KR20090074170A - 방사선 시스템 및 상기 방사선 시스템을 포함하는 리소그래피 장치 - Google Patents

방사선 시스템 및 상기 방사선 시스템을 포함하는 리소그래피 장치 Download PDF

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KR20090074170A
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Abstract

극자외 리소그래피 시스템에 사용하기 위한 광학 센서 장치(1)가 개시된다. 상기 장치는 센서 표면(3)을 포함하는 광학 센서 및 상기 센서 표면으로부터 데브리(6)를 제거하도록 구성된 제거 기구(5)를 포함한다. 이에 따라, 도즈 및/또는 오염 측정들이 리소그래피 시스템에 대해 편리하게 수행될 수 있다.

Description

방사선 시스템 및 상기 방사선 시스템을 포함하는 리소그래피 장치{RADIATION SYSTEM AND LITHOGRAPHIC APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광학 센서 장치 및 상기 광학 센서 장치를 포함하는 리소그래피 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명은 극자외(EUV) 리소그래피 시스템에서 사용하기 위한 광학 센서 장치에 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 개별 층 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 스테퍼들, 및 방사선 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 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
EUV 방사선 이외에, EUV 리소그래피에 사용되는 방사선 소스들은 통상적으로 광학기기 및 리소그래피 공정이 수행되는 작업 환경에 유해한 오염 물질을 생성한다. 이는, 특히 방전 생성 레이저 유도 플라즈마(discharge produced laser induced plasma)를 통해 작동하는 EUV 소스에 대한 경우에 그러하다. 이에 따라, EUV 리소그래피에서는, EUV 소스로부터 오는 방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 광학 시스템의 오염을 제한하려는 요구가 존재한다. 나아가, EUV 시스템에 축적되고 있는 오염의 양을 모니터링할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. EUV 소스에 의해 생성된 EUV 에너지의 양을 모니터링할 수 있는 또 다른 요구가 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 센서 표면을 포함하는 광학 센서, 및 상기 센서 표면으로부터 데브리(debris)를 제거하도록 구성된 제거 기구(removal mechanism)를 포함하는 극자외 리소그래피 시스템에서 사용하기 위한 광학 센서 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, EUV 방사선을 생성하는 EUV 소스에 광학 센서의 센서 표면을 노출시켜, 상기 EUV 방사선을 검출하는 단계, 및 상기 센서 표면으로부터 데브리를 제거하는 단계를 포함하는 EUV 방사선을 검출하는 방법이 제공된다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면;
도 4는 EUV 투과율(transmittance ratio)과 오염도(degree of contamination) 간의 관계를 예시하는 그래프; 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 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 연결된 지지 구조체(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 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 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 여 하한의 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 있 다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 지지 구조체)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블들(및/또는 지지 구조체들)이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블들(및/또는 지지 구조체들)이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블들(및/또는 지지 구조체들)에서는 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 예를 들어 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 리 소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 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 시스템과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 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 및 콘덴서와 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 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(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(IF1)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(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, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 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, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(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, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 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, 지지 구조체(MT)는 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 모 드들이 채택될 수도 있다.
도 2에서, 본 발명의 일 실시예가 도시된다. EUV 방사선 시스템(2)용 광학 센서 시스템(1)이 도시되며, 상기 센서 시스템(1)은 EUV 소스(4)에 노출된 센서 표면(3)을 포함한다. 나아가, 제거 기구(5)가 도시되고, 센서 표면(3)으로부터 데브리 층(6)을 제거하도록 구성되며, 상기 데브리 층은, 예를 들어 (통상적으로 Sn EUV 소스를 이용할 때) Sn 및/또는 탄소와 같은 다른 오염물들을 포함한다. 통상적으로, 방사선 시스템(2)은 Sn 또는 Xe 소스와 같은 방전 생성 플라즈마 소스(4)를 포함하나, 또 다른 타입의 소스들이 가능하다. EUV 방사선(7)이 상기 소스(4)로부터 이동하는 데브리(8)와 연계하여 주기적으로 생성되도록, 도 2에 도시된 소스(4)는 통상적으로 펄스화된 방식으로 작동된다. 통상적인 작동 주파수는 수(수십) kHz 범위 내에 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 광학 센서 시스템(1)은 EUV 감응성 섬광 물질(sensitive scintillation material: 9), 및 상기 섬광 물질(9)로부터 전자기 방사선(11)을 수용하는 광-검출기(10)를 포함하며, 상기 방사선(11)은 입사하는 EUV 방사선(7)에 의해 섬광 물질(9)의 섬광(12)에 의해 생성된다. 다른 물질들이 가능할 수 있지만, 일 실시예에서 EUV 감응성 섬광 물질(9)은 YAG:Ce를 포함한다. 이에 따라, YAG:Ce 물질은 EUV 방사선을 더 높은 파장 방사선, 통상적으로는 종래에 포토다이오드 등을 이용하여 전자적으로 변환되는 가시광 방사선(청색)으로 변환시킨다.
화학 세정 등과 같은 다른 세정 방법들이 실현가능할 수 있지만, 일 실시예 에서 데브리 제거 기구는 수소 라디칼 공급 시스템(hydrogen radical supply system: 5)을 포함한다. 이러한 수소 라디칼 공급 시스템은 공급된 수소 가스 분자들로부터 라디칼들(15)을 생성하기 위해, 수소 가스 공급 시스템(13) 및 필라멘트(14), 또는 당업자에게 알려진 마이크로파(microwave) 등과 같은 다른 수단을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 예를 들어 이 라디칼 생성기는, 예를 들어 2000 ℃의 온도에서 핫 필라멘트(hot filament)일 수 있다. 수소 라디칼들로 세정하는 방법을 이용하면, EUV 소스에 직면하는 도즈 센서(dose sensor)를 제공할 수 있다.
일 작동 모드에서, 데브리 층(6)은 센서 표면(3)으로부터 간헐적으로 제거될 수 있다. 이러한 작동 모드에서, 예를 들어 광-검출기(10)가 더 이상 광 에너지(11)를 수용하지 않거나 불충분하게 수용하는 것을 나타내는 소정(certain) 임계치에 도달할 때, 소정 간격 주기로 또는 요청에 따라, 간헐적으로 세정되는 오염 검출기로서 센서가 사용될 수 있다. 이러한 작동 모드에서는, 도 4를 참조하여 더 명확히 나타낸 바와 같이, 센서 표면상에 침전된 데브리 층(6)의 두께를 도출함으로써 오염 정도가 모니터링될 수 있다. 또 다른 작동 모드에서, 데브리(8)는 센서 표면(3)으로부터 계속 제거될 수 있고, 이는 제거 기구가 광학 센서 시스템(1)의 사용 동안에 효과적으로 활성이라는 것을 의미하며, 오염 정도는 소정 레벨, 예를 들어 바람직하게는 0, 또는 데브리 층(6)의 두께를 실질적으로 일정하게 유지함으로써 EUV 에너지의 입사 도즈가 신뢰성 있게 결정될 수 있는 레벨에서 유지된다.
도 2에 도시된 실시예에서, EUV 방사선(7)을 이용하면, 특히 EUV 방사선은 더 높은 파장 방사선과 달리 얇은 오염 층(5)에 대해 매우 민감하다는 장점을 갖는다. 이로 인해, 이전에 설명된 실시예는 가장 민감하며, 가장 빠른 응답을 제공할 것이다.
하지만, 몇몇 경우들에서는 이러한 높은 민감도를 필요로 하지 않을 수도 있다. 그 경우에서, YAG:Ce 물질(9)은, 예를 들어 유리 조각으로 대체될 수 있고, LED와 같은 별도의 방사선 소스(도시되지 않음)에 의해 생성된 더 긴 파장, 예를 들어 UV-IR 광 범위의 방사선 빔이 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 더 비용-절감적 수 있으며, 이와 동시에 센서를 오염(8)에 대해 덜 민감하게 한다. 따라서, 이 실시예는 더 많은 오염이 예상되는 적용들에 적합하다. 이는, 예를 들어 소스 데브리(8)가 여전히 충분히 존재하는 EUV 소스 근처의 위치에 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 EUV 방사선에 노출된 EUV 리소그래피 장치 내의 다양한 위치들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 광학기 상에서의 오염(예를 들어, 탄소) 성장의 양을 모니터링하고, (예를 들어, 진공의 누설로 인해) 오염 성장의 갑작스러운 증가를 알리도록 경보를 발행하기 위해, 센서는 일루미네이터 또는 투영 광학기들 근처에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 EUV 방사선 및 데브리에 직면한 EUV 소스 근처에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 패터닝 디바이스 상에 축적된 오염의 양을 모니터링하기 위해, 센서는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크) 근처에 배치된다. 패터닝 디바이스가 깨끗하게 유지되는 것이 중요하며, 그러므로 여기에서는 오염의 양을 검출하 도록 구성된 모니터가 유익하다. 예를 들어, 패터닝 디바이스는 EUV 레지스트의 기체-방출(out-gassing)로 인해 오염될 수 있다.
Sn 오염이 수소 라디칼들을 이용하여 YAG 샘플로부터 제거될 수 있는지가 테스트되었고, 높은 세정 속도(560 nm/hour 이상일 수 있음)를 생성한다고 밝혀졌다. 한 실험에서는, 스퍼터 증착을 이용하여 4.7 nm의 Sn 박막 층이 증착된 YAG의 원형(1 cm 직경) 조각이 사용되었다. 그 후, Sn 층의 두께가 측정되었다. 그 후, 상기 샘플은 핫-필라멘트 H 라디칼 소스를 이용하여 수소 라디칼들에 노출되었다. 작동 전류는 22.0 A이었고, 전압은 21.0 V 이었다. 배경 압력(background pressure)은 20.0 mbar이었고, 샘플 홀더의 온도는 15 내지 50 ℃ 사이에서 변동하였다. 표 1은 상기 실험에 대한 결과들을 나타낸다. 30 초의 총 처리 시간에서, 적어도 4.7 nm/30 seconds = 0.16 nm/s = 564 nm/hour의 세정 속도에 대응하여, 모든 Sn이 상기 샘플로부터 제거되었다.
샘플 Sn (㎍/㎠) Sn (nm)
YAG 이전 3.43 4.7
YAG 이후 0.01 0.01
도 3은 광학 센서 장치의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, EUV소스(4)가 도시된다. 또한, 광학 센서 시스템(1) 및 데브리 제거 기구(5)가 도시된다. 여기서, 센서 표면(3)은 회전가능한 EUV 반투명 플레이트(translucent plate: 16)의 표면 부분이다. 제거 기구(5)는 반투명 플레이트(16)의 또 다른 부분으로부터 데브리(8)를 제거하도록 배치된다. 상기 플레이트(16)는 연속적으로 또는 간헐적으로 회전될 수 있고, 검출기(10)의 정면에 위치된 부분은 스펙트럼 필터로서 사용될 수 있으며, 제어 기구(5) 근처에 위치된 부분은 세정된다. 대안적으로, 상기 플레이트는 데브리에 노출된 일부분을 제거 기구(5)로 이동시키기 위해 시프트되거나 병진될 수 있다. 일 실시예에서, EUV 반투명 플레이트(16)는 10 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 선택적으로 통과시킨다. 일 예시로서, EUV 반투명 플레이트(16)는 Nb 필터, Zr/Si 다층 필터, 또는 Zr/Nb 다층 필터를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서와 마찬가지로, 이 센서 시스템(1)의 적용은, 예를 들어 오염 모니터 또는 도즈 감지 시스템으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 3의 실시예는 EUV에 대해 여전히 어느 정도의 투과를 가지면서(예를 들어, 100 nm 두께의 Nb 필터는 62 %의 EUV 투과를 가짐) Sn 데브리를 억제하는 필터를 사용하고, 상기 필터의 정규 세정은 수소 세정을 이용한다. 이는, 필터(16)가 일주할 때마다 세정 스테이션(5)을 통과하도록 필터(16)를 회전시키고; 검출기(10)가 여전히 EUV를 겪게 하는 한편, 상기 검출기를 향하지 않은 필터의 일부분은 소스(4)로부터 차폐되도록, 상기 필터(16) 이전에 어퍼처(17)를 배치함으로써 행해질 수 있다.
실제 예시로서, 도 3에 도시된 실시예에 따른 EUV 검출기(1)는 EUV소스(4)로부터 10 cm의 거리에 배치된다. EUV소스(4)는 통상적으로 펄스당 1015 내지 1016인 데브리 양을 생성한다. 15 kHz의 반복 주파수의 경우, (Sn EUV소스의 경우) Sn의 2.5*10-5 내지 2.5*10-4 mol과 등가로, 초당 15*1018 내지 15*1019의 총 원자 양이 방출된다. 이에 따라, 이 예시에서, (10 cm의 거리에서) 단위 면적당 Sn 원자들의 플럭스(flux)는 1.98*10-4 내지 1.98*10-3 mol/(m2*s)이며, 이는 증착된 Sn 질량 2.35*10-5 내지 2.35*10-4 kg/(m2*s), 및 층 두께(Sn의 밀도는 7.29*103 kg/m3) 3.2 내지 32 nm/s에 대응한다. 이 예시에서, 통상적인 Sn-세정 속도는 3.2 내지 32 nm/s 또는 그 이상의 값 사이에 있을 것이고, 이는, 예를 들어 도 2 및 도 3의 실시예들에 예시된 바와 같은 수소 라디칼 공급 시스템(13)으로부터 수소 라디칼들을 공급하는 수소 세정 방법을 이용하여 고려할 수 있다. 세정 방법은 이러한 타입의 수소 세정으로 제한되지 않으며, 할로겐 세정 등과 같은 또 다른 세정 방법이 있을 수 있음은 물론이다.
수소 세정이 적용되는 일 실시예에서, 바람직하게는, 세정되어야 할 표면에는 0.2 미만의 수소 라디칼 재결합 상수를 갖는 캡 층(cap layer)가 제공되며, 이는, 예를 들어 Si3N4 층에 의해 제공될 수 있다. 이러한 캡 층은 수소 세정의 효율성을 크게 개선시킬 수 있다.
또한, 필터(16)가 방사선 소스(4)에 노출되도록 회전 주파수(Q)가 바람직하게 선택되며, 상기 노출은 약 0.8 nm 두께의, 또는 더 일반적으로 0.4 내지 2 nm 범위의 두께를 갖는 Sn 층을 유도한다. 약 32 nm/s의 성장 속도의 경우, 이는 약 0.8/32 = 25 ms 미만의 노광 시간을 수반할 것이다. 1 cm2의 활성 센서 영역(3)에 대한 통상적인 값으로, 이는 약 0.01/0.025 = 0.4 m/s 이상의 선형 속력을 수반할 것이며, 이는 EUV 검출기(1)의 활성 영역(3)의 중심과 15 cm의 회전 중심 간의 통상적인 반경 거리에 대해, 0.4 Hz 이상의 회전 주파수에 대응할 수 있을 것이다.
도 4를 참조로, EUV 투과율과 오염 정도 간의 관계를 나타내는 그래프가 도시된다. 이에 따라, 거의 지수 관계가 존재하며, 입사 및 투과 에너지의 비율로서 정의된 투과율은 데브리 층(6)의 두께에 따라 지수적으로 감소한다. 예를 들어, 1 nm의 오염 두께는 5 %의 투과율의 변화에 대응하며, 이는 통상적으로 방사선 센서로 달성하기 쉬운 정확성이다. 30 nm 두께의 경우, 투과율은 약 0.1이고, 100 nm 두께의 경우, 투과율은 거의 0으로 감소된다.
이에 따라, 검출기(10)에 의한 투과율의 측정은 오염의 양, 더 구체적으로는 데브리 층(6)의 두께의 양을 나타낸다. 오염은 시간이 경과함에 따라 서서히 축적될 수 있거나, 예를 들어 진공 시스템에서의 문제(예를 들어, 진공 탱크의 누설)로 인해 일시적으로 성장될 수 있다. 그러므로, 광학 센서 시스템(1)에 의해 검출된 투과율의 연속적인 모니터링은, 오염의 갑작스러운 증가와 같은 검출된 비-일정치(irregularity)들에 대해 알맞고 적절한 조치가 취해지도록 하는 수단일 수 있다. 나아가, 일 실시예에서, 섬광 물질은 약 2 내지 3 %의 변환 효율성(conversion efficiency)을 갖는(즉, EUV 방사선을 가시광으로 변환시키는) YAG:Ce이다. 또 다른 물질, CaS:Ce는 약 0.1 내지 2 %의 변환 효율성을 가지며, 또한 적합하다.
도 5는 센서 표면(3)으로부터 데브리(6)를 제거하도록 구성된 제거 기구(5)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 제어 기구(5)는 센서 표면(3)의 온도를 능동적으로 또는 수동적으로 상승시키도록 가열 시스템(18)을 포함한다. 온도를 상승시킴으로써, 동적 평형(dynamic equilibrium)이 도달될 수 있고, 침전된 데브리 양은 데브리 상승 속도에 매칭될 수 있으며, 예를 들어 Sn 데브리의 경우, 이러한 상승 온도는 약 900 ℃ 내지 최대 약 1400 ℃ 이상일 것이다. 이에 따라, 연속적 또는 준-연속적(semi-continuous) 상태가 도달될 수 있으며, 연장된 시간 프레임에 걸쳐 도즈 측정들 또는 오염 측정들이 수행될 수 있다. 일 예시로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 표면은 수직 벽(upstanding wall: 19)들에 의해 둘러싸일 수 있으며, 상기 벽들(19)을 가열하도록 구성된 가열 요소들(20)을 포함한다. 추가적으로, 이러한 벽들은 센서 표면(3) 및/또는 검출기(10)로 광을 수집 및 시준하는 시준기(21)로서 제공될 수 있다.
나아가, 도 5를 참조하여 예시된 셋업에서, 10 mm 유수층(flowing water layer: 22)은 IR 흡수 유리 필터(23)와 조합하여 (추정된 총 27 W를 기초로) 각각 25.4 W 및 1.6 W로 냉각시킬 수 있다. 최상부 유수층은 광-대역 스펙트럼 투과 필터, 예를 들어 MgF2, SiO2 또는 CaF2를 이용하여 시일링될 수 있다.
본 명세서의 1 이상의 실시예들은 센서 시스템(1)과 EUV 소스(4) 간의 경로 내에 제공된 추가 데브리 이동 수단 없이, 실질적으로 EUV 소스(4)의 부근에 사용될 수 있다. 하지만, 목적에 따라, 센서 시스템(1)은 방사선 시스템(2)의 더 하류에, 예를 들어 오염물 트랩(도시되지 않음) 부근에 존재할 수 있다. 오염물 트랩은 EUV 소스에 의해 생성된 방사선의 투과 방향과 대체로 평행하게 정렬된, 많은 수의 조밀하게 패킹된 포일들을 사용하는 디바이스일 수 있다. 마이크로-입자들, 나노-입자들 및 이온들과 같은 오염물 데브리(8)는 포일 플레이트들에 의해 제공된 벽들 내에 포획될 수 있다. 따라서, 이러한 포일 트랩은 소스로부터 오염 물질을 포획하는 오염 배리어로서 기능한다. 포일 트랩으로부터 하류에, EUV 소스로부터 EUV 방사선을 수집하고, 상기 EUV 방사선을 하류에서 투영 광학기에 의해 더 컨디셔닝된 빔으로 포커스하도록 가능하는 콜렉터가 존재할 수 있다. 따라서, 콜렉터는 EUV 소스(4)로부터 또 다른 EUV 광학기로 EUV 방사선을 수용한다. 이러한 콜렉터 요소는 중심 축 방향을 따라 원통형 대칭일 수 있고, 실질적으로 1 내지 7 cm 범위의 거리에서 적층된 동심적으로 곡선화된 쉘 모양의(concentrically curved shell formed) 반사 표면들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 다층 수직 입사 타입으로 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 광학 센서 장치의 1 이상의 실시예들이 소스 부근에 위치된 장치로서 설명되었지만, 상기 센서는, 예를 들어 시스템의 오염 레벨을 측정하는, 특히 예를 들어 탄소 레벨 등을 측정하는 더 하류의 광학기에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 센서 표면이 EUV 방사선 소스에 직접 노출되지 않으며, 1 이상의 EUV 반사 거울들을 통해 간접적으로 노출될 수 있다.
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 명세서의 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 이해할 것이다. 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 남기는 레지스트로부터 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.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (21)

  1. 극자외 리소그래피 시스템에서 사용하기 위한 광학 센서 장치에 있어서,
    센서 표면을 포함하는 광학 센서; 및
    상기 센서 표면으로부터 데브리(debris)를 제거하도록 구성된 제거 기구(removal mechanism)를 포함하는 광학 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 센서는 EUV 감응성 섬광 물질(sensitive scintillation material); 및 입사 EUV 방사선에 의해 유도된 섬광에 응답하여, 상기 섬광 물질로부터 방출되는 광 에너지를 검출하도록 구성된 검출기를 포함하는 광학 센서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 EUV 감응성 섬광 물질은 YAG:Ce를 포함하는 광학 센서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 표면은 회전가능한 플레이트의 표면 부분을 포함하고, 상기 제거 기구는 상기 플레이트의 또 다른 부분으로부터 데브리를 제거하도록 구성된 광학 센서 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플레이트는 EUV 반투명 플레이트(translucent plate) 또는 EUV 감응성 섬광 물질인 광학 센서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 EUV 반투명 플레이트는 EUV 소스로부터의 EUV 방사선 빔의 스펙트럼 범위를 선택적으로 투과시키도록 구성되는 광학 센서 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 EUV 반투명 플레이트는 10 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 선택적으로 통과시키는 광학 센서 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 EUV 반투명 플레이트는 Nb 필터, Zr/Si 다층 필터, 또는 Zr/Nb 다층 필터를 포함하는 광학 센서 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 기구는 수소 라디칼 공급 시스템을 포함하는 광학 센서 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 표면은 0.2 미만의 수소 라디칼 재결합 상수를 갖는 캡 층을 포함하는 광학 센서 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 캡 층은 Si3N4를 포함하는 광학 센서 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 기구는 상기 센서 표면의 온도를 상승시키도록 구성된 가열 시스템을 포함하는 광학 센서 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 상승 온도는 적어도 900 ℃ 이상인 광학 센서 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 표면은 수직(upstanding) 주위 벽들에 의해 둘러싸이고, 상기 벽들을 가열하도록 구성된 가열 요소들을 포함하는 광학 센서 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 EUV 소스는 레이저 유도 플라즈마 소스 또는 방전 생성 플라즈마 소스 인 광학 센서 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 Sn 또는 Xe을 포함하는 광학 센서 장치.
  17. EUV 방사선을 검출하는 방법에 있어서,
    EUV 방사선을 생성하는 EUV 소스에 광학 센서의 센서 표면을 노출시켜, 상기EUV 방사선을 검출하는 단계; 및
    상기 센서 표면으로부터 데브리를 제거하는 단계를 포함하는 EUV 방사선 검출 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 센서 표면상에 배치된 데브리 층을 통해 투과된 방사선의 방사선 투과율을 도출하는 단계; 및
    상기 투과율과 방사선 시스템의 오염 정도를 결부시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 데브리는 상기 센서 표면으로부터 간헐적으로 제거되는 EUV 방사선 검출 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 데브리 층을 통해 투과된 방사선은 EUV 방사선 소스에 의해 투과된 EUV 방사선인 EUV 방사선 검출 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 센서 표면상에 침전된 일정한 양의 데브리를 제공하기 위해, 상기 센서 표면으로부터 상기 데브리를 계속 제거하는 단계; 및
    상기 센서 표면상에 입사한 EUV 방사선 에너지 레벨을 계산하는 단계를 더 포함하는 EUV 방사선 검출 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 일정한 양은 실질적으로 0인 EUV 방사선 검출 방법.
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