KR100577107B1 - 다-채널 격자 간섭 정렬 센서 - Google Patents

다-채널 격자 간섭 정렬 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코히런트한 조사 광원으로부터 전자기 복사를 수광하는 고정된 기준 격자와 이동가능 웨이퍼 격자를 갖는 정렬 센서에 관한 것이다. 조사 광원은 빔 스플리터에 의해 2개의 빔으로 분할된다. 하나의 빔은 고정된 기준 격자로 지향되며 또한 회절된 차수가 집속된다. 빔 스플리터로부터 나온 다른 빔은 이동가능 웨이퍼 격자로 지향된다. 이동가능 웨이퍼 격자로부터의 회절된 차수는 집속되고 또한 고정된 기준 격자로부터의 회절된 차수와 간섭을 일으켜서 고정된 기준 격자에 관하여 웨이퍼 이동 또는 오정렬을 나타내는 위상 변위를 일으킨다. 불연속 파장이나 칼라를 가진 다 채널은 웨이퍼 공정 변수에 상관없이 검출 및 정렬을 최적화하는 데 사용된다. 조사광원상의 편광 고정부와 빔스플리터상의 중앙 편광부는 콘트라스트(constrast)최적화를 제공하는데 이용되거나 또는 대안으로 숨은 이미지 계측 모드를 제공하는 데 이용된다. 정렬 센서는 공정 변수에 상관없이 정렬 정확도를 향상시키며 또한 반도체소자의 제조에서 유연성이 있는 개선된 효율을 제공한다.

Description

다-채널 격자 간섭 정렬 센서{MULTI-CHANNEL GRATING INTERFERENCE ALIGNMENT SENSOR}
도1은 본 발명을 이용하는 포토리소그래피 시스템의 한 부분에 대한 개략적인 도면.
도2는 본 발명의 정렬 센서를 예시하는 개략적인 도면.
도3은 회절 격자로부터 집속된 회절 차수를 예시하는 평면도.
도4A 및 도4B는 회절 격자의 수평 변위로 인한 평면파의 위상 변화를 개략적으로 예시하는 도면.
도5는 마스크 및 웨이퍼의 정렬로서 생산 효율을 증가시키는 방법을 예시하는 블록도.
본 발명은 일반적으로 물체를 정확히 정렬 또는 위치시키는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체소자의 제조에서 포토리소그래피에 사용되는 마스크 및 웨이퍼의 정렬에 관 한것이다.
반도체소자의 제조에서, 다수의 공정 단계가 종종 단일 웨이퍼를 생산하는데 요구된다. 마스크의 이미지가 웨이퍼에 투영되며 또한 웨이퍼는 다양한 층의 제조시 여러번 처리되어 마이크로프로세서와 같은 반도체소자를 생산하게 된다. 웨이퍼의 공정시, 이미지되는 마스크 또는 레티클과 웨이퍼와의 정확한 위치 및 정렬은 중요할 때가 있다.
회절 격자를 이용하는 많은 정렬 센서가 있지만, 이러한 정렬 센서들은 정렬을 검출하기 위해 마스크상의 회절 격자를 웨이퍼상의 회절 격자로 이미지하는 경향이 있다. 그러한 정렬 시스템의 하나는 1996.12,23일자 트루트나, 제이 알(Trutna, Jr.)에 의해 특허된 " 회절 격자를 사용하는 웨이퍼/마스크 정렬 시스템 "이라고 명명된 미국특허 제4,631,416호에 개시되어 있으며 본 명세서에 참고로 인용하였다. 여기에 개시되어 있는 것은 마스크 격자로부터 웨이퍼 격자로 회절되어 회절 차수를 생성하도록 마스크 격자를 통해 후진하는 빛에 의한 방법 및 정렬 센서이다. 영차수의 강도가 검출되며 또한 영차수의 강도가 극값에 있을 경우 정렬이 일어난다. 홀로그래피 위상 격자는 마스크에 이용되며 격자의 생산을 너무 단순화시킨다. 격자를 이용하는 다른 정렬 시스템은 1989.6.18 일자 우치다(Uchida) 등에 의해 특허된 "서로 관련해서 제1 물체와 제2 물체를 정렬하는 방법, 및 이 방법을 실행하기 위한 장치"라고 명명된 미국특허 제 4,848,911호 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 인용하였다. 여기서 기술된 것은 마스크 및 웨이퍼를 정렬하는 장치 및 방법이다. 제1 차원 회절 격자는 마스크상에 형성되며 또한 바둑판형 패턴을 가진 제2 회절 격자가 웨이퍼상에 형성된다. 마스크상의 제1 회절 격자로부터 회절된 광선은 웨이퍼상의 제2 회절 격자로 전달된다. 웨이퍼상의 제2 회절 격자로부터 회절된 광선은 마스크상의 제1 회절 격자로 전달되며, 또한 마스크상의 제1 회절 격자에 의해 다시 회절된다. 마스크 및 웨이퍼는 검출되고 회절된 광선의 강도에 따라 서로에 대해 정확히 한 라인에 있다. 또 다른 정렬 시스템은 1992.3.31일자로 이시바시(Ishibashi)등에 의해 특허된 " 2개 물체를 정렬하는 방법 및 장치, 그리고 2개 물체간에 원하는 갭을 제공하는 방법 및 장치" 라고 명명된 미국특허 제 5,100,234 호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 인용하였다. 여기서 기술된 것은 마스크상에 형성된 제1 회절 격자와 웨이퍼상에 형성된 제2 회절 격자이다. 약간 다른 주파수를 갖는 2개의 광선은 서로 간섭을 하며 또한 제1 및 제2 회절 격자에 의해 회절된다. 회절된 광선은 웨이퍼와 마스크간의 변위를 나타내는 위상 변위, 또는 웨이퍼와 마스크간의 갭을 나타내는 위상 변위를 갖는 검출 광선과 결합된다. 또 다른 정렬 시스템은 1992.11.29일자로 이시바시(Ishibashi)등에 의해 특허된 " 2개 물체간의 변위를 측정하는 방법 및 장치, 그리고 2개 물체간의 갭 간격을 측정하는 방법 및 장치"라고 명명된 미국특허 제5,151,754호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 인용하였다. 마스크 및 웨이퍼와 같은 2개 물체, 각각은 적어도 하나의 회절 격자를 갖는다. 다른 주파수의 2개 광선은 회절 격자에 의해 회절된다. 특정 차수의 광선은 회절된 간섭 광선들 각각으로부터 검출되며 또한 비트 신호(beat signal)로 변환된다. 변위는 비트 신호들간의 위상차에 따라 구해진다. 또 다른 정렬 센서 또는 위치 검출 장치는 1992.12.15일자로 코마추(Komatsu)등에 의해 특허된 " 조정가능 빔 및 간섭 무늬 위치"라고 명명된 미국특허 제5,177,999호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 인용하였다. 여기서 기술하고 있는 것은 기판상에 회절 격자를 갖는 위치 검출 장치 또는 정렬 센서와, 다른 주파수와 회절 방향을 지닌 한쌍의 코히런트한 광선으로 회절 격자를 조사하는 정렬 광학 시스템이다. 하지만, 또 다른 정렬 센서는 1996.9.24 일자로 갤라틴(Gallatin)등에 의해 특허된 " 회절된 광선이 입사각을 따라 실제로 복귀되는 마스크 및 웨이퍼 회절 격자 정렬 시스템 "이라고 명명된 미국특허 제5,559,601호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 인용하였다. 여기서 기술하고 있는 것은 마스크상의 회절 격자와 웨이퍼상의 회절 격자를 갖는 격자-격자 간섭계적 웨이퍼 정렬 시스템이다. 회절 차수는 소정의 각으로 검출되며 또한 강도에 대한 공지 주파수 성분의 위상 및 진폭이 마스크 및 웨이퍼에 관해 정렬 정보를 얻기 위해 결정된다.
상기한 정렬 장치 또는 센서 모두는 웨이퍼 및 마스크를 정렬하기 위해 적절히 수행된다. 마스크 또는 레티클 및 웨이퍼상의 정렬 마크가 수용 가능한 결과들을 가지고 사용되어 왔지만, 웨이퍼 상에 생성되는 늘 감소하는 형상 크기 혹은 라인 폭은 개선된 정렬 센서에 대한 필요성을 낳는다. 정확한 정렬의 어려움이 증가되는 경우는, 여러 공정 단계가 종래의 정렬 센서에 의해 그들의 검출을 곤란하게 하는 정렬 마크로서 피복 또는 덮여있는 웨이퍼상에 형성되는 여러 층을 초래하는 경우이다. 또한 높은 품질의 마스크 또는 레티클상에 정렬 마크를 생성하는 것은 바람직하지 않게도 레티클 또는 마스크의 비용을 부가하며, 따라서, 전체 제조 공정이 부가된다. 마스크와 웨이퍼간의 정렬을 향상시킬수 있고 또한 다양한 응용에서 공정단계에 상관없이 더 한층 신뢰성을 제공할 수 있는 개선된 정렬 센서와 정렬 방법에 대한 필요성이 존재한다. 부가적으로, 반도체 제조 기술 발전면에서 정확성과 속도로 정렬 센서를 향상시킬 필요성이 계속해서 존재한다.
본 발명은 공정 변수에 상관없이 웨이퍼 및 레티클의 정렬을 개선하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 여분(redundant)의 정렬 정보를 제공하는 것이다.
본 발명은 마스크 및 웨이퍼 정렬을 결정하기 위해 간섭계 장치를 사용한다. 조사 광원은 여러개의 불연속 파장을 지닐수 있는 코히런트한 전자기 복사를 빔 스플리터에 제공한다. 빔 스플리터는 이동가능 웨이퍼상에 위치된 제1 고정 또는 정지 회절 격자 및 제2 회절 격자에 거의 수직 입사로 조사하기 위해 코히런트한 전자기 복사를 분할한다. 고정된 기준 격자로부터의 회절된 차수가 이동가능 웨이퍼 격자로부터의 회절된 차수와 함께 집속된다. 이동가능 웨이퍼 격자의 이동은 측정가능한 위상변위를 야기한다. 집속된 회절 차수가 검출되며 또한 위상 변위가 결정된다. 신호 처리기는 위상 변위 및 다른 정보에 기초해서 어떠한 오정렬을 산정하고, 또한 제어신호를 스테이지 제어기에 공급한다. 따라서 정렬은 웨이퍼 격자와 고정된 격자사이에서 유지된다. 다른 수단에 의해서 마스크 스테이지는 고정된 격자에 관하여 정확하게 위치된다. 조사광원으로부터 전자기 복사의 서로 다른 파장 또는 칼라 및 서로 다른 회절 차수를 포함하는 다 채널(multi channels)의 이용은 웨이퍼상에서 다른 층 또는 코팅물과 관련된 공정 변수에 상관없이 정렬 정보를 달성하는데 도움을 준다. 조사 광원을 선택적으로 편광시키고 또한 빔 스플리터상에 중앙의 편광된 부분을 제공함으로써, 다른 채널 또는 회절 차수 및 파장은 최적의 콘트라스트를 위해 균형상태로 놓일 수 있다. 대안으로, 간섭을 억제하고, 회절된 강도를 측정해서 숨은 이미지 계측(LIM)방법을 이용할 수 있도록 한 모드에서 정렬 센서가 동작하도록 하면, 상기 콘트라스트는 최소화될 수 있다.
본 발명의 이점은 정렬을 결정하는데 필요한 위상 검출이 비교적 간단하다는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 마스크 또는 레티클상에 격자를 제공하는 비용을 막을 수 있다는 것이다.
본 발명의 특징은 간섭계 형태를 갖는다는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 고정된 격자가 사용된다는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 다수의 불연속 파장이 공정 변수에 상관없이 필요한 정렬 정보를 얻는데 사용될 수 있다는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적, 이점, 및 특징은 다음의 보다 상세한 설명으로부터 용이하게 명확해 질 것이다.
실시예
도1은 포토리소그래피 시스템에서 정렬 시스템의 단순화된 개략적인 예시도이다. 웨이퍼(10)는 X-Y 방향 모두에서 이동가능한 웨이퍼 스테이지(12)상에 위치된다. 웨이퍼 스테이지(12)는 자동-교정 검출기(14)에 인접해서 장착된다. 마스크 (20)는 마스크 스테이지(22)에 장착된다. 마스크 스테이지(22)는 전형적으로 웨이퍼 스테이지(12)의 이동의 면과 평행한 면에서 단일 축을 따라 이동한다. 이것은 전형적으로 Y방향에 있다. 웨이퍼(10)와 마스크(20)사이에는 투영 광학부(16)가 위치된다. 투영 광학부(16)는 마스크(20)를 웨이퍼(10)의 부분에 이미지한다. 투영 광학부(16)의 광축은 데시라인(32)으로 나타내었다. 편의상, 마스크(20)를 웨이퍼(10)에 이미지시키는 조사시스템은 예시되어 있지 않다. 마스크(20)와 웨이퍼(10)사이에는 빔 스플리터(18)가 있다. 조잡한 정렬 체널(25)은 빔 스플리터(18)와 결합된다. 조잡한 정렬(26)은 예를들어 수 미크론(micron)의 비교적 큰 값 범위내에서 웨이퍼의 정렬을 결정한다. 마스크 타겟 검출기(24)는 마스크상에서 타겟을 검출하는데 이용될 수 있으며 또한 웨이퍼 타겟과 결합해서 이용될 수 있다. 다른 필드 높이를 조정하도록 이동가능한 다수의 광학 정렬 채널이 이용될 수 있기 때문에, 자동-교정 검출기(14)는 웨이퍼(12)상에 설치해야만 하며 또한 다른 채널 위치와 정렬 마크에 대해 파인 정렬 센서 광 정렬 채널 경로와 화학 광선 작용의 노광 투영 광 경로사이에 오프셋을 주기적으로 측정하는데 이용된다. 정렬 정보는 웨이퍼 스테이지(12)와 마스크 스테이지(22)의 이동을 제어하는 제어기(28)에 결합되거나 제공되어, 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 주사동안 정렬을 유지시킨다. 본 발명이 지향하고 있는 파인 정렬 센서(30)는 정렬 및 위치 정보를 1 미크론이하의 범위내로 제공하여 작은 형상 크기를 갖는 반도체소자의 제조에서 필요한 파인 정렬을 제공한다. 부가적으로 파인 정렬 센서(30)는 공정 변수에 상관없이 개선된 정렬을 제공한다.
도2는 도1에서 일반적으로 예시하고 있는 파인 정렬 센서(30)를 개략적으로 예시한다. 정렬 조사 광원(34)은 전자기 복사를 광 섬유(36)에 지향시킨다. 정렬 조사 광원(34)에 의해 제공된 전자기 복사는 실제로 코히런트해진다. 그러나, 조사 광원(34)은 다수의 불연속 파장을 가질 수 있다. 예를들어, 파장은 630 내지 870 나노미터사이의 범위에 있을수 있으며 또한 630 나노미터와 870나노미터사이에서 동일하게 분리된 적어도 4개의 불연속 파장을 바람직하게 갖는다. 광 섬유(36)는 단일 모드 편광 보존 섬유일 수 있다. 광 섬유(36)의 종단에는 편광 출력 고정부(38)가 있다. 화살표(40)는 편광 출력 고정부(38)의 회전을 나타낸다. 조사 광원(34)으로부터 전자기 복사는 렌즈(42 및 46) 및 스톱부(44)를 통해 빔 스플리터(50)에 지향되며, 또한 빔 폴더(48)에 의해 접혀진다. 빔 스플리터(50)는 빔의 분할을 달성하기 위해 코팅물(54)을 갖는다. 전자기 복사의 빔은 진폭 또는 편광 형태의 빔 스플리터의 이용에 의해 분할되거나 복제될 수 있다. 유사하게, 빔 스플리터의 중앙부(52)는 진폭 또는 편광 형태의 코팅물의 이용에 의해 분할되거나 복제될 수 있다. 4개의 파장 판(54A)까지는 빔 분할의 선택된 방법에 따라 요구될 수 있다. 따라서, 전자기 복사의 2개 빔의 합성은 로킹된 상호 위상을 가질수 있다. 표면(56)은 회절되지 않은 빛을 흡수하며 또한 빔 스플리터(50)의 한 측면에 인접해서 위치된다. 빔 스플리터(50)로부터의 전자기 복사 빔 중 하나는 고정된 기준 회절 격자(60)에 거의 수직입사로 조사된다. 고정된 기준 격자(60)는 임의의 형태의 격자가 될 수 있다. 고정된 기준 격자(60)는 고정된 기준부(62)에 부착된다. 고정된 기준부(62)는 정지상태이며 도1에 나타낸 바와 같이 마스크 스테이지와 관련하여 소정의 안정 위치에 있다. 빔 스플리터(50)로부터의 전자기 복사의 제2 빔은 웨이퍼(10)에 부착되거나 또는 결합된 웨이퍼 회절 격자(68)에 조사된다. 웨이퍼 격자(68)는 임의의 격자일 수 있지만, 웨이퍼(10)의 이동 방향에 대해 54도 향한 축을 갖는 동일 주기의 2차원 격자가 바람직하다. 고정된 기준 격자(60)는 유사한 2차원 격자가 될 수 있다. 격자(60 및 68)는 동일주기 및 방향을 갖는 격자를 포함한다. 웨이퍼(10)의 이동 방향은 화살표(68)로 나타내었다. 화살표(69)는 X 방향의 이동을 나타낸다. 고정된 기준 격자(60)에 조사되는 빔 스플리터(50)로부터의 전자기 복사의 제1 빔 또는 부분은 대물렌즈(58)에 의해 집속되는 회절 차수(64A, 64B, 64C 및 64D)를 낳는다. 라인(64B 및 64C)는 제1 회절 차수를 나타내며, 또한 라인(64A 및 64D)은 제2 회절 차수를 나타낸다. 2개의 차수만이 렌즈(58)에 의해 집속되도록 나타내었지만, 2개의 차수 이상이 집속될 수 있다. 점선(65)은 다수-파장 조사 광원이 이용되는 경우 전자기 복사의 서로 다른 파장 또는 칼라로부터의 회절 차수를 나타낸다. 라인(64A-D)에 의해 나타낸 회절 차수는 빔 스플리터(50)로 유입되며 또한 광 섬유 집속기(72A-D 및 74A-D)로 지향된다. 이동 가능 웨이퍼 격자(68)에 조사되는 전자기 복사의 제2 빔 또는 부분은 대물렌즈(58)와 유사한 색지움 대물 렌즈(66)에 의해 회절되고 집광되며, 또한 빔 스플리터(50)로 입사된다. 개개의 회절 차수(70A-D)는 각각의 광 섬유 집속기(72A-D)중 한 집속기로 지향된다. 광 섬유 집속기(72A-72D)로부터의 합성 전자기 복사는 검출기(76A)에 의해 집광된다. 검출기(76A)는 전자기 복사를 신호 처리기(78)로 입력되는 신호로 변환시킨다. 유사하게, 광 섬유 집속기(74A-D)에 의해 집광된 전자기 복사는 검출기(76B)에 의해 검출된다. 검출기(76B)는 전자기 복사를 신호 처리기(78)로 입력되는 신호로 변환시킨다. 2개 검출기(76A 및 76B)가 예시되어 있지만, 검출기(76A 및 76B)는 검출기 어레이가 될 수 있고 또는 단일 검출기로 일체화될 수 있다. 신호 처리기(78)는 검출기(76A) 및 검출기(76B)로부터 나온 개개의 신호를 고정된 기준 격자(68)와 관련하여 웨이퍼 격자(68)의 변위 또는 오정렬을 표시하는 신호로 변환시킨다. 웨이퍼(10)가 이동되거나 또는 주사될 때, 이동 가능 웨이퍼 격자(68)와 고정된 기준 격자(60)간의 임의의 오정렬은, 공지된 방법으로 신호 처리기(78)에 의해 처리되는 비트(beat)의 발생을 낳는 위상 지연을 초래할 수 있다. 따라서, 검출기(76A 및 76B)는 모든 차수 및 칼라상에서 발생하는 순시 신호를 검출하기 위해 단순히 다중-요소 검출기일 수 있다. 그러므로, 차수에 대한 모든 정보는 스테이지 주사로부터 레이저 계측 데이터로 클록되는 간섭 비트의 위상내에 있다.
도3은 동공(pupil; 80)에서 여러 회절 차수의 관측을 개략적으로 나타낸다. 동공(80)의 평면도로부터 회절 차수는 도2에 나타낸 바와 같이 2차원 이동가능 격자(68)에 의해 생성된다. 원(82)은 특정한 칼라 또는 파장에 대한 2차원 격자의 1차원의 결과로서 제1 회절 차수를 나타낸다. 원(82A)은 다른 제2의 칼라 또는 파장에 대해 2차원 격자의 1차원 결과로서 제1 회절 차수를 나타낸다. 원(84)은 제1 파장 또는 칼라에서 2차원 격자의 1차원에 대한 제2 회절 차수를 나타낸다. 원(84A)은 제2 파장 또는 칼라에서 2차원 격자의 1차원의 결과로서 제2 회절 차수를 나타낸다. 유사하게, 원(86)은 제1 파장 또는 칼라에 대해 제1 격자와 직교하는 제2 격자에 대한 2차원 격자의 다른 차원의 결과로서 제1 회절 차수를 나타낸다. 원(86A)은 제2 파장 또는 칼라에 대해 2차원 격자의 다른 차원의 결과로서 제1 회절 차수를 나타낸다. 원(88)은 제1 파장 또는 칼라에 대해 2차원 격자의 다른 차원의 결과로서 제2 회절 차수를 나타낸다. 원(88A)은 제2 파장 또는 칼라에 대해 제2 격자에 대한 2차원 격자의 다른 차원의 결과로서 제2 회절 차수를 나타낸다. 제1 및 제2 격자는 서로 수직한 것이 바람직하며 또한 주사 또는 이동의 방향에 대해 54도의 각으로 위치된다. 다량의 정보는 격자의 회절된 차수의 진폭 및 위상에 이용할 수 있다. 2개의 차수만이 예시되어 있지만, 명확히 2개의 차수 이상이 집속될 수 있다. 2개의 다른 칼라 또는 파장에 대한 차수만이 예시되어 있지만, 명확히 그 이상이 이용될 수 있으며, 또한 전자기 복사의 적어도 4개의 불연속 파장 또는 칼라가 바람직하게 이용된다.
도4A 및 도4B는 고정된 격자에 대한 웨이퍼 격자의 이동의 결과로서 위상 변화 또는 변위를 도식적으로 나타내고 있다. 실제로 코히런트한 조사빔이 격자(68)에 조사되는데, 상기 격자(68)는 조사빔(90)으로부터 θ도의 방향으로 전달되는 회절된 전자기 복사를 초래한다. 화살표(94)는 조사 빔(90)의 회절 결과로서 평면파(92)의 전달 방향을 나타낸다. 도4B는 도4A에 관하여 X축을 따르는 격자(168)의 수평 변위의 결과로서 위상의 최종 변화를 예시한다. 도4B는 △X로 나타낸 약 1/4주기(P)로 변위된 격자(168)를 예시한다. 결과적으로, 변위되거나 또는 지연된 평면파(96)는 원래의 평면 파 위치(92)로부터 위상 변위(△φ)를 초래하는 결과를 낳는다. 따라서, 수평 위치 및 격자(168)의 정렬에 직접 관련한 이러한 위상 변위가 검출 및 측정될 수 있으며 또한 상응해서 웨이퍼가 격자(168)에 부착된다.
도5는 장치의 제조동안 웨이퍼의 공정으로 인한 웨이퍼 격자상의 비대칭 또는 코팅물과 같은 공정 변수에 상관없이, 최적의 정렬을 달성하기 위해 학습 형태로서 본 발명을 실행하는 바람직한 방법 또는 과정을 예시하는 블록도이다. 도5에서, 블록(200)은 다수의 불연속 파장을 갖는 정렬 조사광으로 격자를 갖는 제1 웨이퍼를 조사시키는 동작 또는 단계를 나타낸다. 불연속 파장은 적어도 4개이며 630과 870 나노미터사이의 영역이 될 수 있다. 블록(202)은 최적의 정렬 정보를 갖는 회절 차수와 파장을 식별하는 동작 또는 단계를 나타낸다. 최적의 정렬 정보를 결정함에 있어서, 가장 강한 신호가 이용될 수도 있고, 또는 예측된 회절 차수 또는 파장과 관련한 이전의 정보가 고려될 수 있다. 따라서, 최적의 정렬 정보 검출의 최적화는 공정 변수를 고려하여 정렬에 대한 최적의 표시를 제공하는 칼라 또는 파장과 회절 차수 모두를 선택해서 결정된다. 예를들어, 어떠한 칼라 또는 파장은 메탈 그레인 잡음, 및 다른 간섭 또는 엣지 효과에 의존하는 더 좋은 신호를 제공할 수 있다. 블록(204)은 웨이퍼의 상태를 결정하는 동작 또는 단계를 나타낸다. 블록(206)은 식별된 차수와 파장, 그리고 공정 변수로 인한 웨이퍼의 상태를 저장하는 동작 또는 단계를 나타낸다. 블록(208)은 유사한 상태 또는 공정 변수를 갖는 웨이퍼상에서 후속의 웨이퍼 공정에 이용되는 식별된 차수 및 파장을 선택하기 위해 저장된 정보를 이용하는 동작 또는 단계를 나타낸다.
상기한 공정 단계 또는 방법은 웨이퍼 공정 변수에 상관없이 가장 신뢰할 수 있는 정보를 가장 정확한 정렬을 얻는데 제공하는 특정의 파장 또는 칼라 및 회절 차수를 구해서 정렬 절차를 습득하거나 또는 최적화하는 시스템에 대해 가능하다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법의 결과로서 마스크 또는 레티클과 웨이퍼의 정렬이 정렬 정확도와 생산량을 향상시키면서 강화된다.
본 발명의 동작은 도1-5와 관련해서 용이하게 인식될 수 있다. 도1과 관련해서, 조잡한 정렬부(26)는 도2에 예시된 웨이퍼 격자(60 및 68)의 주기내에서 웨이퍼(10)와 마스크(20)사이의 정렬을 검출할 수 있다. 도2에 예시된 웨이퍼 격자(60 및 68)의 주기는 1 내지 5 미크론의 범위에 있어야 하며 또한 2.5 미크론이 바람직하다. 따라서, 도1 및 도2에 예시된 파인 정렬 센서(30)는 실제로 2.5 미크론 이하의 정렬 정확도, 또한 1나노미터 정도의 정렬 정확도를 달성하는데 이용된다. 이러한 정렬 정확도는 레티클 또는 마스크와 정렬될 웨이퍼상에 놓인 이동가능 격자(68)와 동일한 주기를 가지며 또한 매우 정밀하게 제조될 수 있는 비교적 일관성있고 정확한 기준 격자(60)를 이용해서 달성된다. 기준 격자(60)와 조잡한 정렬위치에 관하여 이동가능 웨이퍼 격자(68)의 어떠한 오정렬은 기준 신호로부터 위상변위로서 검출된다. 이 위상 변위는 스테이지 제어기(128)에 오정렬 정보를 제공하기 위해서 도2에 예시된 신호 처리기(78)에 의해 이용된다. 스테이지 제어부(128)는 도1에 예시된 웨이퍼 스테이지(12)와 마스크 스테이지(22)가 정렬을 유지하도록 이동하게 한다. 마스크 스테이지(22)의 이동은 일반적으로 기준 격자(60)가 설치되어 있는 고정 기준부(62)로부터 거리와, 도1에 예시된 조잡한 정렬부(26)에 의해 결정된 조잡한 정렬 위치에 관련된다.
본 발명은 또한 위상 측정 관점을 배제시킴으로써 숨은 이미지 계측(LIM)모드로 쉽게 변환될 수 있는 이점을 갖는다. 이것은 편광 출력 고정부(38)와 빔 스플리터(50)의 중앙 편광 부(52)의 이용에 의해 가능하다. 편광 출력 고정부(38)를 회전시킴으로써, 고정된 기준 격자(60)에 제공된 전자기 복사가 감소 및/또는 제거된다. 이것은 명령에 의해 본 발명을 숨은 이미지 계측 센서로 변환하는 이점을 갖는다. 숨은 이미지 계측은 여러 숨은 격자 이미지에 대해 여러 차수 강도를 비교해서 여러 임계 차원 에러, 비대칭 및 수차를 감소시키는 어떤 응용에서 바람직스러운 공지된 특징이다. 따라서, 어떤 응용에서 정렬 센서를 숨은 이미지 계측 센서로 변환시키는 능력이 유용하다.
본 발명의 정렬 센서에서 기준 위상은 고정된 격자(60)로부터 생긴다. 각각의 차수와 파장에 대해, 대물 렌즈(58)는 기준 격자(60)로부터 코히런트하며 단색의 빔을 평행하게 한다. 임의의 이런 기준 차수는 빔 스플리터(50)에 의해 생성된 동일 파장의 빔으로 위상 로킹된다. 이러한 빔은 웨이퍼 격자(68)를 검사하며 또한 같은 기하형상으로 회절된다. 웨이퍼(10)가 X-방향으로 주사되기 때문에, 위상 지연이 변할 수 있으며 또한 간섭 비트가 발생할 수 있다. 무손실 코팅물(54)의 이용에 따라, 동일 회절 차수의 직교 빔의 비트가 에너지의 보존 때문에 보상되어야만하며 그 결과 어딘가에서 검출되는 빛 또는 전자기 복사가 항상 상존한다. 임의의 간섭계에 의한 것처럼 위상은 임의이지만, 차이는 중요하다. 정렬 센서는 모듈로 2 파이 에러, 또는 한 전체 파장의 변화로 인한 어떤 모호성을 없애기 위해 조잡한 정렬의 이용으로 위상차를 측정한다. 본 발명의 이점은 기준 격자(60)가 항상 동일한 예측가능 회절 효율을 갖는다는 것이다. 그러나, 웨이퍼 격자(68)는 차수들사이에서 효율 손실 및 재 분배를 갖는다. 어떤 응용에서, 이것은 최고 무늬 콘트라스트에 대한 기준 진폭의 균형을 잡는데 이용될 수 있다. 위상변화 없이 이러한 균형을 잡는 능력을 제공하기 위해, 빔 스플리터(52)의 중앙부(52)는 편광될 수 있지만, 빔 스플리터(50)의 나머지 부분은 진폭 분할 코팅물이다. 따라서, 편광 출력 고정부(38)를 회전시킴으로써, 어떤 불필요한 광 손실없이 균형이 달성될 수 있다. 이것은 조사된 광원(34)과 관련된 편광 출력 고정부(38)를 트위스트(twist)해서 달성된다. 부가적으로, 편광 출력 고정부(38)는 진폭을 0으로 떨어뜨리고, 또한 이미 논의한 숨은 이미지 계측 모드를 효과적으로 생성하는 데 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 제조용 포토리소그래피에 이용되는 마스크와 웨이퍼사이의 정렬을 향상시키는데 많은 이점을 갖는다. 고정된 기준 격자의 이용은 이용된 개개의 마스크 또는 레티클상에 고 품질의 격자를 위치시키는데 불필요하다. 분리 및 별개의 마스크 정렬 마스크가 허용된다. 덧붙여서, 본 발명의 정렬 센서는 숨은 이미지 계측 이용을 위해 쉽게 변환될 수 있다. 부가적으로, 다수 파장의 이용은 여러 공정 변수와 비대칭에 따라 검출 및 정렬을 최적화하는 방법에서 가능한 결과를 만들었으며 그에 의해 생산량이 확대된다.
본 발명은 반도체소자의 제조에서 간섭계 장치를 이용하여 포토리소그래피에 사용되는 마스크 및 웨이퍼가 공정변수에 상관없이 서로 정렬이 이루어지도록 하며, 또한 여분의 정렬 정보를 제공하게 된다.
바람직한 실시예가 예시되고 기술되었지만, 본 기술에 숙련된 당업자에 의해 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 여러 변형이 수행될 수 있음은 명백하 다.

Claims (20)

  1. 조사 광원으로부터 전자기 복사를 수광하는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제1 부분을 수광하기 위해 위치된 고정 격자;
    상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제2 부분을 수광하기 위치된 이동 가능 격자;
    상기 고정 격자 및 상기 이동 가능 격자로부터 회절된 전자기 복사를 수광하는 상기 빔 스플리터에 인접해서 위치된 검출기; 및
    상기 검출기와 연결된 신호 처리기;를 포함함으로써, 상기 고정 격자 및 상기 이동 가능 격자간의 상대 정렬이 검출되는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사 광원은 다수의 불연속 파장으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 불열속 파장은 4개를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정 격자 및 이동가능 격자는 2차원 격자인 것을 특징으로하는 정렬 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 편광 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 진폭 분할 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조사 광원에 연결된 편광 출력 고정부; 및
    상기 빔 스플리터상의 중앙 편광 부;를 더 포함함으로써, 숨은 이미지 계측 모드가 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고정 격자 및 상기 이동가능 격자는 동일한 주기인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주기는 1 내지 5 미크론 사이에 있는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고정 격자는 웨이퍼상에 위치되며 또한 상기 고정 격자는 마스크상에 위치되는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  11. 고정된 기준;
    상기 고정된 기준에 대하여 이동할 수 있는 마스크 스테이지;
    상기 고정된 기준에 대하여 이동할 수 있는 웨이퍼 스테이지;
    실질적으로 코히런트한 조사 광원으로부터 전자기 복사를 수광하는 빔 스플리터;
    상기 고정된 기준에 부착되며 또한 상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제1 부분을 수광하기 위해 위치된 고정 격자;
    상기 웨이퍼 스테이지에 위치된 웨치퍼에 부착되며 또한 상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제2 부분을 수광하기 위해 위치된 이동가능 격자;
    상기 고정 격자 및 상기 이동가능 격자로부터 회절된 전자기 복사를 수광하는 상기 빔 스플리터에 인접하여 위치된 검출기;
    상기 검출기에 연결되어 위상차를 식별함으로써 상기 고정 격자와 상기 이동가능 격자간의 상대 정렬을 검출하는 신호 처리기; 및
    상기 신호 처리기와 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지에 연결되어 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지의 상대 위치를 제어하는 스테이지 제어부;를 포함함으로써, 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지간의 정렬이 유지되는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실질적으로 코히런트한 조사 광원은 다수의 불연속 파장으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 회절 차수를 식별하는 정보를 저장하는 저장 수단, 다수의 불연속 파장, 및 상기 고정 격자와 상기 이동가능 격자의 정렬에 대한 최적의 검출을 위한 웨이퍼 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 웨이퍼 상태에 의존하는 정렬의 검출을 최적화하기 위해 상기 저장 수단내의 정보로부터 선택하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 정렬 센서.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 고정 격자와 상기 이동가능 격자는 2차원 격자인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  16. 다수의 불연속 파장을 갖는 실질적으로 코히런트한 조사 광원;
    상기 코히런트한 조사 광원과 결합됨으로써, 상기 코히런트한 조사 광원으로부터의 전자기 복사의 편광이 선택적으로 제어되는 편광 출력 고정부;
    고정된 기준;
    상기 고정된 기준에 관하여 이동할 수 있는 마스크 스테이지;
    상기 고정된 기준에 관하여 이동할 수 있는 웨이퍼 스테이지;
    상기 실질적으로 코히런트한 조사 광원으로부터 전자기 복사를 수광하는 빔 스플피터;
    상기 빔 스플리터의 중앙부에 위치된 편광 코팅물;
    상기 고정된 기준에 부착되며 또한 상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제1 부분을 수광하기 위해 위치된 고정 격자;
    상기 웨이퍼 스테이지에 위치된 웨이퍼에 부착되며 또한 상기 빔 스플리터로부터 상기 전자기 복사의 제2 부분을 수광하기 위해 위치된 이동 가능 격자;
    상기 고정 격자와 상기 이동가능 격자로부터 회절된 전자기 복사를 수광하는 상기 빔 스플리터에 인접하여 위치된 검출기;
    상기 검출기에 연결되어 위상 차를 검출함으로써, 상기 고정격자와 상기 이동가능 격자간의 상대 정렬이 검출되는 신호 처리기; 및
    상기 신호 처리기와 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지와 연결되어 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지의 상대 위치를 제어하는 스테이지 제어부;를 포함함으로써, 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지간의 정렬이 유지되는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고정 격자와 상기 이동가능 격자는 2차원 격자인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  18. 포토리소그래피로서 마스크와 웨이퍼를 정렬하는 방법에 있어서.
    다수의 불연속 파장을 갖는 정렬 조사 광으로 웨이퍼 격자를 지닌 웨이퍼를 조사하는 단계;
    다수의 불연속 파장을 갖는 상기 정렬 조사광으로 고정 격자를 조사하는 단계;
    상기 웨이퍼 격자와 고정 격자로부터 회절된 전자기 복사로부터 최적의 정렬 정보를 제공하는 회절 차수와 파장을 식별하는 단계;
    상기 웨이퍼의 상태를 결정하는 단계;
    상기 식별된 회절 차수와 파장과 웨이퍼의 상태에 관한 정보를 저장하는 단계; 및
    회절 차수와 파장을 선택하고 나서 유사한 웨이퍼 상태하에 후속하는 웨이퍼 처리에 이용하기 위해 상기 저장된 정보를 이용하는 단계;를 포함함으로써, 후속하는 웨이퍼 처리에 필요한 정렬이 실질적으로 개선될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 불연속 파장은 4개인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 불연속 파장은 780 나노미터와 870 나노미터사이의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
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