KR101694275B1 - 패터닝 디바이스, 기판에 마커를 생성하는 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

패터닝 디바이스, 기판에 마커를 생성하는 방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명은 광학 투영에 의해 기판에 마커를 형성하는 데 사용하기 위한 패터닝 디바이스를 제공하며, 패터닝 디바이스는 주기적인 밀도 프로파일을 갖는 마커 패턴을 포함하고, 기본 공간 주파수는 형성될 마커의 의도한 주기에 대응한다. 밀도 프로파일은 기본 주파수를 갖는 단순한 이원 프로파일에 대해 기본 주파수의 1 이상의 고조파들을 억제하도록 (예컨대, 사인곡선으로) 변조된다.

Description

패터닝 디바이스, 기판에 마커를 생성하는 방법 및 디바이스 제조 방법{PATTERNING DEVICE, METHOD OF PRODUCING A MARKER ON A SUBSTRATE AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은 2013년 3월 14일에 출원된 미국 가출원 61/784,803의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은 리소그래피 장치에서 사용하기 적합한 마커 패턴을 갖는 패터닝 디바이스, 기판에 마커를 생성하는 방법, 기판, 및 패터닝 디바이스를 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층에 형성될 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이들을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는(irradiated), 소위 스테퍼, 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, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
패터닝 디바이스 및 기판의 마커들을 이용하여, 연속한 패터닝된 층들 간의 정렬이 달성될 수 있으며, 모니터링될 수 있다.
웨이퍼 스테이지에 대한 또한 궁극적으로는 마스크의 이미지에 대한 웨이퍼의 정렬에 마커들이 사용될 수 있다. 이러한 마커들은 "웨이퍼 정렬" 마커들이라고도 칭해질 수 있다.
또 다른 타입의 마커가, 정렬 자체를 달성하기보다는 이전에 수행된 정렬의 측정에 사용될 수 있다. 이러한 마커들은 "공정 보정" 마커들이라고도 칭해질 수 있다. 이 마커들은 회로 패턴과 함께 노광된다. 노광, 그리고 현상 및 에칭과 같은 후속 공정 후, 마커들은 이후 오프라인 검사 장치(측정 툴)를 이용하여 검사된다. 이 검사 장치는 2 개의 층들에 노광된 마커들 간의 위치 차이를 측정할 수 있다. 웨이퍼 기판을 이용하는 예시적인 시퀀스는 다음과 같다: 리소그래피 장치를 이용하여 레지스트의 제 1 층에 제 1 마커를 노광한다. 레지스트를 현상하고, 에칭에 의하여 패턴을 웨이퍼 내로 전사한다. 웨이퍼의 추가 처리(예를 들어, 재료의 추가 및/또는 제거)를 수행한다. 웨이퍼를 레지스트로 코팅한다. 리소그래피 장치를 이용하여 제 2 마커를 노광한다. 레지스트를 현상한다. 오프라인 검사 장치 상에서 2 개의 마커들 간의 상대 위치를 측정한다. 측정 데이터가 처리되고, 리소그래피 장치로 피드백된다. 새로운 웨이퍼들을 노광할 때, (어느 하나의 층의) 노광의 정렬을 보정하기 위해 이 데이터가 사용된다.
기판의 어느 하나의 타입의 마커들이 기판에 적절히 적용되지 않은 경우, 정렬 공정 또는 보정 공정 동안 각각 정렬의 정확성이 감소될 수 있다.
정렬 공정 및/또는 보정 공정 동안 정렬의 정확성을 개선하기 위하여, 마커들을 기판에 적절히 적용하는 것이 바람직하다.
제 1 실시형태에 따르면, 광학 투영에 의해 기판에 마커를 형성하는 데 사용하기 위한 패터닝 디바이스가 제공되며, 패터닝 디바이스는 적어도 제 1 방향으로 주기적인 밀도 프로파일(density profile)을 갖는 마커 패턴을 포함하고, 상기 마커 패턴의 주기적인 밀도 프로파일의 기본 공간 주파수는 형성될 마커의 원하는 주기(desired periodicity)에 대응하며, 상기 밀도 프로파일은 기본 주파수를 갖는 단순한 이원 프로파일(binary profile)에 대해 상기 기본 주파수의 1 이상의 고조파들(harmonics)을 억제하도록 변조된다.
제 2 실시형태에 따르면, 기판에 마커를 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 방사선으로 제 1 실시형태의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 및 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 기판에 마커를 형성하는 단계를 포함한다.
제 3 실시형태에 따르면, 제 2 실시형태의 방법을 이용하여 생성된 마커를 포함하는 기판이 제공된다.
제 4 실시형태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 방사선으로 제 1 실시형태의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 기판에 마커를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 마커를 이용하여 후속 리소그래피 공정을 정렬하는 단계 - 상기 후속 리소그래피 공정은, 상기 형성된 마커를 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하면서, 회로 패턴의 이미지로 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하고, 레지스트 집적 회로 패턴을 형성하기 위해 레지스트를 현상하며, 및 디바이스의 집적 회로를 형성하기 위해 에칭에 의하여 기판으로 레지스트 집적 회로 패턴을 전사하는 것을 포함함 - 를 포함한다.
제 5 실시형태에 따르면, 광학 투영 시스템과 함께 사용하기 위한 패터닝 디바이스가 제공되며, 상기 패터닝 디바이스는 광학 시스템의 이미징 분해능에 대해 서브-분해능(sub-resolution)인 각 주기 내의 패턴 피처들을 갖는 주기적인 마커 패턴을 포함하고, 주기적인 마커 패턴은 서브-분해능 패턴 피처들이 없는 직사각형의 주기적인 마커 패턴의 이미지에 비해, 광학 투영 시스템에 의해 투영된 주기적인 마커 패턴의 이미지의 적어도 하나의 고조파를 억제하기 위해 비-직사각형의 주기적인 패턴을 근사화(approximate)하도록 구성된다.
제 6 실시형태에 따르면, 기판에 주기적인 마커를 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 방사선으로 제 5 실시형태의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 광학 투영 시스템을 이용하여 기판 상으로 주기적인 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 및 상기 이미지를 이용하여 기판에 주기적인 마커를 형성하는 단계를 포함한다.
제 7 실시형태에 따르면, 제 6 실시형태의 방법을 이용하여 생성된 주기적인 마커를 포함하는 기판이 제공된다.
제 8 실시형태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 방사선으로 제 5 실시형태의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 기판 상으로 주기적인 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 기판에 주기적인 마커를 형성하는 단계, 상기 형성된 주기적인 마커를 이용하여 후속 리소그래피 공정을 정렬하는 단계 - 상기 후속 리소그래피 공정은, 상기 형성된 주기적인 마커를 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하면서, 회로 패턴의 이미지로 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하고, 레지스트 집적 회로 패턴을 형성하기 위해 레지스트를 현상하며, 및 디바이스의 집적 회로를 형성하기 위해 에칭에 의하여 기판으로 레지스트 집적 회로 패턴을 전사하는 것을 포함함 - 를 포함한다.
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 도시한 도면;
- 도 2는 스캐너와 같은, 리소그래피 장치의 일루미네이터의 퓨필 평면에서의 세기 분포의 알려진 쌍극자 조명 프로파일(dipole illumination profile)을 예시한 도면;
- 도 3a 내지 도 3d는, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 비대칭적인 에어리얼 이미지 세기(asymmetric aerial image intensity) 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 종래의 마커 레티클 패턴을 예시한 도면;
- 도 4a 및 도 4b는 마커를 이미징하는 직사각형 블록 형상이 어떻게 0차, 1차 및 3차 고조파 회절 차수들에 의해 구성될 수 있는지를 나타낸 도면;
- 도 5a 내지 도 5d는, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 적어도 3차, 5차 및 7차 고조파들을 억제하기 위해 사인곡선 패턴을 근사화하도록 변조된 마커 레티클 패턴들을 예시한 도면;
- 도 6은 마커 패턴의 상이한 조명들에 기인한 리소그래피 장치 퓨필의 상이한 회절 패턴들을 갖는 상이한 예시들을 나타낸 도면;
- 도 7a 내지 도 7d는, 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 적어도 5차 및 7차 고조파들을 억제하기 위해 비-직사각형 주기 패턴을 근사화하도록 변조된 마커 레티클 패턴을 예시한 도면; 및
- 도 8a 내지 도 8d는, 단극자 조명(monopole illumination)에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 적어도 3차, 5차 및 7차 고조파들을 억제하기 위해 사인곡선 패턴을 근사화하도록 변조되고, 0차 차수를 억제하도록 위상 변조된 마커 레티클 패턴을 예시한 도면이다.
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);
- 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 타입의 광학 구성요소들, 또는 이의 여하한의 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 무게를 지지한다, 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 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처들(phase-shifting features) 또는 소위 어시스트 피처들(assist features)을 포함하는 경우, 기판의 타겟부의 원하는 패턴에 정확히 대응하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 대응할 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, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 이의 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 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 있거나, 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 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로도 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 증가시키기 위한 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 예를 들어 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 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 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면의 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(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder) 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 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 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 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 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 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 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 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)의 매 이동 후에, 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.
도 2는, 스캐너와 같은, 리소그래피 장치의 일루미네이터의 퓨필 평면(202)(투영 퓨필이라고도 알려짐)에서의 세기 분포의 알려진 조명 프로파일을 예시한다. 통상적으로는 조명 프로파일이 최적화된다. 조명 최적화는 프린트된 회로 패턴에 기초한다. 최고 분해능에서 최적의 이미징을 얻기 위해, 쌍극자 조명이 사용될 수 있다. 도 2의 예시적인 조명 프로파일은 쌍극자 조명 프로파일이며, 이는 주기적인 구조체들의 이미징에 콘트라스트 및 포커스를 증가시키도록 최적화된다. 투영 퓨필의 가장자리(rim)에 근접해 있는 2 개의 정반대의(diametrically opposed) 조명 스폿들(204)이 존재한다.
도 3a 내지 도 3d는, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 비대칭 에어리얼 이미지 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 종래의 마커 레티클 패턴을 예시한다.
도 3a를 참조하면, 종래의 격자 레티클 마커 패턴의 섹션(302)이 도시된다. 섹션(302) 내에는, 수평 및 수직으로 반복될 때 마커 패턴을 유도하는 라인 요소(304)가 도시되어 있다. 또한, 라인 요소(304)의 확대부(306)가 도시되어 있다. 라인 요소(304, 306)는, 예를 들어 레티클 상의 크롬 라인들로 달성되는 단순한 이원 직사각형 블록 형상의 세기 프로파일(308)을 갖는다.
도 3a의 종래의 마커 레티클 패턴은, 이 예시를 위해 도 2의 조명 프로파일을 이용하여, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 리소그래피 장치에 조명된다. 0차 차수 조명 스폿뿐만 아니라, 더 높은 차수의 회절 스폿들이 리소그래피 장치의 패터닝된 방사선 빔 퓨필에 생긴다. 회절 스폿들은 방형파 주기의 마커 패턴(square wave periodic marker pattern: 302)의 기본 주파수의 각 고조파들에 대응한다.
도 3b를 참조하면, 이러한 퓨필 필링(pupil filling)이 0차 차수 그리고 이에 따라 표기된(labelling) +/-1차, +/-3차, +/-5차 및 +/-7차 차수 회절 스폿들로 예시된다. 퓨필(310) 좌측 및 우측 밖의 회절 차수 스폿들(도시되지 않음)은 리소그래피 장치의 광학 투영 시스템을 통한 투과로부터 컷 오프(cut off)된다. 일반적으로, 리소그래피 장치의 더 큰 개구수에 대해서는, 더 높은 차수들이 퓨필에 의해 캡처될 수 있다. 측정 장치(예를 들어, 웨이퍼 정렬 시스템 또는 공정 보정 측정들을 위한 측정 툴)에 의해 마커 피치(marker pitch)가 정의된다. 이러한 피치는 통상적으로 리소그래피 장치의 분해능보다 더 크다. 그러므로, 도 3b의 회절 차수 스폿들(312)은 서로 근접해 있다. 통상적인 정렬 마커들에 대하여, 마크 피치는, 사용 시 파장 및 개구수에 대해 도 3b에 도시된 것과 같은 2 개의 외측 차수들(즉, -1 및 +1)이 퓨필 평면의 일부분이 되지 않도록 선택된다.
본 발명의 발명자들은 정렬 마크들의 이미징이 투영 시스템의 렌즈 수차들을 겪게 된다는 것을 발견하였다. 그 결과, 정렬 마크들이 기판의 제품 타겟부들에 대해 상이한 위치에 프린트될 수 있다. 이에 추가하여, 단면이 비대칭인 것과 같이 정렬 마크들이 변형될 수 있다.
렌즈 수차 자체가 갖는 문제점뿐만 아니라, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 극 쌍극자 조명(extreme dipole illumination)으로 프린트할 때, 큰 마커들의 프린팅이 더 손상된다. 이는 회절 차수 컷 오프의 큰 비대칭에 의해 유도된다. 이러한 "비-최적" 프린팅은 수차 민감도를 증가시킨다. 따라서, (쌍극자와 같은) 특정 조명 프로파일은 마크들의 위치가 렌즈 수차들에 대해 훨씬 더 민감하게 만들 수 있다.
결과적으로, 에어리얼 이미지 및 레지스트 이미지가 비대칭이 된다. 비대칭적인 에어리얼 이미지 세기가 도 3c에 예시되어 있으며, 이는 기판에 걸친 에어리얼 세기(314) 및 임계치(316)를 나타낸다. 에어리얼 세기(314)는 투영 시스템에 의해 통과되고 수차들에 의해 변형된 차수들(312)의 중첩(superposition)으로부터 생긴다. 포토레지스트 반응은 단지 예시를 위해 단순한 임계치(316)에 의해 설명된다. 일반적으로, 상호작용이 훨씬 더 복잡하다. 하지만, 일반적으로 에어리얼 이미지의 비대칭은 레지스트 이미지의 비대칭으로 옮겨질 것이다(translate).
비대칭 레지스트 이미지가 도 3d에 예시되며, 이는 기판(320)에 프린트된 레지스트 피처들(318)을 나타낸다. 비대칭은 특이한 렌즈 수차(odd lens aberration)들과 조합한 "비-최적" 프린팅에 의해 향상된다. 특이한 렌즈 수차들은 특이한 제르니케 계수(Zernike coefficient)들에 의해 설명되는 수차들이다.
마커들의 측정은, 예를 들어 각도 분해 스캐터로미터(angularly resolved scatterometer)와 같은 메트롤로지 툴 또는 리소그래피 장치의 정렬 센서를 이용하여, 마커를 프린트하는 데 사용되는 것보다 더 낮은 분해능[더 낮은 개구수(NA), 더 큰 파장]에서 수행될 수 있다. 하지만, 정렬 센서 또는 메트롤로지 툴은 위치 측정으로부터 마커의 비대칭을 분리시킬 수 없다.
리소그래피 장치 내로 피드백되는 웨이퍼 정렬 및 제어 루프(wafer alignment and control loop)들을 위해 프린트된 정렬 마크들이 사용되기 때문에, 위치 오차 및 변형은 웨이퍼 상의 연속 층들 사이에 의도하지 않은 오버레이 오프셋(unwanted overlay offset)들을 야기할 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시들은 수차-유도된 위치 시프트와 또 다른 비대칭 문제점을 둘 다 해결한다. 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 예시적인 해결책을 설명하기에 앞서, 마커의 이미징(즉, 웨이퍼에서의 노광)의 회절 차수들 및 고조파들의 역할을 고려하는 것이 유용하다.
도 4a는 마커를 이미징하는 이원 직사각형 블록 형상(이 예시에서는 방형파 프로파일)이 어떻게 0차 차수 그리고 1차 및 3차 고조파 회절 차수들에 의해 구성될 수 있는지에 관한 일 예시를 나타낸다. 이들은 각각 0, 1 및 3으로 표기되어 있으며, 합산 이미지는 S로 표기되어 있다. 도 4a는 이미지의 경사가 1차 차수 1(0차 0 및 1차 1 차수의 합과 동일함)에만 대해서보다 합산 S에 대해 더 크다는 것을 나타낸다. 이 경사는 이미징의 콘트라스트에 직결된다. 더 높은 경사는 더 양호한 콘트라스트를 제공한다.
도 4b는 동일한 특징들에 대해 도 4a와 동일한 표기를 갖는다. 도 4b는 일반적으로 도 4a와 동일한 곡선들을 도시하지만, 지금은 변위(d)에 의해 나타내어진, 1차 고조파에 대한 3차 고조파의 시프트를 갖는다. 이러한 시프트는 특이한 렌즈 수차에 의해 유도될 수 있고, 감소된 콘트라스트에 의해 향상될 수 있으며, 이는 회절 차수 컷 오프("비-최적" 프린팅)의 비대칭에 의해 유도된다. 그 결과, 합산 이미지(S)가 시프트되고 변형된다. 이는, 3차, 5차 및 7차 고조파들에 대한 수차로부터 생긴, 도 3d를 참조하여 설명된 바와 같은 시프트되고 변형된 정렬 마크들의 프린팅을 야기한다.
본 명세서에 설명된 예시들에 따르면, 특수한 레티클 마커 패턴들을 설계함으로써, 웨이퍼에 정렬 마크를 이미징하는 회절 차수들을 선택하기 위해 적어도 하나의 선택된 고조파를 억제할 수 있다. 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 아래에 설명되는 일 예시에서는, 최대 3 개의 회절 차수들(0차 및 +/-1차 회절 차수들)만이 투영된 방사선 빔에 존재하도록 정렬 마크 레티클 패턴을 설계함으로써, 결과적인 에어리얼 이미지가 변형될 수 없다.
주기적인 대상물이 푸리에 급수(Fourier series)로 전개될 수 있다는 것이 알려져 있다. 회절 차수들의 각각의 쌍은 이 급수의 특정 고조파에 대응한다. 또한, 사인곡선 투과(sinusoidal transmission)를 갖는 무한히 얇은 대상물(infinite thin object)의 조명에 대해, 원시야 패턴(far-field pattern)에서 0-차수 빔의 각 측에 오직 하나의 광 스폿이 관찰되는 것이 알려져 있다. 이들은 +/-1차 차수 스폿들이다.
도 5a 내지 도 5d는, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일 - 이는 도 3d를 참조하여 설명된 비대칭 레지스트 프로파일에 비해 개선됨 - 을 갖는, 적어도 3차, 5차 및 7차 고조파들을 억제하도록 사인 변조된 마커 레티클 패턴들을 예시한다.
도 5a를 참조하면, 광학 투영에 의해 기판에 마커를 형성하는 데 사용하기 위한 격자 마커 레티클 패턴의 섹션(502)이 도시된다. 섹션(502) 내에는, 수평 및 수직으로 반복될 때 광학 투영 시스템과 함께 사용하기 위한 주기적인 마커 패턴을 유도하는 라인 요소(504)가 도시되어 있다. 또한, 라인 요소(504)의 확대부(506)가 도시되어 있다. 마커 패턴(502)은 수평 방향으로 주기적인 반복되는 밀도 프로파일(508, 512, 516)을 갖는다. 기본 공간 주파수는 격자를 구성하는 라인 요소들의 반복 주기분의 1이다. 마커 패턴(502)의 반복되는 주기적인 밀도 프로파일(508, 512, 516)의 기본 공간 주파수는 형성될 마커(528)의 원하는 주기에 대응한다. 밀도 프로파일(508, 512, 516)은, 기본 주파수를 갖는 단순한 이원 프로파일(도 3a의 308)에 대해 기본 주파수의 1 이상의 고조파를 억제하도록 변조된다. 주기적인 마커(502)의 각 주기 내의 라인 요소(504, 506)는 광학 투영 시스템의 이미징 분해능, 이 경우 예를 들어 레티클 상의 크롬 라인들로 달성되는 사인 변조된 세기 프로파일(508)에 대해 서브-분해능인 패턴 피처들(508)을 갖는다. 라인 요소(508)는, 주기적인 마커 패턴을 만들기 위해 반복될 때, 사인-형상의 세기 프로파일을 유도하는 라인 요소의 변동적 밀도를 갖는 서브-분해능 피처들의 위치를 이용하여 달성되는 적어도 하나의 선택된 고조파(3차, 5차, 7차 등)를 억제하도록 변조된 사인-타입 마커의 일 예시이다. 따라서, 주기적인 마커 패턴(502)은, 서브-분해능 패턴 피처들이 없는 직사각형의 주기적인 마커 패턴의 이미지에 비해, 광학 투영 시스템에 의해 투영된 주기적인 마커 패턴의 이미지의 적어도 하나의 고조파(3차, 5차, 7차 등)를 억제하기 위해 비-직사각형의 주기적인 패턴을 근사화하도록 구성된다. 반복될 때 근사적인 사인곡선의 주기적인 마커 패턴을 유도하는 라인 요소들의 다른 예시들이 라인 요소들(510 및 514)에 의해 도시되어 있으며, 직교 방향(orthogonal direction) 512 및 516 각각으로의 서브-분해능 변조를 이용하여, 사인-형상의 세기 프로파일을 유도한다. 따라서, 주기적인 밀도 프로파일(508, 512, 516)은 레티클 패턴에서 특정 고조파 아래의 기본 주파수의 모든 고조파를 억제하도록 변조된다. 이 예시에서, 특정 고조파는 변조를 위해 사용되는 서브-분해능 피처들에 대응하는 고조파들의 최저이며, 이는 광학 투영 시스템의 개구수 밖에 있다. 따라서, 이 예시에서, 레티클 패턴의 모든 고조파들이 실제적으로 억제되지 않는다. 서브-분해능 패터닝에 의해 도입되는 레티클 패턴의 높은 고조파들이 존재한다. 이러한 높은 고조파들은 서브-분해능 피처들의 높은 공간 주파수에 대응한다. 개구수는 서브-분해능 피처들과 연계된 높은 고조파들을 필터링 해낸다. 그러므로, 리소그래피 장치의 퓨필에 고조파들이 남아 있지 않다.
레티클 패턴의 고조파들을 고려하는 대신, 에어리얼 이미지의 고조파를 고려할 수 있으며, 서브-분해능 피처들과 연계된 높은 고조파들의 절단(truncation)이 광학 투영 시스템의 개구수에 의해 수행된다. 이러한 관점을 고려하면, 이 예시에서 주기적인 마커 패턴은 광학 투영 시스템에 의해 투영된 주기적인 마커 패턴의 이미지의 모든 고조파들을 억제하기 위해 사인곡선의 주기적인 패턴을 근사화하도록 구성된다. 라인 요소(506)의 예시에서, 주기적인 밀도 프로파일은 기본 공간 주파수를 가질뿐만 아니라 억제될 고조파들보다 더 큰 공간 주파수 또는 주파수들을 갖는 수평으로 변조된 이원 프로파일이다. 라인 요소들(510 및 514)의 예시들에서, 주기적인 밀도 프로파일은 수직으로 변조된 이원 프로파일이며, 수직 변조는 기본 주파수보다 더 큰 공간 주파수를 갖는다. 사인-형상의 세기 프로파일을 제공하기 위해 다른 서브-분해능 레티클 패턴들(도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 라인 요소에 걸쳐 변동하는 직경 또는 간격을 갖는 콘택 홀들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 명세서에 설명된 이 예시 및 다른 예시에서 완만하게 변동하는 밀도에 의해, 변조된 밀도 프로파일이 제공될 수 있다. 몇몇 마커 패턴들 및 결과적인 세기 프로파일들이 사인-타입 또는 사인곡선으로 지칭되지만, 이들은 또한 코사인 또는 아크사인에 관하여, 예를 들어 코사인-타입 또는 코사인 격자들로도 설명될 수 있다.
도 5a의 [라인 요소들(506, 510, 514)을 갖는] 사인-타입 레티클 마커 패턴들은 도 2의 조명 프로파일을 이용함으로써 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 리소그래피 장치에 조명될 수 있다. 0차 차수 조명 스폿뿐만 아니라, 1차 차수 회절 스폿들이 리소그래피 장치의 대물 퓨필(objective pupil)에 생긴다. 하지만, 레티클 마커 패턴들의 사인 변조로 인해, 다음 더 높은 차수들이 억제된다.
도 5b를 참조하면, 이에 따라 표기된 0차 차수 및 +/-1차 차수 회절 스폿들을 갖는 이러한 퓨필 필링이 예시된다. 도 3b에 비해, 도 5b에서 퓨필(518)은 0차 및 1차 차수 스폿들(520 및 522)만을 갖는 반면, +/-3차, +/-5차 및 +/-7차 차수와 같은 더 높은 차수의 스폿들이 존재하지 않는다.
결과적으로, 에어리얼 이미지 및 레지스트 이미지가 대칭이 된다. 대칭적인 에어리얼 이미지 세기가 도 5c에 예시되며, 이는 기판에 걸친 에어리얼 세기(524) 및 임계치(526)를 나타낸다. 에어리얼 이미지 세기(524)는 투영 시스템에 의해 통과된 차수들(520 및 522)의 중첩으로부터 생긴다. 사인 변조를 달성하기 위해 사용되는, 마커 레티클 패턴의 서브-분해능 패터닝에 기인한 더 높은 차수들이 퓨필(518)의 외부에 있음에 따라 컷 오프되므로, 결과적인 에어리얼 이미지(524)의 사인파만이 남게 된다.
대칭적인 레지스트 이미지가 도 5d에 예시되며, 이는 기판(530) 상에 프린트된 레지스트 피처들(528)을 나타낸다. 도 3d에 예시된 종래의 프린트된 마커에 비해, 도 5d의 대칭적인 프린트된 마커는 비대칭을 갖지 않는데, 이는 사인-변조된 마커 레티클 패턴의 사용은, 이것이 (더 높은 회절 차수들이 억제되어야 하기 때문에) 더 높은 회절 차수들의 비대칭 컷 오프에 의해 유도되는 "비-최적" 프린팅에 의해 영향을 받을 수 없음을 의미하기 때문이다. 또한, 이미징 퓨필(518)의 1차 회절 차수보다 더 높은 회절 차수들의 부재로 인해, 사인-변조된 마커 레티클 패턴의 사용이 특이한 렌즈 수차들의 영향들을 회피하기 때문에, 도 5d의 대칭적인 프린트된 마커는 비대칭을 갖지 않는다.
도 6은 마커 패턴의 상이한 조명들로부터 생긴, 리소그래피 장치 퓨필의 상이한 회절 패턴들을 갖는 상이한 예시들을 나타낸다.
도 6a는 퓨필(602)의 에지에 의해 컷 오프된 2 개의 외측 1차 회절 차수들을 갖는 리소그래피 장치 퓨필(602)을 나타낸다. 이는 여전히 퓨필 내에 +1차 차수 스폿(604)을 갖는 0차 차수 스폿 및 -1차 차수 스폿(606)을 갖는 다른 0차 차수 스폿을 제공한다. 따라서, 리소그래피 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같은 위치 시프트 및 변형에 대한 개선들로부터 이점을 갖는 마커들을 이미징할 수 있다.
도 6b는 퓨필(608)의 에지에 의해 컷 오프된 1차 회절 차수들을 갖지 않는 리소그래피 장치 퓨필(608)을 나타낸다. 이는 도 5b를 참조하여 설명된 퓨필(518)과 유사하다. 이는 퓨필 내에 +1차 및 -1차 차수 스폿(610 및 612) 둘 모두를 갖는 0차 차수 스폿의 두 가지 경우들을 제공한다. 따라서, 리소그래피 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같은 위치 시프트 및 변형에 대한 개선들로부터 이점을 갖는 정렬 마커들을 이미징할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는, 쌍극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일 - 이는 도 3d를 참조하여 설명된 비대칭 레지스트 프로파일에 비해 개선됨 - 을 갖는, 3차 고조파가 아닌 적어도 5차 및 7차 고조파들을 억제하도록 변조된 마커 레티클 패턴을 예시한다.
도 7a를 참조하면, 격자 마커 레티클 패턴의 섹션(702)이 도시된다. 섹션(702) 내에는, 수평 및 수직으로 반복될 때 마커를 유도하는 라인 요소(704)가 도시되어 있다. 또한, 라인 요소(704)의 확대부(706)가 도시되어 있다. 라인 요소(704, 706)는, 예를 들어 레티클 상의 크롬 라인들로 달성되는 변조된 세기 프로파일(708)을 갖는다. 라인 요소(708)는, 마커를 만들기 위해 반복될 때, 근사적인 방형파 형상의 세기 프로파일을 유도하는 라인 요소의 변동적인 밀도를 갖는 서브-분해능 피처들의 위치를 이용하여 달성되는, 적어도 하나의 선택된 고조파(5차, 7차 등)를 억제하도록 변조된 마커의 일 실시예이다. 도 7a의 예시에 대해, 주기적인 마커 패턴(702)은 광학 투영 시스템에 의해 투영되는 주기적인 마커 패턴의 이미지의 3차 고조파 외의 모든 고조파를 억제하기 위해 주기적인 패턴을 근사화하도록 구성된다. 주기적인 세기 프로파일(708)은 특정 고조파 아래의 기본 주파수의 3차 고조파 외의 모든 고조파를 억제하도록 변조된다. 이 예시에서, 특정 고조파는 변조를 위해 사용되는 서브-분해능 피처들에 대응하는 고조파들의 최저이며, 이는 광학 투영 시스템의 개구수 밖에 있다. 따라서, 이 예시에서는 레티클 패턴의 3차 고조파보다 높은 모든 고조파들이 억제되지 않는다. 서브-분해능 패터닝에 의해 도입되는 레티클 패턴의 높은 고조파들이 존재한다. 이러한 높은 고조파들은 서브-분해능 피처들의 높은 공간 주파수에 대응한다. 개구수는 서브-분해능 피처들과 연계된 높은 고조파들을 필터링 해낸다. 그러므로, 리소그래피 장치의 퓨필에 고조파들이 남아 있지 않다. 적합한 세기 프로파일을 제공하기 위해 다른 서브-분해능 레티클 패턴들(도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 라인 요소에 걸쳐 변동하는 직경 또는 간격을 갖는 콘택 홀들이 사용될 수 있다. 고차 항(higher terms)의 절단은, 광학 투영 시스템의 제한된 개구수에 의해 서브-분해능 패터닝에 기인하는 훨씬 더 높은 차수들의 컷 오프에 의해, 그리고 선택된 고조파들을 억제하기 위한 마커 레티클 패턴의 변조로부터 생긴다.
도 7a의 [라인 요소(706)를 갖는] 마커 레티클 패턴은, 도 2의 조명 프로파일을 이용하여, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 리소그래피 장치에 조명될 수 있다. 0차 차수 조명 스폿뿐만 아니라, 1차 및 3차 차수 회절 스폿들이 리소그래피 장치의 대물 퓨필에 생긴다. 하지만, 레티클 마커 패턴들의 사인 변조로 인해, 다음 더 높은 차수들이 억제된다.
도 7b는, 적어도 더 높은 5차 및 7차 회절 차수들을 억제하지만, 0차, 1차 및 3차 회절 차수들을 허용하는 변조로 구성된 레티클 마커 패턴에 기인한 리소그래피 장치 퓨필(718)을 나타낸다. 3차 회절 차수들은 퓨필(614)의 에지에 의해 컷 오프되지 않았다. 이는 퓨필 내에 +/-1차 및 +/-3차 차수 스폿들(720 및 722)을 갖는 0차 차수 스폿의 그룹들의 두 가지 경우들을 제공한다. 따라서, 리소그래피 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같은 위치 시프트 및 변형에 대한 개선들로부터 이점을 갖는 마커들을 이미징할 수 있다.
결과적으로, 에어리얼 이미지 및 레지스트 이미지가 대칭이 된다. 대칭적인 에어리얼 이미지 세기가 도 7c에 예시되며, 이는 기판에 걸친 에어리얼 세기(724) 및 임계치(726)를 나타낸다. 에어리얼 이미지 세기(724)는 투영 시스템에 의해 통과된 차수들(720 및 722)의 중첩으로부터 생긴다. 레티클 마커 패턴 변조를 달성하기 위해 사용되는, 마커 레티클 패턴의 서브-분해능 패터닝에 기인한 더 높은 차수들이 퓨필(718)의 외부에 있음에 따라 컷 오프되므로, 결과적인 에어리얼 이미지(724)만이 남게 된다. 도 5c에 도시된 대칭적인 에어리얼 이미지 세기(524)에 비해, 에어리얼 이미지 세기(724)는 후자의 경우에 3차 고조파의 존재로부터 생기는 라인 에지를 정의하는 더 급격한 구배를 갖는다.
도 7b 및 도 7c를 참조하여 설명된 예시에 대하여, 이미지 비대칭과 이미지 콘트라스트 간에 트레이드오프(tradeoff)가 존재한다. +/-3차 차수들은 에어리얼 이미지의 더 큰 경사를 제공함에 따라, 도 4b를 참조하여 설명된 바와 같은 비대칭 효과들의 희생으로 콘트라스트를 개선한다. 하지만, 이 예시에서는 5차 및 7차 차수들을 통한 수차들의 효과들이 회피된다.
대칭적인 레지스트 이미지가 도 7d에 예시되며, 이는 기판(730) 상에 프린트된 레지스트 피처들(728)을 나타낸다. 도 3d에 예시된 종래의 프린트된 마커에 비해, 이미징 퓨필(718)의 3차 회절 차수보다 더 높은 회절 차수들의 부재로 인해, 변조된 마커 레티클 패턴(702)의 사용이 특이한 렌즈 수차들의 영향을 감소시키기 때문에, 도 7d의 대칭적인 프린트된 마커는 비대칭을 갖지 않는다. 도 5에 도시된 대칭적인 프린트된 레지스트 프로파일(528)에 비해, 프린트된 레지스트 프로파일(728)은 후자의 경우에 3차 고조파의 존재로 인한 더 높은 콘트라스트로부터 생기는 더 급격한 측벽을 갖는다.
도 8a 내지 도 8d는, 단극자 조명에 기인한 이미징 퓨필 그리고 결과적인 대칭 에어리얼 이미지 세기 및 프린트된 레지스트 프로파일을 갖는, 적어도 3차, 5차 및 7차 고조파들을 억제하도록 변조되고, 0차 차수를 억제하도록 위상 변조된 마커 레티클 패턴을 예시한다.
도 8a를 참조하면, 위상-시프트 격자 마커 레티클 패턴의 섹션(802)이 도시된다. 섹션(802) 내에는, 수평 및 수직으로 반복될 때 마커를 유도하는 라인 요소(804)가 도시되어 있다. 또한, 라인 요소(804)의 확대부(806)가 도시되어 있다. 라인 요소(804, 806)는, 예를 들어 레티클 상의 크롬 라인들로 달성되는 변조된 세기 프로파일(808)을 갖는다. 또한, 이 예시에서 레티클 패턴은 교번 위상-시프트 레티클 패턴이다. 확대된 요소(808)의 빗금친 영역들(cross hatched areas: 802 및 810)은 흰색으로서 나타내어진 투명한(비-크롬) 영역들에 비해 레티클의 이상(out of phase: 180°위상 시프트된) 영역들을 나타낸다. 라인 요소(808)는, 마커를 만들기 위해 반복될 때 사인-타입의 마커의 일 실시예이다. 마커 패턴은 주기적인 밀도 프로파일의 기본 공간 주파수의 공간 주파수 절반을 갖는 수평 방향으로 주기적인 위상 시프트 프로파일을 갖는 교번 위상 시프트 구조체를 갖는다. 주기적인 마커 패턴은 광학 투영 시스템에 의해 투영된 주기적인 마커 패턴의 이미지의 0차 차수 세기 성분을 억제하기 위해 교번 위상 시프팅 구조체를 갖는다. 사인-형 변조는 적어도 하나의 선택된 고조파(3차, 5차, 7차 등)를 억제하며, 도 5에 도시된 바와 같이 사인-형 세기 프로파일을 유도하는 라인 요소의 변동적인 밀도를 갖는 서브-분해능 피처들의 위치를 이용하여 달성된다. 반복될 때 사인-타입의 마커를 유도할 라인 요소들의 다른 예시들이 도 5a에 라인 요소들(510 및 514)에 의해 도시되어 있으며, 직교 방향 512 및 516 각각으로의 서브-분해능 변조를 이용하여, 사인-형상의 세기 프로파일을 유도한다. 사인-형상의 세기 프로파일을 제공하기 위해 다른 서브-분해능 레티클 패턴들(도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 라인 요소에 걸쳐 변동하는 직경 또는 간격을 갖는 콘택 홀들이 사용될 수 있다.
도 8a의 [라인 요소들(806)을 갖는] 교번 위상-시프트 사인-타입 레티클 마커 패턴은 도 2의 조명 프로파일을 이용함으로써 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 리소그래피 장치에 조명될 수 있다. 하지만, 이 예시에서, 이는 단극자 조명으로 조명되며, 이는 도 5 및 도 7을 참조하여 설명된 마커 패턴들과 함께 사용되었을 수 있다. 도 8a의 레티클 마커 패턴을 이용하면, 레티클의 교번 위상-시프트에 의해 0차 차수 조명 스폿이 억제된다. 1차 차수 회절 스폿들만이 리소그래피 장치의 대물 퓨필에 생기며, 마커 레티클 패턴들의 사인 변조로 인해, 다음 더 높은 차수들(3차, 5차, 7차 등)이 억제된다.
도 8b를 참조하면, 이러한 퓨필 필링은 이에 따라 표기된 +/-1차 차수 회절 스폿들로 조명된다. 도 3b에 비해, 도 8b에서 퓨필(818)은 1차 차수 스폿들(820)만을 갖는 반면, 0차 차수 스폿 및 1차 차수보다 더 높은 차수들, 예를 들어 +/-3차, +/-5차 및 +/-7차 차수 스폿들이 존재하지 않는다.
결과적으로, 에어리얼 이미지 및 레지스트 이미지는 대칭이 된다. 이는 도 5를 참조하여 설명된 예시와 유사하다. 대칭적인 에어리얼 이미지 세기는 도 8c에 예시되며, 이는 기판에 걸친 에어리얼 세기(822) 및 임계치(824)를 나타낸다. 에어리얼 세기(822)는 투영 시스템에 의해 통과된 차수들(820)의 중첩으로부터 생긴다. 사인 변조를 달성하기 위해 사용되는 마커 레티클 패턴의 서브-분해능 패터닝에 기인한 더 높은 차수들이 퓨필(818)의 외부에 있음에 따라 컷 오프되므로, 결과적인 에어리얼 이미지(822)의 사인파만이 남게 된다.
대칭적인 레지스트 이미지가 도 8d에 예시되며, 이는 기판(828) 상에 프린트된 레지스트 피처들(826)을 나타낸다. 도 3d에 예시된 종래의 프린트된 마커에 비해, 도 8d의 대칭적인 프린트된 마커는 비대칭을 갖지 않는데, 변조된 레티클 마커 패턴의 사용은, 이것이 (더 높은 회절 차수들이 억제되어야 하기 때문에) 더 높은 회절 차수들의 비대칭 컷 오프에 의해 유도되는 "비-최적" 프린팅에 의해 영향을 받을 수 없음을 의미하기 때문이다. 또한, 이미징 퓨필(818)의 1차 회절 차수보다 더 높은 회절 차수들의 부재로 인해, 변조된 마커 레티클 패턴의 사용이 특이한 렌즈 수차들의 영향들을 또한 회피하기 때문에, 도 8d의 대칭적인 프린트된 마커는 비대칭을 갖지 않는다.
도 5 내지 도 8을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 패터닝 디바이스는 통상적으로 주기적인 마커 패턴뿐만 아니라 회로 패턴을 갖는다. 주기적인 마커 패턴은 리소그래피 공정에서 회로 패턴을 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하도록 구성된다.
기판들은, 방사선으로 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명된 바와 같은 패터닝 디바이스를 조명하고, 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하며, 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 기판에 마커를 형성함으로써 생성될 수 있다. 리소그래피 공정은 상기 이미지로 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하는 단계, 및 레지스트 마커 패턴을 형성하기 위해 레지스트를 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 리소그래피 공정은 마커를 형성하기 위해 에칭에 의하여 기판으로 레지스트 마커 패턴을 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
디바이스 제조 방법은, 방사선으로 도 5 내지 도 8을 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 패터닝 디바이스를 조명하고, 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하며, 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 기판에 마커를 형성하고, 형성된 마커를 이용하여 후속 리소그래피 공정을 정렬함으로써 수행될 수 있다. 후속 리소그래피 공정은, 형성된 마커를 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하면서, 회로 패턴의 이미지로 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하는 단계, 레지스트 집적 회로 패턴을 형성하기 위해 레지스트를 현상하는 단계, 및 디바이스의 집적 회로를 형성하기 위해 에칭에 의하여 기판으로 레지스트 집적 회로 패턴을 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시들은, 레지스트 피처들이 더 이상 비대칭을 갖지 않거나 더 적은 비대칭을 가져 공정 흐름의 더 정확하게 측정된 오버레이 값을 유도하기 때문에, 오버레이 판독의 더 높은 정확성을 제공한다. 또한, 투영된 방사선의 더 높은 차수들의 결여는 포커스-도즈 민감도가 적어짐을 의미하기 때문에, 본 명세서에 설명된 예시들은 더 큰 공정 강건성(process robustness)을 제공한다. 또한, 본 명세서에 설명된 예시들은 사선 마커(oblique marker)들이 렌즈 수차들에 덜 민감하게 만든다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 설명된 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 이해하여야 한다. 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.
본 명세서에서 사용되는 "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 범위의 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.

Claims (22)

  1. 광학 투영에 의해 기판에 마커를 형성하는 데 사용하기 위한 패터닝 디바이스에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는 적어도 제 1 방향으로 주기적인 밀도 프로파일(density profile)을 갖는 마커 패턴을 포함하고, 상기 마커 패턴의 주기적인 밀도 프로파일의 기본 공간 주파수는 형성될 마커의 의도한 주기에 대응하며, 상기 밀도 프로파일은 상기 기본 공간 주파수를 갖는 단순한 이원 프로파일(binary profile)에 대해 상기 기본 공간 주파수의 1 이상의 고조파들(harmonics)을 억제하도록 변조되는 패터닝 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기적인 밀도 프로파일은 상기 제 1 방향에 대해 직교하는 제 2 방향으로 변조된 이원 프로파일이고, 상기 제 2 방향으로의 변조는 상기 기본 공간 주파수보다 더 큰 공간 주파수를 갖는 패터닝 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기적인 밀도 프로파일은 상기 기본 공간 주파수뿐만 아니라, 억제되어야 할 고조파들보다 더 큰 공간 주파수 또는 주파수들을 갖는 상기 제 1 방향으로 변조된 이원 프로파일인 패터닝 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기적인 밀도 프로파일은 특정 고조파 아래의 상기 기본 공간 주파수의 모든 고조파들을 억제하도록 변조되는 패터닝 디바이스.
  5. 기판에 마커를 생성하는 방법에 있어서,
    방사선으로 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 상기 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 및 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 상기 기판에 마커를 형성하는 단계를 포함하는 마커 생성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리소그래피 공정은, 상기 이미지로 상기 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하는 단계, 및 레지스트 마커 패턴을 형성하기 위해 상기 레지스트를 현상하는 것을 포함하는 마커 생성 방법.
  7. 삭제
  8. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    방사선으로 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 기판 상으로 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 상기 기판에 마커를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 마커를 이용하여 후속 리소그래피 공정을 정렬하는 단계 - 상기 후속 리소그래피 공정은, 상기 형성된 마커를 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하면서, 회로 패턴의 이미지로 상기 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하고, 레지스트 집적 회로 패턴을 형성하기 위해 상기 레지스트를 현상하며, 및 디바이스의 집적 회로를 형성하기 위해 에칭에 의하여 상기 기판으로 상기 레지스트 집적 회로 패턴을 전사하는 것을 포함함 - 를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  9. 광학 투영 시스템과 함께 사용하기 위한 패터닝 디바이스에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는 광학 투영 시스템의 이미징 분해능에 대해 서브-분해능(sub-resolution)인 각 주기 내의 패턴 피처들을 갖는 주기적인 마커 패턴을 포함하고, 상기 주기적인 마커 패턴은 서브-분해능 패턴 피처들이 없는 직사각형의 주기적인 마커 패턴의 이미지에 비해, 상기 광학 투영 시스템에 의해 투영된 상기 주기적인 마커 패턴의 이미지의 적어도 하나의 고조파를 억제하기 위해 비-직사각형의 주기적인 패턴을 근사화(approximate)하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주기적인 마커 패턴은 상기 광학 투영 시스템에 의해 투영된 상기 주기적인 마커 패턴의 이미지의 모든 고조파들을 억제하기 위해 사인곡선의 주기적인 패턴을 근사화하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 주기적인 마커 패턴은 상기 광학 투영 시스템에 의해 투영된 상기 주기적인 마커 패턴의 이미지의 3차 고조파 외의 모든 고조파를 억제하기 위해 비-직사각형의 주기적인 패턴을 근사화하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
  12. 기판에 주기적인 마커를 생성하는 방법에 있어서,
    방사선으로 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 광학 투영 시스템을 이용하여 상기 기판 상으로 상기 주기적인 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 및 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 상기 기판에 주기적인 마커를 형성하는 단계를 포함하는 마커 생성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리소그래피 공정은, 상기 이미지로 상기 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하는 단계, 및 주기적인 레지스트 마커 패턴을 형성하기 위해 상기 레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 마커 생성 방법.
  14. 삭제
  15. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    방사선으로 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 패터닝 디바이스를 조명하는 단계, 기판 상으로 주기적인 마커 패턴의 이미지를 투영하는 단계, 상기 이미지를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 상기 기판에 주기적인 마커를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 주기적인 마커를 이용하여 후속 리소그래피 공정을 정렬하는 단계 - 상기 후속 리소그래피 공정은, 상기 형성된 주기적인 마커를 이용하여 노광을 정렬하거나 노광의 정렬을 보정하면서, 회로 패턴의 이미지로 상기 기판에 코팅된 감광성 레지스트를 노광하고, 레지스트 집적 회로 패턴을 형성하기 위해 상기 레지스트를 현상하며, 및 디바이스의 집적 회로를 형성하기 위해 에칭에 의하여 상기 기판으로 집적 회로 패턴을 전사하는 것을 포함함 - 를 포함하는 디바이스 제조 방법.
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