KR20150023503A - 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크들의 유용성을 결정하는 방법, 및 리소그래피 장치 및 오버레이 측정 시스템의 조합 - Google Patents

오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크들의 유용성을 결정하는 방법, 및 리소그래피 장치 및 오버레이 측정 시스템의 조합 Download PDF

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레미 에달트
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

기판 상에 이미 존재하는 제 1 패턴에 대해 기판에 제 2 패턴을 전사함에 있어서 제 1 패턴의 정렬 마크의 유용성을 결정하는 방법은 정렬 마크의 위치를 측정하는 단계, 정렬 마크의 위치를 모델링하는 단계, 측정된 위치와 모델링된 위치 간의 모델 오차를 결정하는 단계, 제 1 패턴과 제 2 패턴 간의 대응하는 오버레이 오차를 측정하는 단계, 및 정렬 마크의 유용성을 결정하도록 오버레이 오차와 모델 오차를 비교하는 단계를 포함한다. 후속하여, 이 정보는 다음 기판들을 처리하는 경우에 사용되어 이 기판들에 대한 오버레이를 개선할 수 있다. 리소그래피 장치 및/또는 오버레이 측정 시스템은 상기 방법에 따라 작동될 수 있다.

Description

오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크들의 유용성을 결정하는 방법, 및 리소그래피 장치 및 오버레이 측정 시스템의 조합{A METHOD TO DETERMINE THE USEFULNESS OF ALIGNMENT MARKS TO CORRECT OVERLAY, AND A COMBINATION OF A LITHOGRAPHIC APPARATUS AND AN OVERLAY MEASUREMENT SYSTEM}
본 출원은 2012년 5월 29일에 출원된 미국 가출원 61/652,669의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크들의 유용성(usefulness)을 결정하는 방법, 및 상기 방법을 수행할 수 있는 오버레이 측정 시스템 및 리소그래피 장치의 조합에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 종래의 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
다수 패턴들이 후속하여 기판에 전사되는 경우, 후속한 패턴들을 서로에 대해 정렬시키는 것이 바람직할 수 있다. 앞서 전사된 패턴에 후속한 패턴을 정렬시키기 위해서는, 앞서 전사된 패턴의 위치를 아는 것이 중요하다. 웨이퍼 상의 패턴의 위치를 결정하기 위해, 상기 패턴의 일부로서 기판 상의 사전정의된 위치들에 정렬 마크들이 전사된다. 정렬 마크들의 위치를 측정함으로써, 앞서 전사된 패턴에 대해 후속한 패턴을 기판에 전사하는 데 사용될 수 있는 정보가 얻어질 수 있다.
앞서 전사된 패턴에 대해 후속한 패턴을 정확히 전사하는 데 필요한 앞서 전사된 패턴의 위치 정보는 일반적으로, 모든 패턴 영역들이 정렬 마크들을 배치하는 데 사용될 수는 없기 때문에, 정렬 마크들의 위치를 측정하는 것으로부터 얻어지는 위치 정보에 일대일로 대응하지 않는다. 결과로서, 정렬 마크들이 일반적으로 패턴의 에지들에, 또는 소위 스크라이브 레인(scribe-lane)들 내에 배치되는 한편, 디바이스들을 제조하는 데 사용되는 패턴의 중심 구역들이 서로에 대해 정렬되는 것이 중요하다.
이를 해결하기 위해, 정렬 마크들의 측정된 위치들에 모델이 피팅(fit)될 수 있다. 그 후, 이 모델은 앞서 전사된 패턴에 대해 후속한 패턴을 정확히 전사하는 데 사용될 수 있는 앞서 전사된 패턴의 위치 정보를 추산하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 정렬 마크가 공칭 위치(nominal position)(xc, yc)에 위치될 수 있다. 정렬 마크의 위치 측정 및 공칭 위치들과 측정된 위치의 비교는 공칭 위치로부터 (dx, dy)만큼 정렬 마크의 변위를 유도할 수 있다. 이 변위는, 병진(translation), 배율(magnification) 및 회전으로 변위가 설명되는 선형 6 파라미터 모델(linear 6 parameter model)을 이용함으로써, 기판 상의 모든 지점에서의 변위를 예측하는 데 사용될 수 있다. 하나의 정렬 마크의 각 측정에 대해, 다음 수학식들이 형성될 수 있다:
Figure pct00001
이때, xc 및 yc는 측정이 수행되는 공칭 위치의 좌표이며, Cx는 x-방향으로의 병진이고, Cy는 y-방향으로의 병진이며, Mx는 x-방향으로의 배율이고, My는 y-방향으로의 배율이며, Rx는 z-축에 대한 x-축의 회전이고, Ry는 z-축에 대한 y-축의 회전이며, dx, dy는 각각 x-방향 및 y-방향으로의 공칭 위치로부터의 정렬 마크의 변위이다.
기판 상의 모든 마크에 대해 이 수학식들을 작성하면, 다음의 계(system)가 유도된다:
Figure pct00002
매트릭스 벡터 표시에서, 이는
Figure pct00003
과 같이 표현되고, 매트릭스 A의 크기는 2N x 6이며, 이때 N은 사용되는 정렬 마크들의 개수이다.
(Cx, Cy, Mx, My, Rx 및 Ry)에 피팅하는 모델 파라미터들을 발견할 수 있도록, 이 수학식들의 적어도 6 개(즉, 3 개의 측정)가 필요하다. 통상적으로, 파라미터들보다 많은 측정들이 이용가능하다. 이는 매트릭스가 열(column)보다 많은 행(row)을 갖는 과-결정 연립 방정식(over-determined system of equations)을 풀게 한다. 이 방정식들의 해는 잘 알려진 최소제곱법을 이용하여 발견될 수 있다. 이는
Figure pct00004
으로서 기록될 수 있다.
후속하여 전사된 두 패턴들 간의 정렬이 얼마나 성공적이었는지를 결정하기 위해, 즉 후속하여 전사된 두 패턴들 간의 오버레이를 결정하기 위해, 두 패턴들에는 대응하는 오버레이 마크들이 제공되어, 하나의 패턴에서의 오버레이 마크의 위치가 다른 패턴의 대응하는 오버레이 마크에 대해(relative to) 측정될 수 있도록 한다.
오버레이는 오버레이 오차라는 용어로 표현되며, 이는 패턴들 중 하나에서의 지점의 다른 층에서의 대응하는 지점과의 완벽한 정렬로부터의 편차를 표현한다.
결과적으로, 완벽한 오버레이는 0의 오버레이 오차를 유도하며, 0이 아닌 오버레이 오차들은 오버레이가 완벽하지 않음을 나타낸다. 0이 아닌 오버레이 오차는 다음의 오차 원인들로부터 발생할 수 있다.
- 정렬 마크의 위치를 측정함에 있어서의 측정 오차, 예를 들어 비대칭 등과 같은 공정 유도 오차들;
- 예를 들어, 온도, 압력 등의 무작위 변동들로 인한 공칭 위치에 정렬 마크를 배치함에 있어서의 배치 오차;
- 오버레이 오차를 측정함에 있어서의 측정 오차 -이는 오버레이 마크들을 배치함에 있어서의 배치 오차, 및 하나의 패턴에서의 오버레이 마크의 다른 패턴에서의 대응하는 오버레이 마크에 대한 위치를 측정함에 있어서의 측정 오차로 나누어질 수 있음- ; 및
- 정렬 마크들의 측정된 변위들에 모델을 피팅함에 있어서의 모델 오차.
앞서 언급된 오차 원인들을 처리하기 위해 앞서 설명된 선형 모델에 대한 더 많은 측정 데이터를 이용하는 것이 모델의 정확성을 개선하지는 않을 것이며, 생산성의 손실을 초래할 수 있다. 더 많은 측정 데이터의 이용은, 이 오차들이 오버레이에 더 큰 기여를 하지 않도록 데이터의 랜덤 또는 반(semi)-랜덤 오차들이 평균화된다는 장점을 갖는다.
다른 오차 원인들에 비해 가장 큰 기여를 할 수 있는 모델 오차들은 모델을 개선함으로써, 예를 들어 더 진보된 정렬 모델을 이용함으로써 처리될 수 있다. 상이한 모델들이 선형 모델 대신에 이용하기 위해 제안되었으며, 이 예시들로는 고차 다항식 모델(higher order polynomial models), 방사 기저 함수(radial basis functions), 및 확장 영역 정렬(extended zone alignment)이 있다.
하지만, 이러한 더 진보된 정렬 모델들이 사용되는 경우, 더 적은 평균화가 존재하기 때문에 오버레이 오차에 대한 다른 오차 원인들의 기여는 더 커질 수 있다. 다시 말하면, 모든 정렬 마크의 성능이 이 정렬 마크의 위치 주위의 오버레이에 직접적인 영향을 미친다. 그 결과로서, 더 진보된 모델로 전환하는 것이 개선된 오버레이를 유도하지는 않을 수 있다.
이에 따라, 정렬 마크 위치를 최적으로 선택하고 적절히 기능하는 정렬 마크들만을 이용하는 것이 더 중요해지며, 이는 실제로 측정된 변위가 정렬 마크의 실제 변위를 우수하게 나타내는 정렬 마크들만이 사용되는 것이 바람직할 수 있다는 것을 의미한다.
오버레이를 개선하는 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 특히 더 진보된 정렬 모델들을 이용하여 오버레이를 개선하게 하는 방법을 제공하는 것이 바람직하며, 오버레이를 개선하는 데 사용될 수 있는 정렬 마크들을 최적으로 선택할 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면:
a) 기판에 제 1 패턴을 전사하는 단계 -상기 제 1 패턴은 적어도 N 개의 정렬 마크들을 포함하고, 각각의 정렬 마크는 제 1 패턴에서 각각의 사전정의된 공칭 위치에 위치됨- ;
b) N 개의 정렬 마크들의 위치를 측정하고, 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 정렬 마크의 각각의 공칭 위치를 비교함으로써 각각의 공칭 위치로부터 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 정렬 마크 변위를 결정하는 단계;
c) N 개의 정렬 마크 변위들에 모델을 피팅하는 단계;
d) 제 1 패턴에 대해 제 2 패턴을 정렬시키기 위해 피팅된 모델을 이용하여 기판에 제 2 패턴을 전사하는 단계;
e) 제 2 패턴에 대한 제 1 패턴의 상대 위치를 측정함으로써 오버레이 오차를 측정하는 단계 -상기 오버레이 오차는 제 1 및 제 2 패턴들 간의 완벽한 정렬에 대한 제 2 패턴의 변위를 나타냄- ;
f) 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 피팅된 모델에 따른 정렬 마크의 위치를 비교함으로써 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 모델 오차를 결정하는 단계;
g) 오버레이 오차와 결정된 모델 오차들을 비교하는 단계; 및
h) 모델 오차들과 오버레이 오차 간의 비교에 기초하여 대응하는 오버레이 오차를 보정하기 위한 N 개의 정렬 마크들 각각의 유용성을 결정하는 단계
를 포함하는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 기판은 단계 a)와 단계 b) 사이에서 처리된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템의 조합이 제공되고, 리소그래피 장치는:
기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
기판의 타겟부 상으로 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템;
정렬 센서를 갖는 정렬 시스템 -상기 정렬 센서는 기판 상의 정렬 마크들의 위치를 측정하도록 구성됨- ; 및
기판 상의 정렬 마크들의 측정된 위치에 기초하여 기판에 대한 패터닝된 방사선 빔의 위치를 제어하도록 구성된 리소그래피 장치 제어 유닛
을 포함하고, 오버레이 측정 시스템은 기판 상의 두 패턴들 간의 상대 위치를 측정하도록 구성된 오버레이 센서 및 측정된 상대 위치에 기초하여 오버레이 오차를 결정하도록 구성된 오버레이 측정 제어 유닛을 포함하며,
리소그래피 장치는 본 발명에 따른 방법의 단계 a) 내지 단계 d)를 수행하도록 구성되고, 오버레이 측정 시스템은 본 발명에 따른 방법의 단계 e) 내지 단계 h)를 수행하도록 구성된다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 상이한 위치들에서의 정렬 마크의 중심을 도시하는 도면;
도 3a는 제 2 패턴에서의 제 2 오버레이 마크와 완벽히 정렬된 제 1 패턴에서의 제 1 오버레이 마크를 도시하는 도면;
도 3b는 덜 이상적인 상황에서 제 1 및 제 2 오버레이 마크 간의 관계를 도시하는 도면;
도 4는 오버레이 오차와 모델 오차 간의 비교를 도시하는 도면; 및
도 5는 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템 간의 상호작용을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 또는 WTb); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 도 1의 예시에서의 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb)은 이것의 사례이다. 본 명세서에 기재된 본 발명은 독립적인 방식으로 사용될 수 있지만, 특별히 단일 또는 다수-스테이지 장치들의 노광전(pre-exposure) 측정 스테이지에서 추가 기능들을 제공할 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa/WTb)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WTa/WTb)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WTa/WTb)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WTa/WTb)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WTa/WTb)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa/WTb)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있도록 측정 스테이션에서 또 다른 기판이 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면을 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 두 스테이션들에서 기판 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
상기 장치는 설명된 다양한 액추에이터들 및 센서들의 이동 및 측정을 모두 제어하는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 더 포함한다. 또한, LACU는 상기 장치의 작동에 관련된 바람직한 계산들을 실행하기 위한 신호 처리 및 데이터 처리 능력을 포함한다. 실제로, 제어 유닛(LACU)은 각각 장치 내의 서브시스템 또는 구성요소의 실시간 데이터 수집, 처리, 및 제어를 다루는 많은 서브-유닛들의 시스템으로서 실현될 것이다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템이 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어(servo control)에 지정될 수 있다. 별도의 유닛들이 개략 및 미세 액추에이터들, 또는 상이한 축선들을 다룰 수도 있다. 또 다른 유닛은 위치 센서(IF)의 판독(readout)에 지정될 수 있다. 상기 장치의 전체 제어는 이 서브-시스템들의 처리 유닛들, 조작자들, 및 리소그래피 제조 공정에 관련된 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.
도 2는 기판 상의 상이한 위치들에서의 정렬 마크의 중심을 더 상세히 개략적으로 도시한다. 정렬 마크는 제 1 패턴의 일부로서 기판에 전사된다. 정렬 마크는 회절 격자일 수 있으며, 이는 정렬 센서(AS)로 하여금 격자에 광을 방출하고 격자에 의한 회절 광에서 간섭 패턴을 검출하게 하고, 즉 격자의 위치를 결정하기 위해 1차, 3차 및/또는 고차에서 회절된 서브-빔들이 사용된다. 그 경우, 정렬 센서(AS)는 격자를 향해 광을 방출하는 광 소스, 및 회절 광을 검출하는 검출기를 포함한다.
CE는 기판 상의 기준 지점에 대한 기판 상의 공칭 위치에서의 정렬 마크의 기하학적 중심의 위치를 나타내며, 이 공칭 위치는 제 1 패턴이 부여된 방사선 빔으로 기판을 노광하는 경우에 정렬 마크가 전사되는 기판 상의 위치로서 정의된다.
노광 후, 기판은 상이한 공정들을 거치며, 이 결과로서 기판이 변형될 수 있다. 이 변형으로 인해, 기준 지점에 대한 정렬 마크의 위치가 변화, 즉 변위될 수 있다. 그 일 예시가 도 2에 참조 부호 CE'로 도시되며, 이는 기판의 처리 후 정렬 마크의 기하학적 중심을 나타낸다.
도 1의 정렬 센서(AS)와 같은 센서가 정렬 마크의 위치를 측정하도록 구성된다. 정렬 마크의 중심의 측정된 위치는 참조 부호 CE"로 도시된다. 완벽한 상황에서, 측정된 위치(CE")는 변위된 위치(CE')와 동일하다. 하지만, 처리로 인한 정렬 마크의 비대칭 변형으로 인한 오차들 및 모든 센서들에 내재된 측정 오차들로 인해, 측정된 위치(CE")는 통상적으로 도 2에 나타낸 바와 같이 변위된 위치(CE')와 동일하지 않다.
통상적으로, 적어도 N 개의 정렬 마크들이 기판 상에 제공되고, N 개의 정렬 마크들의 중심 위치가 측정되며, 이때 N은 적어도 2의 값을 갖는 양의 정수이다. 정렬 마크의 중심 위치의 측정은 N 개의 정렬 마크들 각각에 대해 2 개의 측정, 예를 들어 x-방향 및 y-방향으로의 측정들의 수행을 필요로 할 수 있지만, 대응하는 적절한 센서를 이용하여 하나의 측정, 예를 들어 경사 정렬 마크(oblique alignment mark)의 하나의 측정에서 행해질 수도 있다.
정렬 마크 변위는 후속하여 공칭 위치(CE)와 측정된 위치(CE")를 비교함으로써 결정될 수 있다. 변위는 공칭 위치와 비교하여 상대 좌표(dx,dy)를 갖는 벡터(V1)로서 도시될 수 있다. 도 2에서는 이것이 하나의 정렬 마크에 대해서만 도시되지만, 이 공정은 N 개의 정렬 마크들 각각에 대해 수행되고, N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 결과는 상이할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
기판에 제 2 패턴을 전사하는 데 N 개의 정렬 마크들의 측정된 위치들을 이용하기 위해 -이때, N 개의 정렬 마크들의 측정된 위치들은 제 1 패턴과 제 2 패턴을 정렬시키는 데 이용됨- , 측정된 변위들(dx,dy)에 모델이 피팅된다. 그 일 예시가 이미 본 발명의 배경 설명에서 주어졌으며, 기판의 병진, 배율 및 회전을 나타내는 6 파라미터 선형 모델이 적어도 3 개의 정렬 마크 변위들(dx,dy)에 피팅된다. 하지만, 고차 다항식 모델, 방사 기저 함수, 및 확장 영역 정렬 모델 등과 같은 고차 정렬 모델들도 가능하다.
선형 모델 예시에 대해, 각각 x 방향으로의 측정 및 y 방향으로의 측정을 유도하는 3 이상의 정렬 마크들이 모델에 대한 입력으로서 사용되는 경우, 과-결정 연립 방정식이 풀어져야 한다. 그 결과로서, 모델은 모든 정렬 마크 변위들에 정확히 피팅되는 것은 아니기 쉬우므로, 피팅된 모델에 따라 도 2의 정렬 마크의 중심의 모델링된 변위가 MD(도 2 참조)로 나타내어질 수 있다. 정렬 마크의 이 모델링된 위치(MD)는 이 경우 측정된 위치(CE")와 동일하지 않으며, 모델링된 위치(MD)와 측정된 위치(CE") 간의 차이에 기초하여 모델 오차(ME)가 결정될 수 있다. 도 2에서, 모델 오차는 벡터로서 도시되며, 이에 따라 x-방향으로의 모델 오차 및 y-방향으로의 모델 오차에 대한 정보를 포함한다.
모델이 피팅된 경우, 피팅된 모델로부터의 정보, 예를 들어 모델 파라미터들이 기판에 제 2 패턴을 전사하는 데 사용될 수 있다. 그 후, 모델은 처리 후 기판의 변형들을 고려하여 제 1 패턴에 대해 제 2 패턴을 정렬시키는 데 사용된다.
기판에 제 2 패턴을 전사한 후, 제 1 패턴에 대한 제 2 패턴의 상대 위치를 측정함으로써 제 1 패턴과 제 2 패턴 간의 오버레이가 체크될 수 있다. 이는 예를 들어 오버레이 측정 시스템을 이용하여 행해질 수 있다. 오버레이를 측정하기 위해, 제 1 및 제 2 패턴에는 각각의 제 1 및 제 2 오버레이 마크들이 제공될 수 있다. 대응하는 제 2 오버레이 마크에 대한 제 1 오버레이 마크의 상대 위치를 결정함으로써, 제 1 및 제 2 패턴 간의 완벽한 오버레이로부터의 편차, 즉 한 패턴의 다른 패턴에 대한 변위를 나타내는 오버레이 오차가 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 패턴의 위치를 결정하는 데 사용된 정렬 마크들은 또한 오버레이 오차를 측정하는 데 사용되어, 제 1 패턴의 위치를 측정하는 데 사용된 제 1 패턴 내의 정렬 마크들이 제 1 오버레이 마크들로서도 작용하고, 제 2 패턴의 위치를 측정하는 데 사용된 제 2 패턴 내의 정렬 마크들이 제 2 오버레이 마크들로서도 작용한다. 하지만, 정렬 마크들 및 제 1 및 제 2 오버레이 마크들은, 바람직하게는 서로 가까이 위치되는 -반드시 그렇지는 않음- 별개의 마크들인 것도 가능하다.
도 3a는 제 1 오버레이 마크(FOP) 및 제 2 오버레이 마크(SOP)의 일 예시를 나타낸다. 제 1 및 제 2 오버레이 마크들은 이 예시에서 상이한 크기의 정사각형 박스들이며, 각각의 박스들의 기하학적 중심들(SE1, SE2)은 도 3a에 나타낸 바와 같은 완벽한 오버레이에 대해 동일한 위치에 있어야 한다.
일 실시예에서, 제 1 패턴에는 예를 들어 제 1 오버레이 마크(FOP)로서 구현되는 적어도 M 개의 제 1 오버레이 마크들이 제공될 수 있으며, 이때 각각의 제 1 오버레이 마크는 제 1 패턴 내의 사전정의된 위치에 배치되고, M은 적어도 2의 값을 갖는 양의 정수이다. 제 2 패턴에는 예를 들어 제 2 오버레이 마크(SOP)로서 구현되는 제 2 오버레이 마크들이 제공될 수 있으며, 이는 적어도 M 개의 제 1 오버레이 마크들에 대응하고, 이로 인해 제 1 및 제 2 오버레이 마크들의 쌍들이 형성된다. 일 실시예에서, 각각의 정렬 마크가 대응하는 제 1 및 제 2 오버레이 마크들의 쌍을 갖도록 M은 N과 동일하며, 이들은 정렬 마크로부터 얻어지는 정보가 실질적으로 제 1 및 제 2 오버레이 마크들의 쌍으로부터 얻어지는 정보에 대응하도록 서로 가까이 배치될 수 있다.
도 3b는 도 2의 정렬 마크와 연계된 제 1 오버레이 마크의 기하학적 중심(SE1) 및 제 2 오버레이 마크의 기하학적 중심(SE2)만을 나타내고, 명료함을 위해 이 중심들과 연계된 대응하는 오버레이 마크들은 나타내지 않는다. 예를 들어, 정렬 마크 비대칭으로 인한 실제 중심(CE')과 측정된 중심(CE") 간의 측정 오차 및 모델 오차(ME)로 인해, 오버레이는 별개의 중심들(SE1 및 SE2)에 의해 나타낸 바와 같이 완벽하지 않을 것이다. 중심들(SE1 및 SE2)의 상대 위치의 측정이 중심 SE1에 대한 중심 SE2의 측정된 상대 위치를 나타내는 중심 SE2'로 나타낸 바와 같은 측정 오차를 도입할 수 있다. 완벽한 오버레이를 위해 중심들(SE1 및 SE2)이 겹쳐져야 할 때, 오버레이 오차는 이 경우 중심 SE1에 대한 중심 SE2의 변위로서 표현될 수 있고, 이는 벡터 V2와 동일하도록 측정된다. 따라서, 측정된 오버레이 오차는 중심 SE1에 대한 중심 SE2의 실제 변위와 동일하지 않을 수 있으며, 이는 오버레이 측정 시스템에서의 측정 오차들 및 오버레이 마크 비대칭에 의해 야기될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
이 예시에 대해, 도 2의 정렬 마크 및 도 3a 및 도 3b의 오버레이 마크들은 얻어지는 정보가 서로 비교될 수 있도록 기판 상에서 서로 가까이 있는 것으로 가정된다. 도 4는 오버레이 오차(V2)와 모델 오차(ME)의 비교를 위해 동일한 원점을 갖는 벡터들로서 도 2의 모델 오차(ME) 및 도 3b의 연계된 오버레이 오차를 도시한다. 이 비교로부터, 오버레이 오차를 보정하기 위한 정렬 마크의 유용성을 나타내는 퀄리티 팩터(quality factor)가 각각의 정렬 마크에 대해 결정될 수 있다. 유용할 정렬 마크에 대해, 벡터들(V2 및 ME)은 거의 동일한 크기(magnitude)이고 실질적으로 동일한 방향으로 연장되어야 한다. 따라서, 서로 수직이고 및/또는 크기에 있어서 상당히 상이한 벡터들은 덜 유용하다.
퀄리티 팩터는 오버레이 오차(V2)의 크기와 모델 오차(ME)의 크기의 비교, 및 모델 오차 벡터(ME)의 방향과 오버레이 벡터(V2)의 방향의 비교에 기초할 수 있다. 모델 오차의 방향은, 예를 들어 두 벡터들(ME 및 V2) 사이에 존재하는 각도(α)의 코사인을 결정함으로써 오버레이 오차의 방향과 비교될 수 있다. 벡터들(ME 및 V2)이 각각 상대 좌표 (x1,y1) 및 (x2,y2)를 갖는 경우, 각도(α)의 코사인은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다:
Figure pct00005
상기 크기는, 예를 들어 최소 크기와 최대 크기 간의 비(r)를 조사함으로써 비교될 수 있으며, 이는 다음의 수학식을 산출한다:
Figure pct00006
이제 퀄리티 팩터는, 예를 들어 cosα 및 r의 곱(product)으로서 표현될 수 있다. 각도(α)의 코사인 및 비(r)는 퀄리티 팩터에 대한 별도의 기준들로서, 또는 이 둘의 여하한의 다른 조합으로서 사용될 수도 있다.
퀄리티 팩터가 cosα 및 r의 곱으로서 표현되는 경우, 가장 유용한 정렬 마크들은 1 또는 -1의 값을 얻고, 가장 유용하지 않은 정렬 마크들은 0의 값을 얻는다. 1 또는 -1의 값들은 오버레이 오차가 어떻게 측정되는지의 결과이다. 도 3b에서, 오버레이 오차는 중심 SE1로부터 중심 SE2'로 진행하는 벡터로서 표현된다. 하지만, SE2'로부터 중심 SE1로 진행하는 벡터도 오버레이 오차를 설명하며, 이 벡터는 나타낸 벡터 V2에 대해 180 도 회전되어 있다. 벡터(V2)의 방향에 의존하여, 가장 유용한 정렬 마크들이 1 또는 -1의 값을 얻는다.
벡터들(ME 및 V2)의 방향 및 크기는 벡터들(ME 및 V2) 간의 차이를 나타내는 차분 벡터(difference vector: DV) -즉, 벡터 DV는 한 벡터에서 다른 벡터를 뺄셈함으로써 얻어짐- 를 조사함으로써 비교될 수도 있다. 또한, 차분 벡터(DV)는 도 4에 도시된다.
퀄리티 팩터는, 예를 들어 차분 벡터(DV)의 크기에 기초할 수 있으며, 차분 벡터(DV)의 크기가 클수록 정렬 마크는 오버레이를 보정하기에 덜 유용하다. 차분 벡터(DV)의 크기(Ed)는 도 4의 예시에 대해 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00007
또한, 동일한 제 1 및 제 2 패턴을 이용하여 다수 기판들에 걸친 통계를 이용하고, 앞서 언급된 기준들의 평균 및 표준 편차를 결정하여, 정렬 마크의 유용성을 결정하는 것이 가능하다. 통계를 이용하는 것의 장점은, 비교적 큰 표준 편차를 나타내는 정렬 마크들 -이에 따라, 신뢰성이 더 적음- 이 단일 측정만을 이용하여 원래 결정된 것보다 덜 유용한 것으로 확인되고 간주될 수 있다는 것이다. 따라서, 평균은 퀄리티 팩터로서 사용되지만, 표준 편차는 정렬 마크의 신뢰성 또는 강건성(robustness)을 평가하기 위해 추가적인 필터 또는 기준을 더한다.
정렬 마크의 유용성은, 정렬 마크들을 이용하여 기판들에 패턴들을 전사하는 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치 제어 유닛은 본 발명에 따른 방법에 기초하여, 오버레이를 보정하기에 가장 유용한 것으로 간주되는 N 개의 정렬 마크들의 서브세트(subset)만을 이용하도록 구성될 수 있다.
리소그래피 장치(LA), 예를 들어 도 1의 리소그래피 장치에서의 상이한 공정들을 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)이 개략적으로 도시되는 도 5에서 일 예시가 알려질 수 있으며, 이 리소그래피 장치 제어 유닛은:
- 기판에 제 1 패턴을 제공하기 위해 리소그래피 장치를 제어하도록 -상기 제 1 패턴은 적어도 N 개의 정렬 마크들을 포함하고, 각각의 정렬 마크는 제 1 패턴 내의 각각의 사전정의된 공칭 위치에 배치됨- ;
- 정렬 센서, 예를 들어 도 1의 정렬 센서(AS)를 이용하여 N 개의 정렬 마크들의 위치를 측정하고, 정렬 마크의 공칭 위치를 대응하는 상기 정렬 마크의 측정된 위치와 비교함으로써, 예를 들어 측정된 위치로부터 공칭 위치를 뺄셈함으로써, 각각의 공칭 위치로부터 N 개의 정렬 마크들 각각에 대해 정렬 마크 변위를 결정하도록;
- 기판의 모든 지점에서의 변위를 추산할 수 있도록 N 개의 정렬 마크 변위들에 모델을 피팅하도록; 및
- 제 1 패턴에 대해 제 2 패턴을 정렬시키기 위해, 피팅된 모델을 이용하여 기판에 제 2 패턴을 전사하도록 리소그래피 장치를 제어하도록 구성된다.
기판에 제 2 패턴을 전사한 후, 기판은 오버레이 측정 제어 유닛(OMCU)에 의해 제어되는 오버레이 측정 시스템(OMS)으로 전달된다. 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 오버레이 측정 제어 유닛(OMCU)에 정렬 마크들에 대한 정보를 제어할 것이다. 이는 예를 들어, 오버레이 측정 제어 유닛이 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 피팅된 모델에 따른 상기 정렬 마크의 위치를 비교함으로써 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 모델 오차를 결정할 수 있도록 N 개의 정렬 마크들의 측정된 위치들 및 피팅된 모델에 대한 정보를 제공함으로써 행해질 수 있으며, 또는 리소그래피 장치 제어 유닛이 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 피팅된 모델에 따른 상기 정렬 마크의 위치를 비교함으로써 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 모델 오차를 결정하고 결정된 모델 오차들을 입력으로서 오버레이 측정 제어 유닛에 제공한다.
오버레이 측정 제어 유닛은 제 2 패턴에 대한 제 1 패턴의 상대 위치를 측정함으로써 오버레이 오차를 측정하기 위해 오버레이 측정 시스템을 제어하도록 구성되며, 상기 오버레이 오차는 제 1 및 제 2 패턴들 간의 완벽한 정렬에 대한 제 2 패턴의 변위를 나타낸다. 일 실시예에서, 오버레이 측정 제어 유닛은 기판 상의 다수 위치들에서 오버레이 오차를 측정하고, 특히 다수 위치들은 N 개의 정렬 마크들에 대응할 수 있어, 정렬 마크마다 오버레이 오차가 결정될 수 있도록 한다.
후속하여, N 개의 정렬 마크들에 관한 모델 오차들은 대응하는 오버레이 오차들에 비교될 수 있고, 오버레이를 보정하기 위한 N 개의 정렬 마크들 각각의 유용성이 결정될 수 있다. 이 정보는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)으로 피드백되어, 후속한 패터닝 공정들에서 모델이 N 개의 정렬 마크 변위들의 서브세트에 피팅되도록 할 수 있으며, 상기 서브세트는 오버레이 측정 제어 유닛에 의해 결정된 바와 같은 가장 유용한 정렬 마크들로부터의 데이터를 포함한다.
서브세트를 이용하는 대신에, N 개의 정렬 마크들 모두가 모델로의 입력으로서 사용될 수 있지만, 정렬 마크들에 대응하는 데이터는 결정된 유용성에 따라 가중되어 유용한 정렬 마크들이 덜 유용한 정렬 마크들보다 피팅된 모델에 더 크게 기여하도록 할 수 있고, 이는 유용성이 증가함에 따라 값이 증가하는 가중 인자(weighing factor)를 이용함으로써 구현될 수 있다. 가중의 결과는, 몇몇 정렬 마크들에 대한 가중 인자가 실질적으로 0일 수 있기 때문에, 실제로는 서브세트만이 사용되는 것일 수 있다. 다시 말하면, 가중 인자는 대응하는 유용성이 소정 임계치 이상인 경우에 1이고, 대응하는 유용성이 소정 임계치 아래인 경우에는 0이다.
정렬 마크들의 유용성에 대하여 오버레이 측정 제어 유닛(OMCU)에 의해 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)으로 보내지는 정보는, 정렬 마크들로부터의 데이터가 최적으로 오버레이를 보정하는 데 사용될 것을 보장하도록 규칙적으로 업데이트될 수 있다. 이는 단지, 정렬 마크들의 유용성을 결정하고 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)에 보내지는 정보를 업데이트하기 위해, 기판들이 오버레이 측정 시스템에 규칙적으로 전달되도록 요구한다. 결과로서, 초기에 매우 유용한 것으로 확인되는 정렬 마크가 덜 유용한 정렬 마크로 점점 변화될 수 있고 반대로도 점점 변화될 수 있으므로, 이 정보를 규칙적으로 업데이트하는 것이 오버레이 오차가 시간에 따라 크게 악화되지 않는 효과로 정렬 마크들의 사용의 변화를 유도할 것이다.
일 실시예에서, 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크들의 유용성을 결정하기 위해 정렬 마크 변위들을 모델링하는 데 사용되는 모델은 생산 모드에서 통상적으로 사용되는 모델과 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 정렬 마크들의 유용성은 앞서 설명된 바와 같은 선형 6 파라미터 모델을 이용하여 결정될 수 있으며, 이때 통상적인 생산 모드에서는 리소그래피 장치 제어 유닛이 고차 다항식 모델 또는 방사 기저 함수들에 기초한 모델과 같은 더 진보된 모델을 이용한다.
본 발명에 따른 방법은 선형 모델들과 이용될 수 있지만, 진보된 모델들에서 정렬 마크들의 실제 위치로부터의 편차들이 오버레이에 더 큰 영향을 미치고 선형 모델들에서보다 덜 평균화됨에 따라, 정렬 마크들을 최적으로 선택하는 것이 선형된 모델들을 이용하는 경우보다 진보된 모델들을 이용하는 경우에 오버레이에 더 큰 영향을 미치기 때문에, 진보된 모델들에 대한 사용이 큰 장점들을 제기한다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (15)

  1. a) 기판에 제 1 패턴을 전사(transfer)하는 단계 -상기 제 1 패턴은 적어도 N 개의 정렬 마크들을 포함하고, 각각의 정렬 마크는 상기 제 1 패턴 내의 각각의 사전정의된 공칭 위치(nominal position)에 위치됨- ;
    b) N 개의 정렬 마크들의 위치를 측정하는 단계, 및 정렬 마크의 각각의 공칭 위치를 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 비교함으로써 상기 각각의 공칭 위치로부터 상기 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 정렬 마크 변위(alignment mark displacement)를 결정하는 단계;
    c) 상기 N 개의 정렬 마크 변위들에 모델을 피팅(fit)하는 단계;
    d) 상기 제 1 패턴에 대해 제 2 패턴을 정렬시키기 위해, 상기 피팅된 모델을 이용하여 상기 기판에 제 2 패턴을 전사하는 단계;
    e) 상기 제 2 패턴에 대한 상기 제 1 패턴의 상대 위치를 측정함으로써 오버레이 오차(overlay error)를 측정하는 단계 -상기 오버레이 오차는 제 1 및 제 2 패턴 간의 완벽한 정렬에 대한 상기 제 2 패턴의 변위를 나타냄- ;
    f) 상기 피팅된 모델에 따른 정렬 마크의 위치를 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 비교함으로써 상기 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 모델 오차(model error)를 결정하는 단계;
    g) 상기 오버레이 오차와 상기 결정된 모델 오차들을 비교하는 단계; 및
    h) 모델 오차들과 오버레이 오차 간의 비교에 기초하여 대응하는 오버레이 오차를 보정하기 위한 상기 N 개의 정렬 마크들 각각의 유용성(usefulness)을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패턴에는 적어도 M 개의 제 1 오버레이 마크들이 제공되고, 각각의 제 1 오버레이 마크는 상기 제 1 패턴 내의 사전정의된 위치에 배치되며,
    상기 제 2 패턴에는 상기 적어도 M 개의 제 1 오버레이 마크들에 대응하는 제 2 오버레이 마크들이 제공되어, 제 1 및 제 2 오버레이 마크들의 쌍(pair)들을 형성하고,
    상기 오버레이 오차는 대응하는 제 2 오버레이 마크에 대한 제 1 오버레이 마크의 상대 위치를 측정함으로써 측정되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 N 개의 정렬 마크들 각각은 대응하는 제 1 및 제 2 오버레이 마크들의 쌍을 가져서 각각의 모델 오차가 대응하는 오버레이 오차를 갖고, 상기 오버레이 오차와 상기 모델 오차들을 비교하는 단계는 상기 대응하는 오버레이 오차와 상기 모델 오차를 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 대응하는 오버레이 오차와 상기 모델 오차를 비교하는 단계는 상기 대응하는 오버레이 오차의 크기(magnitude)와 상기 모델 오차의 크기를 비교하는 단계 및 상기 대응하는 오버레이 오차의 방향과 상기 모델 오차의 방향을 비교하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모델 오차들 및 오버레이 오차들은 각각 모델 오차 벡터들 및 오버레이 오차 벡터들로서 정의되고, 상기 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크의 유용성은 모델 오차 벡터와 대응하는 오버레이 오차 벡터 사이의 각도의 코사인 및 상기 모델 오차 벡터의 크기와 상기 오버레이 오차 벡터의 크기 간의 비 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 기초하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 모델 오차들 및 오버레이 오차들은 각각 모델 오차 벡터들 및 오버레이 오차 벡터들로서 정의되고, 상기 대응하는 오버레이 오차와 상기 모델 오차를 비교하는 단계는 모델 오차 벡터와 대응하는 오버레이 오차 벡터 간의 벡터 차이를 평가(evaluate)하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크의 유용성은 상기 벡터 차이의 크기에 기초하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패턴을 전사하는 단계, 위치를 측정하는 단계, 모델을 피팅하는 단계, 제 2 패턴을 전사하는 단계, 오버레이 오차를 측정하는 단계, 모델 오차를 결정하는 단계, 및 오차들을 비교하는 단계는 다수의 상이한 기판들에 대해 수행되고, 상기 다수의 기판들 상의 N 개의 정렬 마크들 각각에 대해 퀄리티 팩터(quality factor)가 결정되며, 상기 퀄리티 팩터는 오버레이를 보정하기 위한 특정 기판의 정렬 마크의 유용성을 나타내고, 상기 유용성을 결정하는 단계에서 상기 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크의 유용성은 상기 다수의 기판들에 걸쳐 동일한 정렬 마크들과 연계된 퀄리티 팩터들의 평균 및 표준 편차 중 적어도 하나에 기초하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 오버레이를 보정하기 위한 정렬 마크의 유용성을 결정하는 단계 이후, 상기 제 1 패턴을 전사하는 단계, 위치를 측정하는 단계, 모델을 피팅하는 단계, 및 제 2 패턴을 전사하는 단계를 수행하도록 리소그래피 장치를 구성하는 단계를 포함하고,
    상기 모델로의 입력으로서 가중된 정렬 마크 변위들을 이용하여 상기 정렬 마크 변위들에 모델이 피팅되며, 상기 가중(weighing)은 더 유용한 정렬 마크들이 덜 유용한 정렬 마크들보다 상기 피팅된 모델에 더 크게 기여하도록 대응하는 유용성에 기초하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    가중은 가중 인자(weighing factor)들을 이용하여 수행되고, 상기 가중 인자는 대응하는 유용성이 일정 임계치(certain threshold) 이상인 경우에 1이고, 대응하는 유용성이 일정 임계치 아래인 경우에는 0인 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유용성은 상기 정렬 마크 변위들에 피팅된 제 1 모델을 이용하여 결정되고, 후속하여 상기 리소그래피 장치는 상기 제 1 모델보다 더 진보된 제 2 모델을 이용하여 상기 제 1 패턴을 전사하는 단계, 위치를 측정하는 단계, 모델을 피팅하는 단계, 및 제 2 패턴을 전사하는 단계를 수행하도록 구성되는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치가 생산을 목적으로 상기 제 1 패턴을 전사하는 단계, 위치를 측정하는 단계, 모델을 피팅하는 단계, 및 제 2 패턴을 전사하는 단계를 지속적으로 수행하고 있는 동안, 상기 오버레이 오차를 측정하는 단계, 모델 오차를 결정하는 단계, 오차들을 비교하는 단계, 및 유용성을 결정하는 단계가 정기적으로 수행되어 상기 유용성 및 이에 따른 상기 모델로 입력되는 정렬 마크 변위들의 가중을 업데이트하는 방법.
  13. 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템의 조합에 있어서,
    상기 리소그래피 장치는:
    방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템;
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성되는 지지체 -상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있음- ;
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성되는 투영 시스템;
    정렬 센서를 갖는 정렬 시스템 -상기 정렬 센서는 기판 상의 정렬 마크들의 위치를 측정하도록 구성됨- ; 및
    상기 기판 상의 정렬 마크들의 측정된 위치에 기초하여 기판에 대한 상기 패터닝된 방사선 빔의 위치를 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 오버레이 측정 시스템은 기판 상의 두 패턴들 간의 상대 위치를 측정하도록 구성되는 오버레이 센서, 및 측정된 상대 위치에 기초하여 오버레이 오차를 결정하도록 구성되는 오버레이 측정 제어 유닛을 포함하며,
    상기 리소그래피 장치는:
    a) 기판에 제 1 패턴을 전사하는 단계 -상기 제 1 패턴은 적어도 N 개의 정렬 마크들을 포함하고, 각각의 정렬 마크는 상기 제 1 패턴 내의 각각의 사전정의된 공칭 위치에 위치됨- ;
    b) N 개의 정렬 마크들의 위치를 측정하는 단계, 및 정렬 마크의 각각의 공칭 위치를 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 비교함으로써 상기 각각의 공칭 위치로부터 상기 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 정렬 마크 변위를 결정하는 단계;
    c) 상기 N 개의 정렬 마크 변위들에 모델을 피팅하는 단계; 및
    d) 상기 제 1 패턴에 대해 제 2 패턴을 정렬시키기 위해, 상기 피팅된 모델을 이용하여 상기 기판에 제 2 패턴을 전사하는 단계
    를 수행하도록 구성되고,
    상기 오버레이 측정 시스템은:
    e) 상기 제 2 패턴에 대한 상기 제 1 패턴의 상대 위치를 측정함으로써 오버레이 오차를 측정하는 단계 -상기 오버레이 오차는 제 1 및 제 2 패턴 간의 완벽한 정렬에 대한 상기 제 2 패턴의 변위를 나타냄- ;
    f) 상기 피팅된 모델에 따른 정렬 마크의 위치를 상기 정렬 마크의 각각의 측정된 위치와 비교함으로써 상기 N 개의 정렬 마크들 각각에 대한 모델 오차를 결정하는 단계;
    g) 상기 오버레이 오차와 상기 결정된 모델 오차들을 비교하는 단계; 및
    h) 모델 오차들과 오버레이 오차 간의 비교에 기초하여 대응하는 오버레이 오차를 보정하기 위한 상기 N 개의 정렬 마크들 각각의 유용성을 결정하는 단계
    를 수행하도록 구성되는 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템의 조합.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 오버레이 측정 시스템에 의해 결정되는 상기 정렬 마크들의 유용성은 상기 리소그래피 장치 제어 유닛으로 제공되고, 상기 리소그래피 장치 제어 유닛은 상기 모델로의 입력으로서 가중된 정렬 마크 변위들을 이용하여 상기 정렬 마크 변위들에 모델을 피팅함으로써 상기 모델을 피팅하는 단계를 수행하도록 구성되며, 상기 가중은 더 유용한 정렬 마크들이 덜 유용한 정렬 마크들보다 상기 피팅된 모델에 더 크게 기여하도록 상기 정렬 마크들의 대응하는 유용성에 기초하는 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템의 조합.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 오버레이 측정 시스템은 상기 정렬 마크들의 유용성 및 이에 따른 상기 정렬 마크 변위들의 가중을 정기적으로 업데이트하기 위해, 상기 오버레이 오차를 측정하는 단계, 모델 오차를 결정하는 단계, 결정된 모델 오차들을 비교하는 단계, 및 유용성을 결정하는 단계를 정기적으로 수행하도록 구성되는 리소그래피 장치와 오버레이 측정 시스템의 조합.
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