KR100455950B1 - 마이크로장치의제조방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 노광방법은 오목 및 볼록패턴을 포함하며 그리고 미리 예정된 값보다 작지않은 폭을 가지는 인접한 볼록부분간의 미리 절정된 값보다 작은 피치에 대하여 놓인 오목 및 볼록 패턴에 의하여 형성된 얼라인먼트 마아크를 기판상에 형성하는 제 1 단계; 기판상에 다른 영역과 얼라인먼트 마아크위에 피막을 형성하는 제 2 단계; 상기 피막을 평평화하는 제 3 단계; 제 3 단계에 의하여 평평화된 피막상에 감광성 물질을 인가하며 마스크 패턴을 투영하는 제 4 단계를 포함한다. 얼라인먼트 마아크는, 미리결정된 값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 볼록부간에 미리결정된 값보다 작은 피치로 배열된 오목 및 볼록 패턴에 의하여 형성된다.

Description

마이크로 장치의 제조방법 및 장치
본 발명은, 마이크로 장치의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치, 액정 디스플레이 장치등과 같은 마이크로 장치의 제조에서 기판 연마장치와 노광방법에 관한 것이다.
반도체 장치 및 액정 디스플레이 장치 등을 제조하는 경우에 감광성 재료를 이용한 웨이퍼(또는 유리 플레이트 등) 상의 쇼트영역(shot area)의 레티클(또는 포토 마스크 등)에 형성된 패턴을 노광하는 노광장치를 자주 이용한다. 이러한 종류의 노광장치에 대하여 소위 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)형의 노광장치는 웨이퍼상의 쇼트영역에 레티클상의 패턴을 순차 노광하는 동작을 반복하는 것이 자주 이용된다. 최근에는, 레티클과 웨이퍼를 동시에 주사함에 의하여 투영 광학 시스템의 노광필드보다 더 넓은 영역으로 레티클상의 패턴을 노광하는 소위 스텝-앤드-스캔(step-and-scan)형의 투영 노광 장치를 개발하여 왔다.
부수적으로, 반도체장치는 웨이퍼상의 다수층의 회로패턴을 포개어 만들어지기 때문에, 제 2 층 이후 층의 회로패턴이 웨이퍼상에서 노광될 때, 레티클과 웨이퍼의 얼라인먼트, 즉 레티클의 패턴 이미지와 회로패턴이 이미 형성된 웨이퍼의 각각의 쇼트영역의 얼라인먼트는 정확하게 실행되어야만 한다. 이러한 목적을 위하여 얼라인먼트용의 하나 이상의 웨이퍼 마크가 레티클 패턴과 함께 웨이퍼상에 형성되며, 웨이퍼 마크가 이어지는 층의 회로 패턴을 정렬하기 위하여 이용되는 방법을 적용한다.
웨이퍼 마크의 위치를 측정하기 위하여 이용되는 다수의 얼라인먼트 센서로서, 레이저 빔을 웨이퍼상의 웨이퍼 마크로 조사하며 회절 및/또는 확산된 광을 검출함에 의하여 마크 위치를 측정하는 LSA(레이저 스텝 얼라인먼트) 시스템; 넓은파장 밴드 폭을 가지는 할로겐 램프에 의하여 방출된 광에 의하여 조사된 웨이퍼 마크를 이미지 처리하며 웨이퍼의 위치를 측정하는 FIA(필드 이미지 얼라인먼트) 시스템; 또는 주파수가 조금 다른 양방향 레이저 빔을 가지고 조사하여 두 개의 회절된 빔을 서로 간섭하게 한 후 간섭된 빔의 위상을 검출함으로써, 웨이퍼 마크의 위치를 측정하는 LIA(레이저 광간섭 얼라인먼트) 시스템을 포함한다. 이러한 시스템에서, LIA 시스템은 작은 레벨의 표면 차이나 또는 거친 표면을 가지는 웨이퍼상의 웨이퍼 마크의 위치를 검출하기에 매우 효과적이기 때문에 이후 기술하는 평탄화 기술에 대응한다.
부수적으로, 얼라인먼트용 웨이퍼 마크의 형상, 수 또는 크기는, 노광 장치의 투영광학 시스템의 해상도, 필요한 얼라인먼트의 정확도, 웨이퍼층의 상태 등에 일치하게 선택된다. 슬릿형, 도트형 또는 절단형과 같은 여러 유형의 형상이 이용될 수 있다. 그러나, 과거에 대부분의 이러한 웨이퍼 마크는 비교적 큰 리세스나 또는 오목부(4㎛의 폭, 6㎛의 폭등을 가짐)를 가지며, 그들이 인접한 볼록부 간에 주기적으로 배열된 오목 볼록 패턴으로 형성된다.
초LSI에 나타나는 바와 같이 높은 집적도와 높은 밀도화 등에 의해 다층 상호 결합이 필수로 되고 있다. 이러한 기술에서, 소정 층의 막이나 또는 피막의 표면을 평탄하게 하는 기술은 매우 중요하다. 이러한 평탄화 기술은 다층 상호접속을 실현하는 것뿐만 아니라 다층 구조의 집적회로를 만드는 과정에 있어서 필수적인 것이다. 상기의 평탄화 기술은 양극 산화방법, 수지 코팅방법, 글래스 플로우 방법, 에치백 방법, 리프트 오프 방법, 바이어스 스퍼터링 방법등과 같은 화학적 방법에 의하여 자주 실행된다. 그러나, 상술한 방법에 부가하여 필요에 따라 기판상에 형성된 피막 표면의 화학적 및 기계적 연마공정 등의 처리(화학 기계 연마처리)를 실행한다.
기판상 피막의 표면을 처리하기 위한 기판 연마장치의 일반적인 구조는 제 12 도에 도시되어 있다. 제 12 도에서, 웨이퍼(124)는 패턴층과 상부층 피막이나 막이 형성된 기판(124a ; 이하, 패턴형성면으로 칭함)을 가지는 진공 흡입 테이블(125)에 의해 진공흡입되어 고정된다. 진공흡입 테이블(125상에서 진공흡입에 의하여 고정된 웨이퍼(124)는 회전 테이블(136)의 회전방향(300B)으로 회전할 수 있는데, 이는 진공 흡입 테이블(125)이 한 방향으로 회전할 수 있는 회전 테이블상에 위치하기 때문이다.
연마 패드(123)를 구비한 연마표면 플레이트(122)는 흡입 테이블(125상에서 웨이퍼(124)의 패턴형성 표면(124a)과 접한 위치에 배치된다. 연마 패드(123)는 요동 테이블(121)의 움직임과 같은 동일 방향에서 요동이나 진동하는데, 이는 연마표면 플레이트(122)가 요동 테이블(121)에 의하여 고정되기 때문이다.
더욱이, 연마제를 패턴형성 표면에 공급하기 위한 연마제 공급 노즐(127)이 제공된다. 연마제는 패턴형성 표면(124a)과 연마패드(123)간에 연마제 공급노즐(127)에 의하여 공급되고, 동시에 진공 흡입 테이블(125)과 연마 표면 플레이트(122)중 적어도 하나가 상, 하방 방향(300A)으로 움직여 연마 패드(123)를 요동 테이블(121)의 요동 움직임에 응답하여 움직이도록 하며 웨이퍼(124)를 회전 테이블(126)의 회전에 응답하여 접촉하게 회전시키고, 이에 따라 기판(124)상의 패턴 형성표면(124a ; 패턴층의 상부 표면상에 형성된 최상위의 피막)을 연마한다.
그러나, 평탄화 과정이 화학적 및 기계적 연마를 실행할 때, 평탄화될 피막의 하부에 있는 금속피막이나 또는 막의 하부층 패턴상에 2㎛보다 작지 않은 폭을 가지는 하나 이상의 리세스나 또는 오목부가 있다면, 피막(film)이나 또는 막(membrane)의 표면상에 함몰부나 또는 디쉬형 오목부를 만드는 소위 디슁현상이 발생한다. 따라서, 웨이퍼 마크가 통상적인 웨이퍼 마크와 같은 비교적 큰 오목부(4㎛, 6㎛등)를 가진다면 그리고 주기적으로 배열된 오목 및 볼록 패턴으로만 형성된다면, 오목 및 볼록부 상에 형성된 막의 표면에는 상술한 바와 같은 동일한 현상이 발생된다. 디슁 상태에 대한 설명은 제 8(a) 도 및 제 8(b) 도에 도시되어 있다.
제 8(a) 도는 산화물 피막이나 또는 막(92)이 웨이퍼와 같은 기판(93상에 산화막(92)을 형성하고, 에칭에 의해 산화물 피막상에 리세스나 또는 오목부(90a)를 형성한 다음에, 금속 피막(91)을 알루미늄 스퍼터링에 의하여 형성한다. 제 8(b) 도는 상기 화학적 및 기계적 연마가 그후에 제 8(a) 도에 도시된 산물에 실행되는 것을 설명하고 있다. 제 8(b) 도에서 디쉬형 부분(D1)은 오목부(90a)의 폭이 2㎛보다 작지 않을 때 오목부(90a)위를 디슁함에 의하여 만들어진다. 제 8(b) 도에 도시된 바와 같은 디슁은 다수의 오목부 또는 리세스(90b)가 주기적으로 배열된 패턴이 기판 상에 형성되고, 금속 피막(91)이 이 패턴상에서 코팅될 때도 야기된다. 이러한 경우에 화학적 및 기계적 연마가 피막상에서 실행된다면 큰 디쉬형 부분(D2)은 제 9(b) 도에서 도시된 바와 같이 오목부분(90b)위를 디슁함에 의하여 만들어진다.따라서, 제 9(c) 도에 도시된 바와 같은 볼록부(90c)를 주기적으로 배열함에 의하여 형성된 라인 앤드 스페이스 패턴(line and space pattern)을 포함하는 웨이퍼 마크(M)를 이용할 때, 큰 디쉬형 부분(D3)은 웨이퍼 마크(M) 위를 디슁함에 의하여 만들어진다. 이러한 이유 때문에 얼라인먼트 시스템에 의하여 검출될 때 웨이퍼 마크의 관측 이미지는 왜곡되고 얼라인먼트의 정확도는 떨어진다.
패턴형성 표면(패턴층에 형성된 최상위 피막)이 상술한 기판연마장치를 이용하여 연마된다면, 특히 한 패턴과 앞의 패턴에 인접한 다른 패턴간의 위치에서 피막의 두께는 비대칭이 되는 문제점이 있다.
예컨대, 제 12 도에서는 회전 테이블(126)의 회전에 따라 회전하는 웨이퍼(124)에 대하여 좌측 및 우측(300A)으로 요동하는 연마표면 플레이트(122를 제공한다. 그러나, 웨이퍼와 연마패드간의 상대적인 연마방향이 항상 일정하기 때문에 웨이퍼(124)의 단면이 관측될 때 웨이퍼(124)에 형성된 패턴(Y1)과 패턴(Y1)에 인접한 다른 패턴(Y3, Y2)간의 영역(R1y, R2y; 이하, 패턴간의 영역으로 칭함)에서 연마력(연마 강도)은 패턴간의 영역(R1y, R2y)에서 오프셋되며, 따라서 표면(124a)은 상기 영역(R1y, R2y)에서 부분적으로 깊게 파여, 패턴간 영역(R1y, R2y)의 피막두께(34b)가 비대칭이 된다.
얼라인먼트 마크를 구성하는 패턴간의 영역에서 상층 피막의 두께가 비대칭이라면 얼라인먼트 마크의 검출위치가 변위되는 경우가 있다.
본 발명의 주요한 목적은 상술한 바와 같은 통상적인 노광방법의 결점을 제거한 개선된 노광방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 평탄화 과정이 얼라인먼트 마크(웨이퍼마크)상에서 실행될 때에도 얼라인먼트 마크상의 디쉬형 부분이 만들어지지 않는 노광방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 상술한 방법에서 이용되는 마스크를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 패턴위의 피막(특히, 얼라인먼트 마크)을 연마할 때 모든 패턴의 피막두께가 대칭이 될 수 있는 연마장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 노광 방법은, 오목 및 볼록 패턴을 포함하는 얼라인먼트 마크를 기판 상에 형성하는 제 1 단계; 기판 상의 다른 영역과 얼라인먼트 마크위에 피막을 형성하는 제 2 단계; 상기 피막을 평탄화하는 제 3 단계; 제 3 단계에 의하여 평탄화된 피막 상에 감광성 재료를 도포하고 마스크 패턴을 투영하는 제 4 단계를 포함하며, 상기 얼라인먼트 마크는 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 블록부분 사이에 소정 값보다 작은 피치의 오목 및 볼록 패턴으로 형성된 것을 특징으로 한다..
상술한 노광방법의 한 실시예에서, 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 얼라인먼트 마크의 인접한 볼록부분간의 거리가 2㎛ 보다 작지 않다.
본 발명에 따라 전사되는 패턴과 함께 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 형성된 마스크는 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 밝은 부분 사이에 놓임으로써 형성되도록 구성되고, 하나 이상의 밝은 패턴은 상기 소정 값보다 작은 피치로 소정 값보다 작은 폭을 가진다.
본 발명에 따라 전사되는 패턴과 함께 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 형성된 마스크는 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 어두운 부분간에 놓임으로써 형성되도록 구성되고, 하나 이상의 어두운 패턴은 소정 값보다 작은 피치로 소정 값보다 작은 폭을 가진다.
본 발명에 따른 기판연마 장치는 기판을 연마하는 연마부재를 고정하기 위한 제 1 고정부재; 기판의 표면을 연마부재와 접하도록 기판을 고정하기 위한 제 2 고정부재; 제 1 고정부재와 제 2 고정부재를 서로에 대하여 상대적으로 회전하기 위한 회전부재; 그리고 제 1 고정부재와 제 2 고정부재간의 상대적인 회전 방향을 전환하게 하기 위한 전환부재를 포함한다.
본 발명의 노광방법에 따르면 평탄화 공정이 실행될 때 디슁에 의하여 얼라인먼트 마크상의 디쉬형부분의 형성이 방지될 수 있는데, 이는 기판에 형성된 리세스나 또는 오목부의 개구부의 폭을 종래의 리세스형 부분이었던 영역에 서브 패턴을 형성함으로써 감소시키기 때문이다. 따라서, 마크의 왜곡이 발생하지 않으며 정확도가 더욱 높은 얼라인먼트가 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 노광방법에서, 얼라인먼트 마크의 메인 패턴(main pattern)의 인접한 돌출 또는 볼록부 간의 거리는 얼라인먼트 센서의 해상도보다 작지 않도록 설정할 수 있으며, 서브 패턴의 인접 돌출부 또는 볼록부 또는 함몰부들 간의 거리는 얼라인먼트 센서의 해상도보다 더 크지 않도록 설정될 수 있다. 따라서, 메인 패턴과 서브 패턴이 각각 밝은 부분 및 어두운 부분에 일치하는 밝은 패턴 및 어두운 패턴을 이용한 종래의 얼라인먼트 센서에 의한 종래 방법과 동일한 방법으로 웨이퍼 마크의 얼라인먼트를 행할 수 있다.
각각이 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 얼라인먼트 마크의 인접한 볼록부간의 거리는 2㎛ 보다 작지 않다면, 디쉬형 부분이 볼록부 사이에서 쉽게 만들어지므로, 디쉬형 부분의 형성은 볼록부 사이에 서브 패턴을 제공함에 의하여 억제될 수 있다. 좋지 않은 해상도를 가지는 얼라인먼트 센서라도 웨이퍼 마크의 얼라인먼트에 이용할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 마스크로부터 기판상에 노광 및 전사된 얼라인먼트 마크는 소정 값보다 작지 않은 폭을 가지는 메인 패턴의 인접한 볼록부사이에 놓이며, 소정 값보다 크지 않은 피치로 배열된 오목 및 볼록부에 의하여 형성되는 서브 패턴을 포함한다. 따라서, 얼라인먼트 마크상에 디쉬형 부분을 형성하는 것을 방지하며 또한, 마크에 왜곡이 발생하는 것을 방지하여 그에 따라 정확도가 높은 얼라인먼트를 행할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 연마장치가 회전방향을 전환하기 위한 전환부재를 포함하기 때문에 기판의 표면(패턴층의 상부에 형성된 최상위 층)을 연마하는 동안 제 1 고정부재와 제 2 고정부재의 상대적인 회전방향을 전환할 수 있다.
기판의 회전방향이 연마동안 반전되기 때문에, 패턴간의 영역에서 피막의 두께의 단면형상이 비대칭이 되는 것을 방지할 수 있다. 회전방향은 기판에 대한 연마부재에 의한 연마방향과 일치하며 서로 상대적이고, 따라서 제 1 및 제 2 고정부재의 회전방향은 제한되는 것이 아니다.
첨부된 도면에 의하여 본 발명의 일 실시예를 이하 설명하기로 하겠다.
제 3 도는 본 발명에 따른 노광방법에 이용하기 적합한 투영노광장치의 개략도이다. 제 3 도에서, 고압수은 방전 램프(1)로부터 방출된 조사광은 타원형 미러(2)에 의하여 반사되고 제 2 초점에서 다시 한번 집속된다. 그후에 광 시준기 렌즈(collimator lens), 광 간섭 필터, 광학 집속기(플라이아이(fly-eye) 렌즈), 그리고 개구 조리개(σ조리개)를 포함하는 조사광학 시스템(3)으로 들어간다. 플라이 아이 렌즈가 도시되어 있지 않다 할지라도 레티클측에서 초점 표면이 퓨리에 변환표면(동공 결합면(pupil conjugate surface))에 일치하도록 광학축에 대한 수직한 평면내에 배열된다.
모터(38)에 의하여 조사광(IL)의 광로를 개폐하는 셔터(예컨대, 4개의 블레이드를 가진 회전 셔터)를 타원형 미러(2)의 제 2 촛점에 인접하게 위치시킨다. 엑시머 레이저 등(KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저)과 같은 레이저 빔 또는 금속 증기 레이저 또는 야그(YAG) 레이저와 같은 높은 고조파 레이저가 고압 수은 증기 램프(1) 이외에 노광용 조사광으로서 이용될 수 있다.
제 3 도에서, 조사광학 시스템(3)으로부터 방출되며 포토레지스트층에 감광성인 파장대역을 가지는 대부분의 조사광(i 빔이나 그와 같은 빔)은 빔분할기(4)에 의하여 반사되며 그후에 제 1 릴레이 렌즈(5)와 가변시야 조리개(레티클 블라인드)(6)와 제 2 릴레이 렌즈(7)를 경유하여 통과한 후 미러(8)로 간다. 조사광의 광학축에 직각인 하방으로 미러(8)에 의하여 반사된 조사광은 주요 콘덴서 렌즈(9)를 경유하여 레티클(R)의 패턴영역을 균일한 조도로 조사한다. 레티클 블라인드(6)가 배열된 표면은 레티클(R)의 패턴 형성 표면과 결상관계(image formation relationship)에 있으며, 레티클(R)의 조명시야는 개구부의 크기와 형상을 변화하도록 구동 시스템에 의하여 레티클 블라인드를 구성하는 다수의 가동 블레이드를 개폐함에 의하여 선택적으로 설정할 수 있을 것이다.
레티클(R)과 교차하는 조사광학 시스템의 광학 축(AX)에 Z 축이 평행하다고 가정하며 X 축이 Z축에 수직인 평면에 있으며 제 3 도의 페이퍼 표면에 평행하고 그리고 Y 축이 제 3 도의 페이퍼의 표면에 수직이라고 가정한다.
제 5(c) 도는 본 실시예에 따른 레티클(R)을 도시하고 있다. 제 5(c) 도에 도시된 레티클(R)에서, 레티클 마크(64X, 64Y)는 패턴 영역(61)을 에워싸는 차광 밴드(62)의 두 부분의 중심위치에서 얼라인먼트 마크로서 형성된다. 차광 밴드의 두 부분은 직각으로 서로 교차한다. 레티클 마크의 이미지는 웨이퍼상으로 투영하여 현상함으로써 오목 및 볼록한 패턴을 가지는 웨이퍼 마크로서 기판이나 또는 웨이퍼(W)상에 형성된다. 이러한 레티클 마크(64X, 64Y)는 웨이퍼(W) 각각의 숏트 영역의 위치와 레티클의 위치맞춤이 행해질때, 얼라인먼트 마크로서 종종 이용될 수 있다. 이러한 두 개의 레티클 마크(64X, 64Y)는 동일한 구조(그 방향은 서로 다름)를 가지며, 그 각각은 차광 밴드(62)에 형성된 투명윈도우(63X, 63Y)내에 위치된, 크롬 등의 코팅이나 차광막에 의하여 형성된다. 더욱이, 레티클(R)은 반대방향으로 외측주변에 차광 마크와 같은 두 개의 십자형으로 구성되는 두 개의 얼라인먼트 마크(65A, 65B)를 구비한다. 이러한 두 개의 얼라인먼트 마크(65A, 65B)는 레티클(R)의 정렬(광축에 대한 위치의 얼라인먼트)하기 위하여 이용된다.
제 5(c) 도 및 제 5(d) 도를 참조하여 레티클(R)상의 레티클 마크를 이하, 더욱 상세하게 설명한다.
제 5(c) 도에 도시된 바와 같이 레티클 마크는 X 방향에서 위치를 검출하기 위한 레티클 마크(64X)와 Y 방향에서 위치를 검출하기 위한 레티클 마크(64Y)로 이루어진다. 이러한 레티클 마크(64X, 64Y)는 투과 또는 전송부에 놓인 5개의 서브 마크에 의하여 이루어진다. Y 방향에서 위치를 검출하기 위한 레티클 마크(64Y)는 X 방향에서 위치를 검출하기 위한 레티클 마크(64X)에 대하여 90도 만큼 회전된다.
제 5(d) 도는 X 방향에 대한 레티클 마크(64X)의 일부 구조를 도시한다. 제 5(d) 도에서, 레티클 마크(64X)는 각각이 소정 값보다 작지 않은 X방향의 폭을 가지는 인접한 투과부(66A, 66B, ……)간에 투과부와 거의 동일한 폭을 가지는 각각의 서브 마크(67A, 67B, ……)를 배치하여 구성되고, 각 서브 마크(67A, 67B)는 X방향에서 소정 피치로 슬릿형상의 4개의 투과부(69)와 5개의 슬릿형 차광 피막 또는 막(68)을 교대로 놓아 구성한다.
이러한 서브 마크(67A, 67B, ……)는 소정 값보다 작지 않은 거리로 서로 간격져 있다. 이러한 거리는 바람직하게는 얼라인먼트 센서의 해상도를 고려하여 결정한다. 인접한 두 개의 서브 마크간의 거리는, 레티클상의 서브 마크(67A, 67B, ……)가 웨이퍼로 노광 및 전사된 후 웨이퍼에 형성된 웨이퍼 마크의 인접한 두 개의 서브 패턴간의 거리가 2㎛보다 작지 않도록 결정된다. 서브 마크(67A, 67B, ……)의 형상은 제 5 (d) 도에 도시된 것에 제한되지는 않는다. 레티클 마크(64X, 64Y, ……)는 밝은 부분과 어두운 부분이 반전되는 마크일수 있다.
서브 마크(67A, 67B, ……)에서 인접 차광 피막(68)간의 피치 거리와 인접 투과부(69)간의 피치 거리는, 서브 마크가 웨이퍼로 전사될 때 서브 마크의 이미지가 얼라인먼트 센서의 해상도보다 크지 않는 크기가 되도록 결정된다. 본 발명에 따른 실시예의 레티클 마크(64X)에서 서브 마크(67A, 67B, ……)는 일정한 패턴이지만 불규칙한 패턴일 수도 있다. 그러나, 불규칙한 패턴에서 인접한 어두운 부분간의 거리 또는 인접한 밝은 부분간의 거리는, 서브 마크가 웨이퍼로 전사될 때 서브 마크에 의하여 형성된 웨이퍼상의 서브 패턴의 내부구조가 서브 패턴을 검출하기 위하여 이용된 얼라인먼트 센서의 해상도보다 더 크지않는 미세도를 가진다. 레티클 마크(64X, 64Y, ……)는 널리 공지된 패턴 발생기나 또는 전자빔 묘화장치에 의하여 형성될수 있다.
다시 제 3 도를 참조하면, 레티클(R)은 투영광학 시스템(13)의 광학축(AX)(이러한 축은 조사광학계의 광학축과 일치함)을 따르는 방향(Z 방향)에서 그 움직임을 정확하게 제어하는 레티클단(RS)상에 설정된다. 레티클단은 축(AX)에 대하여 수직인 수평평면에서 조금씩 2차원적으로 움직이며 회전할 수 있다. 레티클단의 회전은 정확하게 제어된다. 레이저빔을 레이저 광간섭 측정기계(레이저 광 간섭계)로부터 반사하는 가동 미러(11m)가 레티클단(RS)의 단부에 놓여 고정된다. 레티클단(RS)의 위치는 레이저 광간섭계에 의하여, 예컨대 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 외주에 인접한 레티클상에 형성된 두 개의 십자형 얼라인먼트 마크(65A, 65B)를 검출하는 레티클 얼라인먼트 시스템(RA 시스템)이 레티클(R)위에 놓인다. 패턴영역(61)의 중심부가 RA 시스템(10A, 10B)으로부터 측정된 신호를 기초로 레티클단(RS)을 미동시킴으로써 투영광학 시스템(13)의 광학축(AX)과 일치하도록 레티클(R)을 위치시킨다.
레티클(R)의 패턴영역(61)을 경유하여 통과하는 조사광(IL)은 이중의 텔레센트릭(double telecentric)인 투영광학 시스템(13)으로 입사되며, 투영광학 시스템에 의하여 1/5배로 감소되는 레티클(R)의 회로패턴의 투영된 이미지는 그 표면상에서 포토레지스트층을 가지는 웨이퍼상의 쇼트 영역 중의 하나에서 겹쳐진 관계(결상)로 형성되어, 포토레지스트의 표면이 투영광학 시스템의 가장 양호한 결상 표면과 일치하도록 유지된다.
웨이퍼(W)는 조금씩 회전하는 도시하지 않은 웨이퍼 홀더상에서 진공흡입에 의하여 고정된다. 웨이퍼단(WS)은 모터(16)에 의한 스텝-앤드-리피트 방법으로 2차원적으로 움직일 수 있도록 구성된다. 웨이퍼단(WS)은 웨이퍼(W)상의 한 숏트 영역에 대한 레티클(R)의 전사 노광이 종료한 후 다음의 숏트위치로 진행한다. 레이저 빔을 레이저 광 간섭계(15)로부터 반사하는 가동 미러(15)가 웨이퍼단(WS)의 단부에 놓여 고정된다. 웨이퍼단(WS)의 2차원 좌표는 레이저 광 간섭계(15)에 의한, 예컨대 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레이저 광 간섭계(15)는 웨이퍼단(WS)의 X 및 Y 방향의 좌표를 측정한다. 웨이퍼단(WS)의 스테이지 좌표 시스템(정지좌표 시스템 X, Y)은 X, Y 방향의 좌표에 의하여 검출된다. 즉, 레이저 광 간섭계(15)에 의하여 측정된 웨이퍼단(WS)의 좌표값은 스테이지 좌표 시스템(X, Y)상의 좌표값이다.
기준부재의 레벨이 웨이퍼(W)의 노광표면의 레벨과 동일하도록, 베이스 라인값(얼라인먼트 센서의 기준점과 노광의 중심과의 거리)이 측정될 때 이용하는 기준 마크를 가진 기준부재(유리 기판)가 웨이퍼단(WS)상에 위치한다.
투영 광학 시스템(13)의 결상 특성을 조절할 수 있는 결상 특성 보정부(19)가 제 3 도에 도시된 바와 같은 투영노광장치에 제공된다. 본 실시예에 따른 결상 특성 보정부(19)는, 투영광학 시스템(13)을 구성하는 일부의 렌즈 요소부, 특히 레티클(R)에 인접한 다수의 렌즈요소 각각을 피에조 소자와 같은 압전소자를 이용하여 독자적으로 이동(광학축(AX)에 대하여 평행인 방향으로의 움직임 또는 경사)하게 함으로써 투영 광학 시스템(13)의 결상 특성, 예컨대 투영배율이나 왜곡을 보상한다.
투영 광학 시스템(13)의 한쪽 측에는 오프-액시스 방법(off-axis method)에 의하여 이미지를 처리하는 얼라인먼트 센서(이하, 필드 이미지 얼라인먼트 시스템(FIA 시스템)으로 칭함)가 있다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼 마크의 위치 검출은 이러한 FIA 시스템에 의하여 실행된다. 이러한 FIA 시스템에서, 할로겐 램프(20)으로부터 방출된 광은 콘덴서 렌즈(21)와 광 파이버(22)를 경유하여 광간섭계(23)로 도입된다. 포토레지스트층이 감광성이며 적외선 파장대역인 파장대역을 가지는 광은 광 간섭계(23)에서 컷 오프된다. 광 간섭계(23)를 경유하여 통과하는 광은 렌즈 시스템(24), 빔 분할기(25), 미러(26)와 그리고 시야 조리개(BR)를 경유하여 이중 텔레센트릭형의 대물렌즈(27)로 들어간다. 대물렌즈(27)로부터 방출된 광은 투영 광학 시스템(13)의 조명시야를 차광하지 않도록 렌즈배럴의 하부 주변에 고정된 프리즘(또는 미러 ; 28)에 의해 반사되어, 웨이퍼 표면에 실질적으로 수직인 방향에서 웨이퍼(W)를 조사한다.
대물렌즈(27)로부터 방출된 광은 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크를 포함하는 부분 영역으로 조사되며, 당해 영역에서 반사된 광은 프리즘(28), 대물렌즈(27), 시야 조리개(BR), 미러(26), 빔 분할기(25) 및 그리고 렌즈 시스템(29)을 경유하여 광 시준기 마크 또는 지시기 플레이트(30)로 들어간다. 렌즈 시스템(29)과 대물렌즈(27)에 대하여 웨이퍼(W)와 공역(conjugated)인 평면에 지시기 플레이트(30)가 위치되며, 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크의 이미지는 투명한 윈도우에 형성된다. 지시기 플레이트(30)의 투명 윈도우에 형성된 것은 Y 방향으로 연장된 두 개의 직선 마크를 X 방향으로 소정 간격만큼 떨어져 배치시킨 지시기 마크이다. 지시기 플레이트(30)를 경유하여 통과하는 광은 제 1 릴레이 렌즈 시스템(31), 미러(32), 및 제 2 릴레이 렌즈 시스템(33)을 경유하여 이미지 픽업 요소(CCD 카메라 등)로 들어가며 웨이퍼 마크의 이미지 및 지시기 마크의 이미지는 이미지 픽업요소의 수광표면 상에 형성된다. 이미지 픽업 요소(34)로부터 나온 이미지 픽업신호(SV)는 주 제어 시스템(18)으로 공급되며, 여기서 웨이퍼 마크의 X 방향의 위치(좌표값)가 계산된다. Y 방향에서 웨이퍼 마크의 위치를 검출하기 위한 다른 FIA 시스템(Y 축용 FIA 시스템)을 제 3 도에는 도시하지 않았지만, 상술한 FIA 시스템(X 축용 FIA 시스템) 이외에 제공한다.
투영광학 시스템(13)의 상부의 한 측에 TTL(렌즈경유)의 얼라인먼트 센서를 제공하며, 웨이퍼 마크의 위치를 검출하기 위한 얼라인먼트 센서(17)로부터 나온 광은 미러(M1, M2)를 경유하여 투영광학 시스템으로 인입된다. 위치를 검출하기 위한 광은 투영광학 시스템을 경유하여 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크로 조사되며, 웨이퍼 마크로부터 나와 반사된 광은 투영광학 시스템(13), 미러(M3, M2)를 경유하여 얼라인먼트 센서(17)로 되돌아간다. 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크의 위치는 얼라인먼트 센서(17)로 되돌아온 반사된 광을 광전 변환함에 의하여 얻어진 신호로부터 얻어진다.
제 4 도는 제 3 도에 도시된 TTL 시스템의 얼라인먼트 센서(17)의 구조를 상세히 도시한 것이다. 제 4 도에서, 본 실시예에 따른 얼라인먼트 센서(17)는 두 개의 빔 광간섭 시스템(이하, LIA 시스템이라 칭함)의 얼라인먼트 시스템과 레이저 스텝 얼라인먼트 시스템(이하, LSA 시스템이라 칭함)의 얼라인먼트 시스템을 그 광학부재를 최대한 공유하여 조합함으로써 구성된다. 얼라인먼트 센서(17)의 구조는 일본 특허 공개 평 제2 - 272305 호에 상세히 기술되어 있으므로 여기서는 간단히 설명한다.
제 4 도에서 광원(He - Ne 레이저원 등)으로부터 나온 레이저 빔은 빔 분할기(41)에 의하여 분할된다. 이러한 빔 분할기(41)에 의하여 반사된 레이저 빔은 셔터(42)를 경유하여 제 1 빔 형성 광학 시스템(45)으로 들어간다. 다른 한편, 빔 분할기(41)를 경유하여 통과하는 레이저 빔은 셔터(43)와 미러(44)를 경유하여 제 2 빔 형성 광학 시스템(LSA 시스템 ; 46)으로 들어간다. 따라서, LIA, LSA 시스템은 셔터(42, 43)를 적절히 구동함에 의하여 선택적으로 이용할 수 있다.
LIA 시스템(45)은 두 세트의 음파-광학 모듈레이터를 포함하며 광학축에 대해 대칭인 소정 주파수 차이(△f)를 가지는 두 개의 레이저 빔을 방출한다. LIA 시스템(45)으로부터 방출된 두 개의 레이저 빔은 미러(47)와 빔 분할기(48)를 경유하여 빔 분할기(49)에 도달한다. 빔 분할기를 경유하여 통과하는 두 개의 레이저 빔은 렌즈 시스템(역 퓨리에 변환 표면 : 53)과 미러(54)를 경유하여, 두 개의 서로 다른 방향으로부터 소정 교차각으로 입사하여 노광장치에 고정된 참조용 회절 격자(55) 상에 결상된다. 광전 검출기 또는 센서(56)는, 광이 회절 격자(55)를 경유하여 통과하며 동일한 방향에서 발생하는 회절된 광의 간섭광을 수광하고, 주 제어 시스템(18)(제3도 참조)의 LIA 연산 유니트(58)로 회절된 광의 강도에 대응하는 사인파 형태의 광전신호(RS)를 출력한다.
다른 한편, 빔 분할기(49)에 의하여 반사된 두 개의 레이저 빔은 대물렌즈(50)에 의하여 시야 조리개(51)의 개구부에서 서로 교차한 후에, 미러(M2 ; 제 3 도에서는 미러(M1)가 생략됨)를 경유하여 투영광학 시스템(13)으로 들어간다. 투영광학 시스템(13)으로 들어가는 두 개의 레이저 빔은, 투영광학 시스템(13)의 동공면상의 광학 축에 대하여 실제로 대칭인 점으로서 집광된 후에, 웨이퍼(w)상의 웨이퍼 마크의 피치 방향(Y 방향)에 대한 대칭각으로 광학축(AX)의 양쪽 측에서 서로 경사진 빔이 되며, 그후에 소정 교차각 도로 두 개의 다른 방향으로부터 웨이퍼 마크 상으로 들어간다. 웨이퍼 마크에 형성된 것은 주파수 차이와 대응하는 속도로 움직이는 1차원 광 간섭 프린지이다. 광학 축을 따라가는 방향인 마크로부터의 동일한 방향에서 발생되는 ±1차 회절광은 투영광학 시스템(13), 대물렌즈(50) 등을 경유하여 광전 검출기(52)에 의하여 수광된다. 광전 검출기(52)는 LIA 연산 유니트(58)로 광 간섭 프린지의 밝고 어두운 변화의 주기에 대응하는사인파 형태의 광전 신호(SDw)를 출력한다. LIA 연산 처리 유니트(58)는 두 개의 광전 신호(SR, SDw)의 파형상의 위상차로부터 웨이퍼 마크의 위치 오프셋 또는 변위 값을 계산하며, 상기 위치 오프셋 값이 제로일 때 웨이퍼단(WS)의 좌표 위치를 얻도록 레이저 간섭계(15)에서 나온 위치신호(PDs)를 이용한다.
LSA 광학 시스템(46)은 빔 확장기, 원통형 렌즈등을 포함한다. LSA 광학 시스템(46)으로부터 나온 레이저 빔은 빔 분할기(48, 49)를 경유하여 대물렌즈(50)로 들어간다. 더욱이, 대물렌즈(50)으로부터 방출된 레이저 빔은 시야 조리개(51)의 개구부에서 슬릿형으로 수속된 후, 미러(M2)를 경유하여 투영광학 시스템(13)으로 들어간다. 투영 광학 시스템(13)으로 들어간 레이저 빔은 동공면의 중심위치를 경유하며, 그후에 투영광학 시스템의 이미지 필드에서 X 방향으로 연장되며 광학축(AX)을 향하는 것과 같은 길고 가느다란 띠 형상의 밴드형 스폿라이트로서 웨이퍼상에 투영된다.
웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크(회절 격자 마크)와 스폿라이트가 Y 방향에서 서로에 대하여 움직일 때, 웨이퍼 마크로부터 방출된 광은 투영광학 시스템(13)과 대물 렌즈(50)를 경유하여 광전 검출기(52)에 의하여 수신된다. 광전 검출기(52)는 웨이퍼 마크로부터의 광중 ±제 1차 내지 제 3차 회절 광만을 광전 변환하고 이와 같이 광전 변환에 의해 얻어진 광 강도에 대응하는 광전 신호(SDi)는 주 제어 시스템의 LSA 연산 장치(57)로 출력된다. LSA 연산 처리 장치(57)에는 레이저 광 간섭계(15)로부터 위치신호(PDs)를 제공하며, LSA 연산 장치는 웨이퍼단(WS)의 단위 이동량마다 발생하는 상하 펄스로 동기화하여, 광전신호(SDi)를 샘플링한다. LSA 연산 처리 장치(57)는 각 샘플링 값을 디지탈 값으로 변환하며 어드레스 순서로 메모리에 저장하고, 그후에 소정의 연산처리에 의하여 웨이퍼 마크의 Y 방향에서의 위치를 계산한다. X 축용 LIA 시스템의 웨이퍼 마크의 위치와 LSA시스템의 웨이퍼 마크의 위치를 검출하기 위한 X 축용 얼라인먼트 센서를 추가로 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 노광동작의 한 실시예는 제 1 도에 도시된 흐름도와 관련하여 설명한다.
먼저, 제 1 도에 도시된 단계 101 에서, 포토레지스트는 도시하지 않은 코터에 의하여 웨이퍼(W)에 제공하며 필요조건에 따라 베이킹한다. 단계 102 에서, 가열된 웨이퍼(W)는 제 1 도에 도시된 투영 노광 장치의 웨이퍼단(WS)에 로딩되며 제 5 도에 도시된 레티클(R)은 레티클단(RS) 상에 로딩된다. 다음에, 단계 103 에서 제 5(c) 도의 레티클(R)상의 패턴 영역(61)에서 레티클 마크(64X, 64Y)와 회로 패턴은 투영노광 시스템(13)을 경유하여 웨이퍼(W)에 제공된 포토레지스트층 상에서 1/5배로 축소되어 투영된다. 이러한 이유때문에 회로패턴의 이미지는 웨이퍼(W)상의 숏트영역(SA)에 투영되며 레티클 마크(64X)의 이미지(70X)와 레티클 마크(64Y)의 이미지(70Y)는 제 5(a) 도에 도시된 바와 같이 숏트영역(SA)에 인접하여 투영된다. 예컨대, 레티클 마크(64X)의 이미지(70X)는 제 5(b) 도에 도시된 바와 같이 X 방향을 따르는 소정 피치를 가지는 서브 마크의 이미지(71A, 71B, ……)를 분리하여 배열함에 의하여 구성된다. 레티클 마크의 이러한 이미지(70X, 70Y)는 현상과 같은 공정후에 오목 및 볼록 패턴으로 구성된 웨이퍼 마크가 된다.
레티클(R)상의 레티클 마크(64X, 64Y)와 회로 패턴의 이미지가 전사된 웨이퍼(W)는 단계 104 에서 현상된다. 단계 105 에서 베이킹 공정이 종료후에 웨이퍼(W)는 마스크로서 레지스터 패턴을 이용하여 에칭하며 그후에 필요에 따라 세척한다. 단계 104 에서 이용된 현상처리 장치는, 소정의 세척제와 현상제가 스프레이나 또는 샤워의 형태로 대상물을 분무하는 스프레이 방법 또는 대상물을 일정 시간 동안 세척제나 현상제에 담그는 딥(dipping) 방법에 적합하다. 상기 웨이퍼는 상기 방법중 하나에 의하여 현상되어 세척된다. 에칭과정이 습식 또는 건식방법에 의하여 실행될 수 있지만 현재는 건식방법이 사용된다. 이러한 건식 에칭을 실행하기 위하여 플라즈마 에칭 장치가 이용된다.
단계 105 에서, 에칭의 완료는 스펙트럼 분석방법 또는 광학적 반사를 이용한 레이저 빔 간섭법, 엘립소메트릭 방법(ellipsometric method) 및 격자 광학 회절방법 등을 이용하여 검출된다. 에칭완료를 확인한 후 웨이퍼(W)는 경우에 따라서 세척된다. 레지스터 층과 불필요한 산화막 피막부 또는 금속피막부는 상술한 방법과 같이 제거되며, 제 2(b) 도에 도시된 바와 같이 필요한 회로와 웨이퍼 마크(76X)는 웨이퍼 (W)상의 피막(이하, 회로 패턴층으로 칭함 ; 72)상에 피복부(73)에서 오목 및 볼록형으로 형성된다. 웨이퍼 마크(76X)는 투영 광학 시스템(PL)을 통하여 X 축용 레티클 마크(64X)로부터 축소된 비율로 전사되는 웨이퍼(W)상의 이미지에 의하여 형성된다.
제 2 도는 본 발명에 따라 형성된 웨이퍼 마크, 즉 레티클 마크(76X)를 전사함에 의하여 웨이퍼(W)상에 형성된 웨이퍼 마크(76X)를 나타낸다. 제 2 도는 후술하는 절연 피막(금속피막)에 의한 평탄화되는 층도 도시하며, 평탄화 과정을 설명할 때 이용된다. 제 2(a) 도는 Y 축을 따라 도시된 X 축용 웨이퍼 마크(76X)의 단면도이며 제 2(b) 도는 웨이퍼 마크(76Y)의 평면도이다
제 2(a) 도 및 제 2(b) 도에 도시된 바와 같이 웨이퍼 마크(76X)는 상술한 바와 같이 피복부(72)에 형성된 피복부(73)에서 회로와 함께 형성된다. 피복부(73)는 양단 측상의 돌출 또는 볼록부(73a, 73b)로 형성되며, 소정 값보다 작지 않은 거리를 가지는 볼록부(73a, 73b)간에 각각 다수의 돌출 또는 볼록부(75A 내지 75D)를 배치하며, 그 사이에는 미세한 오목 및 볼록부로 만들어진 서브 패턴(74A 내지 74E)이 돌출 또는 볼록부(78)와 리세스 또는 오목부(77)로 이루어진다. 각각의 서브 패턴의 폭(P1)과 각각의 볼록부(75A - 75D)의 폭(P2)은 각각 소정 크기를 가진다. (이러한 실시예에서, P1, P2는 각각 6㎛임). 각각의 돌출 또는 볼록부의 폭(P3)과 서브 패턴의 각각의 리세스 또는 오목부는 소정 크기를 가지며, 본 실시예에서는 P3가 0.67㎛이다. 그러나, 사용되는 얼라인먼트 센서의 암부로서 검지되고 처리되는 폭이라면, 이러한 폭(P3)은 상기 값으로 제한되지 않는다. 본 실시예에서 마크(76X)의 인접한 볼록부간의 거리(서브패턴의 폭임 ; P1)가 약 6㎛라 할지라도, 이러한 거리나 폭은 사용되는 얼라인먼트 센서의 해상도보다 작지 않다면 상기 값으로 제한되지 않는다. 바람직하게는, 거리(P1)가 가능하면 2㎛보다 작지 않은 것이 좋다. 상술한 바와 같이 형성된 얼라인먼트 센서의 서브패턴(74A 내지 74E)은 FIA 방법의 마크 센서에 의하여 해결되지 않기 때문에, 웨이퍼 마크(76X)의 볼록부(75A 내지 75D)는 밝은 부분으로서 처리되며 서브패턴(74A 내지 74E)은 어두운 부분으로서 처리되는 명암 패턴으로서의 처리가 가능하다. 웨이퍼 마크(Y)는 웨이퍼 마크(X)와 동일한 방법으로 형성된다.
상술한 바와 같이 소정의 회로와 웨이퍼 마크(76X, 76Y)가 형성되는 웨이퍼상의 표면은 단계(106 및 107)에서 상부층의 회로를 형성하기 위하여 더욱 평탄하게 된다. 이러한 평탄화 동작은 이후 설명하는 동일한 방법으로 실행될 수 있으나, 본 실시예에 따르면 단계 106에서, 웨이퍼 상에 실리콘 산화물(SiO2)의 절연 피막이나 또는 막(또는 이하, 평탄화막으로 언급되는 금속 피막이나 또는 막)을 피복한다. 이러한 단계에서, 평탄화막(79)의 표면(79a)에 미세한 오목 및 볼록 부분이 있다. 다음으로, 단계 107 에서 평탄화막의 표면(79a)을 화학적 및 기계적으로 그라인딩이나 연마공정이 실행된다. 이러한 화학적 및 기계적 연마는 경우에 따라 소정의 화학물이나 물을 첨가하여 평탄화막의 표면을 기계적으로 그라인딩 또는 연마하는 방법이다.
제 10 도는 본 발명에 따른 기판 연마 또는 그라인딩 장치의 한 실시예의 개략 구조도이다. 이러한 실시예에서, 웨이퍼를 고정하기 위한 진공 흡입 테이블(116)만이 회전할 수 있는 구조를 가지는 기판 연마 또는 그라인딩 장치, 즉 웨이퍼(115)를 고정하기 위한 진공흡입 테이블(116)이 회전 테이블(117)상에 배열되고, 연마 또는 그라인딩 패드(114)를 구비한 연마 또는 글라인딩 표면 플레이트(113)가 요동이나 또는 진동 테이블(112)에 의하여 고정되는 구조를 가지는 기판 연마장치가 도시되어 있다.
요동 테이블(112)은 좌우의 방향으로 요동하거나 진동하며 요동동작 속도는콘트롤러(111)에 의하여 예정된 값으로 제어된다. 요동 테이블(112)은 연마표면 플레이트(113)를 고정하며 이러한 연마표면 플레이트(113)에 패턴층과 상부 피막이 형성되는 웨이퍼의 표면(이하, 패턴 형성면이라고 함)(115a)에 대면하는 연마 패드(114)를 제공한다.
웨이퍼는 피연마 표면인 패턴형성표면(115a)을 위로 한 상태에서 진공흡입 테이블(116)에 의한 흡입에 의해 고정된다. 진공흡입 테이블(116)이 역방향으로 회전할 수 있는 회전 테이블(117)상에 배치되기 때문에, 웨이퍼(115)는 역방향으로 회전할 수 있다.
회전 테이블(117)의 회전 방향(100B)은 콘트롤러(1.11)에 의하여 결정된 시간마다 반전하도록 제어한다. 이러한 실시예에서, 회전 테이블(117)의 회전 방향을 반전하기 위한 단위인 셋업 타임이 사용자에 의하여 선택적으로 설정될 수 있다. 예컨대, 패턴 형성 표면(115a)에 대한 처리시간으로 20분이 필요한 경우에는 10분 동안 우측 그후에 10분 동안 좌측으로 회전 테이블이 회전할 수 있도록 셋업 타임을 설정할 수 있거나, 또는 패턴간의 영역에서 단면의 비대칭성의 진행 정도가 회전방향에 따라 달라진다면 회전 테이블이 8분 동안 우측 그후에 12분 동안 좌측으로 회전하도록 시간의 차이를 두고 설정할 수도 있다.
더욱이, 패턴간의 영역에서 단면의 비대칭성의 진행정도가 회전방향에 따라 달라지지 않는 경우에는, 예컨대 회전방향이 회전 테이블의 일분 또는 수분마다 죄측과 우측 사이에서 변화하거나, 일회전 또는 수회전마다 좌우측 회전방향 간에서 변화하도록 설정한다면 회전 테이블이 한 방향으로 회전하는 시간은 짧아져 비대칭화 진행 정도가 줄어들기 때문에, 패턴의 완전한 대칭 단면을 가지는 웨이퍼가 얻어질 수 있다.
이러한 실시예에서, 기판연마 장치는 회전 테이블(117)의 회전속도와 요동 움직임 속도를 콘트롤러(111)에 의하여 제어하도록 구성된다. 따라서 사용자 측에서 설정시간과 회전속도를 지시하고, 제어부가 이에 따라서 각각을 제어하여, 웨이퍼(115)의 패턴형성 표면의 연마 종료시간과 연마 종료상태를 조절하고 있다.
더욱이, 웨이퍼의 패턴형성 표면(115a)에는 연마액을 공급하는 노즐(118)이 배치되어, 이 노즐로부터 연마 패드(114)와 패턴 형성표면(115a)간에 연마제를 주입함과 동시에, 회전 테이블의 회전에 따라 회전하는 웨이퍼와 연마표면 테이블(113)의 요동 움직임에 따라 움직이는 연마 패드(114)를 접촉하게 하기 위하여 제어부(111)로부터의 지시에 의하여 상하방향(100c)으로 연마표면 플레이트(113)와 진공흡입 테이블(116)중 적어도 하나를 이동하여, 웨이퍼의 패턴형성면이 우수하게 연마된다.
상기 설명한 실시예에서 진공흡입 테이블(116)은 회전하며 연마표면 플레이트(113)는 요동 또는 진동한다. 그러나, 상술한 바와 같은 동일한 기술의 장점은 연마표면 플레이트(113)를 회전함에 의하여 그리고 진공흡입 테이블(116)을 요동 및/또는 진동하는 구성에서도 얻어진다. 더욱이, 상술한 바와 같은 동일한 기술의 장점은 진공 흡입 테이블(116)과 연마 표면 플레이트(113)가 회전할 수 있는 구조에 의해서도 얻어진다.
제 2(a) 도는 웨이퍼(W) 특히, 상술한 방법에 의하여 평탄화된 웨이퍼(W)상의 피막(79)의 표면(80)상태를 도시한다. 평탄화막(79)의 표면(80)은 웨이퍼 마크(76X)위에 놓이며 매끄러운 평면을 형성한다. 이러한 것은 2㎛보다 작지 않은 폭을 가지는 리세스 또는 오목부가, 인접한 볼록부간의 공간에 미세한 서브 패턴(74A 내지 74E)을 위치시킴으로써 볼록부(76A 내지 76D)중 인접한 볼록부 간에 형성되지 않아서, 웨이퍼 마크(76X)위에서 평탄화막(79)의 평탄화가 얻어지기 때문이다.
단계 108 에서 포토레지스트는 상술한 바와 같은 처리에 의하여 그 표면이 평탄화되는, 평탄화막(79)을 가지는 웨이퍼상에 다시 도포된다. 이러한 경우에 포토레지스트의 박막이 원심력을 이용하여 웨이퍼상에 형성되는 스핀 코팅방법의 포토레지스트 도포장치(코터)가 이용된다. 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)는 상술한 투영 광학 시스템의 웨이퍼단 상에 셋팅되며, 투영 광학 시스템은 본 실시예나 또는 통상적인 패턴 형성장치에 따른 노광 방법을 실행하기에 적합하다. 이때 웨이퍼 마크(76X, 76Y)는 평탄화막을 경유한 FIA 시스템의 얼라인먼트 센서에 의하여 검출되며 웨이퍼의 얼라인먼트를 실행한다.
LSA 시스템 또는 LIA 시스템의 웨이퍼 마크에서 웨이퍼 마크의 얼라인먼트와 검출은 LSA 시스템 또는 LIA 시스템용 얼라인먼트 센서를 이용하여 FIA 시스템의 것과 동일하게 실행될 수 있다.
다시, 단계 110 에서 새로운 회로 패턴과, 경우에 따라 새로운 웨이퍼 마크는 다른 레티클을 이용하여 형성된다. 이때 새로운 웨이퍼 마크가 형성되는 위치에는 앞에 설명한 디슁 현상에 의한 디쉬형 오목부가 없으며 마크 왜곡이 없는 안정한 웨이퍼 마크가 웨이퍼상의 평탄화막(79)의 표면(80)에 형성된다.
제 6(a) 도 내지 제 6(c) 도는 본 발명에 따른 노광방법에서 이용된 FIA 시스템의 X축용 웨이퍼 마크의 다른 실시예를 도시하고 있다. 제 6(a) 도는 비계측 방향을 따른 미세 서브패턴을 배열함에 의하여 형성되는 라인 - 앤드 - 스페이스 패턴의 웨이퍼 마크를 도시하고 있다. 이러한 웨이퍼 마크는 소정 값보다 크지 않은 폭을 가지는 다수의 리세스 또는 오목부(82)와 다수의 돌출 또는 볼록부(83)로 각각 이루어진 라인 마크(81A, 81B, 81C)로 구성된다. 라인 마크(81A, 81B, 81C)는 Y 방향으로 소정 피치를 가지는 오목부(82) 및 볼록부(83)를 각각 선택적으로 배열함에 의하여 형성된다. 제 6(b) 도는 세밀한 서브패턴이 2차원 격자형인 웨이퍼 마크를 도시하고 있다. 이러한 웨이퍼는 세밀한 격자형 오목 및 볼록패턴을 각각 가진 라인 마크(84A, 84B, 84C)에 의하여 구성된다. 라인 마크(84A, 84B, 84C)는 제 6(a) 도에 도시된 라인 마크와 동일한 방법으로 소정 값보다 작지 않은 거리로 각각 배열된다. 제 6(c) 도는 미세한 서브패턴이 랜덤 도트형상인 웨이퍼 마크가 도시되어 있다. 이러한 웨이퍼 마크는 임의로 배열된 도트형 돌출이나 또는 볼록부를 각각 가지는 라인 마크(85A, 85B, 85C)에 의하여 구성된다. 라인 마크(85A, 85B, 85C)는 제 6(a) 도 및 제 6(b) 도에 도시된 라인 마크와 동일한 방법으로 소정 값보다 작지 않은 거리를 가지고 각각 배열된다. 미세한 서브패턴을 가지는 이러한 정렬마크는 FIA 시스템뿐만 아니라 LSA 시스템과 LIA 시스템 등에도 이용할 수 있다.
상술한 라인 마크(81A, 81B 또는 81C), 라인 마크(84A, 84B 또는 84C) 및 라인 마크(85A, 85B 또는 85C)는 제 2(b) 도에 도시된 웨이퍼 마크(76X)의 서브패턴(74A, 74B, 74C, 74D 또는 74E)중 하나와 일치한다.
제 7 도는 LSA 시스템용 웨이퍼 마크를 도시한다. 이러한 웨이퍼 마크는 슬릿이 X 축을 따라 연장된 슬릿형 오목 및 볼록패턴으로 각각 이루어진 다수의 미세한 서브 패턴(87)과, 다수의 돌출 또는 볼록부(88)와의 결합인 패턴(86A)과, Y 축을 따라 연장된 미세한 오목 및 볼록 패턴으로 각각 이루어진 다수의 미세한 서브 패턴(87, 89)과 다수의 돌출 또는 볼록부(88)의 결합인 패턴(86B)을 포함한다. 상술한 것 이외의 웨이퍼 마크는 본 발명에 따른 노광방법을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 노광방법은, 동시에 레티클 및 웨이퍼를 주사함으로써 노광이 실행되는 스텝-앤드-스캔 방법의 노광장치에서 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 실시예에만 제한되는 것이 아니라 당업자라면 본 발명의 범위내에서 여러 가지 변형을 실행할 수 있다.
노광방법에 따르면 디슁형상은 평탄화 공정이 실행된 후에도 얼라인먼트 마크위에 나타나지 않는다. 따라서, 얼라인먼트 마크의 검출된 광의 왜곡의 발생이 방지되어, 웨이퍼의 얼라인먼트가 얼라인먼트의 정확도를 증가시켜 실행될 수 있다. 더욱이, 노광 및 전사장치에서 메커니즘을 변형할 필요는 없으며 따라서, 그 구조는 간단하게 된다.
얼라인먼트 마크의 인접한 볼록부간의 거리가 2㎛보다 작지 않은 경우에 얼라인먼트 마크는 통상의 해상도를 가지는 종래의 얼라인먼트 센서에 의하여 검출될 수 있다. 얼라인먼트 마크의 인접한 볼록부간의 거리가 2㎛보다 작지않다면 디슁형상이 나타나기는 쉬우나, 본 발명에 따르면 디슁현상이 방지된다.
더욱이, 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 노광 및 전사함에 의하여 만들어진 얼라인먼트용 마크에 디슁이 나타나는 것을 방지할 수 있다. 이것은, 마크의 왜곡이 나타나는 것을 방지할 수 있으며 더욱 정확한 얼라인먼트가 가능하다.
더더욱, 본 발명의 기판 연마장치에 따르면 상기 피막은 각각의 패턴의 피막 두께가 대칭이 되도록 연마될 수 있다. 즉, 제 11 도에 도시된 바와 같이 웨이퍼(115)상에 형성된 패턴(X1)과 패턴(X1)에 인접한 다른 패턴(X2, X3)간의 영역(R1X, R2X: 이하, 패턴간의 영역으로 칭함)에서 연마력(연마 강도)은 영역(R1X, R2X)에서 한 방향으로 편향되지 않으며 웨이퍼(115)의 표면(115a)은 영역(R1X, R2X)에서 대칭적으로 연마되며, 그에 따라 피막두께(115b)를 대칭적으로 만든다. 패턴(X1, X2, X3)이 얼라인먼트 마크로 구성된다면 패턴간의 영역(R1X, R2X)에서 피막의 표면은 대칭이 된다. 이러한 것은 얼라인먼트 마크의 검출에 대한 영향을 감소하게 된다.
제 1 도는 본 발명의 한 실시예에 따른 노광 동작을 설명하는 흐름도.
제 2(a) 도는 상기 실시예에서 사용한 웨이퍼 마크의 단면도이고;
제 2(b) 도는 상기 웨이퍼 마크의 평면도.
제 3 도는 상기 실시예에 따른 노광 방법을 실행하기에 적합한 투영 노광장치의 구조도.
제 4 도는 제 3 도에 도시된 투영 노광 장치에 이용되는 LSA 시스템과 LIA 시스템의 얼라인먼트(alignment) 센서를 도시한 구조도.
제 5(a) 도는 웨이퍼상에서 노광된 레티클 마크와 회로 패턴의 이미지를 도시한 정면도이고; 제 5(b) 도는 제 5(a) 도에 도시된 확대 정면도이고; 제 5(c) 도는 상기 실시예의 레티클의 패턴배열을 도시한 정면도이고; 제 5(d) 도는 제 5(c) 도의 레티클 마크 부분의 확대 정면도.
제 6 도는 FIA 시스템의 웨이퍼 마크의 다른 실시도로서 제 6(a) 도는 미세한 서브패턴이 라인-앤드-스페이스 패턴으로 형성되는 웨이퍼 마크를 도시한 정면도이고; 제 6(b) 도는 미세한 서브패턴이 이차원 검사로 형성되는 웨이퍼 마크를 도시한 정면도이고; 제 6(c) 도는 서브패턴이 임의 도트로 형성되는 웨이퍼 마크를 도시한 정면도.
제 7 도는 LSA 시스템용 웨이퍼 마크의 실시예를 도시한 확대정면도.
제 8 도는 종래 기술에 따른 디쉬형 부분의 형태의 설명도.
제 9 도는 종래 기술의 웨이퍼 마크에 디쉬형 부분이 형성되는 상태도.
제 10 도는 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 한 실시예의 구조를 도시한 개략도.
제 11 도는 본 발명에 따른 기판 연마장치에 의하여 처리된 웨이퍼의 단면의 주요부분의 설명도.
제 12 도는 종래의 기판 연마 장치의 일실시예의 구조를 도시한 개략도.
제 13 도는 통상의 기판 연마장치에 의하여 처리된 웨이퍼 단면의 주요부분의 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 고압방전 램프 2 : 미러
3 ; 조사광학 시스템 4 ; 빔 분할기
15 : 광 간섭계 38 : 모터
64X, 64Y : 레티클 마크 65A, 65B : 얼라인먼트 마크
67A, 67B, ·· : 서브 마크 123 : 연마패드

Claims (36)

  1. 오목 및 볼록패턴을 포함하는 얼라인먼트 마크를 기판상에 형성하는 제 1 단계;
    상기 기판 상의 상기 얼라인먼트 마크 및 다른 영역 상부에 피막을 형성하는 제 2 단계;
    상기 피막을 평탄화하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에 의하여 평탄화된 피막 상에 감광성 재료를 도포하고 마스크 패턴을 투영하는 제 4 단계를 포함하는 노광 방법으로서,
    상기 얼라인먼트 마크는 소정값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 볼록부분 사이에 소정값보다 작은 피치로 배치된 오목 및 볼록 패턴에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정값보다 작지 않은 폭을 가지는 얼라인먼트 마크의 인접한 볼록부 간의 거리가 2㎛보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 노광방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오목 및 볼록 패턴의 피치는 얼라인먼트 센서의 해상도보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 노광방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 오목 및 볼록 패턴은 규칙적인 것을 특징으로 하는노광방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 오목 및 볼록 패턴이 불규칙적인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  6. 전사될 패턴과 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 형성된 마스크에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 오리지날 패턴은 소정값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 밝은 부분 사이에 배치되어 형성되고, 상기 하나 이상의 밝은 패턴은 상기 소정값보다 작은 피치로 상기 소정값보다 작은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 피치의 최대값은, 상기 마스크상의 밝은 패턴을 기판으로 전사함으로써 형성된 오목 및 볼록 패턴이 얼라인먼트 센서의 해상도보다 크지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밝은 패턴은 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 밝은 패턴은 불규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  10. 전사될 패턴과 얼라인먼트 마크의 오리지날 패턴이 형성된 마스크에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 오리지날 패턴은 소정값보다 작지 않은 폭을 가지는 인접한 어두운 부분간에 놓여 형성되고, 상기 하나 이상의 어두운 패턴은 소정값보다 작은 피치로 상기 소정값보다 작은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 피치의 최대값은, 상기 마스크상의 어두운 패턴을 기판으로 전사함으로써 형성된 오목 및 볼록 패턴이 얼라인먼트 센서의 해상도보다 크지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 어두운 패턴은 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 어두운 패턴은 불규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 마스크.
  14. 얼라인먼트 마크로서 기판의 소정 표면상에 소정 간격으로 높이를 가지는 다수의 제 1 패턴을 형성하는 단계; 및
    인접한 상기 제 1 패턴들간의 상기 소정 간격보다 작은 간격으로 높이를 가지는 다수의 제 2 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 마크가 형성된 기판상에 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 피막의 표면을 평탄화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 피막을 통해 상기 기판상의 상기 얼라인먼트 마크를 검출하며 상기 기판을 정렬하는 단계; 및
    회로패턴을 상기 기판으로 전사하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 기판을 정렬하도록 마크 검출 시스템에 의하여 상기 얼라인먼트 마크를 광학적으로 검출하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 각각의 다수의 제 2 패턴 사이의 거리가 상기 마크 검출 시스템의 해상도보다 작은 것을 특징으로 하는 노광방법.
  18. 기판상에 얼라인먼트 마크를 형성하기 위하여 소정 간격으로 배열된 다수의 제 1 차광패턴; 및
    상기 소정 간격보다 작은 간격으로 인접하는 제 1 차광 패턴(light sealedpattern)간에 위치한 다수의 제 2 차광패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  19. 기판상에 얼라인먼트 마크를 형성하기 위하여 소정 거리로 서로 간격진 다수의 제1 광 투과영역들; 및
    상기 소정 거리보다 작은 거리로 인접하는 제1 광 투과영역간에 각각 위치한 다수의 제2 광 투과영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  20. 기판상의 소정 표면위에 얼라인먼트 마크를 구성하며 높이를 가지는 다수의 제 1 패턴들간에, 상기 얼라인먼트 마크를 덮는 피막의 함몰을 감소시키도록 제 2 패턴들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  21. 기판상에 형성된 피막 표면을 연마하는 연마부재를 고정하기 위한 제 1 고정부재;
    연마될 때 상기 기판상의 피막표면이 상기 연마부재와 접하도록 상기 기판을 고정하는 제 2 고정부재;
    상기 제 1 고정부재와 상기 제 2 고정부재를 서로에 대하여 상대적으로 회전시키는, 제1 고정부재와 제2 고정부재 중 적어도 하나에 연결된 회전부재; 그리고
    상기 기판의 연마동안 상기 제 1 고정부재와 상기 제 2 고정부재간의 상대적인 회전 방향을 전환시키는 상기 회전부재에 연결된 전환 시스템을 포함하는 것을특징으로 하는 기판연마장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전환 시스템은 소정 시간 간격으로 회전 방향을 전환하는 것을 특징으로 하는 기판연마장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 전환 시스템은 소정 회전수에 의하여 회전방향을 전환하는 것을 특징으로 하는 기판연마장치.
  24. 소정 간격을 가지고 그 사이에 하나씩 배치되는 다수의 서브-패턴을 구비하는 얼라인먼트 마크를 기판상에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 서브-패턴은 다수의 오목 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  25. 제 20항 또는 제 24항에 있어서, 상기 방법은
    상기 얼라인먼트 마크가 형성된 상기 기판상에 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 피막의 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 방법은
    상기 피막을 통해 상기 기판상의 상기 얼라인먼트 마크를 검출하고 상기 기판을 정렬하는 단계; 및
    상기 기판상에 회로패턴을 전사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 기판을 정렬시키기 위해 마크 검출 시스템에 의해 상기 얼라인먼트 마크를 광학적으로 검출하는 단계를 더 포함하며,
    상기 각각의 다수의 오목 패턴 사이의 거리는 상기 마크 검출 시스템의 해상도보다 작은 것을 특징으로 하는 노광방법.
  28. 기판상에 얼라인먼트 마크를 형성하도록 마스크상의 마크 이미지를 상기 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템; 및
    상기 기판상에 형성된 상기 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 센서를 포함하며,
    상기 얼라인먼트 마크는 소정 간격을 가진 높이를 구비하는 다수의 제 1 패턴 및 인접한 상기 제 1 패턴 사이에 상기 소정 간격보다 작은 간격을 가진 높이를 구비하는 다수의 제 2 패턴을 구비하는 것을 특징을 하는 노광장치.
  29. 기판상에 얼라인먼트 마크를 형성하도록 마스크상의 마크 이미지를 상기 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템; 및
    상기 기판상에 형성된 상기 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 센서를포함하며,
    상기 얼라인먼트 마크는 높이를 가진 다수의 제 1 패턴 및 상기 얼라인먼트 마크를 덮는 피막이 함몰되는 것을 방지하는 제 2 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  30. 기판상에 얼라인먼트 마크를 형성하도록 마스크상의 마크 이미지를 상기 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템; 및
    상기 기판상에 형성된 상기 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 센서를 포함하며,
    상기 얼라인먼트 마크는 소정 간격으로 그 사이에 하나씩 배치되는 다수의 서브-패턴을 구비하며, 상기 서브-패턴은 다수의 오목 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  31. 제 28항 또는 제 29항에 있어서, 상기 각각의 다수의 제 2 패턴사이의 거리는 상기 얼라인먼트 센서의 해상도보다 작은 것을 특징으로 하는 노광장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 제 2 패턴은 규칙적인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 제 2 패턴은 불규칙적인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  34. 제 28항 또는 제 29항에 있어서, 인접한 상기 제 1 패턴 사이의 거리는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  35. 제 28항 내지 제 30항중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 센서는 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 측정하기 위해 상기 얼라인먼트 마크의 이미지를 픽업하는 이미지 처리형 얼라인먼트 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  36. 제 28항 내지 제 30항중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 센서는 상기 얼라인먼트 마크로부터의 광의 간섭을 이용하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 측정하는 간섭형 얼라인먼트 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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