KR20030071637A - 캘리브레이션방법, 캘리브레이션기판, 리소그래피장치 및디바이스제조방법 - Google Patents
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Abstract
앞뒷면 정렬시스템을 캘리브레이트하기 위하여, 대향면상의 기준마커와 함께 투명한 캘리브레이션 기판이 사용된다. 정렬시스템의 초점위치를 캘리브레이션 기판의 최상면부터 바닥면으로 변위시키도록 평판이 삽입된다.
Description
본 발명은,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
- 소정 패턴에 따른 투영빔을 패터닝하는 패터닝수단;
- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
- 기판 제1측상의 목표영역으로 패터닝된 빔을 묘화하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치의 캘리브레이션에 관한 것이다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 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 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.
- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 1998년 2월 27에 출원된 미국특허 US 5,969,441호 및 미국특허 제09/180,011호(국제특허출원 WO 98/40791호)에 개시되어 있다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
정렬은 마스크상의 특정 지점의 이미지를 노광될 웨이퍼상의 특정 지점에 위치설정하는 공정이다. 통상적으로, 작은 패턴과 같은 1이상의 정렬마크가 기판과 마스크상에 각각 제공된다. 디바이스는 중간 처리단계를 갖는 연속적인 노광에 의하여 조성되는 복수의 층으로 구성될 수 있다. 매 노광전에는, 기판과 마스크상의 마크간에 정렬이 수행되어 새로운 노광과 이전 노광간의 위치오차를 최소화하며, 상기 오차는 오버레이오차라 칭한다.
마이크로시스템기술(MST), 마이크로일렉트로미케니컬시스템(MEMS), 마이크로 옵토-일렉트로-미케니컬시스템(MOEMS) 및 플립 칩(flip chips)과 같은 몇몇 기술에서는, 기판의 양쪽 모두로부터 디바이스가 제작된다. 여기에는 기판의 한면이 상기 기판의 이미 노광된 다른 면의 피처와 정확하게 정렬되도록 노광을 수행하는데에 문제가 있다. 통상적으로 정렬의 정확성은 0.5미크론 또는 그 보다 높은 정도가 요구된다.
웨이퍼 테이블에 매입된 추가 투폴드(twofold) 세트의 광학요소를 채용하는 앞뒷면 정렬(front-to-backside alignment:FTBA) 시스템이 제안되어 왔다. 본 방법에서는, 공지된 스루더렌즈(through-the-lens:TTL) 정렬시스템이 대향하는 기판표면상에 배치된 마커의 위치를 판정할 수 있다. FTBA 시스템은 또한 윗면의 마커가 프로세스층으로 덮여 더이상 정렬될 수 없는 경우가 발생하는 공정상의 문제를 극복하는데 유용하다. 하지만, 공칭의 하드웨어 디자인으로부터의 편차, 온도변화, 기판두께와 웨지 변화, 보정불가한 렌즈의 오차, 정렬 빔의 비직교성 및 표준 오버레이 오차는 FTBA의 정확성에 영향을 미친다. 따라서, FTBA 시스템을 캘리브레이트하여 요구되는 정렬의 정확성을 충족시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 앞뒷면 정렬 시스템의 캘리브레이션을 위한 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피투영장치의 도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양면정렬용 광학시스템의 브랜치를 포함하는 기판테이블을 예시한 개략단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양면정렬 광학기기의 위치 및 방위를 나타낸 웨이퍼의 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 양면정렬 광학기기의 대안적인 위치 및 방위를 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 통합 광학 구성요소를 구비한 기판 테이블 일부의 단면도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 추가 실시예에 따른 기판테이블과 웨이퍼의 단면도 및 양면정렬에 대한 개략도,
도 7a 내지 7d는 불투명기판을 사용하는 본 발명에 따른 제1캘리브레이션 공정을 예시한 도,
도 8은 본 발명에 따른 제2캘리브레이션 공정을 예시한 도,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 제3캘리브레이션 공정을 예시한다.
상기 도면에 있어, 해당 참조부호는 해당 부분을 나타낸다.
상기 목적 및 기타 목적은 본 발명에 따라 기판의 대향 면들의 마커들을 정렬시킬 수 있는 정렬시스템을 캘리브레이트하는 방법에 의하여 성취되는데, 상기 정렬시스템은 한 면상에 직접적으로 방사선 정렬빔을 지향하고 추가 광학시스템에 의하여 상기 정렬빔을 다른쪽 면에 지향시키며,
상기 방법은,
- 제1 및 제2대향면을 가지며 상기 정렬빔의 방사선에 대해 투과성인 캘리브레이션기판으로서 그 제1표면상에 기준마커를 가지고, 상기 기준마커가 상기 제1 및 제2대향면 모두로부터 검출될 수 있는 캘리브레이션기판을 제공하는 단계;
- 상기 기준마커에 대하여 상기 제1면상으로 지향되는 상기 정렬빔과의 제1정렬을 수행하는 단계; 및
- 상기 기준마커에 대하여 상기 제2면상에 지향되는 상기 정렬빔과의 제2정렬을 수행하고 상기 캘리브레이션기판을 통하여 상기 제1기판까지 전파시키는 한편, 상기 정렬빔내에 평판을 개재하여 상기 정렬시스템의 촛점위치가 상기 제1마커의 위치로 변위되도록 하는 단계를 포함하며,
여기에서, 상기 제1 및 제2정렬은 소정의 순서로 수행될 수 있다.
상기 방법은 직접적이고 앞뒷면 정렬시스템을 캘리브레이트하기 위한 절차를 포함시키기 쉽다. 상기 3가지 정렬단계의 결과들을 비교하여 정렬시스템에 대해 가시적인 뒷면의 제2정렬마커를 재묘화하는 광학시스템을 캘리브레이트하게 한다. 따라서 상기 앞뒷면 정렬시스템을 불투명 제작 기판을 정렬시키는데 신뢰를 가지고 사용할 수 있다.
기준기판에는 각 면에 복수의 기준마커가 제공되어 정렬시스템의 광학시스템을 각각 재묘화하기 위한 정렬이 반복될 수 있다.
(평행도를 벗어난) 소정 웨지 및 평판의 불균질성을 평균내기 위하여, 평판을 상기 정렬빔 방향에 대하여 실질적으로 평행한 축선 및 상기 기판 평면에 대하여 평행한 직교 축선을 중심으로 180°만큼 회전시킨다. 각 회전후에, 제2정렬이 반복되어 4가지 측정값을 제공한다.
또한, 본 발명은 상술된 방법에 사용하기 위한 것으로 기판의 두 대향면 중 하나위에 기준마커를 가진 투명체를 포함하는 캘리브레이션 기판을 제공하며, 상기 기준마커는 상기 대향면 모두로부터 검출될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있는 리소그래피장치내의 정렬시스템으로서, 한 면에 방사선의 정렬빔을 직접적으로 지향시키고 추가 광학시스템에 의하여 다른쪽 면상에 상기 정렬빔을 지향시키는 상기 정렬시스템을 캘리브레이트하는 방법으로 달성될 수 있으며,
상기 방법은,
- 제1표면에 한 쌍의 기준마커를 구비한 기판을 제공하는 단계;
- 상기 추가 광학시스템을 사용하여 상기 한 쌍의 기준마커에 대한 제1정렬을 수행하는 단계;
- 상기 기판의 제2표면에 있는 한 쌍의 제2기준마커의 제1노광을 수행하는 단계;
- 상기 기판을 제1축선을 중심으로 180°만큼 회전시키는 제1회전단계;
- 상기 추가 광학시스템을 사용하여 상기 한 쌍의 제2기준마커에 대한 제2정렬을 수행하는 단계;
- 상기 기판의 제1표면에 있는 한 쌍의 제3기준마커의 제2노광을 수행하는 단계; 및
- 상기 제1 및 제3기준마커의 상대적인 위치를 측정하여 상기 정렬시스템을 캘리브레이트하는 단계를 포함한다.
상기 제1축선은 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선의 수직 2등분선 또는 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선일 수 있다. 캘리브레이션은 두가지 모두를 중심으로한 회전을 반복하는 것이 바람직하다.
상술된 캘리브레이션 방법 모두가 조합되는 것이 유리하다.
또한, 본 발명의 목적은 기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있는 리소그래피장치내의 정렬시스템으로서, 방사선의 정렬빔을 한 면상에 직접적으로 지향시키고 추가 광학시스템에 의하여 상기 정렬빔을 다른 면상에 지향시키는 상기 정렬시스템을 캘리브레이트하는 방법으로 해결될 수 있으며,
상기 방법은,
- 기판의 제1표면에 한 쌍의 기준마커를, 기판의 제2표면에 한 쌍의 제2기준마커를 구비한 기판을 제공하는 단계;
- 상기 표면으로 지향된 상기 정렬빔으로 제1기준마크에 대한 정렬을 수행하고 상기 추가 광학시스템을 사용하여 상기 제2기준마크에 대한 정렬을 수행하는 단계;
- 상기 기판을 제1축선을 중심으로 180°만큼 회전시키는 제1회전단계;
- 상기 표면으로 지향된 상기 정렬빔으로 상기 제2기준마크에 대한 정렬을 수행하고 상기 추가 광학시스템을 사용하여 상기 제1기준마크에 대한 정렬을 수행하는 단계; 및
상기 정렬을 비교하는 단계를 포함하며,
여기에서, 상기 정렬은 소정의 순서로 수행될 수 있다.
상기 제1축선은 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선의 수직 2등분선 또는 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선일 수 있다. 캘리브레이션은 두가지 모두를 중심으로한 회전을 반복하는 것이 바람직하다.
상술된 3가지 캘리브레이션 방법 중 일부가 조합되는 것이 유리하다.
또한, 본 발명의 목적은 기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있는 리소그래피장치내의 정렬시스템으로서, 방사선의 정렬빔을 한 면상에 직접적으로 지향시키고 추가 광학시스템에 의하여 상기 정렬빔을 다른 면상에 지향시키는 상기 정렬시스템을 캘리브레이트하는 방법으로 해결될 수 있으며,
상기 방법은,
제1표면에는 제1쌍의 3이상의 기준마커 열을, 제2표면에는 제2쌍의 3이상의 기준마커 열을 구비한 캘리브레이션 기판을 제공하는 단계;
직접적으로 입사하는 상기 정렬 방사선을 사용하여 제1쌍의 기준마크 열에 대한 정렬을 수행하고, 상기 추가 광학시스템을 사용하여 제2쌍의 기준마크 열에 대한 정렬을 수행하는 단계;
상기 기판을 제1축선을 중심으로 180°만큼 회전시키는 제1회전을 수행하는 단계;
직접적으로 입사하는 상기 정렬 방사선을 사용하여 제2쌍의 기준마크 열에 대한 정렬을 수행하고, 상기 추가 광학시스템을 사용하여 제1쌍의 기준마크 열에 대한 정렬을 수행하는 단계; 및
상기 정렬을 비교하는 단계를 포함하며,
여기에서, 상기 정렬은 소정의 순서로 수행될 수 있다.
유리하게는, 본 캘리브레이션 방법은 이미 상술된 3가지 방법 중 일부를 조합하여 사용될 수도 있다.
그 다음 상술된 방법을 사용하여 캘리브레이트된 리소그래피장치는 여타의 리소그래피장치를 캘리브레이트하는 캘리브레이트기판을 제작하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제2형태는,
- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;
- 소정 패턴에 따른 투영빔을 패터닝하는 패터닝수단;
- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및
- 기판 제1면상의 목표영역으로 패터닝된 빔을 묘화하는 투영시스템을 포함하고,
- 상기 패터닝된 빔이 묘화될 상기 기판의 제1표면상에 제공되는 정렬마커에 대한 지지시스템 또는 패터닝수단상의 기준마커를 정렬시키기 위하여 소정의 방사선 정렬빔을 채용하는 정렬시스템으로서 상기 기판이 상기 빔에 대하여 투과성인 정렬시스템;
- 상기 정렬빔이 상기 제1표면에 대향하는 상기 기판의 제2표면상에 포커싱되도록 상기 정렬빔의 경로에 선택적으로 개재시킬 수 있는 평판을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 형태는,
- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패턴닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
- 상기 기판의 제1면상의 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하고,
- 상기 투영단계 이전에, 정렬시스템으로 상기 지지시스템 또는 상기 패터닝수단상의 기준마커를 상기 기판의 제1표면에 제공되는 제1정렬마커와 정렬시키는 단계로서, 상기 패터닝된 빔은 방사선의 빔으로 상기 정렬마커를 조명함으로써 묘화되며, 상기 기판이 상기 방사선 빔에 대하여 투과성인 단계; 상기 정렬빔이 상기 제1표면에 대향하는 상기 기판의 제2표면상에 포커싱되도록 상기 정렬빔의 경로내로 평판을 개재시키고 상기 기준마커를 상기 제1표면에 대향하는 상기 기판의 제2표면에 제공되는 제2정렬마커와 정렬시키는 단계를 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 정렬마커가 양면 모두에서 검출될 수 있도록 적어도 정렬마커 부근에 10㎛ 이하의 두께를 갖는 캘리브레이션 기판을 제공한다.
상기 기판에는 10㎛ 이하의 두께를 가지며 제1정렬마커가 제공되는 제1구역 및 10㎛ 이하의 두께를 가지며 제2정렬마커가 제공되는 제2영역이 제공될 수 있으며, 상기 제1 및 제2영역은 상기 기판의 표면에 의하여 형성된 평면에 대하여 직각방향으로 분리되어 있다.
상기 거리(separation)는 100㎛ 보다 넓은 것이 유리하다.
또한, 본 발명은,
10㎛ 이하의 두께를 갖는 상술된 기판을 사용하여 상술된 제1방법을 수행하는 단계;
상기 기판의 표면에 의하여 형성된 평면에 직각인 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 단계; 및
상기 방법을 두차례 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이트하는 방법을 제공한다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 상기 기판의 특정 면에 있는 정렬마크에 대한 언급은, 상기 기판의 특정면에 에칭되어 있는 정렬마크를 포함함은 물론 그 위에 후속하여 재료가 퇴적되어 그것이 매입됨으로써 더 이상 표면으로 노출될 필요가 없도록 되어 있는 정렬마크를 포함한다.
본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)"으로부터 얻을 수 있다.
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, 조명방사선 및 조명빔이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선과 EUV 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
· 방사선(예를 들어, UV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(LA,Ex,IL);
· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주고, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);
· 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는)타겟부(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템 ("렌즈")(PL)(예를 들어, 쿼츠렌즈 시스템)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.
방사원(LA)(예를 들어, 엑시머레이저)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 맞바로 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 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 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 수은램프인 경우에서 처럼), 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 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 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 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다.
도시된 장치는 두가지 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. 그 후 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 이동하는데, 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.
도 2는 웨이퍼테이블(WT)상의 웨이퍼(W)를 도시하고 있다. 웨이퍼마크(WM3,WM4)는 웨이퍼의 제1면("앞면")에 제공되고, WM3,WM4 위에 화살표로 표시된 바와 같이 이들 마크로부터 빛이 반사될 수 있으며 상기 마크는 후술할 정렬시스템(도시 안됨)과 연계하여 마스크상의 마스크와 정렬하기 위해 사용된다. 또한, 웨이퍼마크(WM1,WM2)는 웨이퍼(W)의 제2면에 제공된다. 웨이퍼테이블(WT)상에 광학시스템이 내장되어 웨이퍼(W)의 뒷면의 웨이퍼마크(WM1,WM2)에 대한 광학적 접근을 가능하게 한다. 광학시스템은 한 쌍의 아암(10a,10b)을 포함한다. 각 아암은 2개의 미러(12,14) 및 2개의 렌즈(16,18)로 구성된다. 그들이 수평을 이루도록 하는 각의 합이 90E가 되도록 각 아암의 각각의 미러(12,14)는 경사져 있다. 이러한 방식으로, 미러중 하나에 수직하게 입사하는 빛의 빔이 다른 미러에 반사되어 나갈경우에도 수직하게 유지된다.
사용에 있어, 빛은 웨이퍼테이블(WT) 상부로부터 미러(12)로 지향되고 렌즈(16,18)를 통해 미러(14)로 반사된 뒤 각 웨이퍼마크(WM1,WM2)로 지향된다. 빛은 웨이퍼마크 부분들로 반사되어 광학시스템의 아암을 따라 미러(14), 렌즈(18,16) 및 미러(12)를 거쳐 복귀한다. 웨이퍼마크(WM1,WM2)의 이미지(20a,20b)가 웨이퍼(W) 앞면에 제공되는 소정의 웨이퍼마크(WM3,WM4)의 수직위치에 해당하는 웨이퍼(W)의 앞면(윗면)의 평면에 형성되도록 상기 미러(12,14) 및 렌즈(16,18)가 배치된다. 물론, 렌즈(16,18) 및 미러(12,14)의 순서는 광학시스템에 따라 적절히 차이가 난다. 예를 들어, 렌즈(18)가 미러(14)와 웨이퍼(W)의 사이에 올 수 있다.
웨이퍼마크(WM1,WM2)의 이미지(20a,20b)는 허상의(virtual) 웨이퍼마크로서의 역할을 하며 웨이퍼(W)의 앞면(윗면)에 제공되는 실제 웨이퍼마크와 꼭같은 방식으로 기존의 정렬시스템(도시 안됨)에 의한 정렬을 위해 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광학시스템(10A, 10B)의 아암부는 웨이퍼(W)의 옆으로 변위된 이미지(20A, 20B)를 생성하여, 상기 이미지는 웨이퍼(W) 위의 정렬시스템으로 볼 수 있다. 광학시스템(10A, 10B)의 아암부의 2개의 바람직한 방위가 도 3 및 도 4에 도시되어 있으며, 상기 도면은 XY 평면에 놓여진 웨이퍼(W)의 평면도이다. 간명함을 위하여, 도 3 및 도 4에서 웨이퍼테이블(WT)이 생략된다. 도 3에서, 광학시스템(10A, 10B)의 아암부는 X축선을 따라 정렬된다. 도 4에서, 광학시스템(10A, 10B)의 아암부는 Y축선에 평행하다. 두 경우 모두, 웨이퍼마크(WM1, WM2)가 X축선에 놓인다. 웨이퍼마크(WM1, WM2)는 웨이퍼(W)의 아래쪽에 있으므로, 웨이퍼(W)의 최상부에서 보면 뒷면이다. 하지만, 광학시스템의 아암부의 거울의 배치는, 웨이퍼마크(WM1, WM2)의 이미지(20A, 20B)는 재차 되돌아 정확한 방식으로(correct way round) 다시 회복되고 뒤집히지 않으므로, 그들이 웨이퍼(W)의 최상부에 있었던 것과 정확히 동일한 이미지로 나타난다. 또한, 광학시스템은 웨이퍼마크(WM1, WM2) 대 그 이미지(20A, 20B)의 크기의 비율이 1:1, 즉 확대되거나 축소되지 않도록 배치된다. 따라서, 이미지(20A, 20B)는 웨이퍼(W)의 앞면상의 실제 웨이퍼마크인 것처럼 정확하게 사용될 수 있다. 광학기기는 보다 작은 웨이퍼마크를 확대(또는, 보다 큰 웨이퍼 마크를 축소)시키기 위하여 배치된다. 중요한 것은 웨이퍼마크의 이미지는 기존의 정렬시스템을 이용한 정렬을 허용하는 정확한 크기라는 것이다. 마스크상에 제공된 공통의 정렬패턴 또는 키는 실제와 가상 둘 다의 웨이퍼마크로 정렬을 수행하는 데 사용될 수 있다.
현 예시에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대응위치에서 웨이퍼(W)의 앞뒷면 모두에 웨이퍼마크가 도시된다. 간명함을 위해서, 도 3 및 도 4에는 웨이퍼(W)의 뒷면에만 웨이퍼마크가 도시되어 있다. 이 배치에 따르면, 웨이퍼(W)가 뒤집혀질 때에, X축선 또는 Y축선을 중심으로 회전함으로써, 웨이퍼(W)의 최상부에 있었던 웨이퍼마크가 이제는 아래쪽에 있으나 광학시스템(10A, 10B)의 아암부에 의하여 묘화될 수 있는 위치에 있다.
광학시스템의 거울 및 여타의 구성요소의 배치에 따라(특히 마크의 임의의 중간이미지가 있는 지의 여부에 따라), 소정 방향으로의 마크의 이동은 반대방향으로의 이미지의 변위를 유발할 수 있는 반면, 그 이외의 방향에서 마크 및 이미지는 동일하게 이동할 것이다. 정렬시스템을 제어하는 소프트웨어는 웨이퍼마크(WM1, WM2)의 위치를 결정할 때와, 정렬이 수행될 경우 웨이퍼(W) 및 마스크의 상대적인 위치를 조정할 때에 이것을 고려한다.
웨이퍼(W)의 면당 적어도 2개의 웨이퍼마크가 제공된다. 단일 마크가 마스크상의 특정점 대 웨이퍼상의 특정점의 이미지의 상대적인 위치설정에 관한 정보를줄 수 있다. 하지만, 정확한 방위, 정렬 및 배율을 확보하기 위해서는 적어도 2개의 마크가 사용된다.
도 5는 웨이퍼테이블(WT)의 일부를 도시한 단면도이다. 본 발명의 이 실시예에 따르면, 웨이퍼의 뒷면상의 웨이퍼마크를 묘화시키는 광학시스템(10A, 10B)은 특별한 방식으로 웨이퍼테이블에 내장되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광학시스템의 아암부의 거울(12, 14)은 이산 요소로서 제공되지 않으나 웨이퍼테이블(WT)과 일체로 형성되어 있다. 적절한 면들이 웨이퍼테이블(WT) 안으로 기계가공된 다음, 반사성을 개선시키기 위해 코팅시켜 거울(12, 14)이 형성된다. 광학시스템은 웨이퍼테이블과 동일한 재료, 예를 들어 매우 낮은 열팽창계수를 가져 높은 정렬정확성을 확실히 유지시킬 수 있는 Zerodur로 만들어 질 수 있다.
앞뒷면 정렬시스템의 또 다른 정보 및 대안적인 형식은 유럽특허출원번호 제 02250235.5호에 기술되어 있으며 그 내용이 본 명세서에서 인용참조되고있다.
앞뒷면 정렬시스템은 소정의 정확성으로 기판의 대향면상의 정렬마크간의 정렬을 가능하게 하지만 캘리브레이션을 필요로 한다.
앞뒷면 정렬시스템을 캘리브레이트하려면, 정렬시스템에 의하여 측정된 뒷면 정렬마크의 앞면 이미지의 위치와 뒷면 정렬마크의 실제위치간의 정확한 관계를 알 필요가 있다. 이 관계는 뒷면 마커와 그 이미지간의 거리를 나타내는 FTBA 오프셋으로서 간편하게 고려될 수 있다. FTBA 오프셋을 측정하려면, FTBA 정렬시스템의 뒷면마크의 위치를 독립적으로 결정할 수 있는 방법을 제공할 필요가 있다. 그후, FTBA 정렬시스템에 의하여 측정된 위치와 그 결정을 비교한다.
TTL 정렬시스템 자체는 정렬마크의 측정된 위치와 투영시스템(PL)에 의하여 투영된 이미지의 위치간의 관계를 결정하기 위해서 캘리브레이션을 필요로 한다. 이 캘리브레이션은 공지되어 있으므로 본 발명의 부분을 형성하지 않는다. 이는 이하의 서술에서 무시된다.
하기에 서술되는 바와 같이, 본 발명은 FTBA 시스템을 직접 캘리브레이션하는 방법을 제공한다. 하지만, 이러한 캘리브레이션은 시간 소모적일 수 있다. 따라서, 본 발명은 리소그래피장치가 기준(홀리)기계가 되도록 캘리브레이트되는 방법도 제공한다. 이는 보다 단순하고 보다 빠른 방법으로 여타의 기계를 캘리브레이트하는 데 사용될 수 있는 기준기판(홀리웨이퍼)을 만드는 데 사용된다.
상술된 바와 같이, FTBA 시스템은 정규(normal) 앞면마커(기판의 최상부)의 그것과 동일한 z-레벨로 광학시스템과 함께 기판의 저면부상에 위치되는 정렬마크를 투영함으로써 작동한다. z=0으로 표시된 이 평면은 투영렌즈의 촛점평면과 일치한다. 디자인에서, 뒷면마커 판독위치의 방위, 크기 및 z-레벨 위치설정은 가능한 한 앞면마커의 그것과 동일하다. 따라서, 뒷면 정렬스캔을 위한 x,y위치는 최상면 정렬스캔과 동일한 방식으로 결정된다. 광학기기의 왜곡 및 오프셋보정을 위해서 보정이 행해져야 한다.
투명한 캘리브레이션웨이퍼(HW)를 이용하는 FTBA 오프셋을 측정하는 과정이 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다.
캘리브레이션웨이퍼(HW)는 공지된 두께(d) 및 굴절률(n)을 갖는 투명한 재료로 형성되어 있고, 대향측상에는 기준마커(WM1, WM3)가 있다. 캘리브레이션웨이퍼는 가능한 한 얇게 만들어 지는 것이 바람직하다. 기준마커(WM3)는 기판을 통하여 검출할 수 있도록 가시 거울-이미지 구성요소를 가지고 FTBA 광학시스템을 통하여 관찰될 때에 정상으로 나타난다. 이는 서로로부터의 주지위치에서 각각의 방위를 갖는 2개의 마커를 가지거나, 2개의 방위를 1개의 마커내로 결합시킨 소위 옴니마커로 실현된다. 기준마커(WM1)는 웨이퍼가 뒤집혀 질수 있도록 동일한 방식으로 구축되는 것이 바람직하다. 마커(WM1, WM3)는 하나 위에 다른 하나가 있는 방식으로 도시되어 있지만, 실제로는 나란히 있게 된다는 것에 유의한다.
정렬시스템은 도 6(a)에 개략적으로 도시된 상황에서, 통상적인 방식으로 캘리브레이션기판(HW)의 앞면상에 기준마커(WM3)의 위치를 결정한다. 그 후, 캘리브레이션기판(HW)을 통하여 투과되는 정렬방사선에 의하여 캘리브레이션기판(HW)의 뒷면상의 기준마커(WM1)의 위치가 결정된다. 하지만, 마커(WM3)에 대한 마커(WM1)의 촛점위치의 변위를 보상하기 위해서, 도 6(b)에서 레이(ray)구조로 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 캘리브레이션기판(HW)의 앞의 평면에 있는 경우와 마찬가지로 마커(WM1)가 나타나도록 소정 두께와 굴절률을 갖는 평면판(50)이 캘리브레이션기판(HW)위에 개재되어 있다. 그리하여, 캘리브레이션기판(HW)의 앞면 및 뒷면상의 실제 마커위치간의 직접적인 비교가 간단하게 행해질 수 있는 반면에, 이전에는 양면 오버레이성능을 결정하기 위해서 웨이퍼를 통하여 소잉이나 에칭과 같은 파괴적인 기술을 사용할 필요가 있었으며, 심지어는 측정오차가 실제 오버레이정확성을 초과할 수 있었다.
굴절률(n0)(진공의 경우 n0=1)을 갖는 환경에서 굴절률(n1) 및 두께(d1)를 갖는 캘리브레이션기판(HW)의 경우, 평면판(50)의 굴절률(n2) 및 두께(d1)는 다음과 같은 관계에 의하여 결정된다.
평면판(50)에서의 임의의 웨지를 보상하기 위해서, 평면판(50)이 3개의 직교축선(x,y,z)의 각각을 중심으로 180° 회전한 후에 측정이 반복된다. 캘리브레이션기판(HW)의 임의의 비동질성은 공지된 기술 및 적절히 적용된 보정을 이용하여 따로 측정될 수 있다. 소정 두께 및 굴절률을 가진 평면판(50)을 이용하는 개념은 웨이퍼마커의 포커스위치를 시프트하는 데 바람직한 임의의 정렬방법에 적용가능함은 물론이다.
직교축과 회전축간의 '크로스토크(cross-talk)'에러를 최소화하기 위해서, 측정프로세스는 동일한 웨이퍼를 이용하여 되풀이된다. 통상적으로, 3회 반복하면 충분하다.
또한, 상기의 개요는 기판을 투과하는 정렬빔으로는 방사선, 예를 들어, 실리콘기판과 적외선을 이용하여 생산기판의 대향측상에 마크의 직접적인 정렬에 사용될 수 있다. 물론, 평면판으로 선택된 재료는 정렬시스템에서 사용되는 방사선을 투과하여야 한다.
FTBA 오프셋을 측정하는 대안례인 제2공정은 표준실리콘기판을 포함하며 오프셋의 평가로 시작한다. 이 공정은 도 7a 내지 도 7d 및 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있다.
제1단계에서, 기판(60)은 제1세트의 마커(61)와 함께 노광된다. 마커(60)상의 화살촉은 그 방위를 나타낸다. 통상적으로 정렬시스템이 특정 방위만을 가지고 마커를 측정하기 때문에 방위는 중요하다. 각각의 마커안으로 1이상의 방위를 결합시키는 옴니마커가 사용될 수 있다. 마커의 위치는 웨이퍼가 뒤집힐 때에 FTBA 광학기기로 볼 수 있는 위치이다. 노광된 마커가 도 7a에 도시되어 있다. 웨이퍼는 뒤집히고(즉, Y축선을 중심으로 180°회전되고), FTBA 시스템 및 제1세트의 마커(61)를 이용하여 위치설정된다(이제 제1세트의 마커(61)는 상기 도면에서 웨이퍼의 뒷면에 있다). 이 단계에서, 도 7b 및 도 7c에서 대시라인으로 표시된 웨이퍼의 앞면과 뒷면과의 관계는 알지 못한다. 제2세트의 마커(62)는 웨이퍼의 앞면에 노광된다(제1노광시에는 뒷면이었기 때문에 웨이퍼의 상기 면상에는 마크가 없다). 제2세트의 마커(62)는 제1세트의 마커(61)의 추정된 위치에 있다. 최종적으로, 웨이퍼는 다시 Y축선을 중심으로 180°회전되고, FTBA 시스템 및 제2세트의 마커(62)의를 이용하여 정렬되므로, 제3세트의 마커(63)가 주지 오프셋에서 노광될 수 있다. 제1세트의 마커(61) 및 제3세트의 마커(63)의 y위치에서의 차가 측정되고(이들 세트의 마커는 모두 웨이퍼의 앞면상에 있다), 주지 오프셋이 감산된다. 이것은 FTBA 광학시스템의 두 브랜치의 y-오프셋(즉, 웨이퍼의 측정위치의 중심의 y-변위)의 합을 산출한다.
도 8a 내지 도 8d에 예시된 바와 같이, FTBA x-오프셋이 유사한 방식으로 결정된다. 우선, 도 8a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(70)는 정규마커(71b) 및 회전된 마커(71a)를 포함하는 제4세트의 마커(71)와 함께 노광된다. 마커(71a, 71b)는 도시된 바와 같이 주지의 거리를 가지고 서로 인접해 있다. 이 마커의 배치는 정렬시스템이 특정 방위를 가진 마커만을 검출할 수 있기 때문에, x-오프셋검출에 필요하다. 마커(71b)는 앞면 정렬시스템에 의하여 검출할 수 있도록 방위가 잡혀 있다. 마커(71b)의 방위는 기판이 일단 x-축선을 중심으로 180°로 회전되면 FTBA 광학시스템을 매개로 검출할 수 있도록 반전된다(즉, 뒤집힌다).
노광 후, 웨이퍼(70)는 x축선을 중심으로 회전되고(즉, 뒤집히고), 도 8b에 도시된 상황에 이르기 위해서 FTBA 시스템 및 회전된 마커(71a)를 이용하여 정렬된다. 그 후, 제5세트의 마커(72)가 도 8c에 도시된 바와 같은 마커(71a)의 추정된 위치에서 노광된다. 그 후, 웨이퍼(70)는 x 축선을 중심으로 다시 회전된다. 제5세트의 마커(72)에 FTBA시스템에 의하여 정렬된 웨이퍼와, 제6세트의 마커(73)가 주지의 오프셋에서 노광된다.
제4세트의 마커(71) 및 제6세트의 마커(73)의 x 위치에서의 차가 측정되고(마커의 이들 세트는 둘 모두 웨이퍼의 앞면에 있다), 주지의 오프셋이 감산된다. 계산은 정규마커(71b) 및 회전된 마커(71a)의 거리를 고려한 추가의 오프셋을 포함한다. 이것은 FTBA 광학시스템의 두 브랜치의 x-오프셋(즉, 웨이퍼의 측정된 위치의 중심의 x-변위)의 합을 산출한다.
도 7 및 도 8에 서술되고 도시된 측정은 웨이퍼의 회전에 관한 정보를 제공하지 않는다. 이는 x 및 y 오프셋 측정이 개별적으로 수행될 필요성 때문이다.회전영향을 결정하고 보상하기 위해서, 또 다른 측정이 요구된다. 이 측정은 FTBA 광학기기를 매개로 묘화를 허용하도록 위치되는 4개의 열의 마크(도시되지 않음)를 이용하여 수행된다. y-축선을 중심으로 회전하기 전후의 마크의 위치의 측정은 웨이퍼의 각도회전이 결정되도록, 이는 다음에 y-축선 오프셋이 결정되도록 허용한다. 회전측정은 FTBA 광학기기의 윈도우의 크기에 의하여 제한된다. 보다 정확한 회전측정은 제1방법에 서술된 바와 같이 투명웨이퍼를 이용하여 얻어질 수 있다. 실제로, 제1 및 제2방법이 둘 다 사용될 수 있으며, 제1방법은 회전을 측정하는데 그리고 제2방법은 x 및 y 오프셋을 측정하는데 사용된다.
제3공정은 제2공정과 유사하나, 공정중에 웨이퍼를 노광하는 대신에 노광된 웨이퍼를 사용한다.
도 9를 참조하면, 기판(80)에는 그 앞면상의 제1세트의 마커(81) 및 그 뒷면상의 제2세트의 마커(82)가 제공된다. 제2세트의 마커(82)에 대한 제1세트의 마커(81)의 상대위치는 알지 못한다. 앞면마커(81)의 위치가 검출되고, (FTBA광학기기를 통하여 볼 수 있는)뒷면마커(82)의 이미지 위치가 검출된다. 웨이퍼는 y축을 중심으로 180°회전되고(즉, 뒤집어지고), 앞면마커(82)의 위치 및 뒷면마커(81)의 이미지가 검출된다.
제1세트의 마커(81)와 제2세트의 마커(82)간의 y위치상의 차이가 측정된다. 이것은 FTBA 광학시스템의 2개의 브랜치의 FTBA y오프셋의 합(즉, 웨이퍼의 측정위치의 중심의 y변위)을 산출한다.
도 10을 참조하면, 기판(90)에는 그 앞면상에 2세트의 마커(91, 92)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 마커는 공지된 거리를 가지고 서로 인접해 있다. 제1세트의 마커(91)는 앞면정렬시스템에 의해 검출되도록 방위가 잡힌다. 기판이 일단 x축을 중심으로 180°회전되면(즉, 뒤집어지면), FTBA 광학시스템을 통하여 검출될 수 있도록 제2세트의 마커(92)의 방위는 역으로 되어 있다. 앞면상의 마커(91, 92)에 추가하여, 기판(90)에는 뒷면상의 2세트의 유사한 마커(도시되지 않음)가 제공된다.
뒷면 마커에 대한 앞면마커(91, 92)의 상대위치는 알지 못한다. 제1세트의 앞면마커(91)의 위치는 검출되고, (FTBA 광학기기를 통하여 보여지는)대응하는 세트의 뒷면마커의 이미지의 위치가 검출된다. 웨이퍼는 x축을 중심으로 180°회전된다(즉, 뒤집어진다). 제2세트의 앞면마커(92)의 위치는 검출되고, 대응하는 세트의 뒷면마커의 이미지의 위치가 검출된다.
앞면마커와 뒷면마커간의 x위치상의 차이는 인접한 마크의 공지된 거리를 고려하여 측정된다. 이것은 FTBA 광학시스템의 2개의 브랜치의 FTBA x오프셋의 합(즉, 웨이퍼의 측정위치의 중심의 x변위)을 산출한다.
회전측정은 두번째 방법에 대하여 상술된 바와 같이, FTBA 광학기기를 통하여 묘화하도록 놓여지는 4열의 마크(도시되지 않음)를 사용하여 수행된다.
상기 제3과정은 직교축선들과 회전축선들간의 크로스토크에러를 최소화하기 위하여 여러번 반복될 수도 있다. 일반적으로 3회의 반복이면 충분하다. 제1과정시에 노광되는 마커를 반복측정하는 제3과정은 제2과정의 바로 직후에 수행될 수 있다.
제2 및 제3과정은 FTBA시스템의 x오프셋 및 y오프셋을 제1과정보다 더 정확하게 측정하지만, 예비정렬마커를 사용함에 따라, 회전에러가 측정될 수 있다고 하더라도, FTBA광학기기의 뷰잉 윈도우가 작기 때문에 이것의 정확성이 낮다. 한편, 유리기판을 사용하는 캘리브레이션 공정은 유리의 불균질성으로 인하여, x 및 y위치의 오프셋 측정의 정확성이 떨어지지만, 두 브랜치간의 긴 아암으로 인하여 회전오프셋을 더 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 2가지 방법의 조합이 기준기(reference machine)를 완전히 캘리브레이트하는데 유리하게 사용될 수 있다.
기준기를 캘리브레이팅하는 제4과정은 초박기판(ultra-thin substrate)을 사용한다. 초박기판에는, 웨이퍼가 얇기 때문에 양면으로부터 직접 판독할 수 있도록 예를 들어, 상술된 바와 같은 옴니마커형 기준마커가 제공된다. 이를 위하여, 표준웨이퍼의 두께가 500㎛인 것에 비해 상기 기판은 10㎛이하 정도일 수 있다.
초박기판에 대하여, 직접적인 마커의 위치측정 및 FTBA 광학시스템을 통한 마커의 위치측정은 정렬빔의 직각이 아닌 입사각으로 인한 임의의 에러가 발생하는 경우에만, FTBA오프셋을 직접 부여한다. 이것은 제1방법에 대하여 상술된 바와 같이 평판을 사용하는 것 또는 초점심도 캘리브레이션으로부터 산출되고 감산된 에러를 상쇄시킬 수 있다.
초박 캘리브레이션 웨이퍼는 기준마커의 영역에서만 얇을 필요가 있다. 따라서, 초박 캘리브레이션 웨이퍼는 비교적 두꺼운 웨이퍼내의 트로프(trough)를 에칭한 후, 이 트로프의 바닥부의 기준마크를 에칭하여 조성될 수 있다. 대안적으로,소정 두께의 적절한 재료의 조각이 두꺼운 기판의 스루홀에 걸쳐 접착될 수 있다.
초박영역을 갖는 캘리브레이션 웨이퍼는 정렬빔의 직각이 아닌 입사각에 의해 발생되는 에러를 제거하는데 사용될 수 있다. 이 캘리브레이션 웨이퍼에는 그것의 앞면 표면에 초박영역이 제공되고, 그것의 뒷면 표면에 인접한 초박영역이 제공된다. z축을 중심으로 한 웨이퍼의 회전(웨이퍼를 뒤집는 것이 아님에 주의요)은 정렬빔의 직각이 아닌 입사각으로 인한 에러를 허용한다.
기준기를 캘리브레이팅하는 제5과정은 표준웨이퍼의 양면상에 마커를 노광하는 것을 포함한다. 마커의 위치는 직접 그리고 공칭 오프셋값을 이용하는 FTBA 광학시스템을 이용하여 결정된다. 웨이퍼는 뒤집히고 측정이 반복된다. 그런 다음, 웨이퍼가 절단되고 웨이퍼의 반대면상의 마커의 상대위치는 주사전자현미경을 이용하여 결정된다.
직교축선들과 회전축선들간의 크로스토크에러를 최소화하기 위하여, 동일한 웨이퍼를 이용하여, 상기의 방법 중의 적절한 방법이 반복될 수도 있다. 일반적으로 3회 반복이면 충분하다.
일단, 기준기가 캘리브레이트되면, 양면에 마커를 갖는 웨이퍼를 제조하고 앞면과 뒷면 마커간의 정확한 위치관계를 측정하는 것은 간단한 문제이다. 상기 기준 웨이퍼는 "홀리웨이퍼"로도 불리며, 여타의 기계의 FTBA시스템을 직접 캘리브레이트하는데 사용될 수도 있다. 앞뒷면의 기준마커의 상대위치는 캘리브레이트될 FTBA시스템 및 결과값을 가지고 측정되며 FTBA오프셋을 직접 부여하는 공지된 상대위치와 비교된다.
이제, FTBA시스템을 이용하는 일부 정렬개요가 개략적으로 설명된다.
앞면상의 이미지만을 정렬하는데 FTBA를 이용하는 경우에, 예비정렬 마크는 그들 자체의 이미지와 정렬되어 있어야만 하는 것은 아니다. 따라서, 하나의 기계가 사용되고 있을 때에는, 정밀한 FTBA 오프셋 캘리브레이션이 필요하지 않다. 앞면 패턴에 대하여뒷면 정렬마크가 어디에 있는지를 아는 것는 것은 중요하지 않다. 1이상의 기계가 사용되는 경우에, 제1조정기는 "홀리"라 불려질 수 있고 모든 여타의 기계들을 조정하기 위하여 "홀리웨이퍼"가 사용될 수 있다. 노광에 있어서, 공정은 다음과 같다:
- 뒷면상의 예비정렬마크를 노광하고 이를 웨이퍼에 에칭한다.
- 앞면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행하지만, 정렬용의 뒷면 마크를 이용한다.
양면상의 이미지를 정렬하는데 FTBA를 이용하는 경우에, 예비정렬 마크는 그들 자체 이미지와 정렬되어 있어야만 한다. 따라서, 완전한 캘리브레이션이 수행되고 노광을 위하여 다음의 과정이 채택된다:
- 앞면상의 예비정렬마크를 노광하고 이를 웨이퍼에 에칭한다.
- 정렬용으로 앞면 마크를 이용하여, 뒷면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행한다.
- 웨이퍼를 뒤집는다(뒷면이 앞면이 되고, 앞면이 뒷면이 된다).
- 앞면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행하지만, 정렬용으로 뒷면 마크(첫번째 노광의 앞면마크)를 이용한다.
3개의 면-제1웨이퍼의 양면과 제1웨이퍼에 결합된 제2웨이퍼의 한면-상에 있는 이미지를 정렬하는데 FTBA를 이용하는 경우에, 예비정렬 마크는 역시 그 자체의 이미지가 정렬되어 있어야 한다. 완전한 캘리브레이션이 수행되고 노광을 위하여 다음의 과정이 채택된다:
- 앞면상의 예비정렬마크를 노광하고 이를 웨이퍼에 에칭한다.
- 정렬용으로 앞면 마크를 이용하여, 앞면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행한다.
- 웨이퍼를 뒤집는다(뒷면이 앞면이 되고, 앞면이 뒷면이 된다).
- 앞면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행하지만, 정렬용으로 뒷면 마크를 이용한다.
- 앞면상에 얇은 웨이퍼를 결합시킨다(앞면이 결합면이 된다).
- 결합면상의 생성물에 대하여 정규 노광 및 공정을 수행하지만, 정렬용으로 뒷면 마크를 이용한다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 상술된 바와 다른 방법으로 실시될 수도 있음을 유의하여야 한다. 상기 설명은 본 발명을 한정하지 않는다.
본 발명에 따르면 앞뒷면 정렬 시스템의 캘리브레이션을 위한 방법을 제공할 수 있다.
Claims (26)
- 제1 및 제2 대향면을 갖고, 정렬빔의 방사선에 대하여 투명하며, 제1표면 및 제2표면으로부터 검출할 수 있는 기준마커를 그것의 제1표면상에 가지고 있는 캘리브레이션 기판을 제공하는 단계;상기 제1표면상으로 지향된 상기 정렬빔을 가지고 상기 기준마커에 대하여 제1정렬을 수행하는 단계; 및상기 정렬시스템의 초점위치가 상기 제1마커의 위치로 변위되도록 평판이 정렬빔내로 개재되는 한편, 상기 제2표면상으로 지향되고 상기 캘리브레이션 기판을 통하여 상기 제1표면으로 전파하는 상기 정렬빔을 가지고 상기 기준마커에 대하여 제2정렬을 수행하는 단계를 포함하는 방법으로서, 기판의 대향면상의 정렬마커를 정렬시킬 수 있으며, 한면에는 방사선의 정렬빔을 직접 지향시키고 다른 한면에는 추가 광학시스템을 통하여 상기 정렬빔을 지향시키는 정렬시스템을 캘리브레이팅하는 방법에 있어서,상기 제1 및 제2정렬은 소정의 순서대로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,3개의 직교축선을 중심으로 상기 평판을 180°만큼 회전시키고 각 회전 후에 상기 제2정렬을 반복하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제1정렬은 상기 추가 광학시스템을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하는 캘리브레이션 기판으로서, 2개의 대향 표면 중의 한면에 상기 2개의 대향 표면으로부터 검출할 수 있는 기준마커를 가지고 있는 투명 몸체로 이루어진 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 기판.
- 제4항에 있어서,상기 정렬마크는 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 기판.
- 기판의 제1표면상에 한 쌍의 제1기준마커를 가지고 있는 기판을 제공하는 단계;추가 광학시스템을 이용하여, 상기 한 쌍의 제1기준마커에 대하여 제1정렬을 수행하는 단계;상기 기판의 제2표면상에 있는 한 쌍의 제2기준마커의 제1노광을 수행하는 단계;제1축선을 중심으로 180°만큼 상기 기판의 제1회전을 수행하는 단계;상기 추가 광학시스템을 이용하여, 상기 한 쌍의 제2기준마커에 대하여 제2정렬을 수행하는 단계;상기 기판의 상기 제1표면상에 있는 한 쌍의 제3기준마커의 제2노광을 수행하는 단계; 및상기 정렬시스템을 캘리브레이트하도록 상기 제1 및 제3기준마커의 상대위치를 측정하는 단계를 포함하는 방법으로서,기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있으며, 한면에는 방사선의 정렬빔을 직접 지향시키고 다른 한면에는 상기 추가 광학시스템을 통하여 상기 정렬빔을 지향시키는 리소그래피장치내의 정렬시스템을 캘리브레이팅하는 방법.
- 제6항에 있어서,상기 추가 광학시스템을 이용하여, 상기 쌍의 제2기준마커의 위치를 측정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 제1축선은 상기 쌍의 제1기준마커를 잇는 선의 수직이등분선인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 제1축선은 상기 쌍의 제1기준마커를 잇는 선인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법.
- 기판의 제1표면상에 한 쌍의 제1기준마커 및 기판의 제2표면상에 한 쌍의 제2기준마커를 가지고 있는 기판을 제공하는 단계;상기 표면상으로 지향된 상기 정렬빔을 가지고 제1기준마커에 대하여 정렬을 수행하고 추가 광학시스템을 이용하여, 상기 제2기준마커에 대하여 정렬을 수행하는 단계;상기 제1축선을 중심으로 180°만큼 상기 기판의 제1회전을 수행하는 단계;상기 표면상으로 지향된 상기 정렬빔을 가지고 제2기준마크에 대하여 정렬을 수행하고, 상기 추가 광학시스템을 이용하여, 제1기준마크에 대하여 정렬을 수행하는 단계; 및정렬을 비교하는 단계를 포함하는 방법으로서,기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있으며, 한면에는 방사선의 정렬빔을 직접 지향시키고 다른 한면에는 상기 추가 광학시스템을 통하여 상기 정렬빔을 지향시키는 리소그래피장치내의 정렬시스템을 캘리브레이팅하는 방법에 있어서,상기 정렬은 소정의 순서대로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1축선은 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선의 수직이등분선인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서,상기 제1축선은 상기 한 쌍의 제1기준마커를 잇는 선인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 따른 방법 및 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법.
- 제6항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 방법 및 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법.
- 기판의 제1표면상에 제1쌍의 3이상의 기준마커의 열을 갖고, 기판의 제2표면상에 제2쌍의 3이상의 기준마커의 열을 갖는 캘리브레이션 기판을 제공하는 단계;직접 입사하는 정렬방사선을 이용하여, 제1쌍의 기준마크의 열에 대하여 정렬하고, 추가 광학시스템을 이용하여 제2쌍의 기준마크의 열에 대하여 정렬하는 단계;제1축선을 중심으로 180°만큼 상기 기판의 제1회전을 수행하는 단계;상기 직접 입사하는 정렬방사선을 이용하여, 제2쌍의 기준마크의 열에 대하여 정렬하고, 상기 추가 광학시스템을 이용하여 제1쌍의 기준마크의 열에 대하여 정렬하는 단계; 및상기 정렬을 비교하는 단계를 포함하는 방법으로서,기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있으며, 한면에는 방사선의 정렬빔을 직접 지향시키고 다른 한면에는 상기 추가 광학시스템을 통하여 상기 정렬빔을 지향시키는 리소그래피장치내의 정렬시스템을 캘리브레이팅하는 방법에 있어서,상기 정렬은 소정의 순서대로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제16항에 따른 방법 및 제6항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법.
- 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제10항, 제11항 내지 제15항 또는 제17항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 이용하는 기준 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 단계;상기 기준 리소그래피장치를 이용하여, 캘리브레이션 기판의 대향 표면상에있는 제1기준마커와 제2기준마커의 위치관계를 결정하는 단계; 및상기 캘리브레이션 기판을 이용하여, 상기 리소그래피장치를 캘리브레이트하는 단계를 포함하는 방법으로서,기판의 대향면상의 정렬마커에 대하여 정렬시킬 수 있으며, 한면에는 방사선의 정렬빔을 직접 지향시키고 다른 한면에는 추가 광학시스템을 통하여 상기 정렬빔을 지향시키는 정렬시스템을 갖는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법.
- 제18항에 따른 방법에 사용하기 위한 캘리브레이션 기판으로서, 제1 및 제2기준마커의 위치관계를 나타내는 정보와 함께, 기판의 대향면상에 상기 제1 및 제2기준마커를 가지고 있는 캘리브레이션 기판.
- - 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;- 패턴닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;- 상기 기판의 제1면상에 있는 방사선감응재층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제10항, 제11항 내지 제15항 또는 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 정렬시스템을 캘리브레이팅하는 단계; 및상기 정렬시스템을 이용하여, 상기 투영하는 단계에 앞서, 기판의 대향면상에 제공된 정렬마커로 지지시스템 또는 상기 패터닝수단상의 기준마커를 정렬하는단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
- - 방사선투영빔을 공급하는 방사선시스템;- 소정의 패턴에 따라 투영빔을 패터닝시키는 역할을 하는 패터닝수단;- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및- 상기 기판의 제1면의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 묘화시키는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,- 정렬시스템은, 상기 지지시스템 또는 상기 패터닝수단상의 기준마커를 상기 패터닝된 빔이 묘화되는 상기 기판의 제1표면상에 제공된 정렬마커에 대하여 정렬시키기 위하여 상기 기판에 대하여 투명한 방사선의 정렬빔을 채용하고;- 평판은, 상기 정렬빔이 상기 제1표면과 대향하는 상기 기판의 제2표면상으로 포커싱되도록 상기 정렬빔의 경로에 선택적으로 개재될 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- - 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;- 패턴닝 수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;- 상기 기판의 제1면상에 있는 방사선감응재층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 있어서,- 상기 투영하는 단계에 앞서, 상기 정렬시스템을 이용하여, 상기 기판에 대하여 투명한 방사선 빔으로 상기 정렬마커를 조명하여 상기 패터닝된 빔이 묘화되는 상기 기판의 제1표면상에 제공된 제1정렬마커로 상기 지지시스템 또는 상기 패터닝수단상의 기준마커를 정렬시키고; 상기 정렬빔이 상기 제1표면에 대향하는 상기 기판의 제2표면상으로 포커싱되도록 상기 정렬빔의 경로에 평판을 개재하고; 상기 제1표면에 대향하는 상기 기판의 제2표면상에 제공된 제2정렬마커를 가지고 상기 기준마커를 정렬하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
- 정렬마커가 양면으로부터 검출될 수 있도록, 적어도 정렬마커의 주변에서 10㎛이하의 두께를 갖는 캘리브레이션 기판.
- 제23항에 있어서,상기 기판에는 10㎛이하의 두께를 갖고 제1정렬마커가 제공되는 제1영역 및 10㎛이하의 두께를 갖고 제2정렬마커가 제공되는 제2영역이 제공되며, 상기 제1영역 및 제2영역은 기판의 표면에 의해 형성된 평면에 수직인 방향으로 거리를 두고 있는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 기판.
- 제24항에 있어서,상기 거리는 100㎛보다 넓은 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 기판.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 웨이퍼를 이용하여, 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하는 리소그래피장치를 캘리브레이팅하는 방법에 있어서,기판의 표면에 의해 형성된 평면에 수직인 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 단계; 및상기의 방법을 2회 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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