KR101074047B1 - 정렬 방법, 정렬 시스템 및 정렬 마크를 갖는 제품 - Google Patents

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Abstract

제품의 위치는 제품 상의 정렬 마크를 이용하여 측정된다. 방사선이 정렬 마크를 향해 전달되고, 정렬 마크 내의 패턴에 의해 회절된다. 회절된 방사선의 위상 관계들로부터 위치 정보가 결정된다. 정렬 마크는 회절된 방사선이 수집되는 서로 평행인 도체 트랙들의 세트를 포함하고, 상기 패턴은 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 연속한 트랙들 간의 피치의 변동 패턴에 의해 정의된다. 따라서, 예를 들어 패턴은 상기 피치가 각각 제 1 및 제 2 값을 갖는 교번하는 제 1 및 제 2 영역들을 포함한다. 제 1 및 제 2 영역들과 같이 패턴의 상이한 부분들에서의 트랙들은 개선된 측정들이 가능하도록 서로 평행하다.

Description

정렬 방법, 정렬 시스템 및 정렬 마크를 갖는 제품{ALIGNMENT METHOD, ALIGNMENT SYSTEM AND PRODUCT WITH ALIGNMENT MARK}
본 발명은 그 위에 정렬 마크를 갖는 제품 및 제품을 정렬하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예는 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
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 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 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 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하 는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
기판들 및 패터닝 디바이스들은 노광시 매우 정확하게 정렬되어야 한다. 이를 위해 기판 및/또는 패터닝 디바이스 상에 광학 정렬 마크들을 제공하는 것이 알려져 있다. 한가지 알려진 정렬 마크는, 상기 마크가 광학 격자로서 사용될 수 있도록 위치의 함수로서 주기적으로 변하는 반사 특성들을 갖는다. 이러한 격자의 주기는, 예를 들어 위치를 측정하는데 약 0.6 미크론의 파장을 갖는 광이 사용되는 경우에 16 미크론일 수 있다. 광학 시스템은 이 격자로부터의 선택된 회절 차수들을 이용하여 회절된 광의 이미지를 형성함으로써 기판 및/또는 패터닝 디바이스의 위치를 측정한다. 간단한 정렬 마크에서, 주기적인 변동의 각 주기는 고반사의 일 영역(예를 들어, 금속) 및 저반사의 일 영역(예를 들어, 산화물)의 일 영역, 예를 들어 각각의 주기에 있어서 금속의 8 미크론의 넓은 영역 및 산화물의 8 미크론의 넓은 영역에 의해 실현된다.
이러한 2 개의 정렬 마크가 사용될 수 있으며, 하나는 주기적인 영역들이 웨이퍼의 표면을 따라 제 1 방향(X-축선)으로 반복되고, 하나는 웨이퍼의 표면을 따라 제 2 방향(Y-축선)으로 반복된다. 또한, 전형적으로 정렬 측정들은 두 파장의 광으로 수행된다.
하지만, 2 개의 균질 영역들로 구성된 주기들을 갖는 정렬 마크는 현대 직접 회로들 내의 트랙들보다 훨씬 더 큰 크기의 균질 영역들을 이용하는 경향이 있다. 부응하여, 보다 미세한(fine) 라인들로부터 정렬 마크의 각 주기에서 상이한 영역들을 구성하는 것이 가능하다. Henry Megens 등에 의한 "Advances in Process overlay-Alignment Solutions for Future Technology Nodes"[Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI(Chas N.Archie editor) Proc SPIE Vol 6518]로부터, 주기적인 구조체가 대안적으로 제 1 방향을 따라 지향된 미세한 전도성 트랙(conductive track)들을 갖는 제 1 영역 및 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 지향된 미세한 전도성 트랙들을 갖는 제 2 영역들을 포함하는 정렬 마크가 알려져 있다. 이 전도성 트랙들 간의 거리는 정렬 마크의 위치를 측정하는데 사용되는 광의 파장보다 더 작게 이루어진다.
이러한 라인 패턴들은 와이어 그리드 편광 효과(wired grid polarization effect)를 유도하므로, 트랙들에 평행이고 수직인 전기장 성분을 갖는 광의 편광 성분들이 각각 주로 반사되고 전달(transmit)된다. 트랙들의 방향이 정렬 마크에서 교번하기 때문에, 이러한 정렬 마크는 각각의 편광 성분들에 대해 주기적으로 변하는 반사 특성들 간에 오프셋을 제공한다. 방향 변동의 패턴이 회절을 일으키기 때문에: 방향들의 패턴은 상이한 각도들의 상이한 회절 차수들을 생성하는 회절 격자로서 작용한다. 이 회절 차수들로부터의 광이 정렬 마크의 위치를 측정하는데 사용된다.
불행하게도, 이 형태의 정렬 마크는 회절 차수의 쌍들을 사용하는 회절 이미징 기술들의 사용과 양립할 수 없다. 이러한 이미징 기술의 일 예시는 다이폴 조 명(dipolar illumination) 방법이다. 다이폴 조명 방법에서, 광은 조명 시스템의 광학 축선에 대해 비스듬한 입사각으로 마스크 상에 입사한다. 비스듬한 입사각을 갖는 광은 큰 회절 각도들을 갖는 투과 회절 차수(transmitted diffraction order)들을 발생시킬 것이다. 투영 시스템은 0 차 및 1 차 투과 회절 차수만을 캡처하고, 그것들을 격자의 이미지를 구성하는 레지스트 층 상에 투영하도록 구성될 수 있다. 격자 라인들이 광학 축선 및 입사빔의 파수-벡터(wave-vector)를 포함하는 입사 평면 상에 수직인 경우, 레지스트 층 상에 격자의 뚜렷한 이미지(sharp image)가 형성될 것이다. 그러나 격자 라인들이 이 입사 평면에 평행인 경우에는, 레지스트 층 상에 격자의 뒤떨어진(poor) 분해능의 이미지가 형성될 것이다. 뒤떨어진 이미지는 상이한 파라미터들을 갖는 격자를 발생시키거나 격자를 전혀 발생시키지 않는다. 정렬 마크 주기가 방향들에 수직인 서브-파장 라인들을 구성하는 경우, 한 방향으로의 라인들은 훌륭하게 분해될 것이고, 수직 방향으로의 라인들은 다이폴 또는 편광된 조명 하에서 분해되지 않을 것이다. 90 도만큼의 회전을 제외하고는 동일한 X 및 Y 방향으로의 정렬 마크들이 사용되는 경우, X 및 Y 마크들의 위치를 측정하는데 동일한 편광 성분이 사용될 수 없다.
선택가능한 회절 차수들의 방사선에 대한 상이한 편광 성분들에 대해 미세한 라인들의 패턴으로부터 공간적으로 변하는 반사 특성들을 허용하는 정렬 마크를 갖는 제품을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제품의 위치를 측정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은
- 제품의 표면에 있는 정렬 마크를 향해 전자기 방사선을 전달하는 단계;
- 정렬 마크에 의해 회절된 방사선을 수집하는 단계;
- 회절된 방사선의 위상 관계들로부터 위치 정보를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 정렬 마크는 도체 트랙들 사이에서 피치(pitch)를 갖고 서로 평행인 상기 도체 트랙(conductor track)들의 세트를 포함하고, 상기 정렬 마크로부터 회절된 방사선이 수집되고, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
- 전자기 방사선을 전달하도록 구성된 전자기 방사선 소스;
- 정렬될 제품- 상기 제품은 방사선을 수용하는 정렬 마크를 포함하고, 상기 정렬 마크는 연속하는 트랙들 사이에서 피치를 갖는 서로 평행인 도체 트랙들의 세트를 포함하며, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존함 -;
- 정렬 마크로부터 회절된 전자기 방사선으로부터 선택된 회절 차수들로부터 광을 이미징하도록 구성된 검출기를 포함하는 정렬 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이러한 정렬 시스템을 포함한 포토리소그래피 장치가 제공되고, 상기 제품은 반도체 웨이퍼이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 정렬 마크를 포함한 제품이 제공되고, 상기 정렬 마크는 연속하는 트랙들 사이에서 피치를 갖는 서로 평행인 도체 트랙들의 세트를 포함하고, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 피치의 변동 패턴에 의존한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제조시 디바이스를 포함하는 제품 상에 패터닝 디바이스로부터 패턴을 전사하는 단계를 포함한 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 전사하는 단계는
- 상기 제품의 표면에 있는 정렬 마크를 향해 전자기 방사선을 전사하는 단계;
- 상기 정렬 마크에 의해 회절된 방사선을 수집하는 단계; 및
- 상기 회절된 방사선의 위상 관계들로부터 위치 정보를 결정하는 단계를 포 함한 방법에 따라 상기 기판을 정렬하는 단계를 포함하며,
상기 정렬 마크는 연속하는 트랙들 사이에서 피치를 갖고 서로 평행인 도체 트랙들의 세트 - 이로부터 회절된 방사선이, 수집됨 - 를 포함하며, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 상기 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 상기 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 예를 들어, 가시, UV 또는 EUV 파장 범위의 전자기 방사선 빔(B)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 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. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 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 포함한다. 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 여하한 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, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이 상의 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 방사선 빔을 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 분포의 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 지지 구조체(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(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(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(IF1)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 도움으로 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. (스캐너와는 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 마크들은 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(PS)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.
제 1 위치설정기(PM) 및/또는 다른 위치 센서(IF1)는 리소그래피 장치 내의 광학 측정 시스템, 및 기판(W) 및/또는 패터닝 디바이스(M) 상의 정렬 마크를 이용한다. 도 2는 광 소스(20) 및 위상 동기 검출기(phase coherent detector: 22)을 포함한 광학 측정 시스템을 나타낸다. 작동시, 광 소스(20)는 제품(26)[기판(W) 또는 패터닝 디바이스(M)] 상의 정렬 마크(24)에 광(또는 더 일반적으로는 전자기 방사선)을 공급한다. 정렬 마크(24)의 정반사(specular reflection) 효율성은 정렬 마크(24)의 표면 상의 위치의 함수로서 변한다. 결과로서, 정렬 마크(24)로부터 광이 회절된다. 회절된 광은 위상 동기 검출기(22)에 의해 수집된다. 위상 동기 검출기(22)는 2 개의 각각의 회절 차수로부터의 광을 선택하고, 선택된 회절 차수들을 이용하여 정렬 마크의 이미지를 형성한다. 따라서, 이미지의 세기 변동은 선택된 회절 차수들로부터의 광 간의 위상 관계에 의존한다. 이러한 위상 동기 위치 결정들에 대한 기술들은, 예를 들어 Ramon Navarro, Stefan Keij, Arne den Boef, Sicco Schets, Frank van Bilsen, Geert Simons, Ron Schuurhuis, Jaap Burghoom에 의한 "Extended ATHENATM alignment performance and application for the 100 nm technology node"(the Proceedings of SPIE Vol.4344(2001)에 실림)로부터 알려져 있다. 본 발명은 이러한 기술들의 상세한 정보 없이도 이해될 수 있기 때문에, 그것들은 본 명세서에서 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 3은 정렬 마크의 일 실시예의 일부분의 평면도를 나타낸다. 이 부분은 전도성 트랙들(30)(예시의 방식으로 일부만 표시됨)을 포함하며, 이는 모두 동일한 방향으로 방위된다. 도 3a는 대안적인 정렬 마크의 일부분을 나타낸다. 트랙들(30)의 피치, 즉 연속한 트랙들의 시작부(start) 간의 거리(트랙 밀도, 단위 거리당 트랙들의 개수의 역)는 위치의 함수로서 변한다. 제 1 및 제 2 피치 값(P1 및 P2) 각각으로 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34)이 교번하는 것이 구별될 수 있다. 피치 값들의 변동의 패턴- 이 도면의 경우에는 영역들(32 및 34)의 교번 -은 측정을 위해 사용되는 회절을 야기한다. 따라서, 트랙들(30)의 방향 변동들의 패턴 대 신에, 피치의 변동 패턴이 위치를 측정하기 위한 선택가능한 회절 차수들을 생성하는데 사용된다. 회절의 각도들은 피치 변동의 이 패턴의 피치, 즉 격자의 개별적인 바아들(bars)로서의 영역들 함수에 의존한다. 개별적인 트랙들(30)의 피치는 이 패턴의 기초가 되고, 영역들(32 및 34)의 패턴의 피치보다 반드시 더 작다. 개별적인 트랙들은 위치를 측정하기 위한 선택가능한 회절 차수들을 생성하는데 회절 격자의 개별적인 바아들로서 효과적으로 사용되지 않는다. 트랙들의 피치가 전형적으로 방사선의 파장보다 훨씬 더 작고, 동일한 피치에서의 개별적인 트랙들의 반복들의 주기성이 넓은 영역들에 걸쳐 연장되지 않기 때문에, 이러한 것으로서 그 효과는 작다.
영역들(32 및 34) 내의 트랙들(30)의 피치는 가장 크게 반사되는 편광 성분이 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34) 각각에서 서로 상이하도록 선택된다. 전형적으로, 영역들(32 및 34) 사이의 연속한 경계들 간의 거리(즉, 영역들의 폭)는 위치 측정에 사용된 광의 파장보다 훨씬 더 크며, 예를 들어 상기 파장의 10 배 이상이다. 일 예시에서, 상기 파장이 약 0.5 마이크로미터인 경우, 예를 들어 8 마이크로미터의 폭이 사용되어, 16 마이크로미터의 주기성을 발생시킬 수 있다. 연속한 트랙들(30) 간의 피치는 전형적으로 상기 파장보다 작다.
도 4는 도 3의 정렬 마크의 단면의 측면도를 나타낸다. 트랙들(30)은 비-전도성 재료층(40)에 내재된(embedded) 전도성 재료를 포함한다. 층(40)은 기판(42) 상에 제공되며, 이는 부분적으로 제조된 회로 구조체들을 갖거나 갖지 않은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 일 실시예에서, 트랙들은 구리와 같은 금속을 포함할 수 있으 며, 층(40)은 산화규소 또는 탄화규소로 구성될 수 있다.
도 5는 트랙들(30)에 각각 평행이고 수직인 광의 전기장을 갖는 2 개의 상이한 편광 성분 및 하나의 파장(적색광 - 633 nm)의 광에 대한 피치의 함수로서 이론적인 반사 효율성을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 작은 피치에서 반사 효율성은 제 1 편광 성분에 대해 높고, 제 2 편광 성분에 대해 낮다. 이는 와이어 그리드 편광 효과에 대응한다. 또한, 피치가 증가하면 최저점의 피치 값(50)에 도달할 때까지 제 1 성분에 대한 반사 효율성이 0으로, 또는 0 부근으로 떨어지고, 그 이후 점근값으로 상승한다는 것을 알 수 있다. 대조적으로, 제 2 성분에 대한 반사 효율성은 증가하는 피치와 함께 증가하여, 제 1 성분에 대한 반사 효율성이 0인 최저점의 피치 값(50) 부근에서 최고점(peak)에 도달하며, 이후 점근값으로 떨어진다. 제 1 및 제 2 성분들에 대한 반사 효율성은 교차 피치 값(crossing pitch value: 52)에서 서로 교차한다.
일 실시예에서, 정렬 마크의 제 1 영역들(32)에서의 피치는 도 5에서 제 1 성분에 대한 반사 효율성이 0인 피치 값에 대응하는 제 1 값을 갖는다. 제 2 영역들(34)에서, 피치는 제 1 값보다 훨씬 낮은 제 2 값을 갖는다. 결과로서, 반사 효율성이 두 편광 성분들에 대한 위치의 함수로서 주기적으로 변하는 정렬 마크가 실현되며, 이는 두 편광 성분들 간의 위치의 함수로서 주기의 절반의 위상 오프셋을 갖는다.
또한, 피치가 제 1 성분에 대한 반사 효율성이 0인 제 1 값과 정확히 같지 않은 경우에도, 유사한 효과에 도달할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34) 간의 여하한의 차이는 두 편광 성분들에 대한 위치의 함수로서 반사 효율성의 약간의 변동을 초래한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34)에서의 피치 값들은 교차 피치 값의 서로 반대쪽에 있다. 따라서, 상이한 편광 성분들은 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34) 각각에서 가장 높은 반사 효율성을 가질 것이다.
도 5a는 2 개의 상이한 파장의 광(적색 및 녹색광)에 대한 피치의 함수로서 이론적인 반사 효율성을 나타낸다. 적색광에 대해 도 5에 나타낸 곡선들에 추가하여, 또 다른 파장(녹색광 - 533 nm)에 대한 추가 곡선들(정사각형으로 표시됨)이 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 최소값이 상이한 파장들에 대해 상이한 피치 값에서 일어난다는 것을 제외하면 두 파장들에 대한 효과는 유사하다. 일 실시예에서, 위치 측정들은 동일한 정렬 마크로부터 반사 특성들을 측정하기 위해 복수의 파장들을 이용하여 수행된다. 이 실시예에서, 상이한 영역들 및 파장들에서의 피치 값들은, 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34)에서의 피치 값들이 각각의 파장들에 대해 교차 피치 값(52)의 서로 반대쪽에 있도록 선택될 수 있다. 도 5a로부터 알 수 있는 바와 같이, 이는 적색 및 녹색 범위의 파장을 갖는 광에 대해 가능하다. 하지만, 다른 파장들이 대안적으로 또는 추가적으로 선택될 수도 있다.
일 실시예는 모든 전도성 트랙들(30)의 가장 긴 축선이 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34) 사이의 경계들에 평행인 것으로 나타내었지만, 대안적으로 긴 축선은 도 3a에 나타낸 바와 같이 그 경계에 수직(90 도의 각도)이거나, 경계에 대해 여하한의 다른 각도로 가로지를 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 각도 및 다이폴 방향(dipole direction)(상이한 회절 차수들의 방향 벡터들을 통하는 평면)은 다이폴 방향이 긴 축선과 정렬되도록 서로 대응하게 선택될 수 있다. 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34) 사이의 경계들에 평행으로 지향된 전도성 트랙들(30)의 사용은, 일반적으로 연속한 영역 경계들 간의 거리에 독립적인 임의 길이의 전도성 트랙들(30)을 선택적으로 사용하게 한다.
일 실시예에서는, 기판(W)의 표면을 따라 X 및 Y 방향으로 측정을 수행하기 위해 서로 상이한 방향들로 주기성을 갖는 2 이상의 정렬 마크들이 사용된다. 또한, 바둑판 형의 정렬 마크가 사용될 수 있으며, 영역들의 패턴은 서로에 대한 각도, 예를 들어 90 도의 2 방향으로 주기적이다. 일 실시예는 제 1 및 제 2 영역들(32 및 34)의 주기적인 배치가 사용되는 것으로 나타내었지만- 이는 간단한 차수 선택 시스템을 사용할 수 있게 함 -, 대안적으로 상이한 영역들에서의 도체 트랙들 간에 상이한 피치 거리들을 갖는 도체 트랙들의 영역들의 비-주기적인 배치들이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 위치들은, 예를 들어 홀로그래피 상관 기술(holographic correlation technique)들을 이용하여 이러한 정렬 마크들로부터 측정될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 가변 피치가 사용될 수 있으며, 이는 최저점의 피치 값(50)과 교차 피치 값(52) 미만의 피치 값 사이에서 위치의 함수로서 변한다.
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 디 스플레이(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 툴에서 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 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선을 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.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 광학 측정 시스템을 나타내는 도면;
도 3은 정렬 마크의 일부분의 평면도;
도 3a는 대안적인 정렬 마크의 일부분의 평면도;
도 4는 정렬 마크의 일부분의 측면도;
도 5는 하나의 파장에 대한 피치의 함수로서 반사율의 그래프; 및
도 5a는 2 개의 파장에 대한 피치의 함수로서 반사율의 그래프이다.

Claims (11)

  1. 제품의 위치를 측정하는 방법에 있어서:
    상기 제품의 표면에 있는 정렬 마크를 향해 전자기 방사선을 전달(transmit)하는 단계;
    상기 정렬 마크에 의해 회절된 방사선을 수집하는 단계; 및
    상기 회절된 방사선의 위상 관계들로부터 위치 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 정렬 마크는 도체 트랙들 사이에서 피치(pitch)를 갖고 서로 평행인 상기 도체 트랙(conductor track)들의 세트를 포함하고, 상기 정렬 마크로부터 회절된 방사선이 수집되고, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 상기 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하고, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 상기 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존하는 위치 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치는 상기 정렬 마크의 제 1 및 제 2 영역들에서 각각 제 1 피치 값 및 제 2 피치 값을 갖고, 상기 전달된 방사선은 서로 직교인 제 1 및 제 2 편광 성분을 갖는 방사선을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 편광 성분을 갖는 방사선은 상기 제 1 편광 성분에 대한 상기 제 1 및 제 2 피치 값을 갖는 피치들에서의 도체 트랙들로부터의 상기 정렬 마크의 반사 효율성이 상기 제 2 편광 성분에 대해서보다 각 각 더 높고 더 낮은 파장을 갖는 위치 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자기 방사선의 파장은 상기 제 1 및 제 2 편광 성분들에 대한 반사 효율성이 같은 교차 피치 값(crossing pitch value)을 정의하고, 상기 제 1 및 제 2 피치 값은 각각 상기 교차 피치 값 위아래로 놓이는 위치 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 파장은 상기 제 1 편광 성분에 대한 최저 반사 효율성의 피치 값을 정의하고, 상기 제 1 피치 값은 상기 제 1 편광 성분에 대한 상기 최저 반사 효율성의 피치 값에 놓이는 위치 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전달된 방사선은 서로 직교인 제 3 및 제 4 편광 성분을 갖는 또 다른 방사선을 포함하고, 상기 또 다른 방사선은 상기 제 1 및 제 2 성분들의 파장으로부터 떨어진 또 다른 파장을 가지며, 상기 또 다른 파장에서 상기 제 3 편광 성분에 대한 제 1 및 제 2 피치 값을 갖는 피치들에서의 도체 트랙들로부터의 상기 정렬 마크의 반사 효율성은 상기 제 4 편광 성분에 대해서보다 각각 더 높고 더 낮은 위치 측정 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 위치의 함수로서 상기 제 1 및 제 2 영역들이 교번하는 주기적인 배치를 포함하고, 상기 도체 트랙들은 상기 제 1 및 제 2 영역들에서 각각 상기 제 1 및 제 2 값의 피치들을 갖는 위치 측정 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 도체 트랙들의 가장 긴 길이방향의 축은 상기 제 1 및 제 2 영역들 사이의 경계들에 평행하게 방위되는 위치 측정 방법.
  8. 정렬 시스템에 있어서:
    전자기 방사선을 전달하도록 구성된 전자기 방사선 소스;
    정렬될 제품- 상기 제품은 상기 방사선을 수용하는 정렬 마크를 포함하고, 상기 정렬 마크는 도체 트랙들 사이에서 피치를 갖는 서로 평행인 상기 도체 트랙들의 세트를 포함하며, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 상기 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 상기 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존함 -; 및
    상기 정렬 마크로부터 회절된 전자기 방사선으로부터의 선택된 회절 차수들로부터 광을 검출하도록 구성된 검출기를 포함하는 정렬 시스템.
  9. 포토리소그래피 장치에 있어서,
    제 8 항에 따른 정렬 시스템을 포함하고, 상기 제품은 반도체 웨이퍼인 포토리소그래피 장치.
  10. 정렬 마크를 포함한 제품에 있어서,
    상기 정렬 마크는 도체 트랙들 사이에서 피치를 갖는 서로 평행인 상기 도체 트랙들의 세트를 포함하고, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 상기 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 상기 피치의 변동 패턴에 의존하는 제품.
  11. 디바이스 제조 방법에 있어서:
    제조시 상기 디바이스를 포함하는 제품 상에 패터닝 디바이스로부터 패턴을 전사하는 단계를 포함하고, 상기 전사하는 단계는
    상기 제품의 표면에 있는 정렬 마크를 향해 전자기 방사선을 전사하는 단계;
    상기 정렬 마크에 의해 회절된 방사선을 수집하는 단계; 및
    상기 회절된 방사선의 위상 관계들로부터 위치 정보를 결정하는 단계를 포함한 방법에 따라 기판을 정렬하는 단계를 포함하며,
    상기 정렬 마크는 도체 트랙들 사이에서 피치를 갖고 서로 평행인 상기 도체 트랙들의 세트를 포함하고, 상기 정렬 마크로부터 회절된 방사선이 수집되고, 상기 세트 내의 트랙들의 피치는 상기 제품의 표면을 따라 위치의 함수로서 변하며, 상기 방사선의 수집된 회절이 일어나는 각도들은 위치의 함수로서 상기 세트 내의 트랙들의 피치의 변동 패턴에 의존하는 디바이스 제조 방법.
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