KR100616589B1 - 진공형 리소그래피 장치에 사용하는 간섭계형 정렬 시스템 - Google Patents

진공형 리소그래피 장치에 사용하는 간섭계형 정렬 시스템 Download PDF

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

진공 챔버 내에 이동 가능한 대물 테이블이 있는 리소그래피 장치에 있어서, 대물 테이블의 위치를 검출하기 위한 간섭계형 정렬 시스템은 진공 챔버 내에 있는 수동부 및 진공 챔버 외부에 있는 능동부를 구비한다. 상기 능동부는 예를 들어 레이저와 같은 빔 발생기 및 전자 검출기를 포함하는 반면, 상기 수동부는 조명 및 묘화 광학기를 포함한다. 이 두 부분은 광파이버로 연결된다. 간섭계는 측정 및 기준 격자로부터의 상이한 회절 차수를 이용할 수 있고, 이들 차수 분리부가 수동부에 포함될 수 있다.

Description

진공형 리소그래피 장치에 사용하는 간섭계형 정렬 시스템{INTERFEROMETRIC ALIGNMENT SYSTEM FOR USE IN VACUUM-BASED LITHOGRAPHIC APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 테이블의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정렬 시스템의 광학 구성요소의 다이어그램.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에서 사용된 기준 마크의 확대도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정렬 시스템 내의 진공 내부의 광학 구성요소에 대한 다이어그램.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진공 외부의 광학 구성요소에 대한 다이어그램.
본 발명은 간섭계형 정렬 및 위치 측정 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은,
방사선 투영빔을 공급하는 조명 시스템(illumination system);
소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단;
기판을 고정하는 기판 테이블; 및
기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 묘화(imaging)하는 투영 시스템을 포함하여 이루어진 리소그래피 투영장치에 사용되는 간섭계형 정렬 및 위치 측정 시스템에 관한 것이다.
"패터닝 수단(patterning means)"이란 용어는, 기판의 타겟부에 형성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하는데 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로 사용되기도 한다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스(아래 참조) 등의 상기 타겟부에 형성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다. 이러한 패터닝 수단의 예시로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크를 고정하는 마스크 테이블. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 여기서의 마스크에는 바이너리형, 교번 위상-쉬프트형 및 감쇠 위상-쉬프트형 마스크 뿐만 아니라, 각종 하이브리드 마스크 유형까지 포함된다. 이러한 마스크를 방사선빔에 배치함으로써, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 부딪히는 방사선의 선택적 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 상기 마스크 테이블은 마스크가 입사하는 방사선빔 내의 소정의 위치에 고정될 수 있으며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대해 상대적으로 이동될 수 있는 것을 보장한다.
- 프로그래밍 가능한 미러 어레이. 이러한 장치의 예시로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer) 및 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역은 입사광을 회절광으로서 반사하는 반면에 어드레스되지 않은 영역은 입사광을 비회절광으로서 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광은 필터링되어 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이 때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자적 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 미러 어레이에 관한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 활용되는 미국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호에 좀 더 얻을 수 있다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 어레이. 이러한 구조의 예시는 본 명세서에서 참고자료로 활용되는 미국 특허 제 5,229,872호에서 주어진다.
설명을 간단히 하려는 목적에서, 이하 본 명세서의 나머지 중 일부분에서는 그 자체가 마스크 테이블 및 마스크를 포함하는 예시로 지칭될 수도 있지만, 이러한 예시에서 논하는 일반적인 원리는 패터닝 수단의 확장된 개념이라는 것을 이해해야 한다.
설명을 간단히 하기 위해, 상기 투영 시스템은 이후에 "렌즈"라 칭할 것이다. 하지만 이 용어는, 예를 들어 굴절 광학기, 반사 광학기 및 카타디옵트릭(catadioptric) 시스템을 포함한 각종 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석될 것이다. 또, 조명 시스템은 방사선 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하는 디자인 형태들 중 임의의 것에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수도 있고, 이러한 구성요소들은 이하에서 집합적 또는 단독으로 "렌즈"라고 언급될 수도 있다. 또한, 상기 리소그래피 장치는 2 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 구비하는 형태가 될 것이다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서는 부가적인 테이블이 병렬로 사용되거나, 하나 이상의 다른 테이블이 노광하는 데 사용되는 동안 예비 단계들이 하나 이상의 테이블에서 수행될 수 있다. 트윈 스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어 미국 특허 제 5,969,441호 및 1998년 2월 27일자로 미국 출원된 제 09/180,011호(WO 98/40791)에 개시되어 있으며, 이하 참고자료로 활용된다.
리소그래피 투영장치는 예를 들어, 집적회로(IC) 제조 등에 사용될 수 있다. 이 경우, 패터닝 수단은 IC 의 개별층에 대응하는 회로패턴을 생성하고, 이 패턴은 방사선 감지 재료(레지스트)층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(하나 이상의 다이 포함)상에 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접한 타겟부의 전체적인 연결망을 포함할 것이다. 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채용하는 현행 장치에서는, 2 가지 다른 형태의 장치로 식별될 수 있다. 리소그래피 투영장치의 일형태에서는, 각 타겟부는 타겟부 상에 마스크 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭한다. 대안적인 장치(통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 불려짐)에서는, 각 타겟부가 투영빔 하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 동시에 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 그 반대 방향으로 기판 테이블을 스캐닝함으로써 조사되는데, 일반적으로 투영 시스템은 배율 인자(magnification factor; M)(대개 < 1)를 가지기 때문에, 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 M 배가 된다. 여기서 기술된 리소그래피 디바이스에 관한 정보는 미국 특허 제 6,046,792호에서 좀 더 얻을 수 있으며, 본 명세서에서 참고자료로 활용된다.
반도체 산업의 숙원은 소자가 보다 고밀도로 집적되어 더욱 작은 피처 크기를 갖는 집적회로(IC)를 제조할 수 있도록 하는 것이다. 리소그래피 투영장치에 보다 소형의 피처를 묘화하기 위해서는, 더 짧은 파장의 투영 방사선을 사용하는 것이 필요하다. 10 ~ 20 nm 범위의 극자외선(EUV), 전자빔, 이온빔 및 기타 대전 입자 플럭스 등을 포함하는 다수의 여러 형태의 투영 방사선이 제안되고 있다. 이들 형태의 방사선빔은 마스크, 기판 및 광학 구성요소들을 포함하는 빔 경로가 고도의 진공상태로 유지되어야 하는 요구사항을 공유한다. 이것은 빔의 흡수 및/또는 산란을 방지하고, 약 10-6 밀리바 보다 낮은 총압력이 필요하다. EUV 방사선을 위한 광학 요소들은 그들의 표면 상의 탄소층 증착(deposition)에 의하여 손상될 수 있으므로, 탄화수소 부분압력이 10-8 또는 10-9 밀리바 이하로 유지되어야 하는 부가적인 요구조건이 부과된다.
이러한 고진공에서의 작업은, 진공 챔버 내에 그리고 진공 챔버 밀봉부(vacuum chamber seal)상에 놓여져야 하는 구성요소들, 특히 이동으로 인하여 외부로부터 챔버 내부의 구성요소로 공급(feed-through)되어야 하는 장치의 소정 부분 둘레의 밀봉부에 꽤 까다로운 조건이 부과된다. 상기 챔버 내부의 구성요소에 있어서는, 재료 자체로부터 또는 그 표면상에 흡착된 가스로부터 배기(outgas)되는 오염물질을 최소화하거나 제거하는 재료가 사용되어야 한다.
노광되는 기판(웨이퍼)은 마스크(레티클)에 대하여 극히 고정밀도로 위치되어야 하는 것은 잘 알려져 있다. 웨이퍼는 제조공정시에 20 또는 30 회의 노광을 거칠수 있고, 비록 상이한 리소그래피 장치가 노광에 사용되더라도, 다양한 이미지가 적절하게 정렬되어야 하는 것이 필수적이다. 오버레이 정밀도 요건은 피처 크기가 감소하고 방사선 파장이 더 짧아짐에 따라 증가한다.
본 발명의 목적은, 예를 들어 리소그래피 투영장치에 사용하기 위하여, 진공상태에서 고정밀도로 대상물의 위치를 측정할 수 있는 정렬 및/또는 위치 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
방사선 투영빔을 공급하는 조명 시스템;
소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단;
기판을 고정하는 기판 테이블; 및
기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 묘화하는 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,
상기 패터닝 수단과 이동 가능한 상기 기판 테이블 중 적어도 하나가 포함되는 진공 챔버; 및
상기 패터닝 수단 및 상기 기판 테이블상의 기판을 정렬하도록 구성 및 배치되며, 상기 진공 챔버 내부의 수동부 및 상기 진공 챔버 외부의 능동부를 포함하는 정렬 시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치가 제공된다.
본 발명은 진공 챔버 내부에 있는 정렬 시스템의 수동부만을 위치결정시켜, 정렬 시스템의 능동부를 진공에 적합하게 만드는 어려움을 피하고, 진공 시스템에서 노광을 저해하고 부정확한 위치결정을 야기할 수 있는 열 및 진동 발생을 감소시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 시스템의 능동 및 수동부는 광파이버로 서로 연결된다. 상기 정렬 시스템은 기준 격자에 대하여 측정 격자(웨이퍼 마크)의 위치를 검출하는 간섭계 시스템일 수 있다. 이러한 시스템은 측정 격자에 의하여 회절된 2이상의 차수의 방사선을 기준 격자 상에 묘화(imaging)할 수 있고, 기준 격자에 의해 회절되며 측정 격자에 의해 회절된 하나의 차수로부터 얻어지는 방사선을, 측정 격자에 의해 회절된 다른 차수로부터 얻어지는 회절된 방사선으로부터 분리하는 빔 스플리트 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
방사선 감지 재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
조명 시스템을 사용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
패터닝 수단을 이용하여 단면 패턴을 상기 투영빔에 제공하는 단계;
상기 패터닝된 방사선빔을 방사선 감지 재료층의 타겟부상에 투영하는 단계; 및
상기 기판을 고정시키는 가동 기판 테이블을 포함하는 진공 챔버를 제공하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 조사 및 묘화 단계 이전 또는 조사 및 묘화 단계 동안, 상기 진공 챔버 내에 제공된 수동부(passive part)와 상기 진공 챔버 외부에 제공된 능동부(active part)를 포함하는 정렬 시스템을 이용하여 상기 기판 테이블상의 기판 및 상기 패터닝 수단을 정렬하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에 있어서, 마스크의 패턴은 방사tjs 감지 재료(레지스트)층에 의해 부분적으로나마 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 상기 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크 등의 각종 절차를 거칠 것이다. 노광 후, 상기 기판은 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 기타 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는 예를 들어 IC와 같은 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같이 개별층을 마무리하기 위한 모든 각종 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 전체 공정 또는 그 변형 공정은 새로운 층마다 반복되어질 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼)상에 존재할 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 각각의 디바이스가 운반 장치에 탑재되고 핀에 접속될 수 있다. 이러한 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, 맥그로힐출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 장치를 사용함에 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 응용예를 가지고 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 채용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어는 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같이 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 전자기 방사선 또는 입자 플럭스의 모든 형태를 내포하는 것으로 사용되며, 자외선(UV) 방사선(예를 들어, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm 또는 126 nm의 파장을 가짐), 극자외선(EUV), X-레이, 전자 및 이온 등으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치의 개략적인 도면이다. 상기 장치는,
ㆍ방사선 투영빔(PB)(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선)을 공급하는 방사 시스템(LA, EX, IN, CO);
ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)을 고정시키는 마스크 홀더가 제공되며, 아이템 PL에 대해 마스크를 정확히 위치시키는 제 1 위치결정수단에 연결된 제 1 대물 테이블(마스크 테이블)(MT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 고정시키며, 아이템 PL에 대해 기판을 정확히 위치시키는 제 2 위치결정수단에 연결된 제 2 대물 테이블(기판 테이블)(WT); 및
ㆍ기판(W)의 타겟부(C)상에 마스크(MA)의 조사된 부분(irradiated portion)을 묘화시키는 투영 시스템("렌즈")(PL)(예를 들면, 굴절 또는 카타디옵트릭 시스템, 미러 그룹 또는 필드 디플렉터의 배열)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(즉, 투과 마스크를 구비함)이다. 그러나, 일반적으로는 예를 들면 반사형일 수도 있다.
방사 시스템은 방사선빔을 생성하는 방사원(LA)(예를 들어 Hg 램프, 엑시머 레이저, 스토리지 링이나 싱크로트론에서 전자빔의 경로 주위에 제공된 언듈레이터, 플라즈마 소스 또는 전자나 이온빔 소스)를 포함한다. 이 빔은 조명 시스템에 포함된 각종 광학 구성요소(예를 들어, 빔 성형 광학기(Ex), 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO))를 따라 진행하여, 결과적으로 생기는 빔(PB)은 그 단면에 걸쳐 소정의 형상과 소정의 강도 분포를 가진다.
상기 빔(PB)은 마스크 테이블(MT)의 마스크 홀더 상에 고정된 마스크(MA)를 거친다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)로 포커싱된다. 간섭계 변위 측정수단(IF) 및 제 2 위치결정수단의 도움으로, 예를 들면 빔(PB)의 경로에 있어 다른 타겟부(C)가 위치하도록 기판 테이블(WT)이 정밀하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 간섭계 변위 수단(IF) 및 제 1 위치결정수단을 사용하여 빔(PB)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정 모듈(long stroke module)(대략적 위치결정) 및 단행정 모듈(미세 위치결정)의 도움을 받아 행해질 수 있다.
상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝모드에서는, 마스크 테이블(MT)이 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한 번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)상에 투영된다. 이후 기판 테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 빔(PB)에 의해 다른 타겟부(C)가 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정의 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 상기와 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)은 ν의 속도로 소정의 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 x 방향)으로 이동 가능하여, 투영빔(PB)이 마스크 이미지 전체를 스캐닝하게 된다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)은 속도 V = Mν(여기서 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5))로 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 이동된다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 상대적으로 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
마스크 이미지가 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 마스크(MA)와 기판(W)은 정확하게 정렬되어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테이블(WT)상에 제공된 하나 이상의 대응되는 기준 마커(MR)에 대하여 마스크(MA)상에 제공된 하나 이상의 마커(M1, M2)를 정렬시킴으로써 정확한 정렬을 얻을 수 있다. 그러면 마스크에 대한 기판 테이블의 위치가 알려질 것이다. 이러한 정렬은 투영(화학선) 방사선과 투영 시스템을 이용하여 기준 마커(MR)상에 마커(M1, M2)들을 묘화시켜 얻을 수 있다. 이 기준 마커는 기판(웨이퍼) 테이블(WT)상에 제공된 이미지 센서의 형태를 가질 수 있다. 이러한 이미지 센서의 상세는 도면에 도시하지 않았다. 이미지 센서에 대한 상세한 정보는 이하에서 참고자료로 활용된 유럽 특허 출원 00202960.1(출원인 참조 번호: P-0203)에서 얻을 수 있다. 마스크 테이블 및/또는 웨이퍼 테이블은 정렬된 위치를 얻기 위해 이동될 수 있고, 이는 간섭계 변위 측정 시스템(IF)의 도움으로 기록되어질 것이다. 그러나, 마스크(MA) 및 기판 테이블(WT)을 정렬시키는 대안들이 채용될 수도 있다.
또한, 마스크(MA)에 대해 웨이퍼(W)를 정렬시키기 위해서는 웨이퍼 테이블(WT)에 대한 웨이퍼(W)의 위치가 알려져야 한다. 본 발명을 구현하는데 있어서는 부가적인 정렬 시스템(10)이 이러한 목적으로 사용된다. 정렬 시스템(10)에 있어서, 웨이퍼 및 웨이퍼 테이블상에 제공된 회절 격자 형태의 하나 이상의 마커(P1, P2, P)들은 웨이퍼 테이블(WT)을 이동시킴으로써 정렬 시스템(10)의 기준 마커 또는 격자(13)에 대하여 정렬될 것이다. 간섭계 변위 측정 수단(IF)에 의한 각각의 정렬된 위치에 대한 기록은 웨이퍼 테이블에 대한 웨이퍼의 위치를 산출할 것이다. 웨이퍼 테이블(WT)상의 마커(P, MR)는 도 2의 웨이퍼 테이블에 장착된 공통 플레이트 상에 있는 것으로 도시되어 있다. 정렬 처리의 일부 또는 전부가 기기의 주 축(투영 시스템(PL)의 광학 축)으로부터 떨어져 수행될 수 있는 이러한 형태의 구성은 종종 "오프-액시스(off-axis)" 정렬 시스템이라 불린다.
웨이퍼(W)와 웨이퍼 테이블(WT)은 장치가 작동되는 동안 진공으로 유지되는 진공 챔버(VC) 내에 포함된다. 상기 정렬 시스템(10)은 진공 챔버 내에 놓인 수동부(10a)와 진공 챔버(VC) 외부에 배치된 능동부(10b)를 포함한다.
정렬 시스템(10)의 광학 구성요소는 도 3에 도시되어 있다. 정렬 시스템(10)의 진공 챔버(VC) 내에 있는 수동부(10a)는 3 개의 주요 부분, 즉 조명 브랜치(20), 묘화 브랜치(30) 및 검출 브랜치(40)를 포함한다. 이들 브랜치는 각각 다음의 기능을 수행한다. 즉, 측정빔(12) 조준 및 조정; 웨이퍼 마커(P)상에 측정빔(12)을 투영하고, 고정된 기준 격자(13)상에 회절된 방사선을 묘화; 리소그래피 장치의 제어 시스템에 사용하기 위한 전자 신호로 변환될 수 있도록 생성된 회절빔을 분리하는 기능을 수행한다. 본 실시예의 진공 챔버(VC) 외부에 제공된 능동부(10b)는, 도 3에 도시된 레이저 모듈(80)과 검출 브랜치에 의해 분리된 서브 빔을 전자 제어 신호로 변환하는 광검출기(도시되지 않음)로 구성된다.
상기 레이저 모듈(80)은, 예를 들어 633 nm 파장의 빔을 출력하는 10 mW HeNe 레이저인 레이저(81)를 포함한다. 이 빔은 우선 안전 셔터(safety shutter)(82), 패러데이 아이솔레이터(Faraday isolator)(90), 변조기(83), 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(91) 및 감쇠기(attenuator)(84)를 통과하여 제어 목적으로 제공된다. 상기 안전 셔터(82)는 레이저 빔이 필요하지 않은 경우, 특히 장치가 예를 들어 유지보수를 위해 개방되는 경우, 안전을 이유로 레이저 빔을 완전히 차단한다. 패러데이 아이솔레이터(90)는, 예를 들어 주파수 풀링(frequency pulling) 또는 모드 호핑(mode hopping) 등에 의하여, 시스템 내의 임의의 광학 구성요소로부터 레이저(81)에 도달하여 그 동작을 방해하는 바람직하지 않는 후방반사(back reflection)를 방지한다. 압전형 변조기(piezo-electric modulator)(83) 및 편광 빔 스플리터(91)는 센서의 신호 대 잡음비를 증대하기 위한 변복조 검출 방안으로 사용된다. 상기 빔은, 파이버 조작기(fiber manipulator)(85)를 통해 방사선의 파장에 대해 최적화된 단일 모드 편광 보존 파이버(polarizing preserving fiber)(21)에 연결되어, 진공 챔버속으로 전해진다. 상기 레이저 모듈(80)은 동일한 패키지에 레이저 전원(86), 변조기 드라이버(87) 및 제어용 전자장치(88)를 편리하게 포함할 수도 있다.
진공 챔버(VC)에 위치된 조명 브랜치(20)에 있어서, 측정빔(12)은 조준된 빔을 제공하기 위해 조준 광학기(collimating optics)를 포함하는 파이버 단말부(fiber terminator)(22) 밖으로 나온다. 이 조준된 빔은 플라노 볼록렌즈(plano-convex lens)(23)에 의해 묘화 브랜치(30)의 퓨필면 중심에 초점이 맞춰진다. 플라노 볼록렌즈(23) 앞의 제 1 평면판(24)은 묘화 브랜치 퓨필에서의 측정빔의 각도와, 웨이퍼 면에서의 상기 빔의 위치를 조정하는데 사용된다. 이것의 초기의 대략적인 조정은 파이버 광학기 출력의 X-Y 병진운동에 의해 행해진다. 제 2 평면판(25)은 플라노 볼록렌즈(23) 뒤에 위치하고, 퓨필면에서의 측정빔(12)의 위치와 웨이퍼의 평면에서의 입사각을 조정하는데 사용된다. 마지막으로, 90°미러(26)는 측정빔을 묘화 브랜치(30)의 내부로 가져온다.
묘화 브랜치로 들어간 후, 측정빔은 소형 미러(31)를 사용하여 광학 축(Z 축)을 따라 연결된다. 미러(31)는, 아래에 기술되는 목적을 갖는 제 1 차수 다이어프램(first order-diaphragm)(32)의 중심에 편리하게 장착된다.
상기 묘화 브랜치는 배율(M = -1)을 갖는 4-f 이중 텔리센트릭 광학 시스템(4-f double telecentric optical system)이다. 그것은 각각 50 mm 정도의 초점거리를 가지며 SF1 으로 만들어진 제 1 및 제 2 공기 분리형 더블릿(air-spaced doublets)(33, 34) 형태의 광학기를 포함한다. 더욱 간단한 무색 더블릿 등에 사용되는 광학 접합제(optical cement)는 진공에 적합하지 않을 수도 있기 때문에 공기 분리형 더블릿을 사용하는 것이 좋다. 더블릿내 싱글릿(singlet)에 대한 이격(spacing)의 정밀도는 시스템 성능의 주요 결정요인이고, 또한 이는 정확하게 기계 가공된 세라믹 스페이서 볼(반경 오차 < 1 ㎛)을 사용함으로써 보장된다. 이것은 높은 장착 정밀도(즉, 이격 거리), 진공 적합성 및 열적 안정성을 보증한다. SF1 은 1.7 정도의 굴절율을 갖는 두꺼운 플린트 유리(flint glass)여서, 렌즈가 곡률반경의 초과없이 적당한 초점거리를 가지도록 한다. 상기 시스템의 대칭성은 SF1 유리의 굴절율에서의 불확실성에 의한 임의의 수차(收差)를 줄인다. 이것을 위하여 렌즈는 모두 동일한 그룹의 유리로 만들어야 한다.
미러(31)을 지니는 제 1 차수 다이어프램(32)은 제 1 및 제 2 더블릿(33, 34) 사이에 장착되어, 측정빔은 제 1 더블릿(33)에 의해 웨이퍼(W)의 웨이퍼 마커(P)상에 조준된다. 프론트 미러(35)는 정렬 시스템이 편리한 위치에 위치되고 측정빔(12)이 보통 기준 마크(P)상에 입사되도록 제공된다. 프론트 미러(35)는, 약 54°보다 작은 각에서의 회절 차수(diffraction orders)를 복귀시킬뿐만 아니라 45°입사각에서의 S 편광된 조명 빔의 효율적인 반사를 위해서 금속성 코팅이 된 Zerodur(TM) 기판(열적 안정성을 위한 것임)일 수 있다. 상기 미러는 부가적인 열적 안정성을 위해 Zerodur(TM) 프레임 상에 장착될 수 있다.
웨이퍼 마커(P)에서, 조명 빔은 XZ 및 YZ 평면에서 특정각의 회절 차수로 반사되고 회절된다. 제 1 더블릿(33)은 제 4 차까지(제 4 차를 포함) 회절 차수를 선택할 수 있는 크기의 어퍼처를 가지며, 후방 초점면(back focal plane)에서 조준된 차수를 포커싱한다. 평행한 차수들은, 제 1 및 제 4 회절 차수(12a, 12b)만을 통과시키는 어퍼처를 포함하는 제 1 차수 다이어프램(32)을 통과한다. 프론트 미러(35)에 의한 반사에 의해 약간 타원형으로 되어질 수 있기 때문에, 양 차수(12a, 12b)의 편광을 클린업(clean-up)하는데 선형 편광기(36)가 사용되고, 그 후에는 제 1 차수(12a)만이 반파 플레이트(half-wave plate)(37)를 통과하여, 두 차수의 선형 편광 상태는 90°차이가 난다. 편광기(36)는 진공에 적합한 성분인 정렬된 은 입자를 갖는 붕규산 유리 형태일 수 있고, 상기 두 빔 사이에서 혼선(cross-talk)을 효과적으로 줄인다. 반파 플레이트(37)는 측정빔(12)의 단일 파장을 위한 적당한 두께의 석영판(quartz plate)일 수 있다.
제 2 렌즈 더블릿(34)은 고정된 기준 격자(13)가 위치한 후방 초점면 상에 제 1 및 제 4 차수(12a, 12b)를 묘화한다. 기준 격자(13)의 기준 패턴은 웨이퍼 마커(P)로부터 제 1 차 빔의 플러스 및 마이너스 서브 빔의 에어리얼 이미지(aerial image)가 유리상에 크롬으로 형성된 하드 카피이다. 웨이퍼 및 웨이퍼 테이블(WT)(웨이퍼 마커(P))의 X-Y 이동시(예를 들어 정렬 스캔시), 기준 패턴에서의 웨이퍼 마커의 전체 이미지는 대응되게 이동할 것이다. 이 때, 전달된 빛은 검출 브랜치(40)에 의해 캡쳐되고 측정된다.
기준 격자(13)에서, 제 1 차 빔(12a)의 빛은, 제 4 차 빔(12b)의 빛이 회절되는 회절 차수로 형성된 빔으로부터 공간적으로 잘 분리된 빔을 형성하는 회절 차수로 회절될 것이다. 제 1 차 빔(12a)의 플러스 및 마이너스 서브 빔의 회절 차수는 제 4 차 빔(12b)의 플러스 및 마이너스 서브 빔의 회절 차수와 마찬가지로 겹쳐질 것이다. 제 1 차 빔(12a) 및 제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 회절 성분들은 공간적으로 잘 분리될 뿐만 아니라, 90°다른 선형 편광 상태를 가지게 될 것이며, 이는 상기 제 1 차 빔(12a)과 제 4 차 빔(12b)의 선형 편광 상태가 90°차이가 나기 때문이다. 상기 검출 브랜치(40)에 있어서, 제 1 차 빔(12a) 및 제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 회절 성분들은 제 1 및 제 2 편광 빔 스플리터(41, 42)와 추가의 차수 다이어프램(43, 44)에 의해 각각 제 1 및 제 2 신호 서브 빔(12c, 12d)으로 분리된다.
이러한 분리를 달성하기 위하여, 기준 패턴(13)에 의해 회절된 빔은 우선 제 2 렌즈(45)에 의해 조준된 후, 제 1 차 빔(12a)으로부터 얻어지는 성분들을 실질적으로 통과시키고, 제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 성분들을 실질적으로 굴절시키는 제 1 편광 빔 스플리터(41)상에 입사된다. 제 1 차 빔(12a)으로부터 얻어지는 선택된 성분은 제 2 차수 다이어프램(43)을 통과한 후(제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 구성요소는 차단됨), 파이버 단말부(47a)에 장착된 제 1 검출 파이버 세트(47)를 포함하는 4 개의 광파이버 세트 또는 광파이버 묶음 상에 제 3 렌즈(46)에 의해 묘화된다. 이들 파이버, 또는 광파이버 묶음의 위치결정은 아래에 설명되는 기준 마크(P)의 4 사분면에 대응한다.
제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 성분들은 실질적으로 제 1 편광 빔 스플리터(41)에 의해 제 2 편광 빔 스플리터(42)쪽으로 굴절되며, 상기 스플리터는 이들을 제 4 차 빔(12b)으로부터 얻어지는 선택된 구성요소만을 통과시키는 제 3 차수 다이어프램(44)을 통해 방향을 전환시킨다. 제 3 렌즈(48)는 파이버 단말부(49a)에 장착된 제 2 검출 파이버 세트(49)상에 상기 선택된 성분을 묘화한다.
제 2 편광 빔 스플리터(42)를 통과하는 상기 성분들은 단말부(52a)에 장착된 서로 밀착된 광파이버 묶음(52)에 제 4 렌즈(50) 및 90°벤딩 프리즘(51)에 의해 투영된다. 상기 결과적인 이미지 빔, 즉 제 3 신호 서브 빔(12e)은 기준 패턴(13)의 이미지를 유지한다.
제 1, 제 2 및 제 3 신호 서브 빔(12c, 12d, 12e)은 그 각각의 광파이버 묶음(47, 49, 52)에 의해 진공 챔버 외부로 전해진다. 이 제 1 및 제 2 신호 서브 빔은 기존의 정렬 스캔 공정에서 기준 마크 위치의 정밀한 측정을 하기 위한 공지된 형태의 검출기에 전달된다. 제 3 신호 서브 빔은 CCD 카메라에 전해져 상기 장치의 오퍼레이터에게 정렬에 대한 육안 표시를 제공할 수 있다.
도 4는 웨이퍼 마커(P)의 4 사분면(Pa, Pb, Pc, Pd)를 위에서 내려다 본 도면이다. 이들은 X 축에 평행한 격자선을 가지며 대각선으로 대향하는 두 사분면(Pa, Pc)과 Y 축에 평행한 격자선을 가지며 대각선으로 대향하는 또 다른 두 사분면(Pb, Pd)으로 구성된다.
(실시예 2)
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 상기 제 1 실시예의 다수의 구성요소들을 공유하며, 아래에 특별하게 설명되지 않은 부품들은 제 1 실시예의 대응하는 부품과 유사하다. 예를 들면, 제 2 실시예의 상기 레이저 모듈(80), 조명 브랜치(20) 및 묘화 브랜치(30)는 본질적으로 제 1 실시예와 동일하다. 두 실시예 사이의 주요 차이점은 검출 브랜치(70)가 진공 챔버(VC) 외부에 위치한다는 점이다.
도 5에 도시된 제 2 실시예에 있어서, 기준 격자(13)를 통과한 빛(이는 격자(P, 13)의 조합된 이미지를 나타냄)은, 이미지를 확대하여 광파이버 묶음(61; 빛을 도 6에 도시된 진공 챔버 외부에 있는 검출 브랜치(70)로 전달함)로 전달하는 파이버 테이퍼(60)에 의해 집광된다. 파이버 테이퍼에 있어서, 파이버 단부는 끝이 가늘어지고 함께 뭉쳐져 있어, 상기 이미지가 번들 아래쪽으로 전달될수록 신장된다.
광파이버 묶음(61)은 단말부(62)에서 끝나고, 진공 챔버(VC)의 벽에 있는 윈도우(63)를 통해 조합된 이미지 신호를 내보낸다. 진공 챔버 벽의 반대편에 있어서, 상기 조합된 이미지는 렌즈(71, 72)에 의해, 프리-앰프를 포함하는 공지된 형태의 포토다이오드 검출기(73; 장치 제어 시스템을 위한 전자 정렬 신호를 제공함)상에 투영된다. 이 포토다이오드 검출기(73)는 기준 격자(P, 13)와 웨이퍼의 4 개의 격자를 독자적으로 검출하기 위해 4 개의 사분면을 가진다. 정렬에 대한 육안 표시를 오퍼레이터에 제공하기 위하여, 조합된 이미지 신호의 일부분은 렌즈(71, 72) 사이에 위치한 편광 빔 스플리터(74)에 의해 방향이 전환된다. 이 빔은 렌즈(75)에 의해 십자선 기준(cross-hair reference)(76)상에 렌즈(77)의 초점으로 초점이 맞춰진 후, 상기 빔은 CCD 카메라(78)상에 초점이 맞춰진다. 검출 브랜치(70)의 구성요소 배치의 편리함을 위하여, 코너 프리즘(79)은 렌즈(75) 뒤에 포함되어, 카메라 브랜치가 신호 브랜치와 평행하게 한다.
도 6은 또한 레이저 모듈(80)로부터 나온 빛이 어떻게 파이버(89)를 거쳐 진공 챔버 벽에 있는 윈도우(64)를 통해 파이버(21)로 전달되어 진공 챔버 내의 조명 브랜치에 이르게 하는지를 보여준다.
제 2 실시예의 다양한 변형예에 있어서, 광파이버(61)가 편광 보존형이라면 개선된 정렬 정밀도를 위하여 제 1 차 및 제 4 차 빔은 분리될 수 있고, 진공 챔버(VC) 외부에서 독자적으로 검출될 수도 있다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예를 상술하였지만, 본 발명은 앞서 기술된 것과는 다르게도 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 명세서는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 특히, 본 발명은 리소그래피 장치의 기판 또는 마스크 테이블 모두 혹은 어느 하나에 사용될 수 있다는 점도 이해될 것이다.
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명에 따른 정렬 및/또는 위치 측정 시스템은 진공상태에서 고정밀도로 대상물의 위치를 측정하는 것을 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 방사선 투영빔을 공급하는 조명 시스템;
    원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단;
    기판을 고정하는 기판 테이블; 및
    상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 묘화하는 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,
    상기 패터닝 수단과 상기 기판 테이블 중 하나 이상이 포함된 진공 챔버;
    상기 패터닝 수단 및 상기 기판 테이블상의 기판을 정렬하도록 구성 및 배치되며, 상기 진공 챔버 내에 포함된 수동부와 상기 진공 챔버 외부의 능동부를 구비하는 정렬 시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수동부는 본질적으로 수동 광학 구성요소 및 지지 수단만을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수동 광학 구성요소는 본질적으로 광선빔을 반사, 회절, 굴절, 지향, 선택, 편광 또는 필터링시키는 구성요소만을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동부는 본질적으로 광(光) 생성 구성요소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동부는 본질적으로 전류 전달 구성요소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은 기준에 대하여 상기 기판 테이블상의 상기 기판을 정렬하도록 구성 및 배치된 오프-액시스 정렬 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동부는 방사선 측정빔을 생성하도록 구성 및 배치된 측정빔 생성 수단과 검출기 수단을 포함하며; 상기 수동부는 마크상으로 상기 측정빔을 지향시키고, 이로 인해 반사된 방사선을 수용하고, 그것을 신호 빔으로 보내도록 구성 및 배치된 광학 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은 광학 간섭계 시스템이고,
    상기 수동부는, 측정 격자 형태의 상기 마크에 의해 회절된 방사선의 2 개 이상의 상이한 차수를 선택하고, 상기 선택된 차수는 플러스 및 마이너스 회절된 서브 빔을 포함하도록 구성 및 배치된 차수 다이어프램; 기준 격자; 및 상기 기준 격자상에 상기 선택된 차수를 보내기 위해 구성 및 배치된 광학 시스템을 포함하고, 상기 기준 격자에 의해 회절된 방사선은 상기 신호 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은 상기 신호 빔을 다중 서브 빔으로 분리하도록 구성 및 배치된 빔 스플리트 수단을 더 포함하고,
    분리된 상기 신호 서브 빔 각각은, 상기 기준 격자에 의해 회절되고 상기 측정 격자에 의해 회절된 하나의 차수로부터 얻어지는 방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 기준 격자는 실질적으로 상기 측정 격자에 의해 회절되고 상기 차수 다이어프램에 의해 선택된 가장 낮은 차수의 플러스 및 마이너스 서브 빔의 에어리얼 이미지의 하드 카피인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 차수 다이어프램은 상기 측정 격자에 의해 회절된 짝수 및 홀수 차수를 선택하도록 구성 및 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 차수 다이어프램은 상기 측정 격자에 의해 회절된 제 1 및 제 4 차수를 선택하도록 구성 및 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은, 90°차이가 나는 선형 편광상태의 2 개의 선택된 차수를 가지기 위해 구성 및 배치된 편광 배향 수단을 포함하고,
    상기 빔 스플리트 수단은, 상기 기준 격자에 의해 회절되고 상기 측정 격자에 의해 회절된 하나의 차수로부터 얻어지는 방사선을 선택적으로 통과시키거나 굴절시키기 위해 구성 및 배치된 하나 이상의 편광 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 편광 배향 수단은 선형 편광기 및 반파 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  15. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 빔 스플리트 수단은, 상기 기준 격자에 의해 회절되고 상기 측정 격자에 의해 회절된 하나의 차수로부터 얻어지는 방사선을 선택적으로 통과시키도록 구성되고 상기 편광 빔 스플리터 뒤에 배치된 다이어프램을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 빔 스플리트 수단은 상기 수동부의 일부를 형성하고;
    상기 정렬 시스템은, 상기 능동부로부터 상기 수동부까지 상기 측정빔을 연결하도록 구성 및 배치된 제 1 광파이버 수단과, 각각 상기 수동부로부터 상기 능동부까지 상기 분리된 신호 서브 빔들 중 하나를 연결하도록 구성 및 배치된 별도의 광파이버 또는 광파이버 묶음을 포함하는 제 2 광파이버 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  17. 제 7항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은, 상기 능동부로부터 상기 수동부까지 상기 측정빔을 연결하도록 구성 및 배치된 제 1 광파이버 수단과, 상기 수동부로부터 상기 능동부까지 상기 신호 빔을 연결하도록 구성 및 배치된 제 2 광파이버 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  18. 제 7항에 있어서,
    상기 정렬 시스템은 상기 능동부에 상기 기준 격자의 이미지를 연결하기 위해 구성, 배치된 제 2 광파이버 수단을 포함하고,
    상기 능동부는 상기 제 2 광파이버 수단으로부터 상기 신호 빔을 검출하기 위해 구성, 배치된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  19. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동부는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  20. 방사선 감지 재료층에 의해 부분적 또는 전체적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
    조명 시스템을 사용하여 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
    패터닝 수단을 이용하여 단면 패턴을 상기 투영빔에 제공하는 단계;
    상기 패터닝된 방사선빔을 상기 방사선 감지 재료층의 타겟부상에 투영하는 단계; 및
    상기 기판을 고정시키는 가동 기판 테이블을 포함하는 진공 챔버를 제공하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법으로서,
    조사 및 묘화 단계 이전 또는 상기 조사 및 묘화 단계 동안, 상기 진공 챔버 내에 제공된 수동부와 상기 진공 챔버 외부에 제공된 능동부를 포함하는 정렬 시스템을 이용하여 상기 기판 테이블상의 기판 및 상기 패터닝 수단을 정렬시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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