KR100801273B1 - 리소그래피 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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KR100801273B1
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니콜라스 안토니우스 알레곤두스 요한네스 반 아스텐
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요한 마리아 반 복스미르
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 (예를 들어, 기판을 지지하는 기판 테이블을 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치 내에서) 기판을 노광하는 방법은 제 1 센서 및 제 2 센서로 1 이상의 기판의 부분의 제 1 높이 측정 및 제 2 높이 측정을 수행하는 단계, 상기 측정들 사이의 차이에 기초하여 오프셋 오차 맵을 생성하고 저장하는 단계; 상기 제 1 센서로 높이 측정들을 수행하고 상기 오프셋 오차 맵에 의해 이 높이 맵을 보정함으로써 상기 기판(또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 또 다른 기판)의 부분들의 높이 맵을 생성하고 저장하는 단계 및; 및 상기 기판(또는 다른 기판)을 노광하는 단계를 포함한다.

Description

리소그래피 장치 및 측정 방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS AND METHOD OF MEASUREMENT}
본 발명은 리소그래피 투영 장치 및 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에서 채택되는 바와 같은 "패터닝 구조체"라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선 빔에 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 구조체 또는 필드(field)를 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다; 또한, "광 밸브(light valve)"라는 용어가 본 명세서에서 사용될 수도 있다. 패터닝 구조체 상에 "나타난(displayed)" 패턴은, (예를 들어, 피처들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처(optical proximity correction feature), 위상 및/또는 편극(polarization) 변동 기술, 및/또는 다중 노광 기술들이 사용되는 경우에) 예를 들어 기판 또는 기판의 층에 최종적으로 전사되는 패턴과 실질적으로 상이할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 일반적으로, 이러한 패턴은 집적 회로 또는 여타의 디바이스와 같이, 타겟부에 생성되는 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 패터닝 구조체는 반사형 및/또는 투과형일 수 있다. 패터닝 구조체의 예로는 다음과 같은 것들은 포함한다:
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너 리(binary)형, 교번 위상-시프트형, 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 형식뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 형식들을 포함한다. 방사선 빔에서 이러한 마스크의 배치는 마스크 상의 패턴에 따라 마스크 상에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)를 유도한다. 마스크의 경우, 지지 구조체는 일반적으로 마스크가 입사하는 방사선 빔 내의 원하는 위치에 유지될 수 있고 필요하다면 빔에 대해 이동될 수 있는 것을 보장하는 마스크 테이블일 수 있다.
- 프로그램가능한 거울 어레이. 이러한 디바이스의 일례는 점탄성(viscoelastic) 제어층 및 반사 표면을 갖는 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)이다. 이러한 장치의 기본 원리는, 예를 들어 반사 표면의 어드레싱된 영역들에서는 입사광을 회절광(diffracted light)으로서 반사시키는 반면, 어드레스되지 않은 영역들에서는 입사광을 비회절광으로서 반사시키는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절 광만을 필터링하여 회절광만을 남게 할 수 있다; 이러한 방식으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 빔이 패터닝되게 된다. 또한, 격자 광 밸브(grating light valve: GLV)들의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수도 있으며, 각각의 GLV는 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자를 형성하도록 (예를 들어, 전위(electric potential)의 인가에 의해) 서로에 대해 변형될 수 있는 복수의 반사 리본(ribbon)들을 포함할 수 있다. 프로그램가능한 거울 어레이의 또 다른 대안적인 실시예는 매우 작은(가능하게는 현미경 크기(microscopic)의) 거울들의 매트릭스 배열을 채택하며, 그 각각은 적절한 국부화된 전기장을 인가하거나 압전 작동(piezoelectric actuation) 수단들을 채택함으로써 소정 축선에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 거울들은 매트릭스-어드레서블일 수 있으므로, 어드레싱된 거울들은 입사하는 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울들과는 다른 방향으로 반사할 것이다; 이러한 방식으로 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 서술된 두가지 상황 모두에서 패터닝 구조체는 1 이상의 프로그램가능한 거울 어레이들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 거울 어레이들에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 미국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 인용 참조된다. 프로그램가능한 거울 어레이의 경우, 지지 구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블로서 구현될 수 있다.
프로그램가능한 LCD 패널. 이러한 구성의 일례는 본 명세서에서 인용 참조되는 미국 특허 제 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 지지 구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블로서 구현될 수 있다.
간명함을 위해 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크(또는 "레티클") 및 마스크 테이블(또는 "레티클 테이블")을 포함하는 예시들로 특별히 지칭될 수 있다; 하지만, 이러한 경우에 설명된 일반적인 원리들은 상기에 설명된 바와 같은 패터닝 구조체의 광의의 개념으로 이해하여야 한다.
리소그래피 장치는 표면(예를 들어, 기판의 타겟부) 상으로 원하는 패턴을 적용하는데 사용될 수 있다. 리소그래피 투영 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이러한 경우 패터닝 구조체는 IC의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성할 수 있으며, 이 패턴은 방사선-감응재(예컨대, 레지스트)층으로 코팅된 기판(예컨대, 실리콘 또는 다른 반도체 물질로 구성된 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1개 이상의 다이 및/또는 다이의 부분(들)을 포함하는) 타겟부 상으로 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 (예를 들어, 한번에) 연속하여 조사(irradiate)되는 인접한 타겟부들의 전체 매트릭스 또는 네트워크를 포함할 것이다.
마스크 테이블 상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 현재 통용되는 장치 중에는 2개의 상이한 형태의 기계 간에 구별이 행해질 수 있다. 한가지 형태의 리소그래피 투영 장치에서는 한번에 타겟부 상으로 전체 마스크 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사된다; 통상적으로, 이러한 장치를 웨이퍼 스테퍼라고 한다. 통상적으로, 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 장치로서 칭해지는 대안적인 장치에서 투영 빔 하에서 주어진 기준 방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행한 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판 테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사된다; 일반적으로, 투영 시스템은 배율 팩터(factor)(M: 일반적으로 < 1)를 가지므로, 기판 테이블이 스캐닝되는 속력(V)은 마스크 테이블 이 스캐닝되는 속력의 팩터 M배가 될 것이다. 스캐닝 타입의 장치 내의 투영 빔은 스캐닝 방향으로 슬릿 폭(slit width)을 갖는 슬릿의 형태를 가질 수 있다. 본 명세서에 서술된 바와 같은 리소그래피 장치와 관련된 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에 인용 참조되는 미국 특허 제 6,046,792호로부터 얻을 수 있다.
리소그래피 투영 장치를 사용하는 제조 공정에서 (예를 들어, 마스크 내의) 패턴은 방사선-감응재(예컨대, 레지스트) 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 덮여 있는 기판 상으로 이미징된다. 이 이미징 절차 이전에 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅, 및/또는 소프트 베이크(soft bake)와 같은 다양한 다른 절차를 거칠 수 있다. 노광 후, 기판은 노광 후 베이크(post-exposure bake: PEB), 현상, 하드 베이크(hard bake), 및/또는 이미징된 피처들의 측정/검사와 같은 다른 절차들을 거칠 수 있다. 이러한 일련의 절차들은 디바이스(예를 들어, IC)의 개별층을 패터닝하기 위한 기초로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전사 절차(transfer procedure)들은 기판 상에 레지스트의 패터닝된 층이 생기게 한다. 증착, 에칭, 이온-주입(도핑), 금속화(metallization), 산화(oxidation), 화학-기계적 폴리싱 등과 같은 1 이상의 패턴 공정이 후속될 수 있으며, 이 모두는 개별층을 생성, 수정, 또는 마무리하도록 의도될 수 있다. 여러 개의 층들이 요구되는 경우, 모든 절차 또는 그 변형례가 각각의 새로운 층에 대해 반복될 수 있다. 최종적으로, 디바이스들의 어레이가 기판(웨이퍼) 상에 존재할 것이다. 그 후, 이 디바이스들은 다이싱(dicing) 또는 소잉(sawing)과 같은 기술에 의해 서로 분리되며, 개개의 디바이스들은 캐리어(carrier)에 장착되고 핀 등에 연결될 수 있다. 이러한 공정들에 대한 추가 정보는, 예를 들어 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing(제 3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill 출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)"로부터 얻을 수 있다.
본 명세서에 언급되는 기판은 노광 전후에 처리될 수 있다: 예를 들어, 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, (예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여) 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
"투영 시스템"이라는 용어는, 예를 들어 굴절 광학기, 반사 광학기, 및 카타디옵트릭(catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 특정 투영 시스템은 사용되는 노광 방사선의 형태, 여하한의 침지 유체(들) 또는 노광 경로 내의 가스로 충전된(gas-filled) 영역, 노광 경로의 전체 또는 일부분에의 진공이 사용되는지와 같은 인자들에 기초하여 선택될 수 있다. 간명함을 위해, 투영 시스템은 이후 "렌즈"라고 칭해질 수 있다. 또한, 방사선 시스템은 방사선의 투영 빔을 지향, 성형, 축소, 확대, 패터닝 및/또는 그 밖의 방식으로 제어하기 위해 이러한 디자인 타입들 중 어느 것에 따라 작동하는 구성요소들을 포함하며, 또한 이러한 구성요소들은 집합적으로 또는 개별적으로 이하 "렌즈"라고 칭해질 수도 있다.
또한, 리소그래피 장치는 2개 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서는 추가 테이블들이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안에 1 이상의 다른 테이블에서는 준비 단계가 수행될 수 있다. 듀얼(dual) 스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어 본 명세서에 인용 참조되는 미국 특허 제 5,969,441호 및 PCT 출원 제 WO 98/40791호에 개시되어 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예컨대, 물)에 기판이 침지되는 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템의 제 1 요소 사이에도 적용될 수 있다. 투영 시스템의 유효 개구수(effective numerical aperture)를 증가시키는 침지 기술의 이용은 당업계에 잘 알려져 있다.
본 명세서에서 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126nm의 파장을 갖는) 자외 방사선, 및 EUV(예를 들어, 5 내지 20nm 범위 내의 파장을 갖는 극자외 방사선)뿐만 아니라, (이온빔 또는 전자빔과 같은) 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄하는데 사용된다.
본 명세서에서는 IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 이러한 장치는 다수의 다른 가능한 응용예들을 가진다는 것을 명확히 이해하여야 한다. 예를 들어, 이는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정 디스플레이 패널, 박막 자기 헤드, DNA 분석 디바이스 등의 제 조시에 채택될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 및 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어로 대체되는 것으로 간주되어야 한다는 것을 이해할 것이다.
기판이 노광되는 때마다 기판 높이 맵(substrate height map)을 취하는 것이 바람직하다. 기판이 이미 1 이상의 공정 단계를 거친 경우, 표면층은 더이상 폴리싱된 순수 실리콘(pure polished silicon)이 아닐 것이며, 기판 상에 이미 생성된 피처들을 나타내는 토폴로지(topology) 또는 구조체일 수도 있다. 상이한 표면층들 및 구조체들은 레벨 센서 판독(level sensor reading)에 영향을 줄 수 있으며, 특히 그 오프셋(offset)을 변경시킬 수 있다. 레벨 센서가 광학적인 경우, 이 영향들은, 예를 들어 표면 구조에 의해 또는 표면 반사율에서의 파장 의존성(wavelength dependence)에 의해 유도된 회절 영향에 기인할 수 있으며, 항상 예측될 수는 없다. 레벨 센서가 용량성 센서인 경우, 기판의 전기적 특성에 의해 공정 의존적 오차(process dependent error)가 유도될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법은, 기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하기 위해 제 1 센서를 사용하는 단계 및 기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하기 위해 제 2 센서를 사용하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 제 1 센서를 사용하여 측정된 1 이상의 높이, 및 제 2 센서를 사용하여 측정된 1 이상의 높이에 기초하여, 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화(characterization)를 생성하는 단계 및 기판의 제 2 부분의 복수의 높이를 측정하기 위해 제 1 센서를 사용하는 단계를 포함한다. 기판의 제 2 부분의 특성화는 기판의 제 2 부분의 복수의 높이 및 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화에 기초하여 생성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 측정 방법은, 기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하기 위해 제 1 센서를 사용하는 단계, 및 기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하기 위해 인 레지스트 포커스 결정(in resist focus determination)을 사용하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 제 1 센서를 사용하여 측정된 1 이상의 높이 및 인 레지스트 포커스 결정을 사용하여 측정된 1 이상의 높이에 기초하여, 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화를 생성하는 단계 및 기판의 제 2 부분의 복수의 높이를 측정하기 위해 제 1 센서를 사용하는 단계를 포함한다. 기판의 제 2 부분의 특성화는 기판의 제 2 부분의 복수의 높이 및 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화에 기초하여 생성된다.
또한, 이러한 방법의 다수의 변형예, 디바이스 제조 방법 및 리소그래피 장치와 이러한 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 데이터 저장 매체가 본 명세서에 개시된다.
이하 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치(arrangement)를 개략적으로 도시하 는 도면;
도 3a 및 도 3b는 공정 의존적 오차들이 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 추정(deduce)될 수 있는 그래프를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 사용되는 기판을 도시하는 도면; 및
도 5는 본 발명의 다른 대안적인 실시예에 따른 기판의 예시적인 도면이다.
상기 도면들에서 대응하는 참조 부호들은 대응하는 부분들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들은, 예를 들어 정확하고 비용 효율적(cost-effective)인 방식으로 레벨 센서의 공정 의존적 오프셋 오차를 보정하는데 사용될 수 있는 기판을 노광하는 방법을 포함한다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
방사선(예를 들어, UV 또는 EUV 방사선)의 투영 빔을 공급하도록 구성된(예를 들어, 공급할 수 있는 구조체를 갖는) 방사선 시스템(이 특정한 예시에서 상기 방사선 시스템(RS)은 방사선 소스(SO), 빔 전달 시스템(BD), 및 조명 노드(node), 인티그레이터(integrator: IN), 및 콘덴싱 광학기(condensing optics: CO)를 설정(set)하는 조정 구조체(AM)를 포함하는 조명 시스템을 포함하여 이루어진다);
투영 빔을 패터닝할 수 있는 패터닝 구조체를 지지하도록 구성된 지지 구조체(이 예시에서 제 1 대상물 테이블(마스크 테이블: MT)에는 마스크(MA)(예를 들 어, 레티클)를 유지하는 마스크 홀더(mask holder)가 제공되며, 아이템(PL)에 대해 마스크를 정확하게 위치시키는 제 1 위치설정 구조체에 연결된다);
기판을 유지하도록 구성된 제 2 대상물 테이블(기판 테이블)(이 예시에서 기판 테이블(WT)에는 기판(W)(예를 들어, 레지스트-코팅된 반도체 웨이퍼)을 유지하는 기판 홀더가 제공되며, 아이템(PL) 및 기판 및/또는 기판 테이블의 위치를 렌즈(PL)에 대해 정확하게 나타내도록 구성된 (예를 들어, 간섭계) 측정 구조체(IF)에 대해 기판을 정확하게 위치시키는 제 2 위치설정 구조체에 연결된다); 및
패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템("렌즈")(이 예시에서 투영 시스템(PL)(예를 들어, 굴절 렌즈 그룹, 카타디옵트릭 또는 카탑트릭(catoptric) 시스템, 및/또는 거울 시스템)은 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이 및/또는 그 부분(들)을 포함하는) 타겟부(C) 상으로 마스크(MA)의 조사된 부분을 이미징하도록 구성된다. 대안적으로, 상기 투영 시스템은 프로그램가능한 패터닝 구조체의 요소가 셔터(shutter)로서 기능할 수 있는 2차 소스(secondary source)의 이미지를 투영할 수 있다. 또한, 상기 투영 시스템은, 예를 들어 2차 소스를 형성하고 기판 상으로 마이크로스폿(microspot)을 투영하도록 마이크로렌즈 어레이(microlens array: MLA)를 포함할 수도 있다)을 포함한다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 갖는) 투과형으로 구성된다. 하지만, 일반적으로는 예를 들어 (예를 들어, 반사 마스크를 갖는) 반사형으로 구성될 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 또 다른 종류의 패터닝 구조 체를 채택할 수 있다.
상기 소스(SO)(예를 들어, 수은 램프, 엑시머 레이저, 전자총(electron gun), 레이저-생성 플라즈마 소스(laser-produced plasma) 또는 방전 플라즈마 소스(discharge plasma source), 또는 스토리지 링(storage ring) 또는 싱크로트론(synchrotron) 내에서 전자빔의 경로 주위에 제공되는 언듈레이터(undulator))는 방사선 빔을 생성한다. 이 빔은 바로, 또는 컨디셔닝 구조체 또는 필드를 가로지른(traverse) 후에 조명 시스템(일루미네이터: IL)으로 공급된다. 예를 들어, 빔 전달 시스템(BD)은 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함할 수 있다. 상기 일루미네이터(IL)는 투영 빔에 의해 예를 들어 기판에 전달된 방사선 에너지의 각도 분포에 영향을 줄 수 있는 빔 내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정 구조체 또는 필드(AM)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 이러한 방식으로 마스크(MA) 상에 입사한 빔(PB)은 그 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖는다.
도 1에 대해 상기 소스(SO)는 (예를 들어, 상기 소스(SO)가 수은 램프인 경우에 흔한 바와 같이) 리소그래피 투영 장치의 하우징(housing) 내에 있을 수도 있지만, 그것이 리소그래피 투영 장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어낸 방사선 빔이 (예를 들어, 적절한 지향 거울의 도움으로) 상기 장치 내로 유도될 수도 있다는 것을 유의하여야 한다; 이 후자의 시나리오는 상기 소스(SO)가 엑시머 레이 저인 경우에 흔하다. 본 발명 및 청구항들은 두 시나리오를 모두 포괄한다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크 테이블(MT) 상에 유지되어 있는 마스크(MA)를 거친다(intercept). 상기 마스크(MA)를 가로지르면(대안적으로, 선택적으로 반사되면), 상기 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔(PB)을 포커스한다. 제 2 위치설정 구조체(및 간섭계 측정 구조체(IF))의 도움으로 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 상기 빔(PB)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 구조체는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 마스크(MA)의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대해 상기 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대상물 테이블(MT 및 WT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module)(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 도 1에 명확히 도시되어 있지 않다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단지 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.
도시된 장치는 몇몇 상이한 모드들에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C) 상으로 투영된다. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 빔(PB)에 의해 조사될 수 있도록 x 및/또는 y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 노광되는 타겟부(C)의 크기를 제한할 수 있다;
2. 스캔 모드에서, 주어진 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되는 않는다는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크 테이블(MT)은 v의 속력으로 주어진 방향(소위 "스캐닝 방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능하며, 투영 빔(PB)은 마스크 이미지 전반에 걸쳐 스캐닝하도록 유도된다. 동시발생적으로, 기판 테이블(WT)은 속력 V=Mv로 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동되며, 여기서 M은 렌즈(PL)의 배율(전형적으로, M=1/4 또는 1/5)이다. 마스크 테이블(MT)에 대한 상기 기판 테이블(WT)의 속도 및/또는 방향은 확대, 축소(감소), 및/또는 투영 시스템(PL)의 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 이러한 방식으로 분해능을 떨어뜨리지 않고 비교적 큰 타겟부(C)가 노광될 수 있다. 스캔 모드에서 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 노광되는 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 노광되는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다;
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 구조체를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 투영 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 구조체는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 연속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트(update)된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같이 프로그램가능한 패터닝 구조체를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 상이한 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
패터닝 구조체 및/또는 투영 시스템에 대한 기판의 정확한 위치가 공지되고 및/또는 정확하게 제어되는 것이 중요할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 마스크의 이미지가 가로방향 변위(lateral displacement) 없이 의도된 타겟부 상에 정확히 투영되는 것 뿐만 아니라, 마스크의 이미지가 기판의 표면상으로 가능한 한 정확히 포커스되는 것 또한 중요할 수 있다.
기판의 최상부면(예를 들어, 기판 상의 레지스트층)에 대한 투영 빔의 최적의 포커스를 달성하기 위해서는, 기판과 마스크 및/또는 광학 시스템 사이의 높이가 결정되는 것이 바람직하거나 필수적일 수 있다. 예를 들어, 원하는 포커스 거리와 일치하는 높이로 그 높이를 조정하는 것이 바람직하거나 필수적일 수 있다. 기판의 두께는 다양할 수 있으므로, 매 노광 작업마다 (예를 들어, 마스크 및/또는 광학 시스템에 대해) 상기 기판의 원하는 위치설정 또는 최적의 위치설정을 결정하는 것이 바람직하거나 필수적일 수 있다. 또한, 기판은 완벽하게 평탄한 대상물이 아닐 수 있으므로, 상기 기판의 원하는 포커스 위치 또는 최적의 포커스 위치는 기판의 표면에 걸쳐 달라질 수 있다. 최종적으로, 기판들은 상이할 수 있으며 상이한 모폴로지(morphology)를 가질 수 있다. 그러므로, 가능하게는 매 노광 작업마다 각 각의 기판에 대해 기판의 부분 또는 전체의 높이 맵을 측정하는 것이 요구될 수 있다.
한가지 해결책을 구현하는데 사용될 수 있는 리소그래피 투영 장치는 기판 상으로 패터닝된 빔을 투영하는 광학 시스템 옆에 위치되거나 그 일부분인 레벨 센서를 포함한다. 이 해결책에 따르면 기판의 높이 맵은 노광 중에 측정된다. 측정된 값들에 기초하여, 예를 들어 기판을 지지하는 기판 테이블의 높이를 조정함으로써 상기 광학 시스템에 대한 기판의 거리(예컨대, 높이)가 조정될 수 있다.
대안적으로, 노광 이전에 기판의 높이 맵을 측정할 수 있다. 이제는 2 이상의 독립적으로 이동가능한 기판 테이블이 존재하는 기계들이 이용될 수 있다; 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 98/28665호 및 WO 98/40791호에 개시되어 있는 멀티-스테이지(multi-stage) 장치를 참조한다. 이러한 멀티-스테이지의 작동 원리는 제 1 기판 테이블이 그 테이블 상에 위치된 제 1 기판의 노광을 위해 투영 시스템 밑의 노광 위치에 있는 동안에, 제 2 기판 테이블은, 예를 들어 로딩(loading) 위치로 진행하고, 이전에 노광된 기판을 배출(discharge)하며, 새로운 기판을 집어 올리고, 새로운 기판 상에서 몇몇 측정(예를 들어, 상기 언급된 높이 맵)을 수행하며, 그 후 제 1 기판의 노광이 완료되자마자 투영 시스템 밑의 노광 위치에 상기 새로운 기판을 전달하도록 준비 상태로 존재할 수 있다는 것이다; 그 후, 이러한 사이클(cycle)이 반복될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 몇몇 실시예의 적용례들에서는 이러한 실시예들이 노광 위치와 측정 위치 사이에서 이동되거나 이동되지 않을 수 있는 단지 1개의 기판 테이블 또는 2 이상의 기판 테이블과 사용될 수 있으므로 기판 테이블의 개수와는 무관하다.
측정 위치에서 기판 상에 수행되는 측정들은, 예를 들어 기판 상의 여러 가지의 의도된(contemplated) 노광 영역들 (또한 "다이"라고도 함), 기판 상의 기준 마크들, 및 기판의 영역 외부에서 기판 테이블 상에 위치된 1 이상의 기준 마크(예를 들어, 기점(fiducial)) 사이에서의 (예를 들어, X 및 Y 방향으로의) 공간 관계(spatial relationship)의 결정을 포함할 수 있다. 이후, 이러한 정보는 투영 빔에 대한 노광 영역의 빠르고 정확한 X 및 Y 위치설정을 수행하도록 노광 위치에서 채택될 수 있다; 이러한 측정 및 그 사용에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 PCT 특허 공보 WO 99/32940호에서 찾을 수 있다. 또한, 상기 명세서는 기판 홀더의 기준 평면에 대한 다양한 지점에서의 기판 표면의 Z 위치와 관련된 높이 맵의 측정 위치에서의 준비(preparation)를 설명하며, 여기서 Z는 기판 표면에 수직인 방향을 나타낸다.
기판의 높이 맵을 측정하는 것은 전형적으로 기판의 최상부면과 상호작용하는 센서를 사용하여 행해진다. 이러한 센서는 통상적으로 레벨 센서라고 칭해진다. 상기 기판의 높이 맵의 측정은 공정-의존적 오차(PDE)들에 종속될 수 있으며, 또한 유럽 특허 공보 EP 1037117A2호에 개시되어 있다.
2가지 타입의 공정-의존적 오차들이 알려져 있다: 오프셋 및 선형성 오차(linearity error)나 미스-스케일링(mis-scaling)(즉, 이득)이 공지된다. 레벨 센서(zLS)에 의해 측정된 높이는 실제 높이(zreal)의 함수: 예를 들어, zLS = a*zreal + b로서 적정한 정확도로 표현될 수 있으며, 여기서 a는 이득이고 b는 오프셋이다. 이상적으로, 상기 이득(a)은 1(unity)이며 상기 오프셋(b)은 0이다.
기판이 노광될 때마다 기판 높이 맵을 취하는 것이 바람직할 수 있다. 기판이 이미 1 이상의 공정 작업을 거쳤다면, 표면층은 더이상 폴리싱된 순수 실리콘이 아닐 수 있으며, 또한 기판 상에 이미 생성된 피처들을 나타내는 토폴로지 또는 구조체가 존재할 수도 있다. 상이한 표면층들 및 구조체들은 레벨 센서 판독에 영향을 줄 수 있으며, 특히 그 오프셋을 변경시킬 수 있다. 상기 레벨 센서가 광학적인 경우 이 영향들은, 예를 들어 표면 구조에 의해 또는 표면 반사율에서의 파장 의존성에 의해 유도되는 회절 영향에 기인할 수 있으며, 항상 예측될 수는 없다. 상기 레벨 센서가 용량성 센서인 경우, 공정-의존적 오차가 기판의 전기적 특성에 의해 유도될 수 있다.
이 공정-의존적 오차를 극복(overcome)하기 위하여, 공정-의존적 보정이 결정될 필요가 있다. 유럽 특허 공보 EP 1037117A2호에는 이 공정-의존적 오차들을 상쇄(counteract) 및/또는 보정하는 몇가지 방법들이 제안되어 있다.
예를 들어, 요구되는 공정-의존적 이득 보정을 결정하기 위해서, 기판 테이블이 (예를 들어, 레벨 센서의 선형 또는 선형화된 범위에 걸친(span)) 몇몇 상이한 수직 위치에 설정된 채로, 레벨 센서에 의해 노광 영역 또는 타겟 위치가 측정될 수 있다. 기판 높이는 기판 표면과, 예를 들어 기판 테이블에 의해 정의된 기준 평면 사이의 물리적 거리로서 특성화될 수 있다. Z-방향으로의 기준 평면의 위치 는, 예를 들어 간섭계에 의해 측정될 수 있다. 이러한 기판 높이(zwafer)는 기판 테이블의 수직 위치로 변경되지 않아야 하며, 레벨 센서에서 Z-간섭계의 측정을 뺌으로써 얻어질 수 있다: ZWAFER = ZLS - ZIF 여기서, ZLS는 기판의 표면의 레벨 센서에 의한 측정을 나타내며, ZIF는 기준 평면의 간섭계에 의한 측정을 나타낸다. 하지만, 기판 테이블의 위치가 공지되는 한, 간섭계 대신에 또 다른 센서가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
ZWAFER는 기준 평면에 대한 기판의 높이를 나타낸다. 그러므로, ZWAFER의 결정된 값이 기판 테이블의 수직 방향으로 변경되는 경우, 이 결과는 레벨 센서 또는 Z-간섭계(또는 사용되는 다른 센서) 중 하나 또는 둘 모두가 선형적이지 않거나 동일하게 스케일링되지 않는다는 것을 나타낼 수 있다. Z-간섭계는 기판 높이 맵에 대한 요구되는 정확성보다 더 큰 정도(extent)로 선형일 수 있기 때문에 선형이라고 여겨질 수 있다. 그러므로, 기판 높이 값들의 여하한의 차이들은 레벨 센서의 선형성 오차 또는 미스-스케일링, 예를 들어 이득 오차로부터 유도된 것이라고 가정할 수 있다. 이러한 차이들, 및 가능하게는 이러한 차이들이 관찰된 대응하는 레벨 센서 판독에 관한 지식 정보는 상기 레벨 센서의 출력 값을 보정하는데 사용될 수 있다. 레벨 센서를 포함하는 본 발명의 일 실시예 또는 그 사용례에서는 간단한 이득 보정이 제안된다. 하지만, 더 복잡한 보정이 다른 공지된 센서들과 함께 사용될 수 있다.
처리되어야 할 기판이 상이한 공정을 거친 기판 상의 노광 영역을 갖는 경 우, 공정-의존적 보정은 상기 기판 상의 노광 영역의 각각의 상이한 타입에 대해 결정될 수 있다. 그와 반대로, 동일하거나 유사한 공정을 겪은 노광 영역을 갖는 기판의 뱃치(batch)가 노광되어야 하는 경우, 뱃치 당 한번에 노광 영역의 각각의 타입에 대한 공정-의존적 보정을 측정하는 것만이 필수적일 수 있다. 그 후, 이러한 보정은 노광 영역의 그 타입이 상기 뱃치 내에서 높이-맵핑(height-mapped)될 때마다 적용될 수 있다.
센서들은 공정 의존적 오차들에 종속되지 않는 것으로 알려져 있다. 이러한 공정-독립적 센서(process-independent sensor)는 기압계(air gauge) 또는 스캐닝 니들 프로파일러(scanning needle profiler)일 수 있다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 기압계는 가스 유출구(outlet)로부터 기판의 표면으로 가스 유동을 공급함으로써 기판의 높이 맵을 결정할 수 있다. 상기 기판의 표면이 높은 경우, 즉 기판의 표면이 가스 유출구에 더 가까운 경우, 상기 가스 유동이 비교적 높은 저항을 겪게 될 것이다. 기판 위에 있는 기압계의 공간 위치의 함수로서 유동의 저항을 측정함으로써, 기판의 특성(예를 들어, 기판의 최상층의 전기적 및/또는 광학적 특성)들의 적어도 일부분에 대해 기판의 높이 맵이 독립적일 수 있다는(또는 적어도 비교적으로 그러한) 것을 얻을 수 있으며, 따라서 공정 독립적 높이 맵을 제공할 수 있다.
스캐닝 니들 프로파일러는 니들로 기판의 높이 맵을 스캐닝하는데 사용될 수 있으며, 이는 또한 레지스트층의 전기적 및/또는 광학적 특성과 같은 특성들에 독립적인 높이 맵을 제공할 수 있다. 또한, 다른 공정 독립적 센서들도 알려져 있다. 하지만, 이러한 공정 독립적 센서들은, 일반적으로 공정 의존적 레벨 센서에 비해 낮은 (예를 들어, 최대 100의 팩터만큼 더 낮은) 스캐닝 속도(또는 대역폭)를 갖는다. 더욱이, 이 공정 독립적 센서들의 상기 스캐닝 속도는 요구되는 것에 비해 낮을 수 있다.
상기 공정 의존적 오차를 결정하는 공지된 방법들은, 공지된 공정 독립적 센서들이 비교적 매우 느리기 때문에 대체로 매우 시간 소모적이다. 상기 설명된 바와 같은 방법에 따라 공정 의존적 센서들을 사용하여 상기 공정 의존적 이득 오차들을 결정하는 것은 기판에 대해 상이한 높이들로부터 측정하는 것을 수반할 수 있다. 이러한 배치는 기판이 위치된 기판 테이블이 높이에 맞게(in height) 이동해야 하며, 센서들이 높이에 맞게 이동해야 한다는 것을 암시(imply)할 수 있으며, 이는 시간-소모적일 수 있다. 추가적으로, 이러한 방법은 공정 의존적 이득 오차(a)만을 보정하는 것을 도우며, 공정 의존적 오프셋 오차(b)는 보정하는 것을 돕지 않을 수 있다. 이득 보정과 오프셋 보정 사이의 한가지 가능한 구별은 이득 보정이 상대적인 측정에 기초하는(예를 들어, 기판이 공지된 양만큼 높이에 맞게 이동되는 경우, 레벨 센서의 응답은 공지된 이동과 비교되는) 반면, 오프셋 보정은 (예를 들어, 0 높이 값에 대한) 절대적인 측정에 기초할 수 있다는 것이다.
공정 의존적 오프셋 오차를 감소시키는 다른 기술들이 이용가능하다. 예를 들어, 상기 언급된 유럽 특허 공보 제 EP 1037117A2호는 사용되는 센서에 대한 조정(adjustment)들을 제공하는데 사용될 수 있는 다른 해결책을 제시하고 있다. 이 특허 공보는 1 이상의 파장을 사용하는 센서를 사용하여 높이를 측정하도록 제안한 다. 또한 상기 명세서는 레벨 센서가 그 높이를 측정하는 입사 각도를 변화시킬 것을 제안한다. (예를 들어, 몇몇 파장 및/또는 변화한 각도들을 사용하여) 이 측정값들로부터 얻어진 측정들은 공정 의존적 오프셋을 상쇄하는데 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 해결책들은 비교적 번거로울(cumbersome)(예를 들어, 시간-소모적일) 수 있으며, 따라서 비교적 고가(expensive)일 수 있다. 또한, 이러한 해결책들은 공정 의존적 오프셋 오차를 결정할 수 없을 수도 있다.
미국 공보 특허 출원 제 2002/0158185호는 공정 의존적 오차가 없는 기압계와 조합하여 제 1 레벨 센서를 사용함으로써 공정 의존적 오프셋 오차에 대한 해결책을 제공한다. 이 센서들 둘 모두는 노광 이전에 기판 또는 기판의 일부분의 높이를 결정한다. 이 측정들 간의 차이는 결정되고 저장되며 상기 제 1 레벨 센서의 공정 의존적 오차(즉, 오프셋)에 대한 기준(measure)으로서 사용된다. 제 2 레벨 센서는 본질적으로 제 1 레벨 센서와 동일한 노광(온-더-플라이(on-the-fly)) 중에 사용된다. 이 제 2 레벨 센서의 측정들은 상기 제 1 레벨 센서의 저장된 공정 의존적 오차를 이용하여 이 공정 의존적 오차가 상기 제 2 레벨 센서에 동일하게 적용된다는 가정하에 보정된다. 하지만, 이 해결책은 이러한 해결책을 비교적 어렵게 만들고 고가의 해결책이 되게 하는 본질적으로 동일한 2개의 레벨 센서를 필요로 한다(즉, 상기 센서들은 매치된 성능을 가져야 한다).
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서, 공정 의존적 오프셋 오차는 기판(W) 자체의 높이를 측정하기 위해 절대적인 측정에 (즉, 0의 높이 값에 대해) 사용되는 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)를 모두 사용하여 결정된다. 따라서, 이득 오차가 결정되어야 하는 경우 및 (높이 이동의 상대적인 측정을 얻기 위해) 측정시 기판(W)의 높이가 측정 장비에 대해 이동되는 경우의 측정들과 대조적으로, 이 방법에서는 기판(W)의 높이가 측정 장비에 대해 이동되지 않는다. 그 후, 얻어진 측정들 간의 차이는 공정 의존적 오프셋 오차(process dependent offset error: PDOE)를 결정하는데 사용된다. 본 발명의 상이한 실시예들이 하기에 더 자세히 설명될 것이다.
도 2는 예를 들어 기판(W)의 높이 맵을 결정하기 위해, 기판(W), 제 1 센서(10) 및 상기 기판(W) 위에 위치된 제 2 센서(11)를 나타낸다. 또한, 도 2는 상기 제 1 센서(10) 및 상기 제 2 센서(11)와 통신하도록 배치되는 프로세서(processor: 12)를 나타낸다. 상기 센서들(10 및 11)은 그 측정들을 프로세서(12)에 전송하도록 배치된다. 또한, 상기 프로세서(12)는 메모리 유닛(memory unit: 13)과 통신하도록 배치된다. 상기 프로세서(12)는 메모리 유닛(13)으로부터의 데이터를 저장하고 검색(retrieve)할 수 있다. 또한 하기에 설명되는 바와 같이, 상기 프로세서(12)는 제 1 센서(10), 제 2 센서(11) 및/또는 메모리 유닛(13)으로부터 검색된 데이터를 이용하여 계산을 수행하도록 배치된다. 프로세서(12) 및/또는 메모리 유닛(13)은 리소그래피 투영 장치(1)의 일부분일 수도 있지만, 리소그래피 투영 장치(1)의 외부에 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서, 제 1 센서(10)는 기압계 또는 스캐닝 니들 프로파일러와 같은 공정 독립적 센서이며, 그 높이 측정들은 측정되는 표면의 전기적 및/또는 광학적 특성들에 의존하지 않는다. 제 2 센서(11)는 공정 의존적 센서이며, 즉 기판(W) 상에서 수행되는 공정에 의존할 수 있는 오프셋 오차(PDOE)를 갖는다. 이득 오차들은 사전에 이미 보정되었다고 가정한다. 그 후, 제 1 센서와 제 2 센서의 측정 간의 차이는 공정 의존적 오프셋 오차에 의해 실질적으로 형성된다. 이러한 경우 상기 PDOE는 제 2 센서(11)에 의해 완전히 유도되며 기판(W)의 '실제' 높이는 제 1 센서(10)의 판독으로부터 공지된다는 것을 가정할 수 있다.
상기 제 1 센서(10) 및 상기 제 2 센서(11)를 사용하여, 예를 들어 상기 센서들(10 및 11) 밑에서 기판을 스캐닝함으로써 기판 상의 복수의 위치들에 대해 측정들이 행해질 수 있다. 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)에 의해 얻어진 측정들은 상기 제 2 센서(11)의 PDOE가 측정된 기판(W) 상의 각각의 위치에 대해 저장되는 맵을 구성하는데 사용될 수 있다. 이 맵은 기판(W) 상의 위치들을 나타내는 X 및 Y 좌표의 조합에 대해 공정 단계마다 PDOE가 저장되는 간단한 테이블일 수 있다. 따라서, 다시 말하면 제 2 센서(11)의 측정들은 X, Y 위치 및 이 제 2 센서(11)가 사용되는 공정의 함수로서 캘리브레이션(calibration)될 수 있으며, 각각의 캘리브레이션 데이터는 메모리 유닛(13)에 저장될 수 있다.
프로세서(12)에 의해 계산되는 제 2 센서(11)의 PDOE 맵은 메모리 유닛(13)에 저장될 수 있다. 기판(W)의 또 다른 처리가 행해지는 경우, PDOE 맵은 이 메모리 유닛(13)으로부터 검색될 수 있다. 하지만, PDOE 맵은 노광시 리소그래피 투영 장치(1)에 의해 좀 더 쉽고 더 빠르게 검색될 수 있는 또 다른 메모리 유닛(도시되지 않음)으로 전송될 수도 있다.
PDOE가 기판(W)의 특성(예를 들어, 사용되는 레지스트의 종류 및 레지스트 층 밑에 있는 구조체의 성분(composition))에 의존하기 때문에, 이 PDOE는 예를 들어 유사한 패턴들 및 유사한 처리(treatment)들을 갖는 유사한 노광 또는 노광들을 거친 동일한 종류의 특성들, 예컨대 대응하는 타겟부(C)(또는 타겟부의 부분들)를 갖는 기판(W)의 모든 부분에 대해 동일하다고 가정될 수 있다. 이 특성들은 기판의 광학적 및/또는 전기적 특성들을 포함할 수 있다. 실제로, 이러한 의존은 기판(W) 상의 모든 대응하는 타겟부(C)마다 및/또는 대응하는 공정 단계 내에서의 다른 기판(W) 상의 모든 대응하는 타겟부(C)마다 PDOE 맵이 동일할 수 있다는 것을 암시할 수 있다.
PDOE 맵의 결정은, 예를 들어 공정 독립적 센서의 사용의 결과로서 시간-소모적인 공정일 수 있다(기압계 및 스캐닝 니들 프로파일러 측정들은 느리다). 하지만, PDOE 맵이 유사한 타겟부(C)에 대해 유사할 수 있기 때문에, 각각의 유사한 타겟부(C)에 대해 한번에 특정 PDOE 맵을 결정하기에 충분할 수 있다. 일단 소정 타입의 타겟부(C)에 대해 PDOE 맵이 알려지면, 유사한 타겟부(C)를 갖는 모든 기판(W)은 빠른 공정 의존적 센서를 사용하여 정상적으로 처리될 수 있다. 정상적인 처리 속도로 작동할 수 있는 이 공정 의존적 센서들의 측정들은 이전에 구성된 PDOE 맵을 사용하여 보정될 수 있다. 따라서, 모든 유사한 타겟부(C)에 대해 단지 하나의 PDOE 맵만이 구성될 필요가 있을 수 있다.
리소그래피 노광에 대해, 기판(W)의 높이 맵이 구성될 수 있다. 유럽 특허 공보 제 EP 1037117A2호에 더 상세하게 설명된 바와 같이, 이 구성은 리소그래피 장치의 노광 위치에서 또는 리소그래피 장치의 원거리(remote) 위치에서, 예를 들 어 소위 멀티-스테이지 기계 내의 측정 위치에서 행해질 수 있다.
기판(W)의 노광 이전에 기판(W)의 높이 맵은 PDOE 맵을 결정하는데 사용되는 제 2 센서(11)와 동일한 PDOE를 겪게 되는 레벨 센서를 사용하여 결정될 수 있다. 물론, 상기 제 2 센서(11) 및 상기 레벨 센서는 동일한 센서일 수도 있다. 이제는 상기 레벨 센서의 측정들은 PDOE 맵의 사용과 함께, 예를 들어 레벨 센서의 측정에 대한 타겟부(C) 상의 그 대응하는 위치에 대해 PDOE 맵의 콘텐츠(content)를 단순히 더함으로써 보정될 수 있다. 예를 들어, 이 계산은 메모리 유닛(13)에 이전 저장된 데이터를 사용하여 프로세서(12)에 의해 행해질 수 있다. 높이 맵이 비교적 빠른 레벨 센서를 이용하여 얻어지기 때문에, 이러한 방법은 비교적 높은 처리 속도로 기판(W)을 처리할 수 있게 하는 한편, 공정 의존적 오차들이 보상된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에서, 공정 의존적 오프셋 오차 맵 및 그 높이 맵은 노광 이전에 결정된다. 노광시 상기 기판(W)은 멀티스테이지 기계에 대해 하기에 설명될, 소위 TIS 센서와 같은, 예를 들어 웨이퍼 테이블에 고정된 이미지 센서에 의해 얻어진 측정들에 기초하여 웨이퍼 테이블(WT)을 위치시킴으로써 패터닝된 빔(PB)에 대해 위치된다.
도 2에 도시된 바와 같은 멀티-스테이지 기계에서 기판(W)의 표면은 측정 위치에서 레벨 센서를 이용하여 맵핑될 수 있다. 맵은 (예를 들어, TIS에 의해 정의된 바와 같은) 기준 평면에 대해 측정될 수 있으며, 이 정보는 메모리에 저장될 수 있다.
그 후, 기판(W)은 도 2에 도시된 노광 위치로 이송(transport)된다. 노광 이 전에 기판 테이블(WT)의 위치 및 방위(orientation)는 TIS에 의해 측정될 수 있으며 기준 평면과 연관된다. 상기 TIS는 마스크(MA)로부터 기판 테이블 상에 이미징되는 (마스크들의 높이를 포함하는) 복수의 마크의 위치를 측정한다. 종래에는, 복수의 TIS 센서들이 사용된다(그 중 하나만이 도 2에는 도시되어 있다).
제 1 위치에서 레벨 센서의 측정들에 의해 이전에 얻어진 데이터가 메모리로부터 검색될 수 있고 기판(W)의 높이 및 경사는, 예를 들어 TIS를 사용하여 정의된 기준 평면에 대한 이 정보에 기초하여 노광 중에 조정될 수 있기 때문에, 노광 위치에서 기판(W)의 표면을 측정하는 것은 필수적이지 않을 수 있다.
이러한 기계에서 측정 위치에서의 레벨 센서의 측정들은 PDOE 맵을 사용하여 공정 의존적 오프셋 오차에 대해 보정될 수 있다. 하지만, 그 대신에 노광 중에 보정을 적용하는 것 또한 가능하다. 물론, 예를 들어 측정 및 노광 위치가 동일한 위치에 존재하는 경우에 단일 스테이지 기계에 대해서 동일한 방법이 사용될 수 있으며, 높이 맵은 노광 이전에 구성된다.
상기의 설명에서, 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)는 동일한 장소에 놓인다. 하지만, 제 1 장소에서는 제 1 (공정 독립적) 센서(10)를 이용하여 또한 제 2 장소에서는 제 2 센서(11)를 이용하여 기판(W)의 표면을 측정하는 것이 가능하다. 제 1 장소는 심지어 리소그래피 투영 장치(1)의 외부에 있을 수도 있다. 예를 들어, 공정 독립적 센서(10)는 소위 외부 프로파일러(external profiler)(예를 들어, 스캐닝 니들 프로파일러 또는 스캐닝 터널링 현미경(scanning tunneling microscope))일 수 있다. 이 경우 양쪽 센서들의 측정들이 서로 비교될 수 있다는 것이 중요할 수 있다. 기판(WT)이 위치되는 기판 테이블(WT)이 기판(W)의 형상에 영향을 주기 때문에, 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)에 의한 측정시 기판(W)은 동일한 기판 테이블(WT) 상의 동일한 위치에 위치되는 것이 바람직할 수 있다.
상기에 이미 언급된 바와 같이 공정 독립적 센서(10)는 기압계 또는 스캐닝 니들 프로파일러일 수 있지만, 또한 다른 공정 독립적 센서(10)들이 사용될 수도 있다. 이 공정 독립적 센서들은 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 기압계는 "The principles and applications of pneumatic gauging(V.R.Burrows, FWP Journal, 1976년 10월)" 및 미국 특허 제 4,953,388호와 같은 이러한 문서에서 설명된다.
당업자라면, 예를 들어 공정 의존적 오프셋 오차가 결정되는 한 본 발명의 다른 실시예가 고려될 수도 있음을 이해할 것이다. 공정 의존적 오프셋 오차 맵을 결정하는 또 다른 기술은 기판(W) 상에 패턴을 이미지하고, 기판(W)을 처리하며, (예를 들어, 레지스트 내의 국부적인 디포커스(local defocus in resist)를 결정하기 위해) 얻어진 패턴들의 품질(quality)을 검출하는 것이다. 상이한 이미지들의 검출된 품질에 기초하여, 국부적인 최적의 포커스 높이는 공정 의존적 오프셋 오차 맵을 결정하도록 공정 의존적 센서(11)의 측정과 비교될 수 있다. 레지스트 내의 국부적인 디포커스를 결정하는 것은 하기에 간명하게 설명되는 다양한 기술들로 행해질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에서 제 1 측정은 인 레지스트 포커스 결정 방법을 포함하며 센서(11)는 공정 의존적 센서이다. 이러한 방법에서 상기 센 서(11)의 공정 의존적 오프셋 오차는, 예를 들어 공정 의존적 센서(11) 판독이 행해진 동일한 장소 상의 결과적인 디포커스의 측정에 의해 결정될 수 있다.
처리된 기판(W)에 적용될 포커스 오프셋을 결정하기 위해, 통상적으로 사용되는 인 레지스트 포커스 결정 방법은 포커스 노광 매트릭스(Focus Exposure Matrix: FEM)이다. 이 방법 후속하는 노광들 내에서의 추정된 최적의 포커스(estimated best focus) 주위의 포커스 오프셋을 변화시키면서 레지스트 내의 중요한(critical) 구조체들을 노광하는 것에 기초한다. 이 노광들은 기판(W)의 동일한 타겟부(C) 또는 상이한 타겟부(C) 상에 배치될 수 있다. 레지스트의 현상 후에 이미징된 중요한 구조체들의 (광학적/전기적) 측정 또는 검사는 공정층에 대한 최적의 포커스 오프셋 결정을 얻도록 수행될 수 있다.
통상적으로, FEM 기술은 기판(W) 전체에 대한 최적의 포커스 세팅/오프셋들 또는 타겟부(C)마다의 별도의 포커스 오프셋들을 결정하는데 사용된다. 처리된 기판(W) 또는 타겟부(C)마다 포커스 오프셋을 결정하도록 이러한 기술을 적용하는 대신에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법은 기판(W) 상의 타겟부(C) 내에서의 포커스 변동을 결정하도록 이러한 기술을 사용하는 것을 포함한다. 기판(W)의 높이를 측정하는 공정 의존적 센서의 X 및 Y 방향으로의 측정 위치들과 매치되는 더 조밀한(dense) 노광 패턴을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 배치는 센서의 소정의 감지 영역(sensing area) 내에서 포커스를 통한 이미징된 중요한 구조체의 노광을 허용하며, (예를 들어, PDOE 맵을 결정하도록) 타겟부(C)의 모든 감지 영역에 대해 독립적으로 최적의 포커스 세팅/포커스 오프셋을 결정할 수 있다.
기판(W)에 적용될 포커스 오프셋을 결정하는 또 다른 공지된 기술은 레지스트 내의 포커스-감지 마크(focus-sensitive mark)들의 노광을 사용하고 그 노광된 마크들을 측정하기 위해 스캐너 내에 또 다른 센서를 사용하는 것이다. 상기 마크들은 정렬 마크들일 수 있지만 상기 스캐너 내의 또 다른 센서로 측정될 수 있는 여하한의 다른 구조체가 사용될 수도 있다.
이 정렬 마크들은 조밀한 구성에서의 마스크(MA) 상에 패터닝되며, 따라서 노광된 타겟부(C) 상에 마크들의 조밀한 패턴을 생성시킨다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법에서 상기 마크들은 광학 투영 시스템 내에 비-텔레센트릭시티(non-telecentricity)를 도입함으로써 포커스 감응적(focus sensitive)이 된다. 마스크(MA) 상에 배치된 상기 정렬 마크들의 서브세트(subset)는 투영 시스템 내에 비-텔레센트릭시티를 도입하도록 마스크(MA) 상에 부착된 쿼츠 웨지(quartz wedge) (이후 측정 마크라 함)에 의해 결합된다. 이 측정 마크들은 마크가 노광되는 디포커스에 비례하는 수평의 변위 또는 시프트를 나타낼 것이다. 따라서, 웨지들을 갖는 정렬 마크(측정 마크)들의 위치는 포커스 감응적일 수 있는 한편, 다른 마크(기준 마크라고 함)들의 위치는 포커스 비감응적(focus insensitive)일 수 있다. 그 후, 상기 기준 마크에 대한 측정 마크의 상대적인 시프트는 테스트 노광시 디포커스에 대한 측정된 기준(measure)으로서 제공될 수 있다.
처리된 기판 상의 특정 장소에 대한 포커스 오프셋은 노광된 마크들 사이의 수평 시프트를 측정함으로써 결정될 수 있다. 감지 영역마다 1 이상의 측정 마크 및 1 이상의 기준 마크들이 노광될 수 있다. 이러한 접근법은 상기 처리된 기판(W) 상의 감지 영역마다의 포커스 오프셋의 결정을 허용할 수 있다. 이 포커스 오프셋들은 특정 타겟부(C) 내의 모든 감지 영역들에 대해 도출될 수 있으며, 그 후 동일한 기판 성분을 갖는 모든 타겟부(C)에 대한 공정 의존적 오프셋 오차 맵으로서 저장될 수 있다. 타겟부(C)에 대한 공정 의존적 오프셋 맵을 결정하기 위한 이러한 방법은 기판(W) 상의 하나의 특정 타겟부(C)를 노광함으로써 또는 평균 타겟부(C)를 나타내는 공정 의존적 오프셋 오차 맵을 결정하도록 기판(W) 상의 모든 타겟부(C) 상의 포커스 오프셋을 평균함으로써 행해질 수 있다.
기판(W)에 적용될 포커스 오프셋을 결정하는 유사한 기술은 레지스트 내의 포커스 감지 마크들의 노광을 사용하고 그 노광된 마크들을 측정하는 외부 메트롤로지 툴링(external metrology tooling)을 사용하는 것이다. 상기 마크들은 미국 특허 제 5,300,786호에 서술된 바와 같이, 소위 박스-인-박스(box-in-box) 구조체와 같은 더 특정화된 정렬 마크들일 수 있다. 광학 투영 시스템 내에 비-텔레센트릭시티를 도입함으로써 마크들 자체가 포커스 감응적이 될 수 있다. 이는 박스-인-박스 구조체를 형성하고 그와 함께 이미징된 구조체의 회절 차수(diffraction order)를 취소(cancel)하는 마스크(MA) 상의 라인들 옆의 에칭 위상 단차(etching phase step)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 미국 특허 제 5,300,786호에 더 상세하게 설명된다.
감지 영역마다, 1 이상의 마크들이 노광될 수 있다. 이러한 접근법은 처리된 기판(W) 상의 감지 영역마다의 포커스 오프셋의 결정을 허용할 수 있다. 이 포커스 오프셋들은 특정 타겟부(C) 내에서의 모든 감지 영역에 대해 도출될 수 있으며, 그 후 동일한 기판 성분을 갖는 모든 타겟부(C)에 대한 공정 의존적 오프셋 오차 맵으로서 저장될 수 있다. 타겟부(C)에 대한 공정 의존적 오프셋 오차를 결정하기 위한 이러한 방법은 기판(W) 상의 하나의 특정 타겟부(C)를 노광함으로써 또는 평균 타겟부(C)를 나타내는 오차 맵을 결정하도록 기판(W) 상의 모든 타겟부(C) 상의 포커스 오프셋을 평균함으로써 행해질 수 있다.
센서(11)의 측정들은 PDOE 맵의 사용과 함께, 예를 들어 상기 센서(11)의 측정에 대한 타겟부(C) 상의 그 대응하는 위치에 대한 PDOE 맵의 콘텐츠를 단순히 추가함으로써 보정될 수 있다. 예를 들어, 이 계산은 이전에 메모리 유닛(13)에 저장된 데이터를 사용하여 프로세서(12)에 의해 행해질 수 있다. 대안적으로, PDOE 맵의 콘텐츠는 기판(W)의 노광시의 보정으로서 사용될 수 있다.
처리될 기판(W)이 상이한 공정들을 거친 기판 상의 노광 영역을 갖는 경우, 공정-의존적 오프셋 오차 맵은 기판 상의 노광 영역의 각각의 상이한 타입에 대해 결정될 수 있다. 그와 반대로, 동일하거나 유사한 공정들을 겪은 노광 영역을 갖는 기판들의 뱃치가 노광되어야 하는 경우, 뱃치 당 한번에 이전 노광 영역의 각각의 타입에 대한 공정-의존적 오프셋 오차 맵을 측정하는 것만이 필수적일 수 있다. 그 후, 그 보정은 노광 영역이 상기 뱃치 내에서 높이-맵핑(height-mapped)될 때마다 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법에서 공정 의존적 오프셋 오차(PDOE)를 결정하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)로 기판(W)이 측정된다. 이 실시예에서는 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11) 둘 모두가 공정 의존적 센서이지만, 그 각각은 공정 파라미터에 상이한 감응성(sensitivity)을 갖는다. 이 결과는 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 센서(10)는 상기 제 2 센서(11)에 비하여 또 다른 타입의 공정 의존적 센서일 수 있다. 하지만, 상기 제 1 센서(10) 및 상기 제 2 센서(11)는 동일한 타입으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 상이한 파장 스펙트럼 및/또는 상이한 편극과 같이 상이한 세팅을 사용하도록 구성될 수도 있다. 최종적으로, 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)는 상이한 세팅을 사용하는 동일한 센서일 수도 있다. 측정된 값들 간의 차이는 PDOE 맵을 결정하는데 사용될 수 있다. 이 경우에서, 상기 PDOE는 2개의 측정된 값들 간의 차이와 같지 않을 수 있지만, 하기에 설명되는 바와 같이, 예를 들어 실험(experiment)에 의해 이전에 얻어진 모델 또는 테이블을 대신 사용함으로써 검색될 수 있다.
도 3a는 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)(둘 다 공정 의존인 센서)의 공정 의존성(process dependency)의 그래프를 도시한다. 수평 축선은 공정 의존적 파라미터(예를 들어, 레지스트층의 두께 또는 레지스트의 굴절률)를 나타낸다. 곡선(M10 및 M11)은 각각 센서(10 및 11)에 의해 측정된 높이를 나타낸다. 도 3a의 그래프는 공정 독립적 센서에 의해 측정된 바와 같은 '실제' 높이가 일정하게 유지되고 기판의 공정 의존적 파라미터가 변화되는 상황에서 수행된 실험의 결과일 수 있으며, 높이는 상기 제 1 센서(10) 및 상기 제 2 센서(11)에 의해 측정된다. 하지만, 이 그래프는 상기 제 1 센서(10) 및/또는 상기 제 2 센서(11)의 공정 의존성을 예측하는 이론상의 모델에 기초할 수도 있다.
도 3a는 값들(M10 및 M11)이 공정 의존적 파라미터의 함수로서 고정된 '실제' 높이에서 측정될 것임을 유의하여야 한다. 하지만, 예를 들어 센서(10)로 값을 측정한다고 해서 상기 '실제' 높이(공정 독립적 높이) 및 공정 의존적 파라미터의 값을 자동으로 알게 되는 것은 아니며, 그 이유는 센서(10)에 의해 측정된 동일한 값에 대응하는 공정 의존적 파라미터의 다른 값 및 또 다른 '실제' 높이의 다른 조합들이 존재할 수 있기 때문이다.
도 3a에 도시된 예시에서 기판(W)의 '실제' 높이는 직선의 수평 가로선(straight horizontal interrupted line)에 의해 나타난다. 그러므로, 이 가로선은 이상적인 공정 독립적 센서에 의해 얻어진 측정들을 나타낸다. 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 센서들(10 및 11) 각각에 의해 측정된 바와 같은 각각의 높이들(M10 및 M11)은 공정 의존적 파라미터의 함수로서 이 실제 높이에 대해 변화된다.
특정한 공정 의존적 파라미터에 대해 도 3a에서와 같은 그래프를 얻는 것이 바람직할 수 있다. 높이들(M10 및 M11) 간의 차이는 참조 부호(Δ)로 표시되어 있다. 이러한 실시예에서 이 차이는 특정한 공정 의존적 파라미터의 함수라고 가정할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 방법에서, 예를 들어 센서(11)의 측정값과 차이(Δ) 및 센서(10)의 측정값의 각각의 조합은 하나의 실제 높이와 유일한(unique) 관계를 갖는다. 따라서, 차이(Δ) 및 센서(10)의 측정값의 조합마다 PDOE의 값이 도출될 수 있다. 도 3a의 그래프에 기초하여, 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11) 간의 차이 (Δ)의 함수로서 상기 제 1 센서(10)의 PDOE를 나타내는, 도 3b에 도시된 그래프가 얻어질 수 있다. 제 1 센서(10)의 PDOE는, 예를 들어 실제 높이와 상기 제 1 센서(10)의 판독 간의 차이를 컴퓨터로 연산(compute)함으로써 쉽게 얻어질 수 있다. Δ의 함수인 PDOE의 그래프는, 예를 들어 하기에 설명되는 이유로 단조 함수(monotone function)인 것이 바람직하거나 중요할 수 있다. 물론, 대응하는 그래프는 제 2 센서(11)에 대해서도 얻어질 수 있다.
도 3b에 나타낸 그래프로부터의 정보는 기판(W)의 소정의 타겟부(C)의 PDOE 맵을 얻는데 사용될 수 있다. 따라서, 타겟부(C)는 도 2에 도시된 바와 같은 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)를 사용하여 측정될 수 있다. 상기 타겟부(C)의 각각의 부분에 대해, 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)의 판독 간의 차이(Δ)가 연산될 수 있다. 이제 이 차이에 기초하여, 예를 들어 도 3b에 나타낸 그래프를 사용함으로써 상기 PDOE가 얻어질 수 있다.
일단 PDOE 맵이 설명된 방법에 따라 결정되면, 기판(W)은 공정 의존적 센서(10)를 이용하여 처리되고 측정될 수 있다. 이 센서(10)에 의해 측정된 값은 제 1 실시예와 유사하게 상기 PDOE 맵을 사용하여 보정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법에서, 공정 의존적 파라미터의 함수로서 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)의 판독 간의 차이는 단조 상향(monotone upward) 또는 하향(downward) 함수이다. 이와 같은 경우가 아닌 또 다른 실시예에 따른 방법에서, 공정 의존적 파라미터의 더 많은 지식(예를 들어, 레지스트 및 산화물 두께 범위, 레이아웃(layout), 사용되는 물질)이 공지되지 않는 경우, 명확하 게 PDOE를 결정하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다.
상기 차이에 대한 가능한 값들은 단조 함수를 얻도록 제한될 수 있거나, 차이 함수는 몇몇의 단조 부분들로 분할(split)될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 그래프가 진동 함수(oscillating function)인 경우, 추가적인 정보가 공지된 경우(예를 들어, 결정될 높이가 소정의 범위 내에서 공지되고 그래프가 그 범위에서 단조로운 경우) 이 실시예에서 설명된 바와 같은 방법이 여전히 사용될 수 있다. 또한, 이 문제점은 하기에 설명되는 바와 같이 2개 이상의 센서를 사용함으로써 감소될 수도 있다.
또한, 이 실시예에서 해결책은 제 1 센서(10) 및 제 2 센서(11)의 판독 간의 차이가 소정의 공정 의존적 파라미터에 대해서뿐만 아니라, 모든 공정 의존적 파라미터에 대해서도 유일한 값이라는 것을 필요로 하는 경우일 수 있다. 차이(Δ)가 하나의 PD 파라미터의 상이한 값들에 대해서뿐만 아니라 상이한 PD 파라미터에 대해서도 생기는 경우, 상기 언급된 바와 같은 공정의 추가적인 지식은 PDOE 맵을 결정할 수 있도록 유일한 해결책을 알아내는데 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 높이 차이(Δ)는 공정 의존적 파라미터에만 의존하는 것으로 가정될 수 있다. 하지만, PDOE가 실제 높이에 의존한다고 여겨질 수도 있다. 이러한 경우, 예를 들어 상기 PDOE의 함수로서 2개의 센서 판독의 차이 간의 단조 관계가 유지되는 한, 이러한 방법은 여전히 적용될 수 있다. 또한, 상기 높이 차이(Δ)가 실제 높이에 의존하는 경우, 도 3a에 나타낸 바와 같은 각각의 높이에 대한 그래프를 측정하거나 몇몇 높이에서 행해진 측정들의 한 세트 를 사용함으로써 각각의 높이에 대한 이러한 그래프를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 그 후, 이러한 그래프는 (예를 들어, 선형 보간(linear interpolation)과 같은) 보간에 의해 다른 높이에 대해 구성될 수 있다.
이러한 일 실시예에 따른 방법의 하나의 잠재적인 장점은 일단 도 3a 및 도 3b에 따른 필요한 그래프가 결정되면 비교적 빠를 수 있거나 공간 요건, 오염 요건 등과 같은 특별한 기계적 요건을 만족시킬 수 있는 공정 의존적 센서만을 사용하여 기판(W)의 또 다른 처리가 행해질 수 있다는 사실이다.
상기 설명된 바와 같은 실시예들에 따른 방법들에 대해, 상기 PDOE 맵은 모든 대응하는 타겟부(C)에 대해서만 한번에 결정될 필요가 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 모든 종류의 가능한 시나리오들이 구상될 수 있다. 예를 들어, 단일 기판(W)은 맵핑되어야 하는 상이한 타겟부(C)를 포함할 수 있다. 모든 타겟부(C)가 서로에 대해 상이한 경우, 전체 기판(W)에 대한 PDOE 맵을 만드는 것이 바람직할 수 있다. 이 PDOE 맵은 이 단일 기판에 대해서만 유용할 수 있지만, 다른 기판들이 유사한 공정 단계 내의 유사한 타겟부(C)를 갖는 경우 상기 맵은 다시 사용될 수 있다.
비록 상기 타겟부(C)가 유사할지라도 모든 타겟부(C)에 대해 PDOE 맵을 생성하는 것이 가능할 수 있음은 물론이다. 또한, PDOE 맵이 유사한 기판(W)에 대해 이미 공지되어 있다 하더라도 모든 기판(W)에 대해 새로운 PDOE 맵이 생성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 여분의 맵핑(mapping)은 최적의 정확성을 보장하기 위하여 행해질 수 있다.
멀티-스테이지 기계에서, 얻어진 PDOE 맵은 메모리 유닛(13)에 저장될 수 있으며 기판(W)의 처리시에 (이미 상기 설명된 바와 같이, 예를 들어 제 1 장소에서의 높이 맵의 결정시 또는 제 2 위치에서의 노광시에) 사용될 수 있다. PDOE 맵은 기판(W)의 각각의 타겟부(C)의 높이 맵을 결정하기 위하여 제 1 위치에서의 레벨 센서의 측정을 보정하는데 사용될 수 있다. 하지만, PDOE 맵은 노광시 제 2 위치에서 기판(W)의 높이 및 방위를 조정하는데 사용될 수도 있다.
또한, 당업자라면 유사한 방법이 2개 이상의 센서를 사용하여 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상이한 공정 의존성들을 갖는 다수의 공정 의존적 센서들에 의해 행해지는 측정들 간의 차이에 기초하여 PDOE를 결정하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 도 3a에 있는 그래프 간의 차이가 소정의 범위 상에서만 공정 의존적 파라미터의 단조 함수인 경우에는 더 많은 센서가 사용될 수 있다.
상기 설명된 바와 같은 실시예들은 모든 종류의 리소그래피 투영 장치에 적용될 수 있다. 이러한 방법들은 실시간 레벨링(온-더-플라이)을 사용하는 기계에서 사용되거나 노광 이전에 높이 맵을 생성하는 기계에서 사용될 수 있다. 후자는, 예를 들어 상기의 도입부에도 설명된 국제 특허 출원 WO 98/28665호 및 WO 98/40791호에 설명된 바와 같은 멀티-스테이지 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 리소그래피 장치에서 기판을 노광하는 방법, 디바이스 제조 방법, 및 리소그래피 장치를 포함하며, 리소그래피 장치는 방사선의 투영 빔을 제공하는 조명 시스템; 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하는 지지 구조체; 기판을 유지하는 기판 테이블 및 기판의 타겟부 상으로 패터닝된 빔을 투영하는 투영 시스템을 포함하여 이루어진다.
기판을 지지하는 지지 테이블을 포함하는 리소그래피 장치에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 노광하는 방법은 공정 의존적 센서인 제 1 센서로 1 이상의 기판의 일부분의 제 1 높이 측정을 수행하는 단계; 제 2 센서로 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 높이 측정을 수행하는 단계; 상기 제 1 높이 측정 및 상기 제 2 높이 측정 간의 차이에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 메모리 유닛 내에 이 오프셋 맵을 저장하는 단계; 상기 제 1 센서로 높이 측정을 수행하고 오프셋 오차 맵을 이용하여 이 높이 맵을 보정함으로써 상기 기판 또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 다른 기판의 부분들의 높이 맵을 생성하는 단계; 상기 메모리 유닛 내에 이 높이 맵을 저장하는 단계; 및 노광 위치 내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우에 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하는 단계를 포함하며, 상기 노광 위치는 웨이퍼 테이블 센서 및 상기 높이 맵을 사용함으로써 제어된다.
기판을 지지하는 지지 테이블을 포함하는 리소그래피 장치에서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 노광하는 방법은, 공정 의존적 센서인 제 1 센서로 1 이상의 기판의 일부분의 제 1 높이 측정을 수행하는 단계; 제 2 센서로 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 높이 측정을 수행하는 단계; 상기 제 1 높이 측정 및 상기 제 2 높이 측정 간의 차이에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 메모리 유닛 내에 이 오프셋 오차 맵을 저장하는 단계; 상기 제 1 센서로 높이 측정을 수행함으로써 상기 기판 또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 다른 기 판의 부분들의 높이 맵을 생성하는 단계; 상기 메모리 유닛 내에 이 높이 맵을 저장하는 단계; 및, 노광 위치 내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하는 단계를 포함하고, 상기 노광 위치는 상기 오프셋 오차 맵을 이용하여 보정하는 동안에 상기 높이 맵을 사용함으로써 제어된다.
기판의 소정 부분에 대해 구성되는 공정 의존적 오차 맵은 동일한 기판 또는 또 다른 기판의 유사한 부분 상에서 수행되는 측정들을 보정하는데 사용될 수 있어 유익하다. 그 후, 측정된 높이는 이전에 저장된 공정 의존적 오차들로 용이하게 보정될 수 있다. 기판 상에서 상이한 타겟부들 또는 다이들은 일반적으로 유사한 패턴으로 노광되며 노광들 사이에 유사한 처리를 겪는다. 그러므로, 소정 타겟부들에 대한 센서의 공정 의존적 오차들은 다른 타겟부들과 유사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 부분이 1 이상의 기판 상의 복수의 서브-부분(subpart)들에 의해 형성되고 상기 부분이 복수의 기판 상에 복수의 서브-부분에 의해 형성되는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법에서, 제 2 센서는 공정 독립적 센서, 예를 들어 기압계, 외부 프로파일러 및 스캐닝 니들 프로파일러 중 적어도 하나이다. 이러한 실시예에 따른 방법에서, 상기 제 2 센서의 공정 의존적 오차는 제 1 센서 및 제 2 센서의 판독 간의 차이에 의해 간단하게 주어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법에서, 제 1 센서는 제 1 공정 의존성을 갖는 공정 의존적 센서이며 제 2 센서는 상기 제 1 공정 의존성과 상이한 제 2 공정 의존성을 갖는 공정 의존적 센서이다. 이러한 실시예에 따른 방법에서, 고가 이며 시간 소모적인 공정 독립적 센서들이 필요없을 수 있으며, 예를 들어 비교적 비용 효율적이고 빠른 공정 의존적 센서들만이 사용된다. 이러한 방법은 비교적 시간-효율적일 수 있다.
기판을 지지하는 지지 테이블을 포함하는 리소그래피 장치에서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 노광하는 방법은, 공정 의존적 센서인 제 1 센서로 1 이상의 기판의 일부분의 높이 측정인 제 1 측정을 수행하는 단계; 인 레지스트 포커스 결정 방법을 포함하여 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 측정을 수행하는 단계; 상기 제 1 측정 및 상기 제 2 측정 간의 차이에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 메모리 유닛 내에 이 오프셋 오차 맵을 저장하는 단계; 상기 제 1 센서로 높이 측정들을 수행하고 상기 오프셋 오차 맵을 이용하여 이 높이 맵을 보정함으로써 상기 기판 또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 다른 기판의 부분들의 높이 맵을 생성하는 단계; 메모리 유닛 내에 이 높이 맵을 저장하는 단계; 및 노광 위치 내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우에 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하는 단계를 포함하고, 상기 노광 위치는 상기 높이 맵을 이용하여 제어된다.
기판을 지지하는 지지 테이블을 포함하는 리소그래피 장치에서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 노광하는 방법은, 공정 의존적 센서인 제 1 센서로 1 이상의 기판의 일부분의 높이 측정인 제 1 측정을 수행하는 단계; 인 레지스트 포커스 결정 방법을 포함하여 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 높이 측정을 수행하는 단계; 상기 제 1 측정 및 상기 제 2 측정 간의 차이에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 메모리 유닛 내에 이 오프셋 오차 맵을 저장하는 단계; 상기 제 1 센서로 높이 측정들을 수행함으로써 상기 기판 또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 다른 기판의 부분들의 높이 맵을 생성하는 단계; 상기 메모리 유닛 내에 이 높이 맵을 저장하는 단계; 및 노광 위치 내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하는 단계를 포함하고, 상기 노광 위치는 오프셋 오차 맵을 이용하여 보정하는 동안에 상기 높이 맵을 사용함으로써 제어되는 한다.
이러한 방법에서, 상기 센서의 공정 의존적 오차는 상기 의존적 센서 판독이 행해지는 동일한 장소 상에서의 디포커스의 측정에 의해 (즉, 실질적으로 동일한 장소들 상에서의 판독 및 측정을 수행함으로써) 결정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 센서들 및 상이한 방법들은 이상적인 지점에서가 아니라, 소정의 감지 영역 또는 장소 내에서 기판의 높이 또는 디포커스를 측정할 수 있다. 이러한 감지 수단은 상이한 센서들 및 방법들에 대해 상이한 형상 및 상이한 크기들을 가질 수 있다. 따라서, “동일한 장소”라는 용어는 “실질적으로 동일한 장소”를 나타내는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 노광하는 방법에서, 인 레지스트 포커스 결정 방법은 포커스 노광 매트릭스(focus exposure matrix: FEM) 및 포커스 감지 마크들 중 1 이상에 사용한다. 포커스 감지 마크들을 사용하는 것은, 예를 들어 광학 투영 시스템 내로의 비-텔레센트릭시티의 도입에 기초할 수 있다. 이후, 유익할 수 있는 인 레지스트 포커스 결정을 수행하는 방법들을 더 상세하게 설명한 다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스 제조 방법은 기판을 제공하는 단계; 조명 시스템을 사용하여 방사선의 투영 빔을 제공하는 단계; 상기 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 패터닝 구조체를 사용하는 단계; 및 상기 기판의 타겟부 상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치는 방사선의 투영 빔을 제공하는 조명 시스템; 상기 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하는 지지 구조체; 기판을 유지하는 기판 테이블; 및 상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 이러한 리소그래피 장치는 1 이상의 기판의 일부분의 제 1 높이 측정을 수행하도록 배치된 공정 의존적 센서인 제 1 센서; 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 높이 측정을 수행하도록 배치된 제 2 센서; 상기 제 1 높이 측정 및 상기 제 2 높이 측정 간의 차이에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 이 오프셋 오차 맵을 메모리 유닛 내에 저장하도록 배치된 프로세서 및 메모리 유닛을 포함하고, 상기 제 1 센서는 상기 제 1 센서로 높이 측정들을 수행함으로써 상기 일부분과 유사한 처리를 한 상기 기판 또는 또 다른 기판의 부분들의 높이 맵을 생성하도록 배치되며, 상기 프로세서는 상기 오프셋 오차 맵을 이용하여 이 높이 맵을 보정하도록 배치되고, 또한 상기 프로세서는 이 높이 맵을 상기 메모리 유닛 내에 저장하기 위해 배치되며, 상기 리소그래피 장치는 노광 위치내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하도록 배치되 고, 상기 노광 위치는 웨이퍼 테이블 센서 및 상기 높이 맵을 사용함으로써 제어된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리소그래피 장치는, 방사선의 투영 빔을 제공하는 조명 시스템; 상기 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하는 지지 구조체; 기판을 유지하는 기판 테이블; 및 상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영 시스템을 포함한다. 또한, 이러한 리소그래피 장치는 1 이상의 기판의 일부분의 제 1 높이 측정을 수행하도록 배치된 공정 의존적 센서인 제 1 센서; 1 이상의 기판의 동일한 부분의 제 2 높이 측정을 수행하도록 배치된 제 2 센서; 상기 제 1 센서, 상기 제 2 센서 및 메모리 유닛과 통신(communicate)하도록 배치되고 상기 제 1 높이 측정 및 상기 제 2 높이 측정 간의 차이에 기초한 상기 제 1 센서의 오프셋 오차 맵을 생성하고 상기 메모리 유닛 내에 이 오프셋 오차 맵을 저장하도록 배치된 프로세서를 포함하고; 상기 제 1 센서는 상기 제 1 센서로 높이 측정들을 수행함으로써 상기 기판 또는 그 일부분과 유사한 처리를 한 또 다른 기판의 부분들의 높이 맵을 생성하도록 배치되며, 상기 프로세서는 상기 메모리 유닛 내에 이 높이 맵을 저장하도록 배치되고, 상기 리소그래피 장치는 노광 위치 내에서 기판 테이블에 의해 지지되는 경우 상기 기판 또는 다른 기판을 노광하도록 배치되며, 상기 노광 위치는 상기 오프셋 오차 맵을 이용한 프로세서 보정에 의해 보정되는 동안에 상기 웨이퍼 테이블 센서 및 상기 높이 맵을 사용함으로써 제어된다.
이미 상기 서술된 바와 같이 PDOE 맵의 결정은, 예를 들어 공정 독립적 센서 의 결과로서 시간-소모적인 공정일 수 있다(기압계 및 스캐닝 니들 프로파일러 측정들은 느리다). 하지만, PDOE 맵은 유사한 타겟부(C)들에 대해 유사할 수 있기 때문에 각각의 유사한 타겟부(C)에 대해 한번에 특정 PDOE 맵을 결정하기에 충분할 수 있다. 모든 유사한 타겟부(C)들에 대해, 하나의 PDOE 맵만이 구성될 필요가 있을 수 있다. 하기에 설명되는 바와 같이, 유사한 타겟부(C)들에 대해 PDOE 맵을 사용하는 이 기술은 더 발전될 수 있다.
기판(W)에 추가된 층은 일반적으로 완전히 평탄하지는 않다. 예를 들어, SiO층이 도포되고 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 기술들을 이용하여 평탄화(planarize)되는 경우, 상기 SiO층은 기판(W)의 중심-영역에서는 더 두껍고 기판(W)의 에지 부근에서는 더 얇을 수 있다. 그 결과로서 중심-영역 내의 공정 의존적 오차는 기판(W)의 에지 부근의 공정 의존적 오차와 상이하다는 것을 이해할 것이다.
이러한 변동들의 결과로서, 기판(W)의 중심에서 수행된 측정들에 기초한 PDOE 맵은 기판(W)의 에지 부근에서 매우 정확하지 않을 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 기판(W)의 표면이 상이한 영역들로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 기판(W)의 표면은 제 1 부분(Ⅰ) 및 제 2 부분(Ⅱ)으로 나누어질 수 있으며, 상기 제 1 부분은 기판(W)의 중심에서 원형의 영역이고 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분(Ⅰ)에 포함되지 않는 기판(W)의 잔여부, 즉 기판(W)의 에지를 따른 링형/고리형 영역이다. 이는 도 4에 도시되어 있다.
이제 상기 설명된 바와 같은 방법에 따라, 제 1 PDOE 맵은 상기 제 1 부분(Ⅰ)에 대해 결정될 수 있으며 제 2 PDOE 맵은 제 2 부분(Ⅱ)에 대해 결정될 수 있 다. 상기 제 1 PDOE 맵 및 상기 제 2 PDOE 맵의 정보는 상기 설명된 바와 같이 센서(11)와 같은 공정 의존적 센서를 사용하여 기판(W)의 높이 맵들을 결정하는 경우에 사용된다. 센서(11)를 이용하여 기판(W)의 제 1 부분 내의 높이 맵을 결정하도록 측정이 행해지는 경우, 제 1 PDOE 맵은 상기 측정이 수행되는 위치에 의존하여 높이 측정을 보정하기 위해 사용된다. 센서(11)를 이용하여 기판(W)의 제 2 부분(Ⅱ) 내의 높이 맵을 결정하도록 측정이 행해지는 경우, 제 2 PDOE 맵은 상기 높이 측정을 보정하기 위해 사용된다.
정확성을 더 증가시키기 위해 기판(W)이 2 이상의 부분들로 나누어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 부분들은 도 4에 나타낸 예시에 도시된 바와 같이 회전적으로 대칭일 필요는 없으며, 여하한의 형상을 가질 수 있다.
또 다른 대안예에 따르면, 본 발명에 따른 상기 방법은 보간 알고리즘(interpolation algorithm)을 이용함으로써 훨씬 더 정확하게 행해진다. 이는 기판(W) 전체에 걸쳐 공정 변동의 연속적인 보정을 제공한다. 도 5는 기판(W)이 에지 부근보다 중심에서 더 두꺼운 둥근 형상(global shape)을 갖는 기판(W)의 단면도를 나타낸다. 상기 도면은 PDOE 맵이 기판(W)의 에지 부근의 제 1 부분(A)(예를 들어, 타겟부) 및 기판(W)의 중심의 제 2 부분(B)(예를 들어, 다른 타겟부)에서 결정된다는 것을 나타낸다. 상기 제 1 부분(A) 및 상기 제 2 부분(B)의 PDOE 맵들은 도 5에서 a 및 b로 나타난다. 이제 기판의 둥근 형상을 고려하여, 보간 기술을 사용함으로써 PDOE 맵은 위치들(A 및 B) 사이에서의 영역들에 대해 결정될 수 있다.
기판(W)의 둥근 형상에 관한 추가적인 정보를 이용할 수 없는 경우, 도 5에 서 나타낸 바와 같이 점선(dashed line: ⅰ)으로 선형 보간이 사용될 수 있다. 상기 둥근 형상에 관한 추가적인 정보가 이용가능한 경우, 이 정보는 그 상황에 더 적절한 보간 기술을 사용하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 정보는 기판의 형상이 제 1 위치(A) 및 제 2 위치(B) 사이에서 오목하거나 볼록하다는 것을 나타내는데 이용가능할 수 있다. 기판(W)이 그 중심에서 비교적 두꺼운 도 5의 예시에서는, 도 5에 점선(ⅱ)으로 나타낸 보간 곡선이 주어진다면 2차 보간 다항식 기술(second order polynomial interpolation technique)이 사용될 수 있다.
PDOE 맵을 생성하고 사용하는 것에 관한 일반적인 개념은, 공정 의존적 오차들이 유사한 공정들을 거친 타겟부(C)들에 대해 동일하다는 것이다. 하지만, 그럼에도 불구하고, 상이한 기판(W)들 사이에서 차이들이 생길 수 있다. 상이한 뱃치(예를 들어, 25개의 기판들의 세트)들에서 나온 기판(W)들이 차이들을 나타낼 수 있다. 또한, 통상적으로 5개의 기판(W)들의 세트에서 행해지는 상기 설명된 바와 같은 CMP 처리는 상이한 세트 간의 기판(W)들의 공정 의존성 내에서의 차이들을 유도할 수 있다. 따라서, 각각의 뱃치 및/또는 세트에 대한 PDOE 맵을 결정하는 것이 필수적이며, 이는 다소 시간-소모적인 공정이다.
본 발명의 또 다른 대안예에 따르면, 더 시간-효율적인 방법이 제시된다. 예를 들어, 기판(W)들의 제 1 세트에 대해 결정된 PDOE 맵은 기판(W)의 제 2 세트에 대해 사용되도록 업데이트된다. 이 업데이트는 제 2 세트의 1 이상의 기판(W)들 상에서 수행되는 비교적 적은 수의 측정들에 기초하여 행해진다. 이 측정들은 상기 제 2 세트의 기판(W)들 상의 소정의 위치들에서의 PDOE에 대한 정보를 제공한다. 상기 제 2 세트의 이 PDOE는 대응하는 상기 제 1 세트의 PDOE와 비교될 수 있다. 상기 제 1 세트 및 상기 제 2 세트의 PDOE 간의 차이에 기초하여, 상기 제 1 세트의 전체 PDOE 맵은 상기 제 2 세트에 대해 사용될 수 있는 PDOE 맵을 결정하도록 보정될 수 있다. 이 보정은 이전에 결정된 PDOE 맵에 추가된 오프셋일 수 있지만, 이득 인자를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 설명된 바와 같이 제 1 센서(11) 및 제 2 센서(12)를 사용하여, 비교적 적은 수의 측정들만이 제 2 세트의 1 이상의 기판(W)들에서 행해진다.
상기에 따르면, 기판(W)의 높이를 측정하도록 제 1 센서 및 제 2 센서를 사용하는 방법이 설명된다. 상기 제 1 센서는 노광 툴의 작동 중에 사용될 수 있으며, 제 2의 더 느린 센서는 이 제 1 센서를 캘리브레이션하는데 사용된다. 상기 제 1 센서는 비교적 빠른 센서일 수 있지만, (예를 들어, 광학적, 전기적)측정 원리로 인해 기판(W)의 타입 및 기판(W)에 적용된 처리에 의존하는 측정의 공정 의존성 영향을 받기 쉽다. 상기 제 2 센서는 비교적 느릴 수 있지만, 측정될 기판의 표면의 모든 처리 유도 효과들에 무감응적일 수 있다. 상기 제 2 센서의 측정은 상기 제 1 센서에 대한 오프셋을 결정하는데 사용된다. 상기 제 1 센서의 측정은 노광에서의 피드 포워드(feed forward)에서 사용된다는 것을 유의하여야 한다.
이 동일한 원리는 높이들을 측정하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 기판(W)의 다른 특성들을 측정하는데에도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 동일한 원리는, 예를 들어 오버레이(overlay) 목적을 위해 사용될 수 있다.
오버레이 목적을 위해 기판(W) 상에 제공되는 마크들의 위치가 XY 평면 내에 서 측정되며, x 및 y 축선은 실질적으로 노광될 기판(W)의 표면의 평면 내에 있고 z 축선은 실질적으로 기판(W)의 표면에 수직이다.
기판(W)의 처리시에 이 마크들은 왜곡되며, 이는 상기 마크의 위치를 측정하는 단계 내에서 오차를 유발한다. 현재 이 문제점은 이 마크들을 측정하기 위해 2개의 파장을 포함하는 측정 빔을 사용하는 광학 센서를 사용함으로써 상쇄된다. 상기 측정 빔은 기판(W)의 표면 전체에 걸쳐 스캐닝되며, 상기 빔이 마크에 도달하면, 상기 마크에 의해 회절한 패턴이 생성된다. 회절 차수의 세기는 스캐닝시 광학 센서에 의해 측정된다. 기판(W)의 상대적인 위치의 함수로서 회절 차수들의 최대 값들을 결정함으로써 마크들의 위치가 결정될 수 있다. 하지만, 이는 비교적 시간-소모적이고 고가인 해결책이다.
본 발명에 따르면, 제 1 센서 및 제 2 센서는 오버레이 목적을 위해 사용될 수 있으며, 상기 제 2 센서는 상기 제 1 센서를 캘리브레이션하는데 사용된다. 상기 제 2 센서는 마크의 실제 위치를 측정하지 않고 마크의 프로파일을 측정할 수 있는 비교적 정확한 측정 디바이스일 수 있다. 이 제 2 센서는 비교적 느린 센서일 수 있다. 이러한 제 2 센서의 예들로는 터널링 현미경, 표면 프로파일 측정 디바이스 또는 여하한의 다른 적절한 센서가 있다. 마크의 결정된 프로파일로부터, 이 마크에 의해 발생된 회절 패턴이 연산될 수 있다.
예를 들어, 마크의 왼쪽 측면이 손상된 경우 회절 차수들의 최대 세기는 손상되지 않은 마크에 대해 오른쪽으로 이동되는 위치 내에서 발견될 것이다. 이 지식에 기초하여 마크의 측정된 위치를 보정하는데 사용될 수 있는 오프셋이 연산될 수 있다. 따라서, 제 1 센서를 사용한 마크의 측정 및 제 2 위치 센서를 사용한 측정 사이에서 오프셋이 연산될 수 있으며, 그 연산된 오프셋은 상기 제 1 센서를 캘리브레이션하는데 사용될 수 있다.
그러므로, 제 1 센서에 추가되는 제 2 센서의 원리는 오버레이 및 포커스 센서 둘 모두에 대해 공통적(common)이다. 두 경우에서 상기 제 1 센서는 비교적 빠를 수 있으며 모든 기판의 모든 마크를 측정할 수 있다. 상기 제 2 센서는 비교적 느릴 수 있지만 동일한 방식으로 처리된 기판(W)들의 전체 뱃치에 대해 전형적인 오프셋을 측정할 수 있다. 제 2 센서는 뱃치의 한개 또는 수개의 기판(W)의 한개 또는 수개의 마크들만을 측정하며, 따라서 제 1 센서에 대한 추가적인 오프셋을 결정한다.
이러한 기본적인 원리는 제 1 센서가 감응적인 동일하거나 추가적인 물리적 파라미터를 측정하기 위한 다른 물리적인 방법을 제 2 센서가 사용한다는 사실에 기인한다. 제 2 센서는 모든 마크들을 측정할 필요가 없으며, 따라서 비교적 느린 센서일 수 있다. 이는 이러한 센서들을 찾기 위한 더 많은 가능성들을 수용한다.
이하 본 발명의 특정 실시예가 서술되었지만, 청구된 바와 같은 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 방법의 실시예들은 본 명세서에 서술된 바와 같은 방법을 수행하는 장치를 제어하도록 구성된 1 이상의 컴퓨터, 프로세서, 및/또는 처리 유닛(예를 들어, 논리 소자들의 어레이)들, 또는 이러한 방법을 설명하는 (예를 들어, 논리 소자들의 어레이에 의해 실행가능한) 명령어들을 포함하도록 구성된 데이터 저장 매체(예를 들어, ROM, RAM, 또는 플래시 RAM과 같은 반도체 메모리 또는 자기 또는 광학 디스크)를 포함할 수도 있다. 이 실시예들의 서술내용은 청구된 바와 같이 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 분명히 밝혀 둔다.

Claims (51)

  1. 측정 방법에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 제 1 센서를 사용하는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 제 2 센서를 사용하는 단계;
    상기 제 1 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이, 및 상기 제 2 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차(offset error)의 제 1 특성화(characterization)를 생성하는 단계;
    기판의 제 2 부분의 복수의 높이들을 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계; 및
    상기 제 1 특성화 및 기판의 상기 제 2 부분의 상기 복수의 높이들에 기초하여, 기판의 상기 제 2 부분의 제 2 특성화를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 동일한 기판의 부분들인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 상이한 기판들의 부분들인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화에 기초하여 기판을 노광하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 노광하는 단계 이전에 상기 제 2 특성화를 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화를 생성하는 단계는 상기 노광하는 단계 동안에 행해지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판을 노광하는 단계는 상기 제 2 특성화에 기초하여 상기 기판의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판을 노광하는 단계는 노광될 상기 기판의 타겟부 상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하고,
    상기 타겟부는 방사선-감응재 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 덮이는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화는 높이 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상이한 기판들의 부분들의 복수의 제 1 높이들을 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계;
    상기 상이한 기판들의 상기 부분들의 복수의 제 2 높이들을 측정하도록 제 2 센서를 사용하는 단계를 더 포함하여 이루어지고;
    상기 제 1 특성화를 생성하는 단계는 상기 복수의 제 1 높이들 및 상기 복수의 제 2 높이들에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 기판의 복수의 서브-부분(subportion)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계는 상기 제 1 부분의 광학적 특성 및 상기 제 1 부분의 전기적 특성 중 1 이상에 기초하여 높이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 2 센서를 사용하는 단계는 광학적 특성 및 전기적 특성 이외의 상기 제 1 부분의 특성에 기초하여 높이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 공정 의존적 센서(process dependent sensor)인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 제 1 공정 의존성(process dependency)을 갖는 공정 의존적 센서이며, 상기 제 2 센서는 상기 제 1 공정 의존성과 상이한 제 2 공정 의존성을 갖는 공정 의존적 센서인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 공정 독립적 센서(process independent sensor)인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 2 센서를 사용하는 단계는 상기 제 1 부분의 높이를 측정하도록 기압계(air gauge), 외부 프로파일러(external profiler), 및 스캐닝 니들 프로파일러(scanning needle profiler) 중 1 이상을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계는 상기 제 1 부분의 광학적 특성 및 상기 제 1 부분의 전기적 특성 중 하나에 기초하여 높이를 측정하는 단계를 포함하며,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 2 센서를 사용하는 단계는 상기 제 1 부분의 광학적 특성 및 상기 제 1 부분의 전기적 특성과 다른 특성에 기초하여 높이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 특성화 및 상기 제 2 특성화는 모두 상기 기판의 표면의 사전설정 된 부분 내에서 수행된 측정들에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판의 표면의 사전설정된 또 다른 부분 내에서 수행된 측정들에 기초하여 또 다른 제 1 특성화 및 또 다른 제 2 특성화가 모두 생성되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 특성화는 기판의 제 1 부분 상에서 수행된 측정에 기초하여 결정되고, 제 2 특성화는 상기 기판의 제 2 부분 상에서 수행된 측정에 기초하여 결정되며, 또 다른 특성화들은 상기 제 1 특성화 및 상기 제 2 특성화의 보간(interpolatin)에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    기판들의 제 2 그룹의 기판의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서에 의해 수행된 측정들 및 기판들의 제 1 그룹에 대한 오프셋 오차의 제 1 특성화에 기초하여, 상기 오프셋 오차의 제 1 특성화는 상기 기판들의 제 1 그룹에 대해 결정되고, 상기 또 다른 제 1 특성화는 상기 기판들의 제 2 그룹에 대해 결정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  23. 제 1 항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
  24. 측정 방법에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 제 1 센서를 사용하는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 인 레지스트 포커스 결정(in resist focus determination)을 사용하는 단계;
    상기 제 1 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이 및 상기 인 레지스트 포커스 결정을 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 제 1 특성화를 생성하는 단계;
    기판의 제 2 부분의 복수의 높이들을 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계; 및
    상기 제 1 특성화 및 기판의 상기 제 2 부분의 상기 복수의 높이들에 기초하여, 기판의 상기 제 2 부분의 제 2 특성화를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 인 레지스트 포커스 결정을 사용하여 측정된 상기 높이는 포커스 노광 매트릭스(focus exposure matrix) 및 포커스-감지 마크(focus-sensitive mark) 중 1 이상을 사용한 결과에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 동일한 기판의 부분들인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 상이한 기판들의 부분들인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화에 기초하여 기판을 노광하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 노광하는 단계 이전에 상기 제 2 특성화를 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화를 생성하는 단계는 상기 노광하는 단계 동안에 행해지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 기판을 노광하는 단계는 상기 제 2 특성화에 기초하여 상기 기판의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 특성화는 높이 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상이한 기판들의 부분들의 복수의 제 1 높이들을 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계;
    상기 상이한 기판들의 부분들의 복수의 제 2 높이들을 측정하도록 상기 인 레지스트 포커스 결정을 사용하는 단계를 더 포함하여 이루어지고;
    상기 제 1 특성화를 생성하는 단계는 상기 복수의 제 1 높이들 및 상기 복수의 제 2 높이들에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 기판의 복수의 서브-부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  35. 제 24 항에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계는 상기 제 1 부분의 광학적 특성 및 상기 제 1 부분의 전기적 특성 중 1 이상에 기초하여 높이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  36. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 공정 의존적 센서인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  37. 리소그래피 장치에 있어서,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하고, 기판의 제 2 부분의 복수의 높이들을 측정하도록 구성된 제 1 센서;
    상기 기판의 상기 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 구성된 제 2 센서;
    (1) 상기 제 1 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이 및 상기 제 2 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 제 1 특성화를 생성하고, (2) 상기 제 1 특성화 및 기판의 상기 제 2 부분의 상기 복수의 높이들에 기초하여, 기판의 상기 제 2 부분의 제 2 특성화를 생성하도록 구성된 프로세서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    원하는 패턴에 따른 방사선 빔을 패터닝하도록 구성된 패터닝 구조체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판 테이블에 의해 유지된 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 장치는 상기 제 2 특성화에 기초하여 상기 기판 테이블을 위치시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 방사선 시스템을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 타겟부는 방사선-감응재 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 덮이는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 상기 제 1 부분의 광학적 특성 및 상기 제 1 부분의 전기적 특성 중 1 이상에 기초하여, 상기 제 1 부분의 높이를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 광학적 특성 및 전기적 특성 이외의 상기 제 1 부분의 특성에 기초하여, 상기 제 1 부분의 높이를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  43. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 공정 의존적 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  44. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 공정 독립적 센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  45. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 특성화 및 상기 제 2 특성화 중 1 이상을 저장하도록 구성된 메모리 유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  46. 측정 방법을 구현하는 명령어들을 포함하는 데이터 저장 매체에 있어서, 상기 방법은,
    기판의 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 제 1 센서를 사용하는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 부분의 1 이상의 높이를 측정하도록 제 2 센서를 사용하는 단계;
    상기 제 1 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이, 및 상기 제 2 센서를 사용하여 측정된 상기 1 이상의 높이에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 제 1 특성화를 생성하는 단계;
    기판의 제 2 부분의 복수의 높이들을 측정하도록 상기 제 1 센서를 사용하는 단계; 및
    상기 제 1 특성화 및 기판의 상기 제 2 부분의 상기 복수의 높이들에 기초하여, 기판의 상기 제 2 부분의 제 2 특성화를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 매체.
  47. 제 1 센서 및 제 2 센서를 사용하는 측정 방법에 있어서,
    기판 상에 위치된 1 이상의 마크의 윤곽(contour)을 측정하도록 상기 제 2 센서를 사용하는 단계;
    상기 제 2 센서를 사용하는 상기 1 이상의 마크의 상기 측정에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화를 생성하는 단계;
    상기 특성화 및 상기 제 1 센서에 의한 측정에 기초하여 마크의 위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 터널링 현미경(tunneling microscope) 및 표면 프로파일 측정(surface profile measuring) 중 하나인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  49. 제 47 항의 상기 방법에 따라 제조된 디바이스.
  50. 리소그래피 장치에 있어서,
    기판 상에 위치된 마크들의 위치들을 측정하기 위해 배치되는 제 1 센서;
    기판 상에 위치된 1 이상의 마크의 윤곽을 측정하기 위해 배치되는 제 2 센서;
    상기 제 2 센서의 1 이상의 측정에 기초하여 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화를 생성하고, 상기 특성화 및 상기 제 1 센서에 의한 측정에 기초하여 마크의 위치를 결정하도록 배치되는 프로세서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  51. 제 1 센서 및 제 2 센서를 사용하는 측정 방법을 구현하는 명령어들을 포함한 데이터 저장 매체에 있어서, 상기 방법은,
    기판 상에 위치된 1 이상의 마크의 윤곽을 측정하기 위해 상기 제 2 센서를 사용하는 단계;
    상기 제 2 센서를 사용한 상기 1 이상의 마크의 상기 측정에 기초하여, 상기 제 1 센서의 오프셋 오차의 특성화를 생성하는 단계;
    상기 특성화 및 상기 제 1 센서에 의한 측정에 기초하여 마크의 위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 매체.
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