KR100363034B1 - 격자-격자간섭계정렬장치 - Google Patents

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KR100363034B1
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에스브이지 리도그래피 시스템즈, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 마이크로리도그래피 ( microlithography ) 용 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치를 제공한다. 본 발명에는 코히런트한 단일 또는 복수 이산 파장의 전자 (electromagnetic ) 방사선 소오스 (116) 또는 몇몇 경우에는 광대역 전자 방사선 (132), 귀환 전자 방사 (134) 강도의 검출기 (116), x - 및 y - 방향성의 독립적인 선형 마스크 격자 (109), 및 체커보드 ( checkerboard ) 패턴의 웨이퍼 격자 (110) 가 포함되며, 웨이퍼와 마스크 격자 (109, 110)의 관련 위치에 대한 함수로서 측정된 귀환 전자방사선 (134)으로 부터 정렬을 결정하는 주파수 성분 추출 (118), 위상 검출 (120) 및 신호 처리 (121) 수단이 포함되어 있다.

Description

격자-격자 간섭계 정렬 장치
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 물체를 감지하여 정렬시키는 정렬 장치 ( alignment system ), 센서 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 마이크로리도그래피 ( microlithography )용의 집적적인 마스크-웨이퍼 위치 및 스루-더-마스크( through-the-mask : TTM ) 정렬 센서를 사용하는 격자-격자 간섭계 ( grating-grating interferometric ) 정렬 장치에 관한 것이다.
발명의 배경
정밀한 마스크-웨이퍼 정렬 장치 및 방법은 서브마이크론 리도그래피에 필수적이다. 리도그래픽 패턴은 앞선 패턴에 관하여 정확하게 위치 ( 정렬 )되어야 한다. 상기 패턴을 정렬시키는데 사용되는 특수 구조는 종종 " 정렬 마크 " ( alignment mark ), 보다 구체적으로 " 마스크-마크 " 및 "웨이퍼-마크"로 불리운다.
바람직하기로는, 패턴 사이의 오버레이 ( overlay ) 정확도는 특징 크기의 1/5 미만 또는 1/10 미만이어야 한다. 예를 들어, 오버레이 정확도는 0.5마이크론 선 폭에 대해 0.1 마이크론 미만이어야 한다. 많은 광학 기술들은 성공의 정도차를 내면서 사용중에 있다. 그렇지만, 모든 기술들은 성능상 리도그래피 장치의 필요 조건을 충분히 만족시키지 못하는 한계를 초래한다.
물체를 정렬시키는 방법은, 1989 년 7월 18 일자 Uchida 등에게 허여된 "서로에 대해서 제 1 및 제 2 물체의 정렬 방법 및 본 방법의 실시 장치 " 제목의 미합중국 특허 제 4,849,911호에 개시되어 있는바, 이는 본원에 참고로 반영되어 있다. 상기 특허에는 상부에 회절 격자를 지니는 마스크와 웨이퍼를 정렬시키는 디바이스가 개시되어 있다. 회절광의 휘도가 검출되어 마스크와 웨이퍼의 정렬이 결정된다. 정렬 검출은 마스크와 웨이퍼 사이의 갭 ( gap )과는 무관하다.
이러한 것들 및 정렬 장치들이 의도된 목적을 위해 적당히 이행되어 왔지만, 정렬 장치의 정확도를 향상시킬 필요성은 증가하고 있다. 마스크의 특징 크기가 더 작아지고 웨이퍼와의 마스크 정렬이 증대해짐에 따라, 이러한 필요성은 보다 더 분명하다.
발명의 요약
본 발명은 집적 회로 제조시 리도그래픽 패터닝 단계에 유용하다. 본 발명은 마스크와 웨이퍼가 릴레이 ( relay ) 렌즈나 그의 등가물에 의해 분리되는 경우의 투영 인쇄 뿐만아니라 접촉 및 근접 인쇄에 유용하다. 본 발명은 광학 및 X 선 리도그래피 장치에 모두 적용될 수 있다.
본 발명은 각각의 물체상에 배치된 격차 패치 ( grating patch )에 의해 발생된 격자 차수 ( grating order )의 간섭을 이용하여 두 물체의 관련 위치를 간섭계 방식으로 감지하는 기술을 제공한다. 논의된 하나의 구체적인 실시예는 약 10 nm= 3 σ 미만의 정확도로 마이크로리도그래피 노출 도구에 사용되는 마스크와 웨이퍼의 면내 ( in-plane ) 정렬에 관한 것이다.
본 발명은 마스크-패턴 과 웨이퍼-패턴 사이에서 필요로하는 정렬 위치를 결정하는 간단하고 정확한 수단을 제공하여 집적 회로의 리도그래픽 패터닝시 두 패턴사이의 정확한 오버레이를 제공한다.
한 실시예에 있어서, 본 발명은 전자 방사선의 단지 하나만의 평행 입력 빔을 필요로하며 마스크와 웨이퍼의 관련한 면내 위치의 함수로서 평행 귀환 방사선의 전체 강도에서 편차만을 감지한다. 정렬 정보는 방사선의 선택된 주파수 성분의 위상을 결정하는 푸리에 변환을 이용하여 위치의 함수로서 상기 강도로 부터 결정된다. 본 발명은 단일 파장, 코히런트( coherent )한 전자 방사선의 다중 이산파장, 또는 광대역 전자 방사선을 사용할 수 있다.
본 발명은 다음 4 개의 하드웨어 부속 시스템을 포함한다 : (1) 공간적으로 코히런트한 단일 또는 다중 이산 파장의 평행 빔 또는 몇몇 경우에서는 광대역 전자 방사선의 평행 빔을 전달하는 시준( collimating ) 과학 기기를 지니는 전자방사선 소오스 ; (2) 평행 귀환 전자 방사선의 강도를 감지하는 검출기 ; (3) 분리되거나 일치할 수 있는 X 및 Y 배향성의 독립한 선형 마스크 격자. 서로 다른 주기성 방향을 갖는 두 격자가 일치하는 경우, 즉 서로의 상부상에 존재하는 경우, 이는 "교차 격자" 및 (4) "체커보드( checkerboard ) 격자", 즉 웨이퍼상의 사선배향성 교차 격자로 칭한다. 웨이퍼 격자는 체커보드와 유사한 패턴을 형성하는 마스크 격자에 대하여 사선으로 배향되고 일치한다.
소프트웨어 부속 시스템은 웨이퍼와 마스크 격자의 관련위치의 함수로서 측정된 귀환 방사선 강도로 부터 소기의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 포함한다.상기 소프트웨어는 귀환 방사선 강도의 알려진 주파수 성분의 위상 및 진폭을 결정하는 푸리에 변환 알고리즘을 포함한다. 다른 모든 주파수 성분은 센서의 전반적인 동작에 관한 관련 정보를 가지며 필요한 경우 정렬 감지 방법과 함께 조력하는데 사용될 수 있다.
게다가, 한 실시예에서 조명 소오스 및 검출기는 마스크 격자와 웨이퍼 격자를 조명한다. 귀환된 회절 전자 방사선의 소정 주파수 성분은 위상과 함께 검출된다. 상기 소정 주파수 성분의 위상은 웨이퍼 격자에 관하여 마스크 격자의 관련 위치에 대한 직접적인 측정치 ( measure )를 제공한다. 신호 처리기는 웨이퍼를 지탱하는 스테이지에 부착된 모터에 위치 정보를 제공한다. 상기 모터는 마스크와 정렬상태로 웨이퍼를 위치 결정한다. 상기 정렬은 연속적으로 이루어질 수 있음으로써 마스크와 웨이퍼 모두는 유지되어있는 마스크와 웨이퍼 사이의 관련 정렬 및 스캐닝 ( scanning ) 동작에서 동시에 이동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 향상된 정확도와 신뢰성을 지니는 정렬 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이점은 조명 소오스 및 검출기가 서로 인접 배치되는 점이다.
본 발명의 또다른 이점은 그것이 비교적 영향을 받지 않는 공정이며 다양한 웨이퍼 표면 특징 및 피막을 수용할 수 있다는 점이다.
본 발명의 특징은 회절된 전자 방사선의 소정 주파수 성분 및 위상이 검출된다는 점이다.
상기 및 다른 목적, 이점 및 특징들은 다음의 보다 상세한 설명에 비추어 볼때 명백해질 것이다.
제 1 도는 본 발명의 정렬 센서의 단면도이다.
제 2 도는 본원에서 사용되는 회절 차수의 번호 매김 규약에 대한 개략적인 다이어그램이다.
제 3 도는 두개의 평행한 격자로 부터 두개의 주 회절 경로를 예시한 것이다. 입사 평행 빔은 마스크 격자의 평면에 수직으로, 즉으로 입사된다. 귀환 빔은 마스크 격자의 평면에 수직으로 마스크에서 출사된다.
제 4 도는 선형 마스크 격자 및 체커보드 웨이퍼 격자를 도시한 것이다. 마스크 - 마크 및 웨이퍼 - 마크는 직사 - 기준 정렬 신호를 발생시키는 다중 - 회절을 예시하기위해 과장된 갭을 갖는것으로 도시되어 있다.
제 5 도는 X 및 Y 축 각각의 둘레의 회전각에 대한 사인 ( sine )인및에 대해서 제 2 도에서의 동일한 4개 경로를 예시한 것이다.
제 6 도는 레이저 다이오드 후방산란 - 변조의 실시예를 예시한 것이다.
제 7 도는 후방산란 변조의 강도내의 편차가 비트( beat ) 신호의 진폭내의 편차를 야기시킴을 보여준다.
제 8 도는 본 발명에 대한 개략적인 도해이다,
바람직한 실시예의 설명
제 1 도는 본 발명의 정렬 센서에 대한 단면도이다. 정렬 센서는 견고한 프레임 (1) 내에 조립된다. 하나 이상의 레이저와 같은 " 점광원 "( point source )으로 부터 유도된 공간적으로 코히런트한 방사선 중 하나이상의 파장은 단일 모드의 편파 보존 광섬유 (2)의 출력 단부로 부터 출사된다. 전자 방사선 ( 예컨대, 광 )은 시준렌즈 (3)와 개구부 (4)를 조명한다.
렌즈 (5, 6)는 둘다 마스크 - 마크 (9)의 중심상으로 개구부 (4)를 투영하고 마스크 - 마크 (9)에서 평행 파면을 유지시키는 텔리센트릭 ( telecentric ) 릴레이 렌즈를 형성한다. 편의상, 렌즈 (5, 6)는 렌즈 (5, 6)와 마스크-마크 (9) 사이에 작업 또는 안전의 큰 간격을 제공하는 사진전송 렌즈로서 이행된다. 패키징 편의상, 렌즈 (5, 6)는 광학 기기가 수직으로 입사하는 X 선 방사 경로를 벗어나도록 각이진 폴드 미러 ( fold mirror ; 7 )를 포함한다. 조명은 렌즈 (5, 6)의 중심을 광선 (8)에 맞추게 한다.
마스크 - 마크 (9) 및 웨이퍼 - 마크 (10)로 부터의 회절로 인해 광선 (11)에 중심이 맞춰진 방사선 정렬 신호 부분이 귀환된다. 상기 방사선은 렌즈 (6)의 다른 측면을 통해 귀환하는데, 여기서 패키징 폴드 미러 (12)는 렌즈 (5)의 역할을 되풀이하는 렌즈 (13)를 통해 방사선을 향하게 한다. 동시에, 렌즈 (6, 13)는 마스크 - 마크 (9)를 개구부 (14)에 비춘다. 개구부 (14)는 부유 ( stray ) 방사선을 제거하기 위해서 마스크 - 마크 (9)의 이미지 보다 약간 더 크다. 검출기 ( 도시되지 않음 )는 개구부 (14)의 다음에 위치할 수 있다. 변형적으로, 렌즈 (15)는, 경로 (11)를 따라 마스크 - 마크 (9)를 남기는 영 (0)차의 평행광선으로 검출된 방사선을 제한하는 제한적 개구부를 포함하는 검출기 평면 (16) 상으로 방사선을 향하게 한다. 평면 (16)은 방사선을 원격 광검출기 ( 도시되지 않음 )로 전달하는 다중- 모드 광섬유 (17)와 같은 광 - 릴레이 또는 광검출기의 면 ( face )과 일치할 수 있다.
기초 격자 물리학을 검토해보면 정렬 센서를 이해하는데 도움이 된다. 격자는 전자 ( electromagnetic ) 특성 ( 예컨대, 굴절율 )이 적어도 일차원을 따라 주기적으로 변화하는 임의의 물체이다. 예를들어, 격자의 굴절율은 격자 평면이 X--Y 평면에 평행한 X의 모든 값에 대해 n( X, Y, Z ) = n( X + P, Y, Z )의 관계를 만족시키는 위치 n( X, Y, Z )의 함수일 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를들어, 표면 격자에 있어서, 격자 " 능선 및 계곡 " ( ridges and valleys )은 주기성이 X 방향이도록 Y축에 평행하게 배향될 수 있다.
격자가 주기적 전자 특성을 갖기 때문에, 그것이 전자 방사선에 의해 조명되는 경우, 그것은 " 격자차수 " ( grating orders )라 불리는 다중투과 및 반사파를 발생시킨다. 제 2 도는 격자 차수에 대한 전형적인 규약을 제공한다.
격자 방정식은 Z축, 입사각, 방사선의 파장, 및 격자의 주기에 대하여 측정된 격자 차수의 각 사이의 관계를 한정한다.
하나의 매체로부터 동일한 굴절율을 지니는 다른 매체로 이동하는 평면파의 반사 또는 투과에 대해서 다음과 같이 나타낼 수 있다 :
여기서, λ는 조명 소오스의 파장, P는 격자의 주기, n은 격자 차수, θIN은 Z축에 대하여 측정된 입사각 및 θn은 nth격자 차수가 Z축에 대하여 이루는 각이다.
상기 격자 방정식은 X-Z 평면에서 또는 제 2 도의 페이퍼 평면에서 동등하게 입사 평면을 지니는 단색 ( monochromatic ) 평면에 적용된다. 즉, 조명은 X-Z 평면에서 특정 방향으로 이동하는 평면적인 파면에 있어서 단일의 특정 파장을 지닌다. 일반적으로, 임의의 방사 전자계는 평면파의 중첩으로 표시될 수 있다.
격자 방정식은 격자 차수의 각만을 예측한다. 이것은 임의의 격자 차수에서 전자 방사선의 강도나 위상을 결정하지 않는다. 사실상, 때때로 격자는 " 차수 부재 " ( missing orders )를 발생시키는데, 즉 격자 방정식에 의해 허용되는 하나 이상의 차수에는 에너지가 없다.
n = 0 인 경우, n = 0 이 반사 차수임을 나타내는 θIN= θo가 되는데, 즉 입사각은 반사각과 동일하다. 제 2 도에 도시된 바와 같이, 여기서 사용되는 격자 차수 규약은 다음과 같다 : 격자 회절이 파를 보다 양 ( 또는 음 )의 X 방향으로 이동시키는 경우, 격자 차수는 양( 또는 음 )의 값이 취해진다.
격자 차수 각각의 위상은 격자의 위치에 좌우된다. 격자가 + X 방향으로 △x 만큼 이동되는 경우, 차수 (n)의 위상은 n2Ⅱ △x/P 만큼 변화 한다. 격자의 수평 위치에 대한 격자 차수 위상의 의존은 마스크에 관하여 웨이퍼의 관련 위치를 검출하는 정렬 센서에 의해 이용된다. △x가 P의 정수배인 경우, 위상 변화는 격자 주기성에 기초하여 예기되는 2Ⅱ의 정수배이다.
관련위치를 감지하는 이차원적 격자-격자 간섭계
정렬 센서의 작동을 이해하는데 도움이 되기 위해서 이번 장에서는 단순화된" 이차원적 " 정렬 센서가 기술된다. " 이차원적 " 실시예가 원칙에 알맞지만, 그것은 실제의 X 선 노출 도구에서 이행하기에는 어려운 일이다. 다음 장에서는 정렬 센서의 " 3 차원적 " 실시예가 기술된다.
제 3 도에 도시된 바와 같이 위로부터 나오는 수직 입사 ( θIN= 0 ) 평면파인 조명에 있어서 서로 평행하게 배치된 두개의 격자(웨이퍼에서 한개와 마스크에서 한개 )를 고려해 보자.
다른 격자 차수들은 상기 두개 격자의 관련 위치의 함수로서의 다른 주파수에서 영차 귀환에 원인이 된다. 하기에 언급되는 바와 같이 0 및 ±1 차수에 의해 발생된 관계 주파수는 스캐닝 속도 및 격자 주기로 부터 쉽게 결정될 수 있다. 두 격자의 관계 위치의 함수로서 측정된 귀환 강도의 선택된 주파수 성분의 위상은 푸리에 변환을 이용하여 결정된다. 따라서, 이러한 차수들을 물리적으로 제거하는 것은 불필요하다.
푸리에 변환을 포함하는 종래의 소프트웨어는 다른 차수의 기여를 제거하여 "사후에 " 검출된 신호를 "여과" 한다. 한 실시예에 있어서, 이는 Silicon Valley Group Lithography Systems, Inc. ( SVGL )사의 Micrascan 디지탈 신호 처리 보드부품 제 859-0741호 상에서 구현될 수 있다. SVGL 사는 커넥티컷주 월톤시에 소재한다. 이는, 그러한 기여를 물리적으로 제거할 필요가 없기 때문에 광학 구조를 크게 단순화시킨다.
또한 푸리에 변환은 격자내의 다중선으로 부터 물리적으로 얻어진 것에 부가하여 유의한 평균을 제공한다. 이는 웨이퍼 표면의 구조 변화에 대한 불감도 (insensitivity )뿐만 아니라 센서의 신호 대 잡음 비를 향상시킨다.
하기에 기술되는 0 및 ± 격자 차수에 대해, 입사파에서 시작하여 웨이퍼 격자로 부터 단일 굴절하고 상부 격자를 통해 한차례 투과 및 회절하는 귀환파로 전자 방사선이 이동할 수 있는 4 개의 경로가 존재한다. 보다 높은 격자 또는 다중 반사 및 투과를 수반하는 보다 높은 차수 경로가 가능하다. 그렇지만, 일반적으로 이러한 보다 높은 차수의 폭은 임의의 가장 낮은 차수 경로의 폭보다 훨씬 더 작다. 게다가, 신호에 대한 보다 높은 회절 차수의 기여는 푸리에 변환에 의해 분리된다. 모든 영차 회절 경로가 또한 기여하지만 다시 그러한 기여는 푸리의 변환에 의해 분리될 수 있다.
제 3 도에 도시된 바와 같이, 4 개의 경로는 제 3 도에서 " 1 " 과 " 2 " 로 번호가 메겨진 두 쌍으로 나뉠 수 있으며 상부 격자 회절이 상부 격자를 통해 상방향으로 또는 하방향으로 일어나는지의 여부에 의해 구별된다. 각각의 쌍에서, 전자 방사선은 어느한 격자에 의해 회절되는 경우 좌측 (L)이나 우측 (R)으로 이동할 수 있다.
상 ·하부 격자 차수에 대하여 이러한 4 개의 경로는 다음과 같다 :
4개의 모든 경로는 동일한 투과 및 반사 숫자를 갖는다. 따라서 상·하부 격자 주기가 동일한 경우, 모든 경로는 입사각을 따라 되돌아 오는 총 귀환파에 동일하게 기여한다. 격자 상호 관계는 반사 및 투과로 부터 누적된 정미 ( net ) 위상이 4개의 모든 경로에 대해 동일할 필요를 요한다. 이는, 달리 말해서 두개의 경로 쌍 ((IL, IR) 및 (2L, 2R))이 항상 구조적으로 간섭하는 것은 아니며 보조 하드웨어 및 / 또는 광학 기기가 상기 두 쌍중 하나 또는 다른 하나를 제거하는데 요구되기 때문에 중요하다.
하부 격자가 상부 격자에 대해 간격 ( △x )만큼 변위되는 경우, 각 경로에 대한 전자 방사선의 위상은 그와 같은 양 만큼 변화한다. 총 귀환자의 진폭은 주격자의 유효한 정미 반사율(r)과 완전 정렬에 대한 유효한 정미 굴절 위상 인자 (eiψ)를 곱한 4개의 모든 경로로 부터의 위상 인자들의 합이다. 따라서, 총 신호 방위 ( bearing ) 귀환진폭, 즉 상기 언급된 4 개만의 경로로 부터의 진폭은 다음과 같다 :
여기에서는 어떤 경로가 어떤 위상 인자 및 βc = 2π/P를 제공하는지를 나타내었다. 귀환파의 바람직한 주파수 성분의 강도는 구형 계수에 의해 주어진다. 따라서, 바람직한 주파수에서의 귀환 강도는 다음과 같다 :
이러한 결과는, 바람직한 주파수에서의 두 격자로 부터의 귀환파 강도가 하부-상부격자 관련 위치의 함수로서 정현파로 변화됨을 보여주며, 여기서 주기는 다음과 같다.
따라서, 귀환파의 강도에 대한 바람직한 주파수 성분은 하나의 P/2정수배내로 하부격자에 대한 상부 격자의 관련 위치의 직접적인 측정을 제공한다. 귀환파의 강도 변화가 서로 다른 경로에서 나온 파의 위상 변경에 의해 야기되기 때문에, 정렬 센서는 직접적인 격자-격자 간섭계로서 작동한다.
모든 차수가 제공되는 경우 상기 강도는 다음과 같은 형태를 취한다 :
여기 η = 0, 1, … N이며 N은 상기 센서에 의해 검출될 수 있는 최대 공간 주파수이다. 임의의 알고리즘이 해결해야할 근본적인 문제는 마스크와 웨이퍼가 단지 I(△X)의 값을 감지함으로써 서로의 범위를 넘어 주사되는 동안 △X = Xmask- Xwafer에서 영이 되는 시기를 결정하는 것이다. 계수 (εη)는 총 강도중 ηβG주파수성분의 강도이다. η= 2에서는 상기 언급된 강도 (I(△x))로 부터 얻어내고자 하는 신호가 포함되어있다. η≠ 2의 주파수 성분은 마스크와 웨이퍼의 격자 회절차수의 더 높고 더 낮은 결합으로 부터 나온다. 인자 (E(△x))는 마스크와 웨이퍼 격자가 유한한 크기이기 때문에 발생하는 포락선 ( envelope ) 함수이다. 격자는 패치 ( patch )이며 무한한 격자가 아니다. 마스크와 웨이퍼 격자의 관련 위치가 (△x)인 경우 E(△x)의 값은 실질적으로 두 격자 패치의 부분적인 기하학적 오버랩에 의해 주어진다. 또한 E(△x)는 △x = 0 에서 실수이며 대칭적이다. 이러한 사실들은 I(△X)데이타로 부터 단지 η = 2의 기여를 얻어내고 그것을 사용하여 △x = 0 인 경우를 결정하는 푸리에 변환 알고리즘에서 아래와 같이 사용될 것이다. 이러한 개념은 몇가지 다른 방법으로 이행될 수 있다. 여기서는 하나만의 특정 이행이 기술된다.
일반성이 결여되지 않고서 웨이퍼는 마스크를 지나 스캐닝되고 강도는 Xwafer의 함수로서 측정되는 것으로 가정한다. 이 경우 조건 (△X = 0)은 Xmask의 값을 결정하게 한다. 그리고나서 일단 이 값을 알게되는 경우 웨이퍼는 Xwafer= Xmask및 그에따른 △X = Xmask- Xwafer= 0을 만족시키도록 위치될 수 있다.
△x = Xmask- Xwafer를 사용하면 다음이 주어진다.
E (△x)가 실 대칭 함수이므로 다음과 같이 표현될 수 있다.
여지서 E(β)는 β의 실 대칭 함수이다.
을 대체하면 다음이 주어진다.
바람직한 신호 주파수 (2βG) 로 Xwafer에 대해 I (Xmask- Xwafer) 의 푸리에변환을 취하면 다음의 신호 성분이 주어진다.
상기 언급된 포락선 E(△x)는 실 공간에서 매우 넓으며 η = 0 를 제외하고 푸리에 공간에서 주어진다 그에 따라
이며 따라서
여기서 Im 및 Re는 독립 변수에 대한 허수부 및 실수부이다.
실제의 이행에서 데이타는 연속적이기 보다는 오히려 샘플링되며 이 경우에 상기 공식내의 모든 적분은 가산법으로 대체된다.
또한, 하기에 기술되는 바와같이, 마스크와 웨이퍼 상의 특정한 공정층에 센서의 불감도 ( insensitivity ) 를 증가시키고 센서의 성능을 증가시키기 위해 4 개의 서로 다른 소오스로 부터 발생된 4개의 독립 파장이 사용된다. 각 파장의 강도는 독립적으로 검출, 기록 및 분석된다. 그와같은 푸리에 변환 계산 또는 알고리즘은 모든 파장에 대해 사용되며 그 결과는 마스크와 웨이퍼가 정렬되는 위치의 최적 산정을 얻는데 평균된다.
이러한 방식으로 관련 위치를 감지하는데 있어서의 중요한 이점은 모든 " 작용 " 이 상 · 하부 격자 사이에서 발생한다는 것이다. 부수적인 외부 고정 기준치는 필요치 않다. 조명 소오스는 단일의 평행 레이저 빔일 수 있다. 단일 검출기는 평행 귀환파의 총 강도를 감지하는데 사용된다. 즉, 검출기는 "광통" ( light bucket )으로서 작동한다. 이는 다른 정렬 시스템에 대해 정렬 시스템의 광학 부품을 크게 단순화시킨다.
검출된 신호는 레이저 빔의 x 또는 y 위치 결정에 좌우되지 않는다. 따라서, 조명 소오스 및 검출기의 위치 결정은 본 방법에서 중요한 것이 아니다. 한 실시예에서, 격자들은 50 x 50 파장 정도의 구형 패치 ( square patch )이다. 투영된 전자 빔은 격자 패치와 대략 동일한 크기인 것만을 필요로 한다.
정렬 센서가 평면파를 사용하기 때문에 그것은 상 · 하부 격자 사이의 간격 (예컨대, 격자 패치의 유한한 크기에 의해 부과되는 기하학적 한계치 까지 )과 무관하다. 따라서, 정렬 센서는 마스크 격자와 웨이퍼 격자 사이의 서로 다른 "갭" ( gap )에 대해 조정될 필요가 없다. 정렬 센서는 상기 구속내의 임의의 갭과 무관하게 작동한다. 효과적으로는, 유일한 필요 조건은 레이저 빔 조명이 마스크에 대해 수직 입사로 유지되어야 한다는 것이다. 그렇지만, 필요한 경우, 상부 격자로 부터의 정반사는 조명 각도를 간섭계적으로 감지하여 교정하는 데 사용될 수 있다.
관련 위치를 감지하기 위한 3 차원 격자 - 격자 간섭계
이차원적 실시예가 원칙상 적합하지만 두가지 이유 때문에 실용적인 x 선 또는 광학 노출 도구로 이행하는 것은 어려운 일이다. 첫째로, 이차원적 실시예는 각각의 정렬에 대한 x 선 또는 광학 노출 방사선의 경로내로 또는 그 밖으로 이동되어야 한다. 둘째로, 상기 언급된 모든 0 차 회절 경로의 위상은 상기 갭에 좌우된다. 이차원적 실시예에서, 이는 갭에 대한 바람직하지 못한 신호의 의존을 초래한다. 두가지 "문제점 "모두는 제 3도의 지면으로 부터 레이저 조명을 발생시킴으로써 그리고 선형 하부 격자를 제 4도에 도시된 체커보드 패턴과 대체함으로써 제거될 수 있다.
상기 체커보드 패턴은 두 격자의 중첩으로 여겨질 수 있는데, 하나의 격자는 양 (+) 의 사선 방향으로 비스듬히 배향되고 다른 격자는 x 축에 대해 음 (-) 의 부호를 갖는 동일한 각도로 음의 사선 방향으로 배향된다. 이러한 두 격자의 중첩은 x 및 y 축 방향으로 격자 차수의 결합을 발생시킨다. 0° 및 90° 배향이 아닌 ±사선 배향을 사용하는 이유는 ± 사선 배향이 정렬 센서에 의해 사용되는 x - y 격자 차수에서 에너지를 최대화하기 때문이다. x - y 축을 따라 측정된 체커보드의 주기는 다른 격자의 주기와 동일하다. 그렇지만, 한 실시예에서, y 축상의 체커보드의 주기는 y 방향으로의 -1 격자 회절 차수가 입사 방향을 따라 거의 또는 정확하게 되돌아오도록 설정된다.
제 5 도에는 x 축 및 y 축 각각에 대한 회전 각도의 사인 ( sine ) 인 θx및 θy에 대하여 정렬 센서의 3원적 실시예에 대한 4개의 경로( 1L, 1R, 2L, 2R )가도시되어 있다. 상기 각도는 Z 축으로 부터 측정된다. y 방향으로의 격자회절의 효과는 방사선이 거의 직접적으로 그 자체에 되돌아오도록 θx,in> 0 내지 θx,out< 0 을 취하게 된다.
θx,out= θx,in의 절대값에 대해, 전자 방사선은 입사 방향을 따라 직접 귀환한다. 그렇지만, 제5도에 도시된 바와같이, x 선 노출 도구에 대한 공청( nominal )설정은 θx,in에 근접하지만 동일하지 않은 θx,out의 절대값을 갖게된다.
어떤 경우에서, 상기 조명은 y - z 평면에서 임의의 각으로 입사될 수 있다. 소정의 주파수 성분을 검출하는 데 사용되는 푸리에 변환 알고리즘이 총 검출된 강도로 부터 검출된 강도의 동일한 단일 방위 ( bearing ) 부분을 항상 얻어내기 때문에 본 발명의 정렬 시스템은 y - z 평면에서 임의의 각도로 기능을 갖는다. 각도를 변경시키면 센서에 의해 축적되고 검출되는 회절된 차수의 결합이 변경된다. 그러나 푸리에 변환 알고리즘으로 소정의 주파수 성분을 선택하면 부가적인 차수의 어떠한 결합이 축적되고 검출되든지간에 전체 신호에서 발생된 동일한 주파수 부분이 항상 얻어진다. 유일한 제한은 잡음 및 다이내믹 영역 ( dynamic range ) 의 제한이다. 잡음이 증가되고 및/또는 검출기의 다이내믹 영역이 감소되는 경우 최종 정렬값의 정확도는 감소된다. 그렇지만, 전자 ( electromagnetic ) 조명은 대략 6 도의 리트로우 ( Littrow ) 각도내에 입사되는 것이 바람직하다.
제 1 도에 있어서, 각도 수락 렌즈 (6) 는 광선 (8, 11) 사이에 증가된 각도를 조절하도록 증가될 필요가 있다. 변형적으로, 두개의 개별 렌즈-조명용 렌즈와집광용 렌즈 - 가 사용될 수 있다. 수직 조명은 x 및 y 위치 정보를 제공하도록 결합된 x - y 격자 마크 ( mark ) 와 함께 사용될 수 있다. 이는 개별적 또는 독립적인 x 및 y 스캔을 필요로 한다.
정렬 센서의 전반적인 동작을 공정에 보다 영향받지 않도록 하기 위해, 본 발명의 한 실시예는 대략 700내지 850 nm 범위 이상의 선택된 이득으로 이산 파장을 투영하는 4 개의 다이오드 레이저를 사용한다. 이러한 파장 밀도는 현재 사용되는 표준 웨이퍼 구조상의 공정 감도에 대해 대략 광대역 조명에 상당하며 임의의 순수 광대역 소오스보다 훨씬 더 높은 밝기를 지닌다.
한 실시예에서, 웨이퍼 상의 체커보드 격자를 사용하면 입 ·출력 전자 빔은 마스크 격자상의 격자선에 평행한 방향 ( 예컨대, y 방향 ) 으로 y 방향 Littrow 각도에 있거나 그에 가까이에 있을 수 있으며 그리고 마스크상의 격자선에 직각 방향 ( 예컨대, x 방향 ) 으로 수직 입사각에 있거나 그에 가까이에 있을 수 있다.
입사되고 검출된 귀환 전자 방사선은 웨이퍼로 가는 도중에 마스크 격자를 통과하며 체커보드 격자로부터 회절된 후 동일한 마스크 격자를 통해 귀환한다. 상기 언급된 바와같이 복수개의 회절 경로는 검출된 귀환 전자 방사선에 관련 위치에 대한 동일한 정보를 제공한다. 이는 필요한 경우 정렬과 함께 조력하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예가 전자 방사선의 평행 빔을 사용하고 y 방향의 어떤 각으로 수행될 수 있기 때문에, 본 실시예가 마스크와 웨이퍼로 부터 모든 영 - 차회절 경로를 차단하지 않도록, 귀환 전자 방사선의 강도는 x 축상으로의 관련 면내운동에만 좌우되며 면외 ( out - of - plane ), 즉 z 축 또는 마스크 격자와 웨이퍼 격자 사이의 " 갭 " 위치 변경에 의해 영향받지 않는다.
하기에 기술되는 정렬 센서의 실시예는 마스크와 웨이퍼의 관련 x 위치를 검출하는 데 사용된다. 제 2 정렬 센서 ( 제 1 정렬 센서와 동일함 ) 는 관련 y 위치를 검출하도록 제 1 정렬 센서에 대해 90°로 배향될 수 있다. 그렇지만, 단일의 마스크와 웨이퍼 격자로 부터 발생된 귀환 전자 방사선의 위상이 또한 감지되는 경우, 하나의 정렬 센서는 x 및 y 위치를 동시에 측정할 수 있다. 한 실시예에서 본 발명은 y - z 평면에서 Littrow 각도로 또는 그에 가까운 상태로 수행되기 때문에, 광학기기, 렌즈 및 기계적 부착물과 같은 정렬 시스템의 모든 물리적 요소는 결합되어 전자 방사선 (예컨대, x 선 )의 외부에 배치될 수 있다. 따라서, 원하는 경우, 정렬 센서는 웨이퍼의 노출 기간 동안 작동할 수 있다.
본 발명이 마스크와 웨이퍼의 관련 위치만을 감지하고 평행 전자 방사선을 사용하기 때문에, 소오스 및 검출기는 일부 다른 정렬 시스템과 달리 마스크나 웨이퍼 어느 하나에 대해 정밀 정렬을 필요로 하지 않는다.
본 발명은 마스크/웨이퍼 -평면의 수직선에 대해 넓은 범위의 각도이상으로 수행될 수 있다. 한 바람직한 실시예에서, 입사각 및 귀환 방사선은 y - z 평면에서 Littrow 각에 해당하거나 그에 가까우며 x - z 평면에서는 수직 입사각 및 귀환에 해당하거나 그에 가깝다.
검출된 강도의 푸리에 변환은 마스크와 웨이퍼의 관련 x 위치의 함수이다. 그것은 검출된 귀환 전자 방사선 강도에서 p/2의 공간 주기를 지니는 특정 주파수성분의 위상을 결정하는데 사용된다. 따라서, 보조 광학 기기는 총 귀환 강도에 기여하는 다른 격자 차수를 물리적으로 제거하는 데 요구되지 않는다.
푸리에 변환은 마스크 격자를 지나 웨이퍼 격자를 스캔하는 동안 0 이 아닌 검출된 강도 샘플 수의 대략 제곱근만큼 정렬 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기 논의된 구체적인 실시예는 근접 인쇄 ( proximity printing ) 에 대해 기술된다. 상기 실시예는 투영 광학기기에서 수행된다. y - z 평면에서 Littrow 각으로 수행되는 경우, 이는 마스크와 웨이퍼 사이의 전자 방사 경로에 포함된 수직 투영 광학 기기를 구성하는 것 이외의 다른 보조 광학 기기를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 의해 웨이퍼의 x 스캔으로 부터 정렬 위치 선정이 야기된다. 정렬 신호는 다른 하나의 마크에 대해 하나의 마크의 관련 위치의 함수로서 기록된다. 일반적으로, 웨이퍼는 정지 마스크에 대해 x 방향으로 일정한 속도로 주사한다. 상기 주사에는 중심이나 정렬 위치의 어느 한 측면상에 적어도 일부의 정렬 신호가 포함되어 있다. 주사 범위는 작을 수 있다 -- 단일 주사 또는 디서 ( dither ). 그렇지만, 일반적으로 상기 주사는 공칭적으로 정렬 위치의 중심에 놓이며 주사 범위는 정렬 신호의 총 x 범위를 제공하기 위해 두 마크의 결합된 x 폭을 약간 초과할 것이다. 이러한 대량의 주사는 바람직한 마크 평균치를 제공한다.
정합 필터 또는 푸리에 변환에 기초한 위상 결정과 같은 소프트웨어 알고리즘은 정렬 신호의 대칭 중심을 결정할 수 있다. 상기 결정은 마크-중심이 일치하거나 "정렬"되는 위치의 추정치이다. 몇가지 구성에 있어서 x 방향 및 y 방향으로 주사하고 한 위치에서 x 위치 및 y 위치를 결정하는 것은 가능하다.
본 발명은 분명한 이점이 있다. 이는 다음을 필요로 하지 않는다 : (1) 계속적인 주시 조작 ; (2) 두개의 전자 빔의 위상 평형 및/또는 강도 ; (3)두개의 마크-세트 평형 : (4) 전자 방사선의 두개의 동시 간섭 주파수. 예를들면, 본 발명은 독립적으로 작용하는 하나이상의 이산 파장 또는 웨이퍼와 마스크공정에 대한 광대역 소오스와 함께 수행될 수 있으며 이뮤니티 ( immunity ) 및 특성 보상( compensation )에 견딜 수 있다. 한 실시예에 있어서, 본 발명은 한 세트의 마크를 사용할 수 있다. 이 경우에, 마스크-마크는 교차 격자이며 또는 귀한 위상은 검출된다. 웨이퍼 - 마크에는 체커보드 격자상에 반복되는 패턴을 발생시키는 소량의 전자 산란 ( electromagnetic scatter ) 이 포함된다.
센서 하드웨어는 센서가 정렬과 노출사이에 이동할 필요가 없도록 리도그래픽 조명 경로의 외부에 배치될 수 있다. 게다가, 본 발명은 정렬 센서의 하드웨어의 정확한 위치와 무관한 직접적인 마스크 - 웨이퍼 정렬 정보를 제공한다. 그러한 특징은 "축상 " ( on - axis ) 정렬 시스템에 유용하다. 게다가, 정렬 센서는 간접적인 전달 센서로서 기능하도록 외부 기준 - 마크와 함께 구성될 수 있다. 그와같은 센서는 "축외 " ( off - axis ) 정렬 시스템에 유용하다. 본 발명의 기법은 다른 평평한 ( 또는 거의 평평한 ) 패턴 기록 작용에 또한 사용될 수 있다.
기본적인 동작은 아래에 기술된다 -- 첫째로, 다음의 설명은 광학 및 x 선 리도그래피 근접 인쇄에 적용가능한 본 발명의 이행에 관한 것이다. 본 기법은 렌즈 또는 그에 상당하는 릴레이 ( relay ) 가 마스크와 웨이퍼 사이에서 사용되는 경우 투영 리도그래피에 적용된다.
제 4 도는 마스크 - 웨이퍼 및 웨이퍼 - 마크에 대한 도면으로 확장된 갭은 직접적인 기준 정렬 신호를 발생시키는 다중 - 회절을 예시한다. x - y - 2 좌표에는 마스크의 상부에 마크에 대한 표시가 되어있다.
마스크 정렬 - 마크는 전자 방사선의 평행 빔 ( 평면파 ) 에 의해 " 다량 - 조명 "된다. 제 1도와 관련하여 기술된 바와같이, 적당한 조명 소오스는 헬륨- 네온 레이저 또는 가시 또는 근적외 발광 다이오드 레이저와 같은 하나 이상의 단일 공간 모드 레이저이다. 평면파는 전파의 파장과 방향의 특징이 있다. 전파의 방향은 광선 ( ray ) 으로 지시된다.
제 1 도에서 초기에 기술된 센서 집광 광학기기는 직접적인 귀환 전자 방사선을 분리하여 이를 광검출기로 향하게 한다. 제 1 도에서 기술된 바와같이, 적당한 광검출기는 종래의 실리콘 검출기 또는 포토다이오드이다. 이러한 전자 방사선은 정렬 신호를 전달한다.
웨이퍼 - 마크 및 마스크 - 마크 패턴은 이러한 4 개의 광선이 광검출기에 도달할 수 있는 주 에너지 경로이도록 설계된다. 일부의 부가적인 광선들은 마스크와 웨이퍼 사이에서 부가적으로 반사된 후 광검출기에 도달할 수 있다. 상기 광선들은 정렬 센서의 작동에 영향을 미치지 않는다.
정현파 광검출기 신호는 마스크와 웨이퍼 격자의 영역 오버랩에 의해 발생된 대칭적인 포락선에 의해 중배된다. 대칭의 중심은 x = 0에서 x 중심선상에 있다. 상기 포락선의 모양은 마크 - 패턴 및 갭의 함수이다.
전형적인 상업적 리도그래피 장비는 중간 웨이퍼 정렬을 제공한다. 이는 p/2미만의 간격내로 일반적인 위치를 결정하도록 충분한 정확도로 이행된다. 게다가, 개별적인 중간 정렬 기법이 제공되지 않는 경우 신호 포락선에는 정확한 중심 사이클을 분리하도록 적당한 주파수 정보가 포함되어 있다.
대칭적인 정렬 마트 패턴 및 다중 회절 순서 -- 마스크를 거쳐 웨이퍼로 부터 반사되고 다시 마스크를 거침 --는 직접적인 기준 신호를 제공한다. 정렬신호는 마스크-마크 및 웨이퍼 -마크의 x 중심선들 사이의 면내 x - 분리에 대한 함수이다.
전형적으로, 적당히 배치된 마스크 - 마크 및 웨이퍼 - 마크의 세개쌍은 세개의 면내 정렬 파라미터 ( x, y 및 면내 회전 ) 를 측정하는 데 사용되어 마스크와 웨이퍼를 정렬시키는(작은 회전각에 대한) 정보를 제공한다. 전형적으로, 마스크-웨이퍼 각각에 하나씩 세개의 센서가 존재한다. 부가적인 마크는 부가적인 정렬 파라미터 또는 자유도 ( degree of freedom ) 를 측정하는 데 사용될 수 있다. 마스크-마크 및 웨이퍼 -마크의 갯수는 동일할 필요가 없다. 이는 직접적인 정렬 기법이기 때문에, 정렬 센서의 위치는 중요하지 않으며 센서는 마크-마스크로부터 이동할 수 있다.
공간적으로 코히런트한 평행 전자 방사선은 마스크 -마크를 조명한다. 상기 조명은 적당한 마크 - 영역상에 공칭적으로 균일하며 주변의 마크 - 프레임에 국한된다. 4 개의 파장은 마크 회절 소멸을 방지하는데에 그리고 웨이퍼 - 마크상에 비대칭적 내유동성을 교정할 기회를 제공하는데에 사용될 수 있다. 조명 소오스가 4 개의 단일 파장 및 기본적 공간 모드의 연속파 다이오드 레이저를 포함하는 경우좋은 결과가 예상된다. 전자 방사선은 하나의 편광 -보존 단일 모드의 광섬유를 통해 전달될 수 있다. 조명 편광은 y 축에 대하여 대칭적이어야 한다.
귀환된 단일의 전자 방사선은 체커보드 y 주기 회절에 의해 채색적으로 분산된다. 조명은, 귀환된 전자 방사선의 모든 파장이 동일선상에 있거나 임의의 다른 소기의 y 방향에 있도록 y 방향으로 채색적 경향을 가질 수 있다.
광검출기는 귀환 전자 빔의 강도를 검출한다. 상기 광검출기는 검출기 렌즈 (15) 의 초점면내의 퓨필 조리개 ( pupil stop : 16 ) 에 의해 제공된 소폭의 검출 각도를 지닌다.
전자 방사선은 다중모드 섬유 (17)를 통해 4개의 검출기로 전달된다. 종래의 파장 여과는 검출기 각각에 대한 4 개의 파장을 분리한다.
마스크와 웨이퍼 산란은 전계 및 퓨필 조리개에 의해 방지된다. 부가적인 산란은 웨이퍼 스캔과 관련된 신호 처리에 의해 방지된다.
본 발명에서, 정렬 마크가 5-50 ㎛의 갭 범위내에서 작용하는 경우 만족한 결과가 기대된다. 마스크 - 마크 및 웨이퍼 - 마크 격자는 동일한 x - 주기를 가져야 한다. 또한 상기 격자는 반대 차수의 회절된 파가 마스크와 웨이퍼로 부터의 귀환시 오버래핑하도록 충분히 커야한다. 관련한 마스크 - 마크 및 웨이퍼 -마크의 크기의 넓은 범위가 사용가능하다. 둘중 어느 하나는 더 길거나 더 좁은 두개의 마크일 수 있다. 어느 하나는 마크를 분리하도록 " 윈도우 " ( window )또는 프레임을 가질 수 있다. 웨이퍼 스캔시 조명되어야 하는 다른 패턴은 존재하지 않는다. 센서 시스템은 다양한 마스크 - 마크 및 웨이퍼 - 마크와 함께 작동할 수 있다. 마크는 어떤 공정 레벨에 대한 향상된 성능 및 마스크 -웨이퍼 갭을 제공하도록 설계될 수 있다.
각각의 정렬 마크는 대칭의 중심을 갖는다. 두개의 대칭 중심이 일치하는 경우, 웨이퍼와 마스크는 정렬된다. 대부분의 일반적 경우에서, 정렬 알고리즘은 이러한 위치의 추정치를 제공한다. 한 실시예에서, 정렬 알고리즘은 SVG Lithography System, Inc. ( SVGL ) Micrascan 디지탈 신호 처리 보드 부품 제 859 - 0741에서 이행될 수 있다. SVGL 은 커넥티컷주 월톤시에 소재한다.
제 8 도는 본 발명의 일반적인 실시예를 예시한 것이다. 상부에 웨이퍼 회절 격자 (109) 를 지니는 웨이퍼 (100) 는 조명 소오스 및 검출기 (116) 에 의해 조명된다. 조명 소오스 및 검출기 (116) 로 부터 발생된 전자 방사선은 Littrow 각도 (126) 로 부터 작은 양의 오프셋 각도 (128), 바람직하기로는 대략 10 도 미만으로 입사된다. 마스크 (100) 의 하부에는 웨이퍼 회절 격자 (110) 를 상부에 지니는 웨이퍼 (112) 가 있다. 상기에 자세히 논의된 바와같이, 조명 소오스로부터 발생된 전자 방사선은 마스크 격자(109)에 의해, 다시 웨이퍼 회절 격자(110)에 의해, 그리고 다시 출력 전자 방사선 (134) 으로 나오기전에 마스크 회절 격자 (109)에 의해 회절된다. 상기 출력 전자 방사선 (134) 은 조명 소오스의 검출기 부분 및 검출기 (116) 에 의해 집광된다. 출력 전자 방사선 (134) 은 Littrow 각도 (126) 로 부터 작은 음의 오프셋 각도 (130), 바람직하기로는 대략 10도 미만으로 집광된다. 조명 소오스 및 검출기 (116) 는 주파수 성분 추출 디바이스 또는 수단 (118) 에 연결된다. 주파수 성분 추출 디바이스 또는 수단 (118) 에 연결된다. 주파수 성분추출 디바이스 또는 수단 (118) 은 소정의 주파수 성분을 선택하여 조명 소오스의 검출기 부분 및 검출기 (116) 에 의해 집광된 출력 전자 방사선 (134) 으로 부터 발생된 신호에서 추출하거나 또는 검색한다. 소정 주파수 성분의 추출 또는 검출은 푸리에 변환, 여과, 또는 그의 등가물과 같은 다양한 공지 수단이나 방법에 의해 성취될 수 있다. 임의의 수단이나 방법은 총 강도의 신호 방위 부분이 정확하게 추출되는 동안 수용가능하다. 소기의 또는 선택된 소정 신호 주파수 ( 2βG) 로 Xwafer, 에 대해 1 ( Xmask- Xwafer) 의 푸리에 변환을 취하는 하나의 방법이 상기에 기술되어 있다. 본원에 기술된 유형의 거의 모든 격자에 대해 소정 주파수 성분은 2βG이며, 한정된 바와같이 이는 격자의 공간 주기 ( p ) 에 대한 함수이다. 상기 소기의 또는 선택된 소정 신호 주파수는 총 강도의 주파수 성분인데, 이는 최대 신호 대 잡음 비를 갖는 회절 차수에 주로 기인할 수 있으며 조명 소오스의 센서 부분 및 검출기 (116) 에 의해 집광 및 검출된다. 전자 방사선을 나타내는 신호의 소기의 또는 선택된 주파수 성분을 얻어낸 후 위상은 위상 검출 디바이스 또는 수단 (120) 에 의해 결정된다. 선택된 주파수 성분의 위상은 마스크 (100) 및 웨이퍼 (110) 의 정렬에 관한 정보를 제공한다. 이로부터 마스크와 웨이퍼 격자 (109, 110)의 관련 위치는 마스크 (100)및 웨이퍼(110) 를 정확하게 정렬시키는 데 필수적인 정보를 초래하는 신호 처리 디바이스 또는 수단 (121)에 의해 계산되거나 얻어진다. 상기 신호 처리 디바이스 또는 수단은 컴퓨터와 같은 임의의 적당한 디바이스일 수 있는데, 이는 앞서 기술된 공식이나 수학적 기법에 따라 신호 처리 또는계산을 이행할 수 있다. 신호 처리 디바이스나 수단의 출력은 웨이퍼 (110) 를 이동시키는 모터 (122) 에 연결된다. 집광된 전자 방사선 신호로 부터 소정 주파수 성분을 추출함으로써 정렬 시스템 전체는 단순화되며, 정확도는 큰 신호 대 잡음 비를 갖는 신호의 소정 주파수 성분을 선택함으로써 향상된다.
다이오드 레이저 후방산란 변조의 Littrow 실시예
또 다른 실시예에서, 본 발명에 따라, y - z 평면내의 조명 평행 빔의 입사각이 y 방향으로 체커보드 격자의 Littrow 각도에 정확히 해당하는 경우, 귀환 평행 빔은 입사 빔과 일치하며 동일선상에 있다. 이 경우에, 조명 다이오드 레이저내로 광학적 피드백을 사용하는 특히 유효한 기법이 가능하다.
마스크/웨이퍼 격자 기준 신호는 후방산란 - 변조없이 사용할 수 있으며 후방신판 - 변조는 마스크/웨이퍼 격자 이외의 다른 광학적 수단과 함께 사용될 수 있다.
레이저 다이오드의 후방산란 - 변조
레이저 다이오드의 정면에 코히런트하게 "후방산란 " 된 레이저 다이오드로 부터 발생된 전자 방사선은 레이저 다이오드의 출력 강도가 변화하도록 한다. 레이저 다이오드 주파수 ( 또는 파장 )가 다이오드로 구동 전류를 천천히 램핑 ( ramping ) 함으로써 주기적으로 처핑 ( chirping ) ( 예컨대, 소인 ( sweeping ) 되거나 변환됨 )되는 경우, 후방산란된 전자 방사선이 출력 전자 방사선과의 간섭으로 인해 레이저 다이오드 강도의 " 비트 " ( beat ) 주파수 변조가 야기된다. 이러한 변조의 진폭은 귀환 또는 후방산란된 전자 방사선의 강도에 비례한다. 예를들어 상기 논의된 마스크/웨이퍼 격자 시스템에서 웨이퍼로 부터 발생된 귀환 강도가 웨이퍼의 위치에 따라 변화하도록 함으로써, 웨이퍼의 위치를 측정하기 위해 비트 주파수 신호의 진폭이 사용될 수 있다. 후방산란 - 변조에 대한 일반적인 배열은 제 6 도에 도시되어 있다.
후방산란 변조의 일반적인 특성
후방산란 변조에 대한 다음의 일반적 특성이 고려되어야 한다. 첫째로, 후방산란의 강도는 몇 미리와트 ( mW ) 정도인 레이저 다이오드 출력의 약 5 % 미만이어야 하는데, 그렇지 않으면 레이저 다이오드는 갑자기 제어되지 않는 진동이 일어나게 된다. 두번째로, 10 피코와트의 낮은 후방산란 전력은 검출 가능한 신호를 발생시킬 수 있다. 레이저 주파수 변동은 구동 전류의 미리암페어 ( mA )당 몇 GHz, 즉△f/△I = 3 GHz/mAmp이다.
삼각파 구동 전류 변조는 일정한 비트 주파수를 발생한다. 따라서 동기 복소 기법은 잡음과 불필요한 신호를 여과하는 데 사용될 수 있다.
상기 비트 주파수는 직접 다음과 같이 표현된다 :
여기서 f(t) 는 시간 (t) 에서 레이저 주파수이며 I 는 구동 전류이다. 구동 전류의 삼각파 변조에 대해, △I/△t는 일정하며 비트 주파수는 다음의 식으로 주어진다.
여기서에서는 전자 방사선에 대한 왕복 시간 (△t = 2L/c) 이 사용되었으며, 여기서 c는 전자 방사선의 속도이며 L 은 레이저 다이오드로 부터 웨이퍼까지의 간격이다. 레이저 다이오드와 웨이퍼의 간격이 ~1 미터이고 구동 전류가 ~1 kHz 주파수에서 ~1미리암페어에 의해 변조되는 경우 비트 주파수는 수십 kHz정도이다. 삼각파의 진폭이나 주파수 중 어느 하나가 증가하면 비트 주파수는 증가한다. 또한, fbeat에 대한 L 의 의존 관계로 인해, 웨이퍼로 부터 후방산란 만을 선택하도록 주파수 필터가 사용될 수 있다.
후방산란의 강도 변화로 인해 비트 주파수의 진폭 변화가 야기된다. 따라서 비트 신호는 반송파로서 작용하며 목표, 예컨대 마스크와 웨이퍼의 위치에 대한 정보는 반송파 비트 신호의 진폭에서 엔코딩된다. 이는 제 7 도에 도시되어 있다.
전형적으로 다이오드 레이저는 검출기와 함께 광섬유 " 피그테일 " ( pigtail )이 있거나 없이 "트랜지스터 캔 ( can ) " 내에 장착된다. 이는 후방산란 변조 실시예의 패키징을 단순화시킨다.
다이오드 정면의 활성 영역은 크기가 수 마이크론 정도이므로 후방산란 변조는 검출 종료시 "동일 초점 " 을 갖는다. 다이오드의 정면에서 초점을 벗어난 임의의 산란은 후방산란 - 변조에 거의 기여하지 않는다.
다이오드의 출력은 다이오드의 활성층에 평행한 전계와 본래 선형적으로 편광된다. 따라서 편광 감지 광학기기는 마스크/웨이퍼에서 나오지 않은 후방산란으로 부터 다이오드를 분리하는 데 사용될 수 있다.
다이오드 레이저는 일반적으로 값비싸지 않고 높은 신뢰성이 있다. 그것의 수명은 104내지 105시간 정도이다. 가용 파장의 범위는 대략 600 내지 960 nm 이다.
본 발명은 마이크로리도그래피에서 마스크와 웨이퍼의 정렬 정확도를 향상시키며 웨이퍼의 토포그래피 및 코팅과 같은 서로 다른 처리 변수를 허용한다. 게다가, 바람직한 실시예들이 예시되고 기술되었지만, 본 발명의 참뜻과 범위에 벗어나지 않고 여러 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (22)

  1. 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하는 격자-격자 간섭계 정렬 장치에 있어서,
    상기 마스크상에 배치된 제 1 회절 격자 ;
    상기 웨이퍼상에 배치된 제 2 회절 격자 ;
    상기 마스크에 대하여 수직인 면으로부터 오프셋되는 입사각으로 상기 제 1 회절 격자상에 전자 ( electromagnetic ) 방사선을 향하게 하는 조명 소오스 ; 및
    상기 마스크에 대하여 수직인 면으로 부터 오프셋되는 출사각으로 상기 제 1 및 제 2 회절 격자에 의해 회절된 전자 방사선을 집광하도록 위치 결정된 전자 방사 강도 검출기
    를 포함며, 상기 입사각 및 상기 출사각이 상기 마스크에 대하여 수직인 면의 동일 측상에 있고,
    상기 전자 방사 강도 검출기로 부터 발생된 신호의 소정 주파수 성분의 위상을 결정하도록 상기 전자 방사 강도 검출기에 연결된 위상 검출 수단 ;
    상기 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하도록 상기 위상 검출 수단에 연결된 처리 수단 ; 및
    상기 제 1 및 제 2 격자를 상대적으로 이동시켜 상기 마스크와 웨이퍼의 위치를 정렬하도록 상기 처리 수단에 연결된 모터 수단
    을 포함하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 소오스는 레이저인 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 회절 격자는 선형 패턴의 격자인 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2회절 격자는 체커보드 ( checkerboard ) 패턴의 격자인 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 격자는 적어도 한 방향으로 동일한 공간 주기를 지니는 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 소정 주파수 성분은(여기서, P 는 격자의 공간 주기임 ) 로 한정되는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 소정 주파수 성분은 기본 주파수인 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 소오스는 전자 조명의 서로 다른 4개의 파장을제공하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 4 개의 서로 다른 파장은 파장에 의해 실질적으로 균일하게 분리되는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 방사 강도 검출기는 10도 미만의 리트로( Littrow ) 각도내에서 전자 방사선을 집광하는 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 방사 강도 검출기는 리트로 각도와 일치하는 전자 방사선을 집광하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 검출 수단은 푸리에 변환을 취하는 수단을 포함하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 검출 수단은 정합 필터를 포함하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  14. 상부에 제2 회절 격자를 지니는 웨이퍼상에, 상부에 제 1회절 격자를 지니는 마스크를 배치하는 단계 ;
    제 1 격자 차수가 실질적으로 입사각을 따라 귀환하도록 거의 입사각 상태의전자 방사선으로 상기 제 1 회절 격자를 조명하는 단계 ;
    상기 제 1 회절 격자를 지나 상기 제 1 회절 격자 전체를 스캐닝 (scanning ) 하는 단계 ;
    상기 스캐닝 단계 동안 거의 입사각 상태로 상기 제 1 및 제 2 회절 격자로 부터 회절된 전자 방사선을 검출하는 단계 ;
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자로 부터 회절된 상기 전자 방사선의 검출단계에 의해 얻어진 신호의 소정 주파수 성분의 위상을 결정하는 단계 ;
    상기 소정 주파수 성분의 위상에 기초한 마스크와 웨이퍼의 정렬을 계산하는 단계 ; 및
    상기 마스크와 웨이퍼를 정렬된 상태로 위치 결정하는 단계를 포함하는 마스크와 웨이퍼의 정렬 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 소정 주파수 성분의 위상 결정 단계는 상기 신호의 푸리에 변환을 취하는 단계를 포함하는 마스크와 웨이퍼의 정렬 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 소정 주파수 성분의 위상 결정 단계는 상기 신호상에 정합 필터를 사용하는 단계를 포함하는 마스크와 웨이퍼의 정렬 방법.
  17. 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하는 격자 -격자 간섭계 정렬 장치에 있어서,
    상기 마스크상에 배치된 제 1 회절 격자 ;
    상기 웨이퍼상에 배치된 제 2 회절 격자 :
    소정 주파수의 전자 방사선을 상기 제 1 회절 격자상으로 향하게 하고,
    상기 제 1 및 제 2회절 격자로 부터 발생된 후방산란 ( backscatter ) 을 수광하도록 위치 결정된 레이저 다이오드 조명 소오스 ;
    상기 레이저 다이오드의 소정 주파수를 변화시키도록 상기 레이저 다이오드에 연결된 구동 수단 ;
    상기 레이저 다이오드에 의해 방사된 전자 방사선 및 상기 마스크와 웨이퍼의 격자로 부터 발생된 후방산란을 집광하도록 위치 선정되어, 상기 전자 방사선의 간섭이 진폭을 갖는 비트 ( beat ) 신호를 야기시키는 전자 방사 강도 검출기 ;
    상기 비트 신호로 부터 상기 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하도록 상기 전자 방사 강도 검출기예 연결된 신호 처리 수단 ; 및
    서로에 대해 상기 제 1및 제2격자를 이동시켜 상기 마스크와 웨이퍼가 정렬되도록 상기 처리 수단에 연결된 모터 수단
    을 포함하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 레이저 다이오드 조명 소오스에 램프 구동 ( ramping drive ) 전류를 제공하는 격자 - 격자 간섭계 정렬 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 램프 구동 전류는 삼각파인 격자-격자 간섭계 정렬 장치.
  20. 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하는 정렬 장치에 있어서,
    상기 마스크상에 배치된 제 1 회절 격자로서, 제 1 의 폭을 지니는 제 1 회절 격자 ;
    상기 웨이퍼상에 배치된 제 2 회절 격자로서, 제 2 의 폭을 지니는 제2 회절 격자 ;
    제 1 회절 차수가 실질적으로 입사각을 따라 귀환하도록 입사각에 가깝게 전자 방사선을 상기 제 1 회절 격자상으로 향하게 하는 조명 소오스로서, 파장에 의해 실질적으로 균일하게 분리된 전자 방사선의 4 개의 서로 다른 파장을 제공하는 조명 소오스 ;
    상기 조명 소오스가 상기 제 1 회절 격자를 조명하는 동안 결합된 상기 제 1및 제 2 의 폭과 적어도 동일한 간격으로 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 상기 웨이퍼에 연결된 스캐닝 수단 ;
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자에 의해 회절된 전자 방사선을 집광하도록 상기 조명 소오스에 근접 배치된 전자 방사 강도 검출기 ;
    상기 전자 방사 강도 검출기로 부터 발생된 신호의 소정 주파수 성분의 위상을 결정하도록 상기 전자 방사 강도 검출기에 연결된 위상 검출기 수단 ;
    상기 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하도록 상기 위상 검출기 수단에 연결된 처리 수단 ; 및
    서로에 대해 상기 제 1 및 제 2 격자를 이동시켜 상기 마스크와 웨이퍼가 정렬되도록 상기 처리 수단에 연결된 모터 수단
    을 포함하는 정렬 장치.
  21. 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하는 정렬 장치에 있어서,
    상기 마스크상에 배치된 제 1 회절 격자 ;
    상기 웨이퍼상에 배치된 제 2 회절 격자 ;
    상기 제 1 회절 격자상으로 전자 방사선을 향하게 하는 조명 소오스 ;
    상기 조명 소오스가 상기 제 1 회절 격자를 조명하는 동안 결합된 상기 제 1 및 제 2 폭과 적어도 동일한 간격으로 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 상기 웨이퍼에 연결된 스캐닝 수단 ;
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자에 의해 회절된 전자 방사선을 집광하도록 배치된 전자 방사 강도 검출기 ;
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자에 의해 회절된 전자 방사선을 나타내는 신호의 대칭 중심을 결정하고 그로부터 상기 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하도록 상기 전자 방사 강도 검출기에 연결된 신호 처리 수단 ; 및
    서로에 대해 상기 제 1 및 제 2 격자를 이동시켜 상기 마스크와 웨이퍼가 정렬되도록 상기 신호 처리 수단에 연결된 모터 수단을 포함하는 정렬 장치.
  22. 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하는 정렬 장치에 있어서,
    상기 마스크상에 배치된 제 1회절 격자로서, 제 1의 폭을 지니는 제 1 회절격자 ;
    상기 웨이퍼상에 배치된 제 2 회절 격자로서, 제 2 의 폭을 지니는 제 2 회절 격자 ;
    제 1 회절 차수가 실질적으로 입사각을 따라 귀환하도록 입사각에 가깝게 전자 방사선을 상기 제 1 회절 격자상으로 향하게 하는 조명 소오스로서, 파장에 의해 실질적으로 균일하게 분리된 전자 방사선의 4 개의 서로 다른 파장을 제공하는 조명 소오스 ;
    상기 제 1 및 제 2회절 격자에 의해 회절된 전자 방사선을 집광하도록 상기 조명 소오스에 근접 배치된 전자 방사 강도 검출기 ;
    상기 조명 소오스가 상기 제 1회절 격자를 조명하는 동안 결합된 상기 제 1및 제 2 의 폭과 적어도 동일한 간격으로 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 상기 웨이퍼에 연결된 스캐닝 수단 ;
    상기 전자 방사 강도 검출기로 부터 발생된 신호의 대칭 중심을 결정하도록 상기 전자 방사 강도 검출기에 연결된 대칭 중심 수단 ;
    상기 마스크와 웨이퍼의 정렬을 결정하도록 상기 대칭 중심 수단에 연결된 처리 수단 ; 및
    서로에 대해 상기 제 1 및 제 2 격자를 이동시켜 상기 마스크와 웨이퍼가 정렬되도록 상기 처리 수단에 연결된 모터 수단을 포함하는 정렬 장치.
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