KR100729244B1 - 제어시스템, 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법 및 그제조된 디바이스 - Google Patents

제어시스템, 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법 및 그제조된 디바이스 Download PDF

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

위치설정수단(10)용 제어시스템은 PID 형 컨트롤러(4), 또는 피드백 루프내에 연결된 다른 것들을 포함한다. 컨트롤러는 전류의 필요한 값(Is)과 전류의 측정된 값(Im) 사이의 오차에 따라 위치설정수단(10)에 공급하기 위한 전류를 계산한다. 이 전류는 증폭기(6)에 의하여 전압으로 변환되고 위치설정수단의 기계적 및 전기적 특성 및 필요한 위치 및/또는 위치의 필요한 도함수들을 이용하여 계산된 피드포워드 전압(Uff)에 의하여 더욱 수정된다.

Description

제어시스템, 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법 및 그 제조된 디바이스{Control System, Lithographic Apparatus, Device Manufacturing Method and Device Manufactured Thereby}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전류 증폭기용 단상 피드포워드 제어시스템(single-phase feedforward control system)을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전압 피드포워드 값의 계산을 플로우 차트 형식으로 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다상 액츄에이터(multi-phase actuator)의 전류 증폭기용 피드포워드 제어시스템을 도시하는 도면;
도 5는 종래 기술에 공지된 전류 증폭기용 표준 피드백 제어시스템을 도시하는 도면; 및
도 6은 종래 기술에 공지된 전류 설정점의 결정시 가속도 및 속도 피드포워드의 사용을 도시한 도면이다.
상기 도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은 위치설정수단용 제어시스템에 관한 것으로, 상기 제어시스템은,
- 필요한 위치 및/또는 상기 위치설정수단의 그것의 도함수들에 따라 상기 위치설정수단에 공급하기 위한 필요한 전류 또는 전압을 계산하는 설정점 발생기(setpoint generator);
- 상기 필요한 전류 또는 전압에 따라 상기 위치설정수단에 공급될 신호를 출력하는 컨트롤러; 및
- 전류 또는 전압의 현재 값을 측정하는 1이상의 센서를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 컨트롤러가 그 입력으로서 상기 필요한 전류 또는 전압과 상기 측정된 전류 또는 전압 사이의 오차를 가지도록 피드백 루프내에 연결된다.
여기서 사용되는 "패터닝수단"이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝 수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.
- 프로그램가능한 거울 어레이. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울 어레이의 대안적인 실시예는 적절히 국부화된 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행 될 수 있다. 상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1이상의 프로그래밍가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
- 프로그래밍가능한 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로, 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된 다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반평행한 방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속력(speed) V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속력의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 이미징 단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 이미징된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC(집적 회로) 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모 두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 어레이가 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학, 반사광학 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용 참조되고 있다.
제조시에, 로딩, 언로딩 및 노광을 위해 올바른 위치로 기판을 이동시킬 필요가 있다. 또한, 마스크를 이동시킬 필요가 있을 수도 있다. 장치의 스루풋 및 노광된 기판의 품질을 개선시키기 위해서는, 여하한의 이동이 가능한 한 신속하고 정확하게 수행되는 것이 중요하다. 통상적으로, 이동은 소정 위치, 속도(velocity) 및 가속도에 기초한 모션 컨트롤러(motion controller)에 의해 제어될 수 있다. 상기 모션 컨트롤러는 필요한 위치, 속력 및 가속도가 얻어지도록 액츄에이터에 공급될 필요한 전류 또는 전압을 발생시킨다. 이 필요한 전류는, 필요한 전류 또는 전압이 액츄에이터에 공급되는 것을 보장하기 위해서 피드백 루프내에 연결된 증폭기 제어시스템에 입력된다. 단일 위상 액츄에이터(single phase actuator)용 제어시스템의 개략도가 도 5에 도시된다.
모션 컨트롤러는 필요한 전류(Is)의 입력을 제공한다. 전류의 현재 값(Im)은 계량기(12)에 의하여 측정된다. Im은 컨트롤러(4)로 공급되는 에러를 제공하기 위해 뺄셈기(subtractor)(2)에 의하여 감산된다. 전류 컨트롤러는 새로운 전압 설정점을 계산한 후, 이는 증폭기(6)에 의하여 액츄에이터에 제공되는 전압으로 변환된다. 통상적으로 컨트롤러(4)는 비례, 적분, 미분(proportion, integral, differential; PID)형이다.
PID 컨트롤러(4)의 파라미터들은 시스템의 기계적 및 전기적 특성을 고려하여 결정된다. 시스템이 안정되고 정확하며 위상차의 특정 한계내에 있도록 유지하기 위한 요건에 의하여 응답이 제약(constrain)된다. 이들 제약은 필요한 위치에서 의 이동이 달성될 수 있는 속력을 제한한다.
시스템의 성능은, 모션 컨트롤러내에서 속도 및 가속도 피드포워드 제어를 필요한 전류(Is)의 계산에 더함으로써 개선되었다. 이러한 시스템은 도 6에 예시된다. PID 컨트롤러(24)는 측정된 위치(pm)와 설정점 발생기로부터의 위치(ps) 사이의 오차의 입력을 가진다. 이것은 필요한 위치(ps)로 이동하도록 힘(Fc)을 출력한다. 노치 필터(notch filter)(26)는, 보다 양호한 폐쇄 루프 성능을 제공하기 위해서 폐쇄 루프 시스템에서 특정 주파수를 억제(suppress)한다.
계산기(32, 28)는 설정점 발생기로부터 가속도(as) 및 속도(vs)의 필요한 값과 상기 시스템의 기계적 특성의 지식을 이용하여 가속도 피드포워드 계산 및 속도 피드포워드 계산을 각각 수행한다. 피드포워드 계산의 결과치(aforce-ff, vforce-ff)는 노치 필터(26)의 출력에 더해진다. 또 다른 노치는 노치 필터(36)에 의하여 더해진다. 최종적으로, 상기 힘은 모터 상수(moter constant)를 이용하는 변환기(38)에 의하여 전류 설정점(Is)으로 변환된다. (모터 상수는 액츄에이터가 amp당 얼마나 많은 Newton을 전달하는가로서 정의된다.)
이 수정된 시스템은, 개선된 응답을 가지지만 피드백 제어만을 이용하는 전류 증폭기 제어 시스템의 제약을 받는다. 예를 들어, 14A의 전류가 필요한 경우, 이는 순간적으로 생성되지 않을 것이다. 상기 응답은 전류 컨트롤러가 안정되고 시스템내의 여하한의 위상차를 유지시키기 위한 요건에 의하여 지연될 것이다. 이는 상기 시스템의 정확성 및 이동 속력에 관하여 한계를 둔다.
본 발명의 목적은 이동제어시스템의 속력 및 정확성을 개선시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적 및 다른 목적들은 서두문에 서술된 바 있는 제어시스템에서 달성되며,
위치설정수단에 공급되기 이전에 1이상의 피드포워드 값을 컨트롤러의 출력에 더하고, 상기 위치설정수단의 기계적 및/또는 전기적 특성, 그리고 필요한 위치 및/또는 상기 위치설정수단의 그것의 도함수들을 이용하여 상기 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 한다.
필요한 위치 및/또는 그것의 도함수들에 따른 기준(reference)은 위치, 속도, 가속도 및 고차 도함수(higher derivative)를 포함한다. 기계적 및/또는 전기적 특성에 대한 기준은 위치설정수단의 역기전력(back-emf),저항, 자기유도 계수(self inductance) 및 모터 상수 뿐만 아니라 이동 질량도 포함한다. 상기 위치설정수단은 액츄에이터 또는 단일 또는 다상 모터일 수 있다.
따라서, 본 발명은 피드포워드 제어를 전류 또는 전압 제어루프에 추가시킨다. 상술된 바와 같이, 피드포워드 제어는 전류(또는 전압) 설정점의 계산에 적용되었지만 설정점에 도달하기 위해 사용되는 전류(또는 전압) 컨트롤러의 제어에는 적용되지 않았다.
추가 피드포워드 제어 요소를 제공함으로써, 응답의 정확성 및 속력이 증가 된다. 또한, 상기 시스템은 위상 지연을 덜 겪으므로, 보다 높은 전체 성능 및 보다 엄격한 디자인 기준이 적용되도록 한다.
이제, 전류(또는 전압)의 변화율에 관한 제한인자는, 전류(또는 전압) 제어 루프의 대역폭보다는, 증폭기의 파워 스테이지(power stage) 및 피드포워드 값에 의하여 결정된다. 오차들이 감소됨에 따라, 서보 성능(servo performance)이 증가된다. 또한, 상기 시스템의 거동(behavior)은 보다 예상가능하고 제어가능하므로, "블랙 박스"와 거의 동일하게 작동한다.
속도 피드포워드 값은 (알고 있는) 위치설정수단의 역기전력 및 위치설정수단의 필요한 속도를 이용하여 계산될 수 있다. 상기 속도 피드포워드 값은 역기전력과 필요한 속도를 모두 곱하여 계산될 수 있다.
가속도 피드포워드 값은, 위치설정수단의 모터 상수의 역수, 위치설정수단의 전기적 저항, 유효 이동 질량(모두 알고 있음) 및 위치설정수단의 필요한 가속도를 이용하여 계산될 수 있다. 상기 가속도 피드포워드 값은 이들 값들을 모두 곱함으로써 계산될 수 있다.
저크 피드포워드 값(jerk feedforward value)은 위치설정수단의 모터 상수의 역수, 유효 이동 질량, 위치설정수단의 자기 유도 계수(모두 알고 있음) 및 위치설정수단의 필요한 저크를 이용하여 계산될 수 있다. "저크"는 가속도의 1차 도함수(위치의 3차 도함수)를 나타내는데 사용된다.
상기 피드포워드 값들 중 1이상을 계산하고 그것들을 컨트롤러의 출력에 더함으로써, 성능이 향상된다. 상기 피드포워드 값들의 계산은 비교적 간단하며 지나친 복잡성을 요구하지 않으면서 컨트롤러에서 구현될 수 있다. 위치설정수단의 특성과 관련된 값들은, 사용시에 개별 시스템의 성능의 지식을 이용하여 1회 설정되고 무시(forget)되거나 개선(refine)된다. 피드포워드 계산에 사용된 기계적인 값들은 위치설정수단의 역학(mechanics)을 반영한다. 따라서, 기어비가 위치설정수단과 페이로드 사이에 존재하는 경우, 피드포워드 계산에 사용되는 값들은 적절하게 수정될 필요가 있을 것이다.
또한, 위치의 고차 도함수, 예를 들어 "D-저크", 즉 저크의 1차 도함수(위치의 4차 도함수)가 계산되고 포함될 수 있다.
선택적으로, 위치설정수단은 다중 위상 액츄에이터(multiple phase actuator)일 수 있으며 필요한 전류 또는 전압의 값 및 피드포워드 값을 조정하는 각각의 위상에 대한 정류자(commutator)를 더 포함할 수 있다. 이는 제어시스템이 다중 위상 액츄에이터와 함께 사용하기 위해 더욱 적응(adapt)될 수 있도록 한다. 피드포워드 값의 계산을 변경할 필요가 없으며, 상기 결과는 정류자에 의하여 조정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
- 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 유지하는 기판테이블;
- 상기 기판테이블을 이동시키는 제1위치설정수단;
- 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치가 제공되며,
상술된 바와 같은 제어시스템은 상기 제1위치설정수단을 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
리소그래피 투영장치는,
- 상기 패터닝수단을 이동시키는 제2위치설정수단을 더 포함할 수 있으며,
상술된 바와 같은 제어시스템은 상기 제2위치설정수단을 제어하는데 사용된다.
따라서, 리소그래피장치의 작동이 개선된다. 상기 제1 및 제2위치설정수단의 이동의 속력이 증가되므로, 스루풋을 더욱 증가시킨다. 또한, 이동의 정확성도 개선된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
- 필요한 위치 및/또는 위치설정수단의 그것의 도함수들에 따라 상기 위치설정수단에 공급하기 위한 필요한 전류 또는 전압을 계산하는 단계;
- 오차값을 계산하도록 상기 필요한 전류 또는 전압으로부터 측정된 전류 또는 전압을 감산하는 단계;
- 상기 위치설정수단에의 신호 입력을 출력하는 컨트롤러에 상기 오차값을 입력하는 단계를 포함하는 위치설정수단을 위한 제어방법이 제공되며,
- 상기 위치설정수단의 기계적 및 전기적 특성, 그리고 필요한 위치 및/또는 위치설정수단의 그것의 도함수들을 이용하여 피드포워드 값을 계산하는 단계; 및
- 상기 위치설정수단에의 신호 입력에 상기 피드포워드 값을 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
- 부분적으로 또는 전체적으로 방사선감응재층으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
- 방사선시스템을 이용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공되며,
상기 패터닝수단 및 상기 기판의 이동 중 하나 이상은 상술된 바와 같은 제어방법을 이용하여 제어된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 상기 장치는 많은 여타의 응용례를 가짐을 이해하여야 한다. 상기 리소그래피장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정디스플레이(LCD), 박막자기헤드의 제조에도 채택될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체될 수 있음을 이해할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외선 및 EUV(극자외선, 예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)를 포함한 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄하여 사용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예를 서술한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는;
ㆍ방사선(예를 들어, EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특히 이 경우 방사선시스템은 방사선소스(LA)도 포함한다);
ㆍ마스크(예를 들어, 레티클)를 지지하는 마스크 홀더가 제공되고, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정디바이스에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트코팅된 실리콘웨이퍼)을 유지하는 기판 홀더가 제공되고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정디바이스에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함) 상으로 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화시키는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울그룹)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사마스크를 채택한) 반사형이다. 하지만, 일반적으로 상기 장치는 (예를 들어, 투과마스크를 구비한) 투과형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상기 언급한 바와 같은 형태의 프로그램 가능 한 거울 어레이와 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.
상기 소스(LA)(예를 들어, 레이저 생성 또는 방전 플라즈마원)는 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기분포의 외측반경 및/또는 내측반경범위(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한, 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 소스(LA)는 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사선소스(LA)가 흔히 수은램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 흔히 방사선소스(LA)가 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명 및 청구항은 이들 시나리오를 모두 포함한다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라 이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략위치설정) 및 짧은 행정모듈(미세위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정모듈에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔모드에서는, 소정타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단상액츄에이터(10), 예를 들어 단상 모 터용 제어시스템 및 전류 증폭기를 예시한다. 액츄에이터(10)는 웨이퍼테이블(WT)에 부착된다. 도 2의 시스템은 웨이퍼테이블(WT)에 부착된 각각의 또 다른 액츄에이터에 중복(duplicate)된다. 또한, 그것이 이동가능하다면, 마스크테이블(MT)의 액츄에이터를 공급하기 위해서 중복될 수 있다.
모션 컨트롤러(미도시됨)는 웨이퍼테이블(WT)의 필요한 위치, 속도 및 가속도와 측정된 위치를 이용하여 설정점 전류(Is)를 계산한다. 이 실시예에서, Is를 계산하는 방법은 도 5를 참조하여 종래 기술의 설명에 서술된 것과 동일하다.
전류계(12)는 액츄에이터(10)를 통하여 전류의 현재 값(Im)을 측정한다. 그런 후, Im은 오차값을 제공하기 위해 믹서(2)에 의하여 설정점 전류(Is)로부터 감산된다. 그 후, 이 오차값은 입력으로서 전류 컨트롤러(4)에 공급된다. 상기 전류 컨트롤러(4)는 설정점 전류(Is)에 도달하기 위해서 액츄에이터에 공급될 전압의 값을 결정하도록 제어 알고리즘을 이용한다. 이 실시예에서, 사용되는 제어 알고리즘은 PID이지만, 퍼지 로직(fuzzy logic) 또는 비례-적분(proportional-integral)과 같은 다른 알고리즘들이 사용될 수도 있다. 그 후, 증폭기(6)는 이 전압을 액츄에이터(10)에 공급하는데 사용된다. 이 실시예에서, 전류 컨트롤러(4)는 프로그램가능한 DSP, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 여하한의 디지털 컨트롤러로 구현되며 전체 모션 컨트롤러의 부분을 형성한다. 또한, 전류 컨트롤러(4)는 개별 소자(discrete component)로 구성될 수 있다.
또한, 피드포워드 전압(Uff)은 모션 컨트롤러에 의하여 계산되고 믹서(8)에 의하여 증폭기(6)의 출력에 더해진다. 그 후, 결과적으로 생성된 전압은 액츄에이터(10)에 인가된다. 이 프로세스는 Is가 필요한 이동에 따라 변동하므로 계속 반복된다.
이 실시예에서 계산된 피드포워드 전압(Uff)은 3개의 개별 구성요소: 속도(vff), 가속도(aff) 및 저크(jff)(저크는 가속도의 도함수임)를 포함한다. 피드포워드 구성요소의 계산을 도시한 플로우 차트가 도 3에 주어져 있다.
피드포워드 전압을 계산하려면 몇개의 변수들을 알아야 한다. 설정점 발생기는 필요한 속도, 가속도 및 저크를 제공한다. 추가로, 이동 질량 및 4개의 액츄에이터 특성(역기전력, 저항, 자기-유도 계수 및 모터 상수의 역수)은 모션 컨트롤러내에 저장된다. 이들 저장된 값들은, 사용시에 시스템의 작동이 모니터링되거나 주기적으로 캘리브레이션된다면 동적으로 업데이트될 수 있다.
필요한 값들은 요구되는 이동 및 허용되는 최대값에 따라 설정점 발생기에 의하여 결정된다. 작동시에, 손상 등등의 위험을 회피하기 위해 초과될 수 없는 최대 가속도 또는 속도가 존재할 가능성이 있다. 이들 최대값은 상기 시스템의 응답을 제한하는 제약인자를 형성한다. 예를 들어, 가속도의 최대값은 주어진 속도가 얼마나 빨리 달성될 수 있는지에 관한 한계점을 부과할 것이다.
속도 피드포워드(vff)(곱셈기(14)로 예시됨)는 액츄에이터 역기전력과 필요 한 속도를 모두 곱합으로써 계산된다.
가속도 피드포워드(aff)(곱셈기(16)로 예시됨)는 필요한 가속도, 액츄에이터 저항, 이동질량 및 액츄에이터 모터 상수의 역을 모두 곱합으로써 계산된다.
저크 피드포워드(jff)(곱셈기(18)로 예시됨)는 필요한 저크, 이동질량, 액츄에이터 위상 자기 유도 계수 및 액츄에이터 모터 상수의 역을 모두 곱함으로써 계산된다.
이들 3개의 피드포워드 구성요소가 더해져(덧셈기(20)로 예시됨), 최종 피드포워드 값(Uff)을 제공한다. Uff는 도 2에서 덧셈기(8)에 의하여 증폭기(6)의 출력에 더해진다.
이제, 이들 피드포워드 값들의 도함수가 설명된다. 액츄에이터내의 코일에 걸린 전압은 3개의 구성요소를 포함한다:
Figure 112004019720175-pat00001
여기서 U는 코일 전압이고, I는 액츄에이터 전류, R은 저항, L은 액츄에이터의 자기 유도, t는 시간, Bemf 는 역기전력 및 V는 속도이다. 3개의 구성요소의 각각은 속도, 가속도 및 저크의 필요한 값을 상기 시스템의 기계적 및 전기적 특성과 함께 이용하여 계산될 수 있다. 속도에 기여한 구성요소(vff )는 다음과 같이 간단히 할 수 있다:
Figure 112004019720175-pat00002
가속도에 기여한 구성요소(a ff )는 다음과 같이 계산된다:
Figure 112004019720175-pat00003
Figure 112004019720175-pat00004
여기서, F는 힘이고, K는 모터 상수, m은 이동시스템의 질량, a는 필요한 가속이다. 저크에 기여한 구성요소(j ff )는 다음과 같이 계산된다:
Figure 112004019720175-pat00005
Figure 112004019720175-pat00006
여기서, J d 는 필요한 저크이다. 이들 수학식은, 액츄에이터가 페이로드에 직접 커플링된다는 것을 가정한다. 기어비가 액츄에이터와 페이로드 사이에 사용되는 경우, 이동질량, 필요한 속도, 필요한 가속도 및 필요한 저크의 값들은 적절히 수정될 필요가 있을 것이다.
전압 피드포워드 값을 사용하면 추가 비용을 거의 들이지 않고도 시스템의 응답 및 정확성을 개선시킨다. 피드포워드 값의 계산은 비교적 간단하며 용이하게 이용가능한 데이터를 사용하므로, 복잡성을 거의 증가시키지 않고 컨트롤러가 개선될 수 있다. 이제, 응답에 관한 제한인자는 피드포워드 값에 의하여 결정되며 전류 제어 루프의 대역폭이 아니다. 이는 위상차를 적게 하면서 보다 빠른 응답을 유도한다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예가 도 4에 예시된다. 이 실시예의 구성은 하기에 서술되는 것을 제외하고 제1실시예와 동일하다.
이 실시예에서, 제1실시예의 단상 액츄에이터는 다상 액츄에이터(11), 예를 들어 3-위상 모터로 대체된다. 액츄에이터(11)의 각각의 위상은 도 6에 예시된 바와 같은 대응하는 제어시스템을 가진다. 각각의 제어시스템은 제1실시예에 전류 정류자(3) 및 전압 정류자(7)를 추가한 것과 동일하다. 전류 정류자(3)는 전류 설정점(Is) 및 위치 종속 정류 위상 정보(position dependent commutation phase information; φ)의 입력을 가진다. 전압 정류자(7)는 전압 피드포워드(Uff) 및 위치 종속 정류 위상 정보(φ)를 가진다. 상기 종속 정류 위상 정보(φ)는, (위치에 종속하는) 코일이 겪는 자기 위상(magnetic phase)을 나타낸다.
전류 설정점 및 전압 피드포워드 값은 상술된 제1실시예에서와 동일한 방식으로 계산된다. 하지만, 이는 요구되는 증폭의 출력만을 제공할 뿐, 위상을 고려하 지 않는다. 전류 정류자(3)는 위치 종속 정류 위상 정보(φ)를 이용하여 모션 컨트롤러로부터 그 위상에 대한 올바른 값으로 전류 설정점(Is)을 변환시킨다. 전압 정류자(7)의 작동은 위상에 대한 전압 피드포워드를 계산하는 것과 유사하다. 하지만, 이 계산은, 전압 피드포워드내의 모든 구성요소들이 코일이 겪는 자기 위상에 따라 변동하지 않을 것이므로 모든 구성요소들이 정류(commutate)될 필요가 없음을 고려하여야만 한다.
그러므로, 임의의 수의 위상을 갖는 다상 액츄에이터로 피드포워드 제어를 사용할 수 있다. 제1실시예의 단상 상황보다는 아주 조금 복잡성이 증가되어야 한다. 더욱이, 전류 설정점 및 전압 피드포워드의 각각의 계산은 한번만 행해져야 하며, 그것을 각각의 위상에 반복할 필요는 없다.
이상 본 발명의 특정 실시예에 대하여 서술하였지만 본 발명이 서술된 바와 다르게 실시될 수도 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하지 않는다. 특히, 전류 설정점에 관한 작동이 서술되었으나, 상기 실시예는 전압 설정점을 이용하는 작동에 적응될 수 있다. 또한, 상기 실시예들은 용량성(압전) 증폭기와 함께 사용하기 위해서 적응될 수 있다.
3개의 피드포워드 구성요소의 사용이 서술되었지만, 당업자라면 각각의 개별 용도의 요건에 따라 그 이상의 또는 그 이하의 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 저크보다 높은 위치의 도함수, 예를 들어 저크의 도함수(D-저크)가 포함될 수 있다.
상기 실시예들은 컨트롤러에 기초한 DSP 또는 마이크로프로세서의 사용을 서술하였지만, 유사한 결과를 갖는 개별 소자로 치환될 수 있다.
본 발명에 따르면, 속력 및 정확성을 개선시킨 이동제어시스템, 리소그래피장치, 디바이스 제조방법 및 그 제조된 디바이스가 제공된다.

Claims (12)

  1. 위치설정수단용 제어시스템에 있어서,
    - 상기 위치설정수단의 필요한 위치 및 그 도함수 중 하나 이상에 따라 상기 위치설정수단에 공급하기 위한 필요한 전류 또는 전압을 계산하는 설정점 발생기;
    - 상기 필요한 전류 또는 전압에 따라 상기 위치설정수단에 공급될 신호를 출력하는 컨트롤러; 및
    - 전류 또는 전압의 현재 값을 측정하는 하나 이상의 센서를 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 그 입력으로서 상기 필요한 전류 또는 전압과 상기 측정된 전류 또는 전압 사이의 오차를 가지도록 피드백 루프내에 연결되며,
    - 상기 위치설정수단에 공급되기 이전에 상기 컨트롤러의 출력에 1 이상의 피드포워드 값을 더하는 덧셈수단; 및
    - 상기 위치설정수단의 기계적 및 전기적 특성을 이용하고, 상기 위치설정수단의 상기 필요한 위치 및 그 도함수 중 하나 이상을 이용하여 상기 피드포워드 값을 계산하는 계산수단을 특징으로 하는 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 역기전력 및 상기 위치설정수단의 필요한 속도를 이용하여 속도 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 상기 역기전력과 상기 위치설정수단의 상기 필요한 속도를 서로 곱하여 상기 속도 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 모터 상수의 역수, 상기 위치설정수단의 전기 저항, 상기 위치설정수단의 유효 이동질량 및 가속도를 이용하여 가속도 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 상기 모터 상수의 상기 역수, 상기 위치설정수단의 상기 전기 저항, 상기 위치설정수단의 상기 유효 이동 질량 및 상기 필요한 가속도를 모두 곱하여 상기 가속도 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 모터 상수의 역수, 상기 위치설정수단의 상기 유효 이동 질량, 자기 유도 계수 및 상기 위치설정수단의 필요한 저크를 이용하여 저크 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 위치설정수단의 상기 모터 상수의 상기 역수, 상기 위치설정수단의 상기 유효 이동 질량, 상기 자기 유도 및 상기 위치설정수단의 상기 필요한 저크를 모두 곱하여 상기 저크 피드포워드 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치설정수단은 다중 위상 액츄에이터이고 상기 필요한 전류 또는 전압의 값 및 상기 피드포워드 값을 조정하는 각각의 위상에 정류자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  9. - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
    - 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 유지하는 기판테이블;
    - 상기 기판테이블을 이동시키는 제1위치설정수단;
    - 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 제어시스템이 상기 제1위치설정수단을 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  10. - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
    - 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 유지하는 기판테이블;
    - 상기 기판테이블을 이동시키는 제1위치설정수단;
    - 상기 지지구조체를 이동시키는 제2위치설정수단; 및
    - 상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 제어시스템이 상기 제1위치설정수단 및 상기 제2위치설정수단을 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  11. 위치설정수단을 위한 제어방법에 있어서,
    - 상기 위치설정수단의 필요한 위치 및 그 도함수 중 하나 이상에 따라 상기 위치설정수단에 공급하기 위한 필요한 전류 또는 전압을 계산하는 단계;
    - 오차값을 계산하도록 상기 필요한 전류 또는 전압으로부터 측정된 전류 또는 전압을 감산하는 단계; 및
    - 상기 위치설정수단에의 신호 입력을 출력하는 컨트롤러에 상기 오차값을 입력하는 단계를 포함하고,
    - 상기 위치설정수단의 기계적 및 전기적 특성을 이용하고, 상기 위치설정수단의 필요한 위치 및 그 도함수 중 하나 이상을 이용하여 피드포워드 값을 계산하는 단계; 및
    - 상기 위치설정수단에의 상기 신호 입력에 상기 피드포워드 값을 추가하는 단계를 특징으로 하는 제어방법.
  12. - 부분적으로 또는 전체적으로 방사선감응재층으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
    - 방사선시스템을 이용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    - 패터닝수단을 이용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
    - 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,
    상기 패터닝수단 및 상기 기판의 이동 중 하나 이상은 제11항과 같은 제어방법을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
KR1020040032958A 2003-05-13 2004-05-11 제어시스템, 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법 및 그제조된 디바이스 KR100729244B1 (ko)

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