KR20190126457A - 리소그래피에서 기판의 위치 결정 - Google Patents

리소그래피에서 기판의 위치 결정 Download PDF

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KR20190126457A
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Abstract

본 발명은, 미리 결정된 파장의 광을 방출하기 위한 광학 레코딩 헤드(500)에 의해 판독되기 위한 광학 위치 마크(100)를 포함하는 기판(12, 513)에 관한 것으로, 상기 광은 바람직하게는 적색 또는 적외선 광, 더 특정하게는 635 nm 광이고, 상기 광학 위치 마크(100)는 상기 기판(12, 513) 상에서 마크 높이(MH), 마크 길이(ML) 및 미리 결정된 공지된 위치를 갖고, 상기 광학 위치 마크(100)는 종방향(x)을 따라 연장되고, 상기 종방향(x)을 따라 상기 위치 마크(100)의 반사 계수를 변화시키도록 배열되고, 상기 광학 위치 마크(100)는,
제 1 반사 계수 및 제 1 폭(W)을 갖는 제 1 영역(101);
상기 제 1 영역(101)과 인접하고 제 1 영역 쌍(105)을 형성하는 제 2 영역(102)을 포함하고,
상기 제 2 영역은 제 2 반사 계수 및 제 2 폭(W)을 갖고, 상기 제 2 반사 계수는 상기 제 1 반사 계수와 상이하고, 상기 제 1 영역(101)은 상기 미리 결정된 파장의 광의 파장에 비해 서브-파장 구조들(SWS)을 포함한다.

Description

리소그래피에서 기판의 위치 결정{DETERMINING A POSITION OF A SUBSTRATE IN LITHOGRAPHY}
본 발명은 리소그래피 시스템에서 기판의 위치를 결정하는 방법에 관한 것이고, 리소그래피 시스템은 광 빔을 기판에 방사하고 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하기 위한 광학 정렬 센서를 포함한다. 본 발명은 또한 그런 방법에 사용하기 위한 광학 위치 마크에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 기판을 프로세싱하고 그런 방법을 수행하기 위하여 구성된 리소그래피 시스템에 관한 것이다.
리소그래피 시스템들에서 위치 결정은, 미국 특허 번호 제 4,967,088 호에 예를 들어 설명된 바와 같이, 보통 몇몇 회절 순서들로 반사된 광의 검출을 사용하여 일반적으로 알려진다. 몇몇 회절 순서들로 반사된 광을 사용하여 위치를 결정하는 것의 단점은, 상이한 회절 순서들을 위해 광 검출기들이 시스템 내에서 정확하게 배치되어야 하고, 따라서 시스템의 비용이 증가하는 것이다. 게다가, 그런 시스템은 광 빔의 포커스 또는 광 빔에 관련하여 기판의 기울기의 약간의 에러들에 민감하다.
제 US 5,827,629 호는 유사한 시스템을 개시하고, 여기서 노출 표면과 노출 마스크를 가진 웨이퍼가 배치된다. 노출 표면은 갭이 사이에 개재되어 있는 노출 마스크로 지향된다. 웨이퍼는 노출 표면상에 형성된 위치 정렬 웨이퍼 마크를 가진다. 웨이퍼 마스크는 입사 광을 산란시키기 위한 선형 또는 포인트 산란 소스를 가지며, 노출 마스크는 입사 광을 산란시키기 위한 선형 또는 포인트 산란 소스를 가진 위치 정렬 마스크 마크를 가진다. 웨이퍼와 노출 마스크의 상대적 위치는 조명 광을 웨이퍼 마크 및 마스크 마크에 적용하고 웨이퍼 마크 및 마스크 마크의 산란된 소스들로부터 산란된 광을 관찰함으로써 검출된다. 상기 언급된 종래 기술의 문제점들을 적어도 부분적으로 극복하기 위하여, 최대 반사 계수를 가진 반사 정사각형들, 및 최소 반사 계수를 가진 비-반사 정사각형들의 체커보드(checkerboard) 패턴을 포함하는 기판을 제공하는 것이 본 발명자들에 의해 제안되었고, 여기서 상기 정사각형들은 상기 패턴 상에 투사된 광 빔의 단면의 직경에 대응하는 폭을 가진다. 반사된 빔의 영 번째 순서 강도를 측정함으로써, 기판에 관련하여 빔의 위치 변화는 다수의 회절 순서들을 측정함이 없이 결정될 수 있다. 이상적으로, 광 빔의 빔 스폿(spot)이 패턴 위에서 움직일 때, 반사된 신호의 강도는 패턴 상 빔 스폿의 위치의 높은 콘트래스트를 가진 사인 함수이다. 그러나, 실제로 빔 스폿의 강도 분포는 일반적으로 균질하고 선명한 컷-오프 디스크 형(cut-off disc-like) 프로파일에 대응하는 것이 아니고 대신 가우스 프로파일을 따르고, 결과적인 반사된 강도 신호는 기판상 빔의 위치의 함수로서 사인 함수와 매우 유사하지 않다. 결과적으로, 반사된 빔의 강도에 기초하여 기판상 빔 스폿의 위치의 결정은 덜 정확하다.
제 US 7,418,125 B2 호는 이미지 데이터에서 마크 위치로서 마크에 대응하는 영역의 위치를 검출하기 위한 장치를 개시하고, 마크는 주기적으로 배열된 패턴들을 포함한다. 제 1 유닛은 이미지 데이터의 각각의 부분 영역의 에너지 스펙트럼 분포에 대응하는 현실-공간 에너지 분포를 얻는다. 확률 분포 획득 유닛은 현실 공간 에너지 분포에 기초하여 확률 분포를 얻고, 확률 분포는 이 위치에서 주기적으로 배열된 패턴들의 반복적 위치들 및 주기성 강도를 가리킨다. 제 2 유닛은 확률 분포 획득 유닛에 의해 얻어진 각각의 확률 분포와 마크의 사전-등록된 확률 분포 사이의 상관도를 얻고, 제 3 유닛은 제 2 유닛에 의해 얻어진 상관도에 기초하여 마크 위치를 얻는다.
리소그래피 시스템에서 기판의 위치를 결정하는 상기 언급된 방법들 모두는 번거롭고, 복잡하고, 부정확성 같은 단점들로부터 고통을 받는다.
본 발명의 목적은, 간단하며 (높은 재현성(reproducibility) 및 반복성(repeatability)을 비롯하여) 매우 높은 정확도를 제공하는, 리소그래피 시스템에서 기판의 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 이러한 방법에 사용할 광학 위치 마크, 및 이러한 방법을 수행하도록 구성된 리소그래피 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 독립항들에 의해 정의된다. 종속항들은 바람직한 실시예들을 정의한다.
이를 위해, 제 1 양상에 따라, 본 발명은, 광, 바람직하게는 적색 또는 적외선 광을 방출하기 위한 광학 레코딩 헤드에 의해 판독되기 위한 광학 위치 마크를 포함하는 기판을 제공하며, 광 위치 마크는 기판 상에서 마크 높이, 마크 길이 및 미리 결정된 공지된 위치를 갖고, 광 위치 마크는 종방향을 따라 연장되고 상기 종방향을 따라 위치 마크의 반사 계수를 변화시키도록 배열되며, 광학 위치 마크는,
제 1 반사 계수 및 제 1 폭을 갖는 제 1 영역;
상기 제 1 영역과 인접하고 제 1 영역 쌍을 형성하는 제 2 영역
을 포함하고, 제 2 영역은 제 2 반사 계수 및 제 2 폭을 갖고, 제 1 폭은 종방향으로 측정된 제 2 폭과 동일하며, 제 2 반사 계수는 제 1 반사 계수와 상이하고, 제 1 영역은 광의 파장에 비해, 예컨대 635nm의 서브-파장 구조들을 포함한다.
본 발명의 기판의 장점은, 제 1 영역에서의 서브-파장 구조들의 프로비전(provision)은 위치 마크의 프로세스 톨러런스(process tolerance)를 증가시킨다는 점이다. 이는 하기에서 이해될 것이다. 서브-파장 구조들은 통상의 리소그래피 또는 프로세싱 기술들을 이용하여 만들어질 수 있다. 상기 서브-파장 구조들 중 하나가 정확하게 제조되지 않았거나 또는 심지어 부재(absent)할 수 있다고 가정하면, 과도한(too much) 정확도 손실없이 마크가 여전히 사용될 수 있다. 제 2 효과는, 서브-파장 피처들(features)이, 본 발명에서 사용될 때, 광학 위치 마크에서의 높이 변동들(variations)에 덜 민감하게 한다는 것이다. 게다가, 본 발명에 따른 기판은 아주 규칙적인(regular) 구조를 갖는데, 즉, 위치 마크 전반에 걸쳐 하나의 폭 및 하나의 공간(spacing)을 갖는다. 이러한 큰 규칙성(large regularity)은, 설계하기가 더 쉽고 이로 인해 설계 에러들의 위험이 크게 감소되는 위치 마크를 산출한다(달리 표현하면, 간단한 광학 위치 마크는, 복잡한 광학 위치 마크들보다, 잘못 설계될 가능성이 훨씬 더 낮다). 게다가, 이러한 설계의 검증가능성(verifiability)은 훨씬 더 높아진다. 결과적으로, 체계적(systematical) 재현성은 본 발명에 설명된 것과 같은 세그먼트화된 마크 설계 이용으로 훨씬 더 좋아진다.
실시예에서, 제 1 폭은 종방향으로 측정된 제 2 폭과 동일하다. 이러한 구조는 심지어 더 큰 규칙성을 제공한다.
실시예에서, 서브-파장 구조들은 종방향에 수직인 추가적인 방향으로 연장되는 복수의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트들을 포함하고, 각각의 규칙적인 세그먼트는 제 1 서브-영역 및 제 2 서브-영역에 의해 형성된다. 이는, 규칙적인 서브-파장 구조들을 만드는 제 1 변형이며, 실험들은 이러한 마크들이 매우 우수하다는 결과들을 나타냈다.
실시예에서, 서브-파장 구조들은 종방향으로 연장하는 복수의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트들을 포함하고, 각각의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트는 제 1 서브-영역 및 제 2 서브-영역에 의해 형성된다. 이는 규칙적인 서브-파장 구조들을 만드는 제 2 변형이며, 실험들은 이러한 마크들이 매우 우수하며, 심지어 제 1 변형보다 약간 더 우수하다는 결과들을 나타냈다.
실시예는 복수의 추가적인 영역 쌍들을 더 포함하며, 각각의 추가적인 영역 쌍은 제 1 영역 쌍과 실질적으로 동일하다. 이러한 구조의 규칙성은 앞서 논의된 것처럼 매우 바람직하다. 게다가, 영역 쌍들이 많을수록 피처들도 많다. 이는, (즉, 측정된 강도 그래프를 예상된 강도 그래프와 비교함으로써) 예상된 위치와 관련하여 위치 마크의 변위를 측정하는데 이용되는 상호-상관의 경우 바람직하다.
실시예에서, 제 1 폭 및 제 2 폭은 1㎛ 내지 2㎛의 범위내에 있다. 이러한 범위의 장점은, 이 범위가 통상의 광학 판독 헤드의 스폿 크기(spot size)(이는 통상적으로 1㎛ 내지 2㎛의 범위내에 있음)보다 더 크다는 점이다. 효과는, 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 반사되는 빔 강도에서의 콘트라스트(contrast)가 더 높다는 것이다.
실시예에서, 마크 길이는 적어도 100㎛이다. 마크 길이가 길수록 더 정확한 마크 위치는 상호-상관 측정을 이용하여, 즉 더 큰 영역이 상호-상관 곡선에서 더 높은 피크를 산출한다는 것을 상호-상관시켜 결정될 수 있다.
실시예에서, 서브-파장 구조들은 제 2 반사 계수보다 낮은 제 1 반사 계수를 제공한다. 이 실시예에서의 서브-파장 구조들은 광학 판독 헤드로부터 광 빔을 효과적으로 흡수하며, 이는 제 1 영역의 반사 계수를 크게 감소시킨다.
실시예에 있어서, 제 1 영역 쌍 및 복수의 추가적인 영역 쌍들은 제 1 메인 영역을 형성한다. 기판은 제 1 메인 영역에 인접하는 제 2 메인 영역을 더 포함하고, 제 2 메인 영역에는 실질적으로 구조들이 없다. 실질적으로 구조들이 없는 제 2 영역의 추가는 광학 위치 마크의 프로세스 허용오차를 증가시키고 상호-상관 측정을 개선하는데, 즉, 상호-상관 함수는 더 높고 더 샤프한 피크를 나타낸다.
실시예에 있어서, 제 3 메인 영역이 제 2 메인 영역에 인접하고, 제 2 메인 영역은 종방향에서 관측되는 경우 제 1 메인 영역과 제 3 메인 영역 사이에 임베딩된다. 이러한 실시예의 이점은, 2개의 분리된 영역들로 인해서 위치 마크가 매우 쉽게 광학적으로 검출될 수 있다는 점이다. 이는 예를 들어 마이크로스코프를 사용할 경우 광학 위치 마크의 위치의 신속한 추정을 가능하게 한다.
실시예에 있어서, 제 3 메인 영역은 제 1 영역이 서브-파장 구조들을 포함하는 것과 유사한 방식으로 확립된다. 이 실시예는 더 큰 규칙성을 제공하고 그로 인해 프로세스에 덜 의존적이며, 더 큰 검증가능성을 갖는다.
실시예에 있어서, 제 1 메인 영역 및 제 3 메인 영역은 실질적으로 동일하다. 이 실시예는 훨씬 더 큰 규칙성을 제공하고 그로 인해 프로세서에 덜 의존적이며, 훨씬 더 큰 검증가능성을 갖는다.
실시예에 있어서, 제 1 영역 및 제 3 영역은 상이하다(길이, 피치, 구조들의 수 등). 제 1 및 제 2 영역을 서로 상이하게 만드는 것은 추가적인 정보, 다시 말해서 광학 헤드의 스캔 방향와 비교해 볼 때 마크의 배향을 제공하는데, 즉, 좌측 및 우측이 구별가능하다.
실시예는 제 1 메인 영역에 인접한 광학 위치 마크의 제 1 단부에 위치되는 제 1 단부 영역을 더 포함하는데, 제 1 단부 영역에는 실질적으로 구조들이 없다. 실질적으로 구조들이 없는 단부 영역의 추가는 광학 위치 마크의 프로세스 허용오차를 증가시키고 상호-상관 측정을 개선하는데, 즉, 상호-상관 함수는 더 높고 더 샤프한 피크를 나타낸다.
실시예는 제 3 메인 영역에 인접한 광학 위치 마크의 제 2 단부에 위치된 제 2 단부 영역을 더 포함하는데, 제 2 단부 영역에는 실질적으로 구조들이 없다. 실질적으로 구조들이 없는 단부 영역의 부가는 광학 위치 마크의 프로세스 허용오차를 증가시키고 상호-상관 측정을 개선하는데, 즉, 상호-상관 함수는 더 높고 더 샤프한 피크를 나타낸다.
실시예에 있어서, 마크 높이는 적색 또는 적외선 광의 파장의 다수배(a plurality of times)이다. 실시예에 있어서, 마크 높이는 그 방향에서의 위치 에러들에 대한 가장 높은 허용오차를 제공하기 위해서 가능한 한 더 크다. 그러나, 마크 높이는 바람직하게도 그것이 스크라이브 라인 내에 피팅(fit)하도록 40㎛보다 작고, 그 스크라이브 라인은 통상적으로 그러한 폭을 갖는다.
이를 위해, 제 2 양상에 따르면, 본 발명은 제 1항 내지 제 14항에 정의된 바와 같은 발명에 따라 기판을 프로세싱하기 위한 리소그래피 시스템을 제공하는데, 그 리소그래피 시스템은:
기판을 노출시키기 위한 기판 노출 수단;
기판을 수용하기 위한 기판 캐리어 ― 기판 캐리어는 그 기판의 상이한 부분들의 노출을 허용하기 위해서 기판 노출 수단에 대해 이동가능함 ―; 및
시스템이 기판 노출 수단으로부터 실질적으로 일정한 거리를 갖게 하도록 그 시스템에 장착되는 광학 정렬 센서 ― 광학 정렬 센서는 기판에 광 빔을 방출하고 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하도록 구성됨 ― 을 포함하고,
리소그래피 시스템은 제 22항 내지 제 31항에 정의된 바와 같은 발명의 방법을 실행하도록 구성된다.
본 발명의 리소그래피 시스템은 종래 기술 분야에 공지된 1차 및 더 고차 측정들과 대조적으로, 0차 반사된 광 빔의 강도의 측정을 사용한다. 그 발명의 기판은 본 발명의 기판과 편리하게 사용될 수 있다. 종래 기술 분야의 솔루션에서는 반사된 광 빔의 강도의 일부 부류의 선형 또는 사인파형 변경이 요구되는 반면에, 본 발명에서는 어떠한 그러한 요구도 전혀 없다. 본 발명의 방법에 대해 설명될 바와 같이, 본 발명은 반사되는 빔의 가변적인 강도를 유도하는 가변적인 반사율만을 단지 요구한다. 일단 위치 마크의 강도 그래프가 공지되면, 본 발명에서 요구되는 유일한 것은 광학 위치 마크의 실제 위치를 결정하기 위해서 측정된 강도 그래프를 공지된 강도 그래프와 비교하는 것이다.
실시예에 있어서, 그 리소그래피 시스템은 그 시스템에 장착되는 추가적인 광학 정렬 센서를 더 포함하여, 그 시스템이 기판 노출 수단으로부터 더 실질적으로 일정한 거리를 갖게 하고, 그 광학 정렬 센서는 기판에 추가적인 광 빔을 방출하고, 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하도록 구성되고, 리소그래피 시스템은 그 광학 정렬 센서의 제 1 방향에서의 스캐닝을 허용하도록 구성되고, 그 리소그래피 시스템은 그 추가적인 광학 정렬 센서의, 그 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향에서의 스캐닝을 허용하도록 구성된다. 이 실시예는 그 시스템에서 제 2 정렬 센서를 제공하고, 그 방향들 중 한 방향을 스캐닝하기 위해 그 센서들 각각을 전용으로 사용한다. 이점은, 그 센서들 각각이 단지 하나의 좌표만을 결정하고 동시에 다른 좌표에 대한 허용오차(측정되지 않음)를 제공한다는 점이다(1-D 광학 위치 마크가 종방향으로만 연장한다는 사실, 즉, 다른 디멘션이 동시에 위치 허용오차를 제공한다는 사실로 인해).
일 실시예에서, 제 1 방향은, 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 기판의 제 1 이동 방향과 일치하고, 제 2 방향은 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 기판의 제 2 이동 방향(S)과 일치한다. 두 광학 정렬 센서들 모두에 대한 특징들의 이러한 분할은, 두 정렬 센서들 모두가 기판 노출 시스템의 중심에서 크로스하는 직교축 상에 위치되는 경우 특히 유리하다.
일 실시예는 기판 노출 수단에 대해 기판 캐리어를 이동 및 포지셔닝시키기 위한 드라이버 스테이지를 포함한다. 드라이버 스테이지는, 포토리소그래피 시스템, E-빔 리소그래피 시스템 및 이온 빔 리소그래피 시스템일 수 있는 리소그래피 시스템을 효율적으로 완료한다.
일 실시예에서, 기판 노출 수단은, 기판 상에 하나 이상의 노출 빔들을 투사하도록 적응되는 광학 열(column)을 포함하고, 정렬 센서들은 광학 열에 탑재된다.
일 실시예에서, 광학 열은, 기판 상에, 전자 빔들과 같은 다수의 하전된 입자 노출 빔들을 투사하도록 구성된다.
이를 위해, 제 3 양상에 따르면, 본 발명은, 리소그래피 시스템에서 기판의 위치를 결정하는 방법을 제공하며, 상기 시스템은, 기판에 광 빔을 방출하고, 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하기 위한 광학 정렬 센서를 포함한다.
상기 방법은:
기판 상에서 마크 폭, 마크 길이 및 미리 결정된 공지된 위치를 갖는 광학 위치 마크를 포함하는 기판을 제공하는 단계 ―광학 위치 마크는 종방향을 따라 연장되고, 종방향(x)을 따라 위치 마크의 반사 계수를 변화시키도록 배열됨―;
광학 정렬 센서에 대한 광학 위치 마크의 추정된 위치에 따라, 광학 위치 마크가 실질적으로 광학 정렬 센서 근처에 있도록 기판을 이동시키는 단계;
스캔 길이를 갖는 측정된 강도 프로파일을 획득하기 위해, 광학 정렬 센서를 이용하여 종방향으로 스캔 경로를 따라 광학 위치 마크를 스캐닝하는 단계 ―스캔 길이는 마크 길이보다 김―;
광학 위치 마크의 실제 위치와 추정된 위치 사이의 차이를 결정하기 위해, 측정된 강도 프로파일을, 광학 위치 마크와 연관된 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계; 및
스캔 경로 및 차이로부터 위치 마크의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
이 방법은, 기판의 위치를 결정하는 신속하고 효율적인 방법 (하나의 좌표가 결정됨, 예를 들어, x 좌표 또는 y 좌표)을 제공한다. 리소그래피 시스템에서 간섭계는 투영 광학계에 대해 척의 위치 또는 척 상의 기판을 결정하는데 사용될 수있다. 더욱이, 리소그래피 시스템에는 적어도 하나의 광학 정렬 센서가 제공되고, 상기 현재의 방법에서, 이 광학 정렬 센서는 바람직하게 리소그래피 시스템에서 기판의 노출 수단에 대하여 일정한 그리고 공지된 거리를 갖는다. 광학 위치 마커가 알려지면, 강도 프로파일이 이 마커에 대해 측정되거나 시뮬레이션될 수 있으며, 이는 예상된 강도 프로파일을 제공한다. 이 방법의 흥미로운 점은, 처음에 광학 정렬 센서에 대한 기판의 위치가 단지 추정될 필요가 있다는, 즉 제한된 정확도로 (예를 들어, ±20㎛) 공지될 필요가 있다는 것이다. 이 부정확성에 대한 허용 오차는 주로 횡방향의 마크 폭에 의해 결정된다. 이 추정된 위치를 사용해서 기판이 이동하여, 광학 위치 마크는 실질적으로 광학 정렬 센서 근처이다. 광학 정렬 센서는, 그 후에, 측정된 강도 프로파일을 획득하기 위해 마크 길이보다 긴 스캔 길이로 광학 위치 마크를 스캔한다. 후자는 종방향으로 추정된 위치의 부정확성에 대한 허용 오차를 생성한다. 다음 단계에서, 측정된 강도 프로파일이 예상된 강도 프로파일과 비교된다. 대부분의 경우, 측정된 강도 프로파일은, 어느 정도는 예상 강도 프로파일의 시프트 (그러나, 어쩌면 다소 변형된) 버전이 될 것이며, 시프트는 광학 정렬 센서에 대해 광학 위치 마크의 실제 위치를 나타낸다. 스캔의 시작 위치와 결합된 이러한 시프트는 위치 마크의 일 단부의 실제 위치를 제공한다. 실시예들에서, 광학 위치 마크의 중심 위치는 광학 위치 마크의 위치인 것으로 간주될 것이다.
비 공개된 국제 출원 WO 2012/144904호는 리소그래피 시스템에 사용하기 위한 기판을 설명한다. 상기 기판에는 구조체들의 어레이를 포함하는, 적어도 부분적으로 반사 위치 마크가 제공된다. 어레이는 마크의 종방향을 따라 연장된다. 상기 구조들은 종방향을 따라, 마크의 반사율을 변화하도록 구성되며, 상기 반사 계수가 미리 결정된 파장에 대해 결정된다. 본 출원은 WO 2012/144904호에 대한 개선을 제공한다.
방법의 실시예에서, 측정된 강도 프로파일을 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계는,
상기 프로파일들 사이의 상호-상관 함수를 계산하는 단계; 및
상기 상호-상관 함수에서 최대값의 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 위치는 상기 차이에 대해 나타낸다. 이러한 실시예의 제 1 장점은, 마커가 알려져있을 뿐만 아니라 이러한 마커와 관련된 예상되는 강도 프로파일이 알려져있는 한, 훨씬 더 마커 톨러런트(marker tolerant)하다는 것이다. 본 발명에 따르면 단순한 마커조차도 이용될 수 있지만, 종래 기술의 솔루션에서는, 마커에 대해 훨씬 더 많은 요건들이 존재한다. 또한, 본 방법은 예상되는 강도 프로파일의 정확성에 대해 더 톨러런트하다. 측정된 강도 프로파일과 예상되는 강도 프로파일을 비교할 때, 특히, 강도 프로파일의 큰(large) "변형" 또는 미스매치가 있는 경우, 상호-상관은 상기 강도 프로파일들 간의 시프트를 결정하는 매우 유익한 방법이다.
방법의 실시예에 있어서, 기판을 제공하는 단계에서, 기판은, 기판 상에서 추가적인 마크 폭, 추가적인 마크 길이 및 추가적인 미리 결정된 공지된 위치를 갖는 추가적인 광학 위치 마크를 포함하고, 추가적인 광학 위치 마크는 추가적인 종방향을 따라 연장되고, 상기 추가적인 종방향을 따라 추가적인 위치 마크의 추가적인 반사 계수를 변화시키도록 배열되고, 상기 추가적인 종방향은 상기 종방향에 직교하고, 광학 위치 마크 및 추가적인 광학 위치 마크는 위치 마크 커플을 형성하고, 방법은, 광학 위치 마크를 스캐닝하는 단계 이후,
광학 정렬 센서에 대한 추가적인 광학 위치 마크의 추가적인 추정된 위치에 따라, 추가적인 광학 위치 마크가 광학 정렬 센서의 실질적으로 근처에 있도록 기판을 이동시키는 단계;
추가적인 스캔 길이를 갖는 추가적인 측정된 강도 프로파일을 획득하기 위해, 광학 정렬 센서를 이용하여 추가적인 종방향에서 추가적인 스캔 경로를 따라 추가적인 광학 위치 마크를 스캐닝하는 단계 ―추가적인 스캔 길이는 추가적인 마크 길이보다 김―;
추가적인 광학 위치 마크의 추가적인 실제 위치와 추가적인 추정된 위치 사이의 추가적인 차이를 결정하기 위해, 추가적인 측정된 강도 프로파일을 추가적인 광학 위치 마크와 연관된 추가적인 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계; 및
추가적인 스캔 경로 및 상기 추가적인 차이로부터 추가적인 위치 마크의 추가적인 실제 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다. 본 발명에 따른 광학 위치 마크는 광학 위치 마크의 하나의 좌표 만을(즉, 광학 위치 마크의 종방향으로 연장하는 제 1 축 상에서) 제공한다. 이러한 실시예는, 위치의 제 2 좌표를 제공하며, 이러한 제 2 좌표는, 제 1 좌표의 제 1 축에 직교하는, 제 2 방향에서의 축에 대응한다.
방법의 실시예에서, 추가적인 측정된 강도 프로파일을 추가적인 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계는,
상기 프로파일들 사이의 추가적인 상호-상관 함수를 계산하는 단계; 및
상기 추가적인 상호-상관 함수에서 최대값의 추가적인 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 추가적인 위치는 상기 차이에 대해 나타낸다. 이러한 실시예의 제 1 장점은, 마커가 알려져있을 뿐만 아니라 이러한 마커와 관련된 예상되는 강도 프로파일이 알려져있는 한, 훨씬 더 마커 톨러런트하다는 것이다. 본 발명에 따르면 단순한 마커조차도 이용될 수 있지만, 종래 기술의 솔루션에서는, 마커에 대해 훨씬 더 많은 요건들이 존재한다. 또한, 본 방법은 예상되는 강도 프로파일의 정확성에 대해 더 톨러런트하다. 측정된 강도 프로파일과 예상되는 강도 프로파일을 비교할 때, 특히, 강도 프로파일의 큰 "변형" 또는 미스매치가 있는 경우, 상호-상관은 상기 강도 프로파일들 간의 시프트를 결정하는 매우 유익한 방법이다.
방법의 실시예에서, 리소그래피 시스템은, 기판에 추가적인 광 빔을 방출하고, 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하기 위한 추가적인 광학 정렬 센서를 포함하고, 리소그래피 시스템은, 상기 광학 정렬 센서의 오직 제 1 방향에서의 스캐닝만을 허용하도록 구성되고, 리소그래피 시스템은, 상기 추가적인 광학 정렬 센서의, 오직 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향에서의 스캐닝만을 허용하도록 구성되고,
기판을 제공하는 단계에서, 광학 위치 마크의 종방향은 제 1 방향과 일치하고, 추가적인 광학 위치 마크의 추가적인 종방향은 제 2 방향과 일치하고,
각각의 스캐닝하는 단계들에서, 광학 정렬 센서는 광학 위치 마크를 스캐닝하기 위해 이용되고, 추가적인 광학 정렬 센서는 추가적인 광학 위치 마크를 스캐닝하기 위해 이용된다. 장점은, 상기 센서들 각각이 하나의 좌표 만을 결정하고, (측정되지 않는) 다른 좌표에 대한 톨러런스를 동시에 제공한다는 것이다(이는, 1-D 광학 위치 마크가 종방향으로만 연장한다는, 즉, 다른 치수가 위치 톨러런스를 동시에 제공한다는 사실 때문이다).
방법의 실시예에서, 제 1 방향은 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 기판의 제 1 이동 방향과 일치하고, 제 2 방향은 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 기판의 제 2 이동 방향과 일치한다. 양쪽 광학 정렬 센서들에 대한 측정들의 이러한 분할은, 양쪽 정렬 센서들 모두가 직교 축 상에 위치되어 기판 노출 시스템의 중심에서 교차하는 경우에 특히 유익하다.
방법의 실시예에서, 기판을 제공하는 단계에서, 기판은, 기판 상의 상이한 위치에 위치되는 제 2 광학 위치 마크 커플을 포함하고, 제 2 광학 위치 마크 커플은 제 1 광학 위치 마크 커플과 유사하고, 방법은, 상기 제 2 광학 위치 마크 커플에 대해 반복된다. 이러한 실시예는 기판의 회전 배향(rotational orientation)의 측정을 가능하게 한다.
본 명세서에서 도시되고 설명된 다양한 양상들 및 특징들은, 가능한 모든 경우에 있어서, 개별적으로 적용될 수 있다. 이들 개별적인 양상들, 특히, 첨부된 종속 청구항들에서 설명되는 양상들 및 특징들은 분할 특허 출원들의 주제(subject)가 될 수 있다.
본 발명 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예를 기초로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판이 사용될 수 있는 종래 기술의 리소그래피 시스템을 보여준다.
도 2는 광학 열에 대한 타깃의 위치를 결정하기 위한 종래 기술의 포지셔닝 시스템을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 기판과 협력하기 위한 빔을 제공하도록, 그리고 상기 기판에서 상기 빔의 반사 강도를 검출하도록 적응된 위치 디바이스를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 위치 디바이스의 도식적인 세부사항을 보여준다.
도 5는 본 발명의 리소그래피 시스템의 일부를 보여준다.
도 6은 본 발명의 광학 위치 마크를 포함하는 기판에 속하는 모델링된 강도 프로파일을 보여준다.
도 7은 본 발명의 리소그래피 시스템을 사용하여 측정된 강도 프로파일을 보여준다.
도 8은 도 6과 도 7의 도표들 사이에 계산된 상호 상관 함수를 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 광학 위치 마크를 포함하는 기판을 개략적으로 보여준다.
도 10은 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 11은 도 10의 프로파일들의 줌 도면(zoom view)을 보여주며, 여기서 줌 도면은 도 10의 점선 직사각형으로 경계가 이루어진다.
도 12는 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 13은 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 14는 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 15는 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 파장 미만(sub-wavelength)의 피처들을 포함하는 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 16은 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 파장 미만의 피처들을 포함하는 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 17은 서로 다른 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 파장 미만의 피처들을 포함하는 그러한 광학 위치 마크의 다른 실시예를 보여준다.
도 18은 리소그래피 시스템 내의 각각의 광학 정렬 센서에 대한 도 10, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17의 광학 위치 마크들의 재현성 결과들을 보여준다.
도 19는 리소그래피 시스템 내의 각각의 광학 정렬 센서에 대한 도 10, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17의 광학 위치 마크들의 정확도 결과들을 보여준다.
도 20은 도 9의 광학 위치 마크의 더 상세한 도면을 보여준다.
참조 번호들의 목록
2 소스
3 하전된 입자 빔
4 시준기(collimator)
5 개구 어레이
6 다수의 하전된 입자 빔릿들(beamlets)
7 콘덴서 어레이
8 빔 블랭커 어레이
9 빔 정지 어레이
10 스캐닝 편향기
11 포커싱 렌즈 어레이
12 타겟(즉, 웨이퍼)
13 이동가능한 타겟 캐리어
14 광학 열
L 롱-스트로크 방향
S 쇼트-스트로크 방향
15,16 직선 에지들 또는 미러들
21a,21b,
23a,23b 하나 또는 그 초과의 빔들
20,22 간섭계들
P1, P2, P3 타겟의 각각의 지점들
500 위치 디바이스
550 빔 스팟
513 기판(= 타겟(12))
571 빔 흡수 구조들
511 광 빔
536 빔 스플리터
512 포커싱 렌즈
519 빔 강도 탐지기(포토다이오드)
560 그래프
531 빔 소스
534 레이저
532 광 섬유
533 광학 시스템
535 시준기 렌즈
518 반사된 빔
536' 편광 빔 스플리터(polarizing beam spliter)
511' 편광 빔(polarized light beam)
538 편광기(polarizer)
539 1/4파 플레이트
PO 투영 광학기기(projection optics)
SMRK (하나의 좌표만을 측정하기 위한) 제 1 위치 마크
DMRK (하나의 좌표만을 측정하기 위한) 제 2 위치 마크
Xw 기판의 x-좌표
Yw 기판의 y-좌표
SS 제 1 광학 정렬 센서
DS 제 2 광학 정렬 센서
OO 투영 광학기기의 중심(원점; origin)
Rz z-축 주위의 척의 각도 오차
LN 레인(lane)
I 광 강도
CRC 상호-상관 계수
TPR 상호-상관 곡선의 최상부 영역
100 광학 위치 마크
101 제 1 반사율을 갖는 제 1 영역
102 제 2 반사율을 갖는 제 2 영역
105 영역 쌍들
110 제 1 메인 영역
120 제 2 메인 영역
130 제 3 메인 영역
140 단부 영역들
ML 마크 길이
MH 마크 높이
W 제 1 영역의 폭
SWS 서브-파장 구조들
PSW 피치-서브 파장 구조들
P 영역 쌍의 피치
100-1 서브-파장 구조들이 없는 광학 위치 마크
100-2 종방향 분할을 갖는 서브-파장 구조들을 구비한 광학 위치 마크
100-3 횡방향(transversal) 분할을 갖는 서브-파장 구조들을 구비한 광학 위치 마크
WFR1 마스킹 층 스택을 갖지 않는 제 1 웨이퍼(기판)
WFR2 얇은 마스킹 층 스택을 갖는 제 2 웨이퍼(기판)
WFR3 보다 두꺼운 마스킹 층 스택을 갖는 제 3 웨이퍼(기판)
WFR4 훨씬 더 두꺼운 마스킹 층 스택을 갖는 제 4 웨이퍼(기판)
WFR5 가장 두꺼운 마스킹 층 스택을 갖는 제 5 웨이퍼(기판)
MRK1 제 1 광학 위치 마크(피치 1㎛, 비-분할됨)
MRK2 제 2 광학 위치 마크(피치 2㎛, 비-분할됨)
MRK3 제 3 광학 위치 마크(피치 3㎛, 비-분할됨)
MRK4 제 4 광학 위치 마크(피치 4㎛, 비-분할됨)
MRK5 제 5 광학 위치 마크(피치 2㎛, 종방향으로 분할됨)
MRK6 제 6 광학 위치 마크(피치 2㎛, 횡방향으로 분할됨)
MRK7 제 7 광학 위치 마크(피치 2㎛, 종방향 및 횡방향 모두로 분할됨)
알려진 리소그래피 시스템이 도 1에 도시된다. 리소그래피 시스템(1)은, 하전 입자 빔(3)을 방출하는 하전 입자 빔 소스(2)를 포함한다. 하전 입자 빔(3)은, 애퍼처(aperture) 어레이(5)를 침해하기 전에 시준기(collimator)(4)를 횡단한다. 애퍼처 어레이는 빔을 콘덴서 어레이(7)에 의해 응축되는 다수의 하전 입자 빔릿들(6)로 분리한다. 빔 차단기(blanker) 어레이(8)에서, 별개의 빔릿들이 차단될 수 있는데, 즉, 빔 정지 어레이(9) 내의 애퍼처들을 통과하는 대신에, 그들이 그들의 궤적들에서 나중에 빔 정지 어레이(9)와 맞닥뜨리도록 개별적으로 편향될 수 있다. 이어서, 차단되지 않은 빔릿들은, 상기 빔릿들의 스캐닝 편향(scanning deflection)을 제공하도록 적응된 스캐닝 편향기(10)를 통과한다. 그들의 궤적들의 단부에서, 차단되지 않은 빔릿들은 상기 빔릿들을 타겟(12)의 표면, 예를 들면, 웨이퍼로 포커싱하도록 적응된 포커싱 렌즈 어레이(11)를 통과한다. 타겟은, 롱-스트로크 액추에이터(long-stroke actuator)를 사용하여 롱-스트로크 방향(L)을 따라 광학 열(optical column)(14)에 대해 타겟을 변위시키도록 적응된 이동 가능 타겟 캐리어(13) 상에 배치된다. 타겟 캐리어는 또한 쇼트-스트로크 액추에이터에 의해 쇼트-스트로크 방향(S)을 따라 타겟을 변위시키도록 적응된다. 쇼트-스트로크 액추에이터는 또한 3 개의 직교 방향들에서 타겟의 병진(translation)을 미세 튜닝하고 3 개의 직교 축들을 따른 타겟의 회전을 미세 튜닝하기 위한 6 자유도 액추에이터를 포함할 수 있다. 통상적으로, 타겟(12)은, 스캐닝 편향기(10)에 의해 쇼트-스트로크 방향을 따라 스트립의 폭을 따라 편향될 수 있는 빔릿들에 타겟(12)을 노출시키면서, 롱 스트로크 액추에이터를 사용하여 광학 열(14) 아래에서 타겟을 이동시킴으로써 스트립-바이-스트립 방식(strip-by-strip fashion)으로 노출된다. 따라서, 전체 스트립이 패터닝된 때, 쇼트 스트로크 액추에이터는 S 방향에서 스트립의 폭에 대응하는 거리만큼 타겟을 변위시키는데 사용될 수 있고, 다음의 스트립이 프로세싱될 수 있다.
구조들이 하나보다 더 많은 스트립에 걸쳐 있을 때, 또는 타겟의 스트립이 다수의 과정들에서 프로세싱될 때, 예를 들면, 반도체 디바이스의 상이한 층들을 패터닝할 때, 위에 놓인 층들이 지정된 정확도 내에서 정렬될 수 있는 것이 필수적이다. 그러한 정렬은 광학 열(14)에 대해 타겟(12)을 정확히 포지셔닝함으로써 달성될 수 있다.
도 2는 리소그래피 시스템에서 사용하기 위한 종래 기술의 위치 측정 시스템의 개략적인 상면도를 도시하며, 여기서 광학 열(14)의 위치는 타겟(12)을 전달하는 타겟 캐리어(13)에 대해 측정된다. 타겟(12)은 롱-스트로크 방향(L)을 따라 스트립들로 분리된다. 타겟(12)의 패터닝, 타겟의 포인트(p1)가 리소그래피 시스템의 광학 열(14) 아래에 배치될 때 시작될 수 있다. 빔릿들의 스캐닝 편향으로 인해, 스트립의 임의의 부분은, 타겟(12)이 리소그래피 시스템의 롱-스트로크 액추에이터에 의해 광학 열(14) 아래에서 이동될 때, 빔릿들에 의해 도달될 수 있다. 타겟(12)의 포인트(P2)가 광학 열(14) 아래에 있을 때, 쇼트-스트로크 액추에이터는 롱-스트로크 방향(L)에 수직인 방향으로 타겟을 이동시키는데 사용될 수 있어서, 타겟의 포인트(P3)가 광학 열(14) 바로 아래에 배치되고, 다음의 스트립이 프로세싱될 수 있다. 타겟 캐리어(13)에는 직선의 에지들(15, 16) 또는 미러들이 제공되고, 여기서 에지(15)는 롱-스트로크 방향(L)에 수직하고, 에지(16)는 쇼트-스트로크 방향(S)에 수직한다. 에지들(15, 16)은, 타겟 캐리어(13)의 간섭계와 에지(15 및 16) 사이의 거리 변화의 트랙을 각각 유지하기 위해 상기 간섭계들(20, 22)로부터 하나 이상의 빔들(21a, 21b, 23a, 23b)을 각각 반사하도록 적응된다. 이러한 거리들에서 임의의 변화들에 기초하여, 광학 열(15)에 대해 타겟(12)의 위치가 계산되는데, 즉, 위치는 롱- 또는 쇼트-스트로크 방향들을 따라 거리 변화의 함수로서 간접적으로 획득된다. 상기 거리에서 임의의 변화들은, 거리 변화들이 시스템의 롱-스트로크 또는 쇼트-스트로크 액추에이터에 의해 발생되지 않더라도, 계산된 위치에서의 변화로 유도될 것이다. 예를 들면, 에지의 기울기를 변경하거나 및/또는 에지(15) 상에 입사되는 간섭계 빔(21a)의 포커스를 변경하여 에지(15)가 변형될 때, 광학 열(14)에 대한 타겟(12)의 계산된 위치가 변할 것이다. 또한, 간섭계(20)의 배향 또는 위치에서의 임의의 변화들은 물론 계산된 위치에 영향을 줄 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 기판(513) 상의 빔 스폿(550)의 정렬 및 위치를 검출하기 위해 본 발명에 따른 위치 디바이스(500)를 개략적으로 도시한다. 기판(513)은 부분 반사 표면을 포함하고, 상기 표면은 실질적으로 일정한 반사 계수를 가지며 길이 방향(L)을 따라 기판의 스펙큘라 반사 계수를 변동시키는 빔 흡수 구조들(571)이 제공된다. 미리 결정된 파장의 광 빔(511)은 빔 스플리터(536)를 통과하고, 기판(513) 상의 스팟 상에 렌즈(512)를 포커싱함으로써 포커싱되고 거기서 부분적으로 반사된다. 반사된 빔의 세기는 빔 세기 검출기(519)에 의해 검출된다. 그래프(560)는 기판이 길이 또는 롱-스트로크(long-stroke) 방향(L)을 따라 이동될 때 기판 상에서 검출된 빔 세기 대 스팟의 위치의 플롯을 도시한다. 위치 디바이스는 기판 상의 빔 스팟의 정렬에 대해 적응된다. 이는, 동일한 타겟의 별개의 프로세싱 세션들 동안 몇 개의 패턴들의 층들이 오버레이될 때 특히 유용하다. 타겟이 정렬되면, 위치는, 간섭계들과 같이 당 분야에 알려진 다른 위치 측정 수단을 이용하여 트래킹될 수 있다.
대안적으로, 위치 디바이스는 검출된 세기 신호에서 직면하게 되는 피크들의 수에 기초하여, 타겟의 프로세싱 동안, 예를 들어, 리소그래피 시스템에서 타겟의 준비 및/또는 노출 동안 기판 상의 빔의 위치를 트래킹하는데 이용될 수 있다. 직면하게 되는 피크들의 수 및 실제 검출된 세기 값에 기초하여 훨씬 더 정확한 위치가 결정될 수 있다.
도 4는 더 상세한 본 발명에 따른 위치 디바이스(500)를 개략적으로 도시한다. 위치 디바이스는 본 발명에 따라 기판(513) 상의 빔 스폿(550)의 위치를 검출하도록 적응된다. 빔 소스(531)는 600-650nm의 범위, 또는 약 635nm의 파장을 광 빔(511)에 제공하기 위한 레이저(534)를 포함한다. 빔 소스(531)는 추가로 레이저(534)로부터의 광 빔(511)을 광학 시스템(533) 쪽으로 가이드하기 위한 광섬유(532)를 포함한다. 광섬유(532)를 떠나는 빔은 바람직하게는, 거의 완벽한 가우시안 프로필을 가지며, 쉽게 시준될 수 있다. 빔 소스는 광 섬유(532)로부터의 빔(511)을 시준하도록 배열된 시준기 렌즈(535)를 포함한다. 그러나 섬유가 이용되지 않고, 레이저 또는 다른 빔 생성 디바이스가 시준된 빔을 제공할 때 이러한 시준 렌즈(535)는 요구되지 않을 수 있다.
광학 시스템(533)은 추가로 기판(513)의 표면 쪽으로 빔(511)을 지향하기 위한 빔 스플리터(536)를 포함한다. 광학 시스템의 포커싱 렌즈(512)는 표면(513) 상에 빔(511)을 포커싱한다. 반사된 빔(518)은 기판(513)에서의 빔(511)의 스펙큘라 반사에 의해 생성된다. 포커스 렌즈(512)는 또한 반사된 빔(518)을 시준하도록 이용될 수 있다. 반사된 빔(518)은 빔 스플리터(536)에 의해 빔 세기 검출기(519) 쪽으로 지향된다.
빔의 강도 검출기(519)는 포토다이오드를 포함한다. 대안으로 이것은 광전지 모드에서 작동하는 바이어스되지 않은 실리콘 PIN 다이오드를 포함할 수 있다. 이 모드는 포토다이오드의 바이어싱된 모드 동작에 대해서 발생된 열의 양을 낮출 수 있다. 빔 세기 검출기는 또한 필터링될 수 있는 전압으로 포토다이오드로부터의 전류를 변환하는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 필터링된 전압은 광학 시스템(533)과 관련되는 표면(513)의 위치 또는 변위를 결정하기 위해 프로세서에 의해 이용 될 수 있는 디지털 신호로 변환될 수 있다.
빔 강도 검출기(519)의 활성 영역은, 빔 스플리터를 떠난 에너지의 실질적으로 전부가 검출되도록, 빔 스플리터를 떠나 반사된 광 빔의 직경보다 더 크다. 그러나, 빔 스플리터(536)와 광 강도 검출기(519) 사이에 위치한 다른 포커스 렌즈(미도시)는, 빔 강도 검출기(519) 상에 반사 광 빔을 포커싱하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 빔 강도 검출기의 유효 면적은 빔 스플리터(536)를 떠난 반사된 광 빔의 직경보다 더 작다.
비-편광 빔 스플리터(536)에서 이것은 광 빔(511)의 50%가 기판 (513)을 향해 지향되는 한편 다른 50%는 손실될 수 있는 경우일 수 있다. 그리고 반사된 광 빔의 50%만이 빔 강도 검출기(519)로 지향될 수 있는 한편 다른 50%는 손실될 수 있다. 이는, 광빔(511)의 75 %가 손실된다는 것, 즉, 위치 및/또는 정렬 검출을 위해 사용되지 않는다는 것을 의미한다.
따라서, 편광 빔 스플리터(536')는 본 발명에 따른 마크 위치 검출기 디바이스의 일 실시형태에서 사용될 수 있다. 이 경우, 광원(531)은 편광된 광 빔(511')을 제공할 수 있다. 광원이 비편광 빔을 편광 빔(511)으로 변환하기 위해 배열된 편광기(538)를 포함할 수 있다. 광 빔(511)은, 도면에서 점으로 나타내어지는 S-편광 광 빔일 수 있다.
편광 빔 스플리터(536')는 기판의 표면을 향해 S-편광 광 빔을 안내하기 위해 배열될 수 있다. 광학계는 광 빔 스플리터(536')와 포커스 렌즈(512) 사이에 위치될 수 있는 1/4 파 플레이트(539)를 더 포함할 수 있다. 광빔(511')이 1/4 파 플레이트(539)를 통해 이동할 경우, 이 편파는 S-편파로부터 우측 원 편광으로 변경되는데, 이는 도면에서 곡선 화살표로 표시된다. 빔(511')이 표면 (513)에 의해 반사 될 때, 편광은 다시 변경할 수 있다:도면에서 다른 곡선 화살표로 나타낸 바와 같이 반사된 광 빔은 좌측 원 편광을 가질 수 있다. 반사된 광 빔(518)이 1/4 파 플레이트(539)를 통해 이동할 경우, 그 편광이 도면에서 직선 화살표로 나타내어지는 P-편광으로 좌측 원 편광으로부터 변경된다. 편광 빔 스플리터(536')는 광 세기 검출기(519)를 향해 P-편광 반사된 광 빔을 안내하도록 배열된다.
편광된 광 빔(511')과 반사된 광 빔(518) 및 편광 빔 스플리터(536')의 사용은 빔 스플리터(536')에서의 미광, 이면 반사 및 에너지 손실의 감소를 발생시킨다.
도 5는 본 발명의 리소그래피 시스템의 일부를 도시한다. 이러한 부분은 이동가능한 타겟 캐리어(또는 척)을 포함한다. 상술된 바와 같이, 척의 위치는, 간섭계들(미도시)로부터의 하나 또는 그 초과의 빔들(21a, 21b, 23a, 23b)을 사용하여 결정된다. 그러한 위치는, 리소그래피 시스템의 PO(projection optics)에 대해 결정된다. 그러나, 척(13)의 위치가 알려진다는 사실에도 불구하고, PO(projection optics)에 대한 타겟(12)(기판 또는 웨이퍼)의 정확한 위치는 여전히 알려지지 않는다. 척(13) 상의 기판(12)의 위치 및 배향(이하, 대략적 위치로 지칭됨)이 제한된 정확도, 예를 들어, ±20㎛로 알려지도록 특수한 클램핑 방식(measure)들이 취해질 수 있다. 기판(12)은, 웨이퍼의 좌표 프레임에 대해 알려진 위치를 갖는 광학적 위치 마크들, 즉 SMRK, DMRK를 제공받는다. 정확한 위치들, 즉 PO(projection optics)에 대한 광학 위치 마크들의 웨이퍼 좌표들 Xw, Yw은 광학 위치 마크들 SMRK, DMRK의 대략적 위치의 정보를 사용하여 결정된다. 이들 위치들은, 청구항들에서 설명된 바와 같은 본 발명의 방법을 이용하여 2개의 광학 할당 센서들, 즉 SS, DS를 사용하여 결정된다(그러나, 그것은 대안적으로, 단일 광학 정렬 센서를 사용하여 또한 행해질 수도 있음). 광학 정렬 센서들 SS, DS 각각은, PO(projection optics)에 대한 고정된 및 알려진 상대적인 위치를 갖는다. 이러한 실시예에서, 각각의 광학 정렬 센서 SMRK, DMRK는 하나의 방향에서만 측정하는 것에 전용된다(그러므로, 하나의 축에 대해서만 위치를 결정함). 이것은, PO(projection optics)에 대해 X-축의 방향에서 대체된 제 1 광학 정렬 센서 SS가 x-축에 따르는 방향 Xw에서 제 2 위치 마크 DMRK를 측정하는 그러한 방식으로 행해진다. PO(projection optics)에 대해 Y-축의 방향에서 대체된 제 2 광학 정렬 센서 DS는 y-축에 따르는 방향 Yw에서 제 1 위치 마크 SMRK를 측정한다. 이것의 결과는, z-축 주변의 척(13)의 회전 에러 Rz가 몇몇 정도로, 즉 상기 광학 위치 마크들 SMRK, DMRK의 폭만큼 허용된다는 것이다. 기판(또는 웨이퍼)(12)은 통상적으로, 복수의 다이들(미도시)을 각각 포함하는 다수의 레인(lane)들 LN을 포함한다. 모든 다이들은, 스크라이브(scribe) 라인들, 즉 스크라이브 라인들을 절단함으로써 다이들을 분리시키기 위해 예비되는 영역들에 의해 서로 분리된다. 바람직하게, 광학 정렬 마크들은 그러한 스크라이브 라인들 내에 배치되므로, 어떠한 불필요한 영역도 손실되지 않는다.
다음 차례의 도면들은 본 발명에 따른 기판의 위치를 결정하는 방법을 추가로 예시한다. 도 6은 본 발명의 광학 위치 마크를 포함하는 기판에 속하는 모델링된 강도 프로파일을 도시한다. 도 7은 본 발명의 리소그래피 시스템을 이용하여 측정된 강도 프로파일을 도시한다. 도 8은 도 6의 차트와 도 7의 차트 사이의 계산된 상호-상관 함수를 도시한다. 이미 논의된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판(513)은, 미리결정된 파장의 광, 바람직하게는 적색 또는 적외선 광, 더욱 구체적으로는 635 ㎚ 광의 광을 방출하기 위해 광학 레코딩 헤드(500)에 의해 판독되기 위한 광학 위치 마크(SMRK, DMRK)를 포함한다. 광학 위치 마크(SMRK, DMRK)는, 일 마크 폭, 일 마크 길이 및 기판(513) 상의 미리결정된 알려진 위치를 갖는다. 광학 위치 마크(SMRK, DMRK)는 종방향(X,Y)을 따라서 연장되고, 그리고 상기 종방향을 따라서 위치 마크의 반사 계수를 가변시키기 위해 배열된다. 종방향 위치 X에 비해 광 강도(I)가 그려질 때, 도 6에 도시된 바와 같은 강도 프로파일이 획득된다. 도 6의 프로파일이 시뮬레이팅되었고, 본 설명에서 도 9, 도 15-도 17, 및 도 20을 참조하여 이후에 논의되는 바와 같이 광학 위치 마크에 기초한다. 이러한 프로파일이 시뮬레이팅되는 것이 필수적이지는 않다. 대안적으로, 이러한 프로파일은, 이러한 광학 위치 마크를 포함하는 테스트 기판 상에서 측정될 수 있다. 본 발명에 중요한 것은, 적어도, 방법이 수행되기 이전에 예상되는 강도 프로파일이 획득되는 것이다. 후속하여, 개략적(정확하지 않은) 위치를 이용하여, 광학 위치 마크 위를 스캔하고 강도 프로파일을 측정하는데 광학 정렬 센서가 사용된다. 스캔 경로는 마크 길이보다 의도적으로 더 길게 선택되고, 그래서 적어도 스캔 경로가 광학 위치 마크를 완전히 커버함이 확실하다는 점에서, 개략적 위치의 임의의 부정확성이 고려된다. 도 7은 측정된 강도 프로파일을 도시한다. 도 6 및 도 7의 프로파일들과 비교할 때, 한 쌍의 차이들이 관찰된다. 첫째, 주기적으로 가변하는 반사율을 갖는 영역들 사이의 중심이 시프트된다. 이 시프트는 정확하게, 프로젝션 옵틱스에 대한 광학 위치 마크의 정확한 위치에 대한 척도(measure)를 제공하는 것이다. 둘째, 측정된 강도 프로파일은, 측정된 강도 프로파일의 다소 변형된 버전이다. 셋째, 프로파일들 둘 다의 스케일들은 상당히 상이하다. 이러한 변형 및 스케일 차이는, 종래 기술 솔루션에서는, 측정치로부터 위치를 결정할 때 차이들을 유발할 것이다. 그러나, 본 발명은 편리하게, 측정된 강도 프로파일과 예상되는(시뮬레이팅된 또는 측정된) 강도 프로파일 사이의 시프트를 결정하기 위해, 상호-상관 방법과 결합된 매우 단순한 위치 마크를 사용함으로써, 이러한 문제점들을 피해 간다. 도 8은 도 6 및 도 7을 상호-상관시키는 것으로부터 획득된 가능한 상호-상관 곡선을 도시한다. 이와 같은 상호-상관 계산은 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 것으로 간주된다. 본 주제에 대해 다양한 텍스트 북들이 이용 가능하다. 도 8은 상기 강도 프로파일들 중 하나의 시프트의 함수로서 상호-상관 계수(CRC:cross-correlation coefficient)를 도시한다. 도면은, 도 7이 약 0.15 ㎛의 거리에 걸쳐 시프트된다면 (상단 영역(TPR) 내에서) 상호-상관 계수가 최고임, 즉 그 경우에 양쪽 강도 프로파일들이 가장 많이 서로 닮음을 명확하게 도시한다. 0.15 ㎛의 본 피겨(figure)는, 프로젝션 옵틱스에 대한 기판의 정확한 위치를 획득하기 위해 앞서 언급된 개략적 위치에 부가될 정정 팩터이다.
곡선에서 명백하게 보이는(visible) 피크 외에도, 이 곡선 상에 수퍼-포지셔닝된(super-positioned) 일부 주기적 가변 컴포넌트가 존재한다는 것이 관측될 수 있다. 이러한 가변 컴포넌트는 그것이 측정된 곡선의 실제 시프트에 대해 약간 시프트된 그 피크에서 상호-상관 측정을 왜곡할 수 있는 것처럼 에러를 야기할 수 있다. 결정된 위치의 훨씬 더 높은 정확도를 초래하는 중요한 개선은, 이 가변 컴포넌트가 적어도 실질적으로 제거되도록, 곡선의 상부 영역 TPR을 먼저 인터폴레이트(interpolate)하고 그 주변을 필터링하는 것이다. 후속적으로, 시프트는 상호-상관 곡선으로부터 결정될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 광학 위치 마크를 포함하는 기판을 개략적으로 도시한다. 이 실시예는 제 1 메인 영역(110), 제 1 메인 영역(110)을 이웃하는 제 2 메인 영역(120) 및 제 2 메인 영역(120)을 이웃하는 제 3 메인 영역(130)을 포함한다. 영역들은 광학 위치 마크가 종방향 X로 연장되도록 포지셔닝된다. 광학 위치 마크(140)의 양 단부들에서, 단부 영역들(140)이 제공된다. 제 2 메인 영역(120) 및 단부 영역들(140)은 빈(empty) 영역들, 즉, 구조들이 없으며, 이에 의해 높은 반사 계수를 제공한다. 제 1 메인 영역(110) 및 제 3 메인 영역(130)은 흡수 구조들을 포함하며, 이에 의해 빈 영역들(120, 140)의 반사 계수보다 더 낮은 반사 계수를 제공한다. 광학 위치 마크가 중간에서 빈 영역을 가지는 것이 필수적인 것은 아니다. 이러한 영역은 단지, 그것이 실험들 동안 빨리 발견될 수 있도록, 위치 마크의 광학 가시성을 강화한다. 또한, 단부 영역들(140)이 비어 있다는 것이 필수적인 것은 아니다. 그러나, 이러한 빈 영역들은 상호-상관 계수 곡선의 형상에 긍정적 영향을 미치는데, 즉, 광학 위치 마크가 그 환경으로부터 더 쉽게 구별될 수 있기 때문에 피크가 더 높아질 것이다. 이 예에서, 제 1 및 제 3 영역들(110, 130)은 100 ㎛의 길이를 가지고, 제 2 메인 영역(120)은 50 ㎛의 길이를 가진다. 이 예에서, 단부 영역들(140)은 서로 다른 길이, 즉, 100 ㎛ 및 50 ㎛를 가진다. 그러나, 이 영역들이 서로 다른 길이를 가지는 것이 필수적인 것은 아니다. 광 위치 마크의 높이 MH는 바람직하게는, 종래의 스크라이브 라인(scribe line)에 맞는 최대 치수인 40 ㎛ 미만이다. 전형적으로, 마크 높이 MH는 이 설명에서 논의된 실시예들에서 40 ㎛ 약간 미만이다. 최대 치수에 가까운 값을 선택하기 위한 이유는 그 방향으로 위치 정확도에 대한 최대 허용오차, 즉, +- 20 ㎛를 얻는 것이다. 총 마크 길이 ML은 450 ㎛이다.
제 1 메인 영역(110) 및 제 2 메인 영역(130) 내에, 복수의 영역 쌍들(105)이 존재한다. 각각의 영역 쌍(105)은, 제 1 반사 계수(전형적으로 낮은 계수)를 갖는 제 1 영역(또는 서브-영역)(101), 및 제 1 반사 계수와 상이한 제 2 반사 계수(전형적으로 높은 계수)를 갖는 제 2 영역(102)을 포함한다. 제 1 영역(101)은 제 2 영역(102)의 폭과 동등한 폭(W)을 갖는다. 따라서, 각각의 영역 쌍(105)의 피치는 상기 폭(W)의 2배이다. 선택된 피치(P)에 따라, 미리 정의된 수의 영역 쌍들이 메인 영역(110, 130) 내에 피팅(fit)된다. 도 9에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광학 위치 마크는, 본 설명에서 이전에 논의된 바와 같이 유리한 매우 규칙적인 구조를 갖는다.
도 9는 추가로, 본 발명에 따른, 세그먼테이션(segmentation)의 제 3 레벨을 도시하고, 즉, 낮은 계수를 갖는 (검은) 영역들(101)이 서브-파장 구조들(sub-wavelength structures; SWS)을 포함하는 것을 도시하며, 여기에서, 서브-파장은, 상기 광학 위치 마크들을 스캐닝하기 위해 광학 판독 디바이스에서 사용되는 광의 파장에 대하여 정의된다. 현재의 예에서, 서브-파장 구조들은 200 nm의 서브-파장 피치(PSW)를 갖는다(폭은 100 nm이고, 간격은 100 nm이다). DVD 판독-헤드가 사용되는 경우에, 광의 파장은 전형적으로 635 nm(적색 광)이다. 규칙성(regularity)을 높게 유지하기 위해, 도면에서 예시된 바와 같이, 세그먼테이션은 수직일 수 있거나, 수평일 수 있거나, 또는 도트(dot)들(수직 및 수평 세그먼테이션 모두)일 수 있다. 도 20은, 3개의 상이한 시나리오들, 즉, 서브-파장 구조들을 갖지 않는 시나리오(100-1), 종방향(longitudinal direction)으로의 세그먼테이션을 갖는 시나리오(100-2), 및 횡방향(transversal direction)으로의 세그먼테이션을 갖는 시나리오(100-3)에 대한, 도 9의 광학 위치 마크의 더 상세한 도면을 도시한다.
도 10은, 상이한 마스크 스택들에 대한 그러한 마크의 측정된 세기 프로파일들과 조합된, 본 발명에 따른 광학 위치 마크(MRK1)의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서의 피치(P)는 1 μm이다. 제 1 영역들(101) 내에 추가적인 세그먼테이션이 존재하지 않는다. 따라서, 제 1 영역들(101)의 폭은, 광학 위치 마크에 대한 세기 프로파일을 판독하기 위해 가시 적색 광이 사용되는 경우의 서브-파장 치수인 500 nm이다. E-빔 장치와 같은 리소그래피 장치의 동작 사용(operational use) 동안에, 기판의 상단 상에 제공된 마스킹 층들이 존재한다. 그러한 마스킹 층은, 적어도 E-빔 레지스트를 포함하지만, 그러한 마스킹 층은 더 많은 층들을 포함할 수 있다. 더욱이, 각각 상이한 마스크 층 스택들을 갖는 5개의 상이한 웨이퍼들(WFR1,WFR2,WFR3,WFR4,WFR5)이, 본 발명의 위치 결정 방법에 대한 이들 층들의 영향을 결정하기 위해 테스트되었다. 제 1 웨이퍼(WFR1)에서, 기판은 어떠한 마스킹 층들도 갖지 않는다. 제 2 내지 제 5 웨이퍼에서, 기판은, 제 2 웨이퍼(WFR2)로부터 제 5 웨이퍼(WFR5)까지 증가하는 두께를 갖는 하드-마스크 층(예컨대, 스핀-온-카본(spin-on-carbon))과 조합된 E-빔 레지스트 층을 포함하는 마스킹 층 스택을 포함한다. 레지스트 층과 하드-마스크 층 사이에, 반사-방지(anti-reflection) 코팅 층 및/또는 접착(adhesion) 층과 같은 추가적인 층이 존재할 수 있다. 제 2 웨이퍼(WFR2) 및 제 3 웨이퍼(WFR3)가, 세기 값들에서 가장 큰 동적 범위를 갖는 것이 도 10으로부터 관찰된다. 도 10으로부터, 광학 위치 마크의 종단 영역들 및 메인 영역들이 명확히 관찰될 수 있으며, 즉, 광 세기는 제 1 메인 영역(110) 및 제 3 메인 영역(130)에 대해 가장 낮고, 이는, 이들 영역들이, 입사 광을 적어도 부분적으로 흡수하거나 또는 스캐터링(scatter)하는 구조들을 포함하기 때문이다.
도 11은 도 10의 프로파일들의 줌 도면(zoom view)을 도시하고, 줌 도면은 도 10의 점선 직사각형에 의해 경계가 이루어진다. 실험들에서 스폿 크기는 약 1.5㎛이었고, 이는 피치(P)보다 더 크다는 것을 주목해야 한다. 줌 도면은 단부 영역(140)으로부터 제 1 메인 영역(110)으로의 전이에서의 광 강도 프로파일을 도시한다. 제 1 관측은, 광 강도가 높은 값(단부 영역에서 최대 반사)으로부터 낮은 값으로 저하(drop)되고, 그 위에 중첩된 변동을 갖는다. 이러한 변동은, 구조로부터 비어있는 것으로의 그리고 그 반대의 전이들로 인해 발생된다. 이러한 변동들의 기간은 1㎛인데, 그 이유는 (길이 방향으로 표면에 걸쳐 스캔될 때) 스폿이 교번하는 방식으로 1 구조와 2 구조 사이를 커버하기 때문이다. 게다가, (스핀-온-카본(spin-on-carbon)을 포함하는) 마스킹 층 스택이 증가됨에 따라, 광 강도가 저하되고, 메인 영역들과 단부 영역들과 중간 영역 사이의 차이가 더 작아진다.
도 12는 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK2)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크(MRK2)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서 피치(P)는 2㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 이러한 실시예에서, 다른 현상이 관측되는데, 즉, 각각의 전이에서 광 강도의 최소치가 존재한다. 그러므로, 이러한 변동의 기간은 1㎛(피치(P)의 절반)이다. 현저한 관측은, 마스킹 층 스택의 부재시, 단부 영역들(140)과 메인 영역들(110, 130) 사이의 광 강도의 차이가 상당히 낮은 것이다.
도 13은 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK3)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크(MRK3)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서 피치(P)는 3㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 각각의 전이에서 광 강도의 최소치가 존재한다. 그러므로, 이러한 변동의 기간은 1.5㎛(피치(P)의 절반)이다.
도 14는 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK4)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 도면과 결합된 본 발명에 따른 그러한 광학 위치 마크(MRK4)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 피치(P)는 4㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 제 1 영역들(101) 내에, 어떠한 추가의 세그멘테이션도 존재하지 않는다. 각각의 전이에서 광 강도의 최소치가 존재한다. 그러므로, 이러한 변동의 기간은 2㎛(피치(P)의 절반)이다.
도 15는, 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK5)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 뷰와 결합된, 본 발명에 따른 서브-파장 피쳐들을 포함하는 광학 위치 마크(MRK5)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서의 피치(P)는 2㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 종방향(longitudinal) 세그멘테이션이 존재한다. 이 실시예에서, 두드러진 관찰(striking observation)이 행해질 수 있다. 이제, 광 강도의 최소치들은, 전이부들 대신에 (세그먼트화된) 피쳐들의 중간에서 관찰된다. 더욱이, 이러한 변동의 기간은, 피치(P)와 동일하다. 추가적인 두드러진 관찰은, 모든 테스팅된 마스킹 층 스택들에 대해서 전술한 사항이 유효하다는 것이다. 다르게 설명하자면, 서브-파장 피쳐들은 추가적인 이점을 제공하는데, 즉, (광학 위치 마크들을 이용하여) 본 발명의 위치를 결정하는 방법은 기판의 최상부에서 이용되는 마스킹 층 스택에 훨씬 덜 민감하다. 서브-파장 피쳐들의 피치는 200nm이다.
도 16은, 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK6)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 뷰와 결합된, 본 발명에 따른 서브-파장 피쳐들을 포함하는 광학 위치 마크(MRK6)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서의 피치(P)는 2㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 횡방향(transversal) 세그멘테이션이 존재한다. 이 위치 마크(MRK6)에 대한 결과들은 도 15의 제 5 위치 마크(MRK5)의 결과들에 필적할만하다. 유사하게, 이 실시예는 도 15의 이점들과 동일한 추가적인 이점, 즉, 기판의 최상부에 이용되는 마스킹 층 스택에 대한 더 낮은 민감도를 갖는다. 서브-파장 피쳐의 피치는 200nm이다.
도 17은, 상이한 마스크 스택들에 대한 광학 위치 마크(MRK7)의 측정된 강도 프로파일들의 줌 뷰와 결합된, 본 발명에 따른 서브-파장 피쳐들을 포함하는 광학 위치 마크(MRK7)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서의 피치(P)는 2㎛이다. 제 1 영역들(101) 내에, 종방향 및 횡방향 둘 다에서의 세그멘테이션이 존재한다. 이러한 위치 마크(MRK7)에 대한 결과들은, 도 15 및 도 16의 제 5 및 제 6 위치 마크(MRK5, MRK6)의 결과들보다 약간 나쁘다. 마찬가지로, 이 실시예는 도 15 및 도 16의 이점들과 동일한 추가적인 이점, 즉, 기판의 최상부에 이용되는 마스킹 층 스택에 대한 더 낮은 민감도를 갖는다. 이 강도 프로파일의 커브 형상은 도 15 및 도 16의 커브 형상과는 상이하다는 관찰이 존재한다. 이론에 얽매이지 않고, 이는, 도 17의 이중 세그멘테이션(이에 따라, 폴(pole)들로의 서브-파장 구조들로의 효율적인 변화)은, 양 편광 방향들에서의 광이 이 구조들에 의해 흡수되는 반면, 도 15 및 도 16에서의 흡수는 주로 편광 방향들 중 하나에 대한 것이라고 보장한다는 사실에 의해 설명될 수 있는 것으로 가정된다. 서브-파장 피쳐들의 피치는 200nm이다.
도 10 내지 도 17의 실험들로부터의 일반적인 결론들이 존재한다.
a) 모든 광학 위치 마크들은 관찰가능하다.
b) 강도 신호의 진폭들은 특정 마스킹 층 스택 두께들에 대해 감소하고, 이는 위치 마크 유형과는 독립적인 것으로 보인다.
c) 서브-파장 피쳐들을 제공하는 세그먼트화된 광학 위치 마크들은 더 높은 재현력을 제공한다.
도 18은, 리소그래피 시스템에서의 각각의 광학 정렬 센서에 대한 도 10, 12, 13, 14, 15, 16 및 17의 광학 위치 마크들의 재현성 결과들을 도시한다. 재현성은, 위치 또는 정렬 측정들에서의 중요한 성능 지표이다. 5개의 웨이퍼들 WFR1, WFR2, WFR3, WFR4, WFR5(각각은 앞서 설명된 상이한 마스킹 층 스택을 가짐) 각각에 대한 재현성이 측정된다. 재현성은 다음과 같이 측정된다. 각각의 웨이퍼에 대해, 광학 위치 마크들의 위치가 웨이퍼 상의 5개의 상이한 위치들에서 측정되고, 이러한 측정은 30회 반복되며, 이것은, 제 1 광학 정렬 센서 SS 뿐만 아니라 제 2 광학 정렬 센서 DS 둘 모두에 대해 반복된다. 도 18의 바(bar)들은 5개의 위치들(또는 필드들) 전부에 걸친 평균 재현성을 나타낸다. 에러 바들은, 상기 5개의 위치들의 가장 양호한 재현성과 가장 불량한 재현성 사이의 범위를 제공한다. 이러한 도 18로부터의 가장 중요한 결론은, 세그먼트화된 마크들이 계통적으로 더 양호한 재현성을 나타낸다는 것이다.
도 19는, 리소그래피 시스템에서의 각각의 광학 정렬 센서들에 대한 도 10, 12, 13, 14, 15, 16 및 17의 광학 위치 마크들의 정확도 결과들을 도시한다. 실험들에서, 각각의 광학 위치 마크는 3개가 연이어(in a row) 놓여 있다. 정확도 측정들에서, 외부 마크들에 관한 평균 오프셋 마크가 필드 평균에 대하여 웨이퍼 마다 계산된다. 도 19는 5개의 필드들의 평균(절대적) 오프셋을 도시한다. 결과들은, 마크 타입에 대하여 웨이퍼 마다 도시된다. 또한, 이들 실험들은, 제 1 광학 정렬 센서 SS 뿐만 아니라 제 2 광학 정렬 센서 DS 둘 모두에 대해 행해졌다. 도 19로부터의 중요한 결론은, 세그먼트화된 마크들이 계통적으로 더 양호한 정확도를 나타낸다는 것이다.
본 발명은 일반적으로, 리소그래피 시스템에서의 기판의 위치를 결정하는 방법, 그에 따른 그러한 기판, 및 그에 따른 그러한 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 다음과 같은 다양한 적용 영역들에 적용될 수도 있다.
- 기판을 정렬하기 위한 기판들 상의 광학 위치 마크들;
- 기판 캐리어들을 정렬하기 위한 기판 캐리어들 상의 광학 위치 마크들;
- 척들을 정렬하기 위한 척들 상의 광학 위치 마크들;
- 마스크들 상의 광학 위치 마크들;
- E-빔 머신들에서의 빔 측정 기판들과 같은 보조 기판들 상의 광학 위치 마크들.
위의 설명은, 바람직한 실시예들의 동작을 설명하기 위해 포함되며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않음이 이해될 것이다. 위의 설명으로부터, 본 발명의 사상 및 범위에 의해 또한 포함될 많은 변형들이 당업자에게 명백해질 것이다.
부가적으로, 위의 설명 및 첨부된 청구항들에서 어구 "복수의 횟수들"이 사용되는 경우, 이것은 2회 또는 그 초과를 포함하도록 의도됨이 이해될 것이다.

Claims (28)

  1. 미리 결정된 파장의 광을 방출하기 위한 광학 레코딩 헤드(500)에 의해 판독되기 위한 광학 위치 마크(100)를 포함하는 기판(12, 513)으로서,
    상기 광은 바람직하게는 적색 또는 적외선 광, 더 특정하게는 635 nm 광이고, 상기 광학 위치 마크(100)는 상기 기판(12, 513) 상에서 마크 높이(MH), 마크 길이(ML) 및 미리 결정된 공지된 위치를 갖고, 상기 광학 위치 마크(100)는 종방향(x)을 따라 연장되고, 상기 종방향(x)을 따라 상기 위치 마크(100)의 반사 계수를 변화시키도록 배열되고,
    상기 광학 위치 마크(100)는,
    제 1 반사 계수 및 제 1 폭(W)을 갖는 제 1 영역(101);
    상기 제 1 영역(101)과 인접하고 제 1 영역 쌍(105)을 형성하는 제 2 영역(102)을 포함하고,
    상기 제 2 영역은 제 2 반사 계수 및 제 2 폭(W)을 갖고, 상기 제 2 반사 계수는 상기 제 1 반사 계수와 상이하고, 상기 제 1 영역(101)은 상기 미리 결정된 파장의 광의 파장에 비해 서브-파장 구조들(SWS)을 포함하는, 기판(12, 513).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브-파장 구조들(SWS)은, 상기 종방향(x)에 수직인 추가적인 방향(y)으로 연장되는 복수의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트들을 포함하고, 각각의 규칙적인 세그먼트는 제 1 서브-영역 및 제 2 서브-영역에 의해 형성되는, 기판(12, 513).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브-파장 구조들(SWS)은 상기 종방향(x)으로 연장되는 복수의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트들을 포함하고, 각각의 규칙적인 스트라이프-형상의 세그먼트는 제 1 서브-영역 및 제 2 서브-영역에 의해 형성되는, 기판(12, 513).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 영역 쌍(105) 및 적어도 제 2 영역 쌍(105)을 더 포함하고, 상기 제 2 영역 쌍(105)은 상기 제 1 영역 쌍(105)과 실질적으로 동일한, 기판(12, 513).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 폭(W) 및 상기 제 2 폭(W)은 1 ㎛ 내지 2 ㎛의 범위 내에 있는, 기판(12, 513).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마크 길이(ML)는 적어도 100㎛인, 기판(12, 513).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브-파장 구조들(SWS)은, 상기 제 2 반사 계수보다 낮은 상기 제 1 반사 계수를 제공하는, 기판(12, 513).
  8. 제 4 항을 직접 또는 간접적으로 인용하는 한, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 영역 쌍(105) 및 상기 제 2 영역 쌍(105)은 제 1 메인 영역(110)을 형성하고,
    상기 제 1 메인 영역(110)에 인접하는 제 2 메인 영역(120)을 더 포함하고,
    상기 제 2 메인 영역(120)에는 실질적으로 구조들이 없는, 기판(12, 513).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 메인 영역(120)에 인접하는 제 3 메인 영역(130)을 더 포함하고,
    상기 제 2 메인 영역(120)은, 상기 종방향(x)에서 관측되는 경우 상기 제 1 메인 영역(110)과 상기 제 3 메인 영역 사이에 임베딩되는, 기판(12, 513).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 메인 영역(130)은, 상기 제 1 영역(101)이 서브-파장 구조들을 포함하는 것과 유사한 방식으로 확립되는, 기판(12, 513).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 메인 영역(110) 및 상기 제 3 메인 영역(130)은 실질적으로 동일한, 기판(12, 513).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 메인 영역(110)에 인접한 상기 광학 위치 마크(100)의 제 1 단부에 위치되는 제 1 단부 영역(140)을 더 포함하고, 상기 제 1 단부 영역(140)에는 실질적으로 구조들이 없는, 기판(12, 513).
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 메인 영역(130)에 인접한 상기 광학 위치 마크(100)의 제 2 단부에 위치되는 제 2 단부 영역(140)을 더 포함하고, 상기 제 2 단부 영역(140)에는 실질적으로 구조들이 없는, 기판(12, 513).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마크 높이는, 상기 적색 또는 적외선 광의 파장의 다수배(a plurality of times)인, 기판(12, 513).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 기판을 프로세싱하기 위한 리소그래피 시스템으로서,
    상기 시스템은, 상기 시스템에 장착된 광학 정렬 센서(SS, 500)를 포함하여, 상기 시스템이 기판 노출 수단(1, PO)으로부터 실질적으로 일정한 거리를 갖게 하고, 상기 광학 정렬 센서(SS, 500)는, 상기 기판(12, 513)에 광 빔(511)을 방출하고 0차(zero-th order) 반사된 광 빔(518)의 강도 프로파일을 측정하도록 구성되고,
    상기 리소그래피 시스템은, 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 시스템에 장착되는 추가적인 광학 정렬 센서(DS, 500)를 더 포함하여, 상기 시스템이 상기 기판 노출 수단(1, PO)으로부터 더 실질적으로 일정한 거리를 갖게 하고, 상기 광학 정렬 센서(DS, 500)는 상기 기판(12, 513)에 추가적인 광 빔(511)을 방출하고, 0차 반사된 광 빔(518)의 강도 프로파일을 측정하도록 구성되고, 상기 리소그래피 시스템은, 상기 광학 정렬 센서(SS, 500)의 제 1 방향(y)에서의 스캐닝을 허용하도록 구성되고, 상기 리소그래피 시스템은, 상기 추가적인 광학 정렬 센서(DS, 500)의, 상기 제 1 방향(y)에 직교하는 제 2 방향(x)에서의 스캐닝을 허용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 방향(y)은, 상기 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 상기 기판(12, 513)의 제 1 이동 방향(L)과 일치하고, 상기 제 2 방향(x)은 상기 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 상기 기판(12, 513)의 제 2 이동 방향(S)과 일치하는, 리소그래피 시스템.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 노출 시스템(1)에 대해 상기 기판 캐리어(13)를 이동 및 위치시키기 위한 드라이버 스테이지를 더 포함하는, 리소그래피 시스템.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 노출 수단(1, PO)은 상기 기판(12, 513) 상에 하나 이상의 노출 빔들을 투사하도록 적응되는 광학 열(column)(PO)을 포함하고, 상기 정렬 센서들(SS, DS)은 상기 광학 열(PO)에 장착되는, 리소그래피 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광학 열(PO)은, 상기 기판(12, 513) 상에, 전자 빔들과 같은 다수의 하전된 입자 노출 빔들을 투사하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
  21. 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법으로서,
    상기 시스템(1)은, 상기 기판(12, 513)에 광 빔(511)을 방출하고, 0차 반사된 광 빔(518)의 강도 프로파일을 측정하기 위한 광학 정렬 센서(SS, DS)를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 기판(12, 513) 상에서 마크 폭(MW), 마크 길이(ML) 및 미리 결정된 공지된 위치를 갖는 광학 위치 마크(100)를 포함하는 기판(12, 513)을 제공하는 단계 ―상기 광학 위치 마크(100)는 종방향(x)을 따라 연장되고, 상기 종방향(x)을 따라 상기 위치 마크(100)의 반사 계수를 변화시키도록 배열됨―;
    상기 광학 정렬 센서(SS, DS)에 대한 상기 광학 위치 마크(100)의 추정된 위치에 따라, 상기 광학 위치 마크(100)가 상기 광학 정렬 센서(SS, DS)의 실질적으로 근처에 있도록 상기 기판(12, 513)을 이동시키는 단계;
    스캔 길이를 갖는 측정된 강도 프로파일을 획득하기 위해, 상기 광학 정렬 센서(100)를 이용하여 상기 종방향에서 스캔 경로를 따라 상기 광학 위치 마크(100)를 스캐닝하는 단계 ―상기 스캔 길이는 상기 마크 길이(ML)보다 김―;
    상기 광학 위치 마크(100)의 실제 위치와 상기 추정된 위치 사이의 차이(x)를 결정하기 위해, 상기 측정된 강도 프로파일을 상기 광학 위치 마크(100)와 연관된 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계; 및
    상기 스캔 경로 및 상기 차이로부터 상기 위치 마크의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함하는,
    리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 측정된 강도 프로파일을 상기 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계는,
    상기 프로파일들 사이의 상호-상관 함수(CRC)를 계산하는 단계; 및
    상기 상호-상관 함수(CRC)에서 최대값의 위치(TPR)를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 위치는 상기 차이에 대해 나타내는, 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 기판(12, 513)을 제공하는 단계에서, 상기 기판(12, 513)은, 상기 기판(12, 513) 상에서 추가적인 마크 높이(MH), 추가적인 마크 길이(ML) 및 추가적인 미리 결정된 공지된 위치를 갖는 추가적인 광학 위치 마크(100)를 포함하고, 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)는 추가적인 종방향(y)을 따라 연장되고, 상기 추가적인 종방향(y)을 따라 상기 추가적인 위치 마크(100)의 추가적인 반사 계수를 변화시키도록 배열되고, 상기 추가적인 종방향(y)은 상기 종방향(x) 에 직교하고, 상기 광학 위치 마크(100) 및 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)는 위치 마크 커플을 형성하고, 상기 방법은, 상기 광학 위치 마크를 스캐닝하는 단계 이후,
    상기 광학 정렬 센서(SS, DS)에 대한 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)의 추가적인 추정된 위치에 따라, 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)가 상기 광학 정렬 센서(SS, DS)의 실질적으로 근처에 있도록 상기 기판(12, 513)을 이동시키는 단계;
    추가적인 스캔 길이를 갖는 추가적인 측정된 강도 프로파일을 획득하기 위해, 상기 광학 정렬 센서(SS, DS)를 이용하여 상기 추가적인 종방향에서 추가적인 스캔 경로를 따라 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)를 스캐닝하는 단계 ―상기 추가적인 스캔 길이는 상기 추가적인 마크 길이(ML)보다 김―;
    상기 추가적인 광학 위치 마크(100)의 추가적인 실제 위치와 상기 추가적인 추정된 위치 사이의 추가적인 차이를 결정하기 위해, 상기 추가적인 측정된 강도 프로파일을 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)와 연관된 추가적인 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계; 및
    상기 추가적인 스캔 경로 및 상기 추가적인 차이로부터 상기 추가적인 위치 마크의 추가적인 실제 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 추가적인 측정된 강도 프로파일을 상기 추가적인 예상되는 강도 프로파일과 비교하는 단계는,
    상기 프로파일들 사이의 추가적인 상호-상관 함수를 계산하는 단계; 및
    상기 추가적인 상호-상관 함수에서 최대값의 추가적인 위치를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 추가적인 위치는 상기 추가적인 차이에 대해 나타내는, 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 리소그래피 시스템은, 상기 기판(12, 513)에 추가적인 광 빔을 방출하고, 0차 반사된 광 빔의 강도 프로파일을 측정하기 위한 추가적인 광학 정렬 센서(DS)를 포함하고, 상기 리소그래피 시스템은, 상기 광학 정렬 센서의 오직 제 1 방향(y)에서의 스캐닝만을 허용하도록 구성되고, 상기 리소그래피 시스템은, 상기 추가적인 광학 정렬 센서(DS)의, 오직 상기 제 1 방향(y)에 직교하는 제 2 방향(x)에서의 스캐닝만을 허용하도록 구성되고,
    상기 기판(12, 513)을 제공하는 단계에서, 상기 광학 위치 마크(100)의 종방향(x)은 상기 제 1 방향(y)과 일치하고, 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)의 추가적인 종방향(x)은 상기 제 2 방향(x)과 일치하고,
    각각의 스캐닝하는 단계들에서, 상기 광학 정렬 센서(DS)는 상기 광학 위치 마크(100)를 스캐닝하기 위해 이용되고, 상기 추가적인 광학 정렬 센서(DS)는 상기 추가적인 광학 위치 마크(100)를 스캐닝하기 위해 이용되는, 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 방향(y)은 상기 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 상기 기판(12, 513)의 제 1 이동 방향(L)과 일치하고, 상기 제 2 방향(x)은 상기 리소그래피 시스템의 운용적 이용에서 상기 기판(12, 513)의 제 2 이동 방향(S)과 일치하는, 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(12, 513)을 제공하는 단계에서, 상기 기판(12, 513)은, 상기 기판(12, 513) 상의 상이한 위치에 위치되는 제 2 광학 위치 마크 커플을 포함하고, 상기 제 2 광학 위치 마크 커플은 제 1 광학 위치 마크 커플과 유사하고, 상기 방법은, 상기 제 2 광학 위치 마크 커플에 대해 반복되는, 리소그래피 시스템(1)에서 기판(12, 513)의 위치를 결정하는 방법.
  28. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(12, 513)을 수용하기 위한 기판 캐리어(13)를 더 포함하고, 상기 기판 캐리어(13)는, 상기 기판(12, 513)의 상이한 부분들의 노출을 허용하기 위해 상기 기판 노출 수단(1, PO)에 대해 이동가능한, 리소그래피 시스템.
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