KR20100038156A - 리소그래피 장치 및 습도 측정 시스템 - Google Patents

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레온 반 두렌
요한네스 헨리쿠스 빌헬무스 야콥스
바우터 안드리에스 욘케르
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

예를 들어, 리소그래피 장치에서 사용되는 습도 측정 시스템이 개시된다. 습도 측정 시스템은 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드를 포함한다. 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함한다. 신호 처리 유닛은 방사선 검출기에 연결된다. 신호 처리 유닛은 흡수되고 있는 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된다. 또한, 신호 처리 유닛은 파장 정보를 얻도록 파장가변 레이저 다이오드에 연결된다. 신호 처리 유닛은 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하도록, 또한 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치된다.

Description

리소그래피 장치 및 습도 측정 시스템{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND HUMIDITY MEASUREMENT SYSTEM}
본 발명은 리소그래피 장치에서 사용될 수 있는 습도 측정 시스템, 및 디바이스를 제조하는 방법에 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 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1 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 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행한 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스에서 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
습도를 측정하기 위해 많은 측정 원리들이 존재하며, 또한 이는 몇몇 상황들 또는 적용들에서 리소그래피 장치에 사용된다. 대부분의 방법들은 공기의 습도를 직접 측정하지 않고, 2-차 효과들: 예를 들어 흡습성 코팅 기판(hygroscopic coated substrate)의 기계적 응답 주파수 또는 전기적 특성들의 변화들, 또는 냉각 거울(chilled mirror)의 반사율의 변화에 의존한다. 직접적인 방법들은 매우 낮은(< ppm) 농도를 측정하는데 광 흡수를 사용하는 공동 링 습도 센서(cavity ring humidity sensor); 및 수소의 전기 방전에 의해 발생되는 리만-알파선(lyman-alpha radiation)의 흡수를 이용하는 리만-알파 센서들을 포함한다. 공동 링 센서들은 매우 낮은(< ppm) 농도들에서만 적절하다. 리만-알파 센서들은 부정확하고, 오염 및 감성(degradation) 문제들로 인해 소스 및 광학기에 있어서 제한된 수명을 갖는다. 2-차 효과들에 의존하는 모든 센서들은 평형이 형성될 것을 요구한다. 관련된 물리적 공정들의 속력이 제한되기 때문에, 상기 센서들은 비교적 매우 느리고 측정 '지연(lag)'을 겪는다.
리소그래피 적용들에서 특정한 상황들에 사용될 수 있고, 충분한 정확성 및 측정률을 갖는 습도 측정 시스템을 얻는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드(tunable laser diode)- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크(absorption peak)와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 및 흡수되고 있는 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛을 포함한 습도 측정 시스템이 제공된다. 신호 처리 유닛은 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 제공하는 단계- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 파장의 함수로서 흡수되고 있는 측정 방사선 빔의 세기를 측정하는 단계, 파장 범위에서 측정된 세기의 극값을 검출하는 단계, 및 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하는 단계를 포함한 습도 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치가 제공되고, 상기 리소그래피 장치는 간섭 계 위치 측정 시스템, 및 상기 간섭계 위치 측정 시스템에 연결되는 본 발명에 따른 습도 측정 시스템을 더 포함하며, 상기 간섭계 위치 측정 시스템은 보정을 위해 습도 데이터를 수신하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치가 제공되고, 상기 리소그래피 장치는 1 이상의 침지 시스템 구성요소들, 및 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들로부터 추출된 공기 내의 습도를 측정하고, 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들 상의 열 부하를 결정하는 본 발명에 따른 습도 측정 시스템을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되고 배치된 지지체를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다. 패터닝 디바이스는 방사선 빔을 패터닝하도록 구성된다. 기판 지지체는 기판을 지지하도록 구성되고 배치되며, 투영 시스템은 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되고 배치된다. 상기 장치는 기판의 위치를 측정하도록 구성되고 배치된 간섭계, 및 상기 간섭계에 연결된 습도 측정 시스템을 포함한다. 습도 측정 시스템은 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 및 흡수되고 있는 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛을 포함한다. 신호 처리 유닛은 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치된다. 간섭계는 보정을 위해 습도 측정 시스템으로부터 습도 데이터를 수신하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되고 배치된 지지체를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다. 패터닝 디바이스는 방사선 빔을 패터닝하도록 구성된다. 기판 지지체는 기판을 지지하도록 구성되고 배치되며, 투영 시스템은 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되고 배치된다. 상기 장치는 투영 시스템과 기판 지지체 및/또는 기판 사이에 위치된 침지 시스템, 및 상기 침지 시스템의 1 이상의 구성요소들로부터 추출된 공기 내의 습도를 측정하고, 1 이상의 침지 시스템 구성요소들 상의 열 부하를 결정하도록 구성되고 배치된 습도 측정 시스템을 포함한다. 습도 측정 시스템은 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 및 흡수되고 있는 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛을 포함한다. 신호 처리 유닛은 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디 바이스를 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 지지체(예를 들어, 기판 또는 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 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 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. 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 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 내포 하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 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" 기계에서는 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 조정기(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 지지 구조체(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 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또 는 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 마크들은 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 적어도 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) 상 에 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 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, 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.
침지 리소그래피 툴들에서는, 노광 단계 시 웨이퍼 테이블을 통해 공기와 물의 2-상 흐름이 추출된다. 기류로의 물의 증발은 웨이퍼 테이블 내부에 바람직하지 않은 열 부하를 야기할 수 있다. 이 열 부하를 정량화하기 위해, 특히 웨이퍼 테이블 안팎으로 흐르는 공기의 습도의 증가가 결정된다. 상용가능한 습도 센서들은 측정 주파수(> 1 Hz) 및 정확성(< 1 %)에 대한 요구 사양들을 충족시키지 않는다.
일종의 수증기와 그 주변의 평형의 형성 또는 요란(disturbance)에 의존하는 방법들은, 물리적/화학적 평형이 제한된 속력으로 이동되기 때문에 일반적으로 너무 느리다. 질량 분석법은 정확성 및 측정 주파수에 대한 사양들을 충족시키지만, 이 방법은 부피가 크며(bulky) 고가이다.
본 명세서에서, 사용되는 용어들은 명확함을 위한 것이 아니라, 당업자에게 알려져 있고 분명한 것으로 간주되며, 본 명세서에서 주어진 다음 용어들은 주어진 해석으로 사용된다. 습도는 공기 내의 수증기의 존재를 칭한다. 상대 습도는 실제 수증기 압력과 포화(최대) 수증기 압력의 비이다. 전형적으로, 이는 백분율로서 표현된다. 가능한 최대 수증기 압력이 온도에 따라 변하기 때문에, 상대 습도는 온도 의존성이다. 절대 습도는 주어진 샘플에서의 수증기의 정량적 양이다. 이는 절대적 단위; 예를 들어, 질량 분율(mass fraction)(kg/kg) 또는 몰 분율(mol/mol)로 표현된다. 이상 기체들에 대해 몰 부피가 동일하기 때문에, 몰 분 율 및 부피 분율은 동일한 것으로 간주될 수 있다.
본 발명에 따르면, 물 분자들에 의한 광 흡수는 공간, 예를 들어 리소그래피 장치의 기류가 흐르는 공간 내의 습도를 직접 측정하는데 사용된다. 물 분자들에 의해 야기되는 흡수 피크는 예를 들어 약 1877 nm에서 존재한다고 발견되었다. 이용가능할 수 있는 다른 피크들의 예시들은 약 2500, 1950, 1450 및 1392 nm에서 존재한다.
습도 측정 시스템(10)의 예시적인 실시예가 도 2에 개략적으로 도시된다. 방사선 소스(11)- 예를 들어, 레이저 다이오드의 형태임 -가 렌즈(18)에 의해 측정 빔으로 변환되는 방사선 빔을 방출한다. 측정 빔(5)은 검출기(12)를 향해 지향된다. 또 다른 렌즈(18) 및 검출기(12)를 이용하여, (측정 빔(5)의 전체 경로에서의 흡수를 포함하는) 측정된 세기 신호가 신호 수집(acquisition) 및 처리 유닛(14)으로 공급된다.
레이저 다이오드(11)는 레이저 다이오드 드라이버(15)에 연결되며, 이는 예를 들어 온도 및 전류 제어를 이용하여 측정 빔(5)의 특성, 가장 중요하게는 파장 및 출력 전력을 제어한다. 레이저 다이오드(11)는, 당업계에 알려져 있는 바와 같이 출력 파장이 정확하게 제어될 수 있는 파장가변 레이저 다이오드일 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버(15)는, 레이저 다이오드(11)가 변화하는 파장, 예를 들어 사전설정된 파장 범위에 걸친 연속한 스위프(sweep)를 갖는 빔을 방출하게 하도록 배치될 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버(15)는 (파장 신호로서 직접적으로, 또는 예를 들어 파장가변 레이저 다이오드(11)에 대한 설정점들로서 사용되는 전류 들 및 온도들과 같은 파라미터들만을 제공하여 간접적으로) 정밀한 파장 정보를 제공하기 위해 신호 수집 및 처리 유닛(14)에 연결된다.
일 실시예에서, 습도 측정 시스템(10)은 (추가 렌즈(18)를 통해) 측정 빔의 일부분을 기준 검출기(16)로 지향하는 빔 스플리터(17)를 더 포함한다. 기준 검출기(16)를 이용하여 측정된 세기 기준 신호가 신호 수집 및 처리 유닛(14)으로 공급된다. 이 기준 신호는 검출기(12)로부터 측정된 세기 신호의 처리에서 드리프트(drift) 및/또는 소스 불안정성을 보상하는데 사용될 수 있다.
이 측정 셋업에서 사용되는 렌즈들(18)은 비구면 렌즈들일 수 있으며, 이는 검출기(12) 및 기준 검출기(16) 상에 주어진 빔 폭 및 명확한 측정 스폿들을 갖는 명확한 평행 측정 빔(5)을 제공한다. 측정 빔 폭 및 길이는 습도 측정과 연계된 실제 부피를 결정한다. 이는 특정한 측정 요구들에 따라 측정 빔 폭 및 길이를 적합하게 한다. 예시적인 실시예에서, 상기 빔 폭은 수 밀리미터 대(in the order of a few millimeters)였다.
도 3에서, 측정된 예시적인 세기 프로파일은 파장의 함수로서 도시된다. 관심 범위에(예를 들어, 1877 nm +/- 10 %), 물 분자들에 의해 야기된 흡수 피크가 존재한다(그러나 더 낮은 파장에서 다른 흡수 피크들로부터 멀리 떨어진 하나가 도 3에 도시됨). (연속한) 파장 범위에 걸쳐 스캔을 수행하도록 파장가변 레이저 다이오드(11)를 제어함으로써, 약 1877 nm에서 물 분자들에 의해 야기된 정확한 흡수 피크의 극단이 매우 정확하게 결정될 수 있다. 신호 수집 및 처리 유닛(14)은 관심 범위에서 세기 극값을 매우 정밀하게 결정하도록 배치될 수 있으며, 또한 앞서 설명된 기준 신호를 이용하여 측정 빔(5)의 경로에서 습도를 정확하게 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 수집 및 처리 유닛(14)은 1877 nm 흡수 피크 외부의 세기 측정들로부터 기준 신호를 결정하도록 배치될 수 있는데, 이는 그 파장들에 대해 흡수가 일어나지 않기 때문이다. 1877 nm에서의 기준 값은, 예를 들어 1877 nm 파장으로부터 더 멀리서 측정된 세기 값들의 보외법을 이용하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 제공하는 파장가변 레이저 다이오드- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 및 흡수되고 있는 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하는 방사선 검출기에 연결되고 파장 정보를 얻도록 파장가변 레이저 다이오드에 연결되는 신호 처리 유닛을 포함한 습도 측정 시스템이 제공되고, 상기 신호 처리 유닛은 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치된다.
일 실시예에서, 제 1 파장은 1877 nm이다. 파장 범위는, 예를 들어 1877 nm +/- 1.5 nm이다. 이는 물 분자들의 전체 흡수 피크를 포함하며, 또한 통상적으로 이용가능하고 알맞은 구성요소들을 사용하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 예를 들어 드리프트 또는 소스 불안정성을 보상하도록 제 1 파장에서의 기준 값(즉, 물 분자들에 의한 흡수가 없음)을 결정하기 위해, (제 1 파장 주위에서 물 분자들에 의해 야기된 흡수 피크 외부의) 제 2 파장에서 측정된 세기가 사용될 수 있다. 제 2 파장에서 측정된 세기(또는 다수 파장들에서 측정된 복수의 세기들)로부터, 앞선 실시예에서 설명된 바와 같이, 제 1 파장에서의 기준 값을 얻기 위해 파장의 함수로서 전체 범위가 결정될 수도 있다.
또한, 습도 측정 시스템은 파장가변 레이저 다이오드로부터 측정 방사선 빔을 수용하고, 또 다른 방사선 검출기로 기준 빔을 지향하는 빔 스플리터를 포함하며, 상기 또 다른 방사선 검출기는 기준 세기 신호를 제공하기 위해 신호 처리 유닛에 연결된다.
일 실시예에서, 습도 측정 시스템은 측정 방사선 빔을 제공하고, 또한 각각의 검출기들 상에 상기 빔을 포커스할 수 있는 1 이상의 렌즈들을 더 포함한다.
신호 처리 유닛은, 일 실시예에서 측정된 세기 값을 수신하는 습도 모델, 및 측정 방사선 빔의 온도 및 압력에 기초하여 습도 값을 결정하도록 배치된다.
일 실시예에 따르면, 파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 제공하는 단계- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -, 파장의 함수로서 흡수되고 있는 측정 방사선 빔의 세기를 측정하는 단계, 파장 범위 내에서 측정된 세기에서의 극값을 검출하는 단계, 및 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하는 단계를 포함한 습도 측정 방법이 제공된다. 제 1 파장은, 예를 들어 1877 nm이고, 파장 범위는 1877 nm +/- 10 %일 수 있다. 예를 들어, 드리프트 또는 소스 불안정성을 보상하도록 제 1 파장에서의 기준 값을 결정하기 위해, 제 2 파장에서 측정된 세기가 사용될 수 있다. 상기 방법은 측정된 세기 값을 수신하는 습도 모델, 측정 방사선 빔의 온도 및 압력에 기초하여 습도 값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
습도 측정 시스템(10)의 본 실시예들은 측정 공간(5)에서 물 분자들에 의한 1877 nm에서의 광 흡수를 직접적으로 및 즉각적으로 측정하기 때문에, 높은 측정률이 가능하다(> 1 Hz). 또한, 습도 측정 시스템의 요소들은 감성의 경향이 없으며, 측정 공간(5)의 압력 또는 온도에 관계없이 0 내지 100 %의 전체 습도 범위에 걸쳐 사용될 수 있다. 흡수의 변화들이 매우 정확하게 측정될 수 있으며, 이는 다른 인자들(온도, 압력)이 흡수에 어떻게 영향을 주는지를 고려하는 모델과 조합하여 높은 측정 정확성을 유도한다. 1877 nm 주위의 파장 범위에서 작동하는 파장가변 레이저 다이오드(11)는 쉽고 알맞게 이용가능하다.
리소그래피 적용들에서, 예를 들어 도 1을 참조하여 설명된 리소그래피 장치에서, 본 발명의 습도 측정 시스템(10)은 다양한 서브시스템들로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 습도 측정 시스템(10)은 웨이퍼 스테이지(WS) 간섭계 위치 측정 시스템 상에서의 습도 변화들의 영향을 보정하기 위해 적용될 수 있다. 높은 측정 주파수 및 정확성이 실시간 보정을 허용할 것이다. 또 다른 적용은 침지 기반 리소그래피 시스템들에 대해 고려될 수 있다. 리소그래피 장치 내의 몇몇 구성요소, 특히 웨이퍼 테이블 또는 침지 후드 내에 위치된 것들은 열적으로 부하가 걸리며, 이 구성요소들로부터 추출되는 공기의 습도는 상기 열 부하에 대한 직접 측정이다. 본 발명의 습도 측정 시스템(10)을 이용한 침지 시스템 내의 다양한 구성요소들에 대한 열 부하의 이 직접 측정은 웨이퍼 테이블 및 침지 후드의 설계를 최적화하게 한다.
본 발명의 실시예들은 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도 록 배치된 리소그래피 장치에 관한 것이고, 상기 리소그래피 장치는 간섭계 위치 측정 시스템, 및 상기 간섭계 위치 측정 시스템에 연결되는 앞서 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 습도 측정 시스템을 더 포함하며, 상기 간섭계 위치 측정 시스템은 보정을 위해 습도 데이터를 수신하도록 배치된다.
본 발명의 실시예들은 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치에 관한 것이고, 상기 리소그래피 장치는 1 이상의 침지 시스템 구성요소들, 및 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들로부터 추출된 공기 내의 습도를 측정하고, 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들 상의 열 부하를 결정하는 앞서 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 습도 측정 시스템을 더 포함한다.
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. 당업자라면, 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 이해할 것이다. 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.
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 도시하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 습도 측정 시스템의 일 실시예의 개략적인 다이어그램; 및
도 3은 파장의 함수로서 세기 프로파일의 예시적인 그래프이다.

Claims (15)

  1. 습도 측정 시스템에 있어서:
    파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드(tunable laser diode)- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크(absorption peak)와 연계된 제 1 파장을 포함함 -; 및
    흡수되고 있는 상기 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 상기 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛;
    을 포함하고, 상기 신호 처리 유닛은 상기 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 상기 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치되는 습도 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 파장은 1877 nm인 습도 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파장 범위는 1877 nm +/- 1.5 nm인 습도 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 파장에서의 기준 값을 결정하기 위해, 제 2 파장에서 측정된 세기가 사용되는 습도 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장가변 레이저 다이오드로부터 상기 측정 방사선 빔을 수용하고, 또 다른 방사선 검출기로 기준 빔을 지향하도록 구성된 빔 스플리터를 더 포함하며, 상기 또 다른 방사선 검출기는 상기 신호 처리 유닛에 연결되고, 기준 세기 신호를 제공하도록 구성되는 습도 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은 상기 측정된 세기 값을 수신하는 습도 모델, 및 상기 측정 방사선 빔의 온도 및 압력에 기초하여 습도 값을 결정하도록 더 배치되는 습도 측정 시스템.
  7. 습도 측정 방법에 있어서:
    파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 제공하는 단계- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -;
    파장의 함수로서 흡수되고 있는 상기 측정 방사선 빔의 세기를 측정하는 단계;
    상기 파장 범위에서 상기 측정된 세기의 극값을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하는 단계;
    를 포함하는 습도 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 파장은 1877 nm인 습도 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 파장 범위는 1877 nm +/- 10 %인 습도 측정 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 파장에서의 기준 값을 결정하기 위해, 제 2 파장에서 측정된 세기가 사용되는 습도 측정 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정된 세기 값을 수신하는 습도 모델, 및 상기 측정 방사선 빔의 온도 및 압력에 기초하여 습도 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 습도 측정 방법.
  12. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치에 있어서,
    간섭계 위치 측정 시스템, 및 상기 간섭계 위치 측정 시스템에 연결되는 제 1 항에 따른 습도 측정 시스템을 포함하고, 상기 간섭계 위치 측정 시스템은 보정을 위해 습도 데이터를 수신하도록 배치되는 리소그래피 장치.
  13. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치에 있어서,
    1 이상의 침지 시스템 구성요소들, 및 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들로부터 추출된 공기 내의 습도를 측정하고, 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들에 대한 열 부하를 결정하는 제 1 항에 따른 습도 측정 시스템을 포함하는 리소그래피 장치.
  14. 리소그래피 장치에 있어서:
    방사선 빔을 패터닝하도록 구성되는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되고 배치된 지지체;
    기판을 지지하도록 구성되고 배치된 기판 지지체;
    상기 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되고 배치된 투영 시스템;
    상기 기판의 위치를 측정하도록 구성되고 배치된 간섭계 위치 측정 시스템; 및
    상기 간섭계 위치 측정 시스템에 연결된 습도 측정 시스템;
    을 포함하고, 상기 습도 측정 시스템은
    파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -; 및
    흡수되고 있는 상기 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 상기 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛;
    을 포함하며, 상기 신호 처리 유닛은 상기 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 상기 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치되고,
    상기 간섭계 위치 측정 시스템은 보정을 위해 상기 습도 측정 시스템으로부터 습도 데이터를 수신하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  15. 리소그래피 장치에 있어서:
    방사선 빔을 패터닝하도록 구성되는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되고 배치된 지지체;
    기판을 지지하도록 구성되고 배치된 기판 지지체;
    상기 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되고 배치된 투영 시스템;
    상기 투영 시스템과 상기 기판 지지체 및/또는 상기 기판 사이에 위치된 침지 시스템; 및
    상기 침지 시스템의 1 이상의 구성요소들로부터 추출된 공기 내의 습도를 측정하고, 상기 1 이상의 침지 시스템 구성요소들에 대한 열 부하를 결정하도록 구성되고 배치된 습도 측정 시스템;
    을 포함하고, 상기 습도 측정 시스템은
    파장 범위 내의 파장을 갖는 측정 방사선 빔을 방출하도록 구성된 파장가변 레이저 다이오드- 상기 파장 범위는 물 분자들의 흡수 피크와 연계된 제 1 파장을 포함함 -; 및
    흡수되고 있는 상기 파장가변 레이저 다이오드의 측정 방사선 빔의 세기를 측정하도록 구성된 방사선 검출기에 연결되고, 파장 정보를 얻도록 상기 파장가변 레이저 다이오드에 연결된 신호 처리 유닛;
    을 포함하며, 상기 신호 처리 유닛은 상기 파장의 함수로서 측정된 세기에서 극값을 검출하고, 상기 검출된 극값으로부터 습도 값을 계산하도록 배치되는 리소그래피 장치.
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