KR101093388B1 - 노광 방법, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광 방법, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 방법으로서, 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계; 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계; 제1 및 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계; 상기 제1 산출 단계에서 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬한 후, 제3 마크의 위치를 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계; 제2 및 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계; 및 제2 산출 단계에서 산출된 제2 보정 값에 기초하여 기판을 정렬한 후, 기판을 노광하는 노광 단계를 포함한다.
투사 광학 시스템, 웨이퍼, 웨이퍼 마크, 오프-축 화상 감지 유닛, 촬상 광학 시스템, 기판 스테이지

Description

노광 방법, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은, 노광 방법, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
웨이퍼 처리는, 웨이퍼를 정렬하기 위한 프리얼라인먼트(prealignment) 및 글로벌 얼라인먼트(global alignment) 등의 얼라인먼트 처리 및 노광 처리를 주로 포함한다. 웨이퍼 생산성, 즉 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해서, 각각의 처리에 걸리는 시간을 단축하는 여러가지 노력이 이루어져 있다.
얼라인먼트 처리시에는, 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트 마크들로부터 복수의 마크가 샘플 샷(sample shot)들로서 선택되어, 이 마크들의 위치가 계측된다. 사용된 샘플 샷은 도 4에 도시된 바와 같다. 각각의 샷에는 저배율 얼라인먼트 마크 WML 및 고배율 얼라인먼트 마크 WMH가 형성된다. 프리얼라인먼트시에는, 우선 저배율의 스코프를 이용하여 첫번째 샘플 샷 SL1의 저배율 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하고, 다음에 샘플 샷 SL2의 저배율 얼라인먼트 마크의 위치를 계측한다. 2개의 저배율 얼라인먼트 마크 SL1 및 SL2의 계측된 위치에 기초하여 웨이퍼 프리얼라인먼트가 행해진다.
웨이퍼의 프리얼라인먼트가 수행된 후, 글로벌 얼라인먼트, 즉, 웨이퍼의 메인 얼라인먼트가 수행된다. 글로벌 얼라인먼트 시에는, IC들 또는 LSI들의 생산성과 얼라인먼트 정밀도 간의 트레이드오프(tradeoff)를 고려함으로써, 웨이퍼 상의몇몇 샷을 계측한다. 예를 들어, 글로벌 얼라인먼트에 대한 샘플 샷 배치 최적을 달성하기 위해, 샘플 샷들은, 웨이퍼 중심으로부터 거의 대칭이며, 원주에 거의 균일하게 분포되도록, 웨이퍼 주변을 제외하고 가능한한 외부에 배치된다. 글로벌 얼라인먼트 시에는, 고배율 얼라인먼트 스코프를 이용하여 샘플 샷 SH3, SH4, SH5, SH6의 순으로 고배율 얼라인먼트 마크들의 위치가 계측되어, 웨이퍼의 메인 얼라인먼트를 수행한다.
메인 얼라인먼트가 수행된 후, 웨이퍼 스테이지가 제1 노광 샷 E1으로 구동되어, 노광된다. 다음으로, 웨이퍼 스테이지를 구동하면서 각각의 샷이 노광된다.
일본특허공개공보 제2005-217333호 및 제2001-267229호가 이러한 종래의 방법의 상세를 개시하고 있다.
상술된 종래의 방법은, 웨이퍼를 신속 정확하게 정렬함으로써 노광하는 반도체 노광 장치에 효과적이다. 그러나, 종래의 방법은, 프리얼라인먼트를 위해, 노광될 각각의 웨이퍼에 대해 2개의 저배율 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하기 때문에, 긴 얼라인먼트 시간을 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 얼라인먼트 시간을 단축시킴으로써 스루풋을 개선하는 노광 방법 및 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 기판을, 상기 기판 상에 형성된 마크를 이용하여 상기 기판을 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계, 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계, 상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계, 상기 제1 산출 단계에서 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬 한 후 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계, 상기 제2 검출 단계 및 상기 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계, 및 상기 제2 산출 단계에서 산출된 상기 제2 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬한 후 상기 기판을 노광하는 노광 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 복수의 기판을, 상기 기판들 상에 형성된 마크들을 이용하여 상기 기판들을 순차적으로 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제1 기판 상의 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출한 결 과 및 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 마크의 위치 및 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계, 상기 제1 보정 값과 상기 제2 보정 값 간의 오프셋(offset)을 결정하는 결정 단계, 상기 제1 기판이 노광된 후에 노광될 제2 기판 상의 제1 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계, 상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들 및 상기 결정 단계에서 결정된 상기 오프셋에 기초하여 제3 보정 값을 산출하는 제3 산출 단계, 상기 제3 산출 단계에서 산출된 제3 보정 값에 기초하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계, 상기 제2 검출 단계 및 상기 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제4 보정 값을 산출하는 제4 산출 단계, 및 상기 제4 산출 단계에서 산출된 제4 보정 값에 기초하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판을 노광하는 노광 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 기판을, 상기 기판 상에 형성된 마크를 이용하여 상기 기판을 정렬함으로써, 노광하는 노광 장치가 제공되며, 상기 장치는, 상기 기판을 유지하는 기판 스테이지, 마크를 관찰하는 제1 스코프, 상기 제1 스코프 의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프, 및 상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어기를 구비하고, 상기 제어기는, 상기 제1 스코프가 상기 제1 마크의 위치를 검출하고, 상기 제2 스코프가 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 검출하고, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 위치들의 검출 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하고, 상기 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 제2 스코프가 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 검출하고, 상기 제2 마크 및 상기 제3 마크의 검출 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하고, 상기 산출된 제2 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 장치가 상기 기판을 노광하도록, 상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어한다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 복수의 기판을, 상기 기판들에 형성된 마크들을 이용하여 상기 기판들을 순차적으로 정렬함으로써, 노광하는 노광 장치가 제공되며, 상기 장치는, 상기 기판들을 유지하는 기판 스테이지, 마크를 관찰하는 제1 스코프, 상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프, 및 상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어기를 구비하고, 상기 제어기는, 제1 기판 상의 제1 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출한 결과와 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하고, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 마크의 위치와 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크 및 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하고, 상기 제1 보정 값과 상기 제2 보정 값 간의 오프셋을 결정하고, 상기 제1 스코프가 상기 제1 기판이 노광된 후에 노광될 제2 기판 상의 제1 마크의 위치를 검출하고, 상기 제2 스코프가 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 검출하고, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 위치의 검출 결과 및 상기 오프셋에 기초하여 제3 보정 값을 산출하고, 상기 산출된 제3 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 스코프가 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 검출하고, 상기 제2 마크 및 상기 제3 마크의 위치의 검출 결과에 기초하여 제4 보정 값을 산출하고, 상기 산출된 제4 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 장치가 상기 제2 기판을 노광하도록, 상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어한다.
본 발명에 따르면, 얼라인먼트 시간을 단축시킴으로써 스루풋을 개선한 노광 방법 및 노광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하면 이하의 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명에 따르면, 얼라인먼트 시간을 단축시킴으로써 스루풋을 개선한 노광 방법 및 노광 장치를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명에 사용된 반도체를 제조하기 위한 노광 장치의 일례를 도시한다. 도 5를 참조하면, 참조부호 R은 레티클을 표시하며, W는, 도 2에 도시된 바와 같은 저배율 얼라인먼트 마크들 WML 및 고배율 얼라인먼트 마크들 WMH 등이 형성된 샘플 샷들이 격자 패턴으로 배치되어 있는 기판(웨이퍼)를 표시한다. 참조부호 UL은 광학 축이 Z축인 투사 광학 시스템을 표시한다. 참조부호 OAS는 복수의 배율에서 얼라인먼트 마크를 관찰할 수 있는 오프-축 화상 감지 유닛이다. 참조부호 IL은 마크 조명부를 표시하고, M1과 M2는 빔 스플리터를 표시하고, L1 내지 L3는 촬상 광학 시스템을 표시하고, STG은 3차원으로 이동가능한 기판 W를 유지하는 기판 스테이지를 표시한다. 참조부호 S1은 저배율 관찰을 위한 제1 스코프를 표시하고, S2는 제1 스코프 S1보다도 높은 배율을 갖는 고배율 관찰을 위한 제2 스코프를 표시한다. 제1 및 제2 스코프, S1 및 S2는 화상 처리 유닛(도시되지 않음)에 접속되고, 감지된 마크 화상으로부터 얼라인먼트 마크의 위치를 계측할 수 있다.
노광 장치는, 기계적 프리얼라인먼트 유닛(도시되지 않음)을 구비한다. 제어기 C는 기계적 프리얼라인먼트 유닛, 오프-축 화상 감지 유닛 OAS, 기판 스테이지 STG를 제어한다.
<제1 실시예>
본 발명에 따른 얼라인먼트 처리의 일례를 도 1을 참조하여 설명한다. 단계 S101에서, 제어기 C는, 기계적 프리얼라인먼트 유닛(도시되지 않음)을 제어하여 기판 W의 기계적 프리얼라인먼트를 수행한다. 이 단계에서는, 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 및 노치(notch) 등의 웨이퍼의 절취부(notched portion) 및 외주를 기준으로 웨이퍼에 대해 기계적 프리얼라인먼트가 수행된다. 단계 S102에서, 제어기 C는, 기계적 프리얼라인먼트 결과를 기준으로 제1 마크로서 역할을 하는 제1 샘플 샷 SL1의 저배율 얼라인먼트 마크 WML이 제1 스코프로서 역할을 하는 저배율 스코프 S1의 관찰 범위 내에 있도록 기판 스테이지를 구동한다. 단계 S103 에서, 제어기 C는, 제1 샘플 샷 SL1의 저배율 얼라인먼트 마크 WML의 위치를 계측하기 위해 저배율 스코프 S1을 제어한다. 단계 S103은, 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계이다.
단계 S104에서, 제어기 C는, 제1 샘플 샷 SL1의 저배율 얼라인먼트 마크 WML의 위치를 기준으로 웨이퍼를 X 및 Y 방향으로 시프트함으로써 보정(시프트 보정)을 수행한다. 단계 S105에서, 제어기 C는, 제2 마크로서 역할을 하는 도 2에 도시된 제2 샘플 샷 SH2의 고배율 얼라인먼트 마크 WMH가 제2 스코프로서 역할을 하는 고배율 스코프 S2의 관찰 범위 내에 있도록 기판 스테이지를 구동한다. 웨이퍼가 회전 오차 또는 배율 오차를 갖는 경우에도 샘플 샷의 마크가 제1 샘플 샷 SL1으로부터 시프트 보정에 의해서만 고배율 스코프 S2의 관찰 범위에 들어가도록 허용되는, 샘플 샷과 제1 샘플 샷 SL1 간의 거리에 의해 정의되는 범위(빗금 영역) 내에 있는 샘플 샷이 제2 샘플 샷 SH2로서 선택된다. 즉, 제2 마크는, 제1 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하는 시프트 보정에 의해서만 제2 스코프의 시야에 들어가도록 허용된 위치에 배치된 마크들로부터 선택된다. 빗금 영역은, 기계적 프리얼라인먼트 정밀도 및 하층에서 패턴을 형성하는 정밀도에 따라서 결정된다.
단계 S106에서, 제어기 C는, 고배율 스코프 S2를 제어하여 제2 샘플 샷 SH2 의 고배율 얼라인먼트 마크 WMH를 계측한다. 단계 S106은, 제1 마크와는 다른 제2 마크를 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계이다.
단계 S107에서, 제어기 C는, 단계 S103과 S106에서 얻어진 계측 값들에 기초하여 프리얼라인먼트(시프트 보정, 회전 보정, 배율 보정)을 수행한다. 회전 보정은, 웨이퍼를 회전시키는 것에 의한 보정을 의미하고, 배율 보정은 웨이퍼의 배율을 변경시키는 것에 의한 보정을 의미함을 유의한다. 단계 S107은, 제1 및 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계이다.
단계 S108에서, 제어기 C는, 단계 S107에서 얻어진 제1 보정 값에 기초하여 다음 샘플 샷에 기판 스테이지를 구동시킨다. 단계 S109에서, 제어기 C는, 고배율 스코프 S2를 제어하여 다음 샘플 샷의 고배율 계측을 수행한다. 단계 S108 및 S109는, 제1 보정 값에 기초하여 기판을 정렬한 후, 제3 마크의 위치를 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계이다.
단계 S110에서 모든 샘플 샷이 계측되었다고 결정되면, 제어기 C는, 단계 S111에서 제2 샘플 샷 SH2 내지 SHN의 계측 값에 기초하여 글로벌 얼라인먼트를 수행한다. 단계 S112에서, 노광 샷 E1을 노광한다. 고배율 계측을 겪는 최후의 샘플 샷 SHN은, 도 2에서는 SH5이다. 단계 S111은, 제2 및 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계이다. 단계 S112는, 제2 산출 단계에서 산출된 제2 보정 값에 기초하여 기판을 정렬한 후, 기판을 노광하는 노광 단계이다. 본 실시예에서는 제3 검출 단계에서 샘플 샷 SH3 내지 SH5의 위치는 제3 마크를 기준으로 검출됨에 유의한다.
본 실시예에서는 제2 샘플 샷 SH2는 도 2에 도시된 빗금 영역으로부터 선택된다. 그러나, 빗금 영역 내에 있고 제1 샘플 샷 SL1로부터 가장 멀리 위치된 샘플 샷을 제2 샘플 샷 SH2로서 선택하면, 높은 정밀도로 프리얼라인먼트를 수행할 수 있다. 즉, 제2 마크는, 바람직하게는, 제1 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하는 시프트 보정에 의해서만 제2 스코프의 시야에 들어가도록 허용되고, 제1 마크로부터 가장 멀리 위치된 마크이다.
본 실시예에서는, 단계 S107의 프리얼라인먼트동안 시프트 보정, 회전 보정, 및 배율 보정을 수행한다. 그러나, 양호한 기계적 프리얼라인먼트 정밀도 및 하층에서 패턴을 형성하는 양호한 정밀도가 보장될 수 있다면, 항상 그러한 모든 형태의 보정을 수행할 필요는 없다. 이 경우, 시프트 보정, 회전 보정, 배율 보정 중 적어도 한가지 형태의 프리얼라인먼트만 수행되면 된다.
저배율 얼라인먼트 마크 WML 및 고배율 얼라인먼트 마크 WMH는 본 실시예에서 다른 형상을 갖지만, 동일한 마크가 사용될 수 있다.
제2 샘플 샷 SH2에 후속하는 샘플 샷의 얼라인먼트 마크의 위치는, 일본특허공개공보 제2004-158741호에 개시된 바와 같이, 저배율 스코프 S1 및 고배율 스코프 S2의 양방을 사용하여 계측될 수 있다. 얼라인먼트 마크가 고배율 스코프 S2의 관찰 범위 외부에 있는 경우에는, 저배율 스코프 S1에 의해 얻어진 계측 값에 기초하여 다시 고배율 관찰 범위 내에 얼라인먼트 마크를 가져와서 그것을 계측하는 등의 리커버리 동작이 수행될 수 있다.
본 실시예에서는, 저배율 스코프로 제1 샘플 샷의 마크 위치를 계측하고, 그 얻어진 계측 값에 기초하여 시프트 보정을 수행하고, 고배율 스코프로 제2 샘플 샷의 마크 위치를 계측한다. 제1 및 제2 샘플 샷의 계측 값에 기초하여 프리얼라인먼트 보정을 수행한다. 따라서, 종래 기술과는 달리, 저배율 계측이 2개의 샘플 샷 대신에 하나의 샘플 샷으로만 수행된다. 이는, 프리얼라인먼트 처리 시간을 단축시키므로, 스루풋을 개선한다.
<제2 실시예>
제2 실시예는, 복수의 기판을, 그 위에 형성된 마크들을 이용하여 순차적으로 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법에 관한 것이다.
제1 실시예에서는, 상이한 배율을 갖는 2개의 스코프에 의해 얻어진, 상이한 샘플 샷들에서의 얼라인먼트 마크들의 계측 값을 사용하여 프리얼라인먼트를 수행한다. 이 때문에, 저배율 스코프 S1 및 고배율 스코프 S2의 관찰 중심들 간에 오프셋이 존재하거나 또는 마크들 간에 묘화 오프셋 등이 존재하는 경우에, 단계 S107에서 프리얼라인먼트 보정 값이 종종 정확히 산출되지 않는다. 이는 단계 S108 이후의 고배율 계측을 수행하는 것을 불가능하게 할 수 있다. 이러한 상황을 피하기 위하여, 스코프들 간 또는 마크들 간에 오프셋이 존재하는 경우에도 프리얼라인먼트를 정확히 수행할 수 있는 제2 실시예를 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
첫번째 웨이퍼에 관해서는, 스코프들 간 또는 마크들 간에 오프셋이 존재하는 경우에도 프리얼라인먼트를 정확히 수행할 수 있도록, 종래 기술과 같이 저배율 스코프 S1에 의해 2개의 샘플 샷을 계측한다.
도 3a는, 제1 기판으로서 역할을 하는 로트에서 첫번째의 노광될 웨이퍼에 대한 얼라인먼트 처리를 도시하는 플로우차트이다. 단계 S201에서, 제어기 C는, 기계적 프리얼라인먼트 유닛(도시되지 않음)을 제어하여, 기계적 프리얼라인먼트를 수행한다. 단계 S202 내지 S206에서, 제어기 C는, 저배율 스코프 S1을 제어하여, 도 4에 도시된 샘플 샷 SL1 및 SL2의 저배율 얼라인먼트 마크 WML을 계측하고, 얻어진 계측 값들에 기초하여 프리얼라인먼트를 수행한다. 단계 S207 내지 S210에서, 제어기 C는, 고배율 스코프 S2를 제어하여 샘플 샷 SH3 내지 SHN을 계측하고, 얻어진 계측 값들에 기초하여 글로벌 얼라인먼트를 수행한다. 제어기 C는, 예컨대, 노광 동안에 프리얼라인먼트 보정 값 및 글로벌 얼라인먼트 보정 값 간의 차분으로서 오프셋을 결정하고, 저장 유닛을 제어하여 그 결정된 오프셋을 저장한다(S212). 단계 S212는 제1 기판에 대한 제1 보정 값과 제2 보정 값 간의 오프셋을 결정하는 결정 단계이다.
두번째 및 그 이후에 노광될 웨이퍼에 관해서는, 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 저배율 얼라인먼트 마크들 및 고배율 얼라인먼트 마크들의 계측 값들로부터 프리얼라인먼트 보정 값들을 산출한다. 첫번째 웨이퍼에 대한 오프셋을 얻기 위하여, 두번째 웨이퍼의 프리얼라인먼트에 사용될 저배율 계측 샘플 샷 SL2 및 고배율 계측 샘플 샷 SH3에 기초하여, X 보정 값 PREx, Y 보정 값 PREy, 회전 보정 값 PREθ 및 배율 보정 값 PREmag를 포함하는 프리얼라인먼트 보정 값(제1 보정 값)을 산출한다. 그 산출된 프리얼라인먼트 보정 값과, X 보정 값 AGAx, Y 보정 값 AGAy, X 회전 보정 값 AGAθx 및 Y 회전 보정 값 AGAθy, x 배율 보정 값 AGAmagx 및 y 배율 보정 값 AGAmagy를 포함하고 노광에 사용되는 글로벌 얼라인먼트 보정 값(제2 보정 값) 간의 차분을 아래와 같이 산출하고:
OFFSETx = AGAx - PREx
OFFSETy = AGAy - PREy
OFFSETθx = AGAθx - PREθ
OFFSETθy = AGAθy - PREθ
OFFSETmagx = AGAmagx - PREmag
OFFSETmagy = AGAmagy - PREmag
그 산출된 차분은 오프셋으로 저장된다(S212).
프리얼라인먼트는 2개의 샘플 샷의 계측 값들로부터 산출된 보정 값을 사용하므로, 회전 보정 및 배율 보정에 대한 X-축 성분 및 Y-축 성분은 서로 공통이다. 반대로, 글로벌 얼라인먼트는 다수(본 실시예에서는 4개)의 샘플 샷들로부터 산출된 보정 값을 사용하므로, X-축 성분과 Y-축 성분은 이러한 보정 형태들에 대해서는 개별적으로 얻어진다. 그러므로, 오프셋에서의 회전 보정 값 및 배율 보정 값의 X-축 성분과 Y-축 성분은 개별적으로 제어된다.
도 3b는, 제1 기판이 노광된 후에 노광될 제2 기판들로서 역할을 하는 두번째 및 그 이후의 웨이퍼에 대한 얼라인먼트 처리의 시퀀스를 나타내는 플로우차트이다. 단계 S301에서, 제어기 C는, 기계적 프리얼라인먼트 유닛을 제어하여, 웨이퍼의 외주를 기준으로 기계적 프리얼라인먼트를 수행한다. 단계 S302에서, 제어기 C는, 기계적 프리얼라인먼트 결과를 기준으로 제1 샘플 샷 SL2의 저배율 얼라인먼트 마크 WML이 저배율 스코프 S1의 관찰 범위 내에 있도록 기판 스테이지를 구동한다.
단계 S303에서, 제어기 C는, 저배율 스코프 S1을 제어하여 저배율 얼라인먼트 마크 WML의 위치를 계측한다. 단계 S303은 제2 기판 상의 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계이다. 단계 S304에서, 제어기 C는, 저배율 얼라인먼트 마크 WML의 위치를 기준으로 웨이퍼의 시프트 보정(X-Y 보정)을 수행한다.
단계 S305에서, 제어기 C는, 제2 샘플 샷 SH3의 고배율 얼라인먼트 마크 WMH가 고배율 스코프 S2의 관찰 범위 내에 있도록 기판 스테이지를 구동한다. 웨이퍼가 회전 오차 또는 배율 오차를 갖는 경우에도 샘플 샷의 마크가 제1 샘플 샷 SL2로부터 시프트 보정에 의해서만 고배율 스코프 S2의 관찰 범위에 들어가도록 허용되는, 샘플 샷과 제1 샘플 샷 SL2 간의 거리에 의해 정의되는 범위(빗금 영역) 내에 있는 샘플 샷이 제2 샘플 샷 SH3으로서 선택된다. 빗금 영역은, 기계적 프리얼라인먼트 정밀도 및 하층에서 패턴을 형성하는 정밀도에 따라서 결정된다.
단계 S306에서, 제어기 C는, 고배율 스코프 S2를 제어하여 제2 샘플 샷 SH3의 고배율 얼라인먼트 마크 WMH를 계측한다. 단계 S306은, 제2 기판 상의 제2 마크의 위치를 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계이다.
단계 S307에서, 제어기 C는, 단계 S303 및 S306에서 얻어진 계측 값에 기초하여 X 보정 값 PREx, Y 보정 값 PREy, 회전 보정 값 PREθ, 및 배율 보정 값 PREmag를 포함하는 프리얼라인먼트 보정 값을 산출한다. 이 때, 제어기 C는, X 보정 값 PREx', Y 보정 값 PREy', X 회전 보정 값 PREθx', Y 회전 보정 값 PREθy', X 배율 보정 값 PREmagx', 및 Y 배율 보정 값 PREmagy'를 포함하고, 첫번째 웨이퍼의 처리 동안 단계 S212에서 산출된 오프셋을 아래와 같이 고려하는 보정 값에 기초하여 프리얼라인먼트를 수행한다:
PREx' = OFFSETx + PREx
PREy' = OFFSETy + PREy
PREθx' = OFFSETθx + PREθ
PREθy' = OFFSETθy + PREθ
PREmagx' = OFFSETmagx + PREmag
PREmagy' = OFFSETmagy + PREmag
단계 S307은, 제1 및 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과, 및 제1 보정 값과 제2 보정 값 간의 오프셋에 기초하여 제3 보정 값을 산출하는 제3 산출 단계이다.
단계 S308에서, 제어기 C는, 단계 S307에서 얻어진 보정 값에 기초하여 기판 스테이지를 구동시킨다. 단계 S309에서, 제어기 C는, 고배율 스코프 S2를 제어하여 샘플 샷 SH4 내지 SHN의 고배율 계측을 수행한다. 단계 S308 및 S309는, 제3 보정 값에 기초하여 제2 기판을 정렬한 후, 제1 및 제2 마크와는 다른 제2 기판 상의 제3 마크의 위치를 검출하는 제3 검출 단계이다.
단계 S310에서, 모든 샘플 샷이 계측되었다고 결정되면, 제어기 C는, 단계 S311에서 글로벌 얼라인먼트를 수행한다. 단계 S312에서, 제어기 C는, 노광 처리를 수행한다. 단계 S311은 제2 및 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과에 기초하여 제4 보정 값을 산출하는 제4 산출 단계이다. 단계 S312는 제4 보정 값에 기초하여 제2 기판을 정렬한 후 제2 기판을 노광하는 노광 단계이다.
제2 실시예에서는, 첫번째 웨이퍼에 대한 프리얼라인먼트 보정 값과 글로벌 얼라인먼트 보정 값 간의 차분을 제1 보정 값과 제2 보정 값 간의 오프셋으로서 저장한다. 두번째 및 그 이후의 웨이퍼의 프리얼라인먼트에 대하여 이 오프셋을 이용함으로써, 스코프들 간 또는 마크들 간에 오프셋이 존재하는 경우에도, 정확한 프리얼라인먼트가 가능하다.
본 실시예에서는, 회전 보정 및 배율 보정에 대한 오프셋의 X-축 성분 및 Y-축 성분을 개별적으로로 제어한다. 그러나, X-축 성분과 Y-축 성분 간의 차가 무시할 만한 경우에는, 이러한 보정 형태에 대한 평균이 공통 오프셋으로 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 첫번째 웨이퍼에 대하여 얻어진 오프셋이 두번째 및 그 이후의 웨이퍼들을 프리얼라인먼트하는 데에도 사용된다. 즉, 제1 기판은 로트에서 첫번째 노광될 기판이며, 제2 기판은 로트에서 두번째 및 그 이후에 노광될 기판들 각각이다.
그러나, 오프셋을 결정하는 웨이퍼가 특별히 첫번째 웨이퍼에 한정될 필요는 없다. 예를 들면, M번째의 웨이퍼를 프리얼라인먼트하기 위해, 그 M번째 웨이퍼 이전에 노광된 복수의 웨이퍼 중 적어도 일부의 웨이퍼 각각에 대해서 산출된, 제1 보정 값과 제2 보정 값 간의 차분을 통계 처리함으로써 오프셋을 산출할 수 있다.
대안으로, M번째 웨이퍼 이전에 노광된 (M-1)개의 웨이퍼 모두에 대해서 산출된 제1 보정 값과 제2 보정 값 간의 차분의 평균값, 모드값 또는 중간값이 산출될 수 있으며, 이에 의해 그 산출된 값을 사용하여 M번째 웨이퍼를 프리얼라인먼트할 수 있다. 이 경우, 임의의 비정상적인 값이 제거될 수 있다.
<디바이스 제조 방법>
다음으로, 상술된 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법의 실시예를 설명한다.
디바이스(예컨대, 반도체 집적 회로 디바이스 및 액정 디스플레이 디바이스)는, 상술된 실시예들에 따른 노광 장치를 이용하여 기판을 방사 에너지에 노광하는 노광 단계, 상기 노광 단계에서 노광된 기판을 현상하는 현상 단계, 및 그 밖의 공지된 단계들(예컨대, 에칭, 레지스트 제거, 다이싱, 본딩, 및 패키징 단계)에 의해 제조된다.
본 발명은 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 실시예들에 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다. 첨부 청구범위는 그 모든 변경들 및 등가 구조물들 및 기능들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.
도 1은, 제1 실시예에 따른 노광 방법을 도시하는 플로우차트.
도 2는, 제1 실시예에 따른 샘플 샷들 및 얼라인먼트 마크들을 설명하는 도면.
도 3a는, 제2 실시예에 따른 제1 기판에 대한 노광 방법을 도시하는 플로우차트.
도 3b는, 제2 실시예에 따른 제2 기판에 대한 노광 방법을 도시하는 플로우차트.
도 4는, 제2 실시예에 따른 샘플 샷들 및 얼라인먼트 마크들을 설명하는 도면.
도 5는, 노광 장치의 구성을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
UL: 투사 광학 시스템
W: 웨이퍼(기판)
SL1, SL2: 저배율 계측 샘플 샷
SH2 내지 SH6: 고배율 계측 샘플 샷
WM: 웨이퍼 마크
WML: 저배율 얼라인먼트 마크
WMH: 고배율 얼라인먼트 마크
R: 레티클
OAS: 오프-축 화상 감지 유닛
IL: 마크 조명부
M1, M2: 빔 스플리터
L1 내지 L3: 촬상 광학 시스템
S1: 저배율 관찰용 스코프
S2: 고배율 관찰용 스코프
STG: 기판 스테이지

Claims (14)

  1. 기판을, 상기 기판 상에 형성된 마크를 이용하여 상기 기판을 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법으로서,
    제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계;
    상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계;
    상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계;
    상기 제1 산출 단계에서 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬 한 후, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계;
    상기 제2 검출 단계 및 상기 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계; 및
    상기 제2 산출 단계에서 산출된 제2 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 기판을 노광하는 노광 단계
    를 포함하는 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마크는, 상기 제1 검출 단계에서 얻어진 상기 검출 결과에 기초한 시프트 보정에 의해서만 상기 제2 스코프의 시야에 들어가도록 허용된 위치들에 배치된 마크들로부터 선택되는 마크인 노광 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 마크는, 상기 제1 검출 단계에서 얻어진 상기 검출 결과에 기초한 시프트 보정에 의해서만 상기 제2 스코프의 시야에 들어가도록 허용된 위치들에 배치된 마크들 중 상기 제1 마크로부터 가장 멀리 위치된 마크인 노광 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 마크는, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 상이한 복수의 마크를 포함하는 노광 방법.
  5. 복수의 기판을, 상기 기판들 상에 형성된 마크들을 이용하여 상기 기판들을 순차적으로 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법으로서,
    제1 기판 상의 제1 마크의 위치를 제1 스코프로 검출한 결과 및 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계;
    상기 제1 기판 상의 상기 제2 마크의 위치 및 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제1 스코프의 배율보다 높은 배율을 갖는 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계;
    상기 제1 보정 값과 상기 제2 보정 값 간의 오프셋(offset)을 결정하는 결정 단계;
    상기 제1 기판이 노광된 후에 노광될 제2 기판 상의 제1 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출하는 제1 검출 단계;
    상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제2 검출 단계;
    상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들 및 상기 결정 단계에서 결정된 상기 오프셋에 기초하여 제3 보정 값을 산출하는 제3 산출 단계;
    상기 제3 산출 단계에서 산출된 제3 보정 값에 기초하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출하는 제3 검출 단계;
    상기 제2 검출 단계 및 상기 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제4 보정 값을 산출하는 제4 산출 단계; 및
    상기 제4 산출 단계에서 산출된 제4 보정 값에 기초하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판을 노광하는 노광 단계
    를 포함하는 노광 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 기판은, 로트에서 첫번째에 노광된 기판이며, 상기 제2 기판은 상기 로트에서 두번째 및 그 이후에 노광된 기판들의 각각인 노광 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 결정 단계에서, 복수의 제1 기판의 각각에 대해서 산출된 상기 제1 보정 값과 상기 제2 보정 값 간의 차분을 통계 처리함으로써 상기 오프셋을 산출하는 노광 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제3 마크는, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 상이한 복수의 마크를 포함하는 노광 방법.
  9. 기판을, 상기 기판 상에 형성된 마크를 이용하여 상기 기판을 정렬함으로써, 노광하는 노광 장치로서,
    상기 기판을 유지하는 기판 스테이지;
    마크를 관찰하는 제1 스코프;
    상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프; 및
    상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제1 스코프가 제1 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제2 스코프가 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 위치들의 검출 결과들에 기초하여 상기 제어기가 제1 보정 값을 산출하고,
    상기 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 제2 스코프가 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제2 마크 및 상기 제3 마크의 검출 결과들에 기초하여 상기 제어기가 제2 보정 값을 산출하고,
    상기 산출된 제2 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 장치가 상기 기판을 노광하도록,
    상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 노광 장치.
  10. 복수의 기판을, 상기 기판들에 형성된 마크들을 이용하여 상기 기판들을 순차적으로 정렬함으로써, 노광하는 노광 장치로서,
    상기 기판들을 유지하는 기판 스테이지;
    마크를 관찰하는 제1 스코프;
    상기 제1 스코프의 배율보다도 높은 배율을 갖는 제2 스코프; 및
    상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    제1 기판 상의 제1 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출한 결과와 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 스코프로 검출한 결과에 기초하여 상기 제어기가 제1 보정 값을 산출하고,
    상기 제1 기판 상의 상기 제2 마크의 위치와 상기 제1 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 스코프로 검출한 결과에 기초하여 상기 제어기가 제2 보정 값을 산출하고,
    상기 제어기가 상기 제1 보정 값과 상기 제2 보정 값 간의 오프셋을 결정하고,
    상기 제1 스코프가 상기 제1 기판이 노광된 후에 노광될 제2 기판 상의 제1 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제2 스코프가 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제1 마크 및 상기 제2 마크의 위치들의 검출 결과들 및 상기 오프셋에 기초하여 상기 제어기가 제3 보정 값을 산출하고,
    상기 산출된 제3 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 스코프가 상기 제2 기판 상의 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 검출하고,
    상기 제어기가 상기 제2 마크 및 상기 제3 마크의 위치들의 검출 결과들에 기초하여 제4 보정 값을 산출하고,
    상기 산출된 제4 보정 값에 기초하여 상기 기판 스테이지를 이용하여 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 장치가 상기 제2 기판을 노광하도록,
    상기 제1 스코프, 상기 제2 스코프 및 상기 기판 스테이지를 제어하는 노광 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3 마크는 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 복수의 마크를 포함하는 노광 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 마크는 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 복수의 마크를 포함하는 노광 장치.
  13. 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 정의된 노광 방법을 이용하여 기판을 방사 에너지에 노광하는 단계;
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판을 처리하여 상기 디바이스를 제조하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  14. 기판을, 상기 기판 상에 형성된 마크를 이용하여 상기 기판을 정렬함으로써, 노광하는 노광 방법으로서,
    제1 마크의 위치를 제1 배율로 검출하는 제1 검출 단계;
    상기 제1 마크와는 다른 제2 마크의 위치를 상기 제1 배율보다도 높은 제2 배율로 검출하는 제2 검출 단계;
    상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제1 보정 값을 산출하는 제1 산출 단계;
    상기 제1 산출 단계에서 산출된 제1 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬 한 후, 상기 제1 마크 및 상기 제2 마크와는 다른 제3 마크의 위치를 상기 제2 배율로 검출하는 제3 검출 단계;
    상기 제2 검출 단계 및 상기 제3 검출 단계에서 얻어진 검출 결과들에 기초하여 제2 보정 값을 산출하는 제2 산출 단계; 및
    상기 제2 산출 단계에서 산출된 제2 보정 값에 기초하여 상기 기판을 정렬한 후, 상기 기판을 노광하는 노광 단계
    를 포함하는 노광 방법.
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