KR20240030249A - 조명 보정 장치 및 이를 포함하는 euv 노광 장치 - Google Patents

조명 보정 장치 및 이를 포함하는 euv 노광 장치 Download PDF

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Abstract

노광 장치에서 레티클로 입사하는 방사선 빔을 보정하는 조명 보정 장치에 있어서, 상기 방사선 빔의 입사 방향을 향하는 표면을 포함하고, 상기 방사선 빔의 경로에 인접하도록 제1 방향으로 배열되며, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동함으로써 상기 방사선 빔의 입사량을 조절하는 복수의 핑거들; 상기 복수의 핑거들에 연결되고, 상기 방사선 빔의 세기가 상기 제1 방향에서 균일성을 갖도록 상기 복수의 핑거들의 이동을 제어하는 제어부; 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 하나 이상의 광센서; 및 상기 하나 이상의 광센서의 출력에 기초하여 상기 방사선 빔의 세기를 측정하는 측정기를 포함한다.

Description

조명 보정 장치 및 이를 포함하는 EUV 노광 장치 {ILLUMINATION CORRECTION APPARATUS AND EUV LITHOGRAPHY APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 조명 보정 장치, 및 이를 포함하는 노광 장치에 관한 것이다.
노광 장치는 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 웨이퍼는 기판의 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 웨이퍼 상에 제공된 레지스트층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다.
노광 장치는 정해진 파장의 방사선 빔을 발생시키는 방사선 소스와, 상기 방사선 빔을 전달하여 최종적으로 레티클 상의 패턴을 웨이퍼로 전사하는 스캐너를 포함할 수 있다. 스캐너는 방사선 빔을 전달하기 위한 광학계를 포함할 수 있으며, 광학계는 방사선 빔이 레티클로 입사하기 전에 상기 방사선 빔의 불균일성을 보정하는 조명 보정 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 보정 장치는 방사선 빔의 위치에 따른 세기 변동을 보정하기 위해, 방사선 빔의 에지를 가릴 수 있는 작동 핑거들을 포함할 수 있다.
본 발명은 레티클로 입사하는 방사선 빔의 경로 상에서 상기 방사선 빔의 세기를 측정할 수 있는 조명 보정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 레티클로 입사하는 방사선 빔의 세기를 측정함으로써, 광학계의 전력 손실 정도를 산출할 수 있는 노광 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 레티클로 입사하는 방사선 빔의 세기를 측정함으로써, 광학계의 수차 및 정렬 이상을 검출할 수 있는 노광 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치에서 레티클로 입사하는 방사선 빔을 보정하는 조명 보정 장치는, 상기 방사선 빔의 입사 방향을 향하는 표면을 포함하고, 상기 방사선 빔의 경로에 인접하도록 제1 방향으로 배열되며, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동함으로써 상기 방사선 빔의 입사량을 조절하는 복수의 핑거들; 상기 복수의 핑거들에 연결되고, 상기 방사선 빔의 세기가 상기 제1 방향에서 균일성을 갖도록 상기 복수의 핑거들의 이동을 제어하는 제어부; 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 하나 이상의 광센서; 및 상기 하나 이상의 광센서의 출력에 기초하여 상기 방사선 빔의 세기를 측정하는 측정기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노광 장치는, 방사선 빔을 출력하는 방사선 소스; 광학적 패턴들을 포함하는 레티클이 장착되는 레티클 스테이지; 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 스테이지; 상기 방사선 소스로부터 출력된 방사선 빔을 상기 레티클로 전달하는 조명 시스템(illuminator system); 상기 조명 시스템으로부터 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 균일성을 보정하는 조명 보정 장치; 및 상기 레티클로부터 반사된 방사선 빔을 상기 웨이퍼로 전달하는 투영 시스템(projection system)을 포함하고, 상기 조명 보정 장치는 정해진 방향으로 이동함에 따라 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 세기를 조절하는 복수의 핑거들, 상기 복수의 핑거들에 인접하는 에너지 센서, 및 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 복수의 광센서들을 포함하고, 상기 에너지 센서 및 상기 복수의 광센서들을 이용하여 레티클 레벨의 방사선 빔의 세기를 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노광 장치는, 방사선 빔을 출력하는 방사선 소스; 광학적 패턴들을 포함하는 레티클이 장착되는 레티클 스테이지; 웨이퍼가 장착되고, 상기 웨이퍼로 입사되는 방사선 빔의 위치에 따른 세기를 나타내는 웨이퍼 레벨 세기 프로파일을 측정하는 슬릿 스팟 센서를 포함하는 웨이퍼 스테이지; 상기 방사선 소스로부터 출력된 방사선 빔을 상기 레티클로 전달하는 조명 시스템(illuminator system); 상기 조명 시스템으로부터 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 균일성을 보정하는 조명 보정 장치; 상기 레티클로부터 반사된 방사선 빔을 상기 웨이퍼로 전달하는 투영 시스템(projection system); 및 상기 투영 시스템의 이상 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하고, 상기 조명 보정 장치는 정해진 방향으로 이동함에 따라 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 입사량을 조절하는 복수의 핑거들, 상기 복수의 핑거들에 인접하는 에너지 센서, 및 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 복수의 광센서들을 포함하고, 상기 에너지 센서 및 상기 복수의 광센서들을 이용하여 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 위치에 따른 세기를 나타내는 레티클 레벨 세기 프로파일을 측정하며, 상기 모니터링부는 웨이퍼 레벨 세기 프로파일과 레티클 레벨 세기 프로파일을 비교한 결과에 따라 상기 투영 시스템의 수차(aberration) 및 정렬(alignment) 이상 여부를 모니터링한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 조명 보정 장치는 작동 핑거들의 표면에 광센서를 배치하고, 작동 핑거들을 동작시켜서 상기 광센서를 방사선 빔에 노출시킴으로써 레티클로 입사하는 방사선 빔의 경로 상에서 상기 방사선 빔의 세기를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치는 조명 보정 장치에서 측정된 방사선 빔의 세기와, 웨이퍼에서 측정된 방사선 빔의 세기에 기초하여 광학계의 전력손실 정도를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치는 조명 보정 장치에서 측정된 방사선 빔의 세기와, 웨이퍼에서 측정된 방사선 빔의 세기에 기초하여 상기 조명광의 수차 및 정렬 이상을 검출할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 노광 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 조명 보정 장치의 구조 및 동작을 자세히 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 나타내는 도면들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 보정 장치의 동작을 나타내는 도면들이다.
도 8a 내지 도 8c은 본 발명의 실시 예에 따른 투영 시스템의 이상 여부를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 15는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 조명 보정 장치의 구조를 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.
도 1은 노광 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 노광 장치(100)는 방사선 소스(110), 조명 시스템(120), 레티클 스테이지(130), 조명 보정 장치(140), 투영 시스템(150), 웨이퍼 스테이지(160) 및 광센서들(SS, ES, SSLS)을 포함할 수 있다.
노광 장치(100)는 웨이퍼에 방사선 빔을 조사함으로써 웨이퍼 상에 패턴을 만드는 노광 동작을 수행하는 장치이다. 미세한 반도체 패턴을 웨이퍼 상에 형성하기 위해, 점차 작은 파장을 갖는 방사선을 이용하는 노광 기술이 연구, 개발 및 이용되고 있다. 예를 들어, 노광 장치(100)는 13.5nm의 파장을 갖는 EUV(Extreme Ultra Violet) 빔을 이용하여 노광 동작을 수행할 수 있다.
방사선 소스(110)는 방사선 빔, 예를 들어 EUV 빔을 생성할 수 있다. 방사선 소스(110)는 드롭릿(111) 및 미러(112)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 드롭릿(111)은 액상의 주석(Sn)으로 구성될 수 있다. 방사선 소스(110)는 드롭릿(111)에 레이저를 조사하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에서 발생하는 EUV 빔을 미러(112)를 통해 집광하여 조명 시스템(120)으로 전달할 수 있다.
조명 시스템(120)은 방사선 소스(110)로부터 출력된 방사선 빔을 레티클 스테이지(130)로 전달할 수 있다. 조명 시스템(120)은 미러들(121, 122, 123)을 포함할 수 있다. 조명 시스템(120)은 방사선 소스(110)로부터 출력된 방사선 빔을 미러들(121, 122, 123)로 반사함으로써 상기 방사선 빔을 레티클 스테이지(130)로 전달할 수 있다.
레티클 스테이지(130)는 광학적 패턴들을 포함하는 레티클이 장착되도록 구성될 수 있다. 레티클 스테이지(130)는 조명 시스템(120)으로부터 전달된 방사선 빔이 상기 레티클에 정확히 입사할 수 있도록 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)으로 이동할 수 있다. 상기 레티클에 입사된 방사선 빔은 상기 레티클에 포함된 광학적 패턴들에 의해 패터닝되고, 상기 레티클로부터 반사될 수 있다. 즉, 상기 레티클로부터 반사된 빛은 상기 광학적 패턴들의 정보를 포함할 수 있다.
조명 보정 장치(140)는 방사선 빔의 경로에서 조명 시스템(120)과 레티클 스테이지(130)의 사이에 배치될 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 조명 시스템(120)으로부터 레티클 스테이지(130)로 입사되는 방사선 빔의 세기가 균일해지도록 방사선 빔의 세기를 보정할 수 있는 장치로서, 유니콤(UNICOM)으로 지칭될 수도 있다.
조명 보정 장치(140)는 제1 방향(X)으로 배열되고, 제2 방향(Y)으로 이동하는 복수의 핑거들을 포함할 수 있다. 복수의 핑거들은 제2 방향(Y)으로 이동하여 방사선 빔의 에지를 가릴 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 제1 방향(X)으로 연장되는 슬릿 모양의 방사선 빔이 제1 방향(X)의 어느 위치에서도 균일한 세기를 가질 수 있도록, 복수의 핑거들 중 적어도 일부를 이동시킴으로써 방사선 빔의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 복수의 핑거들은 방사선 빔의 조리개 역할을 수행할 수 있다.
투영 시스템(150)은 레티클로부터 반사된 방사선 빔을 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 스테이지(160) 로 전달할 수 있다. 투영 시스템(150)은 미러들(151-156)을 포함할 수 있다. 투영 시스템(150)은 미러들(151-156)을 이용하여, 레티클로부터 출력된 방사선 빔을 웨이퍼 스테이지(160)로 전달할 수 있다. 투영 시스템(150)은 POB(Projection Optics Box)로 지칭될 수도 있다.
웨이퍼 스테이지(160)는 투영 시스템(150)으로부터 전달된 방사선 빔이 웨이퍼 상으로 정확히 입사할 수 있도록 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)으로 이동할 수 있다. 웨이퍼 상에는 감광재가 도포될 수 있다. 투영 시스템(150)으로부터 전달된 방사선 빔은 상기 레티클 상의 광학적 패턴들의 정보를 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 도포된 감광재는 상기 방사선 빔에 반응하여 선택적으로 용해됨으로써 상기 광학적 패턴과 동일한 패턴을 형성하거나, 상기 광학적 패턴이 축소된 패턴을 형성할 수 있다.
조명 시스템(120)과 투영 시스템(150)은 방사선 소스(110)로부터 출력된 방사선 빔을 웨이퍼로 전달하는 광학계를 구성할 수 있다. 웨이퍼로 전달되는 방사선 빔을 이용하여 상기 웨이퍼 상에 패턴을 정상적으로 형성하기 위해서는, 상기 방사선 빔을 통해 상기 웨이퍼 상에 충분한 에너지가 전달되어야 한다.
방사선 빔의 파장이 짧을수록, 상기 방사선 빔이 전달되는 과정에서 방사선 빔이 매질에 흡수되는 양이 많아지고, 상기 웨이퍼로 전달되는 방사선 빔의 에너지는 줄어들 수 있다. 따라서, 상기 방사선 빔이 EUV 빔인 경우 매질에 흡수되는 방사선 빔의 양을 줄이기 위해, 광학계를 진공 상태의 챔버(CH) 내부에 배치할 수 있다. 그리고, 방사선 빔을 흡수하는 렌즈 대신, 방사선 빔을 반사함으로써 방사선 빔을 전달하는 미러를 이용하여 광학계를 구성할 수 있다.
광학계의 사용 기간이 길어짐에 따라 광학계가 오염될 수 있으며, 광학계의 성능이 열화될 수 있다. 광학계의 성능이 열화되면, 상기 웨이퍼로 전달되는 방사선 빔의 에너지는 줄어들 수 있으며, 상기 웨이퍼 상에 패턴이 정상적으로 형성되지 못할 수 있다. 결과적으로, 상기 웨이퍼의 생산성이 감소할 수 있다.
웨이퍼로 전달되는 방사선 빔의 에너지가 감소하는 원인으로는 광학계 내부의 조명 시스템(120)이나 투영 시스템(150)의 오염, 혹은 광학계 외부의 방사선 소스(110)로부터 출력되는 방사선 빔의 불안정 등이 있을 수 있다. 웨이퍼의 생산성을 유지하기 위해, 조명 시스템(120) 및 투영 시스템(150)의 열화를 적시에 감지하여, 조명 시스템(120) 또는 투영 시스템(150)을 보수 또는 교체하는 것이 바람직하다.
투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율이 떨어지는 경우, 투영 시스템(150)이 열화된 것으로 감지될 수 있다. 레티클로 입사되는 방사선 빔의 에너지와 웨이퍼로 입사되는 방사선 빔의 에너지를 측정할 수 있다면, 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 정확히 산출할 수 있다.
노광 장치(100)는 방사선 빔의 세기를 측정하기 위해, 다양한 위치에 광센서들을 가질 수 있다. 예를 들어, 노광 장치(100)는 드롭릿(111)의 주변에 배치되는 측면 센서(SS: Side Sensor), 조명 보정 장치(140)의 복수의 핑거들에 인접하여 배치되는 에너지 센서(ES: Energy Sensor), 웨이퍼 스테이지(160) 상에 배치되는 슬릿 스팟 센서(SSLS: Slit-Spot Sensor)를 푸함할 수 있다. 예를 들어, 측면 센서(SS)는 드롭릿(111)에서 생성되는 플라즈마의 세기를 측정하고, 에너지 센서(ES)는 조명 시스템(120)에서 출력되는 방사선 빔의 양 단부에서의 세기를 측정하고, 슬릿 스팟 센서(SSLS)는 웨이퍼로 입사되는 방사선 빔의 세기를 측정할 수 있다. 방사선 빔의 세기에 기초하여, 방사선 빔의 에너지가 산출될 수 있다.
한편, 에너지 센서(ES)는 에너지 센서(ES)는 조명 보정 장치(140)의 핑거들의 양 단부에 배치될 수 있으며, 레티클에 실제로 입사되지는 않는 위치의 방사선 빔의 세기를 측정할 수 있다.
조명 시스템(120)에서 출력되는 방사선 빔의 위치에 따른 세기는 시간에 따라 변화할 수 있으므로, 에너지 센서(ES)에서 측정된 에너지는 레티클에 실제로 입사하는 방사선 빔의 에너지와는 다를 수 있다. 에너지 센서(ES)에서 측정된 에너지와, 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정된 에너지에 기초하여 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 산출한다면, 상기 에너지 전송 효율의 정확도는 떨어질 수 있다.
그러나, 만약 방사선 빔의 경로 상에 위치가 고정된 광센서를 배치하여 상기 레티클에 실제로 입사되는 방사선 빔의 에너지를 직접 측정한다면, 상기 광센서로 방사선 빔의 에너지가 흡수되어 광학계의 에너지 전송 효율이 더욱 떨어질 우려가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치(100)는 조명 보정 장치(140)의 핑거들의 표면에 배치되는 핑거 센서들을 더 포함할 수 있다. 상기 핑거 센서들은 광센서, 예를 들어 포토다이오드로 구현될 수 있다. 상기 핑거 센서들은 상기 핑거들의 이동에 따라 선택적으로 상기 방사선 빔의 경로 상에 놓일 수 있다.
상기 핑거 센서들은 레티클로 입사하는 방사선 빔의 경로 상에서 방사선 빔의 세기를 측정함으로써, 레티클로 입사하는 방사선 빔의 에너지를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 그러나, 노광 동작 시에 상기 레티클로 실제로 입사되는 방사선 빔은 상기 핑거 센서들에 의해 가려지지 않으므로, 광학계의 에너지 효율은 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치(100)는 웨이퍼의 생산성에 악영향을 주지 않으면서도, 레티클로 입사하는 방사선 빔의 에너지와 웨이퍼로 입사하는 방사선 빔의 에너지에 기초하여 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 정확하게 산출할 수 있다. 결과적으로, 노광 장치(100)의 투영 시스템(150)의 열화 정도가 정확하게 판단되어 투영 시스템(150)의 보수 또는 교체가 적시에 이루어질 수 있으며, 웨이퍼의 생산성이 개선될 수 있다.
도 2는 도 1을 참조하여 설명된 웨이퍼 스테이지(130) 및 조명 보정 장치(140)를 확대 도시한 평면도이다. 도 2에서, 조명 보정 장치(140)에 포함될 수 있는 에너지 센서(ES) 및 핑거 센서는 생략된다.
도 2를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들, 연결부(142) 및 제어부(143)를 포함할 수 있다. 복수의 핑거들은 제1 방향(X)으로 배열될 수 있다. 도 2는 웨이퍼 스테이지(130) 및 조명 보정 장치(140)를 YZ 평면에 도시한 평면도로서, 복수의 핑거들 중 하나의 핑거(141)만이 도시된다.
투영 광학계(120)로부터 출력된 방사선 빔(B)은 웨이퍼 스테이지(130)로 입사할 수 있다. 복수의 핑거들(141)은 방사선 빔(B)의 입사 경로에 인접하게 배치될 수 있다. 복수의 핑거들(141) 중 적어도 일부는 제2 방향(Y)으로 이동하여 방사선 빔(B)의 에지를 가림으로써, 레티클로 입사하는 방사선 빔(B)의 세기를 조절할 수 있다.
복수의 핑거들(141)은 연결부(142)를 통해 제어부(143)에 연결될 수 있다. 제어부(143)는 복수의 핑거들(141)의 이동을 제어함으로써, 제1 방향(X)에서 방사선 빔(B)의 세기가 균일해지도록 방사선 빔(B)의 세기를 보정할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 조명 보정 장치(140)의 일부를 확대 도시한 평면도이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 제1 방향(X)으로 배열된 복수의 핑거들(141)을 포함하고, 복수의 핑거들(141)을 제1 방향(X)에서 감싸는 지지대(144)를 더 포함할 수 있다.
복수의 핑거들(141)은 방사선 빔(B)의 입사 경로에 인접하게 배치될 수 있다. 방사선 빔(B)은 아치 형상을 가질 수 있다. 복수의 핑거들(141)의 말단 에지는 방사선 빔(B)의 곡률에 따라 기울어진 형상을 가질 수 있다.
도 3a는 방사선 빔(B)의 제1 방향(X) 위치에 따른 세기를 나타내는 그래프를 함께 도시한다. 방사선 빔(B)의 세기는, 방사선 빔(B)의 에너지에 비례할 수 있다.
레티클로 전달되는 방사선 빔(B)의 세기가 위치에 따라 균일하지 않은 경우, 레티클의 광학적 패턴들의 위치에 따라 광학적 패턴들이 균일하지 않은 강도로 패터닝될 수 있다. 따라서, 레티클로 전달되는 방사선 빔(B)의 세기는 제1 방향(X)의 어느 위치에서도 균일하도록 요구될 수 있다. 도 3a의 예시에서, 제1 방향(X)으로 네 번째 핑거의 위치에서의 방사선 빔(B)의 세기가, 나머지 위치에서의 방사선 빔(B)의 세기보다 높아지는 불균일이 발생할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 네번째에 위치한 핑거를 제2 방향(Y)으로 이동시킴으로써 방사선 빔(B)의 세기가 높은 위치에서 방사선 빔(B)의 에지를 가릴 수 있다. 도 3b의 그래프를 참조하면, 방사선 빔(B)의 일부가 가려져서 상기 위치에서 레티클로 입사하는 방사선 빔의 세기가 낮아질 수 있으며, 방사선 빔(B)은 제1 방향(X)의 모든 위치에서 세기가 균일해질 수 있다.
조명 보정 장치는 방사선 빔(B)의 세기를 측정하기 위해 하나 이상의 에너지 센서를 포함할 수 있다.
도 4는 조명 보정 장치의 에너지 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들(141), 지지대(144), 그리고 지지대(144)의 표면에 부착되는 에너지 센서들(ES)을 포함할 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지대(144)에 의해 항상 가려지는 양 단부와, 복수의 핑거들(141)에 의해 선택적으로 가려지는 메인부를 포함할 수 있다. 방사선 빔(B)의 양 단부의 에너지는 레티클로 전달되지 않을 수 있으며, 메인부의 에너지는 레티클로 전달될 수 있다.
방사선 빔(B)의 양 단부의 에너지는 레티클로 전달되지 않을 수 있다. 에너지 센서들(ES)을 이용하여 방사선 빔(B)의 양 단부의 세기를 측정하더라도, 방사선 빔(B)을 통해 레티클로 전달되는 에너지는 상기의 세기 측정으로 인해 감소되지 않을 수 있다. 그러나, 방사선 빔(B)의 양 단부의 세기를 측정하여 레티클로 전달되는 에너지를 산출하는 것은 정확하지 않을 수 있다.
도 4는 방사선 빔(B)의 제1 방향(X) 위치에 따른 세기를 나타내는 그래프를 도시한다. 그래프에서 음영으로 표시된 부분은 에너지 센서들(ES)에 의해 측정될 수 있는 위치의 방사선 빔(B)의 세기를 나타낸다. 방사선 빔(B)의 세기는 제1 방향(X) 위치에 따라 균일하지 않을 수 있다. 즉, 에너지 센서들(ES)로 측정될 수 있는 양 단부의 방사선 빔(B)의 세기와, 에너지 센서들(ES)로 측정될 수 없는 메인부의 방사선 빔(B)의 세기는 상이할 수 있다. 게다가, 방사선 빔(B)의 제1 방향(X) 위치에 따른 세기는 시간의 흐름에 따라 변화하기 때문에 양 단부의 방사선 빔(B)의 세기에 기초하여 메인부의 방사선 빔(B)의 세기를 추정하기도 어렵다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 핑거들(141)의 표면에 복수의 광센서들이 부착될 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 핑거(141)를 이동시킴으로써 상기 복수의 광센서들이 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 경로 상에 배치되도록 하고, 방사선 빔(B)의 경로 상에서 방사선 빔(B)의 세기를 측정할 수 있다. 따라서, 레티클로 전달되는 방사선 빔(B)의 에너지를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 나타내는 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들(141) 및 지지대(144)를 포함할 수 있다. 그리고, 조명 보정 장치(140)는 핑거 센서들(FS), 측정부(200), 및 핑거 센서들(FS)과 측정부(220)를 전기적으로 연결하는 배선들(W)을 더 포함할 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 도 2를 참조하여 설명된 것과 같은 연결부(142) 및 제어부(143)를 더 포함할 수 있으나, 도 5a에서는 생략된다.
핑거 센서들(FS)은 광센서, 예를 들어 포토다이오드로 구현될 수 있다. 노광 장치(100)가 EUV 빔을 이용하여 노광 동작을 수행하는 장치인 경우, 포토다이오드는 EUV 빔의 특성을 측정하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드는 EUV 빔의 파장대역을 포함하는, 10nm 내지 30nm의 방사선 빔에 대한 광전변환을 수행할 수 있다. 포토다이오드는 p-n 접합(junction)을 포함할 수 있다. 포토다이오드는, 포토다이오드에 입사하는 방사선 빔의 세기를 나타내는 출력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드는 방사선 빔의 세기에 따라 전하를 생성하는 광전변환을 수행할 수 있다.
핑거 센서(FS)는 제1 방향(X)에서 핑거(141)의 폭보다는 작은 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 104mm 폭에 14개의 핑거들(141)이 배치되는 경우 핑거 센서(FS)의 폭은 7.4mm 이내로 결정될 수 있다. 바람직하게는, 핑거 센서(FS)는 제1 방향(X)에서 1㎛ 이상 1cm 이하의 길이를 가질 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 조명 보정 장치(140)는 핑거 센서(FS)의 표면을 향하는 미러를 더 포함할 수 있다. 상기 미러는 조명 시스템(120)으로부터 출력된 방사선 빔(B)을 집광하고, 집광된 방사선 빔(B)을 핑거 센서(FS)로 출력할 수 있다.
조명 보정 장치(140)의 제어부(143)는 핑거 센서들(FS)이 방사선 빔(B)의 입사 경로상에 놓이도록 복수의 핑거들(141)의 이동을 제어할 수 있다. 핑거 센서들(FS)이 방사선 빔(B)에 노출되면, 방사선 빔(B)의 세기에 따른 출력을 생성할 수 있다. 도 5a의 예에서, 복수의 핑거들(141) 중 세 번째 핑거와 일곱 번째 핑거가 제2 방향(Y)으로 이동하여 방사선 빔(B)에 노출될 수 있다. 이 경우, 세 번째 핑거와 일곱 번째 핑거의 제1 방향(X) 위치에서의 방사선 빔(B)의 세기에 따른 출력이 생성될 수 있다.
측정부(200)는 핑거 센서들(FS)로부터의 출력에 기초하여 방사선 빔(B)의 세기를 출력할 수 있다. 구체적으로, 측정부(200)는 신호 증폭기(210) 및 검출기(220)를 포함할 수 있다. 신호 증폭기(210)는 핑거 센서들(FS)로부터 광전변환된 신호를 증폭함으로써 전압 신호 또는 전류 신호를 출력할 수 있다. 신호 증폭기(210)는 노이즈 제거 기능을 포함할 수 있으며, 광전변환된 신호로부터 노이즈가 제거된 신호를 출력할 수 있다.
검출기(220)는 신호 증폭기(210)로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 전환하고, 상기 디지털 신호에 사전에 결정된 변환 팩터를 적용하여 상기 디지털 신호를 방사선 빔(B)의 세기 값으로 환산할 수 있다. 검출기(220)는 핑거 센서들(FS) 각각으로부터 획득된 방사선 빔(B)의 세기에 기초하여, 방사선 빔(B)의 제1 방향(X) 위치에 따른 세기를 나타내는 세기 프로파일을 생성할 수도 있다.
한편, 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들(141)을 이동시킴으로써 방사선 빔(B)의 메인부의 세기를 측정할 수 있다. 그러나, 노광 장치(100)의 노광 동작 중에는 방사선 빔(B)의 균일성을 유지하기 위해 복수의 핑거들(141)의 위치가 정해질 수 있으므로 복수의 핑거들(141)을 임의로 이동시켜서 메인부의 세기를 실시간으로 측정하기는 어려울 수도 있다.
도 5b를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 핑거 센서들(FS), 측정부(200), 배선들(W)뿐만 아니라, 도 4를 참조하여 설명된 것과 같은 에너지 센서들(ES)을 더 포함할 수 있다. 에너지 센서들(ES)은 노광 장치(100)가 노광 동작 중인지 여부와 관계없이 실시간으로 방사선 빔(B)의 양 단부의 세기를 측정할 수 있다. 조명 보정 장치(140)가 방사선 빔(B)의 세기를 실시간으로 측정할 수 있도록, 에너지 센서들(ES)은 핑거 센서들(FS)을 보완할 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b에서는 복수의 핑거들(141)이 제1 방향(X)으로 서로 빈틈없이 배치된 경우를 예시한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 핑거들(141)은 제1 방향(X)의 어느 위치에서도 방사선 빔(B)의 세기를 제어할 수 있도록 하면서도 원활한 구동 공간을 확보하기 위해 서로 어긋나게 배치된 복수의 핑거층을 구성할 수 있다.
도 5c에 도시된 조명 보정 장치(140)는 도 5a를 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 5c의 조명 보정 장치(140)는 방사선 빔(B)의 입사 방향에 상대적으로 가깝게 배치되는 제1 층을 구성하는 복수의 핑거들(141a)과, 방사선 빔(B)의 입사 방향에서 상대적으로 멀리 배치되는 제2 층을 구성하는 복수의 핑거들(141b)을 포함할 수 있다. 구현에 따라, 핑거 센서들(FS)은 제1 층을 구성하는 복수의 핑거들(141a)의 표면에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노광 장치의 일부를 확대 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 노광 장치(100)의 레티클 스테이지(130) 및 조명 보정 장치(140)의 핑거(141) 및 연결부(142)가 도시된다.
핑거(141)는 방사선 빔(B)의 입사 방향을 향하는 표면을 가질 수 있다. 상기 표면에 핑거 센서(FS)가 부착될 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 핑거(141)를 제2 방향(Y)으로 이동시킴으로써 핑거 센서(FS)를 방사선 빔(B)에 노출시킬 수 있다. 핑거 센서(FS)가 방사선 빔(B)에 노출되면, 핑거 센서(FS)는 방사선 빔(B)의 세기에 따라 출력을 생성할 수 있다.
도 7은 조명 보정 장치(140)와 방사선 빔(B), 그리고 방사선 빔(B)의 제1 방향(X) 위치에 따른 세기를 나타내는 그래프를 함께 도시한다.
도 7을 참조하면, 세 번째 핑거와 일곱 번째 핑거의 핑거 센서들(FS)에서 방사선 빔(B)의 메인부의 세기가 측정될 때, 에너지 센서들(ES)에서는 방사선 빔(B)의 양 단부의 세기가 측정될 수 있다. 도 7의 그래프에서, 음영으로 표시된 부분은 방사선 빔(B)의 세기가 측정되는 제1 방향(X) 위치를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 핑거 센서들(FS)에서 측정된 메인부의 세기와, 에너지 센서들(ES)에서 측정된 양 단부의 세기에 기초하여 메인부의 세기와 양 단부의 세기 간의 비례 상수가 업데이트될 수 있다. 메인부의 세기를 실시간으로 측정하기 어려울 때에도, 양 단부의 세기 및 상기 비례 상수를 이용하여 메인부의 세기를 실시간으로 추정할 수 있다. 그리고, 상기 추정된 메인부의 세기에 기초하여 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율이 산출될 수 있으며, 투영 시스템(150)의 수차 또는 정렬의 이상 여부 등이 감지될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시 예에 따라 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율, 수차 또는 정렬의 이상 여부 등을 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 노광 장치(100)를 나타낸다. 노광 장치(100)는, 도 1을 참조하여 설명된 것과 마찬가지로 방사선 소스(110), 조명 시스템(120), 레티클 스테이지(130), 조명 보정 장치(140), 투영 시스템(150), 웨이퍼 스테이지(160)를 포함할 수 있다. 노광 장치(100)에서 방사선 빔(B)의 이동 경로는 파선으로 표시된다. 노광 장치(100)는 광센서들(SS, ES, FS, SSLS) 및 모니터링부(170)를 더 포함할 수 있다. 광센서들(SS, ES, FS, SSLS)과 모니터링부(170)는 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 광센서들(SS, ES, FS, SSLS)과 모니터링부(170)의 전기적 연결 구조는 실선으로 표시된다.
모니터링부(170)는 광센서들(SS, ES, FS, SSLS)의 출력 신호에 기초하여 결정된 세기 정보를 획득하고, 상기 세기 정보에 기초하여 조명 시스템(120) 및 투영 시스템(150) 등의 광학계의 에너지 전송 효율을 산출하고, 상기 광학계의 이상 여부를 감지할 수 있다.
도 8b는 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 에너지 센서(ES), 핑거 센서(FS) 및 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정되는, 제1 방향(X)에서의 위치에 따른 방사선 빔(B)의 세기를 나타낸다. 에너지 센서(ES) 및 핑거 센서(FS)는 조명 보정 장치(140)에 포함되어 레티클 레벨에서의 방사선 빔(B)의 세기를 측정하고, 슬릿 스팟 센서(SSLS)는 웨이퍼 스테이지(160)에 포함되어 웨이퍼 레벨에서의 방사선 빔(B)의 세기를 측정할 수 있다.
투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율은 아래 [수학식 1]에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00001
상기 [수학식 1]에서 (POB transmission)은 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 나타내고, (Energy@wafer)는 웨이퍼 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지를 나타내며, (Energy@reticle)은 레티클 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지를 나타낸다. 즉, 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율은, 레티클 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지 중 어느 정도의 에너지가 웨이퍼로 전달되었는지를 나타낼 수 있다.
레티클 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지는 조명 시스템(120)에서 출력되는 방사선 빔(B)의 메인부의 에너지에 해당할 수 있다. 따라서, 레티클 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지는 핑거 센서들(FS)에서 측정된 방사선 빔(B)의 세기로부터 결정될 수 있다. 웨이퍼 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지는, 상기 메인부에 대응하는 위치에 해당하는 방사선 빔(B)의 세기에 대응할 수 있다. 웨이퍼 레벨에서의 방사선 빔(B)의 에너지는 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정된 방사선 빔(B)의 세기로부터 결정될 수 있다.
한편, 핑거 센서(FS)는 노광 동작 중 실시간으로 원하는 위치의 세기를 측정하기 어려울 수 있다. 반면에, 에너지 센서(ES)는 메인부의 방사선 빔(B)의 세기를 직접 측정할 수는 없지만, 양 단부의 방사선 빔(B)의 세기를 실시간으로 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 에너지 센서(ES)가 양 단부의 세기를 측정함으로써 메인부의 세기를 추정할 수 있도록, 양 단부의 세기의 크기와, 메인부의 세기의 크기에 대한 비례 상수가 결정될 수 있다.
조명 보정 장치(140)는 메인부의 세기를 주기적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 조명 보정 장치(140)가 방사선 빔의 균일성 보정 동작을 수행할 때는 노광 동작이 수행되지 않을 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 상기 균일성 보정 동작을 수행할 때 복수의 핑거들(141)을 이동시켜서 핑거 센서들(FS)을 방사선 빔에 노출시킴으로써 메인부의 세기를 측정할 수 있다. 그리고, 측정 결과에 따라 메인부의 세기가 제1 방향(X)에서 균일성을 갖도록 복수의 핑거들(141)의 위치를 제어할 수 있다. 상기 균일성 보정 동작은, 예를 들어 하루 주기로 수행될 수 있다.
메인부의 세기가 주기적으로 측정될 수 있으며, 메인부의 세기와 양 단부의 세기에 대한 비례 상수는 아래 [수학식 2]에 따라 주기적으로 업데이트될 수 있다.
Figure pat00002
상기 [수학식 2]에서 C는 비례상수를 나타내고, (Energy@FS)은 메인부의 세기를 나타내며, (Energy@ES)는 에너지 센서에서 측정되는 양 단부의 세기를 나타낼 수 있다.
메인부의 세기 및 양 단부의 세기가 시간의 흐름에 따라 변하는 경우라도, 비례 상수가 주기적으로 업데이트되면 양 단부의 세기를 측정함으로써 메인부의 세기가 추정될 수 있다. 모니터링부(170)는 에너지 센서(ES)에서 실시간으로 측정되는 양 단부의 세기 및 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정되는 웨이퍼 레벨의 세기에 기초하여 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 산출할 수 있다. 투영 시스템의 에너지 전송 효율은 아래 [수학식 3]에 기초하여 산출될 수 있다.
Figure pat00003
상기 [수학식 3]에서 (POB transmission)은 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 나타내고, (Energy@ES)는 에너지 센서(ES)에서 측정된 세기를 나타내며, (Energy@SSLS)는 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정된 세기를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 모니터링부(170)는 광센서들(ES, FS, SSLS)로부터 방사선 빔(B)의 세기 정보를 획득할 수 있다. 모니터링부(170)는 핑거 센서(FS)에서 메인부의 세기가 측정될 때 비례 상수를 업데이트하고, 에너지 센서(ES)에서 실시간으로 측정되는 세기에 상기 비례 상수를 적용함으로써 투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율을 실시간으로 산출할 수 있다.
투영 시스템(150)의 에너지 전송 효율이 임계값 이하로 떨어지면, 모니터링부(170)는 투영 시스템(150)의 이상을 감지하고, 경고 신호를 발생할 수 있다. 경고 신호에 응하여 투영 시스템(150)이 적시에 보수 또는 교체될 수 있으며, 노광 장치(100)를 이용하여 패터닝되는 웨이퍼의 생산성이 개선될 수 있다.
도 8c는 투영 시스템(150)의 수차 또는 정렬의 이상 여부를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8c는 핑거 센서(FS) 및 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정되는, 제1 방향(X)에서의 위치에 따른 방사선 빔(B)의 세기를 나타낸다. 도 8c를 참조하면, 핑거 센서(FS)에서 측정되는 방사선 빔(B)의 세기는, 방사선 빔(B)의 제1 방향(X)에서의 위치에 따라 달라질 수 있다.
핑거 센서(FS)의 위치로 입사되는 방사선 빔(B)은 메인부의 방사선 빔으로서, 레티클에 실제로 입사되는 방사선 빔일 수 있다. 레티클에 입사되는 방사선 빔은 투영 시스템(150)의 미러들을 통해 반사되어 웨이퍼에 입사할 수 있다.
투영 시스템(150)에 포함된 미러들의 수차 또는 정렬에 이상이 없다면, 핑거 센서(FS)에서 측정된 세기 프로파일과 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정된 세기 프로파일은 서로 유사한 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 핑거 센서(FS)에서 측정된 세기 프로파일에서 방사선 빔(B)의 제1 위치(X1)의 세기가 높은 경우, 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서 측정된 세기 프로파일에서도 제1 위치(X1)의 세기가 높아질 수 있다.
그러나 도 8c의 예와 같이, 핑거 센서(FS)에서 측정된 세기 프로파일에서 방사선 빔(B)의 제1 위치(X1)의 세기가 높은 반면에, 슬릿 스팟 센서(SSLS)에서는 제1 위치(X1)와는 다른 제2 위치(X2)의 세기가 높을 수 있다. 투영 시스템(150)에 포함된 미러들의 수차 또는 정렬에 이상이 있는 경우, 핑거 센서(FS)와 슬릿 스팟 센서(SSLS)의 세기 프로파일이 서로 다른 패턴을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 모니터링부(170)는 핑거 센서(FS)와 슬릿 스팟 센서(SSLS)의 세기 프로파일을 분석함으로써 투영 시스템(150)에 포함된 미러들의 수차 또는 정렬 이상을 감지할 수 있다. 모니터링부(170)는 투영 시스템(150)의 이상을 감지하고, 경고 신호를 발생할 수 있다. 경고 신호에 응하여 투영 시스템(150)이 적시에 보수 또는 교체될 수 있으며, 노광 장치(100)를 이용하여 패터닝되는 웨이퍼의 생산성이 개선될 수 있다.
도 1 내지 도 8c를 참조하여 설명된 바에 따르면, 노광 장치(100)의 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들(141)의 표면에 광센서인 핑거 센서들(FS)을 포함하고, 핑거 센서들(FS)을 이용하여 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 세기를 측정할 수 있다. 그리고, 노광 장치(100)는 핑거 센서들(FS)을 이용하여 측정된 방사선 빔(B)의 세기에 기초하여 투영 시스템(150)의 이상 여부를 감지할 수 있다.
복수의 핑거들(141)에서 핑거 센서들(FS)이 배치되는 위치, 핑거 센서들(FS)의 개수 등이 다양하게 구현될 수 있다. 이하에서는, 도 9a 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 조명 보정 장치의 구조가 설명된다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 9a는 조명 보정 장치(140)에 포함될 수 있는 복수의 핑거들 중 하나의 핑거(141)를 나타내고, 도 9b는 조명 보정 장치(140)를 YZ 평면에서 나타내는 평면도이다. 도 9c 및 도 9d는 노광 장치(100)의 일부분을 XY 평면에서 나타내는 평면도들이다.
도 9a를 참조하면, 핑거(141)는 표면(SF)과 말단 에지(EG)를 포함할 수 있다. 핑거 센서(FS)는 핑거(141)의 표면(SF)상에서, 말단 에지(EG)로부터 정해진 간격(MG)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 조명 보정 장치(140)는 도 9a를 참조하여 설명된 핑거(141)와 같은 복수의 핑거들(141), 그리고 복수의 핑거들(141)에 인접하는 지지대(144)를 포함할 수 있다. 핑거(141)의 표면(SF)은 방사선 빔(B)을 향할 수 있으며, 말단 에지(EG)는 방사선 빔(B)의 입사 경로에 인접할 수 있다.
조명 보정 장치(140)는 노광 동작 시에, 방사선 빔(B)의 에지를 가리기 위해 복수의 핑거들(141)을 제1 길이 (MV1) 이내의 범위에서 이동시킬 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 핑거 센서(FS)가 말단 에지(EG)로부터 이격된 간격(MG)은 노광 동작 시에 핑거(141)가 이동하는 제1 길이(MV1)보다 클 수 있다.
도 9c를 참조하면, 노광 장치(100)가 노광 동작을 수행하는 노광 모드에서, 핑거(141)는 제2 방향(Y)에서 제1 길이(MV1) 이내의 범위로 이동하면서 방사선 빔(B)의 에지를 가릴 수 있다. 핑거(141)의 표면(SF)은 방사선 빔(B)의 입사 방향을 향할 수 있다. 그러나, 핑거 센서(FS)는 방사선 빔(B)에 노출되지 않을 수 있다.
도 9d를 참조하면, 노광 장치(100)가 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 세기를 측정하는 측정 모드에서, 핑거(141)는 제2 방향(Y)에서 제1 길이(MV1)보다 큰 제2 길이(MV2)만큼 이동할 수 있다. 핑거(141)가 제2 길이(MV2)만큼 이동하면, 핑거 센서(FS)는 방사선 빔(B)에 노출될 수 있으며 방사선 빔(B)의 세기에 따른 출력을 생성할 수 있다. 한편, 노광 장치(100)가 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 균일성 보정 동작을 수행할 때 상기 측정 모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 핑거 센서(FS)가 측정 모드에서만 방사선 빔(B)에 노출되므로, 방사선 빔(B)에 의한 핑거 센서(FS)의 열화가 완화될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 10a는 조명 보정 장치(140)에 포함될 수 있는 복수의 핑거들 중 하나의 핑거(141)를 나타내고, 도 10b는 조명 보정 장치(140)를 YZ 평면에서 나타내는 평면도이다. 도 10c는 노광 장치(100)의 일부분을 XY 평면에서 나타내는 평면도이다.
도 10a의 핑거(141) 및 핑거 센서(FS)는 도 9a를 참조하여 설명된 핑거(141)및 핑거 센서(FS)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 9a와 도 10a에서 핑거 센서(FS)가 말단 에지(EG)로부터 이격된 간격(MG)이 상이할 수 있다.
도 10b의 조명 보정 장치(140)는 도 9b를 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 10b의 조명 보정 장치(140)에 포함된 복수의 핑거들(141)은 도 10a를 참조하여 설명된 핑거(141)와 같은 구조를 가질 수 있다.
조명 보정 장치(140)는 노광 동작 시에, 방사선 빔(B)의 에지를 가리기 위해 복수의 핑거들(141)을 제1 길이 (MV1) 이내의 범위에서 이동시킬 수 있다. 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 핑거 센서(FS)가 말단 에지(EG)로부터 이격된 간격(MG)은 노광 동작 시에 핑거(141)가 이동하는 제1 길이(MV1)보다 짧을 수 있다.
도 10c를 참조하면, 노광 장치(100)가 노광 동작을 수행하는 노광 모드에서, 핑거(141)는 제2 방향(Y)에서 제1 길이(MV1) 이내의 범위로 이동하면서 방사선 빔(B)의 에지를 가릴 수 있다. 핑거(141)의 제2 방향(Y) 위치에 따라, 핑거 센서(FS)가 방사선 빔(B)에 노출될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 노광 모드에서 핑거 센서(FS)의 출력에 기초하여 방사선 빔(B)의 메인부에서의 세기 정보가 수집될 수 있다. 도 10b를 참조하면, 방사선 빔(B)의 제1 방향(X)에서의 세기가 균일해질 수 있도록 세 번째 핑거와 여덟 번째 핑거가 제2 방향(Y)으로 이동할 수 있다. 세 번째 핑거와 여덟 번째 핑거의 핑거 센서(FS)가 방사선 빔(B)에 노출되는 동안, 세 번째 핑거와 여덟 번째 핑거의 위치에서의 방사선 빔(B)의 세기 정보가 수집될 수 있다. 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 측정 모드뿐만 아니라 노광 모드에서도 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 세기 정보를 수집할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 11a는 조명 보정 장치(140)에 포함될 수 있는 복수의 핑거들 중 하나의 핑거(141)를 나타내고, 도 11b는 조명 보정 장치(140)를 YZ 평면에서 나타내는 평면도이다.
도 11a를 참조하면, 핑거(141)는 표면(SF)과 말단 에지(EG)를 포함할 수 있다. 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 복수의 핑거 센서들(FS1, FS2)이 핑거(141)의 표면(SF)상에서, 나란하게 배치될 수 있다. 제1 핑거 센서(FS1)는 말단 에지(EG)로부터 제1 간격(MG1)만큼 이격될 수 있으며, 제2 핑거 센서(FS2)는 말단 에지(EG)로부터 제1 간격(MG1)보다 큰 제2 간격(MG2)만큼 이격될 수 있다.
도 11b의 조명 보정 장치(140)는 도 9b를 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 11b의 조명 보정 장치(140)에 포함된 복수의 핑거들(141)은 도 11a를 참조하여 설명된 핑거(141)와 같은 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 조명 보정 장치(140)는 측정 모드에서 제1 핑거 센서(FS1)는 방사선 빔(B)에 노출되고, 제2 핑거 센서(FS2)는 방사선 빔(B)에 노출되지 않도록 복수의 핑거들(141)을 제어할 수 있다. 제2 핑거 센서(FS2)는 측정 모드에서 방사선 빔(B)에 노출되지 않으므로, 거의 열화되지 않을 수 있다. 반면에, 제1 핑거 센서(FS)는 측정 모드에서 방사선 빔(B)에 노출될 때마다 열화될 수 있다. 제1 핑거 센서(FS)가 열화되면, 제1 핑거 센서(FS)의 출력에 기초하여 측정된 방사선 빔(B)의 세기가 부정확한 값을 가질 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 조명 보정 장치(140)는 교정(calibration) 모드에서 제1 핑거 센서(FS1) 및 제2 핑거 센서(FS2)를 방사선 빔(B)에 노출할 수 있다. 교정 모드는 상기 측정 모드보다 긴 주기로 수행될 수 있다. 교정 모드에서, 조명 보정 장치(140)는 제1 핑거 센서(FS1)의 출력과 제2 핑거 센서(FS2)의 출력을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 핑거 센서(FS1)의 출력에 따른 방사선 빔(B)의 세기를 교정할 수 있다. 따라서, 제1 핑거 센서(FS1)가 방사선 빔(B)의 세기를 더욱 정확하게 측정할 수 있으며, 나아가 투영 광학계(150)의 이상 여부를 더욱 정확하게 진단할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 조명 보정 장치(140)는 도 11b를 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 11b의 조명 보정 장치(140)에 포함된 복수의 핑거들(141) 각각이 제2 방향(Y)으로 나란한 두 개의 핑거 센서들을 포함하는 반면, 도 12의 조명 보정 장치(140)에 포함된 복수의 핑거들(141) 각각에는 제1 방향(X)으로 나란한 두 개의 핑거 센서들(FS1, FS2)이 배치될 수 있다.
본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 조명 보정 장치(140)는 복수의 핑거들(141) 각각에 배치된 핑거 센서들(FS1, FS2)로부터 방사선 빔(B)의 제1 방향(X)의 위치에 따른 세기를 측정할 수 있다.
도 12는 방사선 빔(B)의 제1 방향(X)의 위치에 따른 세기를 나타내는 그래프를 함께 도시한다. 도 12의 그래프에 표시된 도트(dot)는 복수의 핑거들(141) 각각에 배치된 핑거 센서들(FS1, FS2)의 제1 방향(X) 위치에서 측정된 세기를 나타낸다. 그리고, 도 12의 그래프에 표시된 실선은 방사선 빔(B)의 세기 프로파일을 나타낸다.
본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 복수의 핑거들(141)이 제1 방향(X)으로 나란한 복수의 핑거 센서들(FS)을 포함함으로써 제1 방향(X)의 여러 위치에서 세기를 측정할 수 있으며, 핑거 센서들(FS)로부터 측정된 방사선 빔(B)의 세기에 기초하여 구성되는 방사선 빔(B)의 세기 프로파일의 해상도가 개선될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 13의 조명 보정 장치(140)는 도 9b를 참조하여 설명된 조명 보정 장치와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 13의 조명 보정 장치(140)에서 복수의 핑거들(141) 중 일부의 핑거들에만 핑거 센서(FS)가 배치될 수 있다.
도 13의 예에서, 핑거 센서들(FS)은 복수의 핑거들(141) 중 홀수 번째 핑거들에 배치될 수 있다. 즉, 표면에 핑거 센서들(FS)이 배치된 핑거들과, 핑거 센서들(FS)이 배치되지 않은 핑거들이 교대로 배치될 수 있다.
도 13은 방사선 빔(B)의 제1 방향(X)의 위치에 따른 세기를 나타내는 그래프를 함께 도시한다. 도 13의 그래프에 표시된 도트(dot)는 복수의 핑거들(141) 중 일부에 배치된 핑거 센서(FS)의 제1 방향(X) 위치에서 측정된 세기를 나타낸다. 그리고, 도 13의 그래프에 표시된 실선은 방사선 빔(B)의 세기 프로파일을 나타낸다.
도 12와 도 13을 비교하면, 도 13에서는 세기 프로파일을 구성하기 위한 세기 정보의 양이 제한될 수 있다. 본 발명의 제5 실시 예에 따르면, 핑거 센서들(FS)로부터 측정된 방사선 빔(B)의 세기 정보를 보간(interpolation)함으로써 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 세기 프로파일을 저비용으로 구성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 14의 조명 보정 장치(140)는 도 13을 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 복수의 핑거들(141) 중 일부의 핑거들에 핑거 센서(FS)가 배치될 수 있다. 다만, 도 14의 조명 보정 장치(140)에서는 표면에 핑거 센서(FS)가 배치된 핑거들이 서로 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 제6 실시 예에 따르면, 핑거 센서들(FS)과, 핑거 센서들(FS)을 조명 보정 장치(140)에 연결하기 위한 배선들이 제한된 위치에 집중적으로 배치될 수 있으므로, 노광 장치(100)의 기구적 공간이 확보될 수 있다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 조명 보정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 15의 조명 보정 장치(140)는 도 9b를 참조하여 설명된 조명 보정 장치(140)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 15의 조명 보정 장치(140)는 도 9b의 조명 보정 장치(140)에 비해 광학 필터들(FT)을 더 포함할 수 있다. 광학 필터들(FT)은 복수의 핑거들(141) 각각의 표면에 배치된 핑거 센서들(FS)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 노광 장치(100)가 13.5nm 정도의 파장을 갖는 EUV 빔을 이용하여 노광 동작을 수행하는 EUV 노광 장치인 경우, 광학 필터들(FT)은 13.5nm 정도의 파장을 갖는 방사선 빔을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 본 발명의 제7 실시 예에 따르면, 레티클로 입사하는 방사선 빔(B)에 다양한 파장을 갖는 빔들이 섞여 있더라도, 핑거 센서들(FS)은 레티클을 패터닝하기 위한 EUV 빔의 세기를 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 제7 실시 예에 따른 광학 필터(FT)는, 도 9a 내지 도 14를 참조하여 설명된 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 핑거 센서들(FS)에 적용될 수 있다.
구현에 따라, 조명 보정 장치(140)는 펠티어 소자(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 펠티어 소자는 양면을 가지며, 직류 전류가 상기 펠티어 소자를 통해 흐를 때 펠티어 효과에 의해 일면은 차가워지고, 반대쪽 면은 뜨거워지는 성질을 갖는 소자이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 핑거 센서(FS)의 핑거(141)를 향하는 면에 상기 펠티어 소자의 일면이 부착되고, 상기 펠티어 소자의 반대쪽 면은 핑거(141)의 표면에 부착될 수 있다. 펠티어 소자는 핑거 센서(FS)가 광전변환을 수행할 때 발생하는 열을 효과적으로 완화할 수 있다.
또한, 도 9a 내지 도 15에서는, 도 5a를 참조하여 설명된 것과 같이 조명 보정 장치(140)가 한 층의 핑거들(141)을 포함하는 경우를 예로 들어 본 발명의 다양한 실시 예들이 설명되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 9a 내지 도 15를 참조하여 설명된 본 발명의 다양한 실시 예들은, 도 5c를 참조하여 설명된 것과 같이 조명 보정 장치(140)가 서로 엇갈려 배치된 두 층 이상의 핑거들을 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 노광 장치(100)의 조명 보정 장치(140)의 복수의 핑거들(141) 중 하나 이상의 핑거에 핑거 센서(FS)가 배치될 수 있다. 조명 보정 장치(140)는 핑거 센서(FS)가 배치된 핑거의 이동을 제어함으로써, 방사선 빔(B)이 레티클로 입사되는 경로상에서 방사선 빔(B)의 위치에 따른 세기를 측정할 수 있다. 한편, 노광 동작 중에 복수의 핑거들(141)이 방사선 빔(B)의 입사 경로를 가리지 않을 때는 핑거 센서(FS)가 상기 세기를 측정하지 않기 때문에, 노광 동작을 위해 레티클로 입사되는 방사선 빔(B)의 에너지 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 노광 장치(100)는 핑거 센서(FS)에 의해 측정된 세기와, 웨이퍼 측의 슬릿 스팟 센서(SSLS)에 의해 측정된 세기에 기초하여 투영 시스템(150)의 이상 여부를 모니터링할 수 있다. 따라서, 투영 시스템(150)이 적시에 보수 및 교체될 수 있으며, 노광 장치(100)에 의해 노광되는 웨이퍼의 생산성이 개선될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 노광 장치
110: 방사선 소스
120: 조명 시스템
130: 레티클 스테이지
140: 조명 보정 장치
150: 투영 시스템
160: 웨이퍼 스테이지
170: 모니터링부

Claims (20)

  1. 노광 장치에서 레티클로 입사하는 방사선 빔을 보정하는 조명 보정 장치에 있어서,
    상기 방사선 빔의 입사 방향을 향하는 표면을 포함하고, 상기 방사선 빔의 경로에 인접하도록 제1 방향으로 배열되며, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동함으로써 상기 방사선 빔의 입사량을 조절하는 복수의 핑거들;
    상기 복수의 핑거들에 연결되고, 상기 방사선 빔의 세기가 상기 제1 방향에서 균일성을 갖도록 상기 복수의 핑거들의 이동을 제어하는 제어부;
    상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 하나 이상의 광센서; 및
    상기 하나 이상의 광센서의 출력에 기초하여 상기 방사선 빔의 세기를 측정하는 측정기
    를 포함하는 조명 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거들은
    상기 방사선 빔의 경로에 인접하는 말단 에지를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 광센서는
    상기 하나 이상의 핑거의 표면에서, 상기 말단 에지로부터 상기 제2 방향에서 제1 간격만큼 이격되어 배치되는
    조명 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    노광 모드에서 상기 복수의 핑거들이 제1 길이 범위 내에서 이동하도록 제어하고, 측정 모드에서 상기 복수의 핑거들이 상기 제1 길이 범위보다 큰 제2 길이 범위 내에서 이동하도록 제어하며,
    상기 제1 간격은
    상기 제1 길이보다 크고, 상기 제2 길이보다 작은
    조명 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거들은
    상기 방사선 빔의 경로에 인접하는 말단 에지를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 광센서는
    상기 하나 이상의 핑거의 표면에서 상기 제2 방향에서 상기 말단 에지로부터 제1 간격만큼 이격되어 배치되는 제1 광센서들, 및 상기 제1 간격보다 큰 제2 간격만큼 이격되어 배치되는 제2 광센서들을 포함하는
    조명 보정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    측정 모드에서 상기 제1 광센서들이 상기 방사선 빔에 노출되고 상기 제2 광센서들이 상기 방사선 빔에 노출되지 않도록 상기 복수의 핑거들을 제어하며, 교정(calibration) 모드에서 상기 제1 광센서들과 상기 제2 광센서들이 상기 방사선 빔에 노출되도록 상기 복수의 핑거들을 제어하며,
    상기 측정기는
    상기 제2 광센서들의 출력에 기초하여 상기 제1 광센서들의 출력에 따른 상기 방사선 빔의 세기를 교정하는
    조명 보정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명 보정 장치는
    상기 복수의 핑거들을 상기 제1 방향에서 감싸고, 상기 방사선 빔의 입사 방향을 향하는 표면을 갖는 지지대; 및
    상기 지지대의 표면에 배치되는 하나 이상의 에너지 센서를 더 포함하는
    조명 보정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광센서는
    10nm 내지 30nm의 방사선 빔에 대한 광전변환을 수행하는 포토다이오드인
    조명 보정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조명 보정 장치는
    상기 하나 이상의 광센서의 표면에 부착되는 복수의 광필터들을 더 포함하는
    조명 보정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 광필터들은
    EUV 빔을 선택적으로 투과시키는
    조명 보정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명 보정 장치는
    상기 하나 이상의 광센서에서, 상기 하나 이상의 핑거를 향하는 면에 배치되는 펠티어 소자들을 더 포함하는
    조명 보정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 측정기는
    상기 하나 이상의 광센서 각각의 출력에 기초하여, 상기 방사선 빔의 상기 제1 방향에서의 위치에 따른 방사선 빔의 세기를 나타내는 세기 프로파일을 출력하는
    조명 보정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 측정기에서 출력된 세기 프로파일에 기초하여, 상기 방사선 빔의 세기가 상기 제1 방향에서 균일성을 갖도록 상기 복수의 핑거들의 이동을 제어하는
    조명 보정 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 측정기는
    상기 하나 이상의 광센서로부터 광전변환된 신호를 증폭하여 전류신호 또는 전압신호를 생성하는 신호증폭기; 및
    상기 전류신호 또는 상기 전압신호에 기초하여 상기 방사선 빔의 세기를 결정하는 검출기
    를 포함하는 조명 보정 장치.
  14. 노광 장치에 있어서,
    방사선 빔을 출력하는 방사선 소스;
    광학적 패턴들을 포함하는 레티클이 장착되는 레티클 스테이지;
    웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 스테이지;
    상기 방사선 소스로부터 출력된 방사선 빔을 상기 레티클로 전달하는 조명 시스템(illuminator system);
    상기 조명 시스템으로부터 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 균일성을 보정하는 조명 보정 장치; 및
    상기 레티클로부터 반사된 방사선 빔을 상기 웨이퍼로 전달하는 투영 시스템(projection system)을 포함하고,
    상기 조명 보정 장치는
    정해진 방향으로 이동함에 따라 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 세기를 조절하는 복수의 핑거들, 상기 복수의 핑거들에 인접하는 에너지 센서, 및 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 복수의 광센서들을 포함하고, 상기 에너지 센서 및 상기 복수의 광센서들을 이용하여 레티클 레벨의 방사선 빔의 세기를 측정하는
    노광 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지는
    웨이퍼 레벨의 방사선 빔의 세기를 측정하는 슬릿 스팟 센서를 포함하는
    노광 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 노광 장치는
    상기 웨이퍼 레벨의 방사선 빔의 세기와 상기 레티클 레벨의 방사선 빔의 세기에 기초하여 상기 투영 시스템의 에너지 전송 효율을 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하는
    노광 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 모니터링부는
    상기 투영 시스템에서의 에너지 전송 효율이 임계값 이하인 경우 경고 신호를 출력하는
    노광 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 조명 보정 장치는
    노광 모드에서는 상기 복수의 광센서들이 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔에 노출되지 않도록 상기 복수의 핑거들을 제어하고, 측정 모드에서는 상기 복수의 광센서들이 상기 방사선 빔에 노출되도록 상기 복수의 핑거들을 제어하는
    노광 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 조명 보정 장치는
    상기 측정 모드에서 상기 에너지 센서를 이용하여 방사선 빔의 양 단부의 세기를 측정하고, 상기 복수의 광센서들을 이용하여 상기 방사선 빔의 메인부의 세기를 측정하고, 상기 방사선 빔의 양 단부의 세기와 메인부의 세기의 비례 상수를 결정하며,
    상기 노광 모드에서 상기 에너지 센서를 이용하여 상기 방사선 빔의 양 단부의 세기를 측정하고, 상기 비례 상수에 기초하여 상기 방사선 빔의 메인부의 세기를 추정하는
    노광 장치.
  20. 노광 장치에 있어서,
    방사선 빔을 출력하는 방사선 소스;
    광학적 패턴들을 포함하는 레티클이 장착되는 레티클 스테이지;
    웨이퍼가 장착되고, 상기 웨이퍼로 입사되는 방사선 빔의 위치에 따른 세기를 나타내는 웨이퍼 레벨 세기 프로파일을 측정하는 슬릿 스팟 센서를 포함하는 웨이퍼 스테이지;
    상기 방사선 소스로부터 출력된 방사선 빔을 상기 레티클로 전달하는 조명 시스템(illuminator system);
    상기 조명 시스템으로부터 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 균일성을 보정하는 조명 보정 장치;
    상기 레티클로부터 반사된 방사선 빔을 상기 웨이퍼로 전달하는 투영 시스템(projection system); 및
    상기 투영 시스템의 이상 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하고,
    상기 조명 보정 장치는
    정해진 방향으로 이동함에 따라 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 입사량을 조절하는 복수의 핑거들, 상기 복수의 핑거들에 인접하는 에너지 센서, 및 상기 복수의 핑거들 중 하나 이상의 핑거의 표면에 배치되는 복수의 광센서들을 포함하고, 상기 에너지 센서 및 상기 복수의 광센서들을 이용하여 상기 레티클로 입사하는 방사선 빔의 위치에 따른 세기를 나타내는 레티클 레벨 세기 프로파일을 측정하며,
    상기 모니터링부는
    웨이퍼 레벨 세기 프로파일과 레티클 레벨 세기 프로파일을 비교한 결과에 따라 상기 투영 시스템의 수차(aberration) 및 정렬(alignment) 이상 여부를 모니터링하는
    노광 장치.

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