KR100606495B1

KR100606495B1 - 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR100606495B1
Application number: KR1020040009747A
Authority: KR
Inventors: 판데르초우브게르브란트
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2006-08-01
Also published as: JP3978191B2; CN1521568A; US20040179181A1; US6891598B2; SG138445A1; TW200424804A; JP2004260163A; KR20040074005A; CN100451833C; TWI294561B

Abstract

리소그래피투영장치는,

- 사용시에, 패터닝된 빔으로서 필요한 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단;

- 기판을 잡아주는 기판테이블(WS);

- 패터닝수단의 위치에 대하여 기판위치를 검출하는 기판 정렬시스템(MS);

- 1이상의 격자(MAR)를 포함하는 기판을 포함하되, 상기 1이상의 격자(MAR)는 회절 길이를 가지며 상기 회절 길이에 걸쳐 입사 광학빔(IB; IB2)과의 상호작용에 의하여 구성 회절빔(DB1, DB2)의 1이상의 회절차수를 생성하도록 배치되고;

- 입사 광학빔(IB; IB2)을 생성하는 소스 및 센서 디바이스(DET)상에 1이상의 회절차수를 묘화하는 광학 디바이스(1)를 포함하는 상기 기판정렬시스템(MS);

- 구성 회절빔(DB1, DB2)이 통과하도록 하는 사전설정된 위치에 어퍼처(PH1, PH2)를 구비한 어퍼처수단(TA)을 포함하는 광학 디바이스(1)를 포함하며,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 레벨에서 회절빔 직경(BD1, BD2)을 가지며, 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각의 상기 회절빔 직경(BD1, BD2)은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 직경보다 크다.

Description

경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스 및 방법{Device and method for wafer alignment with reduced tilt sensitivity}

도 1은 리소그래피투영장치를 도시하는 도면;

도 2는 리소그래피투영장치의 웨이퍼 정렬시스템에 사용되는 광학 디바이스를 개략적으로 도시하는 도면;

도 3은 웨이퍼상에 경사지지 않은 마커의 정렬시, 도 2의 광학 디바이스를 개략적으로 도시하는 도면;

도 4는 웨이퍼상에 경사진 마커의 정렬시, 도 2의 광학 디바이스를 개략적으로 도시하는 도면;

도 5는 본 발명에 따라 기판상에 경사진 마커의 정렬시, 리소그래피투영장치의 웨이퍼 정렬시스템에서 사용되는 광학 디바이스를 개략적으로 도시하는 도면;

도 6은 본 발명의 사용과 관련하여 웨이퍼의 경사에 대한 검출의 감응성을 나타낸 다이어그램;

도 7은 마커길이의 함수로서 상대적인 경사 감응성을 나타낸 다이어그램.

본 발명은 청구항 제1항의 서두문에 정의된 바와 같이 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스를 포함하는 리소그래피투영장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제6항의 서두문에 서술된 바와 같이, 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템, 필요한 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체, 기판을 유지하는 기판테이블, 및 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치의 분야에 바람직한 적용을 제시한다.

여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.

- 프로그램가능한 거울어레이. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울어레이의 대안적인 실시예는 적절히 국부화된 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1이상의 프로그래밍가능한 거울어레이를 포함할 수 있다. 이러한 거울어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

- 프로그래밍가능한 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타 겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다 이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학, 반사광학 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다.

더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용 참조되고 있다.

리소그래피 공정동안, 마스크상의 마스크패턴으로 처리될 웨이퍼의 정렬은 기판상의 피처들의 정확한 형성을 위해 가능한 한 정밀하여야 하며, 이 모든 피처 들은 특정 공차내의 크기를 가져야 한다. 이 때문에, 리소그래피투영장치는 주어진(특정) 공차내의 마스크 및 마스크 패턴을 갖는 기판의 정렬을 위해 제공하는 웨이퍼 정렬모듈을 포함한다. 웨이퍼 정렬시스템은, 통상적으로 광학 수단에 기초하여 정렬을 실행한다. 웨이퍼의 위치 또는 웨이퍼의 일부는, 광원에 의하여 조명되는 광학마커로부터의 광학 반응을 측정함으로써 판정된다. 예를 들어, 레이저 빔에 의하여 격자가 조명되고, 상기 레이저 빔은 상기 격자로부터 회절하며, 통상적으로 기준평면상에 위치되는 각각의 센서(예를 들어 검출기 어레이)에 의하여 1이상의 회절차수가 측정된다. 센서의 출력을 이용하면, (기준평면에 대하여) 웨이퍼의 위치가 유도될 수 있다.

종래 기술에서는, 케플러식 망원경을 이용하는 격자에 기초한 웨이퍼 정렬시스템이 공지되어 있다. US 4,251,160호는, 기준에 대하여 웨이퍼의 정렬에 관한 정보를 얻기 위해 격자에 의하여 생성된 회절빔을 1이상의 검출기상에 묘화시키는 케플러식 망원경을 포함하는 웨이퍼 정렬시스템을 개시한다.

웨이퍼(일부)상의 마커로부터의 신호는 기준평면상의 망원경시스템에 의하여 투영된다. 이미징 조건을 이행하기 위해서는, (마커가 위치된) 대물 평면이 이미지의 켤레면이어야 한다. 마커가 대물 평면에 대하여 경사진 경우, 대물 평면내에 있지 않은 웨이퍼상의 마커는 기준평면내에서 시프트를 나타낸다는 것이 단점이다. 상기 시프트는 마커의 디포커스로 인한 것이며, 포커스내(즉, 대물 평면내)의 경사진 마커는 웨이퍼 정렬시스템의 기준평면내에서 시프트를 나타내지 않게 된다.

더욱이, 종래 기술의 케플러식 망원경에서는, 망원경 렌즈 사이에 위치되는 다이어프램 어퍼처(즉, 핀홀)가 적용된다. 상기 다이어프램은 센서에 도달하는 표유광을 감소시키는 역할을 함에 따라, 투영된 이미지의 시차(parallax)도 감소시키는 역할을 한다. WO97/35234호는 경사지지 않은 이상적인 격자의 경우에서 각각의 회절차수의 포커스가 예상되는 중간 포커스면내의 사전설정된 위치들에 위치된 복수의 핀홀을 포함하는 다이어프램을 구비한 웨이퍼 정렬시스템을 개시한다. 종래 기술에서, 이 구성은 각각의 개별 차수로부터의 정보를 얻기 위해 회절 차수의 공간 필터링에 사용된다.

반도체 제조 공정중에, 웨이퍼는 어닐링, 에칭, 폴리싱 등등과 같은 복수의 처리를 거치며, 이는 마커의 거칠기(roughness)(마커내의 후퇴 영역 및/또는 마커의 휨)를 유발하기 쉽다. 이러한 마커 거칠기는 마커의 제어되지 않는 (국부적인) 경사를 유도하여, 결과적으로는 디포커스된 마커에 대하여 기준평면상의 마커 이미지의 시프트를 유도할 수 있다. 경사와 디포커스의 조합은, 반도체 디바이스의 구성에 있어서 오버레이 오차에 영향을 줄 수 있는 이미지의 위치 오차를 유발한다. 바람직하지 않은 시프트를 억제하려면, 기준 마커는 고정밀도로 대물 평면에 놓여져야만 한다(포커스 캘리브레이션(focus caliblration)). 이러한 포커스 캘리브레이션은 매우 중요하며, 이는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

통상적으로, 종래 기술의 웨이퍼 정렬시스템은 100마이크로미터 정도급의 디포커스를 가진다. 웨이퍼상의 격자(즉, 마커)는 적어도 100μ㎭급의 경사각을 통상적으로 나타낸다. 이러한 경사각은 대부분 웨이퍼의 표면 평탄성으로 인한 것이며, 이는 제조 공정에 의하여 유도된 약간의 거칠기를 나타낸다. 따라서, 경사각 은 무작위로 변할 수 있으며, 상기 주어진 형태는 평균 추정치이다.

디포커스 및 경사각에 대한 이러한 값을 갖는 종래 기술의 웨이퍼 정렬시스템은 정렬의 정확성 또는 위치 오차가 20㎚(또는 3.5㎛/degree)이다.

마커의 경사는 마커에 의해 생성된 주어진 회절 차수로 인해 (경사없는 마커의 상황에 대하여) 회절각의 시프트를 유발할 것이다. 다이어프램을 이용하면, 이는 사전결정된 핀홀에 대한(각각의 회절 차수에 대한) 회절빔의 변위를 초래할 것이다.

또한, 다수의 회절빔(회절 차수) 및/또는 다수의 컬러를 갖는 격자를 이용한 웨이퍼 정렬시스템에서, 통상적으로 회절 차수 및/또는 컬러의 이미지는 광학 수차("포커스 차이")로 인하여 동일한 평면에 투영되지 않는다. 다수의 회절 차수 및/또는 컬러가 동시에 측정되는 경우, 마커 거칠기는 이미지의 측정된 위치에서 각각 차수-대-차수 및/또는 컬러-대-컬러 차이를 생기게 하여, 정렬 과정의 성능을 저하시킨다. 각각의 개별 차수 및/또는 컬러에 대한 경사각 및 디포커스의 각각의 값에 따라, 몇몇 차수들은 사용될 수 없다.

리소그래피 장치에서 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬을 향상시키기 위해, 케플러식 망원경용 종래 기술 아베 아암(Abbe arm) 캘리브레이션 시스템이 US 2001/0008273 A1호에 개시되며, 상기 시스템은 비교적 복잡하고 비용에 비해 비효율적이다.

경사 감응성은 물체의 경사와 그 물체의 이미지의 경사 사이의 비례(proportionality)로서 정의된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 설명에서 회절빔의 검출의 감응성과 웨이퍼 경사와의 관계를 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 목적은 웨이퍼(일부)상의 광학 마커의 (국부적인 또는 웨이퍼 전반에 걸친) 경사에 대하여 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제1항의 서두문에 정의된 바와 같이 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스를 포함하는 리소그래피투영장치에서 달성되며,

구성 회절빔들(constituent diffracted beam) 각각은 어퍼처의 레벨에서 회절빔 직경을 가지며, 상기 구성 회절빔의 각각의 회절빔 직경은 상기 어퍼처의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 웨이퍼 정렬시스템은 마커의 경사에 대하여 덜 민감하게 된다. 각각의 회절빔은 어퍼처의 핀홀을 통하여 여전히 부분적으로 투과된다.

또 다른 실시형태에서, 본 발명의 리소그래피장치는, 구성 회절빔을 확장시키기 위해 광학 디바이스가 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 확장(broadening)은 격자의 회절 길이, 즉 입사 광학 빔의 격자의 주기적인 구조와의 상호작용이 생기는 격자의 부분에 의하여 생기는 제한된 크기 효과(finite size effect)에 의하여 발생된다. 이 확장으로 인하여, 회절빔의 일부는 어퍼처를 통과하도록 되고, 웨이퍼 정렬시시스템의 경사에 대한 감응성이 현저하게 감소된다.

또한, 본 발명은 경사진 마커와 유사한 바람직하지 않은 영향을 유발하는 입사 레이저 빔의 경사의 보정에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명에 의하면, 입사 레이저 빔의 경사의 관점에서 웨이퍼 정렬시스템의 감응성이 현저히 감소된다.

더욱이, 본 발명은 청구항 제7항의 서두문에 정의된 바와 같이 리소그래피투영장치에서 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬 방법에 관한 것으로,

구성 회절빔의 각각은 어퍼처의 레벨에서 회절빔 직경을 가지며, 상기 구성 회절빔의 각각의 회절빔 직경은 상기 어퍼처의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 빔 확장의 함수로서의 경사 감응성은, 아베 아암 및 디포커스에 관한 마커의 이미지 시프트의 종속성을 분리시키는 데 사용된다.

경사 감응성은 웨이퍼 정렬시스템의 측정 빔(의 직경)에 의하여 생성된 회절빔의 확장에 따라 변동한다.

본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 마커 피봇 지점(즉, 아베 아암) 및/또는 정렬시스템의 디포커스를 측정하도록 한다.

그러므로, 또 다른 실시형태에서, 상기 방법은,

- 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 1이상의 격자상에 제1입사빔에 의하여 생성된 1이상의 회절 차수의 이미지의 제1시프트를 측정하는 단계;

- 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 1이상의 격자상에 제2입사빔에 의하여 생성된 1이상의 회절 차수의 이미지의 제2시프트를 측정하는 단계를 포함하되, 상기 제2입사빔은 상기 제1입사빔과는 상이한 직경을 가지며;

- 상기 제1시프트 및 상기 제2시프트로부터 상기 1이상의 격자의 디포커스 값을 판정하는 단계;

- 상기 디포커스 값으로부터 상기 1이상의 격자를 포함하는 표면과 상기 경사에 대한 피봇의 위치사이의 거리인 아베 아암 값을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, (다시 말해, 주기적인 구조체가 격자내에서 반복되는 방향으로의) 격자의 길이 크기를 변화시킴으로써 유사한 확장 효과가 생길 수 있음을 유의한다.

그러므로, 또 다른 실시형태에서, 본 발명의 방법은,

1이상의 회절 차수의 이미지의 제1시프트는 제1형태의 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 상기 제1형태의 1이상의 격자상에 생성되고;

1이상의 회절 차수의 이미지의 제2시프트는 제2형태의 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 상기 제2형태의 1이상의 격자상에 생성되며;

상기 제1형태의 1이상의 격자는 입사 광학 빔의 빔 크기보다 실질적으로 작은 제1회절길이를 갖고,

상기 제2형태의 1이상의 격자는 상기 제1회절길이보다 실질적으로 긴 제2회절길이를 갖는 것을 더욱 특징으로 한다.

고정된 주기성 및 일정한 빔 직경에 대하여, 조명 빔에 의하여 작은 마커, 즉 주어진 주기성을 갖는 비교적 작은 격자상에 생성된 회절빔은 큰 마커, 즉 동일한 주기성을 갖는 비교적 큰 격자상에 생성된 회절빔보다 넓을 것이다.

본 발명에 따른 방법은, 입사빔 크기의 변화에 의하여 웨이퍼 마커 피봇 지점(즉, 아베 아암) 및/또는 정렬 시스템의 디포커스를 측정하도록 한다.

그러므로, 또 다른 실시형태에 있어서, 본 발명의 방법은,

1이상의 회절 차수의 이미지의 제1시프트는 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 제1입사빔에 의하여 상기 1이상의 격자상에 생성되고, 및

1이상의 회절 차수의 이미지의 제2시프트는 1이상의 격자에 적용된 경사의 함수로서 제2입사빔에 의하여 상기 1이상의 격자상에 생성되며, 상기 제2입사빔은 상기 제1입사빔과는 상이한 직경을 가지는 것을 더욱 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) 자외(UV)선 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) 극자외(EUV)선을 포함한 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

이하, 몇몇 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 것이며, 상기 도면들은 단지 예시의 목적으로 의도된 것으로, 첨부한 청구항에 정의된 보호범위를 제한하려는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치(1)를 개략적으 로 도시한다. 상기 장치는, 2개의 기판테이블(WTa, WTb)를 갖는 형태로 되어 있으며,

- 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템은 방사선소스(LA)도 포함한다);

- 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 유지하는 마스크 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

- 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 유지하는 기판 홀더가 각각 마련되고 각각의 테이블 위치설정수단(도시되지 않음)에 각각 연결되는 제2 및 제3대물테이블(기판테이블)(WTa, WTb)(상기 제2대물테이블은 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키기 위해 배치된 그 테이블 위치설정수단과 함께 투영시스템(PL) 아래에 위치되며, 상기 제3테이블은 측정시스템 MS에 대하여 기판을 정확히 위치시키기 위해 배치된 그 테이블 위치설정수단과 함께 아이템 MS 아래에 위치된다);

- 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL) 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램 가능한 거울 어레이와 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사선소스(LA)(예를 들어, 수은 램프 또는 엑시머레이저)는 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기분포의 외측반경 및/또는 내측반경(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 조정하는 수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사선소스(LA)는 리소그패피 투영장치(1)의 하우징내에 있지만(예를 들어, 방사선소스(LA)가 흔히 수은램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 흔히 방사선소스(LA)가 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 두 시나리오 모두를 포괄하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(PW)(및 간섭계측정수단)에 의하여, 기판테이블(WTa)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단(PM)은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WTa)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략위치설정) 및 짧은 행정모듈(미세위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정액츄에이터에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1, M2) 및 기판 정렬마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 측정시스템(MS)은 웨이퍼 정렬시스템으로서 배치되며, 개략적으로 도시된다. 웨이퍼 정렬시스템은, 적어도 마커들의 편차에 대하여 마커들을 XY로 감지함으로써 웨이퍼표면의 편차를 맵핑(mapping)할 수 있다. 정렬을 목적으로, 광학 정렬빔(도시되지 않음)이 웨이퍼 정렬시스템(MS)과 기판테이블(WTb)상에 위치된 웨이퍼(W)상의 마커 사이로 진행한다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔모드에서는, 소정타겟부(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 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 분해능을 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

간섭계 측정수단은 레이저(도시되지 않음)와 같은 광원 및 기판 또는 스테이지의 소정 정보(예를 들어, 위치, 정렬 등등)를 판정하는 1이상의 간섭계를 포함한다. 도 1에서는, 예시로서 2개의 간섭계가 아이템 IF로 개략적으로 도시된다. 상기 레이저는 빔 조작기에 의하여 간섭계(들)(IF)로 보내지는 메트롤로지 빔(MB)을 생성한다. 1보다 많은 간섭계가 존재하는 경우, 메트롤로지 빔은 각각의 간섭계에 대하여 다양한 분리 빔들로 메트롤로지 빔을 분할시키는 광학기를 이용하여 그것들 사이에 공유된다. 도 1은 2개의 빔으로 분할된 메트롤로지 빔을 도시한다. 스플리터 광학기는 도시되지 않는다.

도 2는 리소그래피투영장치의 웨이퍼 정렬시스템내의 광학 디바이스를 개략적으로 도시한다.

리소그래피투영장치의 웨이퍼 정렬시스템에서 사용되는 광학 디바이스는 케플러식 망원경(1)과 연관된다. 상기 케플러식 망원경(1)은 제1포커스를 갖는 제1렌즈(L1), 제2포커스를 갖는 제2렌즈(L2)를 포함한다. 상기 망원경에서, 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 둘 모두는 수렴렌즈이다. 제1 및 제2렌즈(L1, L2)는 광학 축선(OA)상에 배치된다.

간명함을 위해서, 물체면에 대하여 수직으로 방출되는 광선만이 도시된다.

사용시에, 대물평면(OFP)내에 위치된 제1물체(O1)는, 대물평면(OFT)의 거리를 제1포커스의 거리와 동일하도록, 그리고 제2렌즈(L2)에 대한 기준평면(RP)의 거리를 제2포커스와 동일하도록 세팅함으로써, 제1이미지(IM1)로서 기준평면(RP)상에 묘화된다. 서로에 대한 제1 및 제2렌즈(L1, L2)의 거리를 제1 및 제2포커스를 합한 거리와 동일하도록 세팅함으로써, 2개의 렌즈(L1, L2) 사이에는 중간 포커스(intermediate focus)(IF)가 존재한다. 즉, 제1렌즈(L1)의 초점평면은 제2렌즈(L2)의 초점평면과 실질적으로 일치한다.

대물평면 외부에 위치된(즉, 디포커스를 가지는) 제2대물(O2)은, 상기 물체(O1)에서와 동일한 렌즈(L1, L2)의 구성을 이용하여 제2이미지(IM2)로서 기준평면(RP)상에 묘화된다.

(도 2에 화살표로 표시된) 동일한 형상을 가지는 제1물체(O1)와 제2물체(O2) 둘 모두는 개략적으로 나타낸 바와 같이, 경사를 가진다. 제1 및 제2물체(O1, O2) 각각의 이미지의 개략적인 구성으로부터, (제2물체(O2)의 이미지(IM2)와 같은) 대물평면(OPT)에 대하여 디포커스를 가지고 기준평면(RP)상에 투영된 물체의 이미지는 기준평면(RP)내에서 시프트를 나타낸다는 것이 유도될 수 있다. 따라서, 이미지(IM2)의 위치와 관련된 어떠한 정보라도 제2물체(O2)의 디포커스로 인해 약간의 오차를 포함할 것이다.

도 3은 기판상에 경사지지 않은 마커의 정렬시, 도 2의 광학 디바이스를 개략적으로 도시한다.

도 3에서, 도 2의 광학 디바이스가 도시되며, 텔레센트릭 어퍼처(TA)가 중간 포커스(IF)의 위치에 실질적으로 위치된다. 기준평면(RP)에서, 검출기(DET)는 검출기(DET)상으로 들어오는 1이상의 광빔으로부터 광신호를 검출하기 위해 위치된다.

검출기(DET)는, 예를 들어 광감응성 요소의 어레이에 의하여 그 위의 광신호의 위치를 측정하기 위해 배치된다.

입사 광학빔(IB)은, 마커(MAR)의 표면의 위치가 대물평면(OFP)에 대하여 수직으로 시프트되는 그 표면상에 실질적으로 수직으로 들어온다. 입사 광학빔(IB)은 광원으로서 단일 레이저 빔을 포함하거나, 또는 필요에 따라 다수의 레이저 빔을 포함할 수 있다. 즉, 상기 빔(IB)은 1이상의 파장(컬러)으로 된 전자기 방사선을 포함할 수 있다.

입사빔(IB)과 마커(즉, 격자)의 횡방향 주기성(또는 주기적인 거리) 사이의 상호작용으로 인하여, 복수의 회절빔이 마커(MAR)의 위치에서 생성되는데, 여기에서는 우측 회절빔(DB1) 및 좌측 회절빔(DB2)으로 표시된 바와 같이, 이 빔들 중 단일 회절 차수가 도시된다. 상기 빔(DB1, DB2) 둘 모두는 마커(MAR)를 포함하는 표면에서부터 회절각 θ로 지향된다.

제1렌즈(L1)에서, 빔은 굴절되고 중간 포커스(IF)에 포커스된다. 중간 포커스(IF)의 위치에 있는 텔레센트릭 어퍼처(TA)는, 생성된 회절빔(DB1, DB2)의 포커스가 예상되는 사전설정된 위치에 회절빔(DB1, DB2) 각각의 통과를 허용하기 위한 핀홀(PH1, PH2)을 포함한다.

통상적으로, 중간 포커스(IF)에서 회절빔(DB1, DB2)의 직경 크기는 각각의 핀홀(PH1, PH2)의 직경 크기와 같은 정도이거나 그보다 작다.

각각의 핀홀을 통과한 후에, 회절빔의 각각은 제2렌즈에 의하여 굴절되고 2개의 회절빔(DB1, DB2)의 간섭에 기인하여 회절 차수의 광신호가 포커스되고 기준평면(RP)내의 검출기(DET)상에서 검출된다.

마커(MAR)가 대물평면(OPT)에 대하여 디포커스(Δf)에 위치될 지라도, 마커의 표면이 경사져 있지 않기(즉 대물평면(OFP)에 대하여 평행하기) 때문에, 당업자는 회절빔이 여전히 검출기(DET)에 적절히 겨누어져 있다는 것을 이해할 것이다.

도 4는 기판상에 경사진 마커의 정렬시의 광학 디바이스(1)를 개략적으로 도시한다.

도 4에서, 도 3에 도시된 바와 같이 광학 디바이스(1)는 입사빔(IB)에 대하여 경사진 마커에 대하여 도시되어 있다. 또한, 복수의 회절빔은 입사빔과 마커(MAR)의 주기성과의 상호작용에 의하여 생성된다. 마커(MAR)는 입사빔(IB)에 대하여 각도 α만큼 경사져 있다. 또한, 마커(MAR)는 대물평면(OFP)으로부터 디포커스(Δf)를 가진다.

제1차수 추정(approximation)으로, (마커에 표면법선에 대하여) 경사진 마커(MAR)상의 회절각 θ는 도 3에 도시된 바와 같이 영의 경사를 갖는 마커(MAR)에 대한 회절각과 같을 것이다. 경사각 α로 인하여, 회절빔(DB1, DB2)은 (경사각 α와 같은) 오프셋 각도를 포함한다.

마커의 이미지(IM2)가 개략적으로 도시되어 있다. IM2는 경사각 α2를 나타낸다.

핀홀 및 어퍼처의 레벨에서 회절빔이 핀홀보다 작은 직경을 가지는 사실로 인하여, 광신호의 검출은 마커(MAR)의 경사에 민감하다.

도 5는 본 발명에 따라 기판상에 경사진 마커의 정렬시에, 리소그래피투영장치의 웨이퍼 정렬시스템에 사용되는 광학 디바이스를 개략적으로 도시한다.

통상적으로 회절빔을 검출하려면, 검출기(DET)상에 측정가능한 신호를 가지는 것으로 충분하다. 하지만, 심지어는 측정될 마커(MAR)가 입사빔(IB)에 대하여 경사져 있는 경우에도, 기준평면(RP)상의 검출기상에 각각의 회절차수에 대한 이미지가 형성될 것을 요구한다. 본 발명은, (텔레센트릭 어퍼처(TA)의 레벨에서) 보다 정밀하게 캘리브레이션하지 않고도 핀홀 직경의 크기보다 넓은 회절빔을 제공함으로써 광학 디바이스(1)를 통과하는 신호의 검출의 경사 감응성이 감소될 수 있다는 점에 착안한다.

도 5는 입사빔(IB)이 작은 입사빔(IB2)인 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한다. 제한된 크기의 마커(MAR) 격자만이 회절 프로세스에 관련된다는 효과로 인하여, 회절빔들은 그들 각각의 회절각을 중심으로 공간적으로 확장된다. 도 5에서, 빔크기로 인한 제한된 크기효과에 대한 확장은 개략적으로 회절빔(DB1, DB2)으로 예시되며, 상기 회절빔 각각은 경계(B2, B3 및 B5, B6) 각각에 대하여 확장되어 있으며 그 중심에는 중심빔(B1, B4)이 예시되어 있다. 중심빔(B1, B4)은 여전히 회절각 θ를 가진다. 상기 확장으로 인해 확장각(Δθ)이 생긴다.

핀홀(PH1, PH2)과 확장빔(DB1, DB2) 사이의 상호작용은 어퍼처(TA)와 검출기 어레이(DET) 사이의 빔을 점선으로 표시하여 나타내고 있다.

도 5에는 텔레센트릭 어퍼처 또는 핀홀레벨(BD1, BD2)에서의 회절빔 직경이 표시되어 있다. 마커(MAR)의 경사로 인하여, BD1 및 BD2가 다소 상이하다는 것을 유의한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 마커가 각도 α만큼 경사진 경우, 확장으로 인하여, 회절빔(DB1, DB2)의 일부가 각각의 핀홀(Ph1, Ph2)을 통하여 텔레센트릭 어퍼처(TA)를 통과할 수 있고, 회절빔(DB1, DB2)의 간섭으로 인하여, 기준평면(RP)상에서 신호가 검출될 수 있다.

본 발명에 있어서, 마커가 경사진 경우, 검출된 신호는 종래 기술에서 보다 현저히 작게 변화한다는 것을 유의한다.

확장 효과의 결과로, 마커(MAR)의 경사에 대한 검출의 감응성이 유익하게 감소된다.

대안적으로, 확장 효과는 회절빔 직경보다 작은 직경을 갖는 핀홀을 사용함으로써 수행될 수 있다.

도 5에서 디포커스가 여전히 존재한다는 것을 유의한다. 이미지(IM2)는 여전히 각도 α3만큼의 경사를 나타낸다. 하지만, 이미지의 경사 α3는 마커(MAR)의 경사보다 작다. 그 결과로, 도 5의 α3는 또한 종래 기술의 시스템에 있어 도 4에 도시된 α2보다 작다.

또한, 본 발명은 기본적으로 동일한 방식으로 경사진 마커에서와 유사한 원치않는 영향을 초래하는 입사 레이저빔(IB)의 경사의 보정에 대한 해결책을 제공하는 것을 유의한다. 많은 상황에서, 입사 레이저빔의 경사의 조정은 제한된 크기영 향을 통하여 조정하는 것보다는 상당히 어렵게 달성될 수 있다. 본 발명은 마커의 경사 또는 입사 레이저빔의 경사 중 어느 하나에 의하여 생기는 영향을 감소시킬 수 있는 보정 기구를 포함한다. 따라서, 입사 레이저빔의 경사에 대한 웨이퍼 정렬시스템의 감응성 또한 유사한 방식으로 현저히 감소될 수 있다.

도 6은 본 발명의 사용과 연관하여 웨이퍼의 경사에 대한 검출의 감응성의 다이어그램을 도시한다.

도 6의 다이어그램에서, 핀홀크기의 함수로서 이미지위치의 시프트를 다음과 같이 나타낸다. 경사각 α에 대한 마커 이미지의 유효(또는 겉보기) 경사를 나타내는 파라미터 β로 나타낸 바와 같이, 수직 축선상에는, 기준평면(RP)상의 이미지(IM2)의 위치의 시프트가 경사각 α에 대하여 나타내어져 있다. 도 5를 참조로, 이미지(IM2)의 경사각 α3은 β×α와 같다. 파라미터 φ로 나타낸 바와 같이 수평 축선상에, 텔레센트릭 어퍼처의 레벨(또는 실제로 핀홀(PH1, Ph2)의 레벨)에서 회절빔 직경(BD1, BD2)에 대한 핀홀 크기가 나타내어진다. 곡선(C)은 가우시안 회절빔 프로파일을 가정하여 상대 위치 시프트와 상대 핀홀 직경 사이의 관계에 대하여 계산된 곡선의 일례이다. 여타의 빔 프로파일이 가능하며 이로 인해 상대 위치 시프트와 상대 핀홀 직경 사이의 상이한 관계가 생성됨을 유의한다.

곡선(C)에는, 웨이퍼 정렬시스템의 통상적인 구성을 설명하는 3개의 지점이 표시되어 있다. 지점(Q1)은, (텔레센트릭 어퍼처(TA)의 레벨에서) 회절빔(IB)의 직경에 걸친 핀홀(PH1, PH2)의 직경비가 1보다 큰 웨이퍼 정렬시스템에 대하여 1에 가까운 경사 감응성을 나타낸다. 통상적인 구성에서, 핀홀직경은 (격자(MAR)의 레 벨에서) 대략 500㎛이고 빔 직경은 대략 700㎛이지만, 렌즈(L1)를 통과한 후, 회절빔은 500㎛보다 훨씬 작은, 통상적으로 대략 50 내지 100㎛의 값으로 맞춰진다. 본 명세서에서는 비교적 선명한(sharp) 회절 빔이 마커의 격자상에 생성되며, 이는 마커(MAR)의 경사부에 디포커스된 물체(O2)의 이미지(IM2) 시프트의 강한 감응성(값 1)을 가져온다.

지점(Q2)은 핀홀크기에 걸친 빔직경비가 대략 1인 구성과 관련되고, 지점(Q3)은 (텔레센트릭 어퍼처(TA)의 레벨에서) 회절빔 직경에 걸쳐 1보다 작은 핀홀비를 갖는 구성과 관련된다. Q2 및 Q3의 구성에서, 회절빔은 마커의 경사에 대해 비교적 낮은 감응성을 생기게 하는 제한된 빔크기효과로 인하여 확장된다. 지점(Q2, Q3)의 경우, 격자의 작은 부분만이 레이저빔에 의하여 조명되고, 회절빔이 생성되는 격자상의 회절길이가 짧은 것을 유의한다. 격자의 주기성은 통상적으로 16㎛이다. 곡선(C)을 따라, Q2의 구성은 Q1의 감응성의 대략 50%인 감응성을 가진다. Q3의 구성은 구성 Q1의 구성보다 마커의 경사에 대한 감응성이 거의 5배 감소된다.

이 점에서, 본 발명은 대략 0.5의 β값의 경우, 경사의 대략 2㎛/degree(통상적으로, α = 100μ㎭에서 10㎚) 및 대략 0.1의 β의 경우, 400㎚/degree(통상적으로 α = 100μ㎭에서 2㎚)의 위치 오차를 각각 제공한다. 실제로, 경사 감응성이 '1'보다 상당히 작은, 통상적으로 0.25 및 0.01 미만의 β값으로 감소됨에 따라 875㎚/degree와 20㎚/degree 사이의 경사 감응성 값으로 감소될 수 있다는 것을 알 수 있다.

패턴이 투영되어야 할 웨이퍼는, 웨이퍼의 가능한 만곡을 보정하기 위해서 소정 각도만큼 광학축선(OA)에 대하여 경사져야만 한다. 웨이퍼면과 (경사에 대한) 웨이퍼 스테이지(WS)의 가로방향 피봇사이의 수직방향 거리는, 웨이퍼테이블의 경사시에 생기는 수평방향 변위(즉, 디포커스)에 대한 보정을 허용하도록 결정되어야만 한다. 이 거리는 아베 아암으로 알려져 있다.

(웨이퍼 정렬시스템(MS)에서와 마찬가지로) 웨이퍼 위치를 패터닝하고 측정하는 단일 (웨이퍼) 스테이지를 이용하는 리소그래피투영장치에서는, 캘리브레이션 시에 아베 아암을 결정함으로써 보정이 달성될 수 있다. 통상적으로, 이러한 캘리브레이션은, 웨이퍼 스테이지의 가로방향 피봇의 축선 y를 중심으로 한 웨이퍼 스테이지 경사(ΔR_y, _WS로 나타냄)의 함수로서, 기준 평면의 x방향으로의 이미지 시프트(Δx로 나타냄)를 x방향에 수직인 방향으로 측정함으로써 행해질 수 있다. 이미지 시프트로부터, 다음의 수학식을 이용하여 아베 아암(a_Abbe)이 유도된다.

당업자라면, 아베 아암으로 인하여 경사진 웨이퍼상의 마커로부터 묘화된 회절차수가, 물체의 이미지의 투영시 그 물체의 국부적인 경사와 디포커스에 대한 이미지의 응답으로부터 구별될 수 없는 그 물체의 변위를 나타낼 것이라는 알 수 있을 것이다. 격자의 회절차수의 이미징에 관련하여 부연하면, 회절차수의 이미지는 적용된 웨이퍼 경사(ΔR _y , _WS )의 함수로서 변하는 이미지 시프트를 나타낼 것이다. 이 이미지 시프트는 다음 패턴의 오버레이에 부정적인 영향을 주고 리소그래피투영장치의 성능을 저하시킨다.

앞선 단락의 관찰에 기초하여, 디포커스 및 웨이퍼 전반에 걸친 경사로 인한 마커 물체의 이미지는 동일한 함수 형태를 가진다.

여기서, Δf는 디포커스이다.

이 선형 중첩에서는, 2개의 영향(아베 변위 및 디포커스)이 분리될 수 없다. 2개의 영향 중 적어도 하나는 다른 하나를 위해 값을 얻도록 (독립적으로) 정량화되어야 한다. 통상적으로 투영렌즈로부터 웨이퍼 스테이지의 다수의 수직방향 변위에서, 일련의 웨이퍼 경사가 측정된다. 이러한 측정치로부터, 디포커스가 유도되고, 결과적으로 아베 아암의 값을 알 수 있다.

아베 아암은 상술된 바와 같이 종래 기술로 결정될 수 있다. 이 상황에서, 아베 캘리브레션을 위해, (US 2001/0008723 A1호에 개시된) 전용 아베 아암 측정창치가 사용될 수 있는데, 이는 비교적으로 비용에 비해 비효율적이다.

하기에 설명되는 바와 같이, 본 발명은 해결책을 제공하며, 이러한 전용 측정장치의 사용은 전체적으로 생략될 수 있다.

2개의 스테이지 시스템의 웨이퍼 정렬 시스템(MS)에서 웨이퍼 정렬 측정시, 웨이퍼 경사의 함수로서 관찰된 이미지 시프트는 수학식 1 및 수학식 2를 더함으로써 구해진다.

본 발명에서는, 아베 아암에 관한 그리고 디포커스에 관한 마커의 이미지 시프트의 종속성을 분리시키기 위해 빔 확장의 함수로서 경사 감응성이 사용된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 경사 감응성 파라미터 β는 웨이퍼 정렬시스템(MS)의 입사빔(IB2)(의 직경)에 의하여 생성되는 회절빔의 확장에 따라 변한다.

입사빔(IB, IB2)에 의하여 조명되는 격자의 길이크기를(즉, 주기적인 구조체가 격자내에서 반복되는 방향으로) 변화시킴으로써 유사한 확장효과가 생길 수 있음을 유의한다. 고정된 주기성 및 일정한 빔 직경의 경우, 작은 마커, 즉 주어진 주기성을 갖는 비교적 작은 격자상에 입사하는 빔에 의하여 생성된 회절빔은, 큰 마커, 즉 동일한 주기성을 갖는 비교적 보다 큰 격자상에 생성된 회절빔보다 넓을 것이다.

따라서, 이전의 도면에 도시된 바와 같이 텔레센트릭 어퍼처(TA)를 이용하는 웨이퍼 정렬시스템(MS)에서, 마커의 경사 감응성은 마커 크기에 따라 변할 것이다. 상기 설명된 바와 같이, 보다 선명한 회절빔은 확장된 회절빔보다 마커가 경사진 경우에 세기 중력 중심(intensity gravity center)의 시프트를 나타내려는 경향이 높다.

(주어진 주기성으로 된 비교적 다수의 주기적인 구조체를 포함하는) 비교적 큰 마커의 경우, (여기서는, β_L로 나타낸) 경사 감응성은, 여기서 β_S로 나타낸 (동일한 주기성으로 된 소수의 주기적인 구조체를 갖는) 비교적 작은 마커의 경우보다 크다. 도 7은 마커길이의 함수로서 상대 경사 감응성을 도시한 다이어그램이다. 수평방향 축선상에는 마커 크기가 도시되어 있으며, 수직방향 축선상에는 경사 파라미터 β가 도시되어 있다. 이 예시적인 다이어그램에서, β는 제1원리로부터 16㎛의 마커 주기성에 대한 마커 크기의 함수로서 계산된다. 도면에서, 4개의 상이한 마커 크기에 대한 실험값이 나타내어진다.

비교적 큰 마커의 경우, 수학식 3은 이제 다음과 같이 된다.

또한, 작은 마커의 경우에는 다음과 같다.

알고 있는 β_L 및 β_S(여기서, β_L ≠ β_S)로 웨이퍼 스테이지와 투영렌즈 사이의 다양한 수직방향 변위에서 캘리브레이션 측정을 실행함으로써, 아베 아암의 이미지 시프트(Δx_L, Δx_S)의 종속성이 소거될 수 있다. 이 소거로 인하여, 이들 측정치로부터 경사의 함수로서 이미지 시프트(Δx)가 남게 되고 디포커스(Δf)가 결정될 수 있다. 이후, 디포커스(Δf)의 결정된 값을 사용하면, 웨이퍼 정렬시스템은 특정 웨이퍼 스테이지(WS)상의 웨이퍼에 대하여 아베 아암의 값을 얻기 위해 (상대적인 마커크기가 사용됨에 따라) 수학식 3, 4 및 5에 따른 측정을 실행할 수 있다.

수학식 4 및 5로부터, 이미지 시프트에 대한 영향이 디포커스 및 아베 아암의 영향과 관련하여 유사하며, 2개의 영향 중 하나만의 결정이 다른 하나를 명확히 결정하지 않고도 행해질 수 있다는 것이 논의될 수 있을 것이다.

또한, 마커 크기에 의하여 회절빔을 확장시키는 효과는 그 빔 형상을 변화시키도록 입사빔(IB, IB2)을 조작함으로써, 즉, 내부적으로 평행하게, 수렴 또는 발산하게 함으로써, 또는 그 직경을 변경시키도록 달성될 수 있음을 유의한다. 이 대안례는 상술된 2개의 대안례보다는 보다 많은 노력이 요구될 수 있음을 유의한다.

당업자라면, 본 발명의 실제 기술 범위, 첨부된 청구항으로만 제한된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고, 본 발명의 또 다른 대안례 및 동등한 실시예를 생각할 수 있으며 실행될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼상의 광학 마커의 경사에 대하여 경사 감응성이 감소된 웨이퍼 정렬용 디바이스를 제공된다.

Claims

리소그래피투영장치에 있어서,

- 사용시에, 필요한 패턴에 따라 투영빔을 패터닝된 빔으로서 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 포함하고;

- 기판을 잡아주는 기판테이블(WS)을 포함하고;

- 상기 패터닝수단의 위치에 대하여 상기 기판의 위치를 검출하는 기판 정렬시스템(MS)을 포함하고;

- 상기 기판은 1이상의 격자(MAR)를 포함하며, 상기 1이상의 격자(MAR)는 회절 길이를 가지며, 사용시 상기 회절 길이에 걸쳐 입사 광학빔(IB; IB2)과의 상호작용에 의하여 구성 회절빔(DB1, DB2)의 1이상의 회절차수를 생성하도록 배치되고;

- 상기 기판정렬시스템(MS)은 상기 입사 광학빔(IB; IB2)을 생성하는 소스 및 센서 디바이스(DET)상에 상기 1이상의 회절차수를 묘화하는 광학 디바이스(1)를 포함하고;

- 상기 광학 디바이스(1)는 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)이 통과하도록 하는 사전설정된 위치에 어퍼처(PH1, PH2)를 구비한 어퍼처수단(TA)을 포함하는 리소그래피장치에 있어서,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 레벨에서 회절빔 직경(BD1, BD2)을 가지며, 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각의 상기 회절빔 직경(BD1, BD2)은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 리소 그래피투영장치.
제1항에 있어서,

상기 광학 디바이스(1)는 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)을 확장시키기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제2항에 있어서,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)을 확장시키기 위해, 상기 광학 디바이스(1)는 상기 광학빔으로서 감소된 입사 광학빔(IB2)을 생성하는 수단을 포함하며, 상기 감소된 입사 광학빔(IB2)은 상기 격자(MAR)의 일부를 조명하는 감소된 빔크기를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제3항에 있어서,

상기 감소된 입사 광학빔(IB2)의 빔크기는 상기 격자(MAR)의 상기 일부보다 작은 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제2항에 있어서,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)을 확장시키기 위해, 상기 광학 디바이스(1)는 상기 입사 광학빔(IB)의 상기 빔크기보다 실질적으로 작은 제1회절길이를 갖는 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장 치.
제5항에 있어서,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)을 확장시키기 위해, 상기 광학 디바이스(1)는 상기 상기 제1회절길이보다 실질적으로 긴 제2회절길이를 갖는 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학 디바이스(1)는 2.0㎛/degree의 경사보다 작은 위치 오차를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학 디바이스(1)는 400㎚/degree의 경사보다 작은 위치 오차를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
- 사용시에, 필요한 패턴에 따라 투영빔을 패터닝된 빔으로서 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단을 포함하고;

- 기판을 잡아주는 기판테이블(WS)을 포함하고;

- 상기 패터닝수단의 위치에 대하여 상기 기판의 위치를 검출하는 기판 정렬시스템(MS)을 포함하고;

- 상기 기판은 1이상의 격자(MAR)를 포함하며, 상기 1이상의 격자(MAR)는 회절 길이를 가지며, 사용시 상기 회절 길이에 걸쳐 입사 광학빔(IB; IB2)과의 상호작용에 의하여 구성 회절빔(DB1, DB2)의 1이상의 회절차수를 생성하도록 배치되고;

- 상기 기판정렬시스템(MS)은 상기 입사 광학빔(IB; IB2)을 생성하는 소스 및 센서 디바이스(DET)상에 상기 1이상의 회절차수를 묘화하는 광학 디바이스(1)를 포함하고;

- 상기 광학 디바이스(1)는 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)이 통과하도록 하는 사전설정된 위치에 어퍼처(PH1, PH2)를 구비한 어퍼처수단(TA)을 포함하는 리소그래피투영장치내의 기판을 정렬시키는 방법에 있어서,

상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 레벨에서 회절빔 직경(BD1, BD2)을 가지며, 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)의 각각의 상기 회절빔 직경(BD1, BD2)은 상기 어퍼처(PH1, PH2)의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,

- 상기 구성 회절빔(DB1, DB2)을 확장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,

- 상기 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로 서 상기 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성된 상기 1이상의 회절차수의 이미지의 제1시프트(Δx_s)를 측정하는 단계;

- 상기 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로서 상기 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성된 상기 1이상의 회절차수의 이미지의 제2시프트(Δx_L)를 측정하는 단계;

- 상기 제1시프트(Δx_s) 및 상기 제2시프트(Δx_L)로부터 상기 제1형태 및 상기 제2형태의 상기 1이상의 격자의 디포커스(Δf) 값을 결정하는 단계;

- 상기 디포커스(Δf) 값으로부터, 상기 경사(ΔR_y, _WS)에 대한 피봇의 위치와 상기 제1 및 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)를 포함하는 표면 사이의 거리인 아베 아암(a_Abbe) 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 1이상의 회절차수의 상기 이미지의 제1시프트(Δx_s)는 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로서 제1입사빔에 의하여 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성되고,

상기 1이상의 회절차수의 상기 이미지의 제2시프트(Δx_L)는 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로서 제2입사빔에 의하여 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성되되, 상기 제2입사빔은 상기 제1입사빔과는 상이한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 1이상의 회절차수의 상기 이미지의 제1시프트(Δx_s)는 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로서 상기 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성되고;

상기 1이상의 회절차수의 상기 이미지의 제2시프트(Δx_L)는 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)에 적용된 경사(ΔR_y, _WS)의 함수로서 상기 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)상에 생성되며;

상기 제1형태의 상기 1이상의 격자(MAR)는 상기 입사 광학빔(IB)의 상기 빔크기보다 실질적으로 작은 제1회절길이를 가지고, 상기 제2형태의 상기 1이상의 격자(MAR)는 상기 제1회절길이보다 실질적으로 긴 제2회절길이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.