KR20090093901A

KR20090093901A - 검출 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20090093901A
Application number: KR1020090017260A
Authority: KR
Inventors: 사또루 오이시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-09-02
Also published as: US20090220872A1; JP2009206458A

Abstract

검출 장치는, 출력 신호를 공급하도록 구성된 촬상 디바이스, 기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)의 상을 촬상 디바이스 상에 형성하도록 구성된 결상 광학계, 및 출력 신호를 처리하여 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하도록 설정되고 구성될 수 있는 파라미터를 갖는 복원 필터를 포함하는 신호 처리부를 포함하며, 신호 처리부는, 복원 필터를 출력 신호에 작용시켜 복원 신호를 생성하고, 그 복원 신호에 기초하여, 파라미터의 복수의 후보값 각각에 대하여, 얼라인먼트 마크의 형상에 관한 대응하는 특징값을 산출하고, 산출된 특징값들에 기초하여 파라미터를 설정한다.

Description

검출 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{DETECTING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)의 위치를 검출하는 검출 장치에 관한 것이다.

반도체 노광 장치에서, 최근의 전자 디바이스들의 고성능화 및 저가격화에 따라，그것들에 내장되는 반도체를 제조하는 것은 높은 정밀도뿐만 아니라 생산의 효율화를 필요로 한다. 또한, 반도체의 회로 패턴들을 노광하는 노광 장치들은 높은 정밀도와 효율적인 제조를 필요로 한다. 반도체를 생산하는 노광 장치에서, 레티클(reticle), 마스크 등(이하 "레티클"로 지칭됨)에 형성된 회로 패턴을 감광성 재료(이하 "레지스트"로 지칭됨)가 도포된 웨이퍼(wafer), 글래스 플레이트(glass plate) 등(이하 "웨이퍼"로 지칭됨)에 전사하는 공정을 수행한다. 일반적으로, 회로 패턴을 높은 정밀도로 전사하기 위해, 레티클과 웨이퍼의 상대적인 위치 맞춤(얼라인먼트)이 필요하다.

종래 기술에 따른 얼라인먼트에서, 레티클 상에의 회로 패턴의 노광 전사와 동시에, 웨이퍼 상에 얼라인먼트 마크를 노광 전사한다. 모든 샷(shot)들로부터 미리 설정된 복수의 샷을 갖는 얼라인먼트 마크의 위치를 얼라인먼트 검출 광학계를 통해 순차적으로 검출한다. 그 위치 검출 결과들에 기초하여, 모든 샷들의 배열을 산출하고, 그 산출 결과들에 기초하여 레티클에 대한 웨이퍼의 위치가 결정된다.

얼라인먼트 마크는 레티클과 웨이퍼를 높은 정밀도로 정렬하는 지표이며, 회로 패턴들의 미세화에 따라, 얼라인먼트 마크들에도 미세화가 요구되고 있다. 또한, 최근에는，CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 반도체 제조 기술들이 도입되어 있다. CMP에서는, 웨이퍼들 사이 또는 샷들 사이에서 얼라인먼트 마크들의 형상이 흐트러지고, 이에 의해 웨이퍼 프로세스로부터 기인하는 위치 검출 오차(WIS: Wafer Induced Shift)가 발생하여, 얼라인먼트 정밀도를 열화시키고 있다. 다른 종래 기술에서는, 오프셋 교정(offset calibration)으로 WIS를 저감시킨다(일본 특허공개공보 제2004-117030호 참조). "오프셋 교정"은 얼라인먼트 마크가 원래 있어야 할 위치와 실제로 검출계에 의해 검출된 얼라인먼트 마크의 위치 간의 어긋남 량인 오프셋 량을 산출하고, 그 오프셋 량에 기초하여 검출된 위치를 보정하는 것이다.

그러나, 그러한 위치 검출 오차의 원인은, 웨이퍼 프로세스로부터 기인한 오차(WIS) 뿐만이 아니다. 예를 들어, 노광 장치(얼라인먼트 검출계)로부터 기인한 오차(TIS: Tool Induced Shift) 또는 TIS와 WIS 사이의 상호작용으로부터 기인한 오차(TIS-WIS Interaction)는 얼라인먼트 정밀도를 열화시킬 수 있다. WIS의 원인들로서는 얼라인먼트 마크들의 단차(level difference), 비대칭성, 및 불균일한 레지스트의 도포를 들 수 있다. TIS의 원인들로서는 얼라인먼트 검출계의 코마 수차(comatic aberration) 또는 구면 수차(spherical aberration)를 들 수 있다.

최근에, 얼라인먼트 검출계들은 높은 NA(numerical aperture)를 갖지만, TIS를 완전히 제로(zero)로 만들 수 없다. 따라서, TIS-WIS 상호작용에 의해, WIS (예를 들어, 저단차 마크들 또는 불균일한 레지스트 도포 등)가 존재하는 경우, 얼라인먼트 마크들의 위치 검출을 높은 정밀도로 행할 수 없다. 도 24a와 도 24b를 참조하면, 광학계가 동일하더라도, TIS가 존재하기 때문에, 도 24a에 도시된 통상의 단차의 얼라인먼트 마크에서의 위치 검출 오차보다, 도 24b에 도시된 저단차의 얼라인먼트 마크에서의 위치 검출 오차가 더 크다.

관측 신호를 g, 광학계의 전달 특성을 h, 입력 신호를 f, 노이즈를 n이라고 하면，도 25에 도시된 바와 같이, 광학계가 선형이고 시프트 불변(shift-invariant)인 경우에, 관측 신호 g는 수학식 1로 표현된다. 장치로 인한 오차들(TIS)은 광학계의 전달 특성 h에 포함됨에 유의한다.

일본 특허공개공보 제2007-273634호는, 광학계의 전달 특성 h와 위너 필터(Wiener filter)와 같은 복원 필터를 사용하여 관측 신호 g로부터 입력 신호 f를 복원하는 기술을 제안한다. 복원된 입력 신호에서의 TIS의 영향은 끝없이 작아지고, 따라서 TIS-WIS 상호작용에 의해 위치 검출 오차를 감소시키는 것을 기대할 수 있다. 수학식 2와 수학식 3은 위너 필터를 사용하는 복원 방법을 나타낸다.

여기에서, f'은 복원된 입력 신호, K는 위너 필터, Sn은 노이즈 n의 파워 스펙트럼, Sf는 입력 신호 f의 파워 스펙트럼, γ(=Sn/Sf)는 복원 파라미터를 나타낸다. 또한，FT는 푸리에 변환(Fourier transform), FT^-1은 역 푸리에 변환(inverse Fourier transform), *은 복소 공액(complex conjugate)을 나타낸다.

그러나, 전술된 위너 필터를 사용하여 복원을 행하는 경우, 입력 신호와 노이즈 파워 스펙트럼이 대부분의 경우에 공지되어 있지 않으며, 종래 기술에서, 복원 파라미터 γ는 주파수에 관계없이 임의의 고정된 값을 부여하거나, 또는 각각의 주파수에 대하여 임의의 값을 부여한다. 그러나, 이 파라미터는 반드시 최적은 아니며, 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 전술된 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로, 복원 필터의 파라미터 값들을 적절하게 설정하는 것을 제공한다.

본 발명의 양태에 따르면, 검출 장치는 출력 신호를 공급하도록 구성된 촬상 디바이스, 기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크의 상을 촬상 디바이스 상에 형성하도록 구성된 결상 광학계, 및 상기 출력 신호를 처리하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하도록 설정되고 구성될 수 있는 파라미터를 갖는 복원 필터를 포함하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 복원 필터를 상기 출력 신호에 작용시켜 복원 신호를 생성하고, 상기 복원 신호에 기초하여, 상기 파라미터의 복수의 후보값 각각에 대하여, 상기 얼라인먼트 마크의 형상에 관한 대응하는 특징값을 산출하고, 상기 산출된 특징값들에 기초하여 상기 파라미터를 설정하도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 노광 장치는 기판을 유지하고 이동되도록 구성된 기판 스테이지, 상기 기판 스테이지에 위해 유지된 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여 기판 스테이지의 위치를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며, 상기 제어기에 의해 그 위치가 제어되는 기판 스테이지에 유지된 상기 기판을 방사 에너지에 노광하는 노광 장치로서, 상기와 같이 정의되고 상기 적어도 하나의 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하도록 구성된 검출 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 디바이스를 제조하는 방법은 상기와 같이 정의된 노광 장치를 사용하여 기판을 방사 에너지에 노광하는 단계, 상기 노광된 기판을 현상하는 단계, 및 상기 디바이스를 제조하기 위해 현상된 기판을 처리하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 복원 필터에 대한 파라미터 값들을 적절하게 설정할 수 있다.

첨부된 도면들을 참조하면 이하의 예시적인 실시예들의 설명으로부터 본 발명의 추가의 특징들이 명확해질 것이다. 이하의 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명으로부터, 전술한 것 외에도 다른 목적들 및 이점들이 당업자에게 명확해질 것이다.

본 명세서에 포함되어 일부분을 구성하는 첨부 도면들은, 설명과 함께 본 발명의 실시예들을 도시하고 본 발명의 원리들을 설명하는 것을 돕는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 흐름도이다.

도 2는 노광 장치를 도시하는 도면이다.

도 3은 얼라인먼트 검출 시스템을 도시하는 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 얼라인먼트 마크를 도시하는 평면도 및 단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 얼라인먼트 마크를 도시하는 평면도 및 단면도이다.

도 6은 얼라인먼트 마크의 검출 신호를 도시하는 도면이다.

도 7은 신호 처리부 내의 기능 모듈을 도시하는 도면이다.

도 8은 끼워넣음 마크의 평면도이다.

도 9a 및 도 9b는 전달 특성 계측 마크를 도시하는 도면들이다.

도 10은 전달 특성 계측 마크를 도시하는 평면도이다.

도 11의 (a) 내지 (c)는 끼워넣음 마크의 세부사항들을 도시하는 도면들이다.

도 12a 내지 도 12c는 복원 파라미터의 설정들에 관한 예시적인 도면들이다.

도 13은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 흐름도이다.

도 14a 내지 도 14c는 제2 실시예에 따른 복원 파라미터의 설정들에 관한 예시적인 도면들이다.

도 15의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 끼워넣음 마크를 도시하는 도면들이다.

도 16은 제3 실시예를 도시하는 흐름도이다.

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 끼워넣음 마크를 도시하는 도면이다.

도 18은 제4 실시예를 도시하는 흐름도이다.

도 19의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제5 실시예를 도시하는 도면들이다.

도 20의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제6 실시예를 도시하는 도면들이다.

도 21의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제7 실시예를 도시하는 도면들이다.

도 22의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제8 실시예를 도시하는 도면들이다.

도 23의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제9 실시예를 도시하는 도면들이다.

도 24a 및 도 24b는 TIS-WIS 상호작용에 의한 오프셋 량을 도시하는 도면들이다.

도 25는 선형 시스템의 입력/출력 관계를 도시하는 도면이다.

도 26의 (a) 및 (b)는 마크(요소) 위치 검출에 관한 예시적인 도면들이다.

도 27은 신호 파형의 왜곡을 도시하는 도면이다.

도 28a 내지 도 28c는 M-계열 신호를 예시하는 도면들로서, 도 28a는 입력 신호를 도시하고, 도 28b는 출력 신호를 도시하고, 도 28c는 전달 특성들을 도시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

150 : 얼라인먼트 검출 시스템

156 : 촬상 디바이스

157 : 촬상 디바이스

160 : 얼라인먼트 신호 처리부

161 : A/D 변환기

162 : 기록 장치

163 : 복원부

164 : 마크 중심 검출부

166 : 통신부

도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 후술한다. 이하의 설명 및 다양한 도면들에서, 언급되지 않는 한, 매 경우의 참조 번호는 동일한 항목을 참조한다.

도 ２는 노광 장치(100)의 일례를 도시하는 개략적인 블록도이다. 노광 장치(100)는, 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 방법 또는 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 방법을 이용하여 레티클에 형성된 회로 패턴을 통해 웨이퍼를 노광하는 투영 노광 장치이다. 투영 노광 장치는 선폭이 서브 마이크로미터 이하인 리소그래피 프로세스에 유리하다. "스텝-앤드-스캔 방법"은 레티클에 대하여 웨이퍼를 연속적으로 스캔하고, 레티클 패턴을 통해 웨이퍼를 노광하고, 1 샷의 노광 종료 후에, 웨이퍼를 다음 노광 영역으로 스텝 이동시키는 노광 방법이다. "스텝-앤드-리피트 방법"은 웨이퍼의 각각의 단일 노광에 대하여 웨이퍼를 스텝 이동시켜 다음 노광 영역으로 이동시키는 노광 방법이다.

도 2에서, 노광 장치(100)는, 투영 광학계(120), 웨이퍼 척(chuck)(145), 웨이퍼 스테이지 장치(기판 스테이지로도 지칭됨)(140), 얼라인먼트 검출계(150), 얼라인먼트 신호 처리부(간단히 신호 처리부로도 지칭됨)(160), 및 제어부(170)를 갖는다. 투영 광학계(120)는 회로 패턴과 같은 패턴이 묘화된 레티클(110)을 축소 투영한다. 웨이퍼 척(145)은, 이전 프로세스에서 기초 패턴 및 얼라인먼트 마크(180)가 형성된 웨이퍼(130)를 유지한다. 웨이퍼 스테이지 장치(140)는 미리 결정된 위치에 웨이퍼(130)를 배치한다. 얼라인먼트 검출계(150)는 웨이퍼(130) 상의 얼라인먼트 마크(180)의 위치를 계측한다. 조명 광학계는 광원으로부터의 광을 사용하여 레티클(110)에 조명하는데 사용된다(도시되지 않음).

제어부(170)는 도시되지 않은 CPU 및 메모리를 구비하며, 노광 장치(100)의 동작을 제어한다. 제어부(170)는 도시되지 않은 조명 장치, 도시되지 않은 레티클 스테이지 장치, 웨이퍼 스테이지 장치(140), 및 얼라인먼트 신호 처리부(160)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(170)는 얼라인먼트 신호 처리부(160)로부터의 얼라인먼트 마크 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 장치(140)를 통해 웨이퍼(130)의 위치 결정을 수행한다.

다음으로，얼라인먼트 마크(180)의 검출 원리들을 설명한다. 도 3은 얼라인먼트 검출계(150)의 주요 구성 요소들을 도시하는 광로 도면이다. 도 3을 참조하면, 얼라인먼트 광원(151)으로부터의 조명광은, 빔 스플리터(beam splitter)(152)에 의해 반사되고, 대물 렌즈(object lens)(153)를 통과하여, 웨이퍼(130) 상의 얼라인먼트 마크(180)를 조명한다. 얼라인먼트 마크(180)로부터의 광(반사광, 회절광)은 대물 렌즈(153), 빔 스플리터(152), 및 렌즈(154)를 통과하고, 빔 스플리터(155)에 의해 분할되어, CCD와 같은 센서들(촬상 디바이스들)(156, 157)로 수광된다. 여기에서, 153 내지 155는 웨이퍼(기판)(130) 상에 형성된 얼라인먼트 마크의 상을 촬상 디바이스 상에 형성하는 결상 광학계를 구성한다.

얼라인먼트 마크(180)는, 렌즈(153, 154)에 의해 대략 300배의 결상 배율로 확대되어, 촬상 센서들(156, 157) 상에 결상된다. 센서들(156, 157)은 각각 얼라인먼트 마크(180)의 X-방향 및 Y-방향에 대한 어긋남 계측 센서들이며, 광축에 대하여 90도로 회전되도록 설치되어 있다. 촬상 센서들(156, 157)로는 라인 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 계측 방향에 대해 수직 방향으로만 파워를 갖는 원통형 렌즈를 사용하여 수직 방향으로 광을 집중시키고 광학적으로 적분(평균화)할 수 있다. X-방향 및 Y-방향의 계측 원리들은 마찬가지이므로, 여기에서는 X-방향의 위치 계측을 설명한다.

얼라인먼트 마크(180)는, 각각의 샷의 스크라이브 라인(scribe-line) 상에 배치되며, 예를 들어, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b에 도시된 형상들의 얼라인먼트 마크들(180A, 180B)을 사용할 수 있다. 얼라인먼트 마크(180)는 얼라인먼트 마크들(180A, 180B)을 총괄한 것임을 유의한다. 도 4a 및 도 4b는 얼라인먼트 마크(180A)의 평면도 및 단면도를 도시하며, 도 5a 및 도 5b는 얼라인먼트 마크(180B)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 도 4a 내지 도 5b에서, 얼라인먼트 마크들(180A, 180B)은, 등간격으로 배치된 4개의 마크 요소들(182A 및 182B)을 포함한다. 얼라인먼트 마크들(180A, 180B) 상에 레지스트(도시되지 않음)가 도포된다.

얼라인먼트 마크(180A)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 계측 방향인 X-방향으로 4㎛, 비계측 방향인 Y-방향으로 30㎛의 피치의, 사각형의 4개의 마크 요소들(182A)을 배열하고 있다. 마크 요소들(182A)의 단면 구조들은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 오목 형상을 갖는다. 한편, 얼라인먼트 마크(180B)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b의 마크 요소(182A)의 윤곽 부분을 0.6㎛의 선폭으로 치환한 4개의 마크 요소(182B)를 배열하고 있다.

도 6은, 도 4a 내지 도 5b에 도시된 얼라인먼트 마크들(180A, 180B)을 광학적으로 검출하고, 센서(156)로 촬상한 전형적인 결과들을 도시하는 그래프이다. 도 6에서 얻어진 광학상은, 얼라인먼트 마크들의 엣지 부분들에서의 고주파 성분들은 일반적으로 커트된다. 얼라인먼트 마크(180A 또는 180B) 중 어느 것을 사용하더라도, 얼라인먼트 검출계(150)의 렌즈(153, 154)의 NA에 들어가지 않는 큰 각도의 엣지 부분들에서 산란광이 발생한다. 따라서, 얼라인먼트 마크로부터의 모든 신호들이 얼라인먼트 검출계(150)를 통과하는 것은 아니다. 따라서, 얼라인먼트 검출계(150)에서 정보의 열화가 발생하고, 고주파 성분들이 감쇄된다. 얼라인먼트 마크(180A)의 경계 부분들은 어두워지고, 얼라인먼트 마크(180A)가 명시야(bright-field) 조명하에서 조명되는 경우, 얼라인먼트 마크(180B)의 오목 부분들은 어두워지거나 또는 밝아진다. 이렇게 촬상된 얼라인먼트 마크(180)의 화상은 얼라인먼트 신호 처리부(160)를 통해 얼라인먼트 신호 처리를 수행한다.

도 7은 얼라인먼트 신호 처리부(간단히 신호 처리부로도 지칭됨)(160)에 내장된 주요 기능 모듈들을 도시하는 블록도이다. 얼라인먼트 마크들의 위치를 검출하는 검출 장치는 얼라인먼트 검출계(150)와 신호 처리부(160)로 구성된다. 얼라인먼트 검출계(150)는 촬상 디바이스들(156, 157) 및 결상 광학계(153 내지 155)를 포함한다.

도 7을 참조하면, 촬상 센서(156, 157)로부터의 얼라인먼트 신호는 A/D 변환기(161)를 통해 디지털화된다. 디지털화된 얼라인먼트 신호들은 기록 장치(162)에 내장된 메모리에 기록된다. 복원부(163)는 기록 장치(162)에 기록된 얼라인먼트 검출계를 통해 열화된 얼라인먼트 마크의 출력 신호에 대하여 TIS 보정(복원 처리)을 수행한다. 이 경우, 도 2의 제어부(170)에 의해 산출된 전달 특성 h(x)를 이용하여, 후술하는 복원 처리를 수행한다.

다음으로, 마크 중심 검출부(164)는 복원된 얼라인먼트 신호에 대하여 디지털 신호 처리를 수행하고, 얼라인먼트 마크의 중심 위치를 검출한다. CPU(165)는 A/D 변환기(161), 기록 장치(162), 복원부(163), 마크 중심 검출부(164)에 접속되고, 제어 신호들을 출력하여 동작 제어들을 수행한다. 통신부(166)는 도 2에 도시된 제어부(170)와 통신을 수행하고, 필요한 데이터, 제어 명령들 등을 교환한다.

마크 중심 검출부(164)에서 수행되는 디지털 신호 처리는, 예를 들어, 얼라인먼트 신호의 엣지 부분들을 검출하고 엣지의 위치들을 계산하는 방법, 템플릿을 사용하는 패턴 매칭법, 및 대칭성 매칭법 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대칭 매칭법은, 각각 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된, 예를 들어, 2007년 10월 18일자로 발행된 일본 특허공개공보 제2007-273634호 및 2007년 10월 11일자로 발행된 미국 특허출원공보 US 2007/0237253 A1호에 설명된 기술을 사용하여 구현될 수 있다.

신호원으로부터의 출력은 2차원 화상 신호 또는 1차원 화상 신호일 수 있다. 2차원 신호의 수평 방향의 화소들의 히스토그램을 수직 방향에 생성하고, 화상의 보팅(voting) 처리를 수행하여 주요 성분들을 평균화함으로써, 2차원 화상을 1차원 화상으로 변환할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 디지털 신호 처리의 경우에는, X-방향 및 Y-방향의 계측들이 독립적으로 구성되므로, 위치 결정의 기본이 되는 신호 처리는 1차원 신호 처리를 이용하여 결정된다. 예를 들어, 촬상 센서들(156, 157) 상의 2차원 화상을 디지털 신호로 적분하고 평균화하여, 1차원 라인 신호로 변환한다.

본 발명의 신호 복원을 수행하는 것은 도 7의 복원부(163)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 신호 복원은 도 7의 얼라인먼트 신호 처리부(160)의 CPU(165)를 이용하여 수행될 수 있거나, 또는 노광 장치 외부의 소프트웨어를 이용하여 수행될 수도 있다.

또한, 본 발명은 얼라인먼트 마크 신호를 복원하는 것에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 오버레이 검사 장치용 마크들과 같은, 다양한 유형들의 계측 마크들에 본 발명을 적용할 수 있다.

다음으로, 본 실시예에 따른 복원 파라미터(간단히 "파라미터"로도 지칭됨)의 값을 결정("설정"으로도 지칭됨)하기 위한 마크("끼워넣음 마크(sandwiching mark)"로도 지칭됨)를 설명한다.

본 실시예에 따른 복원 파라미터를 결정하기 위한 끼워넣음 마크(350)는 Si 웨이퍼 에칭 처리에 의해 변화된 단차를 갖는 마크로 구성된다.

도 8은 끼워넣음 마크(350)의 평면 개략도이고, 복원 파라미터들을 결정하기 위한 끼워넣음 마크(350)는 도 3의 웨이퍼(130) 대신에 Si 웨이퍼(131) 상에 생성된다. 이들 끼워넣음 마크들(350)로부터의 반사광은 얼라인먼트 검출계(150)에 의해 결상되어, 웨이퍼들 상의 얼라인먼트 마크들과 마찬가지로，CCD와 같은 촬상 센서들(156, 157)로 수광된다. X-방향의 계측을 위한 끼워넣음 마크는 350A이고, Y-방향의 계측을 위한 끼워넣음 마크는 350B이다.

다음으로, 도 11의 (a) 내지 (c)를 참조하여 끼워넣음 마크(350)의 세부사항들을 설명한다. 도 11의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시한다. 본 실시예에 따른 끼워넣음 마크의 평면 형상은 얼라인먼트 마크(180)와 동일한 평면 형상을 갖는다. 도 11의 (a)에서, 예를 들어, 얼라인먼트 마크(180A)와 마찬가지로, X-방향의 폭은 4㎛이고, Y-방향의 폭은 30㎛이다.

또한, 도 11의 (b)는 끼워넣음 마크(350A)의 단면도를 도시한다. 끼워넣음 마크(350A)의 외측의 단차는 d1=200㎚이고, 내측의 단차는 d2=300㎚이다. 도 11의 (b)에서, 마크 엣지로부터의 산란광으로서, 좌측 엣지 상부로부터의 광을 E1 및 E2, 좌측 엣지 하부로부터의 광을 E3, 우측 엣지 상부로부터의 광을 E4 및 E5, 및 우측 엣지 하부로부터의 광을 E6로 나타낸다. 단차 d에 따라, 엣지 상부로부터의 광 E2와 하부로부터의 광 E3의 간섭에 의해 광의 강도가 변화하며, 코마 수차의 영향에 따라, 동일한 엣지로부터의 산란광 E1과 E2의 강도도 변화한다.

여기에서, 끼워넣음 마크(350A)의 2개의 단차들 d1과 d2를 선택하는 것은, 광학계의 코마 수차의 영향에 의해 CCD 상에서 얻어진 광 강도 신호의 어긋남 량들(마크 중심으로부터의 위치 어긋남)의 차가 크도록 설정하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 광 강도 신호의 콘트라스트가 낮은 신호가, 콘트라스트가 높은 신호보다 동일한 코마 수차에 의한 어긋남 량이 더 큰 것으로 간주된다.

따라서, 어긋남 량의 차가 크도록, 단차들 d1과 d2를 선택하는 것이 더 바람직하므로, 콘트라스트가 낮은 마크 요소들과 콘트라스트가 높은 마크 요소들의 조합을 포함한다. 콘트라스트가 낮은 단차는, 예를 들어, 조명 파장을 λ라고 하면, d=λ/2인 경우이며, 본 실시예에 따르면, 조명 파장은 λ=600㎚이고, 콘트라스트가 낮은 단차는 d2=300㎚이며, 콘트라스트가 높은 단차는 d1=200㎚이다. 단차와 콘트라스트 사이의 관계는 구조 복굴절에 기초한 광학 시뮬레이션에 의해 계산된다. 또한, 웨이퍼 프로세스에 의해 변동하는 크기를 고려하여 d1과 d2 사이의 차(100㎚)를 설정하는 것이 바람직하다.

도 11의 (c)는 끼워넣음 마크(350A)의 신호 파형의 일례를 도시한다. 끼워넣음 마크(350A)의 후술된 신호 처리에 의해 얻어지는 마크 위치들은 좌측으로부터 순차적으로 M1, M2, 및 M3이고, 그 간격은 L1=M2-M1, L2=M3-M2이다.

또한，M1에서의 어긋남 량을 a, M2에서의 어긋남 량을 b, 및 마크 위치 간격의 설계값을 L이라고 하면,

L1 = M2 - M1 = L - a + b

L2 = M3 - M2 = L + a - b

의 관계를 갖는다. 마크 위치 간격의 차 L2-L1은,

L2 - L1 = 2 (a - b)

가 된다.

따라서, 복원 신호에서 a-b의 값이 작아지는 복원 파라미터를 결정해야 한다.

본 실시예에서 끼워넣음 마크를 사용하는 이유는, 하나의 마크의 계측 결과로부터는 도 11의 (c)에 도시된 것과 같은 실제값으로부터의 어긋남 량들 a와 b를 얻을 수 없기 때문이다. 따라서, 끼워넣음 마크를 사용하여 L2-L1을 계산함으로써, 어긋남 량의 차 a-b를 평가할 수 있고, 그 ａ-b를 작게 함으로써 최적의 복원 파라미터를 결정할 수 있다.

본 실시예에 의해 결정된 복원 파라미터에 의해 얼라인먼트를 수행하더라도, 실제값으로부터의 어긋남 량 a(b)의 값 자체는 0(제로)이 아니므로, 따라서 결과적으로 얼라인먼트 어긋남이 잔존한다. 이 "어긋남"은, 한번 노광해서 계측하면, 이후 그만큼을 오프셋하고 얼라인먼트함으로써 다루어질 수 있다.

전술된 L2-L1은, 얼라인먼트 마크들의 형상에 관한 특징값의 일례이며, 얼라인먼트 마크의 형상에 관한 특징값은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 계측 방향에서의 1개의 마크(마크 요소)의 대칭성, 복수의 대칭성 마크 요소들에 걸친 변동(표준편차), 계측 방향에서의 마크 요소의 폭의 복수의 마크 요소들에 걸친 변동 등도 얼라인먼트 마크의 형상에 관한 특징값들일 수 있다.

얼라인먼트 마크의 형상에 관한 특징값으로서, 1개의 마크(마크 요소)의 대칭성을 도 27을 참조하여 설명한다. 본 발명에서는, 일반적으로 신호 파형의 대칭성을 나타내는 특징값으로서 사용되는, 왜도(skewness)를 적용해야 한다. 도 27에 도시된 것과 같은 신호 파형이 제공되면, 왜도는 수학식 4로 표현될 수 있다.

여기에서，μ은 신호 파형의 평균 분포, σ은 표준 편차, F는 각각의 fi의 합이다. 본 명세서의 왜도는, 평균으로부터 우측으로 데이터가 치우치는 경우에 포지티브 값을 취하고, 평균으로부터 좌측으로 데이터가 치우치는 경우에 네거티브 값을 취한다. 본 발명에서는, 신호 복원에 의해 왜도가 더 작아지도록 파라미터들을 결정해야 한다．

다음으로, 본 발명에 따른 광학계의 전달 특성 계측용 마크(340)를 설명한다. 도 3을 참조하면, 기준대(330)는 웨이퍼 스테이지(140)에 배치되고, 웨이퍼(130)와 동일한 Z-좌표 위치를 갖도록, 전달 특성을 계측하기 위한 마크(340)가 기준대(330) 상에 배치된다.

전달 특성 계측용 마크(340)로부터의 반사광은 얼라인먼트 검출계(150)에 의해 결상되고, 웨이퍼 위의 얼라인먼트 마크와 마찬가지로，CCD와 같은 촬상 센서들(156, 157) 상에 수광된다.

본 실시예에서 광학계의 전달 특성 계측용 마크(340)는, 전자 빔 노광 장치를 사용하여 글래스 기판 상에 크롬으로 묘화된 마크이다.

도 9a는 기준대(330) 상의 전달 특성 계측용 마크(340)의 평면도를 도시한다. 도 9a에서, 340A는 X-방향의 전달 특성 계측용 마크를 나타내며, 340B는 Y-방향의 전달 특성 계측용 마크를 나타낸다.

본 실시예에서, 전달 특성 계측용 마크는 미세한 라인 형상이고, 340A 및 340B의 부분들은 크롬으로 묘화되어 있으며, 그외의 영역들은 크롬으로 묘화되는 것이 아니라 글래스 기판이다. 크롬으로 묘화된 부분들, 즉 340A 및 340B는 광을 반사하고, 크롬으로 묘화되지 않은 부분은 광을 흡수한다.

도 9b는 X-방향의 전달 특성 계측용 마크(340A)에 의해 계측된 전달 특성의 일례를 도시한다. 도 9a에서 삼각형으로 표시된, 전달 특성 계측용 마크(340A 또는 340B)의 라인 폭은 미세할수록 더 좋지만, 라인 폭이 묘화 정밀도의 한계, (예를 들어, 현재는 50㎚ 정도), 까지 미세화되면, 광 강도 에너지가 작아져 S/N이 나빠진다. 따라서, 예를 들어 대략 100㎚에서 300㎚ 사이의 폭을 선택하는 것이 현재 바람직하다.

도 9a 및 도 9b에서, 광학계의 전달 특성을 계측하기 위해 미세한 라인을 사용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 전달 특성 계측용 마크(340)로서 M-계열 마크를 사용할 수 있다. 도 10에서, 341A는 X-방향의 전달 특성 계측용 M-계열 마크를 나타내고, 341B는 Y-방향의 전달 특성 계측용 M-계열 마크를 나타낸다.

M-계열 마크로부터 전달 특성을 계산하는 방법은, 예를 들어 후술하는 바와 같이 얻어질 수 있다. 우선, M-계열 마크들(341A, 341B)의 각각에 대한 계측 방향의 최소폭이 화상 측의 촬상 센서들(156, 157)의 ｋ화소들과 각각 동일하도록 M-계열 마크를 생성한다.

구체적으로, 물체 측의 M-계열 마크(340)의 최소폭을 p, 결상 광학계(150)의 광학 배율을 α, 촬상 센서들(156, 157)의 1 화소의 폭을 c라고 하면，

c×k=p×α

를 만족하도록, 물체 측의 M-계열 마크의 최소폭 p를 결정하고, 여기에서 k는 포지티브 정수이다.

예를 들어, k=5, c=8㎛, 및 α=320이면，p=125㎚이다.

또한, 촬상 센서들(156, 157)의 유효 총 화소수를 N2, M-계열 마크의 계열 길이를 N1이라고 하면, 촬상 센서들(156, 157) 상의 M-계열 마크와 동일한 영역은 k×N1 화소들이고, 이것은 촬상 센서들(156, 157)의 유효 총 화소수를 초과하지 않아야 한다. 따라서,

k×N1<N2

를 만족하는 것이 그 조건이 된다. 예를 들어, 촬상 센서들(156, 157)의 유효 총 화소수가 3200이면，k<25이다.

또한，k가 지나치게 작으면, 예를 들어 k=1인 경우, 수학식 5로부터 c=8㎛이고 α=320이며, 이에 의해 최소폭 p=25㎚이며, 이것은 예를 들어 전자 빔 노광 디바이스에 의한 마크의 제작 한계들을 초과한다.

따라서, M-계열 마크의 제작 한계들과 촬상 센서들의 계측 범위를 고려하여 k를 결정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 물체 측 상의 M-계열 마크들(341A, 341B)로부터 광학 배율에 의해 확대된 후에, 화상 측 상에 M-계열 마크 신호 f(x)를 생성한다.

도 28a는 계열 길이(127)의 M-계열 마크(341A)로부터 광학 배율에 의해 확대된 후에, 비계측 방향(Y-방향)으로 신호를 투영하여 1차원 신호로 변환한 화상 측의 M-계열 마크 신호 f(x)의 예이다. 그러나, 이것은 상기 조건, k=5, c=8㎛, α=320, 및 p=125㎚인 경우이다.

도 28b는, M-계열 마크(341A)가 광학계에 의해 형성(열화)된 마크 화상을 비계측 방향(Y방향)으로 투영하여 1차원 신호로 변환된 화상 측의 출력 신호 g(x)를 도시한다.

다음으로, 화상 측의 출력 신호 g(x)와 화상 측의 M-계열 마크 신호 f(x)로부터 화상 측의 전달 특성 h(x)를 산출한다. 화상 측의 출력 신호 g(x), 화상 측의 M-계열 마크 신호 f(x) 및 화상 측의 전달 특성 h(x) 사이에,

의 관계가 성립한다(*은 컨볼루션을 나타냄). 따라서, 이것을 푸리에 변환하여,

가 성립한다. 여기에서 푸리에 변환을 FT로 나타낸다.

수학식 8에서, FT(g) 및 FT(f)를 계산하여 FT(h)를 산출하고, FT(h)를 역 푸리에 변환하여 화상 측의 전달 특성 h(x)를 산출한다.

도 28c는 전술된 방법에 의해 산출된 화상 측의 전달 특성의 일례이다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따라 얼라인먼트 신호의 복원 파라미터의 결정 방법을 도 1에 도시된 흐름도를 참조하여 설명한다.

우선, 단계 S100에서, 얼라인먼트 검출계(150)의 전달 특성을 미리 계측한다. 얼라인먼트 검출계의 전달 특성의 계측 방법은, 전술된 미세한 슬릿(350A)을 사용하는 방법 또는 M-계열 마크(351A)를 이용하는 방법 등일 수 있다.

다음으로, 단계 S110에서, 끼워넣음 마크(350A)를 사용하여 마크 신호를 취득한다. 도 12a는 d1=200㎚ 및 d2=300㎚인 경우에 취득된 신호의 일례를 도시한다. 양쪽 엣지들의 마크들 M1, M3에 비해, 중앙의 마크 M2의 콘트라스트가 더 낮은 것을 확인할 수 있다. M1 내지 M3는 이전에 마크 요소들의 위치들로서 사용되었지만, 마크 요소들의 명칭들로서도 사용될 수도 있다.

다음으로, 단계 S120에서 모든 복원 파라미터들을 이용하여 끼워넣음 마크 신호를 복원하였는지를 판정하고, 아직 복원되지 않았으면, 단계 S130에서 복원 파라미터를 변경하고 복원 신호를 생성한다. 본 실시예에 따른 복원 방법은 위너 필터를 이용한다.

우선, 위너 필터를

로 설정하고, 복원 파라미터로서 γk의 값을 변화시키면서 끼워넣음 마크(350)의 신호를 복원한다. 본 실시예에서, 수학식 9의 γk의 일례로서,

의 경우를 설명한다.

도 12b는 임의의 복원 파라미터(k=k4)의 복원 신호를 도시한다.

다음으로, 단계 S140에서, 끼워넣음 마크(350A)의 마크 위치를 계측한다. 본 실시예에 따른 마크 위치 검출 방법은 대칭성 패턴 매칭을 사용한다. 처리 대상의 신호를 y(x), 신호 처리의 윈도우 중심을 c, 윈도우 폭을 w라고 하면, 대칭성 매칭 비율 S(x)는 수학식 11로 표현된다.

S(x)의 한계값을 마크 중심 위치로 설정하는 경우, 도 26a에 도시된 바와 같이, 주어진 지점 X에서의 S(x)를 수학식 10으로부터 취득하고, 계속해서 x를 변화시키면서 S(x)를 취득한다. S(x)의 극소(최소) 또는, 도 26b에 도시된 1/S(x)의 극대(최대)가 되는 서브 픽셀 위치를 함수 피팅함으로써, 마크 위치를 산출한다. 이로 인해, 마크 위치 산출 결과들 M1, M2 및 M3를 취득한다. 도 12a 및 도 12b에서, ○은 M1, M2 및 M3의 위치들을 나타낸다.

마지막으로 단계 S150에서, 마크 위치 간격 L2-L1을 취득하고, 최적의 복원 파라미터를 결정한다.

도 12c는 최적의 복원 파라미터를 결정하는 방법을 설명하는 도면이며, 다양한 복원 파라미터들에 대한 L2-L1을 도시한다. 도 12c를 참조하면，k=k6인 경우, L2-L1이 가장 작기 때문에, 이것을 본 실시예에 따라 얼라인먼트 신호를 복원하기 위해 사용되는 파라미터로서 결정한다.

본 발명에 따른 제2 실시예에 따르면, 최적의 복원 파라미터를 결정하는 방법은 복수의 마크 위치 계측값들에 기초한다. 복수의 마크 위치 계측값들을 취득하기 위해, 제2 실시예는 대칭성 패턴 매칭의 처리 윈도우를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

얼라인먼트 검출계의 코마 수차 등에 의해 비대칭으로 왜곡되는 신호와는 대조적으로, 복원된 신호는 가능한 대칭인 것이 바람직하다. 대칭성 패턴 매칭의 처리 윈도우의 변화들에 대하여, 마크 위치 간격 L2-L1의 변화가 작은(로버스트성이 높은) 파라미터를 사용한다.

도 13은 제2 실시예를 설명하는 흐름도이다. 단계 S200에서, 제1 실시예와 마찬가지로, 얼라인먼트 검출계(150)의 전달 특성을 미리 계측하고, 단계 S210의 끼워넣음 마크를 사용하여 마크 신호를 취득한다.

다음으로, 단계 S220에서, 모든 복원 파라미터들을 이용하여 마크 신호를 복원할 때까지, 단계 S230에서 복원 파라미터들을 변화시켜, 복원 신호를 생성한다. 제2 실시예가 제1 실시예와 다른 점은, 다음 단계 S240에서, 대칭성 패턴 매칭 처리 윈도우를 변화시켜 복수의 마크 위치들을 계산하는 것이다. 처리 윈도우를 변화시키는 것는, 구체적으로 식 6에서 c 또는 w를 변화시키는 것을 의미한다.

도 14a는 임의의 처리 윈도우들에서의 끼워넣음 마크 신호를 도시하며, 처리 윈도우들은 사각으로 둘러싸여 있다. 또한, 도 14b는 임의의 복원 파라미터를 이용하여 복원된 복원 신호이며, 마찬가지로 처리 윈도우들을 도시한다.

도 14c는 마크 요소 간격의 차 L2-L1을 복원 파라미터에 대하여 플롯한 도면이며, 처리 윈도우를 변화시킴으로써, 마크 요소 간격의 차 L2-L1은 도면의 바(bar)들로 도시된 범위 내에서 변동된 것으로 간주될 수 있다.

본 발명에 따른 제2 실시예에서는, 다음 단계 S250의 복원 파라미터에 대한 결정 방법에 있어서, 복수의 마크 위치 간격의 차들 L1-L2의 평균값이 미리 결정된 임계값보다 더 작고, 또한 차 L1-L2의 변동(예를 들어, 분산 또는 표준 편차)이 작은 복원 파라미터를 선택한다. 즉, 도 14c에서 γ5를 복원 파라미터로 선택한다. 여기에서, 미리 결정된 임계값은 얼라인먼트 검출계의 오차(TIS)에 의해 허용되는 범위 내로 설정되며, 바람직하게는 적어도 1㎚ 이하의 값이어야 한다.

본 실시예는 평균값 및 변동 모두를 고려한 복원 파라미터의 결정 방법을 설명하지만, 본 방법은 이것에 한정되지 않으며, 평균값 없이 변동만으로 (예를 들어, 최소의 변동을 제공하는) 파라미터를 선택할 수 있다. 도 14c에서, γ5는 최소의 변동을 제공하는 파라미터일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 복수의 처리 윈도우들을 사용한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검출 신호로부터 얼라인먼트 마크 위치를 검출하는 공지된 임의의 복수의 신호 처리 조건들을 대안적으로 적용할 수 있다. 복수의 신호처리 조건들은, 복수 종의 신호 처리 알고리즘들일 수 있거나, 또는 특정한 신호처리 알고리즘에서의 복수의 파라미터들일 수 있다.

본 발명의 제3 실시예는, 복수의 마크 위치들을 취득하기 위해, 제2 실시예에서와 같이 복수 종의 처리 윈도우들을 사용하기보다, Si 웨이퍼(131) 상에 형성된 복수 종의 끼워넣음 마크들을 사용하는 것을 특징으로 한다．

도 15의 (b)는 끼워넣음 마크들의 단차를 다양하게 변경한 경우의 단면도이며, 제1 실시예에서 끼워넣음 마크들 M1과 M3의 단차 d1을 d3, d4, d5로 변화시켜, Si 웨이퍼(131) 상에 형성한다.

도 16은 제3 실시예를 설명하는 흐름도이다. 단계 S300에서, 얼라인먼트 검출계(150)의 전달 특성을 미리 계측한다.

제2 실시예와의 차이는, 단계 S310에서, 단차들의 다양한 조합들로 구성된 복수의 (이 경우, (1)부터 (4)까지의 4종류) 끼워넣음 마크들의 마크 신호를 취득하는 것이다．

다음으로, 단계 S320에서 모든 복원 파라미터를 이용하여 끼워넣음 마크 신호를 복원할 때까지, 단계 S330에서 복원 파라미터를 변경하고, 복원 신호를 생성하고, 단계 S340에서 (1)부터 (4)까지의 복수의 끼워넣음 마크 신호에 대하여 마크 위치 계측값을 계산한다.

제3 실시예에서는, 제2 실시예와 마찬가지로, 단계 S350의 복원 파라미터의 결정 방법에 있어서, 마크 위치 간격의 차 L1-L2의 평균이 미리 결정된 임계값보다 더 작고, 차 L1-L2의 변동이 가장 작은 복원 파라미터를 선택한다.

본 발명의 제4 실시예는, 복수의 마크 계측 위치들을 취득하기 위해, 하나의 끼워넣음 마크를 사용하여, 그것의 스테이지의 위치를 서브 픽셀 정밀도로 어긋나게 함으로써 복수의 끼워넣음 마크 신호들을 취득하는 것을 특징으로 한다.

도 17은 본 발명의 제4 실시예를 설명하는 도면이며, 확대된 끼워넣음 마크(350) 중 하나의 마크를 도시한다.

도 18은 제4 실시예를 설명하는 흐름도이며, 단계 S400에서 얼라인먼트 검출계(150)의 전달 특성을 미리 계측한다.

제3 실시예와의 차이는, 단계 S410에서 스테이지의 위치를 서브 픽셀 정밀도로 어긋나게 하여 복수의 끼워넣음 마크 신호들을 취득하는 것이다. 예를 들어, CCD 등의 촬상 센서의 물체 상에서의 화소 분해능이 50㎚/pix이면, 레이저 간섭계를 구비한 스테이지(140)에 의해, 계측 방향(X-방향)으로 10㎚ 피치로 스테이지 위치를 어긋나게 하여, 그때마다 끼워넣음 마크 신호를 취득한다. 그러면, (1)부터 (6)까지의 복수의 끼워넣음 마크 신호들을 취득할 수 있다.

다음으로, 단계 S420에서 모든 복원 파라미터들을 이용하여 끼워넣음 마크 신호를 복원할 때까지, 단계 S430에서 복원 파라미터들을 변경하고, 복원 신호를 생성하고, 단계 S440에서 (1)부터 (6)까지의 복수의 끼워넣음 마크 신호들에 대하여 마크 위치 계측 값을 계산한다.

다음 단계 S450에서, 마크 위치 간격의 차 L1-L2의 평균이 미리 결정된 임계값보다 더 작고, 차 L1-L2의 변동이 가장 작은 복원 파라미터를 선택해야 한다. 본 실시예는, CCD 등의 촬상 센서의 분해능에 의해 발생하는 오차에 대하여 로버스트성이 높은 복원 파라미터를 바람직하게 제공한다.

본 발명의 제5 실시예는, 복수의 끼워넣음 마크 신호들을 취득하기 위해, 상이한 두께들의 레지스트 막을 갖는 복수의 마크들을 사용하는 것을 특징으로 한다.

도 19의 (a) 및 도 19의 (b)는 본 발명의 제5 실시예를 설명하는 도면들이며, 도 19의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시하는 한편, 도 19의 (b)는 그 단면도를 도시한다. 도 19의 (b)를 참조하면, (1)부터 (4)까지의 4개의 마크들에서, 3개의 마크 요소들의 단차는 M1과 M3가 d1으로, M2가 d2로 동일하지만, 도면의 양쪽 엣지들에서의 레지스트 막의 두께는 r1부터 r4까지 상이하다.

이와 같이 레지스트 막의 두께가 상이한 경우, 마크 요소들 M1, M2, 및 M3는 얼라인먼트 검출계의 TIS에 의해 화상의 비대칭성이 각각 상이하기 때문에, (1)부터 (4)까지의 4개의 마크들에 대하여, 마크 요소 간격의 차 L2-L1는 동일하지 않지만, 약간의 변동이 발생한다.

따라서, 제3 실시예에서의 단계 S350과 마찬가지로, 마크 요소 간격의 차 L2-L1의 평균이 미리 결정된 임계값보다 더 작고, 차 L2-L1의 변동이 가장 작은 복원 파라미터를 선택해야 한다.

본 발명의 제6 실시예는, 단차들 대신 상이한 선폭들을 갖는 마크들을 사용한다. 도 20의 (a) 및 도 20의 (b)는 본 발명의 제6 실시예를 설명하는 도면들이며, 도 20의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시하는 한편, 도 20의 (b)는 그 단면도를 도시한다. 3개의 마크 요소들의 단차는 d1으로 동일하지만, 양쪽 엣지들의 마크들 M1 및 M3에 대한 선폭은 w1인 한편, 중앙의 마크 M2에 대한 선폭은 w2이다. 선폭이 상이한 경우, 마크 M2에 대한 화상의 비대칭성은 얼라인먼트 검출계의 TIS에 의해 마크들 M1 및 M3와 상이하기 때문에, 마크 요소 간격의 차 L2-L1은 제로가 되지 않는다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 기술된 단계 S150과 마찬가지로, 마크 요소 간격의 차 L2-L1이 가장 작은 복원 파라미터를 선택해야 한다．

본 발명의 제7 실시예에 따르면, 제１ 실시예에 대하여 기술된 마크 요소는 복수의 마크 요소들 포함하도록 수정된다. 도 21의 (a) 및 도 21의 (b)는 본 발명의 제7 실시예를 설명하는 도면들이며, 도 21의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시하는 한편, 도 21의 (b)는 그 단면도를 도시한다.

도 21의 (b)를 참조하면, 마크 요소들 M1, M2, 및 M3는 각각 5개의 마크 요소를 포함하며, 단차는 M1과 M3에서 d1이고 M2에서 d2로 상이하다. 예를 들어, 마크 요소 M1의 위치를 계측하는 경우, 그 5개의 마크 요소들의 각각의 위치의 평균값을 사용할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 다양한 마크 요소들 M1, M2, 및 M3의 위치들을 취득하기 위한 평균화 효과를 기대할 수 있어, 마크 요소 간격의 차 L2-L1의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 복원 파라미터들의 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제8 실시예에 따르면, 제6 실시예에 기술된 마크 요소들은 복수의 마크 요소들을 포함하도록 수정된다. 도 22의 (a) 및 도 22의 (b)는 본 발명의 제8 실시예를 설명하는 도면들이며, 도 22의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시하는 한편, 도 22의 (b)는 그 단면도를 도시한다.

도 22의 (b)를 참조하면, 마크 요소들 M1, M2, 및 M3는 각각 5개의 마크 요소들을 포함하며, 선폭은 M1 및 M3에서 w1이고 M2에서 w2로 상이하다. 예를 들어, 마크 요소 M1의 위치를 계측하는 경우, 그 5개의 마크 요소들의 각각의 위치의 평균값을 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 다양한 마크 요소들 M1, M2, 및 M3의 위치들을 계측하기 위한 평균화 효과를 기대할 수 있어, 마크 요소 간격의 차 L2-L1의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 복원 파라미터들의 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제9 실시예에 따르면, 마크 요소들 내의 부가적인 마크 요소들의 피치가 상이한 경우를 설명한다. 도 23의 (a) 및 도 23의 (b)는 본 발명의 제9 실시예를 설명하는 도면들이며, 도 23의 (a)는 끼워넣음 마크(350A)의 평면도를 도시하는 한편, 도 23의 (b)는 그 단면도를 도시한다.

도 23의 (b)를 참조하면, 마크 요소들 M1, M2, 및 M3는 각각 5개의 마크 요소들을 포함하며, 선폭은 동일하지만, 피치는 M1과 M3에서 p1이고 M2에서 p2로 상이하다. 이렇게 피치가 상이한 경우, 마크 M2 내의 마크 요소는 얼라인먼트 검출계의 TIS에 의해 마크들 M1 및 M3 내의 마크 요소들에 대하여 화상의 비대칭성이 상이하다. 따라서, 5개의 마크 요소들 각각의 위치들의 평균값을 사용하여 취득된 마크 요소 간격의 차 L2-L1은 제로가 되지 않는다.

따라서, 제1 실시예에서 기술된 단계 S150과 마찬가지로, 마크 요소 간격의 차 L2-L1이 가장 작은 복원 파라미터를 선택해야 한다.

지금까지의 실시예들에서 설명한 복원 파라미터들은, 수학식 9에 나타낸 바와 같은 위너 필터의 파라미터 γ이었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 수학식 12에 표시된 파라메트릭 위너 필터의 파라미터 α를 복원 파라미터로서 사용할 수 있다. 파라미터 α는 Sn/Sf에 대한 계수이며, 이 경우 Sn/Sf는 기지의 값 또는 고정된 값 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 전술된 위너 필터 및 파라메트릭 위너 필터는, 입력 신호들의 집합에 대하여 평균적인 의미에서 최적의 복원 신호를 취득하는 것이다. 역으로, 개별 입력 신호들에 대하여 최적의 복원 신호를 취득하는 특징을 갖는 사영 필터에 본 발명을 적용할 수 있다. 특히, 파라메트릭 사영 필터는, 파라미터에 의해 신호 성분들의 복원 품질을 약간 희생시킴으로써, 잡음의 영향을 대폭 줄인 복원 필터이다.

다음으로, 복원 파라미터에 파라메트릭 사영 필터의 파라미터를 적용한 경우를 설명한다. 도 25의 입출력 관계를 벡터-행렬 표현으로 나타내면 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

여기에서, 입력 신호 f 및 관측 신호 g를 N-차원 벡터라고 하면, H는 수학식 14에 나타낸 N×N의 순환 행렬로 표현된다.

이 때, 복원되어야 할 입력 신호 f'는 수학식 15와 같이 표현된다.

여기에서, K는 파라메트릭 사영 필터이고, 구체적으로는 수학식 16과 같이 표현되며, 이에 의해 수학식 16의 파라미터 β를 복원 파라미터로 하여 본 발명에 적용할 수 있다.

여기에서, *는 공액 전치 행렬을 나타내며, +는 의사 역행렬을 나타낸다. Rz는 잡음 z의 상관 행렬이며, 수학식 17로 표현된다. Ez는 잡음에 관한 집합 평균이다. 또한, β는 Rz에 대한 계수이고, β가 파라미터이므로, Rz는 다른 잡음을 측정하며, 공지된 값이거나 또는 고정된 값이다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스(반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 등)의 제조 방법을 설명한다. 이 방법을 이용하여, 본 발명을 적용한 노광 장치를 사용할 수 있다.

반도체 디바이스는 웨이퍼(반도체 기판) 상에 집적 회로를 생성하는 전처리, 및 그 전처리에 의해 생성된 웨이퍼 상의 집적 회로 칩을 제품으로 완성시키는 후처리을 통해 제조된다. 전처리는 전술된 노광 장치를 사용하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광하는 공정, 및 그러한 공정에 의해 노광된 웨이퍼를 현상하는 공정을 포함할 수 있다. 후처리는 어셈블리 공정(다이싱, 본딩) 및 패키징 공정을 포함할 수 있다. 또한, 액정 표시 디바이스는 투명 전극을 형성하는 공정을 통해 제조된다. 투명 전극을 형성하는 공정은 투명 도전막이 증착된 글래스 기판 상에 감광재를 도포하는 공정, 전술된 노광 장치를 사용하여 감광재가 도포된 글래스 기판을 노광하는 공정, 및 그러한 공정에 의해 노광된 글래스 기판을 현상하는 공정을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 디바이스 제조 방법은, 종래 기술보다 높은 디바이스 생산성, 고품질 및 낮은 생산 비용을 유리하게 제공할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예들을 앞서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 검출 장치(얼라인먼트 검출계)의 전달 특성은 변화할 수 있기 때문에, 주기적인 보수 관리(maintenance) 시에 검출 장치의 전달 특성을 계측하여 갱신하고, 이에 의해 갱신된 전달 특성을 사용하여 본 발명의 신호 복원을 수행하면 더 높은 정밀도로 위치를 검출할 수 있다.

또한, 광학 시스템에 코마 수차(comatic aberration)와 같은 수차가 존재하면, 얼라인먼트 마크의 프로세스 오차(WIS) 사이의 상호작용들로부터 검출 신호가 크게 왜곡될 수 있으며, 이것은 얼라인먼트 마크들의 위치 검출 오차들을 야기할 수 있다. 이러한 경우에 있어서도, 상기 실시예들에 따라서, 얼라인먼트 검출계의 전달 특성을 사용하여 복원되는 검출 신호에 대하여 얼라인먼트 마크들의 위치 검출을 수행할 수 있으며, 이로 인해 높은 정밀도의 얼라인먼트가 가능하다.

다양한 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되는 것이 아님을 이해해야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 모든 변경들 및 등가 구조물들 및 기능들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims

검출 장치로서,

출력 신호를 공급하도록 구성된 촬상 디바이스;

기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)의 상을 상기 촬상 디바이스 상에 형성하도록 구성된 결상 광학계; 및

상기 출력 신호를 처리하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하도록 설정되고 구성될 수 있는 파라미터를 갖는 복원 필터를 포함하는 신호 처리부

를 포함하며,

상기 신호 처리부는,

상기 복원 필터를 상기 출력 신호에 작용시켜 복원 신호를 생성하고,

상기 복원 신호에 기초하여, 상기 파라미터의 복수의 후보값 각각에 대하여, 상기 얼라인먼트 마크의 형상에 관한 대응하는 특징값을 산출하고,

산출된 특징값들에 기초하여 상기 파라미터를 설정하도록 구성되는 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 대응하는 특징값은 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상기 얼라인먼트 마크의 대칭성에 관한 것인 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 대응하는 특징값은 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상기 얼라인먼트 마크의 복수의 요소의 크기의 변동(scattering), 및 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상기 복수의 요소의 대칭성의 변동 중 하나에 관한 것인 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 대응하는 특징값은 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상기 얼라인먼트 마크의 복수의 요소의 간격에 관한 것인 검출 장치.
제4항에 있어서,

상기 복수의 요소는, 상이한 복수의 단차, 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상이한 복수의 크기, 및 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 방향에서의 상이한 복수의 간격 중 하나를 갖는 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 신호 처리부는, 복수의 신호 처리 조건 각각에 대한 특징값을 산출하고, 그 산출된 특징값들의 변동에 기초하여 상기 파라미터를 설정하도록 구성된 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 신호 처리부는, 복수 종의 상기 얼라인먼트 마크, 상기 기판의 복수의 위치, 및 복수의 레지스트 막 두께 중 하나의 각각에 관한 특징값을 산출하고, 그 산출된 특징값들의 변동에 기초하여 상기 파라미터를 설정하도록 구성된 검출 장치.
제6항에 있어서,

상기 신호 처리부는 상기 변동이 최소가 되도록 상기 파라미터를 설정하도록 구성된 검출 장치.
제4항에 있어서,

상기 대응하는 특징값은 상기 간격 중 2개 사이의 차를 포함하는 검출 장치.
제9항에 있어서,

상기 신호 처리부는 상기 차가 최소가 되도록 상기 파라미터를 설정하도록 구성된 검출 장치.
제6항에 있어서,

상기 대응하는 특징값은 상기 간격 중 2개 사이의 차를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 간격의 차가 임계값보다 작고 상기 변동이 최소가 되도록 상기 파라미터를 설정하도록 구성된 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 복원 필터는, 위너 필터(Wiener filter), 파라메트릭 위너 필터(parametric Wiener filter), 및 파라메트릭 사영 필터(parametric projection filter) 중 적어도 하나를 포함하는 검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 파라미터는 잡음에 관한 것인 검출 장치.
제13항에 있어서,

상기 복원 필터는 위너 필터를 포함하고, 상기 파라미터는 잡음의 파워 스펙트럼과 상기 결상 광학계의 입력 신호의 파워 스펙트럼 사이의 비를 반영하는 검출 장치.
제13항에 있어서,

상기 복원 필터는 파라메트릭 위너 필터를 포함하고, 상기 파라미터는 잡음의 파워 스펙트럼과 상기 결상 광학계의 입력 신호의 파워 스펙트럼 사이의 비에 대한 계수를 포함하는 검출 장치.
제13항에 있어서,

상기 복원 필터는 파라메트릭 사영 필터를 포함하고, 상기 파라미터는 잡음의 상관 행렬에 대한 계수를 포함하는 검출 장치.
노광 장치로서,

기판을 유지하고 이동되도록 구성된 기판 스테이지;

상기 기판 스테이지에 의해 유지된 상기 기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여 상기 기판 스테이지의 위치를 제어하도록 구성된 제어기 - 상기 노광 장치는, 상기 제어기에 의해 그 위치가 제어되는 상기 기판 스테이지에 유지된 상기 기판을 방사 에너지에 노광함 - ; 및

상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하도록 구성된, 제1항에 따른 검출 장치

를 포함하는 노광 장치.
디바이스를 제조하는 방법으로서,

제17항의 노광 장치를 사용하여 기판을 방사 에너지에 노광하는 단계;

상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및

상기 디바이스를 제조하기 위해 상기 현상된 기판을 처리하는 단계

를 포함하는 디바이스 제조 방법.