KR20140138895A - 정렬 센서 및 빔 측정 센서를 갖는 하전 입자 리소그래피 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 복수의 하전 입자 빔릿들을 기판의 표면 상으로 프로젝팅하기 위한 프로젝션 시스템; 프로젝션 시스템에 대하여 이동가능한 척; 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 빔릿 측정 센서 ―상기 빔릿 측정 센서는 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과를 수신하기 위한 표면을 가짐―; 및 포지션 마크의 포지션을 측정하기 위한 포지션 마크 측정 시스템 ―상기 포지션 마크 측정 시스템은 정렬 센서를 포함함― 을 포함한다. 척은 기판을 지지하기 위한 기판 지지 부분, 빔릿 측정 센서의 표면을 수용하기 위한 빔릿 측정 센서 부분, 및 포지션 마크를 수용하기 위한 포지션 마크 부분을 포함한다.

Description

정렬 센서 및 빔 측정 센서를 갖는 하전 입자 리소그래피 시스템{CHARGED PARTICLE LITHOGRAPHY SYSTEM WITH ALIGNMENT SENSOR AND BEAM MEASUREMENT SENSOR}
본 발명은 멀티-빔릿 하전 입자 리소그래피 시스템, 및 패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 방법에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는, 정렬 센서 및 빔 측정 센서를 갖는 리소그래피 시스템, 및 상기 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서는, 높은 정확도 및 신뢰성으로 더 작은 구조들을 제조하기 위해 계속 증가하는 바람이 존재한다. 하전 입자 리소그래피는 높은 요구들을 충족시키기 위한 유망한 기술이다. 이러한 리소그래피 타입에서, 하전 입자들은 기판, 통상적으로 웨이퍼의 타겟 표면 상으로 전사되도록 조작된다.
리소그래피 프로세싱은 일반적으로, 집적 회로를 생성하기 위하여, 후속 층들에 형성되는 피처들이 연결될 수 있도록, 다층들 ―하나의 층 위에 다른 층이 있음― 의 노출을 수반한다. 그러므로, 이후 노출 세션에서 노출될 패턴은, 앞서 생성된 하나 또는 그 초과의 패턴들과 충분히 정확한 방식으로 정렬될 것이다. 동일한 기판 상에서 하나의 층에 있는 패턴과 앞서 패터닝된 층에 있는 패턴 사이의 포지션 차이가 오버레이로 지칭된다.
멀티-빔 하전 입자 노출 장치, 예컨대 리소그래피 장치에서 오버레이를 제어하기 위해, 노출될 기판과 하전 입자 방사선 사이의 관계가 결정된다. 이 목적을 위해, 프로세싱될 기판들 상에 정렬 마크들이 존재한다. 그러나, 프로세싱될 기판과 하전 입자 방사선, 또는 그러한 방사선을 상기 기판 상으로 직접적인 방식으로 프로젝팅하는데 사용되는 프로젝션 시스템 사이에 관계를 결정하는 것은 가능하지 않다. 결과적으로, 귀중한 시간이 걸리는 다중 측정들이 필요하다.
많은 개수의 하전-입자 빔릿들의 특성들을 측정하기 위한 센서, 특히 리소그래피 시스템에서 사용되는 하전 입자 빔릿들에 대한 센서가 본 출원인에 양도된 US 공개된 특허 출원 2007/057204에서 설명되며, 그 콘텐츠는 본 출원에 인용에 의해 그 전체가 통합된다.
US 2007/057204는, 형광 스크린 또는 도핑된 YAG 재료와 같은 컨버터 엘리먼트를 이용하여, 하전-입자 빔릿들이 광 빔들로 변환되는 센서 및 방법을 설명한다. 후속하여, 광 빔들은 다이오드들, CCD 또는 CMOS 디바이스들과 같은 광 감지 검출기들의 어레이에 의해 검출된다. 많은 개수의 광 감지 검출기들을 단일 동작으로 판독함으로써, 비교적 고속 측정이 달성될 수 있다. 부가하여, 센서 구조, 특히 광 검출기들의 어레이는, 리소그래피 시스템의 스테이지 파트의 구역에서 지나치게 큰 구조적 메저(measure)들의 필요 없이, 다수의 빔들의 매우 작은 피치(pitch)가 측정되도록 인에이블링한다.
그러나, 스루풋의 손실 없이 작은 치수들에 관한 산업의 계속 증가하는 요구들을 고려하면, 리소그래피 시스템들에서, 특히 높은 스루풋을 제공하도록 설계되는 많은 개수의 하전-입자 빔릿들을 포함하는 리소그래피 머신들에서, 빔릿 특성들의 측정을 위해 훨씬 더 정확한 디바이스들 및 기술들을 제공할 필요가 남아 있다.
본 발명의 목적은, 기판과 상기 기판을 패터닝하기 위해 사용되는 방사선의 정렬이 비교적 쉽고 신속한 방식으로 수행될 수 있는 멀티-빔릿 하전 입자 노출 시스템을 제공하는 것이다. 이 목적을 위해, 본 발명은 패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 복수의 하전 입자 빔릿들을 상기 기판의 상기 표면 상으로 프로젝팅하기 위한 프로젝션 시스템; 상기 프로젝션 시스템에 대하여 이동가능한 척; 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 빔릿 측정 센서 ―상기 빔릿 측정 센서는 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과를 수신하기 위한 표면을 가짐―; 및 포지션 마크의 포지션을 측정하기 위한 포지션 마크 측정 시스템 ―상기 포지션 마크 측정 시스템은 정렬 센서를 포함함― 을 포함한다. 상기 척은 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지 부분, 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면을 수용하기 위한 빔릿 측정 센서 부분, 및 상기 포지션 마크를 수용하기 위한 포지션 마크 부분을 포함한다.
상기 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면은 바람직하게, 상기 포지션 마크와 미리결정된 공간 관계를 갖는다. 또한, 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면과 상기 포지션 마크는 단일 구조로 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 포지션 마크는 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면 상에 형성될 수 있다. 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면 및 상기 포지션 마크는 상기 척의 표면, 예컨대 빔릿 측정 센서 표면에 고정될 수 있고, 상기 포지션 마크는 상기 척의 상단 또는 측면 표면 상으로 직접 장착될 수 있거나, 또는 장착 하드웨어를 통해 상단 또는 측면 표면에 고정될 수 있다.
상기 정렬 센서는, 상기 포지션 마크를 일루미네이팅하기 위한 광원, 및 상기 포지션 마크와 반사에 의해 상호작용한 광을 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다. 상기 광은 가시 스펙트럼에 있을 수 있거나 또는 가시 스펙트럼 밖에 있을 수 있다.
상기 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면은, 하전 입자들을 수신하고 응답하여 광자들을 생성하기 위한 컨버터 엘리먼트를 포함할 수 있다. 상기 빔릿 측정 센서는, 상기 컨버터 엘리먼트에 의해 생성된 광자들을 검출하고 응답하여 신호를 생성하도록 배열된 광자 리셉터를 더 포함할 수 있다. 상기 컨버터 엘리먼트는, 상기 프로젝션 시스템과 면하는 상기 척, 그리고 상기 프로젝션 시스템으로부터 떨어져 상기 척의 밑에 포지셔닝된 상기 광자 리셉터에 부착될 수 있다. 상기 척은, 상기 광자 리셉터 쪽으로 상기 컨버터 엘리먼트에 의해 생성된 광자들의 통과를 허용하기 위한 홀을 가질 수 있다.
상기 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에는, 블록킹 구역과 넌-블록킹 구역 사이의 전이부들에 하나 또는 그 초과의 나이프 에지들을 형성하는, 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들이 제공될 수 있다. 이러한 나이프 에지들은, 하전 입자 빔릿이 나이프 에지들 중 하나의 나이프 에지에 걸쳐서 스캐닝될 때, 상기 빔릿 측정 센서에 의해 생성되는 신호의 변형들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은 상기 포지션 마크와 미리결정된 공간 관계를 가질 수 있다.
상기 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에는, 상기 포지션 마크를 형성하는, 미리결정된 패턴의 광 블록킹 구조들이 추가로 제공될 수 있다. 예컨대 표면의 나머지 부분과 상이한 높이 또는 상이한 반사율을 갖는 이러한 광 블록킹 구조들은 상기 정렬 센서에 의해 검출되기에 적절하고, 그래서 상기 정렬 센서는 광 블록킹 구조들의 위치를 결정하기 위해 높이 차이 또는 상이한 반사율을 검출할 수 있다. 대안적으로 또는 부가하여, 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은, 예컨대 이러한 하전 입자 블록킹 구조들이 광 블록킹 구조들을 또한 구성하면, 상기 포지션 마크를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 블록킹 구조들의 패턴은 두 개의 기능들을 수행하고, 상기 패턴은 상기 정렬 센서에 의해 검출가능하고 그리고 상기 빔릿 측정 센서의 일부로서 기능한다.
상기 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들의 특정 피처 또는 부분은 상기 포지션 마크의 특정 피처 또는 부분과 일치하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 하전 입자 블록킹 구조들의 패턴의 기하학적 중심은 상기 포지션 마크의 기하학적 중심과 일치하도록 배열될 수 있다. 상기 미리결정된 (2-차원) 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은, 기판 표면에서 인접한 하전 입자 빔릿들 사이의 예상 거리에 대응하는 피치로 포지셔닝된 복수의 블록킹 구조들을 포함할 수 있다. 다양한 형상들, 예컨대 실질상 원형의 블록킹 구조들을 갖는 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들이 형성될 수 있다.
상기 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면과, 상기 포지션 마크 사이(예컨대, 상기 빔릿 측정 센서의 상기 하전 입자 블록킹 구조들과, 상기 포지션 마크의 상기 광 블록킹 구조들 사이)의 알려진 공간 관계는, 상기 시스템이, 상기 빔릿 측정 센서를 이용하여 취해진 측정들과 상기 포지션 마크 측정 시스템을 이용하여 취해진 측정들을 상관시키도록 인에이블링한다. 예컨대, 상기 빔릿 측정 센서에 의해 이루어진 빔릿 포지션의 측정들(예컨대, 빔릿들이 하전 입자 블록킹 구조들에 의해 형성된 나이프 에지들 중 하나 또는 그 초과를 가로지를 때), 및 빔릿 포지션 측정들이 이루어질 때 취해진 척 포지션의 측정들은, 빔릿 포지션과 척 포지션 사이의 관계를 설정하는데 사용될 수 있다. 빔릿 포지션은 단일 빔릿의 포지션일 수 있거나, 또는 빔릿들의 그룹 또는 빔릿들 전부의 기준점일 수 있다. 예컨대, 빔릿들의 그룹의 기하학적 중심이 기준점으로서 사용될 수 있다.
상기 포지션 마크 측정 시스템의 상기 정렬 센서가 상기 포지션 마크에 대하여 특정 포지션에 있을 때(예컨대, 상기 포지션 마크의 광 블록킹 구조들에 의해 반사된 광이 상기 정렬 센서에 대한 상기 척의 특정 정렬을 표시할 때) 취해진 척 포지션의 측정들은, 척 포지션과 정렬 센서 포지션 사이의 관계를 설정하는데 사용될 수 있다. 상기 정렬 센서 포지션은 상기 정렬 센서의 기준점, 예컨대 상기 정렬 센서의 광 빔 프로젝터의 포지션일 수 있다.
함께, 이러한 두 개의 관계들은, 상기 정렬 센서에 대해 빔릿 포지션의 계산을 인에이블링한다. 이는, 상기 정렬 센서들 및 최종 렌즈 엘리먼트들을 홀딩하는 구조의 열 팽창, 상기 빔릿들의 드리프트 등등과 같은 효과들로 인한, 상기 빔릿들 및 상기 정렬 센서의 상대 포지션에서의 변형들로 인해 상당하다. 상기 정렬 센서가 상기 기판 상에 포지션 마크들을 결정하는데 사용되어, 그런 다음 상기 기판 및 상기 기판 상에 앞서 형성된 패턴들에 대한 상기 빔릿들의 정확한 포지셔닝이 인에이블링될 수 있다.
상기 포지션 마크 측정 시스템은, 상기 포지션 마크의 포지션을 제1 방향으로 결정하기 위한 제1 정렬 센서, 및 상기 포지션 마크의 포지션을 제2 방향으로 결정하기 위한 제2 정렬 센서 ―상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 직각이거나 또는 거의 직각임― 를 포함할 수 있다. 상기 포지션 마크는, 제1 방향으로 주기적 또는 교대로 나오는 구조들, 그리고 제2 방향으로 주기적 또는 교대로 나오는 구조들을 포함할 수 있고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 직각이거나 또는 거의 직각이다. 상기 포지션 마크의 구조들의 이러한 어레인지먼트는 제1 정렬 센서 및 제2 정렬 센서의 동일한 어레인지먼트에 대응할 수 있다. 주기적 또는 교대로 나오는 구조들은 (주기적으로) 이격된 높은 구조들에 의해 형성될 수 있고, 상기 주기적 또는 교대로 나오는 구조들은 제2 반사율 계수를 갖는 구역들과 교대로 나오는 제1 반사율 계수를 갖는 구역들에 의해 형성될 수 있으며, 상기 제2 반사율 계수는 상기 제1 반사율 계수와 상이하다.
상기 프로젝션 시스템은, 상기 복수의 하전 입자 빔릿들을 생성하기 위한 빔릿 생성기, 및 상기 기판의 상기 표면에 전사될 패턴에 따라 상기 하전 입자 빔릿들을 변조하기 위한 변조 시스템을 포함할 수 있고, 여기서 상기 프로젝션 시스템은 상기 기판의 상기 표면 상으로 변조된 빔릿들을 프로젝팅하기 위해 배열된다.
상기 시스템은 척 포지션 측정 시스템 및 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛은, 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신되는 제1 포지션으로 상기 척을 이동시키도록; 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신된 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 측정하도록; 제1 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제1 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록; 상기 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제2 포지션으로 상기 척을 이동시키도록; 제2 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제2 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록; 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 상기 제1 측정 척 포지션, 및 상기 제2 측정 척 포지션에 기초하여, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상대 포지션을 계산하도록 배열될 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 척 ―상기 척은, 기판이 상기 척의 기판 지지 부분 상에 배치되게 함― 을, 기판 상의 기판 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제3 포지션으로 이동시키도록; 그리고 제3 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제3 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록 추가로 배열될 수 있다. 그리고, 상기 제어 유닛은, 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과가 노출될 기판의 원하는 부분을 노출시키는 제4 포지션으로 상기 척을 이동시키도록 여전히 추가로 배열될 수 있고, 상기 제4 포지션은 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정 그리고 제1, 제2 및 제3 측정 척 포지션들에 기초하여 결정된다.
다른 양상에서, 본 발명은 위에서 설명된 바와 같은 멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은, 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신되는 제1 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계; 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신된 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 측정하는 단계; 제1 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제1 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계; 상기 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제2 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계; 제2 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제2 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계; 및 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 상기 제1 측정 척 포지션, 및 상기 제2 측정 척 포지션에 기초하여, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상대 포지션을 계산하는 단계를 포함한다. 상기 제2 포지션은 상기 포지션 마크의 특정 피처 또는 부분이 상기 정렬 센서의 특정 파트 아래에 정렬되는 포지션일 수 있는데, 예컨대 상기 포지션 마크의 (기하학적) 중심이 상기 정렬 센서의 빔 아래에 정렬될 수 있다. 또는 상기 포지션 마크 및 상기 정렬 센서의 정렬은 근사치일 수 있는데, 예컨대 상기 정렬 센서가 상기 포지션 마크의 적어도 부분을 판독하도록 허용하기에 충분할 수 있다. 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상기 상대 포지션을 계산하는 방법 단계는, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 기준점과 상기 정렬 센서의 기준점 사이의 벡터 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 기판을 상기 척의 기판 지지 부분 상에 배치시키는 단계; 기판 상의 기판 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제3 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계; 및 제3 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제3 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기판을 상기 척의 기판 지지 부분 상에 배치시키는 단계는, 프로시저를 시작시키기 이전에, 예컨대 상기 척을 상기 제1 포지션으로 이동시키기 이전에 수행될 수 있거나, 또는 상기 배치시키는 단계는, 이후에 그러나 상기 척을 상기 제3 포지션으로 이동시키는 단계 이전에 수행될 수 있다. 상기 방법은, 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 노출될 기판의 원하는 부분을 노출시키는 제4 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계 ―상기 제4 포지션은, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 그리고 제1, 제2 및 제3 측정 척 포지션들에 기초하여 결정됨― 를 여전히 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 양상들이, 도면들에서 도시된 실시예들을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1은 멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템의 예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 모듈식 리소그래피 시스템의 단순화된 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 리소그래피 시스템의 부분을 개력적으로 도시한다.
도 4는 도 3의 리소그래피 시스템 부분의 단면도의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 5는 정렬 센서의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 리소그래피 시스템의 치수들의 하나의 가능한 정의를 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 3의 리소그래피 시스템 부분에서 사용될 수 있는 척의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 8은 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 센서의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 9a는 하전 입자 블록킹 구조 패턴이 제공된 컨버터 엘리먼트의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 9b는 하전 입자 빔릿의 포지션의 함수로서 컨버터 엘리먼트에 의해 방출되는 광의 강도를 표현하는 예시적 그래프를 도시한다.
도 10a는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 빔릿 측정 센서 내의 2-차원 패턴의 하전 입자 블록킹 구조들의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 빔릿 측정 센서의 센서 표면 상에 제공된 패턴의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 빔릿 측정 센서의 센서 표면 상에 제공된 하전 입자 블록킹 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 12는 도 10b에 도시된 2-차원 패턴을 포함하는 다수의 구역들을 포함한 척 상의 전체 빔릿 측정 센서 부분의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 13은 척, 정렬 센서, 및 빔릿 측정 센서의 어레인지먼트의 개략적인 도면을 도시한다.
도 14a, 도 14b는 초기화 프로시저 동안 척의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 15a-도 15c는 패터닝 빔과 정렬 센서들 사이의 벡터 거리를 설정하기 위한 프로시저 동안 척의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 16a-도 16c는 도 15a-도 15c에 도시된 프로시저를 이용하여 설정된 벡터 거리를 이용하여 패터닝될 기판 상에 노출 포지션을 설정하기 위한 프로시저 동안 척의 개략적인 평면도를 도시한다.
다음은, 단지 예로서 그리고 도면들을 참조하여 제공되는 본 발명의 다양한 실시예들의 설명이다. 도면들은 실측에 맞게 도시되지 않으며, 단지 예시적 목적들을 위해 의도된다.
도 1은 하전 입자 멀티-빔릿 리소그래피 시스템(1)의 실시예의 단순화된 개략적인 도면을 도시한다. 그러한 리소그래피 시스템은 예컨대 U.S. 특허 번호들 제6,897,458호; 제6,958,804호; 제7,019,908호; 제7,084,414호; 제7,129,502호; 제7,709,815호; 제7,842,936호; 제8,089,056호 및 제8,254,484호; U.S. 특허 출원 공개공보 번호들 2007/0064213; 2009/0261267; US 2011/0073782; US 2011/0079739 및 US 2012/0091358에서 설명되며, 이들은 본 출원의 출원인에게 양도되고 그리고 이로써 인용에 의해 그 전체가 통합된다.
그러한 리소그래피 시스템(1)은 적절하게, 복수의 빔릿들을 생성하는 빔릿 생성기, 변조 빔릿들을 형성하기 위해 빔릿들을 패터닝하는 빔릿 변조기, 및 변조 빔릿들을 타겟의 표면 상으로 프로젝팅하기 위한 빔릿 프로젝터를 포함한다.
빔릿 생성기는 통상적으로, 소스 및 적어도 하나의 빔 스플리터를 포함한다. 도 1의 소스는, 실질상 균질한 확장 전자 빔(4)을 생성하도록 배열된 전자 소스(3)이다. 전자 빔(4)의 빔 에너지는 바람직하게, 약 1keV 내지 10keV의 범위에서 비교적 낮게 유지된다. 이를 달성하기 위해, 다른 셋팅들이 또한 사용될 수 있더라도, 가속 전압은 바람직하게 낮고, 전자 소스(3)는 접지 전위에서 타겟에 대하여 약 -1㎸ 내지 -10㎸ 사이의 전압으로 유지될 수 있다.
도 1에서, 전자 소스(3)로부터의 전자 빔(4)은 전자 빔(4)을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터 렌즈(5)를 통과한다. 콜리메이터 렌즈(5)는 임의의 타입의 콜리메이팅 광학 시스템일 수 있다. 콜리메이션 이전에, 전자 빔(4)은 이중 옥타폴(미도시)을 통과할 수 있다.
후속하여, 전자 빔(4)은 빔 스플리터, 도 1의 실시예에서는 어퍼처 어레이(6) 상에 부딪친다. 어퍼처 어레이(6)는 바람직하게, 스루-홀들을 갖는 플레이트를 포함한다. 어퍼처 어레이(6)는 빔(4)의 일부를 블록킹하도록 배열된다. 부가하여, 복수의 병렬 전자 빔릿들(7)을 생성하기 위하여 어레이(6)는 복수의 빔릿들(7)이 통과되도록 허용한다.
더 많거나 또는 더 적은 빔릿들이 생성되는 것이 물론 가능하더라도, 도 1의 리소그래피 시스템(1)은 많은 개수의 빔릿들(7), 바람직하게 약 10,000개 내지 약 1,000,000개 빔릿들을 생성한다. 다른 알려진 방법들이 콜리메이팅된 빔릿들을 생성하는데 또한 사용될 수 있음을 주의하라. 전자 빔(4)으로부터 서브빔들을 생성하기 위하여 그리고 서브빔으로부터 전자 빔릿들(7)을 생성하기 위해, 제2 어퍼처 어레이가 시스템에서 부가될 수 있다. 이는, 추가적인 다운스트림으로 서브빔들의 조작을 허용하고, 이는 특히 시스템의 빔릿들의 개수가 5,000개 또는 그 초과일 때 시스템 동작에 유익한 것으로 드러난다.
도 1에서 변조 시스템(8)으로서 표시된 빔릿 변조기는 통상적으로, 복수의 블랭커들의 어레인지먼트를 포함하는 빔릿 블랭커 어레이(9), 및 빔릿 정지 어레이(10)를 포함한다. 블랭커들은 전자 빔릿들(7) 중 하나 또는 그 초과를 편향시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 블랭커들은 더욱 구체적으로, 제1 전극, 제2 전극 및 어퍼처가 제공된 정전기 편향기들이다. 그런 다음, 전극들은 어퍼처 양단에 전기장을 생성시키기 위해 상기 어퍼처의 반대 편 면들 상에 위치된다. 일반적으로, 제2 전극은 접지 전극, 즉 접지 전위에 연결된 전극이다.
전자 빔들(7)을 블랭커 어레이(9)의 평면 내에서 포커싱하기 위해, 리소그래피 시스템은 콘덴서 렌즈 어레이(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 빔릿 정지 어레이(10)는 빔릿들이 통과되도록 허용하기 위한 어퍼처들의 어레이를 포함한다. 그 기본 형태의 빔릿 정지 어레이(10)는, 스루-홀들, 즉 다른 형상들이 또한 사용될 수 있더라도 통상적으로 둥근 홀들이 제공된 기판을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 빔릿 정지 어레이(10)의 기판은 규칙적으로 이격된 스루-홀들 어레이를 갖는 실리콘 웨이퍼로부터 형성되고, 그리고 표면 하전을 방지하기 위해, 금속의 표면 층으로 코팅될 수 있다. 몇몇의 추가적인 실시예들에서, 상기 금속은 자연-산화물 스킨, 예컨대 CrMo를 형성하지 않는 임의의 타입을 갖는다.
빔릿 블랭커 어레이(9) 및 빔릿 정지 어레이(10)는, 빔릿들(7)을 블록킹하거나 또는 통과되도록 하기 위해 함께 동작한다. 몇몇 실시예들에서, 빔릿 정지 어레이(10)의 어퍼처들은 빔릿 블랭커 어레이(9)에 있는 정전기 편향기들의 어퍼처들과 정렬된다. 빔릿 블랭커 어레이(9)가 빔릿을 편향시키면, 상기 빔릿은 빔릿 정지 어레이(10)에 있는 대응하는 어퍼처를 통과하지 않을 것이다. 대신에, 상기 빔릿은 빔릿 블록 어레이(10)의 기판에 의해 블록킹될 것이다. 빔릿 블랭커 어레이(9)가 빔릿을 편향시키지 않으면, 상기 빔릿은 빔릿 정지 어레이(10)에 있는 대응하는 어퍼처를 통과할 것이다. 몇몇 대안적인 실시예들에서, 빔릿 블랭커 어레이(9)와 빔릿 정지 어레이(10) 사이의 협력은, 블랭커 어레이(9)에 있는 편향기에 의한 빔릿의 편향이, 빔릿 정지 어레이(10)에 있는 대응하는 어퍼처를 통한 상기 빔릿의 통과를 야기하고, 반면에 비-편향이 빔릿 정지 어레이(10)의 기판에 의한 봉쇄를 야기하도록 이루어진다.
변조 시스템(8)은 제어 유닛(60)에 의해 제공되는 입력에 기초하여 패턴을 빔릿들(7)에 부가하도록 배열된다. 제어 유닛(60)은 데이터 스토리지 유닛(61), 판독 유닛(62) 및 데이터 컨버터(63)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(60)은 시스템의 나머지로부터 원격으로, 예컨대 클린 룸의 내부 파트의 밖에 위치될 수 있다. 광섬유들(64)을 이용하여, 패턴 데이터를 홀딩하는 변조 광 빔들(14)이 프로젝터(65)에 전송될 수 있고, 상기 프로젝터(65)는 섬유 어레이(플레이트(15)로서 개략적으로 묘사됨) 내의 섬유들의 말단들로부터의 광을, 점선 박스 및 참조 넘버 18로 개략적으로 표시된, 리소그래피 시스템(1)의 전자 광학 부분으로 프로젝팅한다.
도 1의 실시예에서, 변조 광 빔들은 빔릿 블랭커 어레이(9)로 프로젝팅된다. 더욱 구체적으로, 광섬유 말단들로부터의 변조 광 빔들(14)은 빔릿 블랭커 어레이(9) 상에 위치된 대응하는 광 감지 엘리먼트들 상에 프로젝팅된다. 광 감지 엘리먼트들은, 광 신호를 상이한 타입의 신호, 예컨대 전기 신호로 변환시키도록 배열될 수 있다. 변조 광 빔(14)은, 대응하는 광 감지 엘리먼트에 커플링되는 하나 또는 그 초과의 블랭커들을 제어하기 위한 패턴 데이터의 부분을 운반한다. 적절하게, 광 빔들(14)을 대응하는 광 감지 엘리먼트들 상으로 프로젝팅하기 위하여, 프로젝터(65)와 같은 광학 엘리먼트들이 사용될 수 있다. 부가하여, 적절한 입사각으로 광 빔들(14)의 프로젝션을 허용하기 위해, 예컨대 프로젝터(65)와 빔릿 블랭커 어레이(9) 사이에 적절하게 배치된 미러가 포함될 수 있다.
프로젝터(65)는 제어 유닛(60)의 제어 하에서 프로젝터 포지셔닝 디바이스(17)에 의해 플레이트(15)와 적절하게 정렬될 수 있다. 그 결과, 프로젝터(65)와 빔릿 블랭커 어레이(9) 내의 광 감지 엘리먼트들 사이의 거리는 또한 가변할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 광 빔들은, 적어도 부분적으로, 플레이트로부터 광 감지 엘리먼트들 쪽으로 광 도파관에 의하여 전달될 수 있다. 광 도파관은 광을, 광 감지 엘리먼트들에 매우 근접한 포지션으로, 적절하게는 센티미터 미만으로, 바람직하게는 대략 밀리미터로 떨어진 포지션으로 안내할 수 있다. 광 도파관과 대응하는 광 감지 엘리먼트들 사이의 짧은 거리는 광 손실을 감소시킨다. 다른 한편으로, 하전 입자 빔릿들에 의해 점유될 수 있는 공간으로부터 떨어져 위치된 프로젝터(65)와 플레이트(15)의 사용은, 빔릿 외란이 최소화되고 빔릿 블랭커 어레이(9)의 구성이 덜 복잡한 장점을 갖는다.
빔릿 변조기에서 나오는 변조 빔릿들은 빔릿 프로젝터에 의해 타겟(24)의 타겟 표면(13) 상으로 스폿으로서 프로젝팅된다. 빔릿 프로젝터는 통상적으로, 타겟 표면(13) 위에서 변조 빔릿들을 스캐닝하기 위한 스캐닝 편향기, 및 변조 빔릿들을 타겟 표면(13) 상으로 포커싱하기 위한 프로젝션 렌즈 시스템을 포함한다. 이러한 컴포넌트들은 단일 말단 모듈 내에 존재할 수 있다.
그러한 말단 모듈은 바람직하게 삽입가능한, 교체가능한 유닛으로서 구성된다. 따라서, 말단 모듈은 편향기 어레이(11), 및 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)를 포함할 수 있다. 또한, 삽입가능한, 교체가능한 유닛은 빔릿 변조기에 대하여 위에서 논의된 바와 같은 빔릿 정지 어레이(10)를 포함할 수 있다. 말단 모듈을 떠난 이후, 빔릿들(7)은 타겟 평면에 포지셔닝된 타겟 표면(13) 상에 부딪친다. 리소그래피 애플리케이션들에 대해, 타겟은 보통, 하전-입자 감지 층 또는 레지스트 층이 제공된 웨이퍼를 포함한다.
편향기 어레이(11)는, 빔릿 정지 어레이(10)를 통과한 각각의 빔릿(7)을 편향시키도록 배열된 스캐닝 편향기 어레이의 형태를 취할 수 있다. 편향기 어레이(11)는, 비교적 작은 구동 전압들의 애플리케이션을 인에이블링하는 복수의 정전기 편향기들을 포함할 수 있다. 편향기 어레이(11)가 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)의 업스트림으로 도시되더라도, 편향기 어레이(11)는 또한 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)와 타겟 표면(13) 사이에 포지셔닝될 수 있다.
프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)는, 편향기 어레이(11)에 의한 편향 이전에 또는 이후에, 빔릿들(7)을 포커싱하도록 배열된다. 바람직하게, 포커싱은 지름이 약 10 내지 30 나노미터인 기하학적 스폿 크기를 야기한다. 그러한 바람직한 실시예에서, 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)는 바람직하게, 약 100 내지 500번, 가장 바람직하게는 가능한 한 많이, 예컨대 300 내지 500번 범위에서 축소화를 제공하도록 배열된다. 이러한 바람직한 실시예에서, 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)는 유리하게, 타겟 표면(13)에 근접하게 위치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 빔 프로젝터(미도시)는 타겟 표면(13)과 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12) 사이에 위치될 수 있다. 빔 프로젝터는, 복수의 적절하게 포지셔닝된 어퍼처들이 제공된 포일 또는 플레이트일 수 있다. 빔 프로젝터는, 릴리스된 레지스트 입자들이 리소그래피 시스템(1)에 있는 감지 엘리먼트들 중 임의의 것에 도달할 수 있기 이전에 상기 릴리스된 레지스트 입자들을 흡수하도록 배열된다.
따라서, 프로젝션 렌즈 어레인지먼트(12)는, 타겟 표면(13) 상의 단일 픽셀의 스폿 크기가 정확함을 보장할 수 있고, 반면에 편향기 어레이(11)는, 타겟 표면(13) 상의 픽셀의 포지션이 마이크로스케일로 정확함을 적절한 스캐닝 동작들에 의해 보장할 수 있다. 특히, 편향기 어레이(11)의 동작은, 픽셀이, 궁극적으로 타겟 표면(13) 상에 패턴을 구성하는 픽셀들의 그리드로 들어맞도록 이루어진다. 타겟 표면(13) 상에 픽셀의 매크로스케일 포지셔닝이 타겟(24) 아래에 존재하는 웨이퍼 포지셔닝 시스템에 의해 적절하게 인에이블링됨이 이해될 것이다.
보통, 타겟 표면(13)은 기판 위에 레지스트 필름을 포함한다. 레지스트 필름들 부분들은, 하전 입자들, 즉 전자들의 빔릿들의 적용에 의해 화학적으로 변경될 것이다. 그의 결과로서, 필름의 조사된 부분이 현상액에서 다소 용해성이 있을 것이어서, 웨이퍼 상에 레지스트 패턴이 야기된다. 웨이퍼 상의 레지스트 패턴은 후속하여, 기저 층으로, 즉 반도체 제조 기술분야에서 알려진 바와 같은 구현, 에칭 및/또는 증착 단계들에 의해 전사될 수 있다. 분명히, 조사가 균일하지 않으면, 레지스트가 균일한 방식으로 현상되지 않을 수 있어, 패턴에서 실수들이 유도된다. 그러므로, 재생가능한 결과를 제공하는 리소그래피 시스템을 획득하기 위해 고품질 프로젝션이 관련된다. 편향 단계들로부터 조사의 차이가 나오지 않아야 한다.
도 2는 모듈식 리소그래피 시스템의 단순화된 블록도를 도시한다. 리소그래피 시스템은, 유지보수의 용이성을 허용하기 위해 바람직하게 모듈식 방식으로 설계된다. 주요한 서브시스템들은 바람직하게, 자립적이고 제거가능한 모듈들로 구성되고, 그래서 상기 서브시스템들은 가능한 한 다른 서브시스템들에 거의 방해를 주지 않고 리소그래피 머신으로부터 제거될 수 있다. 이는, 머신으로의 액세스가 제한된 진공 챔버에 에워싸인 리소그래피 머신에 특히 유리하다. 따라서, 다른 시스템들을 불필요하게 연결해제하거나 또는 방해하는 것 없이, 불완전한 서브시스템이 신속하게 제거 및 교체될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 이러한 모듈식 서브시스템들은, 하전 입자 빔 소스(101) 및 빔 콜리메이팅 시스템(102)을 포함하는 일루미네이션 옵틱스 모듈(201), 어퍼처 어레이(103) 및 콘덴서 렌즈 어레이(104)를 포함하는 어퍼처 어레이 및 콘덴서 렌즈 모듈(202), 빔릿 블랭커 어레이(105)를 포함하는 빔 스위칭 모듈(203), 그리고 빔 정지 어레이(108), 빔 편향기 어레이(109), 및 프로젝션 렌즈 어레이들(110)을 포함하는 프로젝션 옵틱스 모듈(204)을 포함한다. 모듈들은 정렬 프레임으로부터 안팎으로 슬라이딩하도록 설계될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 정렬 프레임은 정렬 내부 서브-프레임(205) 및 정렬 외부 서브-프레임(206)을 포함한다. 도 3을 참조하여 논의될 바와 같이, 프로젝션 옵틱스 모듈(204)은 정렬 내부 서브-프레임(205) 및 정렬 외부 서브-프레임 중 적어도 하나에 하나 또는 그 초과의 만곡부들에 의하여 연결될 수 있다.
일루미네이션 옵틱스 모듈(201), 어퍼처 어레이 및 콘덴서 렌즈 모듈(202), 빔 스위칭 모듈(203) 및 프로젝션 옵틱스 모듈(204)에 있는 위에서-언급된 컴포넌트들은, 도 1의 리소그래피 시스템(1)에 대한 유사한 컴포넌트들의 기능에 대응하여 동작하도록 배열될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 프레임(208)은 진동 댐핑 마운트들(207)을 통해 정렬 서브-프레임들(205 및 206)을 지지한다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼(130)가 웨이퍼 테이블(209) 상에 얹히고, 차례로 웨이퍼 테이블(209)은 추가적인 지지 구조(210) 상에 장착된다. 웨이퍼 테이블(209) 및 추가적인 지지 구조(210)의 결합은 이후에, 척(210)으로 또한 지칭될 수 있다. 척(210)은 스테이지 쇼트 스트로크(211) 및 롱 스트로크(212) 상에 있다. 리소그래피 머신은 진공 챔버(250)에 에워싸이고, 진공 챔버(250)는 바람직하게 mu 금속 차폐 층 또는 층들(215)을 포함한다. 머신은 프레임 멤버들(221)에 의해 지지되는 베이스 플레이트(220) 상에 얹힌다.
각각의 모듈은 그 동작 동안 많은 개수의 전기 신호들 및/또는 광학 신호들, 및 전기 전력을 요구할 수 있다. 진공 챔버 내부의 모듈들은, 통상적으로 챔버의 밖에 위치되는 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들(224)로부터 이러한 신호들을 수신한다. 진공 챔버(250)는, 케이블들 주위에 진공 밀봉을 유지하면서, 제어 시스템들로부터 진공 하우징으로 신호들을 운반하는 케이블들을 받아들이기 위한, 포트들로 지칭되는 오프닝들을 포함한다. 각각의 모듈은 바람직하게, 그 모듈에 전용되는 하나 또는 그 초과의 포트들을 통해 라우팅되는 전기, 광학, 및/또는 전력 케이블링 연결들의 자신의 콜렉션을 갖는다. 이는, 다른 모듈들 중 어떠한 모듈에 대한 케이블들도 방해하는 것 없이, 특정 모듈에 대한 케이블들이 연결해제, 제거, 및 교체되도록 인에이블링한다. 몇몇 실시예들에서, 패치 패널이 진공 챔버(250) 내에 제공될 수 있다. 패치 패널은 모듈들의 하나 또는 그 초과의 연결들을 제거가능하게 연결시키기 위한 하나 또는 그 초과의 커넥터들을 포함한다. 제거가능한 모듈들의 하나 또는 그 초과의 연결들을 진공 챔버 안으로 받아들이기 위해 하나 또는 그 초과의 포트들이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 멀티-빔 하전 입자 노출 장치의 부분을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 3은, 추가로 척(313)으로 지칭되는 기판 지지 구조 위에 포지셔닝된 프로젝션 시스템(311)을 도시한다.
프로젝션 시스템(311)은, 패터닝 빔(318)을 수신하고 패터닝 빔(318)을 표면 쪽으로 지향시키기 위해 배열된다. 패터닝 빔(318)은, 본원에서 '빔 그리드'로 지칭되는 상기 표면 상의 영역을 일루미네이팅하도록 배열된다. 패터닝 빔(318)이 복수의 하전 입자 빔릿들(7)을 포함하는 경우, 빔릿들은 바람직하게, 빔 그리드를 형성하기 위해 그리드 포메이션으로 배열된 상기 표면 상의 스폿들로 지향된다. 표면, 예컨대 기판 표면(312)에 대하여 빔 그리드의 포지션 및 배향을 정의하기 위하여, 예컨대 빔(318)의 빔릿들 전부를 통해 들어맞는 최소-제곱 그리드에 포지셔닝되는 기준 빔의 명목 초점 포지션으로서, 빔 그리드의 기준점 또는 원점이 정의될 수 있다.
상기 표면은 척(313) 상에 배치된, 노출될 기판, 예컨대 웨이퍼의 표면(312)일 수 있다. 대안적으로 또는 부가하여, 그러한 표면은, 적어도 부분적으로 척(313)에 연결되고 바람직하게는 척(313)에 통합되는 빔릿 측정 센서의 측정 표면일 수 있다. 바람직하게, 척(313)은, 예컨대 제어 유닛에 통신가능하게 커플링되는 하나 또는 그 초과의 적절한 작동기들을 이용함으로써, 프로젝션 시스템(311)에 대하여 제어가능하게 이동가능하다.
프로젝션 시스템(311)은 지지부(363)에 의해 지지된다. 도 3의 실시예에서, 지지부(363)는 다수, 바람직하게는 세 개의 만곡부들(372)을 통해 프레임(371)에 연결된다. 적어도 세 개의 만곡부들(372)을 이용함으로써, 지지부(363)의 포지션이 공간에서 잘 정의될 수 있다. 만곡부들(372)은 탄력 있는 재료를 포함할 수 있다. 만곡부들(372)은, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 지지부(363)에 있는 리세스들에 붙을 수 있다. 부가하여, 만곡부들(372)은 프레임(371) 상에서 동작하는 외부 힘들의 지지부(363) 쪽으로의 전달을 제한할 수 있다. 이는, 프레임(371)이 높은 열 팽창 재료, 예컨대 알루미늄을 포함하도록 허용한다. 알루미늄의 사용은 프레임(371)이 비교적 가볍게 가중되게 할 것이다.
척 포지션은 척 포지션 측정 시스템에 의해 결정될 수 있다. 도 3에서, 척 포지션 측정 시스템은 하나 또는 그 초과의 간섭계들(315)을 포함한다. 그러나, 기술분야의 당업자에게 알려질 바와 같이, 다른 포지션 센서들, 뿐만 아니라 부가적인 포지션 센서들이 또한 사용될 수 있다. 도 3의 차분 간섭계(315)는, 척(313)에 연결된 척 포지션 미러(314) 및 프로젝션 시스템(311)에 연결된 프로젝션 시스템 포지션 미러(316)를 포함한다. 차분 간섭계(315)는, 프로젝션 시스템(311)에 대하여 척(313)의 이동들을 검출 또는 측정하도록 배열된다. 척 포지션 센서 시스템은, 프로젝션 시스템(311)에 대한 척(313)의 포지션을 하나보다 많은 방향으로 검출하기 위해 하나보다 많은 차분 간섭계(315)를 포함할 수 있다. 다수의 비-차분 간섭계들이 또한, 척(313)의 포지션을 측정하는데 사용될 수 있다.
도 3의 노출 장치는, 포지션 마크를 검출 및/또는 측정하기 위한 포지션 마크 측정 시스템(317)을 더 포함한다. 일반적으로, 그러한 포지션 마크는 표면, 예컨대 척(313)의 표면에 제공되거나, 또는 척에 부착되거나 또는 프로세싱될 기판(312)의 표면에 부착된다. 이후에, 마크가 척(313)의 표면 상에 제공된다면, 척 포지션 마크가 참조될 수 있다. 부가하여, 마크가 프로세싱될 기판(312) 상에 포지셔닝된다면, 웨이퍼 포지션 마크가 참조될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 지지부(363)에는, 정렬 센서들(361, 362)과 표면 사이의 거리를 측정하기 위해 배열된 높이 측정 시스템(320)이 제공된다. 높이 측정 시스템은 하나 또는 그 초과의 용량성 센서들을 포함하는 용량성 높이 측정 시스템일 수 있다. 높이 측정 시스템은 정렬 센서들(361, 362)에 통합될 수 있거나, 또는 별개일 수 있다. 정렬 센서들(361, 362)과 표면 사이의 거리를 변경시키기 위해, 척(313)의 이동을 제어하기 위한 하나 또는 그 초과의 적절한 작동기들이 배열될 수 있다. 제어 유닛, 예컨대 도 2의 프로세싱 유닛(224)이, 높이 측정 시스템(320)으로부터 거리에 관한 정보를 수신하기 위해 배열될 수 있고, 그리고 측정된 거리를 고려하여 임의의 원하는 조정들을 만들기 위해 이동 정보를 하나 또는 그 초과의 작동기들에 제공할 수 있다.
도 4는, 프로젝션 시스템(311), 예컨대 패터닝 빔(318)을 기판(313) 상으로 포커싱하기 위한 프로젝션 렌즈의 최종 엘리먼트를 도시하는 도 3의 리소그래피 시스템 부분의 실시예의 단면의 일부를 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예에서, 도 3의 포지션 마크 측정 시스템(317)은 제1 정렬 센서(361) 및 제2 정렬 센서(362)를 포함한다. 제1 정렬 센서(361)는 포지션 마크의 포지션을 y-방향으로 검출하도록 배열된다. 제2 정렬 센서(362)는 포지션 마크의 포지션을 x-방향으로 검출하도록 배열된다. 정렬 센서들(361, 362) 둘 다는, 포지션 마크를 일루미네이팅하기 위한 광원, 그리고 포지션 마크와 반사에 의해 상호작용한 광을 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다.
참조 넘버 318은 패터닝 빔을 지칭하고, 패터닝 빔의 중심은 점(364)으로 표시된다. 정렬 센서들(361, 362)은 지지부(363) 상으로 장착될 수 있고, 상기 지지부(363)는 또한, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 프로젝션 시스템(311)을 지지하는 것을 담당한다. 이러한 실시예에서, 지지부(363)는 링-형상화된다.
도 3 및 도 4로부터, 예컨대 열 팽창으로 인한 방사상 방향으로의 프로젝션 시스템(311)의 팽창이 지지부(363)의 팽창을 유도할 수 있음이 이해될 수 있다. 그러나, 빔(318)의 포지션이 반드시 동일한 방식으로 변하는 것은 아니거나, 또는 심지어 전혀 변하지 않을 수 있다. 빔(318)의 포지션과 정렬 센서들(361, 362) 사이의 거리의 변형을 감소시키기 위해, 지지부(363)는 바람직하게 낮은 열 팽창 재료, 예컨대 유리-세라믹, Pyrex 및/또는 Zerodur로 만들어진다.
도 5는 정렬 센서, 예컨대 도 4의 정렬 센서(361 또는 362)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 정렬 센서는 광 빔(403)을 제공하기 위한 광원(401) 및 광 강도 검출기(410)를 포함한다. 바람직하게, 정렬 센서는 정렬 센서 성능의 개선을 위해 광학 시스템(405)을 더 포함한다.
광원은 미리결정된 파장, 예컨대 600-650㎚ 범위의 파장의 광을 제공하기 위해 배열된 광 생성기(402), 예컨대 레이저를 포함한다. 광원(401)은 광 생성기(402)에 의해 생성된 광을 광학 시스템(405) 쪽으로 안내하기 위한 광섬유(404)를 포함할 수 있다. 광원(401)의 몇몇 실시예들은, 광 생성기(402)에 의해 생성되는 광 빔(403)을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터 렌즈(406)를 포함한다.
도 2의 정렬 센서의 광학 시스템(405)은 빔 스플리터(407) 및 초점 렌즈(410)를 포함한다. 빔 스플리터(407)는, 관심대상 바디의 표면, 도 5에서는 척(313) 상에 위치된 기판 표면(312) 상에 위치된 포지션 마크 쪽으로 광 빔(403)을 지향시키기 위해 배열된다. 초점 렌즈(408)는 광 빔(403)을 표면(312) 상으로 포커싱하기 위해 배열된다. 광 빔(403)은 표면(312) 상의 포지션 마크 상에서 반사되고, 이는 반사된 광 빔(409)을 야기한다. 그런 다음, 빔 스플리터(407)는 반사된 광 빔(409)을 광 강도 검출기(410) 쪽으로 지향시킬 수 있다.
광 강도 검출기(410)는 광전지 모드에서 동작하는 비-편향(un-biased) 실리콘 PIN 다이오드 또는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 모드는 포토다이오드의 편향 모드 동작에 대하여 생성되고 있는 열의 양을 낮출 수 있다. 또한, 광 강도 검출기(410)는, 포토다이오드로부터의 전류를 전압으로 변환시키기 위해 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 그러한 전압은 필터링될 수 있다. 그런 다음, 필터링된 전압이 디지털 신호로 변환될 수 있고, 상기 디지털 신호는 프로세싱 유닛, 예컨대 리소그래피 시스템 ―정렬 센서가 상기 리소그래피 시스템의 일부임― 의 프로세싱 유닛에 의해 사용될 수 있다. 광 강도 검출기(410)의 액티브 영역은 빔 스플리터(407)를 떠나는, 반사된 광 빔(409)의 지름보다 더 작을 수 있다. 그러므로, 광학 시스템(405)은, 반사된 광 빔(409)을 광 강도 검출기(410)의 액티브 영역으로 포커싱하기 위해, 빔 스플리터(407)와 광 강도 검출기(410) 사이에 포지셔닝되는 추가적인 초점 렌즈를 포함할 수 있다. 그 결과, 빔 스플리터(407)를 떠나는 반사된 광 빔(409) 내의 에너지 전부가 광 강도 검출기(410)에 의해 사용될 수 있다.
비-편광 빔 스플리터에서는, 정렬 광 빔(403)의 50%가 표면(312) 쪽으로 지향되고, 반면에 다른 50%는 손실될 수 있는 경우가 있을 수 있다. 부가하여, 반사된 정렬 광 빔(409)의 50%만이 광 강도 검출기(410)로 지향될 수 있고, 반면에 다른 50%는 손실될 수 있다. 결과적으로, 정렬 광 빔(403)의 75%가 포지션 검출을 위해 사용되지 않을 수 있다.
그러므로, 편광 빔 스플리터(407)가 정렬 센서의 실시예에서 사용될 수 있다. 그 경우, 광원(401)은 편광된 정렬 광 빔(403)을 제공할 수 있다. 광원(401)은, 비-편광된 광 빔을 편광된 광 빔으로 트랜스폼하기 위해 배열된 편광기, 예컨대 편광 필터(412)를 포함할 수 있다. 정렬 광 빔(403)은 도 5에서 점으로 표시되는 S-편광된 광 빔일 수 있다.
편광 빔 스플리터(407)는 S-편광된 정렬 광 빔을 표면 쪽으로 안내하기 위해 배열될 수 있다. 광학 시스템은 사분의 일 파장 플레이트(411)를 더 포함할 수 있고, 사분의 일 파장 플레이트(411)는 편광 빔 스플리터(407)와 초점 렌즈(408) 사이에 위치될 수 있다. 정렬 광 빔(403)이 사분의 일 파장 플레이트(411)를 통해 이동할 때, 정렬 광 빔(403)은, 도 5에서 굽은 화살표로 표시되는 바와 같이, S-편광으로부터 오른쪽 원형 편광으로 자신의 편광을 변경할 수 있다. 정렬 광 빔(403)이 표면(312)에 의해 반사될 때, 편광은 다시 변할 수 있고: 도 5에서 다른 굽은 화살표로 표시되는 바와 같이, 반사된 정렬 광 빔(409)은 왼쪽 원형 편광을 가질 수 있다. 반사된 정렬 광 빔(409)이 사분의 일 파장 플레이트(411)를 통해 이동할 때, 반사된 정렬 광 빔(409)은 왼쪽 원형 편광으로부터, 도 5에서 직선 화살표로 표시되는 P-편광으로 자신의 편광을 변경할 수 있다. 편광 빔 스플리터(407)는, P-편광된, 반사된 정렬 광 빔을 광 강도 검출기(410) 쪽으로 안내하도록 배열될 수 있다.
편광된 정렬 광 빔, 편광된 반사된 정렬 광 빔, 및 편광 빔 스플리터의 사용은, 빔 스플리터(407)에서 미광, 후방 반사 및 에너지 손실의 감소를 야기할 수 있다. 또한, 편광 필터(412)는, 역으로 광원(401)으로의 광 반사를 최소화시키도록 배열될 수 있다.
정렬 센서의 실시예에서, 초점 렌즈(408)는 투명 플레이트(413)와 협력하여 정렬 광 빔(403)을 표면(312)으로 포커싱하도록 배열되고, 투명 플레이트(413)는 정렬 광 빔(403)과 반사된 정렬 광 빔(409) 둘 다를 굴절시킬 수 있다. 굴절은 투명 플레이트(413)의 재료에 따라 좌우된다.
정렬 센서와 표면(312) 사이의 거리(h), 및/또는 표면(312)에 대한 정렬 센서 또는 높이 측정 시스템(420)의 틸트를 측정하기 위해 높이 측정 시스템(420)이 제공될 수 있다. 높이 측정 시스템(420)은 광학 높이 측정 시스템 또는 용량성 높이 측정 시스템일 수 있다. 용량성 높이 측정 시스템은 차분 용량성 높이 측정 시스템일 수 있다.
정렬 센서와 표면 사이의 거리(h) 및/또는 표면(312)에 대한 정렬 센서의 틸트에 관한 정보를 이용하여, 거리(h) 및/또는 틸트는, 원하는 거리 및/또는 틸트를 획득 또는 유지하도록 적응될 수 있다.
실시예에서, 척(313)의 이동을 제어하기 위한 하나 또는 그 초과의 적절한 작동기들이 거리(h) 및/또는 틸트를 변경시키기 위해 배열될 수 있다. 제어 유닛, 예컨대 도 2의 프로세싱 유닛(224)이, 높이 측정 시스템(420)으로부터 거리 및/또는 틸트에 관한 정보를 수신하기 위해 배열될 수 있고, 그리고 거리 및/또는 틸트 정보를 고려하여 임의의 원하는 조정들을 만들기 위해 이동 정보를 하나 또는 그 초과의 작동기들에 제공할 수 있다.
도 6은, x, y 및 z 방향들 그리고 Rx, Ry 및 Rz 회전 방향들을 도시하는, 척(313)에 관련한 리소그래피 시스템에서의 치수들의 하나의 가능한 정의를 개략적으로 도시한다. 이러한 도시된 어레인지먼트에서, x-방향으로의 이동은 척의 수평 병진운동을 표현하고, y-방향으로의 이동은 x-방향에 직각인 척의 수평 병진운동을 표현하며, 그리고 z-방향으로의 이동은 x-방향 및 y-방향에 직각인 척의 수직 병진운동을 표현한다. Rx-방향으로의 이동은 x-축을 중심으로 한 척의 회전을 표현하고, Ry-방향으로의 이동은 y-축을 중심으로 한 척의 회전을 표현하며, 그리고 Rz-방향으로의 이동은 z-축을 중심으로 한 척의 회전을 표현한다.
도 6의 화살표들은 각각의 방향에 대한 사인, 즉 포지티브 이동의 정의를 표시한다. 그런 다음, 화살표들에 반대 방향은, 그 방향으로의 네거티브 이동으로서 정의될 수 있다. 다른 정의들이 본원에 설명되는 측정 및 이동 방향들을 설명하는데 사용될 수 있더라도, 본 발명의 실시예들은 이 정의에 대응하는 좌표계에 따라 설명된다. 또한, 도 6에 묘사된 방향들의 정의는 리소그래피 시스템에 대한 상이한 좌표 프레임들에 대해 사용될 수 있다. 예컨대, 도 6의 경우와 같이, 상기 정의는 척(313)의 포지션 및 이동들을 정의하기 위한 척 좌표 프레임을 정의하는데 사용될 수 있다. 이러한 좌표 프레임은 척 좌표 프레임으로 지칭될 수 있고, 이러한 좌표 프레임 내의 포지션들은 척 좌표들로 정의되는 것으로 지칭될 수 있다.
대안적으로, 도 6에 묘사된 방향들의 정의는 타겟, 예컨대 기판(313)의 포지션 및 이동들을 정의하기 위한 타겟 좌표 프레임을 정의하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 대안에서, 도 6에 묘사된 방향들의 정의는 다수의 빔릿들의 빔 그리드의 포지션 그리고 그러한 빔 그리드, 예컨대 패터닝 빔(318)의 기준점 또는 원점을 정의하기 위한 빔 그리드 좌표 프레임을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 그런 다음, 빔 그리드의 x-축은, 예컨대, 원점을 통과해 그리고 빔 그리드 상의 빔릿들의 행들에 병렬로 이어질 것이고, 반면에 y-축은 원점을 통과해 그리고 x-축에 직각으로 이어질 것이다. 그런 다음, 원점을 통과해 그리고 패터닝 빔(318)의 초점 평면에 직각으로 이어지는 축으로서 z-축이 정의될 수 있다.
예컨대 좌표들 [x, y, z, Rx, Ry, Rz]을 갖는, 포지션 측정 시스템(317)의 좌표 프레임이 빔(318)의 빔 그리드의 원점에 포지셔닝된 척 좌표 프레임의 좌표들 [x, y, z]을 참조할 수 있고, 반면에 포지션 측정 시스템(317)에 의해 측정된 척(313)의 회전들 [Rx, Ry, Rz]은 빔 그리드 좌표 프레임에 대하여 결정될 수 있다.
도 7은 도 3의 리소그래피 시스템 부분에서 사용될 수 있는 척(313)의 평면도를 개략적으로 도시한다. 척(313)은 패터닝될 기판(312), 예컨대 웨이퍼를 지지하기 위해 사용되는 기판 지지 부분(450)을 포함한다. 척(313)은, 하나 또는 그 초과의 빔릿 파라미터들을 검출하기 위한 빔릿 측정 센서를 ―상기 빔릿 측정 센서의 적어도 부분을― 수용하기 위해 빔릿 측정 센서 부분(460)을 더 포함한다. 빔릿 측정 센서 부분(460)은 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 빔릿 측정 센서(500)의 표면(501)을 지지할 수 있거나, 또는 상기 표면(501)에 부착될 수 있다. 빔릿 측정 센서의 실시예에 대한 추가적인 세부사항들은 도 8, 도 9a, 도 9b 및 도 12를 참조하여 논의될 것이다. 척은 또한, 포지션 마크(610, 620, 635)를 수용, 예컨대 포지션 마크(610, 620, 635)를 지지하거나 또는 포지션 마크(610, 620, 635)에 부착되기 위한 포지션 마크 부분(470)을 포함한다. 포지션 마크의 실시예들에 대한 추가적인 세부사항들은 도 10a, 도 10b, 도 11 및 도 12를 참조하여 논의될 것이다. 이들이 대안적으로 척(313)의 별개의 영역들에 위치될 수 있더라도, 도 7의 실시예에서 포지션 마크 부분(470)은 빔릿 측정 센서 부분(460) 상에 묘사된다.
바람직하게, 척(313)에는 또한, 기준 플레이트(480)가 제공되고, 기준 플레이트(480)는 표면(485) 및 기준 척 포지션 마크들(490, 495)을 포함한다. 기준 척 포지션 마크들(490, 495)은 바람직하게 명목상 제1 및 제2 정렬 센서들(361, 362) 사이의 간격과 동일한 간격으로 배열되고, 바람직하게 동일한 공간 어레인지먼트로 배열된다. 기준 척 포지션 마크들(490, 495)은 예컨대 x-방향 및 y-방향으로의 판독 및 정렬을 위한 2-차원 마크들일 수 있다. 다른 옵션은, 상이하게 배향된 1-차원 기준 척 포지션 마크들(490, 495)을 사용하는 것이다. 기준 플레이트(480)의 사용에 대한 추가적인 세부사항들은 도 14a, 도 14b를 참조하여 논의될 것이다.
도 8은 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 센서(500)의 동작을 개략적으로 도시한다. 센서는 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 표면(501)을 포함하고, 이 실시예에서 표면(501)은 컨버터 엘리먼트를 포함한다. 표면(501)에는, 하전 입자 블록킹 구조들(508), 그리고 넌-블록킹 구역들로 추가로 지칭되는 하전 입자 투과 구역들(507)을 포함하는 패턴이 제공된다. 컨버터 엘리먼트(501)는, 하전 입자들(502)을 수신하기 위해, 그리고 수신된 하전 입자들의 에너지를 사용하여 광자들(503)을 생성하기 위해 배열된다. 광자들(503)은 광학 시스템(511)에 의하여 광자 리셉터(505) 쪽으로 지향될 수 있다. 광자 리셉터(505)는 계산 유닛, 예컨대 하전 입자들(502)의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 컴퓨터(513)에 통신가능하게 커플링된다.
표면(501)의 컨버터 엘리먼트는 형광 엘리먼트, 예컨대 형광 스크린, 또는 섬광 엘리먼트, 예컨대 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 재료의 기판의 형태를 취할 수 있다. 이후에, YAG-스크린이 컨버터 엘리먼트(501)로서 사용되는 본 발명의 실시예들이 설명될 것이며, 여기서 YAG-스크린은 YAG(501)로 지칭될 수 있다.
광자 리셉터(505)는 임의의 적절한 광 감지 검출기, 예컨대 복수의 다이오드들, CCD(charged coupled device) 카메라들 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 카메라들을 포함할 수 있다. 이후에, 광자 리셉터(505)는 카메라(505)로 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 임의의 타입의 하전 입자들(502)에 대해 사용될 수 있더라도, 이후에, 본 발명의 실시예들은 전자들에 관련하여 논의될 것이다.
빔릿 크기가 나노미터 범위에 있는 전자 빔릿 디바이스들, 예컨대 전자 현미경들, 전자 빔 리소그래피 장치, 및 전자 빔 패턴 생성기들에서, 컨버터 엘리먼트(501)에 의한 변환에 의해 생성된 광자들의 직접 관찰은 전자 빔릿의 포지션과 같은 특징들의 결정을 인에이블링하기에 불충분한데, 그 이유는 컨버터 엘리먼트(501)의 파장에 의해 해상도가 제한되기 때문이다.
정확도를 개선시키기 위해, 나이프 에지들로 추가로 지칭되는 날카로운 에지들이 제공된 전자 블록킹 구조에 걸쳐서 전자 빔릿이 스캐닝될 수 있다. 나이프 에지가 제공된 컨버터 엘리먼트를 이용하는 센서의 예는 특허 출원 US 2007/057204에 설명되고, 상기 특허 출원은 이로써 인용에 의해 그 전체가 통합된다.
도 9a는 전자 블록킹 구조가 제공된 표면을 수신하는, 전자 빔릿을 포함하는 YAG(501)의 단면을 개략적으로 도시한다. 전자 블록킹 구조는 전자들을 블록킹할 수 있는 층(521)이 제공된 전자 블록킹 구역들을 포함한다. 블록킹 층(521)은 금속 층일 수 있다. 전자들을 블록킹하기 위한 적절한 금속은 텅스텐이다. 블록킹 구역들 사이에 넌-블록킹 구역들이 있다. 전자 블록킹 구조의 넌-블록킹 구역 상으로 부딪치는 전자 빔릿(527)은 실제로, YAG(501)의 표면 또는 YAG(501)의 표면 상의 코팅부 상으로 부딪친다.
전자들을 블록킹하기 위한 부분들 내에서, 블록킹 층(521) 외에, 부가적인 층(525)이 존재할 수 있다. 부가적인 층(525)은 금속 층일 수 있고, 블록킹 층(521)의 에지 선명도(edge sharpness)를 증가시키는 목적을 제공할 수 있다. 이는, 블록킹 층 에칭 프로세스에 저항력 있는 부가적인 층 재료를 선택함으로써 달성된다. 텅스텐이 블록킹 층 재료로서 선택될 때, 부가적인 층(525)을 위한 적절한 재료는 크롬이다.
YAG(501)는, 인입하는 하전 입자 빔릿들의 결과로서, 예컨대 전자 빔릿(527)에서 YAG(501)의 하전의 방지를 위해 전도 코팅 층(523)으로 코팅될 수 있다. 대안적으로 또는 부가하여, 코팅 층(523)은 배경 방사선, 특히, 전자들과 같은 하전 입자들의 수신에 응답하여 YAG(501)에 의해 생성되는 광과 유사한 파장을 갖는 주변 광을 블록킹하기 위해 사용된다. 코팅 층(523)을 위한 적절한 재료들은 알루미늄 및 티타늄을 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, 전자 빔릿(527)의 포지션을 결정하기 위하여, YAG(501) 상에 제공된 블록킹 구조에 걸쳐서 (도 9a에서, X-방향으로서 표시된 방향으로) 전자 빔릿(527)이 스캐닝될 수 있다. 응답하여, YAG(501) 내에서 생성된 광은 카메라에 의해 검출될 수 있다. 그러한 스캐닝 및 검출 동작의 예시적 결과는 도 9b에서 개략적으로 묘사된다.
도 9b는 컨버터 엘리먼트의 표면에 걸친 전자 빔릿의 x-포지션의 함수로서 YAG(501)와 같은 컨버터 엘리먼트에 의해 방출된 광의 강도를 표현하는 그래프를 도시한다. 전자 빔릿이 완전히 넌-블록킹 구역에 포지셔닝될 때 최대 응답이 관찰되고, 전자 빔릿이 완전히 블록킹 구조 위에 포지셔닝된다면 최소 광이 생성된다. 나이프 에지의 교차는 광 강도의 급격한 변화를 야기한다.
컨버터 엘리먼트 표면 중 전자-수신 표면 상에 제공된 나이프 에지 패턴의 지식은, 빔릿 포지션 및 빔릿 스폿 크기와 같은 빔릿 특징들의 결정을 허용하고, 여기서 스폿 크기는 YAG(501)의 표면 상의 빔릿의 크기에 관련된다.
빔릿 포지션은, 컨버터 엘리먼트의 표면에 걸쳐서 빔릿을 x-방향으로 스캐닝함으로써, 그리고 도 9b에 도시된 바와 같이, 컨버터 엘리먼트에 의해 방출된 광의 강도가 최대 값으로부터 최소 값으로 또는 최소 값으로부터 최대 값으로 변하는 포지션을 측정함으로써, 측정될 수 있다. 예컨대, 강도가 최대 값으로부터 최소 값으로 변할 때, 이는 넌-블록킹 구역으로부터 블록킹 구역으로 전이되는 나이프 에지에 걸쳐서 x-방향으로 빔릿이 스캐닝됨을 표시한다.
빔릿 스폿 크기는, 빔릿이 나이프 에지에 걸쳐서 스캐닝됨에 따라, 강도가 최대 값으로부터 감소하기를 시작하는 지점과, 강도가 최소 값에 도달하는 지점 사이의 거리를 측정함으로써 결정될 수 있다. 이는, 빔릿이 부분적으로 블록킹되고 부분적으로 블록킹되지 않는 거리를 표시한다. 유사하게, 빔릿 크기는, 빔릿이 나이프 에지에 걸쳐서 스캐닝됨에 따라 최대 강도를 감지하는 것과 최소 강도를 감지하는 것 사이의 시간을 측정함으로써, 그리고 빔릿의 스캐닝 속도로 곱함으로써, 결정될 수 있다. 이러한 측정들은 또한, 반대 편의 나이프 에지 상에서 수행될 수 있다 ―빔릿은 최소 강도로부터 최대 강도로 이동됨―.
도 9b에 도시된 측정이 수반되는 블록킹 및 넌-블록킹 구역들의 폭들보다 더 작은 치수들을 갖는 빔릿에 관련됨을 주의하라. 이러한 치수들 및 폭들은, 사용되고 있는 스캔 방향에 병렬인 방향을 따라서 취해진다.
일반적으로, 칩 설계는 다수의 패터닝된 층들을 포함하고, 이는 동일한 기판이 다수 번 패터닝되어야 함, 즉 층마다 하나 또는 그 초과의 세션들을 의미한다. 패턴을 제공하는 제1 세션과 제2 세션 사이에, 리소그래피 시스템으로부터 기판을 제거하는 것이 요구될 수 있다. 그 경우, 제2 세션의 패턴 포지션이 제1 세션의 패턴 포지션과 매칭되는 것이 요구될 수 있다. 이러한 소위 오버레이-요건은, 포지션 마크 측정 시스템을 이용하여 검출될 수 있는, 기판 상의 포지션 마크들을 사용함으로써 충족될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들을 검출하는 포지션 마크 측정 시스템과 빔 그리드 사이의 벡터 거리가 시간에 따라 크게 변하지 않는다는 가정 하에서, 패터닝될 기판 층들 전부가 동일한 리소그래피 시스템에서 패터닝된다면, 이러한 프로시저는 충분히 정확할 수 있다. 그러나, 다수의 리소그래피 시스템들이 기판 층들을 패터닝하기 위해 사용된다면, 또는 도 2에 도시된 시스템과 같은 모듈식 리소그래피 시스템의 경우, 상이한 프로젝션 옵틱스 모듈이 사용된다면, 포지션 마크 측정 시스템과 복수의 패터닝 빔릿들 사이의 벡터 거리는 또한 층마다 크게 가변할 수 있다.
하전 입자 빔릿들과 기판 사이의 관계를 직접 측정하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 그러한 관계가, 빔릿 측정 센서(500), 그리고 위에서 설명된 바와 같은 하나 또는 그 초과의 정렬 센서들(361, 362)을 포함하는 포지션 마크 측정 시스템(317)을 이용하여 설정될 수 있음을 인식했다. 부가하여, 빔릿 측정 센서(500)의 컨버터 엘리먼트 표면(501)에는, 빔릿 측정 센서에 의해 사용될 수 있는 2-차원 패턴, 그리고 포지션 마크 측정 시스템에 의해 사용될 수 있는 2-차원 패턴이 제공될 수 있다.
충분히 정확한 오버레이를 달성하기 위해, 발명자들은, 척의 어떠한 포지션에서도 빔 그리드-대-포지션 마크 측정 시스템 벡터를 재생할 수 있는 것, 즉 척 포지션과 기판 표면 상에서의 빔릿들의 상대 포지션을 재생할 수 있는 것이 중요함을 인식했다. 척이 상이한 정렬 센서 측정들 사이에서 또는 빔 센서 측정들과 정렬 센서 측정들 사이에서 회전한다면, 이러한 재생성은 훨씬 더 복잡하다. 가능한 한 단순한 시나리오를 유지하기 위해, 척(313)의 Rx, Ry 및 Rz 포지션은 포지션 마크 측정 시스템 및 빔릿 센서 측정들 전부에 대해 고정될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 빔릿 측정 센서(500)의 컨버터 엘리먼트(501)의 부분 상에 제공된 하전 입자 블록킹 구조들(610a, 610b)의 2-차원 패턴(610)의 어레인지먼트(600)의 개략적인 평면도를 도시한다. 패턴(610)은 척(313) 상의 빔릿 측정 센서 부분(460) 상에 제공될 수 있다. 2-차원 패턴은 블록킹 구역과 넌-블록킹 구역 사이의 전이부들에 하나 또는 그 초과의 나이프 에지들을 형성한다. 도 8, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 특징들, 예컨대 그들의 포지션은, 2-차원 패턴(610)에 걸쳐서 빔릿들을 적절하게 스캐닝함으로써 그리고 응답하여 컨버터 엘리먼트(501)에 의해 생성된 광을 평가함으로써 결정될 수 있다.
하전 입자 블록킹 구조들(610a, 610b)의 2-차원 패턴은, 상기 2-차원 패턴이 척 포지션 마크로서 사용될 수 있도록, 추가로 형상화된다. 이는, 예컨대, 하전 입자 블록킹 구조의 2-차원 패턴(610)이 상이한 높이 레벨들 또는 상이한 반사율, 또는 정렬 센서(들)에 의해 그들을 구별가능하게 만드는 다른 적절한 특성을 갖는 영역들을 야기함을 확실히 함으로써 설정될 수 있다(본 상황에서 2-차원이, 구조들이 상이한 높이들을 또한 가질 수 없음을 의미하지 않음을 주의하라).
예컨대, 하전 입자 블록킹 구조들(610a, 610b)이 컨버터 엘리먼트 표면(501) 위에 하나 또는 그 초과의 부가적인 층들을 제공할 수 있어, 블록킹 구조들(610a, 610b)의 상단 표면과 블록킹 구조들에 의해 덮이지 않는 컨버터 엘리먼트의 표면(501) 사이에 높이 차이가 야기된다. 결과적으로, 하전 입자 블록킹 구조들 상에 부딪치는, 정렬 센서(361) 또는 정렬 센서(362)와 같은 정렬 센서로부터 나오는 광은 더 작은 궤도를 따라서 이동하고, 따라서 하전 입자 블록킹 구조들에 의해 덮이지 않는 영역들 상에 부딪치는 광보다 더 일찍 반사된다. 2-차원 패턴(610)이 주기적 구조의 형태를 취하면, 위상 격자가 생성될 수 있다. 다른 예에서, 하전 입자 블록킹 구조들(610a, 610b)의 상단 표면은, 정렬 센서에 의해 사용되는 파장에 대해, 하전 입자 블록킹 구조들에 의해 덮이지 않는 컨버터 엘리먼트의 표면(501)과 상이한 반사율 계수를 갖는다. 결과적으로, 하전 입자 블록킹 구조들(610a, 610b) 상에 부딪치는, 정렬 센서(361) 또는 정렬 센서(362)와 같은 정렬 센서로부터 나오는 광은, 하전 입자 블록킹 구조들에 의해 덮이지 않는 영역들 상에 부딪치는 광과 상이한 방식으로 반사된다. 패턴이 주기적 구조의 형태를 취하면, 반사 진폭 격자가 생성될 수 있다.
도 10a에 도시된 2-차원 패턴(610)은 두 개의 격자들(610a, 610b), 예컨대 위상 격자들 또는 반사 진폭 격자들을 포함한다. 격자(610a)는, x-포지션을 측정하기 위한 정렬 센서, 예컨대 도 3의 정렬 센서(362)에 대하여 척 포지션 마크(610)를 정렬시키는데 사용될 수 있다. 유사하게, 격자(610b)는, y-포지션을 측정하기 위한 정렬 센서, 예컨대 도 3의 정렬 센서(361)에 대하여 포지션 마크를 정렬시키는데 사용될 수 있다.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예들에서 사용될 수 있는 빔릿 측정 센서(500)의 컨버터 엘리먼트(501)의 부분 상에 제공된 2-차원 패턴의 다른 어레인지먼트(605)의 개략적인 평면도를 도시한다. 패턴은, 정렬 센서에 의해 검출가능한 척 포지션 마크를 형성하는 2-차원 패턴(620), 및 하전 입자 블록킹 구조들(631)의 2-차원 패턴(630)을 포함한다.
척 포지션 마크를 형성하는 패턴(620)은 격자(620a) 및 격자(620b)를 포함한다. 격자들(620a, 620b)은 위상 격자들, 반사 진폭 격자들, 또는 정렬 센서와 함께 사용하기에 적절한, 기술분야의 당업자에게 알려져 있는 임의의 다른 격자들일 수 있다. 격자(620a)는, x-포지션을 측정하기 위한 정렬 센서, 예컨대 도 3의 정렬 센서(362)에 대하여 척 포지션 마크를 정렬시키는데 사용될 수 있다. 유사하게, 격자(620b)는, y-포지션을 측정하기 위한 정렬 센서, 예컨대 도 3의 정렬 센서(361)에 대하여 포지션 마크를 정렬시키는데 사용될 수 있다.
하전 입자 블록킹 구조들의 패턴(630)은 복수의 원형 블록킹 구조들(631)을 포함한다. 바람직하게, 빔릿 측정 센서(500)의 컨버터 엘리먼트의 표면에서 인접한 하전 입자 빔릿 사이의 예상되는 또는 이론적 거리에 대응하는 피치로 포지셔닝된다. 그 경우, 하나 또는 그 초과의 관련 빔릿 파라미터들, 예컨대 빔릿 포지션을 식별하기 위해, 각각의 빔릿은 대응하는 원형 블록킹 구조(630)에 걸쳐서 스캐닝될 수 있다. 균일하게-크기결정된 원형 블록킹 구조들(631)이 도면에서 도시되더라도, 구조들은 가변하는 크기를 가질 수 있고, 원형 구조들 이외의 형상들이 사용될 수 있다.
표면(501) 상의 패턴의 상이한 부분들이 정렬 센서(들) 및 빔릿 측정 센서에 대해 사용될 때, 척 포지션 마크를 형성하는 패턴(620) 및 하전 입자 블록킹 구조들(631)의 패턴(630)이 서로에 대해 미리결정된 공간 관계를 갖는 것이 바람직하다. 미리결정된 공간 관계를 아는 것은, 정렬 센서(들) 및 빔 측정 시스템에 의해 만들어지는 측정들의 상관을 인에이블링하고, 빔 그리드와 포지션 마크 측정 시스템 사이의 상대 포지션이 결정될 수 있는 속도를 개선시킬 수 있다.
바람직하게, 두 개의 패턴들(620, 630) 사이의 공간 관계는, 척 포지션 마크의 중심이 블록킹 구조들의 2-차원 패턴의 기하학적 중심과 일치하도록 이루어진다. 블록킹 구조들의 패턴의 기하학적 중심은, 모든 주변 블록킹 구조들 쪽으로 거리들의 제곱들의 합이 최소가 되는 포지션으로서 정의될 수 있다. 도 10b에서 블록킹 구조들의 2-차원 패턴의 기하학적 중심은 참조 넘버 640로 표시된다.
복수의 블록킹 구조들 대신에, 복수의 어퍼처들을 갖는 하전 입자 블록킹 층이 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 빔 측정 센서의 센서 표면(501) 상에 제공된 하전 입자 블록킹 구조(635)의 개략적인 평면도를 도시한다. 특히, 도 10b에 도시된 원형 블록킹 구조들(631) 대신에 복수의 하전 입자 블록킹 구조들(635)이 사용될 수 있다. 하전 입자 블록킹 구조(635)는 블록킹 구조(635) 내에서 블록킹 구역과 넌-블록킹 구역 사이의 전이부들에 다수의 나이프 에지들을 형성한다. 하전 입자 블록킹 구조(635)에 걸쳐서 스캐닝되고 있는 하전 입자 빔릿은 일반적으로, 구조(631)와 같은 실질상 원형 구조에 걸쳐서 스캐닝되었더라면 자신이 통과했었을 것보다, 더 많은 나이프 에지 전이부들을 통과한다. 그 결과, 빔릿의 포지션이 더욱 정확하게 결정될 수 있다.
도 10b 및 도 11에 도시된 구조들은 전체 빔릿 측정 센서 표면 부분(460)을 덮는 것이 아니라, 그 표면(460)의 단지 구역을 덮을 수 있다. 도 12는 도 10b에 도시된 2-차원 패턴을 포함하는 네 개의 구역들(605)을 포함하는 척(313) 상의 전체 빔릿 측정 센서 부분(460)의 개략적인 평면도를 도시한다. 다수의 구역들(605)의 사용은 측정의 신뢰성을 개선시킨다. 예컨대, 구역들(605) 중 하나가 오염된다면, 다른 구역(605)이 사용될 수 있다. 또한, 다수의 구역들(605) 내에서 획득된 측정들이 정렬의 정확도를 개선시킬 수 있다. 또한, 스케일링 파라미터들을 결정할 가능성을 생성하기 위해 몇몇 구역들(605)은 다른 구역들과 상이한 치수들을 가질 수 있다.
도 13은 위에서 설명된 바와 같은 빔릿 측정 센서(500), 정렬 센서들(361, 362), 포지션 마크(610, 620, 635), 프로젝션 시스템(311), 및 척(313)의 하나의 어레인지먼트를 도시한다. 이러한 실시예에서, 빔릿 측정 센서(500)의 표면(501) 및 포지션 마크(610, 620, 635)는 척의 동일한 영역에 위치되고, 그리고 단일 구조로 결합될 수 있는데, 예컨대 포지션 마크(610, 620, 635)는 빔릿 측정 센서(500)의 표면(501) 상에 형성될 수 있다. 빔릿 측정 센서의 표면(501) 및 포지션 마크는 척의 표면에 고정될 수 있는데, 예컨대 척의 상단 또는 측면 표면 상으로 직접 장착될 수 있거나, 또는 상단 또는 측면 표면에 대한 장착 브라켓을 이용하여 고정될 수 있다. 표면(501)은 프로젝션 시스템(311) 쪽으로 면하는 채로 장착되고, 포지션 마크는 정렬들 센서들(361, 362) 중 적어도 하나에 면하는 채로 장착된다.
이러한 실시예에서, 앞서 설명된 바와 같이, 표면(501)은, 그 상단 표면에서 하전 입자 빔들(502)에 의해 가격될 때, 그 바닥 표면으로부터 방출되는 광자들(503)을 생성하는 컨버터 엘리먼트를 포함한다. 광학 시스템(511) 및 광자 리셉터(505)는 척(313) 아래에 포지셔닝되고, 컨버터 엘리먼트(501)에 의해 광학 시스템(511) 및 광자 리셉터(505) 쪽으로 방출되는 광자들(503)의 통과를 허용하기 위해 홀이 척(313)에 형성된다.
리소그래피 시스템이 척(313)의 이동들을 정확하게 측정하도록 그리고 척 포지션을 추적하도록 인에이블링하기 위해 척 초기화 프로시저가 사용될 수 있다. 척 포지션 센서 시스템이 차분 간섭계들, 예컨대 도 3의 차분 간섭계(315)를 사용하는 경우, 척(313)의 현재 포지션을 결정할 수 있기 위하여 시스템이 초기화될 필요가 있는데, 그 이유는 그러한 간섭계들은 상대 포지션만을 측정하기 때문이다. 척 초기화는, 리소그래피 시스템의 특정 파트들이 교체된다면 또는 간섭계가 자신의 측정 신호를 손실했다면, 수행될 수 있다.
척(313)을 이동시키기 위한 작동기 시스템은 척(313)의 대략적인 위치를 결정하기 위해 센서들 또는 인코더들을 가질 수 있다. 간섭계들로부터의 측정 데이터를 이용하여 추가적인 척 이동이 제어될 수 있는 충분히 정확한 한계들 내에서, 척(313)을 알려진 포지션으로 운반하기 위해, 초기화는 코스(coarse) 초기화 프로시저와 함께 시작할 수 있다.
척 초기화의 제1 단계에서, 도 14a에 도시된 바와 같이 포지셔닝될 수 있는 척(313)은, 기준 척 포지션 마크들(490, 495)이 정렬 센서들(362, 361)에 의해 각각 판독될 수 있도록, 정렬 센서들(362, 361) 밑에 있는 포지션으로 이동(화살표(650)에 의해 개략적으로 도시됨)된다. 이러한 포지션은 도 14b에 개략적으로 도시된다.
그런 다음, 척(313)을 이동시키기 위한 작동기 시스템은, 정렬 센서들(362, 361)에 대한 기준 척 포지션 마크들(490, 495)의 최적합 정렬을 획득하기 위해 척(313)을 이동시킨다. 예컨대, 마크들(490, 495)의 포지션에 대해 네 번의 마크 판독들이 취해질 수 있고 ―두 개의 정렬 센서들(362, 361)의 각각에 대해, x-방향으로 한 번 그리고 y-방향으로 한 번임―, 정렬 센서들(362, 361)의 포지션들로부터 마크들(490, 495)의 포지션들의 편차들의 제곱들의 합을 최소화시키는 포지션으로, 척이 x-방향 및 y-방향으로 이동되고 (z-축을 중심으로) Rz-방향으로 회전된다. 이는, 정렬 센서들(361, 362)에 관련한, 척(313)의 알려진 x, y 및 Rz 포지션들을 정의한다.
바람직하게, 제2 단계에서, 척(313)이 정렬 센서들(361, 362) 아래에 기준 플레이트(480)와 함께 포지셔닝되는 동안, 높이 측정 시스템, 예컨대 높이 측정 시스템(320 또는 420)은 기준 플레이트(480)의 표면(485)까지 정렬 센서들(361, 362)의 거리를 측정한다. 이러한 높이 측정에 기초하여, 기준 플레이트 표면(485)이 높이 측정 시스템의 미리결정된 평면에 있도록 필요한 만큼 척(313)은 z-방향으로 이동될 수 있고 Rx-방향 및 Ry-방향으로 회전될 수 있다. 따라서, 이러한 제2 단계는, 정렬 레벨 센서들(361, 362)에 관련하여, z-방향, Rx-방향 및 Ry-방향으로 척(313)의 기준 포지션들을 정의할 수 있다.
마지막으로, 마지막으로 획득된 포지션에 관련된 측정 값들은 x-방향, y-방향, z-방향, Rx-방향, Ry-방향 및 Rz-방향으로 척 초기화 포지션으로서 저장될 수 있다. 그러한 저장된 포지션은 그 내에서 좌표들 [x, y, z, Rx, Ry, Rz]로서 표현될 수 있다. 초기화 포지션은 차분 간섭계에 대해 시작 포지션으로서 사용될 수 있고, 6 자유도 포지션이다 ―(x, y 및 Rz에 대해) 정렬 센서들(361, 362) 및 바람직하게 또한 (z, Rx 및 Ry에 대해) 미리결정된 높이 측정 시스템 평면에 대한 기준 플레이트(480)의 정렬에 의해 획득된 척의 좌표들이 정의됨―.
척 초기화 포지션의 재생성은, 리소그래피 시스템의 계측 시스템의 교정들의 재생성에 영향을 끼치고, 척 초기화 포지션의 재생성은 또한 모든 다른 포지션 측정들의 정확도에 영향을 준다.
예컨대 도 14a, 도 14b를 참조하여 논의된 초기화 프로시저의 실행에 의해 척 상의 기준 포지션이 알려지면, 척(313)은 초기화 포지션에 관련하여 미리결정된 포지션들로 이동될 수 있다. 그러한 미리결정된 포지션들은 빔릿 측정 센서 부분(460) 및 그 내에 포지셔닝된 마크들의 위치들을 포함한다. 또한, 리소그래피 시스템의 프로세서 유닛은, 하나 또는 그 초과의 정렬 센서들(361, 362)과 척 포지션 마크들의 정렬이 예상될 포지션들에 관한 지식을 갖는다.
포지션 마크 측정 시스템, 즉 정렬 센서들(361, 362)에 대한 패터닝 빔(318) 또는 빔 그리드의 상대 포지션을 획득하기 위하여, 제1 동작에서, 척(313)은 빔릿 측정 센서 부분(460)을 빔릿 프로젝션 시스템 아래에 포지셔닝시키도록 이동될 수 있다. 그런 다음, 패터닝 빔(318) 또는 그의 미리결정된 부분이, 2-차원 패턴의 블록킹 구조들, 예컨대 도 10a, 도 10b, 도 11 및 도 12를 참조하여 논의된 바와 같은 패턴에 대하여 정렬된다. 그런 다음, 도 15a에 도시되는 이러한 포지션에 있는 척(313)의 좌표들이 패터닝 빔 포지션으로서, 예컨대 초기화 포지션에 대한 포지션으로서 저장된다.
다음 차례의 단계에서, 척(313)은 빔릿 측정 센서 부분(460) 상의 척 포지션 마크를 정렬 센서(들) 아래에 포지셔닝시키도록 이동될 수 있다. 바람직하게, 척 포지션은, 패터닝 빔 포지션을 결정하는데 사용되는 2-차원 패턴의 하전 입자 블록킹 구조들과 미리결정된 공간 관계를 갖는다. 도 15b는 척 포지션 마크가 정렬 센서(361)와 정렬되는 상황을 도시한다. 정렬이 획득되는 척 포지션이, 예컨대 초기화 포지션에 대한 포지션으로서 저장될 수 있다.
다음 차례의 단계에서, 척(313)은, 정렬 센서(362)가 척 포지션 마크에 대하여 코스하게(coarsely) 정렬되는 포지션으로 이동될 수 있다. 도 15c는 이 상황을 도시한다. 그런 다음, 척 포지션 마크가 정렬 센서(362)와 정렬되는 척 포지션이, 예컨대 초기화 포지션에 대한 포지션으로서, 획득 및 저장된다.
전술된 프로시저가 특정 순서로, 즉 패터닝 빔 포지션의 제1 측정 및 그 뒤를 잇는 하나의 정렬 센서(361)의 정렬 포지션의 측정 ―차례로, 그 뒤에, 다른 정렬 센서(362)의 정렬 포지션의 측정이 이어짐― 으로 논의되었더라도, 이러한 측정들은 임의의 순서로 취해질 수 있다.
측정된 패터닝 빔 포지션 그리고 하나 또는 둘 다의 정렬 포지션들에 기초하여, 정렬 센서(361)의 정렬 포지션에 대한 패터닝 빔 포지션의 상대 포지션, 뿐만 아니라 정렬 센서(362)의 정렬 포지션에 대한 패터닝 빔 포지션의 상대 포지션이 도출될 수 있다. 이러한 상대 포지션들은 벡터 거리들로서 계산될 수 있다. 예컨대, 패터닝 빔의 제1 기준 포지션 [x1, y1](예컨대, 빔릿들의 그리드의 기하학적 중심)은, 빔릿 측정 센서 및 척 포지션 센서 시스템에 의해 취해진 측정들로부터 결정될 수 있다. 정렬 센서(들)의 제2 기준 포지션 [x2, y2]은 정렬 센서 및 척 포지션 센서 시스템에 의해 취해진 측정들로부터 결정될 수 있다. 이러한 두 개의 기준 포지션들은 단일 좌표계로 표현될 수 있고, 상기 좌표계에서 두 개의 기준 포지션들 사이에 결정된 벡터, 예컨대 벡터 [x, y]제1정렬센서에대한빔그리드중심일 수 있다.
도 16a는 척(313) ―패터닝될 기판(312)이 척(313) 상으로 척(313)의 기판 지지 부분(450) 내에 배치됨― 의 개략적인 평면도를 도시한다. 기판(312)에는 복수의 필드들(700) ―명확성을 위해 상기 복수의 필드들(700) 중 단 한 개만이 도시됨― 이 제공된다. 통상적으로, 패턴이 그러한 필드(700) 내에서 기판(312) 상으로 전사될 것이다. 기판(312) 상의 미리결정된 포지션들에서, 예컨대 도 16a-도 16c에 묘사된 바와 같이 필드(700)의 에지 주변에, 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들(705, 706)이 배치된다. 명확성 이유들로, 기판 포지션 마크들(705, 706) 및 필드(700)의 치수들이 기판(312)의 치수들과 비교할 때 과장됨을 주의하라.
이제, 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들(705, 706)의 포지션을 결정하고 그리고 이러한 포지션들에 기초하여 기판(312) 상의 필드들(700)이 어디에 위치되는지 그리고 바람직하게 또한 그들의 배향이 어떤 배향인지를 결정하는데 정렬 센서들(361, 362)이 사용된다. 그러한 측정의 예가 도 16b에 묘사되며, 여기서 정렬 센서(361)는 기판 포지션 마크(705)와 정렬된다.
기판(700) 상에 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들(705, 706)의 정렬 포지션들을 설정한 이후, 필드(700)의 패터닝을 인에이블링하기 위해 척(313)은 스캐닝 이동(화살표로 묘사됨)의 시작에 적절한 포지션으로 이동될 수 있다. 패터닝을 위한 적절한 포지션은, 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들(705, 706)의 설정된 정렬 포지션, 하나 또는 그 초과의 기판 포지션 마크들(705, 706)과 필드(700) 사이의 미리결정된 공간 관계, 그리고 도 15a-도 15c를 참조하여 논의된 프로시저를 이용하여 설정된, 정렬 센서들(361, 362)에 대한 패터닝 빔(318)의 상대 포지션에 기초하여 결정된다.
본 발명은 위에서 논의된 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 동반된 청구항들에서 정의되는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 이러한 실시예들이 기술분야의 당업자들에게 잘 알려진 대안적 형태들 및 다양한 수정들을 허용함이 인정될 것이다.

Claims (26)

  1. 패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템으로서,
    복수의 하전 입자 빔릿들을 상기 기판의 상기 표면 상으로 프로젝팅하기 위한 프로젝션 시스템;
    상기 프로젝션 시스템에 대하여 이동가능한 척;
    상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 결정하기 위한 빔릿 측정 센서 ―상기 빔릿 측정 센서는 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과를 수신하기 위한 표면을 가짐―; 및
    포지션 마크의 포지션을 측정하기 위한 포지션 마크 측정 시스템 ―상기 포지션 마크 측정 시스템은 정렬 센서를 포함함―;
    을 포함하고,
    여기서, 상기 척은 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지 부분, 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면을 수용하기 위한 빔릿 측정 센서 부분, 및 상기 포지션 마크를 수용하기 위한 포지션 마크 부분을 포함하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면은 상기 포지션 마크와 미리결정된 공간 관계를 갖는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면과 상기 포지션 마크는 단일 구조로 결합되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포지션 마크는 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면 상에 형성되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면과 상기 포지션 마크는 상기 척의 표면에 고정되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 센서는, 상기 포지션 마크를 일루미네이팅하기 위한 광원, 및 상기 포지션 마크와 반사에 의해 상호작용한 광을 검출하기 위한 검출기를 포함하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면은, 하전 입자들을 수신하고 응답하여 광자들을 생성하기 위한 컨버터 엘리먼트를 포함하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들을 수신하기 위한 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에는, 블록킹 구역과 넌-블록킹 구역 사이의 전이부들에 하나 또는 그 초과의 나이프 에지들을 형성하는, 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들이 제공되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은 상기 포지션 마크와 미리결정된 공간 관계를 갖는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에는, 상기 포지션 마크를 형성하는, 미리결정된 패턴의 광 블록킹 구조들이 추가로 제공되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은 상기 포지션 마크를 형성하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리결정된 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들의 기하학적 중심이 상기 포지션 마크의 중심과 일치하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리결정된 2-차원 패턴의 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은, 기판 표면에서 인접한 하전 입자 빔릿들 사이의 예상 거리에 대응하는 피치로 포지셔닝된 복수의 블록킹 구조들을 포함하는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 블록킹 구조들은 실질상 원형의 블록킹 구조들인,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지션 마크 측정 시스템은, 상기 포지션 마크의 포지션을 제1 방향으로 결정하기 위한 제1 정렬 센서, 및 상기 포지션 마크의 포지션을 제2 방향으로 결정하기 위한 제2 정렬 센서를 포함하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 실질상 직각인,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지션 마크는 제1 방향으로 주기적 구조, 및 제2 방향으로 주기적 구조를 포함하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 실질상 직각인,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    주기적 구조들은 주기적으로 이격된 높은 구조들에 의해 형성되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    주기적 구조들은 제2 반사율 계수를 갖는 구역들과 교대로 나오는 제1 반사율 계수를 갖는 구역들에 의해 형성되며, 상기 제2 반사율 계수는 상기 제1 반사율 계수와 상이한,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로젝션 시스템은, 상기 복수의 하전 입자 빔릿들을 생성하기 위한 빔릿 생성기, 및 상기 기판의 상기 표면에 전사될 패턴에 따라 상기 하전 입자 빔릿들을 변조하기 위한 변조 시스템을 포함하고, 여기서 상기 프로젝션 시스템은 상기 기판의 상기 표면 상으로 변조된 빔릿들을 프로젝팅하기 위해 배열되는,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    척 포지션 측정 시스템 및 제어 유닛
    을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은,
    상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신되는 제1 포지션으로 상기 척을 이동시키도록;
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신된 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 측정하도록;
    제1 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제1 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록;
    상기 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제2 포지션으로 상기 척을 이동시키도록;
    제2 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제2 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록; 그리고
    상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 상기 제1 측정 척 포지션, 및 상기 제2 측정 척 포지션에 기초하여, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상대 포지션을 계산하도록
    배열된,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 척 ―상기 척은, 기판이 상기 척의 기판 지지 부분 상에 배치되게 함― 을, 기판 상의 기판 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제3 포지션으로 이동시키도록; 그리고
    제3 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제3 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하도록
    추가로 배열된,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과가 노출될 기판의 원하는 부분을 노출시키는 제4 포지션으로 상기 척을 이동시키도록 추가로 배열되고, 상기 제4 포지션은 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정 그리고 상기 제1 측정 척 포지션, 상기 제2 측정 척 포지션 및 상기 제3 측정 척 포지션에 기초하여 결정된,
    패턴을 기판의 표면에 전사시키기 위한 멀티-빔릿 하전 입자 빔릿 리소그래피 시스템.
  23. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신되는 제1 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계;
    상기 빔릿 측정 센서의 상기 표면에 의해 수신된 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 하나 또는 그 초과의 특징들을 측정하는 단계;
    제1 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제1 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계;
    상기 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제2 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계;
    제2 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제2 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 상기 제1 측정 척 포지션, 및 상기 제2 측정 척 포지션에 기초하여, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상대 포지션을 계산하는 단계
    를 포함하는,
    멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들과 상기 정렬 센서 사이의 상기 상대 포지션을 계산하는 단계는, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 기준점과 상기 정렬 센서의 기준점 사이의 벡터 거리를 계산하는 단계를 포함하는,
    멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    기판을 상기 척의 기판 지지 부분 상에 배치시키는 단계;
    상기 기판 상의 기판 포지션 마크가 상기 정렬 센서와 정렬되는 제3 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계; 및
    제3 측정 척 포지션을 결정하기 위해 상기 제3 포지션에서 상기 척의 포지션을 측정하는 단계
    를 더 포함하는,
    멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔릿들 중 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들이 노출될 기판의 원하는 부분을 노출시키는 제4 포지션으로 상기 척을 이동시키는 단계 ―상기 제4 포지션은, 상기 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔릿들의 상기 하나 또는 그 초과의 특징들의 측정, 그리고 상기 제1 측정 척 포지션, 상기 제2 측정 척 포지션 및 상기 제3 측정 척 포지션에 기초하여 결정됨―
    를 더 포함하는,
    멀티-빔 하전 입자 리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 방법.
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