KR100876378B1 - 기판 정렬 및 노광 방법 - Google Patents

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Abstract

기판이 노광되기 이전에 기판의 오정렬에 대해 보정하는 단계는, 이전 뱃치들에서의 기판들 상의 정렬 마크들의 정렬 오프셋 측정들 및 오버레이 타겟들의 오버레이 측정들에 기초하여 계산되는 오프셋 보정들 및 공정 보정들을 이용하여 수행된다.

Description

기판 정렬 및 노광 방법{Method of aligning and exposing a substrate}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면; 및
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예를 이용하여 기판으로 패턴을 전사하는 모드를 도시하는 도면이다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 이는 리소그래피 장치에 의해 노광된 기판들의 뱃치(batch)들의 공정 및 정렬 보정들에 대해 언급한다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있 다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 장치의 한가지 특징은, 동일한 기판 상의 모든 측들이 정렬되도록 동일한 기판의 레지스트층 각각을 노광하는 정밀도이다. 기판의 층들을 정렬하기 위해, 기판을 유지하는 테이블은 기판 자체가 매 노광마다 동일한 장소에서 정렬되도록 제어되어야 한다. 기판들의 몇몇 뱃치들에 대해 동일한 셋업(set-up)이 사용되므로, 또한 기판들의 일 뱃치의 정렬이 동일한 방식으로 모든 기판의 모든 층들을 정밀하게 노광하기 위한 특정한 노광 셋업을 위해 각 기판에 대해, 그리고 각 기판의 각 층에 대해 동일해야 한다.
정렬이 수행되는 방식은, 기판 상의 각 층이 기판의 위치 및 형상을 정의하는 정렬 마크들의 다수의 세트를 포함하는 것이다. 이 위치 및 형상은 수학적 모델 에 의해 서술된다. 일반적으로, 상기 모델을 서술하는데 필요한 것보다 많은 정렬 마크들이 사용되므로, 잔여 마크 데이터가 존재한다. 기판 층들의 정렬은, 노광을 위해 적용되는 층("노광층")이 이전 층들의 최상부 상에 정확히 위치되는 경우에 성공적이다. 정렬 방식(alignment strategy)이 성공적이지 않은 경우에는, 오버레이 오차들이 발생하고 기판들 상의 노광된 패턴들은 별로 만족스럽지 않게 생성되며, 이는 결과적인 IC 등을 만들 수는 있지만 잘 동작하지 않고, 또는 오버레이 오차가 충분히 심각한 경우에 기판 및 그 모든 층들은 다시 수행되어야 할 수 있다. 이는 만족스럽게 노광된 기판들의 스루풋을 감소시킨다.
기판의 정렬시, 상이한 마크 타입들, 상이한 빔 컬러들(또는 파장들) 및 정렬 마크로부터 회절되는 상이한 회절 차수들로부터 선택할 가능성이 있다. 이러한 상이한 가능성 모두는 상이한 오정렬(misalignment) 결과들을 야기한다. 마크들의 측정시, 어떤 마크 타입, 얼마나 많은 마크들, 어떤 빔 컬러 및 어떤 회절 차수(diffraction order)가 사용되었는지에 따라 결정이 수행된다.
오버레이 측정 또는 메트롤로지는 리소그래피 장치의 외부에서 전용 오버레이 메트롤로지 툴에서 일어난다. 기판들이 노광된 이후에, 기판 상의 사전결정된 수 각각 또는 모든 레지스트층이 현상되고, 기판들의 일 뱃치는 오버레이 메트롤로지 툴로 전달되며, 다수의 기판들이 그 오버레이를 측정되게 한다. 오버레이 오차들을 측정하는 몇몇 방식들이 존재한다. 대부분은, 레지스트층 및 이전 층에 존재하는 오버레이 타겟들 또는 마크들의 일 세트의 사용과 관련되고, 2 개의 상대 위치설정은 겹친(superpose) 마크들로부터 방사선 빔을 반사/회절시킴으로써 측정된 다. 이 오버레이 마크들은 정렬 마크들과 별도일 수 있으며, 또는 두 목적에 대해 동일한 마크들이 사용될 수 있다. 마크들을 포함한 2 개의 층이 완벽하게 정렬된다면, 오버레이 메트롤로지 빔이 마크 상으로 지향되는 경우에, 회절빔은 마크들의 오정렬 또는 오버레이를 나타내지 않을 것이다. 마크들은 구조체들의 주기적인 어레이 또는 격자를 포함할 수 있다. 겹친 마크들의 오정렬은 회절빔에 대한 변화들을 야기한다. 마크들(예를 들어, 격자들)의 오정렬 정도는 회절빔에 대한 변화의 동등한 정도를 야기한다. 계산된 오정렬 값들은 라이브러리 내에 저장될 수 있으며, 오버레이 오차의 정도를 결정하도록 이 라이브러리 값들과 또 다른 오정렬 값들이 비교될 수 있다. 라이브러리가 충분한 데이터를 포함하는 경우, 라이브러리는 필요한 데이터 모두를 포함할 것이기 때문에, 회절빔에 의해 생성된 이미지를 다시 계산할 필요없이 오정렬 값들이 오버레이 오차들에 정렬(line)될 수 있다.
본 발명의 최신 기술에서는, 기판들의 각 뱃치에 대해 동일한 수의 정렬 마크들(예를 들어, 16 쌍)이 사용된다. 정렬의 변동을 보상하기 위해, 정렬 마크들이 이전 층들의 정렬 마크들과 정렬하고 있도록 기판들 상에서 수행되는 임시 정렬 조정(occasional alignment adjustment)들이 존재한다. (정렬 보정들이 일부분을 형성하는) "공정 보정들"은 각 뱃치에 대한 정렬 모델에 미리 준비된다(bespeak). 예를 들어, 특정한 리소그래피 장치가 기판들의 노광시 시계 방향으로의 약간의 회전을 야기하는 경향을 갖는 경우, 그 장치에 대한 정렬 모델은 시계 반대 방향으로의 회전을 통합시킬 수 있다. 공정 보정은 그 리소그래피 장치에 의해 노광되었던 이전 뱃치들에 기초한다.
본 발명의 기술을 이용하여, 어떠한 기판들이 다른 기판들로부터 상이한 수의 정렬 마크들 또는 상이한 장소들 내의 정렬 마크들을 갖는 경우 또는 오정렬이 너무 극심한 경우에 발생하는 문제점들은, 정렬 마크들로부터 이용가능한 정렬 정보가 필요한 공정 보정 또는 정렬 보정을 결정하기에 불충분하다는 것이다. 공정 보정들은 동일한 마크들의 정렬에 의존하므로, 정렬 마크가 사라지거나(miss) 상이한 장소에 있는 경우, 조정 제어기는 보정 입력 정보를 갖지 않아서 잘못된 마크들에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판들의 이전 뱃치들 모두가 16 쌍의 마크를 가졌고 14 쌍의 마크들만을 갖는 하나의 기판이 포함되는 경우, 제어기는 14 쌍만의 입력이 아니라 16 쌍에 대해 수행되는 알고리즘을 이용하여 기판의 위치를 조정하도록 그 계산들의 수행을 시도한다. 그러므로, 공정 보정들은 계산하기 어려울 뿐만 아니라, 입력 정보가 잘못되었기 때문에 사실상 정렬이 악화되도록 보정이 수행될 수 있다.
본 발명의 특징들은 각 기판의 정렬 및 각 기판의 각 층의 정렬에 수행될 공정 보정들을 결정하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 기판을 정렬하고 노광하는 방법이 제공되며, 이는 기판들의 1 이상의 이전 뱃치 상에서 정렬 마크의 오버레이 변화들을 측정하는 단계; 기판들의 1 이상의 이전 뱃치에 대한 정렬 마크들의 가중된 오버레이 변화들을 합함으로써 기판에 대한 공정 보정을 계산하는 단계; 기판의 정렬에 공정 보정을 적용하는 단계; 및 기판을 노광하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판을 정렬하고 노광하는 방법이 제공되며, 이는 디폴트 위치(default position)를 갖는 정렬 마크를 포함한 이상적인 기판에 기초한 모델을 제공하는 단계; 기판들의 다수의 이전 뱃치들의 정렬 마크에 대해, 디폴트 위치로부터의 오프셋을 측정하는 단계; 기판들의 이전 뱃치들에 대한 가중된 측정 오프셋들을 합함으로써 기판에 대한 정렬 마크 오프셋을 계산하는 단계; 기판의 정렬에 계산된 오프셋을 적용하는 단계; 및 기판을 노광하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL)을 포함한다. 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된다. 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다. 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)은 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합 과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한 다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 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 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포 의 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 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와 는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 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 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
정렬을 보정하는데 알려진 방법이 앞서 설명되고, 기판들의 이전 뱃치들에서의 오버레이 오차들의 측정에 기초한 공정 보정의 생성을 포함한다. 반면에, 본 발명은 디폴트 모델에 대한 기판들의 이전 뱃치들의 정렬 마크들의 측정된 오프셋들에 기초한 (잔여 오프셋 보정으로서 알려진) 정렬 보정을 생성한다. 본 발명과 이전 기술 간의 차이점은, 이전 기술에서의 공정 보정이 정렬 모델의 값들을 변화시키는데 사용되는 반면, 본 발명은 상이한 정렬 마크 타입, 개수, 컬러 또는 차수가 사용되는 경우에 디폴트 모델에 대한 오프셋이 결정될 수 있는 방법을 제안한다는 것이다.
일반적으로, 투영 시스템에 의해 노광되는 기판들의 각 뱃치는 기판 형상 및 위치의 수학적 모델 이상(ideal)에 기초한 정렬 방식에 따라 노광된다. 하지만, 기판들의 각 뱃치 및 실제로 기판들의 뱃치들의 전체 시리즈(series)는 특정 리소그래피 장치들에서의 아티팩트(artifact)을 보상하는 정렬 방식에 적용되는 공정 보정들의 고정된 세트를 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 리소그래피 장치는 X-축선으로 약간의 오정렬을 갖는 기판들을 노광할 수 있으므로, 리소그래피 장치가 X-축선으로 반대로 약간의 이동을 갖는 기판들을 노광하도록 상기 모델에 공정 보정이 적용될 것이다. 공정 보정들의 고정된 세트를 이용하는데 있어서 문제점은, 기판들의 상이한 뱃치들 상에 상이한 수의 정렬 마크들이 존재하는 바와 같이 변칙(anomaly)들이 일어나는 경우, 그것들이 정렬 방식과 반드시 일치하는 것은 아니라는 것이다.
특정 리소그래피 기계에 대해, 또는 특정한 디자인에 따라 동일한 방식으로 동일한 형태의 기판들을 노광하기 위한 기계들의 특정 세트에 대해, 이상적인 기판을 나타내는 모델이 생성된다. 일반적으로, 두 형태의 모델: (X-위치, Y-위치, X-회전, Y-회전, X-확대(또는 확장) 및 Y-확대를 통합한) 6-파라미터 모델; 또는 (X 및 Y 방향을 분리하지 않고 단지 X 및 Y 위치만을 분리한 위치, 회전 및 확대를 통합한) 더 간단한 4-파라미터 모델이 사용된다. 모델들은 패터닝된 노광 빔을 부여할 투영 시스템에 대한 리소그래피 장치에서의 기판의 위치설정에 관련된 여하한 수의 파라미터를 정의할 수 있다.
모델의 일부분이 아니거나, 모델화될 수 없는 소정의 위치값들이 존재한다. 이 위치값들은 정렬 잔여물(alignment residual)들로 알려져 있다. 이상적인 것에 비교하여 정렬 잔여물의 측정된 기판에서의 오프셋은 측정된 잔여 오프셋으로서 알려져 있다. 이 오프셋에 대해 보정하는 것은 정렬 보정의 형태인 잔여 오프셋 보정으로서 알려져 있다. 정렬 잔여물들은 측정 잡음, 및 기판 변형 또는 기판 형태의 변화로부터 계산된다. 상이한 모델들은 기판이 구부러졌는지(bend) 곧은지(straight)와 같은 상이한 가정들에 따라 상이한 정렬 잔여물들을 통합시킬 것이다. 측정된 잔여 오프셋들은 기판들의 각 뱃치의 평균 잔여물일 수 있다. 이 평균들은 오프셋을 가진 것으로 알려져 있는 기판이 제공되는 경우의 보정에 대해 저장되고 사용된다.
노광을 위한 기계로 기판이 도입되는 매 시간마다, 상이한 형태의 공정 보정이 요구되는지의 여부가 결정된다. 공정 보정은 기판들의 각 뱃치에 적용되는 평균 모델 보정에 기초하여 계산될 수 있다. 공정 보정을 요구하는 이유는 동일한 프로그램을 진행하는 리소그래피 기계들 간의 차이점들을 보상하기 위한 것일 수 있다. 몇몇 리소그래피 기계들은, 예를 들어 노광 패턴에서 약간의 회전 또는 병진을 갖는 다른 것들과는 약간 상이하게 기판들을 노광한다.
각 기판에 대한 이전 기술에서의 공정 보정들은 기판 상의 모든 정렬 마크들이 정렬에 사용된다는 가정에 기초한다. 이러한 경우가 아닌 경우에 오차가 일어날 수 있다. 이는, 또 다른 잔여 오프셋 보정이 정렬 마크들의 변화들을 허용함으로써 노광에서 또 다른 오차들을 방지하도록 조력하는 경우이다.
도 2는 표준 기판 정렬 마크들(1, 2, 3, 4 및 5)을 갖는 기판(W)을 나타낸다. 디폴트 정렬 마크들은 1, 2, 3 및 4이다. 이는 "올바른 그리드(correct grid)"라고 명시된 교차 점선; 즉 디폴트 그리드에 의해 나타낸 정렬을 제공한다. 그리드는 앞서 설명된 수학적 모델의 2 차원 표현(two-dimensional representation)이다. 정렬에 실패한 정렬 마크 번호 4를 이용하여 기판이 도입되는 경우, 백업(back-up) 마크로서 마크 번호 5가 대신 사용될 수 있다. 이것이 발생하는 경우의 보정들을 위해 마크 번호 5에 관한 정보가 제어기 내에 저장된다. 나타낸 예시에서, 본 명세서의 리소그래피 장치는 노광 패턴을 시계 방향으로 회전시키고, 모델 기판 방위에 대해 X 및 Y 방향 모두로 패턴을 시프트한다. "스위칭 그리드(switching grid)"라고 명시된 교차 점선; 즉 디폴트 마크들 이외의 마크들이 사용되는 그리드에 의해 기판 정렬이 도시된다. 정렬 마크들이 더 이상 디폴트 마크들와 동일한 장소 내에 있지 않기 때문에 이 스위칭 그리드가 사용된다. 마크들 1, 2 및 3에 대해서, 공정 보정들 또는 더 명확하게 정렬 보정들을 이용하여 오정렬이 보정가능할 수 있지만, 마크 4에 대해서는 오정렬이 너무 커질 수 있다.
기판들의 상이한 뱃치들 내의 정렬 마크들의 변화들에 대해 공정 보정들(및 정렬 보정들)이 결정되는 방식은 도 3에 도시된다. 이는, 예를 들어 n-3에서 n까지의 뱃치들의 시리즈에 대해 수행된다. 기판들의 일 뱃치는 오버레이 메트롤로지 툴에 도입되기 이전에 노광된 레지스트의 단일 층을 가질 수 있으며, 그 후 각각의 뱃치(n-3 내지 n)가 사실상 상이한 수의 노광된 층들을 갖는 동일한 뱃치가 되도록 리소그래피 장치로 다시 도입될 수 있다. 각각의 뱃치로부터 다수의 기판들의 오버 레이 오차의 정도가 측정되고 제어 시스템(20)으로 입력된다. 각 뱃치의 오버레이 메트롤로지 검사 각각에 후속하여, 후속 뱃치에 대해 정렬(들) 및 노광(들)이 수행된다. 일단 이 후속 뱃치(예를 들어, 뱃치 n)가 정렬되고 노광되었으면, 그 오버레이가 측정된다. 각 뱃치에 대한 정렬 및 노광으로부터의 정렬 데이터와 함께 오버레이 메트롤로지 데이터가 제어 시스템(20)으로 입력된다. 일 예시로서, 제어 시스템은 공정 보정들 및 잔여 오프셋들을 후속 뱃치(예를 들어, 뱃치 n+1)에 대한 후속 "정렬 및 노광" 공정들로 되돌리기 이전에, 다음과 같이 공정 보정들 및 정렬 잔여 오프셋들을 계산할 수 있다:
PCn = 0.5 Ovln -1 + 0.3 Ovln -2 +0.2 Ovln -3
ROCn = 0.5 mROn -1 + 0.3 mROn -2 +0.2 mROn -3 ;
이때, PCn = 뱃치 n의 공정 보정이고; Ovln = 뱃치 n의 측정된 오버레이이며; ROCn = 뱃치 n의 세트 보정의 잔여물이고; mROn = 뱃치 n의 측정된 잔여 오프셋이다.
제어 시스템(20)으로 입력되는 정렬 및 노광으로부터의 정렬 데이터는, 액티브 그리드(active grid)(즉, 모든 오프셋들에 대한 참조로서 현재 사용되고 있는 디폴트 또는 "올바른" 그리드)에서 명기된 정렬 마크들의 일 세트의 정렬 데이터, 차수들 및/또는 컬러들을 포함할 수 있다. 이 여분의 마크들의 측정은 오버레이 메 트롤로지 툴 상에서 측정되고 있는 기판들에서만 필수적이며, 이는 이 기판들만이 공정 보정들을 결정하는데 사용될 것이기 때문이다.
기판층의 노광을 위해 투영 시스템에 공급되는 잔여 오프셋 정보는, 마크가 거부(reject)되거나 추가되었는지, 또는 변화된 장소를 갖는지와 같은 정보를 포함한다. 이는 기판 상에서 층들의 정렬이 개선되도록 더 효율적인 정렬 및 노광을 허용한다. 이는 측정된 오버레이 오차가 감소됨으로써 입증된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 공정 보정 및 잔여 오프셋 보정은 이전 뱃치들의 가중된 측정 오버레이들과 이전 뱃치들 각각의 가중된 측정 잔여 오프셋들을 각각 합함으로써 계산된다. 기판들 상의 층들의 오버레이 메트롤로지는 앞서 설명된다. 물론, 정렬 잔여물들은 여하한의 상이한 형태의 정렬 마크들에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에 서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 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.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm의, 또는 그 부근의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 기판의 오정렬을 보정하기 위한 보정 제어 시스템을 포함한 리소그래피 장치 및 정렬 마크들을 포함한 기판을 정렬하고 노광하는 방법이 제공된다.

Claims (16)

  1. 기판의 후속 노광층들을 정렬하는데 사용되도록 구성된 정렬 마크들을 포함한 기판을 정렬하고 노광하는 방법에 있어서:
    실제 정렬 마크 데이터(actual alignment mark data)와 뱃치(batch) - 상기 뱃치는 복수의 기판을 포함함 - 내의 기판 각각에 대한 정렬 마크 데이터의 디폴트 모델(default model of alignment mark data) 간의 차이에 기초하여 잔여 오프셋(residual offset)을 계산하는 단계;
    상기 기판의 계산된 잔여 오프셋을 보정하기 위하여, 상기 잔여 오프셋에 기초하여 정렬 보정을 계산하는 단계;
    상기 기판에 상기 정렬 보정을 적용하는 단계; 및
    상기 기판을 노광하는 단계를 포함하여 이루어지는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    기판 뱃치를 위한 상기 잔여 오프셋의 평균값(mean value)을 결정하는 단계; 및
    상기 기판의 계산된 잔여 오프셋을 보정하기 위하여 상기 잔여 오프셋의 평균값에 기초하여 정렬 보정을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제 정렬 마크 데이터는, 상기 디폴트 모델의 디폴트 위치들에 대한, 그리고 다른 정렬 마크들에 대한 정렬 마크들의 상대 위치들에 기초한 실제 기판 형상 및 위치에 대한 데이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  4. 기판을 정렬하고 노광하는 방법에 있어서:
    디폴트 기판 위치 및 형상 값들에 기초하여 정렬 모델을 계산하는 단계;
    상기 정렬 모델을 참조하여, 적어도 제 1 기판 뱃치 내의 기판 각각의 정렬 마크들의 정렬된 위치들에서의 변화들을 측정하는 단계;
    적어도 상기 제 1 기판 뱃치 내의 기판 각각에 대한 정렬 모델의 디폴트 데이터와 실제 정렬 마크 데이터 사이의 차이에 기초하여 잔여 오프셋을 계산하는 단계;
    적어도 상기 제 1 기판 뱃치의 잔여 오프셋과 오버레이(overlay)에서의 변화에 기초하여 상기 기판 위치 및 형상에 대한 보정을 계산하는 단계;
    상기 기판의 정렬 모델에 상기 보정을 적용하는 단계; 및
    상기 기판을 노광하는 단계를 포함하여 이루어지는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 이전 기판 뱃치들(previous batches of substrates)이 사용되고, 가장 최근에 노광이 완료된 기판 뱃치들에 더 큰 가중치(weighting)가 주어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    측정된 오버레이 변화가 사전설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 측정되는 정렬 마크는 거부(reject)되고 대안적인 정렬 마크가 사용되는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  7. 기판을 정렬하고 노광하는 방법에 있어서:
    디폴트 위치를 갖는 정렬 마크를 포함하여 이루어지는 디폴트 기판에 기초한 모델을 제공하는 단계;
    다수의 이전 기판 뱃치들의 1 이상의 정렬 마크에 대해, 측정된 오프셋이 주어지도록 상기 디폴트 위치로부터의 1 이상의 정렬 마크의 오프셋을 측정하는 단계;
    상기 다수의 이전 기판 뱃치들의 정렬 마크에 대한 가중된 측정 오프셋들을 합함으로써 상기 기판에 대한 정렬 마크 오프셋을 계산하는 단계;
    상기 계산된 정렬 마크 오프셋과 상기 모델의 사전 설정된 임계치를 대비하는 단계;
    상기 기판에 상기 계산된 정렬 마크 오프셋을 적용하는 단계; 및
    상기 기판을 노광하는 단계를 포함하여 이루어지는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 디폴트 위치로부터의 오프셋을 측정하는 단계는 상기 정렬 마크의 표면으로부터 회절된 2 이상의 주파수의 방사선의 특성들을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 격자이며, 상기 정렬 마크 오프셋을 계산하는 단계는 상기 격자의 표면으로부터 회절된 정렬 방사선 빔의 2 이상의 회절 차수(diffraction order)의 특성들을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    복수의 이전 기판 뱃치들이 사용되고, 가장 최근에 노광이 완료된 기판 뱃치들에 더 큰 가중치가 주어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 정렬 오프셋의 계산들에는 대안적인 정렬 마크에 관련된 데이터가 포함되는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 계산된 정렬 마크 오프셋이 사전설정된 임계치보다 큰 경우, 상기 측정되는 1 이상의 정렬 마크는 거부되고 대안적인 정렬 마크 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 모델은 디폴트 X-위치, Y-위치, X-회전, Y-회전, X-확대 및 Y-확대를 갖는 정렬 모델을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  15. 제 4 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 기판 뱃치를 위한 정렬된 위치들에서의 변화의 평균값을 결정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 정렬 모델을 참조하여, 제 2 기판 뱃치 내의 기판 각각 상의 정렬 마크의 오버레이에서의 변화를 측정하는 단계;
    상기 제 2 기판 뱃치에 대한 오버레이에서의 변화의 평균값을 결정하는 단계;
    상기 제 2 기판 뱃치 내의 기판 각각에 대한 정렬 모델의 디폴트 데이터와 실제 정렬 마크 데이터 사이의 차이에 기초하여 잔여 오프셋을 계산하는 단계;
    상기 제 2 기판 뱃치를 위한 잔여 오프셋의 평균값을 결정하는 단계;
    상기 제 2 기판 뱃치의 잔여 오프셋과 오버레이에서의 변화의 평균값과 적어도 상기 제 1 기판 뱃치의 평균값 사이의 차이에 기초하여 기판의 위치 및 형상에 대한 보정을 계산하는 단계;
    상기 기판의 정렬 모델에 상기 보정을 적용하는 단계; 및
    상기 기판을 노광하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 기판을 정렬하고 노광하는 방법.
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