KR20070117488A - 리소그래피용 거울 어레이 - Google Patents

리소그래피용 거울 어레이 Download PDF

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KR20070117488A
KR20070117488A KR1020070055489A KR20070055489A KR20070117488A KR 20070117488 A KR20070117488 A KR 20070117488A KR 1020070055489 A KR1020070055489 A KR 1020070055489A KR 20070055489 A KR20070055489 A KR 20070055489A KR 20070117488 A KR20070117488 A KR 20070117488A
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KR1020070055489A
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마리우스 라벤스베르겐
하이네 멜레 물더
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

거울 어레이 장치는 복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 지지하도록 구성된 캐리어를 포함한다. 1 이상의 액추에이터가 각각의 반사 요소와 연계되고, 상기 액추에이터는 상기 캐리어에 대해 연계된 반사 요소의 방위 또는 위치를 조정하도록 구성된다. 상기 장치는 상기 반사 요소들의 전체 또는 일부분과 접촉하는 액체를 더 포함한다.

Description

리소그래피용 거울 어레이{MIRROR ARRAY FOR LITHOGRAPHY}
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 종래 기술 구성(arrangement)에 따른 각도 세기 분포 대 공간 세기 분포의 변형(transformation)을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 거울 어레이를 사용할 수 있는 방사선 시스템의 상세도;
도 4는 거울 어레이 장치의 단일 반사 요소의 단면도; 및
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 거울 어레이 장치의 단일 반사 요소의 단면도를 도시한다.
본 발명은 거울 어레이 및 리소그래피용 거울 어레이에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황 에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선-감응재(레지스트)층을 갖는 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)상의 (예를 들어, 1개 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상으로 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼, 및 투영 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, 소위 스캐너를 포함한다.
거울 어레이는 통상적으로 개별적으로 적용가능한, 예를 들어 (액추에이터에 의해) 축을 중심으로 기울어질 수 있는 작은 반사형 요소들(또는 거울들)의 매트릭스 구성을 채택하여, 방사선의 반사된 빔에 패턴을 적용한다. 거울 어레이들은 대안적으로 "프로그램가능한 거울 어레이", "마이크로거울 어레이" 또는 "활성 패싯 거울(active faceted mirror)로도 언급된다.
이러한 거울 어레이들은 여러 용도를 가지며, 특히 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 리소그래피 장치(예를 들어, 평판 디스플레이의 제조 시에 사용되는 리소그래피 장치)의 패터닝 디바이스를 형성하도록 거울 어레이들을 사용하는 것이 알려져 있다.
보다 최근에, 리소그래피 장치의 조명 시스템에서의 거울 어레이들의 사용이 제안되었다. 리소그래피 장치의 조명 시스템은 소스(예를 들어 레이저)로부터 방사선을 수용하고, 대상물(object)(예를 들어, 패터닝 디바이스)을 조명하는 방사선 빔을 생성하도록 배치된다. 조명 시스템은 빔에 원하는 공간 세기 분포 및 각도 세기를 생성하도록 방사선 빔을 형상화하고 제어한다.
종래의 조명 시스템은 회절 광학 요소("DOF") 및 (퓨필 평면에서 세기 분포를 조정하도록 구성된 디바이스인) "줌-액시콘(zoom-axicon)" 장치를 포함할 수 있다. 이러한 종래의 조명 시스템들에서는 몇 가지 단점들이 확인되었다. 예를 들어, 조명 세팅들의 원하는 범위를 생성하기 위하여, 줌-액시콘 모듈은 일반적으로 수 개의(예컨대, 5 개 이상의) 광학 구성요소들을 가질 것이며, 특히 상기 수 개의 요소들이 독립적으로 이동가능하여야 한다면, 생산 비용을 증가시킬 수 있다. 또 다른 문제는 (예를 들어, 줌 렌즈 및 2 개의 코니컬 요소(conical element)들을 포함할 수 있는) 액시콘의 렌즈들이 렌즈 물질의 상당한 두께 및 다수의 표면 경계들을 나타냄에 따라, 흡수, 반사, 비효율적인 코팅들, 저하 효과들 및 오염으로 인해 투과 효율이 불량할 수 있다는 것이다. 이러한 문제는 더 높은 밀도들에서 훨씬 더 작은 피처들을 이미징하기 위해 193 nm, 157 nm, 126 nm과 같은 더 짧은 파장들 또는 심지어는 EUV(예를 들어, 5 내지 20 nm)를 갖는 방사선의 이용을 필요로 하는 요구에 의해 악화된다. 따라서, 거울 어레이 기반 조명 시스템이 바람직하다.
거울 어레이 기반 조명 시스템들은 종래 기술의 회절 광학 요소 및 줌-액시콘의 조합보다 더 빠르고 더 유연성이 있다. 예를 들어, 종래 기술의 회절 광학 요소를 이용하여 생성된 조명 모드를 변화시키려면, 상기 회절 광학 요소가 교체되어 야하기 때문에 몇 초가 소요된다. 거울 어레이 기반 조명 시스템은 조명 모드가 더 신속하게 변화되도록 허용한다. 또한, 종래 기술의 줌-액시콘은 공간 세기에 대한 원형 대칭적 변화들만을 만들 수 있는 반면, 상기 거울 어레이 기반 조명 시스템은 이러한 한계를 갖지 않는다.
하지만, 본 출원인들은 특히 리소그래피에서 사용되는 때에 거울 어레이들과 연계된 다수의 문제들을 인식하였다. 통상적인 거울 어레이의 개별 반사 요소들이 일반적으로 매우 작기 때문에, 예를 들어 거울 어레이는 1000 개가 넘는 미소한(microscopic) 거울들을 포함할 수 있기 때문에, 상기 요소들은 사용 시 손상되기 쉽다. 예를 들어, (거울들이 반사하는) 방사선에 의해 생성된 열은 반사 요소들이 과열에 의해 손상되게 할 수 있다. 이러한 열 생성은, 예를 들어 DUV 및 EUV 적용 시에 사용되는 짧은 파장들 및 높은 광학 전력으로 인해 특히 두드러진다. 또한, 반사 요소들의 이동 시에, 예를 들어 작동 후의 반사 요소의 과도한 진동에 의해 손상이 유도될 수 있다.
그러므로, 종래 기술의 단점들 중 적어도 하나를 극복하거나 완화시킬 수 있는 대안적인 거울 어레이 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 지지하도록 구성된 캐리어; 각각의 반사 요소와 연계된 1 이상의 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 캐리어에 대해 연계된 반사 요소의 방위 또는 위치를 조정하도록 구성되며; 및 상기 반사 요소들의 전체 또는 일부분과 접촉하는 액체를 포함하는 거울 어레이 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 거울 어레이 장치를 냉각시키는 방법이 제공되고, 상기 장치는 복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 포함하고, 상기 방법은 상기 반사 요소들의 전체 또는 일부분과 직접적으로 열 접촉하는 액체를 제공하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서는, IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드의 제조와 같이 여타의 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 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 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 기판 처리 툴에 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, 365, 248, 193, 157 또는 126 ㎚의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm의 범위인 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔도 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부 내에 생성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이(예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 거울 어레이) 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 형식도 포함한다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 무게를 지지, 즉 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 여타의 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 상기 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기 또는 여타의 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 상기 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있고, 예를 들어 패터닝 디바이스가 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있는 프레임 또는 테이블 일 수도 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 유체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
또한, 조명 시스템은, 방사선의 방사선 빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있으며, 이러한 구성요소들은 이후 집합적으로 또는 단일적으로 "렌즈"라고 언급될 수 있다.
리소그래피 장치는 2(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블들(및/또는 2 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 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 갖는 액체(예를 들어, 물)에 의해 기판의 전체 또는 일부분이 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템의 최종 요소 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술들은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는, 방사선 빔(PB)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 제공하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL)을 포함한다. 제 1 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 투영 시스템("렌즈")(PL)에 대하여 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정 디바이스(PM)에 연결된다. 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 잡아주도록 구성되고 투영 시스템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정 디바이스(PW)에 연결된다. 투영시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈)(PL)은 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(PB)에 부여된 패턴을 이미징하도록 구성된다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 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 익스팬더를 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 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
이후에 더 상세시 설명되는 바와 같이, 일루미네이터(IL)는 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AM)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 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 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖는, 방사선 빔(PB)이라고도 칭해지는 방사선의 컨디셔닝된 빔을 제공한다.
상기 방사선 빔(PB)은 마스크 테이블(MT) 상에 유지되어 있는 마스크(MA) 상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정 디바이스(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(PB)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 또 다른 위치센서 (도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(MT 및 WT)의 이동은, 장 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 단 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 제 1 위치설정기(PM 및 PW)의 일부분을 형성한다. 하지만, (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단지 단 행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
서술된 장치는 다음의 바람직한 모드들에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 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 확대(축소) 및 투영시스템(PL)의 이미지 반전 특성에 의하여 결정된다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스 캐닝되지 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 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스들 사이 사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
도 2는 방사선 빔(PB)의 대응하는 각도 및 공간 세기 분포들의 원리를 예시한다. 종래 기술의 구성에 따르면, 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정 디바이스는 마이크로-렌즈들(4)의 어레이를 갖는 회절 광학 요소("DOE": 3)를 포함한다. 각각의 마이크로-렌즈(4)는 발산 광선 펜슬(pencil: 5)을 형성한다. 각각의 광선 펜슬(5)은 DOE(3)에서 입사하는 방사선 빔의 일부분 또는 서브-빔(sub-beam)에 대응한다. 상기 펜슬들(5)은 포커싱 렌즈(6)에 입사할 것이다. 상기 렌즈(6)의 후방 초점 면(8)에서, 각각의 펜슬(5)은 조명된 영역에 대응한다. 상기 영역의 크기는 광선 펜슬(5)이 진행하는 방향들의 범위에 의존한다. 방향들의 범위가 작으면, 후방 초점 면(8) 내의 조명된 영역의 크기 또한 작다. 또한, 펜슬들(5)의 모든 동일한 방향들, 즉 서로 평행한 모든 광선들은 후방 초점 면 내의 동일한 특정 지점에 대응한다.
방사선 빔(PB)의 단면 영역에서, 특히 퓨필 평면에서 고리형 형상을 갖는 공간 세기 분포를 생성하는 것이 알려져 있다. 0 또는 0에 가까운 세기를 갖는 중심 영역에 대응하는 내 반경 크기는 적절한 DOE(3)를 선택함으로써 설정될 수 있다. 예를 들어, 모든 마이크로-렌즈들(4)은 광선 펜슬들(5) 중 어느 것도 중심 영역에 입사하지 않고, 오직 고리형 영역에만 입사하게 되도록 방위가 잡힐 수 있다(물론, 실제로는 분산과 같은 효과들로 인해 중심 영역에서 0 보다 큰 세기가 존재할 것이다). 마이크로-렌즈들(4)을 상이한 방향들로 지향시킴으로써, 2 극(dipole) 또는 4 극(quadrupole) 조명과 같은 다른 공간 세기 분포들이 단면 영역에 생성될 수 있다. 하지만, 가능한 세기 분포들의 개수는 제한되어 있으며, 조명 세팅의 변화는 시간 소모적인 교체 및/또는 마이크로-렌즈들의 재-지향을 필요로 한다.
도 3은 일루미네이터가 본 발명의 일 실시예에 따른 거울 어레이일 수 있는 거울 어레이(33)를 포함하는 방사선 시스템의 대안적인 구성을 도시한다. 레이저(31)는 셔터들(11, 12, 13)을 통과하는 비교적 좁고 평행한(collimated) 빔을 출력한다. 그 후, 반사 요소들(33a, 33b, 33c, 33d, 33e)의 거울 어레이(33)의 크기에 대응하는 크기로 상기 빔을 확대시키는 빔 발산 광학기(32)를 통과한다. 이상적으로는, 빔 발산 광학기(32)가 평행한 빔을 출력해야 한다; 하지만, 빔의 에지들에 서 발산 차이가 존재할 수 있다. 확대된 빔의 크기는 상기 빔이 모든 반사 요소들(33a 내지 33e)에 입사하기에 충분한 것이 바람직하다. 도 3에서는 예시의 방식으로 확대된 빔의 3 개의 서브-빔들이 도시되어 있다.
제 1 서브-빔은 반사 요소(33b)에 입사한다. 어레이(33)의 다른 반사 요소들(33a, 33c 내지 33e)과 마찬가지로, 반사 요소(33b)는 그 방위를 조정하여 서브-빔이 원하는 사전설정된 방향으로 반사되도록 제어될 수 있다. 포커싱 렌즈를 포함할 수 있는 재-지향 광학기(16)에 의해, 서브-빔이 재-지향되어 상기 빔이 상기 빔의 단면 평면(18) 내의 원하는 지점 또는 작은 영역에 입사하게 된다. 상기 단면 평면(18)은 (상술된 바와 같이) 사실상(virtual) 방사선 소스로서 기능하는 퓨필 평면과 일치할 수 있다. 도 3에 도시된 다른 서브-빔들은 반사 요소들(33c, 33d)에 의해 반사되고, 재-지향 광학기(16)에 의해 재-지향되어, 평면(18)의 다른 지점들에 입사한다. 반사 요소들(33a 내지 33e)의 방위들을 제어함으로써, 단면 평면(18) 내의 거의 모든 공간 세기 분포가 생성될 수 있다. 예를 들어, 거울 어레이(33)는 1152(예를 들어, 32 x 36) 개의 거울들을 포함할 수 있으며, 각각의 거울의 방위는 따로 조정될 수 있다.
상술된 일루미네이터는 본 발명의 일 실시예에 따른 거울 어레이에 대한 단지 하나의 가능한 적용예일 뿐이며, 그 가장 넓은 형태로 본 발명은 이러한 특정 용도로 제한되도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 거울 어레이는 리소그래피 장치에서 패터닝 디바이스로서 사용될 수 있다.
도 4는 일 형태의 거울 어레이 장치(100)의 단일 반사 요소의 단면도를 개략 적으로 나타낸다. 캐리어(또는 기판)(110)는 복수의 개별 반사 요소들(120)(상기 도면에는 그 중 하나만이 도시됨)을 지지하도록 구성된다. 특정 거울 어레이(100)를 형성하는 반사 요소들(120)의 개수는 특정 적용예에 따라 다양하게 변동될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 거울 어레이(100)는, 예를 들어 단일 캐리어(110) 상에 제공될 수 있는 수백 개의 또는 천 개 이상의 미소한 거울들을 포함할 수 있다. 상기 캐리어(110)는 반도체 물질로 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 캐리어(110)는 여하한의 다른 적절한 물질, 예를 들어 금속 또는 유리로 형성될 수도 있다. 금속 또는 유리는, 예를 들어 거울 어레이(100)가 리소그래피 이외의 기술, 예를 들어 소형-기계적(mini-mechanical) 구성을 이용하여 구성되는 경우에 사용될 수 있다.
각각의 반사 요소(120)는 반사 표면을 포함하는 앞면을 갖는다. 예를 들어, 앞면은 거울, 반사 코팅 또는 반사 광학 코팅들의 레이어링(layering)을 포함할 수 있다. 각각의 반사 요소(120)는 직사각형의 반사 표면 영역 및 일반적으로 평면의 반사 표면을 갖는다. 하지만, 일반적으로 반사 요소(120)는 여하한의 바람직한 형상, 예를 들어 원형 또는 육각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 반사 요소는 선택적으로 비-평면의 또는 아치형의 반사 표면을 가질 수 있다. 반사 요소들(120)은 여하한의 적절한 물질, 예를 들어 실리콘으로 형성될 수 있다. 실리콘 또는 다른 물질은 충분한 반사율을 달성하기 위해 다른 물질들로 코팅될 수 있다. 상기 거울들은 다른 물질들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 소형-기계적 구성이 사용되는 경우, 반사 코팅으로 덮인 ZERODUR®와 같은 광학 물질이 사용될 수 있다.
반사 요소(120)는 현가 지점(suspension point: 130), 예를 들어 힌지(hinge)에 의해 캐리어(110)에 이동가능하게 연결될 수 있다. 상기 현가 지점은 반사 요소(120)를 특정 방위로 바이어싱하도록(예를 들어, 캐리어(110)의 평면에 실질적으로 평행하도록) 탄성 부재일 수 있다. 현가 지점(130)은, 예를 들어 플렉서(flexure) 또는 스프링일 수 있다. 대안적으로, 상기 현가 지점(130)은 구부러질 수 있도록 충분히 얇고, 따라서 거울이 회전하게 하는 스트립(strip) 형태로 거울(예를 들어, 실리콘)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 회전 요소(120)는 단일 현가 지점(130)을 중심으로, 캐리어(110)의 평면과 평행한 축을 중심으로 회전가능하다. 다른 실시예들에서, 각각의 회전 요소(120)는 1 이상의 축을 중심으로, 예를 들어 2 개의 서로 수직인 축을 중심으로 회전가능하도록 배치될 수 있으며, 각각의 축은 캐리어(110)의 평면과 평행하다.
각각의 반소 요소(120)에 대해 1 이상의 액추에이터가 캐리어(110) 상에 제공된다. (도 4에 도시된 바와 같은) 몇몇 실시예들에서, 각각의 반사 요소(120)는 단일 축을 중심으로 한 반사 요소(120)의 회전을 위해 액추에이터들(150a, 150b)의 쌍과 연계될 수 있다. 상기 액추에이터들은 예를 들어 현가 지점(130)의 양쪽에 위치될 수 있다. 반사 요소(120)가 1 이상의 축을 중심으로 회전가능한 실시예들에서는 필요에 따라 회전 축당 다수의 액추에이터들이 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
액추에이터들(150a, 150b)은 여하한의 적절한 형태를 취할 수 있으며, 반사 요소들의 특정한 형태에 의존할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터들(150a, 150b)은 기계적 액추에이터들(예를 들어, 반사 요소(120)에 기계적으로 연결된 압전 액추에이터들)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 액추에이터들(150a, 150b)은 예를 들어 (전류의 인가 시 반사 요소(120)의 일부분을 선택적으로 끌어당기거나 밀어낼 수 있는) 전가지 액추에이터들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 액추에이터들(150a, 150b)은 예를 들어 (전류의 인가 시 반사 요소(120)의 일부분을 선택적으로 끌어당기거나 밀어낼 수 있는) 정전기 액추에이터들을 포함할 수 있다. 각각의 반사 요소(120)는 사용되는 특정한 형태의 액추에이터와 상호작동하도록 배치된 (일반적으로는 캐리어(110)를 향하는) 후방부를 갖는다는 것을 이해할 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 거울 어레이는 반사 요소(120)의 전체 또는 일부분과 접촉하여 배치된 액체(200)를 더 포함한다. 이후에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 액체(200)는 예를 들어 반사 요소(120)의 일부분과 직접적으로 열 접촉할 수 있다. 상기 액체는 예를 들어 도 5a에 도시된 바와 같이 반사 요소(120)와 캐리어(110) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 액체(200)는 실질적으로 반사 요소들(120)의 전체 후방 표면(122)과 접촉하여 배치될 수 있다. 회전 시 반사 요소 상부 표면(121)의 외측 에지들의 침지를 회피하기 위하여, 액체(200)는 (부연하면, 반사 요소의 평면이 캐리어(110)와 실질적으로 평행한 때에) 그 상부 표면(201)이 반사 요소(120)의 평면보다 약간 더 낮은 레벨에 놓이도록 배치될 수 있다. 높이 차가 충분히 작은 것을 보장함으로써, 액체(200)의 표면 장력은 반사 요소의 외측 에지들에 인접한 영역들(202)이 반사 요소(120)의 에지와 만나는 것을 보장할 것이다. 그러므로, 액체(200)가 반사 요소(120)의 하부 표면(122)과 접촉하여 배치되는 것을 보장할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 대안적인 실시예에서 반사 요소(120)는 액체(200) 내에 완전히 침지될 수 있다. 따라서, 반사 요소(120)의 전체 표면적(즉, 상부 표면(121)과 하부 표면(122))이 액체(200)와 접촉한다. 반사 요소의 완전한 침지는 액체(200)의 표면 장력이 반사 요소(120)의 이동을 방해하거나 간섭하는 것을 회피하게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
사용 시, 액체(200)는 (반사하는 전자기 방사선의 높은 세기 강도에 의해 가열될 수 있는) 반사 요소(120)의 냉각을 돕는다. 액체(200)는 반사 요소(120)로부터 열 방산(heat dissipation)을 가능하게 한다.
또한, 액체(200)가 공기보다 훨씬 더 높은 점성을 갖기 때문에, 반사 요소(120)의 이동 시 댐핑 효과(damping effect)가 제공될 것이다. 개선된 댐핑은 이동 시 반사 요소들(120)에 대한 손상을 회피하는데 도움을 줄 수 있으며, 또한 반사 요소들의 위치설정의 정확성을 개선하는데에도 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이는, 예를 들어 반사 요소(120)의 위치를 보정하기 위한 위치 감지 및/또는 연계된 위치설정 서보(servo)에 대한 필요성이 없거나 또는 필요성이 감소된 상태로, 거울 어레이(100)가 작동될 수 있게 할 수 있다.
도 5c에 도시된 대안적인 실시예에서, 거울 어레이는 액체(200)를 에워싸는 커버(210)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버는 캐리어(110)와 실질적으로 평행하고, 또한 그로부터 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 커버 및 캐리어는 액체(200) 및 반사 요소들(120) 모두에 대한 엔클로저(enclosure)를 정의할 수 있다. 커버(210)는 예를 들어 반사기 요소들(120)의 이동을 그 사이에 수용하기 위해 캐리어(110)로부터 충분히 이격될 수 있다. 커버(210)는 사용되는 전자기 방사선의 특정 파장에 대해 투명한 물질로 형성되어야 한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 커버(210)는 석영, 보로실리케이트(borosilicate) 또는 CaF2로 형성될 수 있다. 필요하다면(예를 들어, CaF2를 이용하는 때에), 액체(200)로부터의 손상을 방지하기 위해 커버(210)가 코팅될 수 있다. 상기 커버는 비반사성 코팅(antireflective coating)으로 코팅될 수 있다.
몇몇 실시예에서는, 액체(200) 자체가 커버(210)를 전체적으로 또는 부분적으로 지지할 수 있다. 예를 들어, 액체(200)는 커버(210)의 무게를 지지하고, 평탄한 방위(flat orientation)로 상기 커버를 유지하도록 돕기 위해 약간 가압될 수 있다.
액체(200)는 (사용 시 방사선의 특정 파장에서) 침지 리소그래피에 적합한 여하한의 액체일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 액체(200)는 염화알류미늄, 하이드로젠 포스페이트(hydrogen phosphate)(또는 인산) 소듐 설페이트(sodium sulphate) 또는 물일 수 있다.
액체(200)는 반사 요소들(120)로부터 열 전달을 향상시키기 위해 반사 요소(들)(120)로부터 멀리 순환될 수 있다. 상기 액체는 예를 들어 거울 어레이(100)의 반사 영역으로부터 멀리 순환될 수 있다. 예를 들어, 상기 액체는 열 제어 유닛으로 순환될 수 있다. 거울 어레이로부터 순환되는 때에 액체를 냉각시키기에 적합할 수 있는 여러 가지 형태의 열 제어 유닛들이 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 열 제어 유닛은 예를 들어 수동 열 방산 디바이스(예를 들어, 히트 싱크(heat sink) 또는 라디에이터(radiator))일 수 있다. 대안적으로, 열 제어 유닛은 액체의 온도를 조절하도록 배치된 능동 시스템일 수 있다. 열 제어 유닛은 예를 들어 자동 온도 조절 장치로(thermostatically) 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 제어 유닛은 예를 들어 냉각 회로 또는 전열 디바이스(electrothermal device)(예를 들어, 펠티에 효과 디바이스(peltier effect device))를 포함할 수 있다.
반사 요소(들)(120)로부터의 액체(200)의 순환은 반사 요소(들)(120)의 위치가 방해되지 않고 그들의 이동도 방해되지 않도록 충분히 낮은 속력으로 수행되어야 한다. 추가적으로, 순환의 속력을 최소화하는 것은 반사 요소(들)(120)에 대한 손상을 회피하거나 방지하는데 도움을 줄 것이다.
물은 비교적 높은 (약 80의) 유전 상수를 갖기 때문에, 몇몇 실시예들에서는 액체(200)로서 예를 들어 물이 선택될 수 있다. 공기와 비해 액체(200)의 높은 유전 상수는 정전기 액추에이터 구성이 액추에이터들(150a, 150b)에 사용되는 때에 바람직한데, 그 이유는 액추에이터 전압들이 감소될 수 있기 때문이다. 또한, 높은 유전 상수는 다른 형태의 액추에이터, 예를 들어 압전 액추에이터 구성이 사용되는 때에도 바람직할 수 있다. 압전 액추에이터(또는 다른 액추에이터)는 용량성인 위치 피드백을 가질 수 있으며, 이러한 피드백은 액체(200)에 의해 향상된다.
액체, 예를 들어 물을 사용하는 때에, 정전기 액추에이터 구성을 이용하면, 액체의 전기분해 위험성이 존재하거나, (예를 들어 물로부터 해방된 수소의 전 착(deposition)에 의해) 액추에이터의 전극들이 극성화될 수 있다. 이러한 효과를 회피하기 위하여, 정전기 액추에이터들은 교번 전류를 사용하여 구동될 수 있다. 교번 전류의 사용은 상기 전류의 극성이 반사 요소(120) 상에 유도된 힘(상기 힘은 전압의 제곱에 비례한다는 사실에 기인)과 관련되지 않기 때문에 액추에이터들(150a, 150b)의 작동에 부정적인 형향을 주지 않는다. 교번 전류들의 사용으로부터 어떠한 부정적인 효과들, 예를 들어 반사 요소(120)의 진동(oscillation)을 더욱 회피하거나 최소화하기 위하여, 교번 전류의 주파수는 충분히 높은 주파수(예를 들어, 반사 요소(120)의 고유 모드(Eigen mode)들 이상의 주파수)를 갖도록 선택될 수 있다. 또한, 교번 전류의 파형은 어떤 부정적인 영향들을 최소화하도록 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어 파형은 정사각파일 수 있다.
또한, (액체(200)의 존재에 의해 제공된) 캐리어(110)와 반사 요소(120) 간의 증가된 전기 용량은 용량성 센서들이 반사 요소의 방위 및/또는 위치를 더욱 용이하게 측정하는데 사용될 수 있도록 한다. 이에 따라, 거울 어레이(100)는 반사 요소의 방위 또는 위치를 감지하기 위해 각각의 반사 요소(120)와 연계된 1 이상의 용량성 센서를 더 포함할 수 있다. 용량성 센서는 예를 들어 반사 요소(120)의 정확한 위치설정을 보장하도록 피드백 제어 시스템에 사용될 수 있다.
이상, 특정 실시예들이 서술되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
예를 들어, 상술된 실시예들이 개별적으로 회전가능한 반사 요소들을 사용하 고 있지만, 본 발명의 범위 내에 있는 (복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 포함하는) 다른 형태의 거울 어레이가 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 거울 어레이는 선형으로 변위되도록 배치된 복수의 반사 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 대안적인 일 형태의 거울 어레이 장치는 이동가능한 리본형 구조체의 형태로 된 복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 포함한다. 상기 어레이는, 예를 들어, 반사 표면의 어드레싱된 영역들에서는 입사 광을 회절 광(diffracted light)으로서 반사시키는 반면, 어드레싱되지 않은 영역들에서는 입사 광을 비회절 광(undiffracted light)으로서 반사시키도록 개별 요소들을 이동시킴으로써 어드레스될 수 있다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 비회절 광이 필터링될 수 있으므로, 회절 광만이 뒤에 도달하도록 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝된다.
본 발명에 따르면, 종래 기술의 한계인 과열에 의한 손상 및 작동 후의 반사 요소의 과도한 진동에 의해 손상을 방지하거나 회피할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (20)

  1. 거울 어레이 장치에 있어서,
    복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 지지하도록 구성된 캐리어;
    각각의 반사 요소와 연계된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 캐리어에 대해 연계된 반사 요소의 방위 및/또는 위치를 조정하도록 구성되며; 및
    상기 반사 요소들의 전체 또는 일부분과 접촉하는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 반사 요소는 상기 캐리어의 평면과 실질적으로 평행한 축을 중심으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 반사 요소는 상기 캐리어의 평면과 실질적으로 평행한 2 개의 축을 중심으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 반사 요소는 탄성 부재에 의해 상기 캐리어 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 반사 요소는 반사 표면을 포함하는 앞면 및 상기 액추에이터와 상호작동하도록 구성된 후방면을 포함하고, 상기 액체는 상기 반사 요소들의 후방면의 전체 또는 일부분과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 반사 요소와 상기 캐리어 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 반사 요소들을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어와 실질적으로 평행하고, 그로부터 이격되어 배치된 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 물인 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 반사 요소로부터 멀리 순환되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 반사 요소들로부터 열 제어 유닛으로 순환되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    용량성 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 정전기 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 교번 전류에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 교번 전류는 고-주파수 정사각파 교번 전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치.
  16. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성된 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상으로 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 구성된 투영 시스템; 및
    거울 어레이 장치를 포함하고, 상기 거울 어레이 장치는:
    복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 지지하도록 구성된 캐리어;
    각각의 반사 요소와 연계된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 캐리어에 대해 연계된 반사 요소의 방위 및/또는 위치를 조정하도록 구성되며; 및
    상기 반사 요소들의 일부분과 접촉하는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  17. 리소그래피 장치에서 방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 거울 어레이 장치를 포함하고, 상기 거울 어레이 장치는:
    복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 지지하도록 구성된 캐리어;
    각각의 반사 요소와 연계된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 캐리어에 대해 연계된 반사 요소의 방위 및/또는 위치를 조정하도록 구성되며; 및
    상기 반사 요소들의 일부분과 접촉하는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  18. 거울 어레이 장치를 냉각시키는 방법에 있어서,
    상기 장치는 복수의 개별적으로 조정가능한 반사 요소들을 포함하고,
    상기 방법은 상기 반사 요소들의 전체 또는 일부분과 직접적으로 열 접촉하는 액체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치를 냉각시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 반사 요소들로부터 멀리 상기 액체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치를 냉각시키는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 액체로부터 열을 제거하고, 상기 액체를 상기 반사 요소들로 복귀시키 는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 어레이 장치를 냉각시키는 방법.
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