KR101740430B1 - 마이크로구조체의 비대칭을 측정하는 방법 및 장치, 위치 측정 방법, 위치 측정 장치, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 장치는 주기적인 구조체를 포함하는 마크의 위치를 판독하는 자기-참조 간섭계를 포함하는 정렬 센서를 포함한다. 조명 광학 시스템은 상이한 색들 및 편광들의 방사선을, 상기 구조체를 스캐닝하는 스폿(406) 내로 포커싱한다. 다수의 위치-의존적 신호들[I A (G,R,N,F), I B (G,R,N,F)]이 검출 광학 시스템에서 검출되고(430A, 430B), 다수의 후보 위치 측정들(candidate position measurements)을 얻기 위해 처리된다(PU). 각각의 마크는 광학 시스템의 분해능보다 더 작은 크기의 하위-구조체들을 포함한다. 각각의 마크는 알려진 성분(d1, d2)과 알려지지 않은 성분(Δd) 둘 모두의 조합인, 더 큰 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋으로 형성된다. 상기 위치 오프셋의 상기 알려지지 않은 성분을 보정하기 위해, 알려진 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 한 쌍의 마크들(702-1, 702-2)로부터 신호들을 이용하여, 적어도 하나의 마크의 측정된 위치가 계산된다.

Description

마이크로구조체의 비대칭을 측정하는 방법 및 장치, 위치 측정 방법, 위치 측정 장치, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING ASYMMETRY OF A MICROSUTRUCTURE, POSITION MEASURING METHOD, POSITION MEASURING APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은 2013년 3월 20일에 출원된 미국 가출원 61/803,673의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은 마이크로구조체들의 비대칭의 측정에 관한 것이다. 본 발명은 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 개선된 장치 및 방법에 적용될 수 있다. 본 발명은 다른 실시형태들에서 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공한다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이 부분을 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 조사(irradiate)되는, 소위 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, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
기판에 디바이스 피처(device feature)들을 정확히 배치하도록 리소그래피 공정을 제어하기 위해, 일반적으로 정렬 마크들이 기판에 제공되며, 리소그래피 장치는 1 이상의 정렬 센서들을 포함하고, 이에 의해 기판의 마크들의 위치들이 정확히 측정될 수 있다. 이러한 정렬 센서들은 효과적인 위치 측정 장치들이다. 상이한 형태의 마크들 및 상이한 형태의 정렬 센서들이 상이한 시기 및 상이한 제조자들로부터 알려져 있다. 현재의 리소그래피 장치에서 폭넓게 사용되는 센서의 한 형태는 US 6961116(den Boef 외)에 설명된 바와 같은 자기-참조 간섭계(self-referencing interferometer)에 기초한다. 일반적으로, 마크들은 X-위치 및 Y-위치를 얻기 위해 별도로 측정된다. 하지만, 공개된 특허 출원 US 2009/195768 A(Bijnen 외)에 설명된 기술들을 이용하여 조합된 X- 및 Y-측정이 수행될 수 있다. 이 두 출원들의 기재내용들은 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
상업적인 정렬 센서를 이용하는 진보된 정렬 기술들은 Jeroen Huijbregtse 외의 "Overlay Performance with Advanced ATHENA™ Alignment Strategies[Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XVII, Daniel J. Herr, Editor, Proceedings of SPIE Vol. 5038(2003)]"에 개시되어 있다. 이러한 전략들은 앞서 언급된 US'116 및 US'768에 의해 개시된 타입의 센서들에 상업적으로 적용되고 확장될 수 있다. 상업적인 센서들의 특징은, 이러한 센서들이 동일한 타겟 격자 또는 격자들에 방사선(광)의 수 개의 파장들(색들) 및 편광들을 이용하여 위치들을 측정한다는 점이다. 모든 상황들에서 단일 색이 측정에 이상적인 것인 아니므로, 상업적인 시스템은 다수의 신호들로부터, 어떤 신호가 가장 신뢰성 있는 위치 정보를 제공하는지를 선택한다.
계속해서 더 정확한 위치 측정들을 제공하고, 특히 제품 피처들이 점점 더 작아짐에 따라 오버레이 오차를 제어할 필요가 있다. 정렬 오차의 한 가지 원인은, 마크에 존재하는 분해능-아래 피처들(sub-resolution features)에 대한 위치 센서의 민감도이다. 설명을 위해, 정렬 마크들은 일반적으로 리소그래피 장치에서 기판에 적용되어야 할 디바이스 패턴의 피처들보다 훨씬 더 큰 피처들을 갖는 격자들로 형성된다. 그러므로, 요구되는 위치설정 정확성은 정렬 격자의 미세도(fineness)에 의해 얻어지는 것이 아니라, 더 정확하게는 전반적으로 매우 정확한 위치 측정을 얻기 위해 정렬 격자가 다수의 주기들에 걸쳐 측정될 수 있는 주기적인 신호를 제공한다는 사실에 의해 얻어진다. 한편, 매우 개략적인 격자(coarse grating)가 실제 제품 피처들을 나타내지 않으며, 따라서 이의 형성은 실제 제품 피처들과 상이한 처리 효과를 겪게 된다. 그러므로, 정렬 마크의 개략 격자가 더 미세한 제품-유사 피처(finer product-like feature)들로 구성되는 것이 통례이다. 이러한 더 미세한 격자들은 앞서 언급된 "분해능-아래" 피처들의 예시들이며, 너무 미세하여 정렬 센서에 의해 분해될 수 없다. 하지만, 리소그래피 장치의 패터닝 시스템의 분해 능력을 기준으로(by reference to), 이러한 피처들은 더 통상적으로 "분해능-수준(at-resolution)" 피처들이라고도 칭해질 수 있다. 이러한 사안들 그리고 상이한 형태의 하위-분할된 마크(sub-segmented mark)들에 관한 더 많은 설명은 Megens 외의 "Advances in Process Overlay -Alignment Solutions for Future Technology Nodes[Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI, Proc. of SPIE Vol. 6518, 65181Z, (2007), doi: 10.1117/12.712149]"에 개시되어 있다.
정렬 마크들은 통상적으로 디바이스 제조 공정의 초기 단계에서 후속 제품 층들에 대해 패턴들을 적용할 리소그래피 장치와 유사하거나 심지어 동일한 리소그래피 장치를 이용하여 기판에 적용된다. 분해능-수준 피처들은, 예를 들어 패턴을 적용하는 데 사용되는 광학 투영 시스템의 수차들로 인해, 더 개략적인 정렬 격자 피처들과 다소 상이한 위치설정 오차를 겪게 된다. 현재 정렬 센서들에서의 이의 효과는, 측정된 위치가, 개략 격자의 위치도 아니고 더 미세한 분해능-수준 격자의 위치도 아닌 알려지지 않은 오차들을 포함하는 결과를 가져온다. 더욱이, 위치 측정에 사용되는 색 및 편광에 따라, 개략 격자와 미세 격자 간의 위치의 오정합(mismatch)에 의해 유도된 기록된 위치의 오차가 오정합 자체보다 훨씬 더 클 수 있음을 알아냈다.
일 실시형태에서, 본 발명의 목적은, 위치 측정들에서 개략 격자 피처들과 분해능-수준 피처들 간의 오정합에 의해 유도된 오차들을 보정할 수 있는 개선된 위치 측정 장치, 예를 들어 리소그래피 장치의 정렬 센서를 제공하는 것이다. 이에 관하여, 본 발명자는 정렬 시스템의 스루풋(throughput)을 과도하게 감소시키지 않으면서, 정렬 마크들로부터의 위치 측정에 적용될 수 있는 방법을 찾아냈다. 또한, 본 발명자는 알려진 그리고 제안된 형태의 센서들의 위치 측정 작업의 일부분으로서 이미 캡처된 신호들을 이용하는 방법을 찾아냈다.
제 1 실시형태에서, 본 발명은 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법을 제공하며, 각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배치된 구조체들을 포함하고, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 더 작은 하위-구조체(sub-structure)들을 포함하며, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋(positional offset)으로 형성되며, 상기 방법은:
(a) 방사선으로 각각의 마크를 조명하고, 마크의 위치에 관한 정보를 포함하는 신호들을 얻기 위해 1 이상의 검출기들을 이용하여 상기 구조체에 의해 회절된 방사선을 검출하는 단계;
(b) 적어도 하나의 마크의 측정된 위치를 계산하기 위해 상기 신호들을 처리하는 단계 - 상기 계산은, 상기 위치 오프셋의 상기 알려지지 않은 성분을 보정하기 위해, 상기 마크들의 알려진 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 복수의 마크들로부터 신호들을 이용함 - 를 포함한다.
하위-구조체들은 상기 광학 시스템의 분해능보다 더 작은 크기로 되어 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 각각의 마크에 대한 위치 정보를 포함하는 복수의 신호들을 이용하고, 각각의 신호는 동일한 형태를 갖지만, 예를 들어 상이한 특성들을 갖는 방사선을 이용하여 또는 단일 검출기에 의해 얻어진 위치-의존적 신호의 상이한 스펙트럼 성분들을 이용하여 얻어진다.
본 발명은 앞서 언급된 알려진 타입의 센서들을 이용하여 구현될 수 있지만, 또한 센서들이 방사선의 상이한 파장들 및/또는 상이한 회절 차수들 및/또는 상이한 편광들 및 조명 프로파일들을 이용하여 마크의 위치를 측정할 수 있다면, 상이한 디자인의 광학 위치 센서들을 이용하여 구현될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 디바이스 제조 방법을 제공하며, 리소그래피 공정을 이용하여 기판에 디바이스 패턴이 적용되고, 상기 방법은 기판에 형성된 1 이상의 마크들의 측정된 위치들을 기준으로 적용된 패턴을 위치시키는 단계를 포함하며, 측정된 위치들은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 방법에 의해 얻어진다.
또한, 본 발명은 복수의 마크들이 제공되는 기판을 제공하고, 각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 공간 주기로 반복되도록 배치된 구조체들을 포함하며, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 상기 공간 주기보다 몇 배 더 작은 크기의 하위-구조체들을 포함하고, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋으로 형성되며, 알려진 성분들은 상이한 마크들에 대해 상이하다.
구조체의 주기는 예를 들어 1 ㎛보다 더 클 수 있는 한편, 하위-구조체들은 0.5 ㎛보다 작은 피처 크기를 갖는다. 각각의 구조체 내의 하위-구조체들은 상기 공간 주기보다 5 배, 8 배 또는 10 배 이상 작은 피처 크기를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 리소그래피 장치를 제공하고, 상기 리소그래피 장치는:
- 기판으로 패턴을 전사하는 패터닝 서브시스템;
- 패터닝 서브시스템에 대해 상기 기판의 위치들을 측정하는 측정 서브시스템을 포함하며,
패터닝 서브-시스템은 기판의 의도한 위치(desired position)에 상기 패턴을 적용하기 위해 측정 서브시스템에 의해 측정된 위치들을 이용하도록 배치되고, 측정 서브시스템은 앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 방법을 이용하여 상기 구조체들의 위치들을 측정하고, 기판에 제공된 주기적인 구조체들을 이용하여 상기 기판의 위치들을 측정하도록 배치된다.
또한, 본 발명은 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 장치를 제공하며, 상기 장치는:
- 방사선으로 각각의 마크를 조명하고, 마크의 위치에 관한 정보를 포함하는 신호들을 얻기 위해 1 이상의 검출기들을 이용하여 상기 구조체에 의해 회절된 방사선을 검출하도록 구성된 광학 시스템;
- 구조체의 위치와 관련된 복수의 결과들을 얻기 위해 회절된 방사선을 나타내는 신호들을 처리하는 처리 구성부(processing arrangement) - 각각의 결과는 구조체의 특성의 변동들에 의해 상이한 방식으로 영향을 받음 -; 및
- 상기 처리 구성부에 의해 얻어진 결과들 중 1 이상을 이용하여 상기 구조체의 위치를 계산하는 계산 구성부를 포함하고,
상기 계산 구성부는 복수의 마크들로부터 신호들을 이용하여 적어도 하나의 마크의 측정된 위치를 계산하도록 배치되며, 각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배치된 구조체들을 포함하고, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 상기 광학 시스템의 분해능보다 더 작은 크기의 하위-구조체들을 포함하며, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋으로 형성되고, 계산 구성부는 상기 위치 오프셋의 상기 알려지지 않은 성분을 보정하기 위해 상기 마크들의 알려진 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께 상기 신호들을 이용한다. 또한, 본 발명은 처리 디바이스가 앞서 설명된 방법의 단계 (b)의 계산을 수행하게 하기 위해 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 개략 피처 및 분해능-수준 피처들의 측정들이 통상적으로 활용되지 않는 정렬 센서에 의해 통상적으로 캡처된 정보를 이용하여 별도로 얻어질 수 있다. 상기 복수의 결과들은, 예를 들어 상이한 파장들, 상이한 편광들, 상이한 공간 주파수들(회절 차수들), 또는 이 모두를 포함할 수 있다. 상기 방법은 마스크의 동일한 특성들, 다른 수단에 의해 만들어진 특성의 더 많은 측정들, 그리고 동일한 장비를 이용하여 만들어진 다른 특성들의 측정들과 조합하여 사용될 수 있다.
이제, 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 형성하는 정렬 센서를 포함하는 예시적인 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2 - 도 2a 및 도 2b를 포함함 - 는 도 1의 장치에서 기판에 제공될 수 있는 정렬 마크의 다양한 형태를 예시한 도면;
도 3은 도 1의 장치에서 정렬 마크를 스캐닝하는 알려진 정렬 센서의 개략적인 블록도;
도 4는, 오프-액시스 조명(off-axis illumination) 및 선택적인 비대칭 측정 구성부(자세히 도시되지 않음)를 포함하고, 또한 다수의 파장들 및 편광의 특징들을 나타내는, 도 1의 장치에서 정렬 센서로서 이용가능하고 본 발명의 일 실시예에 사용하기 적합한 변형된 정렬 센서의 개략적 상세도;
도 5는 (a) 개략 피처 위치와 분해능-수준 피처 위치들 사이에 오정합을 갖지 않는 그리고 (b) 오정합을 갖는 분해능-수준 피처들을 갖는 정렬 마크의 개략적 상세도;
도 6은 방사선 파장들 및 편광들의 범위에 대해, 측정된 위치에 관한 특정 오정합의 영향을 모델링하는 반응 곡선들을 도시한 도면;
도 7은 오정합 값들의 범위에 대해 계산된 반응 곡선들을 도시한 도면;
도 8은 상이한 파장들에서 측정된 위치 오차에 관한 상이한 오정합 값들의 영향을 예시한 도면;
도 9는 (a) 0의 오정합 및 (b) 0이 아닌 오정합을 갖는 마크의 상이한 쌍들의 파장들 사이에 만들어진 차동 위치 측정(differential position measurement)들에 관한 상이한 오프셋 값들(의도적인 오정합)의 영향을 예시한 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2-부분 차동 정렬 마크를 나타낸 평면도 및 단면도;
도 11은 도 10의 차동 정렬 마크를 이용하는 위치 측정 방법의 흐름도; 및
도 12는 개략 피처들과 분해능-수준 피처들 사이의 오정합에 의해 유도된 오차들의 성공적인 보정을 예시하는 반응 곡선들을 도시한 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)(WTa 또는 WTb); 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 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 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 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 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 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 타입, 그리고 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, 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. 도 1의 예시에서의 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb)은 이를 예시한다. 본 명세서에 기재된 본 발명은 독립적으로 사용될 수 있으며, 특히 단일- 또는 다수-스테이지 장치들의 노광전(pre-exposure) 측정 스테이지에서 추가 기능들을 제공할 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 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 액체에 담가져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 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, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 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, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 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 조정하는 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(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 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. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 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(WTa/WTb)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 라이브러리(mask library)로부터의 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(WTa/WTb)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 있음]. 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(WTa/WTb)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WTa/WTb)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)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(WTa/WTb)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 노광 시 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(WTa/WTb)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa/WTb)의 매 이동 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.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션(station) - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판은 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상에 로딩되어 다양한 준비작업 단계들이 수행되도록 할 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면을 맵핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 두 스테이션들에서 기판 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
또한, 상기 장치는 설명된 다양한 액추에이터들 및 센서들의 이동들 및 측정들을 모두 제어하는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 포함한다. 또한, LACU는 장치의 작동에 관련된 의도한 계산들을 실행하기 위한 신호 처리 및 데이터 처리 능력을 포함한다. 실제로, 제어 유닛(LACU)은 다수의 서브-유닛들의 시스템으로서 실현될 것이며, 각각은 장치 내의 서브시스템 또는 구성요소의 실시간 데이터 수집, 처리, 및 제어를 다룬다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템이 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어(servo control)에 지정될 수 있다. 별도의 유닛들이 개략 및 미세 액추에이터들, 또는 상이한 축들을 다룰 수도 있다. 또 다른 유닛이 위치 센서(IF)의 판독(readout)에 지정될 수 있다. 장치의 전체 제어는 이러한 서브-시스템들의 처리 유닛들, 조작자들, 및 리소그래피 제조 공정에 관련된 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.
도 2a는 X-위치 및 Y-위치의 측정을 위해 기판(W) 상에 각각 제공된 정렬 마크들(202, 204)의 예시들을 나타낸다. 이 예시에서 각각의 마크는 기판에 적용되거나 기판으로 에칭된 제품 층 또는 다른 층에 형성된 일련의 바아(bar)들을 포함한다. 바아들은 규칙적으로 이격되고, 마크가 충분히 잘 알려진 공간 주기(피치)를 갖는 회절 격자로서 간주될 수 있도록 격자 라인들로서 작용한다. X-방향 마크(202)의 바아들은 Y-축에 평행하여 X 방향으로 주기성을 제공하는 한편, Y-방향 마크(204)의 바아들은 X-축에 평행하여 Y 방향으로 주기성을 제공한다. 정렬 센서(AS)(도 1에 도시됨)는 방사선의 스폿[206(X 방향), 208(Y 방향)]으로 각각의 마크를 광학적으로 스캐닝하여, 사인파(sine wave)와 같은 주기적으로 변하는 신호를 얻는다. 이 신호의 위상은, 장치의 기준 프레임(RF)에 대해 고정되는 정렬 센서에 대해 마크의 위치, 및 이에 따른 기판(W)의 위치를 측정하도록 분석된다. 스캐닝 이동은 굵은 화살표에 의해 개략적으로 도시되며, 스폿(206 또는 208)의 진행 위치들이 점선으로 도시된다. 정렬 패턴에서의 바아들(격자 라인들)의 피치는 통상적으로 기판에 형성될 제품 피처들의 피치보다 훨씬 더 크며, 정렬 센서(AS)는 기판에 패턴들을 적용하는 데 사용될 노광 방사선보다 훨씬 더 긴 방사선의 파장(또는 일반적으로 복수의 파장들)을 사용한다. 하지만, 다수의 바아들이 반복 신호의 위상을 정확히 측정되게 하기 때문에, 미세 위치 정보가 얻어질 수 있다.
개략 및 미세 마크들이 제공될 수 있어, 정렬 센서가 주기적 신호의 상이한 사이클들, 및 사이클 내의 정확한 위치(위상)를 구별할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상이한 피치들의 마크들이 사용될 수도 있다. 이 기술들 또한 당업자에게 잘 알려져 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명되지 않을 것이다. 이러한 센서들의 디자인 및 작동은 당업계에 잘 알려져 있으며, 각각의 리소그래피 장치가 그 자체의 센서 디자인을 가질 수 있다. 본 발명의 설명을 위해서는, 정렬 센서(AS)가 일반적으로 US 6961116(den Boef 외)에 설명된 형태로 이루어진다고 가정할 것이다. 도 2b는 유사한 정렬 시스템과 함께 사용되는 변형된 마크를 나타내며, 이 X-위치 및 Y-위치는 조명 스폿(206 또는 208)으로의 단일 광학 스캔을 통해 얻어질 수 있다. 마크(210)는 X-축 및 Y-축 모두에 대해 45°로 배치된 바아들을 갖는다. 이 조합된 X- 및 Y-측정은 공개 특허 출원 US 2009/195768 A(Bijinen 외)에 개시된 기술들을 이용하여 수행될 수 있으며, 이 기재내용들은 본 명세서에서 인용 참조된다.
도 3은 알려진 정렬 센서(AS)의 개략적 블록도이다. 조명 소스(220)가 1 이상의 파장들의 방사선 빔(222)을 제공하고, 이는 스폿 거울(spot mirror: 223)에 의하여 대물 렌즈(224)를 통해 기판(W)에 위치된 마크(202)와 같은 마크 상으로 전향된다. 도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 앞서 언급된 US 6961116에 기초한 본 발명의 정렬 센서의 예시에서, 마크(202)를 조명하는 조명 스폿(206)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 더 작을 수 있다.
마크(202)에 의해 산란된 방사선이 대물 렌즈(224)에 의해 수집되고, 정보-전달 빔(information-carrying beam: 226)으로 시준(collimate)된다. 자기-참조 간섭계(228)가 앞서 언급된 US'116에 개시된 형태로 이루어지며, 빔(226)을 처리하고 센서 어레이(230) 상으로 (각 파장에 대한) 별도의 빔들을 출력한다. 이 시점에, 정보-전달 빔(226)이 마크(202)로부터의 고차 회절 방사선만을 포함하도록, 편리하게는 스폿 거울(223)이 0차 차수 차단부(zero order stop)의 역할을 한다(이는 측정에 필수적인 것이 아니라, 신호 대 잡음비를 개선한다). 센서 어레이(230)의 개별적인 센서들로부터의 세기 신호들(232)이 처리 유닛(PU)으로 제공된다. 블록(228)에서의 광학 처리 및 유닛(PU)에서의 연산 처리(computational processing)의 조합에 의해, 기준 프레임(RF)에 대한 기판의 X- 및 Y-위치에 대한 값들이 출력된다. 처리 유닛(PU)은 도 1에 나타낸 제어 유닛(LACU)과 별개일 수 있거나, 이들은 디자인 선택 및 편의 면에서 동일한 처리 하드웨어를 공유할 수 있다. 유닛 PU가 별개인 경우, 신호 처리의 일부분은 유닛 PU에서 수행되고 또 다른 부분은 유닛 LACU에서 수행될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 예시된 형태의 신호 측정은 단지 마크의 한 피치에 대응하는 소정 범위 내에서 마크의 위치를 고정한다. 이와 연계하여 더 개략적인 측정 기술들이 사용되어, 사인파의 어느 주기가 마크 위치를 포함한 주기인지를 식별한다. 마크가 만들어진 재료들 및 마크가 위/또는 아래에 놓이는지에 관계없이 마크의 견실한(robust) 검출을 위해, 그리고 증가된 정확성을 위해, 더 개략적인 및/또는 더 미세한 레벨에서의 동일한 프로세스가 상이한 파장들로 반복될 수 있다. 파장들은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화(multiplex) 및 역다중화(demultiplex)될 수 있으며, 및/또는 이들은 시간 분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다. 본 발명의 예시들은 마크 비대칭에 감소된 민감성을 갖는 실용적이고 견실한 측정 장치(정렬 센서)를 제공하기 위해 여러 파장들에서의 측정을 언급할 것이다.
측정 공정을 더 자세히 언급하면, 도 3에서 vw로 표시된 화살표는 스폿(206)이 마크(202)의 길이(L)를 가로지르는 스캐닝 속도를 예시한다. 이 예시에서, 정렬 센서(AS) 및 스폿(206)은 실제로는 정지상태로 유지되는 한편, 기판(W)이 속도 vw로 이동한다. 따라서, 정렬 센서는 기준 프레임(RF)(도 1)에 견고하고 정확하게 장착되는 한편, 실제적으로 기판(W)의 이동 방향의 반대 방향으로 마크(202)를 스캐닝할 수 있다. 기판은 이러한 이동에서 기판 테이블(WT) 및 기판 위치설정 시스템(PW) 상에 장착됨으로써 제어된다. 도시된 모든 이동들은 X 축에 평행하다. Y 방향으로 스폿(208)을 갖는 마크(204)를 스캐닝하기 위해 유사한 동작들이 적용된다. 이는 추가로 설명되지 않을 것이다.
공개된 특허 출원 US 2012-0212749 A1에 기재된 바와 같이, 리소그래피 장치에 요구되는 높은 생산성 요건들은 기판 상의 다수의 위치들에서의 정렬 마크들의 측정이 가능한 한 신속하게 수행될 것을 요구하며, 이는 스캐닝 속도(vw)가 빠르고, 각 마크 위치의 취득에 이용가능한 시간(TACQ)이 대응적으로 짧아야 한다는 것을 의미한다. 단순히 말하면, 공식 TACQ = L/vw가 적용된다. 선출원 US 2012-0212749 A1은 취득 시간을 연장하기 위해 스폿의 상반되는 스캐닝 동작을 부여하는 기술을 설명한다. 동일한 스캐닝 스폿 기술들이 필요에 따라 본 명세서에 새롭게 기재된 형태의 센서들 및 방법들에 적용될 수 있다.
더 작은 격자 피치들을 갖는 마크들에 정렬시키는 것에 대한 관심이 존재한다. 실제 생산에서 측정된 오버레이가 일반적으로는 제어된 테스트 조건들하에서보다 훨씬 더 크다. 조사(investigation)에 따르면, 이는 처리 시 가변적인 정도로 비대칭이 되는 제품 웨이퍼들 상의 정렬 마크들에 기인한다. 정렬 마크들의 피치를 감소시키면, 측정되는 정렬 위치에 대한 몇몇 형태의 비대칭의 영향을 줄일 수 있다.
당업자라면, 정렬 격자들의 피치를 감소시키기 위한 몇몇 선택사항들이: (ⅰ) 사용되는 방사선의 파장을 단축하는 것, (ⅱ) 정렬 센서 광학기의 NA를 증가시키는 것, 및 (ⅲ) 오프-액시스 조명을 이용하는 것임을 알 것이다. 더 짧은 파장이 항상 가능하지는 않은데, 이는 정렬 격자들이 흔히 흡수성 막(예를 들어, 비결정성 탄소 하드 마스크) 밑에 위치되기 때문이다. NA를 증가시키는 것은 일반적으로 가능하지만, 웨이퍼로부터 안전 거리를 갖는 콤팩트한 대물렌즈(compact objective)의 필요성 때문에 바람직하지 않다. 그러므로, 오프-액시스 조명을 이용하는 것이 매력적이다.
다수의 파장들 및 편광들을 갖는 위치 측정
도 4는 앞서 언급된 이전 공개문서 US 6,961,116 및 US 2009/195768에 개시된 정렬 센서의 변형된 버전인 신규한 정렬 센서의 광학 시스템을 예시한다. 이는 무엇보다도 더 큰 정확성을 위해 정렬 마크의 감소된 피치를 허용하는 오프-액시스 조명 모드들의 선택을 도입한다. 또한, 광학 시스템은 스캐터로메트리 타입 측정들이 별도의 스캐터로미터 장비가 아닌 정렬 센서로 수행되게 할 수 있다. 도 4에서는, 간명함을 위해 오프-액시스 및 온-액시스 조명 모드들을 제공하는 상세부들이 생략된다. 본 발명에 대해서는, 다수의 파장들 및 편광들의 상세부들을 나타내는 것이 더 큰 관심사이다.
수 개의 브랜치들을 갖는 광축(O)이 광학 시스템(400) 전반에 걸쳐 파선(broken line)에 의해 도시된다. 도 3의 개략도와 비교하기 쉽도록, 광학 시스템(400)의 몇몇 부분들은 도 3에서 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되며, 앞자리 수는 "2" 대신에 "4"이다. 따라서, 광 소스(420), 조명 빔(422), 대물 렌즈(424), 정보 전달 빔(426), 자기-참조 간섭계(428), 및 검출기들(430)을 알 수 있다. 검출기 구성부로부터의 신호들이 처리 유닛(PU)에 의해 처리되며, 이는 아래에 설명되는 신규한 특징들을 구현하고, 각각의 마크에 대해 (개선된) 위치 측정(POS)을 출력하도록 변형된다.
이러한 더 상세한 개략도에 예시된 추가 구성요소들은 다음과 같다. 조명 서브시스템(440)에서, 소스(420)로부터의 방사선이 광섬유(442)를 통해 조명 프로파일링 광학기(illumination profiling optics: 446)로 전달된다. 이는 빔 스플리터(454)를 통해 퓨필 평면(P)을 갖는 대물 렌즈(424)로 전달한다. 대물 렌즈(424)는 웨이퍼(W)의 정렬 마크(202/204/210)에 스폿(406)을 형성한다. 마크에 의해 회절된 정보-전달 빔(426)은 빔 스플리터(454)를 통해 간섭계(428)로 통과한다. 간섭계(428)는 방사선 필드(radiation field)를, 직교 편광(orthogonal polarization)을 갖는 2 개의 부분들로 분할하고, 이 부분들을 광축을 중심으로 서로에 대해 180°회전시키며, 이 부분들을 출력 빔(482)으로 조합한다. 이 빔은 검출기 구성부(430)에 들어가며, 이는 이후에 더 자세히 설명하기로 한다.
본 예시에는 비대칭 측정 구성부(460)가 포함된다. 구성부(460)는 간섭계 앞에 위치된 제 2 빔 스플리터(462)를 통해 정보 전달 빔(426)의 일부분(464)을 수용한다. 본 우선일에 공개되지 않은 또 다른 특허 출원, US 61/722,671은 검출기(430)를 통해 얻어진 위치 정보를 이용하여 비대칭을 측정하는 신규한 기술들을 개시한다. 원칙적으로, 전용 비대칭 측정 구성부(460)가 생략될 수도 있다.
조명 프로파일링 광학기(446)는 다양한 형태들을 취할 수 있으며, 이 중 몇몇은 본 우선일에 공개되지 않은 우리의 US 특허 선출원 일련번호 61/623,391[출원인 ref P-3996]에 더 자세하게 기재되어 있다. 본 명세서에 기재된 예시들에서는, 검출기 측에 공간 분해능을 필요로 하지 않고 감소된 격자 피치들의 사용을 허용하는 정렬 센서들(더 일반적으로는, 위치 측정 장치들)이 도시된다. 신규한 조명 모드들의 사용에 의해, 이러한 장치들이 현재 검출기 디자인을 변화시키지 않고, 넓은 범위의 상이한 피치들, 예를 들어 1 ㎛ 미만에서 20 미크론까지의 피치들을 갖는 마크들의 위치들을 측정할 수 있다. 선출원 61/623,391에 개시된 예시들에 공통적인 특정한 특징은, 제한된 범위의 입사각들(퓨필 평면에서의 제한된 반경방향 크기)에서 오프-액시스 조명을 사용하기 위한 선택이다. 오프-액시스 조명은, 방사선의 소스 영역들이 퓨필의 주변부로 한정되는, 즉 광축으로부터 일정 거리만큼 떨어져 있는 것을 의미한다. 조명을 퓨필의 맨 끝 주변(extreme periphery)으로 한정하는 것은, 실질적으로 λ/NA로부터 실질적으로 λ/2NA로 정렬 마크의 가능한 최소 피치를 감소시키며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NA는 장비(예를 들어, 정렬 센서 또는 더 일반적으로는 위치 측정 장치)의 대물 렌즈의 개구수이다. 또한, 선출원 61/623,391에 개시된 예시들은 장치의 빔 스플리터에서 특정한 분포의 스폿 거울들을 사용하며, 이는 의도한 조명을 제공할 수도 있고, 0차 차수 회절 방사선에 대한 필드로서 작용할 수도 있다. 조명 모드를 변화시키지 않고 X, Y 및 XY 마크들 중 어느 것 상에서 정렬을 허용하는 '보편적(universal)' 조명 프로파일이 설계될 수 있지만, 이는 불가피하게 장치의 일부 복잡성 및/또는 일부 성능 저하를 가져온다. 대안적으로, 전용 모드(dedicated mode)들이 설계될 수 있으며, 상이한 마크 타입들과 함께 사용하기 위해 선택가능하도록 만들어질 수 있다. 또한, 상이한 조명 편광들이 선택될 수 있다.
상기 장치는 전반적으로 이러한 특정한 오프-액시스 조명 프로파일들을 제공하는 것으로 제한될 필요는 없다. 이는 알려진 또는 앞으로 개발될 다른 사용 모드들을 가질 수 있으며, 이는 상이한 프로파일들의 사용에 유리하다. 예를 들어, 상기 장치는 도 2a 및 도 2b에 도시된 상이한 마크 타입들에 대한 온-액시스 및 오프-액시스 조명 모드들의 선택을 제공할 수 있다. 더 미세한 격자들과 함께 사용함에 있어서는 오프-액시스 조명이 관심이 가지만, 기존의 마크들 및 측정 방법들과의 호환을 위해서는 온-액시스 조명 프로파일이 유용할 수 있다. 먼저, 도 3의 알려진 센서에 사용되는 바와 같은 온-액시스 모드의 예시를 참조하면, 어두운 퓨필(dark pupil) 내에 이와 달리 중심에 밝은 스폿(bright spot)을 갖는 온-액시스 조명 프로파일에 의해, 기판에 수직인 조명이 제공된다. 이 프로파일은 신규한 장치의 조명 빔(422)의 선택적 세팅이다. 이 예시에서, 광축을 따라 복귀되는 0차 차수 빔이 간섭계(428)에 들어가기 전에 차단되고, 또한 이것이 (제공된다면) 비대칭 측정 구성부(460)로 전달되는 것이 바람직하다. 간섭계(428) 앞에서 0차 차수를 차단하는 것이 필수적인 것은 아니지만, 위치 신호의 신호 대 잡음비를 개선한다. 따라서, 이 실시예에서, 제 2 빔 스플리터(462)에 스폿 거울이 포함될 수 있다. 제 1 스플리터(454)는 은-도금되지(silvered) 않으며, 이는 중심 스폿의 세기 중 50 % 정도만이 마크에 전달될 수 있도록 수용한다. 구성부(460)가 생략된 대안적인 실시예에서, 이 프로파일은 조명 프로파일러(446)에 의해 직접적으로 생성될 수 있으며, 제 1 빔 스플리터(454) 내의 스폿 거울에 의해 대물렌즈(424)로 전체 세기로 투과될 수 있다. 의도한 프로파일을 얻기 위해 다양한 대안들이 고려될 수 있다.
간섭계(428)가 의도한 신호를 생성하도록 대향 세그먼트들이 가간섭성(coherent)이어야 함을 유념하여, 실제 장비를 형성하도록 다수의 방식으로 오프-액시스 조명 프로파일들이 생성될 수 있다. 특히, 광대역 소스가 수반될 때, 소스 방사선의 가간섭성 길이/시간은 매우 짧을 것이다. 단색 레이저 소스(monochromatic laser source)를 이용하더라도, US'116은, 예를 들어 의도하지 않은 다중 반사들로부터의 간섭을 제거하기 위해 짧은 가간섭 시간이 바람직함을 알려 준다. 결과적으로, 소스로부터 각 세그먼트까지의 광학 경로 길이가 매우 긴밀하게 매칭되어야 한다. 의도한 프로파일에 직접적으로 대응하는 어퍼처가 넓고 평행한 빔에 배치될 수 있지만, 비교적 큰 광 손실을 가져올 것이다. 광 손실을 회피하기 위해, 앞서 언급된 선출원 61/623,391에 다양한 대안적인 해결책들을 제안한다.
조명 소스(420)로부터 발현된 조명은 단색일 수 있지만, 통상적으로는 본성적으로 광대역이며, 예를 들어 백색 광 또는 다색(polychromatic)이다. 알려진 바와 같이, 빔의 파장들의 다양성은 측정의 견실성(robustness)을 증가시킨다. 알려진 센서는, 예를 들어 녹색, 적색, 근적외선 및 원적외선이라고 칭해지는 4 개의 파장들의 세트를 이용한다. 본 발명을 구현하는 새로운 센서에서는, 동일한 4 개의 파장들이 사용될 수 있거나, 상이한 4 개의, 또는 4 개보다 더 많거나 더 적은 파장들이 사용될 수 있다.
이제, 다시 도 4를 참조하면, 방사선의 다수의 파장들을 이용하는 측정과 관련되고 편광 효과들의 취급(management)과 관련된 장치의 실시형태들이 설명될 것이다. 조명 서브시스템(440)에서, 소스(420)는 녹색(G로 표시), 적색(R), 근적외선(N) 및 원적외선(F)이라고 칭해지는 4 개의 파장들의 방사선을 생성하기 위해 제공된 4 개의 개별 소스들을 포함한다. 편의상 다음의 설명에서는, 이러한 4 개의 상이한 파장들에서의 방사선이 4 개의 광색들(colors of light)로 지칭될 것이며, 이러한 파장들이 전자기 스펙트럼의 가시 또는 비-가시 부분들에 있는지 여부는 본 발명의 목적에 중요하지 않다. 모든 광원들이 선형 편광되며, G 및 N 방사선은 서로 동일하게 방위잡히고, R 및 F 방사선은 G 및 N 편광에 직교 편광된다.
4 개의 색들은 편광 유지 섬유(polarization maintaining fiber)들에 의해 다중화기(502: MUX)로 전달되고, 여기서 이들은 단일 4-색 빔으로 조합된다. 다중화기는 화살표들(504)에 나타내어진 바와 같이 선형 편광을 유지한다. 화살표들(504) 및 도면 전반의 유사한 화살표들은 녹색 및 적색 성분들의 편광을 나타내는 G 및 R로 표시된다. N 및 F 성분들은 각각 G 및 R 성분들과 동일하게 방위잡힌다.
이 조합된 빔은 적합한 전달 광학기(506)를 통해 빔 스플리터(454)로 진행한다. 이미 설명된 바와 같이, 이 빔은 빔 스플리터 내부에 있는 부분- 또는 전체-반사면(예를 들어, 0.5 mm 직경의 스폿 거울)으로부터 반사된다. 대물 렌즈(424)는 웨이퍼의 정렬 마크(202)에 의해 형성된 격자에 의해 반사되고 회절된 좁은 빔으로 상기 빔을 포커싱한다. 광은, 예를 들어 개구수 NA=0.6을 갖는 대물렌즈에 의해 수집된다. 이 NA 값은, 각 색들에 대해, 적어도 10 개의 회절 차수들이 16 ㎛의 피치를 갖는 격자로부터 수집되게 한다.
이후, 정보 전달 빔(426)을 형성하는 상기 반사되고 회절된 광이 자기-참조 간섭계(428)로 전달된다. 이 예시에서는, 이미 설명된 바와 같이, 정보 전달 빔의 일부분(464)을, 제공된다면, 비대칭 측정 구성부(460)로 공급하기 위해 빔이 분할된다(462). 비대칭 측정 정보를 전달하는 신호들(466)은 구성부(460)로부터 처리 유닛(PU)으로 통과된다. 간섭계를 지나기 직전에, 반파장판(half wave plate: 510)에 의해 편광이 45° 회전된다. 이 지점에서부터, 편광 화살표들은 간명함을 위해 하나의 색에 대해서만 도시된다. 앞에서 그리고 특허 US'116에 이미 설명된 바와 같이, 간섭계는 편광 빔 스플리터로 구성되며, 여기서 각 색의 절반이 투과되고, 각각의 색의 절반이 반사된다. 이후, 각각의 절반은 간섭계 내부에서 세 번 반사되고, 방사선 필드를 +90° 및 -90° 회전시켜, 180°의 상대 회전을 제공한다. 이후, 2 개의 필드들이 서로 위에 중첩되며, 간섭이 허용된다. -90° 및 +90° 이미지의 경로 차를 보상하기 위해 상 보상기(phase compensator: 512)가 존재한다. 이후, 편광은 또 다른 반파장판(514)(그 주축은 X 또는 Y 축에 대해 22.5°로 설정됨)에 의해 45° 회전된다. 반파장판들(510, 514)이 파장에 민감하지 않으므로, 4 개의 모든 파장들의 편광들이 45° 회전된다.
또 다른 빔 스플리터(516)는 광학 신호를 A 및 B로 지정된 2 개의 경로들로 분할한다. 하나의 경로는 2 개의 회전된 필드들의 합산을 포함하고, 다른 경로는 차이를 포함한다. 초기 편광 방향에 따라, 합산은 경로 A 또는 경로 B에서 종결된다. 따라서, 이 예시에서는 녹색 및 NIR 신호들에 대한 합산 신호들이 일 경로에서 종결되고, 적색 및 FIR에 대한 합산 신호들은 다른 경로에서 종결된다. 각각의 색에 대해, 대응하는 차이 신호는 다른 경로에서 종결된다.
이 배치는 각 색의 조명을 위해 하나의 편광을 이용하도록 선택됨을 유의한다. 색당 2 개의 편광들을 갖는 측정치들은, 판독치들 간의 편광을 변화시킴으로써[또는 판독치 내의 시분할 다중화(time division multiplexing)에 의해] 만들어질 수 있다. 하지만, 편광 및 색의 어느 정도 다양성으로부터 이점을 가지면서도, 높은 스루풋을 유지하기 위해, 단일한 하지만 상이한 편광들을 갖는 상이한 색들의 세트가 다양성과 측정 스루풋 간의 양호한 타협을 나타낸다. 스루풋에 영향을 주지 않고 다양성을 증가시키기 위해, 본 명세서에 제시된 4-색 방식과 유사한 구현을 고려할 수 있지만, 혼합된 편광들을 갖는 더 많은 색들, 예를 들어 8 개 또는 16 개를 이용하는 구현도 고려할 수 있다.
각각의 경로 A 및 B에 대한 광은 각각의 컬렉터 렌즈 조립체(484A 및 484B)에 의해 수집된다. 이후, 이는 기판의 스폿 외부로부터의 광의 대부분을 제거하는 어퍼처(518A 또는 518B)를 지나간다. 2 개의 다중모드 섬유들(multimode fibers: 520A 및 520B)이 각 경로의 수집된 광을 각각의 역다중화기(522A 및 522B)로 전달한다. 역다중화기는 원래 4 개의 색들의 각 경로를 분할하여, 8 개의 광학 신호들 모두가 검출기 구성부(430) 내의 검출기(430A 및 430B)로 전달되게 한다. 실제 실시예에서, 섬유들은 역다중화기로부터 검출기 회로 기판 상의 8 개의 검출기 요소들로 이어져 있다. 이 예시에서, 검출기들은 공간 분해능을 제공하지 않으며, 장치가 마크(202) 등을 스캐닝함에 따라, 기판(W) 상에 각각의 색에 대한 시간-변동적 세기 신호들(IA 및 IB)을 전달한다. 이러한 신호들은 실제적으로 위치-의존적 신호들이지만, 장치와 마크 사이의 물리적인 스캐닝 이동(도 3 참조)과 동기화된 시간-변동적 신호들(파형들)로서 수신된다.
처리 유닛(PU)은 8 개의 검출기들로부터 세기 파형들을 수신하고, 이 파형들을 알려진 장치에서와 같이 처리하여 위치 측정(POS)을 제공한다. 상이한 파장들 및 입사 편광들에 기초하여 이로부터 선택한 8 개의 신호들이 존재하기 때문에, 장치는 여러 다양한 상황들에서 이용가능한 측정들을 얻을 수 있다. 이와 관련하여, 마크(202)가 상이한 재료들 및 구조체들로 된 다수의 층들 아래에 매입될 수 있음을 유념해야 한다. 몇몇 파장들은 상이한 재료들 및 구조체들을 다른 파장들보다 더 잘 침투할 것이다. PU는 통상적으로 파형들을 처리하며, 어떤 것이 가장 센 위치 신호를 제공하는지에 기초하여 위치 측정을 제공한다. 나머지 파형들은 무시될 수 있다. 단순한 구현에서는, 타겟 구조체의 사전 지식 및 실험적인 조사에 기초하여, 각 측정 작업에 대한 '레시피(recipe)'가 어떤 신호를 사용할 것인지를 특정할 수 있다. 예를 들어, 배경기술에 언급된 Huijbregtse 외의 문서에 기재된 바와 같은 더 진보된 시스템들에서는, "Color Dynamic" 또는 "Smooth Color Dynamic" 알고리즘을 이용하여 사전 지식 없이 최적의 신호들을 식별하기 위해 자동 선택이 이루어질 수 있다.
각각의 렌즈(484A, 484B)는 각각의 검출기(430A, 430B)의 각 요소 상으로 전체 필드를 포커싱하며, 이는 도 3의 알려진 정렬 센서와 유사한 배치이다. 알려진 정렬 센서에서 그리고 이 예시에서 검출기들은 실제(effective) 단일 광다이오드들이며, 이미 언급된 스캐닝 동작 없이는 어떠한 공간 정보도 제공하지 않는다. 요구된다면, 켤레 퓨필 평면(conjugate pupil plane)에서 공간 분해능을 갖는 검출기가 추가될 수 있다. 이는, 예를 들어 각도-분해 스캐터로메트리 방법(angle-resolved scatterometry method)들이 정렬 센서 하드웨어를 이용하여 수행되게 할 수 있다.
예를 들어 2 개의 상이한 편광들을 이용하여 위치를 측정하는 것이 요구되는 경우, 마크는 한 번 이상 스캐닝되어야 할 필요가 있을 수 있다. 또한, XY 마크들을 스캐닝하는 중에 조명 모드를 중간에 스위칭할 것이 요구될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서는 2 개의 측정치들이 동시에 만들어질 수 있도록 광학 신호들의 다중화를 이용한다. 유사하게, 조명 모드를 스위칭하지 않고 XY 마크의 상이한 위치들이 스캐닝되고 측정될 수 있도록 다중화가 적용될 수 있다. 이러한 다중화를 수행하는 단순한 방식은 주파수 분할 다중화에 의해 달성된다. 이러한 기술에서는, 각 쌍의 스폿들 및/또는 편광으로부터의 방사선이 위치 정보를 담은 시간-변동적 신호의 주파수보다 훨씬 더 높도록 선택된 특성 주파수로 변조된다. 각각의 검출기(430A, 430B)에 도달한 회절 및 처리된 광학 신호들은 두 신호들의 혼합일 수 있지만, 이 신호들은 소스 방사선의 각각의 주파수들로 조정되는 필터들을 이용하여 전자적으로 분리될 수 있다. 또한, 시분할 다중화가 사용될 수 있지만, 이는 소스와 검출기 간의 정확한 동기화를 요구할 것이다. 각 주파수의 변조는, 예를 들어 단순한 사인파 또는 방형파(square wave)일 수 있다.
위치 감지 또는 여타의 형태의 메트롤로지에 대해서든 마크를 원형 편광으로 조명하는 것이 요구되는 경우, 1/4 파장판(quarter wave plate: 도시되지 않음)이 빔 스플리터(454)와 대물렌즈(424) 사이에 삽입될 수 있다. 이는 선형 편광을 원형 편광으로 조정하는(또한, 마크에 의한 회절 후 이를 다시 변경하는) 효과를 갖는다. 스폿 위치들은 마크 방향에 따라 이전에 같이 선택된다. 원형 편광(시계/반시계)의 방향은 조명 프로파일링 광학기(446), 섬유(422) 또는 조명 소스(420)의 상이한 선형 편광을 선택함으로써 변경될 수 있다.
또한, Huijbregtse 외의 문서에는 복합 타겟의 다수의 격자들의 사용이 기재되어 있다. 각각의 격자는, 예를 들어 더 높은 회절 차수들(3차, 5차, 7차)을 향상시키는 상이한 프로파일을 갖는다. 위치 측정들은 이러한 격자들 중 상이한 것들로부터 또한 개별 격자 상의 상이한 색 신호들로부터 도출될 수 있다. 본 발명에서는, 단순한 바아 패턴을 가지나 분할된 피처들을 갖는 단일 격자가 존재한다고 가정한다. 당업자라면, 본 기재내용을 쉽게 확장하여 상이한 패턴들을 갖는 다수의 격자들을 갖는 실시예들을 고려할 수 있다.
분해능-수준 피처 오정합에 대해 보정된 위치 측정
이제, 도 5를 참조하면, 실제 "하위-분할된" 정렬 마크를 함께 형성하는 미세 "분해능-수준" 피처들과 개략 정렬 격자의 위치 간의 오정합 현상을 소개한다. 도 5a는 도 2a의 X-방향 정렬 마크(202)와 같은 정렬 마크의 작은 부분의 단면도이다. 구체적으로, 전체 정렬 마크를 형성하기 위해 알려진 주기로 반복되는 마크-공간 패턴을 포함하는 대략적인(roughly) 하나의 반복 단위(repeating unit)가 나타나 있다. 마크는 상이한 굴절률을 갖는 재료들(600, 602)로 형성되고, 주기적인 패턴으로 배치되며, 이의 반복 단위는 "마크" 영역들(603) 및 "공간" 영역들(604)을 포함한다. 마크-공간 패턴은 특히 도 1의 리소그래피 장치 또는 유사한 장치를 이용하여 기판에 적용되는 패턴을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 이러한 패턴의 "마크" 및 "공간" 지정들은 매우 임의적이다. 실제로, 마크의 각 "공간" 영역(604)은, 재료(600)가 균일하게 없는 것이 아니라, 정확하게는 더 작은 마크들(606) 및 공간들(608)을 포함하는 미세-피치 격자 패턴으로 존재하도록 형성됨을 유의한다. 유사하게, 각 "마크" 영역(603)은, 재료(600)가 균일하게 존재하는 것이 아니라, 유사한 미세 피치 격자 패턴으로 존재하도록 형성된다. 이러한 미세 피치 패턴은 페이지 안쪽 방향인 Y 방향으로 주기를 가지며, 따라서 도 5에 도시된 단면에서 보이지 않는다. 이러한 더 미세한 마크들 및 공간들은 본 명세서에서 "분해능-수준" 피처들이라고 칭해지며, 이는 이러한 피처들을 사용할 리소그래피 장치의 투영 시스템의 분해능의 한계에 있거나 이에 근접해 있음을 지칭한다. 또한, 이들은 도 1 및 도 4에 도시된 정렬 센서(AS)가 관련되는 한 "분해능-아래" 피처들이라고도 칭해질 수 있다. 정렬 마크들의 처리 영향들을 최소화하고, 최종 사용자들에 의해 제기되는 패턴 밀도 요건들을 따르기 위해, 현재 하위-분할된 마크들이 사용된다. 직교 방향들로 하위-분할된 마크 및 공간 영역들을 갖는 도 5에 예시된 마크의 형성은 상기의 배경기술에 언급된 Megens 외의 문서에 개시된 것들과 유사한 예시이다.
이상적으로, 마크들(606)에 의해 형성된 미세 격자는 개략 격자와 동일한 지점(610)에 중심 잡힐 것이다. 격자의 모든 마크들에 걸쳐 평균점인 이 지점(610)은 전체 마크의 중심 기준 위치를 정의할 수 있다. 하지만, 하위-분할된 마크들은 마크가 형성되는 공정에서 렌즈 수차에 민감하다. 이러한 수차들은 분해능-수준 피처들과 정렬 격자 피치 사이에 시프트를 유발하며, 이들은 통상적으로 더 큰 크기 치수를 갖는다(orders of magnitude larger).
도 5b는 도 5a의 이상적인 형태 (a)와 유사하지만 개략 정렬 격자 피치와 분해능-수준 피처들 간의 시프트 또는 오정합을 나타내는 이러한 하위-분할된 격자들의 형태를 나타낸다. 이러한 격자는 더 큰 정렬 격자 피치와 분해능-수준 구조체들 간의 시프트로 인한 비대칭을 가졌다. 하위-분할된 공간 부분의 영역(604)에 있는 일 단부의 공간(620)은 다른 단부의 공간(622)보다 더 좁다. 그러므로, 분해능-수준 격자는 개략 정렬 격자의 중심 지점(X0)과 정확히 일치하지 않는 위치(XAR)에 중심 지점을 갖는다. 오정합 또는 시프트(Δd)는 X0와 XAR 간의 차이를 나타내며, 예를 들어 나노미터로 측정될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 계산된 그래프들 (a) 및 (b)는 하위-분할된 정렬 격자의 비대칭 성질로 인하여 정렬 센서가 색 의존적 정렬 신호를 측정할 수 있음을 예시한다. 다른 타입의 정렬 센서의 설계가 상이할 수 있지만, 일반적으로 마크의 측정된 위치는 상이한 파장들 및 조명 조건들에 대해 상이할 것이다. 이러한 그래프들은 알려진 오정합(Δd = 0.5 nm)을 갖는 패턴에 대하여, 시뮬레이션된 센서로부터 측정된 위치를 나타낸다. 정렬 위치 오차(X)는 X0인 개략 격자의 중심에 대해 수직 축 상에 정의된다. (알려지지 않은 타겟의 실제 측정이 아닌 시뮬레이션을 예시하기 때문에, 이 위치가 알려진다). 이 예시에 대하여, 시뮬레이션은 개략 피치 = 3 ㎛, 분해능-수준 피치 = 200 nm, 깊이 256 nm를 갖는 마크를 가정한다. 재료 600는 실리콘이고, 재료 602는 공기이다. 그래프 (a)에서, 조명은 (X-방향 마크에 대한 격자 라인들에 대해 평행한) Y-편광을 갖는 한편, 그래프 (b)는 X-편광을 갖는 결과를 나타낸다. 그래프들로부터 분명하지 않은 점은, X-편광이 X 방향으로 주기적인 마크(202)에 대해 Y-편광보다 더 높은 회절 효율을 갖는다는 것이다.
각 그래프에서 알 수 있는 것은, 시뮬레이션된 측정에 의해 기록된 위치가 파장 및 편광에 강하게 의존하는 방식으로 매우 광범위하게 변동하는 점이다. 더욱이, 변동의 범위는 변동을 유도한 오정합(Δd)의 크기보다 훨씬 더 크다. 그래프 (b)에서, 매우 강한 공진 효과가 610 nm 주위에 극도의 측정 오차들을 야기함을 알 수 있다.
도 7은 도 6a에 대응하는 그래프이지만, 여기서 정렬 위치 오차(X-X0)는 -1 내지 1 nm 범위의 5 개의 상이한 오정합 값들에 대한 파장의 함수로서 플롯(plot)되어 있다. 본 발명자들은 색 의존적 정렬 위치가 분해능-수준 피처들과 정렬 격자 피치 간의 오정합에 있어 선형 함수의 양호한 근사화에 대한 것임을 관찰했다. 정렬 위치 오프셋뿐만 아니라 색 대 색(color to color)에 있어서의 둘 모두의 선형성의 관찰은, 하위-분할된 마크들의 (알려지지 않은) 오정합에 대해 보정되는 위치 측정치들을 얻는 데 이용될 것이다.
또한, 도 8은 3 개의 상이한 파장들(λ)에서 각각 (a) Y 편광 및 (b) X 편광을 이용하여 수행된 측정들에 대해 상이한 시프트들을 갖는 위치 오차의 선형성을 예시한다. 이 경우 수평 축은 시뮬레이션된 마크 구조체 내로 의도적으로 도입된 시프트 또는 오프셋(d)의 값을 나타낸다. 오프셋(d)은 d1, d2, d3 등으로 나타내어진 상이한 값들을 갖는 0.5 nm의 시뮬레이션된 오정합(Δd)에 추가되었다. 각각의 파장 및 편광에 대해, 오프셋(d)을 갖는 측정된 위치가 선형으로 변동함을 유의한다. 또한, 추가된 오프셋 d=-0.5 nm가 모델링된 알려지지 않은 오정합 Δd= 0.5 nm을 정확히 상쇄시키기에 충분할 때, 측정된 위치는 개략 격자 위치와 정확히 매칭됨(X-X0=0)을 유의한다. 또한, 이러한 조건 하에서, 측정된 위치 오차는 파장 또는 편광에 관계없이 0이다.
이제, 도 8에 나타낸 시뮬레이션된 측정치들로 오정합이 알려지지만, 이는 실제 측정 상황의 경우가 아니다. 도 9는 오정합과 위치 오차 간의 알려진 관계(선형성)가, 요구된다면, 상이한 파장들 및/또는 편광들에서의 위치 측정치들을 조합하여 X0, XAR 및 Δd 모두를 결정하는 데 어떻게 이용될 수 있는지를 예시한다.
도 9a에는, λ1 및 λ2의 상이한 값들에 대해 파장(λ1)을 이용하여 측정된 위치(X1)와 파장(λ2)을 이용하여 측정된 위치(X2) 간의 차이(ΔX)가 플롯되어 있다. 도 9a에서, 오정합 Δd=0 nm 및 상이한 오프셋들(d)을 갖는 측정치들이 시뮬레이션된다. 어떤 파장들이 선택되던, 도 8에 예시된 그들의 선형 관계로 인해, 오프셋이 0일 때 차이 값(ΔX)은 0이 될 것이다. 도 8b에 나타난 바와 같이, 오정합은 아마도 알려지지 않는다고 가정한다. 여기서, 0.75 nm의 오정합이 시뮬레이션에 사용되었지만, 실제로 알려지지 않는다. 오프셋(d)이 알려지지 않은 오정합(Δd)을 정확히 상쇄시키기에 충분한 -0.75 nm일 때 기록된 위치들 간이 사이가 0임이 관찰된다. 물론, 다루어진 문제에서는, 오정합을 모르며, 또한 오정합에 관한 위치 측정들의 의존성도 모른다. 하지만, 이들 사이에 알려진 상이한 오프셋들을 갖는 부분들을 갖도록 지정된 마크를 생성할 수 있는 경우, 선형 그래프 상에서 두 지점들을 얻을 수 있으며, 보간(interpolation) 또는 외삽(extrapolation)을 이용하여 오정합(Δd)을 찾아 내기 위해 0의 위치를 계산할 수 있다.
도 10은 앞서 제시된 원리를 이용하여 사용되는 변형된 정렬 마크(702)의 구조를 예시한다. 단순한 마크(202) 대신 신규한 마크가 사용될 수 있다. 또한, Y 방향 및 XY 방향을 갖는 버전들이 쉽게 예상될 수 있다. 마크(702)는 실제로 2 개의 세그먼트들(702-1 및 702-2)을 갖는 복합 마크이다. 각각의 세그먼트는 그 자체로 도 5에 예시된 일반적인 형태의 하위-분할된 격자를 포함하는 마크이다. 또한, 인근에 개략 구조체들이 제공될 것이며, 이에 의해 마크는 예비 단계에서 센서에 의해 "캡처될" 수 있다. 이러한 세부적인 사항들은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 제 1 세그먼트(702-1)의 개략적인 단면이 도면의 위에 도시되어 있는 한편, 제 2 세그먼트(702-2)의 단면은 아래에 도시되어 있다. 도 5에서와 같이, 단면들에는 공간 영역에 중심잡힌 전체 패턴의 반복 단위들 중 하나만이 도시되어 있다. 3 개의 분해능-수준 피처들만이 도시되며, 간명함을 위해 시프트들이 과장되어 있다. 실제 마크는 더 큰 패턴의 각각의 공간 영역에 대략 10 개 내지 20 개의 분해능-수준 마크들 및 공간들을 가질 것이다. 각각의 세그먼트에는, 마크의 형성 시 수차 등에 의해 유도된 알려지지 않은 오정합(Δd)과 알려진 오프셋(d)이 둘 다 존재한다. 알려지지 않은 오정합은 2 개의 세그먼트들에 대해 동일한(또는 동일하다고 가정되는) 한편, 마크는 제 1 세그먼트가 오프셋(d1)을 갖도록 설계되고, 오프셋(d1)은 알려지며, 세그먼트(702-2)에 적용된 오프셋(d2)과 상이하다. 실제로는, 의도적인 오프셋(d)을, 어느 한쪽이 0이 되게 상쇄시키기 위해 동일한 크기의 양의 값 및 음의 값이 되도록 오프셋들(d1, d2)을 선택할 것이다(즉, d1=-d2). 하지만, 설명될 방법은 둘 다 동일한 방향을 갖는 오프셋들 그리고 동일하지 않은 크기들로 구현된다. 유사하게, 오프셋이 알려지지 않은 오정합보다 더 크거나 작을 필요가 없다. 도 10에 도시된 예시는 반대 방향들로 오프셋들을 갖지만, (알려지지 않은) 오정합(Δd)보다 낮은 크기들을 갖는다. 그러므로, 총 오프셋은 동일한 방향으로 두 세그먼들에 존재한다.
이제, 도 11의 흐름도를 참조하면, 오프셋들(d) 및 세그먼트들을 갖는 새로운 마크를 이용하여 더 자세한 위치 측정들을 얻는 방법의 일 실시예를 설명한다. 도 1의 리소그래피 장치의 정렬 단계의 일부분으로서 측정들이 수행되지만, 이 방법은 다른 목적들을 위해 위치 측정들을 수행하는 데에도 물론 적용될 수 있다고 가정한다. 한 방향으로 위치를 측정하기 위해 2 개의 파장/편광 조합들 그리고 도 10에 도시된 타입의 2 개의 세그먼트들만을 이용하여 단순한 예시가 제시될 것이다. 요구된다면, 실제 구현에서는 더 많은 복잡성이 추가될 수 있으며, 이 방법의 몇몇 확장들이 아래에 간명하게 설명될 것이다. 이 방법의 단계들은 동일한 마크들을 이용하여 다른 측정들의 성능과 조합될 수 있다. 요구된다면, 예를 들어 하나의 특정 결과만이 출력되도록 요구되기 때문에 더 적은 단계들이 적용될 수 있다. 전체 방법이 먼저 설명된 후, 이를 뒷받침하는 수학 계산들의 설명이 후속될 것이다. 본 명세서에 개시된 기술들은 이러한 특정 예시들 또는 여하한의 특정 형태나 수학적 표현으로 전혀 제한되지 않는다. 본 명세서에 설명된 이러한 개념들은, 본 명세서에 개시된 기본 원리들을 여전히 적용하면서도, 다수의 상이한 표기들(notations) 및 알고리즘들로 설명될 수 있다.
단계(S1)에서, 기판은 리소그래피 공정에서 위치 측정 마크들(정렬 마크들)로서 역할하기 위해 그 위에 형성된 1 이상의 마크들을 갖는다. 통상적으로, 다수의 마크들이 기판에 걸쳐 형성된다. 각각의 마크는 리소그래피 공정에 의해 형성된 하위-분할된 격자들을 포함하며, 리소그래피 공정에서 광학 수차들 또는 다른 원인들이 격자의 마크 또는 공간 영역들 내의 분해능-수준 피처들과 개략 정렬 격자의 위치들 간의 알려지지 않은 오정합(Δd)을 도입한다. 본 명세서에 포함되는 새로운 기술내용에 따르면, 알려지지 않은 오정합에 추가하여, 상이한 알려진 오프셋들을 갖는 2 이상의 세그먼트들로 형성된다.
이후에, 아마 다수의 중간 공정 단계들 후, 기판은 (이 예시에서) 디바이스 패턴을 적용하기 위해 리소그래피 장치 내로 로딩된다. 단계(S2)에서, 장치의 정렬 센서(AS)는 파장 및 편광(λ, p)의 상이한 조합들로 제 1 마크 세그먼트(702-1)의 위치의 2 이상의 측정치들(X1)을 얻기 위해 사용된다. 단계(S3)에서는, 파장 및 편광(λ, p)의 동일한 조합들로 제 2 마크 세그먼트(702-2)의 위치의 2 이상의 측정들(X2)을 얻기 위해 사용된다.
단계(S4)에서, 단계(S2)에서의 제 1 세그먼트에 대해 측정된 상이한 위치들을 비교함으로써 적어도 하나의 위치 차이(ΔX)가 계산된다. 단계(S5)에서는, 단계(S3)에서 측정된 대응하는 쌍의 위치들을 이용하여 제 2 세그먼트에 대해 측정된 상이한 위치들을 비교함으로써 위치 차이(ΔX)가 계산된다. 각각의 ΔX는 동일한 쌍의 파장들 및/또는 편광들에 대응한다. 도 4의 장치에서와 같이 다수의 측정들이 행해지는 경우, 사전설정된 레시피에 따라 및/또는 측정 시에 행해진 품질 평가에 따라 사용에 최적의 쌍이 선택될 수 있다. 각 세그먼트에 대한 다수의 ΔX 값을 얻기 위해 2 이상의 쌍들이 사용될 수 없는 것은 아니다.
단계(S6)에서, 2 개의 세그먼트들에 대한 ΔX의 값들이 알려진 오프셋들(d)의 값과 조합되어, (i) 알려지지 않은 오정합(Δd), (ii) 개략 정렬 격자의 실제 중심 위치(X0), 및 (ⅲ) 분해능-수준 격자의 실제 중심 위치(XAR) 중 어느 것 또는 모두를 계산한다. 이러한 계산들 및 이를 뒷받침하는 원리에 대한 더 세부적인 내용은 아래에 제공될 것이다.
다시 도 10에 도시된 예시적인 마크를 참조하면, 제 2 세그먼트의 조합된 시프트(-d2+Δd)가 제 1 마크의 조합된 시프트(-d1+Δd)보다 크기가 더 큰 것으로 도시되어 있다. 단계(S3)에서의 제 2 세그먼트의 상이한 색들 및 편광들에 대한 센서에 의해 기록된 마크 위치(X)의 측정들은, 단계(S2)에서의 제 1 세그먼트에 대해 기록된 위치들보다 훨씬 더 넓게 이격되며, 개략 또는 분해능-수준 격자 중 어느 하나의 실제 위치로부터 훨씬 더 멀리 있다. 계산과 관련하여서는, 단계(S5)에서 제 1 세그먼트에 대해 계산된 위치 차이(ΔX)가 단계(S4)에서 제 1 세그먼트에 대해 계산된 ΔX보다 훨씬 더 클 것이다. 도 8 및 도 9의 그래프들에서 이미 나타내었지만, 오프셋들 중 하나가 실제적으로 오정합을 정확히 상쇄시키는 경우, 기록된 모든 위치들이 동일할 것이며, 그 세그먼트에 대한 ΔX가 0이 될 것이다.
단계(S7)에서, 레벨 센서 등을 작동시켜 모든 의도한 마크들을 측정한 후, 리소그래피 장치의 투영 시스템(PS)을 이용하여 기판(W)의 타겟부들(C)(도 1)에 제품 또는 디바이스 패턴이 적용된다. 오정합이 측정되었고 위치 값들이 이에 따라 보정되었기 때문에, 제품 피처들의 위치설정이 의도한 위치와 그리고 이전의 리소그래피 단계들에서 만들어진 아래놓인 피처들과 더 정확히 정렬된다. 이러한 피처들이 정렬 센서의 분해 능력보다 한참 아래에 있음에도 불구하고, 측정된 개략 격자 위치(X0)가 이미 종래의 방법에서보다 더 정확하면서도, 분해능-수준 XAR 위치가 직접적으로 이용가능함을 유의한다. 이는 적용된 패턴의 위치설정에 분해능-수준 위치(XAR)를 이용할 수 있는 가능성을 높인다. 분해능-수준 피처들이 적용된 패턴의 제품 피처들과 더 유사하기 때문에, 이 위치 측정을 이용하면 개략 격자 위치(X0)보다 더 정확한 제품 피처들의 배치를 제공할 수 있다(리소 단계에서의 수차들은 마크를 형성한 단계의 수차들과 유사할 것이라고 가정한다). 추가 리소그래피 단계들 후, 완성된 반도체 디바이스 또는 다른 제품이 기판에 형성되었다.
이러한 방법의 단계들은 여하한의 의도한 시퀀스로 수행될 수 있다. 계산 단계들(S4 내지 S6)은 별개의 단계들로서 수행될 수 있거나, 단일한 더 큰 계산 내에 합쳐질 수 있다. 검출기 신호들이 모든 마크들에 대해 저장될 수 있으며, 이후의 단계에서 위치 측정치들을 얻기 위해 처리될 수 있다. 위치 측정치들은 먼저 모든 마크들에 대해 계산될 수 있고, 이후 보정될 수 있으며, 또는 보정된 측정치들이 각 마크를 스캐닝하는 즉시 계산될 수 있다.
이 예시에서 마크 세그먼트들이 근접하게 도시되어 있어, 마크 세그먼트들이 큰 기판 상의 실질적으로 동일한 위치에 있는 것으로 고려될 수 있으며, 센서의 단일 패스(single pass)로 측정될 수 있다. 이후, 종래의 마크와 동일한 방식으로 사용될 조합된 위치 측정치가 출력될 수 있다. 원칙적으로는, 2 개의 세그먼트들이 더 넓게 이격될 수 있을 것이다. 이러한 단계의 한 가지 매력은, 기판의 마크들에 의해 점유된 면적이 전반적으로 크게 증가하는 것을 회피할 수 있다는 데 있을 것이다. 하지만, 결과들의 품질은, 오정합(Δd)이 모든 영역들에서 동일한지 또는 의미를 둘만큼 국부적으로 측정되어야 할 필요가 있는지에 따라 달라질 것이다. 측정 결과들을 처리하고 측정 후 이를 정렬이나 다른 목적들을 위해 이러한 측정 결과들을 이용하는 것이 훨씬 더 복잡할 것이다.
오정합 및 보정된 위치들의 계산
이제, 다양한 결과들의 수학적 계산이 자세히 설명될 것이다. 언급된 바와 같이, 측정된 위치는 사용되는 여하한의 주어진 파장/편광에 대해 개략 및 분해능-수준 피처들 간의 오프셋(d)에 선형으로 의존하는 관찰에 기초한다. 단순함을 위해 편광을 무시하고 파장에 중점을 두어, 이러한 선형 의존성에 대한 계수로서 값 K(λ)를 할당한다. 그러므로, 하위-분할된 정렬 격자에 대해 다음의 관계가 유지된다:
Figure 112015101192701-pct00001
K(λ)는 알려지지 않으며, 마크의 다수의 특성들 그리고 그 위에 놓인 및 아래 놓인 스택에 의존한다. 우리의 바람은, 파장 및 수차에 민감하지 않은 방식으로 개략 격자의 중심을 정확히 나타내는 위치(X0)에 대해 측정된 정렬 위치 X(λ)(이는 마크를 형성하는 데 사용되는 공정의 수차 및 파장에 의존적임)를 보정하기 위해 K(λ) 및 Δd에 대한 표현식(expression)을 찾아내는 데 있다. 서브-분할의 시프트에 대한 정렬된 위치의 민감도로서 K(λ)를 알 수 있다. 알려지지 않은 오정합에 추가하여, 알려진 오프셋들을 갖는 상이한 마크 세그먼트들로부터 위치들을 측정함으로써 앞서 설명된 바와 같은 2 개의 세그먼트들로 K(λ) 및 Δd를 얻을 수 있다. 세그먼트 1은 d1만큼 변위된 하위-분할을 갖고, 세그먼트 2는 d2만큼 변위된 하위-분할을 가지므로, 다음과 같이 쓸 수 있다:
Figure 112015101192701-pct00002
2 개의 상이한 파장들(λ1 및 λ2)에 대해 2 개의 세그먼트들을 찾음으로써, Δd에 대한 표현식을 찾아낼 수 있다. 세그먼트 1에 대해 이는 다음을 의미한다:
Figure 112015101192701-pct00003
또한, 세그먼트 2에 대해서는 다음과 같다:
Figure 112015101192701-pct00004
Figure 112015101192701-pct00005
두 세그먼트들(단계 S4, S5)에 대해 차감함으로써, 각 세그먼트에 대한 이러한 2 개의 색들 간의 위치 차이(ΔX)를 얻으며, 다음과 같다:
Figure 112015101192701-pct00006
두 수학식들을 나누면 다음과 같다:
Figure 112015101192701-pct00007
따라서, 단계(S6)에서,
Figure 112015101192701-pct00008
로서 Δd에 대한 표현식을 도출할 수 있다.
이를 이용하여,
Figure 112015101192701-pct00009
에 의해, 개략 정렬 격자의 실제 중심 위치(X0)를 계산할 수 있다.
Figure 112015101192701-pct00010
에 의해, 분해능-수준 격자의 중심 위치(XAR)를 독립적으로 계산할 수 있다.
따라서, 차동 분할된 마크 정렬 전략(differential segmented mark alignment strategy)은, 측정가능한 파라미터들(이 경우, 세그먼트 1에서 측정된 색 대 색 차이 그리고 세그먼트 2에서 측정된 색 대 색 차이)과 마크 세그먼트들(d1, d2)의 알려진 상이한 오프셋들의 조합에 기초하여 분해능-수준 구조체의 위치를 회수(recover)하는 것이 가능하다. 이미 알려진 바와 같이, 이 계산을 수행하는 데 스택 정보를 필요로 하지 않으며, 이는 새로운 마크를 이용하나, 통상적인 정렬 센서에 이미 제공된 위치 신호들만으로 수행될 수 있다. 또한, 이 기술은 사용되는 특정 타입의 정렬 센서에 독립적이며, 도 3 및 도 4에 도시된 자기-참조 간섭계에 기초한 센서뿐만 아니라 다른 센서들로도 적용될 수 있다.
시뮬레이션된 측정 결과들
방법의 성공을 보여주기 위해, 도 12는 방금 설명된 방법을 이용하여 계산된 보정된 및 보정되지 않은 측정치들을 비교한다. 격자의 파라미터들은 상기의 도 6에 대해 설명된 것과 동일하다. 그래프들 (a) 및 (b)의 상이한 편광들에서 측정들이 수행되었다. 마크는 (알려지지 않은) 오정합 Δd=0.5 nm 및 세그먼트 오프셋 -1 nm 및 +1 nm로 모델링되었다. 650 nm 및 850 nm의 파장들이 사용되었다. 시뮬레이션된 측정을 계산하기 위해, 세그먼트 오프셋들(d1, d2)만이 알려졌다. 그래프들은 분해능-수준 피처들의 정렬 위치(XAR)가 앞서 제시된 방법에 의해 파장에 독립적으로 매우 정확하게 측정될 수 있음을 나타낸다.
이미 언급된 바와 같이, 예시된 기술은 상이한 파장들을 이용하여 얻어진 위치 측정들을 비교하는 것으로 제한되지 않는다. 상이한 편광들, 및/또는 편광 및 파장의 상이한 조합들이 사용될 수 있다. 또한, 동일한 마크의 위치 측정들이 유사한 결과들을 갖는 상이한 조명 프로파일들을 이용하여 얻어질 수 있다. 파장, 편광 및 조명 프로파일의 단일 조합 내에서도, 검출기(430a 또는 430b)로부터 얻어진 위치-의존적 신호는 수 개의 스펙트럼 성분들을 포함할 것이다. 또한, 개략 격자 피치에 대응하는 순수 사인 파도 포함할 것이다. 앞서 언급된 동시계류 출원[ref P-4099]에는, 단일 위치-의존적 광학 신호의 상이한 공간 주파수 성분들이 정렬 센서에서 검출된 위치-의존적 신호로부터 어떻게 추출될 수 있는지가 더 자세히 설명되어 있다. 간단히 말하면, 이러한 상이한 스펙트럼 성분들은 주기적인 격자의 기본 및 고조파 공간 주파수들을 나타내며, 이들의 크기 및 위상은 푸리에 분석(Fourier analysis)에 의해 추출될 수 있다. 이러한 스펙트럼 성분들의 각각은 위치 측정을 얻기 위해 처리될 수 있다. 이러한 상이한 위치 측정들은 오프셋에 의해 다양한 방식들로 영향을 받을 것이며, 앞서 설명된 방식으로 오정합 및 위치들을 측정하는 데 사용될 수 있다.
당업자라면, 위치 측정 쌍들이 사용될 수 있으며, 이의 차이는 파라미터들: 파장, 편광, 조명 프로파일 및 특수 주파수 스펙트럼 성분 중 하나에만 존재함을 이해할 것이다. 동등하게, 동일한 시간에 이러한 파라미터들 중 1 이상이 상이한 위치 측정 쌍들이 사용될 수 있다. 동시계류 출원[ref P-4099]의 기재내용은 본 명세서에서 인용 참조된다.
예시된 기술은 선형 보간으로 제한되지 않으며, 요구된다면, 더 높은 차수[2차, 3차(cubic) 등] 항들을 보정하기 위해 쉽게 확장될 수 있다. 이러한 예시들에 고려된 마크들 및 리소그래피 공정들로, 그래프들에 나타난 바와 같이 선형 관계가 매우 강하게 유지되게 된다. 통상적으로, 시스템의 대칭으로 인해 이차 성분이 전혀 존재하지 않는다. 이러한 선형성은, 분해능-수준 피처들 및 오프셋들이 정렬 센서(AS)에 의해 나타내어지는 주기적인 위치-의존적 신호의 피치와 비교하여 매우 작다는 사실로부터 직관적으로 이해될 수 있다. 하지만, 보정될 수 있는 작은 3차 항(small cubic term)이 존재하며, 다른 경우들에서는 더 높은 차수의 항들이 중요할 수 있다. 이러한 더 높은 차수의 항들을 보정하기 위해, 반응 곡선에 더 많은 지점들이 요구되며, 즉 3차 항을 보정하기 위해서는 4 개의 지점들이 요구되어, 4 개의 상이한 알려진 오프셋들을 갖는 4 개의 마크 세그먼트들이 제공될 것이다. 개선된 정보가 추가 세그먼트들에 의해 점유된 "실제 구역(real estate)" 및 추가 복잡성을 정당화하는지 결정해야 할 것이다. 또한, 단순히 선형 보간의 정확성을 개선하기 위해, 오프셋에 대한 위치 차이의 그래프에 더 많은 지점들을 샘플링하도록 시도할 수 있다. 이러한 기술이 2 개의 샘플들로만 매우 잘 구현된다는 사실은, 어떠한 이유로도 이 기술이 확장될 실시예들을 제외하는 것으로 취급되지 않아야 한다.
결론
상기의 기재내용으로부터, 알려지지 않은 오정합이 위치들 사이에 존재할 때에도, 마크의 개략 및 분해능-수준 피처들의 정확한 위치들을 직접적으로 또는 간접적으로 측정하는 위치의 측정치들이 어떻게 만들어질 수 있는지 알 수 있다. 이러한 개선된 측정은, 정렬 센서에 존재하는 위치 의존적 신호들을 이용하기는 하지만, 신규한 다른 마커 패턴들을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 신호들 중 일부는, 예를 들어 정렬 센서에서 검출된 위치-의존적 광학 신호들의 상이한 색들 및/또는 편광들을 이용하여 생성된 위치 측정치들일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이러한 신호들은 상이한 조명 프로파일들을 이용하여 및/또는 동일한 위치-의존적 신호의 상이한 스펙트럼 성분들을 이용하여 만들어진 위치 측정치들일 수 있다.
정렬 센서를 제어하고, 이에 의해 검출된 신호들을 처리하며, 이러한 신호들로부터 리소그래피 패터닝 공정을 제어하는 데 사용하기에 적절한 위치 측정들을 계산하는 처리 유닛(PU)은, 통상적으로 자세히 설명되지 않는 어떤 종류의 컴퓨터 조립체를 수반할 것임을 이해하여야 한다. 컴퓨터 조립체는 장치 외부의 전용 컴퓨터일 수 있고, 정렬 센서 전용의 처리 유닛 또는 유닛들일 수 있으며, 또는 대안적으로 리소그래피 장치를 전반적으로 제어하는 중앙 제어 유닛(LACU)일 수 있다. 컴퓨터 조립체는 컴퓨터 실행가능한 코드를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품을 로딩하기 위해 배치될 수 있다. 이는 컴퓨터 프로그램 제품이 다운로딩될 때, 컴퓨터 조립체가 정렬 센서(AS)를 갖는 리소그래피 장치의 앞서 언급된 사용들을 제어할 수 있게 한다.
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 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 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 레지스트로부터 이동되며, 레지스트는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 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.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (24)

  1. 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법에 있어서,
    각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배치된 구조체들을 포함하고, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 더 작은 하위-구조체(sub-structure)들을 포함하며, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 상기 구조체들과 상기 하위-구조체들 간의 위치 오프셋(positional offset)으로 형성되며, 상기 방법은:
    (a) 방사선으로 각각의 마크를 조명하고, 상기 마크의 위치에 관한 정보를 포함하는 신호들을 얻기 위해 1 이상의 검출기들을 이용하여 상기 구조체에 의해 회절된 방사선을 검출하는 단계; 및
    (b) 적어도 하나의 마크의 측정된 위치를 계산하기 위해 상기 신호들을 처리하는 단계 - 상기 계산은, 상기 위치 오프셋의 상기 알려지지 않은 성분을 보정하기 위해, 상기 마크들의 알려진 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 복수의 마크들로부터 신호들을 이용함 - 를 포함하는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a)에서 위치 정보를 포함하는 복수의 신호들은 각각의 마크에 대해 얻어지고, 각각의 신호는 동일한 형태를 갖지만, 상이한 특성들을 갖는 방사선을 이용하여 얻어지는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a)에서 위치 정보를 포함하는 복수의 신호들은 각각의 마크에 대해 얻어지고, 각각의 신호는 단일 검출기에 의해 얻어지는 위치-의존적 신호의 상이한 스펙트럼 성분들을 포함하는 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    단계 (b)에서 상기 계산은, (i) 동일한 마크에 대해 얻어진 상기 복수의 신호들로부터의 특정 신호들 간의 차이들, 및 (ii) 상이한 알려진 오프셋들을 갖는 마크들에 대한 상기 차이들 간의 비의 조합에 적어도 부분적으로 기초하는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    단계 (b)에서 상기 계산은, 마크의 상기 위치 오프셋과 신호에 포함된 위치 정보 사이의 관계가 상기 복수의 신호들의 각각에 대해 동일한 수학적 형태를 갖는다는 가정에 적어도 부분적으로 기초하는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관계는 선형 관계인 것이 가정되는, 광학 시스템을 이용하여 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 방법.
  7. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    리소그래피 공정을 이용하여 기판에 디바이스 패턴이 적용되고,
    상기 방법은, 상기 기판에 형성된 1 이상의 마크들의 측정된 위치들을 기준으로 적용된 패턴을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 측정된 위치들은 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 마크들의 위치들을 측정하는 방법에 의해 얻어지는 디바이스 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적용된 패턴은, 상기 알려지지 않은 오프셋을 갖지 않는 상기 구조체들의 위치들이 아니라, 상기 알려지지 않은 오프셋을 포함하는 상기 하위-구조체들의 위치들과 관련된 위치 측정을 기준으로 위치되는 디바이스 제조 방법.
  9. 복수의 마크들이 제공되는 기판에 있어서,
    각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 공간 주기로 반복되도록 배치된 구조체들을 포함하며, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 상기 공간 주기보다 몇 배 더 작은 크기의 하위-구조체들을 포함하고, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋으로 형성되며, 상기 알려진 성분들은 상이한 마크들에 대해 상이하며,
    상기 하위 구조체들은 하위-분할된 공간 부분을 포함하고, 상기 하위-분할된 공간 부분의 일 단부의 공간은 상기 하위-분할된 공간 부분의 다른 단부의 공간보다 더 좁은 기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상이한 알려진 오프셋들을 갖는 2 이상의 마크들은 복합 마크를 형성하도록 근접하게 형성되는 한편, 다른 복합 마크들은 상기 기판에 걸쳐 분포되는 기판.
  11. 리소그래피 공정에 사용하기 위한 패터닝 디바이스에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는, 기판에 적용될 때, 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 기판을 생성할 패턴을 정의하는 패터닝 디바이스.
  12. 리소그래피 장치에 있어서,
    - 기판으로 패턴을 전사하는 패터닝 서브시스템;
    - 상기 패터닝 서브시스템에 대해 상기 기판의 위치들을 측정하는 측정 서브시스템을 포함하며,
    상기 패터닝 서브-시스템은 상기 기판의 의도한 위치에 상기 패턴을 적용하기 위해 상기 측정 서브시스템에 의해 측정된 위치들을 이용하도록 배치되고, 상기 측정 서브시스템은 상기 기판에 제공된 마크들의 측정된 위치들을 기준으로 상기 적용된 패턴을 위치시키도록 배치되며, 상기 측정 서브시스템은 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 마크들의 위치들을 측정하는 방법에 의하여 상기 마크들의 상기 측정된 위치들을 계산하도록 배치되는 리소그래피 장치.
  13. 기판의 마크들의 위치들을 측정하는 장치에 있어서,
    - 방사선으로 각각의 마크를 조명하고, 상기 마크의 위치에 관한 정보를 포함하는 신호들을 얻기 위해 1 이상의 검출기들을 이용하여 구조체에 의해 회절된 방사선을 검출하도록 구성된 광학 시스템;
    - 상기 구조체의 위치와 관련된 복수의 결과들을 얻기 위해 상기 회절된 방사선을 나타내는 신호들을 처리하는 처리 구성부(processing arrangement) - 각각의 결과는 상기 구조체의 특성의 변동들에 의해 상이한 방식으로 영향을 받음 -; 및
    - 상기 처리 구성부에 의해 얻어진 결과들 중 1 이상을 이용하여 상기 구조체의 위치를 계산하는 계산 구성부를 포함하고,
    상기 계산 구성부는 복수의 마크들로부터 신호들을 이용하여 적어도 하나의 마크의 측정된 위치를 계산하도록 배치되며, 각각의 마크는 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배치된 구조체들을 포함하고, 상기 구조체들 중 적어도 몇몇은 더 작은 하위-구조체들을 포함하며, 각각의 마크는 알려진 성분과 알려지지 않은 성분 둘 모두의 조합인, 상기 구조체들과 하위-구조체들 간의 위치 오프셋으로 형성되고, 상기 계산 구성부는 상기 위치 오프셋의 상기 알려지지 않은 성분을 보정하기 위해 상기 마크들의 알려진 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께 상기 신호들을 이용하는 위치 측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 파장 및 편광의 복수의 조합들의 방사선으로 상기 구조체를 조명하도록 배치되고, 상기 1 이상의 검출기들은 상기 복수의 조합들의 방사선을 별도로 검출하도록 배치되며, 상기 처리 구성부에 의해 얻어진 복수의 결과들은 상이한 조합들의 방사선을 이용하여 얻어진 복수의 결과들을 포함하는 위치 측정 장치.
  15. 1 이상의 마크들의 측정된 위치를 얻기 위해, 처리 디바이스가 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계 (b)의 계산을 수행하게 하도록 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체.
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