KR20030069070A - 리소그래피장치, 정렬방법 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

예를 들어, MEMS 또는 MOEMS의 제조시, Z 이격거리가 큰 층들간의 정렬을 위해서 법선으로 입사하는 방사선으로 기준마커를 조명하는 정렬시스템이 사용된다. 상기 정렬시스템은 기판 측에서 텔레센트릭인 조명시스템을 가진다.

Description

리소그래피장치, 정렬방법 및 디바이스 제조방법{Lithographic Apparatus, Alignment Method and Device Manufacturing Method}

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

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

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부 위로 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템;

- 기준마크와 상기 기판상에 제공된 정렬마크간의 정렬을 검출하는 정렬시스템으로서, 정렬빔으로 상기 정렬마크를 조명하는 광학시스템을 포함하는 상기 정렬시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 형식도 포함한다. 방사선빔 내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과 마스크의 경우) 또는 반사(반사 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에, 그 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이며 이것은 입사하는 방사선빔 내의 소정 위치에서 마스크를 잡아줄 수 있고 필요에 따라서는 빔에 대하여 이동될 수 있다.

- 프로그래머블 거울 어레이. 이러한 장치의 일례로는, 점탄성제어 층(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. 프로그래머블 거울 어레이의 대안적인 실시예는 국부화된 적절한 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축을 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. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 서술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1 이상의 프로그래머블 거울배열을 포함할 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조되고 있는 미국특허 US 5,296,891호와 US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호와 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그래머블 거울 어레이의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

- 프로그래머블 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조되고있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 상기 지지구조체는 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 반대 방향으로 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 상세한 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 디바이스 예를 들어, IC의 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 수 있다. 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 이들 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 인용 참조되고 있다.

리소그래피 공정을 사용하는 디바이스의 제작시, 디바이스를 형성하는 데 필요한 다수의 층을 생성하기 위해서 일반적으로 단일의 기판상에 다수의 노광을 수행할 필요가 있다. 이 과정에서 후속하는 노광은 이전에 수행된 노광에 대하여 정확히 위치설정되어야 하는 것이 필수이다. 층들간에 정확한 정렬로부터 어긋나는 것을 오버레이 에러라고 한다. 오버레이 에러를 피하기 위해서는 노광 전에 기판이 정확히 리소그래피장치내에 정렬되어야 한다. 2종류의 정렬 툴이 공지되어 있다. 공지된 스루더렌즈(TTL) 방식의 정렬장치는 기판상에 격자 형태로 제공된 정렬마커를 레이저광으로 조명한다. 회절된 광은 리소그래피장치의 투영렌즈에 의하여 집광되고 마스크상에 통상 위상격자의 형태로 제공된 대응하는 정렬마크 위로 향하게 된다. 마스크 마커 후방에 검출기가 놓이고 웨이퍼가 투영렌즈 아래에서 스캐닝됨에 따라 마스크 마커를 통과한 방사선의 세기가 모니터링된다. 검출기로부터의 출력의 최대값은 정확히 정렬된 위치를 가리킨다. 정확히 정렬된 위치는 스테이지의 후속 이동을 제어하는 데 사용되는 간섭계 변위측정수단에 대한 사실상의 영점(zero-reference)을 제공한다. 공지된 오프액시스 방식의 정렬장치에서, 측정 스테이션의 정렬 툴은 기판상에 제공된 복수의 정렬마크와 기판스테이지에 고정 장착된 1이상의 기준마커 사이의 위치관계를 측정하는 데 사용된다. 기판을 실은 기판스테이지가 노광 스테이션으로 이송될 때, 기판스테이지상에 제공된 고정 기준마커는 마스크내의 마커에 정렬되고 이에 따라 마스크 이미지와 기판간의 위치관계가 도출될 수 있다.

공지의 정렬 툴 및 과정은 층들간의 수직차가 그리 크지 않은 반도체 디바이스의 생산에 적합하게 기능한다. 하지만, 공지의 정렬 툴 및 기술은 큰 수직 이격거리를 가진 정렬마크에 대한 정렬을 수행할 수는 없어서, 미가공 기판내로 에칭된 제로마크에 나중의 공정층들을 정렬시키기 위해서는 중간 수직위치에서 정렬마커들간의 일련의 정렬을 형성할 필요가 있었다. 이것은 몇 번의 정렬단계를 거치는 동안에 측정에러가 누적될 수 있다는 단점을 가진다. 반도체 디바이스의 제조시 보다 층두께가 상당히 더 큰, 마이크로 일렉트로미케니컬시스템(MEMS) 및 마이크로 옵토 일렉트로미케니컬시스템(MOEMS)의 제조시에는 또 다른 문제가 생긴다. MEMS및 MOEMS의 제조시 발생하는 큰 층 두께로 인하여, 중간 마커를 사용하여 수직 이격된 정렬마커들간의 정렬을 수행하는 것이 불가능할 수도 있다.

본 발명의 목적은 큰 수직 이격거리를 가진 마커들간의 정렬을 수행할 수 있는 정렬 툴을 가진 정렬공정 및 리소그래피장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 도시한 도면,

도 2는 도 1의 리소그래피 투영장치내에 포함된 정렬시스템의 간략도,

도 3은 정렬공정의 3단계를 도시한 도면,

도 4는 비-텔레센트릭 정렬 툴에서의 텔레센트릭성 에러의 원인을 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 방법에서 정렬되는 고위 정렬마크 및 함몰 정렬마크를 도시한 도면,

도 6은 비-텔레센트릭 정렬 툴에서 텔레센트릭성 에러의 영향을 도시한 도면.

본 발명에 따라, 상기 목적 및 기타 목적은 서두에 기재된 리소그래피장치로서,

상기 광학시스템이 상기 정렬빔을 상기 기판에 실질적으로 법선이 되도록 상기 정렬마크상에 지향시키기에 알맞게 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피장치에 의하여 달성된다.

정렬빔이 정렬마크상에 법선으로 입사하도록 보장함으로써, 예를 들어, 10㎛ 초과의 수직 이격거리를 가진 층들내의 마크들간의 직접 정렬(direct alignment)이 가능한 임의의 수직 위치에서 정확한 정렬 판독을 얻을 수 있다. 정렬빔의 입사각이 ＜0.5mrad 이도록 보장함으로써, 예를 들어, 최대 300 내지 500㎛의 수직 이격거리에 대한 정렬이 성취될 수 있다. 추가의 1차 또는 2차 교정에 의하여, 또는 정렬빔의 입사각을 ＜0.25mrad 로 하여, 최대 700㎛ 또는 나아가 1㎜의 수직 이격거리에 대한 정렬이 성취될 수 있다.

본 발명은 또한 기판상에 형성된 디바이스내의 각각 제1 및 제2층상에 제공된 제1 및 제2정렬마크로서, 상기 제1 및 제2층은 상기 기판에 법선 방향으로 큰이격거리를 가지며, 상기 제2층은 상기 제1층 다음에 형성된, 상기 제1 및 제2정렬마크에 대한 정렬방법에 있어서,

상기 제1정렬마크가 노출되도록 상기 제1층을 덮고 있는 상기 디바이스의 층들을 딥 트렌치 에칭하는 단계;

상기 기판에 실질적으로 법선인 정렬빔으로 상기 제1정렬마크를 조명하는 정렬시스템을 사용하여 상기 제1정렬마크에 대한 정렬을 수행하는 단계; 및

상기 정렬시스템을 사용하여 상기 제2정렬마크에 대한 정렬을 수행하는 단계를 포함하는 정렬방법을 제공한다.

발명의 또 다른 실시형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

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

상기 투영하는 단계 이전에 상술한 바와 같은 정렬방법에 따른 정렬공정을 수행하는 디바이스 제조방법이 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, 마이크로 일렉트로미케니컬시스템(MEMS), 마이크로 옵토 일렉트로미케니컬시스템(MOEMS), 유전자 칩 등등의 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(극자외선, 예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)를 포함한 모든 형태의 전자기방사선뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.

이하, 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,

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

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

- 기판(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

- 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절 또는 카타디옵트릭 시스템, 또는 거울 그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그래머블 거울 어레이와 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, Hg램프)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-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 흔히 엑시머레이저인 때의 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 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)을 포커스한다. 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, 긴행정모듈 (long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 짧은행정모듈에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두 가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 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 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

정렬시스템(10) 및 기판 정렬마크(Px)의 형태의 간략도가 도 2에 도시된다. 정렬시스템(10)은 투영렌즈를 통하여 기판 위로 투영되어 기판 정렬마크(Px)를 조명하는 광을 가진 633㎚ 레이저를 포함한다. 확대 도시된 바와 같이, 기판 정렬마크(Px)는 4개의 격자로 구성된다. 이 중 2개는 16㎛ 피치이며 2개는 17.6㎛ 피치인데, 각 종류에 하나씩은 각 스테이지 죄표축(X, Y)과 정렬된다. 기판 정렬마크(Px)로부터 1차 반사광은 투영렌즈(PL)에 의하여 집광되고 마스크상의 유사한 구조의 대응하는 마크(Mx) 위로 포커스된다. 다수의 기판 및 마스크 마크가 있을 것이며, 그것들은 Px 및 Mx 중 x를 번호로 대체하여 표기할 수 있음을 이해할 수 있다. 기판 마크(Px)로부터의 1차 반사광이 기판 마크(Mx)와 간섭하면서 생긴 간섭신호는, 필터링된 후 검출 브랜치(13, 14)에서 검출되는 간섭신호를 만든다. 1차 회절된 빔만을 선택하도록 투영시스템(PL)내에 공간필터(12)가 제공된다.

본 정렬시스템을 사용한 정렬과정에서, 기판은 기판테이블상에 놓여 예비정렬유닛상의 기계-광학적 예비정렬을 거치는데, 이는 본 발명과 무관하므로 여기에서는 더이상 서술하지 않는다. 예비정렬은 대강의 정렬만을 행하므로 세밀한 정렬도 수행되어야 하며, 그것을 위한 과정은 도 3에 도시된다. 도 3은 정렬마커(M1, M2)를 가진 마스크(MA), 정렬마커(W1, W2)를 가진 기판(W)과 함께, 정렬마커(F1)(때로는 기점이라고 칭함)를 가진 기판테이블(WT)을 도시한다. 최초에, 간섭계 변위측정시스템(IF)이 기점(F1)을 마스크의 마스크 마크(M1, M2)에 정렬시킴으로써 영점 조정된다. 그 다음, 기판 마크(W1)를 마스크 마크(M1, M2)에 그리고 기판 마크(W2)를 마스크 마크(M1)에 정렬시킴으로써 총체적인 정렬공정이 실행된다. 처음의 두 단계는 마스크 회전 및 렌즈 배율을 결정할 수 있게 한다. 그런 다음, 기판 마크(W1)를 마스크 마크(M1)에 그리고 기판 마크(W2)를 마스크 마크(M1)에 정렬시킨 후 기판 마크(W1)를 마스크 마크(M1)에 그리고 기판 마크(W1)를 마스크 마크(M2)에 정렬시킴으로써 기판과 마스크가 완전히 정렬된다. 이들 정렬 후에는 기판은 더이상의 정렬을 거칠 필요없이 노광된다.

실질적으로 상이한 Z 위치에서 정밀한 정렬이 실행될 수 있게 하기 위해서, 투영시스템(PL)을 떠난 정렬빔은 텔레센트릭(telecentric)되도록 배열된다. 이 요건이 충족되지 않은 결과가 도 4에 도시되는데, 도 4에서 정렬빔(AB)이 투영시스템(PL)으로부터의 출구에서 렌즈의 저면에 직교하지 않고 따라서 기판의 법선과 각도(φ)를 이루게 되면 예를 들어, 후속 공정층(L)의 트렌치 아래의 기판(W)에 제공된 깊이 함몰된 기판 마크(Px)에 대한 정렬시 위치 에러가 생길 것이다. 이 에러는 sin(φ)와 정렬마크(Px)의 깊이에 비례한다. 따라서, 정렬시스템의 조명부는 정렬 격자(Px)의 Z 위치가 어떠하더라도 법선 입사각으로정렬마크(Px)를 조명하도록 배치된다. 이것은 기판으로부터 볼 때 정렬시스템의 조명부가 텔레센트릭하게 만듦으로써 성취될 수 있다. 정렬빔의 통로내에 1이상의 평면판을 도입하여 정렬시스템의 조명부를 텔레센트릭으로 만들 수 있다. 평면판(들)의 두께, 웨지각 및 방위는 소정의 입사각이 성취될 때까지 조정된다. 바람직하게는, 2개의 평면판으로 하나는 입사각을 조정하는 데 사용하고 하나는 정렬시스템의 X, Y 옵셋을 조정하는 데 사용한다. 이 방법으로, 정렬빔의 입사각은 0.5 mrad 또는 0.25mrad 보다 작게 조정될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 최상부 위에 공정층(들)(L)을 형성한 후 트렌치는 기판(W)내에 에칭된 영점층 마크(P0,1 및 PO,2)가 드러나도록 에칭된다. 그러면 이들 마크와, n번째 공정층상에 제공된 마크(Pn,1)가 본 발명의 정렬 툴에 의하여 정렬될 수 있다.

상술한 바와 같이, 정렬빔 입사각을 최소로 하는 것과 함께, 캘리브레이션으로부터의 경험적 데이터를 근거로 하는 소프트웨어 교정을 사용함으로써 정렬시스템의 성능은 더욱 개선될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 입사각(Δφ)은 함몰된 마크(PM)의 측정된 위치가 그것의 프레임 위치로부터 Δx, Δy 만큼 옵셋되게 한다. 캘리브레이션 기판을 사용하면, 상기 옵셋은 복수의 상이한 수직(Z) 위치에 대하여 측정된다. 그런 다음, 이 데이타는 소정 모델의 계수를 결정하는 데 사용된다.

간단한 1차 모델은 다음의 형태를 취한다.

Δx = a z + b

Δy = c z + b

다음 형태의 2차 모델을 사용하면 더 큰 정확성을 성취할 수 있다.

Δx = a z²+ c z + b

Δy = d z²+ e z + b

각 방향 X 및 Y에 대하여 상이한 구간의 2개의 격자를 가진 방식의 위치 마커인 경우에, 정렬시스템내 수직 위치에 따른 배율 변화가 2개의 격자의 겉보기 이격거리에 미치는 영향을 고려할 필요도 있을 수 있다. 이것은 다음 형태의 모델을 사용하여 성취될 수 있다.

Δ변위 - x = f·Z·변위 - x

Δ변위 - y = g·Z·변위 - y

여기에서, f 및 g는 기계상수 또는 기계별 종속상수이다.

주어진 기계에 대한 계수가 결정되어 있으면, 정렬 결과는 마커의 수직 위치에 의거한 각 정렬에 대하여 캘리브레이션된 Δx, Δy 값을 사용하여 교정된다.

이상, 본 발명의 특정한 실시예에 대하여 서술하였지만, 본 발명이 서술된 바와 다르게도 실시될 수 있음을 알 수 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하지 않는다.

본 발명에 따르면, 큰 수직 이격거리를 가진 마커들간의 정렬을 수행할 수 있는 정렬 툴을 가진 정렬공정 및 리소그래피장치가 제공된다.

Claims (13)

1. - 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

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

   - 기판을 잡아주는 기판테이블;

   - 기판의 타겟부 위로 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템;

   - 기준마크와 상기 기판상에 제공된 정렬마크간의 정렬을 검출하는 정렬시스템으로서, 정렬빔으로 상기 정렬마크를 조명하는 광학시스템을 포함하는 상기 정렬시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,

   상기 광학시스템이 상기 정렬빔을 상기 기판에 실질적으로 법선이 되도록 상기 정렬마크상에 지향시키기에 알맞게 되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광학시스템은 실질적으로 기판측에서 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 정렬빔은 상기 기판의 법선에 대하여 0.5mrad 미만, 바람직하게는0.25mrad 미만의 입사각을 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광학시스템은 적어도 상기 투영시스템의 일부를 통하여 상기 정렬마크 위로 광을 지향시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기준마크는 상기 지지구조체 및 상기 패터닝수단 중의 하나에 제공되고 상기 정렬마크로부터의 광은 상기 투영시스템을 통하여 상기 기준마크 위로 지향되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
6. 기판상에 형성된 디바이스내의 각각 제1 및 제2층상에 제공된 제1 및 제2정렬마크로서, 상기 제1 및 제2층은 상기 기판에 법선 방향으로 큰 이격거리를 가지며, 상기 제2층은 상기 제1층 다음에 형성된, 상기 제1 및 제2정렬마크에 대한 정렬방법에 있어서,

   상기 제1정렬마크가 노출되도록 상기 제1층을 덮고 있는 상기 디바이스의 층들을 딥 트렌치 에칭하는 단계;

   상기 기판에 실질적으로 법선인 정렬빔으로 상기 제1정렬마크를 조명하는 정렬시스템을 사용하여 상기 제1정렬마크에 대한 정렬을 수행하는 단계; 및

   상기 정렬시스템을 사용하여 상기 제2정렬마크에 대한 정렬을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2정렬마크는 상기 딥 트렌치 에칭하는 단계 이전에 상기 제2층 안으로 에칭되는 것을 특징으로 하는 정렬방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 제1 및 제2정렬마크는 회절격자인 것을 특징으로 하는 정렬방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1층은 상기 기판인 것을 특징으로 하는 정렬방법.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1층은 상기 기판 위에 형성된 층인 것을 특징으로 하는 정렬방법.
11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판의 공칭표면에 직각인 방향으로의 정렬마커의 위치의 함수인, 상기 공칭표면에 평행한 방향으로의 위치 옵셋의 모델을 사용하여 정렬을 교정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬방법.
12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 디바이스는 마이크로 일렉트로미케니컬 디바이스 또는 마이크로 옵토 일렉트로미케니컬 디바이스인 것을 특징으로 하는 정렬방법.
13. - 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

    - 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및

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

    상기 투영하는 단계 이전에 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 정렬방법에 따른 정렬공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.