KR102390742B1 - 마크, 오버레이 타겟, 및 정렬 및 오버레이 방법 - Google Patents

마크, 오버레이 타겟, 및 정렬 및 오버레이 방법 Download PDF

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Abstract

공진 진폭 격자 마크는 정렬 마크의 표면 평면(506)에 입사하는(500) 파장 λ의 방사선(502)을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다. 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드(508)의 여기에 의한 것이다. 주기 구조의 부분들의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배(mλ)와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이(nsL1 + ndL2)를 제공하도록 구성된다. 부분들의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반(λ/2)과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이(ndL2)를 제공하도록 또한 구성된다.

Description

마크, 오버레이 타겟, 및 정렬 및 오버레이 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 10월 24일자로 제출된 EP 출원17197914.9호 및 2018년 5월 2일자로 제출된 EP 출원 제18170352.1호의 우선권을 주장하며, 이들 특허 문헌은 전체가 본 명세서에 참고로 통합되어 있다.
기술 분야
본 발명은 예를 들면, 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에 사용 가능한 마크, 오버레이 타겟, 및 관련 정렬 및 오버레이 에러 결정 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판 상에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예를 들면, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)의 패턴(종종 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 지칭됨)을 기판(예를 들면, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선 감수성 재료(레지스트)의 층에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm, 및 13.5 nm이다. 4 내지 20 nm 범위 내의 파장, 예를 들면 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외(extreme ultraviolet: EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치가, 예를 들어 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피처를 기판 상에 형성하는데 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 고전적인 분해능 한계보다 더 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 낮은 k1의 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로 표현될 수 있는데, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서 투영 광학계의 개구수(numerical apergure)이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로는 인쇄되는 최소의 피처 크기지만, 이 경우는 반피치(half-pitch)임)이고, k1은 경험적 분해능 계수이다. 일반적으로, k1이 작을수록 특정의 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자에 의해 계획된 형상 및 치수와 유사한 패턴을 기판 상에 재현하기가 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용될 수 있다. 이들은 예를 들면, NA의 최적화, 맞춤형 조명 방식(customized illumination scheme), 위상 쉬프팅 패터닝 디바이스의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC(optical proximity correction), 때로는 "광학 및 프로세스 보정"이라고 지칭되기도 함)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법"(resolution enhancement techniques: RET)으로 정의되는 다른 방법을 포함하나, 이에 국한되지 않는다. 혹은, 낮은 k1에서의 패턴의 재현을 개선하기 위해 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 사용될 수도 있다.
기판 상에의 패턴의 정확한 배치가 리소그래피에 의해 생성될 수 있는 회로 컴포넌트들 및 다른 제품들의 크기를 축소하기 위한 주된 과제이다. 특히, 이미 배치된 기판 상의 피처를 정확하게 측정하는 과제는 작동 디바이스들을 높은 수율로 생산하기에 충분할 만큼 정확하게 연속적인 피처 층들을 중첩되게 정렬할 수 있도록 함에 있어서 중요한 단계이다. 일반적으로, 소위 오버레이는 오늘날의 서브미크론의 반도체 디바이스에서는 수십 나노미터 이내로, 가장 중요한 층(most critical layers)에서는 낮게는 수 나노미터까지 달성되어야 한다.
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조를 측정하는 것이 종종 바람직하다. 임계 치수(critical dimension: CD)를 측정하기 위해 종종 사용되는 주사 전자 현미경, 및 오버레이, 즉 디바이스의 2개의 층의 정렬 정확도를 측정하기 위한 특수화된 툴을 포함하여, 이러한 측정을 행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위해 다양한 형태의 산란계(scatterometer)가 개발되고 있다. 이들 디바이스는 전자기 방사선의 빔을 타겟에 지향시키고는 산란된 전자기 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들면, 파장의 함수로서 단일 반사각에서의 강도; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 강도; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있는 회절 "스펙트럼"을 획득한다.
종래의 정렬 마크는 입사 방사선을 회절시키는 2진 위상 격자(binary phase gratings)로 구성된다. 이들은 최적의 격자 깊이에서 격자의 상단 및 격자의 하단에 의해 회절된 방사선의 보강 간섭(constructive interference)에 의존한다. 이 빛은 정렬 센서에 의해 캡처되어 웨이퍼 상의 마크 위치를 규정하는데 사용된다. 정렬 마크가 완벽하게 대칭인 이상적인 시나리오에서는, 웨이퍼의 변형이 없다고 가정하면, 정렬 위치 편차(Alignment Position Deviation: APD)는 0이며, 그래서 최상의 오버레이가 된다. 하지만, 에칭, 화학-기계적 연마(chemical-mechanical polishing: CMP), 어닐링, 적층, 산화 등과 같은 처리의 결과로서, 실제 정렬 마크는 다양한 방식으로 변형되며, 그래서 종종 사전에 알려지지 않은 비대칭을 초래한다. 관찰되는 전형적인 비대칭은 바닥 경사(Floor Tilt: FT), 상단 경사(Top Tilt: TT), 및 측벽 각도(Side Wall Angle: SWA)를 포함한다. 또한, 처리에서의 변동으로 인해, 정렬 마크의 깊이도 또한 공칭값을 중심으로 변할 수 있다.
정렬 센서로부터 오는 방사선이 정렬 마크와 상호 작용하여 회절될 때, 이러한 회절된 방사선은 마크의 기하학적 구조에 관한 정보도 또한 포함한다. 따라서, 비대칭(변형된) 정렬 마크의 경우에, 센서는 웨이퍼 상의 실제 위치와 다른 - APD가 0이 아닌 - 위치를 검출한다. 이는 마크에 유발된 비대칭의 유형과 크기에 크게 의존하며 마크 깊이에도 또한 의존하는 오버레이 에러를 초래한다.
프로세스의 영향에 대한 세부 사항이 사전에 알려지거나 또는 조사 연구 후에 알려지는 경우에는 특정 프로세스 중에 변형에 덜 영향을 받는 정렬 마크가 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 마크는 특정 프로세스 및 반도체 제조업자에 매우 특유할 수 있다. 표준 접근법은 상이한 색상을 사용하여 정렬을 수행하는 것을 포함하는데, 회절된 방사선에 포함된 마크 아웃라인에 관한 정보는 색상에 크게 의존하기 때문에, 특정 마크 변형에 대해 APD를 최소화하는 색상 또는 색상들의 조합을 식별할 수 있다. 하지만, 이러한 마크 변형의 변동은 웨이퍼 전체에 걸쳐 존재하며 웨이퍼마다 다르다. 그 결과, 복수의 색상을 사용하는 시나리오에서도 오버레이 성능은 최적이 아니다. 또한 일부 정렬 시스템은 단 2개의 색상으로 제한된다.
오버레이 에러를 측정하는 데 사용되는 오버레이 타겟도 동일한 변형의 문제를 겪는다. 이는 측정된 오버레이 에러에서의 부정확도로 이어질 수 있다
프로세스에 의해 유발된 변형으로부터 발생하는 마크 비대칭에 덜 영향을 받는 마크 및 오버레이 타겟을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 평면형 기판 상에 형성된 마크가 제공되며, 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조(periodic structure)를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태의 마크를 포함하는 기판이 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인 제1 양태에 따른 하부 마크를 포함하고, 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하는 오버레이 타겟이 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 제3 양태의 오버레이 타겟을 포함하는 기판이 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면,
평면형 기판 상에 형성된 정렬 마크를 제공하는 단계 - 정렬 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것임 -;
방사선으로 정렬 마크를 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 정렬 마크에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 정렬 마크의 위치를 결정하는 단계:
를 포함하는 정렬 방법이 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면,
평면형 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 - 오버레이 타겟은 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인 하부 마크를 포함함 - 을 제공하는 단계로서,
- 하부 마크는 하부 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 주로 그 표면 평면에 평행한 그 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이며; 및
- 상부 마크는 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 그 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하는,
상기 단계;
방사선으로 오버레이 타겟을 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 상부 마크와 하부 마크 사이의 오버레이 에러를 결정하는 단계:
를 포함하는, 오버레이 에러를 결정하는 방법이 제공된다.
이제 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 단지 예로서 본 발명의 실시예들이 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 전체도를 도시한다.
도 2는 종래의 위상 격자에 의한 회절을 도시한다.
도 3은 진폭 격자에 의한 회절을 도시한다.
도 4는 공진 체계(resonance regime)에서의 격자를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공진 진폭 마크를 도시한다.
도 6은 도 2에 도시된 것과 유사한 위상 격자에 대한 전계(electrical field)의 시뮬레이션을 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 것과 유사한 공진 진폭 격자에 대한 전계의 시뮬레이션을 도시한다.
도 8은 격자 마크 깊이 및 광 경로의 함수로서 +1 회절 차수에 대한 회절 효율 맵을 도시한다.
도 9는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 바닥 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다.
도 10은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 바닥 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(Wafer Quality: WQ)을 도시한다.
도 11은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 측벽 각도 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다.
도 12는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 측벽 각도 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 13은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 상단 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다.
도 14는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 상단 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 단위 셀의 서브세그먼트화 부분(sub-segmented portion)을 갖는 공진 진폭 격자를 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 상단에 공진 진폭 마크를 갖는 마크 스태킹을 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 하단 공진 진폭 마크를 갖는 오버레이 타겟을 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 정렬 방법의 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 에러 측정 방법의 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 초파장(supra-wavelenth) 서브세그먼트화 공진 진폭 마크를 도시한다.
도 21은 도 20의 초파장 서브세그먼트화 공진 진폭 마크와 비교하기 위한, 서브파장(sub-wavelength) 서브세그먼트화 위상 마크를 도시한다.
도 22는 도 20의 초파장 서브세그먼트화 공진 진폭 마크 및 도 21의 서브파장 서브세그먼트화 위상 마크에 대한 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다.
도 23은 도 20의 초파장 서브세그먼트화 공진 진폭 마크 및 도 21의 서브파장 서브세그먼트화 위상 마크에 대한 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들면, UV 방사선, DUV 방사선, 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터라고도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 지지 구조(예를 들면, 마스크 테이블)(T), 기판(예를 들면, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들면, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 기판(W)의 타겟 부분(C)(예를 들면, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들면, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
작동시, 일루미네이터(IL)는 예를 들어, 빔 전달 시스템(BD)를 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수신한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위해, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기, 또는 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각 강도(spatial and angular intensity) 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는 사용되는 노광 방사선 또는 액침 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 적합한 굴절, 반사, 반사굴절(catadioptric), 아나모픽(anamorphic), 자기, 전자기, 및 정전 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 보다 일반적인 용어인 "투영 시스템"(PS)과 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록 기판의 적어도 일부가 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들면 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있는데 - 이는 액침 리소그래피라고도 지칭된다. 액침 기법에 대한 추가 정보는 본 명세서에 참고로 통합되어 있는 미국 특허 제6,952,253호 및 PCT 공개공보 제WO99-49504 호에 제공되어 있다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개(이중 스테이지) 이상의 기판 테이블(WT) 및 예를 들면, 2개 이상의 지지 구조(T)(도시되지 않음)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "복수의 스테이지" 기계에서, 추가 테이블/구조는 병렬로 사용될 수도 있고, 또는 패터닝 디바이스(MA)의 디자인 레이아웃을 기판(W) 상에 노광하기 위해 하나 이상의 다른 테이블이 사용되는 동안 하나 이상의 테이블 상에서 준비 단계가 수행될 수도 있다.
작동시, 방사선 빔(B)은 지지 구조(예를 들면, 마스크 테이블(T)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크(MA))에 입사하여, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패턴화된다. 마스크(MA)를 통과한 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하는데, 투영 시스템(PS)은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C)에 포커싱한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들면, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2D 인코더, 또는 용량성 센서)의 보조에 의해, 예를 들면 상이한 타겟 부분들(C)을 방사선 빔(B)의 경로에 위치시키기 위해 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확하게 위치시키기 위해 제1 포지셔너(PM) 및 가능케는 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되지는 않음)가 사용될 수 있다. 마스크(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)을 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크는 전용 타겟 부분을 점유하지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브 레인 정렬 마크(scribe-lane alignment marks)로 알려져 있다).
본 발명의 실시예들은 2진 격자(binary gratings)로 제작된 신규한 마크를 제공한다. 이들은 표면 모드의 결합 및 누출(leaking)을 사용한다. 비대칭에 영향을 받지 않는 마크 디자인의 일반적인 프레임워크가 제공된다. 깊이 변동에 영향을 받지 않는 마크 디자인의 일반적인 프레임워크도 또한 제공된다. 프로세스에 의해 유발된 마크 비대칭의 영향을 완화하기 위해 신규한 마크 디자인에는 단 하나의 단일 파장만이 필요하다. 또한, 마크의 피치를 조정하는 것만으로 정렬 신호 강도(웨이퍼 품질(WQ))가 튜닝 가능할 수 있다. 이들 마크는 프로세스에 의해 유발된 마크 비대칭에 영향을 받지 않기 때문에 기준 웨이퍼의 제조를 단순화하며, 그래서 웨이퍼 간의 에러 수정을 위한 "골든" 기준 웨이퍼를 제공한다.
실시예들은 대부분의 유형의 비대칭(FT, SWA)에 영향을 받지 않는 신규한 유형의 2진 마크 설계를 제공한다. 깊이 변동에 영향을 받지 않으며 그에 따라 모든 비대칭(FT, SWA, TT)에 대한 프로세스 변동에 영향을 받지 않는다.
신규한 마크를 고찰하기 전에, 종래의 위상 격자가 설명되고(도 2), 진폭 격자의 원리(도 3) 및 공진의 발생(도 4)이 설명될 것이다.
도 2는 종래의 위상 격자에 의한 회절을 도시한다. 파장 λ의 방사선(200)이 이 예에서는 단면으로 도시된 격자인 평면형 기판(212) 상에 형성된 주기 구조(periodic structure)(210)를 조명한다. 릿지들(ridges)(210) 사이의 갭은 기판(212) 쪽으로 하향 연장되는 깊이 d의 트렌치(trench)를 형성한다. 이 d가 마크의 깊이이다. 격자(210)의 상단 및 하단에서 각각 반사된 산란 방사선(204과 206) 사이의 간섭은 산란 방사선(202)을 생성하기 위한 최적의 두께 d에 대해 보강적이다. 그래서 반사파의 위상의 변조를 통해 회절이 발생한다. 격자는 파면(wavefront)의 주기적 변조를 도입한다.
도 3은 진폭 격자에 의한 회절을 도시한다. 파장 λ의 방사선(300)이 격자(310)를 조명한다. 반사 필름에 주기적 개구(periodic apertures)를 갖는 격자에 의해 회절된 방사선(302)은 주기 Λ에만 의존한다. 반사 필름은 점광원(point source)(304)의 세트에 상당한다. 위상 격자와 대조적으로, 회절은 위상이 아니라 반사파의 진폭의 변조를 통해 발생한다. 위상 격자와 공통적으로, 진폭 격자는 파면의 주기적 변조를 도입한다.
도 4는 공진 체계에서의 격자를 도시한다. 파장 λ의 방사선(400)이 격자(510)를 조명한다. 입사하는 방사선(400)은 격자 평면에서 상반 전파파(counter-propagating wave)(408)로 공진적으로 여기된다(excites). 격자 자체는 필요한 운동량을 도입한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 진폭 마크를 도시한다. 평면형 기판(512) 상에 마크가 형성된다. 마크는 정렬 마크의 표면 평면(506)에 입사하는(500) 파장 λ의 방사선(502)을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다. 표면 평면(506)은 기판의 평면에 평행하다. 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드(508)의 여기에 의한 것이다.
주기 구조는 주기성의 방향(도 5의 단면에서는 좌측에서 우측으로)을 따라 인접한 제1 부분(510) 및 제2 부분(504)으로 분할된 반복된 단위 셀을 갖는다.
제1 부분(510)은 제1 유효 굴절률(ns) 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이(L1)를 갖는다. 제2 부분(504)은 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률(nd) 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이(L2)를 갖는다.
부분들의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배(mλ)와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이(nsL1 + ndL2)를 제공하도록 구성된다.
입사 방사선의 파장은 공진 설계 규칙과 매칭되도록 사전에 결정될 수 있다. 혹은, 광대역 방사선이 마커에 입사될 수 있고, 그 후에 공진 모드 파장을 선택하기 위해 정렬 센서 주파수 필터가 튜닝될 수도 있다.
부분들의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반(kλ/2)과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이(ndL2)를 제공하도록 또한 구성된다. 이들은 공진을 지원하기 위해 방사선 파장을 격자 재료의 경계 조건과 매칭시키는 조건이다.
이 예에서, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이(ndL2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반(λ/2)과 같으며, 그래서 제2 부분(504)에는 공진 모드의 단 하나의 파복(antinode)만이 존재하는데, 즉 k=1 이다. k>1일 때에는, 홀수의 파복이 존재하는 반면 짝수의 파복은 상쇄되며, 그래서 산란에 기여하지만 효율이 저하된 단 하나의 파복만 남기게 된다.
마크는 도 1에서 P1 및 P2로 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)와 같은 평면형 기판 상에 형성된다.
마크에 의해 회절된 방사선은 마크의 아웃라인에 관한 정보는 포함하지 않으며, 단지 웨이퍼 상의 마크 위치에 관한 정보만을 포함한다. 마크는 공진 진폭 마크(Resonant Amplitude Mark: RAM)로 지칭될 수 있다. 이 용어는 (도 2를 참조하여 설명된 바와 같은) 위상 격자에 기초한 전통적인 정렬 마크에 대해 이러한 RAM의 상이한 작동 원리를 강조하기 위해 선택되었다. "마크"와 "격자"는 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 격자는 도 5의 예를 참조하여 설명된 바와 같이 1차원(1-D) 격자일 수 있으나, 본 발명은 1-D 격자에 국한되지 않는다. 이는 공진을 지원하도록 구성된 유효 굴절률 및 주기성의 양방향으로의 길이를 갖는 2-D 격자에도 적용될 수 있다.
이 마크 설계에서는, 정렬 센서로부터 나오는 방사선이 격자 평면에서 2개의 상반 전파파(counter-propagating waves)를 여기시킨다. 이들 2개의 파는 소위 "정재파(standing wave)", 즉 격자 평면에서의 공진 모드를 형성한다. 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 이들 2개의 상반 전파파는 마크의 깊이를 통해 전파되는 것이 아니라 마크 표면에 머무르며, 그래서 마크의 깊이에 의해 영향을 받지 않는다.
이 공진 모드는 기타 유형의 마크와 마찬가지로 빛을 격자 차수(grating orders)로 효과적으로 누출시키고, 종래의 마크와 동일한 방식으로 캡처될 수 있으며, 그래서 새로운 센서 설계가 필요하지 않다. 실제로, 센서는 빛이 RAM으로부터 오는지 또는 종래의 마크로부터 오는지를 구별할 수 없게 되며, 공진 모드가 격자 평면에 놓이므로 RAM으로부터 오는 빛은 마크의 아웃라인에 관한 정보는 포함하지 않고 마크의 위치에 관한 정보만을 포함한다는 이점이 있다. 사실상, 격자 차수로 회절된 빛이 주기적인 방식으로 격자 표면 상에 국소화된 점광원 - 그 방사 특성은 마크의 깊이에 의존하지 않음 - 으로부터 온다는 의미에서, 이 마크는 진폭 마크로서 거동한다. 이는 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 반사성 불투명 필름에 주기적인 슬릿이 절개된 시나리오와 유사하다.
적절한 설계에 의해, 이는 마크가 그 아래에 있는 층의 스택(layer stack)의 존재에 훨씬 덜 영향을 받게 하며, 또한 오버레이 타겟(도 17 참조)으로 또는 마크 스태킹(도 16 참조)에 사용될 수도 있다.
RAM의 구성을 위해, 공진 모드에의 효율적인 결합 및 센서 평면에서의 모드의 효율적인 누출을 갖는 것이 바람직하다.
이들은 다음의 설계 규칙을 사용함으로써 제공할 수 있다. 격자 단위 셀(grating unit cell)의 광 경로는 파장의 정수배와 같으며:
Figure 112020041722125-pct00001
저굴절률 재료(공간)의 광 경로는 파장의 절반과 같다.
Figure 112020041722125-pct00002
여기서 L1 + L2 = Λ(피치)이고, k는 정수, 바람직하게는 k = 1이다. 이들 2개의 간단한 설계 규칙으로부터, 센서 사양(개구수, NA)에 따라 특정 색상에 상이한 피치가 사용될 수 있다. 따라서, 고정 파장 λ에 대해, 마크 피치 Λ의 증가는 보다 큰 듀티 사이클을 초래하게 된다.
도 6은 도 2에 도시된 것과 유사한 위상 격자에 대한 전계(electric field)의 시뮬레이션을 도시한다. 밝은 음영(light shading)은 보다 높은 전계 세기를 나타낸다(도면의 우측 바 참조).
격자의 주기 구조 내에서 전계의 최고 강도는 약 0.2 ㎛의 Z 위치(수직 축)에서 트렌치 내에서 발견된다. 이 시뮬레이션은 0.3 ㎛의 마크 깊이, 2000 nm의 주기, 및 850 nm의 원적외선 파장의 격자를 사용한다.
도 7은 도 3에 도시된 것과 유사한 공진 진폭 격자에 대한 전계의 시뮬레이션을 도시한다. (정재파인) 격자 평면에서 여기된 공진 모드는 마크의 깊이와 무관하게 산란된 방사선을 격자 차수로 누출시킨다. 이는 격자의 주기 구조와 관련된 전계의 최고 강도가 약 0.4 ㎛의 Z 위치(수직 축)에서 트렌치의 외부에서 발견되기 때문이다. 이 전계는 마크의 깊이와 트렌치의 비대칭에 영향을 받지 않는다. 이 시뮬레이션은 0.3 ㎛의 마크 깊이, 1942 nm의 주기, 및 850nm의 원적외선 파장의 격자를 사용한다.
도 8은 정규화된 격자 마크의 깊이(d/λ)(수직 축) 및 광 경로(수평 축)의 함수로서 +1 회절 차수에 대한 회절 효율 맵을 도시한다.
조건 (1) 및 (2)(수학식 1 및 수학식 2)가 충족되면, 회절 효율(웨이퍼 품질, WQ)은 마크의 마크 깊이와 무관하다. m = nsL1 + L2/λ= 4에서의 수직 광 밴드(light band)가 이 점을 나타낸다. 이 예에서, nd = 1이다.
도 9는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 바닥 경사(Floor Tilt: FT) 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(Alignment Position Deviation: APD)를 도시한다. 도 9 내의 삽입도는 바닥 경사 비대칭의 형상을 나타낸다. 이 경우에, 바닥 경사는 트렌치의 일측으로부터 타측으로 깊이의 차이가 1 nm 이다. 종래의 위상 격자는 3.2 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 정사각형 마커를 갖는다. 공진 진폭 격자는 각각 1.94 및 3.11 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 각각 원과 삼각형 마커를 갖는다. 파장은 850 nm이다.
도 10은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 바닥 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 9와 도 10으로부터 APD에 대한 FT의 영향은 종래의 위상 격자(정사각형 마커를 갖는 그래프)의 경우보다 공진 진폭 격자(원과 삼각형 마커를 갖는 그래프)의 경우에 크기의 정도(orders of magnitude)가 더 작음을 알 수 있다. 공진 진폭 격자(원과 삼각형 마커를 갖는 그래프)의 경우, WQ는 쉽게 검출할 수 있을 정도로 여전히 높다(> 20 %). 수학식 1에서 보다 작은 m을 사용함으로써, 필요한 경우에 WQ가 더욱 증가될 수 있음에 유의하자. 이는 마크 피치 Λ를 저감시킴으로써 및/또는 도 15를 참조하여 설명되는 바와 같이 마크의 릿지(L1)를 깊게 서브파장 서브세그먼트화(sub-wavelength sub-segmenting)함으로써 행해질 수 있다. 또한, 보다 작은 피치를 사용하면 보다 작은 마크를 사용할 수 있게 되며, 그래서 스크라이브 레인의 가용 공간을 절약하는 이점이 있다.
또한, APD와 WQ 양자 모두의 경우에, 작동 원리로부터 예상되는 바와 같이 마크 깊이가 변동함에 따라 관찰되는 의존성은 없다. 도 9에 도시된 RAM에 대한 APD는 마크 깊이와 관계없이 기본적으로 0(< 0.05 nm)이다. 도 9 및 도 10에 사용된 RAM은 850 nm(원적외선(Far Infra-Red), FIR)에서 가장 잘 작동하도록 설계되지만, 마크는 635 nm(적색)와 같은 다른 파장용으로도 설계될 수 있다.
도 11은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 측벽 각도 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다. 도 11 내의 삽입도는 측벽 각도 비대칭의 형상을 나타낸다. 이 경우에, 측벽 각도는 1.1°이다. 종래의 위상 격자는 3.2 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 정사각형 마커를 갖는다. 공진 진폭 격자는 각각 1.94 및 3.11 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 각각 원과 삼각형 마커를 갖는다. 파장은 850 nm이다.
도 12는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 측벽 각도 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 11과 도 12로부터 APD에 대한 SWA의 영향도 또한 종래의 마크와 비교할 때 RAM의 경우에 더 작음을 알 수 있다. 작은 마크 깊이의 경우에 SWA의 영향은 일반적으로 제한적이지만, RAM의 경우에 마크 깊이의 함수로서의 APD의 변동은 훨씬 작다. 이는 마크 토폴로지(mark topology)에서 처리에 의해 유발된 변동의 상황에서 중요하다. 따라서 이 상황에서도, RAM 성능은 종래의 마크보다 우수하다.
도 13은 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 상단 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다. 도 13 내의 삽입도는 상단 경사 비대칭의 형상을 나타낸다. 이 경우에, 상단 경사는 트렌치의 일측으로부터 타측으로 높이의 차이가 1 nm이다. 종래의 위상 격자는 3.2 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 정사각형 마커를 갖는다. 공진 진폭 격자는 각각 1.94 및 3.11 ㎛의 피치를 가지며, 그 그래프는 각각 원과 삼각형 마커를 갖는다. 파장은 850 nm이다.
도 14는 종래의 위상 격자 및 2개의 공진 진폭 격자 각각에 대한 상단 경사 비대칭의 존재시의 정렬 마크 깊이의 함수로서 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다.
도 13으로부터 상단 경사의 영향은 RAM의 경우에 0이 아닌 일정한 APD 임을 알 수 있다. FT 및 SWA의 시나리오에서와 같이 성능이 명확하지는 않지만, APD는 마크 깊이의 함수로서 변동하지 않으며, 그래서 종래의 마크의 경우와 달리 수월하게 수정될 수 있다는 것을 언급할 가치가 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 단위 셀의 서브세그먼트화 부분(sub-segmented portion)을 갖는 공진 진폭 격자를 도시한다. 도 5를 참조하여 설명된 것과 공통되는 특징은 동일한 참조 번호를 갖는다. 제1 부분(1510)은 제1 유효 굴절률(ns)을 생성하도록 서브세그먼트화된다. 이 예에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률(ns)을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조(periodic substructure)(1511)에 의해 서브세그먼트화된다.
(도시되지 않은) 다른 실시예에서는, 제2 부분이 제2 유효 굴절률(nd)을 생성하도록 서브세그먼트화될 수 있다. 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 상단에 공진 진폭 마크를 갖는 마크 스태킹(mark stacking)을 도시한다. 도 5를 참조하여 설명된 것과 공통되는 특징은 동일한 참조 번호를 갖는다. 공진 진폭 격자(510, 504)는 평면형 기판(512) 상의 격자(1614, 1616, 1618)의 스택 상의 중간층(1612) 상에 형성된다. 도 16을 참조하여 설명되는 바와 같은 마크 스태킹의 경우에, 모드는 격자 평면에서 전파되기 때문에 RAM은 아래의 층들에 위치된 다른 정렬 마크의 존재에 영향을 덜 받는다. 이는 크로스토크(cross-talk)를 저감시키며, 그에 따라 보다 강고한 판독을 가능케 한다. 이는 스크라이브 레인의 공간을 절약할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 하단 공진 진폭 마크를 갖는 오버레이 타겟을 도시한다. 도 2를 참조하여 설명된 것과 공통되는 특징은 동일한 참조 번호를 갖는다.
오버레이 타겟은 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이 기판(1712) 상에 형성된 주기 구조(1710, 1704)를 갖는 하부 마크(lower mark)로서 공진 진폭 마크를 갖는다. 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사(200)하는 파장 λ의 방사선(1702)을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다.
하부 마크 위에는 하부 마크와 동일한 피치를 가지며 중간층(1704) 상에 위상 격자 주기 구조(210)를 포함하는 상부 마크가 놓인다. 주기 구조(210)는 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 방사선(202)을 산란시키도록 구성된다. 이 상부 격자로부터의 산란은 주로 격자의 상단과 하단으로부터 반사된 방사선 사이의 간섭에 의한 것이다. 상부 위상 격자의 참조 번호는 도 2를 참조하여 설명된 것과 동일한 피처를 나타낸다.
오버레이 타겟은 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)와 같은 평면형 기판 상에 형성된다. 이 오버레이 타겟은 공진 진폭 마크를 하단 격자로 사용하기 때문에 하단 격자 비대칭에 영향을 받지 않는다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 정렬 방법의 흐름도이다. 본 정렬 방법은 다음의 단계들을 갖는다.
1802(MRK): 평면형 기판 상에 형성된 정렬 마크를 제공하는 단계.
1804(ILL): 소정의 파장의 방사선으로 정렬 마크를 조명하는 단계.
1806(DET): 조명으로부터 발생하는 정렬 마크에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계.
1808(APD): 검출된 방사선을 사용하여 정렬 마크의 위치(APD)를 결정하는 단계.
정렬 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다. 표면 평면은 기판의 평면에 평행하다. 산란은 주로 표면 평면에 평행한 인접한 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 에러 측정 방법의 흐름도이다. 오버레이 에러를 결정하는 방법은 다음의 단계들을 갖는다.
1802(TGT): 평면형 기판 상에 형성된 오버레이 타겟을 제공하는 단계. 오버레이 타겟은 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인 하부 마크를 갖는다. 하부 마크는 하부 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다. 표면 평면은 기판의 평면에 평행하다. 산란은 주로 그 표면 평면에 평행한 인접한 그 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이다. 상부 마크는 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 인접한 그 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 소정의 파장의 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다.
1904(ILL): 소정의 파장의 방사선으로 오버레이 타겟을 조명하는 단계.
1906(DET): 조명으로부터 발생하는 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계.
1908(OV): 검출된 방사선을 사용하여 상부 마크와 하부 마크 사이의 오버레이 에러(OV)를 결정하는 단계.
도 18 및 도 19를 참조하면, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 부분 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 갖는다. 제1 부분은 제1 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이를 갖는다. 제2 부분은 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이를 갖는다. 부분들의 유효 굴절률 및 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이를 제공하도록 구성된다. 부분들의 유효 굴절률 및 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이를 제공하도록 구성된다.
바람직하게는, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반과 같다.
제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화될 수 있다.
제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화될 수 있다. 예를 들어, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화될 수 있다.
아래의 도 20 내지 도 23을 참조하여 설명되는 바와 같이, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분을 가질 수 있는데, 제3 부분은 제3 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이보다 긴 제3 길이를 갖는다. 이 경우, 부분들의 유효 굴절률 및 길이는: 복수의 제1 부분; 복수의 제2 부분; 및, 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은, 주기성의 방향으로의 제3 부분의 합의 광 경로 길이를 제공하도록 구성된다.
제3 유효 굴절률은 전형적으로 제1 유효 굴절률과 같다. 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화될 수 있다. 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화될 수 있다.
도 5와 관련하여 설명된 바와 같이, RAM(resonant amplitude mark: 공진 진폭 마크)에 대해 다음 조건들이 충족된다:
공진 모드에의 효율적인 결합을 위한 단위 셀의 광 경로는 파장의 정수배와 같으며; 센서 평면에서의 모드의 효율적인 누출을 위한 저굴절률 재료(트렌치)의 광 경로는 파장의 절반과 같은데, 이들은 다음의 두 수학식으로 정의된다:
Figure 112020041722125-pct00003
Figure 112020041722125-pct00004
여기서 L1(L2)은 릿지(트렌치)의 폭이고, ns(nd)는 릿지(트렌치) 재료의 회절 지수이며, m은 정수(≥2)이다. 마크의 메인 피치(main pitch)는 Λ = L1 + L2 이다.
그 결과, 마크 피치(Λ)는 고정 파장(λ)에 대해, L1/Λ로 정의되는 마크 듀티 사이클(DC)과 상관된다(correlated). 하지만, RAM의 DC는 실제 정렬 마크 적용에서는 75 % 이상이다.
RAM의 DC는 마크 피치(Λ)를 저감시킴으로써 증가될 수 있다. 하지만, 저감된 피치는 이용되는 정렬 센서(들)의 광학 특성(예를 들면, 개구수)과 양립하지 않을 수 있다.
DC, 피치, 및 임계 치수(CD)와 같은 마크 파라미터는 반도체 제조 프로세스의 공차 및 편차로 인해 제한되므로, 큰 DC는 마크 설계 중에 RAM의 사용을 제한한다. 또한, 마크와 디바이스 간의 오프셋을 저감시키기 위해 반도체 제조업자에 의해 서브세그먼트화 마크가 광범위하게 사용된다. RAM의 릿지(L1) 또는 트렌치(L2) 중 어느 하나의 서브세그먼트화는 훨씬 더 큰 DC 값을 초래한다.
이 실시예에서는, 도 20 내지 도 23을 참조하면, 장점을 유지하면서 동시에 (도 5 및 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이) 공진 진폭 마크(RAM)의 사용을 확장하기 위해 상기 듀티 사이클 관련 문제를 해결하기 위해 공진 진폭 초파장 서브세그먼트화 마크(resonant-amplitude supra-wavelength sub-segmented mark: RASSM) 설계가 사용된다. 초파장(supra-wavelength)이란 단위 셀을 통한 광 경로를 따라서(L1 + L2를 따라서)의 유효 길이가 파장 이상임을 의미한다. 초파장은 본 명세서에서 도 15를 참조하여 설명된 바와 같은 서브파장 서브세그멘트화와 구별하기 위해 사용되며, 서브파장(및 서브 분해능) 서브세그먼트화는 파장보다 작은 서브세그먼트화 단위 셀을 통한 광 경로를 갖는다.
일례가 도 20에 도시되어 있다. 이 예에서의 설계 규칙은 다음을 포함한다:
1) 초파장 서브세그먼트화 트렌치의 유효 폭은 파장의 절반과 같다:
Figure 112020041722125-pct00005
;
2) 초파장 서브세그먼트화 피치의 유효 폭은 파장의 정수배와 같다:
Figure 112020041722125-pct00006
; 및
3) 메인 피치의 유효 폭은 파장의 정수배와 같다:
Figure 112020041722125-pct00007
,
여기서 Ng는 반복된 단위 셀 격자에서의 그루브의 개수이고, m2는 정수이다. 마크의 메인 피치는 Λ_m = (Ng-1)L1 + NgL2 + L3 이다. 메인 듀티 사이클은 DC_m = L3/Λ_m 이다. 초파장 서브세그먼트화 피치는 Λ_swsubseg = L1 + L2이고, 초파장 서브세그먼트화 듀티 사이클은 DC_swsubseg = L1/Λ_swsubseg이다.
도 5 및 도 15를 참조하여 설명된 실시예와 유사하게, 규칙 2) 및 규칙 3)은 공진 모드에의 효율적인 결합을 달성하게 하는 한편, 규칙 1)은 격자 평면에서의 모드의 효과적인 누출을 달성하게 한다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 공진 진폭 마크를 도시한다.
평면형 기판(2012) 상에 마크가 형성된다. 도 5의 마크와 공통적으로, 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 파장 λ의 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 갖는다. 표면 평면은 기판의 평면에 평행하다. 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드(2008)의 여기에 의한 것이다.
주기 구조는 주기성의 방향(도 20의 단면에서는 좌측에서 우측으로)을 따라 인접한 제1 부분(2010) 및 제2 부분(2004)으로 분할된 반복된 단위 셀을 갖는다.
제1 부분(2010)은 제1 유효 굴절률(ns) 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이(L1)를 갖는다. 제2 부분(2004)은 주기성의 방향을 따라 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률(nd) 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이(L2)를 갖는다.
주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분(2014)을 또한 갖는다. 제3 부분은 제3 유효 굴절률, 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이(L1)보다 긴 제3 길이(L3)를 갖는다. 이 예에서, 제3 유효 굴절률은 제1 유효 굴절률(ns)과 같다.
제1 및 제2 부분의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배(m1λ)와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이(nsL1 + ndL2)를 제공하도록 구성된다. 이 예에서는 m1 = 2이다. 부분들의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2, L3)는: 복수의 제1 부분; 복수의 제2 부분; 및, 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배(m2λ)와 같은, 주기성의 방향으로의 제3 부분의 합의 광 경로 길이를 제공하도록 또한 구성된다. 이 예에서는, 아래에 나타낸 바와 같이 m2 = 10이다.
그래서, 도 20에 도시된 예에서:
Figure 112020041722125-pct00008
및 Ng에 3(복수의 반복된 단위 셀을 포함하는 3개의 그루브)을 대입하고, nsL1 = 3λ/2, ndL2 = λ/2, 및 nsL3 = 11λ/2 에 의하면, 제3 설계 규칙,
Figure 112020041722125-pct00009
는
Figure 112020041722125-pct00010
로 된다. 따라서 m2 = 10 이다.
입사 방사선의 파장은 공진 설계 규칙과 매칭되도록 사전에 결정될 수 있다. 혹은, 광대역 방사선이 마커에 입사될 수 있고, 그 후에 공진 모드 파장을 선택하기 위해 정렬 센서 주파수 필터가 튜닝될 수도 있다.
제1 부분 및 제2 부분의 유효 굴절률(ns, nd) 및 길이(L1, L2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반(kλ/2)과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이(ndL2)를 제공하도록 또한 구성된다. 이들은 공진을 지원하기 위해 방사선 파장을 격자 재료의 경계 조건과 매칭시키는 조건이다.
이 예에서, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이(ndL2)는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반(λ/2)과 같으며, 그래서 제2 부분(504)에는 공진 모드의 단 하나의 파복만이 존재하는데, 즉 k=1이다. k>1일 때에는, 홀수의 파복이 존재하는 반면 짝수의 파복은 상쇄되며, 그래서 산란에 기여하지만 효율이 저하된 단 하나의 파복만 남기게 된다.
도 15를 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로, e 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 서브파장 서브세그먼트화될 수 있다. 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브파장 서브세그먼트화될 수 있다.
도 21은 도 20의 공진 진폭 마크와 비교하기 위한, 서브파장 서브세그먼트화 위상 마크를 도시한다. 평면형 기판(2112) 상에 마크가 형성된다. 도 21의 릿지(2110) 및 트렌치(2104) 길이(L1 및 L2)는 각각 도 20의 부분들(2010 및 2004)보다 짧다. 서브세그먼트화는 파장보다 더 짧은 서브세그먼트화 단위 셀을 통한 광 경로를 가지며, 그래서 트렌치 내에는 공진을 허용하기에 충분한 공간이 없다. 도 20을 참조하여 설명된 RASSM의 경우와 마찬가지로, 도 21의 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 길이(L3)의 제3 부분(2114)을 갖는다.
도 22는 도 20의 공진 진폭 초파장 서브세그먼트화 마크(resonant amplitude supra-wavelength sub-segmented mark: RASSM) 및 도 21의 서브파장 서브세그먼트화 위상 마크에 대한 정렬 마크 깊이의 함수로서 시뮬레이션된 정렬 위치 편차(APD)를 도시한다. RASSM(2202)(Λ_swsubseg = 0.773 ㎛) 및 표준 서브세그먼트화 피치를 갖는 마크(2204)(Λ_subseg = 0.246 ㎛) 각각에 대해, 2 nm의 바닥 경사의 존재시의 마크의 깊이의 함수로서 APD가 도시되어 있다. 이들 2개의 마크의 메인 피치(Λ_m = 3.25 ㎛), 메인 DC(DC_m = 39.31 %), 및 서브세그먼트화 DC(DC_subseg = 45.04 %)는 동일하다. 파장은 TE 편광으로 850 nm이다.
도 23은 도 20의 공진 진폭 초파장 서브세그먼트화 마크(RASSM) 및 도 21의 서브파장 서브세그먼트화 위상 마크에 대한 정렬 마크 깊이의 함수로서 시뮬레이션된 웨이퍼 품질(WQ)을 도시한다. RASSM(2302)(Λ_swsubseg = 0.773 ㎛) 및 표준 서브세그먼트화 피치를 갖는 마크(2304)(Λ_subseg = 0.246 ㎛) 각각에 대해, 2 nm의 바닥 경사의 존재시의 마크의 깊이의 함수로서 WQ가 도시되어 있다. 이들 2개의 마크의 메인 피치(Λ_m = 3.25 ㎛), 메인 DC(DC_m = 39.31 %), 및 서브세그먼트화 DC(DC_subseg = DC_swsubseg = 45.04 %)는 동일하다. 파장은 TE 편광으로 850 nm이다.
도 22 및 도 23에 도시된 시뮬레이션 결과로부터 알 수 있듯이, RASSM 초파장 서브세그먼트화 마크(2202, 2302) 각각에 대한 APD 및 WQ가 동일한 메인 피치(Λ_m), 메인 DC(DC_m), 및 서브세그먼트화 DC(DC_subseg = DC_swsubseg)를 갖는 표준 서브파장 서브세그먼트화 마크(2204, 2304)의 APD 및 WQ와 비교된다. RASSM의 APD는 표준 마크보다 적은 변동으로 더 안정적인 한편, RASSM의 웨이퍼 품질(WQ)은 훨씬 높다.
도 20의 RASSM은 더 작은 초파장 서브세그먼트화 DC를 갖지만 동일한 메인 피치, 메인 DC, 및 초파장 서브세그먼트화 피치를 갖는 다른 마크와 비교되었다. 이는 다른 마크의 경우에, L2는 증가되고 L1은 동일한 양만큼 감소됨을 의미한다. 이 경우에, RASSM의 APD와 WQ 양자 모두는 더 작은 초파장 서브세그먼트화 DC를 갖는 다른 마크와 비교하여 더 안정적이고 변동이 적은 것으로 밝혀졌다. 이는 ndL2 > λ/2일 때 설계 규칙이 달성되지 않기 때문이다.
이 조사 중에, L2가 파장의 절반보다 크지 않은 한 APD와 WQ의 변동은 작지만, L2가 감소하면 WQ도 감소함이 또한 밝혀졌다. 그래서 설계 규칙 1은 최적의 RASSM 설계에 여전히 유효하다. 더 큰 서브세그먼트화 DC를 갖는 마크의 경우에, APD의 성능은 최적화된 RASSM만큼 우수한 한편 WQ는 안정적이지만 더 낮다. 그 이유는 L2가 파장의 절반 이하일 때에는, 트렌치의 폭이 너무 작아서 입사 전계(incident electric field)가 진입할 수 없기 때문이다. 또한, 인접한 릿지들로부터의 모드(또는 모드들)의 누출은 결합되지 않는다. 그 결과, 전계는 트렌치의 외부에만 존재하며 마크 깊이와 마크 비대칭 양자 모두에 영향을 받지 않는다. 서브세그먼트화 DC가 더 클 때에는, 격자 재료의 유효 굴절률 대비가 작아지며, 그 결과 WQ가 감소된다.
도 20의 RASSM은 각각 도 16 및 도 17을 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로, 적층된 격자 및 오버레이 타겟에 각각 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 몇 가지 이점을 갖는다. 정렬 및 오버레이 측정 방법이 덜 복잡하다; 즉, RAM의 경우에 WQ와 APD는 마크 깊이의 함수로서 변하지 않으므로, 정렬 목적으로는 단 하나의 단일 파장만이 필요하다.
정렬 및 오버레이 측정 방법이 보다 정확하다; 즉, 프로세스에 의해 유발된 비대칭, 특히 FT의 경우에, RAM에 대해 얻어지는 APD는 매우 작으며; FT = 1 nm의 전형적인 값의 경우에, APD는 0.5 옹스트롬 미만이다.
특히 한 번에 한 가지 색상만을 제공할 수 있는 튜닝 가능한 광원의 경우에, 정렬 및 오버레이 측정 방법이 더 빠르다.
마크와 타겟은 비대칭에 영향을 받지 않으므로 웨이퍼 간의 에러 수정을 위한 골든 기준 웨이퍼(golden reference wafers)에 사용될 수 있다.
구리 이중 다메센(Copper Dual Damascene) 유형의 구조에 개선이 있게 된다; 즉, RAM 마크 아래의 층들의 존재가 신호에 미치는 영향은 제한적이며, 그래서 보다 강고한 APD 또는 OV 판독을 가능케 한다.
도 17을 참조하여 설명된 바와 같이, 오버레이 판독 신호에 영향을 미치는 마크 아래의 층들의 영향을 저감시키기 위해, RAM은 오버레이 타겟의 하단 격자(bottom grating)로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 더 작은 마크와도 양립 가능하다.
도 20 내지 도 23을 참조하여 설명된 RASSM의 실시예는 RAM 마크 설계의 듀티 사이클, 피치, 및 서브세그먼트화의 선택성을 증가시킨다. 또한, 종래의 서브세그먼트화 마크와 비교하여 더 안정적인 APD 및 WQ를 제공한다. 종래의 서브세그먼트화 마크와 비교하여 마크 깊이 변경에 덜 영향을 받는다. 이는 정렬 센서의 설계에 더 많은 자유와 선택성을 가져다 준다. RASSM의 실시예는 실제 반도체 제조 프로세스 공차 및 편차에 적합하게 RAM의 사용을 확장시킨다.
추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 실시예의 목록에 개시된다:
1. 평면형 기판 상에 형성된 마크로서, 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이다.
2. 실시예 1의 마크에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 가지며,
제1 부분은 제1 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이를 갖고,
제2 부분은 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이; 및
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
3. 실시예 2의 마크에서, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반과 같다.
4. 실시예 2 또는 실시예 3의 마크에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
5. 실시예 4의 마크에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
6. 실시예 2 내지 실시예 5 중 어느 하나의 실시예의 마크에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
7. 실시예 6의 마크에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
8. 실시예 2 내지 실시예 7 중 어느 하나의 실시예의 마크에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분을 가지며,
제3 부분은 제3 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이보다 긴 제3 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
복수의 제1 부분; 복수의 제2 부분; 및, 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은, 주기성의 방향으로의 제3 부분의 합(sum)의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
9. 실시예 8의 마크에서, 제3 유효 굴절률은 제1 유효 굴절률과 같다.
10. 실시예 8 또는 실시예 9의 마크에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
11. 실시예 10의 마크에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
12. 임의의 전술한 실시예의 마크를 포함하는 기판.
13. 오버레이 타겟으로서, 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나의 실시예에 따른 하부 마크를 포함하고, 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함한다.
14. 실시예 13의 오버레이 타겟을 포함하는 기판.
15. 평면형 기판 상에 형성된 정렬 마크를 제공하는 단계 - 정렬 마크는 정렬 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 주로 표면 평면에 평행한 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것임 -;
방사선으로 정렬 마크를 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 정렬 마크에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 정렬 마크의 위치를 결정하는 단계:
를 포함하는, 정렬 방법.
16. 실시예 15의 방법에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 가지며,
제1 부분은 제1 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이를 갖고,
제2 부분은 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이; 및
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
17. 실시예 15 또는 실시예 16의 방법에서, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반과 같다.
18. 실시예 15 내지 실시예 17 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
19. 실시예 18의 방법에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
20. 실시예 15 내지 실시예 19 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
21. 실시예 20의 방법에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
22. 실시예 15 내지 실시예 21 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분을 가지며,
제3 부분은 제3 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이보다 긴 제3 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
복수의 제1 부분; 복수의 제2 부분; 및, 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은, 주기성의 방향으로의 제3 부분의 합(sum)의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
23. 실시예 22의 방법에서, 제3 유효 굴절률은 제1 유효 굴절률과 같다.
24. 실시예 22 또는 실시예 23의 방법에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
25. 실시예 24의 방법에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
26. 평면형 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 - 오버레이 타겟은 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인 하부 마크를 포함함 - 을 제공하는 단계로서,
- 하부 마크는 하부 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하고, 표면 평면은 기판의 평면에 평행하며, 산란은 주로 그 표면 평면에 평행한 그 주기 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이며; 및
- 상부 마크는 방사선이 입사하는 그 표면 평면에 평행한 그 주기 구조에서의 공진 모드를 여기시킴이 없이 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하는:
상기 단계;
방사선으로 오버레이 타겟을 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 상부 마크와 하부 마크 사이의 오버레이 에러를 결정하는 단계:
를 포함하는, 오버레이 에러를 결정하는 방법.
27. 실시예 26의 방법에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 가지며,
제1 부분은 제1 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이를 갖고,
제2 부분은 그 광 경로에 걸쳐 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제2 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은 주기성의 방향으로의 단위 셀의 광 경로 길이; 및
방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배의 절반과 같은 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
28. 실시예 26 또는 실시예 27의 방법에서, 주기성의 방향으로의 제2 부분의 광 경로 길이는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 절반과 같다.
29. 실시예 26 내지 실시예 28 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
30. 실시예 29의 방법에서, 제1 부분은 제1 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
31. 실시예 26 내지 실시예 30 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
32. 실시예 31의 방법에서, 제2 부분은 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
33. 실시예 26 내지 실시예 32 중 어느 하나의 실시예의 방법에서, 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분을 가지며,
제3 부분은 제3 유효 굴절률 및 주기성의 방향을 따라 제1 길이보다 긴 제3 길이를 가지며,
부분들의 유효 굴절률 및 길이는:
복수의 제1 부분; 복수의 제2 부분; 및, 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은, 주기성의 방향으로의 제3 부분의 합(sum)의 광 경로 길이:
를 제공하도록 구성된다.
34. 실시예 33의 방법에서, 제3 유효 굴절률은 제1 유효 굴절률과 같다.
35. 실시예 33 또는 실시예 34의 방법에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화된다.
36. 실시예 35의 방법에서, 제3 부분은 제3 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화된다.
37. 기판 상의 마크로서, 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 구조를 포함하고, 산란은 주로 표면 평면에 평행한 구조에서의 공진 모드의 여기에 의한 것이다.
38. 임의의 전술한 실시예의 마크를 포함하는 기판.
39. 방사선으로 실시예 38의 기판을 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 마크에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 마크의 위치를 결정하는 단계:
를 포함하는, 정렬 방법.
40. 방사선으로 실시예 13에 따른 오버레이 타겟을 조명하는 단계;
조명으로부터 발생하는 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
검출된 방사선을 사용하여 상부 마크와 하부 마크 사이의 오버레이 에러를 결정하는 단계:
를 포함하는, 오버레이 에러를 결정하는 방법.
본 명세서에서는 IC의 제조에서 리소그래피 장치의 사용에 대해 구체적인 언급이 이루어질 수 있으나, 본 명세서에 기재된 리소그래피 장치는 통합 광학 시스템의 제조에서의 기판의 처리, 자구(magnetic domain) 메모리용의 가이던스 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등과 같은 다른 용도도 가질 수 있음을 이해해야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 대체의 용도의 맥락에서, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "필드"/ "다이"라는 용어의 모든 사용은 보다 일반적인 용어인 "기판" 또는 "타겟 부분"과 각각 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 언급된 기판은 예를 들어, 트랙(전형적으로 레지스트 층을 기판에 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴, 및/또는 검사 툴에서 노광 전 또는 후에 처리될 수 있다. 적용 가능한 경우에, 본 명세서의 발명은 이러한 기판 처리 툴 및 다른 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 예를 들면 다층 IC를 생성하기 위해 기판은 2회 이상 처리될 수도 있으며, 그래서 본 명세서에서 사용되는 기판이라는 용어는 복수의 처리된 층을 이미 포함하는 기판도 또한 지칭할 수 있다.
상기에서는 광학 리소그래피의 맥락에서의 본 발명의 실시예들의 사용에 대해 구체적으로 언급되었을 수 있으나, 본 발명은 다른 용도, 예를 들면 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에도 사용될 수 있으며, 맥락이 허용하는 경우, 광학 리소그래피에 국한되지 않음을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)가 기판 상에 생성되는 패턴을 획정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피가 기판에 공급된 레지스트 층에 가압될 수 있으며, 이 기판 상에서 전자기 방사선, 열, 압력, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 레지스트가 경화된다. 레지스트가 경화된 후에 패터닝 디바이스가 레지스트로부터 외부로 이동하여, 레지스트에 패턴을 남기게 된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들면, 365, 248, 193, 157, 또는 126 nm 또는 그 근방의 파장을 갖는) 자외선(UV) 방사선 및 (예를 들면, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는) 극자외선(extreme ultra-violet: EUV) 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 유형의 전자기 방사선을 포괄한다.
맥락이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전 광학 컴포넌트를 포함하는, 다양한 유형의 광학 컴포넌트 중 임의의 하나 또는 조합을 지칭할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 구체적인 실시예들이 설명되었으나, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 발명은 위에 개시된 방법을 기술하는 하나 이상의 기계 가독 명령 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 스토리지 매체(예를 들면, 반도체 메모리, 자기 또는 광 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 설명은 예시를 위한 것으로, 제한하고자 함이 아니다. 그래서, 이하에 명시된 청구범위로부터 일탈함이 없이 기재된 본 발명에 대한 변경이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 또한, 본 명세서의 어느 하나의 실시예에 도시되거나 기재된 구조적 특징 또는 방법 단계는 다른 실시예에도 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 평면형 기판 상에 형성된 마크로서,
    상기 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조(periodic structure)를 포함하고,
    상기 표면 평면은 상기 기판의 평면에 평행하며,
    상기 주기 구조는 주기성의 방향(direction of periodicity)을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀(repeated unit cell)을 가지며,
    상기 제1 부분은 제1 유효 굴절률 및 상기 주기성의 방향을 따라 제1 길이를 갖고,
    상기 제2 부분은 그 광 경로(optical path)에 걸쳐 상기 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은 제2 유효 굴절률 및 상기 주기성의 방향을 따라 제2 길이를 가지며,
    상기 부분들의 상기 유효 굴절률 및 길이는:
    상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은 상기 주기성의 방향으로의 상기 반복된 단위 셀의 광 경로 길이; 및
    상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 상기 파장의 정수배의 절반과 같은 상기 주기성의 방향으로의 상기 제2 부분의 광 경로 길이:
    를 제공하도록 구성되는,
    마크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주기성의 방향으로의 상기 제2 부분의 상기 광 경로 길이는 상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 상기 파장의 절반과 같은,
    마크.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 제1 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화되는(sub-segmented),
    마크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 제1 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조(periodic substructure)에 의해 서브세그먼트화되는,
    마크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 제2 유효 굴절률을 생성하도록 서브세그먼트화되는,
    마크.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 제2 유효 굴절률을 생성하도록 선택된 듀티 사이클을 갖는 주기적 하부구조에 의해 서브세그먼트화되는,
    마크.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 주기 구조는 상기 주기성의 방향을 따라 상기 반복된 단위 셀의 시퀀스와 교호적으로 배치된 제3 부분을 가지며,
    상기 제3 부분은 제3 유효 굴절률 및 상기 주기성의 방향을 따라 상기 제1 길이보다 긴 제3 길이를 가지며,
    상기 부분들의 상기 유효 굴절률 및 길이는:
    복수의 상기 제1 부분; 복수의 상기 제2 부분; 및, 상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배와 같은, 상기 주기성의 방향으로의 상기 제3 부분의 합(sum)의 광 경로 길이:
    를 제공하도록 구성되는,
    마크.
  8. 하부 마크와 동일한 피치를 갖는 상부 마크가 위에 놓인, 제1 항의 마크에 따른 상기 하부 마크를 포함하는, 오버레이 타겟.
  9. 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선을 산란시키도록 구성된 주기 구조를 포함하는 마크를 설계하는 방법으로서,
    상기 표면 평면은 기판의 평면에 평행하고, 상기 주기 구조는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 가지며,
    상기 방법은:
    상기 제1 부분의 제1 유효 굴절률 및 상기 주기성의 방향을 따라서의 제1 길이를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 부분의 제2 유효 굴절률 및 상기 주기성의 방향을 따라서의 제2 길이를 결정하는 단계- 상기 제2 유효 굴절률은 그 광 경로에 걸쳐 상기 제1 유효 굴절률과 비교하여 더 낮음 -:
    를 포함하고,
    상기 마크의 설계는 상기 부분들의 상기 결정된 유효 굴절률 및 길이를 포함하며,
    상기 결정하는 단계는:
    상기 주기성의 방향으로의 상기 반복된 단위 셀의 광 경로 길이를 상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장의 정수배가 되는 쪽으로 튜닝하는 것; 및
    상기 주기성의 방향으로의 상기 제2 부분의 광 경로 길이를 상기 방사선의 스펙트럼에 존재하는 상기 파장의 정수배의 절반이 되는 쪽으로 튜닝하는 것:
    을 기초로 하는,
    방법.
  10. 기판 상의 마크의 표면 평면에 입사하는 방사선의 스펙트럼에 존재하는 파장을 선택하는 방법으로서,
    상기 표면 평면은 상기 기판의 평면에 평행하고, 상기 마크는 주기성의 방향을 따라 인접한 제1 및 제2 부분으로 분할된 반복된 단위 셀을 갖는 주기 구조를 포함하며,
    상기 방법은:
    상기 주기성의 방향으로의 상기 반복된 단위 셀의 광 경로 길이를 획득하는 단계;
    상기 주기성의 방향으로의 상기 제2 부분의 광 경로 길이를 획득하는 단계; 및
    상기 주기성의 방향으로의 상기 반복된 단위 셀의 상기 광 경로 길이가 파장의 정수배와 같고 상기 주기성의 방향으로의 상기 제2 부분의 상기 광 경로 길이가 상기 파장의 정수배의 절반과 같은, 상기 스펙트럼 내에 포함된 상기 파장을 선택하는 단계:
    를 포함하고, 상기 제2 부분의 유효 굴절률은 그 광 경로에 걸쳐 상기 제1 부분의 유효 굴절률과 비교하여 더 낮은,
    방법.
  11. 평면형 기판 상에 형성된 정렬 마크 - 상기 정렬 마크는 제9 항의 방법에 따라 설계됨 - 를 제공하는 단계;
    방사선으로 상기 정렬 마크를 조명하는 단계;
    상기 정렬 마크에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 방사선을 사용하여 상기 정렬 마크의 위치를 결정하는 단계:
    를 포함하는, 정렬 방법.
  12. 평면형 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 - 상기 오버레이 타겟은 제8 항의 오버레이 타겟에 따른 것임 - 을 제공하는 단계;
    방사선으로 상기 오버레이 타겟을 조명하는 단계;
    상기 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 방사선을 사용하여 오버레이 에러를 결정하는 단계:
    를 포함하는, 오버레이 에러를 결정하는 방법.
  13. 제1 항에 따른 마크를 포함하는 기판.
  14. 데이터 스토리지 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 제9 항에 따른 방법을 기술하는 하나 이상의 기계 가독 명령 시퀀스를 포함하는, 데이터 스토리지 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  15. 제14 항의 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 스토리지 매체.
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