KR20220110600A - 엑시머 광원에서 스페클을 감소시키는 방법 - Google Patents

엑시머 광원에서 스페클을 감소시키는 방법 Download PDF

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루트 웰헬무스 패트릭 엘리자베스 마리아 옵'트
헤르만 필립 갓프리드
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사이머 엘엘씨
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Abstract

본 방법은: 심자외 범위의 파장을 가지는 펄스로 구성되는 광 빔을 생성하는 단계-각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가지며, 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정됨; 하나 이상의 펄스에 대해, 펄스의 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스를 생성하기 위해 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 단계; 적어도 수정된 펄스로부터 펄스 광 빔을 형성하는 단계; 및 형성된 펄스 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내의 기판을 향해 지향하는 단계;를 포함한다.

Description

엑시머 광원에서 스페클을 감소시키는 방법{REDUCING SPECKLE IN AN EXCIMER LIGHT SOURCE}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 1월 16일에 출원된 미국 출원 번호 제15/407,153호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
개시되는 주제는 엑시머 광원, 예를 들어, 반도체 리소그래피를 위한 심자외 (DUV) 광원에서 스페클(speckle)을 줄이기 위한 장치 및 방법에 관련된다.
반도체 리소그래피 (또는 포토리소그래피)에서, 집적회로(IC)의 제작에는 (웨이퍼라고도 불리는) 반도체 (예컨대, 실리콘) 기판 상에서 다양한 물리적 및 화학적 프로세스가 수행되는 것이 포함된다. 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너는 기판의 목표하는 부분 상에 원하는 패턴을 부여하는 기기이다. 웨이퍼는 축선 방향을 따라 연장되는 광 빔에 의하여 조사되고, 웨이퍼는 축선 방향에 실질적으로 수직한 측면을 따라 놓이도록 스테이지에 고정된다. 광 빔은 심자외 (DUV) 범위, 예를 들어, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 400 nm의 파장을 가진다.
일부 일반적인 양태에서, 본 방법은 심자외 범위에서 파장을 가지는 펄스로 구성되는 광 빔을 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가지며, 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정된다. 하나 이상의 펄스에 대해, 생성 상기 펄스의 상기 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스를 생성하기 위해, 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상이 변조된다. 본 방법은, 적어도 상기 수정된 펄스로부터 펄스 광 빔을 형성하는 단계; 및 형성된 펄스 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내의 기판을 향해 지향하는 단계;를 포함한다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스로 구성되는 광 빔은, 펄스로 구성되는 시드 광 빔을 생성하는 단계; 및 상기 시드 광 빔의 펄스를 공진기에 반복적으로 통과시켜 상기 시드 광 빔의 펄스를 광학적으로 증폭함으로써 증폭된 펄스로 구성되는 광 빔을 생성하는 단계;에 의해 생성될 수 있다. 상기 광학 위상은, 상기 수정된 펄스를 생성하기 위해 증폭된 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 변조함으로써, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다. 상기 광학 위상은, 상기 수정된 펄스를 생성하기 위해 상기 시드 광 빔의 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 변조함으로써, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있으며; 그리고 증폭된 펄스로 이루어지는 광 빔은 상기 수정된 펄스를 광학적으로 증폭함으로써 생성될 수 있다. 상기 수정된 펄스로부터 형성되는 펄스 광 빔은, 증폭된 펄스로 이루어지는 광 빔을 상기 기판을 향해 지향시킴으로써 상기 기판을 향해 지향될 수 있다.
본 방법은, 상기 수정된 펄스를 생성하기 위해 해당 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 단계에 앞서 상기 광 빔의 펄스의 대역폭을 감소시키는 단계;를 또한 포함할 수 있다. 상기 광학 위상은, 상기 펄스의 대역폭을 증가시키지만 목표 대역폭의 범위 내에서 유지되도록, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
상기 광학 위상은, 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 것에 관련된 푸리에 변환에 의해 상기 펄스의 전기장의 스펙트럼을 컨벌루션함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다. 상기 광학 위상은 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조되어 상기 기판을 향해 지향되는 펄스 광 빔의 동적 스페클 콘트라스트를 감소시키도록 할 수 있다.
본 방법은 상기 기판을 향해 지향되는 광 빔 내에서 펄스의 지속 시간을 증가시키는 단계를 또한 포함할 수 있다. 상기 광 빔 내의 상기 펄스의 지속 시간은, 상기 광 빔의 각각의 펄스의 진폭을 분할 부분들로 분할하는 단계, 상기 펄스의 시간-지연된 부분을 생성하기 위해 이들 분할 부분들 사이의 시간적 지연을 도입하는 단계, 및 상기 광 빔의 시간적으로 스트레칭된 펄스를 제공하기 위해 상기 펄스의 이들 시간-지연된 부분을 재조합하는 단계에 의해 증가될 수 있다. 상기 광학 위상은, 상기 펄스의 하나 이상의 분할 부분들의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 변조함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
상기 광학 위상은, 상기 광 빔의 펄스의 대역폭을 증가시키도록 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
본 방법은 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상이 변조되는 주파수 범위를 선택하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
상기 주파수 범위는: 상기 수정된 펄스의 목표 대역폭을 생성하게 될 목표 주파수 범위를 결정하는 단계; 및 상기 주파수 범위를 결정된 목표 주파수 범위 내에서 유지하여 상기 수정된 펄스의 대역폭을 상기 목표 대역폭의 범위 내에서 유지하는 단계;에 의해 선택될 수 있다. 본 방법은 상기 수정된 펄스가 상기 목표 대역폭의 범위 내에 있는 대역폭을 가질 것인지 여부를 결정하기 위해 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 단계에 앞서 상기 펄스의 대역폭을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 상기 수정된 펄스가 상기 목표 대역폭의 범위 내에 있는 대역폭을 가지는지 여부를 결정하기 위해 상기 다음 펄스의 상기 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 변조하는 단계에 앞서 상기 수정된 펄스의 대역폭을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 특정한 다음 펄스에 대한 목표 대역폭을, 복수의 이전에-수정된 펄스의 측정된 대역폭에 기초하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주파수 범위는 상기 광 빔 내의 각각의 펄스에 대해 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상이 변조되는 주파수 범위를 선택함으로써 선택될 수 있다.
상기 광학 위상은, 상기 펄스가 지향되어 통과하게 되는 재료의 굴절률을 변조함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
본 방법은 상기 광학 위상이 변조되는 레이트를 조정함으로써 상기 기판을 향해 지향되는 펄스의 대역폭을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은, 상기 수정된 펄스의 대역폭을 추정하는 단계; 추정된 대역폭이 목표 대역폭의 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 추정된 대역폭이 상기 목표 대역폭의 범위 밖에 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 광학 위상이 변조되는 주파수 범위를 조정하여 다음번의 수정된 펄스의 대역폭을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 광학 위상은, 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 무작위화함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
상기 광학 펄스는 시간상의 포인트들에 의해 표현되는 파형과 연관될 수 있고, 상기 광학 위상은, 상기 파형의 상이한 포인트들에 상이한 시간적 지연을 적용함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다. 상이한 시간적 지연은, 상기 광학 펄스를 매질에 통과시키고 상기 펄스가 상기 매질을 통과할 때의 상기 매질의 굴절률을 변화시킴으로써 상기 파형의 상이한 포인트들에 적용될 수 있다.
상기 변조의 진폭은 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 무작위로 변화할 수 있다. 상기 변조의 진폭은 상기 기판을 향해 지향되는 펄스 광 빔의 동적 스페클 및 대역폭 중 하나 이상을 감소시키는 방식으로 변화할 수 있.
각각의 펄스는 제1 공간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 공간적 코히어런스를 가질 수 있고, 본 방법은, 상기 펄스의 제1 공간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 공간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 공간적 코히어런스를 상기 수정된 펄스가 가지게 되도록 변조되는 중에 상기 펄스의 공간적 코히어런스를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일반적인 양태에서, 장치는 광원, 위상 변조기 시스템, 측정 장치, 및 제어 시스템을 포함한다. 상기 광원은 심자외 범위에서 파장을 가지는 펄스로 구성되는 광 빔을 생성하도록 구성되는데, 여기서, 각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가지며, 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정된다. 상기 위상 변조기 시스템 펄스 광 빔의 경로에 있고, 적어도 하나의 펄스에 대해, 상기 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스를 생성하기 위해 상기 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하도록 구성된다. 상기 측정 장치는 테스트 펄스의 특성을 측정하도록 구성된다. 테스트 펄스는 상기 제1 시간적 코히어런스를 가지는 펄스 또는 상기 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스이다. 상기 제어 시스템은 상기 측정 장치 및 상기 위상 변조기 시스템과 통신한다. 상기 제어 시스템은, 상기 측정 장치로부터 상기 테스트 펄스의 측정된 특성을 수신하고; 상기 수정된 펄스의 대역폭이 목표 대역폭의 범위 내에 있는지 여부를 상기 수신되는 측정된 특성에 기초하여 판단하며; 상기 수정된 펄스의 대역폭이 상기 목표 대역폭의 범위 밖에 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 수정된 펄스를 생성하는 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상이 변조되는 주파수를 조정하도록 구성된다.
구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 상기 수정된 펄스로부터 형성되는 펄스 광 빔의 경로에 있는 빔 지향 장치를 포함할 수 있다. 상기 빔 지향 장치는 상기 수정된 펄스로부터 형성되는 펄스 광 빔을 리소그래피 노광 장치 내의 기판을 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 상기 위상 변조기 시스템은 상기 리소그래피 노광 장치 내에 있을 수 있다. 상기 위상 변조기 시스템은 위상 변조기의 이차원 어레이를 포함할 수 있다. 상기 위상 변조기의 이차원 어레이는 빔 균질화기 내에 위치될 수 있다. 상기 위상 변조기의 이차원 어레이는 또한, 각각의 펄스에 대해, 상기 수정된 펄스가 상기 펄스의 공간적 코히어런스보다 작은 제2 공간적 코히어런스를 가지도록 상기 펄스의 공간적 코히어런스를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원은: 펄스로 구성되는 시드 광 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 시드 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 튜닝하기 위한 스펙트럼 튜닝 장치를 포함하는 제1 스테이지 광원; 및 이득 매질을 가지는 공진기를 구비하고, 상기 시드 광 빔의 펄스를 수신하고 증폭된 펄스로 구성되는 광 빔을 생성하도록 구성되는 제2 스테이지 광학 증폭기;를 포함할 수 있다. 상기 제1 스테이지 광원은 상기 펄스로 구성되는 시드 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있고 고상 이득 매질을 포함한다. 상기 위상 변조기 시스템은 상기 제1 스테이지 광원과 상기 제2 스테이지 광학 증폭기의 사이에 있을 수 있다.
상기 테스트 펄스는 수정된 펄스일 수 있다.
상기 제어 시스템은 상기 광원과도 통신할 수 있으며, 상기 제어 시스템은, 상기 수정된 펄스의 대역폭이 상기 목표 대역폭 범위 밖에 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 펄스의 대역폭을 조정하기 위해 신호를 상기 광원에 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 측정 장치에 의해 측정되는 테스트 펄스의 특성은 상기 테스트 펄스의 대역폭일 수 있다.
상기 장치는 상기 수정된 펄스의 지속 시간을 증가시키도록 구성되는 광학적 시간적 펄스 스트레처를 포함할 수 있다. 상기 광학적 시간적 펄스 스트레처는 수동형 광학 요소일 수 있다.
상기 위상 변조기 시스템은 상기 펄스 광 빔이 통과하는 매질을 포함하는 포켈스 셀을 포함할 수 있다. 상기 광학 위상은, 상기 포켈스 셀의 매질의 굴절률을 변조함으로써 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다.
상기 위상 변조기 시스템은 단일한 위상 변조기 또는 복수의 위상 변조기를 포함할 수 있다.
도 1은 포토리소그래피 노광 장치를 향해 지향되는 펄스형 광 빔을 생성하는 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의하여 생성되는 펄스형 광 빔의 예시적인 광학 스펙트럼의 그래프이다.
도 3은 원하지 않는 구조가 광학 스펙트럼에 포함되는 펄스형 광 빔의 예시적인 광학 스펙트럼의 그래프이다.
도 4는 도 3의 광학 스펙트럼에 대한 예시적인 간섭 가시성의 그래프이다.
도 5는 도 1의 예시적인 위상 변조기 시스템의 블록도이다.
도 6은 도 5의 위상 변조기 시스템으로부터 출력되는 수정된 펄스형 광 빔의 예시적인 광학 스펙트럼의 그래프이다.
도 7은 도 6의 광학 스펙트럼에 대한 예시적인 간섭 가시성의 그래프이다.
도 8a는 펄스형 광 빔의 펄스에 시간의 함수로서 적용되는 예시적인 위상 변조의 그래프이다.
도 8b는 도 8a의 예시적인 위상 변조의 주파수 콘텐츠의 그래프이다.
도 9는 하나 이상의 위상 변조기를 포함하는 예시적인 위상 변조기 시스템의 블록도이다.
도 10은 하나 이상의 위상 변조기가 광학적으로 직렬로 배열되는 예시적인 위상 변조기 시스템의 블록도이다.
도 11은 하나 이상의 위상 변조기가 광학적으로 병렬로 배열되는 예시적인 위상 변조기 시스템의 블록도이다.
도 12는 예시적인 위상 변조기가 포켈스 셀(Pockels cell)로서 설계되는 위상 변조기 시스템의 예시적인 위상 변조기의 블록도이다.
도 13a는 위상 변조기 시스템이 광학 소스 내에 배치되는 예시적인 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 13b는 위상 변조기 시스템이 내부에 배치되는 예시적인 광학 소스의 블록도이다.
도 14는 위상 변조기 시스템이 광학 소스와 포토리소그래피 노광 장치 사이의 빔 준비 시스템 내에 배치되는 예시적인 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 15a는 위상 변조기 시스템이 광학 소스와 포토리소그래피 노광 장치 사이의 빔 준비 시스템의 광학적 시간적 펄스 스트레처 내에 배치되는 예시적인 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 15b는 위상 변조기 시스템이 내부에 배치되는 예시적인 광학적 시간적 펄스 스트레처의 블록도이다.
도 16a는 위상 변조기 시스템이 포토리소그래피 노광 장치의 광학적 배치 구성 내에 배치되는 예시적인 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 16b는 위상 변조기 시스템이 내부에 배치되는 예시적인 광학적 배치 구성의 블록도이다.
도 17a는 예시적인 포토리소그래피 노광 장치의 블록도이다.
도 17b는 도 17a의 포토리소그래피 노광 장치 내의 예시적인 조명 모듈의 블록도이다.
도 18은 도 1의 포토리소그래피 시스템 내의 예시적인 스펙트럼 특징 측정 시스템의 블록도이다.
도 19는 도 1의 포토리소그래피 시스템 내의 예시적인 광학 소스의 블록도이다.
도 20은 도 1의 포토리소그래피 시스템 내의 예시적인 스펙트럼 특징 선택 시스템의 블록도이다.
도 21은 도 1의 포토리소그래피 시스템 내의 예시적인 제어 시스템의 블록도이다.
도 22는 광 빔의 펄스의 시간적 코히어런스를 줄이기 위하여 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의하여 수행되는 예시적인 절차의 플로우차트이다.
도 23은 펄스의 시간적 코히어런스를 감소시키기 위해 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상이 변조되는 주파수 범위를 선택하기 위해 포토리소그래피 시스템에 의해 수행되는 예시적인 절차 플로우차트이다.
도 1을 참조하면, 포토리소그래피 시스템(100)은 제어 시스템(185)의 제어 하에서 펄스 광 빔(110)을 생성하는 (엑시머 광원과 같은) 광학 소스(105)를 포함한다. 광 빔(110)의 펄스는 심자외 (DUV) 범위의, 예를 들어, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 400 nm의 공칭적으로 중심 파장을 가진다. 일부 구현예에서, 펄스의 파장은 약 248 nm이고, 다른 구현예에서, 펄스의 파장은 약 193 nm이다. 광학 소스(105)는 연속적인 파동 보다는 광학 펄스의 형태로 광을 방출한다. 따라서, 광학 소스(105)는 짧은 지속 시간을 가지는 에너지의 펄스를 방출한다. 이러한 주기적 펄스는 펄스 열(pulse train)로 간주될 수 있고 광 빔(110)을 형성한다. 펄스의 지속 시간(펄스 폭 또는 길이로도 지칭된다)은 펄스의 파워가 그 최대 값의 특정 백분율 (일례로 절반) 이상으로 연속적으로 유지되는 시간으로 규정될 수 있다.
광 빔(110)은 빔 지향 및 빔 수정 광학기를 포함하는 빔 준비 시스템(112)에 의해 포토리소그래피 노광 장치(또는 스캐너)(115)로 지향된다. 구체적으로는, 포토리소그래피 노광 장치(115) 내에서, 펄스형 광 빔(110)은, 웨이퍼 스테이지(121) 상의 반도체 기판(웨이퍼)(120)을 향해 광 빔(110)을 지향시키기 전에 필요에 따라 광 빔(110)을 준비하고 수정하도록 구성되는 광학적 배치 구성(113)을 통해 지향된다. 광 빔(110) 및 웨이퍼(120)는 리소그래피 제어기(140)의 제어 하에서 서로에 대해 상대적으로 스캐닝(이동)되고, 이에 따라 웨이퍼(120) 상에 마이크로 전자 피처를 패터닝한다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝된 마이크로 전자 피처의 크기는 광 빔(110)의 파장에 의존하는데, 파장이 낮을수록 마이크로 전자 피처의 최소 크기가 작아진다. 광 빔(110)의 파장이 248 nm 또는 193 nm인 경우, 마이크로 전자 피처의 최소 크기는, 예를 들어, 50 nm 또는 그 이하일 수 있다. 웨이퍼(120)에서 광 빔(110)의 펄스의 포커스 위치는 광 빔(110)의 파장에 상관된다. 또한, 광 빔(110)의 대역폭은 이들 피처의 임계 치수에 영향을 미친다.
(예를 들어, 온도 구배, 압력 구배, 광학 왜곡 등과 같은) 다양한 교란(disturbance)이 광학 소스(105) 및 광 빔(110)에 작용하여 광 빔(110)의 (대역폭 및 파장과 같은) 스펙트럼 특성 또는 특징과 같은 특질 또는 에너지를 변화시킨다. 예를 들어, 광 빔(110)과 상호 작용하는 광 콤포넌트에 의하여 야기되는 색 수차는 광 빔(110)의 대역폭의 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 포토리소그래피 시스템(100)은, 예를 들어, (광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 조정하도록 구성되는) 스펙트럼 특징 선택 시스템(130) 및 (광 빔(110)의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성되는) 계측 시스템(170)과 같은 다른 콤포넌트를 포함한다. 제어 시스템(185)과 함께, 광 빔(110)에 대한 교란의 영향을 결정하고 광 빔(110)에 대한 그러한 교란의 영향을 보정하기 위해 이들 콤포넌트가 조합하여 사용된다.
광학 소스(105)의 설계로 인해, 광 빔(110)의 펄스는 시간적 코히어런스 및 공간적 코히어런스 모두의 코히어런스를 가지며, 이 코히어런스(시간적 및 공간적 중 하나 또는 양자 모두)는 웨이퍼(120)에서 스페클 패턴을 유발할 수있다. 스페클 패턴은 광 빔(110)의 한 세트의 파면의 상호 간섭에 의해 생성된 강도 패턴이며, 간섭은 시간적 코히어런스 및 공간적 코히어런스 양자의 코히어런스가 높을수록 더 높다. 웨이퍼(120)에서 생성된 스페클 패턴은 CD 균일성(CDU)의 감소로 이어져 웨이퍼(120) 상에 생성된 마이크로 전자 피처의 흐려짐을 초래할 수 있기 때문에 원하지 않는 것이다.
정적 스페클은 광 빔(110)의 공간적 코히어런스에 의해 야기되고, 동적 스페클은 광 빔(110)의 시간적 코히어런스에 의해 야기된다. 포토리소그래피 시스템(100)은 펄스 광 빔의 경로에 배치된 위상 변조기 시스템(145)을 포함한다. 위상 변조기 시스템(145)은, 각각의 펄스에 대해, 위상 변조기 시스템(145)에 진입하는 펄스의 시간적 코히어런스보다 작은 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스를 생성하여 웨이퍼(120)에서 발생되는 동적 스페클을 감소시키도록 구성된다. 위상 변조기 시스템(145)은 아래에서 논의되는 바와 같이, 광학 소스(105)로부터 출력되는 광 빔(110)의 경로에 배치되거나 또는 광학 소스(105) 내에 생성된 시드 광 빔과 같은 광 빔의 경로에 배치될 수 있다. 펄스 광 빔(110)은 (감소된 시간적 코히어런스를 가진) 이들 수정된 펄스들로부터 형성된다; 이 형성된 펄스 광 빔(110)은 포토리소그래피 노광 장치(115) 내의 웨이퍼(120)를 지향된다.
도 2를 참조하면, 광 빔(110)의 각 펄스는 광학 스펙트럼(200)을 나타낸다. 광학 스펙트럼(200)은 광 빔(110)의 스펙트럼 형상 또는 스펙트럼으로 지칭될 수 있다. 광학 스펙트럼(200)은 상이한 파장(또는 주파수)(202)에 대하여 광 빔(110)의 광학 에너지 또는 파워가 어떻게 분포되는지에 관한 정보를 포함한다. 광 빔(110)의 광학 스펙트럼(200)은 스펙트럼 강도(201)가 파장 또는 광학 주파수(202)의 함수로서 도시된 다이어그램의 형태로 도시된다. 광 빔(110)의 스펙트럼 특성 또는 특징은 광학 스펙트럼(200)의 임의의 양태 또는 표현을 포함한다. 예를 들어, 대역폭은 스펙트럼 특징이다. 광 빔(110)의 대역폭은 광학 스펙트럼(200)의 폭(W)의 척도이며, 이 폭(W)은 레이저 광의 파장 또는 주파수의 관점에서 주어질 수 있다. 광학 스펙트럼(1800)의 세부 사항과 관련된 임의의 적합한 수학적 구성(예컨대, 메트릭)은 광 빔의 대역폭을 특징 짓는 값을 추정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 형상의 최대 피크 강도의 분율 X에서의 광학 스펙트럼(200)의 전체 폭(FWXM으로 지칭됨)은 광 빔 대역폭을 특징짓는데 사용될 수 있다. 한 예로서, 통상적으로 사용되는 스펙트럼 형상 특성화에서, 분율 X는 50%이고, 각각의 메트릭은 반치전폭(full width at half 최대)(FWHM)으로 지칭된다. 다른 예로서, 적분된 스펙트럼 강도(EY로 지칭됨)의 분율(Y)을 포함하는 광학 스펙트럼(200)의 폭은 광 빔 대역폭을 특성화하는데 사용될 수 있다. 광 빔(110)의 스펙트럼 특성을 특성화하기 위해 일반적으로 사용되는 일례에서, 분율(Y)은 95 %이다.
광 빔(110)의 펄스는, 종방향 공동 모드가 광학 소스(105) 내의 공진기 또는 공진기들의 기하 구조와 구성에 의해 생성되고, 이들 종방향 공동 모드는 서로 간섭하여 각각의 펄스의 광학 스펙트럼에 원하지 않는 구조를 생성하므로, 시간적 코히어런스를 가진다. 원하지 않는 구조를 가지는 예시적인 광학 스펙트럼(300)이 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 광 빔(110)의 각각의 펄스는 원하지 않는 구조를 상이하게 생성할 수 있다. 광 빔(110)의 펄스의 대역폭은 포토리소그래피 노광 장치(115)가 웨이퍼(120) 상의 단일 위치를 조명하는데 사용하는 펄스의 개수에 대해 평균함으로써 (예를 들어 계측 시스템(170)으로) 측정될 수 있다. 대역폭의 평균값은 유효 대역폭이며 파장의 매끄러운 함수가 될 수 있다.
펄스의 시간적 코히어런스의 양은 펄스의 전기장 파형의 값과 임의의 시간 쌍에서 τ 양만큼 지연된 값 사이의 평균 상관 관계의 척도이다. 전기장 파형의 위상이 실질적으로 변동(wander)(따라서 상관 관계가 실질적으로 감소함)하게 되는 지연은 코히어런스 시간 TC 로 정의된다. 0의 지연 τ에서, 코히어런스의 정도는 완벽하지만 지연 τ가 TC에 가까워짐에 따라 코히어런스의 정도가 현저하게 떨어진다. 시간적 코히어런스는 펄스의 전기장 파형이 시간 τ만큼 지연된 자체의 복제본과 결합되는 마이켈슨 (Michelson) 간섭계와 같은 간섭계에서 측정될 수 있다. 검출기는 간섭계를 이탈하는 빛의 시간-평균 강도를 측정하고, 결과로 나타나는 간섭 가시성은 지연 τ에서 시간적 코히어런스를 제공한다. 예시적인 간섭 가시성(400)이 도 3의 광학 스펙트럼(300)에 대해 도 4에 도시되어 있다. 간섭 가시성은 펄스의 정규화된 파워 스펙트럼 밀도의 푸리에 변환으로서 계산되고, (코히어런스 길이가 계산될 수 있는) 간섭 시간 TC 는 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00001
코히어런스 길이(LC)는 코히어런스 시간(TC)으로부터 계산될 수 있다; 구체적으로, 코히어런스 길이(LC)는 펄스파가 코히어런스 시간(TC)에서 이동하는 거리이다. 도 3 및 도 4의 예에서, 코히어런스 길이(LC)는 수용할 수 없을 정도로 높다. 광 빔(110)의 각각의 펄스의 광학 스펙트럼(300)(도 3)의 구조는 가시성(도 4)에서 측 대역을 야기하고, 따라서 슬릿-평균 대역폭에 기초하여 기대되는 것보다 큰 시간적 코히어런스 길이(LC)를 초래한다. 펄스를 펄스 변조기 시스템(145)에 통과시킴으로써, 펄스의 코히어런스 길이 (LC)는 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이 수용 가능한 레벨로 감소된다.
특히, 도 5를 참조하면, 위상 변조기 시스템(145)에 진입하는 펄스(505)는 제1 시간적 코히어런스 길이(LC1)에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가진다. 예를 들어, 위상 변조기 시스템(145)에 진입하는 펄스(505)는 광학 스펙트럼(300)에서 원하지 않는 구조를 나타내는 (또한, 도 4에 도시된 바와 같이 원하는 것보다 큰 시간적 코히어런스 길이(LC)를 가지는) 펄스일 수 있다. 위상 변조기 시스템(145)은 펄스(505)의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상을 변조함으로써 펄스(505)의 시간적 코히어런스를 감소시켜, 제1 시간적 코히어런스 길이(LC1)보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이(LC2)에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스(510)를 생성한다. 수정된 펄스(510)의 전기장은 입력 펄스(505)의 전기장에 위상 변조기 시스템(145)에 의해 도입되는 위상 회전 또는 지연을 곱한 것으로 기술될 수 있다. 수정된 펄스(510)의 전기장의 광학 스펙트럼은 위상 변조기 시스템(145)에 의해 제공되는 위상 변조의 푸리에 변환에 의해 컨벌루션되거나 평균화된다.
제2 시간적 코히어런스 길이(LC2)는 제1 시간적 코히어런스 길이(LC1)의 분율 또는 백분율일 수 있다. 예를 들어, 제2 시간적 코히어런스 길이(LC2)는 제1 시간적 코히어런스 길이(LC1)의 50-95 % 사이일 수 있다. 시간적 코히어런스 길이의 이러한 감소는 웨이퍼(120)에서 5 내지 30 % 사이의, 예를 들어 약 18 %의 스페클의 전체적인 감소를 초래할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 시간적 코히어런스가 감소되는 양은 펄스 상에서 위상 변조를 수행함으로써 영향을 받는 다른 특성(예를 들어, 펄스의 대역폭)에 의해 제한된다.
수정된 펄스(510)의 예시적인 수정된 광학 스펙트럼(600)이 도 6에 도시되고, 수정된 광학 스펙트럼(600)의 간섭 가시성(700)이 도 7에 도시된다. 광학 스펙트럼(300)에 존재하는 구조는 수정된 광학 스펙트럼(600)에서 대부분 제거되거나 크게 감소되었다. 또한, 수정된 광학 스펙트럼(600)(및 수정된 펄스(510))의 시간적 코히어런스 길이(LC)는 입력 펄스(505)의 코히어런스 길이(LC)에 비해 감소된다. 구체적으로, 수정된 광학 스펙트럼(600)의 시간적 코히어런스 길이(LC)는 도 7에 도시된 간섭 가시성(700)으로부터 계산된 시간적 코히어런스 시간(TC)에 기초하여 계산된다.
일반적으로, 펄스의 시간적 코히어런스 길이는 펄스의 순간 대역폭에 반비례한다. 따라서, 일반적으로, 시간적 코히어런스 길이가 (본 명세서에서 설명되는 위상 변조를 수행함으로써) 감소된다면, 위상 변조기 시스템(145)의 출력에서 펄스(510)의 순간 대역폭은 위상 변조기 시스템(145)의 입력에서 펄스(505)의 순간 대역폭에 비해 증가된다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전체 슬릿-평균 대역폭 (웨이퍼(120)에 의해 보여지는 대역폭)은 2 가지 이유로 일정하거나 수용 가능한 대역폭의 범위 내에서 유지된다. 첫째로, 입력 펄스(505)의 대역폭은 출력 펄스(510)의 순간 대역폭으로의 시프트의 일부를 오프셋하도록 감소된다. 둘째로, 웨이퍼(120)는 슬릿-평균 대역폭을 겪게 되는데, 시프트의 값은 슬릿에 걸쳐 평균되기 때문에, 이 슬릿-평균 대역폭은 펄스 대 펄스 기반의 순간 대역폭의 시프트에 의해 영향을 받지 않는다.
도 8a를 참조하면, 예시적인 위상 변조(800)가 도시된다. 도 8a에서, 위상 변조는 시간의 함수로서 펄스(505)에 인가되는 위상의 진폭을 나타낸다. 위상 변조의 주파수는 펄스의 광학 위상이 수정되거나 지연되는 속도이다. 따라서, 주파수 f 는 1/Dt로 간주될 수 있고, 여기서 Dt는 위상 변조의 피크들 사이의 시간이다. 실제로는, 일정 범위의 주파수가 위상 변조기 시스템(145)에 인가된다. 도 8b는 펄스(505)에 인가된 위상 변조(800)의 주파수 콘텐츠를 도시한다. 특히, 도 8b는 위상 변조(800)의 푸리에 변환으로 간주될 수 있다. 이 예에서, 도시된 바와 같이, 많은 주파수들이 적용되고 주파수의 제한값은 임의의 단위에서 1이다(예를 들어, 1 GHz). (용인되는 최대 허용 주파수인) 주파수의 제한값은 위상 변조(800)의 주파수 콘텐츠를 변경하도록 필터링함으로써 변경될 수 있다. 위상 변조의 최대 허용 주파수가 증가하고 따라서 보다 넓은 범위의 주파수가 인가되면, 수정된 펄스(510)의 대역폭이 증가한다. 따라서, 위상 변조의 최대 허용 주파수는 수정된 펄스(510)의 대역폭을 목표 대역폭을 초과하여 증가시키지 않도록 (예를 들어, 신호 필터링에 의해) 선택된다.
도 9를 참조하면, 예시적인 위상 변조기 시스템(945)은 하나 이상의 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)를 포함한다. 위상 변조기 시스템(945)이 복수의 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)를 포함하는 구현예에서, 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)는, 각각의 펄스가 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)의 각각을 직렬로 (또는 순차적으로) 통과하도록 광학적으로 직렬로 배열될 수 있다. 이러한 배열이 도 10에 도시된다. 이러한 배열에서, 2 이상의 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등) 사이에 다른 광학 요소가 배치될 수 있다.
다른 한편으로, 위상 변조기 시스템(945)이 복수의 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)를 포함하는 구현예에서, 각각의 펄스의 일부는 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등) 중 하나를 통과하고 각각의 일부는 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)를 동시에 통과하도록, 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 등)가 광학적으로 병렬로 배열될 수 있다. 이러한 배치는, 병렬로 배열된 6개의 위상 변조기(945A, 945B, 945C, 945D, 945E, 945F)를 도시하는 도 11에 도시된다. 이러한 배치는 펄스(505)의 방향을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 위상 변조기의 2차원 어레이일 수 있다.
도 12를 참조하면, 예시적인 위상 변조기(1245i)는 포켈스 셀(Pockels cell)(1246)로서 설계될 수 있다. 포켈스 셀(1246)은 (펄스(505)와 같은) 펄스(1205)가 통과해 전파되는 전기-광학 결정(crystal)(1247)을 포함한다. 결정(1247)의 위상 지연은 결정(1247)에 연결된 전극(1248, 1249)에 가변 전기 전압을 인가함으로써 변조될 수 있다. 전극(1248, 1249)은 제어 시스템(185)에 의해 제어되는 전압 소스(1257)에 연결된다. 결정(1247)에 인가되는 예시적인 전압은 킬로 볼트 내지 수십 킬로 볼트 범위이다. 전기-광학 결정(1247)의 굴절률은 전극(1248, 1249)에 의해 인가되는 전기장에 비례하여 변화하고, 그 굴절률은 굴절률에 따라 변화한다. 따라서, 결정(1247)에서 굴절률을 변경 또는 변조함으로써, 위상 지연이 변조된다.
포켈스 셀(1246) 내의 전극(1248, 1249)의 기하학적 배열은 펄스(505)가 이동하는 방향에 대해 전기장이 어떻게 배열되는지를 제어한다. 예를 들어, 포켈스 셀(1246)은 전극(1248, 1249)이 결정(1247)의 입력면(1251) 및 출력면(1252)에 배열되는 종방향 디바이스 일 수 있으며, 이 경우, 생성되는 전기장은 펄스(505)의 방향에 평행한 종방향을 따른다. 다른 예로서, 포켈스 셀(1246)은 전극(1248, 1249)이 결정(1247)의 하나 이상의 면(1253, 1254)에 배열되는 횡방향 디바이스일 수 있으며, 이 경우, 생성되는 전기장은 펄스(505)의 방향에 수직인 횡방향을 따른다.
결정(1247)은 결정(1247)을 통하는 전기장을 전극(1248, 1249)을 사용하여 제어함으로써 그 굴절률을 변화시키는 재료로 이루어진다. 결정(1247)의 재료는 펄스(1205)의 파장에서 투과성이어야 하고, 따라서 DUV 광에 대해 투과성이어야 한다. 또한, 결정(1247)을 통과하는 펄스(1205)는 높은 광학 파워를 가지므로, 결정(1247)의 재료는 광학 손상에 대해 높은 임계치를 가지는 재료로 이루어져야 한다. 예를 들어, 도 19를 참조하면, 마스터 오실레이터(MO)(1900)에 의해 출력되는 시드 광 빔(1910A)의 펄스들은 약 1~6 와트(W)일 수 있고(예를 들어, 6000 Hz의 펄스 반복률에서, 각각의 펄스는 1 밀리 줄(mJ)의 순간 에너지를 가진다), 파워 증폭기(1925)의 출력에서 광 빔(110)의 펄스는 약 10~200W일 수 있다. 예를 들어, 결정(1247)은 제일인산칼륨(potassium dihydrogen phosphate)(KDP), 중수소화 KDP(DKDP), 제일인산암모늄(ammonium dihydrogen phosphate)(ADP), 베타-바륨 붕산염(beta-barium borate)(BBO) 또는 석영으로 제조될 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 일부 구현예에서, 위상 변조기 시스템(145)은 광학 소스(105) 내에 배치된다. 구체적으로, 광학 소스(105)는 듀얼 스테이지 광학 소스(1305)로서 설계될 수 있으며, 이 경우에, 위상 변조기 시스템(145)을 제1 스테이지 광원(1300)과 제2 스테이지 광학 증폭기(1310) 사이 및 제1 스테이지 광원(1300)에 의해 생성된 펄스의 시드 광 빔(1310A)의 경로에 배치하는 것이 유리하다. 이러한 듀얼 스테이지 설계는 파워 제너레이터(제2 스테이지 광학 증폭기(1310))를 대역폭 및 파장 제어 제너레이터(제1 스테이지 광원(1300))으로부터 분리한다. 시드 광 빔(1310A)의 파워는 제2 스테이지 광학 증폭기(1310)로부터 출력된 광 빔(110)의 파워보다 훨씬 낮다. 따라서, 시드 광 빔(1310A)의 경로 내에 위상 변조기 시스템(145)을 배치함으로써, 변조기 시스템(145)으로 진입하는 펄스의 플루엔스(fluence) 및 파워 레벨은 (출력 광 빔(110)의 것에 상대적으로) 더 작으며, 위상 변조기 시스템(145) 내의 물질에 대한 손상의 기회를 줄인다.
도 14를 참조하면, 다른 구현예로서, 위상 변조기 시스템(145)은 빔 준비 시스템(112) 내부 및 빔 준비 시스템(112)을 통과해 이동함에 따라 펄스의 광 빔(110)의 경로에 배치된다.
예를 들어, 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 위상 변조기 시스템(145)은 빔 준비 시스템(112) 내의 광학적 시간적 펄스 스트레처(114) 내에 배치된다. 시간적 펄스 스트레처(114)는 이를 통과하는 펄스의 지속 시간을 증가시키도록 구성된다. 시간적 펄스 스트레처(114)는, 평균 파워를 감소시키지 않으면서 광 빔(110)의 피크 파워가 감소되도록, 큰 손실을 초래함이 없이 펄스의 지속 시간을 증가시키기 위하여 광 빔(110)의 펄스에 광학적으로 작용한다. 시간적 펄스 스트레처(114)는, 출력에서 광 빔(110)의 시간적으로 스트레칭된 펄스를 제공하기 위해, 하나 이상의 빔 분리기(1501)로 광 빔(110)의 펄스의 진폭을 분할 부분들(1503)로 분할하고, 이러한 분할 부분들 사이에서 광학 지연(1502)을 도입하며, 이후 펄스의 이들 시간-지연된 부분을 (예를 들어, 빔 분리기(1501)를 사용하여) 재결합하는 광학 요소의 광학적 및 수동형 구성이다. 따라서, 시간적 펄스 스트레처(114)는, (빔 분리기(1501)를 위한) 빔 분할기 및 (광학 지연(1502)을 형성하는) 반사 광학기와 같은 광 콤포넌트를 포함할 수 있다. 반사형 광학기는 초점을 공유하는 평판 미러 또는 곡면 (예를 들어, 오목 또는 볼록) 미러들일 수 있다. 시간적 펄스 스트레처(114)에 의해 생성되는 펄스의 분할 부분에 도입되는 지연은 광 빔(110)의 빠른 시간 콤포넌트보다 크거나 같다. 위상 변조기 시스템(145)은 광 빔(110)의 펄스의 분할 부분에 배치될 수 있다. 분할 부분 내의 광 빔(110)의 펄스에 광 위상 변조를 적용함으로써, 위상 변조기 시스템(145)상의 플루엔스 레벨은 (예를 들어, 분할되지 않은 광 빔(110)의 플루엔스 레벨의 50 % 만큼) 낮춰질 수 있다. 또한, 위상 변조기 시스템(145)을 광 빔(110)의 펄스의 분할 부분에 배치함으로써, 시간적 펄스 스트레처(114) 내의 펄스의 재결합된 부분이 서로 독립적으로 될 수 있고, 이에 의해 펄스의 시간적 코히어런스를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 위상 변조기 시스템(145)은 펄스의 분할된 및 지연된 부분에 작용하고, 이들 분할 부분들이 재결합하기 전에 지연되지 않은 부분과 비간섭이 되는 것을 확보한다.
도 16a 및 16b를 참조하면, 다른 구현예로서, 위상 변조기 시스템(145)은 포토리소그래피 노광 장치(115) 내의 광학적 배치 구성(113) 내에 배치된다. 광학적 배치구성(113) 내의 위상 변조기 시스템(145)의 배치 및 구성을 설명하기에 앞서, 포토리소그래피 노광 장치(115)에 대한 세부 사항이 이하에 제공된다.
도 17a를 참조하면, 광학적 배치 구성(113)은 다른 특징들 중에서도, 조명 모듈(1702), 레티클 또는 마스크(1734)를 포함하는 레티클 스테이지, 다른 광학기 중에서도 하나 이상의 투영 렌즈(1730)를 포함하는 투영 스테이지(1704)를 포함한다. 마스크(1734)는, 광 빔(110)의 광축(1738)을 따라 또는 광축(1738)에 수직한 평면에서 등, 하나 이상의 방향을 따라 이동될 수 있다. 투영 스테이지(1704)는 투영 렌즈(1730)를 포함하고, 마스크(1734)로부터 웨이퍼(120) 상의 포토레지스트로 이미지 전사가 일어날 수 있게 한다.
조명 모듈(1702)은 마스크(1734)와 상호 작용하기 전에 퓨필 형상, 즉 광 빔(110)의 조건 및 형상을 생성한다. 예를 들어, 조명 모듈(1702)은 마스크에 충돌하는 광 빔(110)에 대한 각도의 범위를 조정한다. 조명 모듈(1702)은 마스크(1734)와 상호 작용하기 전에 광 빔(110)을 조절하고 광 빔(110)이 소정 형상을 갖게 하는 디바이스(1732)를 포함한다. 예를 들어, 디바이스(1732)는 신속한 방식(예를 들어, 초 또는 분)으로 퓨필 형상을 생성할 수 있는 개별적으로 조정 가능한 마이크로 미러들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는 수백 또는 수천 개의 마이크로 미러를 포함할 수 있으며 프로그래밍이 가능하다. 또한, 디바이스(1732)는 필드 규정 요소(field defining element; FDE)를 포함할 수 있다. 어레이의 마이크로 미러는 FDE의 진입 평면의 특정 위치를 조명하는데 사용될 수 있다. FDE는 진입 평면 내의 각각의 개별 위치를 레티클 레벨 상의 각도로 변환하는 동시에 균일한 조명 스폿을 만든다. 따라서, 마이크로 미러를 변경함으로써, 레티클 레벨에서 임의의 각도 분포(또는 퓨필)가 균일한 강도 분포를 갖도록 할 수 있다.
조명 모듈(1702)은 펄스화된 광 빔(110)의 강도 분포를 마스크(1734)에 걸쳐 균질화하는 (균일하게 만드는) 빔 균질화기(1736)를 또한 포함한다. 도 17b를 참조하면, 빔 균질화기(1736)는, (디바이스(1732)에 또는 내부에 있을 수 있는) 조명 평면(1748)에서 균일한 조사량을 제공하기 위해, 한 쌍의 2차원 렌즈릿 어레이(1742, 1744) 및 집광 렌즈(1746)를 포함할 수 있다. 광 빔(110)이 상호 작용하는 제1 렌즈릿 어레이(1742)는 대물 어레이로 간주될 수 있고, 광 빔(110)이 상호 작용하는 제2 렌즈릿 어레이(1744)는 필드 어레이로 간주될 수 있다. 대물 어레이는 필드 어레이에서 소스를 이미지화하고 필드 어레이는 집광 렌즈로 모든 필드를 다시 이미지화하여, 이들은 조명 평면에서 중첩되고 균일한 조사량을 만든다. 2차원 렌즈릿 어레이(1742, 1744)는 광축(1738)에 수직으로 연장되는 평면 내에 배치되는 복수의 렌즈릿(소형 렌즈)을 포함한다.
리소그래피 장치(115)는 다른 특징부 중에서 리소그래피 제어기(140), 에어 컨디셔닝 디바이스, 및 다양한 전기 부품을 위한 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 리소그래피 제어기(140)는 웨이퍼(120) 상에 층이 어떻게 인쇄되는지를 제어한다.
웨이퍼(120)는 광 빔(110)에 의해 조사된다. 프로세스 프로그램 또는 레시피는 노광에 영향을 미치는 다른 요인뿐만 아니라, 웨이퍼(120) 상의 노광의 길이, 사용된 마스크(1734)를 결정한다. 리소그래피 중에, 광 빔(110)의 복수의 펄스는 웨이퍼(120)의 동일한 영역을 조명하여 조명 선량을 형성한다. 동일한 영역을 조명하는 광 빔(110)의 펄스의 수(N)는 노광 윈도우 또는 슬릿으로 지칭될 수 있고, 이 슬릿의 크기는 마스크(1734) 앞에 배치된 노광 슬릿(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 슬릿은 셔터와 같이 설계될 수 있으며, 개폐될 수 있는 복수의 블레이드를 포함할 수 있다; 그리고 노광되는 영역의 크기는 블레이드 사이의 비스캐닝 방향으로의 거리 및 스캐닝 방향의 스캔 길이(거리)에 의해 결정된다. 일부 구현예에서는, N의 값은 수십이고, 예를 들어, 10-100 펄스이다. 다른 구현예에서는, N의 값은 100 펄스보다 크고, 예를 들어, 100-500 펄스이다. 마스크(1734), 투영 스테이지(1704), 및 웨이퍼(120) 중 하나 이상은 노광 필드에 걸쳐 노광 윈도우를 스캔하기 위한 노광 중에 서로에 대하여 상대적으로 이동할 수 있다. 노광 필드는 노광 슬릿 또는 윈도우의 하나의 스캔에서 노광되는 웨이퍼(120)의 영역이다.
전술한 바와 같이, 위상 변조기 시스템(145)은 포토리소그래피 노광 장치(115) 내의 광학적 배치 구성(113) 내에 배치될 수 있다. 위상 변조기 시스템(145)은 조명 모듈(1702) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 16b에 도시된 바와 같이, 위상 변조기 시스템(145)은 빔 균질화기(1736) 내에 배치된다.
일부 구현예에서, 위상 변조기 시스템(145)은 2차원 렌즈릿 어레이(1742, 1744) 중 하나 근처에 또는 2차원 렌즈릿 어레이(1742, 1744) 사이에 배치된다. 이 예에서, 위상 변조기 시스템(145)은 서로에 대해 광학적으로 병렬로 배열되는 위상 변조기(1745)(명료함을 위해 그 중 하나만이 도 16b에서 라벨링 됨)의 2차원 어레이 일 수 있다. 이러한 설계는 도 11에 도시된 것과 유사하다. 위상 변조기(1745)는 광 빔(110)의 펄스가 광축(1738)의 방향을 따라 위상 변조기(1745)를 통과할 때의 광축(1738)에 수직인 방향을 따라 연장되는 평면에 배치된다. 또한, 위상 변조기 시스템(145)의 어레이 내의 위상 변조기의 수는 어레이(1742, 1744) 내의 렌즈릿의 수에 대응할 수 있고, 각각의 위상 변조기(1745)는 각각의 어레이(1742, 1744)로부터의 한 쌍의 렌즈릿과 정렬된다. 위상 변조기 시스템(145)을 빔 균질화기(1736) 내에 배치함으로써, 어레이(1742, 1744)의 렌즈릿 사이에 존재하는 상관 관계가 감소되거나 제거될 수 있기 때문에 스페클은 더욱 감소될 수 있다.
다른 구현예에서, 위상 변조기 시스템(145)은 렌즈릿 어레이(1744)와 콘덴서 렌즈(1746) 사이 또는 렌즈릿 어레이(1742) 이전에 배치될 수 있다. 다른 구현예에서, 위상 변조기 시스템(145)은 디바이스(1732) 내에 또는 개별적으로 조정 가능한 마이크로 미러의 어레이 에 가깝께 배치된다. 위상 변조기 시스템(145)은, 광이 마이크로 미러를 넘어 누출되지 않는 것이 보장되도록, 빔 균질화기(1736)로부터의 광을 디바이스(1732)의 각각의 개별 마이크로 미러 상에 포커싱하는 렌즈(도시되지 않음)의 포커싱 어레이의 상단에 또는 근접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 위상 변조기 시스템(145)은 빔 균질화기(1736)와 디바이스(1732) 내의 렌즈의 포커싱 어레이 사이에 위치될 수 있다.
교란으로 인하여, 웨이퍼(120)에서 광 빔(110)의 펄스의 (대역폭 또는 파장과 같은) 실제 스펙트럼 특징은 원하는 스펙트럼 특징에 대응되거나 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 계측 시스템(170)은, (도 2에 도시된) 측정된 광학 스펙트럼(200)으로부터 메트릭의 값을 추정함으로써, 광학 소스(105)의 동작 중에 광 빔(110)의 (대역폭 또는 파장과 같은) 실제 스펙트럼 특징을 측정하거나 감지한다. 오퍼레이터 또는 자동화 시스템(예를 들어, 제어 시스템(185))은, (예를 들어, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)에 신호를 전송함으로써) 광학 소스(105)의 특성을 조정하고 따라서 조정 광 빔(110)의 광학 스펙트럼(및 스펙트럼 특징)을 조정하기 위해, 측정된 또는 감지된 광 빔(110)의 대역폭을 사용할 수 있다. 제어 시스템(185)은 계측 시스템(170)의 출력을 수신하고, 감지된 스펙트럼 프로파일을 분석하며, 이 분석을 기초로 하여 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 추정한다.
도 18을 참조하면, 계측 시스템(170)은 빔 분리기(1860) 및 진단 장치(1865)를 가지는 스펙트럼 특징 측정 시스템(1801)을 포함한다. 진단 장치(1865)는 빔 분리기(1860)에 의하여 광 빔(110)으로부터 분리되는 펄스형 광 빔(110')을 수신한다. 빔 분리기(1860)는 광학 소스(105)와 포토리소그래피 노광 장치(115) 사이의 경로에 위치된다. 빔 분리기(1860)는 펄스형 광 빔(110')(펄스형 광 빔(110)의 제1 부분 또는 백분율)을 진단 장치(1865)를 향해 지향시키고, 펄스형 광 빔(110)의 제2 부분 또는 백분율을 포토리소그래피 노광 장치(115)를 향해 지향시킨다. 일부 구현예에서, 펄스형 광 빔(110)의 대부분은 포토리소그래피 노광 장치(115)를 향한 제2 부분으로 지향된다. 예를 들어, 빔 분리기(1860)는 광 빔(110)의 일부(예를 들어, 1~2%)를 진단 장치(1865)를 향해 지향시키고, 펄스형 광 빔(110')은 펄스형 광 빔(110)의 파워의 1~2%를 가지게 된다. 빔 분리기(1860)는 예를 들어 빔 분할기(beam splitter)일 수 있다.
진단 장치(1865)는 펄스형 광 빔(110')의 광학 스펙트럼(200)에 관한 정보를 기초로 하여 펄스형 광 빔(110)의 (대역폭 및/또는 파장과 같은) 스펙트럼 특징 또는 특징들을 측정하는 스펙트럼 검출 시스템(1810)을 포함한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 스펙트럼 검출 시스템(1810)은, 펄스형 광 빔(110')과 상호 작용하고 광 빔(110')의 스펙트럼 콤포넌트에 대응되는 공간 콤포넌트를 출력하는 (에탈론 분광계와 같은) 분광계(1848), 그리고 출력된 공간 콤포넌트를 기초로 하여 스펙트럼 특징 또는 특징들을 추정하는 센서(1850)를 포함한다.
센서에서 광 빔(110')의 스펙트럼 성분을 균일하게 샘플링하고, 센서(1850)에 광 빔(110')의 강도를 고르게 분배하며, 센서(1850)로부터 스펙트럼 특징의 더욱 정확한 측정을 제공하기 위하여, 진단 장치(1865)는 다른 특징들 중에서 빔 균질화기(1805)를 포함하는 빔 준비 시스템(1800)을 포함한다. 빔 균질화기(1805)는 스페클 노이즈를 감소시키고 스펙트럼 검출 시스템(1010)의 센서(1850) 상에 충돌하는 펄스형 광 빔(110')의 빔 균질화를 향상한다.
빔 준비 시스템(1800)은 펄스형 광 빔(110')의 양태들을 수정하기 위한 다른 엘리먼트 또는 콤포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 준비 시스템(1800)은 하나 이상의 펄스 스트레처 시스템, 하나 이상의 확산기 시스템, 및 하나 이상의 공간적 조정 시스템을 또한 포함할 수 있다. 펄스 스트레처 시스템은, 평균 파워를 감소시키지 않으면서 펄스형 광 빔(110')의 피크 파워가 감소되도록, 큰 손실을 초래함이 없이 펄스형 광 빔(110") 내의 펄스의 지속 시간을 증가시키기 위하여 펄스형 광 빔(110')에 광학적으로 작용하는 펄스 스트레처이다. 확산기 시스템은 펄스 광 빔(110')을 균일하게 확산시키도록 구성되는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 확산기 시스템은 광 빔(110')이 진행하는 방향을 가로지르는 평면에 걸쳐 광 빔(110')을 고르게 퍼지게 하여, 고강도 밝은 점을 최소화하거나 제거한다. 확산기 시스템은 펄스형 광 빔(110')의 각도 발산도를 변경할 수 있다. 확산기 시스템은 때때로 빔 균질화기 내에서 생성될 수 있는 회절 스파이크를 평활화 하거나 완화시킨다. 확산기 시스템은 (투과형 또는 반사형일 수 있는) 마이크로렌즈 어레이 또는 회절형 광학기일 수 있다. 공간적 조정 시스템은 빔 균질화기 내에 생성될 수 있는 회절 스파이크 사이의 간격을 넓히기 위해 펄스 광 빔(110')을 굴절시키는 역할을 한다. 공간적 조정 시스템은 그 초점면이 빔 균질화기에 의해 생성된 빔 균질화 평면과 중첩하도록 위치되는 렌즈일 수 있다.
스펙트럼 검출 시스템(1810)은 입력 렌즈(1862), (에탈론과 같은) 광학 주파수 분리 장치(1863), 및 출력 렌즈(1864)뿐만 아니라, 펄스형 광 빔(110')이 통과하도록 지향되는 개구부(1849)를 포함한다. 개구부(1849)는 초점면으로부터의 각각의 포인트가 포인트 소스로서 작용하도록 입력 렌즈(1862)의 초점면에 배치될 수 있고, 따라서, 입력 렌즈(1862)는 에탈론(1863)에 진입하기 전에 펄스형 광 빔(110')을 시준하도록 작용한다. 출력 렌즈(1864)는 출력 렌즈(1864)의 초점면이 센서(1850)의 활성 영역과 중첩하도록 에탈론(1863)의 출구에 위치된다.
일부 구현예에서, 에탈론(1863)은 반사 표면이 서로 마주하도록 짧은 거리 (예를 들어, 밀리미터 내지 센티미터) 이격된 한 쌍의 부분 반사 유리 또는 광학적 평판(1863A, 1863B)을 포함한다. 다른 구현예에서, 에탈론(1863)은 2개의 평행한 반사 표면을 가지는 단일 플레이트를 포함할 수 있다. 평판(1863A, 1863B)은 후방 표면이 간섭 무늬를 생성하는 것을 방지하기 위하여 웨지 형상으로 이루어질 수 있다; 후방 표면은 종종 반사방지 코팅을 또한 가진다. 펄스형 광 빔(110')은 쌍을 이루는 평판(1863A, 1863B)을 통과하면서 다중 반사되고 복수의 투과선을 생성하는데, 이들은 출력 렌즈(1864)에 의하여 수집되고 센서(1850)의 활성 영역으로 이동된다. 또한, 스펙트럼 검출 시스템(1810)은 센서(1850)가 출력 렌즈(1864)의 초점면에 있는 것을 확보하기 위해 출력 렌즈(1864)와 센서(1850) 사이에 필요에 따라 광학 릴레이를 포함할 수 있다.
에탈론(1863)은 광 빔(110')과 상호 작용하고 펄스 광 빔(110')의 스펙트럼 성분에 대응하는 복수의 공간 콤포넌트(1874)(도 18에 개략적인 형태로 도시됨)를 출력한다. 광 빔(110')의 스펙트럼 콤포넌트는 펄스 광 빔(110')의 광학 스펙트럼(1872)에 있고; 따라서, 이들은 펄스형 광 빔(110')의 광학 에너지 또는 파워(스펙트럼 강도)의 값이 상이한 파장에 걸쳐 어떻게 분포되는지에 대응된다. 공간 콤포넌트(1874)는 이차원 공간으로 배핑된 이들 강도에 대응된다. 따라서, 에탈론(1863)은 펄스형 광 빔(110')의 (파장과 같은) 스펙트럼 정보를 센서(1850)에 의하여 감지되거나 검출될 수 있는 공간적 정보로 변환한다. 이 변환은, 스펙트럼 정보가 센서(1850)에 의하여 관찰될 수 있도록, (파장과 같은) 스펙트럼 정보를 공간 내의 상이한 위치로 매핑한다.
에탈론(1863)은 공간 콤포넌트(1874)로서 동심 링 세트의 외관을 가지는 간섭 패턴을 생성한다. 이 간섭 패턴은, 개구부(1849) 상에 펄스형 광 빔(110')의 강도 분포가 더욱 균일할수록 더욱 균일한 강도 분포의 외관을 가진다. 특히, 링(ring)의 예리함(sharpness)은 에탈론(1863)의 평판(1863A, 1863B)의 반사율에 좌우된다. 따라서, (에탈론이 높은 품질 팩터(Q)를 가지도록) 평판(1863A, 1863B)의 반사율이 높다면, 펄스형 빔(110')이 단색 광 빔일 때 에탈론(1863)은 어두운 배경에 일련의 좁고 밝은 링을 생성한다. 파장의 함수로 에탈론(1863)의 투과는 결과적인 프린지 패턴(1871)으로 나타나고, 이는 제어 시스템(185)으로 지향되는 광학 스펙트럼(1872)을 생성한다. 완전한 간섭 패턴은 교정이나 추정을 수행하기 위해 필요치 않다; 대신에, 센서(1850)의 활성 영역보다 살짝 넓은 영역 내에 내에만 프린지를 발생시키는 것이 가능하다. 센서(1850)는 출력되는 공간 콤포넌트(1874)를 수신하고 감지한다. 센서(1850)는 센싱 영역의 활성 영역을 일반적으로 지칭하는 평면에 의하여 규정될 수 있다. 센싱 영역의 평면은 공간 콤포넌트(1874)의 전파 방향에 수직할 수 있다.
센서(1850)는 출력되는 공간 콤포넌트(1874)를 수신하고 감지하는 검출기일 수 있다. 예를 들어, 일차원을 따라 측정하는데 사용될 수 있는 한 종류의 적합한 검출기는 선형 포토다이오드 어레이이다. 선형 포토다이오드 어레이는 하나의 패키지 내에서 동일한 간격의 선형 배치로 형성되는 동일한 크기의 다중의 엘리먼트로 구성된다. 포토다이오드 어레이는 광 빔(110')의 파장에 민감하다; 그리고, 광 빔(110')이 심자외 범위의 파장을 가진다면, 포토다이오드 어레이는 심자외 범위에서 파장을 가지는 광에 민감한 것이다. 다른 예로서, 센서(1850)는 이차원 전하 결합 소자(charged coupled device; CCD) 또는 이차원 상보형 금속 산화물 반도체(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 센서와 같은 2차원 센서일 수 있다. 센서(1850)는 충분히 빠른 속도로, 예를 들어, 약 6 kHz로 데이터를 읽어낼 수 있어야 한다.
제어 시스템(185)은, 펄스형 광 빔(110)에 광학적으로 결합되는 광학 소스(105)와 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)뿐만 아니라, 센서(1850)의 출력에 연결된다. 제어 시스템(185)은 공간 콤포넌트(1874)의 특성을 측정하고, 펄스형 광 빔(110)의 스펙트럼 특징의 추정치를 계산하기 위하여 이들 측정된 특성을 분석한다. 제어 시스템(185)은 광 빔(110)의 각각의 펄스에 대하여 또는 광 빔(110)의 일련의 펄스에 대하여 측정, 분석, 및 교정을 수행할 수 있다.
공간 콤포넌트(1874)의 특성은 (크기 또는 수치값에 의해 완전히 기술되는) 스칼라 양일 수 있고, 또는 (크기와 방향 둘에 의해 완전히 기술되는) 벡터 양일 수 있다. 광학 스펙트럼(1872)의 너비(W)와 같은 메트릭은 스칼라 특성의 예이다. 이 예에서, 광학 스펙트럼(1872)의 전체 형상은 알려지지 않았으나 메트릭은 알려져 광학 스펙트럼(1872)의 형상을 추정하는데 사용되는 것이 가능하다. 벡터 특성의 예는 광학 스펙트럼(1872)을 기술하는 전체 파형이다. 이 예에서, 전체 스펙트럼으로부터 임의의 메트릭을 계산할 수 있고, 전체 스펙트럼을 가짐으로써, 더욱 정확한 교정을 할 수 있다. 감지된 공간 콤포넌트는 펄스형 광 빔(110')의 하나 이상의 펄스의 범위에 대하여 측정될 수 있다.
제어 시스템(185)은 광학 스펙트럼(1872)의 너비(W)를 특성으로 측정할 수 있다. 광학 스펙트럼(1872)의 너비(W)는 광 빔(110')의 대역폭(스펙트럼 특징)의 추정치를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 스펙트럼(1872)의 너비(W)는 FWXM(최대 피크 강도의 분율 X에서 스펙트럼(1872)의 전체 너비)과 같은 메트릭을 사용하여 결정된다. 다른 구현예에서, 광학 스펙트럼(1872)의 너비(W)는 EY(적분된 스펙트럼 강도의 분율(Y)을 포함하는 스펙트럼의 너비)와 같은 메트릭을 사용하여 결정된다. 다른 메트릭은 광학 스펙트럼(1872)의 특성을 측정하기 위하여 적합하다.
도 19를 참조로, 일부 구현예에서, 광학 소스(105)는 예시적인 광학 소스(1905)다. 광학 소스(1905)는 펄스 레이저 빔을 광 빔(110)으로 생성하는 펄스 레이저 소스이다. 광학 소스(1905)는 시드 광 빔(seed light beam)(1910A)을 파워 증폭기(PA)(1910)에 제공하는 마스터 오실레이터(MO)(1900)를 포함하는 2 단 레이저 시스템이다. 마스터 오실레이터(1900)는 전형적으로 증폭이 발생하는 이득 매질 및 광 공진기와 같은 광학 피드백 메커니즘을 포함한다. 파워 증폭기(1910)는 전형적으로 마스터 오실레이터(1900)로부터의 시드 레이저 빔이 시딩될 때 증폭이 발생하는 이득 매질을 포함한다. 파워 증폭기(1910)는 재생 링 공진기로서 설계된 파워 링 증폭기(PRA)일 수 있다. 이 경우에, 링 설계로부터 충분한 광학 피드백이 제공될 수 있다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 상대적으로 낮은 출력 펄스 에너지에서 광 빔(110A)의 중심 파장 및 대역폭과 같은 스펙트럼 파라미터의 미세 조정을 가능하게 하기 위해 마스터 오실레이터(1900)로부터 광 빔(110A)을 수신한다. 파워 증폭기(1910)는 마스터 오실레이터(1900)로부터 광 빔(1910A)을 수신하고 이 출력을 증폭하여 포토리소그래피에 사용하기 위한 출력에 필요한 파워를 얻는다.
일부 구현예에서, 마스터 오실레이터(1900)는 2개의 연장된 전극을 가진 방전 챔버, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키는 팬을 포함한다. 레이저 공진기는 방전 챔버의 제1 측에 있는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 방전 챔버의 제2 측에 있는 출력 커플러(1915) 사이에 형성되어 시드 광 빔(1910A)을 파워 증폭기(1910)로 출력한다.
다른 구현예에서, 마스터 오실레이터(1900)는 이득 매질로서 고상 재료를 포함한다. 사용될 수 있는 고상 매질은 희토류 또는 전이 금속 이온으로 도핑된 결정 또는 유리, 또는 반도체 레이저를 포함한다. 고상 이득 매질을 사용하는 마스터 오실레이터(1900)는 시드 광 빔(1910A)을 생성한다. 고상 이득 매질은 플래시 램프 또는 아크 램프로, 또는 레이저 다이오드 또는 티타늄(Ti) 사파이어(Ti: Sapphire) 레이저를 사용하여 광학적으로 펌핑될 수 있다.
예시적인 고상 이득 매질은 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(neodymium-doped yttrium aluminum garnet)(Nd:YAG), 네오디뮴 도핑된 이트륨 리튬 플루오르화물(neodymium doped yttrium lithium fluoride)(Nd:YLF) 또는 Ti:사파이어일 수 있다. 고상 이득 매질은, 높은 시간적 (및 공간적) 코히어런스가 있고 좁은 대역폭을 가지는 단일 모드 출력을 생성할 수 있다. 마스터 오실레이터(1900)의 고상 이득 매질로부터 출력되는 시드 광 빔(1910A)은 원하는 파장이 아닌 (예를 들어, DUV 파장 범위 밖일 수 있는) 파장일 수 있다. 이 경우에, 시드 광 빔(1910A)은 파워 증폭기(1910)로 지향된 시드 광 빔(1910A)의 파장이 원하는 DUV 파장에 있음을 확보하기 위해 하나 이상의 파장 변환 소자를 통해 지향될 수 있다. 예를 들어, 마스터 오실레이터(1900) 내의 고상 이득 매질로부터 출력된 시드 광 빔(1910A)이 (예를 들어, Ti:사파이어 이득 매질의 경우와 같이) 약 773.6 nm의 파장에 있다면, 시드 광 빔(1910A)은 파장을 약 193.4nm로 변환하기 위해 2개의 파장 변환 소자를 통해 지향될 수 있다. 파장 변환 소자 또는 소자들은 파장을 원하는 파장으로 변환하기 위해 합 주파수 생성(sum frequency generation)과 같은 비선형 광학 기법을 사용할 수 있다.
마스터 오실레이터(1900)의 고상 이득 매질의 높은 코히어런스 특성은 위상 변조기 시스템(145)을 사용하여 해결될 수 있는데, 이는 이러한 마스터 오실레이터(1900)에 의해 생성된 시드 광 빔(1910A)의 (시간적 및 공간적 양자 모두의) 코히어런스를 감소시키는데 사용될 수 있다. 또한, 위상 변조기 시스템(145)은 시드 광 빔(1910A)의 대역폭을 증가시키는 효과를 또한 가진다; 시드 광 빔(1910A)의 시간적 코히어런스가 감소됨에 따라, 시드 광 빔(1910A)의 대역폭은 증가된다. 따라서, 위상 변조기 시스템(145)은 시드 광 빔(1910A)의 대역폭을 증가시키고 또한 시드 광 빔(1910A)의 시간적 코히어런스를 감소시키는 양자 모두를 위해 사용될 수 있다.
광학 소스(1905)는 출력 커플러(1915)로부터의 출력을 수신하는 (라인 중심 분석 모듈 또는 LAM과 같은) 다른 스펙트럼 특징 계측 모듈(1920), 및 필요에 따라 빔의 크기 및/또는 형상을 수정하는 하나 이상의 빔 수정 광학 시스템(1925)을 또한 포함할 수 있다. 스펙트럼 특징 계측 모듈(1920)은 계측 시스템(170)의 일부이고, 시드 광 빔(1910A)의 파장(예를 들어, 중심 파장)을 측정하는데 사용될 수 있는 측정 시스템의 한 유형의 예이다.
파워 증폭기(1910)는 파워 증폭기 방전 챔버를 포함하고, 재생 링 증폭기(regenerative ring 증폭ier)인 경우, 파워 증폭기는 순환하는 경로를 형성하도록 광 빔을 방전 챔버로 되반사시키는 빔 반사체 또는 빔 선회 디바이스(1930)를 또한 포함한다. 파워 증폭기 방전 챔버는 한 쌍의 연장된 전극, 이득 매질로서 작용하는 레이저 가스, 및 전극들 사이에서 가스를 순환시키기 위한 팬을 포함한다. 시드 광 빔(1910A)은 파워 증폭기(1910)를 반복적으로 통과함으로써 증폭된다. 빔 수정 광학 시스템(925)은 출력 광 빔(110)을 형성하기 위해 시드 광 빔(1910A)을 인-커플(in-couple)하고 파워 증폭기로부터의 증폭된 방사선의 일부를 아웃-커플(out-couple)하는 방안(예를 들어, 부분 반사 미러)을 제공한다.
마스터 오실레이터(1900) 및 파워 증폭기(1910)의 방전 챔버에 사용되는 레이저 가스는 요구되는 파장 및 대역폭 주위에서 레이저 빔을 생성하기 위한 임의의 적합한 가스일 수 있다. 예를 들어, 레이저 가스는 약 193 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 아르곤(argon fluoride)(ArF) 또는 약 248 nm의 파장의 광을 방출하는 불화 크립톤(krypton fluoride)(KrF)일 수 있다.
스펙트럼 특징 계측 모듈(1920)은 마스터 오실레이터(1900)의 출력(광 빔(1910A))의 파장을 모니터링한다. 스펙트럼 특징 계측 모듈(1920)은 광학 소스(1905) 내의 다른 위치에 배치될 수 있거나 광학 소스(1905)의 출력에 배치될 수 있다.
파워 증폭기(1910)에 의해 생성된 펄스의 반복률은 포토리소그래피 노광 장치(115) 내의 제어기(140)로부터의 명령 하에 제어 시스템(185)에 의해 마스터 오실레이터(1900)가 제어되는 반복 속도에 의해 결정된다. 파워 증폭기(1910)로부터 출력된 펄스들의 반복률은 포토리소그래피 노광 장치(115)에 의해 보여지는 반복률이다.
위에서 설명한 바와 같이, 광학 요소만을 사용하여 대역폭을 개략적으로 그리고 미세하게 제어하는 것이 가능하다. 한편, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130) 내의 프리즘의 각도를 조절함으로써 대역폭을 개략적이고 넓은 범위에서 제어하는 한편, 마스터 오실레이터(1900) 및 파워 증폭기(1910) 내의 전극의 활성화 사이의 차분 타이밍을 제어함으로써 대역폭을 미세하고 좁은 범위에서, 그리고 빠르게 제어하는 것이 가능하다.
도 20을 참조하면, 일부 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 펄스형 광 빔(110A)과 광학적으로 상호 작용하도록 구성되는 일련의 광학적 특징부 또는 콤포넌트(2000, 2005, 2010, 2015, 2020), 그리고 펌웨어 및 소프트웨어의 여하한 조합의 형태로 전자 장치를 포함하는 제어 모듈(2050)을 포함한다. 광 콤포넌트(2000, 2005, 2010, 2015, 2020)는 개략적인 스펙트럼 특징 조절 시스템을 제공하도록 구성될 수 있고, 그리고, 그러한 콤포넌트의 조절이 충분히 빠르다면, 미세한 스펙트럼 특징 조절 시스템을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 20에는 도시되지 않았지만, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 미세한 스펙트럼 특징 제어를 제공하기 위한 다른 광학적 특징부 또는 비광학적 특징부를 포함하는 것이 가능하다.
제어 모듈(2050)은 각각의 광 콤포넌트(2000, 2005, 2010, 2015, 2020)에 물리적으로 결합된 하나 이상의 작동 시스템(2000A, 2005A, 2010A, 2015A, 2020A)에 연결된다. 장치(130)의 광 콤포넌트는, 격자 일 수 있는 분산형 광학 요소(2000), 및 프리즘 일 수 있는 한 세트의 굴절형 광학 요소(2005, 2010, 2015, 2020)로 구성된 빔 확장기(2001)를 포함한다. 격자(2000)는 광 빔(110A)을 분산시키고 반사시키도록 설계된 반사형 격자일 수 있다; 따라서, 격자(2000)는 DUV 범위 내의 파장을 갖는 펄스형 광 빔(110A)과 상호 작용하기에 적합한 재료로 제조된다. 프리즘(2005, 2010, 2015, 2020) 각각은 프리즘 몸체를 통과할 때 광 빔(110A)을 분산시키고 재지향하는 역할을 하는 투과 프리즘이다. 각각의 프리즘은 광 빔(110A)의 파장의 투과를 허용하는 (예를 들어, 불화 칼슘과 같은) 물질로 제조될 수 있다. 4개의 굴절형 광학 요소(2005, 2010, 2015, 2020)가 도시되었으나, 4개 미만이거나 4개를 초과하여 빔 확장기(2001)에 사용되는 것이 가능하다.
펄스형 광 빔(110A)은 개구부(2055)를 통해 장치(130)로 들어가고, 그 다음에 격자(2000)의 회절면(2002)에 충돌하기 전에 프리즘(2020), 프리즘(2010), 및 프리즘(2005)을 순차적으로 통과한다. 연속적인 프리즘(2020, 2015, 2010, 2005)을 빔(110A)이 통과할 때마다, 광 빔(110A)은 광학적으로 확대되고 다음 광 콤포넌트 쪽으로 재지향(각도로 굴절)된다. 광 빔(110A)은 개구(2055)를 통과하여 장치(130)로부터 벗어나기 전에, 격자(2000)로부터 회절되고 반사되어 프리즘(2005), 프리즘(2010), 프리즘(2015) 및 프리즘(2020)을 순차적으로 통과한다. 격자(2000)로부터 연속적인 프리즘(2005, 2010, 2015, 2020)을 통과 할 때마다, 광 빔(110A)은 개구(2055)를 향해 이동함에 따라 광학적으로 압축된다.
빔 확장기(2001)의 (프리즘(2005, 2010, 2015, 또는 2020) 중 어느 하나일 수 있는) 프리즘의 회전은 광 빔(110A)이 해당 회전되는 프리즘의 입사면에 충돌하는 입사각을 변화시킨다. 더욱이, 해당 회전된 프리즘을 통한 광 빔(110A)의 2개의 국부 광학 품질, 즉, 광학 배율 및 빔 굴절각은, 해당 회전된 프리즘의 입사면에 충돌하는 광 빔(110A)의 입사각의 함수이다. 프리즘을 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율은, 해당 프리즘에 들어가는 광 빔(110A)의 횡방향 너비에 대한 해당 프리즘을 벗어나는 광 빔(110A)의 횡방향 폭의 비를 말한다.
빔 확장기(2001) 내의 프리즘 중 하나 이상에서 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 변화는 빔 확장기(2001)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(2065))에서 전체적인 변화를 초래한다. 빔 확장기(2001)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(2065))은, 빔 확장기(2001)를 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo)의, 빔 확장기(2001)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi)에 대한 비율이다. 또한, 빔 확장기(2001) 내의 프리즘 중 하나 이상을 통과하는 국부적인 빔 굴절각에서의 변화는 격자(2000)의 표면(2002)에서 광 빔(110A)의 입사각(2062)에서의 전체적인 변화를 초래한다.
광 빔(110A)의 파장은 광 빔(110A)이 격자(2000)의 회절면(2002)에 충돌하는 입사각(2062)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110)의 광학 배율(2065)을 변경함으로써 조절될 수 있다.
장치(130)는 광 빔(110A)이 격자(2000)의 회절면(2002)에 충돌하는 입사각(2062)을 조절함으로써, 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내에서 생성되는 광 빔(110A)의 파장을 조절하도록 설계된다. 구체적으로, 이는 프리즘(2005, 2010, 2015, 2020) 및 격자(2000) 중 하나 이상을 회전시켜 광 빔(110A)의 입사각(2062)을 조절함으로써 행해질 수 있다.
또한, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(2065))을 조절함으로써 조절된다. 따라서, 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(2065)을 변화시키는 프리즘(2005, 2010, 2015, 2020) 중 하나 이상을 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 특정 프리즘의 회전은 국부적인 빔 굴절각 및 해당 프리즘에서의 국부 광학 배율 모두의 변화를 초래하기 때문에, 이 설계에서는 파장 및 대역폭의 제어가 결합된다.
또한, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(2020)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(2005)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(2020)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 임의의 변화가 다른 프리즘(2015, 2010, 및 2005)에서의 광학 배율의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(2020)과 격자(2000) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(2020)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(2015, 2010, 2005)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(2005)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(2020)의 회전에 상대적으로 둔감하다.
예를 들어, 파장을 변화시키지 않고 대역폭을 변경하기 위해서는, 입사각(2062)을 변화시키지 않고 광학 배율(2065)을 변경해야 하고, 이는 프리즘(2020)을 크게 회전시키고, 프리즘(2005)은 작게 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.
제어 모듈(2050)은 각각의 광 콤포넌트(2000, 2005, 2010, 2015, 2020)에 물리적으로 결합되는 하나 이상의 작동 시스템(2000A, 2005A, 2010A, 2015A, 2020A)에 연결된다. 작동 시스템이 각각의 광 콤포넌트에 대해 도시되어 있지만, 장치(130) 내의 광 콤포넌트 중 일부는 정지 상태로 유지되거나 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 격자(2000)는 정지 상태로 유지될 수 있고, 프리즘(2015)은 정지 상태로 유지되고 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수 있다.
작동 시스템(2000A, 2005A, 2010A, 2015A, 2020A) 각각은 각각의 광 콤포넌트에 연결된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 광 콤포넌트들의 조절은 광 빔(110A)의 특정 스펙트럼 특징들(파장 및/또는 대역폭)의 조절을 초래한다. 제어 모듈(2050)은 제어 시스템(185)으로부터 제어 신호를 수신하는데, 이 제어 신호는 작동 시스템 중 하나 이상을 작동시키거나 제어하기 위한 특정 명령을 포함한다. 작동 시스템들은 협력하여 작동하도록 선택되고 설계할 수 있다.
작동 시스템(2000A, 2005A, 2010A, 2015A, 2020A)의 액추에이터 각각은 각각의 광 콤포넌트를 이동시키거나 제어하기 위한 기계적인 디바이스이다. 액추에이터는 모듈(2050)로부터 에너지를 수용하고, 그 에너지를 각각의 광 콤포넌트에 가해지는 일종의 운동으로 변환시킨다. 예를 들어, 작동 시스템은 빔 확장기의 프리즘 중 하나 이상을 회전시키기 위한 역학 디바이스(force device) 및 회전 스테이지 중 임의의 하나일 수 있다. 작동 시스템은, 예를 들어 스테퍼 모터와 같은 모터, 밸브, 압력 제어 장치, 압전 디바이스, 선형 모터, 유압 액추에이터, 음성 코일 등을 포함할 수 있다.
격자(2000)는 큰 블레이즈 앵글 에첼 격자(Echelle grating)일 수 있고, 격자 방정식을 만족하는 임의의 입사각(2062)으로 격자(2000)에 입사하는 광 빔(110A)은 반사(회절)될 것이다. 격자 방정식은, 격자(2000)의 스펙트럼 차수, 회절되는 파장 (회절되는 빔의 파장), 격자(2000) 상의 광 빔(110A)의 입사각(2062), 격자(2000)로부터 회절된 광 빔(110A)의 출사각, 격자(2000) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도, 및 격자(2000)의 회절면의 그루브 간격 사이의 상호관계를 제공한다. 또한, 격자(2000)에 대한 광 빔(110A)의 입사각(2062)이 격자(2000)로부터의 광 빔(110A)의 출사각과 동일하도록 격자(2000)가 사용되는 경우, 격자(2000) 및 빔 확장기(프리즘(2005, 2010, 2015, 2020))은 리트로(Littrow) 구성으로 배치되고, 격자(2000)로부터 반사된 광 빔(110A)의 파장은 리트로 파장이다. 격자(2000) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도는 0에 가깝다고 가정할 수 있다. 공칭 파장을 반사시키기 위해, 격자(2000)는 격자(2000) 상에 입사되는 광 빔(110A)에 대하여 정렬되어, 공칭 파장이 역으로 반사되어 빔 확장기(프리즘들(2005, 2010, 2015, 2020))를 통해 광학 소스(105)에서 증폭된다. 이후, 격자(2000) 상에 광 빔(110A)의 입사각(2062)을 변화시킴으로써, 광학 소스(105) 내의 공진기의 전체 이득 대역폭에 걸쳐 리트로 파장이 조정될 수 있다.
각각의 프리즘(2005, 2010, 2015, 2020)은 광 빔(110A)의 횡방향을 따라 충분히 넓어, 광 빔(110A)이 통과하는 표면 내에 광 빔(110A)이 포함된다. 각각의 프리즘은 개구(2055)로부터 격자(2000)를 향하는 경로상의 광 빔(110A)을 광학적으로 확대하고, 따라서 프리즘(2020)으로부터 프리즘(2005)까지 각각의 프리즘은 순차적으로 크기가 커진다. 따라서, 프리즘(2005)은 프리즘(2010)보다 크고, 프리즘(2010)은 프리즘(2015)보다 크며, 프리즘(2020)이 가장 작은 프리즘이다.
위에서 설명한 바와 같이, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(2020)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(2005)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(2020)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율의 임의의 변화가 다른 프리즘(2015, 2010, 및 2005)에서의 광학 배율의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(2020)과 격자(2000) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(2020)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(2015, 2010, 2005)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(2005)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(2020)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 따라서, 파장은 프리즘(2005)을 회전시킴으로써 개략적으로 변경되고, 프리즘(2020)은 (개략적인 방식으로) 회전될 수 있다. 광 빔(110A)의 입사각(2062)은 프리즘(2005)의 회전에 의하여 변경되고, 프리즘(2020)의 회전은 프리즘(2005)의 회전에 의해 야기되는 배율 변경을 상쇄한다. 프리즘(2020)은 개략적이고, 넓은 범위의, 그리고 느린 대역폭 제어를 위하여 사용될 수 있다. 이에 대비하여, 프리즘(2010)을 제어함으로써, 대역폭은 미세하고 좁은 범위에서 그리고 더욱 빠르게 제어될 수 있다.
도 21을 참조하면, 여기에 설명된 시스템 및 방법의 양태에 관련된 제어 시스템(185)에 관한 세부 사항이 제공된다. 제어 시스템(185)은 도 21에 도시되지 않은 다른 특징부를 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 시스템(185)은 디지털 전자 회로, 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 및 소프트웨어 중 하나 이상을 포함한다.
제어 시스템(185)은 메모리(2100)를 포함하고, 이는 판독-전용 메모리(ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)일 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 디스크발성 및 CD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비-휘발성 메모리를 포함한다. 제어 시스템(185)은 하나 이상의 입력 디바이스(2105)(예컨대 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 마우스, 핸드-헬드 입력 디바이스 등) 및 하나 이상의 출력 디바이스(2110)(예컨대 스피커 또는 모니터)를 더 포함할 수 있다.
제어 시스템(185)은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(2115), 및 프로그래밍 가능한 프로세서(예컨대 프로세서(2115)에 의해 실행되도록 머신-판독가능 스토리지 디바이스에 유형화되어 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품(2120)을 포함한다. 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(2115)는 각각, 입력 데이터를 처리하여 적합한 출력을 발생함으로써 요구되는 기능을 수행하도록, 명령들의 프로그램을 실행할 수 있다. 일반적으로, 프로세서(2115)는 메모리(2100)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, 특히 다른 콤포넌트들 중에서도, 스펙트럼 특징 분석 모듈(2125), 리소그래피 분석 모듈(2130), 결정 모듈(2135), 위상 변조 모듈(2140), 광원 작동 모듈(2150), 리소그래피 작동 모듈(2155), 및 빔 준비 작동 모듈(2160)을 포함한다. 이러한 모듈 각각은 프로세서(2115)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품들의 세트일 수 있다. 또한, 모듈(2125, 2130, 2135, 2150, 2155, 2160) 중 어느 것이라도 메모리(2100)에 저장된 데이터에 접근할 수 있다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(2125)은 계측 시스템(170)으로부터의 출력을 수신한다. 위상 변조 모듈(2140)은 위상 변조기 시스템(145)과 인터페이스하여, 위상 변조기 시스템(145)의 전극(1248, 1249)을 제어하기 위해 전압 소스(1257)에 제공되는 신호를 제어한다. 리소그래피 분석 모듈(2130)은 포토리소그래피 노광 장치(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 정보를 수신한다. 결정 모듈(2135)은 (모듈들(2125 및 2130)과 같은) 분석 모듈들로부터 출력을 수신하고, (위상 변조 모듈(2140) or 광원 작동 모듈(2150)과 같은) 어느 작동 모듈 또는 모듈들이 작동될 필요가 있는지를 분석 모듈로부터의 출력을 기초로 하여 결정한다.
광원 작동 모듈(2150)은 광학 소스(105) 중 하나 이상 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 연결된다. 리소그래피 작동 모듈(2155)은 포토리소그래피 노광 장치(115)에, 구체적으로는 리소그래피 제어기(140)에 연결된다. 빔 준비 작동 모듈(2160)은 빔 준비 시스템(112)의 하나 이상의 콤포넌트에 연결된다. 제어 시스템(185) 내의 모듈들 사이 및 제어 시스템(185) 내의 모듈과 포토리소그래피 시스템(100)의 다른 컴포넌트 사이의 연결은 유선 또는 무선일 수 있다.
도 21에는 소수의 모듈만 도시되어 있지만, 제어 시스템(185)은 다른 모듈을 포함하는 것이 가능하다. 또한, 모든 콤포넌트가 동일 위치에 있는 것처럼 보이는 박스로 제어 시스템(185)이 표현되어 있지만, 제어 시스템(185)은 서로 물리적으로 멀리 떨어져 있는 콤포넌트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(2150)은 광학 소스(105) 또는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 물리적으로 함께 배치될 수 있다.
일반적으로, 제어 시스템(185)은 계측 시스템(170)으로부터 광 빔(110)에 관한 적어도 일부 정보를 수신하고, 스펙트럼 특징 분석 모듈(2125)은 정보에 대한 분석을 수행하여 포토리소그래피 노광 장치(115)에 공급되는 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭)을 어떻게 조절할지를 결정한다. 이 결정에 기초하여, 제어 시스템(185)은 제어 모듈(2050)을 통해 광학 소스(105)의 동작을 제어하기 위해 신호를 스펙트럼 특징 선택 장치(130) 및/또는 광학 소스(105)에 전송한다. 일반적으로, 스펙트럼 특징 분석 모듈(2125)은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 파장 및/또는 대역폭)을 추정하는데 필요한 분석을 수행한다. 스펙트럼 특징 분석 모듈(2125)의 출력은 결정 모듈(2135)에 전송되는 스펙트럼 특징의 추정치이다.
스펙트럼 특징 분석 모듈(2125)은 추정된 스펙트럼 특징을 수신하도록 연결되고 또한 스펙트럼 특징 목표값을 수신하도록 연결되는 비교 블록을 포함한다. 일반적으로, 비교 블록은 스펙트럼 특징 목표값과 추정값 사이의 차이를 나타내는 스펙트럼 특징 오차 값을 출력한다. 결정 모듈(2135)은 스펙트럼 특징 오차 값을 수신하고, 스펙트럼 특징을 조절하기 위해 시스템(100)에 대한 보정을 가장 잘 수행하는 방법을 결정한다. 따라서, 결정 모듈(2135)은 스펙트럼 특징 오차 값에 기초하여 스펙트럼 특징 선택 장치(130)(또는 광학 소스(105))를 조절하는 방법을 결정하는 신호를 광원 작동 모듈(2150)에 전송한다. 광원 작동 모듈(2150)의 출력은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송되는 한 세트의 액추에이터 명령을 포함한다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(2150)은 도 20에 도시된 예시적인 장치(130) 내의 작동 시스템에 연결된 제어 모듈(2050)에 명령을 전송한다.
또한, 리소그래피 분석 모듈(2130)은, 예를 들어 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 변경하거나 광 빔(110)의 펄스 반복률을 변경하기 위해, 포토리소그래피 노광 장치(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 명령을 수신할 수 있다. 리소그래피 분석 모듈(2130)은 이들 명령에 대한 분석을 수행하여 스펙트럼 특징을 조절하는 방법을 결정하고 분석 결과를 결정 모듈(2135)로 보낸다. 제어 시스템(185)은 펄스가 생성되는 속도인 주어진 반복률로 광학 소스(105)가 작동하게 한다. 보다 구체적으로, 포토리소그래피 노광 장치(115)는 (리소그래피 분석 모듈(2130)을 통해) 제어 시스템을 통해) 모든 펄스(즉, 펄스 대 펄스 기반)에 대하여 트리거 신호를 광학 소스(105)에 전송하고, 이러한 트리거 신호들 사이의 간격은 임의적일 수 있지만, 포토리소그래피 노광 장치(115)가 규칙적인 간격으로 트리거 신호를 전송할 때 이들 신호의 반복 속도는 반복률이다. 반복률은 포토리소그래피 노광 장치(115)에 의해 요구되는 레이트일 수 있다.
위상 변조 모듈(2140)은, 위상 변조기 시스템(145)의 전극(1248, 1249)을 제어하기 위해 전압 소스(1257)에 제공되는 신호를 어떻게 수정할 것인지에 대한 명령을 (예를 들어, 결정 모듈(2135)로부터) 수신할 수 있다. 전압 소스(1257)에 제공되는 신호를 조정함으로써, 펄스의 광학 위상의 변조의 주파수가 조정된다.
도 22를 참조하면, 절차(2200)가 포토리소그래피 시스템(100)에 의해 수행된다. 펄스로 구성되는 광 빔(110)이 생성된다(2205). 각각의 펄스는 심자외 범위의 파장을 가지며, 각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가진다. 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정된다. 펄스 지속 시간은 펄스의 파워가 그 최대 값의 특정 백분율 (일예로 절반) 이상으로 연속적으로 유지되는 시간으로 규정될 수 있다.
이들 펄스 중 하나 이상에 대해, 펄스의 광학 위상은 수정된 펄스를 생성하기 위해 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 변조된다(2210). 수정된 펄스는 펄스(즉, 수정되지 않은 펄스)의 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 가진다. 예를 들어, 광학 위상은, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 것에 관련된 푸리에 변환에 의해 펄스의 전기장의 스펙트럼을 컨벌루션함으로써, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조되어 수정된 펄스를 생성한다(2210).
펄스의 광학 위상은 펄스가 지향되는 물질의 굴절률을 변조함으로써 변조될 수 있다(2210). 예를 들어, 펄스(1205)의 광학 위상은 펄스(1205)가 통과해 전파되는 전기-광학 결정(1247)의 굴절률을 변조함으로써 변조된다. 광학 위상은 주파수 범위 내에 있는 주파수에서 변조될 수 있다.
펄스의 광학 위상은 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상을 무작위화함으로써 변조될 수 있다(2210). 펄스의 광학 위상은 펄스의 전기적 파형 상의 시간상의 포인트의 위치를 변경함으로써 변조될 수 있다(2210).
광 펄스는 시간상의 포인트들에 의해 표현되는 파형과 연관되고, 펄스의 광학 위상은 상이한 시간적 지연을 파형의 상이한 시점에 적용함으로써 변조될 수 있다(2210). 상이한 시간적 지연은, 광학 펄스를 매질(또는 전기-광학 결정(1247)과 같은 물질)에 통과시키고 펄스가 매질을 통과할 때의 매질의 굴절률을 변화시킴으로써, 파형의 상이한 포인트들에 적용된다. 광학 위상의 변조의 진폭은 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 무작위로 변할 수 있다.
펄스 광 빔은 하나 이상의 수정된 펄스(2215)로부터 형성되고, 형성된 펄스 광 빔은 포토리소그래피 노광 장치(115) 내의 웨이퍼(120)를 향해 지향된다(2220).
광학 위상은, 수정된 펄스를 생성하여 기판을 향해 지향되는 펄스 광 빔의 (동적 스페클 콘트라스트라고도 지칭되는) 동적 스페클을 감소시키기 위해, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조된다(2210).
펄스로 구성되는 광 빔은 펄스로 구성되는 시드 광 빔(1910A)을 생성함으로써 생성될 수 있다. 증폭된 펄스로 구성되는 광 빔(110)은 시드 광 빔의 펄스를 (예를 들어, 파워 증폭기(1910) 내의) 공진기에 반복적으로 통과시켜 시드 광 빔(1910A)의 펄스를 광학적으로 증폭함으로써 생성될 수 있다. 수정된 펄스를 생성하기 위해 증폭된 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상을 변조함으로써, 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상이 변조될 수 있다. 수정된 펄스를 생성하기 위해 시드 광 빔(1910A)의 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조함으로써, 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상이 변조될 수 있다. 증폭된 펄스로 구성되는 광 빔(110)은 수정된 펄스를 광학적으로 증폭함으로써 생성될 수 있다.
절차(2200)는 수정된 펄스를 생성하기 위해 각각의 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하기에 앞서 광 빔의 펄스의 대역폭을 감소시키는 단계를 또한 포함할 수 있다. 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상을 변조하는 것은 펄스의 대역폭을 증가시키지만 목표 대역폭 이하로 유지하게 한다. (광학 위상 변조의 주파수가 증가함에 따라 수정된 펄스의 대역폭이 증가하는)이 현상은, 해당 펄스의 광학 위상이 변조되는 레이트 또는 주파수를 조정함으로써 웨이퍼(120)를 향해 지향되는 펄스의 대역폭을 조정하는데 사용될 수 있다.
절차(2200)는 또한 웨이퍼(120)를 향해 지향되는 광 빔 내의 펄스의 지속 기간을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 웨이퍼(120)를 향해 지향되는 광 빔 내의 펄스의 지속 시간은, 광 빔의 각각의 펄스의 진폭을 분할 부분들로 분할하는 단계, 펄스의 시간-지연된 부분을 생성하기 위해 이들 분할 부분들 사이의 시간적 지연을 도입하는 단계, 및 그런 다음 광 빔의 시간적으로 스트레칭된 펄스를 제공하기 위해 펄스의 이들 시간-지연된 부분을 재조합하는 단계에 의해 증가될 수 있다. 또한, 광학 위상은, 펄스의 하나 이상의 분할 부분들의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조함으로써, 수정된 펄스를 생성하기 위해 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 변조될 수 있다(2210).
광 빔의 수정된 펄스의 대역폭은 변조 이전의 광 빔의 펄스의 대역폭보다 클 수 있다. 도 23을 참조하면, 절차(2200)는 펄스의 펄스 지속 기간에 걸쳐 광학 위상이 변조되는 주파수 범위를 선택하기 위한 추가적인 절차(2300)를 또한 포함할 수 있다. 기본적으로, 절차(2300)는, 수정된 펄스의 목표 대역폭의 범위 내에 있는 대역폭을 생성하게 될 목표 변조 주파수를 결정함으로써 변조 주파수(또는 최대 허용 변조 주파수)가 선택될 수 있고; 그런 다음 최대 허용 변조 주파수를 결정된 목표 변조 주파수 이하로 유지함으로써 변조 주파수가 목표 변조 주파수 내에 있는 것을 확보하고 그에 따라 목표 대역폭의 범위 내에 수정된 펄스의 대역폭을 유지하는 원리에 따라 동작한다. 절차(2300)는 테스트 펄스(2305)의 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 테스트 펄스는 제1 시간적 코히어런스를 가지는 (변조되기 이전의) 펄스 또는 제2 시간적 코히어런스를 가지는 수정된 펄스 중 하나이다. 측정되는 테스트 펄스의 특성은 테스트 펄스의 대역폭일 수 있다. 측정된 특성이 수신되고(2310), 제어 시스템(185)은 수정된 펄스의 대역폭이 목표 대역폭의 범위 내에 있는지 여부를 수신된 특성을 기초로 하여 판단한다(2315). 제어 시스템(185)이 수정된 펄스의 대역폭이 목표 대역폭의 범위 밖에 있다고 판단하면, 광학 위상이 변조되는 최대 허용 주파수가 조정된다(2320). 광학 위상이 변조되는 최대 허용 주파수를 조정함으로써 수정된 펄스의 대역폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 위상 변조 모듈(2140)은 위상 변조기 시스템(145)의 전압 소스(1257)에 제공되는 제어 신호를 조절하여 변조의 최대 허용 주파수를 조정할 수 있다. 그리고, 제어 신호는 제어 신호가 지향되는 신호 필터를 조정함으로써 조정될 수 있다.
절차(2300)는 광 빔(110)의 각각의 펄스에 대해 수행될 수 있다.
다른 구현예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (16)

  1. 포토리소그래피 노광 장치로서,
    심자외 범위의 파장을 갖는 펄스들로 구성되는 광 빔을 받아들이도록 구성되는 광학적 배치구성 - 각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가지며, 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정되며, 상기 광학적 배치구성은 조명 모듈, 레티클, 및 광축을 따라 웨이퍼 스테이지와 정렬되는 투영 스테이지를 포함함 -; 및
    상기 광학적 배치구성 내에 있고, 광 빔 펄스의 경로에 있는 코히어런스 감소 시스템을 포함하되, 상기 코히어런스 감소 시스템은, 상기 광 빔의 각각의 펄스에 대하여, 상기 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 갖는 수정된 광 빔 펄스를 생성하도록 구성되는, 포토리소그래피 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 위상 변조기 시스템을 포함하되, 상기 위상 변조기 시스템은, 상기 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 갖는 상기 수정된 광 빔 펄스를 생성하기 위해, 상기 광 빔의 각각의 펄스에 대하여, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하도록 구성되는 포토리소그래피 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상 변조기 시스템은 위상 변조기들의 2차원 어레이를 포함하는 포토리소그래피 노광 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위상 변조기 시스템은 또한, 상기 광 빔의 각각의 펄스에 대하여, 펄스의 공간적 코히어런스를 감소시키도록 구성되어 상기 광 빔의 수정된 펄스가 광 빔 펄스의 공간적 코히어런스보다 작은 제2 공간적 코히어런스를 갖도록 하는 포토리소그래피 노광 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 위상 변조기 시스템은 펄스들의 상기 광 빔이 통과하는 매질을 포함하는 포켈스 셀을 포함하는 포토리소그래피 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상 변조기 시스템은, 상기 포켈스 셀의 매질의 굴절률을 변조하는 것을 포함하여, 상기 수정된 광 빔 펄스를 생성하기 위해, 상기 광 빔의 각각의 펄스에 대하여, 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 상기 광학 위상을 변조하도록 구성되는 포토리소그래피 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 조명 모듈 내에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조명 모듈은 빔 균질화기 및 상기 빔 균질화기의 출력에 있는 컨디셔닝 디바이스를 포함하고, 상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 빔 균질화기 내부에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 빔 균질화기는 대물 렌즈릿 어레이 및 필드 렌즈릿 어레이를 포함하되, 각각의 렌즈릿 어레이는 상기 광축에 수직으로 연장되는 평면에 배열되는 복수의 렌즈릿을 포함하는 포토리소그래피 노광 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 대물 렌즈릿 어레이 및 필드 렌즈릿 어레이 근방에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 대물 렌즈릿 어레이와 상기 필드 렌즈릿 어레이 사이에 있고, 상기 코히어런스 감소 시스템은 위상 변조기들의 2차원 어레이를 포함하되, 위상 변조기들은 광학적으로 서로 병렬로 배열되고 각각의 위상 변조기가 개개의 대물 렌즈릿 어레이와 필드 렌즈릿 어레이로부터의 한 쌍의 렌즈릿과 정렬되도록 배열되는 포토리소그래피 노광 장치.
  12. 포토리소그래피 노광 장치로서,
    펄스들로 구성되고 심자외 범위의 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성되는 광학 소스 - 각각의 펄스는 제1 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제1 시간적 코히어런스를 가지며, 각각의 펄스는 펄스 지속 시간에 의해 규정됨 -;
    조명 모듈, 레티클, 및 광축을 따라 웨이퍼 스테이지와 정렬되는 투영 스테이지를 포함하는 광학적 배치구성; 및
    펄스들의 광 빔의 경로에 있는 코히어런스 감소 시스템을 포함하되, 상기 코히어런스 감소 시스템은, 상기 광 빔 내의 각각의 펄스에 대하여, 펄스의 상기 제1 시간적 코히어런스 길이보다 작은 제2 시간적 코히어런스 길이에 의해 규정되는 제2 시간적 코히어런스를 갖는 수정된 펄스를 생성하기 위해 펄스의 펄스 지속 시간에 걸쳐 광학 위상을 변조하도록 구성되고,
    상기 웨이퍼 스테이지에 배치된 웨이퍼가 상기 수정된 펄스로부터 형성된 펄스들의 광 빔을 받아들이도록 구성되는, 포토리소그래피 노광 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 광학적 배치구성 내에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 광학 소스 내에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    광학적 시간적 펄스 스트레처를 더 포함하되, 상기 광학적 시간적 펄스 스트레처는 광학적 시간적 펄스 스트레처를 통과하는 펄스의 지속 시간을 증가시키도록 구성되며, 상기 광학적 시간적 펄스 스트레처는 펄스들의 광 빔의 경로에 상기 광학 소스와 상기 광학적 배치구성 사이에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코히어런스 감소 시스템은 상기 광학적 시간적 펄스 스트레처 내에 있는 포토리소그래피 노광 장치.
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