KR20050007177A - 패턴 유도성 변위를 보정하기 위한 정렬 또는 오버레이용마커구조체, 상기 마커구조체를 한정하기 위한 마스크패턴 및 상기 마스크 패턴을 사용하는 리소그래피 투영장치 - Google Patents

패턴 유도성 변위를 보정하기 위한 정렬 또는 오버레이용마커구조체, 상기 마커구조체를 한정하기 위한 마스크패턴 및 상기 마스크 패턴을 사용하는 리소그래피 투영장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 리소그래피 투영에서 기판상에 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴에 관한 것으로, 상기 마커구조체는, 광학 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 사용에 있어서, 상기 마커구조체를 형성하기 위한 구성부들을 포함하고, 상기 구성부들은 복수의 분할 요소들(EL;ML)로 분할되고, 상기 분할 요소들 각각은 실질적으로 디바이스 피처의 크기를 가지고, 상기 마스크 패턴은 각각의 분할 요소(EL;ML)에 대한 세그먼트 형상을 포함하며, 상기 마커구조체용 마스크 패턴은 임계부에서 상기 리소그래피 투영에서 생성되는 광학적 수차 또는 광학적 한계를 보상하기 위한 상기 세그먼트 형상의 상기 임계부에 배치되는 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)를 포함하고, 상기 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)는 실질적으로 상기 리소그래피 투영의 분해능 이하의 크기를 갖는다.

Description

패턴 유도성 변위를 보정하기 위한 정렬 또는 오버레이용 마커구조체, 상기 마커구조체를 한정하기 위한 마스크 패턴 및 상기 마스크 패턴을 사용하는 리소그래피 투영장치{Marker structure for alignment or overlay to correct pattern induced displacement, mask pattern for defining such a marker structure and lithographic projection apparatus using such a mask pattern}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부(preamble)에 한정된 바와 같은 정렬 또는 오버레이용 마크 패턴에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 마크 패턴으로부터 형성된 마커구조체에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 마커구조체를 사용하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.
본 발명은 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템, 필요한 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체, 기판을 잡아주는 기판테이블, 및 패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치 분야의 적용과 관련된 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 생성될 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. 방사빔내에 이러한 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 필요한 위치에 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 적절하게 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, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 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.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 주어진 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반 평행으로 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 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로묘화된다. 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.
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 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 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, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선 및 극자외(EUV) 방사선(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
리소그래피 공정을 위하여, 마스크상의 마스크패턴에 의하여 처리될 웨이퍼의 정렬은 기판상의 피처의 정확한 형성을 위하여 가능한 정밀해야 하며, 상기 피처 모두는 소정 공차내의 크기를 가져야 한다. 이를 위해, 상기 리소그래피 투영장치는 주어진(특정) 공차내에 마스크패턴과 마스크를 갖는 기판의 정렬을 제공하는 웨이퍼 정렬 모듈을 포함한다. 통상적으로, 웨이퍼 정렬시스템은 광학수단을 기초로 하여 정렬을 수행한다. 광학 소스에 의하여 조명되는 광학 마커로부터의 광학적 응답을 측정함으로써 웨이퍼 및 웨이퍼의 일부분의 위치가 판정되는데, 예를 들어 그레이팅(grating)이 레이저 빔으로 조명되고, 상기 레이저 빔이 그레이팅으로부터 회절되며, 1 이상의 회절 차수가 통상적으로 기준평면위에 위치한 각각의 센서에 의해 측정된다. 센서의 출력을 사용하여, (기준 평면에 대한) 웨이퍼의 위치를 유추할 수 있다.
종래기술에서는, 광학 마커가, 바로 스펙트럼의 가시영역 내의 파장을 가지고 충돌하는 광의 회절에 적합한 주기성을 갖는 그레이팅을 포함한다. 예시적 그레이팅은, 스펙트럼의 가시영역내의 파장에 대하여 사용가능한 회절 패턴을 얻기 위하여 통상적으로 16㎛의 주기성을 갖는 트렌치 및 라인들로 구성된다. 그레이팅으로부터 충분히 회절된 광과 잘 형성된 회절 최대치 및 최소치를 얻기 위하여, 그레이팅은 최소 개수의 라인과 중간 트렌치를 포괄해야 한다. 통상적으로, 이러한 종류의 회절에 대하여 주기 구조체 방향으로의 크기는 대략 750㎛이다.
그레이팅은, 그레이팅의 윗면에 스캐터링된 광선의 위상과 그레이팅의 아랫면에 스캐터링된 광선의 위상 사이의 위상 차를 고려한 위상 그레이팅 또는 위상 마커일 수 있다.
또한, 그레이팅은 그레이팅의 상위 또는 하위 레벨과 관련하여 더이상의 어떠한 위상 차도 없이 그레이팅의 주기 구조체만을 고려한 진폭 그레이팅일 수도 있다. 통상적으로, 진폭 그레이팅 또는 진폭 마커는, 유사한 표면 레벨을 갖지만 각각 상이한 반사율을 갖는 제1 및 제2요소의 주기 구조체로 구성된다.
광학 마커는 전체 제조라인을 따르는 마이크로일렉트로닉 디바이스 프로세싱(또는 IC 프로세싱) 동안 사용된다. 라인의 전단(front end of line:FEOL) 동안, 트랜지스터 구조체의 제조시에 정렬을 위하여 마커가 사용된다. 라인의 후단(back end of line:BEOL) 동안의 추후 단계에서는, 예를 들어, 컨택트 라인 및 비아와 같은 금속화 구조체의 정렬을 위해 마커가 필요하다. 양 경우에 있어 마커의 무결성(integrity)이 충분해야 요구되는 정렬의 정확도를 충족시킬 수 있다는 것에 유의해야 한다.
또한, 기판의 몇몇 영역(들)내에는 또 다른 오버레이 제어용 마커구조체가 존재하여, (노광 및 현상후에) 레지스트 층내의 마스크패턴과 기판상에 이미 존재하는 다른 패턴과의 오버레이를 제어할 수 있도록 한다. 오버레이 제어에 대해 잘 알려진 구조로는, 가상의 정사각형의 면들 중 하나를 따라 그들의 길이를 갖도록 배치되는 구성 부분들인 4개의 직사각형 블록들로 이루어진 제1구조체, 및 상기 제1구조체와 유사하나 더 작은 제2구조체를 포함하는 소위 (박스 인 박스(box-in-box) 또는 바아 인 바아(bar-in-bar) 구조의) 메트롤로지 오버레이 타겟이 있다. 2개의 연속하는 층들에서의 패턴들의 오버레이를 결정하기 위하여, 상기 제1 및 제2구조체들 중 하나가 제1층내의 패턴에 형성되고, 상기 제1 및 제2구조체 중 나머지 하나가 상기 제2의 연속 층을 위한 레지스트 층내의 패턴에 형성된다. 사용시, 상기 제1 및 제2구조체 둘 모두에 대하여, 제1 및 제2구조체내의 개별 직사각형 블록들의 에지들의 검출에 의하여 위치(즉, 무게중심)가 결정된다. 개별 제1 및 제2구조체의 무게중심의 위치 차이로부터, 상기 두 구조체의 오버레이가 결정된다.
종래기술에서는, 예를 들어, 큰 마커 영역 부근의 디바이스 구조체에서 발생할 수 있는 반응성 이온 에칭 프로세스 동안의 마이크로-로딩 효과나 또는 구조체들의 화학적-기계적 폴리싱(CMP)의 크기 의존성으로 인하여, 집적회로의 처리시 크기 유도성 편차를 회피하도록 통상적으로 디바이스 피처들(의 일부)과 동일한 재료로 이루어지는 마커구조체의 구성 부분들을 적절히 처리하기 위하여 마이크로 전자장치의 피처들의 크기와 유사한 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다고 인식되고 있다.
US 5,917,205는 회로패턴의 특징들을 토대로 하는 포토리소그래피 정렬마크를 개시하고 있다. 정렬 마커구조체들은 그들의 둘레부(envelope)가 마커구조체에 대응되는 방식으로 주문되는 복수의 하위-요소들에 의해 유사하게 제조된다. 또한, 각각의 하위-요소는 마이크로전자 장치의 임계 피처 크기에 비견되는 치수를 갖는다. 기본적으로, 마커의 크기 유도성 프로세싱의 편차에 대한 해법은 큰 마커를, 디바이스(또는 "제품")의 피처들을 닮은 작은 크기의 많은 하위-요소들로 잘게 나누는 것이다.
구조체들의 프로세스 편차가 줄어들고, 신호의 세기가 향상되더라도, 피처들의 오버레이 및 정렬은 또한 투영시스템의 품질에 따라 좌우된다는 것에 유의해야 한다. 상기 투영시스템은 각각이 수차를 가질 수 있는 렌즈들을 포함한다. 통상적으로, 상기 수차는 작으나, 묘화될 디바이스 피처들이 매 신규 디바이스의 생성에따라 작아지고 있기 때문에, 상기 수차의 상대적인 영향 또한 매 신규 디바이스의 생성에 따라 증가하고 있다.
더욱이, 왜곡은 (주어진 피처와 관련된) 마스크 패턴내의 개구부를 통과하는 광 신호가 (레지스트 코팅된) 기판상으로 입사하기 이전에 투영시스템내를 가로지르는 실제 광학 경로에 의존적이다.
실제 횡단된 광학 경로 및 마스크 피처 회절 스펙트럼에 대한 의존성으로 인하여, 묘화된 피처들의 관찰되는 왜곡은 마스크상의 피처의 위치 및 피처의 형태에 따라 변화하며, 일반적으로 패턴 유도성 왜곡(pattern induced distortion)이라 알려져 있다.
또한, 작은 피처들의 패턴의 밀도 역시 패턴 유도성 왜곡의 양에 영향을 미친다. 마스크 패턴 중심의 밀집부에 있어서, 상기 왜곡은 마스크 패턴의 에지에 있는 보다 덜 조밀한 부분에 의하여 야기되는 왜곡과는 차이가 있다. 그러한 결과로, 오버레이 구조체, 예를 들어 마스크 패턴의 외주부에 있는 박스 인 박스 타겟에 대하여 측정된 왜곡은 마스크 패턴의 중심부내의 왜곡과 차이가 있다.
통상적으로, 마스크 패턴의 중심은 반도체 디바이스 제작자와 관련을 갖는 디바이스 또는 제품들을 포함한다. 불리하게도, 오버레이의 제어는 매우 효과적이지는 않다: 즉 상기 디바이스들은 오버레이 타겟 또는 마커구조체의 위치에서 측정되는 왜곡과는 상이한 왜곡을 가질 것이다.
본 발명의 목적은 렌즈 수차 및 리소그래피 프로세스에서의 광학 투영의 한계를 저감시키는 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 리소그래피 투영의 스캐닝 방향(S)에 대해 수직한 방향으로 구성부들을 분할 요소들(EL;ML)로 분할하는 것을 특징으로 하는, 청구한 제1항의 전제부에 정의된 바와 같은 마스크 패턴에 의해 달성된다.
유리하게는, 이러한 구성의 상기 분할이 스캐닝방향으로의 패턴-유도성 변위를 크게 저감시키고 상기 방향으로의 오버레이 및 정렬의 품질을 향상시킨다.
본 발명의 제2형태로서, 상기 목적은, 마커구조체의 마스크 패턴이 임계부에서의 리소그래피 투영에서 생성되는 광학 수차 또는 광학 한계에 반작용하는 세그먼트 형상의 임계부에 배치된 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)를 포함하며, 상기 1이상의 어시스트 피처(EL-sub)는 실질적으로 리소그래피 투영의 분해능 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 청구항 제2항의 전제부에 정의된 바와 같은 마스크 패턴에 의하여 달성된다.
유리하게는, 상기 어시스트 피처는 렌즈 수차로 인하여 표면층상에 적절하게 생성되지 못할 수도 있는 임계부들에 대한 보정을 가져다 준다.
어시스트 피처들은 리소그래피 투영장치에서 투영시스템의 분해능 이하의 치수를 가지며, 리소그래피 프로세스에서 추가의 구조적 요소로서 생성되지 않는다.
본 발명의 추가형태에서는, 실질적으로 "제품"의 디바이스 피처에 대한 제2마스크 패턴과 동일한 패턴 유도성 왜곡을 갖는 마스크 패턴을 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적은, 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)가 복수의 라인 형상의 세그먼트(EL)의 임계 외측 에지 부근에 배치되는 라인 형상의 세그먼트로 한정되는 것을 특징으로 하는 청구항 제4항의 전제부에 정의된 바와 같은 마스크 패턴에 의하여 달성된다.
이는, 오버레이 구조체의 피처들의 피치가 제품의 피처 피치를 닮아 있으나 그 이미지가 진짜 메트롤로지 오버레이 타겟 구조체로서 이미지 평면에 투영되는 타겟 마스크 패턴을 사용함으로써 달성된다. 따라서, 제2실시예에 따른 타겟 마스크 패턴은 분해능 이하의 크기를 갖지만(즉, 그들은 프린트할 수 없음) 투영에서는 그들의 피치로 인해 메트롤로지 오버레이 타겟의 이미지를 유리하게 형성하는 분할 요소들(EL)로 구성된다. 본 발명의 제3형태에서는, 최소의 패턴 유도성 왜곡을 갖는 마스크 패턴을 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적은, 마커구조체용 마스크 패턴이 고립된 요소들을 포함하고, 상기 고립은 투영되는 패터닝 빔이 투영시스템의 어퍼처(AO)를 실질적으로 충전시키도록 하는 것을 특징으로 하는 청구항 제6항의 전제부에 정의된 바와 같은 마스크 패턴에 의하여 달성된다.
본 발명의 상기 실시예에서의 조명시스템은 통상적으로 생산 목적에 사용되는 조명과 차이가 없는 시스템 적격화검사(qualification)시에 사용하기 위한 조명을 제공하는 것이 유리하다. 결과적으로, 광학적으로 고립된 패턴 구조체의 조명의 둘레부는 양호한 근사도로 투영시스템의 완전한 어퍼처를 커버하고 시스템 적격화검사시의 패턴 유도성 왜곡의 효과를 저감시킨다.
더욱이, 본 발명의 목적은 최소의 패턴 유도성 왜곡을 갖는 광학 정렬 또는오버레이를 위한 마커구조체를 제공하는 것이다.
상기 목적은 상술된 바와 같이 마스크 패턴에 의해 생성되는 마커구조체에 의하여 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 상술된 바와 같이 마커구조체의 적용을 가능하게 하는 리소그래피 투영장치를 제공하는 것이다.
끝으로, 본 발명의 목적은, 상술된 바와 같이 마스크 패턴에 의하여 한정되는 리소그래피 투영장치에서의 광학 정렬 또는 오버레이를 위한 마커구조체를 마련하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 1이상의 마커구조체를 포함하는 리소그래피 투영장치를 나타낸 도;
도 2는 투영시스템을 개략적으로 나타낸 도;
도 3은 예시적인 퓨필 평면 충전을 나타낸 도;
도 4는 작은 크기의 피처들을 포함하는 구조체에 대한 패턴 유도성 변위를 개략적으로 나타낸 도;
도 5는 패턴 유도성 변위에 대하여 저감된 감응도를 갖는 분할된 마커구조체를 나타낸 도;
도 6은 분할된 라인 부들에 대한 "비대칭 라인 쇼트닝"에 의한 라인의 길이 변화를 나타낸 도;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 마커구조체에 대한 비대칭 라인 쇼트닝 효과를 보정하기 위한 제1마스크 패턴을 개략적으로 나타낸 도;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 마커구조체에 대한 비대칭 라인 쇼트닝 효과를 보정하기 위한 제2마스크 패턴을 개략적으로 나타낸 도;
도 9는 종래기술에 따른 오버레이 제어용 마커구조체를 나타낸 도;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 패턴 유도성 변위를 보정하기 위한 오버레이 제어용 마커구조체를 나타낸 도;
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 오버레이 또는 정렬용 마커구조체에 대한 퓨필 평면의 충전을 나타낸 도이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 하나 이상의 마커구조체를 포함하는 리소그래피 투영장치(1)를 개략적으로 나타내고 있다. 상기 장치는,
· 방사선(예를 들어, UV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex,IL), (특정한 특별히 방사선 소스(SO)도 포함한다);
· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀더가 마련되어 있고, 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, 굴절렌즈 그룹)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.
방사선 소스(SO)(예를 들어, 엑시머레이저) 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 직접 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 필요한 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사선 소스(SO)는 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사선 소스(SO)가 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 방사선 소스(SO)가 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포괄하고 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.
통상적으로 간섭계 측정 수단은 레이저(도시 안됨)와 같은 광원 및 기판 또는 스테이지와 같은 측정될 물체와 관련된 몇몇 정보(예를 들어, 위치, 정렬 등)을 펀정하는 1개 이상의 간섭계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에는 1개의 간섭계(IF)가 개략적으로 도시되어 있다. 광원(레이저)은 1이상의 빔 조작자에 의하여 간섭계(IF)로 라우팅되는 메트롤로지 빔(metrology beam : MB)을 생성한다. 하나 이상의 간섭계가 존재하는 경우에, 메트롤로지 빔은 각각의 간섭계에 대하여 다양한 개별 빔으로 메트롤로지 빔을 나누는 광학기기를 사용하여 그들 사이에서 공유된다.
테이블(WT)상의 기판을 마스크 테이블(MT) 상의 마스크(MA)과 정렬시키는 기판정렬시스템(MS)은 기판테이블(WT)와 가까운 예시적 위치에 개략적으로 나타내어져 있고, 기판상의 마커구조체에 조준된 광 빔을 생성시키는 적어도 하나의 광원 및 상기 마커구조체로부터 광학신호를 검출하는 적어도 하나의 센서 디바이스를 포함한다. 기판정렬시스템(MS)의 위치는 리소그래피 투영장치의 실제 유형에 따라 변화할 수 있는 디자인 조건에 따라 좌우된다는 것에 유의해야 한다.
도 2는 도 1에 나타낸 바와 같이 리소그래피 투영장치를 위한 투영시스템 PL을 개략적으로 나타내고 있다.
상기 투영시스템은 개략적으로 텔레스코프(telescope)라 지칭할 수 있다. 상기 텔레스코프는 2이상의 렌즈: 즉 제1포커스(f1)를 갖는 제1렌즈(L1) 및 제2포커스(f2)를 갖는 제2렌즈를 포함한다. 이러한 예시적 텔레스코프에서, 제1 및 제2렌즈(L1,L2)는 볼록렌즈들이다. 당업자라면, 리소그래피 투영장치를 위한 투영시스템은 복수의 볼록렌즈 및 오목렌즈를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
사용시, 대물평면(OFP)에 배치되는 제1대상물(O1)은 기준평면(RP)상의 제1이미지(IM1)로서 묘화된다. 제1대상물(O1)은 기준평면(RP)에서 기판상의 제1피처를 형성하는 제1기하학적 패턴부이다. 통상적으로, 상기 제1피처는 형성될 마이크로-전자 디바이스, 예를 들어 트랜지스터(의 일부분)이다. 통상적으로, 트랜지스터는 서브-미크론 치수의 측방향 크기를 갖는다. 따라서, 제1대상물은 투영시스템의 배율인자(M)에 의하여 확대되는 치수를 갖는 마스크 패턴에서 측방향 크기를 갖는다.
제1대상물(O1)의 (역시) 작은, 유한한 크기로 인하여, 제1대상물의 마스크부를 지나는 광빔은 투영시스템(PL) 렌즈들의 어퍼처의 제1제한부만을 가로질러 통과한다. 이 영향는 O1로부터 이미지(IM1)를 향하여 연장되는 광 경로에 의하여 나타난다.
이와 마찬가지로, 제2대상물(O2)은 기판 평면상에 제2이미지(IM2)로서 묘화된다. 본 예시에서, 상기 제2대상물(O2)은 제1대상물(O1) 크기에 비견되는 크기를 가지고, 투영시스템(PL) 렌즈들의 어퍼처의 제2제한부만을 가로질러 통과한다. 하지만, 마스크 패턴에서의 제2대상물의 상이한 배치로 인해, 제2대상물(O2)을 묘화하는데 사용되는 투영시스템(PL)의 제2제한부는 제1대상물을 묘화하는 제1부분과는상이하다. 렌즈의 수차들은 렌즈상의 위치에 따라 변화하기 때문에, 제1대상물(O1)의 이미지는 제2대상물의 이미지와는 상이한 패턴 유도성 왜곡을 겪게 된다.
마스크 패턴상의 제1대상물과 제2대상물간의 분리는, 발생되는 패턴 유도성 왜곡이 상기 제1 및 제2이미지에 대해 상이한 정도에 영향을 미친다는 것을 이해해야 한다. 제1 및 제2대상물이 비교적 가까운 거리에 배치되는 경우, 투영시스템의 사용되는 부분이 거의 동일할 수 있다. 먼 거리에서, 제1 및 제2이미지를 생성하는데 사용되는 투영시스템의 부분들은 상이하기 때문에 (투영시스템에서의 국부적인 변화에 따라) 왜곡은 상이하다.
단일 마스크 패턴내에서의 제1 및 제2대상물에 대하여 상기 왜곡의 변화가 불리하게 발생할 수도 있다. 또한, 그것은 상이한 마스크에 의하여 묘화되는 제1대상물과 제2대상물간의 왜곡의 변화로서 발생할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 왜곡의 변화는 마스크의 오버레이 오차를 심화시킨다.
도 3은 퓨필 평면내의 예시적인 세기분포를 나타낸다.
투영시스템(PL)의 퓨필평면내에 표현되는 바와 같은 조명모드는 제공되는 조명 및 소스(SO)에 의하여 조명되고 있는 대상물의 형상과 크기에 따라 좌우된다.
도 3에는, 100nm의 피치로 떨어진 100nm의 밀집되게 채워진 배열을 통과하는 환형 조명에 대한 퓨필평면내의 세기분포가 도시되어 있다. 소스(SO)의 파장은 명세서 도입부에 상술된 바와 같은 방사선 빔으로서 사용가능한 것일 수도 있다.
명백히, 상기 환형의 형상은 밀집하게 채워진 배열상에서의 회절로 인하여 2개의 환형부(A1,A2)를 더 포함하는 중앙 환형부(A0)로서 나타나 있다. 상기 배열내에서의 상대적으로 짧은 반복 길이(200nm)는 0차 회절 최대치(즉, A0)와 1차 회절 최대치(즉, A1 및 A2) 사이에 비교적 큰 분리부를 제공한다.
제품 크기의(product-sized) 구조체를 만들기 위한 마커구조체의 분할은 기판의 표면에 노광부를 생성시키기 위한 묘화단계동안의 상기 구조체의 형성에 영향을 미친다. 제품 기판으로부터, 노광단계에는 패턴 유도성 왜곡 영향이 미친다는 것이 알려져 있다.
상기 패턴 유도성 왜곡 영향은 제품 크기의 구조체의 중앙 위치를 약간 전이시킨다.
상기 전이는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.
도 4는 작은 크기의 피처들을 포함하는 구조체에 대한 패턴 유도성 변위를 개략적으로 나타낸다.
도시된 구조체는 그 중간에 분할된 제1구조요소(ML)와 제2구조요소(T)를 포함하는 분할된 마커구조체일 수도 있다.
상기 분할된 마커구조체는 상술된 바와 같이, 스탭-앤드-스캔 리소그래피 투영장치에서 노광된다. 스캐닝방향은 화살표 S로 나타내고 있다. 패턴 유도성 변위는 각각의 분할된 "마커 라인"내에서 화살표 D로 나타나 있다. 상기 패턴 유도성 변위는 스캐닝 방향과 평행하게 지향된다. 당업자라면 알 수 있듯이, 패턴 유도성 변위는 정렬 또는 오버레이와 같은 측정에 관련된 여느 위치에 불리한 영향을 미친다.
패턴 유도성 변위의 영향을 최소화시키기 위한 첫번째 접근법으로는 스캐닝방향(S)에 수직한 방향으로 마커 라인을 분할하는 방법이 있다.
도 5는 패턴 유도성 변위에 대하여 저감된 감응도를 갖는, 분할된 마커구조체를 나타낸다.
즉, 화살표 S로 나타난 리소그래피 투영의 스캐닝 방향은 마커구조체의 주기성의 방향과 평행하다. (화살표 D로 나타난) 패턴 유도성 변위는 상기 방향 S에 대해 수직하게 지향된다. 정렬 위치는 패턴 유도성 변위에 의한 영향을 받지 않는다.
하지만, 스캐닝 방향에 있어서, 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 비교적 작은 크기를 갖는 피처들에 대하여 "비대칭 라인 쇼트닝(asymmetric line shortening)"으로 알려진 추가적인 변위 효과가 발생할 수도 있다. 통상적으로, 비대칭 라인 쇼트닝은 필요한 형상의 기하학적 구조의 상대적으로 작은 크기의 임계부, 예를 들어 라인의 시작과 끝부분 또는 영역의 코너에 의하여 야기되는 노광 선량(exposure dose) 효과와 관련되어 있다.
도 6은 분할된 라인 부에 대한 "비대칭 라인 쇼트닝"에 의한 라인 길이의 변화를 개략적으로 나타내고 있다.
스캐닝 방향은 화살표 S로 나타난다. 상기 라인 부는 S와 평행하게 연장된다. 박스형상의 영역(A1)은 하나의 라인 부에 대한 필요한 형상을 나타낸다. 라운드 된 솔리드 영역(B1)은 노광단계에 의하여 한정된 바와 같은 형상을 나타낸다. 상기 라인 부의 개시는 필요한 라인 형상에 대하여 상대적으로 큰 양만큼 전이되는 것을 볼 수 있다. 라인 부의 단부는 필요한 라인 형상에 비해 상대적으로 적게 전이되었다. 통상적으로 라운딩은 투영렌즈 시스템의 광학특성의 한계 및 투영렌즈시스템의 수차에 의하여 일어난다.
도 6에서, 예측되는 마커 라인의 중앙위치(즉, 필요한 라인 형상 A1의 중앙)에는 표시 IP1이, 라인 부의 비대칭 라인 쇼트닝으로 인한 측정된 중앙 위치(즉, 라인 부의 중앙)에는 표시 IP2가 도시되어 있다. 비대칭 라인 쇼트닝이 필요한 위치에 대해 라인 형상의 중앙 위치의 전이를 야기시키는 것은 불리하다.
본 발명에 따른 마커구조체의 상기 실시예에서, 마커구조체의 분할은 마스크상의 세그먼트들의 형상을 적정화함으로써 보정된다. 적정화된 형상에 의하여 선량 효과가 보정될 수 있다.
도 7은 마커내에서의 비대칭 라인 쇼트닝 효과를 보정하기 위한 마스크상에서의 적정화된 제1형상을 개략적으로 나타내고 있다.
도 8은 마커내에서의 비대칭 라인 쇼트닝 효과를 보정하기 위한 마스크상에서의 적정화된 제2형상을 개략적으로 나타내고 있다.
도 7에는, 비대칭 라인 쇼트닝에 대한 보정을 위하여 적정화된 제1형태를 포함하는 마커 라인에 대하여 마스크상에 한정된 바와 같은 몇몇 세그먼트들이 도시되어 있다.
분할된 라인들 각각은 도 5에 도시된 바와 같은 필요한 형상과 동일한 세그먼트들을 한정하는 기본 직사각형의 형상을 포함한다. 상술된 비대칭 라인 쇼트닝 효과를 보정하기 위하여, 원하는 형상의 코너들을 부분적으로 오버래핑하는 필요한 형상의 임계부(즉, 코너부)는 박스형상의 어시스트 부들에 의해 한정된다. 노광시, 박스형상의 어시스트 부들은 투영렌즈 시스템의 광학적 특성의 한계 및/또는 렌즈수차를 보정할 수 있다.
도 8에는, 비대칭 라인 쇼트닝을 보정하기 위하여 적정화된 제2형태를 포함하는 마커 라인에 대한 마스크상에서 한정된 바와 같은 몇몇 세그먼트들이 도시되어 있다.
상술된 패턴 유도성 효과를 보정하기 위해서는, 필요한 형상의 임계부(즉, 코너부)들이 인접한 세그먼트들을 연결하는 라인형상의 어시스트 부분들에 의하여 한정된다. 라인형상의 어시스트 부들은 (형성될) 마커의 필요한 스캐닝방향에 대해 수직한 방향으로 연장된다.
박스형상 또는 라인형상의 어시스트 부들은 노광된 이미지로서 마커의 형상을 증대시키기 위하여 마스크상에서만 한정된다는 것에 유의해야 한다. 리소그래피 프로세스의 분해능 이하인 그들의 크기로 인하여, 마커 이미지에 어시스트 부들이 나타나지 않는다. 마커 이미지는 비대칭 라인 쇼트닝에 대한 보정을 위하여 원하는 형상의 세그먼트들만을 나타낸다.
또한, 마커 이미지를 원하는 형상으로 수정하기 위하여 다른 형상의 어시스트 부들도 가능하다는 것에 유의해야 한다. 또한, 어시스트 부들은 마스크 패턴내의 그들의 위치에 따라 상이한 형상을 가질수도 있다.
도 9는 종래기술에 따른 오버레이 제어용 마커구조체를 나타낸다.
종래기술에서, 오버레이 제어는 박스 인 박스 또는 바아 인 바아 타겟으로서 알려진 마커구조체에 의하여 결정된다. 박스 인 박스 타겟은 가상의 정사각형의 면들 중 하나를 따라 그들의 길이를 갖도록 배치되는 4개의 직사각형 블록들(B1a,B1b,B1c,B1d)로 이루어진 제1오버레이 구조체(OS1) 및 상기 제1구조체와 유사하나 그보다는 작고 역시 4개의 직사각형 블록들(B2a,B2b,B2c,B2d)로 이루어진 제2오버레이 구조체(OS2)를 포함한다. 상기 제1오버레이 구조체(OS1)는 기판상의 제1층에 한정된다. 다음으로, 상기 제1층을 덮는 레지스트 층에는, 특정 레지스트 층에 대한 마스크 패턴의 노광단계 동안 제2오버레이 구조체(OS2)가 형성된다.
상기 제1 및 제2오버레이 구조체의 오버레이를 판정하기 위하여, 상기 제1 및 제2구조체 둘 모두에 대하여 구조체내의 개별 직사각형 블록들의 긴 에지들의 위치의 검출에 의해 위치(즉, 직사각형 블록의 무게중심)가 결정된다. 개별 제1 및 제2구조체의 무게중심 위치의 차이로부터, 상기 두 구조체의 오버레이(즉, 오정합(mismatch)의 양)이 결정된다.
즉, 오버레이 구조체(OS1,OS2)의 패턴 유도성 왜곡은 오버레이 구조체와 제품 피처간의 크기 차이 때문에 제품 피처의 왜곡과는 상이하다. 보다 큰 오버레이 구조체들은 제품 피처의 경우보다 투영시스템의 보다 큰 부분을 "사용한다(employ)". 따라서, 오버레이 구조체에 의하여 결정되는 오정합은 두 층에서의 제품 피처의 오정합과 일치하지 않는 경우가 많다.
본 발명의 목적은 실질적으로 제품 피처들의 오정합에 대응되는 오버레이 측정에 의한 오정합을 얻는 것이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 패턴 유도성 변위를 보정하기 위한 오버레이 제어용 마커구조체를 나타내고 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 메트롤로지 오버레이 타겟의 패턴 유도성 왜곡은 (훨씬 더 작은 크기를 갖는) 제품 피처에 대한 패턴 유도성 왜곡과 실질적으로 유사해야 한다. 이는 오버레이 구조체의 피처의 피치가 제품 피처의 피치를 닮아 있으나, 그 이미지는 진짜 메트롤로지 오버레이 타겟 구조체로서 이미지 평면에 투영되는 타겟 마스크 패턴을 사용함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 제2실시예에 따른 타겟 마스크 패턴은 분해능 이하의 크기(즉, 그들은 프린트될 수 없음)를 가지나 투영에서의 그들의 피치로 인해 메트롤로지 오버레이 타겟의 이미지를 형성하는 분할된 요소(EL)들로 구성된다.
하지만, 이미지의 에지는 중앙에서 상기 요소(EL)가 상대적으로 풍부하기 때문에 상기 구조체의 중앙과는 상이한 왜곡을 가진다. 오버레이 측정은 오버레이 구조체의 에지 위치의 판정에 따라 크게 좌우되기 때문에 묘화된 제품 피처들의 왜곡에 대해 추가적인 오차가 생길 수도 있다.
따라서, 타겟 마스크 패턴의 에지들은 그들 만으로는 묘화되지 않지만 그들의 존재로 인해 오버레이 구조체의 묘화된 에지들에서의 묘화 조건들을 변경시키는 하위-분해능 요소들(EL-sub)을 더 포함하여 상기 에지들이 상술된 바와 같은 추가적인 오차없이 묘화된다.
제품과 유사한 피치를 갖는 분할된 요소(EL)의 사용 및 하위-분해능 요소들(EL-sub)의 사용으로 인해, 오버레이 구조체의 에지에서의 패턴 유도성 왜곡은 제품 피처 크기의 패턴 유도성 왜곡에 실질적으로 대응된다: 도 2를 기준으로 하여 보다 상세히 설명하였듯이, 광학시스템의 일 부분만이 제품 피처에 대한 것과 유사한 방식으로의 패턴 전사에 사용되고 있다.
하지만, 이미지 평면에서는, 요소들(EL 및 EL-sub)이 개별적으로는 묘화되지 않고, 그 대신 (레지스트 층에) 해상된 이미지가 형성된다. 해상된 이미지의 외측 에지의 위치는 종래기술로부터 공지된 표준의 오버레이 타겟 구조체의 외측 에지의 위치에 대응되나, (종래기술의 오버레이 구조체들에 대한) 상이한 묘화 조건들로 인해 해상된 이미지의 패턴 유도성 왜곡은 묘화된 제품 피처의 왜곡과 유사하다. 따라서, 해상된 이미지로부터 얻어진 정보는 제품 피처들의 오정합과 대응된다.
따라서, 제1오버레이 구조체의 직사각형 블록들(B1a,B1b,B1c,B1d) 및 제2오버레이 구조체(OS2)의 4개의 직사각형 블록들(B2a,B2b,B2c,B2d)은, 요소들(EL)이 도 10에 나타낸 바와 같은 패턴의 중앙부에 배치되고 하위-분해능 요소들(EL-sub)은 패턴의 외측 에지에 배치되는, 상기 요소(EL) 및 하위-분해능 요소(EL-sub)로 이루어진 라인 패턴 또는 하위-분해능 요소들(EL-sub)로만 이루어진 라인 패턴에 의하여 구성되는 해상된 이미지로부터 형성될 수 있다.
일반적으로 정렬 및 오버레이 구조체를 사용하여 수행되는 시스템의 적격화검사에 대하여, 패턴 유도성 왜곡이 발생될 수도 있다. 종래의 시스템 적격화 정렬 및 오버레이 구조체는 수차 효과에 대해 무감하게 디자인되지 않는다. 결과적으로, 정렬 구조체의 크기 및 피처의 형상이 리소그래피 투영중에 상기 구조체의 이미지 변위(패턴 유도성 왜곡)에 영향을 미친다. 따라서, 시스템 적격화검사는 패턴 유도성 왜곡으로 인한 정량화되지 않은 오차의 영향을 받게된다.
본 발명의 제3실시예는 투영시스템(PL)의 광학기들의 제한된 부분만을 채용하지 않고 실질적으로 상기 투영시스템의 광학기 모두를 채용함으로써 오버레이 구조체 또는 정렬 구조체에 대하여 주어진 시스템 적격화검사 마스크 패턴에 대한 패턴 유도성 왜곡의 영향을 최소화시키려는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 정렬 구조체 마스크 패턴은 광학적으로 고립된 피처들을 사용하여 구성된다. 고립된 피처는 피처 요소의 폭이 리소그래피 투영장치의 임계치수(즉, 묘화 분해능) 정도로 되어 있고 피치(즉, 인접한 피처 요소들간의 간격)가 상기 임계치수의 5배 이상 정도로 되어 있는 피처이다.
고립된 피처들이 투영빔(PB)에 의하여 조명되는 경우, 그들이 야기하는 회절은 실질적으로 투영시스템의 광학기 모두가 사용되기에(즉 투영시스템의 어퍼처가 충전되기에) 충분히 넓다. 이는 투영시스템의 퓨필 평면의 개략도인 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. 고립된 피처들을 구비한 마스크(도시 안됨)는 종래의 디스크 형상의 모드에 의하여 조명된다. 고립된 피처들은 복수의 높은 차수의 회절 빔을 생성시킨다. 퓨필평면(A1,A2,A3......AN-1,AN)내의 높은 차수의 회절 빔들의 투영은 서로에 대해 약간 전이된다. 이는, 양호한 근사도로 투영시스템의 어퍼처(A0)를 충전시킨다.
본 발명의 상기 실시예는 종래의 디스크 형상의 모드와 관련하여 설명하였으나, 다른 모드들, 예를 들어 환형 조명모드에 대하여 사용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 어퍼처의 충전은 여전히 발생될 것이다. 시스템 적격화검사에 사용되는 조명모드는 생산 목적에 사용될 조명에 대응되는 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서는 대체로 메트롤로지 오버레이 타겟들과 관련되어 있으나 본 발명은 정렬 마커와 관련하여 적용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
본 발명에 따르면, 렌즈 수차 및 리소그래피 프로세스에서의 광학 투영의 한계를 저감시키는 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 리소그래피 투영에서 기판상에 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴에 있어서,
    상기 마커구조체는, 광학 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 사용에서, 상기 마커구조체를 형성하기 위한 구성부들을 포함하고, 상기 구성부들은 복수의 분할 요소들(EL;ML)로 분할되고, 상기 분할 요소들 각각은 실질적으로 디바이스 피처의 크기를 가지고, 상기 마스크 패턴은 각각의 분할 요소(EL;ML)에 대한 세그먼트 형상을 포함하며,
    상기 구성부들의 상기 분할 요소들(EL;ML)로의 분할은, 상기 리소그래피 투영의 스캐닝 방향(S)에 수직한 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  2. 리소그래피 투영에서 기판상에 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴에 있어서,
    상기 마커구조체는, 광학 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 사용에서, 상기 마커구조체를 형성하기 위한 구성부들을 포함하고, 상기 구성부들은 복수의 분할 요소들(EL;ML)로 분할되고, 상기 분할 요소들 각각은 실질적으로 디바이스 피처의 크기를 가지고, 상기 마스크 패턴은 각각의 분할 요소(EL;ML)에 대한 세그먼트 형상을 포함하며,
    상기 마커구조체용 마스크 패턴은, 임계부에서 상기 리소그래피 투영에 생성되는 광학적 수차 또는 광학적 한계를 보상하기 위한 상기 세그먼트 형상의 상기 임계부에 배치되는 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)를 포함하고, 상기 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)는 실질적으로 상기 리소그래피 투영의 분해능 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)는 직사각형 세그먼트(EL)의 임계 코너 부근에 배치되는 블록형상의 세그먼트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)는 복수의 라인형상 세그먼트(EL)의 임계 외측 에지 부근에 배치되는 라인형상의 세그먼트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마커구조체용 마스크 패턴은, 임계부에서 상기 리소그래피 투영에 생성되는 광학적 수차 또는 광학적 한계를 보상하기 위한 세그먼트 형상의 상기 임계부에 배치되는 1이상의 어시스트 피처(EL_sub)를 포함하고, 상기 1이상의 어시스트피처(EL_sub)는 실질적으로 상기 리소그래피 투영의 분해능 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  6. 리소그래피 투영에서 기판상에 마커구조체를 묘화하는 마스크 패턴에 있어서,
    상기 마커구조체는, 광학 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 사용에서, 상기 마커구조체를 형성하기 위한 구성부들을 포함하고, 상기 구성부들은 복수의 분할 요소들(EL)로 분할되고, 상기 분할 요소들 각각은 실질적으로 디바이스 피처의 크기를 가지고, 상기 마스크 패턴은 각각의 분할 요소(EL)에 대한 세그먼트 형상을 포함하며,
    상기 리소그래피 투영은:
    - 방사선 투영빔을 제공하는 단계;
    - 상기 투영빔을 패터닝된 빔으로 패터닝하는 역할을 하는 상기 마스크 패턴을 제공하는 단계;
    - 어퍼처의 부분에 상기 패터닝된 빔을 수용하기 위한 어퍼처(AO)를 구비하는 투영시스템에 의하여, 상기 기판의 타겟부를 조명하는 상기 패터닝된 빔을 위한 조명모드를 투영하는 단계를 포함하고,
    상기 마커구조체용 마스크 패턴은 고립된 요소들을 포함하고, 상기 고립은 상기 투영되는 패터닝된 빔이 상기 투영시스템의 어퍼처(AO)를 실질적으로 충전시키도록 하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 마스크 패턴에 의하여 생성되는 마커구조체.
  8. 리소그래피 투영장치에 있어서,
    - 방사선 투영빔을 제공하는 방사선 시스템;
    - 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 잡아주는 기판테이블(WS);
    - 상기 기판이 타겟부로 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템;
    - 리소그래피 프로세싱동안 광학적 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 기판 정렬 또는 오버레이 시스템;
    - 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 마스크 패턴을 사용하여 형성된 1이상의 마커구조체를 포함하는 상기 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  9. 리소그래피 투영장치에 광학적 정렬 또는 오버레이용 마커구조체를 제공하는 방법에 있어서,
    - 방사선 투영빔을 제공하는 방사선 시스템;
    - 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
    - 기판을 잡아주는 기판테이블(WS);
    - 투영을 위한 투영시스템; 및
    - 리소그래피 프로세싱동안 광학적 정렬 또는 오버레이를 결정하도록 배치되는 기판 정렬 또는 오버레이 시스템을 포함하고,
    상기 방법은 패터닝수단을 통해, 그리고 투영시스템을 거쳐 상기 방사선 투영빔을 상기 기판의 타겟부로 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 패터닝수단은 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 패턴을 생성시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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