KR100825453B1 - 투영시스템의 배율측정방법, 디바이스 제조방법 및 컴퓨터프로그램물 - Google Patents

투영시스템의 배율측정방법, 디바이스 제조방법 및 컴퓨터프로그램물 Download PDF

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Abstract

예를 들어, 박스-인-박스(box-in-box) 타입의 오버레이 마커 일부의 위치를 검출하는데 사용되는 격자들을 포함하는 정렬 마커의 검출을 위해 최적화된 투과 이미지 센서가 제공된다. 정렬 마커들과 오버레이 마커들 둘 모두는 투영시스템의 배율 측정치를 유도하는데 사용될 수 있다. 투과 이미지 센서들을 사용하여 오버레이 마커 구성요소들로부터 얻어진 배율 값들은, 통상적으로 정렬 마커들을 검출하기 위한 투과 이미지 센서 및 오버레이 마커들을 검출하기 위한 오프-라인 툴을 사용하여 얻어진 값들을 링크시킨다.

Description

투영시스템의 배율측정방법, 디바이스 제조방법 및 컴퓨터 프로그램물{METHOD OF MEASURING THE MAGNIFICATION OF A PROJECTION SYSTEM, DEVICE MANUFACTURING METHOD AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}
이하, 본 발명의 실시예들이, 대응되는 참조부호가 대응되는 부분들을 나타내는 개략적인 첨부도면들을 참조하여 예시의 방법으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸 도;
도 2는 도 1의 장치의 기판 스테이지를 나타낸 도;
도 3은 기판 정렬 마커를 나타낸 도;
도 4는 투과 이미지 센서를 나타낸 도;
도 5는 오버레이 마커를 나타낸 도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 나타낸 도;
도 7은 마커의 중심을 결정하기 위하여 검출기 출력 데이터에 라인들을 피팅한 예시를 나타낸 도이다.
본 발명은 리소그래피 장치용 투영시스템의 배율측정방법, 리소그래피 장치 를 사용하는 디바이스 제조방법 및 컴퓨터 프로그램물에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판상에, 통상적으로는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 마스크 또는 레티클로도 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 형성될 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘웨이퍼)상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상에 전사(transfer)될 수 있다. 통상적으로, 패턴의 전사는 기판상에 제공되는 방사선 감응재(레지스트)의 층상으로의 이미징(imaging)을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판상으로 패턴을 임프린팅(imprinting)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조방법에서, 수율, 즉 정확하게 제조되는 디바이스들의 비율에 있어서의 중요한 팩터는 사전 형성된 층들과 관련하여 층들이 프린팅되는 정확성이다. 이는 오버레이라 알려져 있으며, 오버레이 오차 한도(budget)는 흔히 10 nm 이하일 것이다. 이러한 정확성을 얻기 위하여, 기판은 마스크 패턴이 높은 정확도로 프린팅되도록 정렬되어야 한다.
기판 및 마스크를 정렬시키는 공지된 일 프로세스로는 오프-라인 정렬로서 알려진 것이 있으며, 이는 개별 측정 및 노광 스테이션들을 갖는 리소그래피 장치에서 수행된다. 그것은 2-단계 프로세스이다. 먼저, 측정 스테이션에서, 기판테이블 상에 제공되고 기점(fiducial)이라 알려진 1 이상의 고정된 마커들에 대한 기판 상에 프린팅되는 복수의 정렬 마커, 예를 들어 16개의 정렬 마커들의 위치들이 측정되고 저장된다. 그 다음, 견고하게 고정된 기판을 갖는 기판테이블이 노광 스테이션이 이송된다. 또한, 정렬 센서에 의하여 검출가능한 기점 및 마커는 투과 이미지 센서(transmission image sensor:TIS)를 포함한다. 이것은, 기판 상에 노광될 마스크 패턴에 포함되는 마스크 마커의 에어리얼 이미지(aerial image)의 위치를 공간에 배치시키는데 사용된다. 마스크 마커의 이미지에 대한 TIS의 위치와 그에 따른 고정된 마커들의 위치, 및 고정된 마커들에 대한 기판 정렬 마커들의 위치들이 알려지면, 마스크 패턴에 대한 기판의 정확한 노광을 위해 원하는 위치에 기판을 위치시키는 것이 가능하다.
프린팅된 층들의 오버레이 결정에 있어서의 또 다른 중요한 팩터는 투영시스템의 배율(magnification), 특히 1/4 또는 1/5의 공칭 값으로부터의 편차들(deviations)이다. 투영시스템의 배율은 통상적으로 시스템에서의 요소의 위치를 조정함으로써 조정될 수 있기 때문에, 주기적으로 배율을 측정하고 필요에 따라 조정하는 것이 보통이다. 이는, 단일 노광에서 2 이상의 이격된 정렬 마커들을 프린팅하고 통합 정렬 시스템(integrated alignment system)을 사용하여 상대적인 위치들을 측정함으로써 수행된다. 예측되는 세퍼래이션(separation)으로부터의 여하한 의 편차가 배율 오차를 나타낸다.
양질의 제어 수단으로서, 디바이스 층들을 프린팅할 경우 1 이상의 오버레이 마커들을 프린팅하는 것이 보통이다. 오버레이 마커들은 개별 디바이스 층에 또는 동일한 층 상에 프린팅되나 오버래핑 필드(overlapping field)를 사용하는 1 이상의 구성요소들을 갖는다. 전체 마커가 오프-라인 툴, 예컨대 고-배율 현미경 또는 스캐터로미터(scatterometer)에서 검사되는 경우, 오버레이 마커는 두 구성요소들이 프린팅된 층들 또는 오버래핑 필드의 상대적인 위치설정에서의 여하한의 오차, 즉 오버레이 오차가 명백히 드러나도록 설계된다. 정렬 마커들을 이용할 때와 같이 다수의 오버레이 마커들이 단일 디바이스에서 프린팅된다면, 투영시스템의 배율은 오버레이 마커들의 세퍼래이션들을 측정함으로써 결정될 수 있다. 몇몇 오버레이 마커들은 배율 오차에 대해 감도가 높은 구성요소들일 수도 있고 상기 구성요소들을 구비할 수도 있다.
따라서, 리소그래피 장치의 투영시스템의 배율의 두 독립적인 측정치들 - 정렬 마커들로부터의 측정치 및 오버레이 마커들로부터의 측정치를 얻는 것이 가능하다. 이들 두 측정치들이 상이하다면, 투영시스템의 "진(true))" 배율이 어떤 것인지를 아는 것은 어렵다. 이는, 상이한 장치, 특히 같은 타입의 상이한 예시들에 반대되는 것으로서 상이한 타입들의 장치를 이용하여 프린팅되는 층들을 오버레잉(overlay)하는 경우 특히 중요하다. 많은 경우, 특히 디바이스 층들을 프린팅하는데 오프-액시스(off-axis) 조명이 사용되는 경우 배율은 피처 크기, 밀도 및 사용되는 조명 셋팅에 종속적이기 때문에, 배율의 2개의 독립적인 측정치들은 상이할 수 있다.
그러므로, 투영 리소그래피에 사용하기 위한 투영시스템의 배율을 결정하는 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 투영장치의 투영시스템의 배율을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
2개의 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계; 및
상기 이미지 센서를 사용하여 상기 투영된 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 투영시스템 및 상기 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법이 제공되며, 상기 방법은:
두 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계;
상기 이미지 센서를 사용하여 투영되는 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계;
상기 측정된 위치로부터 상기 투영시스템의 배율을 나타내는 값을 결정하는 단계; 및
상기 이미지를 기판 상으로 투영하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 투영시스템의 배율 측정 방법을 수행하기 위하여 투영시스템 및 상기 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 구비한 리소그래피 장치를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램물이 제공되며, 상기 방법은:
2개의 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계; 및
상기 이미지 센서를 이용하여 상기 투영된 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는:
방사선 빔(B)(예를 들어, UV 또는 DUV 방사선)을 콘디셔닝하도록 구성된 조명시스템(일루미네이터)(IL);
패터닝 디바이스(MA)(예를 들어, 마스크)를 지지하고, 특정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성되는 제1위치설정장치(PM)에 연결되도록 구성된 지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);
기판(W)(예를 들어, 레지스트코팅된 웨이퍼)을 잡아주고, 특정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2위치설정장치(PW)에 연결되도록 구성된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및
패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함)상에 투영하도록 구성된 투영시스템(PL)(예를 들어, 굴절형 투영렌즈 시스템)을 포함한다.
조명시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어시키기 위하여 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 및 여타 유형의 광학 구성요소, 또는 그들의 조합과 같은 다양한 종류의 광학 구성요소를 포함할 수도 있다.
지지구조체는, 패터닝 디바이스의 무게를 지지, 즉 지탱한다. 지지구조체는, 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경 내에서 유지되는지의 여부와 같은 여타 조건들에 종속적인 방식으로 패터닝 디바이스를 유지시킨다. 지지구조체는 패터닝 디바이스를 유지시키기 위하여 기계적, 진공, 정전기 또는 여타의 클램핑 기술을 사용할 수 있다. 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 상기 지지구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영시스템에 대해 원하는 위치에 있을 수 있도록 한다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
여기서 사용되는 "패터닝 디바이스(patterning device)"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 예를 들어, 패턴이 위상-시프팅 피처 또는 소위 어시스트 피처들을 포함하는 경우 방사선 빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지 유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절광학시스템, 반사광학시스템, 카타디옵트릭시스템, 자기시스템, 전자기시스템 및 정전기 광학시스템 또는 그들의 조합을 포함하는 소정 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과형 마스크를 채용한) 투과형이다. 대안적으로는, 상기 장치는 (예를 들어, 상술된 바와 같이 소정 형태의 프로그램가능한 거울 어래이를 채용한 또는 반사 마스크를 채용한) 반사형일 수도 있 다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼스테이지) 이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 상대적으로 높은 굴절지수를 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 적어도 일 부분이 덮일 수 있는 타입으로 이루어질 수도 있다. 침지 액체는 또한, 리소그래피 장치의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영시스템 사이에 적용될 수도 있다. 당업계에서는 투영시스템들의 개구수를 증가시키기 위한 침지 기술들이 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지(immersion)"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체내에 잠겨야 한다는 것을 의미한다기 보다는, 노광시 투영시스템과 기판 사이에 액체가 배치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선소스(S0)로부터 방사선의 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피장치의 부분을 형성하는 것으로 간주되지는 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어, 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스펜더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 상기 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 여타의 경우, 예를 들어 상기 방사선 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요하다면 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라 칭해질 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도세기분포를 조정하는 조정기구(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필평면 내의 세기분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터(IL)는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 콘디셔닝하는데 사용될 수도 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지구조체(예를 들어, 마스크테이블(MT))상에서 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA))상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 방사선 빔(B)은, 마스크(MA)를 가로질러 투영시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커싱한다. 제 2 위치설정장치(PW) 및 위치센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더(linear encoder) 또는 캐퍼서티 센서(capacitive sensor))의 도움으로, 기판테이블(WT)은, 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 단 2개의 기판 정렬 마커들이 예시되어 있으나, 기판의 배치의 결정을 개선시키기 위해 그 이상의 마커들이 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정장치(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1에 명확히 도시되지는 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스 크 테이블(MT)의 이동은, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 제 1 위치설정장치(PM)의 일부를 형성한다. 이와 유사하게, 기판테이블(WT)의 이동은 제 2 위치설정장치(PW)의 일부를 형성하는 긴 행정 모듈 및 짧은 행정 모듈을 사용하여 실현될 수도 있다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 상기 마스크테이블(MT)은 단지 짧은 행정 액츄에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마커(M1, M2) 및 기판 정렬 마커(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수도 있다. 예시된 바와 같이 기판 정렬 마커들이 할당된 타겟부를 점유하기는 하나, 그들은 타겟부들 사이의 공간들에 배치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마커로 알려져 있음). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 다이들 사이에 마스크 정렬 마커들이 배치될 수도 있다.
상술된 장치는 다음의 바람직한 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다{즉, 단일 정적 노광(single static exposure)}. 그런 후, 기판테이블(WT)은 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 묘화되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크테이블(MT)과 기판테이블(WT)은 방사선 빔에 부여 되는 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다{즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)}. 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 확대(축소) 및 투영시스템(PS)의 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 동적 노광시 타켓부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 계속되는 방사선펄스 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
또한, 상기 장치는 기판(W) 상에 프린팅되는 정렬 마커들과 기판테이블 상에 제공되는 고정된 마커들(기점들)을 검출하는데 사용되는 듀얼 스테이지 장치의 측정 스테이션에서 장착될 수 있는 정렬 센서(AS)를 포함한다. 이것은, 기판 상에 프 린팅되는 4개의 정렬 마커들(P1-P4) 및 기판테이블(WT) 상에 제공되는 기판 플레이트(TIS1, TIS2) 상에 배치되는 4개의 고정된 마커들을 도시하고 있는 도 2에서 확인할 수 있다. 기판테이블 상에는, 투영시스템의 특성들, 예를 들어, 수차를 측정하는 간섭계 시스템용 센서(IA), 및 투영시스템(PS)에 의하여 투영되는 이미지의 특성의 검출과 관련된 다른 시스템들을 위한 센서들을 구비할 수 있다. 정렬 센서(AS) 하에서 기판테이블(WT)을 스캐닝하는 한편, 변위 측정 시스템(IF)을 이용하여 그것의 움직임들을 추적함으로써, 점선 화살표들로 도시된, 기판 플레이트들(TIS1, TIS2) 상에 배치되는 4개의 고정된 마커들에 대한 기판 마커들(P1-P4)의 위치들이 결정될 수 있다.
2개의 기판 플레이트들(TIS1, TIS2) 내에는 에어리얼 이미지를 통해 이미지 센서를 스캐닝함으로써 마스크 마커 이미지의 배치를 결정하는데 사용될 수 있는 2개의 이미지 센서들이 통합된다. 따라서, 마스크 마커 및 고정된 마커들의 이미지의 상대적인 위치가 결정될 수 있고, 사전에 얻어진 기판 마커들의 상대적인 위치들은 투영된 이미지에 대한 여하한의 원하는 위치에서 높은 정확도로 기판이 위치될 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 정렬 마커(P1)를 나타내고 있다. 확인할 수 있는 바와 같이, 그것은 정사각형으로 배치되는 4개의 격자- x 방향과 평행한 1 쌍 및 y 방향과 평행한 1 쌍 -를 포함한다. 각각의 쌍 중에서, 하나는 사전결정된 피치, 예를 들어 16㎛의 피치를 가지며, 다른 하나는 사전결정된 피치의 11/10 배, 예를 들어 17.6㎛의 피치를 갖는다. 각각의 격자로부터 회절되는 방사선을 개별적으로 감지하는 센서에 대해 마커를 스캐닝함으로써, 각각의 격자와 관련된 출력부들에서의 피크가 일치하는 경우의 검출에 의해 마커의 중심이 검출될 수 있다. 이러한 마커들을 검출하는데 사용될 수 있는 오프-액시스 정렬시스템의 보다 상세한 내용은 그 전문이 본 명세서에서 인용 참조되는 EP 0 906 590 A에 개시되어 있다.
상술된 이미지 센서들은 유사한 방식으로 작동하며 도 4에 도시되어 있다. 각각의 이미지 센서는 3개의 감광성 검출기(photo-sensitive detector;11 내지 13)를 포함한다. 감광성 검출기(11)는 Y 방향으로 연장되는 라인들을 갖는 에징된(edged) 격자들이 안쪽으로 있는 불투명한 층, 예를 들어 크롬층으로 덮이는 한편, 검출기(13)는 그와 유사하나 격자의 라인들이 X 방향으로 연장된다. 다른 감광성 검출기(12)는 층으로 덮이지 않는다. 감광성 검출기들이 검출기들에 걸쳐 제공되는 것들에 대응되는 격자들의 에어리얼 이미지를 통해 스캐닝되면, 검출기들의 출력들은 마커 격자들의 이미지의 밝은 부분들과 같이 동요되며(fluctuate), 불투명 층에 에칭되는 격자들의 어퍼처들은 레지스트래이션(registration) 내로 그리고 그 밖으로 이동한다. x, y에서 각 격자의 중심은 출력 신호 상의 피트(fit)가 피크를 이루는 경우 검출된다. Z 축선을 따르는 상이한 위치들에서 마커를 통해 센서를 스캐닝함으로써, 검출기 출력들의 변동들이 가장 큰 진폭을 갖는 레벨의 검출에 의해 최적 포커스의 평면이 검출될 수 있다. 중앙의 커버링되지 않은 검출기(12)는 공지된 캡처 절차에서 에어리얼 이미지의 격자들에 대한 개략적인 위치를 찾는데 사용될 수 있으며, 또한 조명시스템(IL)의 출력에서의 변화들로 인한, 예를 들어 소스 파워의 변화들로 인한 변동들을 제거하기 위하여 격자 검출기들로부터의 신호들을 정규화하는데 사용될 수도 있다.
도 5에는 종래의 오버레이 마커(k)가 도시되어 있다. 이것은 박스-인-박스(box-in-box)로서 알려진 타입으로 되어 있고, 디바이스의 개별층에 또는 상이하나 오버래핑된 필드 내에 프린팅된 2개의 구성요소들 - 즉, 외측 개방형 박스(ko)와 내측 폐쇄형 박스 또는 스퀘어(ki)를 포함한다. 최종 박스(내측, 외측 또는 둘 모두)가 프린팅되는 층의 현상 및/또는 처리 후에, 좌측 dx1, 우측 dx2, 상부 dy1 및 저부 dy2 상의 외측 박스의 내측 둘레부와 내측 스퀘어의 외측 주변부는, 예를 들어 스캐닝 전자 현미경과 같은 고배율 현미경을 사용하여 측정된다. 그 다음, 내측 및 외측 박스들이 프린팅된 층들 또는 필드들간의 오버레이 오차는 x 방향으로 (dx1-dx2)/2 및 y 방향으로 (dy1-dy2)/2로 주어진다. 오버레이 마커의 다른 형태들이 알려져 있으며 본 발명의 방법들에서 사용될 수 있다.
정렬 마커들 및 오버레이 마커들 둘 모두는 투영시스템의 배율 측정을 유도하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마커의 각 타입의 다수의 예시들이, 예를 들어 스크라이브 층들의 각 디바이스의 외측 주위에서 이격된 단일의 마스크 이미지로부터 프린팅된다. 마스크에서의 마커들의 상대적인 위치들이 알려져 있기 때문에, 오프라인 툴을 사용하여 기판 상에, 또는 통합 센서를 사용하는 정렬 마커들의 경우에는 에어리얼 이미지에서 프린팅되는 마커들의 세퍼래이션들을 측정함으로써, 투영시스템의 배율이 간단한 계산에 의해 유도될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "배율"이라는 용어는 편의에 따라 가용 정보를 표현하기 위한 복수의 값 들, 맵 또는 매트릭스를 지칭할 수도 있다.
불가피하게 2개의 상이한 디바이스들을 이용하여 실제 대상물의 같은 파라미터를 측정하는 경우에는, 오프-라인 툴 및 통삽 센서에 의해 측정되는 배율이 상이할 수도 있다. 이는, 특히 투영시스템의 배율이 조명 모드 및 피처 형상과 같은 팩터들, 방위 및 밀도에 종속적이기 때문에 일어날 수 있다. 이 때, 배율에 대한 어떤 값이 정확한 것으로 간주되는지에 관한 의문이 존재한다. 많은 경우에, 오프-라인 툴에 의하여 생성되는 값들은 정확한 것으로 간주되는데, 이는 상이한 리소그래피 장치 간의 비교를 가능하게 하기 때문이다.
도 5에 도시된 것과 같은 오버레이 마커 구성요소의 에어리얼 이미지의 신뢰성 있는 검출은 투과 이미지 센서를 사용하여 이행될 수 있다. 이는, 투과 이미지 센서가 도 4에 나타낸 것과 같은 특정 마커들의 이미지들을 검출하기 위해 최적화되어야 함에도 불구하고 그러하다. 그러므로, 에어리얼 이미지에서 오버레이 마커 구성요소들의 위치들은 플레이트(TIS1, TIS2) 상에 배치되는 투과 이미지 센서들을 사용하여 얻어질 수 있으며, 배율에 대한 상술된 값(들)과 동일한 방식으로 얻어질 수 있다.
오버레이 마커 구성요소의 에어리얼 이미지는 검출되는 마커의 정확한 형태 및 사용되는 검출기에 따라, 그것을 통해 감광성 검출기(11-13)들 중 하나를 스캐닝하고 적절한 알고리즘을 이용하여 생성된 신호를 처리함으로써 검출될 수 있다. 박스-인-박스 마커의 중앙 박스의 이미지를 검출하기 위해서, 예를 들어, 가장 큰 출력 신호를 제공하고 본 발명의 특정 실시예에서는 10 내지 40㎛ 범위의 측면들을 갖는 실질적으로 정사각형인 커버링되지 않은 검출기(12)를 사용하여, 검출기(12)가 이미지를 통해 스캐닝되고 도 7에 도시된 것과 같은 사다리꼴형 출력 신호를 제공한다. 초기에, 이미지가 검출되지 않는 곳에서 출력은 낮다. 검출기의 리딩 에지(leading edge)가 박스의 이미지 내로 이동함에 따라, 검출기 신호는 검출기 전체가 이미지 내에 있을 때까지 꾸준히 증가한다. 그 다음, 검출기가 박스의 이미지를 떠나기 시작하고 출력 신호가 낮은 레벨까지 약화될 때까지 고원형 부분(plateau portion)이 존재한다. 사다리꼴 출력 신호의 폭은 내측 박스의 폭 및 검출기의 폭에 종속적이다. 출력 신호의 두 경사 부분들에 직선을 피팅하고 그들의 교차점을 계산함으로써, 이미지의 중심의 위치가 얻어질 수 있다.
상술된 바와 같이, 오버레이 마커의 정확한 형태는 박스-인-박스 마커와는 상이할 수 있으나, 기판 레벨에서의 이미지는, 피팅의 용이성을 위해 그를 통해 스캐닝되는 방향(스캐닝 방향)에 수직한 라인에 대해 대칭이며 및/또는 센서보다 작은 것이 바람직하다. 이미지는 전체 마커 보다 컴플렉스(complex) 마커의 간단한 피처일 수 있다.
투과 이미지 센서들을 이용하여 오버레이 마커 구성요소들로부터 얻어지는 배율 값들은, 통상적으로 마스크 정렬 마커들을 검출하기 위해 투과 이미지 센서를 그리고 오버레이 마커들을 검출하기 위해 오프-라인 툴을 사용하여 얻어지는 값들을 링크시킨다(link). 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 배율 결정은 기판의 현상 및/또는 처리 후에 오프-라인 툴을 사용하여 얻어지는 배율의 조기 예측을 제공하는데 사용될 수 있다. 이는, 보정 작업, 예를 들어 투영시스템 내부의 조정가능 한 요소들을 사용하는 투영시스템의 배율 조정이, 필요하다면 노광 이전에 수행되도록 하여 수율 및 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 추가적인 배율 값들은 리소그래피 장치의 캘리브레이션, 및 배율 및/또는 오버레이 문제들의 근본 원인을 식별하는데 있어 유용하다.
따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은:
작업 S1에서, 1 이상의 오버레이 마커 및 1 이상의 마스크 정렬 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계;
작업 S2에서, 1 이상의 오버레이 마커 및 선택적으로는 1 이상의 마스크 정렬 마커의 구성요소의 위치들을 측정하는 단계;
작업 S3에서, 여하한의 보정 작업이 필요한지, 만약 그러하다면 작업 S4에서 그를 수행할지의 여부를 결정하는 단계;
작업 S5에서, 디파이스 패턴 및 1 이상의 오버레이 마커 및 선택적으로는 1 이상의 정렬 마커의 구성요소를 프린팅하는 단계;
작업 S6에서, 특히, 배율에 대한 값을 유도하기 위하여 오프-라인 툴을 사용하여 오버레이 마커를 측정하는 단계; 및
작업 S7에서, 필요하다면 리소그래피 장치를 캘리브레이팅하거나 또는 재-캘리브레이팅하는 단계를 포함한다.
나아가, 기술된 방법은, 투영시스템의 배율의 결정뿐만 아니라 x 및 y(Tx 및 Ty)로의 평행 이동과 레티클의 z 축선(Rz)을 중심으로 한 회전의 결정을 위해서 사용하는 데에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 본 명세서에서 상술된 리소그래피장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 여타의 응용례를 가질 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러 번 처리된 층들을 이미 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
광학 리소그래피의 배경에서 본 발명의 실시예들의 용례와 관련하여 언급하였으나, 본 발명은, 여타 응용례, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있으며, 여건이 허락한다면, 광학 리소그래피만으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 형성한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판으로 공급되는 레지스트의 층 내로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그들의 조합을 적용시킴으로써 경화된다. 패터닝 디바이 스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 벗어나오며 레지스트에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는, (예를 들어, 파장이 대략 365, 355, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)선 및 (예를 들어, 파장이 5-20 nm인) 극자외(EUV)선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔들을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 구성요소들 중 하나 또는 그들의 조합을 지칭할 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예들에 대해 상술하였으나, 본 발명은 설명된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명은, 상술된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능 명령어들의 1이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램이나, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 내부에 저장되는 데이터 저장매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
상기 설명들은 예시를 위한 것으로 제한의 의도는 없다. 따라서, 당업자라면, 후술되는 청구항의 범위를 벗어나지 않는, 상술된 바와 같은 본 발명의 수정례들이 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 투영 리소그래피에 사용하기 위한 투영시스템의 배율을 결정하는 개선된 투영시스템의 배율측정방법, 디바이스 제조방법 및 컴퓨터 프로그 램물을 얻을 수 있다.

Claims (19)

  1. 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 투영장치의 투영시스템의 배율 측정 방법에 있어서,
    2개의 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계; 및
    상기 이미지 센서를 사용하여 상기 투영된 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 리소그래피 투영장치의 기판테이블 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 복수의 감광성 검출기들을 포함하며, 상기 감광성 검출기들 중 1 이상은 투과 부분들에 의해 격자가 형성되는 불투명 층을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 오버라잉 격자가 없는 감광성 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성 검출기는 오버라잉 격자를 갖지 않으며 10 내지 40㎛ 범위 내의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 투과 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 반사 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 2-구성요소 마커는 박스-인-박스 마커인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    투영되는 이미지는 제 2의 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 더 포함하고, 상기 측정 단계는 상기 제 2의 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하기 위해 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지는 디바이스 층의 적어도 일부의 이미지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 투영시스템 및 상기 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 있어서,
    두 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계;
    상기 이미지 센서를 사용하여 투영되는 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계;
    상기 측정된 위치로부터 상기 투영시스템의 배율을 나타내는 값을 결정하는 단계; 및
    상기 이미지를 기판 상으로 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이미지를 상기 기판 상으로 투영하기 이전에, 상기 투영시스템의 배율을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 2-구성요소 마커의 프린팅된 이미지가 드러나도록 상기 기판을 현상하는 단계;
    오프-라인 툴을 사용하여 상기 2-구성요소 마커의 프린팅된 이미지의 위치를 측정하는 단계; 및
    상기 프린팅된 이미지의 측정된 위치로부터, 상기 투영시스템의 배율을 나타내는 제 2 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투영시스템의 배율을 나타내는 값들을 사용하여 상기 리소그래피 장치의 일부를 캘리브레이팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  15. 투영시스템의 배율 측정 방법을 수행하기 위하여, 상기 투영시스템 및 상기 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 장치를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 있어서,
    상기 배율 측정 방법은,
    2개의 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요 소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계; 및
    상기 이미지 센서를 사용하여 상기 투영된 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  16. 디바이스 제조방법을 수행하기 위하여, 투영시스템 및 상기 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 장치를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 있어서,
    상기 디바이스 제조 방법은,
    두 구성요소들의 프린팅 사이의 오버레이 오차들에 대해 민감한 2-구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계;
    상기 이미지 센서를 사용하여 투영되는 이미지에서 상기 2-구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계;
    상기 측정된 위치로부터 상기 투영시스템의 배율을 나타내는 값을 결정하는 단계; 및
    상기 이미지를 기판 상으로 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 투영시스템에 의하여 투영되는 에어리얼 이미지를 감지할 수 있는 이미지 센서를 구비한 리소그래피 투영장치의 투영시스템의 배율 측정 방법에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 장치의 기판테이블 상에 장착되고, 복수의 격자를 포함하는 정렬 마커에 대응하여 패터닝되는 불투명 층을 가지며,
    상기 방법은,
    제 1 및 제 2 박스를 포함하되, 상기 제 1 박스는 개방형이고 상기 제 2 박스는 상기 제 1 박스 내부에 배치되는 2 구성요소 마커의 구성요소의 이미지를 투영하는 단계; 및
    상기 이미지 센서를 사용하여 상기 투영된 이미지에서 상기 2 구성요소 마커의 구성요소의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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