KR101576071B1 - 간섭 노광 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

간섭 노광 장치는 노광용 광빔을 제공하기 위한 광원(100), 상기 광원으로부터 출력되는 상기 노광용 광빔을 균질화하고 조준하기 위한 광 균질기/조준기(200), 상기 노광용 광빔을 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들로 변환하기 위한 적어도 두 개의 그레이팅들(303)을 구비하는 간섭부(300), 상기 간섭부는 상기 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들을 기판 표면에 수렴시켜 간섭 노광 패턴을 형성하기 위해 수직 방향으로 이동가능하며, 상기 두 개의 그레이팅들(303) 각각은 원하는 노광 패턴의 주기에 해당하는 주기를 가지고 상기 원하는 노광 패턴의 분포 특성에 따라 분포되며, 상기 기판을 지지하고 적어도 자유도 3으로 상기 기판을 이동시키기 위한 구동 및 지지 수단(406), 및 상기 기판을 노광하기 전에 측정 부재(500)의 측정 결과를 바탕으로 상기 구동 및 지지 수단(406)의 노광 위치를 조정하기 위해 상기 간섭부(300)의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단(406)의 좌표계간의 각도를 측정하기 위한 상기 측정 부재(500)을 포함한다.

Description

간섭 노광 장치 및 방법{AN INTERFERENCE EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 집적회로 제조 장비의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토리소그래피 장치 및 리소그래피 노광 방법에 관한 것이다.
간섭 리소그래피 기술은 간섭장에서 광 강도 분포를 소정 광빔 조합을 사용하여 변조하기 위해 빛의 간섭 및 굴절 특성을 이용한다. 상기 광 강도 분포를 광 감지 물질에 기록하여 리소그래피 패턴을 형성할 수 있다.
고 해상도(노광 파장의 1/4로 상대적으로 용이하게 확장가능한) 및 큰 초점 심도(광원의 코히러런스 길이(coherence length)에 거의 근접하는)라는 장점으로 인해, 간섭 리소그래피 기술은 수십 나노미터에서 수 마이크로미터 규격의 주기적 패턴 형성에 이용될 수 있다.
현재, 긴 그레이팅(gratings), 패턴이 형성된 사파이어 기판, 광결정, 태양광 집열기, 전계 방출 디스플레이 등과 같은 주기적 패턴을 이용하는 장치는 2x6인치 크기의 기판에 고밀도로 균등 분포된 1차원 혹은 2차원의 주기적 패턴 어레이를 필요로 한다. 주요 기술적 문제는 상대적으로 큰 면적의 기판에 특징 패턴들을 균일하게(즉, 높은 스티칭 정확도(stitching accuracy)로) 분포시키는데 있다.
종래 해결 방법 중 하나는 미국 특허 제 6285817호에 개시되어 있다. 상기 발명은 다수의 상호 간섭 광빔을 이용한 구면파 기반의 간섭 리소그래피 방법으로서, 타겟 기판으로부터 말단에 위치한 몇 개의 점 광원에서 구면파를 생성하고 이들 구면파는 간섭 패턴이 형성된 기판에 도포된 포토레지스트로 전파되어 포토레지스트의 넓은 영역에 걸쳐 수렴된다. 그러나, 구면파의 특징인 파면 왜곡(wave-front distortion)으로 인해 기판 중심 주위의 특징 분포와 기판 주변의 특징 분포가 일치하지 않는다.
상기 종래 해결 방법 중 다른 하나는 미국 특허 제 7561252호에 개시된 "스캔빔 간섭 리소그래피(SBIL)" 방법으로서, 도플러 기록 방법으로도 불린다. 상기 방법은 100nm 만큼 작은 라인 폭과 12인치 크기의 기판상에 매우 균일한 특징 분포를 이루는 긴 그레이팅을 제조할 수는 있으나, 과도한 복잡성으로 인해 2차원 특징 패턴 형성에는 사용할 수 없다.
상기 종래 해결 방법 중 또 다른 하나는 미국 특허 제 6882477호 및 Proc. SPIE 5377에 "탤봇(Talbot) 프리즘 간섭계를 이용한 193nm 액침 리소그래피"로 개시된 기술이다. 상기 기술은 파면 왜곡이 구면파보다 훨씬 적은 평면파를 이용하는 간섭 리소그래피 방법이다. 그러나 이 방법을 넓은 노광 필드(exposure field)에 응용할 경우, 다양한 광 부재와 환경 미디어에 의해 발생하는 위상 수차(phase aberrations)가 노광 패턴의 균일성에 영향을 미치게 된다. 이 문제는 노광 필드를 축소하고 기판을 노광 필드별로 노광하면 완화될 수 있겠으나 다른 문제가 야기된다. 즉, 간섭 노광 패턴의 배열(orientation)이 웨이퍼 스테이지 이동 방향과 달라져 코히어런트 간섭 광빔과 웨이퍼 스테이지의 이동 방향간에 각도 α만큼 차이가 생긴다 (도 1참조). 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 노광 필드 전체적으로 스티칭 에러가 발생할 수 있다.
상기와 같이, 광빔 간섭에 기반한 리소그래피 기술이 다수 있으나 넓은 면적에 마이크로미터 또는 나노미터 규모의 주기적 특징점들을 필요로하는 주요 애플리케이션에 사용하기에는 한계가 있다.
종래 방법의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 넓은 영역에 걸쳐 고도로 균일하게 패턴 스티칭을 실시할 수 있고 매우 다양한 주기적 패턴 디자인 프린팅에 적용될 수 있는 간섭 노광 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따라, 간섭 노광 장치에 있어서,
노광용 광빔을 제공하기 위한 광원;
상기 광원으로부터 출력되는 상기 노광용 광빔을 균질화하고 조준하기 위한 광 균질기/조준기;
상기 노광용 광빔을 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들로 변환하기 위한 적어도 두 개의 그레이팅들을 구비하는 간섭부, 상기 간섭부는 상기 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들을 기판 표면에 수렴시켜 간섭 노광 패턴을 형성하기 위해 수직 방향으로 이동가능하며, 상기 두 개의 그레이팅들 각각은 원하는 노광 패턴의 주기에 해당하는 주기를 가지고 상기 원하는 노광 패턴의 분포 특성에 따라 분포되며;
상기 기판을 지지하고 적어도 자유도 3으로 상기 기판을 이동시키기 위한 구동 및 지지 수단; 및
상기 기판을 노광하기 전에 측정 수단의 측정 결과를 바탕으로 상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 조정하기 위해 상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 각도를 측정하기 위한 상기 측정 수단을 구비함을 특징으로 한다.
상기 간섭부는 세 개의 그레이팅들을 구비할 수 있고, 각각의 그레이팅은 정육각형 모양으로 형성되고 나머지 두 개의 그레이팅들 중 어느 하나의 그레이팅 라인에 대해 120도 기울어진 그레이팅 라인을 가질 수 있으며, 상기 기판에 형성된 상기 간섭 노광 패턴은 정육각형에 밀접하게 배열된 점들의 어레이일 수 있다.
또한, 상기 간섭부는 평행하는 두 개의 직사각형 그레이팅들을 구비하고 각각의 그레이팅은 나머지 하나의 그레이팅의 그레이팅 라인에 대해 평행한 그레이팅 라인을 가지며, 상기 기판에 형성된 상기 간섭 노광 패턴은 밀접하게 배열된 점들의 어레이일 수 있다.
또한, 상기 구동 및 지지 수단은 정렬 표식을 구비할 수 있고, 상기 구동 및 지지 수단과 상기 기판 사이에 배치된 격막을 더 구비할 수 있고, 상기 간섭부는 교체 가능하며, 각 그레이팅은 노광 필드 형태에 해당하는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 간섭 노광 방법은
간섭부와 기판을 구동 및 지지 수단상에 탑재하는 단계;
상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 각도를 측정하는 단계;
상기 측정된 각도 및 노광 필드의 소정 위치에 따라 상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 리셋하는 단계;
상기 구동 및 지지 수단을 상기 리셋된 노광 위치로 이동하는 단계; 및
상기 간섭부에 의해 광원으로부터 출력되는 노광용 광빔을 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들로 변환하고 상기 기판 표면에 상기 코히어런트 광빔들을 수렴하여 노광 필드별로 상기 기판을 노광하는 단계를 구비한다.
상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치
Figure 112014024509717-pct00001
는 하기 식에 의해 계산될 수 있고,
Figure 112014024509717-pct00002
여기서
Figure 112014024509717-pct00003
은 상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 상기 측정된 각도를 나타내고,
Figure 112014024509717-pct00004
는 상기 구동 및 지지 수단의 노광 필드의 소정 위치를 나타낸다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 스테퍼 간섭 노광을 위한 정렬 수단은 간섭부 상부에 배치된 적어도 두 개의 측정 부재들을 포함한다. 상기 간섭부는 적어도 두 개의 식별 표식들을 구비하며, 상기 구동 및 지지 수단은 정렬 표식을 구비하며, 상기 정렬 수단은 이미지 초점거리를 조정하여 간섭부의 상기 적어도 두 개의 식별 표식들과 상기 구동 및 지지 수단의 상기 정렬 표식을 검출한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 기판에 넓은 면적으로 주기적 패턴을 형성하기 위한 간섭 노광 및 정렬 방법에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계 각각의 비직교성과 왜곡뿐만 아니라 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 영점 좌표계간의 변환 관계를 결정하기 위해, 오프라인 보상을 수행하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계에 따른 목표 위치들에 각각 해당하는 기준 위치들로 상기 구동 및 지지 수단을 차례로 이동하고, 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들에서 상기 정렬 표식의 픽셀 위치들을 결정하며, 상기 결정된 픽셀 위치들을 업데이트된 목표 위치들로 간주하는 단계; 상기 간섭부의 제조과정에서 결정된 알려진 변수에 해당하는, 상기 간섭부의 제 1 및 제 2 식별 표식들의 위치를 획득하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들에서 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 위치를 각각 결정하는 단계; 상기 업데이트된 목표 위치들에 대하여 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 상기 결정된 위치들의 오프셋들을 계산하는 단계; 상기 제 1 측정 부재의 좌표계로부터 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계로의 변환인자와 상기 제 2 측정 부재의 좌표계로부터 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계로의 변환인자를 계산하는 단계; 상기 업데이트된 목표 위치들에 대한, 상기 결정된 픽셀 위치들간의 상기 계산된 오프셋들을 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따른 오프셋으로 변환하는 단계; 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따라 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 기준 정렬 위치들을 결정하는 단계; 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따라 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 현재 위치들을 결정하는 단계; 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 대하여 상기 간섭무늬 회전양
Figure 112014024509717-pct00005
을 구하기 위한 정렬 모델을 푸는 단계; 및
Figure 112014024509717-pct00006
에 따라 상기 구동 및 지지 수단의 다음 단계로의 이동을 위한 소정의 목표 위치
Figure 112014024509717-pct00007
를 계산하는 단계를 구비하며, 여기서
Figure 112014024509717-pct00008
가 상기 구동 및 지지 수단에 대한 원래의 소정 위치를 나타낸다.
본 발명에 따른 간섭 노광 장치 및 방법은 상기 측정 수단을 이용하여 간섭 패턴과 구동 및 지지 수단간의 각도 편차를 측정하고 상기 각도 편차에 따라 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 변경함으로써, 넓은 영역에 걸쳐 고도로 균일한 패턴 스티칭을 할 수 있는 이점이 있다. 또한 상기 간섭부를 교체가능하기 때문에, 본 발명에 따른 간섭 노광 장치 및 방법은 매우 다양한 주기적 패턴 디자인에 적용 가능하다.
본 발명의 특징과 장점에 대한 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따라 코히어런트 광빔의 방향과 구동 및 지지 수단의 이동방향간의 불일치가 발생하는 시나리오를 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따라 넓은 면적에 주기적 패턴을 형성하는 과정에서 발생하는 스티칭 에러를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 간섭 노광 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 간섭 노광 장치에 구비된 간섭부를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 상기 간섭부에서 출력되는 코히어런트 광빔들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 노광 패턴을 도시한다.
도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따른 노광 필드들의 스티칭을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 간섭 노광 장치에 구비된 구성요소들의 다양한 좌표계에 대한 정의를 그래프로 도시한다.
도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따른 간섭 노광 장치에 구비된 간섭부를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 노광 패턴을 도시한다.
예시적인 실시예들 및 이와 관련된 도면을 바탕으로 본 발명을 아래에 상세하게 설명한다.
본 발명은 넓은 면적에 주기적인 패턴을 형성하기에 적합한 간섭 노광 장치에 관한 것이다. 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 간섭 노광 장치는 노광용 광빔을 출력하는 광원100, 상기 광원100으로부터 출력되는 광빔을 균질화하거나 조준하는 광 균질기/조준기(homogenizer/collimator)200, 및 코히어런트 광원들을 적어도 두 개의 코히러런트 경로(또는 코히어런트 광빔들)로 분리하기 위한 간섭부300를 구비한다. 상기 간섭부300에서 출력되는 코히어런트 광빔들은 기판(미도시)에 수렴된 후 측정 부재들500에 입사된다. 상기 간섭 노광 장치는 상기 기판을 지지하고 적어도 자유도3으로 상기 기판을 이동시킬 수 있는 구동 및 지지 수단406을 더 구비한다. 상기 간섭부300는 적어도 두 개의 블레이즈드 그레이팅(blazed gratings)으로 구성된다. 상기 간섭부300의 그레이팅들의 배열과 상기 구동 및 지지 수단406간의 각도가 0이 아니면, 기판에 형성되는 노광 패턴에 스티칭 에러가 일어날 것이다. 이 경우, 상기 0이 아닌 각도는 상기 측정 부재들 500에서 측정할 수 있으며, 스티칭 에러를 제거하기 위해 상기 구동 및 지지 수단 406의 위치를 보상할 수 있다.
도 3을 계속 참조하여 본 발명에 따라 스티칭 에러 없이 넓은 면적에 주기적 패턴을 형성하기 위한 간섭 노광 장치와 이의 동작 방법을 하기에서 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 간섭 노광 장치는 레이저 장치, 즉 가우시안 빔을 상기 빔 균질기/조준기200로 출력하는 광원100을 구비한다. 상기 가우시안 빔은 상기 빔 균질기/조준기200에 의해 간섭부의 그레이팅 영역을 커버할 정도로 충분히 큰 직경을 가진 균일한 빔으로 조준된다. 상기 빔 균질기/조준기200는 널리 알려진 첨단 장치임을 당업자라면 잘 알고 있을 것이므로 여기서 더 이상 상세히 설명하지 않는다.
상기 레이저빔은 상기 빔 균질기/조준기200에 의해 조준되어 출력된 후, 반사경201에 의해 굴절되어 상기 간섭부300에 입사된다. 본 발명에서, 상기 간섭부300는 코히어런트 레이저빔들을 코히어런트 경로들301로 분리하고 상기 코히어런트 경로들301을 소정 공간 각도로 수렴시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 불투명 영역302를 형성하기 위해 상기 간섭부300는 크롬도금 마감처리된다. 또한, 상기 실시예에서 상기 간섭부300는 세 개의 1차원 블레이즈드 그레이팅303으로 구성되며 각 블레이즈드 그레이팅303은 나머지 두 개의 블레이즈드 그레이팅303에 대해 120도 각도로 기울어진 그레이팅 라인들과, 식별 표식의 역할을 하는 적어도 두 개의 십자 표식304을 포함한다.
레이저빔이 간섭부의 블레이즈드 그레이팅 영역에 입사되어 굴절된 후, +1차 성분은 강화되고 다른 차수의 부차 성분들은 억제되어 세 개의 코히어런트 경로301(두개만 도시됨)을 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 코히어런트 경로301는 상기 구동 및 지지 수단406상에 구비된 상기 기판에 코팅된 포토레지스트에 +1차 성분의 각도 θ로 수렴된다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 세 개의 코히어런트 광빔이 수렴된 영역에 균일하고 밀접하게 배치된 점들이 형성된다.
하기 수학식 (1)에서 알 수 있듯이, 밀접하게 배치된 모든 두 개의 인접 점들간의 거리 p 는 상기 각도 θ와 노광 파장 λ에 의해 결정된다.
Figure 112014024509717-pct00009
(1)
본 실시예에서, 상기 간섭부는 교체 가능하므로 상기 거리 p는 원하는 그레이팅을 구비한 다른 간섭부를 사용하여 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 간섭부는 투영 리소그래피 장치에 사용되는 레티클(reticle)과 같은 기능을 하기 때문에, 자동 이동 기구를 이용하여 서로 다른 간섭부들을 지지 플랫폼409에 탑재할 수 있다.
상기 밀접하게 배치된 점들의 직경은 상기 직경, 포토레지스트의 특성, 및 기판상의 광원의 조도와 같은 변수들과 관련된 노광 시간에 의해 결정된다.
또한, 노광 필드의 면적은 간섭부300에 새겨진 블레이즈드 그레이팅들의 총 면적에 따라 결정된다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에서, 세 개의 그레이팅 각각은 정육각형 형태로 형성된다. 따라서, 노광 필드의 면적은 블레이즈드 그레이팅들의 총 면적과 정확히 동일하므로 노광 필드의 크기를 조절할 수 있다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 정육각형 모양으로 인해 스티칭 에러가 없는 노광 패턴을 형성할 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에서, 상기에 설명한 바와 같이 그레이팅들의 굴절 각도 θ는 밀접하게 배치된 점들간의 거리 p의 결정인자이므로, 다른 거리 p를 가지는 밀접한 간격의 점들을 형성하려면, 각도 θ를 변경해야 할 것이다. 각도 θ를 변경하려면, 코히어런트 광 빔들의 간섭 영역의 수직 깊이를 변화시켜야 한다. 간섭 영역에서 간섭부까지의 높이 h와 각도 θ간의 관계를 설명하는 하기 수학식 (2)는 몇몇 간단한 기하학적 계산을 통해 획득할 수 있다.
Figure 112014024509717-pct00010
(2)
수학식 (2)에서, d는 간섭부의 임의의 두 개의 블레이즈드 그레이팅들의 중심간 거리를 나타낸다.
상기에 설명한 바와 같이, 기판(미도시)은 상기 구동 및 지지수단406 (즉 웨이퍼 스테이지)상에 구비되고 상기 구동 및 지지수단406은 적어도 자유도3으로 상기 기판을 이동시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 최상의 효과를 획득하기 위해, 상기 구동 및 지지수단406을 공기 부상 시스템405 상에 탑재하여 외적인 방해를 방지할 수 있다. 또한, 기판, 구동 및 지지수단406, 그리고 공기 부상 시스템405 전부를 간섭 노광장치에 대한 외부 진동의 영향을 최소화하기 위해 설계된 에어 마운트들 407 상에 지지된 메인 프레임410내에 배치할 수 있다. 또한, 앞서 언급한 측정 부재들500과 간섭 노광 장치의 다른 구성요소들 모두 상기 메인 프레임410에 의해 형성된 공간내에 배치할 수 있다.
코히어런트 빔들의 간섭 영역이 항상 기판의 포토레지스트-코팅 표면에 형성되도록 지지 플랫폼409의 1차원 수직 이동을 가능케하는 두 개의 1차원 선형 레일401을 상기 메인 프레임410의 양측에 구비한다.
또한, 그레이팅들에서 굴절된 잔류 0차 광과 다른 원하지 않는 미광(stray light)이 간섭 영역으로 진입하는 것을 방지하기 위해, 기판의 포토레지스트-코팅면 상부에 격막404을 배치할 수 있다.
실제 동작시, 메인 프레임410상에 유동적으로 지지된 구동 및 지지 수단406은 메인 프레임410에 굳게 고정된 레이저 간섭계403에 의해 서보-제어 되어, 상기 기판을 단계적으로 수평 이동시킨다. 상기 구동 및 지지 수단406이 소정 위치로 이동하여 그 위치에 굳게 자리를 잡으면, 레이저 셔터101가 활성화되었다가 소정 시간이 지나 다시 비활성화됨으로써 상기 소정 위치와 관련된 노광 필드를 노광한다. 이후, 다른 노광 필드를 노광하기 위해, 상기 구동 및 지지 수단406이 다른 소정 위치로 이동한다.
상기 단계적 노광 과정 중, 도 1에 도시된 바와 같이, 간섭부300상의 그레이팅들의 배열과 상기 구동 및 지지 수단406의 이동 방향간에 각도 α가 존재하면, 관련 간섭 패턴의 평면과 상기 구동 및 지지 수단406의 이동 방향간의 각도 역시 α가 된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 전체에 인쇄된 노광 패턴들에 스티칭 에러가 발생한다.
본 실시예에서는 조절 가능한 초점거리를 가진 전하 결합 소자(CCD) 카메라(즉, 측정 부재) 500를 메인 프레임410의 좌우 양측에 탑재하고, 상기 간섭부300는 좌우 CCD카메라에 의해 식별되는 두 개의 십자 표식304을 포함하도록 형성된다. 또한, 상기 구동 및 지지 수단406은 두 개의 CCD 카메라500에 의해 식별될 수 있는 정렬 표식408을 구비하도록 구성된다. 이와 같은 배치로 인해, CCD 카메라들500이 간섭부300의 두 십자 표식304과 구동 및 지지 수단406의 정렬 표식408을 식별하는 과정에서 각도 α를 측정하고 구동 및 지지 수단406의 상기 소정 위치를 변경함으로써 각도 α를 실시간으로 보상할 수 있다. 이 과정을 아래에서 보다 더 상세하게 설명할 것이다.
상기 과정을 명료하고 일관성 있게 이해하도록 상기 과정을 설명하기 전에 몇몇 좌표계를 정의한다. 이들 좌표계의 정의는 도 8과 연관하여 읽을 때 이해가 더 잘 될 수 있으며 다음과 같다.
구동 및 지지 수단(즉, 웨이퍼 스테이지) 좌표계 (하기에서 "WSCS"로 부름): 상기 구동 및 지지 수단의 기하학적 중심을 영점으로 두고 상기 레이저 간섭계의 평면 거울에 X축과 Y축을 정의하는 이차원적 직교 좌표계이다.
구동 및 지지 수단 영점 좌표계 (하기에서 "WZCS"로 부름): WZCS는 상기 구동 및 지지 수단이 영점(0, 0)에 위치할 경우 WSCS와 일치하고, 상기 구동 및 지지 수단의 위치가 WSCS에 따른 WZCS 영점의 벡터로 편리하게 표현될 수 있다. 즉, WSCS와 WZCS간에 간단한 환산 관계가 있으며 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure 112014024509717-pct00011
(3)
간섭부 좌표계(하기에서 "RCS"로 부름): 상기 간섭부의 기하학적 중심을 영점으로 두고 X축과 Y축이 대응되는 간섭부의 기하학적 가장자리에 의해 정의되는 이차원적 직교 좌표계로서, 간섭부를 교체하면 이 좌표계 역시 변경된다.
간섭부 영점 좌표계 (하기에서 "RZCS"로 부름). 이는 간섭부의 평면에 상기 WZCS를 투영한 이차원 직교 좌표계이다.
좌우 카메라(즉, 측정부재) 좌표계 (하기에서 각각 "MVLCS" 및 "MVRCS"로 부름): 각각CCD 측정 시스템에서 영점이 논리적 픽셀 위치 (0, 0)이고 좌표축들이 각 CCD카메라의 해당 이미지 경계에 직교인 2차원 직교 좌표계이다.
또한, 설명의 단순성을 위해 몇몇 위치를 다음과 같이 정의한다.
목표 위치들(Aim Positions)은 십자 표식들이 제대로 정렬될 경우 해당 CCD 카메라 각각에 의해 캡쳐되는 간섭부의 십자 표식들의 이미지의 MVLCS 및 MVRCS 픽셀 위치를 의미한다.
기준 위치들(Reference Positions)은 상기 목표 위치들의 WZCS 환산 위치로서, 고정적이고 각각이 상기 MVLCS 및 MVRCS 목표 위치들 중 하나에 해당한다.
현재 위치들(Current Positions)이란 간섭부의 십자 표식들과 구동 및 지지 수단의 정렬 표식에 대해 좌우 CCD 카메라가 검출한 MVLCS 및 MVRCS 픽셀 위치들을 말한다.
또한 여기서 사용되는 용어, "각도 α"는 상기 과정에 의해 결정되는 RCS 와 WZCS간의 각도를 이른다.
상기 과정은 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 1: 다음 관계들을 결정하기 위해 오프라인 보정을 수행한다.
MVLCS 와 MVRCS 각각과 WZCS간의 변환 관계, 즉 좌 또는 우 CCD 카메라의 픽셀 위치를 어떻게 WZCS 위치 좌표로 변환할 것인가를 결정하는 관계:
MVLCS 와 MVRCS 각각과 RZCS간의 변환 관계, 즉 좌 또는 우 CCD 카메라의 픽셀 위치를 어떻게 RZCS 위치 좌표로 변환할 것인가를 결정하는 관계: 및
MVLCS 와 MVRCS 의 비 직교성과 왜곡.
단계 2: 목표 위치를 리셋한다. 이 단계는 좌우 CCD 카메라들에서 정렬 표식408의 픽셀 위치들을 구하기 위해 MVLCS 및 MVRCS로 상기 목표 위치에 각각 해당하는 기준 위치로 상기 구동 및 지지 수단406을 이동하여 배치하는 과정과 상기에서 구한 두 개의 픽셀 위치를 업데이트된 목표 위치로 간주하는 과정을 포함한다.
Figure 112014024509717-pct00012
:
Figure 112014024509717-pct00013
,
Figure 112014024509717-pct00014
:
Figure 112014024509717-pct00015
.
단계 3: 간섭부300상의 좌우 십자 표식들304의 RCS 위치를 구한다. 이때 상기 RCS 위치는 간섭부300의 제조 과정에서 충분한 정확도로 결정된다.
Figure 112014024509717-pct00016
:
Figure 112014024509717-pct00017
,
Figure 112014024509717-pct00018
:
Figure 112014024509717-pct00019
.
단계 4: 좌우 CCD카메라에서 각각 상기 십자 표식들304의 현재 MVLCS 및 MVRCS 픽셀 위치를 결정한다.
Figure 112014024509717-pct00020
:
Figure 112014024509717-pct00021
,
Figure 112014024509717-pct00022
:
Figure 112014024509717-pct00023
.
단계 5: 하기 식에 따라, 업데이트된 목표 위치에 대한 현 위치의 오프셋을 계산한다:
Figure 112014024509717-pct00024
,
Figure 112014024509717-pct00025
.
단계 6: MVLCS에서WZCS로의 변환 인자
Figure 112014024509717-pct00026
및 MVRCS에서 WZCS로의 변환 인자
Figure 112014024509717-pct00027
를 계산한다.
단계 7: 하기 식에 따라 단계 5에서 획득한 MVLCS 및 MVRCS 오프셋들을 WZCS 오프셋들로 변환한다.
Figure 112014024509717-pct00028
,
Figure 112014024509717-pct00029
.
단계 8: 십자 표식들304의 기준 정렬 위치들을 WZCS:
Figure 112014024509717-pct00030
및
Figure 112014024509717-pct00031
로 계산한다.
단계 9: 하기 식에 따라 좌우 십자 표식들304의 WZCS 위치
Figure 112014024509717-pct00032
및
Figure 112014024509717-pct00033
를 다음 식에 따라 계산한다.
Figure 112014024509717-pct00034
,
Figure 112014024509717-pct00035
.
단계10: 십자 표식들304의 WZCS 위치가 하기 동시 식(3)을 만족하면, 십자 표식들304의 측정 및 변환 결과에 따라 동시 식(3)을 풀어 수학식 (4)에 따라
Figure 112014024509717-pct00036
를 계산한다.
Figure 112014024509717-pct00037
(3)
여기서 Mr은 십자 표식들의 현재 배율을 나타내고,
Figure 112014024509717-pct00038
는 RCS 와 WSCS간의 각도 α를 나타내며, 그리고
Figure 112014024509717-pct00039
및
Figure 112014024509717-pct00040
은 상기 두 좌표계간의 상대적인 환산을 나타낸다.
Figure 112014024509717-pct00041
(4)
여기서,
Figure 112014024509717-pct00042
,
Figure 112014024509717-pct00043
,
Figure 112014024509717-pct00044
,
Figure 112014024509717-pct00045
,
Figure 112014024509717-pct00046
,
Figure 112014024509717-pct00047
.
단계 11: 하기 식에 따라 상기 구동 및 지지 수단406의 업데이트된 소정 위치
Figure 112014024509717-pct00048
를 계산한다.
Figure 112014024509717-pct00049
(5)
여기서,
Figure 112014024509717-pct00050
는 상기 구동 및 지지 수단406의 소정 원위치이다.
이런 단계들을 통해, 넓은 면적의 기판에 고도의 스티칭 정확도로 패턴을 형성할 수 있다.
또한 본 발명은 간섭부300의 패턴 디자인에서 제 1 실시예와 다른 제 2 실시예를 제공한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2실시예에 따른 간섭부300는 두 개의 평행한 1차원 블레이즈드 그레이팅303과 두 개의 검색기-식별 표식들304을 구비한다. 상기 두 개의 1차원 블레이즈드 그레이팅303은 직사각형 모양이며, 이를 통해 도 9의 간섭부300에 입사되는 광빔에서 두 개의 코히어런트 광빔들을 생성해 낼 수 있다. 상기 두 개의 코히어런트 광빔들의 영역에서 도 10에 도시된 바와 같은 간섭 무늬(interference fringes)가 나타난다. 이 경우에 간섭 영역에서 간섭부 평면으로의 높이 H 와 각도 θ는 다음 식으로 표현된다.
Figure 112014024509717-pct00051
(5)
여기에서 d는 상기 두 개의 블레이즈드 그레이팅들간의 거리를 나타낸다. 또한 각도 α는 앞선 설명한 동일 식들을 바탕으로 보상할 수 있다.
본 발명에 따른 간섭 노광 장치 및 방법은 상기 측정 수단을 이용하여 간섭 패턴과 구동 및 지지 수단간의 각도 편차를 측정하고 상기 각도 편차에 따라 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 변경함으로써, 넓은 영역에 걸쳐 고도로 균일한 패턴 스티칭을 할 수 있는 이점이 있다. 또한 상기 간섭부를 교체가능하기 때문에, 본 발명에 따른 간섭 노광 장치 및 방법은 매우 다양한 주기적 패턴 디자인에 적용 가능하다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이에 본 발명의 범위가 한정되지 않는다. 상기 설명에 따른 논리적인 분석, 간섭, 한정적인 실험을 통해 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 생각해 낼 수 있는 모든 다른 실시예도 본 발명의 범위에 해당한다고 간주된다.
100: 광원
200: 광 균질기/조준기
300: 간섭부
401: 선형 레일
403: 간섭계
404: 격막
405: 공기 부상 시스템
406: 구동 및 지지 수단
407: 에어 마운트
408: 정렬 표식
409: 지지 플랫폼
410: 메인 프레임
500: 측정 부재

Claims (11)

  1. 간섭 노광 장치에 있어서,
    노광용 광빔을 제공하기 위한 광원;
    상기 광원으로부터 출력되는 상기 노광용 광빔을 균질화하고 조준하기 위한 광 균질기/조준기;
    상기 노광용 광빔을 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들로 변환하기 위한 적어도 두 개의 그레이팅들을 구비하는 간섭부, 상기 간섭부는 상기 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들을 기판 표면에 수렴시켜 간섭 노광 패턴을 형성하기 위해 수직 방향으로 이동가능하며, 상기 두 개의 그레이팅들 각각은 원하는 노광 패턴의 주기에 해당하는 주기를 가지고 상기 원하는 노광 패턴의 분포 특성에 따라 분포되며;
    상기 기판을 지지하고 적어도 자유도 3으로 상기 기판을 이동시키기 위한 구동 및 지지 수단; 및
    상기 기판을 노광하기 전에 측정 수단의 측정 결과를 바탕으로 상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 조정하기 위해 상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 각도를 측정하기 위한 상기 측정 수단을 구비함을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭부는 세 개의 그레이팅들을 구비하고, 각각의 그레이팅은 정육각형 모양으로 형성되고 나머지 두 개의 그레이팅들 중 어느 하나의 그레이팅 라인에 대해 120도 기울어진 그레이팅 라인을 가지며, 상기 기판에 형성된 상기 간섭 노광 패턴은 정육각형에 밀접하게 배열된 점들의 어레이임을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭부는 평행하는 두 개의 직사각형 그레이팅들을 구비하고 각각의 그레이팅은 나머지 하나의 그레이팅의 그레이팅 라인에 대해 평행한 그레이팅 라인을 가지며, 상기 기판에 형성된 상기 간섭 노광 패턴은 밀접하게 배열된 점들의 어레이임을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 및 지지 수단은 정렬 표식을 구비함을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 상부 표면에 하나의 격막이 더 설치되는,
    간섭 노광 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭부는 교체 가능함을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    각 그레이팅은 노광 필드 형태에 해당하는 형태를 가짐을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  8. 제1 항에 따른 간섭 노광 장치를 이용하는 간섭 노광 방법에 있어서,
    간섭부와 기판을 구동 및 지지 수단상에 탑재하는 단계;
    상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 각도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 각도 및 노광 필드의 소정 위치에 따라 상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치를 리셋하는 단계;
    상기 구동 및 지지 수단을 상기 리셋된 노광 위치로 이동하는 단계; 및
    상기 간섭부에 의해 광원으로부터 출력되는 노광용 광빔을 적어도 두 개의 코히어런트 광빔들로 변환하고 상기 기판 표면에 상기 코히어런트 광빔들을 수렴하여 노광 필드별로 상기 기판을 노광하는 단계를 구비하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 구동 및 지지 수단의 노광 위치
    Figure 112014024509717-pct00052
    는 하기 식에 의해 계산되고,
    Figure 112014024509717-pct00053

    여기서
    Figure 112014024509717-pct00054
    은 상기 간섭부의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 좌표계간의 상기 측정된 각도를 나타내고,
    Figure 112014024509717-pct00055
    는 상기 구동 및 지지 수단의 노광 필드의 소정 위치를 나타냄을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭부 상부에 배치된 적어도 두 개의 측정 부재들을 포함하는 정렬 수단을 더 구비하고, 상기 간섭부는 적어도 두 개의 식별 표식들을 구비하며, 상기 구동 및 지지 수단은 정렬 표식을 구비하며, 상기 정렬 수단은 이미지 초점거리를 조정하여 간섭부의 상기 적어도 두 개의 식별 표식들과 상기 구동 및 지지 수단의 상기 정렬 표식를 검출함을 특징으로 하는,
    간섭 노광 장치.
  11. 제 1 및 제 2 측정 부재들을 포함하는 정렬 수단과 제 1 및 제 2 식별 표식들을 포함하는 간섭부를 구비하는 제 10항에 따른 간섭 노광장치를 이용하여 기판에 넓은 면적으로 주기적 패턴을 형성하기 위한 간섭 노광 및 정렬 방법에 있어서,
    a)상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계 각각의 비직교성과 왜곡뿐만 아니라 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계와 상기 구동 및 지지 수단의 영점 좌표계간의 변환 관계를 결정하기 위해, 오프라인 보상을 수행하는 단계;
    b)상기 제 1 및 제 2 측정 부재들의 좌표계에 따른 목표 위치들에 각각 해당하는 기준 위치들로 상기 구동 및 지지 수단을 차례로 이동하고, 상기 제 1 및 제 2 측정 부재들에서 상기 정렬 표식의 픽셀 위치들을 결정하며, 상기 결정된 픽셀 위치들을 업데이트된 목표 위치들로 간주하는 단계;
    c)상기 간섭부의 제조과정에서 결정된 알려진 변수에 해당하는, 상기 간섭부의 제 1 및 제 2 식별 표식들의 위치를 획득하는 단계;
    d)상기 제 1 및 제 2 측정 부재들에서 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 위치를 각각 결정하는 단계;
    e)상기 업데이트된 목표 위치들에 대하여 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 상기 결정된 위치들의 오프셋들을 계산하는 단계;
    f)상기 제 1 측정 부재의 좌표계로부터 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계로의 변환인자와 상기 제 2 측정 부재의 좌표계로부터 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계로의 변환인자를 계산하는 단계;
    g)상기 업데이트된 목표 위치들에 대한, 상기 결정된 픽셀 위치들간의 상기 계산된 오프셋들을 상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따른 오프셋으로 변환하는 단계;
    h)상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따라 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 기준 정렬 위치들을 결정하는 단계;
    i)상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 따라 상기 제 1 및 제 2 식별 표식들의 현재 위치들을 결정하는 단계;
    j)상기 구동 및 지지 수단의 상기 영점 좌표계에 대하여 상기 간섭부의 회전양
    Figure 112015072929122-pct00056
    을 구하기 위한 정렬 모델을 푸는 단계; 및
    k)
    Figure 112015072929122-pct00057
    에 따라 상기 구동 및 지지 수단의 다음 단계로의 이동을 위한 소정의 목표 위치
    Figure 112015072929122-pct00058
    를 계산하는 단계를 구비하며, 여기서
    Figure 112015072929122-pct00059
    가 상기 구동 및 지지 수단에 대한 원래의 소정 위치임을 특징으로 하는 방법.
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