KR101791123B1 - 정렬 센서, 리소그래피 장치 및 정렬 방법 - Google Patents

정렬 센서, 리소그래피 장치 및 정렬 방법 Download PDF

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Abstract

파장에 좌우되는 각도로 더 높은 차수의 방사선을 회절시키도록 동작할 수 있는 조명 격자를 갖는, 백색광 소스와 같은 방사선 소스, 및 회절된 방사선을 적어도 2개의 반대 방향으로부터 정렬 격자 상으로 전달하기 위한 조명 광학장치를 포함하는 정렬 센서 및 관련된 방법을 개시한다. 정렬 격자 상에 입사되는 모든 성분 파장에 대해, 그리고 각각의 방향에 대해, 2개의 반대 방향 중의 하나의 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수는 다른 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩한다. 이것은 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭시킨다.

Description

정렬 센서, 리소그래피 장치 및 정렬 방법{ALIGNMENT SENSOR, LITHOGRAPHIC APPARATUS AND ALIGNMENT METHOD}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2013년 5월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/820,568의 이점을 청구하며, 이 특허 출원은 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합되는 것으로 한다.
발명의 분야
본 발명은 리소그래피 공정에서 사용되는 것과 같은 정렬 센서 및 정렬 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 위에의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지의 리소그래피 장치는, 타겟 영역 상에 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 각각의 타겟 영역을 조사(照射)하는 소위 스테퍼(stepper), 및 소정의 방향("스캐닝"-방향)의 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝하는 동시에 이 방향과 평행한 방향(동일 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역을 조사하는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수 있다.
디바이스 피처를 기판 상에 정확하게 위치시키도록 리소그래피 공정을 제어하기 위해, 일반적으로 기판 상에 정렬 마크가 제공되며, 리소그래피 장치는 기판 상의 마크의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의 정렬 센서를 포함한다. 이들 정렬 센서는 위치 측정 장치로 작용한다. 상이한 타입의 마크 및 상이한 타입의 정렬 센서가 상이한 시대 및 상이한 제조업체로부터 알려져 있다. 현재 리소그래피 장치에서 폭넓게 사용되는 센서의 타입은 미국 특허 제6961116호(den Boef 등)에 개시된 것과 같은 셀프 레퍼런싱 간섭계(self-referencing interferometer)를 기반으로 한다. 일반적으로, 마크는 X-위치 및 Y-위치를 얻기 위해 별도로 측정된다. 그러나, 조합된 X- 및 Y- 측정은 공개 특허 출원 US2009/195768A(Bijnen 등)에 개시된 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 이들 특허 및 공개 특허의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 통합되는 것으로 한다.
현재의 정렬 기술은 정렬 마크를 조명하는 것과, +1차 및 -1차 회절 차수로부터 간섭 패턴을 획득하는 것을 포함하며, 0차는 차단된다. 이것은 암시야 검출(dark field detection)로서 지칭되기도 한다. 그러나, 정렬 마크의 1차 회절 효율은 더 작아지게 되는 경향이 있으며(정렬 마크 콘트라스트가 더 낮아지게 됨에 따라), 이것은 1차 차수 신호가 점점 더 약해진다는 것을 의미한다. 이에 부가하여, 각각의 정렬 마크를 더 짧은 시간에 측정하기 위한 요구가 증가하고 있다. 짧은 시간에의 이러한 약한 신호의 산탄 잡음 제한 검출(shot-noise limited detection)은 실현 불가능한 강력한 레이저 없이는 불가능하게 된다. 암시야 검출의 또 다른 제한은 정렬 마크의 비대칭 변형을 검출하는 능력이 제한된다는 것이다. 에칭 및 화학 기계 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing, CMP)과 같은 처리 단계들은 마크를 변형시킬 수 있고, 이것은 정렬 어긋남을 야기한다. 이 변형의 검출은 가치가 있으며, +1차와 -1차 차수 간의 세기 불균형을 측정함으로써 행해질 수 있다. 그러나, 암시야 검출에서, 이들 차수가 더해지며, 이것은 비대칭을 검출하는 것을 불가능하게 한다.
저콘트라스트 격자(low contrast grating)를 고속으로 측정할 수 있는 정렬 센서를 제공하는 것이 요망된다. 또한, 격자의 비대칭적 변형의 존재를 매우 간편한 방식으로 검출하는 것 또한 요망된다.
본 발명의 양태에 따라, 정렬 센서가 제공되며, 이 정렬 센서는,
파장에 좌우되는 각도로 더 높은 차수의 방사선을 회절시키도록 동작할 수 있는 회절성 조명 구조체를 포함하는 하나 이상의 조명 소스; 및
상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 회절된 조명 방사선을 적어도 한 쌍의 반대 방위각 방향으로부터 회절성 정렬 구조체 상의 점 상으로 전달하도록 동작할 수 있는 조명 광학장치로서, 상기 정렬 센서는, 상기 회절성 정렬 구조체에 의한 상기 조명 방사선의 회절에 후속하여 그리고 상기 조명 방사선에 포함된 파장 또는 파장들에 대해 독립적으로 동작할 수 있는, 조명 광학장치를 포함하며,
각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩하며, 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩함으로써, 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 기판에 대해 정렬 동작을 수행하는 방법으로서, 상기 기판이 하나 이상의 회절성 정렬 구조체를 포함하며, 상기 방법은,
회절성 조명 구조체를 조명 방사선으로 조명하는 단계; 및
상기 회절성 정렬 구조체에 의한 상기 방사선의 회절에 후속하여 그리고 상기 조명 방사선에 포함된 파장 또는 파장들에 대해 독립적으로, 상기 회절성 조명 구조체로부터 회절된 조명 방사선을 수광하고, 상기 회절된 조명 방사선을 적어도 한 쌍의 반대 방위각 방향으로부터 상기 회절성 정렬 구조체 상의 점 상으로 지향시키는 단계를 포함하며,
각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩하며, 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩함으로써, 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭한다.
이하에서는, 단지 예시를 목적으로 하는 본 발명의 실시예를 대응하는 부분에 대응하는 도면 부호가 부여되어 있는 첨부된 개략 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하고 있다.
도 3은 공지의 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 4는 더 높은 차수의 회절 방사선을 증폭하기 위해 호모다인 검출(homodyne detection) 기술을 이용하도록 동작할 수 있는 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 8은 다크 모드 구성으로 동작하는 도 7의 정렬 센서를 도시하고 있다.
도 9는 개별 SLM 요소의 정수배가 아닌 피치를 갖는 격자를 근사하는 제1 예의 그리드 스냅드 SLM 패턴(grid snaped SLM pattern)을 도시하고 있다.
도 10은 개별 SLM 요소에 의해 정해진 그리드에 대하여 비직교 배향(non-orthogonal orientation)을 갖는 격자를 근사하는 제2 예의 그리드 스냅드 SLM 패턴을 도시하고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 본 리소그래피 장치는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 방사선 빔(B, 예컨대 UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL);
- 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 특정 파라미터에 따라 패터닝 장치를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 기판)(W)을 유지하도록 구성되고, 특정 파라미터에 따라 예컨대 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을, 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 또는 그보다 많은 다이를 포함하는) 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS).
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 다른 형태의 광학 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 장치를 유지한다. 즉, 지지 구조체는 패터닝 장치의 중량을 지탱한다. 지지 구조체는 패터닝 장치의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 장치가 진공 분위기에 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 좌우되는 방식으로 패터닝 장치를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체는 패터닝 장치가 예컨대 투영 시스템에 대하여 요구된 위치에 있도록 할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 장치"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 모든 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 반전 피처(phase-shifting feature) 또는 이른바 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 영역 내의 요구된 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.
패터닝 장치는 투과형 또는 반사형 모두 가능하다. 패터닝 장치의 예로는 마스크, 프로그래머블 미러 어레이, 및 프로그래머블 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그래머블 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하다. 경사진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한 때에는, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형의 것(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 반사형의 것(예컨대, 전술한 바와 같은 유형의 프로그래머블 미러 어레이를 채용하거나, 또는 반사형 마스크를 채용함)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)의 것이어도 된다. 이러한 "복수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블이 병행하여 사용될 수 있거나, 또는 하나 이상의 테이블 상에서는 예비 공정을 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용하는 것이 가능하다.
리소그래피 장치는 기판의 적어도 일부분이 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 예컨대 물과 같은 비교적 굴절률이 높은 액체에 의해 덮여질 수 있는 유형의 것으로도 될 수 있다. 액침액은 또한 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이와 같이 리소그래피 장치에서의 다른 공간에도 적용될 수 있다. 액침액은 투영 시스템의 개구도(numerical aperture)를 증가시키기 위해 본 기술 분야에 널리 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 표현은 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 한다는 것을 의미하지 않고 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예컨대, 방사선 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스와 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이 방사선 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수도 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면(pupil plane) 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔의 단면에서 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 조절하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 장치(MA)에 의해 패터닝된다. 패터닝 장치(MA)를 종단한 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템(PS)이 방사선 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 집속시킨다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟 영역(C)을 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시되어 도시되어 있지는 않음)를 이용하여, 예컨대 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적 인출 후에 또는 스캔하는 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 위치시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제1 위치 설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 이용하여 실현될 것이다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치 설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와 반대되는 것으로서의), 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용의 타겟 영역에 위치하고 있지만, 이들 마크들은 타겟 영역(C) 사이의 공간 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 마스크(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 리소그래피 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴 전체를 한 번에 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 그리고나서, 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일 정지 노광시에 이미징되는 타겟 영역(C)의 크기가 한정된다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟 영역(C)의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이(및 노광 필드의 크기)에 의해 타겟 영역의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)가 결정된다.
3. 또 다른 모드에서는, 프로그래머블 패터닝 장치를 유지한 채로 마스크 테이블(MT)을 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WT)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스가 채용되며, 프로그래머블 패터닝 장치는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사선 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그래머블 미러 어레이와 같은 프로그래머블 패터닝 장치를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 그 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 2개의 스테이션, 즉 노광 스테이션과 측정 스테이션을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입의 것이다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서의 다른 기판 테이블 상에 탑재될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행된다. 예비 단계는 레벨 센서(도시하지 않음)를 이용하여 기판의 표면 제어를 맵핑하는 것과, 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 리소그래피 장치의 처리량의 실질적인 증가를 가능하게 한다. 노광 스테이션에서뿐만 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 위치 센서(IF)가 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 기판 테이블의 위치를 둘 모두의 스테이션에 추적될 수 있도록 하기 위해 제2 위치 센서가 제공될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래피 셀(lithographic cell: LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 기판상에서 노광 전 공정 및 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 종래에는, 이들 장치는 레지스트 층을 침적하기 위한 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(developer: DE), 냉각 플레이트(chill plate: CH), 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하고, 기판을 여러 공정 장치 사이로 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 트랙(track)으로도 통칭되는 이들 장치는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 이러한 트랙 제어 유닛은 그 자신이 감시 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 제어되고, 감시 제어 시스템은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 이와 같이, 다양한 장치를 동작시켜, 처리량과 공정 효율을 최대로 할 수 있다.
디바이스 피처를 기판 상에 정확하게 위치시키도록 리소그래피 공정을 제어하기 위해, 일반적으로 기판 상에 정렬 마크가 제공되며, 리소그래피 장치는 기판 상의 마크의 위치가 정확하게 측정될 수 있도록 하는 하나 이상의 정렬 센서를 포함한다. 정렬 센서는 위치 측정 장치로 작용한다. 상이한 타입의 마크 및 상이한 타입의 정렬 센서가 상이한 시대 및 상이한 제조업체로부터 알려져 있다. 현재의 리소그래피 장치에서 폭넓게 사용되는 센서의 타입은 미국 특허 제6961116호(den Boef 등)에 개시된 것과 같은 셀프 레퍼런싱 간섭계를 기반으로 한다. 일반적으로, 마크는 X-위치 및 Y-위치를 얻기 위해 별도로 측정된다. 그러나, 조합된 X- 및 Y- 측정은 공개 특허 출원 US2009/195768A(Bijnen 등)에 개시된 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 이들 특허 및 공개 특허의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 통합되는 것으로 한다.
상업적인 정렬 센서를 이용하는 진보된 정렬 기술이 Jeroen Huijbregtse 등에 의해 Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XVII, Daniel J. Herr, Editor, Proceedings of SPIE Vol. 5038 (2003)에서 발표된 "Overlay Performance with Advanced ATHENA™ Alignment Strategies"에 의해 개시되어 있다. 이들 전략은 확장될 수 있고, 전술한 미국 특허 US'116 및 US'768에 의해 개시된 타입의 센서에 경제적으로 적용될 수 있다. 상업적 센서의 특징은 이들이 동일한 타겟 격자 또는 격자들 상의 방사선(광)의 편광 및 여러 개의 파장(색상)을 이용하여 위치를 측정한다는 것이다. 단일 색상이 모든 상황에서의 측정을 위해 이상적이지는 않으며, 이로써 상업적 시스템은 다수의 신호로부터 선택하고, 그 중 하나가 가장 신뢰할 수 있는 위치 정보를 제공한다.
도 3은 공지의 정렬 센서(AS)의 개략 블록도이다. 조명 소스(220)가 하나 이상의 파장의 방사선의 빔(222)을 제공하며, 이 빔이 스폿 미러(223)에 의해 대물 렌즈(224)를 통해 기판(W) 상에 위치된 마크(202)와 같은 마크 상으로 전환된다. 마크(202)에 의해 산란된 방사선(204)은 대물 렌즈(224)에 의해 픽업되고, 정보 운반 빔(226)으로 시준된다. 이 정보 운반 빔(226)은 센서에서의 기준점에 대한 마크(202)의 위치를 측정하기 위해 이용된다. 이 기준점은 격자(206) 또는 셀프 레퍼런싱 간섭계에서의 "뉴트럴 라인(neutral line)"일 수 있다. 검출기(230)가 결과 신호(240)를 검출한다. 스폿 미러(223)는 편리하게도 이 점에서 제로 차수 스톱(zero order stop)으로서 작용하며, 이로써 정보 운반 빔(226)이 마크(202)로부터의 더 높은 차수 회절 방사선만을 포함한다(이것은 "암시야" 측정으로서도 지칭된다). 센서 그리드(230)에서의 개별 센서로부터의 세기 신호(240)가 처리 유닛(PU)에 제공되며, 이 처리 유닛으로부터 기판 상의 X-위치 및 Y-위치에 대한 값이 출력된다. 이와 달리, 검출기(230)는 단일 광다이오드일 수 있으며, 격자(206)는 그 위에 이미징되는 이미지와 동일한 피치를 갖는다. 격자(206)에 의해 투과된 방사선의 양은 정렬 격자가 X-방향으로 스캔됨에 따라 달라지게 된다.
처리 유닛(PU)은 도 1에 도시된 제어 유닛(LACU)과는 별개의 것일 수도 있거나, 또는 이들은 사실은 설계 선택 및 편의성으로 동일한 처리 하드웨어를 공유할 수도 있다. 처리 유닛(PU)이 별개의 것인 경우, 신호 처리의 일부분은 처리 유닛(PU)에서 수행될 수 있고, 또 다른 부분은 LACU에서 수행될 수 있다.
다수의 리소그래피 공정은 흡수층 또는 공정 분할(process segmentation)에 의해 매우 낮은 광학 콘트라스트를 갖는 정렬 격자를 이용하는 것이 증가하고 있다. 그 결과, 격자는 매우 낮은 1차 차수 회절 효율 A1, A-1을 갖는다. 현재의 암시야 방법을 이용하면, 검출된 신호 레벨은
Figure 112015118624484-pct00001
과 동일하며, 여기서
Figure 112015118624484-pct00002
과
Figure 112015118624484-pct00003
는 각각 +1차 차수와 -1차 차수의 위상이다. 신호 레벨은
Figure 112015118624484-pct00004
로(격자 깊이에 좌우되어) 근사적으로 스케일된다는 것을 알 수 있다. 이 신호는 보통은 광전류(photocurrent)가 저항기를 통해 보내지는 트랜스임피던스 증폭기를 사용하여 검출된다. 산탄 잡음 제한 검출을 달성하기 위해, 매우 높은 피드백 저항기가 요구되며, 이것은 피드백 저항기 양단의 작은 기생 커패시턴스의 존재로 인해 최대 신호 대역폭을 제한한다.
이에 부가하여, 웨이퍼 변형을 적절하게 캡쳐하기 위해 더 많은 정렬 격자를 측정할 필요가 증가하고 있다. 처리량을 유지하면서 웨이퍼 상의 다수의 정렬 타겟을 측정하기 위해서는, 정렬 스캔 속도가 현저하게 증가할 필요가 있다(현재 전형적으로 사용되는 10mm/s로부터 1m/s 또는 그 이상으로와 같이, 100배 정도 더 빠르게). 이것은 정렬 신호 주파수를 ㎒ 대역으로 증가시킨다. 그러나, 이것은 산탄 잡음 제한 검출을 위해 요구되는 고속 피드백 저항기로 검출될 수 없다.
암시야 방법의 또 다른 단점은 검출된 신호가 함께 간섭된 +1차 및 -1차 회절 차수로 이루어지고, 따라서 격자 비대칭성 정보가 전용 장치 없이는 용이하게 획득될 수 없다는 것이다.
도 4는 전술한 문제점을 해소하는 것을 목적으로 하는 구성을 도시하고 있다. 이 구성은 1차 차수 회절 신호의 각각을 별도로 광학적으로 증폭하기 위해 호모다인 검출 기술을 이용한다. 도시된 특정한 구성에서, 2개의 가간섭성 빔(coherent beam)(400, 400')(단일 오프-액시스(off-axis) 조명 소스로부터 획득될 수 있는)이 있으며, 이들 빔은 렌즈 L1을 포함하는 조명 광학장치를 통해 정렬 격자(AG)와 같은 회절성 정렬 구조 상에 전달되고 포커싱된다. 빔(400, 400')의 입사각 θ는 동일하지만, 빔 400이 방위각
Figure 112015118624484-pct00005
로 입사되면, 빔 400'이 방위각
Figure 112015118624484-pct00006
로 입사되도록, 반대 방위각 방향으로 입사된다. 명료화를 위해, 정렬 격자(AG)는 여기에서는 투과성인 것으로서 도시되어 있지만, 실제 정렬 어플리케이션에서는 반사성 격자가 사용될 것이다. 정렬 격자(AG)의 피치 P와 조명 빔의 파장 λ는 아래의 관계를 충족하는 방식으로 선택된다:
Figure 112015118624484-pct00007
이 특정 조명 조건에 대해, 그 결과의 0차 차수 방사선 및 1차 차수 방사선은 가간섭성으로 중첩하고, 동일한 방향으로 전파할 것이다. 그 결과, 1차 차수 방사선은 0차 차수 방사선에 의해 광학적으로 증폭된다. 도면에서, 빔 400 및 그 결과의 회절 빔(410, 420)은 실선으로 도시되어 있고, 빔 400' 및 그 결과의 회절 빔(410', 420')은 점선으로 도시되어 있다. 강한 0차 차수 빔(410, 410')은 더 두꺼운 라인을 사용하여 도시되어 있고, 각각이 복소 진폭(complex amplitude) A0를 갖는다. 훨씬 약한 ±1차 차수 빔(420, 420')은 얇은 라인을 사용하여 도시되어 있고, 각각이 복소 진폭 A±1을 갖는다.
렌즈 L2 및 L3은 검출기(D-1, D+1) 상에 정렬 격자(AG)의 이미지를 생성한다. 웨지(wedge)(Wg)는 2개의 공간적으로 분리된 이미지가 형성되도록 한다. 검출기(D-1, D+1) 상의 세기는 각각 아래와 같다:
Figure 112015118624484-pct00008
여기서, 위상 항목 Φ는 x=0에 대한 0차 차수 방사선과 ±1차 차수 방사선 간의 위상차이다. 이 위상차는 낮은 광학 콘트라스트를 갖는 얕은 위상 격자에 대해서는 π/2이다. 2개의 세기를 감산함으로써 아래의 식이 산출된다:
Figure 112015118624484-pct00009
이 검출된 차이 신호는 "고전적인(classical)" 위상 격자 정렬의 경우에서와 같이
Figure 112015118624484-pct00010
보다는
Figure 112015118624484-pct00011
로 스케일하는 정렬 신호를 산출한다. 이것은 높은 정렬 스캔 속도에서의 광자 제한 검출(photon-limited detection)을 허용하는 커다란 광학 증폭을 산출한다. 진폭 격자가 사용되는 곳에서, I-1과 I+ 1 세기는 위치를 찾기 위해 함께 더해질 수 있다.
I-1과 I+ 1 세기로부터 별도로 위치를 결정하는 것도 가능하다. 최종 위치는 이들 개별적인 2개의 위치들의 평균에 의해 주어질 것이다. 이 방법은 정렬 격자 비대칭에 덜 민감하게 되는 장점을 갖는다. 또한, +1차 및 -1차 차수가 별도로 검출됨에 따라, 이 비대칭을 검출하고 측정하는 것이 간략하게 된다.
그러나, 이 특정 구성은 유연성이 부족하다. 고정된 격자 피치(P)와 입사각 θ로, 이 구성은 단지 단일 파장 λ에 대해서만 작동할 것이다. 현재의 상업 센서의 특징은 이들이 동일한 타겟 격자 또는 격자들 상의 방사선(광)의 편광 및 여러 개의 파장(색상)을 사용하여 위치를 측정한다는 것이다. 단일 색상이 모든 상황에서의 측정을 위해 이상적이지는 않으며, 이로써 상업적 시스템은 다수의 신호로부터 선택하고, 그 중 하나가 가장 신뢰할 수 있는 위치 정보를 제공한다.
도 5는, 도 4 실시예의 단일 파장 제한을 해소하고, 그에 따라 백색광 조명 소스(500)(또는 임의의 파장의 소스)가 사용될 수 있도록 하는 도 4의 구성에 대한 변형을 도시한다. 이 구성에서, 조명 소스(여기서는 백색광 소스)가 조명 격자(IG)와 같은 회절성 조명 구조체를 조명하기 위해 이용된다. 조명 격자(IG)는 정렬 격자(AG)의 피치가 P인 때에 2P 피치를 갖는다. 조명 격자(IG)는 입사 방사선을 자신의 파장에 좌우되는 각도로 회절시킨다. 백색광을 구성하는 3개의 파장(510, 510', 510")의 방사선의 +1차 및 -1차 회절 차수가 도시되어 있다(물론 이것은 순수하게 예시이며, 백색광 소스(500)는 다수의 더 많은 파장의 방사선을 포함할 수도 있다). 조명 격자(IG)로부터의 0차 차수 방사선은 미러/조리개(MS)에 의해 차단된다. 렌즈(L1, L2)와 같은 조명 광학장치는, 조리개(MS)와 조합하여, 정렬 격자(AG) 상에 단위 배율(unit magnification)을 갖는 조명 격자(IG)의 암시야 이미지를 생성한다.
도 4의 구성과 마찬가지로, (적어도) 2개의 반대 방위각 방향으로부터 방사선이 인가된다. 그러나, 이 경우, 각각의 방위각 방향으로부터의 방사선은 이제는 다수의 상이한 파장의 방사선을 포함하며, 각각의 이들 파장은 상이한 입사각 θ로 입사된다(입사각 θ가 각각의 성분 파장 λ의 함수임). 더욱이, 조명 격자(IG)가 정렬 격자(AG)의 피치 P의 2배의 피치를 갖는 경우, 아래의 관계
Figure 112015118624484-pct00012
가 모든 파장 λ에 대해 충족된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 정렬 격자(530)로부터 회절된 방사선에 대해, 약한 1차 차수 방사선은 모든 색상에 대해 강한 0차 차수 방사선에 가간섭성으로 합쳐진다. 1차 차수 방사선의 광학 증폭이 설명되고 있지만, 임의의 더 높은 차수가 본 방법에 의해 광학적으로 증폭될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 물론, 소스의 파장에 상관없이 작동하는 구성에서는 단일 파장 소스가 사용될 수도 있다.
광학적으로 증폭된 방사선(530)은 검출기(D+1, D-1)에 의해 검출된다. 대부분의 실질적인 어플리케이션에서, 이들 검출기는 호모다인 신호의 파장-분해 검출(wavelength-resolved detection)을 허용하기 위해 추가의 광학장치를 포함할 것이다.
위의 예에서는 단지 2개의 반대 방위각 방향으로부터의 방사선이 보여지고 있지만, 총 2N 개의 조명 빔을 사용하는 것도 가능하며, 여기서 N 개의 빔은 (평균) 입사각 θi와 방위각
Figure 112015118624484-pct00013
를 가지며, 다른 N 개의 빔은 (평균) 입사각 θi와 방위각
Figure 112015118624484-pct00014
를 갖는 포인트-미러드 카피(point-mirrored copy)이다. 이러한 방식으로, 예컨대, 2D-주기 격자가 측정될 수 있거나, 또는 0차 차수 방사선이 정렬 격자에 의해 회절된 다른 더 높은 차수로부터의 방사선과 혼합될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 구성의 더욱 실질적인 실시예를 도시하고 있다. 여기서, 조명 격자는 고속으로 프로그래밍될 수 있도록 하기 위해 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 의해 교체되어 있다. 이것은 상이한 피치의 정렬 격자가 리소그래피 공정의 상이한 층 상에서 사용될 수도 있음에 따라 조명 격자의 피치 또는 배향이 정렬 격자(AG)의 피치 또는 배향에서의 변경량에 따라 변경될 수 있도록 한다. 또한, 렌즈 시스템의 배율(F1/F2, 여기서 F1은 렌즈 L1의 초점 거리이고, F2는 렌즈 L2의 초점 거리임)은 반드시 단일의 것(unity)일 필요는 없다(또는 조정 가능한 것일 수도 있다). 본 실시예에서, 공간 광 변조기(SLM)의 피치 PSLM이 이하의 식을 충족하는 때에, 모든 파장에 대해, 중첩하는 0차 및 1차 차수가 획득된다:
Figure 112015118624484-pct00015
여기서 PAG는 정렬 격자의 피치이다.
정렬 격자(AG) 및 공간 광 변조기(SLM)는 여기에서는 반사성(대부분의 경우에서 그러한 바와 같이)인 것으로 나타내어져 있다. 또한, 웨이퍼(W), 빔 스플리터(BS), 빔 덤프(BD), 렌즈(L2), 단일-모드 조명 섬유(610) 및 스폿 미러(620)(렌즈 L1의 후초점면(back-focal plane)에서의)를 통해 공간 광 변조기(SLM)에 전달되는 슈퍼-컨티넘 광원(super-continuum light source)(600), 및 다중-모드 검출 섬유(640), 증폭된 +1차 및 -1차 회절 차수를 공간적으로 분리하기 위한 웨지(650) 및 렌즈 L3를 통해 광학적으로 증폭된 회절 빔을 픽업하는 검출 전자장치(630)가 도시되어 있다. 물론, 이 구체적인 구성은 순수하게 예를 위한 것이며, 다른 광학 요소, 조명 소스 또는 검출 장치가 사용될 수도 있다. 예컨대, SLM은 상이한 피치를 갖는 다수의 상이한 격자를 포함하는 기판에 의해 대체될 수도 있다. 이러한 구성에서, 특정 피치의 선택은 적절한 격자를 조명 소스에 의해 조명될 위치로 이동시킴으로써 수행된다. 각각의 격자의 배향 또한 변화될 수 있다.
공간 광 변조기(SLM)가 약간의 에너지를 소비하고, 시스템 내에 포함된 기다란 경로 길이가 있는 결과, 공간 광 변조기(SLM)는 드리프트(drift)하여 시스템이 적절하게 기능하지 않도록 할 수도 있다. 이것은 빔 덤프를 공간 광 변조기(SLM)의 임의의 배치를 모니터링할 수 있는 레퍼런스 브랜치로 교체함으로써 해소될 수 있다. SLM 드리프트를 모니터링할 수 있는 어떠한 장치도 레퍼런스 브랜치에 사용될 수 있다.
도 7은 레퍼런스 브랜치(700)를 포함하는 이러한 구성의 예를 도시하고 있다. 이 예에서의 레퍼런스 브랜치(700)는 셀프 레퍼런싱 간섭계(710), 편광 빔 스플리터(polarising beam splitter, PBS), 렌즈(L4, L5), 다중-모드 검출 섬유(720), 및 검출 전자장치(730A, 730B)를 포함한다. 셀프 레퍼런싱 간섭계는 미국 특허 제6961116호에 개시된 것이어도 된다.
셀프 레퍼런싱 간섭계(710)는 조명 빔들(도 5에서의 빔 510+, 510-와 같은) 간의 위상차를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 레퍼런스 브랜치는 위상차가 변화됨에 따라 반대 위상(anti-phase)으로 변화되는 2개의 신호를 출력한다. 이 위상차는 위치 오차로서 직접 눈에 드러나게 되며, 따라서 정정되어야 한다. 이들 2개의 신호는 다중-모드 검출 섬유(720) 및 검출 전자장치(730A, 730B)를 이용하여 검출된다. 이들 2개의 신호를 감산함으로써, SLM 드리프트(위상 변동으로부터의)를 측정할 수 있다.
레퍼런스 브랜치는 또한 작은 1차 차수 신호를 압도할 수 있는 소스 빔에서의 세기 잡음을 측정하여, 이 잡음이 검출 신호로부터 제거될 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 검출 전자장치(730A, 730B)에 의해 검출된 2개의 신호를 더함으로써 행해진다.
또 다른 장점은 장치(740)(간섭계(710), 렌즈(L2), 및 빔 스플리터(BS)를 포함하는)가 작은 임계 볼륨을 갖는다는 것이다. 임계 볼륨에서의 드리프트만이 측정된 위치에서의 드리프트에 기여한다. 임계 볼륨 외측의 드리프트(예컨대, SLM)은 레퍼런스 브랜치로 검출되며, 따라서 정정될 수 있다. 이것은 정렬 센서를 나노미터 스케일로 안정하게 유지하기가 더 쉬워진다는 것을 의미한다.
전술한 기술이 종래의 암시야 기술에 비해 다수의 장점을 제공하지만, 본 발명과의 하위 호환성이 바람직하다. 도 6 또는 도 7의 장치는 암시야 정렬 모델이 선택되게 할 수 있도록 매우 간략하게 수정될 수 있다.
도 8은 이러한 모드를 예시한다. 공간 광 변조기(SLM)는 자신의 피치 PSLM가 아래의 식을 충족하도록 프로그래밍된다(또는 조명 격자가 변경되거나/선택된다):
Figure 112015118624484-pct00016
이 경우, +1차 및 -1차 회절 차수(800)는 둘 모두 이들이 간섭하는 정렬 격자(AG)에 법선 방향으로 회절된다. 그리고나서, 간섭하고 있는 1차 회절 차수(800)는 검출 섬유(640)에 의해 픽업될 수 있고, 검출 전자장치(630)에 의해 검출될 수 있다. 1차 회절 차수(800)의 경로에서의 광학장치는 빔이 방해받지 않고 통과할 수 있도록 하기 위해 약간 수정될 수도 있다(예컨대, 웨지(650)가 자신의 중앙에 애퍼처를 가질 수도 있음).
조명 격자의 피치 및 배향을 정렬 격자의 피치 또는 배향에서의 변경량에 따라 변경될 수 있도록 하기 위해 조명 격자 대신에 SLM이 사용될 수 있다는 것을 위에서 설명하였다. 그러나, SLM은 유한 치수(finite dimension)를 갖는 분할 불가능한 그리드 요소(indivisible grid element)로 공간적으로 양자화된다는 것을 이해하여야 한다. 이것은 2가지의 잠재적인 문제를 야기한다:
ㆍ 정렬 격자가 SLM의 최대 분해능으로 인해 적절하게 재생될 수 없는 피치 및/또는 듀티 사이클을 가질 수도 있다. 이것의 예는 원하는 피치가 SLM의 개별 스위칭 가능 요소의 관련 치수의 정수배가 아닌 경우이다. 또 다른 예는 원하는 피치가 SLM의 개별 스위칭 가능 요소의 관련 치수의 홀수 정수배인 경우이다.
ㆍ 정렬 격자가 SLM의 배향과 상이하게 배향될 수도 있다(호모다인 정렬 센서의 광축 주변에). 정렬 격자 회전과 SLM 회전 간의 이러한 상대적인 회전은 예컨대 22.5도 또는 45도 정도일 수 있다. 이러한 경우의 곳에서, 원하는 격자 패턴은 SLM 그리드에 비직교적으로 배향될 수 있으며, 그 결과 각각의 격자 라인의 에지가 들쭉날쭉하게 나타날 수도 있다.
피치 및 상대적인 회전에 있어서의 더 큰 유연성을 제공하기 위해, 원하는 조명 격자 패턴을 그리드 스냅(grid snap)하는 것이 제안되어 있다. 이러한 구성에서, 피치, 듀티 사이클 및/또는 배향과 같은 격자의 임의의 양상(sapect)이 SLM의 이용 가능한 개별 스위칭 가능 요소에 (즉, 원하는 피치 및 원하는 배향에) 그리드 스냅될 수 있다. 이러한 맥락에서의 그리드 스냅핑은 예컨대 컴퓨터 그래픽 및 디지털 포토그래피와 같은 어플리케이션에서 사용되는 광학 안티-에일리어싱 기술(anti-aliasing technique)에 밀접하게 관련된다. 어리한 어플리케이션에서, 이상적으로는 직선으로 보여야 하는 에지가 사용되고 있는 특정한 디바이스의 분해능 한계로 인해 들쭉날쭉하게 보일 수도 있다. 안티-에일리어싱 기술은 에지를 근본적으로 블러링(blurring)함으로써 이러한 들쭉날쭉한 모양을 제한한다.
도 9는 제1 예의 그리드 스냅드 SLM 패턴을 도시하고 있다. 여기에서 예시된 SLM 패턴은 개별 SLM 요소의 짝수 정수배가 아닌 피치를 갖는 격자 패턴을 근사한다. 이 도면은, 각각의 개별 패턴 요소(즉, "격자" 라인(910))의 폭과, 길이를 따라 교호적으로 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)으로 되어 있는 각각의 "격자" 라인(910)의 쌍 사이의 간격(920)을 갖는 SLM "격자" 패턴(900)을 도시하고 있다. W2와 W1 간의 차이는 예컨대 단일 SLM 요소(930)의 폭이 될 수 있다. 이러한 교호(alternation)는 피치가 격자(900)의 길이를 따라 P1과 P2로 교호하도록 인접한 라인(910)에 대해 엇갈리게 되어 있다. 폭(W1, W2) 및 피치(P1, P2)의 적절한 선택에 의해, 그렇지 않은 경우에는 가능하지 않은 (예컨대) 피치(또는 듀티 사이클)를 근사하는 격자 패턴이 획득될 수 있다.
도시된 구체적인 예에서, 원하는 피치는 SLM을 구성하는 각각의 개별 요소(930)의 폭의 홀수 정수배(예컨대, 7)이다. 그 결과, 패턴을 적절하게 렌더링하기 위해, 각각의 "격자" 라인(910) 및 "격자" 라인(910)의 쌍들 사이의 각각의 간격(920)은 각각의 개별 요소(930)의 폭의 3.5배의 폭을 가질 필요가 있을 것이다. 예컨대, SLM을 구성하는 각각의 개별 요소(930)의 폭이 8 ㎛인 예를 고려하여 설명하면, 이러한 SLM을 이용함으로써, 예컨대 32 ㎛ 또는 48 ㎛(8 ㎛의 짝수배)의 피치를 갖는 격자 패턴을 제공하는 것은 간편하다. 그러나, 이 해법은 40 ㎛ 또는 56 ㎛의 피치(8 ㎛의 홀수배)가 요구되는 때에는 그렇게 간단하지 않다. 이 예에 따라, 56 ㎛의 피치는 각각의 "격자" 라인(910)의 폭과 "격자" 라인의 각각의 쌍 사이의 간격(920)을 이들의 길이를 따라 24 ㎛와 32 ㎛ 사이(즉, SLM의 3개의 개별 요소와 4개의 개별 요소 사이)로 교호함으로써 근사될 수 있다. 이 교호 폭의 피치(p)를 "격자" 라인(910)의 길이에 비하여 작게 제공함으로써, 그 결과의 격자 패턴(900)은 이 예에서는 56 ㎛인 피치 (P1+P2)/2의 규칙적인 격자 패턴을 근사할 것이다. 여기서, 이 교호 폭의 피치(p)는 SLM이 분해할 수 있는 만큼 작으며, 그 듀티 사이클은 대략 50%이다. 물론, 모든 이들 값은 예로 제공된 것이며, 순수하게 본 명세서에 개시된 SLM 그리드 스냅핑 기술의 기본적인 개념을 예시하기 위한 것이다.
본 명세서에 개시된 그리드 스냅핑 기술은 SLM 방사선의 진폭, 위상 및/또는 편광을 변조하는 것을 통해 수행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 변조/스냅핑은 도 9에 도시된 바와 같이 흑색 및 백색으로 수행될 수 있거나 또는 중간값(예컨대, 회색 톤)을 이용하여 수행될 수 있다.
도 10은 정렬 격자에 대하여 22.5도에 걸쳐 회전되고 따라서 SLM에 대하여 회전된 격자 패턴(940)을 더 우수하게 근사하기 위해 중간값을 사용하는 이 그리드 스냅핑 개념의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 안티-에일리어싱 기술과 유사한 그리드 스냅핑 기술은 각각의 격자 라인(950)의 라인 에지를 블러링하기 위해 사용된다. 이를 위해, 라인 에지에서의 개별 SLM 요소는 격자 라인(950)의 중앙 영역의 톤(tone)과 격자 라인(950)의 쌍들 사이의 간격(960)의 중앙 영역의 톤 사이에 놓여 있는 중간값(회색 톤)으로 변조될 수 있다. 이를 위해 안티-에일리어싱 필터링 기술이 사용될 수 있다.
SLM의 개별 요소의 형상이 직사각 형상으로 제한될 필요는 없고, 예컨대 6각형 형상을 포함할 수도 있다는 것에 유의하여야 한다.
암시야 기술과 같은 현재의 정렬 기술은 편광에 견고하지 못하다(not polarization-robust). 나노미터-임계 경로에 조정 가능한 편광 요소를 갖는 해법은 "위험성이 크다(high-risk)". 작은 임계 볼륨의 가능성으로, 본 명세서에 제공된 개념은 편광 유연성의 추가의 장점을 제공한다. SLM과 빔스플리터 사이의 조명 빔에 (조정 가능한) 편광 요소를 삽입함으로써 조명 편광을 선택하는 것이 가능하다. 또한, (조정 가능한) 편광 요소는 검출기의 앞에서 검출 경로에 삽입될 수 있다. 이들 요소는 나노미터-임계 경로의 외측에 있음에 따라 조정 가능하게 될 수 있다.
요약하면, 본 명세서에 개시된 기술의 장점은 이하의 것을 포함한다:
ㆍ 1 nm 미만의 레프로 웰(repro well)로 고속(1 m/s)에서 낮은 콘트라스트(웨이퍼 품질 - ＜0.01%) 짧은 정렬 격자(48 ㎛ 스캔-길이)를 측정하는 능력
ㆍ 하위 호환성을 위한 암시야 검출 성능의 포함
ㆍ 임의의 격자 배향. 피치 범위는 0.6 ㎛ - 20 ㎛ 정도
ㆍ 위치 측정 채널에서 격자 비대칭 정보가 이미 이용 가능하며, 이로써 전용의 비대칭 검출 하드웨어가 필요 없음
ㆍ 회전방향으로 대칭적이고 임계 빔 조리개(beam stop) 또는 조정 가능한 요소를 포함하지 않는 작은 임계 볼륨
ㆍ 낮은 미광(stray light) 레벨이 예상되고, 0차 누출(zero-order leakage)이 영향을 미치지 않음
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용예에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟 영역"과 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 장치), 계측 장비, 및/또는 검사 장치에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 곳에서는, 상기한 기판 처리 장치와 여타 기판 처리 장치에 본 명세서의 개시 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.
위에서는 광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것을 구체적으로 언급하였을 수도 있지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 어플리케이션에도 이용될 수 있으며, 문맥이 허용하는 곳에서는 광학 리소그래피로 한정되지 않는다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 장치에서의 토포그래피가 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급되는 레지스트의 층으로 프레스될 수 있으며, 그러므로 이 레지스트가 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 장치가 레지스트에서 멀어지게 이동됨에 따라 레지스트에 패턴이 잔류하게 되며, 그 후 레지스트가 경화된다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장 또는 그 부근의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
문맥이 허용하는 곳에서의 "렌즈"라는 용어는 굴절성, 반사성, 자기성, 전자기성, 및 정전성 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명의 구성요소는 위에서 개시된 바와 같은 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
상기한 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 본 발명을 예시하기 위한 것이다. 그러므로, 당업자는 아래에 설명된 청구항들의 범위에서 벗어나지 않고서도 전술한 바와 같은 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (43)

  1. 정렬 센서에 있어서,
    파장에 좌우되는 각도로 더 높은 차수의 방사선을 회절시키도록 동작할 수 있는 회절성 조명 구조체를 포함하는 하나 이상의 조명 소스; 및
    상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 회절된 조명 방사선을 적어도 한 쌍의 반대 방위각 방향으로부터 회절성 정렬 구조체 상의 점 상으로 전달하도록 동작할 수 있는 조명 광학장치로서, 상기 정렬 센서는, 상기 회절성 정렬 구조체에 의한 상기 조명 방사선의 회절에 후속하여 그리고 상기 조명 방사선에 포함된 파장 또는 파장들에 대해 독립적으로 동작할 수 있는, 조명 광학장치
    를 포함하며,
    각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩하며, 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩함으로써, 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭하는,
    정렬 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명 소스는 다중-파장 조명 소스이며, 상기 정렬 센서는 상기 회절성 정렬 구조체 상에 입사되는 모든 성분 파장에 대해 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭하도록 동작할 수 있는, 정렬 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 둘 모두로부터 상기 회절성 정렬 구조체 상에 입사되는 방사선은 가간섭성(coherent)인, 정렬 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회절성 조명 구조체는 공간 광 변조기를 포함하는, 정렬 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 공간 광 변조기가 변조하는 광의 진폭, 위상 및 편광 중 하나 이상을 변조하도록 동작할 수 있는, 정렬 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 공간 광 변조기의 개별 스위칭 가능 요소에 의해 정해진 분할 불가능한 그리드 요소(indivisible grid element)를 갖는 그리드에 대해 사전결정된 회절성 조명 구조체 패턴을 그리드 스냅(grid snap)하도록 동작할 수 있는, 정렬 센서.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기에서의 드리프트(drift)를 측정하도록 동작할 수 있는 레퍼런스 브랜치(reference branch)를 더 포함하는, 정렬 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레퍼런스 브랜치는 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향과 제2 방향으로부터 상기 회절성 정렬 구조체 상에 입사되는 방사선 간의 위상차를 결정하도록 동작할 수 있는 간섭계를 포함하는, 정렬 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회절성 정렬 구조체 상에 입사되는 방사선의 플러스 및 마이너스 1차 회절 차수가 회절 격자에 법선 방향으로 방출되고 간섭하도록, 상기 회절성 조명 구조체가, 상기 조명 광학장치의 배율 계수에 의해 승산된, 상기 회절성 정렬 구조체의 피치와 동일한 피치를 갖는, 암시야 모드(dark field mode)로 동작할 수 있는, 정렬 센서.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회절된 조명 방사선의 경로 또는 상기 정렬 센서의 검출 경로에 조정 가능 편광 요소를 더 포함하는, 정렬 센서.
  11. 제1항 또는 제2항에 청구된 바와 같은 정렬 센서를 포함하는, 반도체 생산 공정에 사용하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 방사선의 빔을 발생하도록 구성되는 리소그래피 장치와, 투영 챔버 내에 있고 기판의 타겟 영역 상으로 방사선의 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 더 포함하며, 상기 정렬 센서는 상기 기판 상의 회절성 정렬 구조체를 검출하도록 동작할 수 있는, 반도체 생산 공정에 사용하기 위한 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 기판의 검사를 위한 검사 장치를 더 포함하며, 상기 정렬 센서는 상기 기판 상의 회절성 정렬 구조체를 검출하도록 동작할 수 있는, 반도체 생산 공정에 사용하기 위한 장치.
  14. 기판에 대해 정렬 동작을 수행하는 방법으로서, 상기 기판이 하나 이상의 회절성 정렬 구조체를 포함하며, 상기 방법은,
    회절성 조명 구조체를 조명 방사선으로 조명하는 단계; 및
    상기 회절성 정렬 구조체에 의한 상기 방사선의 회절에 후속하여 그리고 상기 조명 방사선에 포함된 파장 또는 파장들에 대해 독립적으로, 상기 회절성 조명 구조체로부터 회절된 조명 방사선을 수광하고, 상기 회절된 조명 방사선을 적어도 한 쌍의 반대 방위각 방향으로부터 상기 회절성 정렬 구조체 상의 점 상으로 지향시키는 단계
    를 포함하며,
    각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩하며, 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제2 방향으로부터 입사되는 방사선의 0차 회절 차수가 각각의 쌍의 반대 방위각 방향 중 상기 제1 방향으로부터 입사되는 방사선의 더 높은 회절 차수와 중첩함으로써, 더 높은 회절 차수를 중첩하는 0차 차수로 광학적으로 증폭하는,
    기판에 대해 정렬 동작을 수행하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회절성 조명 구조체는 공간 광 변조기를 포함하는, 기판에 대해 정렬 동작을 수행하는 방법.
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