KR20190112041A - 재귀반사 표면을 이용한 가공물의 위치, 배향, 및 스케일의 검출 - Google Patents

재귀반사 표면을 이용한 가공물의 위치, 배향, 및 스케일의 검출 Download PDF

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Abstract

표면 패터닝 또는 처리를 목적으로 프로세스 빔을 정확하게 배치하기 위해 가공물의 위치, 배향, 및 스케일의 결정을 위해 재귀반사성 물질 또는 표면이 사용되는 방법과 장치가 개시된다.

Description

재귀반사 표면을 이용한 가공물의 위치, 배향, 및 스케일의 검출
본 발명은 전체적으로 표면 패터닝 또는 처리를 위해 프로세스 빔을 정확하게 배치하고 또한 이를 고속으로 정확하게 수행하기 위해 가공물의 위치, 배향, 및 스케일의 결정을 위한 재귀반사 표면의 사용에 관한 것이다. 또한, 가공물 또는 테스트 물품 상의 재귀반사 피처(feature) 또는 피듀셜(fiducial)의 정확한 알려진 위치는 가공물 상에 프로세스 빔의 정확한 위치 설정이 가능하도록 스캐닝 디바이스의 빔 편향 선형성의 보정에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 일 실시예에서, 본 발명은 웨이퍼의 위치, 배향, 및 빔 편향 스케일과 선형성을 검출하는데 사용될 수 있는 반도체 웨이퍼 처리 장비에 적용될 수 있다.
재귀반사성 물질과 표면은 교통 표지와 시인성이 높은 의류에서 안전을 촉진하기 위해 널리 사용된다. 입사 광을 일반적으로 그 온 방향으로 되반사하는 재귀반사성 물질의 특성을 이용하면, 이 효과는 자동차의 헤드라이트와 같은 광원을 갖는 물체에서 봤을 때 고도의 시인성을 갖는 피처를 만들어낸다. 재귀반사(retroreflection 또는 retroflection이라 함)는 전형적으로 노면, 도로 표지판, 차량, 및 의류에 사용된다. 예를 들면, 자동차의 헤드라이트가 재귀반사 표면에 비추면, 반사광은 일반적으로 확산 반사나 산란에서와 같이 모든 방향으로가 아니라 자동차와 운전자에게 도로 향하게 된다.
재귀반사 표면과 재귀반사하지 않는 인접 영역의 반환 신호 사이의 대조는 극명하며 쉽게 검출된다. 그래서, 인접하게 또는 배경에 있는 재귀반사 표면과 나란히, 그 자체는 재귀반사하지 않는 물체의 에지를 가로질러 빔을 스캐닝하면, 그 에지의 위치가 높은 정확도로 결정될 수 있게 하는 매우 차별화된 신호를 제공한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 이러한 효과는 물체의 배향을 결정하는데 중요한 물체의 에지 또는 다른 특정 피처(예컨대 노치)의 위치를 정확하게 위치 파악하는데 사용된다. 가공물 또는 다른 테스트 물품 상의 피듀셜의 사용은, 기재되는 다양한 계측 목적으로 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 반도체 처리에서 웨이퍼 에지의 위치뿐만 아니라, 예를 들면 웨이퍼의 중심의 위치 및 웨이퍼의 노치의 배향을 정확하게 결정한다. 이들 파라미터에 대한 정보는 많은 프로세스에서 중요하다.
예를 들면 반도체 웨이퍼 처리에서와 같은 많은 산업 공정에서는, 특정 특성의 에너지를 퇴적하기 위해 레이저, 전자, 또는 이온 빔과 같은 에너지 빔이 가공물 위로 스캐닝된다. 이러한 에너지 빔은 프로세스 빔이라고도 불린다. 예를 들면 반도체 웨이퍼 처리에서는, 자외선(UV), 원자외선(deep UV: DUV), 또는 극자외선(extreme UV: EUV)과 같은 화학방사선 빔, 또는 전자 또는 이온 빔이 에너지 퇴적을 위해 기판을 가로질러 스캐닝될 수 있다. 다른 경우에는, 가시광선 또는 적외선(IR) 빔이 기판을 가로질러 스캐닝될 수 있다. 빔에 의해 퇴적되는 에너지는 특정 에너지 패턴, 즉 소위 선량 맵(dose map)(예를 들어, 제곱센터미터 당 밀리줄의 단위로 - mJ/cm2)을 퇴적하기 위해 빔이 스캐닝할 때 포인트 단위로 제어될 수 있다. 퇴적되는 에너지는 많은 이유로, 예를 들면 어닐링 또는 화학 반응의 촉진을 포함하는 많은 목적을 위해 표면을 화학적으로 개질하거나 표면을 가열하기 위해 부여될 수 있다.
가공물 위로 프로세스 빔을 스캐닝하는 많은 방법이 본 기술분야에 알려져 있다. 예를 들어, 기계적으로 스캐닝 또는 회전하는 스테이지에 부착된 미러 또는 프리즘이 기판을 가로질러 빔을 스윕하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 빔 편향 미러가 부착된 2축 갈바노미터 스테이지가 기판을 가로질러 빔을 스캐닝하는데 사용될 수 있다. (본 예에서는 Y축 미러라고 명명되는) 하나의 미러를 천천히 스캐닝하는 한편, 첫 번째 미러에 직교하는 (본 예에서는 X축 미러라고 명명되는) 제2 미러는 빠르게 스캐닝함으로써, 전체 기판이 스캐닝 및 처리될 수 있다. 하전 입자 빔을 위한 정전(electrostatic) 또는 자기 편향기, 광빔을 위한 전기 광학 또는 음향 광학 편향기, 및 광빔을 위한 마이크로기계 빔 편향기 및 조종 디바이스를 포함하는, 다른 빔 편향 방법도 잘 알려져 있다.
빔 조종 및 스캐닝을 작동시키기 위한 많은 이러한 디바이스에서는, 원하는 빔 편향량(deflection amount)이 아날로그 또는 디지털 전압과 같은 입력 신호에 의해 제어된다. 예를 들어, 미러 갈바노미터 디바이스를 스캐닝하기 위해, 미러로부터의 빔 편향 각도가 입력 전압에 의해 제어된다. 빔에 의해 가공물에 부여되는 에너지 선량의 위치 정확도는 빔이 스캐닝할 때 다음의 2가지 요인에 의해 제어된다: (1) 정확한 시간에 가공물 상의 정확한 위치에 빔을 위치시키는 능력; 및 (2) 원하는 선량 맵에 알맞게, 그 빔 위치에 대해 정확한 레벨로 프로세스 빔의 강도 또는 출력을 작동 또는 제어하는 능력. 프로세스 빔의 강도 또는 출력을 시간의 함수로서 제어하는 많은 방법이 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 광빔의 경우에, 빔 편향과 동기화하여 빔 에너지를 정확하게 제어하기 위해 음향 광학 또는 전기 광학 셔터가 사용될 수 있다.
하지만, 가공물 상에서 스캐닝 빔의 위치를 정확하게 제어하기 위해 입력 신호를 사용할 때 문제가 존재한다. 예를 들어, 프로세스 빔을 가공물 상의 특정 부분로 편향시키고자 하는 입력 전압 신호는 신호 증폭기에 의해 왜곡되어서는 빔이 위치 에러를 갖는 상태로 가공물에 충돌하게 할 수 있다. 편향 전압 신호는 빔 편향 서보 전자기기에 의해 수신되면, 편형 전자기기 및/또는 메커니즘의 비선형성 또는 드리프트로 인해 원하는 각도로 빔을 편향하지 않을 수 있다. 또한, 특정 각도로 편향된 빔은, 미러 또는 렌즈와 같은 광학 컴포넌트를 개재시키는 것에 의해 주어지는 왜곡으로 인해 가공물 상의 원하는 위치에 도달하지 않을 수 있다. 또한, 빔은 가공물 상의 특정 위치에 도달할 때, 가공물이 그 원하는 위치로부터 이동되었거나 올바르지 않게 배향됨으로 인해 가공물과 정확하게 정합되지 않을 수 있다. 또한, 빔은 가공물 상의 특정 위치에 도달할 때, 가공물이 빔 편향 시스템의 광로를 따라서 부정확한 위치에 배치됨으로 인해 원하는 X 및 Y축 스케일 계수를 갖지 않거나 다른 계수를 가질 수 있다.
스캐닝 빔 에너지 퇴적을 실행할 때, 경우에 따라서는 균일한 에너지 퇴적이 바람직할 수 있다. 다른 경우에는, 모든 가공물에 대해 동일한 에너지 퇴적 맵 또는 패턴이 바람직할 수 있다. 또 다른 경우에는, 소정의 산업 공정을 따르기 위해 각 가공물에 대해 퇴적 맵을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 마지막으로, 후속 또는 선행 산업 공정 스텝의 알려진 계통 오차에 대해 퇴적 맵을 사전 수정함으로써 각 가공물에 대해 퇴적 맵을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 일반적으로 가공물 상에 부여된 에너지 맵 또는 패턴의 정확한 정합을 달성하고 가공물 상의 각 위치에 퇴적되는 에너지의 양을 정확하게 제어하는 것이 중요하다. 예를 들어, 반도체 제조의 경우에, 기판 상의 빔 위치의 정확도를 1 mm, 100 미크론, 10 미크론 또는 그 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
많은 용도에서, 예를 들면 환경 또는 빔 자체의 성질로 인해 가공물의 표면에 대한 프로세스 빔의 위치를 정확하게 확인하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들면 어떤 경우에는, 가공물은 산업용 카메라와 같은 전형적인 종류의 센서에 불편하거나 비친화적인 챔버 내에서 처리될 수 있다. 다른 경우에는, 프로세스 빔 자체의 성질, 예를 들면 고출력 UV 레이저 빔의 성질은 가공물을 이동할 때 카메라에 유용도가 거의 없는 신호를 되보낼 수 있다. 다른 경우에는, 예를 들면 가공물의 위치를 결정하기 위한 목적으로, 에너지 빔에 가공물을 노광시키면 바람직하지 않을 수 있는 표면에 에너지를 부여할 수 있다.
이러한 한계점을 회피하기 위해, 원치 않는 에너지 퇴적을 유발하지 않으면서 가공물의 위치와 배향을 결정하기 위한 목적으로 본 명세서에서 교시하는 가공물의 경계 및 다른 피듀셜을 검사하기 위해, 프로세스 빔과 함께 프로프 빔(probe beam)이 사용될 수 있다. 이 경우에, 프로브 빔은 가공물에 대해 프로세스 빔에 바라는 것과 동일한 효과를 갖지 않거나, 아니면 적어도 아주 적은 효과를 가짐으로써, 프로브 빔에 의한 가공물의 검사 동작이 프로세스 빔의 원하는 에너지 퇴적 정확도를 해치지 않도록 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 고출력 UV 또는 DUV 프로세스 빔을 사용하는 많은 경우에, 저출력 적색(red) 또는 적외선(IR) 레이저, 예를 들면 헬륨 이온 레이저 또는 다이오드 레이저가 프로브 빔으로서 안전하게 사용될 수 있다.
프로브 빔이 프로세스 빔에 대한 가공물의 위치와 배향을 정확하게 결정할 수 있도록 하기 위해, 프로브 빔은 실제로 프로세스 빔에 대한 정확한 대리물(surrogate)로서 기능해야 한다. 환언하면, 프로세스 빔이 편향 입력 신호에 응답하여 가공물을 이동함에 따라, 프로브 빔도 동일한 편향 입력 신호에 응답하여 프로세스 빔과 정확히 동일한 위치에서 또는 적어도 프로세스 빔에 대해 알려진 안정된 오프셋을 갖는 상태로 가공물을 이동할 수 있어야 한다. 본 명세서에는 이러한 요건을 달성하는 수단이 기재되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 스케일 선형 계수를 결정하기 위해 노광 필드(exposure field)가 높은 정확도로 프로브 빔에 의해 매핑될 수 있다. 이 계수는 재귀반사 피처를 포함하는 가공물 또는 테스트 물품 상의 피듀셜을 처리면 내의 정확히 알려진 위치에 통합함으로써 측정된다. 이들 측정된 계수는 그리고 나서 빔 위치설정 에러를 감소시키기 위해 빔 위치설정 수단에 의해 통합될 수 있는 빔 편향 보정으로 변환될 수 있다. 이들 보정은 예를 들면, 적절한 전자기기, 제어기기, 및/또는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
의도된 빔 위치와 검사된 빔 위치 사이의 비교에 의해 검사된 각 위치에 대한 스캔 에러의 매핑이 이루어진다. 이 프로세스에 의해 수집된 정보는 프로브 빔의 기준 좌표계(coordinate reference frame)의 정확한 결정을 가능케 하며, 이는 그리고 나서 (반도체 웨이퍼의 표면과 같은) 관심 프로세스 표면 상에 프로브 빔 또는 프로세스 빔의 정확한 위치설정을 제공하는데 사용될 수 있다.
가공물 위에서의 프로브 빔 또는 프로세스 빔의 상대 운동은 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 빔은 갈바노미터, 회전 프리즘, 또는 음향 광학 또는 전기 광학 디바이스를 사용한 편향을 이용하여 스캐닝될 수 있다. 이와 달리, 빔이 고정 상태에 있고 오브젝트가 예를 들면 스테이지에 의해 이동될 수도 있다. 중요한 것은 오브젝트 및 에지 또는 노치와 같은 그 부착된 피듀셜에 대한 빔의 상대 운동이다.
프로세스 빔에 대한 기판의 정확한 위치와 배향을 결정할 수 있는 측정을 수행하는 방법과 장치가 본 명세서에 기재되어 있다. 또한, 처리 대상 오브젝트에 대한 빔 편향 시스템의 기준 좌표계의 왜곡을 높은 정확도로 결정할 수 있는 측정을 수행하는 방법과 장치도 개시되어 있다. 또한, 오브젝트를 가로질러서의 스캐닝 및 빔 편향의 선형성을 실질적으로 향상시키기 위해 소프트웨어 및 하드웨어 수단의 사용에 의해 빔 편향 수단을 보정하는데 상기 왜곡 맵(distortion map)이 사용될 수 있으며, 그에 따라 가공물 상에 우수한 프로세스 빔 에너지 퇴적 정확도를 달성할 수 있는 방법과 장치도 개시되어 있다.
재귀반사기
재귀반사기는 빛(광)이 온 동일한 일반적인 방향을 따라서 빛을 광원으로 돌려보내도록 동작하는 디바이스이다. 도 1은 입사 광빔에 대한 4가지 유형의 표면의 기본 원리를 도시한다. 미러 또는 경면(specular surface)이라고도 불리는 반사 표면(101)은 표면(101c)에 입사하는 빔(101a)을, 들어오는 빔과 같은 입사각을 갖지만 부호가 반대인 방향을 따라서 빔(101b)의 형태로 돌려보낸다. 확산 표면(102)은 표면(102c)에 입사하는 빔(102a)을 넓은 범위의 방향을 따라서 복수의 빔(102b)의 형태로 돌려보낸다. 재귀반사 표면(103)은 표면(103c)에 입사하는 빔(103a)을 들어오는 빔과 동일한 입사각을 갖는 방향을 따라서 빔(103b)의 형태로 돌려보낸다. 확산성 재귀반사 표면(104)은 표면(104c)에 입사하는 빔(104a)을 들어오는 빔의 입사각을 중심으로 배열된 좁은 범위의 각도 내의 방향을 따라서 복수의 빔(104b)의 형태로 돌려보낸다.
재귀반사기의 효율은 재귀반사기에 충돌하는 광량(光量)(normal luminous: 정상 조도)에 대한 반사광의 강도(luminous intensity: 광도)의 비(比)로 정의되는, 반사기 성능의 측정치인 광도 계수(RI)로 기술된다. 높은 신호대 잡음 값을 위해서는, 높은 광도를 갖는 것이 바람직하다.
2가지 유형의 재귀반사기가 통상적으로 사용되는데; 구체(또는 고양이 눈) 및 프리즘(또는 코너 큐브)이다. 이들은 단일 디바이스로서 상업적으로 구매 가능하며, 크기는 mm 또는 cm 혹은 더 클수도 있으며, 각각이 서브mm 크기인 다수의 소형 재귀반사기 디바이스를 이용한 쉬트형(sheet form)일 수 있다. 도 2는 구체(sphere) 및 프리즘 재귀반사기의 원리를 도시한다. 구체 재귀반사기(200)는 구체(200c)에 입사하는 광선(200a)이 구체의 전면(前面)을 통해서 굴절되고 후면에서 반사되어(소위 고양이 눈 효과) 일반적으로 입사 광선의 방향으로 되돌아가는 복귀 광선(200b)을 형성하는 것이 도시되어 있디. 프리즘 재귀반사기(201)는 반전 프리즘(201c)에 입사하는 광선(201a)이 3개의 프리즘 표면들로부터 반사되어, 일반적으로 입사 광선의 방향으로 되돌아가는 복귀 광선을 형성하는 것이 도시되어 있다. (도면에서는, 간략함을 위해 2개의 반사만이 도시되어 있다.)
재귀반사기 디바이스는 쉬트형으로도 또한 제작될 수 있으며, 마이크로비드 또는 마이크로프리즘 표면 재귀반사기라 불린다. 일반적으로, 코너 반사기는 장거리에 걸쳐 광원에 정확하게 빛을 되전송하는데 더 우수한(재귀반사기 표면) 반면, 구체는 광원으로부터 축을 다소 벗어나 위치될 수 있는 수신기에 광을 전송하는데 우수하다(확산성 재귀반사기 표면). 쉬트형의 마이크로프리즘 재귀반사기 및 마이크로비드 재귀반사기도 상업적으로 구매 가능하다. 마이크로비드 반사기는 비교적 큰 쉬트로 상업적으로 구매 가능할 수 있는데, 이는 본 명세서에 기재된 용도에 유용할 수 있다. 마이크로프리즘 반사기는, 전형적으로 높은 RI(고 광도 계수)를 갖는 가장 효율적인 유형이지만, 일반적으로 재귀반사하지 않는 경계에 의해 분리된 작은 구역(수 mm 정도)의 흐트러짐이 없는 재귀반사 영역만을 갖는다. 이러한 주기적인 경계는 교통 안전과 같은 상업적 용도에서의 그 사용에는 영향을 미치지 않지만, 본 명세서에 기재된 용도에는 선호되지 않을 수 있다.
도 3은 소위 마이크로베드 또는 마이크로프리즘 재귀반사기 표면의 원리를 도시한다. 마이크로비드 재귀반사기(300)는 일반적으로 반사성 기판(300d)에 접착된 미세한(microscopic) 유리 또는 플라스틱 비드(300c)의 층(bed)을 이용한다. 개별 비드에 입사하는 광선(300a)은 비드의 전면을 통해서 굴절하고 비드의 후면에서 반사하여(소위 고양이 눈 효과), 일반적으로 입사 광선의 방향으로 되돌아가는 복귀 광선(300b)을 형성한다. 마이프로프리즘 재귀반사기(301)는 기판(301d) 상에 형성된 미세한 플라스틱, 유리 또는 금속 역피라미드(301c)의 층을 이용한다. 개별 피라미드에 입사하는 광선(301a)은 프리즘의 표면에서 3회 반사하여, 일반적으로 입사 광선의 방향으로 되돌가가는 복귀 광선(301b)을 형성한다. 재귀반사에 대한 상업적 용도의 역사는 http://reflectivetape.info/502-2/에서 찾을 수 있다.
가공물의 에지의 위치 검출
오브젝트의 위치 결정
많은 제조 공정은, 산업 적용에서 자동 검사 및 로봇 가이던스를 제공하기 위해 자동 이미지 분석과 다른 방법 및 기술을 통합한 방법인 머신 비전(machine vision)를 사용하여 오브젝트의 위치, 형상 및 스케일을 결정한다. 고해상도 카메라와 후속의 비전 분석을 사용하여 오브젝트 에지가 결정될 수 있다.
이와 달리, 오브젝트의 경계, 에지, 또는 다른 피처는 도 4에 도시된 바와 같이, 광원과 검출기 사이에서 프로브 빔을 차단하는 오브젝트에 의해 결정될 수 있다. 미국 특허 제5,684,599호의 도 2를 참조하기 바란다. 반도체 제조 장비에 의해 사용도는 종래의 웨이퍼 에지 및 노치 검출 방법은 이 접근법을 자주 사용하는데, 웨이퍼가 스테이지 상에 배치되고는 후술하는 바와 같이 프로브 빔의 아래로 회전 및/또는 병진 이동된다.
반도체 제조에서 웨이퍼의 위치와 배향의 검출
반도체 처리에서, 프로세스 챔버 내의 웨이퍼의 위치와 배향은 자주 정확히 결정될 필요가 있다. 현재의 기술에서, 이는 자주 웨이퍼를 회전 스테이지 상에 위치시키고는, 프로브 광빔을 웨이퍼 표면의 일측에 검출기를 타측에 구비함으로써 달성된다.
웨이퍼를 회전시키면, 시게토시 시모야야 외(미국 특허 제5,684,599호) 및 Adam E. Norton(미국 특허 제6,655,602 Bl호)에 의해 교시되는 바와 같이, 웨이퍼의 노치의 위치를 나타내는 신호가 발생된다. 도 4에서, 고정 빔(12)이 발광 유닛(6)에 의해 방출되어 광 검출 유닛(8)에 의해 검출되는 한편, 일부는 기판(W)에 의해 차단된다. 기판(W)이 스핀들(4)과 모터(16)에 의해 회전되거나 스테이지(도시하지 않음)에 의해 측방향으로 이동되어, 웨이퍼 에지 검출 수단(10)의 빔원(6)과 검출기(8) 사이로 도시되는 바와 같이 이동하면, 웨이퍼의 에지 또는 노치와 같은 웨이퍼의 피처의 위치는 전송된 프로브 빔이 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 변경되어 검출기(8)에 상응하는 신호를 발생시킬 때 검출된다. 피처가 존재하지 않는 상태와 비교하여 피처가 빔원(6)과 검출기(8) 사이를 통과할 때 더 많은 광이 전송되므로, (노치 또는 코너와 같은) 중요한 오브젝트 피처(critical object feture)의 배향은 신호 진폭의 변화에 의해 식별된다.
웨이퍼의 회전은 기계적인 회전이며, 각 위치(angular position)를 추적하는 상태로 웨이퍼가 가속되고, 일정 속도로 운동하며, 정지될 필요가 있다. 이 프로세스는 수 초가 소요될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 중심 위치는 배치 로봇이 웨이퍼를 회전 척(chuck)에 위치시킨 정확도로만 알려진다. 배치 위치의 에러는 웨이퍼 노치의 신호와 간섭하여, 측정의 신호/노이즈를 저감하고, 측정 정확도를 저하시킬 수 있다. 이는 X/Y 선형 운동을 통해서 웨이퍼 중심의 조정을 가능케 함으로써 해소될 수 있으나, 이는 기계적인 위치설정 프로세스를 더욱 복잡하게 하여 오버헤드 시간을 증가시킨다.
따라서, 기계적인 수단이 아니라 광학 수단에 의해 웨이퍼 위치와 웨이퍼 배향을 검출하는 것이 바람직하다.
하지만, 스캐닝 또는 투영 프로세스 빔을 사용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에는, 종래의 기판 경계 검출 방법은 추가적인 난제를 부여할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 기판 에지의 카메라 검출의 경우에, 기판의 경계 위치는 프로세스 빔에 대해서가 아니라 카메라의 이미징 평면 내의 픽셀의 위치에 대해서 식별된다. 예를 들면, 카메라의 광학계의 왜곡 및 기판에 대한 카메라의 위치의 불확실성은 기판의 경계에 대한 프로브 빔의 위치의 불확실성을 유발하게 된다. 다른 예에서, 전술하고 도 4에 도시된 바와 같이 기판 에지의 고정 프로브 빔 검출의 경우에, 기판의 경계 위치는 프로세스 빔에 대해서가 아니라 프로브 빔의 위치에 대해서 식별된다. 예를 들면, 프로브 빔의 방향의 불확실성 및 기판에 대한 프로브 빔과 검출기의 위치의 불확실성은 기판의 경계에 대해 프로세스 빔의 위치의 불확실성을 초래한다.
따라서, 프로세스 빔과 동시 전파되는 프로브 빔을 이용하는 광학 수단에 의해 웨이퍼 위치와 웨이퍼 배향을 검출하는 것이 바람직하다.
웨이퍼의 기계적인 회전 또는 병진 이동이 없는 종래의 수단을 사용하는 전적으로 광학적인 에지 검출 프로세스는 웨이퍼의 외주를 따라 밀접하게 이격된 다수의 센서를 필요로 하게 된다. 예를 들어, 웨이퍼 에지 또는 웨이퍼 노치를 약 0.3mm로 결정하고자 하면, 센서는 ~0.1mm의 거리를 구분할 수 있어야 하며, 그래서 그와 같이 밀접하게 이격되어야 한다. 이는 이용 가능한 센서를 사용할 경우 실행하기가 어려움과 동시에 고비용이 되며, 그래서 (웨이퍼를 회전하는 것과 같이) 관심 피처를 단일 센서의 앞으로 이동시키거나, 또는 고해상도 카메라로 피처를 검출하는 것이 충분한 정확도로 이들 관심 파라미터를 결정하는데 선호되고 있다.
본 발명은 소정 실시예에서, 관심 오브젝트의 피처의 뒤에 또는 인접하게 및 바람직하게는 오브젝트의 모든 에지를 둘러싸도록 재귀반사 표면을 위치시킴으로써, 전술한 문제에 대한 해법을 제공한다. 재귀반사 표면은 프로브(또는 측정) 빔이, 관심 오브젝트의 경계 외부의 임의의 위치로부터 및 접선 방향의 해상도에 제약 없이 되반사될 수 있게 한다. 재귀반사 표면이 오브젝트의 뒤에 배치되는 경우에, 재귀반사 표면에서 오브젝트의 에지까지의 거리는 중요하지 않으며, 관찰된 반사는 오브젝트의 평면 내의 위치로부터 유래하는 것으로 보이며, 추가적인 기하학적 보정은 필요치 않다. 재귀반사 표면으로부터의 신호와 비교하여 오브젝트의 표면으로부터 복귀된 신호에 있어서의 높은 콘트라스트는, 반사된 빔이 입사 프로브 빔을 따라서 복귀되지 않으므로 오브젝트가 강한 경면 반사(specular reflection)를 갖는 경우에도, 에지를 분명히 구분할 수 있게 한다(도 1의 101 참조). 재귀반사 물질이 인접한 경우에, 에지 위치의 정밀도는 프로브 빔의 크기와 빔 위치설정 디바이스의 해상도에 의해 결정된다.
본 명세서에 개시된 발명의 실시예는, 측정 대상 오브젝트를 검출기와 재귀반사 표면의 사이에 또는 이와 달리 재귀반사 표면에 인접하고 배치하며, 오브젝트의 경계를 프로브 빔으로 스캐닝하고는 재귀반사 표면으로부터의 반사를 검지함으로써, 오브젝트의 에지, 중심, 코너, 노치, 및 기하학적 아티팩트(geometric artifact)와 같은 오브젝트 피듀셜의 위치와 배향을 정확하게 위치 파악하기 위해 재귀반사 표면(들)을 사용하는 광학 장치 및 방법을 교시한다.
또한, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 프로브 빔은 프로세스 빔과 정확하게 공동 정렬되며 스캐닝될 수 있고, 프로세스 빔에 대한 프로브 빔의 상대 변위는 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 재귀반사성 마커를 프로세스 평면 내의 잘 알려진 지점에 위치시키고, 기판 상의 이들 마커 내의 재귀반사 표면으로부터 반사된 신호흘 검출하여 이들 지점의 위치를 파악함으로써, 기판 또는 기판 대리물의 평면에서 피처(피듀셜)의 위치를 정확히 결정하는 장치와 방법이 기재된다. 그 알려진 위치로부터의 피듀셜 마커의 측정된 변위는 빔 편향 에러를 정확히 결정할 수 있게 해주며, 이는 오브젝트에 대한 프로세스 빔 배치 정확도의 향상을 달성할 수 있도록 빔 편향 전자기기 및 제어기기를 수정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에서, "가공물(work piece)", "오브젝트(object)", "제품(product)", "웨이퍼", "기판", "대리물(surrogate)", 또는 "테스트 물품"이라는 용어는 일반적으로 동의어이며, 레이저 처리 또는 계측이 행해지는 표면을 지칭한다. 똔 본 발명에서, "피듀셜(fiducial)"이라는 용어는 일반적으로 빔에 대해 공간에서 오브젝트를 위치시키고, 스케일링하며, 또는 배향하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있는 오브젝트의 임의의 명확히 정의된 기하학적 아티팩트 또는 피처를 지칭한다.
도 1은 상이한 표면으로부터의 광 반사 및 산란의 유형을 도시하는 도면.
도 2는 재귀반사 거동을 나타내는 2가지 유형의 구조: 구체(sphere)와 프리즘을 도시하는 도면.
도 3은 2가지 유형의 재귀반사 표면: 마이크로비드와 마이프로프리즘의 상세사항을 도시하는 도면.
도 4는 반도체 제조 용도에서 웨이퍼 에지와 웨이퍼 노치의 검출을 위한 종래기술의 방법을 도시하는 도면. 이 방법은 웨이퍼가 이동함에 따라 웨이퍼의 에지 또는 노치에 의해 차단되는 광 빔과 검출기를 이용함.
도 5는 프로브 빔이 프로세스 빔과 함께 정렬되고 두 빔 모두 편향 메커니즘을 사용하여 가공물 쪽으로 편향된, 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 6a는 프로브 빔이 기판의 뒤에 있는 재귀반사 표면으로 둘러싸인 기판을 가로질러 스윕하는, 도 5의 장치를 도시하는 도면.
도 6b는 프로브 빔이 기판에 인접한 재귀반사 표면으로 둘러싸인 기판을 가로질러 스윕하는, 도 6a의 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 7a는 프로브 빔이 재귀반사 표면에 위치된 나중 시점의 프로브 빔을 보여주는, 도 6a의 장치를 도시하는 도면.
도 7b는 재귀반사된 빔 검출기의 다른 위치를 이용하는, 도 7a의 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 8a는 프로브 빔이 오브젝트의 에지를 가로질러 스캐닝될 때 재귀반사기 검출기에 의해 얻어지는 대표적인 신호를 도시하는 도면으로, 상기 신호는 X축과 Y축 양자 모두를 따르는 운동에 대해 표시됨.
도 8b는 프로브 빔이 오브젝트의 에지를 가로질러 스캐닝될 때 재귀반사기 검출기에 의해 얻어지는 대표적인 신호를 도시하는 도면으로, 상기 신호는 제1 및 제2 스캔 방향에서 얻어짐.
도 9는 오브젝트를 둘러싸는 재귀반사 영역의 외부지만 빔 스캐닝 메커니즘의 도달 범위 내에서, 프로브 빔이 충돌하는, 오브젝트 평면 내에 배치된 빔 위치 센서를 도시하는 도면.
도 10은 오브젝트를 둘러싸는 재귀반사 영역의 외부지만 빔 스캐닝 메커니즘의 도달 범위 내에서, 프로세스 빔이 충돌하는, 오브젝트 평면 내에 배치된 빔 위치 센서를 도시하는 도면.
도 11a는 도 9와 도 10에 표시된 센서에서 관찰된 대표적인 신호를 나타내는 도면으로, 프로세스 빔과 프로브 빔 사이의 위치 오프셋을 나타내며, 상기 오프셋은 정확하게 결정될 수 있음.
도 11b는 오브젝트의 프로브 빔 에지 검출 스캔으로부터의 재귀반사 검출기의 대표적인 신호를 도시하는 도면.
도 12는 오브젝트의 중심 위치를 정확히 결정하기 위해, 프로브 빔으로 알려진 치수의 원형 오브젝트의 3개의 에지 스캔을 사용하는 예를 도시하는 도면.
도 13은 빔 편향의 X 및 Y 스케일 계수를 정확히 결정하기 위해, 프로브 빔으로 알려진 치수의 원형 오브젝트의 4개의 에지 스캔을 사용하는 예를 도시하는 도면.
도 14는 웨이퍼 노치의 각 위치(angular position)의 결정을 보여하는데 사용되는 원형 기판 상의 프로브 빔의 3개의 대표적인 동심원형 스캔을 도시하는 도면.
도 15는 프로브 빔이 도 14에 표시된 트레이스를 따라서 스캐닝됨에 따라 재귀반사 빔 검출기에 의해 검출되는 대표적인 신호를 도시하는 도면.
도 16은 그 위치가 양호한 정확도로 알려진 피듀셜 재귀반사기 요소의 배열이 배치된 피듀셜 타겟 기판의 평면도를 도시하는 도면.
도 17은 재귀반사기 층 위에 마스크 층이 통합된 피듀셜 타겟 기판의 횡단면도를 도시하는 도면.
도 18은 재귀반사기 층이 마스크 층에 매립되게 통합된 피듀셜 타겟 기판의 횡단면도를 도시하는 도면.
도 19는 프로브 빔으로 도 16의 단일 피듀셜 요소를 스캐닝하여 관찰된, X축과 Y축을 따라서 대표적인 재귀반사 신호를 도시하는 도면.
본 명세서에 기재된 방법과 장치는 통상적으로 반사하는 오브젝트(확산 또는 반사)와 재귀반사 영역 사이의 경계를 정확하게 검출할 수 있다. 반환된 빔으로부터 검출된 신호의 콘트라스트는 오브젝트의 에지의 위치를 결정하는데 사용된다. 소정 실시예에서, 재귀반사 표면은 프로브 빔이 오브젝트 영역을 나오자 마자 재귀반사 표면을 조명하도록 오브젝트를 둘러싸거나 또는 오브젝트의 뒤에 배치된다.
빔이 이동되고 오브젝트가 정지 상태인 것을 가정하여 본 명세서의 기재에서는 "빔 편향"이라는 용어를 사용하지만, 본질은 오브젝트의 에지와 재귀반사성 물질에 대한 프로브 빔의 상대적인 운동이다. 이는 빔에 대해 오브젝트를 이동시키거나 임의의 개수의 빔 편향 수단과 같이 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 본 명세서의 기재에서 이들 방법 중 어느 하나를 선택하는 것은 상대적인 빔 위치설정의 다른 방법 모두를 배제하도록 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다.
후속 논의를 위해, 갈바노미터를 사용하여 오브젝트를 가로질러 프로브 빔이 스캐닝되는 상황이 기재된다. 이 기재는 결코 본 발명을 이 상대 운동으로만 국한하지 않으며, 이 접근법에는 다른 상대 운동 방법도 포함되어야 한다.
프로브 빔이 오브젝트의 에지 또는 피처에 대해 이동되며, 프로브 빔의 파장에서 광 강도를 측정할 수 있는 검출기를 사용하여 반사 강도가 측정된다. 이러한 요건을 충족하는 (예컨대 포토 다이오드와 같은) 다수의 검출기가 상업적으로 구매 가능하다.
프로브 빔은 이 프로브 빔과는 다른 파장에서 동작할 수 있는 프로세스 빔과 공동 정렬된다. 빔 프로세스는 종종 IR(적외) 또는 UV(자외) 또는 DUV(deep ultra-violet: 원자외)와 같이 가시 스펙트럼(visible spectrum) 밖의 파장을 필요로 한다. 프로세스 빔의 파장과 강도는 본 출원에 규정되어 있다.
프로브 빔과 프로세스 빔을 공동 정렬하는 것은 종래의 방법을 사용하여 양호한 정확도로 수행될 수 있다. 프로브 빔과 프로세스 빔을 공동 정렬하는 방법의 일례가 도 5와 연계되어 기재된다. 공동 정렬되면, 프로세스 빔과 프로브 빔은 동일 위치에서 또는 서로 오프셋된 알려진 위치에서 오브젝트를 조명한다. 공동 정렬되면, 프로브 빔이 단독으로 프로세스 빔의 타겟 위치를 또한 결정하는데 사용될 수 있다. 프로브 빔과 프로세스 빔은 동일 시간에 또는 서로간에 교호(交互)적으로 ON 될 수 있다. 프로브 빔이 가공물 또는 가공물 표면의 바람직하지 않은 변경을 유발하지 않도록, 예를 들면 파장 또는 출력 레벨의 알맞은 특성의 프로브 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 프로브 빔으로 오브젝트의 경계를 위치 파악한 후, 원하는 기판 표면 처리 또는 변경이 프로세스 빔에 의해 정확하게 행해질 수 있다.
가공물의 검출된 경계, 배향, 및/또는 스케일이 프로세스 빔의 계획된 스캔 패턴에 대해 부정확하게 배치된 경우, 몇 가지 해결책이 적용될 수 있다. 예를 들어, 가공물이 스캔 프로세스 위치에 부정확하게 로딩된 경우, 스캔 제어 시스템에 의해 로봇 또는 인간 로더(loader)에게 가공물을 재위치시키라는 요청이 이루어질 수 있다. 이와 달리, 스캔 제어 시스템은 본 기술분야에 알려진 바와 같이 가공물의 부정확한 위치, 배향, 및/또는 스케일을 수정하기 위해 계획된 스캔 패턴을 재계산할 수 있다.
본 발명에 기재된 장치와 방법을 사용하여 프로브 빔의 정확한 위치가 알려지면, 프로세스 빔의 정확한 위치도 전체 노광 필드에 걸쳐 알려진다.
프로브 빔의 파장은 전형적으로는 스펙트럼의 가시 부분(visible portio)에 있도록, 및 가장 전형적으로는 적색에 있도록 선택되는데, 이는 (헬륨-네온 또는 다이오드 레이저와 같은) 고품질의 적색 빔이 용이하게 이용 가능하기 때문이다. 몇몇 실시예에서, 가공물의 에지는 재귀반사성 물질의 앞에 또는 이에 인접하게 병치된다. 그러면 이들 에지의 위치는 프로브 빔의 스캔 필드 파라미터 내에서 정확히 결정될 수 있다.
프로세스 빔의 파장과 강도가 재귀반사성 물질을 손상시킬 수 있는 경우, 프로브 파장에는 투명하지만 프로세스 파장은 차단하는 보호용 커버가 재귀반사성 물질의 상단에 배치될 수 있다. 이는 재귀반사성 물질이 손상되는 것을 방지하지만, 여전히 재귀반사 신호가 검출될 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략도의 횡단면도가 도 5에 도시되어 있다. 장치는 두 섹션으로 구성된다: 빔 제어부(500)와 기판 제어부(501). 빔 제어부(500)에는 기판 처리를 위한 프로세스 빔을 발생시키는 프로세스 빔 발생 유닛(502), 예를 들면 레이저가 배치된다. 프로세스 빔 발생 유닛(502)은 빔 스플리터(504)에서 반사되고 빔 조향 디바이스(505), 예를 들면 2축 갈바노미터 빔 스캐닝 유닛에 의해 편향되는 프로세스 빔(503)을 발생시킨다. 프로세스 빔(503)은 그리고 나서 기판 제어부(501) 쪽으로 향해진다.
빔 제어부(500)에는 기판 위치 계측을 위한 프로브 빔을 발생시키는 프로브 빔 발생 유닛(506), 예를 들면 다이오드 레이저가 또한 배치된다. 프로브 빔 발생 유닛(506)은 빔 스플리터(508)에서 반사되어 빔 스플리터(504)를 투과하여 빔 조향 디바이스(505)에 의해 편향되는 프로브 빔(507)을 발생시킨다. 프로브 빔(507)은 그리고 나서 프로세스 빔(503)과 정렬 상태로 기판 제어부(501) 쪽으로 향해진다.
빔 제어부(500)에는 재귀반사 빔 신호 검출기(510), 예를 들면 포토다이오드가 또한 배치된다. 기판 제어부(501)로부터 반환되는 재귀반사 빔(509)은 빔 조향 디바이스(505)에 의해 편향되고는, 빔 스플리터(504와 508)를 투과하여, 재귀반사 빔 신호 검출기(510)에 충돌한다.
예시의 목적으로, 도 5에서 프로세스 빔(503)과 프로브 빔(507)은 공간에서 약간 변위되어 도시되고 있다. 실제는, 이들 두 빔이 거의 중첩되도록 서로 밀접하게 공동 정렬되도록 배향하는 것이 바람직하다 할 것이다. 예를 들어, 빔 스플리터(508과 504)에는 각 빔의 각도와 변위를 변경하는데 사용될 수 있는 수동 또는 작동식 틸트 제어기기가 구비될 수 있다. 이러한 소위 틸트 팁(tilt-tip) 광학 마운트는 다수의 공급업체로부터 구매 가능하다. 통상의 기술자는 정렬 타겟, 예를 들면 형광 스크린의 보조에 의해 이 방법을 사용하여 빔들을 공동 정렬할 수 있다.
기판 제어부(501)에는 기판 홀더(512)와 동작 제어 디바이스(513), 예를 들면 웨이퍼 척과 전동 스핀들에 기계적으로 부착된 기판(511), 예를 들면 실리콘 웨이퍼가 배치된다. 기판(511)의 외주(periphery)의 아래 및 둘레에는 재귀반사기(514)가 배치된다. 또한 기판 제어부(501)에는 빔 위치 센서(515)가 배치된다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 빔 위치 센서(515)는 광검출기(516)와 핀홀(pinhole)(517)을 포함한다.
빔 제어부(500), 기판 제어부(501), 및 빔 위치 센서(515)의 다양한 컴포넌트가 이제 도 6 내지 도 11을 참조하여 논의될 것이다.
도 6a를 참조하면, 도 5의 장치가 도시되지만 프로브 빔(507)만이 활성화되는 한편 프로세스 빔(503)은 오프(OFF)되도록, 빔 제어부(500)가 기판 프로빙을 위해 구성되어 있다. 프로브 빔(507)은 빔 조향 디바이스(505)에 의해 좌측에서 우측으로 기판(511)을 가로질러 스윕하는 프로세스에 있다. 프로브 빔(507)이 도시된 바와 같이 기판(511) 표면을 이동하는 동안에는, 경면 반사(509)만이 이루어지고 어떠한 신호도 검출기(510)에 반환되지 않는다. 도 6b는 재귀반사 표면(514)이 도 6a에 도시된 바와 같이 기판(511)의 뒤에 있는 대신에 기판(511)에 인접하게 있는 다른 실시예를 도시한다.
도 7a는 프로브 빔(507)이 기판 에지를 통과하여 이제는 실질적으로 재귀반사기(514)에 위치되는 스윕 동안의 나중 시점의 도 6a의 프로브 빔(507)을 도시한다. 이 경우에, 프로브 빔(507)은 재귀반사 빔(509)으로서 재귀반사기(514)로부터 검출기(510)로 반환된다.
도 7b는 검출기(510)가 빔 조향 디바이스(505)의 옆에 배치된 다른 실시예를 도시한다. 도 7a의 경우에, 재귀반사기(514)는 도 1에 도시된 바와 같은 재귀반사 또는 확산성 재귀반사 유형일 수 있는 반면에, 도 7b의 경우에는 재귀반사기(514)가 확산성 재귀반사 유형인 것이 바람직하다.
도 8a는 도 6과 도 7에 도시된 스윕 중에 얻어진 검출기(510)로부터의 대표적인 신호를 도시하는데, 편향기(505)에 송신된 명령된 위치(commanded position)에 대해 플롯이 그려졌다. 플롯(800)은 편향기(505)의 명령된 X축 빔 위치에 대한 검출기(510)로부터의 신호를 도시한다. 플롯(810)은 편향기(510)의 명령된 Y축 빔 위치에 대한 검출기(510)로부터의 신호를 도시한다. 플롯(800)의 영역(801)과 플롯(810)의 영역(811)에서, 검출기 신호는 낮은데, 이는 빔이 실질적으로 기판(5110) 상에 있음을 나타낸다.
도 8a를 참조하면, 플롯(800)의 영역(802)과 플롯(810)의 영역(812)에서 검출기(510)로부터의 신호는 높은데, 이는 프로브 빔 위치가 실질적으로 재귀반사기(514) 상에 있음을 나타낸다. 플롯(800과 810)은 빔이 기판 에지를 가로질러 이동함에 따라, 검출기(510)의 신호가 저 레벨로부터 고 레벨로 전이함을 보여준다. 저 레벨로부터 고 레벨로의 신호의 점진적인 전이는 프로브 빔의 유한한 크기에 기인한다. 이러한 전이는 다음과 같이 [X, Y] 스캔 좌표로 기판 에지의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
플롯(800)(X축 위치)은 이 플롯의 좌측에 저 신호 레벨(801)과 플롯의 우측에 고 신호(802)를 나타낸다. 플롯(810)(Y축 위치)도 이 플롯의 좌측에 저 신호 레벨(811)과 플롯의 우측에 고 신호(812)를 나타낸다. 수평 파선(803과 813)은 고 레벨과 저 레벨 사이의 평균(mean 또는 average) 신호 레벨을 나타낸다. 수평 파선과 신호 사이의 교점의 위치가 스캔 좌표에서의 기판의 에지를 결정한다. 예를 들어, 플롯(800)에서, 선(803)과 검출기 신호의 교점은 수직선(804)를 따라가면 대략 149.6mm의 X 좌표를 나타낸다. 유사하게, 플롯(810)에서, 선(813)과 검출기 신호의 교점은 수직선(814)를 따라가면 약 7.8mm의 Y 좌표를 나타낸댜. 이 예에서, 가공물 외주 위치[149.6, 7.8]mm가 얻어진다
기판 에지를 검출하기 위해 신호와 전이 중의 저 신호 레벨과 고 신호 레벨의 평균과의 교점을 사용하는 대신에, 전이 중에 가장 가파른 기울기의 지점을 찾는 것과 같은 다른 방법이 사용될 수도 있다. 저 레벨로부터 고 레벨로의 신호의 전이점을 정의하는 많은 다른 방법은 통상의 기술자에게 익숙할 것이다.
본 명세서에 기재되고 도 8a에 도시된 바와 같이 오브젝트의 에지 또는 피듀셜을 스캐닝할 때 얻어진 재귀반사 신호를 검출할 때 문제에 직면한다. 도 8b를 참조하면, 플롯(820)은 오브젝트의 경계 위로의 재귀반사 빔 스캐닝으로부터 획득된 대표적인 신호를 도시한다. 트레이스(821)는 빔이 제1 방향, 예를 들면 오브젝트 표면으로부터 재귀반사 표면 쪽으로 궤적을 따라 오브젝트의 에지를 통과할 때 얻어진 대표적인 신호이다. 트레이스(822)는 동일한 궤적을 따라서, 하지만 제2 방향으로, 예를 들면 재귀반사 표면으로부터 오브젝트 표면 쪽으로 상기 오브젝트를 스캐닝할 때 얻어진 대표적인 신호이다. 빔이 오브젝트 표면으로부터 재귀반사기 표면으로 이동할 때 얻어진 오브젝트의 에지의 위치(823)는, 빔이 재귀반사기 표면으로부터 오브젝트 표면으로 이동할 때 얻어진 에지의 위치(824)와 다름을 알 수 있다.
통상의 기술자는 스캔 방향의 함수로서 측정된 에지 위치에 있어서의 겉보기 이동(apparent shift)을 인지할 것인데, 이는 많은 스캔 제어 및 데이터 샘플링 적용에서 흔하다. 예를 들어, 빔 스캐닝 수단의 빔 스캔 제어기기, 전자기기, 광학 또는 기계적인 컴포넌트에 있어서의 지연은 명령된 빔 편향 위치, 측정된 빔 편향 위치, 및 실제 빔 편향 위치 사이에 시간 지연을 초래할 수 있다. 또한, 재귀반사기 광검출기, 신호 증폭기, 및 데이터 샘플링 회로의 신호 지연은 신호에 있어서의 추가적인 시간 지연을 초래할 수 있다. 이들 지연의 결과는 일반적으로 명령된(혹은 심지어는 측정된) 빔 위치와 검출된 재귀반사기 신호 사이의 일정한 시간 지연이다. 예를 들어 에지 또는 피듀셜을 일정 속도로 스캐닝할 때, 이 시간 지연은 주어진 궤적 및 스캔 속도에 대해 도 8에 도시된 바와 같이 일반적으로 일정한 에지 위치 이동으로 나타난다.
통상의 기술자는 이 소위 동적 위치 검출 에러를 수정하는 많은 방법을 이해할 것이다. 예를 들면, 오브젝트의 피듀셜을 검출할 때, 2개의 스캔을 이용하여, 도 8b에 도시된 신호(821과 822)를 순차적으로 획득할 수 있다. 그리고 나서 위치(823과 824)의 평균이 수정된 에지 위치로서 이용될 수 있다. 이와 달리, 도 8b에 도시된 위치들(823과 824) 사이의 오프셋의 절반이 스캔 제어 회로 또는 제어 컴퓨터에 저장되어, 제1 방향으로의 단일 스캔으로 얻어진 에지 위치에 추가되거나, 또는 제2 방향으로의 단일 스캔으로 얻어진 에지 위치로부터 차감될 수 있는데, 상기 제1 및 제2 방향은 동일한 궤적을 나타내지만 반대 방향으로 배치된다. 이와 달리, 시간 지연을 해소하거나 또는 허용 가능한 레벨까지 저감하기 위해, 보상 제어기기 또는 전자기기가 빔 편향 수단에 및/또는 신호 검출 수단에 이용될 수 있다.
프로세스 빔을 가공물 상에 정확하게 배치하기 위해서는 프로브 빔과 프로세스 빔 사이의 측방향 오프셋에 대한 정보가 요구된다. 도 9와 도 10을 참조하면, 프로브 빔과 프로세스 빔 사이의 오프셋을 측정하는 프로세스가 개시되어 있다. 도 9에는 도 5의 장치가 도시되지만, 프로브 빔(507)만이 활성화되도록 구성된다. 도 10은 도 9의 장치를 도시하지만, 프로세스 빔(503)만이 활성화되도록 구성된다. 빔 조향 디바이스(505)는 먼저 프로브 빔(507)을 빔 위치 검출기(515)로 보내도록 제어되는데, 이곳에서 그 위치가 아래에 설명되는 바와 같이 검출된다. 프로브 빔의 위치가 결정된 후에, 빔 조향 디바이스(5052)는 다음에 프로세스 빔(503)을 빔 위치 검출기(515)로 보내도록 제어되는데, 이곳에서 그 위치가 아래에 설명되는 바와 같이 검출된다.
일 실시예에서, 빔 위치 검출기(515)는 광검출기(516)와 핀홀(517)로 구성된다. 핀홀(517)은 프로브 빔의 크기 및 프로세스 빔의 크기와 비교하여 작도록 선택된다. 예를 들어, 프로브 빔의 직경이 1mm이고 프로세스 빔의 직경이 2mm이면, 0.1mm 또는 0.2mm의 핀홀 직경이 선택될 수 있다. 광검출기(516)는 프로세스 빔과 프로브 빔 양자 모두에 민감하도록 선택된다.
도 11a는 프로세스 빔과 프로브 빔이 교호적으로 빔 위치 검출기(515)의 면(面)을 이동하도록 스캐닝될 때, 빔 위치에 대한 빔 위치 검출기(515)로부터의 대표적인 신호의 플롯을 도시한다. 도 11a에서, "빔 위치"는 예를 들면 X 스캔 축 또는 Y 스캔 축을 나타낼 수 있다. 플롯(1100)은 (프로브 빔이 OFF된 동안) 프로세스 빔 위치에 대한 검출기 신호(1101)을 도시하는 한편, 플롯(1102)은 (프로세스 빔이 OFF된 동안) 프로브 빔 위치에 대한 검출기 신호(1103)을 도시한다. 수직 파선은 두 빔 모두의 중심 위치를 나타낸다. 검출기에서 프로세스 빔과 프로브 빔의 측정된 중심 위치들 사이의 차이는 프로세스 빔과 프로브 빔 사이의 오프셋을 나타내며, 가공물 처리 동안 프로브 빔의 알려진 위치 오프셋으로부터 프로세스 빔의 위치를 수정하는데 사용될 수 있다.
도 9와 도 10에서, 빔 위치 검출기(515)는 핀홀로 마스킹된 광검출기로 구성된다. 하지만, 통상의 기술자는 빔의 위치를 검출하는 많은 다른 방식을 구상해 볼 수 있다. 예를 들면, 여기에는 작은 활성 영역을 갖는 검출기 위로 빔을 스캐닝하는 것이 포함된다. 여기에는 각각 슬릿(slit)으로 마스킹된 2개의 검출기의 사용이 또한 포함되는데, 슬릿은 서로에 대해 90도로 배향된다. 여기에는 위치 감지 검출기(position-sensitive detector: PSD), 사분면 검출기(콰드 셀), 또는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 위치 감지 검출기 상에서의 고정 빔의 사용도 또한 포함된다. 여기에는 소형 형광 타겟 또는 피듀셜 마킹(fiducial markings)이 구비된 형광 타겟의 위로 빔을 스캐닝하고 광검출기 또는 카메라로 형광 신호를 기록하는 것도 또한 포함된다.
프로브 빔은 프로세스 빔에 공동 정렬되므로, 프로세스 빔에 대한 프로브 빔의 위치설정이 결정되어야 한다. 오브젝트를 가로질러 프로세스 빔을 스캐닝하는데 사용되는 빔 편향 수단은 프로브 빔도 또한 스캐닝할 수 있다. 이하의 기재는 오브젝트의 에지를 결정하는데 프로브 빔만이 사용되는 것으로 가정한다. 하지만, 프로브 빔과 프로세스 빔 양자 모두 동시에 활성화될 수도 있고, 아니면 교호적으로 이루어질 수도 있다.
빔 편향 수단이, 프로브 빔이 오브젝트의 에지(예를 들면, 웨이퍼의 에지 근처)에 근접하게 오브젝트 상에 있지만 빔 직경의 상당한 배수(倍數)만큼 에지 자체로부터는 떨어지도록, 프로브 빔을 위치시키면, 프로브 빔의 어느 부분도 검출기 쪽으로 반사되지 않게 된다. 프로브 빔이 오브젝트의 에지 쪽으로 스캐닝되면, 빔의 일부는 여전히 오브젝트 상에 있으며 그래서 검출기에 어떠한 신호도 기여하지 않는다. 하지만, 빔의 다른 부분이 오브젝트의 에지를 통과하여, 인접한 재귀반사성 물질을 부분적으로 조명하면, 검출기에 신호를 반환하는데, 이는 용이하게 관찰될 수 있다. 외측 방향으로 스캐닝을 계속하면, 빔 전체가 재귀반사성 물질을 조명하게 되어, 검출기에 최대의 신호를 유발하게 된다.
프로브 빔이 오브젝트에 입사할 때마다, 극소량의 광이 되반사되어 검출기에 의해 관찰된다. 하지만, 프로브 빔이 재귀반사성 물질을 조명할 때마다, 신호의 강도의 상당한 증가가 검출기에서 관찰된다. 비반사성 오브젝트로부터 재귀반사성 배경으로의 전이는 용이하게 검출 가능하며, 오브젝트에 대한 입사로부터 재귀반사 표면을 조명하도록 횡단하여, 외향(outbound) 스캔에 대해서는 빔 위치(1 내지 5)에서 및 내향(inbound) 스캔에서는 빔 위치(6 내지 9)에서 검출기 신호를 나타내는 스캔으로서 도 11b에 개념적으로 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판의 외주(外周) 상의 복수의 지점에서의 정확한 검출 및 위치 파악은 중심 위치와 같은 기판의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 원형 기판의 경우에, 웨이퍼의 외주 상의 3개 이상의 지점의 위치에 대한 정보는 웨이퍼의 중심을 위치 파악하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 도 12를 참조하면, 파선(1201, 1202, 1203)으로 나타낸 바와 같이 외주를 따라서 약 120도의 각도로 배치된 3개의 스캔으로 스캐닝된 웨이퍼(1200)을 생각해 보자. 스캔은 노치(1208)를 통과하지 않도록 선택되는데, 이는 기판의 측정된 중심 위치에 에러를 유발할 수 있음에 주목하자. 웨이퍼(1200)를 둘러싸도록 재귀반사성 컬러(collar)(1207)가 배치된다. 이들 스캔으로부터의 재귀반사 신호의 분석은 지점 [x1, y1]로 되는 외주의 위치(1204), 지점 [x2, y2]로 되는 외주의 위치(1205), 및 지점 [x3, y3]로 되는 외주의 위치(1206)를 결정한다. 그리고 나서, 수학식 1로 주어지는 수치 T가 잘 알려진 LSM(least-squares minimization: 최소 제곱 최소화) 원리를 이용하여 x0 및 y0에 대해 최소화될 수 있으며, 그에 따라 웨이퍼 중심 위치 [x0, y0]의 추정치를 산출하게 된다.
Figure pct00001
정확도의 향상을 위해 외주 상의 4개 이상의 지점도 사용될 수 있다. 통상의 기술자는 복수의 외주 측정치로부터 기판의 중심을 결정하는 다른 방법도 익숙할 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상이한 방향으로의 빔 편향의 스케일의 정확한 결정 및 수정이 행해질 수 있다. 예를 들면, 가공물은 특정 방향을 따라서 그 측방향 치수를 결정하기 위해 프로브 빔으로 스캐닝될 수 있다. 특정 방향에 따른 기판의 치수가 알려지면, 그 방향에 따른 알려진 치수에 대한 특정 방향에 따른 측정된 기판 치수의 편차는 그 방향에 따른 스캔 스케일(scan scale)을 결정하는데 사용될 수 있다.
예를 들어 도 13을 참조하면, 300mm 직경의 실리콘 웨이퍼가 배치되며 4개의 외주 위치에서 프로브 빔으로 스캐닝된다. 스캔은 노치(1310)를 통과하지 않도록 선택되는데, 이는 기판의 측정된 치수에 에러를 유발할 수 있음에 주목하자. 웨이퍼(1300)를 둘러싸도록 재귀반사성 컬러(1309)가 배치된다. X축을 따라 행해진 스캔(1301)은 지점 [x1, y1]의 웨이퍼 외주 위치(1305)를 획득한다. X축을 따라 행해진 스캔(1303)은 지점 [x2, y2]의 웨이퍼 외주 위치(1307)를 획득한다. Y축을 따라 행해진 스캔(1302)은 지점 [x3, y3]의 웨이퍼 외주 위치(1306)를 획득한다. Y축을 따라 행해진 스캔(1304)은 지점 [x4, y4]의 웨이퍼 외주 위치(1308)를 획득한다. 수치 Sx　= (x2 - x1)/300는 X축의 스케일 보정 계수를 나타내는 한편, 수치 Sy = (y3 - y4)/300는 Y축의 스케일 보정 계수를 나타낸다. 유사하게, 다른 방향의 스케일 계수도 획득될 수 있다. 스케일 계수는 스캔 정확도를 향상시키기 위해 특정 방향으로 빔 편향 제어기기를 수정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 갈바노미터 스캔 디바이스의 경우에, 측정된 스캔 계수는 이 디바이스의 입력 전압 이득 계수에 대한 스캔 각도를 수정하는데 사용될 수 있다.
기판의 중심의 정확한 결정에 더해, 종종 회전과 같은 기판의 배향을 결정하는 것이 중요하다. 예를 들어 반도체 업계는 기판의 배향을 결정하기 위해 짧고 편평한 에지(소위 웨이퍼 플랫)를 갖는 원형 형태의 작은 실리콘 웨이퍼 사이즈를 사용했었지만, 300mm 웨이퍼 사이즈를 시작으로 웨이퍼 플랫은 소형 삼각형 노치(웨이퍼 노치라고도 함)로 교체되었는데, 이는 이용 가능한 에지 다이의 수를 크게 증가시켰으며 보다 고수율에 기여하였다. 많은 공정에서는, 이 노치의 배향을 아는 것이 중요하다. 다른 산업 공정에서는, 가공물의 외주 또는 내부 상의 다른 유형의 피듀셜 아티팩트를 프로브 검사함으로써 가공물의 배향이 획득될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 본 발명을 사용하여 웨이퍼 노치의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 가공물의 물리적 형상괴 치수에 대한 정보를 필요로 한다. 반도체 업계에서, 웨이퍼 치수의 직경과 진원도(roundness)는 잘 알려져 있다. 본 명세서에 개시된 절차를 사용하여, 웨이퍼 노치의 위치가 획득될 수 있다. 도 14를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(1400)에는 피듀셜 노치(1401)가 배치된다. 대표적인 프로브 빔 원형 스캔 궤적(1402, 1403, 및 1404)이 도시되는데, 스캔(1402)은 웨이퍼 경계의 훨씬 내부에 있고, 스캔(1403)은 웨이퍼 노치(1401)를 통과하도록 웨이퍼 경계 근처에 있으며, 스캔(1404)은 웨이퍼 경계의 훨씬 외부에 있지만 여전히 재귀반사기(1405) 상에 있다.
도 14에는 스캔(1402)이 도시되는데, 이 스캔의 반경은 노치(1401)를 지나가지 않도록 충분히 작다. 도 15의 플롯(1500)은 스캔(1402)로부터 획득된 대표적인 재귀반사 신호(1501)를 도시한다. 이 경우에, 스캔 각도(0 내지 360도)에 대한 저 신호 레벨이 얻어짐으로써, 프로브 빔의 스캔이 전적으로 웨이퍼 표면 상에 행해짐을 나타낸다. 스캔(1404)도 또한 도시되는데, 이 경우에 원형 궤적은 완전히 웨이퍼의 외부에 있지만 여전히 재귀반사기(1405) 내에 있도록 충분히 큰 반경을 갖는다. 도 15의 플롯(1510)은 스캔(1404)으로부터 얻어진 대표적인 재귀반사 신호(1511)를 도시한다. 이 경우에, 스캔 각도에 대한 고 신호 레벨이 얻어짐으로써, 스캔이 전적으로 재귀반사기 표면 상에서 이루어짐을 나타낸다. 스캔(1403)도 또한 도시되는데, 이 경우에 스캔은 웨이퍼 상에서 이루어지지만 웨이퍼의 에지에 근접해 있다. 도 15의 플롯(1520)은 스캔(1403)으로부터 얻어진 대표적인 재귀반사 신호(1521)를 도시한다. 이 경우에, 고 신호 레벨(1523)로의 급속한 전이 및 이어지는 저 레벨로의 급속한 감소를 제외하고는, 스캔 각도에 대한 저 신호 레벨이 얻어진다. 짧은 저/고/저 신호 전이(1522)는 빔이 노치(1401)를 통과하는 것에 대응하며, 그래서 빔 스캔 좌표에서 기판의 각도 배향을 획득하게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 스캔 필드에 대한 고도로 정확한 선형 수정 계수를 생성하기 위해 재귀반사 피듀셜이 사용된다. 도 16을 참조하면, 타겟 기판(1600)에는 복수의 재귀반사 피듀셜 요소(1601 내지 1602)가 배치되며, 피듀셜(1601)은 제1의 피듀셜을 나타내고, 1602는 최종 피듀셜을 나타낸다. 도면에서, 피듀셜(1601 내지 1602)은 작은 원으로 표현되지만, 정사각형 또는 다각형과 같은 다른 형상도 사용될 수 있다. 도면에는 피듀셜 요소의 사각형 격자가 도시되어 있다. 하지만, 요소의 방사상 집합과 같은 요소의 많은 다른 분포가 사용될 수도 있다.
그 중심을 찾기 위해 프로브 빔을 사용하여 복수의 피듀셜을 스캔하는 것이 바람직하다. 상기 피듀셜의 크기가 프로브 빔의 크기보다 작은 경우에 프로브 빔에 의한 각 피듀셜의 위치의 정밀도가 향상된다. 예를 들어, 2mm의 프로브 빔의 직경에 대해, 피듀셜 요소는 1mm 또는 0.5mm일 수 있다. 타겟 기판(1600)은 전형적으로, 프로브 빔을 사용하여 스캔 좌표를 선형화하는데 도움을 주기 위해 때로는 기판 대리물(substrate surrogate)이라고도 하는 툴로서 사용된다. 이 프로세스가 완료되면, 제품 기판이 타겟 기판을 대체하며, 이어서 프로세스 빔으로 노광된다.
도 17은 도 16에 도시된 타겟 기판(1600)의 횡단면도를 도시한다. 일 실시예에서는 4개의 층이 그 구성에 사용된다. 재귀반사 층(1701)을 지지하기 위한 편평한 기판을 제공하기 위해, 지지층(1700)이 첫 번째로 배치된다. 마스킹 층(1702)은 개구(1703)를 프로브 빔에 노광시킨다. 개구(1703)는 도 16에 도시된 피듀셜(1601 내지 1602)에 대응한다. 마스킹 층(1702)을 덮는 것은 프로브 빔에 대해서는 투명하고 프로세스 빔에 대해서는 선택적으로 불투명한, 예를 들면 유리 또는 용융 실리카(fused silica) 층인 선택적인 보호층(1704)이다. 개구(1703)는 기판(1700)을 가로질러 알려진 위치에 정확히 배치되는 것이 중요하다. 층 내에 정확히 배치된 개구의 어레이를 생성하는 많은 방법은 통상의 기술자에게는 익숙할 것이다. 예를 들면, 개구(1703)는 금속까지 얇은 쉬트에 레이저 드릴링될 수 있다. 이와 달리, 개구는 포토-리소그래피로 패턴화하고는 얇은 금속 쉬트로 화학적으로 에칭될 수도 있다(사진 제판술이라고도 함). 혹은, 개구는 반도체 처리용 포토 마스크를 생산하는데 사용되는 기술을 사용하여 유리 기판(레티클이라고도 함) 상의 얇은 금속 층에서 포토-리소그래피로 패턴화할 수도 있다. 정밀한 타겟 어레이와 레티클은 많은 공급업체로부터 이용 가능하다.
피듀셜 요소의 중심을 측정하는 프로세스가 기재된다. 기판(1700)은 프로브 빔(1705)에 의해 스캐닝된다. 프로브 빔(1705)은 이 빔이 개구(1703)로부터 멀리 떨어져서 마스킹 층(1702)에 충돌하는 위치(1706)에 도시되어 있다. 이 경우에는, 어떠한 재귀반사기 신호도 생성되지 않는다. 프로브 빔(1705)은 이 빔이 정확히 개구(1703)에서 마스킹 층(1702)에 충돌하는, 나중 시점의 위치(1707)에도 또한 도시되어 있다. 이 경우에는 큰 재귀반사 신호가 발생된다.
도 18은 도 17에 도시된 바와 같이 재귀반사 층(1701)을 사용하는 대신에, 재귀반사성 물질(1803)이 마스킹 층(1802) 내의 개구에 감입(嵌入)된 다른 실시예를 도시한다. 도 18에서는 개구가 원형 구멍으로 도시되어 있으나, 슬릿, 십자, 박스 또는 원을 포함하나 이에 국한되지 않는 임의의 형상일 수 있다. 마스킹 층(1802)을 덮는 것은 프로브 빔에 대해서는 투명하고 프로세스 빔에 대해서는 선택적으로 불투명한, 예를 들면 유리 또는 용융 실리카 층인 선택적인 보호층(1804)이다. 피듀셜 요소의 중심을 측정하는 프로세스는 도 17에 도시된 것과 유사하다. 기판(1800)은 프로브 빔(1805)으로 스캐닝된다. 프로브 빔(1805)은 이 빔이 개구(1803)로부터 멀리 떨어져서 마스킹 층(1802)에 충돌하는 위치(1806)에 도시되어 있다. 이 경우에는, 어떠한 재귀반사기 신호도 생성되지 않는다. 프로브 빔(1805)은 이 빔이 정확히 감입된 재귀반사성 물질(1803)에서 마스킹 층(1802)에 충돌하는, 나중 시점의 위치(1807)에도 또한 도시되어 있다. 이 경우에는 큰 재귀반사 신호가 발생된다.
도 19는 단일의 피듀셜 요소의 스캐닝에 대한 상세사항을 도시한다. 재귀반사성 물질의 내부로 구성된 피듀셜 요소(1900)는 X 방향(1901)으로 스캐닝되고는 이어서 Y 방향(1902)으로 스캐닝된다. 다른 스캔 방식도 사용될 수 있다. 대표적인 플롯(1910)은 X축 프로브 빔 위치에 대한 재귀반사기 신호(1911)를 도시하는 한편, 대표적인 플롯(1920)은 Y축 프로브 빔 위치에 대한 재귀반사기 신호(1921)를 도시한다. 통상의 기술자는 스캔 좌표에서 피듀셜 요소의 중심 위치[X0, Y0]를 결정하기 위해 이들 신호를 분석할 수 있다. 예를 들면, 각 스캔의 피크 값에 대응하는 축 위치가 사용될 수 있다. 이와 달리, 각 스캔으로부터의 신호의 중심이 사용될 수도 있다.
도 19에 도시되고 기재된 절차는 도 16에 도시된 복수의 피듀셜 지점(1601 내지 1602)에 대해 순차적으로 수행되어, 한 세트의 측정된 피듀셜 요소 중심 Mi = [Xi, Yi]을 획득할 수 있는데, 여기서 인덱스 i = 1, 2, 3, ..., n 이고 n 은 스캐닝된 피듀셜 요소의 개수이다. 피듀셜 요소의 알려진 중심은 Ri = [Xi, Yi]로 주어진다. 측정된 피듀셜 중심과 알려진 피듀셜 중심 사이의 차이는 기판을 가로질러 X 및 Y 위치의 함수로서 스캔 좌표 에러를 구성하며, 벡터량 Ei = Mi - Ri으로 주어진다. 가공물 전체에 걸쳐 프로세스 빔의 위치를 개선하기 위해 스캔 기준 좌표계를 수정하기 위해 이 세트의 에러 Ei(Xi, Yi), = [gi, hi] 를 사용하는 것이 바람직하다.
통상의 기술자는 측정된 스캔 에러 Ei의 집합을 사용하여 스캔 좌표를 수정하는데 많은 방법이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 기판의 면적에 걸쳐서 정의된 보정 다항식의 계수를 얻기 위해 잘 알려진 LSM(least squares minimization) 기법이 사용될 수 있다.
예를 들어, 기판 상에서 빔을 편향시키기 위한 원하는 위치 [x, y]를 생각해보자. 오프셋 보정 함수 Gx(x, y) 및 Gy(x, y)를 정의하면, 이들 함수는 원하는 위치 x와 y에 더해지고 빔 스캐닝 수단에 전송될 때, 저감된 에러를 가지면서 원하는 위치로 편향되는 빔을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 보정 함수를 수학식 2와 같이 기저 함수 fj(x, y)의 선형 합(linear sum)으로 정의할 수 있다:
Figure pct00002
예를 들면, 함수 fj(x, y)는 x, y, x2, y2, xy, x2y 등과 같은 항으로 구성될 수 있다. 혹은, 이들은 cos(x), sin(x2y)과 같은 삼각함수 또는 x와 y의 임의의 다른 함수로 구성될 수 있다. 또는, 이들은 소위 r-θ 또는 극좌표의 함수로 구성될 수 있으며, 여기서 r2 = x2 + y2 및 tan(θ) = y/x이다. 통상의 기술자는 기저 함수를 형성하는 많은 다른 방법을 이해할 것이다.
그러면, 계수 cj와 dj를 얻기 위해, 예를 들면 잘 알려진 LSM(최소 제곱 최소화) 방법의 사용에 의해 수치 Tx와 Ty는 수학식 3과 같이 최소화될 수 있다:
Figure pct00003
통상의 기술자는 계수 cj와 dj를 결정할 수 있는 LSM 및 대응하는 잘 알려진 알고리즘에 익숙할 것이다. 계수를 획득하는 다른 수단은 통상의 기술자에게 알려져 있을 것이며, 예를 들면 최대우도법(maximum likelihood method)이 있다. 최소 제곱법 및 다른 방법을 사용하여 계수 cj와 dj를 획득하는 컴퓨터 알고리즘은 많은 공급업체, 예를 들면 Mathworks, Inc.로부터 이용 가능하다.
통상의 기술자는 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하면서도 본 명세서에 교시된 기술 및 방법에 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 변경은 본 발명의 범위에 포함되게 된다. 그래서, 본 발명의 실시예의 전술한 기재는 한정하기 위한 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 실시예에 대한 모든 한정은 이하의 특허청구범위에 제시되어 있다.

Claims (34)

  1. 오브젝트 피듀셜(object fiducial)의 위치를 결정하는 장치로서,
    프로브 빔을 발생시키는 프로브 빔 발생 유닛;
    빔 조향 디바이스;
    상기 오브젝트 피듀셜을 가지며 기판 홀더 상에 배치되는 기판;
    상기 오브젝트 피듀셜의 아래에, 둘레에, 인접하게, 및/또는 내부에 배치되는 재귀반사성 물질(retroreflective material); 및
    재귀반사 빔 검출기:
    를 포함하며,
    상기 재귀반사 빔 검출기는 상기 재귀반사성 물질에 의해 재귀반사된 프로브 빔을 검출하도록 위치되는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 빔을 상기 빔 조향 디바이스 쪽으로 반사하도록 배치되는 제1의 빔 스플리터:
    를 더 포함하는,
    장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재귀반사된 프로브 빔은 상기 재귀반사 빔 검출기에 의해 검출되기 전에 상기 제1의 빔 스플리터를 통과하는,
    장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 재귀반사된 프로브 빔은 상기 재귀반사 빔 검출기에 의해 검출되기 전에 상기 제1의 빔 스플리터를 통과하지 않는,
    장치.
  5. 제1항에 있어서,
    프로세스 빔을 발생시키는 프로세스 빔 발생 유닛; 및
    상기 프로세스 빔을 상기 빔 조향 디바이스 쪽으로 반사하도록 배치되는 제2의 빔 스플리터:
    를 더 포함하는,
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 빔 스플리터와 제2의 빔 스플리터는, 상기 프로브 빔과 프로세스 빔이 상기 빔 조향 디바이스로 들어갈 때 실질적으로 공동 정렬되도록(co-aligned) 구성되는,
    장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔은 거의 중첩되는,
    장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 빔 조향 디바이스가 상기 프로브 빔을 상기 기판 또는 상기 재귀반사성 물질 상의 위치로 조향할 때, 상기 빔 조향 디바이스는 상기 프로세스 빔도 아무리 커도 작은 오프셋을 가지면서 동일한 위치로 조향하도록, 상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔은 실질적으로 공동 정렬되는,
    장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트 피듀셜은 상기 기판의 외부 경계 상에 위치된 에지, 노치, 코너, 또는 다른 기하학적 아티팩트(geometric artifact)인,
    장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트 피듀셜은 상기 기판의 내부에 내장된 구멍, 슬릿, 십자, 상자, 원, 고리, 또는 다른 기하학적 아티팩트인,
    장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 프로브 빔의 위치와 상기 프로세스 빔의 위치 사이의 오프셋을 검출하는 위치 감지 검출기:
    를 더 포함하는,
    장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위치 감지 검출기는 광검출기를 포함하는,
    장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 감지 검출기는 상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔의 크기에 비해 작은 핀홀(pinhole)을 더 포함하는,
    장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 재귀반사성 물질은 상기 오브젝트 피듀셜을 완전히 둘러싸도록 위치되는,
    장치.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 재귀반사성 물질은 상기 프로브 빔의 파장에는 투명하지만 상기 프로세스 빔의 파장에는 불투명한 재료에 의해 상기 프로세스 빔에 노광되는 것이 보호되는,
    장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 빔 조향 디바이스는 스캐닝 미러, 스캐닝 스테이지, 갈바노미터 미러, 전기 광학 빔 편향기, 음향 광학 빔 편향기, 또는 마이크로기계 스캐닝 디바이스를 포함하는,
    장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 재귀반사성 빔 검출기에 의해 검출되는 적어도 하나의 오브젝트 피듀셜의 위치는 상기 기판 상의 프로세스 빔의 스캔 기하학적 형상을 수정하는데 사용되는,
    장치.
  18. 기판의 오브젝트 피듀셜의 위치를 결정하는 방법으로서,
    프로브 빔을 발생시키는 단계;
    적어도 상기 오브젝트 피듀셜의 부근에서 상기 기판을 가로질러 상기 프로브 빔을 조향하는 단계;
    상기 오브젝트 피듀셜의 아래에, 둘레에, 인접하게, 및/또는 내부에 배치된 재귀반사성 물질에 의해 재귀반사된 프로브 빔을 검출하는 단계; 및
    상기 재귀반사된 프로브 빔을 기초로 상기 오브젝트 피듀셜의 위치를 결정하는 단계:
    를 포함하는,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로브 빔을 조향하기 전에 제1의 빔 스플리터에 의해 상기 프로브 빔을 반사하는 단계:
    를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 재귀반사된 프로브 빔은 검출되기 전에 상기 제1의 빔 스플리터를 통과하는,
    방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 재귀반사된 프로브 빔은 검출되기 전에 상기 제1의 빔 스플리터를 통과하지 않는,
    방법.
  22. 제18항에 있어서,
    프로세스 빔을 발생시키는 단계;
    제2의 빔 스플리터에 의해 상기 프로세스 빔을 반사하는 단계; 및
    상기 기판을 가로질러 상기 프로세스 빔을 조향하는 단계:
    를 더 포함하는,
    방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔은 실질적으로 공동 정렬되는,
    방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔은 거의 중첩되는,
    방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 프로브 빔이 일 위치로 조향될 때, 상기 프로세스 빔도 아무리 커도 작은 오프셋을 가지면서 동일한 위치로 조향되도록, 상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔은 실질적으로 공동 정렬되는,
    방법.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 오브젝트 피듀셜은 상기 기판의 외부 경계 상에 위치된 에지, 노치, 코너, 또는 다른 기하학적 아티팩트인,
    방법.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 오브젝트 피듀셜은 상기 기판의 내부에 내장된 구멍, 슬릿, 십자, 상자, 원, 고리, 또는 다른 기하학적 아티팩트인,
    방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 프로브 빔의 위치와 상기 프로세스 빔의 위치 사이의 오프셋을 검출하는 단계:
    를 더 포함하는,
    방법.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 적어도 부분적으로는 광검출기에 의해 행해지는,
    방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 적어도 부분적으로는 상기 프로브 빔과 상기 프로세스 빔의 크기에 비해 작은 핀홀에 의해 또한 행해지는,
    방법.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 재귀반사성 물질은 상기 오브젝트 피듀셜을 완전히 둘러싸도록 위치되는,
    방법.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 프로브 빔의 파장에는 투명하지만 상기 프로세스 빔의 파장에는 불투명한 재료를 사용하여, 상기 재귀 반사성 표면을 상기 프로세스에 노출되는 것을 보호하는 단계:
    를 더 포함하는,
    방법.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 조향하는 단계는 스캐닝 미러, 스캐닝 스테이지, 갈바노미터 미러, 전기 광학 빔 편향기, 음향 광학 빔 편향기, 또는 마이크로기계 스캐닝 디바이스에 의해 행해지는,
    방법.
  34. 제18항에 있어서,
    상기 오브젝트 피듀셜의 결정된 위치를 기초로 프로세스 빔의 스캔 기하학적 형상을 수정하는 단계:
    를 더 포함하는,
    방법.
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