KR20070107811A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초점 평면 위치의 제어를 제공하거나 센서 데이터의 보정을 제공하기 위하여 방사선 소스의 파장 변화를 나타내는 데이터를 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 제 1 실시형태에서는, 예를 들어 마스크 테이블, 기판테이블 또는 투영 광학 시스템의 광학 요소들을 포함하는 장치 구성요소들을 이동시킴으로써 포커스를 제어하는 제어 시스템에 파장 변화 데이터가 제공된다. 제 2 실시형태에서는, 변화 데이터가, 예를 들어 투과 이미지 센서와 같은 인보드 센서에 의하여 측정되는 초점 평면 위치 데이터를 보정하는데 사용된다. 이 두 실시형태들은 단일 장치에서 조합되거나 개별적으로 사용될 수 있다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 출원은, 본 명세서에서 인용 참조되는 2005년 3월 23일에 출원된 미국특허출원 11/086,667의 일부 계속출원이다.

본 발명은, 일반적으로 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼 들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 역-평행 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 방사선 빔을 패터닝하는 단계, 상기 방사선 빔의 파장을 측정하는 단계, 상기 패터닝된 방사선 빔을 기판 상에 투영하는 단계, 및 측정된 파장의 변화를 기초로 상기 투영의 초점 평면을 조정하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 이미징(image)하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 투영 광학 시스템을 사용하여 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계, 상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하는 단계, 상기 패터닝된 빔의 이미지 정보를 측정하는 단계, 및 측정된 파장의 변화를 기초로 측정된 이미지 정보를 보정하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치 내에서 투영되는 이미지 측정을 보정하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 방사선 빔을 콘디셔닝하도록 구성되는 조명시스템, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 지지부를 포함하는 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 패터닝 디바이스는 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하여 패터닝된 방사선 빔을 형성할 수 있고, 상기 리소그래피 장치는, 기판을 잡아주도록 구성되는 기판테이블, 및 상기 패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟부 상으로 투영하도록 구성되는 투영시스템, 상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하도록 구성 및 배치되는 센서, 상기 센서의 파장 변화 측정치를 전체 또는 부분적으로 기초로 하여 리소그래피 투영장치의 초점 평면을 조정하도록 구성 및 배치되는 제어기를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예들이 대응되는 참조부호들이 대응되는 부분들을 나타내는 개략적인 첨부도면을 참조하여, 예시의 방법으로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸 도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다. 상기 장치는:

- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);

- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT),

- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및

- 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 투영하도록 구성되는 투영시스템(PS)(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.

지지구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계 에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.

상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정 기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.

상기 방사선 빔(B)은 지지구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 상기 투영시스템은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정 될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

원리상, 레이저들은 방사선의 좁은 대역폭 일정한 파장의 펄스를 생성하나, 실제로는 펄스에서 펄스로 파장의 작은 변화들이 존재한다. 파장의 변화라는 것은, 주어진 파장 범위 내의 정점의(peak) 파장의 변화(즉, 스펙트럼 형상의 변화)와 전체 스펙트럼의 파장 시프트(즉, 스펙트럼의 위치에서의 변화) 둘 모두를 의미한다. 드리프트(drift)의 어느 한 타입은 스펙트럼의 센터라인(centerline) 파장 변화를 초래한다. 리소그래피 시스템들을 위해 설계된 레이저들은 레이저 출력이 피코미터 분의 1 정도 또는 심지어 그보다 작은 수치의 센터라인 드리프트들을 갖도록 하는 제어 루프들을 포함한다. 예를 들어, 193 nm의 광을 발생시키는 레이저에 대해, 이는 1,000,000 분의 몇(a few part in 1,000,000)의 드리프트를 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 리소그래피 투영 렌즈들은 특정한 파장에 대해 보정되도록 설계되며, 어느 정도의 색도(chromaticity)를 유지하기 때문에, 심지어 이러한 작은 변화조차도 레이저 광의 펄스 파장 변화에 따라 초점의 경미한 차이들을 초래할 수 있다. 따라서, 보다 색도상으로 견실성이 있는(robust) 렌즈 디자인을 필요로 하지 않고 이미징 포커스를 개선시키기 위해서는 펄스들 간의 파장 변화를 보정하는 것이 유용하다. 이와 마찬가지로, 본 발명은 연속적인 파 원을 사용하는 시스템의 드리프트 보정에 있어서의 응용례를 찾을 수 있다.

1000 내지 6000 Hz의 통상적인 펄스 주파수에서, 펄스에서 펄스로의 파장의 변화들이 서브-밀리세컨드 타임 스케일(sub-millisecond time scale)로 발생되는 결과가 수반된다. 일반적으로, 투영 렌즈들은 펄스 단위를 기초로(on a pulse by pulse basis) 재-포커싱되도록 설계되지 않으며, 특히 포커스 제어의 반응 시간은 일반적으로 킬로헤르츠 주파수들에서 포커스를 수정하기에는 불충분하다. 한편, 파장 처프(chirp)로서 알려진 현상은 수 밀리세컨드(예를 들어 3 내지 35 ms) 정도의 시간 프레임에서 발생되는 것으로 나타난다. 1000 내지 6000 Hz의 통상적인 펄스 속도에서, 이는 레이저의 3 내지 150 펄스들 사이에서 트랜스레이트(translate)된다. 따라서, 포커스 제어 기구들의 반응 시간은 처프 현상의 주기성(periodicity) 걸친 보정이 가능하도록 하기에는 충분히 짧을 수 있다. 후술되겠지만, 본 발명의 다양한 구성들에서, 리소그래피 장치의 다수의 피처들은 레이저 광의 파장의 측정된 변화를 기초로 단독으로 또는 일제히 조정될 수 있다. 예를 들어, 장치의 피처는 상기 피처의 조정을 위해 적절한 타임 스케일을 기초로 조정될 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 제어 루프가 개시된다. 광원, 예를 들어 레이저(10)는 파장의 안정성을 유지하도록 설계되는 내부 제어 루프(12)를 포함한다. 제어 루프(12)는 펄스 대 펄스(pulse to pulse)를 기초로 레이저 출력을 제어하도록 설계되기 때문에, 레이저(10)는 펄스 대 펄스 파장 변화를 측정하는 요소(14)를 포함한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 파장 측정 요소(14)는 위의 데이터를 스캐너(20)에 추가적으로 제공한다. 상술된 바와 같이, 스캐너(20)는, 일반적으로 충분한 속도로 포커스를 조정할 수 없다. 이 때, 스캐너(20)에 의해 수용되는 데이터는 스캐너(20) 포커스를 제어하기 위한 피드백 또는 피드포워드 제어 알고리즘에서 사용된다. 당업자라면 이해해야 하듯이, 펄스 대 펄스 파장 보정이 가능하도록 하기에 스캐너(20)의 포커스 제어들의 반응 시간이 충분히 짧은 경우에는, 본 발명은 펄스 대 펄스 기초를 기초로 이행될 수 있다.

스캐너 초점은 다양한 방식들로 제어될 수 있다. 예를 들어, 패터닝 디바이스 또는 기판 홀더의 평면은 PM, PW와 같은 위치설정기들을 사용하여 스캐너의 광학 축선을 따라 조절될 수 있다. 대안적으로, 프로젝션 시스템 PS의 부분을 형성하는 렌즈들의 그룹들 또는 각각의 렌즈들의 요소들은 그러한 목적을 위해 구성되는, 예를 들어, 압전(piezoelectric) 요소들에 의해 구동될 수 있다. 또 다른 대안적 실시예에서, 기판 테이블은 초점을 맞추기 위하여 초점 평면에 대하여 국부적으로 조정될 수 있다. 부가적인 초첨 제어 메카니즘들은 당업자들에게는 자명해질 것이며 본 발명의 범주 내에서 이해되어야만 한다. 예를 들어, 만일 처프(chirp)와 같은 파장 변화가 약 20 ms의 주기에 걸쳐 발생하는 것으로 결정된다면, 리소그래피 장치 특성들 중에서 하나 또는 둘 이상에 대한 보정이 관찰된 변화를 보상하기 위해 적용될 수 있는 것으로 결정될 수 있다.

레이저 광의 파장에서의 시프트들에 의해 야기되는 초점 평면의 수직 위치에서의 시프트들의 경우에, 측정된 시프트들에 비례하여 렌즈들의 요소들을 동적으로 조절함으로써 상기 시프트들을 보상하는 것이 편리할 수 있다. 예를 들어, 단일 다이(die) 영역을 노광시키는 데 사용되는 노광 시간은 약 100 내지 500 ms 일 수 있으며 파장 처프(chirp)의 주기는 약 20ms 일 수 있다. 따라서, 단일 다이의 노광 동안에, 레이저 광의 파장은 많은 횟수로 변동될 수 있다. 투영 렌즈들의 하나 또는 둘 이상의 렌즈들의 요소들에 대한 보정들(corrections)은 이러한 파장 처프의 보상을 위해 적용될 수 있는데, 예를 들어 초점 평면을 주기적으로 10 내지 20ms 마다 조절하는 것처럼, 파장 처프 주기에 비교될 수 있는 간격(interval)에서 렌즈들의 요소들을 사용하여 초점 평면을 조절하는 것에 의하는 것이다. 이러한 방식으로, 파장 변동률(fluctuations)은 초점 평면이 전체 다이의 노광 동안에 상대적으로 일정하게 남을 수 있도록 억제될 수 있다.

한편, 기판 테이블의 높이를 파장에서 측정되는 변화에 응답하여 조절하는 것이 편리할 수 있다. 예를 들어, 만일 레이저 파장에서 더 느린 드리프트가 관찰된다면, 웨이퍼 테이블의 높이 및/또는 테이블 경사(tilt)를 파장 드리프트 때문에 발생하는 초점 평면에서의 드리프트에 응답하여 조절하는 것이 편리할 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 테이블 높이는 측정되는 파장 드리프트들에 응답하여 각각의 다이 노광 사이에서 조절될 수 있다.

펄스 대 펄스 불안정성(pulse to pulse instability)의 부가적 효과는 프로젝션 광을 이용하는 인보드(inboard) 센서 시스템들의 작동에서 나타난다. 투영된 광을 사용할 때, 인보드 센서 시스템들은 마스크와 기판 테이블의 상대적 포지셔닝, 프로젝션 렌즈 수차(aberration) 등등과 같은 리소그래피 장치의 동작 특성들을 결정하는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 인보드 센서의 일 유형은 특정 리소그래피 장치에 장착되는 투과 이미지 센서(TIS)이며, 이는 프로젝션 시스템 PS에 의해 투과되는 이미지의 측정값들을 만든다. 이는 기판 테이블 WT의 평면에 근접하거나 또는 기판 테이블 WT 평면에서 이러한 측정값들을 만들고 따라서 소스의 파장 변화 때문에 초점 평면 드리프트로부터 야기되는 부정확성으로 귀결된다. 이러한 TIS는 에어리얼(aerial) 이미지의 형상을 측정하고 공간에서 대상물 마크(object mark)의 에어리얼 이미지의 위치를 측정하는 측정 도구이다. 대상물 마크는 레티클 또는 기점이 되는(fiducial) 레티클 스테이지 상에 위치할 수 있다. 이러한 위치 정보는 수학적으로 레티클을 기판 테이블에 연결시키는 데 사용될 수 있다. 달리 말하면, 이러한 위치 정보는 6 자유도들(six degrees of freedom)에서 기판 테이블의 위치에 관해 마크의 위치를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 위치 정보는 정확한 후방(x-y) 위치(정확한 오버레이) 내에서 최적-초점(BF; best-focus) 위치(Z-position)에 위치하는 기판 상에 이미지들을 노광시키는 데 사용된다. 에어리 얼 이미지의 형상에 관한 정보는 머신 셋업(machine set up), 캘리브레이션 및 모니터링을 위해 사용될 수 있다.

예를 들어, 광학 얼라인먼트 또는 최적의 오버레이 컨디션을 결정하는 데에 있어서, 웨이퍼 스테이지에 평행한 X-Y 평면 내에서의 수평 스캔은 TIS를 사용하여 수행될 수 있다. 웨이퍼 스테이지 내에 위치한 TIS 내의 패턴은 리소크래피 장치의 마스크 스테이지 내에 대응하는 패턴과 정렬될 수 있다. 최적 오버레이를 결정하는 데 사용되는 광학 얼라인먼트 위치에서, TIS 내에 검출기(detector) 내에 리지스터되는 강도는 수평 스캔 동안 최대치에 도달할 수 있다. 이러한 수평 스캔은 바람직하게 TIS의 패턴화된 부분(격자; grating)이 최적 초점의 평면(초점 평면) 내에 위치하는 경우에 수행된다. 초점 평면의 위치는, 교대로, TIS의 수직(즉, 실질적으로 웨이퍼 명면과 직교하는) 스캔을 사용하고 수집되는 광 내에서 최대 강도를 검출하여 결정된다. 그러나, TIS 스캔의 지속 기간은 레이저 파장가 앞서 기술한 것처럼 변화될 수 있는 동안, 거의 약 0.1 내지 1 초일 수 있다. 따라서 교정없이, 수평 TIS 스캔은, 예를 들어, 초점 평면이 변동하거나 드리프트하는 주기를 포함할 수 있으므로, TIS 회절격자의 Z 위치(z-position)는 초점 평면으로부터 이동하거나 초점 평면의 안팎으로 변동되고 따라서 수평 스캔을 사용하여 정확한 오버레이 위치를 결정하는 능력에 부정적인 영향을 미친다.

따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서, 레이저 펄스 파장 변동 데이터는 스캐너(20)에 보내지고 TIS 정보의 교정을 위해 사용된다. 이에 관하여, 이러한 데이터는 직접적으로 TIS 및/또는 TIS의 피드포워드(feedforward) 내 개별적 프로세서 또는 실시가 보정 모드로 보내질 수 있다. 대안적으로, 펄스 변동 데이터를 고려하여, TIS 데이터의 후처리(post-processing)을 위한 프로세스로 분리되게 보내질 수 있다. 바람직하게, 파장 측정 요소(14)로부터 수집된 데이터는 시간에 맞춰서 정렬 절차들을 교정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, TIS는 각각의 웨이퍼 노광 이후에 정렬 측정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, TIS에 연관된 프로세서는 TIS가 정렬 측정을 수행하도록 사용되는 시간에 실시가 레이저 펄스 파장 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 아래 기술된 것처러, 파장에서 변동은, 예를 들어, 최적 오버레이 조건의 결정을 향상시키기 위하여 TIS에 의해 사용될 수 있으며, 이는 기판의 패턴화된 피쳐들과 함께 마스크의 최적 오버레이에 기초하여, 마스크를 통하는 빔을 투영시키는 것에 의해 패턴화된 기판의 노광을 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 명목상으로 초점 평면 내에 있는 수평 스캔이 TIS 에 의해 수행되는 동안, 파장 변동 정보는 TIS 데이터의 후처리를 위한 프로세서에 의해 수신될 수 있다. 레이저 펄스 파장 변동 데이터는 TIS 스캔 동안의 TIS 위치 함수 또는 시간의 함수(a function of time)로서 저장되고 수집될 수 있으므로, 파장 변동 데이터는 얼라인먼트 결정을 보정하는 데 사용된다. 패터닝되는 패턴화된 빔의 파장이 펄스들 사이에서 또는 펄스들의 시리즈들에 걸쳐 변하는 경우, 초점의 평면은 따라서 변한다. 그러므로, TIS 스캔 동안, 초점 평면 내에서 이러한 펄스와 펄스 사이 변동(pulse to pulse variation)은 초점 에러를 만들어 내는 것으로 여겨질 수 있는데, TIS 회절격자가 이상적으로 수평 스캔 동안 고정된 초점 평면 내 에서 이동하기 때문이다. 그러나, 파장 변화들에 종속하는 장치 내에 스캔을 위해, 파장 변동들은 초점 평면의 수직 위치를 변화되도록 야기하기 때문에, TIS 회절격자는 사실상 펄스들의 시리즈들 동안 또는 펄스들 사이에서 방사선 파장 시프트에 따라, 수평 스캔의 적어도 부분들 동안 초점 평면 위 또는 아래에 위치한다.

초점 에러를 야기하는 펄스 대 펄스(pulse to pulse) 파장 변화들이 임의의 파장 변동들 또는 파장 처프를 만들어내는지 여부는, TIS 스캔이 완전히 된 이후에, 수집되는 파장 변동 데이터가 다음과 같이 TIS에 의해 결정되는 커브 피트를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. TIS 스캔 동안, 수평 위치의 함수로서 방사선 세기는 일련의 포인트들(샘플들)에서 측정된다. 이에 따라 얻어진 샘플 데이터는 정렬된 조건에 대응하는 위치 대 방사선 세기에서의 정점을 나타낼 수 있다. 커브 피팅이 이행되어 단순한 데이터에서의 피크의 위치를 결정함으로써 최상의 오버레이 위치가 발견되도록 할 수 있다. 커브 피팅은 프로세서, 알고리즘 또는 스캔 동안 파장의 변화들에 의해 야기되는 초점 오차의 기여분(contribution)을 제거하기 위한 여타의 수단에 의하여 개선될 수 있다. 따라서, 보다 정확한 오버레이 위치가 얻어질 수 있다. 이 절차는, 예를 들어 TIS 스캔으로부터 결정되는 오버레이 위치에 의하여 촉진되는 레티클 정력을 개선시키기 위해 채용될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 요소(14)와 같은 파장 측정 요소에 의하여 수집되는 파장 변화 데이터는 ILIAS(integrated lens interferometer at scanner)의 작동을 보정하는데 사용된다. ILIAS는 높은 차원까지 렌즈 수차들의 정적(static) 측정들을 수행할 수 있는 간섭계 파장 측정 시스템(interferometer wavefront measurement system)을 포함하는 인보드(inboard) 센서이다. 상기 ILIAS는 시스템 초기화 및 캘리브레이션을 위해 사용되는 통합 측정 시스템으로서 구현될 수도 있다. 대안적으로는, 모니터링 및 재캘리브레이션 "온-디맨드(on-demand)"를 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 요소(14)와 같은 파장 센서는 ILIAS(도시 안됨)에 커플링될 수 있다. 파장 센서는 렌즈 특성들을 결정하기 위해 광이 ILIAS에 의하여 측정되는 경우 렌즈를 통해 투영되는 광의 파장 변화들을 측정할 수 있다. 측정되는 파장 변화들은 ILIAS에 의하여 수행되는 렌즈 측정 동안 요소(14)로부터 ILIAS에 커플링되거나 ILIAS와 연관되는 프로세서로 제공될 수 있다. 그 다음, ILIAS는 렌즈 측정 동안 발생되는 파장 변화를 기초로 렌즈 수차의 결정을 조정하여, 렌즈 특성 측정의 정확도를 높인다.

본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서 의 기재 내용이 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.

이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기고 레지스트를 떠나 이동된다.

본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.

본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

본 발명의 측정 실시예들이 상술되었으나, 본 발명은 상술된 것과는 달리 실 행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명은 상술된 바와 같은 방법을 기술하는 기계-판독가능 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램물 또는 상기 컴퓨터 프로그램물에 내장되는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.

상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형례가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (19)

1. 리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 이미징하는 방법에 있어서,

   방사선 빔을 패터닝하는 단계;

   상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하는 단계;

   측정된 파장 변화를 기초로 최상의 오버레이 조건을 결정하는 단계; 및

   결정된 최상의 오버레이 조건을 기초로 상기 기판 상에 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 최상의 오버레이 조건을 결정하는 단계는,

   이미지 센서의 수직방향 스캔을 이용하여 투영되는 패터닝된 빔의 초점 평면을 결정하는 단계; 및

   상기 이미지 센서가 상기 초점 평면 내에 공칭적으로(nominally) 있는 동안 상기 이미지 센서를 이용하여 수평방향 스캔을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이미지 센서는 투과 이미지 센서(transmitted image sensor:TIS)인 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 초점 평면을 결정하는 단계는 광 세기의 최대치를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 수평방향 스캔 동안 상기 이미지 센서에 의해 검출되는 광 세기의 최대치는 상기 최상의 오버레이 조건을 결정하는데 사용되는 최적의 정렬에 대응되는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 최상의 오버레이 조건은:

   상기 이미지 센서의 스캔 동안 측정된 파장 변화에 대응되는 데이터를 수용하는 단계; 및

   상기 데이터를 광 세기의 최대치의 위치를 결정하는데 사용되는 커브 피팅 절차에 적용시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 파장 변화는 임의의 파장 및 파장 처프(chirp) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
7. 리소그래피 장치 캘리브레이팅 방법에 있어서,

   센서를 이용하여 상기 리소그래피 장치의 렌즈 수차를 측정하는 단계;

   상기 렌즈 수차의 측정 동안 상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하는 단계;

   측정된 파장 변화를 이용하여 측정된 렌즈 수차를 보정하는 단계; 및

   상기 보정된 렌즈 수차에 기초하여 상기 리소그래피 장치를 캘리브레이팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이팅 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 센서는 ILIAS(integrated lens interferometer at scanner)인 것을 특징으로 하는 캘리브레이팅 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 파장 변화를 측정하는 단계는 상기 방사선 빔의 스펙트럼의 센터라인 드리프트를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이팅 방법.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 파장 변화를 측정하는 단계는 상기 방사선 빔의 연속하는 펄스들의 쌍들 간의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이팅 방법.
11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 파장 변화를 측정하는 단계는 상기 방사선 빔의 파장 처프를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이팅 방법.
12. 리소그래피 투영장치에 있어서,

    방사선 빔을 콘디셔닝하도록 구성되는 조명시스템;

    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 지지부를 포함하며, 상기 패터닝 디바이스는 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하여 패터닝된 방사선 빔을 형성할 수 있고;

    상기 리소그래피 장치는,

    기판을 잡아주도록 구성되는 기판테이블;

    상기 패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟부 상으로 투영하도록 구성되는 투영시스템;

    상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하도록 구성 및 배치되는 파장 센서;

    상기 리소그래피 장치의 작동 특성을 결정하도록 구성되는 인보드 센서 시스템; 및

    상기 인보드 센서 시스템에 커플링되고 상기 파장 센서로부터의 파장 변화 데이터를 수용하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 프로세서는:

    센서의 작동을 실시간으로 보정하는 단계; 및

    상기 파장 센서 및 상기 인보드 센서로부터 수집되는 데이터를 후-처리하는 단계 중 1 이상의 단계를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 인보드 센서는 투과 이미지 센서(TIS)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 TIS는 수직방향 스캔 및 수평방향 스캔을 수행하도록 구성되고,

    상기 프로세서는 상기 수평방향 스캔 동안 수집되는 방사선 세기 데이터에 기초하여 정점(peak)의 위치를 결정하는데 사용되는 커브 피팅 절차를 적용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 파장 변화 데이터는 일련의 방사선 펄스들에 걸친 초점 평면의 위치 변화에 대응되고,

    상기 프로세서는 상기 커브 피팅 절차를 수정하기 위해 상기 파장 변화 데이터를 적용하도록 구성되며,

    상기 정점의 위치 결정이 개선되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장 치.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 인보드 센서는 상기 리소그래피 투영장치의 렌즈 수차를 측정하도록 구성되는 ILIAS인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
18. 리소그래피 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 이미징하는 방법에 있어서,

    방사선 빔을 패터닝하는 단계;

    상기 방사선 빔의 파장 변화를 측정하는 단계;

    패터닝된 방사선 빔을 상기 기판 상에 투영하는 단계; 및

    측정된 파장 변화를 기초로 상기 투영의 초점 평면을 동적으로(dynamically) 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 측정하는 단계는 상기 방사선 빔의 파장 처프를 측정하는 단계를 포함하고,

    상기 초점 평면을 동적으로 조정하는 단계는 상기 파장 처프의 주기와 비교가능한 간격으로 상기 초점 평면을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미징 방법.

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