KR20190057397A - 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 제어 기술 - Google Patents

펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 제어 기술 Download PDF

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Abstract

광학 소스에 의해 생성되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성이 방법에 의해 제어된다. 이러한 방법은, 펄스 반복률로 펄스형 광 빔을 생성하는 단계; 기판을 상기 펄스형 광 빔에 노광시키도록, 상기 펄스형 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내에 수용된 상기 기판을 향해 지향시키는 단계; 및 상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 수정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 조절량은 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률의 수정에 상관되는 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 변동을 보상한다. 이러한 방법은, 상기 기판이 노광될 때 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 결정된 조절량만큼 변경하여, 상기 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 단계를 포함한다.

Description

펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 제어 기술
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016 년 10 월 17 일에 출원된 미국 출원 번호 15/295,280 에 관련되는데, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명의 기술 요지는 리소그래피 노광 장치에 광을 공급하는 광학 소스로부터 출력되는 광 빔의, 예를 들어 대역폭 또는 파장과 같은 스펙트럼 특성을 제어하는 기술에 관한 것이다.
반도체 리소그래피(또는 포토리소그래피)에서, 집적 회로(IC)를 제조하려면 다양한 물리적 및 화학적 프로세스가 반도체(예를 들어, 실리콘) 기판(웨이퍼라고도 불림) 상에 수행되어야 한다. 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너는 원하는 패턴을 기판의 타겟부 상에 적용하는 기계이다. 웨이퍼가 스캐너의 직교하는 XL 및 YL 방향에 의해 규정되는 평면을 따라 연장되도록 웨이퍼는 스테이지에 고정된다. 웨이퍼는 심자외선(DUV) 범위에 파장을 가지는 광 빔에 의해 조사된다. 광 빔은 스캐너의 ZL 방향에 대응하는 축방향을 따라 이동한다. 스캐너의 ZL 방향은 측방향 XL-YL 평면에 직교한다.
레이저와 같은 광학 소스로부터 출력되는 광 빔의 스펙트럼 특성 또는 속성(예를 들어, 대역폭)에 대한 정확한 정보는 많은 과학용 애플리케이션 및 산업용 애플리케이션에서 중요하다. 예를 들어, 광학 소스 대역폭의 정확한 정보는 심자외선(deep UV; DUV) 광 리소그래피에서 최소 피쳐 크기 또는 임계 치수(CD)를 제어할 수 있게 하기 위하여 사용된다. 임계 치수는 반도체 기판(웨이퍼라고도 불림)에 인쇄된 피쳐 크기이며, 따라서 CD는 미세하게 크기가 제어될 필요가 있을 수 있다. 광 리소그래피에서, 기판은 광학 소스에 의하여 생성된 광 빔에 의하여 조사된다. 흔히, 광학 소스는 레이저 소스이고 광 빔은 레이저 빔이다.
일반적인 일부 양태에서, 광학 소스에 의해 생성되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성이 소정의 방법에 의하여 제어된다. 이러한 방법은, 광학 소스로부터, 펄스 반복률로 펄스형 광 빔을 생성하는 단계; 기판을 상기 펄스형 광 빔에 노광시키도록, 상기 펄스형 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내에 수용된 상기 기판을 향해 지향시키는 단계; 및 상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 수정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 조절량은 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률의 수정에 상관되는 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 변동을 보상한다. 이러한 방법은, 펄스형 광 빔이 기판을 노광하는 중에 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 결정된 조절량만큼 변경하여, 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 단계를 포함한다.
구현예들은 후속하는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 특성에 대한 조절량은, 상관 레시피에 액세스하는 것 - 상기 상관 레시피는 상기 광학 소스에 대한 상기 반복률과 상기 스펙트럼 특성 사이의 관련성을 규정함 -; 상기 상관 레시피 내에서 수정된 펄스 반복률에 상관되는 스펙트럼 특성을 결정하는 것; 및 상기 수정된 펄스 반복률에 상관되는 스펙트럼 특성을 오프셋하는 상기 스펙트럼 특성의 조절량을 계산하는 것에 의하여 결정될 수 있다.
이러한 방법은, 상기 펄스형 광 빔을 상기 기판을 향해 지향시키는 단계 이전에 상기 광학 소스에 대한 상관 레시피를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은, 상기 펄스형 광학 소스에 대한 상관 레시피를 펄스형 광 빔의 펄스들의 한 쌍의 버스트들 사이에서 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성은 광학 소스의 하나 이상의 컴포넌트를 조절함으로써 변경될 수 있다. 광학 소스의 하나 이상의 컴포넌트는 펄스형 광 빔과 상호작용하는 스펙트럼 특성 선택 장치의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 조절함으로써 조절될 수 있다. 상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 하나 이상의 광학 컴포넌트는, 상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘을 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘은, 50 밀리초 이하의 시간 내에 프리즘을 제 1 안정 평형 위치로부터 제 2 안정 평형 위치로 회전시킴으로써 회전되어 스펙트럼 특성을 변경할 수 있다. 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘은, 프리즘을 제 1 각도로부터 제 2 각도로 회전시킴으로써 회전될 수 있고, 제 1 각도와 제 2 각도는 360° 회전 내의 임의의 각도일 수 있다.
펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성은 펄스형 광 빔의 펄스들의 버스트 사이에서 스펙트럼 특성을 변경함으로써 변경될 수 있다.
이러한 방법은, 상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 특정 값만큼 수정하라는 명령을 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 수정하는 것은 펄스형 광 빔의 반복률을 상기 특정 값만큼 수정하는 것을 포함한다.
펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 상기 결정된 조절량만큼 변경하여 스펙트럼 특성 변동을 보상하는 것은, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성이 미리 결정된 안정 범위 내에 유지되게 한다.
스펙트럼 특성은 미리 결정된 안정 범위 내에 유지될 수 있고, 기판 내에 형성된 피쳐의 임계 치수는 미리 결정된 수용가능한 범위 내에 유지될 수 있다.
스펙트럼 특성은 펄스형 광 빔의 대역폭일 수 있다.
일반적인 다른 양태에서, 시스템은 조명 시스템, 스펙트럼 특성 선택 장치, 및 제어 시스템을 포함한다. 조명 시스템은 펄스형 광 빔을 생성하고 포토리소그래피 노광 장치를 향해 지향시킨다. 조명 시스템은 변경될 수 있는 펄스 반복률로 펄스형 광 빔을 생성하는 광학 소스를 포함한다. 스펙트럼 특성 선택 장치는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 선택하도록 구성된다. 스펙트럼 특성 선택 장치는 펄스형 광 빔의 경로에 배치된 광학 컴포넌트들의 세트를 포함한다. 제어 시스템은 광학 소스, 및 스펙트럼 피쳐 선택 장치에 동작가능하게 연결된다. 제어 시스템은, 상기 펄스형 광 빔이 상기 포토리소그래피 노광 장치 내의 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 반복률을 수정하는 것을 포함하여, 상기 펄스형 광 빔이 생성되는 반복률을 제어하고;
상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하며 - 상기 조절량은 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률의 수정에 상관되는 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 것임 -; 상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에, 적어도 하나의 광학 컴포넌트를 이동시켜 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 결정된 조절량만큼 변경함으로써, 스펙트럼 특성 변동을 보상하게 하는 신호를 상기 스펙트럼 특성 선택 장치에 전송하도록 구성된다.
구현예들은 후속하는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 특성 선택 장치의 광학 컴포넌트들의 세트는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 프리즘이 회전되게 하여 스펙트럼 특성을 변경하는 신호를 적어도 하나의 프리즘과 연관된 고속 액츄에이터에 전송하도록 구성될 수 있다. 상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 광학 컴포넌트들의 세트는, 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 분산형 광학 요소, 및 상기 분산형 광학 요소와 상기 광학 소스 사이에서 상기 펄스형 광 빔의 경로에 배치되는 복수 개의 프리즘을 포함할 수 있다.
상기 스펙트럼 특성 선택 장치는, 프리즘과 연관되고 연관된 프리즘을 회전시켜서 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 조절하도록 구성되는 적어도 하나의 액츄에이터를 포함하는 작동 시스템을 포함할 수 있다.
상기 고속 액츄에이터는, 회전축 중심으로 회전하고 상기 프리즘에 기계적으로 링크되는 영역을 포함하는 회전 스테이지를 포함할 수 있다. 상기 회전 스테이지는 전체 360°의 회전각에 걸쳐 상기 회전축 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다.
조명 시스템은, 광학 소스로부터 생성된 펄스형 광 빔을 수광하고 펄스형 광 빔을 상기 포토리소그래피 노광 장치를 향해 지향시키도록 구성되는 빔 준비 시스템을 포함할 수 있다.
도 1 은 포토리소그래피 노광 장치로 지향되는 펄스형 광 빔을 생성하는 포토리소그래피 시스템의 블록도이다;
도 2 는 도 1 의 포토리소그래피 시스템에 의해 생성되는 펄스형 광 빔의 예시적인 광학 스펙트럼의 그래프이다;
도 3 은 도 1 의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 광학 소스의 블록도이다;
도 4 는 도 1 의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특성 선택 시스템의 블록도이다;
도 5 는 도 1 의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 제어 시스템의 블록도이다;
도 6 은 도 1 의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특성 선택 시스템의 블록도이다;
도 7 은 펄스형 광 빔의 반복률로의 변동을 보상하기 위해서 펄스형 광 빔의 대역폭을 신속하게 조절하기 위하여 도 1 의 포토리소그래피 시스템에 의해 수행되는 예시적인 프로시저의 흐름도이다;
도 8 은 펄스형 광 빔의 대역폭에 대한 조절을 결정하기 위하여 도 1 의 포토리소그래피 시스템에 의해 수행되는 예시적인 프로시저의 흐름도이다;
도 9 는 펄스형 광 빔의 대역폭 및 두 개의 상이한 광학 소스에 대한 반복률 사이의 관련성을 보여주는 예시적인 그래프이다; 그리고
도 10 은 도 1 의 포토리소그래피 시스템을 동작시키기 위한 예시적인 프로시저의 흐름도이다.
도 1 을 참조하면, 포토리소그래피 시스템(100)은 공칭적으로 중심 파장에 있는 파장을 가지고 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너(115)로 지향되는 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 조명 시스템(150)을 포함한다. 펄스형 광 빔(110)은 스캐너(115) 내에 수용된 기판 또는 웨이퍼(120) 상에 마이크로전자 피쳐를 패터닝하기 위하여 사용된다. 조명 시스템(150)은 변경될 수 있는 펄스 반복률로 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 광학 소스(105)를 포함한다.
조명 시스템(150)은 스펙트럼 특성 선택 장치(130)를 포함한다. 스펙트럼 특성 선택 장치(130)는 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110)과 상호작용하고 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(예컨대, 대역폭 또는 파장)을 선택하도록 구성된다. 스펙트럼 특성 선택 장치(130)는 펄스형 광 빔(110)의 경로에 배치된 광학 컴포넌트(예를 들어, 도 4 에 도시되는 광학 컴포넌트들)의 세트를 포함한다. 조명 시스템(150)은 펄스형 광학 소스(105), 및 스펙트럼 특성 선택 장치(130)에 동작가능하게 연결되는 제어 시스템(185)을 포함한다. 그리고, 스캐너(115)는 제어 시스템(185) 및 스캐너(115) 내의 컴포넌트에 동작가능하게 연결되는 리소그래피 제어기(140)를 포함한다.
펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률은 광 빔(110)의 펄스들이 광학 소스(105)에 의해 생성되는 레이트이다. 따라서, 예를 들어 펄스형 광 빔(110)의 반복률은 1/△t인데, △t는 펄스들 사이의 시간이다. 제어 시스템(185)은 일반적으로, 펄스형 광 빔이 포토리소그래피 노광 장치(115) 내에서 웨이퍼(120)를 노광하는 중에에 펄스형 광 빔의 반복률을 수정하는 것을 포함하여, 펄스형 광 빔(110)이 생성되는 속도를 제어하도록 구성된다.
일부 구현형태들에서, 스캐너(115) 트리거는 펄스형 광 빔(110)을 생성하도록 광학 소스(105)를 트리거링하고(제어기(140)와 제어 시스템(185) 사이의 통신을 통해), 따라서 스캐너(115)는 제어기(140) 및 제어 시스템(185)을 이용하여 반복률을 제어한다. 예를 들어, 제어기(140)는 광 빔(110)의 반복률을 허용가능한 레이트의 특정 범위 내에 유지시키기 위한 신호를 제어 시스템(185)에 전송한다. 일반적으로, 스캐너(115)는 반복률을 광 빔(110)의 펄스들의 각각의 버스트에 대해서 일정하게 유지시킨다. 광 빔(110)의 펄스들의 버스트는 웨이퍼(120) 상의 한 노광 필드에 대응할 수 있다. 노광 필드는 스캐너(115) 내의 노광 슬릿 또는 윈도우를 한 번의 스캔 중에 노광되는 웨이퍼(120)의 영역이다. 펄스들의 버스트는, 예를 들어 10 개 내지 500 개의 펄스들 중 임의의 개수를 포함할 수 있다.
스캐너(115)를 관리하는 고객은 광 빔에 웨이퍼(120)에 걸쳐서 스캐닝되는 중에 광 빔(110)의 펄스 반복률을 수정할 수 있기를 원한다. 따라서, 스캐너(115)는 광 빔(110)의 반복률에도 변화를 주거나 수정하기를 요청할 수 있고(제어기(140) 및 제어 시스템(185)을 이용하여), 이러한 변경 요청은 펄스들의 버스트들 사이에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 고객들은 스캐너(115) 내에서 광 빔(110)을 단순하게 감쇠시키는 대신에, 고객이 웨이퍼(120) 마다 더 적은 펄스를 사용하게 하기 위해서 더 낮은 반복률로 작동시키기를 선호할 수 있다.
조명 시스템(150)의 여러 성능 특성(예컨대 조명 시스템(150)에 의해 생성되는 광 빔(110)의 파라미터)은 반복률로의 변경에 민감하다. 예를 들어, 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(예컨대 대역폭 또는 파장)은 광 빔(110)의 반복률이 변하면 요동 또는 변할 수 있다. 예를 들어, 광 빔(110)의 대역폭은 광 빔(110)의 파면에 따라 달라지고, 광 빔(110)의 파면은 광 빔(110)의 펄스의 반복률이 조절되면 왜곡될 수 있다. 대역폭이 불안정해지면 웨이퍼(120)에서는 임계 치수(CD)에 허용불가능한 변경이 생기고, 따라서 조명 시스템(150)의 성능은 신뢰할 수 없게 된다. 더욱이, 조명 시스템(150)의 성능 특성의 변동은 조명 시스템(150)의 하나의 디자인에서 조명 시스템(150)의 다른 디자인에서는 달라질 수 있다. 따라서, 광 빔(110)의 반복률을 조절하는 것에 기인하여 조명 시스템(150)의 성능 특성을 안정화하는 단일 해결책을 구현하는 것은 가능하지 않다.
특히, 임계 치수(CD)는 시스템(100)에 의해 웨이퍼(120) 상에 인쇄될 수 있는 최소 피쳐 크기이다. CD는 광 빔(110)의 파장에 따라 달라진다. 웨이퍼(120) 및 시스템(100)에 의해 노광되는 다른 웨이퍼 상에 인쇄된 마이크로전자 피쳐의 균일한 CD를 유지하려면, 광 빔(110)의 중심 파장은 기대된 파장 또는 중심 파장에 있거나 타겟 파장 주위의 파장들의 범위 내에 유지되어야 한다. 따라서, 중심 파장을 타겟 중심 파장에 또는 타겟 중심 파장 주위의 허용가능한 파장들의 범위 내에 유지하는 것에 추가하여, 광 빔(110)의 대역폭(광 빔(110) 내의 파장들의 범위)을 대역폭의 허용가능한 범위 내에 유지하는 것이 소망된다.
광 빔(110)의 대역폭을 허용가능한 범위에 유지하기 위해서 제어 시스템(185)은 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에 대한 조절량을 결정하도록 구성되는데, 여기에서 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에 대한 조절량은 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률을 수정함으로써 초래되는 펄스형 광 빔(110)의 대역폭의 변경 또는 변동을 보상한다. 또한, 제어 시스템(185)은, 펄스형 광 빔(110)이 웨이퍼(120)를 노광하는 동안 장치(130)의 적어도 하나의 광학 컴포넌트를 이동시켜 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 결정된 조절량만큼 변경하기 위한 신호를 스펙트럼 특성 선택 장치(130)에 전송하여, 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률을 수정함으로써 초래되는 대역폭의 변동을 보상한다.
펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 펄스들의 임의의 두 개의 버스트들 사이에서 변경될 수 있다. 더 나아가, 대역폭이 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변하고, 제 2 값에서 안정화되기 위해 걸리는 시간은 펄스들의 버스트들 사이의 시간보다 작아야 한다. 예를 들어, 버스트들 사이의 시간 기간이 50 밀리초(ms)라면, 대역폭을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경하고 제 2 값에서 안정화하기 위한 총 시간은 50 ms보다 짧아야 한다. 제어 시스템(185) 및 스펙트럼 특성 선택 장치(130)는 상세히 후술되는 바와 같이 대역폭을 이렇게 고속으로 변경시키도록 설계된다.
일부 구현형태들에서, 스캐너(115)는 광 빔(110)의 반복률의 값을 알고 있지 않다; 오히려, 스캐너(115)는 특정 반복률로 펄스를 생성하게 하는 트리거를 펄스형 광학 소스(105)에 제공할 뿐이다(제어 시스템(185)을 이용하여). 다른 구현형태들에서, 스캐너(115) 또는 조명 시스템(150)은 광 빔(110)의 연속 펄스들 사이의 시간을 측정함으로써 펄스 반복률을 모니터링하고, 이러한 정보를 사용하여 광 빔(110)의 반복률을 제어하거나 수정할 수 있다. 이러한 측정은, 예를 들어 측정(계측) 시스템(170)에 의해 수행될 수 있다.
스캐너(115)의 제어기(140)는, 웨이퍼(120)에 걸쳐서 스캐닝되고 있는 펄스형 광 빔(110)의 반복률을 조절 또는 수정하기 위한 신호를 제어 시스템(185)에 전송한다. 제어 시스템(185)에 전송된 신호는 제어 시스템(185)이 펄스형 광학 소스(105)로 전송되는 전기 신호를 수정하게 할 수 있다. 예를 들어, 펄스형 광학 소스(105)가 가스 레이저 증폭기를 포함하면, 전기 신호는 펄스형 전류를 펄스형 광학 소스(105)의 하나 이상의 가스 방전 챔버 내의 전극으로 제공한다.
포토리소그래피 시스템(100)에 대한 세부사항이 다음에 제공된다. 특히, 도 1 을 참조하면, 웨이퍼(120)는, 웨이퍼(120)를 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 그리고 제어기(140)의 제어 하에 웨이퍼(120)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 위치설정기에 연결되는 웨이퍼 테이블 상에 배치된다.
광 빔(110)은 빔 준비 시스템(112)을 통해 지향되는데, 이것은 광 빔(110)의 양태를 수정하는 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 준비 시스템(112)은 반사형 또는 굴절형 광학 요소, 광학 펄스 스트레쳐, 및 광학 애퍼쳐(자동화된 셔터 포함)를 포함할 수 있다.
광 빔(110)의 펄스들은 심자외선(DUV) 범위에 있는 파장, 예를 들어 248 나노미터(nm) 또는 193 nm의 파장 주위에 중심을 둔다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝되는 마이크로전자 피쳐의 크기는 펄스형 광 빔(110)의 파장에 따라 달라지고, 파장이 낮아지면 최소 피쳐 크기 또는 임계 치수가 더 작아진다. 펄스형 광 빔(110)의 파장이 248 nm 또는 193 nm이면, 마이크로전자 피쳐의 최소 크기는, 예를 들어 50 nm 이하가 될 수 있다. 펄스형 광 빔(110)의 분석과 제어를 위해 사용되는 대역폭은 자신의 광학 스펙트럼(200)(또는 방출 스펙트럼)의 실제의 순시 대역폭일 수 있는데, 이것은 광 빔(110)의 광학 에너지 또는 파워가 도 2 의 예에 도시된 바와 같이 상이한 파장(또는 주파수)에 걸쳐서 어떻게 분포되는지에 대한 정보를 포함한다.
포토리소그래피 시스템(100)은 계측 시스템(170)을 더 포함할 수 있는데, 이것은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(예컨대, 대역폭 또는 파장)을 측정하는 서브-시스템을 포함할 수 있다. 동작 중에 포토리소그래피 시스템(100)에 인가되는 다양한 교란 때문에, 웨이퍼(120)에서의 광 빔(110)의 스펙트럼 특성(예컨대, 대역폭 또는 파장)의 값은 소망되는 스펙트럼 특성(즉, 스캐너(115)가 기대하는 스펙트럼 특성)에 대응하거나 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 운영자 또는 자동화된 시스템(예를 들어, 피드백 제어기)이 측정되거나 추정된 대역폭을 사용하여 광학 소스(105)의 특성을 조절하고 광 빔(110)의 광학 스펙트럼을 조절할 수 있도록, 광학 스펙트럼으로부터 메트릭의 값을 추정함으로써 광 빔(110)의 스펙트럼 특성(예컨대 특성 대역폭(characteristic bandwidth))이 동작 도중에 측정되거나 추정된다. 계측 시스템(170)의 서브-시스템은 이러한 광학 스펙트럼에 기초하여 광 빔(110)의 스펙트럼 특성(예컨대 대역폭 및/또는 파장)을 측정한다.
계측 시스템(170)은, 광학 소스(105)와 스캐너(115) 사이의 경로에 배치되는 빔 분리 디바이스로부터 재지향되는 광 빔(110)의 일부를 수광한다. 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 제 1 부분 또는 퍼센티지를 계측 시스템(170) 내로 지향시키고, 광 빔(110)의 제 2 부분 또는 퍼센티지를 스캐너(115)를 향해 지향시킨다. 일부 구현형태들에서, 다수의 광 빔(110)은 제 2 부분에 속해서 스캐너(115)를 향해 지향된다. 예를 들어, 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 작은 부분(예를 들어, 1-2%)을 계측 시스템(170) 내로 지향시킨다. 빔 분리 디바이스는 예를 들어 빔 분할기일 수 있다.
스캐너(115)는, 예를 들어 하나 이상의 컨덴서 렌즈, 마스크, 및 대물 장치를 가지는 광학 배열체(optical arrangement)를 포함한다. 마스크는 하나 이상의 방향에 따라서, 예컨대 광 빔(110)의 광축에 따라서 또는 광축에 수직인 평면에서 이동가능하다. 대물 장치는 투영 렌즈를 포함하고, 마스크로부터 웨이퍼(120) 상의 포토레지스트로 이미지 전사가 이루어지게 한다. 조명기 시스템은 마스크에 충돌하는 광 빔(110)에 대한 각도의 범위를 조절한다. 또한 조명기 시스템은 마스크에 걸친 광 빔(110)의 세기 분포를 균질화(균일하게 만듦)한다.
스캐너(115)는 다른 피쳐들 중에서, 리소그래피 제어기(140), 에어 컨디셔닝 디바이스, 및 다양한 전기 컴포넌트에 대한 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 광 빔(110)의 펄스의 반복률을 제어하는 것(전술됨)에 추가하여, 리소그래피 제어기(140)는 층들이 웨이퍼(120) 상에 어떻게 인쇄되는지를 제어한다. 리소그래피 제어기(140)는, 프로세스 레시피와 같은 정보를 저장하고, 좀 더 온전하게 후술되는 바와 같이 어떤 반복률이 사용될 수 있는지 또는 바람직한지에 대한 정보도 저장할 수 있는 메모리를 포함한다.
웨이퍼(120)는 광 빔(110)에 의하여 조사된다. 프로세스 프로그램 또는 레시피가 사용되는 웨이퍼(120), 마스크 상의 노광의 길이 및 노광에 영향을 주는 다른 인자를 결정한다. 전술된 바와 같이, 리소그래피 중에, 광 빔의 복수 개의 펄스(110)는 웨이퍼(120)의 동일한 면적을 조명하여 조명 도즈를 형성한다. 동일한 면적을 조명하는 광 빔(110)의 펄스의 개수 N은 노광 윈도우 또는 슬릿이라고 불릴 수 있고, 이러한 슬릿의 크기는 마스크 이전에 배치된 노광 슬릿에 의하여 제어될 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, N의 값은 수 십 개이고, 예를 들어 10 개 내지 100 개의 펄스이다. 다른 구현형태들에서, N의 값은 100 개의 펄스보다 더 크고, 예를 들어 100 개 내지 500 개의 펄스이다.
마스크, 대물 장치, 및 웨이퍼(120) 중 하나 이상은 노광 필드에 걸쳐 노광 윈도우를 스캔하도록, 노광 중에 서로에 대하여 상대적으로 이동될 수 있다. 노광 필드는 노광 슬릿 또는 윈도우를 한 번 스캔할 때 노광되는 웨이퍼(120)의 영역이다.
도 3 을 참조하면, 예시적인 광학 소스(305)는 광 빔(110)으로서 펄스형 레이저 빔을 생성하는 펄스형 레이저 소스이다. 광학 소스(305)는 시드 광 빔(611)을 파워 증폭기(PA)(310)로 제공하는 마스터 발진기(MO)(300)를 포함하는 2-스테이지 레이저 시스템이다. 마스터 발진기(300)는 통상적으로, 증폭이 발생하는 이득 매질과 광학 공진기와 같은 광학적 피드백 메커니즘을 포함한다. 파워 증폭기(310)는 통상적으로, 마스터 발진기(300)로부터의 시드 레이저 빔으로 시딩되는 경우(seeded) 증폭이 발생하는 이득 매질을 포함한다. 파워 증폭기(310)가 회생 링 공진기로서 설계되면, 이것은 전력 링 증폭기(PRA)라고 기술되고, 이러한 경우에, 충분한 광학적 피드백이 이러한 링 디자인으로부터 제공될 수 있다. 마스터 발진기(300)는 상대적으로 낮은 출력 펄스 에너지에서의 중심 파장 및 대역폭과 같은 스펙트럼 파라미터를 미세 튜닝할 수 있게 한다. 파워 증폭기(310)는 마스터 발진기(300)로부터의 출력을 수광하고, 이러한 출력을 증폭하여 포토리소그래피에서 사용할 출력에 대한 필요한 파워를 획득한다.
마스터 발진기(300)는 두 개의 기다란 전극, 이득 매질로서 역할을 하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키는 팬을 가지는 방전 챔버를 포함한다. 레이저 공진기는 방전 챔버의 일측에 있고 시드 광 빔(611)을 수광하는 스펙트럼 특성 선택 장치(130)와 방전 챔버의 제 2 측에 있는 출력 커플러(315) 사이에서 형성되어 시드 광 빔(611)을 파워 증폭기(310)로 출력한다.
광학 소스(305)는 출력 커플러(315)로부터 출력을 수광하는 선중심 분석 모듈(line center analysis module; LAM)(320), 및 필요에 따라 빔의 크기 및/또는 형상을 수정하는 하나 이상의 빔 수정 광학 시스템(325)을 더 포함할 수 있다. 선중심 분석 모듈(320)은 시드 광 빔의 파장(예를 들어, 중심 파장)을 측정하기 위하여 사용될 수 있는 측정 시스템의 하나의 타입의 일 예이다.
파워 증폭기(310)는 파워 증폭기 방전 챔버를 포함하고, 회생 링 증폭기일 경우, 파워 증폭기는 빔을 방전 챔버로 되반사하여 순환 경로를 형성하는 빔 반사체 또는 빔 튜닝 디바이스(330)를 더 포함한다. 파워 증폭기 방전 챔버는 한 쌍의 기다란 전극, 이득 매질로서 역할을 하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키기 위한 팬을 포함한다. 시드 광 빔은 파워 증폭기(310)를 반복적으로 통과함으로써 증폭된다. 빔 수정 광학 시스템(325)은 시드 광 빔을 인-커플링하고 파워 증폭기로부터의 증폭된 방사선의 일부를 아웃-커플링하여 출력 광 빔(110)을 형성하는 방법(예를 들어, 부분-반사 미러)을 제공한다.
마스터 발진기(300) 및 파워 증폭기(310)의 방전 챔버 내에서 사용되는 레이저 가스는 요구된 파장 및 대역폭 근처에서 레이저 빔을 생성하기 위한 임의의 적합한 가스일 수 있다. 예를 들어, 레이저 가스는 약 193 nm의 파장에서 광을 방출하는 아르곤 불화물(ArF) 또는 약 248 nm의 파장에서 광을 방출하는 크립톤 불화물(KrF)을 포함할 수 있다.
선중심 분석 모듈(320)은 마스터 발진기(300)의 출력의 파장을 모니터링한다. 선중심 분석 모듈(320)은 광학 소스(305) 내의 다른 위치에 배치될 수 있고, 또는 광학 소스(305)의 출력에 배치될 수 있다.
스펙트럼 특성 선택 시스템(130)은 광학 소스(105)(또는 305)로부터 시드 광 빔(611)을 수광하고, 제어 시스템(185)으로부터의 입력에 기초하여 광학 소스(105, 305)의 스펙트럼 출력을 미세하게 튜닝한다. 도 4 를 참조하면, 광학 소스(105, 305)로부터의 광에 커플링되는 예시적인 스펙트럼 특성 선택 장치(430)가 도시된다. 몇 가지 구현형태들에서, 스펙트럼 특성 선택 장치(130)는 마스터 발진기(300)로부터 광을 수광하여, 마스터 발진기(300) 내의 파장 및 대역폭과 같은 스펙트럼 특성의 미세 튜닝을 가능하게 한다.
스펙트럼 특성 선택 장치(430)는 펌웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합의 형태인 전자 제품을 포함하는 제어 모듈(452)을 포함할 수 있다. 모듈(452)은 하나 이상의 작동 시스템(454, 456, 458)에 연결된다. 작동 시스템(454, 456, 458)의 각각은 광학 시스템(466)의 각각의 광학적 피쳐(460, 462, 464)에 연결되는 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 광학적 피쳐(460, 462, 464)는 생성된 광 빔(110)의 특정한 특성을 조절함으로써, 광 빔(110)의 스펙트럼 특성을 조절하도록 구성된다. 제어 모듈(452)은 제어 시스템(185)으로부터 제어 신호를 수광하는데, 제어 신호는 작동 시스템(454, 456, 458) 중 하나 이상을 작동시키거나 제어하는 특정 명령을 포함한다. 작동 시스템(454, 456, 458)은 상호 협력하여 작동하도록 선택되고 설계될 수 있다.
각각의 광학적 피쳐(460, 462, 464)는 광학 소스(105)에 의하여 생성된 광 빔(110)에 광학적으로 커플링된다. 작동 시스템(454, 456, 458)의 액츄에이터 각각은 광학 시스템(466)의 각각의 광학적 피쳐(460, 462, 464)를 이동시키거나 제어하기 위한 기계적 디바이스이다. 액츄에이터는 모듈(452)로부터 에너지를 수광하고, 그 에너지를 광학 시스템(466)의 광학적 피쳐(460, 462, 464)에 부여되는 몇 가지 종류의 모션으로 변환한다. 예를 들어, 작동 시스템은 힘 디바이스 및 빔 확장기의 프리즘 중 하나 이상을 회전시키기 위한 회전 스테이지 중 임의의 하나일 수 있다. 작동 시스템(454, 456, 458)은, 예를 들어 스테퍼 모터와 같은 모터, 밸브, 압력-제어 디바이스, 압전 디바이스, 선형 모터, 유압식 액츄에이터, 보이스 코일 등을 포함할 수 있다.
스펙트럼 특성 선택 장치(130)는, 2016 년 10 월 17 일 출원된 미국 출원 번호 제 15/295,280 의 도 3a, 도 3b, 도 4a-4c, 도 5a-5c, 도 6a-6d, 및 도 7 에 도시되고 설명된 장치(130, 430, 530, 630, 730)와 비슷하게 설계될 수 있는데, 이러한 문헌은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.
도 5 를 참조하면, 본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법의 양태에 관련되는 제어 시스템(185)에 대한 세부사항이 제공된다. 제어 시스템(185)은 도 5 에는 도시되지 않는 다른 피쳐를 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 시스템(185)은 일반적으로 디지털 전자적 회로부, 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 및 소프트웨어 중 하나 이상을 포함한다.
제어 시스템(185)은 메모리(500)를 포함하고, 이것은 판독-전용 메모리 및/또는 랜덤 액세스 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 실행되도록 저장하기에 적합한 스토리지 디바이스는, 예를 들자면 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스; 내장 하드 디스크 또는 착탈식 디스크와 같은 자기 디스크; 자기-광학적 디스크; 및 CD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비-휘발성 메모리를 포함한다. 제어 시스템(185)은 하나 이상의 입력 디바이스(505)(예컨대 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 마우스, 핸드-헬드 입력 디바이스, 등) 및 하나 이상의 출력 디바이스(510)(예컨대 스피커 또는 모니터)를 더 포함할 수 있다.
제어 시스템(185)은 하나 이상의 프로그래밍가능한 프로세서(515), 및 프로그래밍가능한 프로세서(예컨대 프로세서(515)에 의해 실행되도록 머신-판독가능 스토리지 디바이스에 유형화되어 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품(520)을 포함한다. 하나 이상의 프로그래밍가능한 프로세서(515)는 각각, 입력 데이터를 처리하여 적합한 출력을 생성함으로써 원하는 기능을 수행하도록, 명령들의 프로그램을 실행할 수 있다. 일반적으로, 프로세서(515)는 메모리(500)로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 앞선 기기들 모두는 특수하게 설계된 ASIC(주문형 집적회로)에 의하여 보완되거나 그 안에 통합될 수 있다.
제어 시스템(185)은, 다른 구성요소들도 있지만 그 중에서도, 스펙트럼 특성 분석 모듈(525), 리소그래피 분석 모듈(530), 결정 모듈(535), 광원 작동 모듈(550), 리소그래피 작동 모듈(555), 및 빔 준비 작동 모듈(560)을 포함한다. 이러한 모듈 각각은 프로세서(515)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품들의 세트일 수 있다. 더욱이, 모듈(525, 530, 535, 550, 555, 560) 중 임의의 모듈은 메모리(500) 내에 저장된 데이터에 액세스할 수 있다.
스펙트럼 특성 분석 모듈(525)은 계측 시스템(170)으로부터 출력을 수신한다. 리소그래피 분석 모듈(530)은 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 정보를 수신한다. 결정 모듈(535)은 분석 모듈(예컨대 모듈(525 및 530))로부터의 출력을 수신하고, 분석 모듈로부터의 출력에 기초하여 어떤 작동 모듈 또는 모듈들이 활성화되어야 하는지를 결정한다. 광원 작동 모듈(550)은 광원(105) 및 스펙트럼 특성 선택 장치(130) 중 하나 이상에 연결된다. 리소그래피 작동 모듈(555)은 스캐너(115), 및 특히 리소그래피 제어기(140)에 연결된다. 빔 준비 작동 모듈(560)은 빔 준비 시스템(112)의 하나 이상의 컴포넌트에 연결된다.
비록 도 5 에는 일부 모듈만이 도시되지만, 제어 시스템(185)은 다른 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 비록 제어 시스템(185)이 컴포넌트들 모두가 상호 연결되는 것으로 보이는 박스처럼 표시되지만, 제어 시스템(185)은 물리적으로 서로 떨어져 있는 컴포넌트들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(550)은 광원(105) 또는 스펙트럼 특성 선택 장치(130)와 물리적으로 상호 연결될 수 있다.
일반적으로, 제어 시스템(185)은 계측 시스템(170)으로부터 광 빔(110)에 대한 적어도 일부의 정보를 수신하고, 스펙트럼 특성 분석 모듈(525)은 이러한 정보에 대한 분석을 수행하여 스캐너(115)로 공급되는 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(예를 들어, 대역폭)을 어떻게 조절할지를 결정한다. 이러한 결정에 기초하여, 제어 시스템(185)은 광학 소스(105)의 동작을 제어하라는 신호를 스펙트럼 특성 선택 장치(130) 및/또는 광학 소스(105)로 전송한다.
일반적으로, 스펙트럼 특성 분석 모듈(525)은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(예를 들어, 파장 및/또는 대역폭)을 추정하기 위하여 필요한 모든 분석을 수행한다. 스펙트럼 특성 분석 모듈(525)의 출력은 스펙트럼 특성의 추정된 값이다.
스펙트럼 특성 분석 모듈(525)은 추정된 스펙트럼 특성을 수신하도록 연결되고 광학 스펙트럼 특성 타겟 값을 수신하도록 역시 연결되는 비교 블록을 포함한다. 일반적으로, 비교 블록은 스펙트럼 특성 타겟 값과 추정된 값 사이의 차이를 나타내는 스펙트럼 특성 오차 값을 출력한다. 결정 모듈(535)은 광학 스펙트럼 특성 오차 값을 수신하고, 스펙트럼 특성을 조절하기 위해서 시스템(100)에 가해지는 정정에 어떻게 최적으로 영향을 줄지를 결정한다. 따라서, 결정 모듈(535)은 광원 작동 모듈(550)에 신호를 전송하고, 작동 모듈은 스펙트럼 특성 오차 값에 기초해서 스펙트럼 특성 선택 장치(130)(또는 광학 소스(105)를 어떻게 조절할지를 결정한다. 광원 작동 모듈(550)의 출력은 스펙트럼 특성 선택 장치(130)로 전송되는 액츄에이터 명령의 세트를 포함한다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(550)은 스펙트럼 특성 작동 시스템(454, 456, 458)에 연결되는 스펙트럼 특성 제어 모듈(452)로 명령을 전송한다.
제어 시스템(185)은 광학 소스(105)가 주어진 반복률로 동작하게 한다. 좀 더 구체적으로는, 스캐너(115)는 광학 소스(105)에 모든 펄스 동안(즉, 펄스-펄스 기초로) 트리거 신호를 전송하고 그러한 트리거 신호들 사이의 시간 간격은 임의의 값일 수 있지만, 스캐너(115)가 트리거 신호를 정규 간격으로 전송하면, 그러한 신호들의 레이트는 반복률이다. 반복률은 스캐너(115)에 의해 요청되는 레이트일 수 있다.
파워 증폭기(310)에 의해 생성되는 펄스의 반복률은, 스캐너(115) 내의 제어기(140)로부터의 지시 하에 마스터 발진기(300)가 제어 시스템(185)에 의해 제어되는 반복률에 의해 결정된다. 파워 증폭기(310)로부터 출력되는 펄스의 반복률은 스캐너(115)에 의해 관찰되는 반복률이다.
포토리소그래피 시스템(100)은 사용자 또는 고객(스캐너(115)를 작동시키는 고객)에게 특정 애플리케이션의 필요에 따라서 많은 반복률 중 임의의 하나를 선택할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 성능 특성(예를 들어, 광 빔(110)의 대역폭과 같은 스펙트럼 특성)은 반복률에 따라 달라질 수 있다.
도 6 을 참조하면, 예시적인 광학 시스템(666)은 네 개의 굴절형 광학기(프리즘(660, 662, 664, 668))와 같은 빔 확장기(600)와 같은 분산형 광학 요소의 세트 및 회절형 광학기(격자(670))를 포함하는 선폭 축소 모듈이다. 시드 광 빔(611)은 선폭 축소 모듈(666)에 진입할 때 애퍼쳐(605)를 통과하고, 선폭 축소 모듈(666)을 벗어날 때에도 애퍼쳐(605)를 통과한다.
선폭 축소 모듈(666)은, 시드 광 빔(611)이 격자(670)의 회절면(671) 상에 충돌하는 입사각을 조절함으로써, 마스터 공진기(300)의 공진기 내에서 생성되는 시드 광 빔(611)의 파장을 조절하도록 설계된다. 구체적으로 설명하면, 이것은 격자(670)에 의해 제공되는 각도 분산을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 프리즘(660, 662, 664, 668) 및 격자(670) 중 하나 이상은 시드 광 빔(611)의 입사각을 조절하고 따라서 마스터 발진기(300)에 의해 생성되는 시드 광 빔(611)의 파장을 조절함으로써 회전될 수 있다.
시드 광 빔(611)의 파장은 격자(670)가 시드 광 빔(611)을 반사하는 각도를 조절함으로써 선택된다. 격자(670)는 광 빔(611)의 상이한 스펙트럼 성분을 마스터 발진기(300)의 이득 매질의 방출 대역 내에서 반사한다. 더 큰 각도로 격자(670)로부터 마스터 발진기(300)의 공진기의 광축으로 반사되는 그러한 파장 성분은 후속하는 왕복 시에 더 많이 손실되고, 따라서 대역폭의 축소가 제공된다. 마스터 발진기(300)의 공진기의 고정된 허용 각도보다 큰 각도에서 프리즘으로부터 나타나는 광 빔(611)의 그러한 파장 성분들이 공진할 때 광 빔(611)으로부터 제거되기 때문에 대역폭 축소가 일어난다. 따라서, 파장의 더 작은 범위가 마스터 발진기(300)의 공진기의 허용 각도 내의 각도에서 빔 확장기(600)로부터 발산되기 때문에, 광 빔(611)의 대역폭은 격자(670)의 분산 및 빔 확장기(600)(네 개의 프리즘(660, 662, 664, 668))에 의해 제공되는 확대에 의해 결정된다.
격자(670)는 고 블레이즈각 에셀(Echelle) 격자일 수 있고, 격자 방정식을 만족하는 임의의 각도에서 격자(670) 상에 입사하는 광 빔(611)은 반사(회절)될 것이다. 격자 방정식은 격자(670)의 스펙트럼 차수, 회절된 파장, 격자(670)로 가는 광 빔(611)의 입사각, 오프 격자(670)에서 회절된 광 빔(611)의 출사각, 격자(670) 상에 입사하는 광 빔(611)의 수직 발산, 및 격자(670)의 홈 간극 사이의 관련성을 제공한다. 더욱이, 격자(670) 상으로의 광 빔(611)의 입사각이 격자(670)로부터의 광 빔(611)의 출사각과 같도록 격자(670)가 사용되면, 격자(670) 및 빔 확장기(600)는 리트로(Littrow) 구성으로 배치되고, 격자(670)로부터 반사된 광 빔(611)의 파장은 리트로 파장이 된다. 격자(670) 상에 입사하는 광 빔(611)의 수직 발산은 거의 0라고 가정될 수 있다. 공칭 파장을 반사하기 위해서, 격자(670)는 공칭 파장이 마스터 발진기(300)의 챔버 내에서 증폭되도록 빔 확장기(600)를 통해 되반사되도록, 격자(670)는 격자(500)상에 입사하는 광 빔(610)에 대하여 정렬된다. 그러면, 격자(670) 상으로의 광 빔(611)의 입사각을 변경함으로써 리트로 파장이 마스터 발진기(300)의 전체 이득 대역폭에 걸쳐서 튜닝될 수 있다.
격자(670)로부터 가장 멀리 있는 프리즘(660)은 크기도 역시 가장 작고, 프리즘(660)이 회전하게 하는 액츄에이터(660a) 상에 탑재되며, 이러한 회전에 의해서 격자(670) 상에 충돌하는 광 빔(611)의 광학 배율이 변한다. 액츄에이터(660a)는 광 빔(611)(및 그러므로 광 빔(110)의 대역폭의 고속 조절이 가능해지도록 프리즘(660)의 위치를 고속 제어하게 하는 회전식 스테이지이다. 회전식 스테이지(660a)는 프리즘(660)이 고정되는 탑재면(예컨대 플레이트(660p)) 및 탑재면이 회전하도록 탑재면에 기계적으로 커플링된 모터(도시되지는 않지만 하우징(660h) 내에 탑재됨)를 포함할 수 있다. 회전식 스테이지(660a)는, 광 빔(110)의 펄스들의 버스트들 사이의 시간 프레임 내에 광 빔(611) 및 그러므로 광 빔(110)의 대역폭이 제 1 대역폭로부터 제 2 대역폭으로 변하고 또한 제 2 대역폭에서 안정화하게 하는 속도로 프리즘(660)을 회전시킬 수 있다. 액츄에이터(660a)의 회전식 디자인은 순수한 회전 운동을 프리즘(660)이 탑재된 탑재면에 부여하는데, 이것은 프리즘(660)을 위한 종래의 액츄에이터에서 발견되는 임의의 선형 운동 또는 굴곡부(flexure) 운동을 사용하지 않고 탑재된다. 더욱이, 선형 스테퍼 모터 더하기 굴곡부 디자인을 사용한 종래의 액츄에이터와 달리(프리즘(660)은 굴곡부로부터 결정된 각도 근처에서만 회전될 수 있음), 회전식 스테이지(660a)를 사용하면 프리즘(660)이 전체 360°만큼 회전될 수 있다.
일부 구현형태들에서, 회전식 스테이지(660a)는 직접 구동 스테퍼 모터를 탑재면을 회전시키기 위한 모터로서 사용할 수 있다. 직접 구동 스테퍼 모터는 위치 제어를 위해서 빌트인 스텝 모터 기능을 사용하는 종래의 전자기 모터이다. 운동에서 더 높은 분해능이 필요할 수 있는 다른 구현형태들에서, 회전식 스테이지(660a)는 압전 모터 기술을 사용할 수 있다.
회전식 스테이지(660a)는 프리즘(660)의 고속 회전을 제공하기 위하여 가변-주파수 구동 제어 방법을 사용하는 모터 제어기로 제어되는 회전식 스테이지일 수 있다.
광 빔(611) 및 광 빔(110)의 대역폭을 프리즘(660)의 회전을 사용하여 조절하는 것은 대략적 조절이라고 간주될 수 있다; 이것은 대역폭을 대역폭의 더 넓은 범위, 예를 들어 약 250 nm의 범위에 걸쳐서 조절할 수 있다는 것을 의미한다.
격자(670)에 더 가깝고 프리즘(660)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가지는 다음 프리즘(662)은 일부 구현형태들에서 공간에 고정될 수 있다. 격자(670)에 더 가까운 다음 프리즘(664)은 프리즘(662)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다.
프리즘(664)은 프리즘(664)이 회전되게 하는 액츄에이터(664a)에 탑재될 수 있고, 프리즘(664)이 이렇게 회전하면 광 빔(611A)의 파장이 미세 제어될 수 있다. 액츄에이터(664a)는 압전 모터로 제어되는 회전식 스테이지일 수 있다. 압전 모터는, 재료가 선형 또는 회전 운동을 생성하기 위해서 음향 또는 초음파 진동을 생성하는 역(converse) 압전 효과를 활용하여 동작한다.
격자(670)에 가장 가까운 프리즘(668)은 프리즘(664)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다(프리즘(668)이 빔 확장기(600)의 최대 프리즘임). 프리즘(668)은 프리즘(668)이 회전되게 하는 액츄에이터(668a)에 탑재될 수 있고, 프리즘(668)이 이렇게 회전하면 광 빔(611)의 파장이 대략적으로 제어될 수 있다. 일부 구현형태들에서, 액츄에이터(668a)는 프리즘(668)이 고정되는 탑재면 및 탑재면을 회전시키는 모터를 포함하는 회전식 스테이지이다. 액츄에이터(668a)의 모터는 종래의 선형 스테퍼 모터 및 굴곡부 조합 디자인보다 50배 더 빠른 압전 모터일 수 있다. 액츄에이터(668a)는 제어 시스템(185)을 위한 각도 위치 피드백을 제공하는 회전식 인코더를 더 포함할 수 있다.
도 7 을 참조하면, 포토리소그래피 시스템(100)(제어 시스템(185) 및 선택적으로 제어기(140)의 제어를 받음)은 광학 소스(105)에 의해 생성되는 광 빔(110)의 대역폭을 제어하기 위한 프로시저(700)를 수행한다.
프로시저(700)는, 펄스형 광학 소스(105)로부터, 펄스형 광 빔(110)을 소정 펄스 반복률로 생성하는 것을 포함한다(705). 예를 들어, 제어 시스템(185)은 펄스형 광 빔(110)을 생성하기 위한 신호를 광학 소스(105)로 전송할 수 있고, 더 나아가 제어기(140)는 요구되는 펄스 반복률을 제어 시스템(185)에 제공할 수 있다.
펄스형 광 빔(110)은 스캐너(115) 내에 수용된 기판(120)을 향해 지향되어 기판(120)을 펄스형 광 빔(110)에 노광시킨다(710). 예를 들어, 광학 소스(105)로부터 방출되는 광 빔(110)은 빔 준비 시스템(112)을 이용하여 스캐너(115)로 지향된다.
펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률은 펄스형 광 빔이 기판(120)을 노광하는 중에에 수정된다(715). 예를 들어, 광 빔(110)이 기판(120)을 노광시킬 때, 제어기(140)는 위에서 논의된 바와 같이 광학 소스(105)가 광 빔(110)의 펄스의 반복률을 변경하게 하는 신호를 제어 시스템(185)에 전송한다. 따라서, 제어 시스템(185)은 펄스형 광 빔(110)이 기판(120)을 노광하는 동안 펄스형 광 빔의 반복률을 특정 값만큼 수정하기 위한 명령을 제어기(140)로부터 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 시스템(185)은 광원 작동 모듈(550)로부터 출력된 신호를 요청된 바에 기초하여 어떻게 조절할지를 결정한다.
다음으로, 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에 대한 조절량이 결정되는데(720), 이러한 조절량은 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률을 수정함으로써 초래된 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에서의 변동을 보상한다. 펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 펄스형 광 빔(110)이 기판(120)을 노광하는 중에에 이러한 결정된 조절량만큼 변동되어 대역폭 변동을 보상한다(770).
일부 구현형태들에서, 제어 시스템(185)은 예시적인 프로시저(820)를 수행함으로써 펄스형 광 빔(110 720)의 대역폭에 대한 조절량을 결정한다. 프로시저(820)는 반복률과 대역폭 사이의 상관 레시피에 액세스하는 것(822), 레시피 내에서 수정된 펄스 반복률에 상관되는 대역폭을 결정하는 것(824), 및 수정된 펄스 반복률에 상관된 대역폭을 오프셋하는 대역폭의 조절량을 계산하는 것(826)을 포함한다.
제어 시스템(185)은 메모리(500) 내에 저장될 수 있는 상관 레시피(822)에 액세스한다. 상관 레시피는 반복률과 해당 광학 소스(105)에 대한 대역폭 사이의 상관을 규정한다. 예를 들어, 상관 레시피는 광 빔(110)이 특정 반복률에 대해 특정 대역폭을 가진다고 표시할 수 있고, 상관 레시피는 반복률이 수정될 때 광 빔(110)의 대역폭이 어떻게 변하는지도 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 9 를 참조하면, 그래프(900)(점선)는 예시적인 제 1 상관 레시피를 보여주는데, 이것은 제 1 광학 소스(105a)에 대한 광 빔(110)의 대역폭과 광 빔(110)의 반복률 사이의 관련성이다. 그래프(950)(일점쇄선)는 별개의 제 2 예시적인 상관 레시피를 보여주는데, 이것은 제 2 광학 소스(105b)에 대한 광 빔(110)의 대역폭과 광 빔(110)의 반복률 사이의 관련성이다.
일부 구현형태들에서, 900 또는 950 과 같은 상관 레시피는 해당 광학 소스에 의해 생성된 펄스형 광 빔(110)을 기판(120)을 향해 지향시키기 전에 각각의 펄스형 광학 소스(105a, 105b)에 대해서 생성된다. 다른 구현형태들에서, 900 또는 950 과 같은 상관 레시피는 펄스형 광 빔(110)의 펄스들의 한 쌍의 버스트 사이에 흐르는 시간 중에 각각의 광학 소스(105a, 105b)에 대해서 생성된다. 상관 레시피는 광학 소스(105)가 제조될 때에 시간 내에 메모리(500) 내에 미리 로딩될 수 있고, 및/또는 유지보수 중에 또는 광학 소스(105)가 동작하고 있는 동안에 업데이트된다.
상관 레시피는 광 빔(110)의 반복률이 수정될 때 광학 소스(105)에 의해 생성되는 광 빔(110)의 대역폭의 값을 측정함으로써 결정된다. 광 빔(110)의 대역폭은 계측 시스템(170)에 의해 측정될 수 있다.
예를 들어, 도 10 을 참조하면, 상관 레시피는 프로시저(1000)를 수행함으로써 결정되거나 생성될 수 있다. 처음에, 조명 시스템(150)은 온라인이지만 그 출력(펄스형 광 빔(110)이 스캐너(115)에 의해 사용되는 동안은 아닌 시간에 반복률 R에서 작동된다(1002). 다음으로, 광학 소스(105)의 하나 이상의 성능 파라미터(예컨대, 예를 들어 대역폭과 같은 스펙트럼 특성)는 조명 시스템(150)이 반복률 R에서 동작하는 동안에 조명 시스템(150)에 의해 측정된다(1004). 측정된 성능 파라미터 및 성능 파라미터가 측정되는 반복률 R이, 예를 들어 메모리(500) 내에 저장된다(1006).
조명 시스템(150)이 관심 반복률 R들 전부에서 동작되었으면(1008), 해당 조명 시스템(150)에 대해서 프로시저(1000)가 완료된다. 그렇지 않으면, 반복률 R이 새로운 반복률로 변경되고(1010), 광학 소스(105)의 하나 이상의 성능 파라미터, 예를 들어 광 빔(110)의 대역폭이 조명 시스템(150)에 의해 측정된다(1004). 새로운 반복률 R은 직전 값을 고정된 양만큼 증가시킴으로써 획득될 수 있고, 또는 반복률 R의 값은, 반복률 R을 고정된 양만큼 감소시키는 것, 반복률 R을 가변량 또는 랜덤 양만큼, 또는 최대 관심 대상일 것으로 기대되는 반복률 R의 테스팅 값만큼 증가 또는 감소시키는 것을 포함하는 다른 방법을 사용하여 변경될 수 있다.
조명 시스템(150)은 이러한 프로시저(1000)를 상대적으로 짧은 시간 기간, 예를 들어 약 일 분 내에 수행할 수 있다. 더욱이, 조명 시스템(150)은 프로시저(1000)의 전체 지속기간을 제어하기 위하여 또는 대역폭과 반복률 R 사이에 더 정제된 상관을 제공하기 위해서 분해능을 변경하기 위해 이러한 프로시저(1000)를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 반복률 R은 고분해능 분석 또는 상관을 위해서 1010 에서 10 Hz만큼 증가될 수 있고, 또는 반복률 R은 저분해능 분석 또는 상관을 위해서 1010 에서 20 Hz만큼 증가될 수 있다.
펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 스펙트럼 특성 선택 장치(130)의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 조절함으로써 적어도 부분적으로, 결정된 조절량만큼 변경될 수 있다(770). 예를 들어, 제어 시스템(185)은 광원 작동 모듈(550)로 전송할 조절 신호를 결정할 수 있는데, 이러한 신호는 작동 시스템(454, 456, 468) 중 하나 이상에 특정 신호를 전송하여 이를 통하여 하나 이상의 광학적 피쳐(460, 462, 464)를 수정하도록 모듈(452)에 지시한다. 대역폭은 프리즘(660)을 고속 액츄에이터(660a)로 회전시킴으로써 신속하게 변경될 수 있다(770). 더욱이, 대역폭은 펄스형 광 빔(110)의 펄스들의 버스트들 사이의 시간 이하인 시간 동안에 신속하게 변경될 수 있다(770). 예를 들어, 프리즘(660)은 50 밀리초 이하의 시간 동안에 제 1 안정 평형 위치로부터 제 2 안정 평형 위치로 회전된다. 고속 액츄에이터(660a)가 회전 스테이지이기 때문에, 프리즘(660)이 전체 360° 회전 범위 내의 임의의 각도로 회전될 수 있다.
펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 펄스형 광 빔이 기판을 노광하는 중에 결정된 조절량만큼 변경함으로써, 포토리소그래피 시스템(100)은 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률을 수정함으로써 초래된 펄스형 광 빔(110)의 대역폭의 변동을 보상할 수 있고, 따라서 펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 광 빔(110)의 반복률이 스캐닝 도중에 변경되더라도 미리 결정된 안정 범위 내에 유지될 수 있다. 더욱이, 대역폭을 미리 결정된 안정 범위 내에 유지함으로써, 기판(120) 내에 형성된 피쳐의 임계 치수도 미리 결정된 허용가능한 범위 내에서 유지될 수 있다.
다른 구현형태들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
예를 들어, 다른 구현형태들에서, 프리즘(662)은 프리즘(662)이 회전하게 하는 자기 자신의 액츄에이터(662a)에 탑재되고, 이러한 회전이 격자(670) 상에 충돌하는 광 빔(611)의 입사각을 변경하고, 광 빔(611)의 파장의 정밀 제어를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 액츄에이터(662a)는 압전 회전 스테이지일 수 있다. 이러한 다른 구현형태에서, 프리즘(664)은 광 빔(611)의 대역폭의 정밀 제어를 제공하는 액츄에이터(664a)에 탑재될 수 있다. 이러한 액츄에이터(664a)는 스테퍼 모터 회전식 스테이지일 수 있다.
다른 구현형태들에서, 프리즘(660)은 그 모멘트 축이 액츄에이터(662a)의 회전축과 정렬되지 않도록 탑재될 수 있다. 이러한 구현형태에서, 프리즘 축은 액츄에이터(662a)의 회전축에 수직인 방향에 따라서 액츄에이터(662a)의 축으로부터 오프셋된다. 연장 암은 제 1 단부에서 액츄에이터(662a)의 회전 축에 그리고 제 2 단부에서 프리즘(660)의 모멘트 축에 탑재될 수 있다.

Claims (21)

  1. 광학 소스에 의해 생성된 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 제어하는 방법으로서,
    상기 광학 소스로부터, 펄스 반복률로 펄스형 광 빔을 생성하는 단계;
    기판을 상기 펄스형 광 빔에 노광시키도록, 상기 펄스형 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내에 수용된 상기 기판을 향해 지향시키는 단계;
    상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 수정하는 단계;
    상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하는 단계 - 상기 조절량은 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률의 수정에 상관되는 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 것임 -; 및
    상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 결정된 조절량만큼 변경하여, 상기 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 단계를 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하는 단계는,
    상관 레시피에 액세스하는 것 - 상기 상관 레시피는 상기 광학 소스에 대한 상기 반복률과 상기 스펙트럼 특성 사이의 관련성을 규정함 -;
    상기 상관 레시피 내에서 수정된 펄스 반복률에 상관되는 스펙트럼 특성을 결정하는 것; 및
    상기 수정된 펄스 반복률에 상관되는 스펙트럼 특성을 오프셋하는 상기 스펙트럼 특성의 조절량을 계산하는 것을 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 펄스형 광 빔을 상기 기판을 향해 지향시키는 단계 이전에 상기 광학 소스에 대한 상관 레시피를 생성하는 단계를 더 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 펄스형 광학 소스에 대한 상관 레시피를 펄스형 광 빔의 펄스들의 한 쌍의 버스트들 사이에서 생성하는 단계를 더 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 변경하는 것은, 상기 광학 소스의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 조절하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 소스의 하나 이상의 컴포넌트를 조절하는 것은, 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘을 회전시키는 것을 포함하여 상기 펄스형 광 빔과 상호작용하는 상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 조절하는 것을 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘을 회전시켜 상기 스펙트럼 특성을 변경하는 것은, 50 밀리초 이하의 시간 내에 상기 프리즘을 제 1 안정 평형 위치로부터 제 2 안정 평형 위치로 회전시키는 것을 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 프리즘을 회전시키는 것은, 상기 프리즘을 제 1 각도로부터 제 2 각도로 회전시키는 것을 포함하고,
    상기 제 1 각도와 상기 제 2 각도는 360° 회전 내의 임의의 각도일 수 있는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 변경하는 것은, 상기 펄스형 광 빔의 펄스들의 버스트들 사이에서 상기 스펙트럼 특성을 변경하는 것을 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 특정 값만큼 수정하라는 명령을 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률을 수정하는 것은 상기 펄스형 광 빔의 반복률을 상기 특정 값만큼 수정하는 것을 포함하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 상기 결정된 조절량만큼 변경하여 스펙트럼 특성 변동을 보상하는 것은, 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성이 미리 결정된 안정 범위 내에 유지되게 하는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성을 상기 미리 결정된 안정 범위 내에 유지시키는 것은 또한, 상기 기판 내에 형성된 피쳐의 임계 치수를 미리 결정된 수용가능한 범위 내에 유지시키는, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭인, 스펙트럼 특성 제어 방법.
  14. 시스템으로서,
    펄스형 광 빔을 생성하고 포토리소그래피 노광 장치를 향해 지향시키는 조명 시스템 - 상기 조명 시스템은 변경될 수 있는 펄스 반복률로 상기 펄스형 광 빔을 생성하는 광학 소스를 포함함 -;
    상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 선택하도록 구성되는 스펙트럼 특성 선택 장치 - 상기 스펙트럼 특성 선택 장치는 상기 펄스형 광 빔의 경로에 배치된 광학 컴포넌트들의 세트를 포함함 -; 및
    상기 광학 소스 및 상기 스펙트럼 특성 선택 장치에 동작가능하게 연결되는 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은,
    상기 펄스형 광 빔이 상기 포토리소그래피 노광 장치 내의 기판을 노광하는 중에 상기 펄스형 광 빔의 반복률을 수정하는 것을 포함하여, 상기 펄스형 광 빔이 생성되는 반복률을 제어하고;
    상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성에 대한 조절량을 결정하며 - 상기 조절량은 상기 펄스형 광 빔의 펄스 반복률의 수정에 상관되는 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성의 변동을 보상하는 것임 -;
    상기 펄스형 광 빔이 상기 기판을 노광하는 중에, 적어도 하나의 광학 컴포넌트를 이동시켜 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 결정된 조절량만큼 변경함으로써, 스펙트럼 특성 변동을 보상하게 하는 신호를 상기 스펙트럼 특성 선택 장치에 전송하도록 구성되는, 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 광학 컴포넌트들의 세트는 적어도 하나의 프리즘을 포함하고,
    상기 제어 시스템은, 상기 프리즘이 회전하도록 하여 상기 스펙트럼 특성을 변경하게 하는 신호를 적어도 하나의 프리즘과 연관된 고속 액츄에이터에 전송하도록 구성되는, 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성 선택 장치의 광학 컴포넌트들의 세트는,
    상기 펄스형 광 빔과 상호작용하도록 배치되는 분산형 광학 요소, 및
    상기 분산형 광학 요소와 상기 광학 소스 사이에서 상기 펄스형 광 빔의 경로에 배치되는 복수 개의 프리즘을 포함하는, 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성 선택 장치는, 프리즘과 연관되고 연관된 프리즘을 회전시켜서 상기 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특성을 조절하도록 구성되는 적어도 하나의 액츄에이터를 포함하는 작동 시스템을 포함하는, 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 고속 액츄에이터는, 회전축 중심으로 회전하고 상기 프리즘에 기계적으로 링크되는 영역을 포함하는 회전 스테이지를 포함하는, 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 회전 스테이지는 전체 360°의 회전각에 걸쳐 상기 회전축 중심으로 회전하도록 구성되는, 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은, 상기 광학 소스로부터 생성된 펄스형 광 빔을 수광하고 상기 펄스형 광 빔을 상기 포토리소그래피 노광 장치를 향해 지향시키도록 구성되는 빔 준비 시스템을 포함하는, 시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 특성은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭인, 시스템.
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