KR102379328B1

KR102379328B1 - 웨이퍼-기반의 광원 파라미터 제어

Info

Publication number: KR102379328B1
Application number: KR1020217015258A
Authority: KR
Inventors: 에릭 앤더스 메이슨; 오마르 주리타; 그레고리 알렌 레히트슈타이너; 윌라드 얼 콘리
Original assignee: 사이머 엘엘씨
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2022-03-25
Also published as: NL2019678A; CN109844648A; CN114755893A; KR20210060681A; TWI706440B; TW201935523A; WO2018075247A1; KR102256731B1; KR20190055247A; US20180164697A1; US10268123B2; TW201826339A; US20180107123A1; JP2019532334A; JP6853879B2; TWI661468B; US9989866B2; CN109844648B

Abstract

포토리소그래피 방법은, 광학 소스로부터 펄스형 광 빔을 생성하는 단계; 및 펄스형 광 빔으로 기판을 노광하기 위하여 리소그래피 노광 장치의 기판에 걸쳐 펄스형 광 빔을 스캐닝하는 단계로서, 펄스형 광 빔으로 기판의 각 부분 영역을 노광하는 것을 포함하는 단계를 포함한다. 부분 영역은 기판의 총 면적의 일부이다. 기판의 각 부분 영역에 대하여, 기판의 부분 영역에 연관된 리소그래피 성능 파라미터가 수신되고; 수신된 리소그래피 성능 파라미터가 분석되며, 그리고, 분석을 기초로, 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징은 수정되고 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징은 유지된다.

Description

웨이퍼-기반의 광원 파라미터 제어{WAFER-BASED LIGHT SOURCE PARAMETER CONTROL}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016년 10월 17일에 출원된 미국 출원 번호 제15/295,280호에 관련되며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

개시되는 주제는 웨이퍼를 스캐닝하는 동안 웨이퍼를 향해 지향되는 펄스형 광 빔의 스펙트럼 특징을 조절함으로써 리소그래피 성능 파라미터에서의 변이를 보상하는 장치에 관한 것이다.

반도체 리소그래피 (또는 포토리소그래피)에서, 집적회로(IC)의 제작에는 (웨이퍼라고도 불리는) 반도체 (예컨대, 실리콘) 기판 상에서 수행되는 다양한 물리적 및 화학적 프로세스를 필요로 한다. 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너는 기판의 목표하는 부분 상에 원하는 패턴을 부여하는 기기이다. 웨이퍼는 스테이지에 고정되어, 스캐너의 직교하는 X_L 및 Y_L방향에 의하여 정의되는 평면을 따라 웨이퍼가 연장되도록 한다. 웨이퍼는, 심자외선 (DUV) 범위의 파장을 가지는, 광 빔에 의해 조사된다. 광 빔은 축선 방향으로 진행하는데, 이는 스캐너의 Z_L방향과 일치한다. 스캐너의 Z_L 방향은 측면의 X_L-Y_L 평면에 직교한다. 광 빔은 빔 전달 유닛을 통과하여, 레티클(또는 마스크)를 통해 필터링되며, 그리고 준비된 웨이퍼 상에 투영된다. 이러한 방식으로, 칩 설계가 포토레지스트 상에 패터닝되고, 이후 에칭되고 클리닝되며, 그리고 이 공정이 반복된다.

일부 일반적인 양태에서, 포토리소그래피 장치는, 펄스형 광 빔을 생성하도록 구성되는 광학 소스; 상기 펄스형 광 빔과 광학적으로 상호작용 하는 스펙트럼 특징 선택 시스템; 리소그래피 장치에 위치된 기판에 걸쳐 상기 펄스형 광 빔을 스캔하도록 구성되는 스캐닝 광학 시스템; 상기 기판의 총 면적 중 일부인 각 부분 영역에서 하나 이상의 리소그래피 성능 파라미터를 결정하도록 구성되는 계측 장치; 및 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템, 상기 광학 소스, 및 상기 계측 장치에 연결된 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은, 각 기판 부분 영역에서, 상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 수신하고; 상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하며; 및 상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터의 분석을 기초로: 제1 신호를 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 전송함으로써 상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하고; 및 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징이 수정되는 동안 제2 신호를 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 전송함으로써 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징을 유지하도록 구성된다.

구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판의 각 부분 영역은 상기 기판의 노광 필드일 수 있고, 또는 각 부분 영역은 상기 광 빔의 단일 펄스에 대응될 수 있다.

상기 스펙트럼 특징 선택 시스템은 스펙트럼 특징 작동 메커니즘을 포함할 수 있고, 이 스펙트럼 특징 작동 메커니즘은, 상기 스펙트럼 특징 작동 메커니즘의 하나 이상의 요소를 변경하여 이에 따라 상기 펄스형 광 빔과의 상호작용을 변경하도록 구성되는 작동시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은 상기 스펙트럼 특징 작동 메커니즘의 상기 작동 시스템에 연결되어 상기 제1 신호는 상기 스펙트럼 특징 작동 메커니즘의 상기 작동 시스템으로 전송되고, 상기 제2 신호는 상기 스펙트럼 특징 작동 메커니즘의 상기 작동 시스템으로 전송될 수 있다.

상기 리소그래피 성능 파라미터는 상기 기판의 물리적 특성일 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 기판의 각 부분 영역에 대하여 상기 기판의 상기 물리적 특성의 결정값을 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 물리적 특성은 요구되는 위치로부터의 상기 기판의 위치의 평균 오프셋 및 상기 기판의 스테이지 진동 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 기판의 물리적 특성은 상기 기판의 중앙의 부분 영역으로부터 상기 기판의 가장자리의 부분 영역까지 변화하는 상기 기판의 위치일 수 있다.

상기 스펙트럼 특징 선택 시스템은 분산형 광학 요소 및 적어도 3개의 굴절형 광학 요소를 포함하는 빔 확장기를 포함할 수 있다. 상기 펄스형 광 빔은 상기 분산형 광학 요소 및 복수의 상기 굴절형 광학 요소 각각과 상호 작용 한다. 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템은, 복수의 액추에이터를 포함하고, 상기 복수의 액추에이터 각각은 상기 적어도 3개의 굴절형 광학 요소 중 하나가 상기 펄스형 광 빔에 대하여 상대 회전하도록 하는 작동 시스템을 포함할 수 있다. 상기 적어도 3개의 굴절형 광학 요소는, 상기 분산형 광학 요소로부터 가장 먼 제1 굴절형 광학 요소, 상기 제1 굴절형 광학 요소에 인접한 제2 굴절형 광학 요소, 및 상기 제2 굴절형 광학 요소에 인접한 제3 굴절형 광학 요소를 포함할 수 있다. 상기 제1 굴절형 광학 요소는, 제1 회전 축선 주위로 회전하는 제1 회전 스테이지를 포함하고 상기 제1 회전 축선 주위로 상기 제1 굴절형 광학 요소를 회전시키기 위하여 상기 제1 굴절형 광학 요소에 기계적으로 연결된 지역을 포함하는 제1 고속 액추에이터와 연관될 수 있다. 상기 제3 굴절형 광학 요소는, 제2 회전 축선을 중심으로 회전하는 제2 회전 스테이지를 포함하고 상기 제1 회전 축선 주위로 상기 제3 굴절형 광학 요소를 회전시키기 위하여 상기 제3 굴절형 광학 요소에 기계적으로 연결된 지역을 포함하는 제2 고속 액추에이터와 연관될 수 있다.

상기 제1 굴절형 광학 요소의 회전은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 상대적으로 개략적인 방식으로 변화시킬 수 있고, 상기 제3 굴절형 광학 요소의 회전은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 상대적으로 미세한 방식으로 변화시킬 수 있다. 상기 제2 굴절형 광학 요소의 회전은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 상대적으로 미세한 방식으로 변화시킬 수 있다. 상기 빔 확장기는 제4 굴절형 광학 요소를 포함할 수 있고, 상기 제4 굴절형 광학 요소의 회전은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 상대적으로 개략적인 방식으로 변화시킬 수 있다. 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템은 상기 빔 확장기 및 상기 분산형 광학 요소 사이에 반사형 광학 요소를 포함할 수 있다.

상기 제어 시스템은 상기 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위 밖에 있는지를 판단함으로써 상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석할 수 있고; 그리고 상기 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위 밖에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제어 시스템은 상기 신호를 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 전송함으로써 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 수정할 수 있다.

상기 스캐닝 광학 시스템은, 상기 펄스형 광 빔이 상기 기판의 각 부분 영역과 상호작용하도록 하기 위해 상기 펄스형 광 빔 및 상기 기판 중 하나 이상을 측면 평면을 따라 서로에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성된다. 상기 측면 평면은 상기 펄스형 광 빔이 지향되는 축선 방향에 수직할 수 있다.

상기 광학 소스는, 에너지원을 수용하고 제1 이득 매질을 포함하는 가스 혼합물을 담는 제1 가스 방전 챔버를 포함하는 제1 가스 방전 스테이지; 및 에너지원을 수용하고 제2 이득 매질을 포함하는 가스 혼합물을 담는 제2 가스 방전 챔버를 포함하는 제2 가스 방전 스테이지;를 포함할 수 있다. 상기 제1 가스 방전 스테이지는 제1 펄스형 광 빔을 발생하도록 구성된다. 상기 제2 가스 방전 스테이지는, 상기 제1 펄스형 광 빔을 수용하고 상기 제1 펄스형 광 빔을 증폭하여, 광학 소스로부터 상기 펄스형 광 빔을 생성하도록 구성된다.

다른 일반적 양태에서, 포토리소그래피 방법은, 광학 소스로부터 펄스형 광 빔을 생성하는 단계; 및 상기 기판의 총 면적 중 일부인 각 부분 영역을 상기 펄스형 광 빔으로 노광하는 것을 포함하여 상기 펄스형 광 빔으로 상기 기판을 노광하기 위하여 리소그래피 노광 장치의 기판에 걸쳐 상기 펄스형 광 빔을 스캐닝하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 상기 기판의 각 부분 영역에서, 상기 기판의 상기 부분 영역과 연관되는 리소그래피 성능 파라미터를 수신하는 단계; 상기 수신된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하는 단계; 및 상기 분석을 기초로, 상기 펄스형 광 빔의 적어도 제1 스펙트럼 특징을 수정하고 상기 펄스형 광 빔의 적어도 제2 스펙트럼 특징을 유지하는 단계;를 포함한다.

구현예는 다음과 같은 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스형 광 빔은 스펙트럼 특징 선택 시스템을 통해 상기 펄스형 광 빔을 지향시킴으로써 생성될 수 있다. 이 방법은 스펙트럼 특징 선택 시스템의 회절면으로부터 상기 펄스형 광 빔을 선택적으로 반사시킴으로써 상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기판의 상기 부분 영역 상기 기판의 노광 필드일 수 있으며 또는 상기 광 빔의 단일 펄스에 대응될 수 있다.

상기 기판에 걸쳐 상기 펄스형 광 빔의 스캐닝 중에 상기 기판의 각 부분 영역에서 상기 리소그래피 성능 파라미터를 수신함으로써, 상기 리소그래피 성능 파라미터는 상기 기판의 각 부분 영역에 대하여 수신될 수 있다.

상기 리소그래피 성능 파라미터는, 상기 기판의 물리적 특성 상의 오차, 상기 기판 상에 형성된 피처의 콘트라스트, 상기 펄스형 광 빔에 노광된 기판 영역에서의 임계 치수, 타겟에 대해 또는 하부에 놓인 피처에 대해 상대적인, 기판 상에 형성된 피처의 배치(요구되는/목표 위치에 대한 X, Y 위치) (즉, 오버레이), 포토레지스트 프로파일, 측벽 각도, 및 상기 기판의 위치 변화 중 하나 이상을 수신하는 단계를 포함하여 상기 부분 영역에서 수신될 수 있다.

상기 부분 영역에서의 상기 리소그래피 성능 파라미터는 요구되는 위치로부터의 상기 기판의 위치의 평균 오프셋 및 상기 기판의 스테이지 진동 중 하나 이상을 수신함으로써 수신될 수 있다. 상기 부분 영역에서 상기 리소그래피 성능 파라미터는 상기 기판의 중앙의 부분 영역으로부터 상기 기판의 가장자리의 부분 영역까지 변화하는 상기 기판의 위치를 수신함으로써 수신될 수 있다.

상기 기판의 각 부분 영역에서 상기 리소그래피 성능 파라미터는 상기 기판의 각 부분 영역에서 상기 리소그래피 성능 파라미터를 상기 기판에 걸쳐 상기 펄스형 광 빔을 스캐닝하기 전에 수신함으로써 수신될 수 있다.

상기 제1 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 파장을 수정함으로써 수정될 수 있고, 그리고 상기 제2 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 소정 범위의 대역폭 내에 유지함으로써 유지될 수 있다.

상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 +/- 10 펨토미터 (fm) 이내에 또는 +/- 1 fm 이내에 유지에 유지함으로써 상기 펄스형 광 빔의 대역폭은 상기 소정 범위의 대역폭 내에 유지될 수 있다.

상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 제1 프리즘 시스템을 회전시킴으로써 수정될 수 있고; 및 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 제2 프리즘 시스템을 회전시킴으로써 유지될 수 있다. 상기 제1 프리즘 시스템 및 상기 제2 프리즘 시스템은 스펙트럼 특징 선택 시스템 내의 콤포넌트일 수 있다. 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 상기 제1 프리즘 시스템은 펄스형 광 빔이 통과하는 2개의 프리즘을 회전시킴으로써 회전될 수 있고; 그리고 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 상기 제2 프리즘 시스템은 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 적어도 2개의 다른 프리즘을 회전시킴으로써 회전될 수 있다. 상기 제1 프리즘 시스템의 상기 2개의 프리즘은, 상기 제1 프리즘 시스템의 프리즘 중 하나를, 상기 제1 프리즘 시스템의 프리즘 중 나머지 프리즘의 작동을 위한 작동 스텝(actuation step)보다 더 큰 작동 스텝으로 작동시킴으로써 회전될 수 있다. 상기 제2 프리즘 시스템의 상기 2개의 다른 프리즘은, 상기 제2 프리즘 시스템의 프리즘 중 다른 프리즘의 작동을 위한 상기 작동 단위보다 더 큰 작동 단위로 상기 제2 프리즘 시스템의 프리즘 중 하나를 작동시킴으로써 회전될 수 있다.

상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔이 반사되는 미러를 회전시킴으로써 수정될 수 있고; 그리고 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 프리즘 시스템을 회전시킴으로써 유지될 수 있다. 미러 및 프리즘 시스템은 스펙트럼 특징 선택 시스템 내의 콤포넌트이다.

이 방법은 또한, 상기 기판의 적어도 각 부분 영역에서, 광학 소스로부터 생성된 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 추정하는 단계; 상기 추정된 제1 스펙트럼 특징이 수용 가능한 범위 내에 있는지를 판단하는 단계; 및 상기 추정된 제1 스펙트럼 특징이 상기 수용 가능한 범위 내에 있지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하는 단계를 포함할 수 있다.

위 방법은, 상기 기판의 적어도 각 부분 영역에서, 광학 소스로부터 생성된 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 추정하는 단계; 상기 추정된 제2 스펙트럼 특징이 수용 가능한 범위 내에 있는지를 판단하는 단계; 및 상기 추정된 제2 스펙트럼 특징이 상기 수용 가능한 범위 내에 있지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징을 수정하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정으로 인한 상기 제2 스펙트럼 특징의 변화를 보상하기 위하여 상기 제2 스펙트럼 특징을 조절함으로써 유지될 수 있고; 그리고 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징은 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 수정함과 동시에 조절될 수 있다.

상기 수신된 리소그래피 성능 파라미터는 상기 리소그래피 성능 파라미터를 기초로 상기 기판의 물리적 특성이 수용 가능한 범위 밖에 있는지를 판단함에 의하여 분석될 수 있다.

상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징을 수정함으로써 상기 기판에서의 상기 펄스형 광 빔의 제1 조건에 수정을 초래할 수 있고, 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 유지함으로써 상기 기판에서의 상기 펄스형 광 빔의 제2 조건이 특정한 레벨로 유지될 수 있다.

상기 펄스형 광 빔은 광학 소스로부터, 상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 선택하는 것을 포함하여 제1 가스 방전 스테이지로부터 제1 펄스형 광 빔을 발생시키는 단계; 상기 제1 펄스형 광 빔을 제2 가스 방전 스테이지로 지향하는 단계; 및 광학 소스로부터의 상기 펄스형 광 빔을 생성하기 위하여 상기 제1 펄스형 광 빔을 상기 제2 가스 방전 스테이지에서 증폭하는 단계;에 의하여 생성될 수 있다.

상기 적어도 상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징이 수정될 수 있고 상기 적어도 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징이 유지될 수 있는데, 이는, 복수의 프리즘을 통한 상기 펄스형 광 빔을 회절형 광학 요소를 향해 지향시켜, 상기 펄스형 광 빔이 상기 회절형 광학 요소로부터 역 반사되어 상기 복수의 프리즘을 통해 되돌아가게 하고; 그리고 상기 회절형 광학 요소 상의 상기 펄스형 광 빔의 입사각은 변경되나 상기 회절형 광학 요소 상의 상기 펄스형 광 빔의 총 배율은 변경되지 않도록 적어도 2개의 직각 프리즘을 동시에 회전시킴에 의하여 구현될 수 있다.

다른 일반적 양태에서, 포토리소그래피 방법은, 광학 소스로부터 펄스형 광 빔을 생성하는 단계; 기판의 각 부분 영역에 대해 기판의 에지 롤 오프(edge roll off)를 상관시키는 레시피를 수신하는 단계로서, 상기 부분 영역은 상기 기판의 총 영역의 일부분인 단계; 상기 펄스형 광 빔으로 상기 기판의 각 부분 영역을 노광하는 것을 포함하여 상기 펄스형 광 빔으로 상기 기판을 노광하기 위하여 리소그래피 노광 장치의 기판에 걸쳐 상기 펄스형 광 빔을 스캐닝하는 단계; 노광되는 상기 부분 영역을 기초로 에지 롤 오프를 보상하기 위해 상기 기판에서의 초점 위치를 조절하도록 상기 펄스형 광 빔의 적어도 파장을 수정하는 단계; 및 상기 기판에서 상기 초점 위치를 조절하고 노광중인 상기 부분 영역에 대하여 에지 롤 오프를 보상하기 위하여, 상기 펄스형 광 빔의 파장이 수정되는 동안 상기 펄스형 광 빔의 적어도 대역폭을 유지하는 단계;를 포함한다.

도 1은 포토리소그래피 노광 장치로 지향되는 펄스형 광 빔을 생성하는 포토리소그래피 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 포토리소그래피 노광 장치 내에서 이미징된 웨이퍼의 맵을 표현하는 개략적인 도면으로서, 이 맵은 웨이퍼의 부분 영역을 보여준다.
도 3은 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의해 생성된 펄스형 광 빔의 예시적인 광 스펙트럼의 그래프이다.
도 4는 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 포토리소그래피 노광 장치의 블록도이다.
도 5a는 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 5b는 도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치 내의 예시적인 프리즘의 블록도로서, 프리즘을 통과할 때 빔 확대 및 빔 굴절각을 보여준다.
도 6a는 프리즘 중 하나 이상에 연관된 고속 액추에이터를 포함하고 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 6b는 도 6a의 장치의 프리즘 중 하나의 6B-6B에 따른 단면도이다.
도 6c는 도 6b의 프리즘의 Z_SF 방향에 따른 도면으로서, 프리즘의 회전을 도시한다.
도 7a는 프리즘 중 하나 이상에 연관된 고속 액추에이터를 포함하고 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 7b는 도 7a의 장치의 프리즘 중 하나의 7B-7B에 따른 단면도이다.
도 7c는 도 7b의 프리즘의 Z_SF 방향에 따른 도면으로서, 프리즘의 회전을 도시한다.
도 8a는 프리즘 중 하나 이상에 연관된 고속 액추에이터를 포함하고 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 스펙트럼 특징 선택 장치의 블록도이다.
도 8b는 도 8a의 장치의 프리즘 중 하나의 8B-8B에 따른 단면도이다.
도 8c는 도 8b의 프리즘의 Z_SF 방향에 따른 도면으로서, 프리즘의 회전을 도시한다.
도 8d는 도 8b에 도시된 8B-8B에 따른 단면도의 확대도이다.
도 9는 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 광학 소스의 블록도이다.
도 10은 도 1의 포토리소그래피 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 제어 시스템의 블록도이다.
도 11은, 웨이퍼의 각 부분 영역에서 웨이퍼의 특성의 변이를 보상하기 위하여 펄스형 광 빔의 2개 이상의 스펙트럼 특징을 고속으로 및 독립적으로 제어하도록, 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의하여 실행되는 예시적인 절차의 플로우 차트이다.
도 12는 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 제어하기 위하여 도 1의 포토리소그래피 시스템에 의하여 실행되는 예시적인 절차의 플로우 차트이다.

도 1을 참조로, 포토리소그래피 시스템(100)은 중심 파장으로 공칭되는 파장을 가지고 포토리소그래피 노광 장치 또는 스캐너(115)로 지향되는 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 조명 시스템(150)을 포함한다. 펄스형 광 빔(110)은 스캐너(115) 내의 스테이지(122)에 장착되는 기판 또는 웨이퍼(120) 상에 마이크로 전자 피처를 패터닝 하는데 사용된다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝 되는 이러한 마이크로 전자 피처는 임계 치수에 의하여 크기 면에서 제한된다.

웨이퍼(120)에 걸쳐 펄스형 광 빔(110)이 스캐닝 되는 동안, 스캐너(115) 또는 제어 시스템(185)은, 웨이퍼(120)에서 일어나는 리소그래피 성능 파라미터에서의 변이를 보상하기 위하여, 광 빔(110)의 (파장 또는 대역폭 등의) 스펙트럼 특징에 변화를 주기적으로 요청한다. 예컨대, 하나 이상의 리소그래피 성능 파라미터는 펄스형 광 빔(110)에 의하여 스캐닝되고 있는 웨이퍼(120)의 각 부분 영역에 따라 달라질 수 있다. 웨이퍼(120)의 부분 영역은, 스캐닝 되고 있는 웨이퍼의 총 면적의 일부로서의 웨이퍼(120)의 영역이며, 단일 광 빔(110)의 펄스와 상호작용하는 웨이퍼의 노광 필드 또는 웨이퍼(120)의 영역일 수 있다. 웨이퍼(120)의 부분 영역은 여하한 하나의 특정한 시간에 웨이퍼(120)가 광 빔(110)으로 노광되고 있는 해당 지점일 수 있다.

웨이퍼(120)에서의 그러한 리소그래피 성능 파라미터는, 웨이퍼(120)와 연관된 또는 웨이퍼(120)와 상호작용하는 광 빔(110)과 연관된 특성으로 이해될 수 있다. 예컨대, 광 빔(110)의 대역폭에 의한 색 수차, 압력, 온도, 웨이퍼 토포그래피 또는 표면 형태, 웨이퍼(120)의 위치에서의 변화, 및 광 빔(110)의 초점면에서의 오차가 리소그래피 성능 파라미터이며, 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝하는 동안 예기치 못하게 요동할 수 있다.

압력 및 온도 파라미터는, 각각, 스캐너(115) 내에서 웨이퍼(120) 주변의 환경에서의 압력 및 온도이다. 압력 및 온도에서 변이는 광 빔(110)의 파장에서 실질적인 변화를 초래하고, 따라서 광 빔(110)의 초점면에 변화를 초래한다.

특정한 예에서, (웨이퍼(120)로 진행하면서 광 빔(110)의 경로에 사용되는) 대부분의 투영 렌즈가 색 수차를 가지는데, 광 빔(110)에 파장 오차가 있다면 이는 웨이퍼(120) 상에 이미징 오차를 생성한다. 색 수차에 의해 초래되는 하나의 오차는 포커스 오차이며, 다른 오차는 훨씬 작은 경향이 있다. 예컨대, 광 빔(110)의 파장이 목표 파장에서 벗어나면, 웨이퍼(120) 상의 이미지는 중대한 초점면 오차를 가지게 될 것이다. 따라서, 색 수차에 의해 초래된 이러한 초점면 오차를 보상하기 위하여 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝이 되는 동안 광 빔(110)의 파장을 변화시키도록 할 수 있는 것이 바람직하다.

다른 예로서, 웨이퍼(120)의 한 부분 영역으로부터 다른 부분영역으로 변화할 수 있는 리소그래피 성능 파라미터는 Z_L 방향에 따른 웨이퍼(120)의 위치이다. 웨이퍼(120)의 위치는 요구되는 위치로부터의 고정된 오프셋인 (평균 오프셋 등의) 오프셋을 포함하고, 스테이지 진동 또는 오실레이션을 더 포함하는데, 이는 해당 고정된 오프셋 위치 근방의 오실레이션을 말한다. Z_L 방향에 따른 스테이지 진동은 스테이지 오차 신호로부터 유도되는 이동 표준 편차(moving standard deviation)(MSD) 값에 의하여 규정될 수 있다. 높은 값의 스테이지 진동은 이미지를 흐리게 하고, 따라서 CD에서 불균일을 초래한다. Z_L 방향에 따른 평균 오프셋은 이동 평균 (MA) 값에 의하여 규정될 수 있다. 웨이퍼(120)의 토포그래피는 에지 롤 오프(edge roll off)라 불리는 원치 않는 효과에 기여하거나 초래할 수 있는데, 웨이퍼가 그 가장자리 (중앙의 부분 영역으로부터 가장 먼)를 따라 부분 영역들에서 서로 다른 표면 지오메트리를 보이는 것이다. 특히, 웨이퍼(120)의 최적 포커스 위치는, 웨이퍼(120)의 중앙 가까이에서보다 웨이퍼(120)의 가장자리 또는 가장자리 가까이를 따라 매우 다른 값을 가질 수 있다 (그러한 효과는 도 2에서 볼 수 있고, 아래에서 설명하는 바와 같다).

도 2를 참조로, 웨이퍼(220)의 예시적인 맵(200)이 도시되는데, 리소그래피 성능 파라미터(PP)가 웨이퍼(220)의 각 부분 영역 (예컨대, 각 노광 필드(223))에 대하여 그래프화되어 있다. 높은 값의 PP는 어둡고, 낮은 값의 PP는 밝다. 웨이퍼(220)의 맵(200)은 웨이퍼(220)의 노광 필드(223)에 걸쳐 PP가 어떻게 변화하는지를 보여준다. 웨이퍼(220)의 노광 필드(223)은, 스캐너(115) 내에서 노광 슬릿 또는 윈도우의 하나의 스캔에서 노광되는 웨이퍼(220)의 영역이다.

여기에 기재된 포토리소그래피 시스템(100) 및 연관된 방법은, 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝 되면서 그리고 웨이퍼(120)에서 이러한 성능 파라미터의 변이를 보상하도록 스캐너(115)로부터의 명령에 따라, 광 빔(110)의 파장 등의 제1 스펙트럼 특징의 수정이 가능하도록 디자인된다. 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징에 대한 수정은, 조명 시스템(150)으로부터 출력되는 광 빔(110)을 형성하는 시드 빔(seed beam)인 펄스형 광 빔(110A)과 상호작용하도록 구성되는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 의하여 그리고 그 제어 하에서 구현된다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 설계 때문에, 광 빔(110)의 다른 스펙트럼 특징이 제1 스펙트럼 특징에 연결될 수 있어서, 제1 스펙트럼 특징을 변화시킴에 따라, 제2 스펙트럼 특징이 의도하지 않게 또는 원하지 않게 변화될 수 있다. 따라서, 포토리소그래피 시스템(100)은, 설령 (파장 등의) 제1 스펙트럼 특징이 수정되고 있는 중이라도, 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝하는 동안 광 빔(110)의 (대역폭 등의) 제2 스펙트럼 특징을 값의 수용 가능한 범위 내로 유지하도록 설계된다. 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징을 값의 수용 가능한 범위 내로 유지하기 위하여, 포토리소그래피 시스템(100)은, 제1 스펙트럼 특징에 요구되는 변화를 줌으로써 초래된 제2 스펙트럼 특징에 원하지 않는 변화를 보상하도록, 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징을 조절한다. 제2 스펙트럼 특징 (및 다른 스펙트럼 특징)에 대한 수정도 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 의하여 그리고 그 제어 하에서 구현된다.

제1 스펙트럼 특징에 대한 수정 및 제2 스펙트럼 특징에 대한 조절은, 스캐너(115)로부터의 명령 하에서 웨이퍼(120)의 각 지점 또는 부분 영역에서 (예컨대, 각 노광 필드에서) 일어나고, 따라서 광 빔(110)이 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝 되는 동안 발생된다. 예컨대, 광 빔(110)의 파장 및 대역폭은 웨이퍼(120)의 (각 노광 필드 등의) 각 부분 영역에 대하여 조절될 수 있다. 웨이퍼(120)의 하나의 부분 영역으로부터 웨이퍼(120)의 다른 부분 영역으로 가는 시간 이내에 조절값이 안정된 값으로 정리되도록, 이러한 조절은 고속으로 일어난다.

웨이퍼(120)의 각 부분 영역에 대한 대역폭에 대하여 고속 조절이 가능해지기 위하여, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)가 재설계되어, 펄스형 광 빔(110)의 대역폭의 더욱 빠른 조절을 제공함과 아울러 광 빔(110)이 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝 되는 동안 웨이퍼(120)의 각 부분 영역에 대한 대역폭의 조절이 가능해졌다.

스펙트럼 특징 선택 장치(130) 개략적 스펙트럼 특징 조절 시스템(130A) 및 미세 스펙트럼 특징 조절 시스템(130B)을 포함할 수 있다. 개략적 스펙트럼 특징 조절 시스템(130A)은 (대역폭 등의) 스펙트럼 특징의 개략적인, 넓은 범위의, 그리고 느린 제어를 위하여 사용되고, 광학 소스(104)에 의해 생성된 펄스형 광 빔(110A)과 상호작용하는 광 콤포넌트의 집합이다. 개략적인 제어는, 미세한 제어에서 사용되는 조절 스텝과 비교할 때 스펙트럼 특징에 대한 조절 스텝이 상대적으로 큰 것을 의미한다. 미세 스펙트럼 특징 조절 시스템(130B)는 대역폭 등 스펙트럼 특징의 미세한, 좁은 범위의, 그리고 빠른 제어를 위하여 사용된다. 미세한 제어는, 개략적인 제어에서 사용되는 조절 스텝과 비교할 때 스펙트럼 특징에 대한 조절 스텝이 상대적으로 작은 것을 의미한다. 미세 스펙트럼 특징 조절 시스템(130B)은, 하나 이상의 스펙트럼 특징을 제어하기 위하여 펄스형 광 빔(110A)과 광학적으로 상호작용하는 광학 시스템을 포함할 수 있다. 미세 대역폭 조절 시스템(130C)은, 대역폭 등 하나 이상의 스펙트럼 특징을 제어하기 위하여 광학 소스(105)의 다른 양태와 고속으로 상호작용하는 비-광학 시스템을 포함할 수 있다. 예컨대, 미세 스펙트럼 특징 조절 시스템(130C)은, 가스 방전 챔버 또는 광학 소스(105) 내의 챔버와 연관된 타이밍의 양태를 조절하여 이에 따라 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 조절하도록 구성될 수 있다.

포토리소그래피 시스템(100)의 상세한 사항이 다음으로 설명된다.

다시 도 1을 참조로, 조명 시스템(150)은 변화될 수 있는 펄스 반복률로 펄스형 광 빔(110)을 생성하는 광학 소스(105)을 포함한다. 조명 시스템(150)은 조명 시스템(150) 내의 광학 소스(105) 및 다른 특징부와 통신하는 제어 시스템(185)을 포함한다. 조명 시스템(150)은 조명 시스템(150)의 동작 및 펄스형 광 빔(110)의 양태를 제어하기 위하여 스캐너(115)와도 통신한다.

제어 시스템(185)은 펄스 광학 소스(105)에 그리고 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 작동적으로 연결된다. 그리고, 스캐너(115)는 제어 시스템(185) 및 스캐너(115) 내의 콤포넌트에 작동적으로 연결되는 리소그래피 제어기(140)를 포함한다.

펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률은 광 빔(110)의 펄스가 광학 소스(105)에 의해 생성되는 속도이다. 따라서, 예를 들어, 펄스형 광 빔(110)의 반복률은 1/Δt로서, Δt는 펄스 사이의 시간이다. 제어 시스템(185)은 일반적으로 스캐너(115) 내의 웨이퍼(120)를 노광할 때 펄스형 광 빔의 반복률을 수정하는 것을 포함하여 펄스형 광 빔(110)이 생성되는 반복률을 제어하도록 구성된다.

일부 구현예에서는, 스캐너(115)는 (제어기(140) 및 제어 시스템(185) 사이의 통신을 통해) 광학 소스(105)이 펄스형 광 빔(110)을 생성하도록 하여, 스캐너(115)는 제어기(140) 및 제어 시스템(185)을 통해 반복률, 대역폭 또는 파장 등의 스펙트럼 특징, 및/또는 선량(dose)을 제어한다. 예컨대, 제어기(140)는 광 빔(110)의 반복률을 수용 가능한 특정한 범위 내에 유지하기 위하여 제어 시스템(185)에 신호를 송신한다. 스캐너(115)는 일반적으로 광 빔(110)의 펄스의 각 버스트(burst)에 대해 반복률을 일정하게 유지한다. 광 빔(110)의 펄스의 버스트는 웨이퍼(120)상의 노광 필드에 대응할 수 있다. 펄스의 버스트는 예를 들어 10 내지 500 펄스 중 여하한 값을 포함할 수 있다.

임계 치수(CD)은 시스템(100)에 의해 웨이퍼(120) 상에 프린트 될 수 있는 가작 작은 피처 크기이다. CD는 광 빔(110)의 파장에 의존한다. 따라서, 웨이퍼(120) 상에 및 시스템(100)에 의해 노광되는 다른 웨이퍼 상에 프린트되는 마이크로 전자 피처의 균일한 CD를 유지하기 위하여, 광 빔(110)의 중심 파장이 예상 또는 목표 중심 파장에 또는 목표 파장 주위의 소정 파장 범위 내에 남아있어야 한다. 따라서, 목표 중심 파장에 또는 목표 중심 파장 주위의 수용 가능한 소정 파장 범위 내에 중심 파장을 유지하는 것에 더하여, 광 빔(110)의 대역폭 (광 빔(110)의 파장의 범위)를 대역폭의 수용 가능한 범위 내에 유지하는 것이 바람직하다.

광 빔(110)의 대역폭을 수용 가능한 범위로 유지하기 위하여, 또는 광 빔(110)의 대역폭을 조절하기 위하여, 제어 시스템(185)는 펄스형 광 빔(110)의 대역폭에 대한 조절양을 결정하도록 구성된다. 추가적으로, 제어 시스템(185)는, 신호를 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송하여, 장치(130)의 하나 이상의 광 콤포넌트(예컨대, 프리즘)을 이동시킴으로써, 펄스형 광 빔(110)이 웨이퍼(120)를 노광하고 있는 동안 위 결정된 조절양에 의해 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 변화시키고, 이에 따라 펄스형 광 빔(110)의 펄스 반복률의 수정에 의해 초래되는 대역폭 변이를 보상하도록 구성된다.

펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 펄스의 여하한 2개의 버스트 사이에서 변화될 수 있다. 또한, 대역폭이 제1 값으로부터 제2 값으로 변경되고 제2값에서 안정화되는데 걸리는 시간은 펄스의 버스트 사이의 시간보다 짧아야 한다. 예를 들어, 버스트 사이의 시간간격이 50 밀리세컨드(ms)이면, 대역폭을 제1 값에서 제2 값으로 변경하고 제2 값에서 안정화되는 총 시간은 50 ms보다 짧아야 한다. 제어 시스템(185) 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 대역폭의 고속의 변화를 가능하게 하도록 설계된다.

스캐너(115)의 제어기(140)는 제어 시스템(185)에 신호를 전송하여, 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝되는 펄스형 광 빔(110)의 (대역폭 또는 반복률 등의) 양태를 조절하거나 수정한다. 제어 시스템(185)에 전송되는 신호는 제어 시스템(185)이 펄스 광학 소스(105)에 전송되는 전기 신호 또는 장치(130)에 전송되는 전기 신호를 수정하도록 할 수 있다. 예를 들어, 펄스 광학 소스(105)가 가스 레이저 증폭기를 포함하면, 전기 신호는 펄스 광학 소스(105)의 하나 이상의 가스 방전 챔버 내의 전극에 펄스 형 전류를 제공한다.

웨이퍼(120)는 (테이블로도 불리는) 웨이퍼 스테이지(122)에 배치되고, 스테이지(122)는 제어기(140)의 제어 하에 및 소정 파라미터들에 따라 웨이퍼(120)를 정확히 위치시키는 위치 설정기(positioner)에 연결된다.

포토리소그래피 시스템(100)은 또한 광 빔(110)의 하나 이상의 (대역폭 또는 파장 등의) 스펙트럼 특징을 측정하는 서브 시스템을 포함할 수 있는 측정 시스템(170)을 포함할 수 있다. 동작 중에 포토리소그래피 시스템(100)에 인가되는 다양한 교란 때문에, 웨이퍼(120)에서의 광 빔(110)의 (대역폭 또는 파장 등의) 스펙트럼 특징의 값은 요구되는 스펙트럼 특징(즉, 스캐너 (115)가 기대하는 스펙트럼 특징)에 대응하지 않거나 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 광 빔(110)의 (특성 대역폭 등의) 스펙트럼 특징은 광 스펙트럼으로부터 메트릭의 값을 추정함으로써 작동 중에 측정되거나 추정되어, 오퍼레이터 또는 자동화된 시스템(예컨대, 피드백 제어기)이 측정된 또는 추정된 대역폭을 사용하여 광학 소스(105)의 특성을 조절하고 광 빔(110)의 광 스펙트럼을 조절할 수 있다. 측정 시스템(170)의 서브 시스템은 이 광 스펙트럼에 기초하여 광 빔(110)의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭 및 / 또는 파장)을 측정한다.

측정 시스템(170)은 광학 소스(105)과 스캐너(115) 사이의 경로에 배치된 빔 분리 디바이스로부터 재지향되는 광 빔(110)의 일부를 수용한다. 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 제1 부분 또는 백분율을 측정 시스템(170)으로 향하게 하고, 광 빔(110)의 제2 부분 또는 백분율을 스캐너(115)로 향하게 한다. 일부 구현예에서, 광 빔(110)의 대부분은 스캐너(115)를 향한 제2 부분으로 지향된다. 예를 들어, 빔 분리 디바이스는 광 빔(110)의 일부(예를 들어, 1-2 %)를 측정 시스템(170)으로 향하게 한다. 빔 분리 디바이스는 예를 들어 빔 분할기(beam splitter)일 수 있다.

광 빔(110)의 펄스는 예를 들어, 248 nm 또는 193 nm의 파장을 갖는 심자외선(deep ultraviolet)(DUV) 범위의 파장을 중심으로 한다. 웨이퍼(120) 상에 패터닝된 마이크로 전자 피처의 크기는 펄스형 광 빔(110)의 파장에 의존하며, 낮은 파장은 작은 최소 피처 크기 또는 임계 치수를 초래한다. 펄스형 광 빔(110)의 파장이 248 nm 또는 193 nm 일 때, 마이크로 전자 피처의 최소 크기는 예를 들어 50 nm 이하일 수 있다. 펄스형 광 빔(110)의 분석 및 제어에 사용되는 대역폭은 도 3에 도시된 바와 같이 그 광 스펙트럼(300) (또는 방사 스펙트럼)의 실제 순간 대역폭일 수 있다. 광 스펙트럼(300)은 다른 파장(또는 주파수)에 걸쳐 광 빔(110)의 광 에너지 또는 파워가 어떻게 분포되는지에 관한 정보를 포함한다. 광 빔(110)의 광 스펙트럼(300)은 파장 또는 광 주파수의 함수로서 스펙트럼 강도(반드시 절대 교정(absolute calibration)은 아닌)가 도시된 다이어그램의 형태로 도시된다. 광 스펙트럼(300)은 광 빔(110)의 스펙트럼 형태 또는 강도 스펙트럼으로 지칭될 수 있다. 광 빔(110)의 스펙트럼 특성 또는 특징은 강도 스펙트럼의 임의의 양태 또는 표현을 포함한다. 예컨대, 대역폭은 스펙트럼 특징을 가진다. 광 빔의 대역폭은 이 스펙트럼 형태의 폭의 척도이며, 이 폭은 레이저 광의 파장 또는 주파수의 관점에서 주어질 수 있다. 광 스펙트럼(300)의 세부 사항과 관련된 임의의 적합한 수학적 구성(즉, 메트릭)은 광 빔의 대역폭을 특징 짓는 값을 추정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 형태의 최대 피크 강도의 분율(X)에서의 스펙트럼의 전체 폭(FWXM으로 지칭됨)은 광선 대역폭을 특징짓는데 사용될 수 있다. 다른 예로서, 적분된 스펙트럼 강도(EY로 지칭됨)의 분율(Y)을 포함하는 스펙트럼의 폭은 광 빔 대역폭을 특성화하는데 사용될 수 있다.

광 빔(110)은 광 빔 준비 시스템(112)을 통해 지향되며, 광 빔 준비 시스템(112)은 광 빔(110)의 양태를 수정하는 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 준비 시스템(112)은 반사형 및/또는 굴절형 광학 요소, 광 펄스 스트레처(stretchers) 및 광학적 개구부(자동화된 셔터를 포함)를 포함할 수 있다.

스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 광학 소스(105)의 제 1 단부에 위치된다. 광 빔(110A)은 광학 소스(105) 내의 공진기의 한 단부에서 생성되는 빔이며, 후술하는 바와 같이 마스터 오실레이터에 의해 생성되는 시드 빔일 수 있다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 펄스형 광 빔(110A)의 하나 이상의 스펙트럼 특성(대역폭 또는 파장과 같은)을 조정하거나 조절함으로써 펄스형 광 빔(110)의 스펙트럼 특징을 미세하게 조정하도록 구성된다.

또한 도 4를 참조로, 웨이퍼(120, 220)는 광 빔(110)에 의하여 조사된다(irradiated). 리소그래피 노광 장치(115)는, 예를 들어, 하나 이상의 집광 렌즈를 갖는 조명기 시스템(129), 마스크(134), 및 대물 렌즈 배열(132)을 포함하는 광학 장치를 포함한다. 마스크(134)는 (일반적으로 광 빔(110)의 축선 방향에 대응되는) Z_L 방향을 따라, 또는 Z_L 방향에 수직한 X_L-Y_L 평면에서, 등과 같이 하나 이상의 방향을 따라 이동 가능하다. 상기 대물 렌즈 배열(132)은 투영 렌즈를 포함하고, 마스크(134)로부터 웨이퍼(120) 상의 포토레지스트로 이미지 전사가 일어날 수 있게 한다. 조명기 시스템(129)은 마스크(134)에 충돌하는 광 빔(110)에 대한 각도 범위를 조절한다. 또한 조명기 시스템(129)은 마스크(134)에 걸쳐 광 빔(110)의 강도 분포를 균질화(균일화)한다.

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 층들이 웨이퍼(120) 상에 인쇄되는 방법을 제어한다.

일부 구현 예에서, 웨이퍼(120)를 덮기 위해 침지 매체가 공급될 수 있다. 액침 매질은 액침 리소그래피를 위한 (물 등의) 액체일 수 있다. 리소그래피가 건식 시스템인 다른 구현예에서, 액침 매질은 건조 질소, 건조 공기, 또는 청정 공기와 같은 가스일 수 있다. 다른 구현예에서, 웨이퍼(120)는 (진공 또는 부분 진공과 같은) 압력-제어 환경 내에서 노광될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 프로세스 프로그램 또는 레시피는 노광에 영향을 미치는 다른 요인뿐만 아니라, 웨이퍼(120) 상의 노광의 길이, 사용된 마스크(134)를 결정한다. 리소그래피 동안, 광 빔(110)의 복수의 펄스는 웨이퍼(120)의 동일한 영역을 조명하여 조사 선량을 형성한다. 동일한 영역을 조명하는 광 빔(110)의 펄스의 수(N)는 노광 윈도우(400)로 지칭될 수 있고, 윈도우(400)의 크기는 마스크(134) 앞에 배치된 노광 슬릿(405)에 의해 제어될 수 있다. 슬릿(405)은 셔터와 같이 설계될 수 있고, 개폐될 수 있는 복수의 블레이드를 포함할 수 있다. 그리고, 노광 영역의 크기는 블레이드 사이의 스캐닝되지 않는 방향의 거리에 의해, 그리고 스캐닝 방향의 스캐닝 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.

웨이퍼 스테이지(122), 마스크(134), 및 대물 렌즈 배열(132) 중 하나 이상은, 연관된 작동 시스템에 고정되고 이에 따라 스캐닝 배치 구성 (또는 스캐닝 광학 시스템)을 형성한다. 스캐닝 배치 구성에서, 노광 필드(223)에 걸쳐 노광 윈도우(400)를 스캔하기 위하여, 마스크(134), 대물 렌즈 배열(132), 및 (스테이지(122)를 통해) 웨이퍼(120) 중 하나 이상은 노광 중에 서로간에 상대적으로 이동한다.

다시 도 1을 참고로, 포토리소그래피 시스템(100)는, 웨이퍼(120, 220)의 각 부분 영역에 대하여 (예컨대, 각 노광 필드(223)에 대하여) 리소그래피 성능 파라미터(PP)의 값을 결정할 수 있도록 구성되는 웨이퍼 계측 장치(145)를 또한 포함한다. 계측 장치(145)는 제어 시스템(185)에 연결되어, 제어 시스템(185)은 각 웨이퍼 부분 영역에 대한 리소그래피 성능 파라미터(PP)의 값을 수신한다. 제어 시스템(185)은 각 웨이퍼 부분 영역에 대한 리소그래피 성능 파라미터(PP)의 값을 저장할 수 있다.

일부 구현예에서, 계측 장치(145)는 웨이퍼(120, 220)가 광 빔(110)에 의해 패터닝된 후에 웨이퍼(120, 220)가 분석되는 오프라인 모드에서 사용되도록 구성된다. 이러한 스캔에 의해 얻어진 데이터는 장래에 스캔될 하나 이상의 웨이퍼에 대하여 제어 시스템(185)에 의해 사용될 수 있다.

다른 구현예에서, 계측 장치(145)는 웨이퍼(120, 220)가 광 빔(110)에 의해 패터닝되는 동안 웨이퍼(120, 220)가 분석되는 온라인 모드에서 사용된다. 예를 들어, 웨이퍼(120, 220)의 노광 필드는 광 빔(110)의 버스트들 사이에서 탐침(probe)될 수 있다.

다시 도 1을 참고로, 계측 장치(145)는 리소그래피 성능 파라미터(PP)를 탐침할 수 있는 여하한 장치일 수 있다.

예컨대, 만약 모니터링 되고 있는 성능 파라미터(PP)가 웨이퍼 토포그래피라면, 계측 장치(145)는 노광 중에 또는 웨이퍼(120)의 스캔 사이에 그러한 모니터링을 실행할 수 있는 스캐너(115)일 수 있다. 웨이퍼(120)의 토포그래피는 광 빔(110)의 파장을 조절함으로써 제어될 수 있다.

계측 장치(145)는, 일예로 1nm 미만의 크기의 피처를 디스플레이 할 수 있도록, 고해상도 이미징을 위해 설계된 고해상도 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 독립적인(self-contained) 시스템일 수 있다. SEM은 집속된 전자 빔으로 웨이퍼(120)를 스캐닝함으로써 샘플(이 경우, 웨이퍼(120))의 이미지를 생성하는 전자 현미경의 일종이다. SEM은 1 나노미터(nm)보다 우수한 분해능을 얻을 수 있다.

웨이퍼(120)는, 높은 진공에서, 낮은 진공에서, (환경 SEM에서) 급윤 조건 및 넓은 온도 범위의 극저온 또는 승온(elevated temperature)에서, 등과 같은 여하한 적합한 환경에서 관찰될 수 있다. 가장 일반적인 검출 모드는 전자 빔에 의해 여기된 원자에 의해 방출되는 2차 전자에 의한 것이다. 2차 전자의 수는 웨이퍼(120)의 표면과 전자 빔 사이의 각도의 함수이다. 다른 시스템에서, 후방 산란된 전자 또는 X-선을 감지할 수 있다.

계측 장치(145)는 웨이퍼(120)의 정량적 비접촉 3차원 측정치를 제공하는 백색광 주사 간섭계를 사용할 수 있다. 이 기술에서, 백색광 빔은 필터를 통과한 후 현미경 대물 렌즈를 통과하여 웨이퍼(120)의 표면으로 향한다. 웨이퍼(120)의 표면으로부터 반사된 광은 기준 빔과 결합되고 장치(145) 내에서 소프트웨어 분석을 위해 캡쳐 된다. 각 점에 대한 데이터를 얻은 후에, 장치(145)는 웨이퍼(120)의 표면의 3차원 이미지(토포그래피)를 생성할 수 있다. 웨이퍼(120)의 이러한 토포그래피 맵(topographical map)은, 국부적인 스텝 높이, 임계 치수(CD), 오버레이, 다층 필름 두께 및 광학적 특성, 결합된 토포그래피 및 필름 두께, 및 웨이퍼 보우(wafer bow) 등의 다른 리소그래피 성능 파라미터의 측정을 가능하게 한다.

다른 구현예에서, 계측 장치(145)는 웨이퍼(120)를 향해 에너지 펄스를 전송하고 웨이퍼(120)로부터 반사되거나 회절된 에너지를 측정하는 산란계이다. 산란계는 하나의 센서에서 오버레이, 포커스, 및 CD의 측정을 통합할 수 있다. 일부 구현예에서, 계측 장치(145)는 YieldStar S-250D(네덜란드 Veldhoven의 ASML Netherlands BV에 의해 제조됨)로서, 이는 회절 기반의 오버레이 및 회절 기반의 초점 기술을 사용하여 온-제품 오버레이 및 포커스의 측정을 허용할 뿐만 아니라 CD를 측정할 수 있는 옵션 기능을 제공하는 독립적인 계측 도구이다.

일부 구현예에서, 계측 장치(145)는 웨이퍼(120)의 각 층 상에 배치된 재료의 개별 패턴이 정확하게 정렬되는지 여부를 결정하는 오버레이 계측 장치이다. 예컨대, 오버레이 계측 장치는 웨이퍼의 각 층의 컨택(contacts), 라인, 및 트랜지스터가 서로 정렬되어 있는지 여부를 결정한다. 패턴 사이에 여하한 종류의 오정렬은 단락 및 연결 오류를 초래할 수 있으며, 이는 수율 및 이윤에 영향을 미친다. 따라서, 실무적으로, 오버레이 계측 장치는 각 층이 웨이퍼(120) 상에 형성되고 제2 층이 형성된 후에 사용된다. 오버레이 계측 장치는 웨이퍼 상에 가장 최근에 형성된 (즉, 현재의) 층의 웨이퍼 상에 이전에 형성된 층에 대한 상대 위치를 측정하는데, 여기서 가장 최근에 형성된 층은 이전에 형성된 층 상에 형성된다. 현재 웨이퍼 층과 이전에 형성된 웨이퍼 층 사이의 상대 위치는 (웨이퍼(120)에서 측정된 광 빔(110)의 특성이 지점에 대응하는 경우) 광 빔이 웨이퍼를 노광하는 각 지점에 대해 측정된다.

계측 장치(145)는 임계 치수(CD)를 측정할 수 있으며, 이는 프린트된 피처 크기와 관련된다. SEM 및 산란 측정 도구는 CD 측정에 사용할 수 있다. 계측 장치(145)는 오버레이를 측정하여 설계 의도 및/또는 이전에 패터닝된 층에 대한 이미지 배치 오차를 검사 할 수 있다. 광학 및 회절 기반 도구가 오버레이 측정에 사용될 수 있다.

도 5a를 참조하면, 일부 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는, 펄스형 광 빔(110A)과 광학적으로 상호작용하도록 구성되는 일련의 광학적 특징부 또는 콤포넌트(500, 505, 510, 515, 520), 그리고 펌웨어 및 소프트웨어의 여하한 조합의 형태로 전자 장치를 포함하는 제어 모듈(550)를 포함한다. 광 콤포넌트(500, 505, 510, 515, 520)는 개략적 스펙트럼 특징 조절 시스템(130A)을 제공하도록 구성될 수있다; 그리고, 그러한 콤포넌트의 조절이 충분히 빠르다면, 이는 미세 스펙트럼 특징 조절 시스템(130B)을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 5a에는 도시되지 않았지만, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)가 미세한 스펙트럼 특징 제어를 제공하기 위하여 다른 광학적 특징부 또는 다른 비-광학적 특징부를 포함하는 것이 가능하다.

제어 모듈(550)은 각각의 광 콤포넌트(500, 505, 510, 515, 520)에 물리적으로 결합된 하나 이상의 작동 시스템(500A, 505A, 510A, 515A, 520A)에 연결된다. 장치(130)의 광 콤포넌트는, 격자 일 수 있는 분산형 광학 요소(500), 및 프리즘 일 수 있는 한 세트의 굴절형 광학 요소(505, 510, 515, 520)로 구성된 빔 확장기(501)를 포함한다. 격자(500)는 광 빔(110A)을 분산시키고 반사시키도록 설계된 반사형 격자일 수 있다; 따라서, 격자(500)는 DUV 범위 내의 파장을 갖는 펄스형 광 빔(110A)과 상호 작용하기에 적합한 재료로 제조된다. 프리즘(505, 510, 515, 520) 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(505, 510, 515, 520)가 도시되었지만, 4개 미만 또는 4개를 초과하여 빔 확장기(501)에서 사용되는 것이 가능하다.

프리즘(520)은 격자(500)로부터 가장 멀리 위치되고, 프리즘(505)은 격자(500)에 가장 가깝게 위치된다. 펄스형 광 빔(110A)은 개구부(555)를 통해 장치(130)로 들어가고, 그 다음에 격자(500)의 회절면(502)에 충돌하기 전에 프리즘(520), 프리즘(510), 및 프리즘(505)을 순차적으로 통과한다. 연속적인 프리즘(520, 515, 510, 505)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(555)를 통과하여 장치(130)로부터 벗어나기 전에, 격자(500)으로부터 회절되고 반사되어 프리즘(505), 프리즘(510), 프리즘(515) 및 프리즘(520)을 순차적으로 통과한다. 격자(300)로부터 연속적인 프리즘(505, 510, 515, 520)을 통과 할 때마다, 광 빔(110A)은 개구(555)를 향해 이동함에 따라 광학적으로 압축된다.

도 5b를 참조로, 빔 확장기(501)의 (프리즘(505, 510, 515, 또는 520) 중 어느 하나일 수 있는) 프리즘(P)의 회전은 광 빔(110A)이 해당 회전되는 프리즘(P)의 입사면(H(P))에 충돌하는 입사각을 변화시킨다. 더욱이, 해당 회전된 프리즘(P)을 통한 광 빔(110A)의 2개의 국부 광학 품질, 즉, 광학 배율(OM(P)) 및 빔 굴절각(δ(P))은, 해당 회전된 프리즘(P)의 입사면(H(P))에 충돌하는 광 빔(110A)의 입사각의 함수이다. 프리즘(P)을 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(P))은, 해당 프리즘(P)을 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo(P))의, 해당 프리즘(P)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi(P))에 대한 비율이다.

빔 확장기(501) 내의 프리즘(P) 중 하나 이상에서 광 빔(110A)의 국부 광학 배율(OM(P))의 변화는 빔 확장기(501)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(565))에서 전체적인 변화를 초래한다. 빔 확장기(501)를 통과하는 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(565))은, 빔 확장기(501)를 출사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wo)의, 빔 확장기(501)에 입사하는 광 빔(110A)의 횡방향 폭(Wi)에 대한 비율이다.

또한, 빔 확장기(501) 내의 프리즘(P) 중 하나 이상을 통과하는 국부 빔 굴절각(δ(P))에서의 변화는 격자(500)의 표면(502)에서 광 빔(110A)의 입사각(562)에서의 전체적인 변화를 초래한다.

광 빔(110A)의 파장은 광 빔(110A)이 격자(500)의 회절면(502)에 충돌하는 입사각(562)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110)의 광학 배율(565)을 변경함으로써 조절될 수 있다.

스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광 빔(110)이 스캐너(115)에 의해 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝되는 동안 펄스형 광 빔(110)의 대역폭의 더욱 빠른 조절을 제공하도록 재설계된다. 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 광 콤포넌트(500, 505, 510, 515, 520) 중 하나 이상을 보다 효과적이고 보다 빠르게 회전시키기 위한 하나 이상의 새로운 작동 시스템들로 재설계될 수 있다.

예를 들어, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 프리즘(520)을 보다 효과적이고 보다 빠르게 회전시키기 위한 새로운 작동 시스템(520A)을 포함한다. 새로운 작동 시스템(520A)은 프리즘(520)이 회전하는 속도를 증가시키는 방식으로 설계될 수 있다. 구체적으로, 새로운 작동 시스템(520A)에 장착된 프리즘(520)의 회전 축선은 새로운 작동 시스템(520A)의 회전 가능한 모터 샤프트(522A)와 평행하다. 다른 구현예에서, 새로운 작동 시스템(520A)은 일 단부에서 모터 샤프트(522A)에 물리적으로 연결되고 다른 단부에서 프리즘(520)에 물리적으로 연결되어 프리즘(520)을 회전시키는 추가적인 레버리지를 제공하는 아암을 포함하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식에 의하면, 광 빔(110A)의 광학 배율(OM)은 프리즘(520)의 회전에 보다 민감하게 된다.

일부 구현예에서, 프리즘(505)은 대역폭의 보다 빠른 조절을 제공하기 위해 빔 확장기의 종래의 설계에 대해 대칭이 된다. 이러한 경우, 프리즘(520)의 상대적으로 작은 회전으로 (장치(130)의 종래의 설계와 비교할 때) 대역폭 변화가 상대적으로 더 빨라지게 된다. 프리즘(520)의 단위 회전당 광학 배율의 변화는 종래의 스펙트럼 특징 선택 장치와 비교할 때 재설계된 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에서 증가된다.

장치(130)는 광 빔(110A)이 격자(500)의 회절면(502)에 충돌하는 입사각(562)을 조절함으로써, 광학 소스(105)의 공진기 또는 공진기들 내에서 생성되는 광 빔(110A)의 파장을 조절하도록 설계된다. 구체적으로, 이는 프리즘(505, 510, 515, 520) 및 격자(500) 중 하나 이상을 회전시켜 광 빔(110A)의 입사각(562)을 조절함으로써 행해질 수 있다.

또한, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(565))을 조절함으로써 조절된다. 따라서, 광 빔(110A)의 대역폭은 광 빔(110A)의 광학 배율(565)을 변화시키는 프리즘(505, 510, 515, 520) 중 하나 이상을 회전시킴으로써 조절될 수 있다.

특정 프리즘(P)의 회전은 국부적인 빔 굴절각(δ(P)) 및 해당 프리즘(P)에서의 국부 광학 배율(OM(P)) 모두의 변화를 초래하기 때문에, 이 설계에서는 파장 및 대역폭의 제어가 결합된다.

또한, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(520)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(505)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(520)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율(OM(520))의 임의의 변화가 다른 프리즘(515, 510, 및 505)에서의 광학 배율(OM(515), OM(510), OM(505)) 각각의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(520)과 격자(500) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(520)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(515, 510, 505)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(505)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(520)의 회전에 상대적으로 둔감하다.

예를 들면, 파장을 변화시키지 않고 대역폭을 변경하기 위해서는, 입사각(562)을 변화시키지 않고 광학 배율(565)을 변경해야 하고, 이는 프리즘(520)을 크게 회전시키고, 프리즘(505)는 작게 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.

제어 모듈(550)은 각각의 광 콤포넌트(500, 505, 510, 515, 520)에 물리적으로 결합되는 하나 이상의 작동 시스템(500A, 505A, 510A, 515A, 520A)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(500)는 정지 상태로 유지될 수 있고, 프리즘(515)은 정지 상태로 유지되고 작동 시스템에 물리적으로 결합되지 않을 수 있다.

작동 시스템(500A, 505A, 510A, 515A, 520A) 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(550)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(500A, 505A, 510A, 515A, 520A)의 액추에이터 각각은 각각의 광 콤포넌트를 이동시키거나 제어하기 위한 기계적인 디바이스이다. 액추에이터는 모듈(550)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(500)는 큰 블레이즈 앵글 에첼 격자(Echelle grating)일 수 있고, 격자 방정식을 만족하는 임의의 입사각(562)으로 격자(500)에 입사하는 광 빔(110A)은 반사(회절)될 것이다. 격자 방정식은, 격자(500)의 스펙트럼 차수, 회절되는 파장 (회절되는 빔의 파장), 격자(500) 상의 광 빔(110A)의 입사각(562), 격자(500)로부터 회절된 광 빔(110A)의 출사각, 격자(500) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도, 및 격자(500)의 회절면의 그루브 간격 사이의 상호관계를 제공한다. 또한, 격자(500)에 대한 광 빔(110A)의 입사각(562)이 격자(500)로부터의 광 빔(110A)의 출사각과 동일하도록 격자(500)가 사용되는 경우, 격자(500) 및 빔 확장기(프리즘(505, 510, 515, 520))은 리트로(Littrow) 구성으로 배치되고, 격자(500)로부터 반사된 광 빔(110A)의 파장은 리트로 파장이다. 격자(500) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 수직 발산도는 0에 가깝다고 가정할 수 있다. 공칭 파장을 반사시키기 위해, 격자(500)는 격자(500) 상에 입사되는 광 빔(110A)에 대하여 정렬되어, 공칭 파장이 역으로 반사되어 빔 확장기(프리즘들(505, 510, 515, 520))를 통해 광학 소스(105)에서 증폭된다. 이후, 격자(500) 상에 광 빔(110A)의 입사각(562)을 변화시킴으로써, 광학 소스(105) 내의 공진기의 전체 이득 대역폭에 걸쳐 리트로 파장이 조정될 수 있다.

각 프리즘(505, 510, 515, 520)은 광 빔(110A)의 횡 방향을 따라 충분히 넓어, 광 빔(110A)이 통과하는 표면 내에 광 빔(110A)이 포함된다. 각 프리즘은 개구(555)로부터 격자(500)를 향하는 경로상의 광 빔(110A)을 광학적으로 확대하고, 따라서 프리즘(520)으로부터 프리즘(505)까지 각 프리즘은 순차적으로 크기가 커진다. 따라서, 프리즘(505)은 프리즘(510)보다 크고, 프리즘(510)은 프리즘(515)보다 크며, 프리즘(520)이 가장 작은 프리즘이다.

격자(500)로부터 가장 멀리 있고 또한 크기가 가장 작은 프리즘(520)은 작동 시스템(520A)에 특히 회전 샤프트(522A)에 장착되어 프리즘(520)을 회전시키고, 이러한 회전은 격자(500) 상에 입사하는 광 빔(110A)의 광학 배율을 변화시킴으로써 장치(130)로부터 출력되는 광 빔(110A)의 대역폭을 수정한다. 작동 시스템(520A)은 프리즘(520)이 고정되는 회전 샤프트(522A)를 포함하는 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에 고속 작동 시스템(520A)으로 설계된다. 회전 샤프트(522A)은 프리즘(520)의 회전 축선과 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전한다. 또한, 작동 시스템(520A)은 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에, 여하한 기계적 기억 상태도 없으며 또한 에너지 바닥 상태도 없다. 회전 샤프트(522A)의 각각의 위치는 회전 샤프트(522A)의 나머지 위치들 각각과 동일한 에너지이며, 회전 샤프트(522A)는 낮은 포텐셜 에너지를 가지는 바람직한 휴지 위치가 없다.

일부 구현예에서, (프리즘(510)이 장착되는) 작동 시스템(510A)은 고속 작동 시스템(520A)과 유사한 고속 작동 시스템일 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 시스템(510A)은 프리즘(510)을 회전시키는 회전 샤프트(512A)를 포함할 수 있으며, 이러한 회전은 격자(500)에 충돌하는 광 빔(110A)의 광학 배율을 변화시킴으로써 장치(130)로부터 출력되는 광 빔(110A)의 대역폭을 수정한다. 따라서, 작동 시스템(510A)은 프리즘(510)이 고정되는 회전 샤프트(512A)를 포함하는 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에 (시스템(520A)과 유사하게) 고속 작동 시스템으로 설계된다. 회전 샤프트(512A)는 프리즘(510)의 회전 축선과 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전한다. 더욱이, 작동 시스템(510A)은 로터리 스테퍼 모터를 포함하기 때문에, 어떠한 기계적 기억 상태도 없으며 또한 에너지 바닥 상태도 없다. 회전 샤프트(512A)의 각각의 위치는 회전 샤프트(512A)의 나머지 위치들 각각과 동일한 에너지이며, 회전 샤프트(512A)는 낮은 위치 에너지를 갖는 바람직한 휴지 위치가 없다.

전술한 바와 같이, 광 빔(110A)의 대역폭은 프리즘(520)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(505)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 이는 프리즘(520)의 회전으로 인한 광 빔(110A)의 국부 광학 배율(OM(520))의 임의의 변화가 다른 프리즘(515, 510, 및 505)에서의 광학 배율(OM(515), OM(510), OM(505)) 각각의 변화의 곱으로 배가되기 때문인데, 이는 이들 프리즘이 회전된 프리즘(520)과 격자(500) 사이에 있고 광 빔(110A)은 프리즘(520)을 통과한 후 이러한 다른 프리즘(515, 510, 505)을 통과해 진행해야 하기 때문이다. 한편, 광 빔(110A)의 파장은 프리즘(505)의 회전에 상대적으로 민감하고 프리즘(520)의 회전에 상대적으로 둔감하다. 따라서, 프리즘(505)을 회전시킴으로써 파장을 개략적으로 변화시킬 수 있고, 프리즘(520)은 (개략적인 방식으로) 회전시킬 수 있다. 프리즘(505)의 회전에 의해 광 빔(110A)의 입사각(562)이 변화되고, 프리즘(520)의 회전은 프리즘(505)의 회전에 의해 발생된 배율 변화를 상쇄시킨다. 더욱이, 새롭게 설계된 고속 작동 시스템(520A)은 원하지 않는 배율 변경을 신속하게 상쇄하도록 대역폭이 빠르게 변경되도록 한다. 또한, 대역폭이 보다 미세하게 제어될 필요가 있는 경우, 프리즘(510)은 새롭게 설계된 고속 작동 시스템(510A)을 사용하여 신속하게 회전될 수 있다. 또한 압전 스테이지를 포함할 수 있는 작동 시스템(515A)으로 프리즘(515)을 회전시킴으로써 파장을 보다 미세하게 제어하는 것이 가능하다.

프리즘(520)은 개략적인, 넓은 범위의, 및 느린 대역폭 제어에 사용될 수 있다. 대조적으로, 프리즘(510)을 제어함으로써 대역폭은 미세하고 좁은 범위에서, 그리고 보다 빠르게 제어될 수 있다.

일부 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(130)는 빔 확장기(501)와 격자(500) 사이의 위치(503)에 그리고 빔 확장기(501)와 격자(500) 사이를 지나가는 광 빔(110A)의 경로를 따라 배치되는 미러와 같은 빔 편향기를 포함 할 수 있다. 미러는 그 자신의 액추에이터 시스템의 제어 하에 회전되어 격자(500)의 회절면(502)에 충돌하는 광 빔(110A)의 입사각(562)을 변화시킨다. 이러한 방식으로, 미러는 광 빔(110A)의 광학 배율(565) 또는 대역폭에 대한 원치 않는 변화 없이 광 빔(110A)의 파장을 조절하는데 사용될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 구현예에서, 스펙트럼 특징 선택 장치(630)는 격자(600) 및 4개의 프리즘(605, 610, 615, 620)으로 설계된다. 격자(600) 및 4개의 프리즘(605, 610, 615, 620)은, 광 빔(110A)이 장치(630)의 개구부(655)를 통과한 후에, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 구성된다. 광 빔(110A)은 개구부(655)로부터 프리즘(620), 프리즘(615), 프리즘(610), 프리즘(605)을 통해 장치(630)의 X_SF-Y_SF 평면 내의 경로를 따라 이동하고, 이후, 격자(600)로부터 반사되어, 개구부(655)를 통해 장치를 빠져 나오기 전에 프리즘(605, 610, 615, 620)을 다시 통과한다.

프리즘(605, 610, 615, 620)은 직각 프리즘으로서, 펄스형 광 빔(110A)이 투과하여 각 직각 프리즘을 통과할 때 펄스형 광 빔(110A)은 그 광학 배율을 변경한다. 분산형 광학 요소(600)로부터 가장 먼 직각 프리즘(620)은 복수의 프리즘 중 빗변이 가장 작고, 분산형 광학 요소(600)에 더 가까운 연속된 직각 프리즘은 분산형 광학 요소로부터 더 먼 인접한 직각 프리즘보다 크거나 같은 크기의 빗변을 가진다.

예를 들어, 격자(600)에 가장 가까운 프리즘(605)은 또한 크기 면에서 가장 크며, 예를 들어 그 빗변이 4개의 프리즘(605, 610, 615, 620)의 최대 범위를 갖는다. 격자(600)로부터 가장 멀리 있는 프리즘(620)은 또한 크기 면에서 가장 작고, 예를 들어, 그 빗변이 4개의 프리즘(605, 610, 615, 620)의 최소 범위를 갖는다. 인접한 프리즘은 동일한 크기일 수 있다. 그러나, 광 빔(110A)이 프리즘(620), 프리즘(615), 프리즘(610), 및 프리즘(610)을 통해 이동함에 따라 광학적으로 확대되고 따라서 광 빔(110A)이 격자(600)에 더 가까워짐에 따라 광 빔(110A)의 횡 방향 범위가 확대되므로, 인접한 프리즘보다 격자(600)에 더 가까운 각각의 프리즘은 크기 면에서 같거나 더 커야 한다. 광 빔(110A)의 횡 방향 범위는 광 빔(110A)의 전파 방향에 수직인 평면을 따른 범위이다. 그리고, 광 빔(110A)의 전파 방향은 장치(630)의 X_SF-Y_SF 평면에 있다.

프리즘(605)은 장치(630)의 Z_SF 축에 평행한 축선을 중심으로 프리즘(605)을 회전시키는 작동 시스템(605A)에 물리적으로 결합되고, 프리즘(610)은 Z_SF 축에 평행한 축선을 중심으로 프리즘(610)을 회전시키는 작동 시스템(610A)에 물리적으로 결합되며, 그리고 프리즘(620)은 고속 작동 시스템(620A)에 물리적으로 결합된다. 고속 작동 시스템(620A)은 장치(630)의 Z_SF 축과 평행한 축선을 중심으로 프리즘(605)을 회전시키도록 구성된다.

고속 작동 시스템(620A)은 회전 샤프트(622A) 및 회전 샤프트(622A)에 고정된 회전 플레이트(623A)를 가지는 로터리 스테퍼 모터(621A)를 포함한다. 회전 샤프트(622A), 따라서 회전 플레이트(623A)는 프리즘(620)의 무게 중심(회전 축선(AP)에 대응)과 평행하고 또한 장치(630)의 Z_SF 축과 평행한 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전한다. 꼭 필요로 하는 것은 아니지만, 프리즘(620)의 샤프트 축선(AR)은 X_SF-Y_SF 평면을 따라 프리즘(620)의 무게 중심(회전 축선(AP))에 대응되거나 정렬될 수 있다. 일부 구현예에서, 프리즘(620)의 무게 중심(또는 회전 축선(AP))은 X_SF-Y_SF 평면을 따라 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋 된다. 샤프트 축선(AR)을 프리즘(620) 무게 중심으로부터 오프셋 시킴으로써, 광 빔(110A)의 위치는 프리즘(620)이 회전될 때마다 격자(600)의 표면 상의 특정 위치에 있도록 조절될 수 있다.

프리즘(620)을 회전 플레이트(623A)에 장착함으로써, 샤프트(622A) 및 회전 플레이트(623A)가 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전함에 따라 프리즘(620)은 그 회전 축선(AP)을 중심으로 직접 회전된다. 이러한 방식으로, 선형으로 이동 가능한 샤프트(굴곡부를 사용하여 회전 운동으로 변환됨)를 갖는 리니어 스테퍼 모터를 사용하는 시스템과 비교할 때, 프리즘(620)의 고속 회전 또는 제어가 가능해진다. 샤프트(622A)(및 플레이트(623A))의 회전 단계는 (여하한 선형 운동이 부여됨이 없이) 프리즘(620)의 회전 단계에 직접 관련되기 때문에, 로터리 스테퍼 모터(621A)는, 광 빔(110A)의, 따라서 광 빔(110)의 (대역폭 등) 스펙트럼 특징의 보다 빠른 조절을 가능하게 하는 스피드로 프리즘(620)을 회전시킬 수 있다. 스테퍼 모터(621A)의 회전식 디자인은 프리즘(620)에 대한 종래의 액추에이터에서 발견되는 임의의 선형 운동 또는 굴곡 운동을 사용하지 않고 장착된 프리즘(620)에 순수한 회전 운동을 가한다. 또한, 회전 샤프트(622A)의 사용은 (굴곡으로부터 결정된 각도만큼만 프리즘(620)이 회전할 수 있는) 리니어 스테퍼 모터와 굴곡 디자인을 사용하는 종래의 액추에이터와 달리, 프리즘(620)이 완전히 360°를 회전할 수 있게 한다. 일부 구현예에서, 수용 가능한 범위에서 광 빔(110A)의 대역폭의 조정을 달성하기 위해, 프리즘(620)은 15도만큼 회전될 수 있다. 현재의 대역폭 범위 요건에서는 필요하지 않지만, 프리즘(620)은 15도 이상으로 회전될 수 있다.

일부 구현예에서, 스테퍼 모터(621A)는 직접 구동 스테퍼 모터일 수 있다. 직접 구동 스테퍼 모터는 위치 제어를 위해 내장된 스텝 모터 기능을 사용하는 일반적인 전자기 모터이다. 운동의 더 높은 해상도가 필요할 수 있는 다른 구현에서, 스테퍼 모터(621A)는 압전 모터 기술을 사용할 수 있다.

스테퍼 모터(621A)는, 예를 들어 프리즘(620)의 빠른 회전을 제공하기 위해 가변 주파수 구동 제어 방법을 사용하여 모터 제어기로 제어되는 회전 스테이지일 수 있다.

전술한 바와 같이, 로터리 스테퍼 모터(621A)를 사용하는 이점은, 프리즘(620)의 회전 축선(AP)이 회전 샤프트(622A) 및 샤프트 축선(AR)과 평행하기 때문에 프리즘(620)의 보다 빠른 회전을 얻는 것이다. 따라서, 샤프트(622A)의 모든 단위 회전에 대해, 프리즘(620)은 증분 단위만큼 회전하고, 프리즘(620)은 회전 샤프트(622A)가 회전할 수 있는 만큼 빨리 회전한다. 일부 구현예에서, 이 구성의 안정성을 증가시키고 프리즘(620)의 안정성을 증가시키기 위해, 고속 작동 시스템(620A)은 로터리 스테퍼 모터(621A)의 회전 샤프트(622A)의 위치를 검출하도록 구성된 위치 모니터(624A)를 포함한다. 회전 샤프트(622A)의 측정된 위치와 회전 샤프트(622A)의 예상 또는 목표 위치 사이의 오차는 프리즘(620)의 위치의 오차와 직접적으로 관련되고, 따라서 이 측정은 프리즘의 프리즘(620)의 회전 오차(즉, 실제 회전과 명령된 회전 사이의 차이)를 결정하고, 작동 중에 이 오차를 보정하는데 사용될 수 있다.

제어 모듈(550)은 위치 모니터(624A)에 연결되어 회전 샤프트(622A)의 위치 값을 수신하고, 제어 모듈(550)은 회전 샤프트(622A)의 명령된 위치의 저장된 값 또는 현재 값에 액세스 할 수 있으므로, 제어 모듈(550)은 계산된 위치의 측정값과 회전 샤프트(622A)의 명령된 위치 사이의 차이를 결정할 수 있고 또한 이 오차를 줄이기 위해 회전 샤프트(622A)를 어떻게 조절할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(550)은 오차를 상쇄하기 위해 회전 샤프트(622A)의 회전 방향뿐만 아니라 회전의 양을 결정할 수 있다. 이와 달리, 제어 시스템(185)이 이러한 분석을 수행하는 것이 가능하다.

위치 모니터(624A)는 회전 플레이트(623A)와 일체로 구성되는 매우 고해상도의 광학 로터리 인코더일 수 있다. 광학 로터리 인코더는 광학 센싱 기술과 내부에 불투명한 라인과 패턴이 있는 내부 코드 디스크의 회전을 사용한다. 예를 들어, 플레이트(623A)는 발광 다이오드와 같은 광 빔에서 회전되고(따라서 로터리 인코더라 칭함), 플레이트(623A)상의 마킹은 광을 차단 및 차단 해제하는 셔터로서 작용한다. 내부 포토 다이오드 검출기는 교번하는 광 빔을 감지하고 인코더의 전자 장치는 패턴을 전기 신호로 변환한 다음 인코더(624A)의 출력을 통해 제어 모듈(550)로 전달한다.

일부 구현예에서, 제어 모듈(550)은 로터리 스테퍼 모터(621A)만을 작동시키기 위한 고속 내부 전용 제어기로 설계될 수 있다. 예를 들어, 고속 내부 전용 제어기는 인코더(624A)로부터 고해상도 위치 데이터를 수신할 수 있고, 샤프트(622A)의 위치를 조절하여 프리즘(620)의 위치를 조절하기 위해 로터리 스테퍼 모터(621A)에 직접 신호를 보낼 수 있다.

또한 도 6c를 참조하면, 조명 시스템(150)은 제어 모듈(550)과 상호작용하는 제어 시스템(185)의 제어 하에 광 빔(110A)의 대역폭과 같은 스펙트럼 특징을 변경한다. 예를 들어, 광 빔(110A) 및 광 빔(110)의 대역폭을 개략적으로 그리고 광범위하게 제어하기 위하여, 제어 모듈(550)은 고속 작동 시스템(620A)의 로터리 스테퍼 모터(621A)에 신호를 보내어 회전 샤프트(622A)를 (도 6c의 좌측의) 제1 각도(θ1)로부터 (도 6c의 우측의) 제2 각도(θ2)(여기서, Δθ = θ2 - θ1)로 회전시킨다. 그리고, 샤프트(622A)의 이 각도 변화는 샤프트(622A)에 고정된 플레이트(623A)에 직접 가해지고, 플레이트(623A)에 고정된 프리즘(620)에도 가해진다. 프리즘(620)의 θ1으로부터 θ2로의 회전은 격자(600)와 상호작용하는 펄스형 광 빔(110A)의 광학 배율(OM(565))에 OM1으로부터 OM2로의 대응되는 변화를 초래하고, 펄스형 광 빔(110A)의 광학 배율(565)에서의 변화는 펄스형 광 빔(110A) (그리고 광 빔(110)도 마찬가지)의 대역폭의 변화를 초래한다. 이 고속 작동 시스템(620A)을 사용하여 프리즘(620)을 회전시킴으로써 달성될 수 있는 대역폭의 범위는 넓은 범위일 수 있고, 약 100 펨토미터(fm) 내지 약 450 fm 일 수 있다. 달성할 수 있는 전체 대역폭 범위는 적어도 250 fm 일 수 있다.

회전 샤프트(622A)의 한 단위 회전에 의해 고속 작동 시스템(620A)에 연관된 프리즘(620)의 회전은, 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 측정하는 (예를 들어, 후술되는 측정 시스템(170)의 일부로서) 대역폭 측정 디바이스의 분해능보다 작은 양만큼 펄스형 광 빔(110A)의 대역폭을 변화시킨다. 프리즘(620)은 대역폭에서 이러한 변화를 달성하기 위해 15도까지 회전될 수 있다. 실무적으로, 프리즘(620)의 회전량은 장치(630)의 다른 콤포넌트들의 광학 레이아웃에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 너무 큰 회전은 광 빔(110A)이 다음 프리즘(615)에 충돌하지 않을 정도로 큰 양만큼 광 빔(110A)을 변위시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 수용 가능한 범위에서 광 빔(110A)의 대역폭의 조정을 달성하기 위해, 프리즘(620)은 광 빔(110A)이 다른 프리즘(605, 610, 또는 615) 중 어느 하나를 벗어날 위험 없이 15도만큼 회전될 수 있다. 현재의 대역폭 범위 요건에서는 필요하지 않지만, 프리즘(620)은 15도 이상으로 회전될 수 있다.

다시 도 6a를 참조하면, 프리즘(610)은 프리즘(410)을 회전시키게 하는 작동 시스템(610A)에 장착될 수 있고, 프리즘(610)의 이러한 회전은 광 빔(110A)의 파장의 미세한 제어를 제공할 수 있다. 작동 시스템(610A)은 압전 모터로 제어되는 로터리 스테퍼 모터를 포함할 수 있다. 압전 모터는 선형 또는 회전 운동을 생성하기 위해 재질이 음향 또는 초음파 진동을 발생시키는 역방향 압전 효과를 이용하여 작동한다.

이와 달리, 프리즘(610)은 (회전 샤프트(622A) 및 회전 샤프트(622A)에 고정된 회전 플레이트(623A)을 가지는 로터리 스테퍼 모터(621A)와 같은) 로터리 스테퍼 모터를 포함하는 고속 작동 시스템(610A)에 장착될 수 있다. 회전 샤프트 및 이에 따라 회전판은 프리즘(610)의 (회전 축선(AP)에 대응하는) 무게 중심과 평행하고 장치(630)의 Z_SF 축과 평행한 샤프트 축선을 중심으로 회전한다. 이러한 방식으로, 프리즘(610)의 회전은 광 빔(110A)의 대역폭의 보다 미세한 제어를 제공할 수 있다.

격자(600)에 더 가깝고 프리즘(620)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가지는 프리즘(615)은, 일부 구현예에서 공간적으로 고정될 수 있다. 격자(600)에 더 가까운 다음 프리즘(610)은 프리즘(615)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다.

격자(610)에 가장 가까운 프리즘(605)은 프리즘(610)의 크기보다 크거나 같은 크기를 가진다 (프리즘(605)은 빔 확장기의 가장 큰 프리즘이다). 프리즘(605)은 프리즘(605)을 회전시키는 작동 시스템(605A)에 장착될 수 있고, 프리즘(605)의 그러한 회전은 광 빔(110A)의 파장의 개략적인 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 프리즘(605)은 광 빔(110A)(및 이에 따라 광 빔(110))의 파장을 약 193.2 나노미터(nm)로부터 약 193.5 nm로 조정하기 위해 1-2도만큼 회전될 수 있다. 일부 구현예에서, 작동 시스템(605A)은 프리즘(605)이 고정되는 (플레이트(623A)와 같은) 마운팅 표면 및 이 마운팅 표면을 회전시키는 모터 샤프트를 포함하는 로터리 스테퍼 모터를 포함한다. 작동 시스템(605A)의 모터는 종래의 리니어 스테퍼 모터 및 굴곡 장치 조합 설계보다 50배 더 빠른 압전 모터일 수 있다. 작동 시스템(620A)과 마찬가지로, 작동 시스템(605A)은 제어 시스템(185) 또는 제어 모듈(650)에 대한 각도 위치 피드백을 제공하는 광학 로터리 인코더를 포함할 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스펙트럼 특징 선택 장치(730)의 다른 구현예에서, 고속 작동 시스템(720A)은 격자(700)로부터 가장 멀리 있는 빔 확장기의 프리즘(720)을 샤프트 축선(AR)을 중심으로 회전(R)시키도록 설계된다. 선택적으로 또는 부가 적으로, 프리즘(710)과 연관된 작동 시스템(710A)은 또한 고속 작동 시스템(720A 또는 620A)과 같이 설계된 고속 작동 시스템일 수 있다.

장치(730)는 샤프트 축선(AR)의 위치에서 회전 플레이트(723A)에 기계적으로 연결된 제1 영역(740A)을 가진 연장 암(725A)을 포함한다. 연장 암(725A)은 샤프트 축선(AR)과 교차하지 않도록 X_SF-Y_SF 평면에서의 방향 (따라서 샤프트 축선(AR)에 수직한 방향)을 따라 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋되는 제2 영역(745A)을 가진다. 프리즘(720)은 제2 영역(745A)에 기계적으로 연결된다.

프리즘(720)의 무게 중심(프리즘 축선(AP))과 샤프트 축선(AR)의 둘 모두는 장치(730)의 Z_SF 축과 평행하게 유지되며; 그러나, 프리즘(720)의 무게 중심은 샤프트 축선(AR)으로부터 오프셋 되어 있다. 연장 암(725A)의 샤프트 축선(AR)을 중심으로 한 각도(Δθ)만큼의 회전은 조합된 운동을 프리즘(720)에 가한다: 프리즘(720)의 샤프트 축선(AR)을 중심으로 한 X_SF-Y_SF 평면 내에서 각도(Δθ)만큼의 회전(R)(도 5c 참조), 및 장치(730)의 X_SF-Y_SF 평면 내에 놓여진 방향을 따라 프리즘(720)의 병진 이동(T). 도 7c의 예에서, 프리즘(720)은 제1 각도(θ1)로부터 제2 각도(θ2)로 회전되고(R), X_SF-Y_SF 평면의 제1 위치(Pos1)로부터 X_SF-Y_SF 평면의 제2 위치(Pos2)로 병진 이동된다.

따라서, 프리즘(720)에 대한 병진 이동(T)은 격자(700)의 표면(702)의 장축(701)에 평행한 방향을 따라 광 빔(110A)을 평행 이동시킨다. 장축(701)은 또한 장치(730)의 X_SF-Y_SF 평면을 따라 놓인다. 광 빔(110A)의 이러한 변환을 수행함으로써, 가능한 광학 배율(OM)의 범위의 하단에서 격자(700)의 어느 면적 또는 영역이 조명되는지를 제어하는 것이 가능하다. 또한, 격자(700) 및 격자의 표면(702)은 불균일하다; 즉, 격자(700)의 표면(702)의 일부 영역은 격자(700)의 표면(702)의 다른 영역보다 광 빔(110A)의 파면에 다른 변화를 가하고, 표면(702)의 일부 영역은 표면(702)의 다른 영역보다 광 빔(110A)의 파면에 더 큰 왜곡을 가한다. 제어 시스템(185) (또는 제어 모듈(550))은, 고속 작동 시스템(720A)을 제어하여 이에 따라 프리즘(720)에 대한 병진 이동(T)을 조절할 수 있고 격자(700) 표면(702)의 불균일성을 이용하기 위해 장축(701)을 따라 광 빔(110A)의 병진 이동을 조절할 수 있으며, 또한, 격자 표면(702)의 일 단부 근처의 격자 표면(702)의 더 높은 왜곡 영역을 조명하여 단순히 광학 배율을 낮추는 효과로 얻을 수 있는 것보다 더욱 많이 스펙트럼 대역폭을 증가시킬 수 있다.

또한, 프리즘(720)에 대한 직선 이동(T)은 광 빔(110A)의 위치에 대해 상대적인 프리즘(720)의 회전 중에 프리즘(720)의 빗변(H)(도 7c 참조)을 병진 이동시킨다. 따라서, 빗변(H)에 대한 병진 이동은 장치(730)의 작동 중에 빗변(hypotenuse)(H)의 새로운 영역을 광 빔(110A)에 노출시킨다. 장치(730)의 수명 동안, 프리즘(720)은 그 회전 범위의 일 단부로부터 타 단부로 회전되고, 또한 더 많은 영역이 광 빔(110A)에 노출되어, 광 빔(110A)에 의해 프리즘(720)에 가해지는 손상의 양을 감소시킨다.

장치(630)와 유사하게, 스펙트럼 특징 선택 장치(730)는 격자(600)를 또한 포함하고, 빔 확장기는 프리즘(720)과 격자(700) 사이의 광 빔(110A)의 경로를 따라 위치된 프리즘(705, 710, 715)을 포함한다. 격자(700) 및 4개의 프리즘(705, 710, 715, 720)은, 광 빔(110A)이 장치(730)의 구멍(755)을 통과한 후에, 광학 소스(105)에 의해 생성된 광 빔(110A)과 상호 작용하도록 구성된다. 광 빔(110A)은 개구부(755)로부터 프리즘(720), 프리즘(715), 프리즘(710), 프리즘(705)을 통해 장치(730)의 X_SF-Y_SF 평면 내의 경로를 따라 이동하고, 이후, 격자(700)로부터 반사되어, 개구부(755)를 통해 장치를 빠져 나오기 전에 프리즘(705, 710, 715, 720)을 다시 통과한다.

도 8a-8d를 참조하면, 다른 구현예에서, 고속 작동 시스템(820A)은 고속 작동 시스템(720A)과 유사하게 설계되나, 부가된 2차 액추에이터(860A)를 구비한다. 2차 액추에이터(860A)는 격자(800)로부터 가장 먼 프리즘(820)에 물리적으로 결합된다. 2차 액추에이터(860A)는, X_SF-Y_SF 평면에 놓이고 또한 프리즘(820)의 빗변(H)의 평면에 놓인 축선(AH)을 중심으로 프리즘(820)을 회전시키도록 구성된다.

일부 구현예에서, 비록 요구되지는 않지만, 2차 액추에이터(860A)는 제어 모듈(650)(또는 제어 시스템(185))에 의해 제어된다. 2차 액추에이터(860A)는 제어 모듈(550) 또는 제어 시스템(185)에 의해 제어되지 않는 수동 스크류 및 굴곡 디자인일 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(860A)는 시스템(820A)이 사용되기 전에 설정될 수 있거나, 주기적으로 시스템(820A)의 사용 사이에서 수동으로 변경될 수 있다.

따라서, 프리즘(820)은 X_SF-Y_SF 평면에 놓이는 축선(AH)를 중심으로 회전될 수 있어, 광 빔(110A)이 프리즘(820) 및 프리즘(820)의 빗변(H)에 진입하는 곳에 대하여 더욱 우수한 제어를 가능하게 하는데, 이는 각각의 프리즘(815, 810, 805), 및 격자(800)를 통과하는 광 빔(110A)의 경로를 더욱 잘 유지하기 위한 것이다. 특히, 축선(AH)를 중심으로 한 프리즘(820)의 회전은 광 빔(110A)이 보다 미세하게 조절될 수 있게 한다. 예를 들어, 프리즘(820)은 축선(AH)을 중심으로 회전되어, 프리즘(820)이 축선(AP 또는 AR)을 중심으로 회전하더라도 격자(800)로부터의 역 반사된 (즉, 회절된) 광 빔(110A)이 X_SF-Y_SF 평면에 남아 있고 장치(830)의 Z_SF 축을 따라 옮겨지지 않는 것을 확보할 수 있다. 축선(AP 또는 AR)이 Z_SF 축과 완벽하게 정렬되지 않은 경우, 이 Z_SF 축 조절을 수행하는 것이 유익하다. 또한, 연장 암(825A)이 캔틸레버이고 Z_SF 축에 따르는 방식으로 처지거나 움직여 축선(AH)을 중심으로 구부러질 수 있기 때문에, 프리즘(820)을 축선(AH) 중심으로 회전시키는 것이 유리할 수 있고, 2차 액추에이터(860A)가 이 구부러짐을 상쇄하는 데 사용될 수 있다.

도 9를 참조하면, 예시적인 광학 소스(905)은 광 빔(110)으로서 펄스 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 소스이다. 광학 소스(905)는 시드 광 빔(seed light beam)(110A)을 파워 증폭기(PA)(910)에 제공하는 마스터 오실레이터(MO)(900)를 포함하는 2 단 레이저 시스템이다. 마스터 오실레이터(900)는 전형적으로 증폭이 발생하는 이득 매질 및 광 공진기와 같은 광 피드백 메카니즘을 포함한다. 파워 증폭기(910)는 전형적으로 마스터 오실레이터(900)로부터의 시드 레이저 빔이 시딩될 때 증폭이 발생하는 이득 매질을 포함한다. 파워 증폭기(910)가 재생 링 공진기(regenerative ring resonator)로 설계되는 경우, 이는 파워 링 증폭기(power ring amplifier)(PRA)로서 표현되며, 이 경우 링 설계로부터 충분한 광 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(900)로부터 광 빔(110A)을 수신한다. 파워 증폭기(910)는 마스터 오실레이터(900)로부터 광 빔(110A)을 수신하고 이 출력을 증폭하여 포토리소그래피에 사용하기 위한 출력에 필요한 파워를 얻는다.

마스터 오실레이터(900)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(915) 사이에 형성되어 시드 광 빔(110A)을 출력 증폭기(910)로 출력한다.

광학 소스(905)는 또한 출력 커플러(915)로부터의 출력을 수신하는 라인 중심 분석 모듈(LAM)(920) 및 필요에 따라 빔의 크기 및/또는 형태를 수정하는 하나 이상의 빔 수정 광학 시스템(925)을 포함할 수 있다. 라인 중심 분석 모듈(920)은 시드 광 빔의 파장(예를 들어, 중심 파장)을 측정하는데 사용될 수 있는 측정 시스템(170) 내의 한 타입의 측정 시스템의 예이다.

파워 증폭기(910)는 파워 증폭기 방전 챔버를 포함하고, 재생 링 증폭기(regenerative ring amplifier)인 경우, 파워 증폭기는 순환하는 경로를 형성하도록 광 빔을 방전 챔버로 되반사시키는 빔 반사체 또는 빔 선회 디바이스(930)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(110A)은 파워 증폭기(910)를 반복적으로 통과함으로써 증폭된다. 빔 수정 광학 시스템(925)은 출력 광 빔(110)을 형성하기 위해 시드 광 빔(110A)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(900) 및 전력 증폭기(910)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.

라인 중심 분석 모듈(920)은 마스터 오실레이터(900)의 출력(광 빔(110A))의 파장을 모니터링한다. 라인 중심 분석 모듈(920)은 광학 소스(905) 내의 다른 위치에 배치될 수 있거나 광학 소스(905)의 출력에 배치될 수 있다.

파워 증폭기(910)에 의해 생성된 펄스의 반복률은 스캐너(115) 내의 제어기(140)로부터의 명령 하에 제어 시스템(185)에 의해 마스터 오실레이터(900)가 제어되는 반복 속도에 의해 결정된다. 파워 증폭기(910)로부터 출력되는 펄스의 반복률은 스캐너(115)에 의해 보여지는 반복률이다.

전술한 바와 같이, 도 5a와 같은 광학 요소만을 사용하여 개략적으로 및 미세하게 대역폭을 제어하는 것이 가능하다. 한편, 고속 작동 시스템(520A)을 사용하여 프리즘(520)의 각도를 조절함으로써 개략적이고 넓은 범위에서 대역폭을 제어하는 한편, MO(900) 및 PRA(910) 내의 전극의 활성화 사이의 차분 타이밍(differential timing)을 제어함으로써 미세하고 좁은 범위에서 빠르게 대역폭을 제어하는 것이 가능하다.

도 10을 참조하면, 여기에 설명된 시스템 및 방법의 양태에 관련된 제어 시스템(185)에 관한 세부 사항이 제공된다. 제어 시스템(185)은 도 10에 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(1000)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 디스크; 및 CD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비-휘발성 메모리를 포함한다. 제어 시스템(185)은 하나 이상의 입력 디바이스(1005)(예컨대 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 마우스, 핸드-헬드 입력 디바이스 등) 및 하나 이상의 출력 디바이스(1010)(예컨대 스피커 또는 모니터)를 더 포함할 수 있다.

제어 시스템(185)은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(1015), 및 프로그래밍 가능한 프로세서(예컨대 프로세서(1015)에 의해 실행되도록 머신-판독가능 스토리지 디바이스에 유형화되어 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품(1020)을 포함한다. 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서(1015)는 각각, 입력 데이터를 처리하여 적합한 출력을 발생함으로써 요구되는 기능을 수행하도록, 명령들의 프로그램을 실행할 수 있다. 일반적으로, 프로세서(1015)는 메모리(1000)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(1025), 계측 모듈(1027), 리소그래피 분석 모듈(1030), 결정 모듈(1035), 광원 작동 모듈(1050), 리소그래피 작동 모듈(1055), 및 빔 준비 작동 모듈(1060)를 포함한다. 이러한 모듈 각각은 프로세서(1015)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품들의 세트일 수 있다. 또한, 모듈(1025, 1030, 1035, 1050, 1055, 1060) 중 어느 것이라도 메모리(1000)에 저장된 데이터에 접근할 수 있다.

스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)은 측정 시스템(170)으로부터의 출력을 수신한다. 계측 모듈(1027)은 계측 장치(145)로부터 데이터를 수신한다. 리소그래피 분석 모듈(1030)은 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 정보를 수신한다. 결정 모듈(1035)은 (모듈(1025, 1027, 1030)과 같은) 분석 모듈로부터 출력을 수신하고, 분석 모듈로부터의 출력에 기초하여 어떠한 작동 모듈 또는 모듈이 활성화되어야 할지를 결정한다. 광원 작동 모듈(1050)은 광학 소스(105) 중 하나 이상 및 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 연결된다. 리소그래피 작동 모듈(1055)은 스캐너(115), 구체적으로 리소그래피 제어기(140)에 연결된다. 빔 준비 작동 모듈(1060)은 빔 준비 시스템(112)의 하나 이상의 콤포넌트에 연결된다.

도 10에는 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(1050)은 광학 소스(105) 또는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)와 물리적으로 함께 배치될 수 있다.

일반적으로, 제어 시스템(185)은 측정 시스템(170)으로부터 광 빔(110)에 관한 적어도 일부 정보를 수신하고, 스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)은 정보에 대한 분석을 수행하여 스캐너(115)에 공급되는 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 대역폭)을 어떻게 조절할지를 결정한다. 이 결정에 기초하여, 제어 시스템(185)은 제어 모듈(550)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(1025)은 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징(예를 들어, 파장 및/또는 대역폭)을 추정하는 데 필요한 분석을 수행한다. 스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)의 출력은 결정 모듈(1035)에 전송되는 스펙트럼 특징의 추정값이다.

스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)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 오차값을 출력한다. 결정 모듈(1035)은 스펙트럼 특징 오차값을 수신하고, 스펙트럼 특징을 조절하기 위해 시스템(100)에 대한 보정을 가장 잘 수행하는 방법을 결정한다. 따라서, 결정 모듈(1035)은 스펙트럼 특징 오차값에 기초하여 스펙트럼 특징 선택 장치(130)(또는 광학 소스(105))를 조절하는 방법을 결정하는 신호를 광원 작동 모듈(1050)에 전송한다. 광원 작동 모듈(1050)의 출력은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 전송되는 한 세트의 액추에이터 명령을 포함한다. 예를 들어, 광원 작동 모듈(1050)은 장치(530) 내의 작동 시스템에 연결된 제어 모듈(550)에 명령을 전송한다.

또한, 리소그래피 분석 모듈(1030)은, 예를 들어 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 변경하거나 광 빔(110)의 펄스 반복률을 변경하기 위해, 스캐너(115)의 리소그래피 제어기(140)로부터 명령을 수신할 수 있다. 리소그래피 분석 모듈(1030)은 이들 명령에 대한 분석을 수행하여 스펙트럼 특징을 조절하는 방법을 결정하고 분석 결과를 결정 모듈(1035)로 보낸다. 제어 시스템(185)은 광학 소스(105)가 주어진 반복 속도로 작동하게 한다. 보다 구체적으로, 스캐너(115)는 ((리소그래피 분석 모듈(1030)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, 스캐너(115)가 규칙적인 간격으로 트리거 신호를 전송할 때 이들 신호의 반복 속도는 반복률이다. 반복률은 스캐너(115)에 의해 요구되는 비율일 수 있다.

도 11을 참조하면, 절차(1100)는 포토리소그래피 시스템(100)에 의해 수행되어, 펄스형 광 빔(110)의 적어도 2개의 스펙트럼 특징을 빠르게 그리고 독립적으로 제어하여, 웨이퍼(120)의 각 부분 영역에서 하나 이상의 리소그래피 성능 파라미터의 변이를 보상한다. 적어도 2개의 스펙트럼 특징의 독립적인 제어는, 제1 스펙트럼 특징이 웨이퍼(120)의 특정한 부분 영역에 대해 조절되어야 하고 제2 스펙트럼 특징이 웨이퍼(120)의 그 특정한 부분 영역에 대해 유지되어야 한다면, 절차(1100)는 수용 가능한 범위 내에서 제2 스펙트럼 특징을 유지하는데 필요한 단계들을 취하고, 웨이퍼(120)의 각각의 부분 영역에 대해 이를 행하는 것을 의미한다. 따라서, 제1 스펙트럼 특징 및 제2 스펙트럼 특징은, 웨이퍼(120)의 특정한 부분 영역에서 임의의 조절이 필요한 이후 웨이퍼(120)의 다음 부분 영역이 분석되기 전에, 안정된 값에 도달한다. 이 고속의 분석 및 조절은, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)이 펄스형 광 빔(110)의 스펙트럼 특징에 대한 보다 빠른 조절을 제공하도록 재설계되었기 때문에, 웨이퍼(120)의 각 부분 영역에 대해 발생한다. 절차(1100)는 제어 시스템(185)에 의해 수행될 수 있다.

펄스형 광 빔(110)은 예를 들어, 광학 소스(105)에 의해 생성된다(1105). 펄스형 광 빔(110)은 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)을 통해 시드 광 빔(110A)을 지향시킴으로써 생성될 수 있다(1105).

예를 들어, 펄스형 광 빔(110)은, 펄스형 광 빔(910A)의 제1 스펙트럼 특징을 선택하는 것을 포함하는, 제1 가스 방출 스테이지(예를 들어, 마스터 오실레이터(900))로부터 제1 펄스형 광 빔(910A)을 생성하는 단계; 제1 펄스형 광 빔(910A)을 (파워 증폭기(910)와 같은) 제2 가스 방전 스테이지로 지향시키는 단계; 및 상기 제2 가스 방전 스테이지에서 제1 펄스형 광 빔을 증폭시켜 광학 소스(905)으로부터 펄스형 광 빔(910)을 생성하는 단계;에 의하여 광학 소스(905)로부터 생성될 수 있다.

펄스형 광 빔(110)은 스캐너(115)의 스테이지(122)에 장착된 웨이퍼(120)를 향하여 지향된다. 예를 들어, 광학 소스(105)에 의해 생성된 펄스형 광 빔(110)은 필요에 따라 수정되고, 빔 준비 시스템(112)에 의해 스캐너(115)를 향하여 재지향된다.

펄스형 광 빔(110)은 예를 들어 펄스형 광 빔(110) 및 웨이퍼(120)를 측면 평면(X_L-Y_L 평면)을 따라 서로에 대해 이동시킴으로써 웨이퍼(120)를 가로 질러 스캐닝된다(1110). 특히, 리소그래피 제어기(140)는 웨이퍼 스테이지(122), 마스크(134), 및 대물 렌즈 배열(132)과 연관된 작동 시스템에 하나 이상의 신호를 전송하여, 웨이퍼(220)각 부분 영역에 걸친 (각 노광 필드(223)에 대한) 노광 윈도우(400)를 스캔하는 노광 중에, 마스크(134), 대물 렌즈 배열(132), 및 (스테이지(122)를 통해) 웨이퍼(120) 중 하나 이상을 서로에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다.

웨이퍼(120)의 제1 부분 영역이 리소그래피 처리를 위해 광 빔(110)에 의해 노광되도록 선택된다(1115). 선택되는 웨이퍼(120)의 부분 영역은 (웨이퍼(220)의 노광 필드(223)와 같은) 노광 필드일 수 있다. 또는, 웨이퍼(120)의 부분 영역은 광 빔(110)의 단일 펄스와 상호 작용하는 웨이퍼(120)의 부분에 대응될 수 있다.

웨이퍼(120)의 그 선택된 부분 영역에 대한 웨이퍼(120)에서의 리소그래피 성능 파라미터가 수신된다(1120). 예를 들어, 제어 시스템(185)은 계측 장치(145)로부터 데이터를 수신하는 리소그래피 제어기(140)로부터 웨이퍼(120)의 부분 영역에 대한 성능 파라미터를 수신한다. 웨이퍼(120)에서의 성능 파라미터는 웨이퍼(120)를 가로질러 펄스형 광 빔(110)을 스캐닝하면서 웨이퍼(120)의 각 부분 영역에서 수신되거나(1120), 또는 웨이퍼(120)를 가로질러 펄스형 광 빔(110)을 스캐닝하기 전에 수신될 수 있다.

수신된 성능 파라미터(1120)는, 웨이퍼의 물리적 특성에서의 오차, 웨이퍼 상에 형성된 피처의 콘트라스트, 펄스형 광 빔(110)에 노광된 부분 영역에서의 임계 치수, 타겟에 대해 또는 하부에 놓인 피처에 대해 상대적인, 웨이퍼(120) 상에 형성된 피처의 배치(요구되는/목표 위치에 대한 X, Y 위치)(예를 들어, 오버레이), 포토 레지스트 프로파일, 측벽 각도, 및 웨이퍼(120)의 위치 변화 중 하나 이상을 포함한다.

제어 시스템(185)은 수신된 리소그래피 성능 파라미터를, 예를 들어 수용 가능한 값 범위 밖에 있는지 여부를 결정하기 위해, 분석한다(1125). 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위의 값을 벗어나면(1125), 제어 시스템(185)은 웨이퍼(120)의 해당 부분 영역에서의 리소그래피 성능 파라미터에서 수용 불가한 변이를 보상하기 위하여 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징을 어떻게 수정할 것인지를 결정한다. 제어 시스템(185)은 리소그래피 성능 파라미터에서 수용 불가한 변이를 보상할 수 있는 양만큼 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징을 변경(1130)하기 위해 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 신호를 전송한다.

또한, 제어 시스템(185)은 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징에 대한 수정이 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징의 값에 영향을 미치는지를 분석하고, 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징을 수용 가능한 범위 내에 유지하는 방식으로 작용하는지를 분석한다. 예를 들어, 제어 시스템(185)은, 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징에 대한 수정에 의해 야기되는 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징에 대한 원하지 않는 수정을 상쇄하기 위하여, 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징이 변경되어야 한다고 결정할 수 있다. 따라서, 제어 시스템(185)은 이 원하지 않는 수정을 보상할 수 있는 양만큼 광 빔(1130)의 제2 스펙트럼 특징을 변경하기 위해 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 신호를 전송한다.

제어 시스템(185)은 리소그래피 처리를 위해 웨이퍼(120)의 추가적인 부분 영역이 광 빔(110)에 의해 노광될 필요가 있는지를 판단하고(1135), 웨이퍼(120) 추가적인 부분 영역이 노광될 필요가 있다면 (1135), 제어 시스템(185)은 리소그래피 처리를 위해 광 빔(110)에 의해 노광될 부분 영역으로서 웨이퍼(120)의 다음 부분 영역을 선택한다(1140). 따라서, 절차(1100)는 전체 웨이퍼(120)가 처리될 때까지 계속된다.

또한, 절차(1100)는, 스펙트럼 특징 선택 시스템(130)의 회절면(예를 들어, 표면(502))으로부터 펄스형 광 빔(110A)을 선택적으로 반사시킴으로써 펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징을 수정할 수 있다(1130).

(프리즘(505, 510, 515, 520)과 같은) 복수의 프리즘을 통한 펄스형 광 빔을 (격자(500)와 같은) 회절형 광학 요소를 향해 지향시켜 펄스형 광 빔이 회절형 광학 요소로부터 역 반사되고 상기 복수의 프리즘을 통해 되돌아가게 함으로써, 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징은 수정될 수 있고(1130) 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징은 유지될 수 있다(1130). 또한, 빔 확장기 내의 적어도 2개의 프리즘은, 회절형 광학 요소 상의 펄스형 광 빔(110)의 입사각(562)은 변경되나 회절형 광학 요소 상의 펄스형 광 빔의 총 배율(565)은 변경되지 않도록 회전될 수 있다.

광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징은 펄스형 광 빔의 파장을 수정함으로써 수정될 수 있다(1130). 또한, 제2 스펙트럼 특징은 펄스형 광 빔(110)의 대역폭을 소정 범위의 대역폭 내로 유지함으로써 유지될 수 있다(1130). 예를 들어, 펄스형 광 빔(110)의 대역폭은 +/- 10 펨토미터(fm) 또는 +/- 1 fm 이내로 유지될 수 있다.

펄스형 광 빔(110A)이 통과하는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 제1 프리즘 시스템을 회전시킴으로써 펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징이 수정될 수 있다(1130). 예를 들어, 제어 시스템(185)은 빔 확장기(501)의 하나 이상의 프리즘을 회전시키기 위해 도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 제어 모듈(550)에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 프리즘(505)은 상대적으로 개략적인 파장 수정을 위해 회전될 수 있고, 프리즘(510)은 상대적으로 미세한 파장 수정을 위해 회전될 수 있다. 다른 예로서, 프리즘(505)은 상대적으로 개략적인 파장 수정을 위해 회전될 수 있고, 프리즘(515)은 상대적으로 미세한 파장 수정을 위해 회전될 수 있다.

또한, 펄스형 광 빔(110A)이 통과하는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 제2 프리즘 시스템을 회전시킴으로써, 펄스형 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징이 유지될 수 있다(1130). 예를 들어, 제어 시스템(185)은 빔 확장기(501)의 하나 이상의 프리즘을 회전시키기 위해도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 제어 모듈(550)에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 프리즘(520)은 상대적으로 개략적인 대역폭 조절을 위해 회전될 수 있고, 프리즘(510)은 전술한 고속 액추에이터를 사용하여 상대적으로 미세한 대역폭 조절을 위해 회전될 수 있다.

상대적으로 미세한 파장 수정을 제공하는데 사용되는 작동 스텝보다 상대적으로 큰 프리즘 관련 작동 스텝에 의해 상대적으로 개략적인 파장 수정이 이루어질 수 있다. 유사하게, 상대적으로 미세한 대역폭 수정을 제공하기 위해 사용된 작동 스텝보다 상대적으로 큰 프리즘 관련 작동 스텝에 의해 상대적으로 개략적인 대역폭 조절이 이루어질 수 있다.

펄스형 광 빔(110A)이 통과하는 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 격자(500)와 프리즘(505) 사이에 배치된 미러를 회전시킴으로써 펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징이 수정될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(185)은 미러를 회전시키기 위해 도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치(130)의 제어 모듈(550)에 신호를 전송할 수 있다.

제어 시스템(185)은 펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징의 수정으로 인한 제2 스펙트럼 특징의 변화를 보상하기 위해 제2 스펙트럼 특징을 조절함으로써 펄스형 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징을 유지할 수 있다(1130). 또한, 펄스형 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징은 펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징을 수정하는 것과 동시에 조절될 수 있다(1130).

펄스형 광 빔(110)의 제1 스펙트럼 특징의 수정(1130)은 웨이퍼(120)에서의 펄스형 광 빔(110)의 제1 조건에 대한 수정을 초래할 수 있다. 예를 들어, 제1 스펙트럼 특징이 광 빔(110)의 파장인 경우, 파장의 수정은 웨이퍼(120)에서 광 빔(110)의 초점면의 수정을 초래한다. 펄스형 광 빔(110)의 제2 스펙트럼 특징을 유지하면(1130) 웨이퍼(120)에서의 펄스형 광 빔(110)의 제2 조건이 특정 레벨로 유지될 수 있다. 예를 들어, 제2 스펙트럼 특징이 광 빔(110)의 대역폭인 경우, 광 빔(110)의 대역폭을 유지함으로써, 웨이퍼(120)에서의 광 빔(110)의 콘트라스트 속성 또는 초점 심도가 유지될 수 있다.

위에서 주어진 예들은 도 5a의 스펙트럼 특징 선택 장치를 참조하였지만, 도 6a, 7a, 및 8a의 스펙트럼 특징 선택 장치에 대한 설계 중 어느 것이라도 절차(1100) 중의 하나 이상의 단계를 수행하는데 대신하여 사용될 수 있다.

또한, 절차(1100) 동안, 광 빔(110)이 웨이퍼(120)에 걸쳐 스캐닝되는 동안 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 제어하기 위해, 제어 시스템(185)은 도 12에 도시된 바와 같이 병렬 절차(1150)를 수행한다. 이 절차(1150)는 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위 밖에 있는지 여부에 대해 독립적으로 수행하고, 따라서 리소그래피 성능 파라미터를 고려하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 절차(1150) 동안 제어 시스템(185)에 의해 수행된 분석은, 수신된 리소그래피 성능 파라미터를 어떻게 분석할지를 결정(1125)하기 위하여, 그리고 제1 스펙트럼 특징을 수정하고 제2 스펙트럼 특징을 유지(1130)하기 위하여, 제어 시스템(185)에 의해 사용될 수 있다.

절차(1150)는, 펄스형 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하는 단계(1155), 및 측정된 스펙트럼 특징의 임의의 특성이 수용 가능한 값의 범위 밖에 있는지를 판단하는 단계(1160)를 포함한다. 예를 들어, 제어 시스템(185)의 스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)은 측정 시스템(170)으로부터 스펙트럼 특징 측정치를 수신할 수 있다(1155). 스펙트럼 특징 분석 모듈(1025)은 스펙트럼 특징 중 임의의 것이 허용 가능한 값의 범위 밖에 있는지를 판단할 수 있다(1160). 스펙트럼 특징 중 여하한 것이라도 수용 가능한 값의 범위 밖에 있으면, 그 스펙트럼 특징이 조절된다(1165). 예를 들어, 결정 모듈(1035)은 광원 작동 모듈(1050)에 신호를 전송할 수 있으며, 광원 작동 모듈(1050)은 스펙트럼 특징 선택 장치(130)에 신호를 전송하여 광 빔(110)의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 조절한다(1165). 이 조절은 웨이퍼 특성(1130)의 변화를 다루기 위해 이루어져야 하는 모든 조절로 조정될 수 있다.

절차(1150)는 스캐닝 동안 그리고 일정한 간격으로, 예를 들어 각 노광 필드(223)에 대해 또는 단계(1120, 1125, 1130)가 수행되는 각 부분 영역에 대해 수행될 수 있다. 또한, 제어 시스템(185)은, 리소그래피 성능 파라미터 변이를 보상하기 위해 필요한 제1 스펙트럼 특징에 대한 조절을, 제1 스펙트럼 특징이 수용 가능한 값의 범위 내에 있도록 보장하기 위한 제1 스펙트럼 특징의 임의의 요구되는 조절값으로 조정하는 것이 가능하다(1130).

다른 구현예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

펄스형 광 빔과 광학적으로 상호작용하는 스펙트럼 특징 선택 시스템;
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하도록 구성되는 측정 시스템;
기판의 총 면적 중 일부인 각 부분 영역에 대해 하나 이상의 리소그래피 성능 파라미터를 결정하도록 구성되는 계측 장치로서, 리소그래피 성능 파라미터는 펄스형 광 빔이 기판과 상호작용할 때 펄스형 광 빔과 연관된 특성이거나 기판과 연관된 특성인, 계측 장치; 및
상기 스펙트럼 특징 선택 시스템, 상기 측정 시스템, 및 상기 계측 장치에 연결된 제어 시스템을 포함하되,
상기 제어 시스템은, 기판의 각 부분 영역에 대하여:
상기 계측 장치로부터 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 수신하고, 상기 측정 시스템으로부터 상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징을 수신하며;
기판의 각 부분 영역에 대해 상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하고, 상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징을 분석하며;
분석에 기초하여:
상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하기 위해 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 제1 신호를 전송하되, 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정은 상기 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징의 분석을 고려한 것이고, 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정은 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징에 변화를 유발하게 되며, 상기 제1 신호는 상기 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위를 벗어난다는 결정에 기초하여 전송되는 것이고,
상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징이 수정되는 동안 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 제2 신호를 전송함으로써 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 상기 제2 스펙트럼 특징의 소정 값 범위 내로 유지하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템은, 상기 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징 중 임의의 것이 수용 가능한 값 범위를 벗어나는지 여부를 결정함으로써, 상기 제1 스펙트럼 특징을 수정하기 위해 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 상기 제1 신호를 전송하도록 구성되되, 상기 제1 신호는 상기 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징의 분석을 고려한 것인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징은 펄스형 광 빔의 파장이고, 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징은 펄스형 광 빔의 대역폭인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 시스템은 상기 기판을 향해 지향되는 펄스형 광 빔의 부분을 수신하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 리소그래피 성능 파라미터는: 요구되는 위치로부터의 상기 기판의 위치의 평균 오프셋, 상기 기판의 스테이지 진동, 상기 기판의 중앙의 부분 영역으로부터 상기 기판의 가장자리의 부분 영역까지 변화하는 기판의 위치, 상기 기판의 물리적 특성에 있어서의 오차, 상기 기판 상에 형성된 피처의 콘트라스트, 상기 펄스형 광 빔에 노광된 기판 영역에서의 임계 치수, 타겟에 대해 또는 하부에 놓인 피처에 대해 상대적인, 상기 기판 상에 형성된 피처의 배치, 포토레지스트 프로파일, 측벽 각도, 및 상기 기판의 위치 변화 중 하나 이상을 포함하는, 장치.
리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법으로서,
리소그래피 노광 장치의 기판을 향해 지향되는 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하는 단계;
상기 펄스형 광 빔이 기판의 총 면적 중 일부인 부분 영역과 상호작용할 때 기판의 각 부분 영역과 연관된 적어도 하나의 리소그래피 성능 파라미터를 수신하는 단계 - 리소그래피 성능 파라미터는 펄스형 광 빔이 기판과 상호작용할 때 펄스형 광 빔과 연관된 특성이거나 기판과 연관된 특성임 -;
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징을 수신하는 단계;
기판의 각 부분 영역에서 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하는 단계;
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징을 분석하는 단계;
분석에 기초하여:
상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하는 단계 - 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정은 상기 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징의 분석을 고려한 것이고, 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정은 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징에 변화를 유발하게 되며, 상기 제1 스펙트럼 특징의 수정은 상기 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위를 벗어난다는 결정에 기초하는 것임 -; 및
상기 펄스형 광 빔의 상기 제1 스펙트럼 특징이 수정되는 동안 상기 펄스형 광 빔의 상기 제2 스펙트럼 특징을 상기 제2 스펙트럼 특징의 소정 값 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 스펙트럼 특징의 수정이 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징의 분석을 고려하는 것은, 상기 하나 이상의 측정된 스펙트럼 특징 중 임의의 것이 수용 가능한 값 범위를 벗어나는지 여부를 결정하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하는 것은 펄스형 광 빔의 파장을 수정하는 것을 포함하고, 상기 펄스형 광 빔의 제2 스펙트럼 특징을 유지하는 것은 펄스형 광 빔의 대역폭을 소정 대역폭 값 범위 내로 유지하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하는 것은 펄스형 광 빔의 파장을 측정하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하는 것은 펄스형 광 빔의 대역폭을 측정하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 제1 스펙트럼 특징을 수정하는 것은, 제1 스펙트럼 특징이 수용 가능한 값 범위 내에 있도록 하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 측정하는 것은 상기 펄스형 광 빔의 광학 스펙트럼의 메트릭의 값을 추정하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
펄스형 광 빔과 광학적으로 상호작용하는 스펙트럼 특징 선택 시스템;
기판의 총 면적 중 일부인 각 부분 영역에서 하나 이상의 리소그래피 성능 파라미터를 결정하도록 구성되는 계측 장치로서, 리소그래피 성능 파라미터는 펄스형 광 빔이 기판과 상호작용할 때 펄스형 광 빔과 연관된 특성이거나 기판과 연관된 특성인, 계측 장치; 및
상기 스펙트럼 특징 선택 시스템 및 상기 계측 장치에 연결된 제어 시스템을 포함하되,
상기 제어 시스템은, 기판의 각 부분 영역에서:
결정된 리소그래피 성능 파라미터를 수신하고,
상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하며;
상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터의 분석에 기초하여:
상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 제1 신호를 전송함으로써 상기 펄스형 광 빔의 파장을 수정하되, 상기 파장의 수정은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭에 변화를 유발하게 되며,
상기 파장이 수정되는 동안 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 수용 가능한 값 범위 내로 유지하도록 구성되는, 포토리소그래피 장치.
제13항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 수용 가능한 값 범위 내로 유지하는 것은 상기 파장의 수정에 의해 유발되는 상기 대역폭에 대한 변화를 보상하도록 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 조절하는 것을 포함하고, 상기 대역폭을 조절하는 것은 상기 펄스형 광 빔의 파장이 수정되는 동안 상기 스펙트럼 특징 선택 시스템에 제2 신호를 전송하는 것을 포함하는, 포토리소그래피 장치.
제14항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 파장을 수정하는 것은, 펄스형 광 빔과 격자 사이의 입사각을 변화시키기 위해 펄스형 광 빔이 통과하는 파장 프리즘을 회전시키는 것을 포함하고,
상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 조절하는 것은, 상기 파장 프리즘의 회전에 의해 유발되는 배율의 변화를 상쇄하는 양만큼 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 대역폭 프리즘을 회전시키는 것을 포함하는, 포토리소그래피 장치.
제13항에 있어서,
상기 리소그래피 성능 파라미터는: 요구되는 위치로부터의 상기 기판의 위치의 평균 오프셋, 상기 기판의 스테이지 진동, 상기 기판의 중앙의 부분 영역으로부터 상기 기판의 가장자리의 부분 영역까지 변화하는 기판의 위치, 상기 기판의 물리적 특성에 있어서의 오차, 상기 기판 상에 형성된 피처의 콘트라스트, 상기 펄스형 광 빔에 노광된 기판 영역에서의 임계 치수, 타겟에 대해 또는 하부에 놓인 피처에 대해 상대적인, 상기 기판 상에 형성된 피처의 배치, 포토레지스트 프로파일, 측벽 각도, 및 상기 기판의 위치 변화 중 하나 이상을 포함하는, 포토리소그래피 장치.
제13항에 있어서,
상기 스펙트럼 특징 선택 장치는:
펄스형 광 빔이 빔 확장기의 프리즘 및 격자 각각과 상호작용하도록 구성되는 복수의 프리즘을 포함하는 빔 확장기와 격자; 및
상기 제어 시스템과 통신하는 작동 시스템을 포함하되, 상기 작동 시스템은 복수의 액추에이터를 포함하고, 각각의 액추에이터는 상기 제어 시스템의 제어 하에 프리즘이 상기 펄스형 광 빔에 대해 상대적으로 회전하게 하도록 프리즘 중 하나에 결합되는, 포토리소그래피 장치.
리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법으로서,
펄스형 광 빔이 기판의 총 면적 중 일부인 부분 영역과 상호작용할 때 기판의 각 부분 영역과 연관된 적어도 하나의 리소그래피 성능 파라미터를 수신하는 단계 - 리소그래피 성능 파라미터는 펄스형 광 빔이 기판과 상호작용할 때 펄스형 광 빔과 연관된 특성이거나 기판과 연관된 특성임 -;
적어도 하나의 결정된 리소그래피 성능 파라미터를 분석하는 단계; 및
상기 결정된 리소그래피 성능 파라미터의 분석에 기초하여:
상기 펄스형 광 빔의 파장을 수정하는 단계 - 상기 파장의 수정은 상기 펄스형 광 빔의 대역폭의 변화를 유발하게 되며, 상기 파장의 수정은 상기 리소그래피 성능 파라미터가 수용 가능한 범위를 벗어난다는 결정에 기초함 -;
상기 파장이 수정되는 동안 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 수용 가능한 값 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 수용 가능한 값 범위 내로 유지하는 것은 상기 파장의 수정에 의해 유발되는 상기 대역폭에 대한 변화를 보상하도록 상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 조절하는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.
제19항에 있어서,
상기 펄스형 광 빔의 파장을 수정하는 것은, 펄스형 광 빔과 격자 사이의 입사각을 변화시키기 위해 펄스형 광 빔이 통과하는 파장 프리즘을 회전시키는 것을 포함하고,
상기 펄스형 광 빔의 대역폭을 조절하는 것은, 상기 파장 프리즘의 회전에 의해 유발되는 배율의 변화를 상쇄하는 양만큼 상기 펄스형 광 빔이 통과하는 대역폭 프리즘을 회전시키는 것을 포함하는, 리소그래피 성능 파라미터의 변동을 보상하기 위한 방법.