KR20030009218A

KR20030009218A - 리소그래피장치, 디바이스제조방법, 및 그 제조된 디바이스

Info

Publication number: KR20030009218A
Application number: KR1020020042545A
Authority: KR
Inventors: 후겐라드요하네스헤어만; 나약크푸투르파수데파
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2003-01-29
Also published as: TWI250556B; JP4138400B2; US20030025891A1; JP2003152053A; KR100585470B1; US6795164B2

Abstract

기판의 위치 및 방위를 결정하는 예비정렬유닛을 구비한 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치는, 회전축선으로부터 측정축선을 따라 기판에지의 거리를 결정하는 에지센서; 상기 측정축선과 일치하는 기판에지의 일부를 변화시키기 위하여, 상기 회전축선을 중심으로 기판을 회전시키는 수단; 회전축선으로부터 기판에지의 결정된 거리 및 기판의 대응하는 회전각으로부터 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단을 포함한다.

Description

리소그래피장치, 디바이스제조방법, 및 그 제조된 디바이스{LITHOGRAPHIC APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND DEVICE MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.

- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 국부화된 적절한 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 기술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1 이상의 프로그래밍가능한 거울배열을 포함할 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피쳐의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.

이러한 종류의 장치에서, 기판(예를 들어, 웨이퍼)은 소정위치로부터 소정범위이내에서, 소정위치로부터 주지의 병진 및 회전오프셋으로 기판테이블에 운반될 것을 요한다. 전형적으로, 이것은 웨이퍼핸들링시스템의 일부인 예비정렬유닛(pre-alignment unit), 즉 "예비정렬기(prealigner)"에 의하여 실행된다. 예비정렬기는 예비정렬기에 대하여 웨이퍼의 방위를 결정하고, 웨이퍼가 시방대로 웨이퍼테이블에 도달하도록 웨이퍼를 위치시키며, 소정위치로부터의 잔류오프셋이 얼마가 될 것인지를 결정한다.

이전에는, 주지의 표면 또는 표면쌍에 대하여 웨이퍼의 하나의 에지부 또는 하나의 코너부를 기계적으로 가압하는 웨이퍼를 예비정렬하는 것이 공지되었다. 하지만, 이것은 달성가능한 정확성이 비교적 낮고, 오래 걸리며, 웨이퍼의 에지의 칩핑(chiping)을 유발하여 정확성을 더욱 떨어트릴 수 있고, 웨이퍼를 오염시킬 수도 있으며, 마모 및 웨이퍼팽창에 의하여 영향을 받을 수도 있고, (예를 들면, 웨이퍼의 방위를 표시하는 데 사용될 수 있는) 노치(notch)를 검출할 수 없으며 통상 핸들링될 수 있는 웨이퍼크기의 범위가 제한되기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 둥근 웨이퍼의 광학적 예비정렬을 실행하는 것으로 공지되었다. 하지만, 이전에는 정사각형 또는 직사각형 웨이퍼에는 적용할 수가 없었다.

본 발명의 목적은 칩핑으로 유발되는 손상위험을 피하면서 종래의 방법보다 더 신속하고 더 정확한, 다각형기판을 예비정렬하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 예비정렬유닛의 개략도;

도 3a는 에지센서좌표계와 마크센서좌표계간의 관계를 도시한 도면;

도 3b는 기하학적 웨이퍼좌표계를 도시한 도면;

도 4는 예비정렬기(prealigner)내에 웨이퍼의 위치 및 방위를 결정하는 데 사용되는 단계를 도시한 도면;

도 5는 에지센서좌표계와 기하학적 웨이퍼좌표계간의 오프셋을 도시한 도면;

도 6은 에지센서좌표계와 기하학적 웨이퍼좌표계간의 오프셋을 결정하는 데 사용되는 단계를 도시한 도면.

본 발명에 따라, 서두에 밝힌 바 있는 리소그래피장치로서, 상기 장치는 예비정렬유닛내에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 예비정렬유닛을 더욱 포함하되, 상기 예비정렬유닛은,

- 기판의 평면에 실질적으로 수직인 회전축선을 중심으로 기판을 회전시키는 수단;

- 기판의 회전각의 범위에서 기판의 평면에 평행한 측정축선을 따라 기판의에지부의 상기 회전축선으로부터의 거리를 결정하는 비접촉식 에지센서;

- 결정된 거리 및 대응하는 각도에 의하여 한정되는 각 에지와 관련된 점으로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대하여 최적라인(best-fit line)을 결정하는 수단; 및

- 결정된 최적라인으로부터 예비정렬유닛내에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단을 포함하며,

상기 예비정렬유닛은 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하는 데 적합한 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치에서 상기 목적과 또 다른 목적이 달성된다.

상기 장치는 예비정렬공정동안에 기판의 에지부에 대한 손상위험을 최소로 하면서 기판이 임의의 회전대칭이 있을 것을 요구하지 않아 바람직하다. 더욱이, 코너부가 손상되거나 기판에 노치가 있을 지라도 기판의 위치 및 방위를 정확히 결정할 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단은 상기 최적라인 2개를 교차시켜 적어도 하나의 기판코너부의 위치를 설정한다. 상기 장치는 기판의 코너부가 손상된 경우에, 기판이 손상되지 않았다면 기판의 어디에 코너부가 있었는지를 결정할 수 있을 것이다. 따라서, 손상된 기판임에도 불구하고 기판의 위치 및 방위가 정확히 결정될 수 있을 것이다.

최적라인을 결정하는 수단은 각각의 점과 어느 한 측면의 각각의 인접한 점에 원을 맞추어, 결정되는 거리 및 각으로 한정되는, 각각의 결정된 점에 대하여기판의 에지의 곡률반경을 추정하는 수단; 곡률반경의 추정치들로부터 어느 점들이 기판의 코너부와 관련되어 있는 지를 결정하는 수단; 및 코너부와 관련된다고 결정된 인접한 점들사이의 점들에 대한 최적라인을 결정하는 수단을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 소정위치로부터 소정범위이내에 또한 소정위치로부터 주지의 병진 및 회전오프셋으로 기판테이블상에 기판을 위치시키기 위하여 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단의 결과를 이용하는, 기판테이블상에 기판을 위치시키는 이송수단을 더욱 포함한다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 한 층의 방사선감응재로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법으로서, 예비정렬유닛내에서 기판의 위치 및 방위를 결정하여 특징을 이루고,

기판상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계 이전에,

- 기판의 평면에 실질적으로 수직인 회전축선을 중심으로 기판을 회전시키는 단계;

- 비접촉식 에지센서를 사용하여 복수의 기판의 회전각에서 기판의 평면과 평행한 측정축선을 따라 기판에지의 상기 회전축선으로부터의 거리를 결정하는 단계;

- 결정된 거리와 대응하는 각도에 의하여 한정되는 각각의 에지와 관련된 점들로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대한 최적라인을 결정하는 단계; 및

- 결정된 최적라인으로부터 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 단계에 의하여, 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하며,

상기 예비정렬유닛은 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하는 데 적합한 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면,

- 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 단계; 및

- 계산된 기판의 위치 및 방위를 사용하여 공지된 오프셋에 따라, 위치 및 방위의 사전설정된 범위내에서 기판테이블상에 기판을 위치시키는 이송수단을 제어하는 단계를 수행하도록 리소그래피 투영장치에 명령을 내리는 코드수단을 포함하는, 리소그래피 투영장치를 작동시키는 컴퓨터프로그램으로서,

상기 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 코드수단은,

-비접촉에지센서로부터 복수의 제1데이터성분을 받아들이는 단계로서, 각각의 데이터성분은 예비정렬유닛의 회전축선으로부터 기판에지의 거리에 대응하는 것을 특징으로 하는 복수의 제1데이터성분을 받아들이는 단계;

-복수의 제2데이터성분을 받아들이는 단계로서, 각각의 제2데이터성분은 복수의 제1데이터성분 중의 하나와 관련된 예비정렬유닛의 회전축선을 중심으로 기판의 회전각에 대응하는 것을 특징으로 하는 복수의 제2데이터성분을 받아들이는 단계;

-각각의 에지와 관련된 제1 및 제2데이터성분으로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대한 최적라인을 계산하는 단계; 및

-상기 최적라인으로부터 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 수행하기 위한 코드수단을 포함하고,

상기 예비정렬유닛은 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하기에 적합한 것을 특징으로 하는 컴퓨터프로그램이 제공된다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는, "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선 및 EUV(예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선방사선)를 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.

첨부된 개략적인 도면을 참조로 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예를 서술한다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 렌즈그룹, 카타디옵트릭 또는 커탑트릭시스템)을 포함하여 이루어진다. 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형(reflctive mask type)일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 수은램프, 엑시머레이저, 플라즈마방전원 또는 전자총)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사원(LA)이 흔히 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포괄하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은행정액츄에어터에만 연결될 수 있고 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이v의 속도로 소정방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도V=Mv로, 동일방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

상기 장치는 예를 들어, 예비정렬기에서 기판테이블로 전달되는 어떠한 진동도 예방하도록 기판테이블로부터 기계적으로 격리된 예비정렬기를 더욱 포함한다. 웨이퍼핸들러로봇과 같은 기판핸들러는 웨이퍼플 예비정렬기로 전달하는 데 사용된다. 후속하여, 기판핸들러는 웨이퍼를 기판테이블(WT)로 이송한다. 이 기판핸들러는 예비정렬기로 웨이퍼를 전달하는 바로 그 핸들러일 수도 있고, 제2의 기판핸들러일 수도 있다. 배치정확성을 잃어버리지 않게 하기 위하여, 기판핸들러는 예비정렬기에 대하여 고정된 위치에 있을 수 있다. 대안적으로, 기판핸들러는 이동중에 예비정렬기로부터 기계적으로 격리될 수 있다. 이 경우, 예비정렬기에 대한 기판핸들러의 위치를 한정시키기 위하여, 웨이퍼를 집기 전에 뒤이어 일시적으로 기판핸들러가 예비정렬기와 결합할 것이다. EP-1 052 548-A2호에서 이러한 시스템의 일례를 찾을 수 있으며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다.

예비정렬기는 예를 들어, 가스베어링의 방식으로, 웨이퍼의 위치를 확보하고 필요에 따라 웨이퍼를 움직이는 데 제한된 기계적 접촉만을 사용하여 웨이퍼를 지지할 수 있다. 또한, 예비정렬기는 또 다른 기능들을 제공할 수 있다. 가스베어링에 사용된 가스는 웨이퍼의 온도안정화에 기여하도록 가열되거나 냉각될 수 있다. 또한, 가스는 웨이퍼상에 어떤 빌트업전하(built-up charge)를 점진적으로 방전하도록 대전될 수도 있고 웨이퍼의 아래측에 있는 임의의 오염물을 날려버리는 데 사용되도록 필터링될 수 있다. 이들 모든 용법은 웨이퍼에 대한 손상의 가능성을 줄이고, 위치정확성에 도움을 준다. EP-1 052 546-A2에서 이러한 예비정렬기의 일례를 찾을 수 있으며, 본 명세서에서 인용참조되고 있다.

도 2에 개략적으로 나타된 바와 같이, 본 발명의 예비정렬기는 예비정렬기의 축선(RA)을 중심으로 웨이퍼(W)를 회전시키고 웨이퍼와 평행한 평면내에서 웨이퍼를 병진시키는 웨이퍼지지체(1), 웨이퍼의 평면내 축선을 따라 축선(RA)으로부터 웨이퍼의 에지의 거리(이하, 반경이라 함)를 결정하는 에지센서(ES), 및 웨이퍼의표면상에 마크의 위치를 결정하는 마크센서(MS)를 포함한다.

웨이퍼(W)가 기판핸들러로부터 예비정렬기로 전달될 때, 웨이퍼는 기판지지체(1)상에 임의의, 미지의 위치에 놓일 것이다. 그러므로, 예비정렬기는 웨이퍼의 위치 및 방위를 정확히 결정해야만 한다. 이를 용이하게 하기 위하여 4개의 좌표계가 사용된다. 이들 중 2개, 즉 에지센서좌표계(ESCS)와 마크센서좌표계(MSCS)는 예비정렬기에 대하여 고정된다. 나머지 2개, 즉 기하학적 웨이퍼좌표계(GWCS)와 웨이퍼좌표계(WCS)는 각각 웨이퍼의 기하학적 형상 및 웨이퍼상의 마크에 대하여 고정된다.

도 3a는 에지센서 좌표계(ESCS)와 마크센서좌표계(MSCS)간의 관계를 도시한다. 에지센서좌표계는 예비정렬기의 회전축선(RA)과 그 회전축선(RA)으로부터 가장 먼 에지센서(ES)의 픽셀을 지나는 라인이 X축선으로 정의된다. Y축선은 X축선에 수직인 라인이며, 또한 예비정렬기의 회전축선(RA)을 지난다. 이들 양축선 모두는 예비정렬기상에 로딩될 때 웨이퍼의 평면내에 있다. 마크센서좌표계의 X축선은 예비정렬기의 회전축선(RA)과 마크센서(MS)상의 설정점을 지나는 라인이다.

마크센서(MS)는 에지센서좌표계 및 마크센서좌표계의 각각의 축선이 소정각(C6)(예를 들면, 60°)이 되도록 배치된다. 실제로는, 에지센서(ES) 및 마크센서(MS)의 장착공차(mounting tolerance) 때문에, C6에 근소한 오프셋, 즉 C6_offset이 있다. 그러므로, 축선들간의 총 각도는 C6+C6_offset이다. C6_offset은 캘리브레이션과정 중에 결정될 수 있다.

도 3b는 기하학적 웨이퍼좌표계(GWCS)를 도시한다. GWCS의 축선은 웨이퍼 이 경우에는 정사각형의 에지와 평행하다. GWCS의 원점은 정사각형 웨이퍼의 기하학적 중심이다. 노치(N)가 있다면, 예를 들어 상기 좌표계의 제4사분면(Q4)에 있을 것이다. 웨이퍼좌표계(WCS)는 웨이퍼 표면상의 기준점과 같은 특정 마크의 위치로 정의된다. 그러므로, 기하학적 웨이퍼좌표계와 웨이퍼좌표계간에는 각 개별 웨이퍼에 일정하게 남아 있을 오프셋이 있을 것이다.

도 4는 예비정렬기내에 웨이퍼(W)의 위치 및 방위를 결정하는 단계를 도시한다. 예비정렬기가 웨이퍼를 받은 후, 360°에 걸쳐 회전되고, 예를 들어 본 실시예에서, 전하결합소자(Charge Coupled Device)인 에지센서(ES)로부터 200개의 값(CCD값이라 칭함)을 얻는다. CCD값이 반드시 200개로 제한되는 것은 아니고, 그 이상 또는 그 이하의 CCD 값을 얻을 수도 있다. 그 후, CCD 값은 반경값의 배열로 바뀌고, 그 각각의 값은 측정시 각도와 관련된다. 이 경우, "반경"은 예비정렬기의 회전축선(RA)으로부터 에지센서(ES)에 의하여 결정된 웨이퍼의 에지상의 점까지의 거리를 의미한다. 그러므로, 웨이퍼의 에지상의 각 측정점은 에지센서좌표계에서 극좌표로 나타낸다. 이들 값으로부터 에지센서좌표계와 기하학적 웨이퍼좌표계간의 관계, 즉 "오프셋벡터"가 결정될 수 있다(이하참조). 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 관계는 2개의 좌표계의 원점들간의 거리(r)와 ESCS가 GWCS로부터 회전된 각(th)으로 표현될 수 있다. 간명하게 하고자, r은 GWCS_ESCS_r_오프셋으로, th는 GWCS_ESCS_th_오프셋으로 표기할 것이다.

그러면, 웨이퍼(W)가 수용가능한 위치의 지정된 범위내에 있는 지를 알아보기 위하여 판단을 내릴 수 있다 (즉, GWCS_ESCS_r_offset은 미리 설정된 임계값과 비교한다). 수용가능한 오프셋은 예를 들어 0.5㎜이내이다. 웨이퍼가 정해진 한계내에 있지 아니할 경우, 웨이퍼지지체는 중심을 다시 맞추기 위하여 웨이퍼를 이동하는데 사용될 수 있다. 그러면, 새로운 위치에 대한 측정단계가 반복된다. 상기 주기는 정해진 위치의 범위이내에 웨이퍼를 위치시키기 위하여 필요한 만큼의 회수로 반복될 수 있다.

웨이퍼에 노치(N)가 있는 경우, 에지센서좌표계(ESCS)내에서 노치의 방위가 결정될 수 있다(하기에 추가로 서술됨). 하지만, 노치의 방위를 잡는 것는 예비정렬전에 수행될 수도 있다. 에지센서좌표계내의 노치의 방위(GWCS_ESCS_theta)는 GWCS_ESCS_th_offset과 조합된 기하학적 웨이퍼좌표계(GWCS)내에서 찾아낸 노치방위이다.

마크센서좌표계내에 이들 방위를 가지는 것은 더욱 편리하다. 상기 각은 다음과 같이,

GWCS_MSCS_theta = GWCS_ESCS_theta + (C6+C6_offset)

GWCS_MSCS_th_offset = GWCS_ESCS_th_offset + (C6+C6_offset)

으로 변환될 수 있다.

다음과 같이 마크센서좌표계와 에지센서좌표계의 원점이 같기 때문에,

GWCS_MSCS_r_offset = GWCS_ESCS_r_offset

으로 됨을 알 수 있다.

(마크센서좌표계내에서) 웨이퍼(W)상에 피처의 위치 및 방위를 특정하기 위하여, 기하학적 웨이퍼좌표계와 웨이퍼좌표계간의 차인 WCS_GWCS_오프셋벡터를 각도 GWCS_MSCS_th_offset에서 길이 GWCS_MSCS_r_offset의 벡터인 마크센서좌표계내의 웨이퍼의 기하학적 중심의 벡터위치에 더한다. 웨이퍼상의 피처의 방위는 WCS_GWCS_offset 벡터각과 GWCS_MSCS_theta의 합이다.

도 6은 기하학적 웨이퍼 좌표계와 에지센서좌표계간의 벡터오프셋을 결정하는데 필요한 단계들을 나타낸다. 제1단계에서는 웨이퍼 에지상의 각각 측정된 점에 대한 웨이퍼의 에지의 곡률반경의 추정값을 낸다. 이것은 어느 한 측면상의 점을 사용하고, 3개의 점에 원을 일치시켜 계산될 수 있다. 그런 다음, 측정점들은 곡률반경값을 사전설정된 임계값과 비교하여, "라인", "원" 또는 "기타"로 분류된다. "라인"으로 분류되지 않은 상기 점들은 이 단계에서 버려진다.

그 다음, 에지센서좌표계(ESCS)는 그것의 4개의 사분면 및 각 사분면에서 비교되는 측정점들로 분할된다. 웨이퍼가 웨이퍼의 폭의 1/4보다 크게, 즉 단일 사분면의 크기보다 크게 오프셋되지 않는다고 가정하면, 각각의 사분면은 웨이퍼의 코너 중의 하나를 포함할 것이다. 따라서, 가장 큰 반경값을 갖는 각 사분면내의 측정점은 "코너점"으로 간주된다. 일단, 4개의 "코너"가 확인되면, 라인을 형성하는 근접코너들 간의 나머지 측정점들은 웨이퍼의 1개의 에지상의 점들로 간주된다. 상기 측정점들은 에지센서좌표계(ESCS)내에서 Cartesian좌표들로 변환된다. 그런 다음, y=AX+b형식의 최적라인은 표준최소제곱법을 사용하여, 각 에지라인에 대하여 결정된다. 그런 다음, 최적라인으로부터 각 에지라인내의 점들의 거리의 변화가 분석된다. 상기 라인으로부터의 3표준편차보다 큰 어떠한 점도 버려진다. 만약, 이 단계에서 버려진 점의 개수가 임계값을 초과하는 그런 경우라면, "코너"들이 결정된 점부터 본 단계에서 버려지는 점의 개수가 임계값 미만일 때까지, 버려지는 점없이 상기 과정이 반복된다.

일단 이러한 방식으로 4개의 에지라인이 발견되면, 상기 라인들이 외삽되고, 이들이 만나는 4개의 점들(원점에 가장 근접한 점들-즉, 대략적으로 평행한 선들이 교차하는, 보다 먼거리의 교점들을 무시함)이 웨이퍼(W)의 코너를 형성한다. 그런 다음에, 웨이퍼가 노치(notch)를 가진다면, 노치를 가진 코너에서는, 노치가 없다면 코너가 있었을 곳에 발견된 코너가 있을 것이라는 것을 유의해야 한다.

대안적으로, 사용되는 코너들은 에지라인이 성공적으로 발견되는 과정에서의 각 사분면의 최대 반경에서 발견된 "코너"일 수도 있다. 이러한 경우에, 4개의 코너 전부를 찾을 필요가 없다. 1개의 코너가 인식되지 않으면, 나머지 코너의 위치로부터 이를 추정할 수 있다.

그런 다음, 4개의 코너는 에지센서좌표계(ESCS)과 기하학적 웨이퍼좌표계(GWCS)간의 오프셋벡터를 찾는데 사용될 수 있다. 상기 코너의 위치의 평균은 (기하학적 웨이퍼좌표계의 원점인)웨이퍼의 기하학적 중심이다. 따라서, 이것은 r을 정의하고, 또한 GWCS_ESCS_r_오프셋으로 상기에 언급된다. 코너를 연결하는 각 라인의 평균 방위각은 th+45°가 될 것이고, 여기서 th는 ESCS가 GWCS로부터 회전되는 각도로서, GWCS_ESCS_th_오프셋으로서 상기에 언급된다.

정방형 웨이퍼는 4개의 코너중의 하나의 코너상에 존재하는 노치를 갖는 것만으로 한정될 수 있다. 따라서, 노광될 웨이퍼의 면이 사전설정된 방향을 갖도록 웨이퍼가 한정된다고 가정하면, 정방형 웨이퍼의 노치의 방위는 어느 코너상에 노치가 위치되는지를 결정함으로써 간단히 결정될 수 있다. 이전 단계에서 결정되거나, 현 시점에서 결정될 수도 있는 곡률반경값은, 확인된 코너가 노치를 갖는지의 여부를 결정하도록 사용될 수 있다. 임계값은 코너가 손상되어 발생될 수 있는 가짜노치(false notch)의 잘못된(spurious) 식별을 막기 위하여, 노치의 크기에 관하여 설정될 수 있다.

노치의 검출은, 예비정렬기가 웨이퍼의 위치 및 방위를 결정한 후에 수행될 수 있다. 대안적으로, 이것은 예비-예비정렬 단계에서 수행될 수도 있다. 이 경우에, 노치의 위치를 결정하기 위하여 웨이퍼가 빨리 스캔될 수 있다. 그런 다음, 정확한 웨이퍼 센터링과 위치 및 방위결정이 이루어진다.

일부 실시예에서는, 노치가 없는 미리 방위가 정해진(pre-oriented) 웨이퍼를 사용하여, 웨이퍼의 원래 방위가 보존되어, 노치 검출단계가 수행되지 않는다.

상술된 방법은 4개의 측면 및 4개의 코너(이중 하나는 노치를 가질 수도 있음)를 구비한 기판, 즉 정방형 또는 장방형 기판에 대한 것이다. 그러나, 상기의 방법은 예를 들어, 상이한 개수의 "코너의 점들"을 결정하고, 그 사이의 점들에 대한 최적라인을 찾아, 여타의 다각형 기판에도 사용될 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 상술된 것 이외의 방법으로도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 설명은 본 발명을 한정하지 않는다.

본 발명에 따르면, 칩핑으로 유발되는 손상위험을 피하면서 종래의 방법보다 더 신속하고 더 정확한, 다각형기판을 예비정렬하는 장치 및 방법을 제공한다.

Claims

-방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

-소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

-기판을 잡아주는 기판테이블; 및

-기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,

상기 장치는,

예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 예비정렬유닛을 더욱 포함하고, 상기 예비정렬유닛은,

-기판의 평면에 실질적으로 수직인 회전축선을 중심으로 기판을 회전시키는 수단;

-기판의 회전각의 범위에서 기판의 평면에 평행한 측정축선을 따라 기판에지의 상기 회전축선으로부터 떨어진 거리를 결정하는 비접촉에지센서;

-상기 결정된 거리 및 대응하는 각도에 의하여 한정되는 각각의 에지와 관련된 점으로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대한 최적라인(best-fit line)을 결정하는 수단; 및

-상기 결정된 최적라인으로부터 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단을 포함하고, 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하기에 적합한 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항에 있어서,

상기 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단은, 상기 2개의 최적라인의 교점으로부터 기판의 적어도 하나의 코너의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 최적라인을 결정하는 수단은,

-각각의 점과 어느 한 측면의 각각의 인접한 점에 원을 일치시켜(by fitting) 결정되는 거리 및 각으로 한정되는 점에 대하여 기판에지의 곡률반경을 추정하는 수단;

-상기 곡률반경 추정값을 사용하여, 기판의 코너와 관련된 점들을 결정하는 수단; 및

-코너와 관련되도록 결정된 상기 인접한 점들 사이의 점에 대한 최적라인을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

기판을 회전시키는 수단은 상기 기판을 360°로 회전시키고, 상기 비접촉에지센서는 상기 회전동안에 사전설정된 회수로, 회전축선으로부터 기판에지의 거리를 판정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 예비정렬유닛으로부터 기판테이블로 상기 기판을 이송하는 이송수단을 더욱 포함하고, 상기 이송수단은 사전설정된 위치로부터 결정된 병진 및 회전오프셋으로, 사전설정된 위치로부터 사전설정된 범위내에서 기판테이블상에 상기 기판을 위치시키기 위하여, 기판의 위치 및 방위를 결정하는 수단의 결과를 사용하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비접촉에지센서는 광학에지센서인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
-적어도 부분적으로 방사선감응재층으로 코팅된 기판을 제공하는 단계;

-방사선시스템을 사용하여, 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

-패터닝수단을 사용하여, 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

-방사선감응재층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,

기판상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영시키기 이전에,

-기판의 평면에 실질적으로 수직인 회전축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 단계;

-비접촉에지센서를 사용하여, 기판의 복수의 회전각도에서 기판의 평면에 평행한 측정축선을 따라 기판에지의 상기 회전축선으로부터의 상기 거리를 결정하는 단계;

-상기 결정된 거리 및 대응하는 각도에 의하여 한정되는 각 에지와 관련된 점으로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대한 최적라인을 결정하는 단계; 및

-상기 결정된 최적라인으로부터 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하는 단계에 의하여, 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 결정하고, 상기 예비정렬유닛은 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하기에 적합한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
제7항의 방법에 따라 제조된 디바이스.
리소그래피 투영장치를 동작시키기 위한 컴퓨터프로그램으로서,

-예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 단계; 및

-계산된 기판의 위치 및 방위를 사용하여, 공지된 오프셋에 따라, 위치 및 방위의 사전설정된 범위내에서 기판테이블상에 기판을 위치시키는 이송수단을 제어하는 단계를 수행하도록 상기 장치에 명령을 내리는 코드수단을 포함하는 컴퓨터프로그램에 있어서,

상기 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 상기 코드수단은,

-비접촉에지센서로부터 복수의 제1데이터성분을 받아들이는 단계로서, 각각의 데이터성분은 예비정렬유닛의 회전축선으로부터 기판에지의 거리에 대응하는 것을 특징으로 하는 복수의 제1데이터성분을 받아들이는 단계;

-복수의 제2데이터성분을 받아들이는 단계로서, 각각의 제2데이터성분은 복수의 제1데이터성분 중의 하나와 관련된 예비정렬유닛의 회전축선을 중심으로 기판의 회전각에 대응하는 것을 특징으로 하는 복수의 제2데이터성분을 받아들이는 단계;

-각각의 에지와 관련된 제1 및 제2데이터성분으로부터 기판의 적어도 2개의 주요에지에 대한 최적라인을 계산하는 단계; 및

-상기 최적라인으로부터 예비정렬유닛에서 기판의 위치 및 방위를 계산하는 단계를 수행하기 위한 코드수단을 포함하고, 상기 예비정렬유닛은 다각형 평면기판의 위치 및 방위를 결정하기에 적합한 것을 특징으로 하는 컴퓨터프로그램.