KR20150013570A - 리소그래피 장치 - Google Patents

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KR20150013570A
KR20150013570A KR1020147032727A KR20147032727A KR20150013570A KR 20150013570 A KR20150013570 A KR 20150013570A KR 1020147032727 A KR1020147032727 A KR 1020147032727A KR 20147032727 A KR20147032727 A KR 20147032727A KR 20150013570 A KR20150013570 A KR 20150013570A
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patterning device
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actuator
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support
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KR1020147032727A
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한스 버틀러
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 장치는, 패터닝 디바이스(5)를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체(3), 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더(4), 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체(3)를 이동시키도록 구성되는 액추에이터(8), 및 상기 이동가능한 구조체(3)에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더(4)를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터(9)를 포함함 -; 기판(W)을 유지하도록 구성되는 기판 지지체(WT); 상기 기판의 타겟부(C) 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(PS); 기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치(SPws)와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이인 기판 위치 오차(ews)를 측정하기 위한 위치 측정 시스템(IF); 및 적어도 부분적으로 상기 기판 위치 오차(ews)에 기초하여 상기 액추에이터(8) 및 상기 초단행정 액추에이터(9)를 이동시키도록 구성되는 제어기(100, 200)를 포함한다.

Description

리소그래피 장치{LITHOGRAPHIC APPARATUS}
본 출원은 2012년 4월 27일에 출원된 미국 가출원 61/639,545의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 투영 장치에서 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예를 들어, 물)에 기판을 침지(immerse)시키는 것이 제안되었다. 하지만, 또 다른 유체, 특히 습식 유체(wetting fluid), 비압축성 유체(incompressible fluid), 및/또는 공기보다 높은 굴절률을 갖고, 바람직하게는 물보다 높은 굴절률을 갖는 유체가 적합할 수 있다. 가스들을 배제한 유체들이 특히 바람직하다. 이것의 핵심은, 노광 방사선이 액체 내에서 더 짧은 파장을 가지기 때문에 더 작은 피처들을 이미징할 수 있다는 것에 있다[또한, 액체의 효과는 시스템의 유효 개구수(NA)를 증가시키며 초점심도(depth of focus)를 증가시키는 것으로도 간주될 수 있다]. 고체 입자(예를 들어, 석영)가 부유되어 있는 물을 포함하는 다른 침지 액체들, 또는 나노-입자 부유물(예를 들어, 10 nm 이하의 최대 치수를 갖는 입자들)을 갖는 액체가 제안되었다. 부유된 입자들은 입자들이 부유된 액체와 유사하거나 동일한 굴절률을 갖거나 갖지 않을 수 없다. 적합할 수 있는 다른 액체로는, 탄화수소, 예컨대 방향족, 불화탄화수소(fluorohydrocarbon), 및/또는 수용액이 있다.
리소그래피 장치에서는, 기판 또는 패터닝 디바이스와 같은 교환가능한 대상물을 유지 및 위치시키기 위해 이동가능한 지지체가 사용된다. 스캐닝 타입의 리소그래피 장치에서, 이동가능한 지지체는 스캐닝 이동을 하기 위해 기판을 지지하는데 사용된다. 또한, 패터닝 디바이스가 이동가능한 지지체에 지지될 수 있다. 이동가능한 지지체는 높은 정확도로 기판 또는 패터닝 디바이스를 위치시킬 수 있다.
높은 정확성을 얻기 위해, 알려진 이동가능한 지지체는 프레임과 같은 기준 대상물에 대해 이동가능한 장행정 부분(long stroke part), 및 상기 장행정 부분에 대해 이동가능하게 배치된 단행정 부분(short stroke part)으로부터 조립된다. 단행정 부분은 교환가능한 대상물을 지지하도록 구성된다. 기준 대상물에 대한 장행정 부분의 최대 행정은 비교적 큰 한편, 장행정 부분에 대한 단행정 부분의 행정은 비교적 작다.
기준 대상물에 대해 장행정 부분을 작동시키기 위해 장행정 액추에이터가 제공된다. 장행정 부분에 대해 단행정 부분을 작동시키기 위해 단행정 액추에이터가 제공된다. 이러한 장행정 액추에이터는, 예를 들어 선형 모터이며, 매우 정확하지는 않을 수 있다. 장행정 액추에이터의 주요 작업은 이동하는 부분의 부근에 단행정 액추에이터의 고정자 부분(stator part)을 유지시키는 것이다. 단행정 액추에이터는 높은 정확성으로 단행정 부분을 위치시키도록 설계된다.
교환가능한 대상물의 위치를 제어하기 위해, 위치 측정 시스템, 예를 들어 간섭계 시스템(interferometer system) 또는 인코더 시스템에 의해 기판을 지지하는 제 2 지지 시스템의 위치가 결정된다. 이 측정은, 예를 들어 평면 3 자유도(three planar degrees of freedom), 또는 6 자유도로 수행된다. 측정된 위치는 원하는 위치와 비교된다. 위치 오차, 즉 측정된 위치와 원하는 위치 간의 차이가 제어기로 제공되며, 제어기는 이 신호에 기초하여 단행정 액추에이터를 작동시키는데 사용되는 제어 신호를 제공한다.
장행정 액추에이터는, 장행정 액추에이터 제어기에 대한 입력 신호로서 단행정 부분과 장행정 부분의 실제 위치 간의 차이에 기초한 신호를 이용함으로써 제어된다. 이 제어기의 출력은 장행정 부분이 단행정 부분의 이동을 따르게 하며, 그것과 함께 단행정 액추에이터의 범위 내에 단행정 부분의 원하는 위치를 유지하게 한다.
단행정 액추에이터는 장행정 진동으로부터 격리를 가능하게 하는 로렌츠 타입(Lorentz type)으로 구성될 수 있다. 이러한 로렌츠 타입 액추에이터는 작은 강성도(stiffness)를 갖는다. 또한, 이동가능한 지지체에 의해 교환가능한 대상물 지지체의 위치를 정확하게 제어하기 위해, 작은 강성도 및 높은 정확성을 갖는 여타의 타입의 액추에이터가 사용될 수 있다. 로렌츠 액추에이터의 입력은, 실질적으로 원하는 힘에 비례하는 전류이다.
스테이지들의 힘-타입-액추에이터(force-type-actuator)는 하나의 스테이지에서 다른 스테이지로의 달성가능한 피드-포워드 효과(achievable feed-forward effect)(예를 들어, 패터닝 디바이스 지지체로 제공되는 기판 테이블 오차)를 제한할 수 있다. 이 피드-포워드에서, 하나의 스테이지의 위치 오차는 피드-포워드 힘을 생성하기 위해 두 번 미분되어야(differentiated twice) 하며, 이는 하나의 샘플 지연(sample delay)을 겪게 한다. 이는 다른 스테이지의 지연된 응답을 초래하여, 서로에 대한 스테이지들의 위치설정 정확성을 제한한다. 이 피드-포워드 성능은 계산 지연, 증폭기 (DAC) 지연, 및 단행정 시스템의 고차 역학(higher-order dynamics)에 의해 더욱 제한된다.
이동가능한 지지체에 의해 지지되는 패터닝 디바이스와 같은 교환가능한 대상물의 위치설정의 정확성을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터(ultra short stroke actuator)를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이인 기판 위치 오차를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및 적어도 부분적으로 상기 기판 위치 오차에 기초하여 상기 액추에이터 및 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이인 기판 위치 오차를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및 오로지(exclusively) 상기 기판 위치 오차, 및 선택적으로는 상기 이동가능한 구조체에 대한 상기 패터닝 디바이스 홀더의 측정된 위치에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 상기 이동가능한 지지체에 대한 상기 패터닝 디바이스 및/또는 상기 패터닝 디바이스 홀더의 위치를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및 상기 위치 측정 시스템에 의해 측정된 상기 패터닝 디바이스 및/또는 상기 패터닝 디바이스 홀더의 위치 및 위치 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 및 위치 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 개방 루프 제어기(open loop controller)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 상기 투영 시스템의 하류에서 상기 패터닝된 방사선 빔의 위치를 측정하기 위한 투과 이미지 센서; 및 상기 초단행정 액추에이터에 인가된 제어 신호의 크기와, 상기 패터닝 디바이스 및/또는 상기 패터닝 디바이스 홀더 및/또는 상기 패터닝된 방사선 빔의 위치의 결과적인 변화 간의 관계를 결정하기 위한 캘리브레이터(calibrator)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있음 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 및 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되고 상기 패터닝 디바이스 홀더의 가장자리(circumference)의 적어도 일부분 주위에 위치된 복수의 액추에이터들을 포함하는 초단행정 액추에이터를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는, 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -; 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 및 상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고, 상기 초단행정 액추에이터는 상기 패터닝 디바이스 홀더와 상기 이동가능한 구조체 사이에 부착된다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치;
도 2는 침지 액체 공급 시스템으로서 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 방벽 부재(barrier member)의 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치의 선택된 부분들의 개략적 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초단행정 액추에이터의 단면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 디바이스 지지체에 대한 제어 방식(control scheme)을 예시한 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 디바이스 지지체에 대한 제어 방식을 예시한 도면;
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 초단행정 액추에이터 제어기를 캘리브레이션하는 방법을 예시한 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 초단행정 액추에이터들을 예시한 평면도; 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 디바이스의 굽힘(bending) 시 도 8의 복수의 초단행정 액추에이터들의 사용을 예시한 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 여하한의 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처들(phase-shifting features) 또는 소위 어시스트 피처들(assist features)을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다. 리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 패터닝 디바이스 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 리소그래피 장치는 투영 시스템의 노광 측에 위치된 2 개의 테이블들을 포함하는 다-스테이지 장치이며, 각각의 테이블은 1 이상의 대상물들을 포함 및/또는 유지한다. 일 실시예에서, 테이블들 중 1 이상은 방사선-감응성 기판을 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 테이블들 중 1 이상은 투영 시스템으로부터 방사선을 측정하기 위한 센서를 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 다-스테이지 장치는 방사선-감응성 기판을 유지하도록 구성된 제 1 테이블(즉, 기판 테이블) 및 방사선-감응성 기판을 유지하도록 구성되지 않은 제 2 테이블(제한하는 것은 아니지만, 이후 일반적으로 측정 및/또는 세정 테이블이라 칭해짐)을 포함한다. 제 2 테이블은 방사선-감응성 기판 이외의 1 이상의 대상물들을 포함 및/또는 유지할 수 있다. 이러한 1 이상의 대상물들은, 투영 시스템으로부터 방사선을 측정하기 위한 센서, 1 이상의 정렬 마크들, 및/또는 (예를 들어, 액체 한정 구조체를 세정하기 위한) 세정 디바이스로부터 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AM)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다. 상기 소스(SO)와 유사하게, 일루미네이터(IL)는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주될 수 있거나 간주되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일루미네이터(IL)는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있거나, 리소그래피 장치로부터 별도의 개체일 수 있다. 후자의 경우, 리소그래피 장치는 일루미네이터(IL)가 그 위에 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 일루미네이터(IL)는 분리가능하며(detachable), (예를 들어, 리소그래피 장치 제조업자 또는 다른 공급자에 의해) 별도로 제공될 수도 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder) 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후에, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
다수의 리소그래피 장치에서는, 더 작은 피처들의 이미징을 가능하게 하고 및/또는 장치의 유효 NA를 증가시키기 위해, 액체 공급 시스템(IH)을 이용하여 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이에 유체, 특히 액체, 예를 들어 침지 액체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예는 이러한 침지 장치에 대해 아래에 더 자세히 설명되지만, 비-침지 장치에도 동일하게 구현될 수 있다. 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이에 액체를 제공하는 구성들은 적어도 두 개의 일반적인 카테고리들로 분류될 수 있다. 이는 배스 타입 구성(bath type arrangement) 및 소위 국부화된 침지 시스템이다. 배스 타입 구성에서는, 기판의 실질적으로 전체, 그리고 선택적으로는 기판 테이블의 일부분이 액체 배스 내에 잠긴다. 소위 국부화된 침지 시스템은 기판의 국부화된 영역에만 액체가 제공되는 액체 공급 시스템을 이용한다. 후자의 카테고리에서, 액체에 의해 채워진 공간은 평면에서 기판의 최상부 표면보다 작으며, 액체로 채워진 영역은 기판이 상기 영역 밑으로 이동하는 동안 투영 시스템에 대해 정지한 상태로 유지된다. 본 발명의 일 실시예가 지향하는 또 다른 구성은 액체가 한정되지 않는 완전 습식 해결책(all wet solution)이다. 이 구성에서는, 기판의 실질적으로 전체 최상부 표면, 그리고 기판 테이블의 전체 또는 일부분이 침지 액체로 덮인다. 적어도 기판을 덮는 액체의 깊이는 얕다. 상기 액체는 기판 상의 액체의 막, 예컨대 박막일 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 액체는 증류수이지만, 또 다른 액체가 사용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예는 액체에 관련하여 설명될 것이다.
제안된 한 가지 구성은 액체 공급 시스템에 액체 한정 부재를 제공하는 것이며, 액체 한정 부재는 투영 시스템의 최종 요소와 기판 테이블 사이의 공간의 경계의 적어도 일부분을 따라 연장된다. 이러한 구성은 도 2에 예시되어 있다. 액체 한정 부재는 Z 방향(광축 방향)으로 약간의 상대 이동이 있을 수 있지만, XY 평면에서는 투영 시스템에 대해 실질적으로 정지 상태이다. 액체 한정 부재와 기판의 표면 사이에 시일이 형성된다. 일 실시예에서는, 액체 한정 구조체와 기판의 표면 사이에 시일이 형성되며, 가스 시일과 같은 무접촉 시일일 수 있다. 이러한 시스템은 미국 특허 출원 공개공보 US 2004-0207824에 개시되어 있다.
도 2는 유체 핸들링 구조체(12)를 갖는 국부화된 액체 공급 시스템을 개략적으로 도시한다. 유체 핸들링 구조체는 투영 시스템의 최종 요소와 기판 테이블(WT) 또는 기판(W) 사이의 공간의 경계의 적어도 일부분을 따라 연장된다(다음에서, 기판(W)의 표면에 관한 언급은, 다른 곳에 특별히 언급되지 않는다면, 추가적으로 또는 대안적으로 기판 테이블의 표면을 지칭함을 유의한다). 유체 핸들링 구조체(12)는 Z 방향(광축 방향)으로 약간의 상대 이동이 있을 수 있지만, XY 평면에서는 투영 시스템에 대해 실질적으로 정지 상태이다. 일 실시예에서는, 방벽 부재와 기판(W)의 표면 사이에 시일이 형성되며, 유체 시일, 바람직하게는 가스 시일과 같은 무접촉 시일일 수 있다.
유체 핸들링 구조체(12)는 투영 시스템(PS)의 최종 요소와 기판(W) 사이의 공간(11)에 적어도 부분적으로 액체를 수용한다. 기판(W) 표면과 투영 시스템(PS)의 최종 요소 사이의 공간에 액체가 한정되도록, 기판(W)에 대한 무접촉 시일(16)이 투영 시스템의 이미지 필드 주위에 형성될 수 있다. 상기 공간은 투영 시스템(PS)의 최종 요소 아래에, 그리고 이를 둘러싸서 위치된 유체 핸들링 구조체(12)에 의해 적어도 부분적으로 형성된다. 액체 유입구(13)에 의해 투영 시스템 아래의 그리고 유체 핸들링 구조체(12) 내의 공간으로 액체가 유입된다. 상기 액체는 액체 유출구(13)에 의해 제거될 수 있다. 유체 핸들링 구조체(12)는 투영 시스템의 최종 요소 위로 약간 연장될 수 있다. 액체 수위가 상기 최종 요소 위로 상승하여 액체의 버퍼가 제공된다. 일 실시예에서, 유체 핸들링 구조체(12)는 상단부에서 투영 시스템 또는 그 최종 요소의 형상에 거의 들어맞고(closely conform), 예를 들어 원형일 수 있는 내측 주변부(inner periphery)를 갖는다. 최하부에서, 내측 주변부는 이미지 필드의 형상, 예를 들어 직사각형에 거의 들어맞지만, 반드시 이와 같을 필요는 없다.
일 실시예에서, 사용 시 유체 핸들링 구조체(12)의 최하부와 기판(W)의 표면 사이에 형성된 가스 시일(16)에 의해 액체가 공간(11)에 수용된다. 가스 시일은 가스, 예를 들어 공기, 합성 공기(synthetic air)에 의해 형성되지만, 일 실시예에서는 N2 또는 또 다른 불활성 기체에 의해 형성된다. 가스 시일의 가스는 유입구(15)를 통해 과소압력(under pressure)으로 유체 핸들링 구조체(12)와 기판(W) 사이의 갭에 제공된다. 상기 가스는 유출구(14)를 통해 추출된다. 가스 유입구(15) 상의 과대압력(overpressure), 유출구(14) 상의 진공 레벨, 및 갭의 지오메트리(geometry)는, 액체를 한정하는 안쪽으로의 고속 가스 유동(16)이 존재하도록 배치된다. 유체 핸들링 구조체(12)와 기판(W) 사이의 액체 상의 가스의 힘은 공간(11)에 액체를 수용한다. 유입구들/유출구들은 상기 공간(11)을 둘러싸는 환형의 홈일 수 있다. 상기 환형의 홈은 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 가스의 유동(16)은 공간(11)에 액체를 수용하는데 효과적이다. 이러한 시스템은 미국 특허 출원 공개공보 US 2004-0207824에 개시되어 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치는 메시 또는 유사한 다공성 재료(mesh or similar porous material)로 덮인 유입구를 갖는 액체 제거 디바이스를 갖는 액체 한정 구조체를 포함한다. 메시 또는 유사한 다공성 재료는 투영 시스템의 최종 요소와 이동가능한 테이블(예를 들어, 기판 테이블) 사이의 공간의 침지 액체와 접촉하는 2-차원 홀들의 어레이를 제공한다. 일 실시예에서, 메시 또는 유사한 다공성 재료는 허니콤(honeycomb) 또는 다른 다각형 메시를 포함한다. 일 실시예에서, 메시 또는 유사한 다공성 재료는 금속 메시를 포함한다. 일 실시예에서, 메시 또는 유사한 다공성 재료는 리소그래피 장치의 투영 시스템의 이미지 필드 주위에서(all the way around the image field) 연장된다. 일 실시예에서, 메시 또는 유사한 다공성 재료는 액체 한정 구조체의 최하부 표면에 위치되며, 테이블 쪽으로 마주하는 표면을 갖는다. 일 실시예에서, 메시 또는 유사한 다공성 재료는 테이블의 최상부 표면과 대체로 평행한(generally parallel) 최하부 표면의 적어도 일부분을 갖는다.
다수의 다른 타입의 액체 공급 시스템이 가능하다. 본 발명은 어떤 특정한 타입의 액체 공급 시스템으로도, 침지 리소그래피로도 제한되지 않는다. 본 발명은 여하한의 리소그래피에 동일하게 적용될 수 있다. EUV 리소그래피 장치에서는, 빔 경로가 실질적으로 진공 상태이며(evacuated), 앞서 설명된 침지 구성들이 사용되지 않는다.
제어 시스템 또는 제어기(500)는 리소그래피 장치의 전반적인 작동들을 제어하며, 특히 아래에 더 자세히 설명되는 제어 방식들을 수행한다. 제어 시스템(500)은 중앙 처리 유닛, 휘발성 및 비-휘발성 저장 디바이스들, 키보드 및 스크린과 같은 1 이상의 입력 및 출력 디바이스들, 1 이상의 네트워크 연결부들, 및 리소그래피 장치의 다양한 부분들에 대한 1 이상의 인터페이스들을 포함하는 적절히 프로그램된 범용 컴퓨터(suitably-programmed general purpose computer)로서 구현될 수 있다. 제어하는 컴퓨터와 리소그래피 장치 간의 일-대-일 관계(one-to-one relationship)가 필수적이지 않음을 이해할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는, 하나의 컴퓨터가 다수의 리소그래피 장치들을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 하나의 리소그래피 장치를 제어하기 위해 다중 네크워크화 컴퓨터들(multiple networked computers)이 사용될 수 있다. 또한, 제어 시스템(500)은, 리소그래피 장치가 일부분을 형성하는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터(cluster)에서 1 이상의 연계된 프로세스 디바이스들 및 기판 핸들링 디바이스들을 제어하도록 구성될 수도 있다. 제어 시스템(500)은 리소셀 또는 클러스터의 감독 제어 시스템(supervisory control system) 및/또는 팹(fab)의 전반적인 제어 시스템에 종속하도록(subordinate) 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 디바이스 지지체의 측면도를 나타낸다. 일반적으로 참조 부호 1로 나타낸 패터닝 디바이스 지지체는 장행정 부분(2)을 포함한다. 장행정 부분(2)은 단행정 부분(3)을 지지하며, 단행정 부분(3)은 패터닝 디바이스 유지 구조체 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)를 지지한다. 패터닝 디바이스 유지 구조체 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)(예를 들어, 마스크 테이블)는 교환가능한 대상물, 예를 들어 패터닝 디바이스(5)를 지지한다.
장행정 부분(2)은 기준 대상물(6), 예를 들어 프레임(이를테면, 예컨대 메트롤로지 프레임)에 대해 이동가능하게 장착된다. 기준 대상물(6)에 대해 장행정 부분(2)을 이동시키기 위해 장행정 액추에이터(7)가 제공된다. 장행정 액추에이터(7)는 기준 대상물(6)에 반력(reaction forces)을 가하지 않는다. 장행정 부분(2)에 대해 단행정 부분(3)을 이동시키기 위해서는 단행정 액추에이터(8)가 제공된다. 단행정 액추에이터(8)는 장행정 부분(2)에 대한 단행정 부분(3)의 위치설정에서 상대적으로 높은 정확성을 갖지만, 제한된 동작 범위를 갖는다. 장행정 액추에이터(7)는 큰 동작 범위, 통상적으로는 패터닝 디바이스 지지체(1)의 전체 동작 공간을 가지며, 상대적으로 낮은 정확성을 갖는다. 장행정 액추에이터(7)의 주요 작업은, 패터닝 디바이스 지지체(1)의 원하는 위치를 단행정 액추에이터(8)의 범위 내로 가져와, 단행정 액추에이터(8)가 높은 정확성으로 패터닝 디바이스(5)를 위치시킬 수 있도록 것이다.
위치 측정 시스템(11)은, 예를 들어 기준 대상물(6)에 대해 단행정 부분(3)의 위치를 측정하기 위해 제공되었다. 일 실시예에서, 기준 대상물(6)은 투영 렌즈(PS) 또는 메트롤로지 프레임(MF)이다. 위치 측정 시스템(11)은, 간섭계 시스템 또는 인코더 측정 시스템과 같이, 높은 정확성으로 단행정 부분(3)의 위치를 측정할 수 있는 여하한의 시스템일 수 있다.
장행정 부분(2)의 진동으로부터 단행정 부분(3)을 격리시키기 위해, 단행정 액추에이터(8)는 낮은 강성도를 갖는 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 액추에이터는, 예를 들어 로렌츠 모터이다. 이러한 타입의 액추에이터의 입력은 원하는 힘에 비례하는 전류이다. 입력 힘에 대한 위치 응답은 전자 구성요소들의 지연 및 계산 지연으로 인해 어느 정도 지연된다. 고차 역학과 함께 이 효과는 단행정 제어 루프의 대역폭을 제한하며, 이는 달성가능한 스테이지 위치설정 정확성을 제한한다. 대안적인 실시예에서, 단행정 액추에이터(8)는 플럭스 피드백(flux feedback)이 제공되는 릴럭턴스 액추에이터(reluctance actuator)일 수 있다(US2012/0019794에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전문이 인용 참조됨).
또한, 힘-타입 단행정 액추에이터(8)는 기판 테이블(WT)로부터 패터닝 디바이스 지지체(1)로의 달성가능한 피드-포워드 효과를 제한함을 주의한다. 이 피드-포워드에서, 하나의 스테이지의 위치 오차는 피드-포워드 힘을 생성하기 위해 두 번 미분되어야 하며, 이는 하나의 샘플 지연을 겪게 한다. 이는 다른 스테이지의 지연된 응답을 초래하여, 서로에 대한 스테이지들의 위치설정 정확성을 제한한다.
또한, 단행정 액추에이터(8)의 낮은 강성도로 인해, 스테이지의 가속시 패터닝 디바이스 홀더(4) 및 단행정 부분(3)의 가속을 위해 요구되는 전체 힘이 단행정 액추에이터(8)에 의해 가해져야 한다. 동시에, 단행정 액추에이터(8)는 단행정 부분(3)의 정밀한 위치설정을 수행하기 위해 높은 정확성으로 작은 힘을 가할 수 있어야 한다. 이는 단행정 액추에이터(8), 및 증폭기와 같은 구동 전자기기에 대한 요구를 훨씬 더 높게 한다.
이미징 정확성 및 스루풋(throughput)에 대한 요구를 증가시키면서, 기판 또는 패터닝 디바이스와 같은 교환가능한 대상물들의 위치설정에서 정확성을 증가시키고 정착 시간을 더 감소시키는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단행정 부분(3)과 패터닝 디바이스 유지 구조체 또는 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이의 이동을 유도하기 위해 초단행정 액추에이터(9)가 제공되었다. 단행정 부분(3)과 패터닝 디바이스 유지 구조체 또는 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이에, 1 이상의 초단행정 액추에이터들(9)이 배치된다. 이러한 초단행정 액추에이터들(9)은 비교적 높은 강성도를 가지며, 예를 들어 단행정 부분(3)과 패터닝 디바이스 유지 구조체 또는 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이에 이동을 생성하는 피에조-요소들(piezo-elements)이다. 이 이동은 통상적으로 약 ±100 nm보다 작다.
초단행정 액추에이터(9)는, 장행정 진동의 격리가 단행정 액추에이터(8) 및 가능하게는 장행정 액추에이터(7)에 의해 이미 이루어짐에 따라, 비교적 높은 강성도를 가질 수 있다. 바람직하게, 초단행정 액추에이터(9)는 위치 타입 액추에이터이며, 부연하면 이 액추에이터는 위치에 관하여 바로 응답한다. 이러한 위치 타입 액추에이터의 일 예시는 전압 또는 전하의 직접적인 결과로서 변형을 제공하는 피에조-요소이다.
유사한 패터닝 디바이스 지지체가 US 2009/0201477에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다. 본 발명은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명되는 상이한 제어 시스템들, 도 3, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명되는 상이한 물리적 구현, 그리고 도 7을 참조하여 설명되는 캘리브레이터를 지향한다.
일 실시예에서, 패터닝 디바이스 홀더(4)는 단행정 부분(3) 상의 초단행정 액추에이터(9)에 의해 지지되는 테이블이다. 일 실시예에서, 초단행정 액추에이터(9)는 일 측이 단행정 부분(3)에 부착되고, 다른 측은 패터닝 디바이스 홀더(4)에 부착된다. 초단행정 액추에이터(9)는 압전 스택(piezoelectric stack), 바람직하게는 전단 압전 스택(shear piezoelectric stack)이다. 이 실시예에서, 초단행정 액추에이터(9)는 패터닝 디바이스 홀더(4) 및 패터닝 디바이스(5)의 무게를 지지할 수 있다. 압전 스택은 x y 동작[장치의 광축(O)에 수직인 평면에서의 동작]을 허용하는 전단 압전 스택일 수 있다. 각각의 압전 스택은 x 및 y 방향 둘 모두로 전단된다. 일 실시예에서는, x 방향으로의 이동만을 위해 또한 y 방향으로의 이동만을 위해 별도의 압전 스택들이 제공될 수 있다.
도 4는 초단행정 액추에이터(9)의 통상적인 압전 스택(91)의 단면도를 예시한다. 압전 스택(91)은 절연 재료, 전극, 및 전단 이동을 위한 전단 압전 재료의 적어도 하나의 층을 포함한다. 통상적인 두께는 약 1 mm이다. 도 4의 실시예에서, 외측 층들(22)은 비활성 재료(예를 들어, 전기 절연성 재료)이며, 통상적으로 0.1 mm의 두께를 갖는다. 3 개의 전극 층들(24, 25, 26)이 제공된다. 상부의 2 개의 전극 층들(24, 25)은 압전 층(32)에 걸쳐 전위차를 인가하기 위해 사용되며, 이 압전 층은 x 방향으로의 이동을 위해 배치될 수 있고, 상부의 2 개의 전극 층들(24, 25) 사이에 놓인다. 하부의 2 개의 전극들(25, 26)은 제 2 압전 층(34)에 걸쳐 전위차를 인가하기 위해 제공되며, 제 2 압전 층은 y 방향으로의 전단 이동을 위해 배치되고, 하부 2 개의 전극들(25, 26) 사이에 놓인다. 전극 층들(24, 25, 26)은 통상적으로 0.1 mm의 두께를 가지며, 각각의 압전 전단 층은 통상적으로 0.25 mm의 두께를 갖는다.
패터닝 디바이스 홀더(4)와 단행정 액추에이터(8) 사이에 초단행정 액추에이터(9)를 위치시킴에 따른 장점은, 패터닝 디바이스 지지체(1)의 z 지지체들(예시되지 않음)에 의한 운동학적 위치설정(kinematic positioning)이 통상시와 같이 구현될 수 있고, 높은 x y 강성도가 변화없이 유지된다는 점이다.
도 5는 패터닝 디바이스 지지체(1)에 대한 제어 방식을 나타낸다. 제어 방식은 단일 또는 다수의 제어기들의 제어 하에서 구현되며, 각각의 제어기는 제어 시스템(500)의 일부분일 수 있거나, 일부분일 수 없다.
도 5의 실시예에서는, 초단행정 액추에이터 제어기(100) 그리고 단행정 액추에이터 제어기(200)가 존재한다. 입력 신호로서, 단행정 부분(3)의 원하는 위치에 대한 설정점(SPrs)이 제공된다. 단행정 부분(3)의 원하는 위치(SPrs)는, 예를 들어 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다. 단행정 부분(3)의 실제 위치를 결정하기 위해 위치 측정 시스템(11)을 이용하는 단순한 제어 루프가 사용된다. 위치 측정 시스템(11)으로부터의 신호는 단행정 액추에이터 제어기(200)의 비교기(255)에서 원하는 위치(SPrs)로부터 차감된다. 그러므로, 비교기(255)의 출력은 단행정 부분(3)의 위치 오차에 관한 오차 신호(ers)이며, 이는 기준 대상물(6)에 대한 단행정 부분(3)의 원하는 위치와 기준 대상물(6)에 대한 단행정 부분의 실제 위치 간의 차이이다. 이 신호는 ers로 나타내며, 단행정 제어기(250)에 제공된다. 이 신호에 기초하여, 단행정 제어기(250)는 단행정 부분(3)을 원하는 위치에 더 근접하게 이동시키기 위해 단행정 액추에이터(8)에 제어 신호를 제공한다.
기판 스테이지의 위치 오차는, [예를 들어, 도 1을 참조하여 앞서 설명된 위치 센서(IF)에 의해 측정된 바와 같은] 기판 스테이지의 실제 위치, 및 [예를 들어, 제어 시스템(500)에 의해 설정된] 기판 스테이지에 대한 설정점을 차감함으로써 결정될 수 있다. 기판의 위치 오차는 기판 위치 오차(ews)이며, 이는 기준 대상물에 대한 기판/기판 스테이지의 원하는 위치와 기준 대상물에 대한 기판/기판 스테이지의 실제 위치 간의 차이이다. 기판 테이블 상의 기판의 위치가 알려지기 때문에, 기판 테이블의 위치 오차(ews)는 기판(W)의 위치 오차인 것으로 가정될 수 있다. 일 실시예에서는, 2 개의 신호들이 실제로 동일한 오차를 나타내더라도, 도 5의 오차 신호(ews)는 기판 스테이지라기보다는 대신 기판 자체의 위치 오차일 수 있다.
도 5의 실시예에서, 초단행정 액추에이터 제어기(100)는 2 개의 제어 부분들로 이루어진다. 이는 개방 루프 제어 부분(110) 및 폐쇄 루프 제어 부분(150)을 포함한다. 개방 및 폐쇄 루프 제어 부분들(110, 150) 및 단행정 제어기(250)는 각각 제어 시스템(500)의 일부분일 수 있거나, 함께 제어기를 형성하는 별도의 제어 부분들일 수 있다. 폐쇄된 루프 제어 부분(150)은 비교기(155)를 포함하며, 위치 측정 디바이스(160)를 이용하여 패터닝 디바이스(5) 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 위치 측정을 필요로 한다. 일 실시예에서는 개방 루프 제어부(110)만이 사용된다. 일 실시예에서는 폐쇄 루프 제어기(150) 및 연계된 비교기 그리고 위치 측정 디바이스(160)만이 사용된다. 위치 측정 디바이스(160)는 단행정 부분(3)에 대한 패터닝 디바이스(5) 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 위치를 측정한다. 따라서, 위치 측정 디바이스(160)는 액추에이터(9)의 이동의 효과를 측정한다. 대안적으로, 위치 측정 시스템(160)은 대상물(6)[예를 들어, 측정 시스템(11)과 동일한 기준]에 대한 패터닝 디바이스(5) 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 위치를 측정하고, 두 위치 측정부들(11 및 160)로부터, 단행정 부분(3)에 대한 패터닝 디바이스(5) 또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 상대 위치가 공제된다(deducted).
개방 루프 제어기(110)는 임의의 주어진 인가 전압, 전하 또는 전류에 대한 초단행정 액추에이터(9)의 편향의 양의 지식에 기초하여 동작한다. 인가되는 전압, 전하 또는 전류와 변위 간의 관계의 지식은 도 7을 참조하여 아래에 설명된 바와 같은 캘리브레이션 기술을 이용하여 얻어질 수 있거나, 이 정보는, 예를 들어 초단행정 액추에이터(9)의 제조업자에 의해 제공될 수 있다. 이러한 지식 또는 정보는 개방 루프 제어기(110)의 메모리에 저장될 수 있다. 몇몇 경우들에서는, 인가되는 전압, 전하 또는 전류와 변위 간의 관계가 잘 알려지지 않을 수도 있다. 그 경우, 개방 루프 제어기(110)는 곱셈기(multiplier: 111)를 포함할 수 있다. 곱셈기(111)는 위치 오차 신호(ews)의 증배율(multiplication factor)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 인가되는 전압 또는 전류와 변위 간의 관계가 매우 잘 알려지는 경우, 1의 증배율이 사용된다. 인가되는 전압 및/또는 전류와 변위 간의 관계가 보다 덜 알려지는 실시예에서는 더 낮은 증배율이 인가될 수 있다. 통상적으로, 곱셈기(111)는 위치 오차 신호(ews)의 증배율을 1에서 0.2 사이가 되도록 설정한다.
폐쇄 루프 제어기(150)는 피드백에 기초하여 동작한다. 이 제어기(150)는 초단행정 액추에이터(9)에 제어 신호를 인가한다. 위치 측정 디바이스(160)는 단행정 부분(3)에 대한 패터닝 디바이스(5) 및/또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 위치 변화를 기록한다. 위치 측정 디바이스(160)는 비교기(155)에 신호를 제공한다. 비교기(155)는 위치 오차 신호(ews)로부터 위치 측정 디바이스(160)로부터의 신호를 차감한다. 이러한 방식으로, 폐쇄 루프 제어기(150)는 피드백 루프에 기초하여 패터닝 디바이스 홀더(4)의 위치를 조정한다.
폐쇄 루프 제어기(150)와 개방 루프 제어기(110) 둘 모두가 구현되는 도 5의 실시예에서는, 2 개의 제어기들로부터의 신호들이 합산기(170)에 의해 합산되며, 초단행정 액추에이터(9)에 제공된다.
그러므로, 도 5의 실시예에서 초단행정 액추에이터 제어기(100)는 오로지 기판 위치 오차(ews) 및 선택적으로는 이동가능한 구조체에 대한 패터닝 디바이스 홀더의 측정된 위치에 기초하여 초단행정 액추에이터(9)를 제어한다.
개방 루프 제어기(110)만이 사용되는 경우, 초단행정 액추에이터(9)는 기판 위치 오차(ews)에만 기초하여 제어된다. 폐쇄 루프 제어기(150)가 사용되지 않는 상황에서는, 패터닝 디바이스 홀더(4)의 강성도에 따른 패터닝 디바이스(5)로 인한 공진의 능동 감쇠(active damping)가 일어나지 않는다. 이러한 상황에서는, 추가 감쇠 수단에 의해 공진을 감쇠시키는 것이 유리할 수 있다. 제 1 실시예에서, 이는 기계 공진의 동일한 주파수에서 전기 공진을 생성하여, 결과적으로 전기 에너지를 저항으로 소실(dissipate)시킴으로써 실현될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 수동 RL 감쇠 네크워크(passive RL damping network)가 전하 증폭기와 조합되며, 전하 증폭기는 피에조 액추에이터를 구동시키는데 사용된다. 제 2 실시예에서, 초단행정 액추에이터(9)에 내부 힘 피드백이 사용될 수 있다. 이는, 센서로서 작용하며 가동 피에조(actuating piezo)에 위치 피드백을 제공하는 추가 압전 스택(91)을 필요로 한다. 이러한 압전 스택은 도 4를 참조하여 설명된 바와 같은 압전 스택(91)을 2 개 조합함으로써 실현될 수 있다. 패터닝 디바이스 홀더(4)와 패터닝 디바이스(5) 사이에 위치된 센서 피에조와 액추에이터 피에조의 조합은 함께 능동 감쇠를 제공하는 국부적 폐쇄-루프 제어 시스템을 형성한다. 이러한 추가 감쇠 실시예들은, 패터닝 디바이스(5)/패터닝 디바이스 홀더(4) 부근에 요구되는 공간이 실제 상황들에서 제한될 수 있음에 따라 유리하다. 제 3 실시예에서, 압전 스택(91)은 동시에 피에조 액추에이터로서 그리고 피에조 센서로서 사용된다. 이는 인가되는 (구동) 전압 위에 고주파 검출 전압을 겹쳐 놓음으로써 실현될 수 있으며, 검출 전압의 주파수는 소위 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)를 초과한다. 검출 전압에 기초하여, (예를 들어, LCR-브릿지를 이용함으로써) 용량 변화가 측정될 수 있으며, 결과적으로 압전 스택의 위치(신장 또는 압축)가 유도될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 폐쇄 루프 제어기(150)가 사용되는 경우, 초단행정 액추에이터(9)는 기판 위치 신호(ews), 및 단행정 부분(3)에 대한 패터닝 디바이스(5) 및/또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 측정된 위치에만 기초하여 이동된다. 후자의 신호는 피드백 방식으로 사용된다.
일 실시예에서, 초단행정 액추에이터 제어기(100)는 개방 루프 제어기(110) 및 폐쇄 루프 제어기(150) 중 하나 또는 둘 모두를 이용하며, 기판 스테이지의 위치 오차 이외의 위치 오차에 기초하여 초단행정 액추에이터(9)를 이동시킨다. 위치 오차는, 예를 들어 단행정 부분(3)의 위치 오차일 수 있다. 도 6의 실시예에서, 초단행정 액추에이터 제어기(100)는 그 입력으로서 기판 스테이지의 오차(ews)와 단행정 부분의 오차(ers) 둘 모두를 갖는다.
도 6의 실시예는 아래에 설명되는 것을 제외하고는 도 5의 실시예와 동일하다. 도 6의 실시예에서, 단행정 액추에이터 제어기(200) 및 초단행정 액추에이터 제어기(100)는 적어도 부분적으로 기판 위치 오차(ews)와 단행정 부분의 오차(ers) 둘 모두에 따라 각각의 액추에이터들을 구동시킨다. 기판 스테이지 오차(ews) 및 단행정 부분의 오차(ers)는 도 5를 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로 계산된다. 2 개의 신호들은 합산기들(120, 257)에 의해 서로 합산되고, 대응하는 제어기들(100, 250)에 제공된다. 이후, 초단행정 액추에이터 제어기(100)는, 위치 측정 디바이스(160)로부터의 위치 측정 신호 그리고 개방 루프 제어기(110) 및 폐쇄 루프 제어기(150) 중 하나 또는 둘 모두를 이용하여, 도 5를 참조하여 설명된 실시예에 따라 작동할 수 있다.
초단행정 액추에이터(9)의 동적 응답(dynamic response)은 단행정 액추에이터(8)보다 양호하다. 하지만, 초단행정 액추에이터(9)의 단점은, 넓은 동작 범위(예를 들어, +/- 200 nm) 이력(hysteresis)에 대해, 비-선형성 및 드리프트(drift)가 어려울 수 있다는 점이다. 피에조 비-선형성은 인가되는 전압, 전하 또는 전류와 변위 간의 비선형 관계이며, 그 결과 비-선형성은 피에조 액추에이터의 제어에 있어 추가적인 어려움을 겪을 수 있게 된다. 도 6의 실시예는 초단행정 액추에이터(9)와 단행정 액추에이터(8) 둘 모두를 이용하여 기판 스테이지의 위치 오차(ews)를 보정함으로써 이러한 문제들에 대처한다. 이는 초단행정 액추에이터(9)의 요구되는 동작 범위를 약 +/- 50 nm로 감소시키는 장점을 가지며, 이는 피에조 비-선형성, 이력 및 드리프트를 감소시킨다.
일 실시예에서는, 고대역 통과 필터(high band pass filter: 130) 및 저대역 통과 필터(low band pass filter: 140)가 제공된다. 이 필터들은, 기판 위치 오차(ews)[및/또는 단행정 부분(3)의 오차(ers)]가 필터링되도록 배치되어, (예를 들어, 사전설정된 크기 이상의) 높은 주파수를 갖는 오차 성분들이 초단행정 액추에이터(9)에 의해 처리되게 하는 반면, (예를 들어, 사전설정된 크기 이하의) 낮은 주파수를 갖는 오차 성분들은 단행정 액추에이터(8)에 의해 처리되게 한다. 이는, 각 타입의 액추에이터의 강점(strengths)을 이용함에 따라 유리하다.
아래의 테이블은 3 개의 세로줄(columns)에, 기판의 위치 오차(WS-x), 단행정 액추에이터(8)만을 이용하여 기판 스테이지의 위치 오차들에 대해 제어한 결과들[WR, 기본(original)], 그리고 가장 우측 세로줄에는 도 6의 실시예에 대한 결과들(WR, 피에조 추가)을 예시한 도 6의 실시예들에 대한 모델링 결과들을 나타낸다. 이 모델은 단행정 부분(3)의 위치 오차가 존재하지 않는다고 가정한다(즉, ers = 0). 첫 번째 가로줄(row)은 이미지 위치의 최대 이동 평균 오차, 두 번째 가로줄은 이미지 위치 오차의 최대 이동 표준 편차, 그리고 나머지 두 개의 가로줄은 이러한 2 개의 오차들의 3 개의 시그마 값을 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 기판 스테이지 위치의 오차를 보정하기 위해 단행정 액추에이터(8)에 추가적으로 초단행정 액추에이터(9)를 이용함으로써 상당한 개선이 얻어졌다.
[nm] WS-x WR, 기본 WR, 피에조 추가
MA max 3.73 0.95 0.05
MSD max 5.75 4.55 3.01
MA m+3s 2.25 0.58 0.03
MSD m+3s 4.33 4.49 3.27
폐쇄 루프 제어기(150)와 개방 루프 제어기(110) 둘 모두는 초단행정 액추에이터(9)에 대해 인가되는 전압 또는 전류와 변위 간의 관계에 관한 몇 가지 정보를 필요로 한다. 일 실시예에서, 제어기(100)는 액추에이터(9)에 알려진 전압, 전하 및/또는 전류를 인가한다. 패터닝 디바이스(5) 및/또는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 이동의 양을 감지하기 위해, 위치 측정 디바이스(160)로부터의 신호가 모니터링된다. 이 정보는 제어기(100)의 메모리(180)에 저장될 수 있으며, 개방 루프 제어기(110) 및/또는 폐쇄 루프 제어기(150)에 의해 사용될 수 있다.
도 7은 초단행정 액추에이터 제어기(100)가 초단행정 액추에이터(9)의 변위와 인가되는 전압, 전하 및/또는 전류 간의 관계를 확립할 수 있는 캘리브레이터(170)를 포함할 수 있는 상이한 방식을 개략적으로 예시한다. 일 실시예에서, 제어기(100)는 대안적으로 또는 추가적으로 위치 측정 디바이스(160)로부터라기보다는 투과 이미지 센서(TIS)(300)로부터의 신호를 이용한다. 투과 이미지 센서(300)는, 예를 들어 기판 테이블(WT)에 제공될 수 있다. 투과 이미지 센서(300)는 초단행정 액추에이터(9)에 인가되는 전압, 전하 및/또는 전류의 변화 또는 인가에 따라 투영 시스템의 하류에서(예를 들어, 기판의 레벨에서) 패터닝된 방사선 빔의 위치 변화를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이 정보는, 기판 레벨에서 패터닝되는 이미지의 위치 변화에 따라 제어기(100)에 의해 초단행정 액추에이터(9)에 인가되는 전압, 전하 또는 전류 사이에 직접적인 링크를 제공한다는 점에서 특히 유용할 수 있다. 그러므로, 기판의 위치 오차에 관한 신호는, 위치 오차를 보정하기 위해 초단행정 액추에이터(9)에 인가되는 대응 전압 및 패터닝된 이미지의 이동의 양의 캘리브레이션 시에 얻어지는 값들과 직접적으로 비교될 수 있다.
본 명세서에서 전문이 인용 참조되는 US 2011/0222039에서는, 패터닝 디바이스(5)의 굽힘에 관한 개념이 개시되어 있다. 도 8 및 도 9의 실시예에서, 초단행정 액추에이터(9)는 이러한 시스템에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 초단행정 액추에이터(9)는 패터닝 디바이스를 굽히기 위해 패터닝 디바이스(5)에 힘을 인가하는데 사용된다. 일 실시예에서는, (도 9에 예시되고, US 2011/0222039에 개시되어 있는 바와 같이) 패터닝 디바이스 액추에이터(400)가 패터닝 디바이스를 굽히기 위해 패터닝 디바이스(5)에 토크 또는 힘을 인가하는데 사용된 후, 패터닝 디바이스 홀더(4)와 패터닝 디바이스(5) 사이의 힘을 감소시키기 위해 초단행정 액추에이터(9)가 사용된다.
도 8에 평면도로 예시된 바와 같이, 초단행정 액추에이터(9)는 실제로 복수의 압전 스택들(91, 92)로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서는, 대상물 홀더(4)의 가장자리 주위에 개별 압전 스택들(91, 92)이 제공된다. 예를 들어, 압전 스택들(91, 92)은 가장자리 주위에 등거리로 이격되어 제공될 수 있다. 압전 스택들(91, 92)의 각각은 초단행정 액추에이터 제어기(100)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 그러므로, 패터닝 디바이스 액추에이터(400)에 의해 패터닝 디바이스(5)로 힘이 인가될 때 패터닝 디바이스(5)와 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이의 힘을 감소시키거나 패터닝 디바이스(5)에 힘을 인가하기 위해, 초단행정 액추에이터 스택들(91, 92)은 이동가능한 부재(4)의 가장자리 주위에 비-일정한 힘을 부여하는데 사용될 수 있다. 도 9의 예시에서, 패터닝 디바이스 홀더(4)는 패터닝 디바이스(5)와 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이의 힘을 감소시키기 위해 복수의 압전 스택들(91, 92)에 의해 x-방향으로 반경방향 안쪽으로 이동하도록 만들어진다. 이는 패터닝 디바이스 홀더(4)와 패터닝 디바이스(5) 사이에 미끄럼(slippage)이 발생할 가능성을 감소시킨다; 패터닝 디바이스(5)가 x-방향으로 굽혀질 때, 패터닝 디바이스(5)의 단부들 간의 x-방향으로의 거리는 더 짧아진다. 패터닝 디바이스(5)가 부착되는 패터닝 디바이스 홀더(4)의 부분들 간에 대응하는 거리의 감소가 없으면, 패터닝 디바이스(5)와 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이에 유해한 미끄럼이 발생할 수 있다.
추가적인 또는 대안적인 실시예에서는, 패터닝 디바이스의 열 팽창/수축 및 이에 따른 패터닝 디바이스(5)와 패터닝 디바이스 홀더(4) 사이의 힘의 생성을 유도할 수 있는 패터닝 디바이스(5)에 인가되는 열 부하가 보상된다. 이러한 힘은 앞서 설명된 바와 같은 압전 스택들(91, 92)에 의해 감소된다. 제어는, 예를 들어 측정된 온도 분포 또는 측정된 응력/변형(strain)에 기초하여, 열 팽창/수축의 양의 추산(estimate)을 요구할 수 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치는 상기 장치의 구성요소의 위치, 속도 등을 측정하는 인코더 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구성요소는 기판 테이블을 포함한다. 일 실시예에서, 구성요소는 측정 및/또는 세정 테이블을 포함한다. 인코더 시스템은 테이블들에 대해 본 명세서에서 설명된 간섭계 시스템에 추가될 수 있다. 인코더 시스템은 스케일 또는 그리드와 연계된, 예를 들어 쌍을 이루는(paired) 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드를 포함한다. 일 실시예에서, 이동가능한 구성요소(예를 들어, 기판 테이블, 및/또는 측정 및/또는 세정 테이블)는 1 이상의 스케일 또는 그리드를 가지며, 리소그래피 장치의 프레임 - 이에 대해 구성요소가 이동함 - 은 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상을 갖는다. 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상은 구성요소의 위치, 속도 등을 결정하기 위해 스케일(들) 또는 그리드(들)와 상호작동한다. 일 실시예에서, 리소그래피 장치의 프레임 - 이에 대해 구성요소가 이동함 - 은 1 이상의 스케일 또는 그리드를 갖고, 이동가능한 구성요소(예를 들어, 기판 테이블, 및/또는 측정 및/또는 세정 테이블)는 구성요소의 위치, 속도 등을 결정하기 위해 스케일(들) 또는 그리드(들)와 상호작동하는 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상을 갖는다.
이해되는 바와 같이, 앞서 설명된 특징부들 중 어느 것도 여하한의 다른 특징부와 함께 사용될 수 있으며, 본 명세서에서 다루어지는 명시적으로 설명된 이러한 조합들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은, 마이크로스케일(microscale) 또는 심지어는 나노스케일(nanoscale) 피처들을 갖는 구성요소들을 제조하는데 있어 다른 적용들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 약 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절 및 반사 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 기계 판독 가능한 명령어가 2 이상의 컴퓨터 프로그램들에서 구현될 수 있다. 2 이상의 컴퓨터 프로그램들은 1 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체에 저장될 수 있다.
앞서 설명된 제어기들은 신호들을 수신하고, 처리하며, 보내는 여하한의 적절한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 제어기는 상기 설명된 방법들을 위해 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 1 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 또한, 제어기들은 이러한 컴퓨터 프로그램들을 저장하는 데이터 저장 매체, 및/또는 이러한 매체를 수용하는 하드웨어를 포함할 수 있다.
본 발명의 1 이상의 실시예들은 여하한의 침지 리소그래피 장치, 특히 배타적인 것은 아니지만, 앞서 언급된 타입들에 적용될 수 있으며, 침지 액체가 배스의 형태로 기판의 국부화된 표면 영역 상에만 제공되는지 또는 기판 및/또는 기판 테이블에 한정되지 않는지에 따라 적용될 수 있다. 한정되지 않는 구성에서는, 실질적으로 기판 및/또는 기판 테이블의 덮이지 않은 전체 표면이 습식 상태가 되도록, 침지 액체는 기판 및/또는 기판 테이블의 표면에 걸쳐 유동할 수 있다. 이러한 한정되지 않은 침지 시스템에서, 액체 공급 시스템은 침지 액체를 한정하지 않을 수 있으며, 또는 침지 액체의 일부분을 한정하지만, 실질적으로 침지 액체를 완전하게 한정하지 않을 수도 있다.
본 명세서에서 고려되는 액체 공급 시스템은 폭넓게 해석되어야 한다. 소정 실시예들에서, 이는 투영 시스템과 기판 및/또는 기판 테이블 사이의 공간에 액체를 제공하는 구조체들의 메커니즘 또는 조합일 수 있다. 이는 1 이상의 구조체, 1 이상의 액체 유입구, 1 이상의 가스 유입구, 1 이상의 가스 유출구 및/또는 상기 공간에 액체를 제공하는 1 이상의 액체 유출구의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 공간의 표면은 기판 및/또는 기판 테이블의 일부분일 수 있거나, 상기 공간의 표면이 기판 및/또는 기판 테이블의 표면을 완전히 덮을 수 있거나, 상기 공간은 기판 및/또는 기판 테이블을 에워쌀 수 있다. 액체 공급 시스템은, 선택적으로 위치, 양, 질, 형상, 유속 또는 액체의 여타의 특징들을 제어하는 1 이상의 요소들을 더 포함할 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (28)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터(ultra short stroke actuator)를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템;
    기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이인 기판 위치 오차를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및
    적어도 부분적으로 상기 기판 위치 오차에 기초하여 상기 액추에이터 및 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함하는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 측정 시스템은, 상기 대상물에 대한 상기 이동가능한 구조체의 원하는 위치와 상기 대상물에 대한 상기 이동가능한 구조체의 실제 위치 간의 차이인 이동가능한 구조체 위치 오차를 측정하기 위해 추가적으로 구성되는 리소그래피 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 적어도 부분적으로 상기 이동가능한 구조체 위치 오차에 기초하여 상기 액추에이터를 이동시키도록 추가적으로 구성되는 리소그래피 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 적어도 부분적으로 상기 이동가능한 구조체 위치 오차에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 추가적으로 구성되는 리소그래피 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 사전설정된 크기 이하의 주파수를 갖는 위치 오차(들)의 성분에 기초하여 상기 액추에이터를 이동시키고, 적어도 부분적으로 상기 사전설정된 크기 이상의 주파수를 갖는 위치 오차(들)의 성분에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 리소그래피 장치.
  6. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템;
    기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이인 기판 위치 오차를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및
    오로지 상기 기판 위치 오차, 및 선택적으로는 상기 이동가능한 구조체에 대한 상기 패터닝 디바이스 홀더의 측정된 위치에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함하는 리소그래피 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 이동가능한 구조체에 대한 대상물 홀더의 측정된 위치에 기초하여 피드백 방식으로 위치 상기 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 리소그래피 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 기판 위치 오차에 기초하여 개방 루프 방식으로 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키기 위한 개방 루프 회로를 포함하는 리소그래피 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개방 루프 회로는 상기 기판 위치 오차의 증배율(multiplication factor)을 1에서 0.2 사이로 설정하기 위한 곱셈기를 포함하는 리소그래피 장치.
  10. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템;
    상기 이동가능한 지지체에 대한 상기 패터닝 디바이스 및 상기 패터닝 디바이스 홀더 중 적어도 하나의 위치를 측정하기 위한 위치 측정 시스템; 및
    상기 위치 측정 시스템에 의해 측정된 상기 패터닝 디바이스 및 상기 패터닝 디바이스 홀더 중 적어도 하나의 위치 및 위치 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함하는 리소그래피 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 위치 측정 시스템에 의해 측정된 상기 패터닝 디바이스 및 상기 패터닝 디바이스 홀더의 위치에 기초하여 피드백 방식으로 상기 위치 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 리소그래피 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 위치 오차 신호에 기초하여 개방 루프 방식으로 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키기 위한 개방 루프 회로를 포함하는 리소그래피 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 개방 루프 회로는 상기 위치 오차 신호의 증배율을 1에서 0.2 사이로 설정하기 위한 곱셈기를 포함하는 리소그래피 장치.
  14. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 및
    위치 오차 신호에 기초하여 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 개방 루프 제어기(open loop controller)를 포함하는 리소그래피 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    개방 루프 회로는 상기 위치 오차 신호의 증배율을 1에서 0.2 사이로 설정하기 위한 곱셈기를 포함하는 리소그래피 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 오차 신호는 기준 대상물에 대한 상기 기판의 원하는 위치와 상기 기준 대상물에 대한 상기 기판의 실제 위치 간의 차이를 포함하는 리소그래피 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 오차 신호는 상기 대상물에 대한 상기 이동가능한 구조체의 원하는 위치와 상기 대상물에 대한 상기 이동가능한 구조체의 실제 위치 간의 차이를 포함하는 리소그래피 장치.
  18. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템;
    상기 투영 시스템의 하류에서 상기 패터닝된 방사선 빔의 위치를 측정하기 위한 투과 이미지 센서; 및
    '상기 초단행정 액추에이터에 인가된 제어 신호의 크기'와, '상기 패터닝 디바이스, 상기 패터닝 디바이스 홀더, 및 상기 패터닝된 방사선 빔 중 적어도 하나의 위치의 결과적인 변화' 간의 관계를 결정하기 위한 캘리브레이터(calibrator)를 포함하는 리소그래피 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 투과 이미지 센서는 상기 기판 지지체에 장착되는 리소그래피 장치.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    적어도 부분적으로 상기 결정된 관계에 기초하여 피드 포워드 방식으로 상기 초단행정 액추에이터를 이동시키도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  21. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있음 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 및
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고,
    상기 패터닝 디바이스 지지체는,
    대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체,
    상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고, 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더,
    상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및
    상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되고, 상기 패터닝 디바이스 홀더의 가장자리(circumference)의 적어도 일부분 주위에 위치된 복수의 액추에이터들을 포함하는 초단행정 액추에이터를 포함하는 리소그래피 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 초단행정 액추에이터의 복수의 액추에이터들의 각각의 개별 이동을 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 패터닝 디바이스에 인가된 불균일한 열부하로 인한 패터닝 디바이스 변형을 보상하기 위해 상기 복수의 액추에이터들의 각각의 이동을 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스에 토크 또는 힘을 가하도록 구성되는 패터닝 디바이스 액추에이터를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 패터닝 디바이스 액추에이터에 의해 상기 패터닝 디바이스에 가해진 토크 또는 힘에 기인한 상기 패터닝 디바이스와 상기 패터닝 디바이스 홀더 간의 힘을 감소시키도록 상기 복수의 액추에이터들의 각각의 이동을 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  25. 리소그래피 장치에 있어서,
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 지지체 - 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있고, 상기 패터닝 디바이스 지지체는 대상물에 대해 이동가능하게 배치된 이동가능한 구조체, 상기 이동가능한 구조체에 대해 이동가능하게 배치되고 상기 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 패터닝 디바이스 홀더, 상기 대상물에 대해 상기 이동가능한 구조체를 이동시키도록 구성되는 액추에이터, 및 상기 이동가능한 구조체에 대해 상기 패터닝 디바이스 홀더를 이동시키도록 구성되는 초단행정 액추에이터를 포함함 -;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 및
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하고,
    상기 초단행정 액추에이터는 상기 패터닝 디바이스 홀더와 상기 이동가능한 구조체 사이에 부착되는 리소그래피 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초단행정 액추에이터의 강성도(stiffness)는 상기 액추에이터의 강성도보다 실질적으로 큰 리소그래피 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초단행정 액추에이터는 피에조 액추에이터(piezo actuator)인 리소그래피 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 피에조 액추에이터는 전단 액추에이터인 리소그래피 장치.
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