터 생긴 노광된 스폿들의 수집으로부터 형성된다. 이들 스폿들의 각각은, 그들의 세기의 단면 공간 의존성(cross-sectional spatial dependence)을 설명하는 소정의 점-확산 함수를 가질 것이다. 또한, 스폿들을 포커스하는데 사용되는 마이크로-렌즈 어레이내의 불규칙성들(irregularities)로 인해, 스폿 그리드내의 예상되는 그들의 위치들로부터 스폿들의 각각의 위치들의 변동들이 존재할 것이다. 스폿 위치들과 스폿 점-확산 함수 형상들 모두는 캘리브레이션 데이터 저장 디바이스(calibration data storage device)(52)를 통해 데이터 처리 디바이스(50)로 입력될 수 있다.
이러한 방식으로 패턴을 형성하는 공정을 픽셀 그리드 이미징이라 칭한다. 상기 공정은, 기판(114)상의 모든 가능한 그리드 위치들에 있는 스폿들로부터의 기 여들(contributions)을 통해, 요청된 도즈-맵 패턴을 형성하는 것을 수반한다. 수학적으로, 요청된 도즈-맵은, 각각의 노광된 스폿에 대한 점-확산 함수로 곱해진 각각의 노광된 스폿에서의 요구되는 세기의 모든 가능한 노광된 스폿들의 합과 같도록 설정된다. 이는 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다:
Figure 112005076263126-PAT00001
여기서, I n 은 노광된 스폿(n)에 대한 요구되는 개개의 노광된 스폿 세기를 나타내고, PSF n ((x MF - x n ),(y MF - y n ))은 점-확산 함수(노광된 스폿(n)의 위치(x MF , y MF )에서의 도즈 기여)를 나타내며, x n 및 y n 은 개개의 노광된 스폿의 위치를 나타내고, D(x MF , y MF )는 요청된 도즈-맵을 나타낸다.
데이터 처리 디바이스(50)에 의해 해결되어야 할 문제는 다음과 같다: 요청된 도즈-맵과 (캘리브레이션 데이터로서 제공되는) 점-확산 함수 정보가 주어진다면, 요청된 도즈-맵을 가능한한 정확하게 이미징하기 위해서 제공되어야 할 개개의 노광된 스폿 세기들은 얼마인가?
상기의 수학식은 벡터 형태로서 다음과 같이 다시 표현될 수 있다:
[D] = [K]ㆍ[I],
컬럼 벡터 [D]는 이산된(discrete)(즉, 특정한 기판 그리드 위치들상에 특정화된) 요청된 도즈-맵을 나타내고, 컬럼 벡터 [I]는 개개의 노광된 스폿 세기를 나 타내며, 행렬 [K]는 이산된 점-확산 함수를 나타낸다.
행렬 [K]는 각각의 개별의 노광된 스폿 점-확산 함수에 관한 정보(위치와 형상 둘 모두)를 포함한다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 다음의 정보는 행렬 [K]를 생성하기 위해서 필요하다:
1) 스캔 속도/레이저 스트로브 주파수(laser strobe frequency);
2) 마이크로-렌즈 어레이 스폿 위치들;
3) 마이크로-렌즈 어레이 점-확산 함수 형상; 및
4) 기판 스캔 방향(스테이지 Y 축선)에 대한 마이크로-렌즈 어레이의 회전 위치.
상기의 문제를 해결하기 위해서, [D]-[K]ㆍ[I]가 최소화되도록, 데이터 처리 디바이스(50)는 개개의 노광된 스폿 세기들을 결정하도록 배치된다. 이 최소값에 접근하기 위해서는, 정규화(normalization)가 요구된다. 이러한 접근법이 파이프라인 환경(pipeline environment)(예를 들어, 기판상의 노광된 스폿들 모두가 동시에 기록되지 않음)에 적용된다는 사실과, (다수의 상이한 레이저 펄스들을 이용하여) 다수의 노광된 스폿들을 프린트하는데 하나의 MLA 스폿이 사용된다는 사실로 인해, 요청된 패턴의 특정 지식이 사용될 수 없는 보편적인 정규화(universal normalization)를 이용할 필요가 있다. 이러한 특정 지식의 이용은, 원칙적으로는 통합될 수도 있으나 장치의 비용을 상당히 증가시킬 것이다.
그러므로, 최소 제곱 접근법(least squares approach)이 적합하며, 따라서 데이터 처리 디바이스(50)에 의해 해결되어야 할 문제는 다음과 같이 표현될 수 있 다:
Figure 112005076263126-PAT00002
.
이러한 일반적인 타입의 최소 제곱 문제들을 해결하기 위해서, 몇가지 접근법들이 사용되었다. 이들은 다음과 같이 분류될 수 있다:
1) 자코비안(Jacobians)(반복 접근법(iterative approach)) 등을 이용하는 기하학적(Geometric) 접근법;
2) 반복 접근법(예를 들어, 가우스-자이델(Gauss-Seidel))을 이용한 대수학적(Algebraic) 접근법; 및
3) 직접 접근법(예를 들어, 가우스-조단, 역행렬(matrix inverse)을 이용)을 이용하는 대수학적 접근법.
본 실시예의 방법은 이들 부류들 중 세번째에 해당한다. 이는, (일단, 역행렬이 결정되었으면) 반복을 요구하는 옵션(options)들에 대해 빠르다는 장점을 제공하고, 또한 최소 제곱법(least squares fit)이 실시간으로 효율적으로 수행되게 한다. 또한, 이는 보다 다양한 조건들하에서 예측가능한 수렴(convergence) 및 속도를 허용하는 결정적 거동(deterministic behavior)을 나타낸다. 이와 대조적으로, 반복적인 방식들을 이용하면, 흔히, 그 솔루션이 허용가능한 오차 범위들내에 수렴하는데 얼마나 걸릴 것인지를 매우 정확하게 예측할 수 없다. 더욱이, 데이터 경로 하드웨어내의 제한된 워드 크기(word size)로 인한 라운드 오프(round off) 문제점들은, 중간 결과들의 재-사용의 회피로 인하여 이 접근법에 대해서는 최소이 다. 마지막으로, 실제 이미징 공정 중에(데이터 경로가 이미 대량의 데이터를 처리한 경우), 여분의 계산들을 수행하여야 한다기 보다는, 큰 워드 크기 도메인(word size domain)(예컨대, 플로팅 포인트 도메인(floating point domain))에서 오프라인으로 어려운 표본 계산들(preparation calculations)(예컨대, 역행렬 등)이 행해질 수 있기 때문에, 구현 장점들이 존재한다.
본 발명이 직면한 한가지 문제는, 행렬 [K]가 제곱(square)이 아니라는 것이다. 이는, 노광된 스폿들(n)의 개수와, 요청된 도즈-맵이 특정화된 이산 그리드 점들의 개수에 의해 결정된 크기를 가진다(컬럼 벡터[D]의 길이). 그러므로, 표준 수학 기술들(standard mathematical techniques)을 이용하여 행렬 [K]의 역을 계산할 수 없다. 하지만, "의사-역행렬(pseudo-inverse)"을 계산함으로써 진행될 수 있다(예를 들어, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있는 "Linear Algebra and its Applications(Third Edition, Gilbert Strang, 449 및 450 페이지)" 참조). 후속하는 설명에서, 의사-역행렬은 [K]+로 나타낸다. 예를 들어, 의사-역행렬의 무어-펜로즈(Moore-Penrose) 정의가 사용될 수 있으나, 다른 유사한 정의들도 적합할 수 있다. 하기에 보다 상세하게 나타나 있다.
무어-펜로즈 역행렬은 "매트릭스 1-인버스(matrix 1-inverse)"로 알려진 의사-역행렬의 일반적인 타입의 특정한 경우이다. 간혹, "일반화된 역행렬(generalized inverse)" 또는 간단히 "의사-역행렬"이라고도 언급된다. 행렬 [K]의 무어-펜로즈 역행렬 [K]+는 다음과 같은 관계를 만족한다:
[K][K]+[K] = [K],
[K]+[K][K]+ = [K]+,
([K][K]+)T = [K][K]+, 및
([K]+[K])T = [K]+[K].
이 문제에 대한 가장 간단한 최소 제곱 솔루션 [D] = [K]ㆍ[I] (
Figure 112005076263126-PAT00003
로도 표현되었음, 상기 참조)는 다음과 같은 형태로 나타내어질 수 있다: [I] = [K]+ㆍ[D].
([K]T[K])의 역행렬이 존재하는 경우, 의사-역행렬 [K]+는 다음과 같이 표현될 수 있다:
[K]+ = ([K]T[K])-1[K]T,
여기서, [K]T는 전치 행렬(matrix transpose)이다. 이는, 정상적으로 역변환될 수 있는 제곱 행렬([K]T[K])을 생성하기 위해서, 수학식 [D] = [K]ㆍ[I]의 양변에 [K]T를 미리곱함(pre-multiplying)함으로써 나타내어질 수 있으며, 다음과 같이 주어진다:
[I] = ([K]T[K])-1[K]Tㆍ[D] ≡ [K]+ㆍ[D].
본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 레이저 모드는, 광학 시스템을 통해 기판(114)까지 줄곧 유지되는 가우시안-형 세기 프로파일을 제공하는 TEM00이다. 하지만, 다른 레이저 모드들 및 세기 프로파일들이 사용될 수도 있다. 연속한 세기의 패턴은 이웃해 있는 노광된 스폿들이 약간 오버랩되도록 배치함으로써 달성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가장 근접해 있는 노광된 스폿 간격의 일례는, 상기에 언급된 바와 같이, 0.75 미크론 각각과 연계된 가우시안의 표준 편차를 갖는 1.25 미크론이다. 주어진 광학 컬럼과 연계된 스폿 그리드의 (기판 스캐닝 방향(Y)에 대해 가장 가깝게 평행한(most nearly parallel) 스폿 그리드의 축선을 따라 정의되는) 로우(row)내에서, (기판 스캐닝 방향(Y)에 대해 수직한) X 방향으로의 노광된 스폿들내의 오버랩의 정도(degree)는, 투영 시스템(108)의 광학 축선에 대해 평행한 축선과 관계된 광학 컬럼의 회전 각도를 변화시킴으로써 근접하게 제어될 수 있다. 하지만, 요청된 도즈-맵내의 피처가 스폿 그리드의 제 1 로우로부터 이미징되는 영역으로부터 스폿 그리드의 제 2 로우로부터 이미징되는 영역으로 X 방향을 따라 연장되는 경우, 연결 지점의 영역내에 균일한 도즈-맵을 생성하는데 필요한 크기(extent)로 로우들의 각각에 의해 생성된 패턴들 사이의 오버랩을 더 이상 기계적으로 제어할 수는 없을 것이다. 그러므로, 균일한 도즈-맵을 생성하기 위해서 스폿 그리드의 로우들의 각각으로부터 패턴들을 함께 "시임(seam)"하도록 방법들이 요구된다. 이러한 타입의 시이밍은 "인트라-컬럼 시이밍(intra-column seaming)"라 칭해지며, 이 시이밍은 동일한 광학 컬럼의 상이한 부분들에 의해 생성된 패턴들을 함께 연결하는 것과 관계된다.
제 1 광학 컬럼에 의해 이미징된 영역으로부터 제 2 광학 컬럼에 의해 이미징된 영역으로 패턴이 연장되는 경우에, "인터-컬럼 시이밍(inter-column seaming)"이 필요하다. 상술된 타입의 시이밍에서, 오버랩은 정상보다 상당히 더 큰 크기로 노광된 스폿들내에 생길 수 있다. 세번째와 관련된 상황은, 증가된 노광 도즈를 달성하기 위해서 기판 스캐닝 속도가 의도적으로 느려지는 경우에 발생된다. 여기서, 스캐닝 방향으로의 노광된 스폿 오버랩이 증가된다(예를 들어, 레이저 주파수가 일정하게 유지된다).
증가된 노광된 스폿 오버랩의 상기의 예시들은, 주어진 요청된 도즈-맵을 달성하는데 필요한 노광된 스폿 세기들을 계산하는 경우에 여러가지 문제들을 유발할 수 있다. 특히, 점-확산 함수들의 의사-역행렬이 사용되는 본 발명의 실시예에 따르면, 서로 매우 가까이 있는 노광된 스폿들은 보다 특이한 행렬(singular matrix) [K]를 유도하게 되며, 이는 의사-역행렬을 계산하는 경우에 수치적인 불안정성을 유도하게 된다. 이는 데이터 처리 디바이스(50)의 효율성 및 신뢰성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
인트라-컬럼 시이밍의 경우, 동일한 점-확산 함수를 갖는 2개의 노출된 스폿들이 완전히 오버랩되는 경우에, 불안정성 문제가 분명히 대두된다. 이 상황은 매트릭스 [K]의 2개의 행(row)들이 동일해지는 결과를 가져오며, 이는 상기 행렬이 특이 행렬이며 또한 비가역적(non-invertible) 행렬이라는 것을 의미한다(가장 작은 특이-값(singular-value)은 0이다 - 특이 값들은 하기에 설명되는 SVD(Singular Value Decomposition) 방법을 참조하여 정의된다; 또한, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있는 Kenneth R. Castleman의 "Digital Image Processing(642 페이지)"을 참조한다). 서로 극히 가까이 있지만 정확히 오버랩되지는 않는 노광된 스폿들은, 극히 작은 특이-값들 및 고차(highly) 특이 행렬을 유도할 것이다. 이러한 수치적 불안정의 실제 효과들 중 하나는, 매우 큰 폭으로 변동하는 수들을 이용하여 계산들을 정확히 수행하기 위해서는 높은 동적 범위(high dynamic range)가 하드웨어에 제공되어야 한다는 것이다. 상기 계산들은, 관련된 수들이 크기에 있어 서로 근사한 경우에 훨씬 더 효율적으로 수행될 수 있다. 이것이 주어진 매트릭스에 대한 경우인 그 크기(extent)는, 어떤 특이 행렬인지에 관한 정보를 제공하는, 행렬과 연관된 "조건 수(condition number)"가 무엇인지를 앎으로써 측정될 수 있다. 조건 수는 가장 큰 특이 값(λmax) 대 가장 갖은 특이 값(λmin)의 비로서 정의된다.
인트라-컬럼 시이밍의 경우, 상술된 바와 같이, 이는 통상적으로 일 광학 컬럼내의 노광된 스폿들의 2개의 로우들간의 오버랩을 시이밍하는 것에 관한 것이다. 스폿 그리드 로우들간의 오버랩 영역은, 최악의 경우에 4개의 노광된 스폿들만큼 작을 수 있다. 오버랩의 양은 마이크로-렌즈 어레이의 각도 위치, 대물 테이블(106)의 각도 위치 및 개개의 스폿 위치 오차들에 의해 결정된다. (각각의 오버래핑 로우로부터의 도즈가 오버랩 영역에 걸쳐 점차 감소하게 하는 경우) 테이퍼링(tapering)이 원칙적으로 사용될 수도 있으나, 실제로 이는, 테이퍼링 프로파일이 점-확산 함수에 대해 급격히 경사질 것이기 때문에, 오버랩 영역이 이러한 작은 수의 노광 스폿들을 포함하는 경우에 극히 힘들 것이다. 이러한 시나리오에서는, 큰 오차들의 도입(또는, 이들 오차들이 감소되는 경우, 제조 비용의 상당한 증가)을 피하기가 쉽지 않을 것이다. 이는, 원칙적으로, 테이퍼링이 본 발명에 의해 제공되는 것보다 질낮은 솔루션이라고 여겨지기 때문이다.
과도한 노광된 스폿 오버랩 문제를 처리하기 위해 세가지 접근법이 사용될 수 있다.
첫번째, 여분의 로우들로서 역변환되기 이전에, 여분의 균형 방정식(balancing equation)이 행렬 [K]에 추가될 수 있으며, 상기 로우들은 결과적인 역행렬로부터 제거된 균형 방정식을 포함한다. 여분의 로우들의 포함은, 2개의 노광된 스폿들이 각각에 적용되는 가중치(weighting)와 효율적으로 맞게(tie together)할 수 있다.
두번째, 일 커널(kernel)이 각각의 광학 컬럼과 연관되는 보다 작은 커널들(즉, 개개의 의사-역행렬들)은, 오버랩 영역에 관련된 광학 컬럼들의 각각으로부터 도즈 기여를 테이퍼링함으로써, 인터-컬럼 시이밍에 대해, 그들의 오버래핑 영역들에서 함께 시이밍된다.
세번째, 하기에 보다 상세하게 서술되는 바와 같이, 역변환 이전에, 매트릭스 [K]를 직교 고유-벡터들(orthogonal eigen-vectors) 및 특이 값들로 분해하기 위해서 SVD(Singular Value Decomposition) 방법이 사용될 수 있다. 일단, 이러한 방식으로 노광/식별(indentify)되면, (수치적 문제들의 원인인) 작은 특이 값들은 제거될 수 있어, 역변환 프로세스가 효율적으로 수행되게 한다. 제거될 수 있는 작은 특히 값들은, 예를 들어, 임계 크기(thresh magnitude)보다 작은 크기를 갖는 값들(예를 들어, 최대 특이 값의 진폭(amplitude)의 10%보다 낮은 크기를 갖는 값들)일 수 있다. 그 결과로, 오버랩 영역들이 보다 효율적으로 처리되며, 또한 최소 제곱범이 실시간으로 수행되는 속도 또한 증가되게 된다. 두 효과들은 리소그래피 장치의 성능을 개선시킨다.
균형 방정식의 이용은, 감소된 무게를 갖는 별도의 노광된 스폿들과 일치하거나 함께 근접해 있는 노광된 스폿들을 효율적으로 처리한다. 예를 들어, 정확히 오버래핑된 2개의 노광된 스폿들은, 예를 들어 50% 만큼(다른 상대 가중치들이 선택될 수도 있음) 감소된 방사선 도즈를 이용하여 다소 상이한 위치들에 있는 별도의 노광된 스폿들로 분할될 수 있다. 공교롭게도, 이 접근법을 이용하면 몇가지 부정적인 효과가 존재하게 된다. 아마도, 이들 중 가장 중요한 것은, 2개의 이격된 또한 가중된 노광된 스폿들에 의해 나타내어진 새로운 개체(entity)가 더 이상 단일 노광된 스폿과 동일한 공간 세기 분포를 가지지 않는다는 사실과 관련된다(점-확산 함수는 효율적으로 변화되었다). 이러한 이상 거동(abnormal behavior)은, 요청된 도즈-맵을 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 적용될 신호로 변환시키기 위한 계산들에서 적절하게 고려되지 않기 때문에 오차들을 유도하게 되는데, 그 이유는 이 계산이 다소 동일한 점-확산 함수를 갖는 개개의 노광된 스폿들에 의존하기 때문이다.
일반적으로 말하면, 균형 방정식들은 이웃하는 노광된 스폿들의 세기들에 맞 게 기능하고 또한 보다 큰 유효 노광된 스폿들 및/또는 비등방적 방식(anisotropic manner)으로 연장된 유효 노광된 스폿들을 생성하도록 기능할 것이다. 이것의 일 결과는, 이러한 노광된 스폿의 도즈가 정상 노광된 스폿에 정상적으로 필요한 도즈-맵의 영역보다 더 큰 영역에 걸쳐 고려되어야 할 것이라는 점이다.
SVD 접근법은 상술된 것들과 같은 문제들을 겪지 않으며, 또한 인트라-컬럼 시이밍, 인터-컬럼 시이밍(여기서, 큰 행렬 [K]는 2이상의 광학 컬럼들을 나타내는데 사용되며, 또한, 여기서, 동일한 행렬에 의해 나타내어지는 광학 컬럼들간의 오버랩을 고려한다), 감소된 스캐닝 속도에 의해 유도된 Y 방향으로의 증가된 오버랩에 사용될 수 있다.
또한, 무시할만한 작은 특이 값들(neglecting small singular values)의 접근법은, MURA의 문제에 착수(tackle)하는 방식으로 다른 방법들을 능가하는 장점들을 가진다. 평판 디스플레이 응용예들에서 특히 문제인 MURA는, 다른 영역들보다 더 양호하게 정의되어 있는 디스플레이의 영역들로 인해 생기는 가시 결함(visible defect)이다. 이는, 시이밍 상황들에서, 또는 느린 속도 스캐닝으로 인한 스캔 방향으로의 감소된 노광된 스폿 피치의 상황들에서 생길 수 있는데, 그 이유는, 주어진 영역내의 노광된 스폿들의 보다 큰 밀도로 인해 요청된 도즈-맵이 보다 정밀하게 달성될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 인트라-컬럼 시이밍의 경우, 이러한 증가된 노광된 스폿 농도는, 통상적으로 (스폿 그리드 반복 거리에 대응하는) 300 미크론 정도마다 발견될 것이다. 도즈-맵 분해능의 그 결과적인 주기적 변동은, 고도로 가시(highly visible)될 수 있을 것이다. 무시할만한 작은 특이 값들의 접근법은, 기판상의 보다 일정한 노광된 스폿 밀도의 효과를 가지며, 따라서, MURA 현상이 회피된다. 이러한 접근법의 또 다른 장점은, 테이퍼링에 기초한 방법들보다, 광학 컬럼들의 각도 위치에서의 드리프트들(drifts)에 대해 덜 민감할 수 있다는 것이다.
인터-컬럼 시이밍은, 오버랩 영역이 훨씬 더 크다는 점에서 인트라-컬럼 시이밍과 상이한 문제들을 제시한다. 통상적인 오버랩은 약 800개의 노광된 스폿들에 대응하는 1mm정도일 수 있다. 그러므로, 테이퍼링이 인트라-컬럼 시이밍에서 사용되는 경우에 직면할 수도 있는 동일한 정확성 문제들을 겪지 않고, 테이퍼링은 상이한 광학 컬럼들에 의해 생성된 패턴들 사이에 사용될 수 있다. 하지만, [K]+를 이용하는 직접적인 역행렬 접근법은 이러한 상황에 특히 용이하게 순응(adapt)된다. 이는, 행렬 [K]가 전체적으로 역변환될 필요는 없으나, 광학 컬럼 각각(행렬 [K]를 형성하는 조합)에 대해, 훨씬 더 작은 커널들을 이용하여 계산될 수 있다. 이들 작은 커널들은 개별적으로 역변환될 수 있으며, 또한 시이밍된 매트릭스([K]+ tapered)를 제공하기 위해서 (오버랩 영역들내의 테이퍼링을 이용하여) 함께 시이밍될 수 있다.
또한, 이러한 접근법은, (X 및 Y를 따른) 2개의 광학 컬럼들간의 작은 이동들이 각각의 광학 컬럼에 대한 역행렬을 재생성하여야 할 필요 없이 보정될 수 있다는 장점을 가진다. 그 대신에, 보정은 테이퍼링을 정의하는데 사용된 함수내에 포함(built into)될 수 있다. 예를 들어, 설계된 패턴 좌표계와 노광된 패턴 좌표계(즉, 대물 테이블 정렬/제어 시스템에 의해 공급된 파라미터 세트로부터 유도된 스캔 이동 좌표계) 사이의 변형(transformation)을 다루는 공간 처리 알고리즘(spatial manipulation algorithm)에 보정이 적용될 수 있다. 이 구성에 따르면, 공간 처리 알고리즘은, 보다 작은 커널들의 각각에, 요구되는 요청된 도즈 패턴[D]을 공급하도록 배치될 수 있으며, 이는 최적의 컬럼들의 수집을 위한 역변환된 테이퍼링된 행렬(inverted tapered matrix)([K]+ tapered)을 생성하는데 사용되는 계산 그리드(calculation grid)를 이용하여 정렬될 것이다.
시이밍과 연계된 또 다른 문제는, 노광된 패턴내의 시이밍 영역들의 식별에 관한 것이다. 상기에 언급된 바와 같이, 픽셀 그리드 이미징을 이용하면, 기판(114)상의 노광된 패턴이 시간에 따라 형성되므로, 이웃하는 노광된 스폿들은 일반적으로 상이한 시간들에서 노광된다. 이 구성은, 시이밍에 영향을 주게 될 패턴의 영역들을 식별을 어렵게 할 수 있는데, 그 이유는, 광학기에 대해 패턴이 어디에 프린트되는지가 공지되지 않을 수도 있기 때문이다. 이는, 시이밍 전략들(seaming strategies)의 유효성을 평가하는 경우에, 또한 보다 일반적으로, 기판에 기록된 이미징의 품질을 평가하는 경우에 문제가 된다.
이러한 문제는, 시이밍이 구현될 장소 근처에서 스위치 오프(switch off)되도록 특정 픽셀들을 배치함으로써 해결될 수 있다. (인터-컬럼 시이밍과 인트라-컬럼 시이밍 두 경우 모두에서) 하드웨어 피처들로 인해 시이밍이 생기기 때문에, 선택을 위한 피처들이 용이하게 식별된다. 죽은 픽셀들(dead pixels)의 의도적인 도입은 평행한 얇은 라인들이 스캐닝 방향에 따라 노광된 패턴내에 형성되게 하며, 이들 평행한 라인들은 시이밍 영역들의 위치를 나타내는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스폿 그리드내의 주어진 로우(스캐닝 방향(y)과 가장 평행한 스폿 그리드의 축선을 따라, 이전에 정의된 로우들)의 단부 근처의 픽셀들은 인트라-컬럼 시이밍을 나타내도록 선택될 수 있으며, 개개의 광학 컬럼들의 에지 근처의 픽셀들은 인터-컬럼 시이밍을 나타내는데 사용될 수 있다. 시이밍 영역의 이러한 마킹은, 데이터 경로 아키텍처의 일부분으로서라기 보다는, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(들)를 작동시키는 것과 관련된 하드웨어내에서 수행될 수 있다. 일 예시로서, 특히 용이하게 구현된다는 이유로, 직선의 평행한 라인들이 제공되었으나, 시이밍이 어디에 생겼는지를 나타내기 위해 다른 마커 피처들(예컨대, 점선들)을 제공하도록 프로그램될 수도 있을 것이다.
결론
이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 서술되었지만, 단지 예시의 방식으로만 제시된 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 한계 및 범위는 상술된 예시적인 실시예들 중 어떠한 것으로도 제한되지 않으며, 오직 다음의 청구항들 및 그들의 균등론에 입각하여 한정되어야 한다.
본 명세서의 상세한 설명부는 청구항들을 1차적으로 해석하기 위해서 사용된 것임을 이해하여야 한다. 본 명세서의 요약부 및 구성부는, 전부는 아니더라도, 발명자(들)에 의해 고안(contemplate)된 본 발명의 예시적인 실시예들 중 1이상을 설 명할 수 있으며, 따라서 청구항들을 제한하려는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 과도한 노광 스폿 오버랩이 생기기 쉬운 영역들을 핸들링하는 개선된 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법이 제공된다.

Claims (10)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선의 서브-빔들(sub-beams)의 어레이로서 기판상으로 방사선의 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템;
    방사선의 상기 서브-빔들을 변조(modulate)하도록 구성된 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이; 및
    요청된 패턴을 상기 기판상에 실질적으로 형성하기 위해서, 상기 요청된 패턴을 정의하는 데이터를, 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 제어하기에 적합한 제어 신호로 전체적으로 또는 부분적으로 변환(convert)하도록 배치된 1이상의 데이터 처리 디바이스(data manipulation device)를 포함하는 데이터 경로를 포함하여 이루어지고,
    상기 1이상의 데이터 처리 디바이스는, 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬 형태(a pseudo-inverted form of a point-spread function matrix)를, 상기 요청된 패턴을 나타내는 컬럼 벡터(column vector)에 적용함으로써, 상기 변환을 수행하도록 배치되며, 상기 점-확산 함수 행렬은, 주어진 시간에 방사선의 상기 서브-빔들 중 하나에 의해 상기 기판상에 노광될 스폿들의 점-확산 함수의 상대 위치 및 형상에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 의사-역행렬(pseudo-inverted matrix)은 상기 점-확산 함수 매트릭스의 특이 값 분해(singular value decomposition)에 의해 얻어지는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    임계 크기(thresh magnitude)보다 낮은 크기를 갖는 상기 점-확산 함수 행렬의 특이 값들은, 역변환(inversion) 이전에 배제(exclude)되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임계 크기는 최대 특이 값의 진폭(amplitude)의 약 10%인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬럼 벡터는, 상기 기판상의 복수의 그리드 위치들(grid positions)에 정의된 바와 같은 상기 요청된 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  6. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    방사선의 서브-빔들의 어레이로서 기판상으로 방사선의 빔을 투영하는 단계;
    개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 방사선의 상기 서브-빔들을 변조하는 단계; 및
    요청된 패턴을 상기 기판상에 실질적으로 형성하기 위해서, 상기 요청된 패턴을 정의하는 데이터를, 상기 개별적으로 제어가능한 요소들의 상기 어레이를 제어하기에 적합한 제어 신호로의 전체적인 또는 부분적인 변환을 데이터 경로내의 데이터 처리 디바이스에서 실행하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 데이터의 전체적인 또는 부분적인 변환은, 상기 요청된 패턴을 나타내는 컬럼 벡터에 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬 형태를 적용함으로써 수행되며, 상기 점-확산 함수 행렬은, 주어진 시간에 방사선의 상기 서브-빔들 중 하나에 의해 상기 기판상에 스폿들의 점-확산 함수의 상대 위치 및 형상에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 의사-역행렬은,
    상기 점-확산 함수 행렬을 분해하고, SVD(Singular Value Decomposition) 방법을 이용하여 그 특이 값들을 얻는 단계; 및
    상기 분해된 점-확산 함수 행렬에 기초하여 상기 점-확산 함수 행렬의 의사-역행렬을 얻는 단계에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    임계 크기보다 낮은 크기를 갖는 상기 점-확산 함수 행렬의 특이 값들은, 역변환 이전에 배제되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 임계 크기는 최대 특이 값의 진폭의 약 10%인 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬럼 벡터는, 상기 기판상의 복수의 그리드 위치들에 정의된 바와 같은 상기 요청된 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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