KR100602917B1 - 리소그래피장치, 디바이스 제조방법 및 이에 따라 제조된디바이스 - Google Patents

리소그래피장치, 디바이스 제조방법 및 이에 따라 제조된디바이스 Download PDF

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토이니센파울루스안토니우스안드레아스
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명에 따라, 각 기계간의 레벨센서 공정의존성을 보정하기 위하여 적어도 2개의 리소그래피 투영장치의 레벨센서 캘리브레이팅 방법은, 제1리소그래피 투영장치를 사용하여 기준기판에 대한 제1세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 제2장치를 사용하여 기준기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 처리된 기판에 대하여 상기 제2장치를 사용하여 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 및 상기 제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 상기 선택된 공정에 대한 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 한 세트의 레벨센서파라미터들을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

리소그래피장치, 디바이스 제조방법 및 이에 따라 제조된 디바이스 {Lithographic Apparatus, Device Manufacturing Method, and Device Manufactured Thereby}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 도면,
도 2는 레벨센서에러에 대한 다양한 기여자(contribution)를 나타내는 개략도,
도 3a 내지 도 3c는 공정의존성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은,
- 방사선투영빔을 공급하는 방사선시스템;
- 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
- 기판을 잡아주는 기판테이블;
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 관한 것이다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.
- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배 열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패 터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)"으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/ 또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.
투영렌즈의 초점면에 기판테이블을 정확하게 위치시키기 위하여, 레벨센서가 사용된다. 리소그래피 투영장치에 사용되는 레벨센서는 적어도 2가지 종류의 공정의존성(process dependency)의 지배를 받는다. 공정의존성은 측정된 기판이 어떻게 처리되었는가에 따라 레벨센서 측정이 상이한 결과를 제공하게 되는 에러의 종류이다. 예를 들어, 레지스트 코팅된 기판은 실제로 그것이 완전히 평탄한데도(즉, 기울어지지 않았어도) 레벨센서에는 기울어진 것으로 보일 수도 있다. 마찬가지로, 레지스트의 표면이 기판의 표면과 정확히 동일한 높이에 있는 경우에도, 레벨센서가 두 기판이 상이한 높이를 갖는 것으로 측정할 수 있다. 첫번째 종류의 에러는 경사공정의존성으로 알려져 있고 두번째 종류의 에러는 높이공정의존성으로 알려져 있다.
또한, 명백히 동일한 웨이퍼처리기계가 주어진 공정에 대하여 상이한 경사공정의존성 및/또는 높이공정의존성을 나타낼 수 있다. 즉, 특정공정에 따라 처리된 특정기판에 대하여, 측정된 높이 및/또는 공정의존성이 기계마다 변할 수도 있다. 이것은 또한 상이한 종류의 기계에서도 마찬가지이다. 제조설비에서는, 일반적으로 많은 기계가 특정공정을 수행하도록 가동되고 있다. 이러한 각 기계간의 의존성을 측정하고 보정하는 유용한 방법은 각 공정을 위한 모든 기계에 대하여 FEM(focus energy matrix; 초점에너지행렬)을 수행하는 것이다. FEM( 및 외부장치에 대한 그들의 정보)은 시간소모적이고 각 공정을 위한 각 기계에 대하여 이를 수행하는 것은 기계의 가동휴지시간을 늘려 손해를 보게 한다. 따라서, 이것은 모든 공정을 위한 모든 기계에 대하여 완전한 초점에너지행렬을 측정하지 않고도 각 기계간의 공정의존성에서의 차이를 나타내는 것이 도움이 될 수 있다.
본 발명의 목적은 각 공정을 위한 각각의 기계에 대하여 FEM을 수행하지 않고도 각 기계간의 레벨센서 공정의존성의 차이를 보정할 수 있도록 적어도 2개의 리소그래피 투영장치의 레벨센서를 캘리브레이팅하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적은 서두에 명기된 바와 같이 본 발명에 따른 리소그래피장치에 의하여 달성되며, 상기 장치는,
제1리소그래피 투영장치를 사용하여 기준기판에 대한 제1세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단;
상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단;
제2장치를 사용하여 기준기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단;
상기 제2장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단; 및
제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 선택된 공정에 대한 각 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 한 세트의 레벨센서파라미터를 산출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,
상기 묘화하는 단계 이전에, 묘화를 조정하기 위한 한 세트의 공정의존파라미터를 제공하고,
상기 파라미터는,
제1리소그래피 투영장치를 사용하여 기준기판에 대한 제1세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
제2장치를 사용하여 기준기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
상기 제2장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 및
제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 선택된 공정에 대한 각 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 세트의 레벨센서파라미터를 산출하는 단계에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선과 EUV(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위에 있는 극자외선) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
· 방사선(예를 들어, EUV, DUV, 전자빔 또는 X레이방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex,IL), (이 경우에는 특별히 방사원(LA)도 포함한다);
· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀 더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);
· 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는)타겟부(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템 ("렌즈")(PL)(예를 들어, 카타디옵트릭, 굴절, 반사 및/또는 회절요소)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.
방사원(LA)(예를 들어, 레이저, 램프, X레이, 이온 또는 전자원)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 맞바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다. 묘화시에, 레티클 및 기판은 레티클정렬마크(M1, M2) 및 기판정렬마크(P1 , P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
도시된 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 그 후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
리소그래피장치의 묘화품질에 영향을 주는 중요한 요인은 기판상에 포커싱되는 마스크이미지의 정확성이다. 실제로, 투영시스템(PL)의 초점면의 위치를 조정하는 범위가 제한되고, 상기 시스템의 초점심도가 작기 때문에, 이것은 웨이퍼(기판)의 노광영역이 투영시스템(PL)의 초점면에 정확하게 위치되어야만 한다는 것을 의미한다. 이렇게 하기 위하여, 투영시스템(PL)의 초점면의 위치와 웨이퍼의 최상면의 위치 모두가 알려져 있는 것이 바람직하다. 웨이퍼는 고도의 평탄도로 폴리싱되지만, 그럼에도 불구하고 초점정밀도에 영향을 주기에 충분할 만큼 두드러진 정도로 완전히 평탄하지는 않은 굴곡이 웨이퍼표면에 발생할 수 있다. 비평탄은 예를 들어, 웨이퍼두께의 변화, 웨이퍼형상의 일그러짐 또는 웨이퍼홀더상의 오염물에 의하여 발생할 수 있다. 선행 공정단계로 인한 구조체의 존재는 또한 웨이퍼높이(평탄도)에 막대한 영향을 미친다. 본 발명에서는, 비평탄의 원인은 크게 문제가 되지 않는다. 본문에서 별다른 요구가 없다면, 이하에서는 마스크이미지가 투영될 웨이퍼상의 최상면을 "웨이퍼표면"이라 부른다.
레벨센서의 동작의 일례에서, 레벨센서는 복수의 위치에서 물리적 기준면의 수직(Z)위치 및 웨이퍼표면의 수직위치(ZLS)를 측정하고, 동시에 제2센서 예를 들어, Z간섭계는 동일한 지점에서 기판테이블의 수직위치(ZIF)를 측정한다. 웨이퍼표면의 높이는 ZWafer=ZLS-ZIF로 결정된다. 그런 다음, 웨이퍼를 가지고 있는 기판테이블이 노광스테이션으로 이송되고 물리적 기준면의 수직위치가 다시 측정된다. 그런 다음, 높이맵은 노광공정시에 정확한 수직위치에 웨이퍼를 위치시키는데 참조된다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 레벨센서의 일례는 미국특허 제 5,191,200호 및 2000년 3월 6일에 출원된 미국특허출원 제 09/519,875호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에서 참조자료로 채택되고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 레벨센서측정에서 측정에러에 대한 많은 기여자가 있다. 설명적인 예시에서, 공기받침부(20)는 베이스(22)상에 제공된다. 베이스 자체는 본래의 경사를 가질 수 있다. 또한, 베이스의 비평탄도(24)(지세(topology))는 공기받침부(20)가 베이스(22)상에 어떻게 놓여지는 지에 따라 좌우되는 부가적인 국부 경사를 야기시킬 수 있다. 공기받침부는 한 세트의 척 액추에이터(도시되지 않음)에 의하여 척에 결합된다. 척 액추에이터는 그 자체가 약간의 경사(26)를 가질 수 있어서, 소정의 액추에이터가 부적절하게 작동되는 경우에는 경사를 더욱 증가시킬 수 있다. 척(28) 자체는 지세(30) 및 경사 모두에서 완전히 평탄하지 않을 수도 있다. 척(28)이 완전히 평탄하지 않다면, 이것은 웨이퍼(32)의 비평탄도로 옮겨갈 수 있다. 또한, 웨이퍼(32) 자체가 평탄하지 않을 수도 있고, 이것은 쐐기형상 또는 여타의 지세를 가질 수 있다. 이들 모 든 기여자의 결과로, 레벨센서는 웨이퍼의 표면이 그것의 실제 높이(ha)와는 상이한 높이(hm)에 있는 것으로 측정할 수 있다. 또한, 이것은 실제 경사(ta)와는 상이한 경사(tm)를 측정할 수도 있다. 이러한 높이 및 경사측정에서의 에러는 묘화방사선의 초점면을 잘못된 평면에 위치시킬 수 있어, 묘화장치의 해상도를 떨어뜨린다. 또한, 도 2에서 알 수 있듯이, 측정된 경사가 기판의 실제 경사와 반대라면, 척에 가해지는 어떠한 경사보정도 실제로는 이를 보정한다기 보다는 악화시킬 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 2가지 종류의 공정의존성의 예를 개략적으로 나타낸다. 우선, 미가공 기판(40)이 물리적인 높이(h)에 위치되는 한편, 처리된 기판(42), 이 경우에는 포토레지스트(44)층으로 코팅된 기판이 동일한 물리적 높이(h)에 위치된다. 이론적인 이상적 높이측정시스템은 미가공 기판의 표면이 처리된 기판의 레지스트표면과 정확하게 동일한 높이에 있도록 정해지는 것이다. 그러나, 실제로 원래 기판(40)의 측정된 높이(ha)는 처리된 기판(42)의 측정된 높이(hb)와 약간 차이가 난다(ha는 공정의존성 이외의 측정에러를 나타내기 위하여 h와 약간 상이하게 도시된다). 또한, 처리된 기판(42)의 측정값(m)은 도 3c에 예시된 바와 같이 약간의 경사를 나타내고, 더더욱 물리적인 높이(h)와 상이한 평균높이(hc)를 나타낼 것이다.
도 3a 내지 도 3c에서, 좌표는 평탄한 기판이 XY평면에 놓여지고 Z방향이 XY평면과 수직으로 연장하도록 도시된다. 이러한 좌표계를 이용하면, 공정의존성은 Z방향의 변위, Y축에 대한 회전 및 X축에 대한 회전의 3가지 파라미터를 이용하여 특성화될 수 있다. 이들 3가지 파라미터는 전체적으로 기판을 특성화시키는 한 세트의 파라미터를 생성하기 위하여, 기판의 표면상의 복수의 지점에서 측정될 수 있다. 측정된 지점의 수는 소정의 해상도를 제공할 수 있도록 선택될 수 있고, 예를 들어, 기판상의 쇼트(shot)영역의 개수에 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 예시에서, 특정 공정은 한 쌍의 기계에 대하여 특성화된다. 각각의 기계(MA, MB)에 대하여, 기준기판에 대한 높이측정(z1 ) 및 특성화될 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2높이측정(z2)이 이루어진다. 측정은 기판의 표면상의 일련의 지점(x, y)에서 이루어질 수 있고, 한 세트의 △z(x, y)는 각 지점(x, y)에 대하여 간단하게 z2에서 z1뺄셈하여 산출될 수 있다. 이러한 세트는 상기 기계에 대한 (실제(non-ideal) 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 두께차를 포함하는)높이 공정의존성의 맵에 대응한다. 유사하게는, 한 세트(Rx, Ry)의 측정이 각 기계에 대하여 이루어질 수 있다. 데이터세트들이 본문에 설명되었지만, 일련의 지점들 보다는 단일 지점(x, y)에서 측정을 수행하는 것이 충분할 수도 있다. 이러한 단일 지점은 단지 하나의 멤버만을 갖는 세트로 간주되어야 한다.
일례에서는, 기준기판은 미가공 기판 또는 캘리브레이션 코팅된 기판일 수 있으며, 이는 공정의존성을 전혀 갖지 않는 것으로 생각하기 때문이다. 대안적으로, 기준기판은 예를 들어, FEM과 같은 여타의 방법을 이용하여 특성화된 어떠한 사전설정된 방법으로 처리된 기판일 수도 있다. 이러한 처리된 기준기판에 있어서, 일단, 기판에 대한 공정의존성이 알려지면, 이것은 바로 그대로 다른 종류의 기준기판으로 사용될 수 있다. 이하의 수학식에는, "처리되지 않은"이라는 용어가 사용되지만, 본문에 기술된 바와 같이, 수학식은 다른 어떤 종류의 기준기판을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
주어진 레벨센서는 소정의 장치에서 변화할 수 있는 개별적인 스폿크기를 가진다. 레벨센서데이터는 어떤 경우에는, 스폿크기에 의하여 변화시키는 것으로 알려져 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예는 특성화될 각 리소그래피장치내에서 실질적으로 동일한 스폿크기를 갖는 레벨센서를 채택한다. 어떤 경우에는, 스폿크기가 큰 영향을 주지 않아, 각각의 리소그래피장치가 상이한 레벨센서의 스폿크기를 가질 수도 있다.
그런 다음, 수집된 데이터는 이하의 수학식 1 내지 3에 의하여 이해될 수 있다.
Figure 112003014229915-pat00001
Figure 112003014229915-pat00002
Figure 112003014229915-pat00003
수학식 1은 하나는 처리되고 하나는 처리되지 않은 한 쌍의 기판에 대하여 측정된 델타(Z)는, 두께차에 처리된 기판의 레벨센서측정의 높이공정의존성을 더하 고, 검출기노이즈와 관련된 한 에러인자와 드리프트로 인한 나머지 에러인자의 2가지 에러인자를 더한 것과 동일하다. 수학식2 및 수학식3은 유사하고, 축선 주위를 회전할 때의 측정된 변화값은 처리된 기판의 쐐기(wedge)에서 처리되지 않은 기판의 쐐기를 뺀 값에 경사공정의존성과 노이즈 및 드리프트에 관한 에러인자를 더한 것과 동일하다.
그런 다음, 수학식 4, 5, 6이 측정된 공정에 대한 2가지 기계에 관하여 사용될 수 있다.
Figure 112003014229915-pat00004
수학식4에서, εprocessed 및 εreference은 측정된 두께에서의 전체 에러이며, 각각의 기계 M1, M2에 대한 값을 각각 가진다.
Figure 112003014229915-pat00005
Figure 112003014229915-pat00006
또한, 한 그룹의 각각의 기계에 대한 2세트의 측정값을 만들어낸 후에, 소정의 2가지 기계가 수학식 4, 5, 6을 이용하여 비교될 수 있다. 일단, 데이터의 세 트가 수집되고 수학식이 구해지면, 그 결과값은 각각의 노광이 최적 초점면에서 또는 그 근처에서 이루어질 수 있도록 장치의 초점면을 조정하는데 사용될 수 있다. 2이상의 장치가 유사한 유형으로 특성화될 수 있도록 각각의 기준기판과 처리된 기판에 대한 추가 세트의 데이터가 추가 장치에 대하여 측정될 수 있다. 다중 장치의 특성화에 있어서, 예를 들어, 제3장치는 제1장치 및 제2장치 중의 어느 하나 또는 두 장치의 조합과 비교될 수 있다.
어떤 환경에서는, 높이공정의존성이 2가지 경사공정의존성 중 어느 하나보다도 더 큰 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 경우에는, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 측정되는 각 지점에 대한 높이측정값을 측정하는데만 사용될 수도 있다. 발명자는 대략 950nm미만의 파장을 갖는 광을 이용함으로써 레벨센서 공정의존성이 더욱 감소될 수 있다고 판정하였다.
기계 드리프트에 대하여 보정될 수 있도록 드리프트 캘리브레이션이 만들어질 수 있다. 또한, 노이즈에러는 일련의 측정값의 평균을 내어 감소될 수 있다. 2가지 기술 모두를 채택하면, 각 수학식의 에러(ε)부분은 기본적으로 공정의존성들을 캡처하는 측정값을 남겨놓고는 매우 낮은 레벨로 감소될 수 있다. 실제로, 이들 보정은 FEM보다 매우 높은 정밀도를 가지는 측정을 제공할 수 있는 한편, 측정을 하는데 필요한 전체 시간을 크게 감소시킨다. 드리프트 보정방법의 일례에서, 다중 측정은 각각의 기판에 대하여 각각의 장치상에서 이루어지며, 측정들 사이에서 2개의 기판이 교대로 바뀐다. 생성되는 데이터지점들이 드리프트곡선을 나타내도록 도시될 수 있다. 실험적으로 정해진 곡선은 드리프트데이터를 외삽하는데 사용될 수 있으며, 어떤 경우에는, 함수가 곡선에 일치할 수도 있으며 예상되는 드리프트를 산출하는데 사용될 수도 있다.
다중 기준기판이 감소된 에러를 제공하기 위하여 채택될 수 있음을 유의하여야 한다. 또한, 측정될 기판은 레벨링 이전에 복수의 상이한 각도로 정렬될 수 있음을 유의하여야 한다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 단지 설명적인 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해할 것이다. 상기 설명은 본 발명을 한정하지 않는다.
본 발명에 따르면, 각 공정을 위한 각각의 기계에 대하여 FEM을 수행하지 않고도 각 기계간의 레벨센서 공정의존성의 차이를 보정할 수 있다.

Claims (12)

  1. 각 기계간의(machine to machine) 레벨센서 공정의존성을 보정하기 위하여 적어도 2개의 리소그래피 투영장치의 레벨센서를 캘리브레이팅하는 방법에 있어서,
    상기 캘리브레이팅은,
    제1리소그래피 투영장치를 사용하여 기준기판에 대한 제1세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    제2장치를 사용하여 기준기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    상기 제2장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 및
    상기 제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 상기 선택된 공정에 대하여 각 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 한 세트의 레벨센서파라미터들을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준기판은 미가공(bare) 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준기판은 그 위에 캘리브레이션 레지스트(resist)를 가지고 있는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준기판은 사전설정된 공정에 따라 처리된 기판이며, 사전설정된 각 기계간의 공정의존성을 특성화하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    제3장치를 사용하여 상기 기준기판에 대한 제5세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    상기 제3장치를 사용하여 추가 측정을 실시하는 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제6세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 및
    상기 제5세트 및 제6세트의 레벨링데이터를 구비한 상기 제1세트 및 제2세트의 레벨링데이터 및/또는 제3세트 및 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 상기 선택된 공정에 대한 각 기계간의 레벨센서차에 대응하는 한 세트의 레벨센서 파라미터를 산출하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 측정된 기판상에 있는 각각의 복수의 지점들에서 복수의 측정을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 측정된 기판상에 있는 각각의 측정된 지점에서 복수의 측정을 하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 기판은 측정들 사이에서 번갈아 바뀌는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 측정시에 척상에 기판을 로딩하고 측정들 사이에서 기판을 척상으로 리로딩하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 각각의 레벨센서가 개별적인 스폿크기 및 실질적으로 크기가 동일한 각각의 개별적인 스폿크기를 갖는 각 장치의 레벨센서를 이용하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 방사선감응재층을 가진 기판의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 묘화시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,
    상기 묘화하는 단계 이전에, 묘화를 조정하는 한 세트의 공정의존파라미터를 제공하고,
    상기 파라미터는,
    제1리소그래피 투영장치를 사용하여 처리되지 않은 기판에 대한 제1세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    제2장치를 사용하여 상기 처리되지 않은 기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계;
    상기 제2장치를 사용하여 상기 처리된 기판에 대한 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 단계; 및
    상기 제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 상기 선택된 공정에 대하여 각 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 레벨센서파라미터의 세트를 산출하는 단계에 의하여 정해지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  11. 제10항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
  12. - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
    - 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 잡아주는 기판테이블;
    - 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 있어서,
    상기 장치는,
    제1리소그래피 투영장치를 사용하여 기준기판에 대한 제1세트의 레벨링데이 터를 측정하는 수단;
    상기 제1장치를 사용하여 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제2세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단;
    상기 제2장치를 사용하여 기준기판에 대한 제3세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단;
    상기 제2장치를 사용하여 상기 선택된 공정에 따라 처리된 기판에 대한 제4세트의 레벨링데이터를 측정하는 수단; 및
    상기 제1, 제2, 제3, 제4세트의 레벨링데이터를 이용하여, 상기 선택된 공정에 대한 각 기계간의 레벨센서의 차이에 대응하는 한 세트의 레벨센서파라미터를 산출하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
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