KR20070092155A - 리소그래피 정렬 개선 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20070092155A
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산야이싱 랄바하도어싱
사미 무사
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

정렬 마크 보존 방법은 기판 상에 하부 정렬 마크 구조체를 준비하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 배치에서, 정렬 마크 구조체는 하부 트렌치(trench)를 포함한다. 추가적인 단계에서, 경질 마스크 코팅이 상기 정렬 마크들을 포함하는 기판에 적용된다. 바람직하게는, 경질 마스크 물질은 비정질 탄소 물질이다. 추가적인 단계에서, 상기 하부 정렬 마크 구조체 상에 위치된 상기 경질 마스크의 선택부가 방사선 선량에 노광된다. 본 발명의 한 측면에서, 상기 방사선 선량을 수용하는 상기 경질 마스크 코팅의 영역들의 표면은 상기 경질 마스크 표면의 다른 영역들에 대해 상승된다. 기저(underlying) 정렬 마크 트렌치와 정렬되는 경질 마스크의 상승된 영역들에 대해, 상기 상승된 영역들은 상기 기저 정렬 마크들의 원래의 수평 위치를 보존하는 정렬 마크의 역할을 한다.

Description

리소그래피 정렬 개선 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ENHANCED LITHOGRAPHIC ALIGNMENT}
이제 본 발명의 실시예들이 이하 설명되는 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시로서 기재될 것이다.
도 1은 하나 이상의 마커 구조체를 포함하는 리소그래피 투영 장치를 나타내고;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 배치를 개략적으로 나타내고;
도 3a 내지 3f은 본 발명의 원리의 설명을 돕기 위해 사용된 기준(reference) 정렬 마크 시스템의 피처들을 나타내고;
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 배치에 따른 상이한 스테이지들의 공정에서의 정렬 마크를 보존하기 위한 방법 및 구조체와 연관된 예시적인 피처들을 나타낸다.
본 발명은 리소그래피 시스템의 정렬 개선 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 정렬 처리를 개선하기 위한 경질 마스크 시스템의 이용에 관한 것이다.
본 발명은 방사선 투영 빔을 공급하기 위한 방사선 시스템, 원하는 패턴에 따른 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝 디바이스를 지지하기 위한 지지 구조체, 기판을 유지하기 위한 기판 테이블; 및 기판의 타겟부 상에 패터닝된 빔을 투영하기 위한 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 및 리소그래피 투영 장치의 분야에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 입사 방사선 빔에 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 부여하기 위해 사용될 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 이러한 관계에 있어서 "광 밸브"라는 용어도 사용될 수 있다. 일반적으로, 패턴은 집적 회로 또는 다른 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내 특정 기능층에 해당할 것이다. 이러한 패터닝 디바이스들의 예로는 이하의 것이 포함된다:
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피에서 주지되어 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 같은 마스크 형식과 다양한 하이브리드 마스크 형식을 포함한다. 방사선 빔에 이러한 마스크를 위치시키면 마스크 상의 패턴에 따라, 마스크 상에 작용하는 방사선의 선택성 투과(투과 마스크의 경우) 또는 반사(반사 마스크의 경우)가 유발된다. 마스크의 경우, 지지 구조체는 일반적으로 마스크 테이블이 될 것이며, 이는 마스크가 입사 방사선 빔 내 원하는 위치에서 유지될 수 있도록 보장하고, 요구되는 경우에 마스크가 빔에 대해 이동될 수 있도록 보장할 것이다;
- 프로그래밍가능한 거울 어레이. 이러한 디바이스의 일례는 점탄성 조절층 을 갖는 매트릭스-어드레스가능한(matrix-addressible) 표면 및 반사 표면이다. 이러한 장치의 기본 원리는, 반사 표면의 어드레스된 영역들은 입사광을 예를 들어 회절광(diffracted light)으로서 반사시키는 반면, 어드레스되지 않은 영역들은 입사광을 비-회절광으로서 반사시킨다는 것이다. 적당한 필터를 사용하여, 회절광만을 남기고 반사된 빔에서 비-회절광이 여과될 수 있다. 이런 방식으로, 빔은 매트릭스-어드레스가능한 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 대안적 실시예는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 이용하며, 적당한 국부화된 전기장을 적용함으로써 또는 압전 액추에이터를 사용함으로써 이들은 각각 개별적으로 축에 대해 기울어질 수 있다. 다시 한번, 상기 거울들은, 어드레싱된 거울들이 입사하는 방사선 빔을 어드레싱되지 않은 거울들과는 다른 방향으로 반사시키도록, 매트릭스-어드레스가능하다; 이러한 방식으로 매트릭스-어드레스가능한 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 반사된 빔이 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 회로를 사용하여 수행될 수 있다.
본 명세서에 상기된 상황들 모두에서, 패터닝 디바이스는 하나 이상의 프로그래밍가능한 거울 어레이들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 언급되는 거울 어레이들에 대한 보다 많은 정보는, 예를 들어 US 5,296,891 및 US 5,523,193, 및 PCT 특허 출원 WO 98/38597 및 WO 98/33096로부터 얻을 수 있으며, 이들은 본 명세서에 참조 병합되어 있다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 경우, 지지 구조체는, 예를 들어 요구될 때 고정될 수 있거나 이동가능한 프레임 또는 테이블로서 구체화될 수 있다; 및
- 프로그래밍가능한 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 US 5,229,872에 주어지며, 이는 본 명세서에 참조 병합되어 있다. 상기와 같이, 이 경우의 지지 구조체는, 예를 들어 요구될 때 고정될 수 있거나 이동가능한 프레임 또는 테이블로서 구체화될 수 있다.
간단히 할 목적으로, 본 명세서의 나머지에서는 특정 위치들에서 그 자체를 마스크 및 마스크 테이블을 포함하는 예들로 구체적으로 지시한다. 그러나, 이러한 예들에서 논의된 일반 원리들은 본 명세서에서 상기 설명된 바와 같은 패터닝 디바이스의 더 광범위한 정황에서 보아야 한다.
리소그래피 투영 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 패터닝 디바이스는 IC의 개별 층에 대응하는 회로 피턴을 생성할 수 있다. 이 패턴은 방사선-감응재(레지스트) 층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어 1 이상의 다이들을 포함하는) 타겟부 상으로 이미징될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 차례로 연속적으로 조사되는 인접하는 타겟부들의 전체 네트워크를 포함할 것이다. 마스크 또는 마스크 테이블에 의한 패터닝을 이용하는 현 장치에서, 두가지 상이한 형태의 기계들 간에 구분이 지어질 수 있다. 리소그래피 투영 장치의 한 형태에서, 전체 마스크 패턴을 타겟부 상에 한번 노광으로 노광시켜 각 타겟부가 조사된다. 이러한 장치는 일반적으로 웨이퍼 스테퍼 또는 스텝-앤드-리피트(step and repeat) 장치로 칭한다.
스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 장치라고도 일반적으로 칭하는 대안적인 장치에서, 투영 빔 하에서 주어진 기준 방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진 적으로 스캐닝하는 반면, 이 방향과 평행 또는 역-평행하게 기판 테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영 시스템은 확대 인자(magnification factor)(M)(일반적으로 < 1)를 가질 것이며, 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 인자(M) 배가 될 것이다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 리소그래피 디바이스들에 관한 더 많은 정보는 예를 들어, 본 명세서에 참조 병합되어 있는 US 6,046,792로부터 얻을 수 있다.
리소그래피 투영 장치를 사용하는 제조 처리에서, (예를 들어, 마스크에서) 패턴은 방사선-감응재(레지스트) 층에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 기판 상에 이미징된다. 이러한 이미징 단계 전에, 기판은, 예를 들어 프라이밍(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차들을 거칠 수 있다. 노광 후, 기판은 예를 들어 노광 후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 이미징된 피처들의 측정/조사와 같은 다른 처리들이 수행될 수 있다. 이러한 절차들의 어레이는, 예를 들어 집적 회로(IC)와 같은 디바이스의 개별 층을 패터닝하기 위한 기초로서 사용된다. 이러한 패터닝된 층은 이어서 에칭, 이온-주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은 다양한 처리들을 거칠 수 있으며, 이 모두는 개별 층을 마무리하기 위한 것이다. 수개의 층들이 요구된다면, 각각의 새로운 층에 대해 전체 절차 또는 이의 변형예가 반복되어야 할 것이다. 결국, 디바이스들의 어레이가 기판(웨이퍼) 상에 존재할 것이다. 이어서, 이들 디바이스들은 다이싱(dicing) 또는 소잉(sawing)과 같은 기술에 의해 서로로부터 분리되고, 이로부터 개별 디바이스들이 캐리어 상에 장착되고, 핀들 등에 연결될 수 있다. 이러한 처리들에 관한 추가 정보는, 예를 들어 본 명세서에 참조 병합되어 있는 문헌("Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", Third Edition, by Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
단순히 할 목적으로, 투영 시스템은 이하에서 "렌즈"라고 칭할 수 있다. 그러나, 이 용어는, 예를 들어 굴절 광학기, 반사 광학기 및 카타디옵트릭(catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 시스템은 방사선 투영빔을 지향, 성형 또는 조절하기 위하여 이들 설계 형태들 중 어느 것에 따라 작동하는 구성요소들을 또한 포함할 수 있으며, 이러한 구성 요소들은 이하에서 집합적으로 또는 단독으로 "렌즈"로 칭할 수도 있다.
또한, 리소그래피 장치는 둘 이상의 기판 테이블들(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 디바이스에서, 부가적인 테이블들이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 이중 스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어 본 명세서에 참조 병합되어 있는 US 5,969,441 및 WO 98/40791에 기재되어 있다.
본 명세서에서는, 집적 회로의 제조에서의 본 발명에 따른 장치의 사용예에 대해 구체적으로 언급하지만, 이러한 장치가 많은 다른 가능한 적용예를 갖는다는 것을 명백히 이해해야 한다. 예를 들어, 이러한 장치가 집적 광학 시스템, 자기 도 메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정 디스플레이 패널, 박막 자기 헤드 등의 제조에서 사용될 수 있다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "마스크", "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되는 것으로 생각되어야 한다는 것을 당업자는 알 것이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "투영빔"이란 용어는 무엇보다도 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20nm의 범위인) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄하도록 사용된다.
리소그래피 처리에 대하여, 웨이퍼 상의 연이은 층들 내 패턴들의 위치는 기판 상의 디바이스 피처들의 올바른 정의를 위해 가능한 한 정확해야 하며, 피처들 모두는 특정 허용오차(tolerance) 내에서 크기를 가져야 한다. 오버레이는 기능적인 디바이스들을 만들기 위해 잘-정의된(well-defined) 허용오차 내에 있어야 한다. 이러한 목적으로, 리소그래피 투영 장치는 패턴의 최상부 상의 레지스트층 내에 정의되는 바와 같은 마스크 패턴을 갖는 기판 상의 패턴의 오버레이 결정을 제공하는 오버레이 측정 모듈을 포함한다.
오버레이 시스템은 일반적으로 광학 요소들에 의해 측정을 실시한다. 기판 상에 위치된 패턴의 위치에 대한 마스크 패턴의 위치는 광학 소스에 의해 조명된 광학 마커로부터 광학 반응을 측정함으로써 결정된다. 광학 마커에 의해 생성된 신호는 센서 배치에 의해 측정된다. 오버레이는 센서들의 출력으로부터 유도될 수 있 다.
광학 마커들은 전체(full) 제조 라인을 따라 마이크로전자공학 디바이스 공정(microelectronic device processing)(또는 IC 공정) 시에 사용된다. 라인의 선단(front end)(FEOL) 동안, 예를 들어 트랜지스터 구조체들을 제조하는 동안 오버레이에 대해 마커들이 사용된다. 라인의 후부 말단(back end)(BEOL) 동안 이후의 스테이지에서, 금속화 구조체들, 예를 들어 연결 라인들 및 비아들(vias)의 오버레이를 위해 마커들이 요구된다. 두 경우 모두에서, 마커들의 집적도(integrity)는 오버레이의 원하는 정확도를 만족시키기에 충분해야 한다.
마스크에 대해 정렬을 증진시키기 위해 기판 내에 정렬 마크를 사용하는 것은 이미징 디바이스 또는 툴의 정렬 마크를 이미징하는 능력을 요구한다. 진보된 디바이스 피처들의 제작시, 전통적인 포토레지스트들과 달리 기판 내에 더 작은 피처들을 더 쉽게 패터닝하는 능력을 제공하는 경질 마스크 물질들을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 비정질 탄소와 같은 경질 마스크 층들은 정렬 마크들을 이미징하는 능력을 막거나 감소시키고, 따라서 진보된 디바이스 패터닝을 위한 이러한 경질 마스크들의 유용성을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 리소그래피 시스템의 정렬 개선 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 정렬 마크 보존 방법은 기판 상에 하부 정렬 마크 구조체를 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 배치에서, 정렬 마크 구조체는 마크 트렌치를 포함한다. 추가적인 단계에서, 경질 마스크 코팅이 상기 정렬 마크들을 포함하는 기판에 적용된다. 바람직하게는, 경질 마스크 물질은 비정질 탄소 물질이다. 바람직하게는, 경질 마스크 물질 코팅은 정렬 마크 피처들을 포함하는 하나 이상의 기판 영역들을 커버한다. 추가적인 단계에서, 상기 하부 정렬 마크 구조체 상에 위치된 상기 경질 마스크의 선택부가 방사선 선량(dose)에 노광된다. 본 발명의 일 측면에서, 상기 선택부는 상기 정렬 마크들을 포함하는 기판 영역들 상에 상기 방사선을 선택적으로 통과시키는 마스크를 제공함으로써 결정된다. 바람직하게는, 상기 방사선은 가시 파장 방사선 또는 UV 방사선이며, UV 방사선은 예를 들어 엑시머 레이저 소스에 의해 생성된다. 바람직하게는, 상기 방사선 선량은 상기 방사선 선량에 노광되는 기판의 영역들의 경질 마스크 코팅을 실질적으로 그래파이트화하기에 충분하다. 본발명의 일 측면에서, 상기 방사선 선량을 수용하는 경질 마스크 코팅의 영역들의 표면은 상기 경질 마스크 표면의 다른 영역들에 대해 상승된다. 따라서, 상기 조사된 경질 마스크 영역들은 광학 정렬 시스템과 같은 정렬 툴에서 보다 쉽게 이미징될수 있는 상승된 토포그래피를 갖는다. 기저 정렬 마크 구조체와 정렬되는 상기 경질 마스크의 상승된 영역들에 대해, 상승된 영역들은 기저정렬 마크의 원래의 수평 위치를 보존하는 정렬 마크 역할을 할 수 있다. 따라서, 경질 마스크 증착 처리에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 불분명해질 수 있는 정렬이 이어서 복구될(resurrected) 수 있다.
본발명의 일 실시예에서, 정렬 마크 구조체를 보존하는 자가-정렬 방법은 기 판 상에 배치된 하부 정렬 마크 내에 트렌치 영역을 정의하는 제 1 단계를 포함한다. 상기 트렌치 영역은 복수개의 트렌치들을 포함할 수 있다. 상기 하부 정렬 마크는 트렌치 영역 내 트렌치들을 둘러싸고 정의하는 복수개의 상승된 영역들을 포함한다. 추가적인 단계에서, 코팅층이 상기 하부 정렬 마크의 상승된 영역들 및 상기 트렌치 영역 상에 증착된다. 바람직하게는, 상기 코팅층의 두께는 평탄한 두께보다 얇고, 상기 정렬 마크 코팅층의 상부는 적어도 1 이상의 상부 트렌치 영역들을 포함하고, 각각의 상부 트렌치 영역은 상기 하부 정렬 마크의 대응하는 하부 트렌치 영역과 동일한 수평 위치에 위치된다. 상기 코팅층의 최상부 상에 경질 마스크층이 제공된다. 바람직하게는, 경질 마스크층은 비정질 탄소 물질이다. 일 실시예에서, 상기 경질 마스크층은 실질적으로 평탄하고, 상기 경질 마스크 층의 두께는 상기 하부 정렬 마크의 트렌치 영역들 상의 영역들에서 국부적으로 증가된다. 상기 경질 마스크층의 일부분은 방사선 선량에 노광되고, 상기 방사선 선량은 노광 영역들 내 상기 경질 마스크 층을 실질적으로 그래파이트화하기에 충분하다. 바람직하게는, 상기 경질 마스크의 노광부는 상기 하부 정렬 마크를 포함하는 상기 기판의 영역들에 대응한다. 따라서, 상기 방사선 선량에 노광된 경질 마스크의 일부분들은 상기 경질 마스크 층의 인접 영역들에 대해 상승되며, 상기 하부 정렬 마크의 영역의 상기 경질 마스크의 표면 토포그래피는 이미징 디바이스 내에서 이미징되기에 충분하다. 바람직하게는, 상기 경질 마스크 층의 표면은 정렬 마크 영역들 외부의 영역들에 대해 전체적으로 상승되고, 상기 하부 정렬 마크 내 트렌치 피처들에 대응하는 영역들에서 국부적으로 또한 상승되며, 상기 트렌치 피처들이 또한 이미징된다.
본 발명의 일배치에서, 자가-정렬된 정렬마크 구조체는 하부 정렬 마크영역 및 상부 정렬 마크영역을 포함한다. 하부 정렬 마크 영역은 메사 영역들 사이에 형성된 하부 트렌치 영역을 포함한다. 정렬 마크 구조체는 또한 상기 하부 정렬 마크영역의 상기 하부 트렌치 및 메사 영역들 상에 배치된 코팅 층을 포함한다. 바람직하게는, 상기 코팅층은, 수평 위치가 상기 하부 트렌치 영역의 수평 위치에 대응하는 상부 트렌치 영역을 그 상부 표면 상에 제공하도록 구성된다. 본 발명의 일 배치에서, 상부 정렬 마크 영역은 그래파이트화된 비정질 탄소부를 포함한다. 상기 그래파이트화된 비정질 탄소층부는, 상기 비정질 탄소층부의 인접 표면 영역들에 대해 상승되는 상부 표면을 가지고, 그 수평 위치가 상기 하부 정렬 마크 트렌치 영역의 수평 위치에 실질적으로 대응하는 상승된 피처를 포함한다. 바람직하게는, 상기 상승된 피처는 상기 코팅층 상에 배치된 비정질 탄소 전구체 경질 마스크 층의 조사에 의해 형성되며, 상기 경질 마스크층의 조사부들은 상기 경질 마스크의 비조사부들에대해 선택적으로 확대된다. 바람직하게는, 상기 상부 정렬 마크의 상승된 피처의 영역 내 경질 마스크의 표면 토포그래피는 이미징 디바이스 내에서 이미징되기에 충분하다. 바람직하게는, 상기 경질 마스크층의 표면은 정렬 마크 영역들 외부 영역들에 대해 전체적으로 상승되고, 상기 하부 정렬 마크 내 트렌치 피처들에 대응하는 영역들에서 또한 국부적으로 상승되며, 상기 트렌치 피처들은 또한 이미징된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 마커 구조체를 포함하는 리 소그래피 투영 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 투영 빔(PB)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 제공하기 위한 조명시스템(IL). 이의 특정한 경우, 방사선 시스템은 또한 방사선 소스(SO)를 포함한다;
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하기 위한, 아이템(PL)에 대해 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키기 위한 제1위치설정기(도시 않음)에 연결된 제 1 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 실리콘 웨이퍼)(W)을 잡아주기 위한, 아이템(PL)에 대해 기판을 정확히 위치시키기 위한 제2위치설정기(PW)에 연결된 제 2 지지 구조체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 타겟부(예를 들어 1이상의 다이를 포함)(C)에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(PB)에 부여된 패턴을 투영하기 위한 투영시스템(예를 들어, 반사 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.
투영 시스템(PL)은 시스템의 설정을 조절하기 위한 액추에이팅 디바이스(AD)가 제공된다. 설정 조절의 작업은 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
여기 기재된 바와 같이, 장치는 투과형이다(즉, 투과형 마스크를 갖는다). 그러나, 장치는 대안적으로 반사형(반사 마스크 포함)이 될 수 있다. 대안적으로, 장치는 상기 언급된 바와 같은 형태의 프로그래밍가능한 거울 어레이와 같은 다른 종류의 패터닝 디바이스를 사용할 수 있다.
소스(SO)(예를 들어, 수은 램프 또는 엑시머 레이저)는 방사선 빔을 생산한 다. 이 빔은 조명 시스템(일루미네이터)(IL)에 직접적으로, 또는 예를 들어 빔 익스팬더(Ex)와 같은 컨디셔닝 요소들을 가로지른 후에 공급된다. 조명 시스템(IL)은 또한 빔을 컨디셔닝하고, 빔(PB)의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하기 위한 조절가능한 광학 요소들(AM)을 포함할 수있다. 또한, 조명 시스템은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 것이다. 이런 방식으로, 마스크(MA) 상에 작용하는 빔(PB)은 그 단면에 원하는 균일성 및 세기 분포를 포함한다.
도 1과 관련하여, 소스(SO)는 (예를 들어, 흔히 소스(SO)가 수은 램프인 경우에서와 같이) 리소그래피 투영 장치의 하우징 내에 존재할 수 있다. 대안적으로, 소스(SO)는 리소그래피투영 장치로부터 멀리 존재할 수 있으며, 소스가 생산하는 빔은 (예를 들어, 적합한 지향 거울들의 도움으로) 장치 내에 도입된다. 이러한 후자의 계획(scenario)은 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우에 흔하다. 본 발명은 이들 계획들 모두에 적용가능하다.
빔(PB)은 마스크 테이블(MT) 상에 유지되는 마스크(MA) 상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 빔(PB)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔(PB)을 포커싱하는 렌즈(PL)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 간섭계(IF)의 도움으로, 빔(PB)의 경로 내에 상이한 타겟부들(C)을 위치시키기 위하여 기판 테이블(WT)이 정확히 이동될 수 있다. 유사하게, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)의 기계적 복구(retrieval) 후 또는 스캔동안, 빔(PB)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키기 위해 (마스크 테이블(MT) 상에서 작용하는) 제 1 위치설정기가 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(MT, WT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 도 1에 명확하게 도시되지는 않는다. 그러나, (스텝-앤드-스캔 장치와 반대되는) 웨이퍼 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단행정 액추에이터에 단지 연결될 수 있거나, 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다.
서술된 장치는 두 상이한 모드들에 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지상태로 유지되고, 빔(PB)에 부여되는 전체 패턴은 한번 작동(즉, 단일 "플래시")으로 타겟부(C)상에 투영된다. 이후, 기판 테이블(WT)은 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의해 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다; 및
2. 스캔 모드에서, 주어진 타겟부(C)가 단일 "플래시"로 노광되지 않는다는 것을 제외하고는, 본질적으로 동일한 계획이 적용된다. 대신에, 투영 빔(PB)이 마스크 이미지 상에서 스캐닝되도록 마스크 테이블(MT)은 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 Y-방향)으로 소정 속도(ν)로 이동가능하다; 동시에, 기판 테이블(WT)은 속도 V=Mν으로 동일 또는 반대 방향으로 동시에 이동되며, M은 렌즈(PL)의 확대도이다(일반적으로, M = 1/4 또는 1/5). 이런 방식으로, 분해능에 대해 타협할 필요 없이 비교적 큰 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 투영 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 사용되며, 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔동안의 연속 방사선 펄스들 사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 형태의 프로그래밍가능한 거울 어레이와 같은 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들을 사용할 수 있다.
나타내지 않은 변형 실시예에서, 기판 테이블은 웨이퍼들이 연속적으로 공급되는 두개의 스캔 스테이지들을 포함하는 트윈-스캔 배치로 대체될 수 있다. 웨이퍼들 중 하나가 상기된 상이한 모드들 중 하나 또는 다른 하나로 노광되는 반면, 각 웨이퍼가 노광 구역 내에 있는 시간(the amount of time)을 감소시키고 시스템의 스루풋을 증가시킬 목적으로 웨이퍼들 중 또다른 하나는 노광 전에 실시되는 필요한 측정이 수행된다. 더 일반적으로, 리소그래피 장치는 2 이상의 기판 테이블들(및/또는 2 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태가 될 수 있다. 이러한 다중 스테이지 기계들에서, 부가적인 테이블들이 병행하여 사용될 수 있거나, 하나 이상의 테이블들이 노광을 위해 사용되는 동안 준비 단계들이 하나 이상의 다른 테이블들 상에서 수행될 수 있다.
간섭계는 일반적으로 레이저(도시 않음)와 같은 광 소스, 및 기판 또는 스테이지와 같은 측정될 대상물에 관한 몇가지 정보(예를 들어,위치, 정렬 등)를 결정하기 위한 1 이상의 간섭계들을 포함한다. 도 1에서, 단일 간섭계(IF)가 예로서 개략적으로 도시된다. 광 소스(레이저)는 1 이상의 빔 매니퓰레이터들(manipulators)에 의해 간섭계(IF)로 경로가 정해지는(route) 메트롤로지 빔(MB)을 생산한다. 1 이상의 간섭계가 제공되는 경우, 메트롤로지 빔을 상이한 간섭계들에 대한 개별 빔들로 분할하는 광학기들(optics)을 사용함으로써 메트롤로지 빔이 간섭계들 간에 공유될 수 있다.
테이블(WT) 상의 기판을 마스크 테이블(MT) 상의 마스크와 정렬하기 위한 기판 정렬 시스템(MS)이 테이블(WT)과 가까운 예시적인 위치에 개략적으로 도시되며, 기판(W) 상의 마커 구조체에 조준된 광 빔을 생성하는 1 이상의 광 소스, 및 상기 마커 구조체로부터의 광학 신호를 검출하는 1 이상의 센서 디바이스를 포함한다. 기판 정렬 시스템(MS)의 위치는 리소그래피 투영 장치의 실제 형태와 함께 변할 수 있는 설계 조건들에 좌우된다는 것을 유념해야 한다.
또한, 리소그래피 투영 장치는 이미징 및 노광 처리를 수행하는 동안 기계 설정을 조절 및 조정할 수 있는 전자 조절 시스템을 포함한다. 예시적인 전자 조절 시스템이 도 2에 개략적으로 설명된다. 리소그래피 투영 장치는 리소그래피 투영 장치의 기능들을 조절하기 위한 복합한 컴퓨팅 수단들(sophisticated computing resources)을 포함한다는 것을 유념한다. 도 2는 본 발명에 관한 컴퓨팅 수단들의 상관관계만을 나타낸다. 컴퓨팅 수단들은 본 명세서에 설명되지 않은 부가적인 시스템들 및 서브시스템들을 포함할 수 있다.
기계 설정은 수직(z) 방향으로 투영된 이미지를 변위시킴으로써(displacing) 포커스 오프셋(focus offset)을 보상하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 수평 평면(x,y-면) 내의 이미지 위치를 측면으로 시프팅(shifting)함으로써 정렬을 개선하도록 기계 설정이 조정될 수 있다.
도 2는 주변장치들(pheripherals)을 갖는 호스트 프로세서(21)를 포함하는 본 발명의 특정실시예에서 사용되는 바와 같은 컴퓨터 배치(8)을 개략적으로 나타낸다. 호스트 프로세서(21)는 지시사항(instructions) 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛들(18, 19, 22, 23, 24), (예를 들어, 플로피 디스크(17), CD ROM(20), DVD 등을 판독하기 위한) 1이상의 판독 유닛들(30), 키보드(26) 및 마우스(27)와 같은 입력 디바이스들, 및 모니터(28) 및 프린터(29)와 같은 출력 디바이스들에 연결된다. 트랙볼, 터치 스크린 또는 스캐너와 같은 다른 입력 디바이스들과 다른 출력 디바이스들이 제공될 수 있다.
리소그래피 투영 장치에 대한 연결부에 입력/출력(I/O) 디바이스(31)가 제공된다. I/O 디바이스(31)는 본 발명에 따른 투영 시스템(PL) 조절에 참여하는 액추에이터들 및 센서들에 송신되는 신호들 및 이로부터 수신되는 신호들을 취급하기 위해 배치된다. 또한, 네트워크(I/O) 디바이스(32)가 네트워크(33)에 대한 연결부에 제공된다.
메모리 유닛들은 RAM(22), (E)EPROM(23), ROM(24), 테이프 유닛(19), 및 하 드 디스크(18)을 포함한다. 그러나, 당업자에게 주지되는 다른 메모리 유닛들이 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 메모리 유닛들 중 하나 이상이 프로세서(21)로부터 물리적으로 멀리 위치될 수 있다. 프로세서(21)는 하나의 박스로서 나타내지만, 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 서로로부터 멀리 위치될 수 있는, 병렬로 기능하거나 하나의 주 프로세서에 의해 조절되는 수개의 처리 유닛들을 포함할 수 있다.
또한, 컴퓨터 배치(8)는 리소그래피 투영 장치의 위치로부터 멀리 위치될 수 있으며, 추가적인 네트워크 연결부 상에서 리소그래피 투영 장치에 기능들을 제공할 수 있다.
투영 시스템에는 투영 시스템 내 광학 요소들 및 스테이지 위치들을 조작함으로써 투영 시스템의 광학 설정들을 조정할 수 있는 액추에이팅 디바이스(actuating device)(AD)가 제공된다. 액추에이팅 디바이스(AD)에는 조절 신호들을 조절 시스템(도시 않음)과 교환하기 위한 입력 및 출력 포트들이 제공된다. 본 발명의 컴퓨터 배치(8)는, 노광시 피처들의 오버레이 변위(displacement)가 가능한 한 적게(low) 되는 방식으로 투영 시스템의 설정들을 조절 및 조정할 수 있다. 컴퓨터 배치(8)는 투영 시스템 및/또는 리소그래피투영 장치의 다른 부분들의 상태(status) 및/또는 설정들과 관련되는 리소그래피 투영 장치로부터의 상태 신호들을 수신할 수 있다는 것을 유념해야 한다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 상태 신호들은 전자 조절 시스템의 타이밍 및/또는 반응에 영향을 줄 수 있다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 원리들의 설명을 돕기 위해 사용된 기준 정렬 마 스 시스템의 피처들을 나타낸다. 도 3a의 스택(stack)(300)은 스택(300) 아래 배치된 기판의 리소그래피 패터닝에 사용될 수 있는 층들의 순서(sequence)를 나타낸다. 스택(300)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼와 같은 기판을 커버하는 일련의 층들 및 구조체들의 일부를 나타낸다. 도 3a에 도시된 구조체들의 측면 및 수직 치수들은 거의 센티미터 크기로부터 나노미터 크기까지 다양할 수 있으며, 바람직하게는 약 10 마이크로미터 이하의 치수를 갖는다. 스택(300)은, 예를 들어 기판(311) 상에 배치되는 정렬 마크(301)의 일부분의 단면을 나타낼 수 있다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 정렬 마크부(alignment mark portion)(301)는 메사(mesa) 영역들(304) 및 기판층(311)을 포함한다. 메사 영역들(304)은 도 3b 및 3c에 나타낸 바와 같은, 정렬 마크를 형성하는 선형 격자의 일부분의 단면 영역들을 포함할 수 있다. 도 3b 및 3c는 도 3a의 일련의 정렬 마크부들(301)로부터 구성되는 정렬 마크(320)의 개별적인 단면도 및 평면도를 나타낸다. 정렬 마크(320)는, 예를 들어 약 0.001 내지 1 밀리미터의 측면 치수를 가질 수 있다. 따라서, 도시된 예시에서, 실리콘 웨이퍼와 같은 단일 기판은, 주어진 층 내 패턴들을 증착될 연속 층들 내에 형성된 패턴들과 정렬하기 위해 요구된 정렬 작동들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 마크(320)에 대응하는 많은 구조체들이 될 수 있으며, 마크(320)는 도 3a에 나타낸 바와 같은 많은 일부분들(301)을 포함할 수 있다.
정렬 마크부(301)는, 예를 들어 층(303) 내에 형성된 패터닝된 피처들을 층(302) 상에 연속적으로 증착된 1 이상의 층들 내에 형성되는 패터닝된 피처들과 정렬하기 위한 수단들을 제공한다. 정렬 마크부(301)는 상부 영역(305), 하부 트렌 치 영역(306) 및 메사 영역들(304)을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 영역들(305, 306)은 일반적인 물질로부터 형성된다. 정렬 마크(301)의 형성시, 패터닝 처리는 트렌치 영역(306)이 생성되는 개별 메사 영역들(304) 내에 층(303)을 패터닝한다. 예를 들어, 층(303)은 초기에 실리콘, 금속, 산화실리콘, 실리콘, 나이트라이드 등의 패터닝되지 않은 층이 될 수 있다. 연이은 층(302)은 CVD 또는 PVD와 같은 임의의 공지된 증착 기술들에 의해 층(303)과 상이한 물질로 구성되어 증착될 수 있다. 빈번히, 광학 이미징 툴에서 층(302) 아래 층들이 관찰될 수 있도록 층(302)은 실질적으로 광학적으로 투명하다. 층(304)의 광학 특성들은 기판(311)의 광학 특성들과 충분히 상이하며, 예를 들어 트렌치 영역(306)은 메사 영역들(304)에 광학 콘트라스트를 제공할 것이고, 따라서 광학 툴에서 이미징될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 층(302)이 광학 이미징 디바이스 또는 툴에 사용된 광에 대해 실질적으로 투명하면(transparent), 마크(301)의 트렌치 영역은 기저 기판(311)의 광학적 외형(appearance)을 갖는 것으로 보일 수 있으나, 메사 영역들은 층(303)의 광학적 외형을 갖는다. 따라서, 예를 들어 디바이스 요소들을 형성하기 위해 사용될 수 있는 기판(도시 않음) 상에 배치된 다른 패터닝된 피처들에 대해 기준 위치를 제공하기 위해 트랜치 영역(306) 및 메사들(304) 간의 콘트라스트가 사용될 수 있다. 층(303) 내 기준 위치를 제공함으로써, 예를 들어 층(303)의 피처들에 대해 연이은 리소그래피 마스크를 정렬하기 위해 정렬 구조체들이 사용될 수 있다.
상기된 바와 같이 도 3a에 나타낸 예시에서, 정렬이 용이하도록, 예를 들어 상부 표면 영역(309) 상에 빛을 샤이닝하는(shine)하는 광학 툴을 사용하여 영역들(304)이 영역(306)에 대해 쉽게 이미징되는 것이 바람직하다. 따라서, 광이 층(302)을 통해 실질적으로 침투하는 것이 바람직하다. 그러나, 층(302)이 패터닝되기 위해, 레지스트 또는 경질 마스크 층들과 같은 새크리피셜(sacrificial) 층들이 층(302)의 최상부 상에 일반적으로 증착된다. 진보된 디바이스 구조체들에서 패터닝된 피처들의 크기가 축소됨에 따라 경질 마스크층 물질이 점차 더 바람직하다. 예를 들어, 디바이스 구조체들의 원자외선(deep UV) 처리에서, 디바이스 피처 크기("임계 치수", 또는 CD)는 100 nm 이하가 될 수 있다. 전형적인 레지스트 물질은 이러한 작은 피처들을 패터닝하기에 별로 적합하지 않으며, 많은 경질 마스크 물질들이 개발되도록 한다. 본 명세서에 사용될 때 경질 마스크라는 용어는 일반적으로 구조체 및 구조체를 형성하기 위해 사용된 물질을 나타내며, 구조체는 경질 마스크 아래에 있는 영역들 내에 피처들을 패터닝하기 위해 사용된다. 경질 마스크 물질은 일반적으로 포토레지스트 물질들보다 기계적으로 더 강성(rigid)이며, 또한 기저 층들을 에칭하기 위해 사용되는 에칭 처리들에 내성이 더 크다. 더 큰 에칭 내성 및 더 큰 강성은 경질 마스크를 더 작은 피처들을 패터닝하기에 적합하게 한다.
탄소의 증착의 용이성, 기저 물질들에 대한 비정질 탄소의 큰 에칭 선택성, 및 플라즈마 애싱(ashing)을 사용한 제거의 용이성 때문에, 최근에는 비정질 탄소가 매우 작은 구조체들을 패터닝하기 위한 뛰어난 경질 마스크 후보로서 알려졌다. 그러나, 비정질 탄소 물질들에 근거한 경질 마스크들은 일반적으로 기저 정렬 마크들에 대한 정렬에 대해 문제점들을 나타낸다. 정렬을 수행하기 위해 사용된 툴 내 에서 기저 정렬 마크들이 쉽게 이미징될수 없도록 비정질 탄소 층들은 비교적 불투명할 수 있다. 도 3d는 도 3a의 스택(300) 상에 증착된 경질 마스크층(312)을 나타낸다. 층(312)이 비정질 탄소이면, 마스크부(301)의 이미징은 층(312)의 두께 및 불투명도(opacity)에 따라 어렵거나 불가능할 수 있다. 비정질 탄소층은 전형적으로 비교적 평탄하며(planarizing), 도 3d에 나타낸 바와 같이, 기저 토포그래피가 평탄하게 된다(smoothed). 따라서, 층(302) 내 노치(notch) 영역(310)이 막(312)에 의해 평탄화됨에 따라 표면(314)은 피처가 없는 것으로 보인다. 따라서, 이미징 툴은 도 3c의 트렌치 피처들(306)도 볼 수 없고 층(312)의 임의의 표면 피처들도 볼 수 없어서, 정렬 마크(320) 또는 이의 일부분들(301)의 위치가 도 3e 및 3f에 도시된 바와 같이 실질적으로 관찰 불가능할 수 있다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 배치에 따른 상이한 처리 스테이지들에서 나타낸, 정렬 마크를 보전하기 위한 방법 및 구조체의 예시적인 피처들을 나타낸다. 도 4a 내지 4e의 정렬 마크 구조체 및 처리는, 예를 들어 마스크 테이블(MT) 내에 유지된 정렬 구조체와 함께 사용되어 마스크(MA)를 갖는 기판(W)의 정렬을 제공할 수 있다.
도 4a에서, 스택(400)은 트렌치(406) 및 메사들(404)이 제공된 정렬 마크부(401)을 포함한다. 트랜치 영역(406)은 기판(411) 상에 "메사" 층(403)을 증착하고 메사층(403)의 선택된 영역을 에칭하여 트렌치 영역(406)을 둘러싸는 메사들(404)을 형성함으로써 형성된다. 기판(411)은 단결정(single crystal) 웨이퍼 또는 선재하는(pre-existing) 기판 상에 증착된 임의의 층, 또는 다른 층들(도시 않 음) 상에 증착된 층이 될 수 있다. 메사층(403)은, 예를 들어 폴리실리콘층이 될 수 있으며,기판(411)은 산화물 층이 될 수 있다. 메사들(404) 및 트렌치 영역들(406) 내 기판(411) 상에 배치된 층(402)은 바람직하게는 CVD 또는 PVD와 같은 증착 처리에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 층(402)은 증착 후 상부 트렌치 영역(410)을 갖는다. 트렌치 영역(410)이 보존되는 범위는 메사들(404)의 높이, 층(402)의 두께, 및 층(402)을 증착하기 위해 사용된 증착 처리의 정합성(conformality)과 같은 인자들에 좌우된다. 따라서, 층(402)의 더 큰 두께를 위해, 상부 트렌치 영역(410)을 보존하고자 적어도 부분적으로 정합하는(즉, 적어도 부분적으로 비-평탄화하는) 처리가 바람직하다. 층(402)의 더 적은 두께를 위해, 일부 상부 트렌치 피처가 남아있기만 하다면 층(402)을 평탄화하는 경향이 있는 정합이 덜한 처리가 바람직하다. 도 3a 및 3b의 경우에서와 같이, 스택(400)은 정렬 마크를 함께 포함하는 많은 인접한 정렬 마크부들(401)을 포함할 수 있다. 또한, 정렬 마크부(401)는 단독으로 사용되거나, 기판(411) 상에 배치된 부가적인 정렬 마크들 내에 더 큰 정렬 마크 구조체를 형성하도록 반복 사용될 수 있는 정렬 마크 구조체이다.
본 명세서에서 사용될 때 "정렬 마크 구조체"라는 용어는 일반적으로, 정렬 절차를 수행하기 위해 이미징될 수 있는 기판 상의 피처들의 배치를 칭한다. "정렬 마크 구조체"라는 용어는, 트렌치 영역 및 한 쌍의 메사들을 포함하는 단일부(401)를 칭할 수 있거나, 각각 많은 이러한 메사들 및 트렌치들을 포함하는 정렬 마크 또는 일련의 정렬 마크들을 칭할 수 있다. 또한, 정렬 마크 구조체 내에 일련의 메 사들 및 트렌치들이 상이한 방향들을 따라, 예를 들어 기판면 내에서 서로 직교하는 "X-" 및 "Y-" 방향을 따라 배치될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 예를 들어, 정렬 마크 구조체는 복수개의 "X" 및 "Y" 격자들을 포함할 수 있으며, 각각의 격자는 선형 트렌치들 여기저기에 일련의 선형 메사들을 포함한다. 또한, 정렬 마크 구조체라는 용어는 트렌치들 및 메사들에 부가적인 피처들을 포함하는 구조체들의 그룹을 칭할 수 있다. 예를 들어, 도 4a의 정렬 마크 구조체는 메사들(404) 및 기판(411)의 최상부에 증착되는 부가 층 또는 층들(도시 않음)을 포함할 수 있다. 한 특정 예에서, 그렇게 고려될 필요가 없더라도 전체 스택(400)은 정렬 마크 구조체인 것으로 고려될 수 있다.
유사하게, "하부 정렬 마크 구조체" 라는 용어는 일반적으로, 이하에서 더 논의되는 바와 같은 "상부 정렬 마크 구조체" 아래에 위치되는 상기 정의된 바와 같은 정렬 마크 구조체를 칭한다. 이와 같이 정의된 하부 정렬 마크 구조체는 정렬의 목적으로 사용될 필요는 없으나, 상부 정렬 마크 구조체를 제조할 목적으로 사용될 수 있다.
도 4b에서, 스택(400B)은 층(402) 상에 증착되는 경질 마스크 층(412)을 부가적으로 포함한다. 본 발명의 바람직한 배치에서, 경질 마스크 층(412)은 비정질 탄소층이다. 바람직하게는, 층(412)은 실질적인 다이아몬드형 탄소 단편(fraction)을 포함하며, 층(412)의 밀도는 약 2 내지 3.3 gm/cc의 범위이다. 최상부 표면(411)이 평평한 영역들(415) 및 트렌치(410)를 포함하는 하부 표면(413)에 비해 실질적으로 덜한 높이 편차를 갖도록, 바람직하게는 층(410)은 실질적으로 정합하 지 않는다. 따라서, 층(412)의 두께는 트렌치(410) 상의 영역에서 국부적으로 더 두껍다. 상기 언급된 바와 같이, 층(412)은 기저층들에 작은 피처들을 패터닝하기 위해 사용될 수 있는 경질 마스크로서 작용한다. 그러나, 이의 불투명도로 인해, 층(412)은 정렬 마크부(401)의 피처를 사용하여 정렬이 수행될 수 없도록 정렬 마크부(401)를 가릴 수 있다.
도 4c에서, 방사선(418)의 선량이 정렬 마크부(401)의 영역 내 기판(411) 쪽으로 도입된다. 방사선 선량은 바람직하게는, 경질 마스크 층(412)을 실질적으로 그래파이트화하여 그래파이트화된 경질 마스크 층을 제조하기에 충분한 가시 파장 또는 UV 방사선이다. 본 명세서에 사용될 때 "실질적으로 그래파이트화" 된다는 용어는, sp3 탄소 결합도가 실질적으로 감소되고 sp2 탄소 결합도가 증가되어 비정질 탄소층(414)의 그래파이트 미세구조가 더 많이 얻어지는 처리를 칭한다. 그러나, 층(414)은 결정질 그래파이트를 포함할 필요가 없으며, 실질적으로 수소를 포함할 수 있다. 전형적으로, 실질적으로 그래파이트화된 비정질 탄소의 밀도는 고도의 다이아몬드형 탄소 단편을 갖는 경우보다 실질적으로 낮다. 예를 들어, 결정질 그래파이트는 약 2.2 g/cm3의 밀도를 갖는 반면, 결정질 다이아몬드의 밀도는 약 3.2이다. 비정질 탄소의 밀도는 변화되지만, 다이아몬드형 탄소의 구성요소에 따라 일반적으로 약 1.7-3.0의 범위가 될 수 있다. 따라서, 다이아몬드형 탄소 단편을 약간 갖는 비정질 탄소를 다이아몬드형 탄소가 거의 없거나 전혀 없는 그래파이트형 물질로 변형시키면, 원칙적으로 약 30 % 정도까지 밀소 감소가 얻어질 수 있으며, 이는 그래파이트화 후에 300 nm 두께의 비정질 탄소막에 대해 30 내지 90 nm 까지의 두께 증가에 상당한다. 따라서, 처음 300 nm 두께인 비정질 탄소 막의 조사된 영역들은 비조사부들에 비해 조사에 의해 약 90 nm까지 선택적으로 확대될 수 있다.
100 mJ/cm2에서의 KrF 조사는 다이아몬드형 탄소를 실질적으로 그래파이트화하는 것으로 관찰되었다. 예를 들어 Seth 등은, 비정질 탄소 막이 248 nm UV 방사선에 크게 영향받는 경우 약 2.4 내지 1.7 g/cc의 밀도 감소를 관찰하였다(Seth, et al., Thin Solid Films 254 (1995) 92-95). 따라서, 층(414)의 두께는 실질적으로 층(412)의 두께보다 실질적으로 두꺼울 수 있다. 또한, 트렌치(410) 근처 영역들의 층(412)의 더 큰 국부적 두께로 인해, 메사(416)가 형성되도록, 트렌치(410) 상의 그래파이트화된 층(414)의 두께가 선별적으로 증가된다.
본 발명의 바람직한 배치에서, 층(412)의 두께는 약 50 내지 1000 nm이고, 메사(416)의 높이는 약 20 내지 약 300 nm이다. 도 4c의 본 발명의 배치에서 영역들(417, 416)은 모두 방사선 선량(418)을 수용하고, 비조사된 영역들(도시 않음)에 대해 두께가 증가한다는 것을 유념해야 한다. 그러나, 영역(410)의 층(414)의 처음 두께가, 예를 들어 약 10 내지 50 %까지 더 크므로, 트렌치(410) 상의 층(414)의 최종 두께는 더 크고 영역들(417)의 두께에 비해 조사 후 상당량(a larger amount)까지 증가한다. 따라서, 층(414)은, 층(414)의 최상부 표면이 인접하는 영역들(415)에 대해 영역들(416)에서 크게 상승되는 실질적인 표면 토포그래피(surface topography)를 가지며, 영역(416)은 하부 정렬 마크부(401)의 트렌치(406)의 수평 위치에 대응한다. 이 토포그래피는, 예를 들어 층(414) 표면 상의 상이한 높이들에서의 광의 반사의 차이로 인해, 이미징 디바이스 또는 툴에서 충분히 관찰가능하 다. 이런 방식으로, 층(414)은 하부 정렬 마크부(401)를 보존하거나 복구하도록(resurrection) 작용한다. 위치(P)가 층(414)의 불투명도로 인해 일부 또는 전체적으로 불분명해질 수 있는 파묻힌 정렬 마크 트렌치(406)의 수평 위치(P)에 대응하는 이미징가능한 피처(416)를 제공함으로써, 하부 정렬 마크(401)의 수평 위치(P)가 상부 정렬 마크부(421)에서 보존된다. 따라서, 스택(400C)은 하부 정렬 마크(또는 하부 정렬 마크 영역)(401) 및 상부 정렬 마크(또는 상부 정렬 마크 영역)(421)를 포함하는 것으로 고려될 수 있으며, 상부 정렬 마크의 위치는 하부 정렬 마크와 실질적으로 동일하다.
도 4d 및 4e는 복수 개의 영역들(421)을 포함하는 정렬 마크(422)의 단면 및 평면도를 각각 나타낸다. 도 4e에 나타낸 바와 같이, 영역(414) 및 비조사된 영역(412) 간의 경계는 이미징 툴에서 관찰가능하다(viewable). 도 4d는 마스크(420)를 통해 방사선 선량을 제공함으로써 영역(414)이 형성될 수 있다는 것을 나타낸다. 이런 방식으로, 모든 영역(414)이 비조사된 영역(412)에 대해 상승된다. 부가적으로, 메사들(416)의 위치, 형태 및 크기가 명확히 식별될 수 있도록 메사들(414)은 영역(414)의 다른 일부분과 다르게 빛을 반사할 수 있다. 따라서, 마크(422)는 하부 정렬 마크(424)의 위치 피처 정보를 실질적으로 복제한다. 마크(422)의 상승된 피처들의 위치가 마스크의 도움 없이 하부 정렬 마크(424)의 개별 트렌치 피처들에 대해 정렬되므로, 도 4a 내지 4f에 나타낸 처리는 정렬 마크 정보를 보존하기 위한 자가-정렬된 처리(self-aligned process)이다.
도 4b의 층(412)을 완전히 평평한 상부 표면을 갖는 것으로 나타낸다 할지라 도, 본발명의 다른 실시예들에서 층(412)은 어느 정도의 정합성(conformality)을 가질 수 있으며, 작은 트렌치가 트렌치(410) 상에 형성된다. 표면(413) 상의 영역들에서보다 트렌치 영역(410) 상에서 층(412)의 두께가 실질적으로 더 두꺼운 정도까지, 층(412)의 그래파이트화 후에 메사 영역(416)이 여전히 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 트렌치 피처를 갖는 하부 정렬 마크 구조체가 제공되어 있는 기판에서 정렬 마크를 보존하는 방법은 기판에 경질 마스크 코팅을 제공하는 단계; 및 하부 정렬 마크 구조체를 포함하는 기판의 일부분들을 방사선 선량에 노광시키는 단계를 특징으로 하며, 방사선 선량에 노광되고 하부 정렬 마크 구조체의 트렌치 피처 상에 위치된 경질 마스크의 최상부 표면 영역은 경질 마스크 코팅의 최상부 표면 인접 영역들에 대해 상승된다.
본 발명의 일 실시예에서, 하부 정렬 마크 내에 정의된 트렌치 영역을 갖는 기판에 정렬 마크 피처를 복구하는 방법은 하부 정렬 마크 상에 코팅 층을 증착시키는 단계; 상기 코팅 층의 최상부 표면 상에 경질 마스크 층을 제공하는 단계; 및 상기 경질 마스크 층의 일부분들을 방사선 선량에 노광시키는 단계를 특징으로 하며, 상기 트렌치 영역 상에 위치된 경질 마스크 층의 일부분들은 상기 경질 마스크 층의 인접부들에 대해 상승된다.
본 발명의 일배치에서, 메사 영역들 사이에 형성된 하부 트렌치 영역을 포함하는 하부를 가지고, 하부 트렌치 및 메사 영역들 상에 배치된 코팅층을 갖는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체는, 수평 위치가 하부 트렌치 영역의 수평 위치에 대응하는 상부 트렌치 영역을 그 상부 표면 상에 제공하도록 코팅층이 배치되는 것을 특 징으로 하며, 상부 트렌치는 수평 위치가 하부 정렬 마크 트렌치 영역의 수평 위치에 실질적으로 대응하는 상승부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태가 개시되었지만, 본발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 장점들 중 일부를 달성할 다양한 변화 및 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 동일한 기능을 수행하는 다른 구성요소들이 적합하게 치환될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 방법들은 적당한 프로세서 지시사항들(instructions)을 사용하여 모든 소프트웨어 수행으로, 또는 동일한 결과를 얻기 위해 하드웨어 로직(logic) 및 소프트웨어 로직의 조합을 이용하는 혼성 수행(hybrid implementation)으로 성취될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부되는 특허청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.
본 발명에 의하면, 리소그래피 시스템의 정렬 개선 시스템 및 방법이 얻어진다.

Claims (23)

  1. 하부 트렌치 영역을 정의하는 하부 정렬 마크 구조체를 기판 상에 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 최상부 표면을 갖는 경질 마스크 코팅을 적용하는 단계;
    상기 경질 마스크의 일부분들을 방사선 선량에 노광시켜, 상기 하부 정렬 마크 구조체 내 하부 트렌치 영역 상에 위치된 상기 경질 마스크 코팅의 최상부 표면 영역을, 상기 최상부 표면 영역이 상기 경질 마스크 코팅의 상기 최상부 표면 영역에 인접한 상기 최상부 표면의 일부분들보다 더 높도록 상승시키는 단계를 포함하여 이루어지는 정렬 마크의 보존 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경질 마스크 코팅은 비정질 탄소인 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층의 상기 노광부들은 실질적으로 그래파이트화되는 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 경질 마스크 코팅을 적용하는 단계 전에 상기 하부 정렬 마크 구조체 상에 코팅층을 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 하부 정렬 마크의 상기 트렌치 영역 상에 위치된 상부 트렌치 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층은 실질적으로 평탄하고, 상기 상부 트렌치 영역 상의 상기 경질 마스크 층의 두께는 상기 방사선 선량에 상기 경질 마스크를 노광시키기 전에 인접 영역들에서보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 경질 마스크 코팅의 두께는 약 50 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 정합 코팅인 것을 특징으로 하는 정렬 마크의 보존 방법.
  9. 기판 상에 배치되는 하부 정렬 마크 내에 하부 트렌치 영역을 정의하는 단계;
    상기 하부 정렬 마크 상에 코팅층을 증착시키는 단계;
    상기 코팅층의 최상부 표면 상에 경질 마스크 층을 제공하는 단계;
    상기 경질 마스크층의 일부분들을 방사선 선량에 노광시키는 단계로서, 상기 트렌치 영역 상에 위치된 상기 경질 마스크층의 일부분들은 상기 경질 마스크 층의 인접하는 일부분들에 대해 상승되는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하여 이루어지는, 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구(self-aligned resurrection) 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 경질 마스크 코팅은 비정질 탄소인 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 비정질 탄소의 상기 노광부들의 두께는 상기 비정질 탄소의 비노광부들의 두께보다 약 10 내지 30 % 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 하부 정렬 마크의 상기 하부 트렌치 영역 상에 위치된 상부 트렌치 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 상부 트렌치 영역 상에 위치된 영역들의 경질 마스크층 높이는 인접 영역들의 경질 마스크층 높이보다 약 10 내지 100 nm 더 높은 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층은 실질적으로 평탄하고, 상기 상부 트렌치 영역 상의 상기 경질 마스크층의 두께는 상기 경질 마스크를 상기 방사선 선량에 노광시키기 전에 인접 영역들에서보다 10 내지 50 % 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 경질 마스크 코팅의 두께는 약 50 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 하부 트렌치 영역을 정의하는 단계는,
    기판층을 제공하고;
    상기 기판층 상에 부가적인 층을 증착시키고; 및
    상기 부가적인 층의 선택부를 에칭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 마크 피처의 자가-정렬 복구 방법.
  17. 기판 상에 배치되고 하부 트렌치 영역 및 메사 영역들을 포함하는 하부 정렬 마크 구조체;
    상기 하부 트렌치 영역 및 메사 영역들 상에 배치되고 상부 트렌치 영역을 포함하는 코팅층;
    수평 위치가 상기 하부 트렌치 영역의 수평 위치에 대응하고 경질 마스크층의 일부분의 선택적 확대에 의해 형성되는 상승부를 포함하는 상부 정렬 마크 구조체를 포함하여 이루어지는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층은 비정질 탄소인 것을 특징으로 하는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층의 두께는 약 50 내지 1000 nm 인 것을 특징으로 하는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 하부 정렬 마크 구조체는 복수 개의 하부 트렌치 및 메사 영역들을 포함하고, 상기 상부 정렬 마크 구조체는 개별 하부 트렌치 영역들에 대응하는 복수 개의 상승부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 경질 마스크층은 실질적으로 평탄하고, 상기 상부 트렌치 영역 상의 상기 경질 마스크층의 두께는 상기 방사선 선량에 상기 경질 마스크를 노광하기 전에 인접하는 영역들에서보다 약 10 내지 50 % 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수 개의 상승부들은 정렬 툴에서 이미징가능한 것을 특징으로 하는 자가-정렬된 정렬 마크 구조체.
  23. 기판층을 제공하는 단계;
    상기 기판층의 최상부 상에 메사층을 제공하는 단계;
    하부 트렌치 영역을 갖는 하부 정렬 마크를 정의하기 위한 메사층의 선택된 일부분을 에칭하는 단계;
    상기 하부 정렬 마크 상에, 실질적으로 정합하는 코팅층을 증착시키는 단계로서, 상기 하부 트렌치 영역 상의 상기 코팅층의 상부에 상부 트렌치 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 단계;
    상기 코팅층 상에 비정질 탄소층을 증착시키는 단계; 및
    비정질 탄소층의 일부분들을 방사선 선량에 노광시켜, 상기 하부 정렬 마크 내 상기 하부 트렌치 영역 상에 위치된 상기 비정질 탄소층의 최상부 표면 영역을, 상기 최상부 표면 영역이 상기 비정질 탄소층의 최상부 표면의 인접부들보다 더 높도록 상승시키는 단계로서, 상기 최상부 표면 영역은 상기 하부 정렬 마크와 동일한 수평 위치에 위치된 상부 정렬 마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하여 이루어지는 정렬 마크의 복구 방법.
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