KR20130020876A

KR20130020876A - 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기와 조명 방법

Info

Publication number: KR20130020876A
Application number: KR1020120084396A
Authority: KR
Inventors: 보리스라프 즐라타노프; 앤드류 엠. 하우리루크
Original assignee: 울트라테크 인크.
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-03-04
Also published as: US8823921B2; TW201316132A; CN102955376B; JP2013048237A; CN102955376A; SG188038A1; SG10201503937XA; JP5521012B2; US20130044301A1; TWI497229B

Abstract

포토리소그래피를 위한 프로그래머블 조명기는 광원, 광 균일화 요소를 갖는 제1 광학 시스템, 프로그래머블 마이크로-미러 장치, 레티클을 조명하는 조명 필드를 형성하는 제2 광학 시스템을 포함한다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치는 이전에는 비교적 큰 기계적 장치를 필요로 했던 에지-노광-차단 기능과 셔터 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로그래머블 조명기를 사용하여 조명 필드를 개선하는 방법이 또한 개시된다.

Description

포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기와 조명 방법{PROGRAMMABLE ILLUMINATOR FOR A PHOTOLITHOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 포토리소그래피 시스템에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기에 관한 것이다.

포토리소그래피 시스템은 그 기본 요소로서, 광원을 갖는 조명기, 패턴형성된 레티클(patterned reticle), 투사 렌즈(projection lens) 및 광감성(예컨대, 포토레지스트-코팅된) 웨이퍼를 구비한다. 조명기는 광원으로부터의 광을 레티클에 조사한다. 레티클에 의해 또는 레티클로부터 투과된 광은 그 다음 투사 렌즈에 의해 광감성 웨이퍼 위에 이미지를 만든다. 광감성 웨이퍼는 그 다음 처리되어 웨이퍼에 패턴을 형성한다. 포토리소그래피 노광 프로세스 및 노광 후 처리가 다수의 레티클을 가지고 반복되어 웨이퍼 위에 집적회로를 한정하는 반도체 구조체를 형성한다.

포토리소그래피 시스템은 광감성 웨이퍼의 한정된 영역(즉, "노광필드 (exposure field)")에 대해 정밀한 노광 에너지를 제공할 필요가 있다. 종래 포토리소그래피 시스템은 통상 노광 양(exposure dose)을 한정하기 위해 조명기 내의 광 경로에 놓인 기계적 블레이드(blade)에 의해 형성된 셔터(shutter)를 포함한다. 노광 필드의 치수를 한정하기 위해 기계적 애퍼처(aperture)가 또한 사용된다.

포토리소그래피 프로세스가 분해능과 초점 심도에 대해서 최대의 프로세스 윈도우를 갖도록 하기 위해 포토리소그래피 시스템은 정확한 노광 양을 유지하는 것이 중요하다. 적절한 노광 양을 유지하는 능력은 셔터 타이밍과 특히 셔터 스위칭, 즉 오프/온/오프 전환 타이밍에 종속한다. 낮은 노광 양 요건에 대해, 셔터가 개방되는 시간의 양은 셔터 블레이드를 스위칭하는데 필요한 시간의 양에 필적하거나 심지어 더 작게 된다. 셔터 블레이드의 속도 및 가속을 극적으로 증가시키지 않고서 상기 셔터-블레이드 스위칭 시간을 제어하는 효과적인 방법은 없다. 그러나, 이 방법은 기계적 고려사항에 의해 제한된다. 필요한 가속 및 감속의 증가는 포토리소그래피 시스템의 성능에 나쁘게 영향을 미치는 변동을 광학 시스템에 초래한다. 따라서, 포토리소그래피 시스템의 동작에 나쁜 영향을 미치지 않으면서 노광 양의 작은 변화를 만들기 위해 종래의 기계적 셔터를 사용하는 것은 하나의 도전이다.

또한, 포토리소그래피 시스템은 상이한 크기의 레티클을 수용할 필요가 있을 수 있다. 레티클의 패턴 형성된 부분은 레티클 필드라고 불린다. 레티클 필드는 웨이퍼에서 노광 필드의 치수에 대응하는 치수를 갖는다. 레티클 필드의 노광은 의도된 노광 필드보다 더 큰 노광을 생성하지 않아야 한다. 따라서 포토리소그래피 시스템은 보통 노광 필드 치수를 한정하기 위해 전술한 기계적 애퍼처를 포함한다. 기계적 애퍼처는 노광 필드의 크기 요건에 물리적으로 부합하도록 조정되어야 한다. 기계적 애퍼처는 기계적으로 구동되는 블레이드를 포함하기 때문에, 시스템 고장의 근원이 될 수 있고 포토리소그래피 시스템의 평균무고장시간(MTBF)에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

어떤 포토리소그래피 노광은 웨이퍼의 에지(edge)를 따라 포토레지스트 (photoresist)의 환형 부분(예컨대, 2 ~ 4 mm)이 노광되지 않은 채 유지되는 것을 요구한다. 이것은 포토리소그래피 노광 단계 이후에 전기도금 단계가 실시될 필요가 있는 웨이퍼의 경우일 수 있다. 보통, 웨이퍼 위의 일부 노광 필드들 중 일부의 포토레지스트는 웨이퍼의 에지까지 노광된다. 현재, 웨이퍼 에지 근처의 포토레지스트의 노광을 방지하기 위해 기계적 링 시스템이 사용된다. 그러나, 이 기계적 해법은 확실하지 않고 고장이 있을 수 있으며, 따라서 포토리소그래피 시스템의 MTBF에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 일 측면은 레티클 필드(reticle field)를 갖는 레티클을 광 경로를 따라 조명하는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기이다. 상기 프로그래머블 조명기는, 광축을 따라 순서대로, 화학선 광(actinic light)을 발생시키는 광원, 및 상기 조명기로부터 상기 화학선 광을 수광하는 제1 광학 시스템을 포함한다. 제1 광학 시스템은 수광된 상기 화학선 광으로부터 균일화된 화학선 광을 형성하는 하나 이상의 균일화 요소를 갖는다. 제1 광학 시스템의 하방에는 마이크로-미러들의 어레이를 포함하는 프로그래머블 마이크로-미러 장치가 배열된다. 각 마이크로-미러는 조정 가능한 방향을 구비한다. 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치는 상기 조정 가능한 마이크로-미러들의 방향의 선택된 구성에 따라 상기 균일화된 광을 수광하여 선택적으로 반사하도록 배열된다. 상기 프로그래머블 조명기는 또한, 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치에 조작 가능하게 접속되고 상기 조정 가능한 마이크로-미러들 중 하나 이상의 방향을 제어하도록 구성된 컨트롤 유닛을 포함한다. 상기 광 경로를 따라 선택적으로 반사된 균일화된 광을 수광하고 상기 레티클 필드의 일부 또는 전부를 조명하는 조명 필드를 형성하도록 제2 광학 시스템이 배열된다.

상기 프로그래머블 조명기에서, 상기 광원은 바람직하게는 자외선 파장을 갖는 화학선 광을 발생시키도록 구성된다.

상기 프로그래머블 조명기에서, 상기 컨트롤 유닛은 바람직하게는 상기 균일화된 화학선 광을 상기 광 경로 내 및 외로 각각 반사하는 제1 및 제2 반사 상태 사이에서 상기 조정 가능한 마이크로-미러들의 선택 방향을 변경하도록 상기 컨트롤 유닛을 구성함으로써 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 셔터(shutter)로서 동작시키도록 구성된다.

상기 프로그래머블 조명기는 바람직하게는, 상기 제2 선택 방향으로 설정된 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치에 의해 상기 광 경로 밖으로 편향된 상기 균일화된 화학선 광을 수광하도록 배열된 빔 덤프(beam dump)를 추가로 포함한다.

상기 프로그래머블 조명기에서, 상기 컨트롤 유닛은 바람직하게는 애퍼처(aperture)를 한정하기 위해 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키도록 구성된다.

상기 프로그래머블 조명기에서, 상기 컨트롤 유닛은 바람직하게는, a) 상기 레티클 필드 위에 상기 조명 필드를 주사하는 것, 및 b) 비주사 조명 필드에 의해 단일 노광으로 상기 레티클 필드를 조명하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된다.

상기 프로그래머블 조명기에서, 상기 컨트롤 유닛은 바람직하게는, 상기 마이크로-미러가 실질적으로 균일한 반사로 설정된 경우 존재하는 강도 균일의 양에 비해 상기 조명 필드 내 강도 비균일의 양을 감소시키거나 최소화시키기 위해, 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 포토레지스트로 코팅되고 에지를 갖는 웨이퍼 위에 노광 필드를 형성하는 포토리소그래피 시스템이다. 상기 포토리소그래피 시스템은 전술한 프로그래머블 조명 시스템, 투사 렌즈 및 컨트롤 유닛을 포함한다. 상기 투사 렌즈는 레티클과 상기 웨이퍼 사이에 조작 가능하게 배치된다. 상기 컨트롤 유닛은 노광 필드의 어떠한 부분도 형성되지 않는 상기 포토레지스트 내 환형 에지 금지 영역(exclusion region)을 한정하기 위해 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 반도체 웨이퍼에 의해 지지되고 외측 에지를 갖는 포토레지스트 레이어에 노광 필드를 형성하기 위해 포토리소그래피 시스템 내에 지지된 레티클의 레티클 필드를 조명하는 방법이다. 상기 방법은 화학선 광을 발생시키는 단계와, 상기 화학선 광을 균일화하여 균일화된 화학선 광을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 선택된 방향을 제공하도록 설정된 프로그래머블 마이크로-미러 장치로부터(즉, 장치의 오프로부터) 마이크로-미러 어레이를 형성하는 복수의 마이크로-미러 각각에 상기 균일화된 화학선 광을 선택적으로 반사하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 선택적으로 반사된 균일 화학선 광으로부터 레티클 필드 노광 시간 동안 상기 레티클 필드의 부분 또는 전체를 조명하는 조명 필드를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 노광 필드들의 어떠한 부분도 형성되지 않는 포토레지스트 내 환형 에지 금지 영역을 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 조명 필드 내 균일화된 화학선 광의 양을 제어하는 셔터를 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 조명 필드의 치수를 한정하는 조명기 애퍼처를 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 레티클 필드 위에 상기 조명 필드를 주사하는 단계, 및 상기 마이크로-미러 어레이의 선택된 방향을 변경함으로써 상기 레티클 필드를 주사하면서 상기 조명 필드를 변경하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법에서, 상기 조명 필드 변경 단계는 상기 포토레지스트 레이어의 외측 에지에 인접한 환형 금지 영역에 노광 필드의 일부를 형성하는 것을 회피하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 조명 필드로 상기 레티클 필드를 조명하는 단계, 및 상기 레티클 필드 노광 시간 동안 상기 마이크로-미러 어레이의 선택된 방향을 변경함으로써 상기 조명 필드를 변경하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 레티클 필드 노광 시간 동안, a) 온 상태와 오프 상태 사이에서 상기 마이크로-미러들 중 하나 이상을 급속히 진동시키는 단계, 및 b) 상기 마이크로-미러들 중 하나 이상이 온 상태에 있는 시간의 양을 변경하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 마이크로-미러가 실질적으로 균일한 반사로 설정된 경우 존재하는 강도 균일의 양에 비해 상기 조명 필드 내 강도 비균일의 양을 감소시키거나 최소화시키기 위해, 복수의 마이크로-미러 각각에 상기 선택된 방향을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는, 상기 포토레지스트 레이어에 각각의 복수 노광 필드를 형성하기 위해 복수 레티클 조명을 수행하는 단계, 및 상기 마이크로-미러를 온 및 오프시킴으로써 상기 복수 레티클 조명을 위한 레티클 필드 노광 시간을 한정하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 바람직하게는 상기 포토레지스트 레이어에 각각의 복수 노광 필드를 형성하기 위해 복수 레티클 조명을 수행하는 단계를 추가로 포함한다. 하나 이상의 상기 복수 노광 필드는 상기 웨이퍼의 에지에 인접한 에지 노광 필드를 포함한다. 상기 방법은 또한 바람직하게는 비에지(non-edge) 노광 필드에서보다 하나 이상의 에지 노광 필드에 대해 상이한 조명 필드 강도 분포를 한정하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 추가의 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명, 청구의 범위, 및 첨부 도면을 포함하는 본 명세서의 기재된 바와 같이 본 발명을 실시하여 인식되거나 당업자에게 명백해질 것이다. 첨부된 청구항들은 상세한 설명에 포함되고 그 일부를 구성한다.

전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 제시하며, 청구범위에 주장된 본 발명의 속성 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 윤곽을 제공하려는 것임을 이해해야 한다. 첨부의 도면은 본 발명에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 병합되어 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 정확한 노광 양을 유지하고 상이한 크기의 노광 필드를 수용할 수 있는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기가 제공된다.

도 1은 본 발명의 프로그래머블 조명기를 사용하기에 적합한 UV 리소그래피 시스템의 예를 도시하고,
도 2a는 레티클의 정면을 도시하는 도면으로서 레티클 필드를 한정하는 레티클 패턴과 주사된 조명 필드의 예를 보여주며,
도 2b는 주사하는 조명 필드의 예와 주사된 조명 필드와 관련된 노광 필드의 예를 도시하고,
도 2c는 도 2a와 유사한 도면으로서 풀-필드(full-field) 조명 필드의 예를 도시하고,
도 2d는 도 2b와 유사한 도면으로서 대응하는 노광 필드와 크기가 일치하는 풀-필드 이미지 필드의 예를 도시하고,
도 3은 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의해 위에 노광 필드가 형성된 반도체 웨이퍼의 평면도이고,
도 4는 본 발명에 의한 프로그래머블 조명기의 실시예를 도시하고,
도 5는 도 4의 프로그래머블 조명기에서 사용된 프로그래머블 마이크로-미러 장치의 사시도이고,
도 6은 포토레지스트의 환형 에지 부분이 노광되는 것을 방지하기 위해 에지 노광 필드가 어떻게 잘리는지 보여주는 웨이퍼의 일부에 대한 확대도이다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 설명될 것이다. 가능한 한, 도면에서 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 동일한 또는 유사한 참조 부호가 사용된다.

본 발명은 특히, 레티클 또는 마스크를 사용하는 포토리소그래피 시스템을 위한 프로그래머블 조명기에 관한 것이다. 포토리소그래피 시스템의 일 예가 먼저 설명되고, 다음에 포토리소그래피 시스템에서 사용하기 적합한 프로그래머블 조명기의 일 예에 대한 상세한 설명이 이루어질 것이다.

포토리소그래피 시스템( Photolithography system )

본 발명의 일 실시예는 본 발명의 프로그래머블 조명기를 사용하는 포토리소그래피 시스템이다. 여기서 개시된 프로그래머블 조명기가 사용을 위해 적응될 수 있는 프토리소그래피 시스템의 예는 미국 특허 제7,177,099호, 제7,148,953호, 제7,116,496호, 제6,863,403호, 제6,813,098호, 제6,381,077호, 및 제5,410,434호에 기재되어 있으며, 이것들은 참조에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

도 1은 본 명세서에서 개시되는 프로그래머블 조명기를 사용하기에 적합한 포토리소그래피 시스템(200)의 예를 개략적으로 도시한다. 포토리소그래피 시스템(200)은 광 축(A0)을 따라 순서대로, 이하에서 더욱 자세히 설명되는 프로그래머블 조명기(10), 레티클 평면(RP)에서 레티클 스테이지(220)에 의해 지지된 레티클(210)(예컨대, 패턴형성된 마스크), 투사 렌즈(230), 및 웨이퍼 평면(WP)에서 웨이퍼 스테이지(250)에 의해 지지된 웨이퍼(240)를 포함한다. 레티클(210)은, 패턴 요소(212)를 포함하고 또한 레티클 필드(RF)를 한정하는 패턴형성된 영역(211)을 포함한다. 웨이퍼(240)는 외측 에지(241)를 포함한다(도 3 참조).

웨이퍼(240)는 그 표면 위에, 프로그래머블 조명기(10)에 위치한 광원(310)에 의해 발생된 광(즉, "화학선 광(actinic light)")(L)에 의해 활성화되는 광감성 코팅(242)(예컨대, 포토레지스트)을 포함한다. 일 예에서, 화학선 광(L)은 자외 파장을 포함하고 더 구체적인 예에서 g선 파장, h선 파장, i선 파장, 248 nm 파장 및 193 nm 파장 중 하나를 포함한다.

포토리소그래피 시스템(200)은 또한 프로그래머블 조명기(10), 레티클 스테이지(220) 및 웨이퍼 스테이지(250)에 조작 가능하게 접속된 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 PC 또는 워크스테션과 같은 컴퓨터를 포함한다. 일 예에서, 컨트롤러(260)는 포토리소그래피 시스템(200)의 다양한 구성 요소들을 제어하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장된 명령을 포함하는 장치-제어 소프트웨어를 포함한다.

프로그래머블 조명기(10)는 레티클 평면(RP)에 대응하는 조명 평면(ILP)에 조명 필드(ILF)(도 2a 참조)를 발생하도록 구성된다. 조명 필드(ILF)는 균일화된 화학선 광(L')을 포함하고 레티클 필드(RF)의 적어도 일부를 레티클 필드 노광 시간 동안에 조명하여 투사 렌즈(230)가 대응하는 웨이퍼 노광 시간 동안 웨이퍼 평면(WP)에 대응하는 이미지 필드(IF)를 형성하도록 한다. 웨이퍼 스테이지(250)는, 이미지 필드(IF)가 웨이퍼(240)의 상이한 부분에 배치되어 웨이퍼(240) 위에 특히 광감응성 코팅(242)에 다양한 노광 필드(EF)를 형성할 수 있도록 이동 가능하다(예컨대, 컨트롤러(260)의 제어 신호(SCW)를 통해). 일 예에서, 레티클 스테이지(220)는 컨트롤러(260)의 제어 신호(SCR)를 통해 이동 가능하다.

따라서, 프로그래머블 조명기(10)로부터의 균일화된 화학선 광(L')은 레티클 필드(RF)를 한정하는 패턴형성된 부분(211)의 적어도 일부를 조명하는데 사용된다. 레티클 필드(RF)의 조명된 부분은 그 다음 투사 렌즈(230)를 통해 웨이퍼(240)의 광감응성 코팅(242) 위에 이미지를 만든다. 일 실시예에서, 레티클(210) 및 웨이퍼(240)는, 도 1의 화살표(AR)로 표시된 것과 같이 또한 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시된 것과 같이, 조명 필드(ILF)가 레티클 필드(RF)에 대해 주사할 때 이미지 필드(IF)를 웨이퍼(240)에 대해 주사하는 방식으로, 함께 이동된다. 이 동작은 조명 필드(IF) 또는 이미지 필드(IF) 어느 하나보다 더 큰 주사된 노광 필드(EF)를형성한다. 이 프로세스는 그 다음에 웨이퍼(240)의 상이한 (노광되지 않은) 부분에 대해 반복된다. 이 인쇄 기법은 종래 기술에서 "단계 및 주사(step and scan)"으로 일컬어진다.

또 다른 실시예에서, 조명 필드(ILF)는 전체 레티클 필드(RF)를 한번에 조명하고, 그에 의해 단일 노광으로 하나의 노광 필드(EF)를 형성한다. 그 다음에 웨이퍼(240)가 이동되고, 단일 정적 노광(single static exposure)이 반복된다. 이 인쇄 기법은 "단계 및 반복(step and repeat)"으로 불린다. 도 2c는 도 2a와 유사한 도면으로서 단계 및 반복 인쇄를 위해 사용된 풀-필드(full-field) 조명 필드(ILF)의 예를 도시한다. 도 2d는 도 2b와 유사한 도면이며 단계 및 반복 인쇄에서 사용된, 대응하는 노광 필드(EF)와 크기가 일치하는 풀-필드 이미지 필드(IF)의 예를 도시한다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼(24) 위의 광감응성 코팅(242)에 형성된 노광 필드(EF)는 차례로 표준 포토리소그래피 및 반도체 공정 기법을 통해 집적회로를 형성하는데 사용된다.

프로그래머블 조명기( Programmable illuminator )

도 4는 프로그래머블 조명기(10)의 일 실시예의 개략적인 다이어그램이다. 프로그래머블 조명기(10)는 조명기(10)를 통과하여 레티클(210)까지 (균일화된 화학선 광(L')을 포함하는) 화학선 광(L)의 광 경로(OP)의 중심축을 정의하는 광축(A1)을 포함한다. 광축(A1)은 포토리소그래피 시스템(200)의 광축(A₀)과 일치한다. 프로그래머블 조명기(10)는 광축(A1)에 배열되어 전술한 (비균일화된) 화학선 광(L)을 방출하는 전술한 광원(310)을 포함한다. 광원(310)의 예로는 수은-아크 전구(312)와 반사체(314)를 포함하는 도시된 것과 같은 수은 아크 램프를 포함한다. 하나 이상의 LED를 갖는 LED를 이용한 광원 또는 하나 이상의 레이저와 같은 다른 타입의 광원(310)이 사용될 수 있다.

프로그래머블 조명기(10)은 선택사항으로, 광 경로(OP)를 꺾고 그에 의해 밀집성을 제공하기 위해 광원(310)의 바로 아래에 광축(A1)을 따라 폴드 미러(320)를 포함한다. 폴드 미러(320)는 또한 냉각 미러(cold mirror)일 수 있다. 즉, 광원(310)에 의해 방출된 비화학선(non-actinic) 파장으로부터 발생된 광원(310)으로부터의 열을 제거하기 위해 냉각될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 광 경로(OP)에, 예컨대 폴드 미러(320)의 상부에 또는 인접하여 광학 필터(322)가 배치될 수 있다. 광학 필터(322)는 화학선 광(L)은 통과시키는 반면 광원(310)에 의해 방출된 비화학선 파장을 실질적으로 차단하거나 또는 방향을 돌린다.

프로그래머블 조명기(10)는 또한 선택사항으로 폴드 미러(320)의 아래에 광축(A1)을 따라서 제1 광학 시스템(340), 전면(352)과 후면(353)을 갖는 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350), 및 제2 광학 시스템(360)을 포함한다. 전면(352)은 조정 가능한 마이크로-미러 요소들(356)(즉, 마이크로-미러들)을 포함하며, 이것들은 이하에서 상세히 설명된다. 제1 광학 시스템(340)은 광원(310)으로부터 광(L)을 수광하고 그것을 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)으로 조향하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제1 광학 시스템(340)은 화학선 광(L)을 수광하고 그것을 균일화하여 균일화된 화학선 광(L')을 형성하도록 구성된다. 균일화된 화학선 광(L')은 그 다음에 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)에 입사된다. 균일화된 화학선 광(L')의 전면(352)에서의 강도 균일성은 +/- 2% 이하이다(즉, +/- 1%와 같이 더 작다). 여기서, 균일화된 화학선 광(L')은 더욱 균일한 강도 분포를 갖는다는 사실을 제외하고는 화학선 광(L)과 같다는 것을 유념해야 한다.

일 실시예에서, 제1 광학 시스템(340)은 적어도 하나의 광 파이프 및/또는 적어도 하나의 확산 요소(즉, 확산기)와 같은 적어도 하나의 광 균일화 요소(342)를 포함한다. 제1 광학 시스템(340)은 또한 집속 렌즈(330)와 이미징 렌즈(332)를 포함할 수 있으며, 일 실시예에서 이것들은 각각 광 균일화 요소(342)의 입력 및 출력 단부에 인접하여 배치된다. 또한 일 실시예에서, 제1 광학 시스템(340)은 축소 배율(M1)(즉, 1보다 작은 배율)을 갖는다.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광 균일화 요소(342)는 선택된 치수를 갖는 출력 단부(343)를 갖는다. 광 균일화 요소(342)의 출력 단부(343)는, 이 출력 단부(343)의 이미지 크기가 실질적으로 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)의 치수와 일치하도록 대략 2배만큼 제1 광학 시스템(340)에 의해 축소될 수 있다(즉, 배율 M1 = +0.5 또는 -0.5). 제1 광학 시스템의 축소 배율(M1)의 정확한 값은 광 균일화 요소(342)의 출력 단부(343)의 치수와 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)의 치수에 종속한다. 일 실시예에서, 광 균일화 요소(342)의 출력 단부(343)에 인접한 이미징 렌즈(332)는 필요한 축소 배율(M1)을 제공한다.

제2 광학 시스템(360)은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)에 의해 반사된 균일화된 화학선 광(L')을 수광하고 그것을 레티클(210)에 조향시켜 레티클 평면(RP)과 일치하는 조명 평면(ILP)에서 조명 필드(ILF)를 한정한다. 조명 필드(ILF)는 레티클 필드(RF)의 적어도 일부를 조명한다. 일 실시예에서, 제2 광학 시스템(360)은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)에 의해 반사된 균일화된 화학선 광(L')의 강도 균일의 정도를 유지하도록 구성된다. 균일화된 화학선 광(L')의 전면(352)으로부터의 반사 특성이 이하에서 상세히 논의된다.

제2 광학 시스템(360)은 수집 렌즈(362)와 집속 렌즈(364)를 포함하는 것으로 예시되어 있다. 렌즈(362, 364)는 각각 하나 이상의 렌즈 요소를 포함하는 것이 가능하고 도시의 편의를 위해 단일 요소로서 개략적으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 렌즈(362, 364)는 릴레이 렌즈 시스템을 집합적으로 한정하도록 구성된다.

일 실시예에서, 제2 광학 시스템(360)은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)에 의해 반사된 균일화된 화학선 광(L')을 취하여 레티클 필드(RF) 크기의 조명 필드(ILF)를 형성하기 위해 선택된 배율을 갖는다. (도 5를 참조하여 이하에서 설명되는) 마이크로-미러(356)가 x1 마이크론의 치수를 갖고 조명 필드(ILF)가 거리 x2를 명(明)에서 암(暗)으로 전이할 필요가 있는 실시예에서, 제2 광학 시스템(360)은 배율 M2 = x2/x1을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로-미러 치수 x1 = 20 마이크론 및 명-암 전이 거리 x2 = 100 마이크론에 대해서, 배율 M2 = 5 (또는 "5X")이다. 더욱 선명한 명-암 전이가 수용되는 경우에 배율 M2는 x2/x1보다 더 작을 수 있다. 그러나, 단일의 마이크로-미러(356)에 의해 한정된 조명 필드(ILF)의 영역이 너무 커지기 시작할 수 있기 때문에 더 큰 배율은 문제가 될 수 있다.

제2 광학 시스템(360)은 또한, 마이크로-미러(356) 사이의 갭(357)(즉, "데드 존(dead zone)")을 분해하는 것이 어떤 경우에는 바람직하지 않을 수 있다는 사실을 고려하는 선택된 분해능(R2)을 갖도록 설계될 수 있다. 따라서, 제2 광학 시스템(360)은, 조명 필드(ILF)가 실질적으로 균일하게 보이는 포인트까지(예컨대, +/- 2% 이내까지) 갭(357) 흐릿해지는 분해능(R2)을 갖도록 구성하는 것이 바람직할 것이다. 일 실시예에서, 분해능(R2)은 1 주기(P2)의 마이크로-미러(356)에 인접 갭(357)을 더한 것으로 정의된다(도 5 참조). 그와 같은 분해능(R2)은 갭(357)을 실질적으로 흐리게 하고 조명 필드(ILF)의 조명을 전체적으로 평균하는 역할을 한다.

도 4를 다시 참조하면, 프로그래머블 조명기(10)는 전술한 바와 같이 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)으로부터 편향된 광(L")을 수광하도록 배열된 빔 덤프(370)를 포함한다. 빔 덤프(370)는 편향된 광(L")을 흡수하거나 아니면 광 경로(OP)로 뒤돌아가는 것 및 특히, 레티클 필드(RF)에 도달하는 것을 방지하도록 구성된다.

프로그래머블 조명기(10)는 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)에 조작가능하게 접속되어 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤 유닛(400)을 포함한다. 컨트롤 유닛(400)은 또한 컨트롤러(260)에 조작 가능하게 접속된다. 컨트롤러 유닛(400)의 예로는 모션 컨트롤러가 있다. 컨트롤 유닛(400)은 프로그램 가능하고 제어 신호(SC1)를 통해 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 동작 및 구성을 제어한다. 컨트롤러(260)는 차례로 제어 신호(SC2)에 의해 컨트롤 유닛(400)의 동작을 제어한다.

프로그래머블 마이크로- 미러 장치( Programmable micro - mirror device )

도 5는 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 일 예를 위에서 본 도면이다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)는 전면(352) 위에 조정 가능한 미러 요소들(356)(즉, 마이크로-미러)의 어레이를 포함한다. 인접한 마이크로-미러들(356)은 전술한 갭(357)에 의해 분리된다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 예로는 미국 텍사스주 오스틴의 텍사스 인스트루먼츠사로부터 입수 가능한 DLP^? 칩이 있다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 또 다른 예로는 마이크로-전기 기계 시스템(MEMS) 장치가 있다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 예는 미국 특허 제4,441,791호, 제4,615,595호 및 제4,956,610호에 설명되어 있으며, 이것들은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

조정 가능한 마이크로-미러(356)는 주소를 지정하는 것이 가능하고, 컨트롤 유닛(400)은 그것들의 상대적인 방향을, 예를 들면, 상대적 방향의 선택 패턴을 갖고 또한 하나의 선택 패턴을 또 다른 선택 패턴으로 변경하는 선택 방식으로, 제어하기 위해 상기 조정 가능한 마이크로-미러(356)에 주소를 지정하도록 프로그램될 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤 유닛(400)의 프로그램 가능성은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 주소지정 가능한 마이크로-미러들(356)의 어레이로 하여금 마이크로-미러 방향의 선택 구성을 형성하도록 하는 명령을 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장하는 컨트롤 유닛(400)의 소프트웨어 또는 펌웨어에 의해 가능하게 된다.

프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 예는 대략 백만 내지 2백만의 조정 가능한 마이크로-미러(356)(예컨대, 1,000 x 1,000 어레이)를 포함하고, 각각은 측면 위에서 10 내지 20 마이크론의 대략 정사각형 형상을 갖는다. 각각의 조정 가능한 마이크로-미러(356)는 개별적으로 주소지정이 가능하며 일 실시예에서 2개의 물리적 반사 상태 중 하나로 이동하도록 프로그램될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 상태에서 주어진 조정 가능한 마이크로-미러(356)는 약 +10°의 방향으로 기울어지는 반면, 제2 상태에서는 약 -10°의 방향으로 기울어지며, 상기 각도는 중간의 기준 방향으로부터 측정된 것이다.

실례로서, 도 5의 일부 조정 가능한 마이크로-미러(356)(2개는 참조번호(356-1)에 의해 식별됨)는 제1 상태의 뱅향을 갖는 것으로, 즉 대체로 전면(352)에 의해 한정된 평면(P)과 실질적으로 평행한 것으로 도시되어 있다. 참조번호(356-2)에 의해 식별되는 다른 조정 가능한 마이크로-미러는 평면(P)에 평행하지 않은(즉, 각도를 갖는) 제2 상태의 방향을 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 조정 가능한 마이크로-미러(356-1)에 입사한 균일화된 화학선 광(L')은 한 방향으로(즉, 광 경로(OP)를 따라서) 반사되는 반면, 조정 가능한 미러(356-2)에 입사한 균일화된 화학선 광(L')은 또 다른 방향으로(즉, 광 경로(OP)를 벗어나게) 반사되고 예컨대 도 4에 도시된 것과 같은 빔 덤프(370)에 조향되는 편향된 광(L")을 형성한다.

프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 예시적인 구성에서, 조정 가능한 마이크로-미러(356)는, 입사한 균일화된 화학선 광(L')을 광 경로(OP)를 따라서 그리고 제2 광학 시스템(360)을 향하여 반사할 때는 "온(on)" 반사 상태에 있고, 입사한 균일화된 화학선 광(L')을 광 경로(OP)를 벗어난 편향된 광(L")으로서 반사할 때는 "오프(off)" 반사 상태에 있다. "온" 상태의 마이크로-미러(356) 모두가 입사한 균일화된 화학선 광(L')을 동일한 방향으로 동일한 시간 동안 반사하는(즉, "온" 미러들 중 어떤 것도 발진되거나 턴 오프되지 않은) 실시예에서, 조정 가능한 마이크로-미러들(356)의 어레이는 실질적으로 균일한 반사력을 제공하는 평면 거울로서 작용한다.

프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)가 프로그래머블 조명기(10)에서 효과적으로 작동하기 위해서는, 각 조정 가능한 마이크로-미러(356)는 균일화된 화학선 광(L')을 효율적으로 반사해야 한다. 따라서, 일 실시예에서, 조정 가능한 마이크로-미러(356)는 균일화된 화학선 광(L')을 최적으로 반사하도록 구성된(예컨대, 다중 레이어에 의해) 반사 코팅을 포함한다.

다시 도 4를 참조하면, 실시예에서, 프로그래머블 조명기(10)는 냉각 유닛(420)에 조작 가능하게 접속된 냉각 요소(410)를 포함한다. 냉각 요소(410)는, 냉각 요소(410)가 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)로부터 열을 제거할 수 있도록, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)에 대하여 조작 가능하게 (예컨대, 후면(353) 위에 또는 인접하여) 배치된다. 즉, 상호간 열이 전도된다. 냉각 유닛(420)은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 온도를 임계온도(예컨대, 60℃) 이하로 유지하기 위해 냉각 요소(410)를 통해 냉매(422)를 흘리도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 유닛(420)은 컨트롤러(260)에 조작 가능하게 접속되고 컨트롤러(260)의 제어 신호(SC3)에 의해 제어된다.

셔터 구성( Shutter configuration )

일 실시예에서, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)는 컨트롤 유닛(400)을 통해 셔터로서 작동하도록 구성된다. 모든 조정 가능한 마이크로-미러(356)가 "오프" 반사 상태에 놓이는 경우, 균일화된 화학선 광(L')은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)로부터 레티클(210)로 전혀 전송되지 않는다. 즉, 조명 필드(ILF)는 턴-오프된다. 마찬가지로, 모든 조정 가능한 마이크로-미러(356)가 "온" 반사 상태에 놓이는 경우, 균일화된 화학선 광(L')은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)로부터 레티클(210)로 전송된다. 즉, 조명 필드(ILF)는 턴-온된다.

포토리소그래피 시스템에서 셔터의 요건은 총 노광 시간의 1% 미만의 시간 내에 개방(open)에서 폐쇄(close)로 전환되어야 하는 것이다. 일부 고감도 레지스트는 100 ms 이하의 노광 시간을 필요로 할 수 있다. 그러므로, 1 ms 미만의 셔터 전환 시간을 갖는 것이 바람직하다. 조정 가능한 마이크로-미러(356)는 수 ms 스위칭 시간으로 동작하는 기계적 셔터와 비교하여 아주 빠르게(즉, 1 ms 미만의 스위칭 시간으로) 온과 오프 반사 상태 사이에서 전환되는 것이 가능하다. 이것은 낮은 레벨의 노광에 대해서도 노광 양을 정밀 제어하는 능력을 제공한다.

또한, 시장에서 입수할 수 있는 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 신뢰성(즉, MTBF)은 일반적으로 기계적 셔터보다 훨씬 더(예컨대, 약 1,000배) 우수하다. 또한, 각 조정 가능한 마이크로-미러(356)의 부피(mass)는 아주 작기 때문에, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)는 포토리소그래피 시스템(200)의 성능을 저하시킬 수 있는 진동을 발생시키지 않는다.

에지 보호 구성( Edge protection configuration )

도 6은 웨이퍼(240)의 확대도로서 2개의 노광 필드(EF)와 함께 광감성 코팅(242)의 환형 에지 부분(244)을 보여준다. 일 실시예에서, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)는 노광 필드(EF)에 의해 환형 에지 부분(244)의 노광을 방지하도록 구성된다. 이것은 기계적 에지 보호 링에 대한 필요를 제거한다.

이 에지 보호 기능은 다양한 노광 필드(EF)가 광감응성 코팅(242)(도 3 참조) 위에 형성될 때 그것들의 위치를 모니터링함으로써 수행된다. 도 6의 맨 우측 노광 필드(EF)의 노광 필드 부분(EFP)에 의해 도시된 것과 같이, 그렇지 않으면 환형 에지 부분(244)으로 연장하거나 환형 에지 부분(244)과 중첩할 수도 있는 노광 필드(EF)에 대해, 컨트롤러(260)는 레이클 필드(RF)의 일부만을 선택적으로 조명하도록 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)를 구성하기 위해 컨트롤 유닛(400)을 위한 제어 신호(SC2) 명령을 포함한다. 이러한 선택적인 조명은 문제가 되는 노광 필드(EF)가, 도 6의 맨 우측 노광 필드(EF)의 노광 필드 부분(EFP)에 의해 도시된 것과 같이, 광감응성 코팅(242)의 환형 에지 부분(244)으로 연장하거나 환형 에지 부분(244)과 중첩하지 않도록 그것들의 크기를 축소하도록 설계된다. 맨 우측 노광 필드(EF)의 노광 필드 부분(EFP)은 실제로는 형성되지 않으며, 맨 우측 노광 필드(EF)의 외측 에지(EFE)는 환형 에지 부분(244)의 내측 만곡부와 실질적으로 일치한다.

따라서, 에지 노광 필드(EF)는 환형 에지 부분(244)의 경계를 따라서 정밀하게 절단될 수 있다. 일 실시예에서, 에지 보호는 약 20 내지 40 마이크론 범위의 정밀도로 유지될 수 있으며, 이것은 기계적 에지 보호 링의 배치 정밀도보다 일반적으로 더 양호하다. 이와 같이, 에지 보호 기능은 동적으로 그리고 신속히 수행될 수 있다.

이 특징을 구현하기 위해, 스테이지 동작 및 필드 크기와 조화를 이루도록 마이크로-미러 조립체를 프로그램하는 것이 필요할 것이다. 웨이퍼 위치 및 크기를 기초로 노광 필드(EF)에 대한 웨이퍼 에지 위치를 계산하는 것이 필요하다. 예를 들면, 웨이퍼 치수(즉, 200 또는 300 mm 지름)는 웨이퍼(240)가 툴 위로 로딩될 때 잘 알려질 것이다. 웨이퍼(240)의 중심은 웨이퍼(240) 위에 위치된 (노광에 앞서 파악되는) 정렬 마크로부터 연산될 것이다. 이것으로부터, 웨이퍼(240)의 주변(perimeter)이 계산될 수 있다. 웨이퍼의 주변이 노광 필드(EF)와 교차할 때, 컨트롤 유닛(400)은, 상기 주변 쪽의 노광에 대응하는 마이크로-미러가 턴-오프되도록(즉, 노광이 이루어지지 않음), 마이크로-미러 어레이에 지시한다.

애퍼처 구성( Aperture configuration )

본 발명의 일 측면은 프로그래머블 조명기(10)를 위한 애퍼처(354)(도 1 및 도 4 참조)를 전면(352)에 한정하기 위해 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)를 사용하는 것을 포함한다. 개별적으로 주소지정이 가능한 다수의 조정 가능한 마이크로-미러(356)(예컨대, 1,000 x 1,000 어레이)를 가지고, 상기 조정 가능한 마이크로-미러(356)에서 반사된 균일화된 화학선 광(L')의 강도 프로파일을 고정밀도로 한정하는 것이 가능하다. 한 변이 10 마이크론인 정사각형 형상을 갖는 조정 가능한 마이크로-미러(356)에 대해, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)에서 반사된 균일화된 화학선 광(L')의 강도 프로파일은 대략 10 마이크론의 정밀도로 한정될 수 있다. 컨트롤 유닛(400)은 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)가 필요한 레티클 필드(RF)의 치수를 한정하도록 프로그램 가능하다. 일 실시예에서, 34 mm의 치수를 갖는 조명 필드(ILF)는 대략 34 마이크론 내로 한정될 수 있다. 대응하는 노광 필드(EF)가 노광 필드(EF) 사이의 스크라이브 라인(scribe line)을 수용하도록 조명 필드(ILF)를 한정하는 것이 바람직하다. 상기 스크라이브 라인 공간은 통상 약 75 내지 100 마이크론이다. 이것은 생산에서 웨이퍼(240) 위의 다이와 필드 크기는 제조 시마다 변할 수 있기 때문에 유리하다. 그러므로, 포토리소그래피 시스템은 노광 필드(EF)의 면적을 수정할 수 있어야 한다. 이것은 현재 레티클 평면(RP)에서 기계적 애퍼처를 조정함으로써 달성된다.

조명기 균일성 제어( Controlling Illuminator Uniformity )

따라서, 노광 필드(EF)의 크기는 특정 조정 가능한 마이크로-미러(356)가 오프로 유지하면서 다른 것들은 노광 프로세스 동안 온 또는 오프 스위칭될 수 있도록 함으로써 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 조명 필드(ILF)의 조명 균일성은 조정 가능한 마이크로-미러(356)의 선택적 구성에 의해 개선된다(예컨대, +/-1%로). 일 실시예에서, 상기 선택적 반사는 높은 속도로(예컨대, 1 kHz 이하) 하나 이상의 조정 가능한 마이크로-미러(356)를 진동시키는 것을 포함한다. 또 다른 예에서, 선택적 반사는 조명이 비균일한 알려진 부분을 보상하기 위해 다른 것들보다 일찍 선택된 조정 가능한 마이크로-미러(356)를 턴오프시키는 것을 포함한다. 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 이런 유형의 선택적 프로그래밍은, 마이크로-미러(356)가 균일한 반사를 제공할 때, 즉 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)이 실질적으로 평면 거울처럼 작동하도록 모든 마이크로-미러(356)가 동일한 방향을 가질 때, 존재하는 강도 비균일의 양과 비교하여 조명 필드(ILF)에서 강도 비균일의 양을 감소 또는 최소화하기 위해 사용될 수 있다. 이런 식으로, 광학 시스템(340, 360)의 공간적 비균일은 보상될 수 있다.

프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 선택적 프로그래밍은 조명 비균일을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 화학선 광(L)과 균일화된 화학선 광(L')의 강도에서 공간적 비균일은 이 광이 광 경로(OP)를 진행할 때 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 비균일은 제1 광학 시스템(340) 및/또는 제2 광학 시스템(360)의 불완전으로부터 또는 광학 경로(OP)에서의 다른 요소들로부터 발생한다. 또 다른 실시예에서, 공간적 강도 비균일은 제1 광학 시스템(340)이 광 균일화 요소(342)의 출력 단부(343)를 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)에 형상화할 때 발생한다. 또 다른 실시예에서, 공간적 강도 비균일은 제2 광학 시스템(360)이 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 전면(352)을 레티클(210) 위에 형상화할 때 발생한다. 웨이퍼(240)에서 공간적 비균일은 투사 렌즈(230)가 조명된 레티클 필드(RF)를 형상화하여 광감응성 코팅(242)에 대응하는 노광 필드(EF)를 형성할 때 발생할 수 있다.

일 실시예에서, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)를 선택적으로 프로그래밍하여 얻어진 조명 비균일에 대한 보상은 프로그래머블 조명기(10)의 다른 구성요소들에 대한 공차를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)의 선택적 프로그래밍은 다른 타입의 소스뿐만 아니라 이것들로부터 발생하는 공간적 조명 비균일을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 공간적 조명 비균일을 보상하는 것은 웨이퍼 평면(WP)에서의 정적(즉, 셔터를 지속적으로 개방하고) 조명 비균일을 측정하는 것을 포함한다. 통상, 웨이퍼 평면(WP)에서의 강도는 공간적으로 급격히 변하지 않으며, 수백 마이크론의 공간적 분해능을 갖는 측정치가 수용 가능하다.

그러므로, 도 4를 참조하면, 광검출기(520) 앞에 작은(< 500 마이크론) 애퍼처(512)를 한정하는 애퍼처 부재(510)를 포함하는 강도 계측기(500)가 도시되어 있다. 광검출기(520)는 컨트롤러(260)(또는 별도의 컴퓨터(도시되지 않음))에 조작 가능하게 접속된다. 강도 계측기(500)는 노광 필드(EF)가 형성되는 곳에 대하여 강도 계측기를 이동함으로써 웨이퍼 평면(WP)에서의 조명 균일성의 맵을 작성하는데 사용될 수 있다. 한 가지 측정이 웨이퍼 평면(WP)의 x-y 차원에서 1mm 마다 이루어질 수 있다. 일단 이러한 강도 매핑이 수행되고 강도 분포를 알면, 이 정보는 마이크로-미러(356)의 "온" 지속시간을 조정함으로써 노광 동안 조명 균일성을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 만일 웨이퍼 평면(WP)의 한 영역이 (웨이퍼의 나머지 부분에 대하여) 5% 너무 높은 강도를 갖는다면, 프로그래머블 마이크로-미러 장치(350)를 제어하는 컨트롤 유닛(400)은 이 특정 영역이 노광 동안에 5% 적은 시간 동안 노광되도록 프로그램하는 것이 가능하다. 만일 또 다른 영역이 3% 너무 낮다면, 이 특정 영역과 관련된 마이크로-미러(356)는 이 영역이 3% 더 긴 노광 시간을 갖도록 제어될 수 있다. 이런 식으로, 상기 동적 셔터는 정적 강도 비균일을 개선하는(감소하거나 또는 실질적으로 제거하는) 것이 가능하다.

여기에 개시된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서 본 명세서의 개시는 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위에 포함되는 한 본 발명의 수정 및 변형을 포함하는 것을 의도한다.

10: 프로그래머블 조명기 200: 포토리소그래피 시스템
210: 레티클 211: 패턴형성된 영역
212: 패턴 요소 220: 레티클 스테이지
230: 투사렌즈 240: 웨이퍼
241: 외측 에지 242: 광감성 코팅
250: 웨이퍼 스테이지 260: 컨트롤러
310: 광원 314: 반사체
320: 폴드 미러(fold mirror) 322: 광학 필터
330: 집속 렌즈 332: 이미징 렌즈
340: 제1 광학 시스템 342: 광 균일화 요소
343: 출력 단부 350: 마이크로-미러 장치
354: 애퍼처(aperture) 360: 제2 광학 시스템
362: 수집 렌즈(collection lens) 364: 집속 렌즈(focusing lens)
370: 빔 덤프(beam dump) 400: 컨트롤 유닛
410: 냉각 요소 420: 냉각 유닛 422: 냉매
500: 강도 계측기 510: 애퍼처 부재 520: 광검출기
A0, A1, A2: 광축 EF: 노광 필드 OP: 광 경로
IF: 이미지 필드 ILF: 조명 필드 ILP: 조명 평면
L: 화학선 광(actinic light) L': 균일화된 화학선 광
RF: 레티클 필드 SC1, SC2, SC3, SCW: 제어 신호

Claims

레티클 필드(reticle field)를 갖는 레티클을 광 경로를 따라 조명하는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기에 있어서,
화학선 광(actinic light)을 발생시키는 광원;
상기 조명기로부터 상기 화학선 광을 수광하는 제1 광학 시스템;
조정 가능한 방향을 각각 갖는 마이크로-미러들의 어레이를 구비하는 프로그래머블 마이크로-미러 장치;
상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치에 조작 가능하게 접속되고 상기 조정 가능한 마이크로-미러들 중 하나 이상의 방향을 제어하도록 구성된 컨트롤 유닛; 및
상기 광 경로를 따라 선택적으로 반사된 균일화된 광을 수광하고 상기 레티클 필드의 일부 또는 전부를 조명하는 조명 필드를 형성하도록 배열된 제2 광학 시스템을 포함하고,
상기 제1 광학 시스템은 수광된 상기 화학선 광으로부터 균일화된 화학선 광을 형성하는 하나 이상의 균일화 요소를 갖고,
상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치는 상기 조정 가능한 마이크로-미러들의 방향의 선택된 구성에 따라 상기 균일화된 광을 수광하여 선택적으로 반사하도록 배열되는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 광원은 자외선 파장을 갖는 화학선 광을 발생시키는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은 상기 균일화된 화학선 광을 상기 광 경로 내 및 외로 각각 반사하는 제1 및 제2 반사 상태 사이에서 상기 조정 가능한 마이크로-미러들의 선택 방향을 변경하도록 상기 컨트롤 유닛을 구성함으로써 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 셔터(shutter)로서 동작시키는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 선택 방향으로 설정된 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치에 의해 상기 광 경로 밖으로 편향된 상기 균일화된 화학선 광을 수광하도록 배열된 빔 덤프(beam dump)를 추가로 포함하는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은 애퍼처(aperture)를 한정하기 위해 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은, a) 상기 레티클 필드 위에 상기 조명 필드를 주사하는 것, 및 b) 비주사 조명 필드에 의해 단일 노광으로 상기 레티클 필드를 조명하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤 유닛은, 상기 마이크로-미러가 실질적으로 균일한 반사로 설정된 경우 존재하는 강도 균일의 양에 비해 상기 조명 필드 내 강도 비균일의 양을 감소시키거나 최소화시키기 위해, 상기 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키는 포토리소그래피 시스템용 프로그래머블 조명기.
포토레지스트로 코팅되고 에지를 갖는 웨이퍼 위에 노광 필드를 형성하는 포토리소그래피 시스템에 있어서,
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 프로그래머블 조명 시스템;
레티클과 상기 웨이퍼 사이에 조작 가능하게 배치된 투사 렌즈; 및
노광 필드의 어떠한 부분도 형성되지 않는, 상기 포토레지스트 내 환형 에지 금지 영역을 한정하기 위해 프로그래머블 마이크로-미러 장치를 동작시키는 컨트롤 유닛을 포함하는 포토리소그래피 시스템.
반도체 웨이퍼에 의해 지지되고 외측 에지를 갖는 포토레지스트 레이어에 노광 필드를 형성하기 위해 포토리소그래피 시스템 내에 지지된 레티클의 레티클 필드를 조명하는 방법에 있어서,
화학선 광을 발생시키는 단계;
상기 화학선 광을 균일화하여 균일화된 화학선 광을 형성하는 단계;
선택된 방향을 제공하도록 설정된 프로그래머블 마이크로-미러 장치로부터 마이크로-미러 어레이를 형성하는 복수의 마이크로-미러 각각에 상기 균일화된 화학선 광을 선택적으로 반사하는 단계; 및
상기 선택적으로 반사된 균일 화학선 광으로부터 레티클 필드 노광 시간 동안 상기 레티클 필드의 부분 또는 전체를 조명하는 조명 필드를 형성하는 단계;
를 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 노광 필드들의 어떠한 부분도 형성되지 않는 포토레지스트 내 환형 에지 금지 영역을 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 조명 필드 내 균일화된 화학선 광의 양을 제어하는 셔터를 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 조명 필드의 치수를 한정하는 조명기 애퍼처를 한정하기 위해 상기 복수의 마이크로-미러를 설정하는 단계를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 레티클 필드 위에 상기 조명 필드를 주사하는 단계; 및
상기 마이크로-미러 어레이의 선택된 방향을 변경함으로써 상기 레티클 필드를 주사하면서 상기 조명 필드를 변경하는 단계;
를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 조명 필드 변경 단계는 상기 포토레지스트 레이어의 외측 에지에 인접한 환형 금지 영역에 노광 필드의 일부를 형성하는 것을 회피하는 단계를 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 조명 필드로 상기 레티클 필드를 조명하는 단계; 및
상기 레티클 필드 노광 시간 동안 상기 마이크로-미러 어레이의 선택된 방향을 변경함으로써 상기 조명 필드를 변경하는 단계;
를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 레티클 필드 노광 시간 동안, a) 온 상태와 오프 상태 사이에서 상기 마이크로-미러들 중 하나 이상을 급속히 진동시키는 단계, 및 b) 상기 마이크로-미러들 중 하나 이상이 온 상태에 있는 시간의 양을 변경하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 조명 필드 변경 단계는 상기 포토레지스트 레이어의 외측 에지에 인접한 환형 금지 영역에 노광 필드의 일부를 형성하는 것을 회피하는 단계를 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 마이크로-미러가 실질적으로 균일한 반사로 설정된 경우 존재하는 강도 균일의 양에 비해 상기 조명 필드 내 강도 비균일의 양을 감소시키거나 최소화시키기 위해, 복수의 마이크로-미러 각각에 상기 선택된 방향을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 포토레지스트 레이어에 각각의 복수 노광 필드를 형성하기 위해 복수 레티클 조명을 수행하는 단계; 및
상기 마이크로-미러를 온 및 오프시킴으로써 상기 복수 레티클 조명을 위한 레티클 필드 노광 시간을 한정하는 단계;
를 추가로 포함하는 레티클 필드 조명 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 포토레지스트 레이어에 각각의 복수 노광 필드를 형성하기 위해 복수 레티클 조명을 수행하는 단계; 및
비에지 노광 필드에서보다 하나 이상의 에지 노광 필드에 대해 상이한 조명 필드 강도 분포를 한정하는 단계를 추가로 포함하고,
하나 이상의 상기 복수 노광 필드는 상기 웨이퍼의 에지에 인접한 에지 노광 필드를 포함하는 레티클 필드 조명 방법.