KR100552455B1 - 리소그래피시스템용 정렬시스템 및 정렬방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 리소그래피 장치용 정렬시스템은 정렬방사선의 방사원, 제1검출기채널과 제2검출기채널을 구비한 검출시스템, 및 상기 검출시스템에 연통되어 있는 위치판정유닛을 포함하여 이루어진다. 상기 위치판정유닛은, 결합된 정보에 기초하여 제2대상물 상의 기준위치에 대한 제1대상물 상의 정렬마크의 위치를 판정하는 것과 결합하여 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리한다.
Description
도 1은 다양한 측정시스템을 구비한 스텝앤드스캔 투영장치의 실시예,
도 2는 기판정렬마크의 실시예,
도 3은 마스크마크와 기판마크를 서로에 대하여 정렬시키는 2중정렬유닛의 실시예,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오프액시스 정렬시스템을 가진 리소그래피장치의 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 오프액시스 정렬유닛의 실시예,
도 6은 본 발명의 실시예에서 사용되는 기준격자를 구비한 플레이트,
도 7은 본 발명의 실시예중 웨지요소에 의한 편향을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 정렬유닛내 제1 및 제2렌즈시스템의 바람직한 배치를 나타낸 도면,
도 9는 정렬유닛의 제2실시예에서 편향요소의 구조로서 사용될 일련의 웨지형상 플레이트,
도 10은 도 9의 일련의 웨지형상 플레이트가 서브빔을 편향시키는 방식을 도시한 도면,
도 11은 2개의 파장을 가진 정렬방사선이 사용되는 정렬유닛의 실시예에서 도 9의 플레이트의 평면내 서브빔의 위치를 나타낸 도면,
도 12는 2개의 파장이 사용되는 정렬유닛의 실시예,
도 13은 도 12의 실시예에서 사용하기에 바람직한 빔스플리터를 도시한 도면,
도 14는 투영렌즈 및 기판에 대한 정렬유닛의 위치를 나타낸 도면,
도 15a 내지 도 15d는 텅스텐 화학기계적 폴리싱(W-CMP) 공정으로 인한 정렬마크의 비대칭 손상을 나타낸 도면,
도 16은 검출채널의 회절차수의 함수로서 W-CMP 공정으로 인한 정렬에러를 나타낸 도면,
도 17은 도 16의 정렬에러를 다른 형식의 도표로 나타낸 도면,
도 18은 4개의 반도체웨이퍼에 대한 주기성의 함수로서 W-CMP 및 알루미늄 물리기상증착(Al-PVD) 공정으로 인한 잘못된 팽창에러를 나타낸 도면,
도 19는 4개의 반도체웨이퍼에 대한 주기성의 함수로서 W-CMP 및 Al-PVD 공정으로 인한 잘못된 회전에러를 나타낸 도면,
도 20은 반도체웨이퍼의 스크라이브 라인(scribe line)에 새겨진 X 및 Y 2-타겟 정렬마크의 개략도,
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 오프액시스 정렬시스템에서 2개의 파장중 하나에 대한 7개의 회절차수 채널로부터의 출력신호를 나타낸 도면,
도 22은 본 발명의 실시예에 따른, 반도체웨이퍼의 스크라이브 라인에 형성 하기에 적합한 4-타겟 정렬마크의 개략도,
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 실시예에 따른 정렬마크내 타겟으로 적합한 회절차수증가 격자의 개략적인 부분 단면도,
도 24는 프로세싱 구조를 가진 정렬격자의 구조를 도시한 사시도,
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 캡쳐시스템 및 방법의 개념을 설명하기 위한 개략도,
도 26a, 도 26b 및 도 26c는 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 특수타겟을 가진 다중타겟 정렬마크의 개략도,
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예 실시예에 따른 다중타겟 정렬마크의 개략도,
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 프로세싱시스템을 나타낸 도면,
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 프로세싱 품질제어를 나타낸 도면.
본 발명은 리소그래피 투영장치용 정렬시스템 및 그러한 정렬시스템을 구비한 리소그래피 투영장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 실질적으로 평행하게 검출된 적어도 2개의 개별 신호를 사용하여 정렬마크의 위치를 검출할 수 있고, 혹은 다중타겟마크의 위치를 검출할 수 있는 정렬시스템에 관한 것이다.
리소그래피 투영장치는 집적회로 및/또는 기타 마이크로소자의 제조를 위해 필수적인 구성요소이다. 그러한 장치의 도움으로, 상이한 마스크패턴을 가진 다수의 마스크가 반도체 웨이퍼 또는 LCD 패널과 같은 기판 위로 정확히 정렬된 위치에 연속적으로 묘화된다. 그 기판은 이미 서로 정렬되어 있는 연속한 이미지들 사이에서 소정의 물리 및 화학적 변화를 겪게 된다. 기판은 마스크패턴에 노출된 후 장치로부터 탈거되고, 그 후 소정의 공정단계를 거친 다음 제2마스크패턴의 이미지에 노출시키기 위해 다시 그 자리로 되돌아 오는데, 이 때 제2마스크패턴과 후속하는 마스크패턴들의 이미지가 그 기판에 대하여 정확한 위치에 있다는 것이 보장되어야 한다. 이를 위하여, 리소그래피장치에는 기판상의 정렬마크가 마스크상의 정렬마크에 대하여 정렬되는 광학적 정렬시스템이 마련되어 있다.
리소그래피 장치는 IC의 제조에 사용될 뿐만 아니라 1마이크로미터 이하급의 세밀한 치수를 가진 기타의 구조물을 제조하는 데에도 사용된다. 예로서, 집적광학시스템[또는 완전광학시스템(plenary optical system)]의 구조나, 자기영역메모리의 유도 및 검출패턴, 마이크로 전기기계시스템(MEMS) 및 액정 디스플레이 패널의 구조가 있다. 이러한 구조물의 제조시에도 마스크패턴의 이미지는 기판에 대하여 매우 정확히 정렬되어야 한다.
리소그래피 투영장치는 스테핑장치일 수도 있고 스텝앤드스캔장치일 수도 있다. 스테핑장치에서는 한번의 섬광(one shot)으로 마스크패턴이 기판의 IC 영역 위에 묘화된다. 이어서, 그 기판은 다음의 IC 영역이 그 마스크패턴 및 투영렌즈시스템의 아래에 오게 되도록 하는 방식으로 마스크에 대하여 이동되고 그 IC 영역 위에 마스크패턴이 묘화된다. 이 과정은 기판의 모든 IC 영역에 마스크패턴 이미지가 새겨질 때까지 반복된다. 스텝앤드스캔장치에서는 상기 언급된 스테핑과정은 마찬가지이나, 마스크패턴이 한번의 섬광이 아닌 스캐닝 동작으로 묘화된다. 마스크패턴의 묘화시, 기판은 투영시스템 및 투영빔에 대하여 투영시스템의 배율에 맞게 마스크와 동기로 이동된다. 마스크패턴의 연이어 노출된 부분들의 일련의 병치된 부분 이미지가 IC 영역 안에 묘화된다. IC 영역내에 마스크 패턴이 완전히 묘화된 후 다음 IC 영역으로의 스테핑이 이루어진다. 잡지 "Semiconductors International"의 1986년 5월호 페이지 137 내지 142에 D.A.Markle의 기고문 "Sub-micron 1:1 Optical Lithography"에 다양한 스캐닝 과정이 서술되어 있다.
미국특허 5,243,195호에는 정렬시스템을 구비한, IC 제조용 광학 리소그래피 투영장치가 개시되어 있다. 이 정렬시스템은 오프액시스(off-axis) 정렬유닛을 포함하고 있어, 기판정렬마크를 이 정렬유닛에 대하여 정렬시킨다. 또한, 이 정렬시스템은 투영렌즈(TTL)를 거쳐 마스크마크에 대하여 기판을 정렬시키는 제2정렬유닛을 포함한다. 투영렌즈를 통한 정렬(온액시스 정렬)은 현세대의 많은 광학 리소그래피 투영장치에서 흔히 사용되며 기판과 마스크가 서로에 대하여 직접 정렬될 수 있다는 장점이 있다. 오프액시스 정렬방법이 사용될 경우, 미국특허 5,243,195호에 서술된 바와 같은 베이스라인 오프셋이 산입되어야 한다. 하지만, IC 상의 부품크기의 계속적인 감소와 복잡성의 증가로, 온액시스 정렬시스템은 필요한 정밀성 및 정확성을 달성할 만큼 충분히 향상시키기 어렵다는 것이 증명되어 왔다.
기판의 단위면적당 전자부품의 수가 증가하고 그 결과 이들 부품의 치수가 더 작아짐에 따라, 제작되는 집적회로에 부과되는 정확성의 요건은 더욱 엄격해진 다. 따라서, 차례로 마스크가 기판상에 묘화되는 위치는 더욱더 정확하게 고정되어야 한다. 더 작은 선폭을 가진 신세대 IC의 제조시, 정렬 정확성이 향상되어야 할 것이며 즉, 더 작은 편차를 검출하여 정렬시스템의 해상력이 증가되게 할 수 있어야 한다. 한편으로는, 선폭 감소의 경우에 요구되는 투영렌즈시스템의 더 큰 개구수(NA)로 인하여 기판의 평탄도에도 더 엄격한 요건이 부과되어야 한다. 이 시스템의 초점심도는 NA가 증가함에 따라 감소한다. 소요되는 투영렌즈시스템의 상대적으로 큰 상면(image field)에서는 일부 상면굴곡이 생기므로, 기판이 평탄하지 않은 경우 어쩔 도리가 없다. 기판의 소정 평탄도를 얻기 위해서, 투영장치내에서 상이한 마스크패턴으로 2번의 연속적 노광을 하는 사이에 화학기계적 폴리싱(CMP) 공정으로 기판을 폴리싱하는 방법이 있다. 하지만, 폴리싱공정은 온액시스 정렬방법의 정확성에 영향을 미친다. 이 방법에서는 격자(grating)가 기판정렬마크로 사용되고 이 격자에 의하여 1차로 회절된 서브빔은 레티클 마크상에 기판마크를 묘화하기 위해 사용된다. 이 공정에서, 기판격자마크의 무게중심이 레티클격자마크의 무게중심에 대하여 정렬될 때, 기판이 레티클에 대하여 정확히 정렬된 것으로 추정된다. 그 경우에 각 격자마크의 무게중심은 그 격자의 기하학적 중심과 일치한다고 추정된다. 그런데, CMP 공정은 기판격자마크의 대칭성을 깨기 때문에 이 정렬방법은 더이상 신뢰할 수 없다. 또한, 여러 공정단계는 비대칭성의 유도를 포함한 정렬마크의 변화 및 기판격자마크의 유효 초점심도에 변화를 초래한다. 기타 공정단계 및/또는 방법들도 종종 상이한 형태의 에러를 유발한다. 예를 들어, Cu 다마신 공정은 IC 표면 전체에 걸친 무작위 분포로 정렬 에러를 유발하기 쉽다. 리소그래피 공법으로 설계되는 구조의 크기 감소 및 복잡성 증가에 따라 정렬 정확성 향상에 대한 요구가 계속되고 있다. 정렬 정확성의 향상이 없이는 해상도의 향상은 실현될 수 없다. 또한, 마이크로 소자의 복잡성 증가는 제조공정시 정렬 에러로 인해 폐기되어야 하는 기판의 수를 제어하고 최소화하는 기술에 대한 요구를 증폭시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 향상된 정렬 정확성 및/또는 로버스트니스 (robustness)를 가진 리소그래피 투영장치용 정렬시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 리소그래피장치용 정렬시스템은 정렬 방사선의 광원; 제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함한 검출시스템; 및 상기 검출시스템과 상호소통하는 위치판정유닛을 포함한다. 위치판정유닛은 제1 및 제2검출기채널로부터의 정보를 조합하여 조합된 정보를 근거로 제2객체 위의 기준 위치에 대한 제1객체 위의 정렬마크의 위치를 판정하도록 처리한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리소그래피 투영장치는 조명 방사선의 광원; 상기 조명 방사선의 광원의 방사선 경로내에 배치된 기판스테이지 조립체; 상기 광원과 기판스테이지 조립체의 사이에서 상기 조명 방사선의 광원의 방사선 경로내에 배치된 레티클스테이지 조립체; 상기 레이클스테이지 조립체와 기판스테이지 조립체의 사이에 배치된 투영시스템; 및 상기 투영시스템의 부근에 상기 기판스테이지 조립체와 근접하여 배치된 오프액시스 정렬시스템을 포함한다. 오프액시스 정렬시스템은 정렬 방사선의 광원; 제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함한 검출 시스템; 및 상기 검출시스템과 상호소통하는 위치판정유닛을 포함한다. 위치판정유닛은 제1 및 제2검출기채널로부터의 정보를 조합하여 조합된 정보를 근거로 제2객체 위의 기준 위치에 대한 제1객체 위의 정렬마크의 위치를 판정하도록 처리한다. 상기 정렬시스템은 상기 조명 방사선의 상기 방사선 경로로부터 떨어져 위치될 수도 있다. 다만 요구되는 것은 정렬시스템으로부터의 정렬 방사선이 기판스테이지 조립체에 도달할 수 있어야 한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마이크로소자의 제조를 위한 작업물을 정렬시키는 방법은 작업물상에 다중타겟 정렬마크를 형성하는 단계; 복수의 검출기를 가진 정렬시스템으로 다중타겟 정렬마크를 스캐닝하되, 다중타겟 정렬마크의 제1타겟은 정렬시스템의 복수의 검출기중 제1검출기에 의하여 검출되도록 되어있고 다중타겟 정렬마크의 제2타겟은 정렬시스템의 복수의 검출기중 제2검출기에 의하여 검출되도록 되어있는 스캐닝 단계; 다중타겟 정렬마크의 제1타겟에 응하는 정렬시스템의 제1검출기로부터 제1신호를 수신하는 단계; 다중타겟 정렬마크의 제2타겟에 응하는 정렬시스템의 제2검출기로부터 제2신호를 수신하는 단계; 및 제1 및 제2신호로부터의 정보를 근거로 소정의 기준위치에 대한 작업물상의 정렬마크의 위치를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마이크로소자의 제조를 위해 측정영역내에 속한 작업물상의 정렬마크를 캡쳐하는 방법은, 작업물상에 멀티격자 정렬마크를 형성하는 단계; 복수의 검출기를 가진 정렬시스템으로 멀티격자 정렬마크를 스캐닝하는 단계; 상기 멀티격자 정렬마크로부터 제1 및 제2격자를 선택하는 단계; 복수의 검출기중 제1검출기로부터 멀티격자 정렬마크의 제1격자로부터의 실질적으로 주기적인 제1신호를, 복수의 검출기중 제2검출기로부터 멀티격자 정렬마크의 제2격자로부터의 실질적으로 주기적인 제2신호와 비교하는 단계; 및 상기 비교를 근거로 캡쳐범위(capture range)를 판정하는 단계를 포함한다. 제1격자는 제1차수보다 한 차수 높게 증대시키는 회절차수증대격자(diffraction-order-enhancing grating)일 수 있고, 제2격자는 제1차수보다 한 차수 높게 증대시키는 회절차수증대격자일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마이크로소자의 제조용 정렬마크는 제1검출패턴을 가진 제1타겟; 및 제2검출패턴을 가진 제2타겟을 포함한다. 제1타겟은 제1검출기에 의하여 검출되도록 되어 있고 제2타겟은 제2검출기에 의하여 검출되도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마이크로소자의 제조용 회절차수증가 정렬마크는 주기적인 패턴 및 서브패턴을 가진 회절격자패턴을 포함한다. 회절차수증대격자는 비제로차수(non-zero order)의 회절된 빔의 세기를 증가시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마이크로소자의 제조용 정렬마크는 검출패턴 및 처리패턴(processing pattern)을 가진 타겟을 포함한다. 처리패턴은 마이크로소자 프로세싱 환경에서, 제조시 상기 마이크로소자에 대한 변화에 상응하여 변화하는 구조를 가진다.
이하, 본 발명에 따른 방법 및 장치를 예시의 방식으로 특정 실시예와 관련하여 서술한다. 본 발명의 광의의 개념은 이들 특정하게 서술된 실시예만으로 한정 되는 것은 아니다. 본 발명은 포토리소그래피시스템용 정렬시스템에 관하여 서술하게 될 것이며, 이 정렬시스템은 온액시스("액시스"라고도 함) 및 오프액시스("오프-액시스") 정렬시스템을 모두 포함하고 이들을 함께 사용하여 궁극적으로 기판("작업물")에 대한 마스크의 정렬을 이룰 수 있다. 액시스 정렬시스템은 스루-더-렌즈(TTL) 또는 스루-더-레티클(TTR) 시스템과 같이 개별적인 방사선의 광원으로 정렬마크를 조명할 수도 있고, 노광 방사선과 동일한 방사선을 채용할 수도 있다. 하기의 예시는 본 발명의 실시예로서 TTL시스템과 오프액시스시스템(OAS)을 서술하게 될 것이다. 또한, 본 발명은 굴절투영시스템을 가지는 포토리소그래피시스템뿐만 아니라, 현재 채용되는 전자기방사선의 파장보다 더 짧은 파장을 사용하는 다른 방식의 리소그래피 시스템, 반사 및/또는 회절 결상광학기를 사용하는 시스템 및/또는 예컨대, 자기, 전자기 및/또는 정전기 결상광학기에 의하여 상을 맺는 전자빔 등의 하전입자빔과 같은 다른 종류의 방사선을 사용하는 시스템으로의 응용도 염두에 두고 있다. 본 발명의 실시예는 다음 공정처리전에 포토레지스트의 노광의 정확성을 측정하는 데에 사용되는 메트롤로지툴과 같은 자동화된 공정관리(APC) 시스템의 다른 구성요소와 함께 리소그래피시스템의 정렬공정을 통합하는 것도 염두에 두고 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 속할 수 있는 시스템의 일례로서 온액시스 정렬유닛 및 기타 측정시스템을 가진 광학 리소그래피 투영장치를 서술한다.
도 1은 기판상에 마스크패턴을 스텝-앤드-스캔 묘화하는 장치의 실시예의 광학요소를 개략적으로 도시한다. 이 장치는 주 구성요소로서 투영시스템(PL)에 속하 는 투영칼럼을 포함한다. 이 시스템 위로는 묘화될 마스크패턴(C)을 구비한 마스크(MA)용 마스크홀더(MH)가 놓인다. 마스크홀더는 마스크스테이지(MT)의 일부이다. 기판스테이지(WT)는 투영렌즈시스템(PL)의 아래에 배치된다. 이 테이블은 감광층을 구비한 기판(W)용 기판홀더(WH)를 포함한다. 마스크패턴(C)은 IC영역(Wd)의 감광층에 여러번, 매번 상이한 영역에 묘화되어야 한다. 기판테이블은 X 및 Y방향으로 이동할 수 있어서, 첫 번째 IC영역에 마스크패턴을 묘화한 후 다음 IC영역이 마스크패턴의 아래에 위치될 수 있다.
상기 장치는 예컨대, 크립톤-플루오라이드 엑시머레이저나 수은램프 등의 방사원(LA), 렌즈시스템(LS), 미러(RE) 및 콘덴서렌즈(CO)를 구비한 조명시스템을 더욱 포함한다. 조명시스템에 의하여 공급된 투영빔(PB)은 마스크패턴(C)을 조명한다. 이 패턴은 투영렌즈시스템(PL)에 의하여 기판(W)의 IC영역상에 묘화된다. 투영렌즈시스템은 예를 들어, 배율 M = 1/4, 개구수 NA = 0.6 이고, 22mm 직경의 회절제한 이미지필드를 가진다.
상기 장치에는 또한 다수의 측정시스템이 마련되는데 즉, 마스크(MA)와 기판(W)을 서로에 대하여 XY평면에 정렬시키는 시스템, 기판홀더(즉, 기판)의 위치와 방위를 측정하는 간섭계시스템(interferometer system), 및 투영렌즈시스템(PL)의 초점면 또는 상평면과 기판(W)의 표면간 차이를 검출하는 포커스에러 검출시스템이 있다. 이들 측정시스템은 전자적 신호처리 및 제어회로와 구동기 즉, 엑추에이터를 포함하는 서보시스템의 일부로서, 이 서보시스템에 의하여 기판과 포커싱의 위치 및 방위가 측정시스템에 의하여 공급되는 신호에 맞춰 수정될 수 있다.
정렬시스템은 도 1의 최상부에 도시된 마스크(MA)내 2개의 정렬마크(M1 및 M2)를 이용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이들 마크는 회절격자일 수 있지만, 대안으로 정사각형들이나 줄무늬와 같이 그들의 주변으로부터 광학적으로 구별되는 다른 마크일 수도 있다. 정렬마크는 2차원 즉, 도 1의 X 및 Y방향과 같이 서로 직각인 2개의 방향으로 연장될 수도 있고, 다른 마크와 함께 사용되어 X 및 Y 양방향으로 연장될 수도 있다. 예를 들어, 반도체 기판과 같은 기판(W)은 적어도 2개의 정렬마크를 가지는데, 이 정렬마크는 2차원 회절격자일 수 있으며 그 중 2개(P1 및 P2)가 도 1에 도시되어 있다. 상기 마크(P1 및 P2)는 기판(W)위 IC영역의 바깥 쪽에 놓인다. 격자마크(P1 및 P2)는 위상격자로 구현되는 것이 바람직하고 격자마크(M1
및 M2)는 진폭격자로 구현되는 것이 바람직하다. 인접한 회로들 사이의 스크라이브라인을 따라 다른 종류의 정렬마크가 제공될 수도 있다.
도 1은 온액시스 정렬유닛의 특정 실시예로서 즉, 마스크 정렬마크(M2)상에 기판 정렬마크(P2)를 정렬시키고 마스크 정렬마크(M1)상에 기판 정렬마크(P1)를 정렬시키기 위해서 2개의 정렬빔(b 및 b')이 각각 사용되는 2중정렬유닛을 도시한다. 빔(b)은 예를 들어, 미러 등의 반사요소(30)에 의하여 반사되어 프리즘(26)의 반사면(27)을 향한다. 반사면(27)은 빔(b)을 반사시켜 기판 정렬마크(P2)로 향하게 하고 이 때, 방사선의 일부는 빔(b1)으로서 관련 마스크마크(M)로 보내어져 마크(P2)의 이미지가 형성된다. 마크(M2)의 위로는 예를 들어, 프리즘 등의 반사요소(11)가 있어 마크(M2)를 통과한 방사선이 감광검출기(13)로 향하게 한다.
제2정렬빔(b')은 미러(31)에 의하여 반사되어 투영렌즈시스템(PL)내 반사기(29)로 향한다. 이 반사기는 빔(b')을 프리즘(26)의 제2반사면(28)으로 보내어 상기 표면은 빔(b')을 기판정렬마크(P1) 위로 향하게 한다. 이 마크는 빔(b')의 방사선의 일부를 빔(b'1)으로 반사시켜 마스크 정렬마크(M1)로 향하게 하고 여기에서 마크(P1)의 이미지가 형성된다. 마크(M1)를 통과한 빔(b'1)은 반사기(11')의하여 감광검출기(13')로 향하게 된다.
도 2는 위상격자의 형태인 2개의 동일한 기판마크 중 하나의 실시예를 확대하여 도시한다. 이러한 격자는 4개의 하위격자(P1,a, P1,b, P1,c, P1,d
)로 구성될 수 있는데, 이중 2개(P1,b, P1,d)는 X방향으로의 정렬을 담당하고 나머지 2개(P1,a
, P1,c)는 Y방향으로의 정렬을 담당한다. 2개의 하위격자(P1,b, P1,c)는 예를 들어, 16㎛의 격자주기를 가지며, 하위격자(P1,a, P1,d)는 예를 들어, 17.6㎛의 격자주기를 가진다. 각 하위격자는 예를 들어, 200 x 200 ㎛의 치수를 가질 수 있다. 이 격자마크와 적합한 광학시스템으로 원칙상 0.1㎛ 보다 작은 정렬 정확성이 달성될 수 있다. 그와 다른 격자주기를 선택하면 정렬유닛의 캡쳐범위가 확장될 수 있다. 이 범위는 예를 들어, 40㎛이다.
도 3은 약간 수정된 정렬유닛의 광학요소를 보다 상세하게 도시한다. 2중정렬유닛은 투영렌즈(PL)의 광축(AA')에 대하여 대칭으로 위치된 2개의 동일한 개별 정렬시스템(AS1, AS2)을 포함한다. 정렬시스템(AS1)은 마스크정렬마크(M
2)와 관련되며 정렬시스템(AS2)은 마스크정렬마크(M1)과 관련된다. 2개의 정렬시스템의 상응하는 요소는 동일한 참조부호가 붙었으며 시스템(AS2)의 요소에는 점이 찍혀 있어 시스템(AS1)의 요소와 구별된다.
시스템(AS1)의 구조를 설명함과 함께, 이 시스템에 의하여 마스크마크(M2)와 예를 들어, 기판마크(P2)의 상호위치가 판정되는 방식도 서술한다.
정렬시스템(AS1)은 예를 들어, 정렬빔(b)을 방출하는 헬륨-네온 레이저일 수 있는 방사원(1)을 포함한다. 이 빔은 빔 스플리터(2)에 의하여 기판(W)으로 반사된다. 빔 스플리터는 반투명 미러나 반투명 프리즘으로 구성될 수 있지만, 바람직하게는 4/λ플레이트(3)의 앞에 편광감응 스플리팅 프리즘(polarization-sensitive splitting prism)(2)을 놓아 구성될 수 있으며, 여기서 λ는 빔(b)의 파장이다. 투영렌즈시스템(PL)은 빔(b)을 기판(W)상의 1mm급의 직경을 가진 작은 방사점(V) 안에 포커싱한다. 이 기판은 빔의 일부를 빔(b1)으로 반사시켜 마스크(MA)로 향하게 한다. 빔(b1)은 투영렌즈시스템(PL)을 지나고 이 시스템은 마스크상에 방사점(V)을 묘화한다. 기판은 투영장치내에 배치되기 전 예를 들어, 유럽특허출원 0 164 165호에 개시된 스테이션과 같이 장치에 결합된 예비정렬 스테이션에서 예비정렬되어 있어, 방사점(V)은 기판마크(P2) 위에 있게 된다. 그러면 이 마크는 빔(b1)에 의하여 마스크마크(M2)상에 묘화된다. 투영렌즈시스템의 배율 M을 산입하여, 마스크마크(M2)의 치수는 기판마크(P2)의 치수에 맞게 되어 있으므로 두 마크가 서로 정확히 위치된 경우 마크(P2)의 이미지는 마크(M2)와 정확히 일치한다.
빔(b 및 b1)이 기판(W)으로 향하고 다시 기판으로부터 나오는 과정에서, 빔(b 및 b1)은 λ/4플레이트(4)를 두번 지나는데, 상기 플레이트의 광축은 방사원(1)을 출발한 직선으로 편향된 빔(b)의 편광방향에 대하여 45°각도에 있다. 그 후 λ/4플레이트를 지나면서 빔(b1)은 빔(b)에 대하여 90°로 꺾인 편광방향을 가져, 빔(b1)은 편광 스플리팅 프리즘을 통과하게 된다. 편광 스플리팅 프리즘을 λ/4플레이트와 함께 사용하면 정렬빔이 정렬시스템의 방사선경로 안으로 결합될 때 방사선 손실을 최소로 한다는 장점이 있다.
정렬마크(M2)를 지난 빔(b1)은 프리즘(11)에 의하여 반사되어 예를 들어, 또 다른 반사 프리즘(12)에 의하여 감광검출기(13)로 향하게 된다. 이 검출기는 예를 들어, 도 2에 도시된 하위격자의 수에 부합하는 4개의 개별 감광영역을 가진 복합 광다이오드일 수 있다. 검출기 영역의 출력신호는 기판마크(P2)의 이미지와 마크(M2)의 일치정도를 나타내는 수치이다. 이들 신호는 전자적으로 처리될 수 있고 구동시스템(도시되지 않음)에 의하여 마스크와 기판을 서로에 대하여 이동시킴으로써 마크(P)의 이미지가 마크(M)와 일치되도록 사용된다. 그리하여 자동 정렬시스템이 얻어진다.
예를 들어, 빔(b1)의 일부를 빔(b2)으로 분할하는 부분투명 프리즘의 형태인 빔스플리터(14)는 프리즘(11)과 검출기(13)의 사이에 배치될 수 있다. 스플리트빔은 예를 들어, 투영장치의 작동자가 정렬마크(P2 및 M2)를 볼 수 있게 하는 모니터(도시되지 않음)에 결합된 텔레비젼 카메라(17)상의 2개의 렌즈(15, 16)를 통해 들어온다. 그러면 그 작동자는 두 마크가 일치되는지 여부를 확인하고 조작기를 통해 기판(W)을 움직여 마크들이 일치되게 할 수 있다.
마크(M2 및 P2)에 관하여 상술한 바와 유사하게 마크(M1 및 P2)와 마크(M1 및 P1)도 서로에 대하여 정렬될 수 있다. 정렬시스템(AS2)은 뒤에 언급한 두 정렬을 위해 사용된다.
2중정렬유닛의 구조 및 정렬과정에 관한 더욱 상세한 설명은 본 명세서에 참조 인용되고 있는 미국특허 4,778,275호를 참고할 수 있다.
도 1에 도시된 온액시스 정렬유닛의 실시예는 예를 들어, 248nm의 단파장을 가진 투영빔(PB)과 예를 들어, 633nm의 상당히 더 긴 파장을 가진 정렬빔이 사용되는 장치에 특히 적합하다.
투영렌즈시스템은 투영빔(PB)의 파장에 맞춰 설계되기 때문에, 이 시스템을 사용하여 정렬빔으로 정렬마크(P1, P2, M1, M2)를 서로에 묘화하는 경우에는 차이가 생긴다. 예를 들어, 기판정렬마크는 마스크정렬마크가 놓인 마스크패턴의 평면내에 놓이지 않을 것이며 그로부터 어느 거리에 묘화될 것인데, 그 거리는 투영빔과 정렬빔간의 파장차 및 투영렌즈요소의 두 파장에 대한 재료의 굴절률의 차이에 달려있다. 예컨대, 투영빔의 파장이 248nm이고 정렬빔의 파장이 633nm라면, 그 거리는 2mm일 것이다. 또한 상기 파장차로 인하여 기판정렬마크는 소정의 배율과는 차이가 있는 배율로 마스크정렬마크위에 묘화되며 파장차가 클수록 그 차이도 커진다.
상기 차이를 보정하기 위해서, 투영렌즈시스템(PL)은 별도의 렌즈인 보정렌즈(25)를 영입한다. 보정렌즈는 투영렌즈와 같은 높이에 배치되어, 한편으로는 보정렌즈의 평면내에 정렬빔에 의하여 생긴, 기판정렬마크로부터 기원하는, 정렬빔과는 상이한 회절차수의 서브빔들이 충분히 분산되어 이들 서브빔들에 개별적으로 영향을 줄 수 있게 되고, 다른 한편으로는 이 보정렌즈가 투영빔 및 그를 통해 형성되는 마스크패턴이미지에 주게 되는 영향력을 무시할 수 있게 된다. 보정렌즈는 바람직하게는 투영렌즈시스템의 푸리에평면내에 놓인다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정렬빔(b와 b')의 주광선이 서로 교차하는 평면내에 보정렌즈(25)가 놓인다면, 이 렌즈는 양 정렬빔 모두를 보정하도록 사용될 수 있다.
필요하다면 회절요소와 같은 웨지 또는 상이한 편향요소가 정렬빔의 경로내에 정렬마크와 근접하여 배치될 수 있다. 도 3에 도시되지는 않았지만 그러한 편향 요소에 의하여, 검출기(13 또는 13')에 들어오는 선택된 정렬빔 부분내에서의 예상치 못한 위상차로부터 유발되는 정렬에러를 방지할 수 있는데, 기판정렬마크로부터 오는 정렬빔 부분의 대칭축이 마스크플레이트에 수직이 아닌 경우 이러한 위상차가 생길 수 있어 이 플레이트내에서 잘못된 반사가 일어날 수 있다. 그러한 편향요소를 구비한 정렬유닛은 유럽특허출원 0 467 445호에 서술되어 있다.
마스크에 대하여 전체 기판을 정렬(포괄적 정렬)시키는 데 사용되는 도 1에 도시된 포괄적 정렬마크(P1 및 P2)와 더불어, 기판에는 마스크패턴에 대하여 개별적으로 각각의 IC영역을 정렬시키도록 IC영역마다 또 다른 정렬마크가 제공된다. 마스크도 예를 들어, 또 다른 정렬마크를 사용하여 Z축을 중심으로 한 마스크의 회전을 측정함으로써 이 회전을 보정할 수 있는 2이상의 정렬마크를 포함한다.
투영장치는 투영렌즈시스템(PL)의 초점면과 기판(W)의 평면간 편차를 측정하여 예를 들어, 투영렌즈시스템을 그것의 축 즉, Z축을 따라 이동시킴으로서 이 편차를 보정할 수 있는 포커스에러 검출시스템을 더욱 포함한다. 이 시스템은 투영렌즈시스템에 고정 연결된 홀더(도시되지 않음)내에 배치되는 요소 (40,41,42,43,44,45,46)로 구성될 수 있다. 참조부호 40은 예를 들어, 포커싱빔(b2)을 방출하는 다이오드 레이저일 수 있는 방사원을 나타낸다. 이 빔은 반사프리즘(42)에 의하여 기판 위로 작은 각도로 꺾인다. 기판에 의하여 반사된 빔은 프리즘(43)에 의하여 역반사기(44)로 향하게 된다. 역반사기(44)는 빔을 반대로 반사시켜 빔(b3')은 다시 프리즘(43), 기판(W) 및 프리즘(42)상의 반사를 통해 동일 한 경로를 거친다.
빔(b3')은 부분반사요소(42) 및 반사요소(45)를 통해 감광검출시스템(46)에 도달한다. 이 검출시스템은 예를 들어, 위치의존 검출기나 2개의 개별 검출기로 구성된다. 이 시스템상에 빔(b3')에 의하여 형성된 방사점의 위치는 투영렌즈시스템의 초점면이 기판(W)의 평면과 어느 정도 일치하는지에 달려있다. 포커스에러 검출시스템의 자세한 설명은 미국특허 4,356,392호를 참조하면 된다.
기판홀더의 X 및 Y 위치를 정확히 판정하기 위해서, 스테핑 투영장치에는 멀티액시스 간섭계시스템이 제공된다. 미국특허 4,251,160호는 2개의 측정축을 가진 시스템을 설명하고 있으며, 미국특허 4,737,283호는 3개의 측정축을 가진 시스템을 설명하고 있다. 도 1에서, 그러한 간섭계시스템이 개략적으로 요소들(50, 51, 52, 53)로 도시되고 있는데, 여기에서는 하나의 측정축 X축만이 도시된다. 레이저 방식의 방사원(50)에서 방출된 빔(b4)은 빔스플리터(51)에 의하여 측정빔(b4,m)과 기준빔(b4,r)으로 나뉜다. 측정빔은 기판홀더(WH)의 반사측면(54)에 도달하고 반사된 측정빔은 빔스플리터(51)에 의하여, 예를 들어 코너큐브(corner cube)인 고정 역반사기에 의하여 반사된 기준빔과 결합된다. 결합된 빔의 세기는 검출기(53)에 측정되고, 이 경우 X방향으로의 기판홀더(WH)의 변위가 이 검출기의 출력신호로부터 도출될 수 있으며, 또한 이 홀더의 순간위치가 판정될 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 간단히 하기 위해 하나의 신호(S53)로 만 나타낸 간섭계신호와 2중정렬유닛의 신호(S13, S'13)가 상기 신호를 액추에이터(AC)용 제어신호(SAC)로 처리하는 예를 들어, 마이크로컴퓨터인 신호처리유닛(SPU)에 입력되어, 상기 액추에이터에 의해 기판홀더가 기판테이블(WT)내의 XY평면에서 이동된다.
도 1에 도시된 X측정축만이 아닌 Y측정축과 제3측정축도 가질 수 있는 간섭계시스템에 의하여, 정렬마크(P1, P2 및 M1, M2)의 위치와 이들간의 상호거리를 마스크와 기판의 서로에 대한 초기정렬 즉, 포괄적 정렬시 고정 간섭계시스템에 의하여 정의된 좌표계내에 확정할 수 있다. 이 간섭계시스템은 기판테이블을 매우 정확하게 이동시키는 데에도 사용되며, 이는 스테핑 투영장치가 제1의 IC영역에서 제2의 IC영역으로 매우 정확히 스테핑할 수 있게 하는데 필수적이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 투영장치가 스텝앤드스캔장치인 경우, 이 때에는 IC영역에서 마스크패턴을 투영하는 동안 마스크와 기판이 동기로 이동되어야 하는데, 마스크도 한 방향 즉, 스캐닝방향으로 이동되어야 한다. 투영렌즈시스템의 배율 M을 고려하여 이 이동은 기판의 상응하는 이동과 동기로 이루어져야 한다. 그러면 마스크와 기판은 투영시 서로에 대하여 계속 유지된 상태로 있어야 하고 둘 모두는 투영렌즈시스템과 투영빔에 대하여 이동되어야 한다. 마스크의 이동을 측정하기 위해서 장치에는 제2간섭계시스템이 제공되어야 한다. 이 간섭계시스템은 요소들(50, 51, 52, 53, 54)과 유사한 기능을 가진 요소들(60, 61, 62, 63, 64)을 포함한다. 간단히 하기 위해 도 1에 신호(S63)으로 나타낸 마스크 간섭계시스템으로부터 의 신호는 신호처리유닛(SPU)에 인가되어 여기에서 이들 신호는 기판간섭계시스템으로부터의 대응신호와 비교된다. 그러면 마스크와 기판이 서로 정확한 위치에 있는지 및/또는 동기로 이동하는지 여부를 확인할 수 있다.
마스크의 X 및 Y 방향의 위치를 Xr, Yr 로 표시하고 기판의 그것을 XW, YW 로 표시하며 Z축을 중심으로 한 회전을 φr,r 및 φz,w 로 표시하면, 마스크와 기판이 서로에 대하여 정확히 위치될 때 다음의 조건이 만족된다.
여기서, M은 투영렌즈시스템의 배율이다. 마스크와 기판은 서로 반대방향으로 이동하는 것으로 가정된다. 이들 요소가 같은 방향으로 이동한다면, 상기 조건식의 M 앞의 마이너스 부호가 플러스 부호로 바뀌어야 한다.
이들 조건식이 맞는지 확인하기 위해서는 기판용 간섭계시스템과 마스크용 간섭계시스템의 양자 모두가 3개의 측정축을 가지면 된다.
하지만, 기판간섭계시스템은 바람직하게 5개의 측정축을 가진다. 그러면 XW, YW 및 φz,w 와 함께, φx,w 및 φy,w 즉, X축 및 Y축을 중심으로한 경사가 측정될 수 있다.
이러한 마스크의 경사를 측정하기 위해서 5-축 마스크간섭계시스템이 사용될 수도 있고, Xr, Yr 및 φz,r 를 판정하기 위한 3-축 간섭계시스템과 φ
x,r 및 φy,r 측정을 위한 용량성 센서와 같은 다른 센서를 함께 사용할 수도 있다.
XW, YW, φx,w, 및 fy,w 와 Xr, Yr, φz,r, φx,r, φy,r, 그리고 포커스에러 검출시스템의 도움으로 ZW 및 Zr 즉, 기판과 마스크의 Z축상의 위치를 측정할 수 있다면, 조건식 (1), (2) 및 (3)이 충족되는지 여부와 함께 다음의 조건이 충족되는지도 확인할 수 있다.
도 3을 참조로 서술한 바와 같이 마스크정렬마크와 기판정렬마크를 서로에 대하여 상호 정렬시키는 온액시스 정렬유닛은 스테핑 및 스텝앤드스캔 투영장치에 모두 매우 적합한 것으로 판명되고 있으며, 그러한 유닛에 의하여 소정의 최소값에 달하는 선폭을 가진 이미지가 형성된다. 하지만, IC 제조에 신기술이 도입되고 이미지의 선폭이 감소되면 기존 정렬유닛의 정확성 및 신뢰도는 문제가 될 것으로 예 상된다. 선폭이 감소될 때에는 정렬 정확성이 강화되어야 한다. 상기 CMP 공정을 사용할 때에는 기판격자마크에 비대칭성이 유발되어 제1차 서브빔이 사용되는 정렬과정은 신뢰할 수 없게 된다. 또한, 단일 파장의 정렬빔을 사용할 때에는 정렬마크의 격자 홈부의 깊이에 엄격한 요건이 부과되며 이러한 요건을 충족시키기 위한 어려움은 가중된다.
이러한 모든 문제는 기판마크를 정렬시키기 위한 오프액시스 정렬유닛을 사용하고 정렬시 보다 높은 차수의 서브빔 즉, 1보다 큰 회절차수를 가진 서브빔을 사용함으로써 해결될 수 있다. 이제는 기판마크의 정렬이 투영렌즈시스템을 통해 이루어지는 것이 아니기 때문에, 더 많은 서브빔 특히 보다 높은 차수 서브빔을 사용하기 위한 여건이 좋아질 것이다. 정렬유닛의 해상력은 서브빔의 차수 증가와 함께 증가하기 때문에, 정렬의 정확성은 상당히 향상될 수 있다. 주로 보다 높은 차수 서브빔은 격자의 중심에 비하여 기판격자마크의 에지에서 결정되고 이들 에지는 상기 CMP 공정 및 기타 격자의 대칭성에 영향을 미치는 조치들에 의한 영향을 덜 받기 때문에, 격자마크에서 비대칭성의 문제는 크게 감소된다. 또한, 1이상의 파장을 가진 정렬방사선을 사용하여 격자 홈부의 깊이에 부과되는 요건들이 상당히 완화될 수 있게 할 수 있다.
이하에 서술되는 바와 같이, 회절차수는 전자적인 수단 및/또는 그에 수반하는 소프트웨어에 의해서가 아닌 본 발명에 따른 정렬유닛내 광학요소에 의하여 서로 독립된다. 이에 따라 신호진폭을 측정할 필요없이 당업자에게 보다 익숙한 위상측정이 사용될 수 있다.
도 4는 오프액시스 정렬시스템을 가진 리소그래피시스템의 개략도이다. 오프액시스시스템은 예를 들어, 레드 레이저 및 그린 레이저와 같은 2개의 상이한 파장으로 정렬마크를 조명하는 2개의 방사선 광원(70)을 가진다. 두 레이저 모두 동시에 정렬마크를 조명하고 반사된 광은 개별 검출기채널(예를 들어, 레드채널 및 그린채널)로 향하게 된다. 따라서 2개의 파장채널의 각각의 신호가 병렬로 획득된다. 또한 수개의 회절차수가 2개의 파장의 각각에 대하여 개별적으로 검출될 수 있으므로 병렬로 신호를 출력하는 복수의 컬러/차수 채널을 제공한다. 위치판정유닛(PDU)은 검출시스템의 복수의 컬러/차수 채널과 상호소통하고 있다. 위치판정유닛(PDU)은 특수 기능을 수행하는 하드와이어드 특수장치일 수도 있고, 소정의 기능을 수행하도록 프로그래밍되어 있는 프로그래머블 컴퓨터를 구비할 수도 있다. 또한 이것은 도 1에 도시된 SPU와는 별개의 유닛일 수도 있고 SPU내의 소프트웨어를 통해 구현될 수도 있다. 위치판정유닛(PDU)은 적어도 2개의 컬러/차수 채널로부터 신호를 처리하여 검출되는 정렬마크의 위치를 판정한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오프액시스 정렬유닛의 개략도이다. 여기에 서술된 정렬시스템의 많은 구조적 특징은 본 명세서에서 그 전체적인 내용을 참조 인용하고 있는 미국특허 제 6,297,876호에 개시된 것과 유사 또는 동일하다. 격자형태의 기판마크는 P1으로 표시한다. 이 격자 위에 입사하는 파장 λ를 가진 평행 정렬빔(b)은 다음과 같은 기지의 격자 공식으로 정의되는 각도로 격사상 법선에 대하여 상이한 각도 αn(도시되지 않음)로 뻗은 다수의 서브빔들로 분할된다.
이 식에서, N 은 회절차수 번호이고 P는 격자주기이다.
격자에 의하여 반사된 서브빔의 경로는 서브빔들의 상이한 방향을 평면(73)내에 이들 서브빔의 상이한 위치 un 으로 변환하는 렌즈시스템(L1)을 통합한다.
이 평면에, 상이한 서브빔을 더욱 구분하는 수단이 제공된다. 이를 위해, 이 평면에 플레이트가 배치될 수 있고, 이 플레이트에는 예를 들어, 웨지같은 형태의 편향요소가 제공된다. 도 5에서 웨지플레이트는 WEP로 표시된다. 웨지는 예를 들어, 플레이트의 배면 쪽에 제공된다. 그러면 프리즘(72)이 플레이트의 앞면에 제공될 수 있고, 프리즘에 의하여 예를 들어, He-Ne 레이저인 방사원(70)으로부터 나오느 정렬빔이 정렬유닛 안으로 결합될 수 있다. 이 프리즘은 또한 0차 서브빔이 검출기에 도달하지 못하게 한다. 웨지의 수는 사용될 서브빔의 수에 대응한다. 도시된 실시예에서는 플러스 차수에 대하여 치수당 6개의 웨지가 있어 정렬을 위해 서브빔은 7차까지 사용될 수 있다. 모든 웨지는 상이한 웨지각을 가져 상이한 서브빔들의 최적 분리를 얻을 수 있다.
제2렌즈시스템(L2)은 웨지플레이트의 후방에 배치된다. 이 렌즈시스템은 기 준플레이트(RGP)의 평면내에 마크(P1)를 묘화한다. 웨지플레이트가 없을 때, 모든 서브빔은 기준플레이트내에 포개질 것이다. 웨지플레이트를 거친 상이한 서브빔들은 상이한 각도로 편향되기 때문에, 서브빔들에 의하여 형성된 이미지는 기준플레이트내 상이한 위치에 도달한다. 이들 위치 Xn 은 다음과 같이 주어진다.
이 식에서, γ 은 웨지플레이트에 의하여 서브빔이 편향되는 각도이다.
이들 위치에서, 기준격자(G90 내지 G96)는 도 6에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 개별 검출기(90 내지 96)가 이들 기준격자의 각각의 후방에 배치된다. 각 검출기의 출력신호는 기판격자(P1)의 이미지가 상대 기준격자와 어느 정도 일치하는지에 달려있다. 따라서, 기판격자 즉, 기판의 정렬 정도가 각 검출기(90 내지 96)로 측정될 수 있다. 하지만, 측정치의 정확성은 사용된 서브빔의 차수에 달려있는데, 즉 차수가 높을수록 정확성도 커진다. 도 6에서, 간단히 하기 위해 모든 기준격자(G90 내지 G96)는 동일한 격자주기를 가지는 것으로 가정하고 있다. 하지만 실제로 각 격자의 격자주기는 관련된 서브빔의 차수에 맞게 되어 있다. 차수가 높을수록 격자주기는 작아지고 더 작은 정렬에러가 검출될 수 있다.
지금까지는 1세트의 회절차수만이 고려되었다. 주지하는 바와 같이, 회절격자는 +1차, +2차, +3차 등의 서브빔과 함께 -1차, -2차, -3차 등의 회절차수의 서 브빔도 형성한다. 플러스 차수 및 마이너스 차수의 서브빔 모두 예를 들어, +1차 및 -1차 서브빔들이 합동으로 격자마크의 제1이미지를 형성하고, +2차 및 -2차 서브빔들이 합동으로 제2이미지를 형성하는 등으로 격자이미지를 형성하는 데 사용될 수 있다. +1차 및 -1차 서브빔들의 경우 웨지가 필요하지 않지만, 경로길이차이를 보상하는 평면평행 플레이트가 웨지플레이트의 평면내 이들 서브빔의 위치에 제공될 수 있다. 따라서 2차수 내지 7차수에 대하여 플러스 차수 및 마이너스 차수 양자를 위한 6개의 웨지가 요구된다.
도 7은 도 5의 실시예의 웨지의 기능을 더욱 명확히 설명한다. 도 7에서는 더 개략적으로 제1렌즈시스템(L1) 및 제2렌즈시스템(L2)이 물결선으로 표시된다. 명확히 하기 위해서 1차수의 서브빔(b(+1), b(-1)), 7차수의 서브빔(b(+7), b(-7) 및 다른 차수(예를 들어, 5차수)의 서브빔(b(+i), b(-i))만이 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 웨지(80, 80')의 웨지각 즉, 웨지의 경사면이 웨지플레이트(WEP)의 평면과 이루는 각은 서브빔(b(+7) 및 b(-7))이 평행한 방향으로 편향되고 제2렌즈시스템에 의하여 하나의 기준격자(G96)상에 수렴되게 한다. 또한 서브빔(b(+i) 및 b(-i))은 관련 웨지(82 및 82')에 의하여 평행한 방향으로 편향되고 하나의 기준격자(G91)상에 수렴된다. 1차수 서브빔들은 편향되지 않고 제2렌즈시스템에 의하여 하나의 기준격자(G93)상에 수렴된다. 각 회절차수의 플러스 차수와 마이너스 차수를 모두 사용함으로써 관련된 기준격자상에 신뢰성있는 기판격자마크(P1)의 이미지가 형성되고 이용가능한 방사선을 최대로 사용할 수 있게 된다.
도 8은 마크(P1)의 평면 및 기준격자플레이트(RGP)에 대한 렌즈시스템(L1 및 L2)과 이들 렌즈시스템의 초점거리의 바람직한 위치를 도시한다. 렌즈시스템은 초점거리(f1)를 가지며 이 시스템은 마크(P1)의 평면으로부터 거리(f1)에 배치된다. 렌즈시스템(L1)은 서브빔들의 주 광선을 광축(OO')에 평행한 방향으로 편향시킨다. 제1렌즈시스템과 제2렌즈시스템간의 거리는 f1 + f2 가 되고, 여기서 f2 는 제2렌즈시스템의 초점거리이다. 기준격자플레이트는 제2렌즈시스템으로부터 거리 f2 에 배치된다. 두 렌즈시스템간 경로내에서 서브빔들의 주 광선은 광학축(OO')에 평행하므로, 웨지플레이트의 위치는 중요하지 않다.
도 4의 실시예에서 동일한 회절차수의 플러스 및 마이너스 차수 서브빔들이 제2렌즈시스템에 의하여 관련 기준격자상에 정확히 겹쳐질 수 있도록 편향되려면, 2개의 관련 웨지의 상호 품질에 엄격한 요건이 설정되어야 한다. 이들 품질요건은 웨지의 경사면의 품질 및 웨지각과 관련이 있다.
상기 요건을 완화하고 정렬유닛의 공차에 여유를 두려면 도 9에 도시된 편향요소의 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 각 서브빔에 대하여 하나의 이산 웨지(discrete wedge)를 두는 대신에, 모든 서브빔들에 공통되는 다수의 예를 들어, 3개의 웨지플레이트(190, 191, 192)를 사용한다. 도 9는 웨지플레이트의 사시도이며, 도 10은 측면도이다. 웨지각 즉, 플레이트의 상부면과 하부면 사이의 각( 플레이트(192)의 경우, 웨지각은 면(192a)과 면(192b) 사이의 각)은 3개의 플레이트가 상이하다. 플레이트중 하나 예를 들어, 플레이트(190)는 나머지 플레이트의 웨지각과 반대의 웨지각을 가진다. 플레이트들에는 도 9에는 몇 개만 도시되었지만 다수의 개구부(200)가 제공된다. 이들 개구부는 서브빔들이 상대 플레이트상에 입사되는 위치에 배치된다. 하지만 그러한 모든 위치에 개구부가 존재하는 것은 아니다. 서브빔이 플레이트내 개구부 위에 입사되면 이 플레이트에 의해 편향되지는 않을 것이다.
서브빔은 플레이트를 지나면서 0개, 1개 또는 2개의 개구부를 만날 것이다. 오직 1차수 서브빔들만이 개구부를 거치지 않고 플레이트에 의한 편향을 겪지 않는다. 도 10에서 서브빔들중 하나가 플레이트를 지나는 경로가 도시된다. 이 서브빔은 제1플레이트(190)에 의하여 우측으로 편향된다. 그 후 이 서브빔은 좌측으로 더 작은 각도로 편향된다. 마지막으로 이 서브빔은 플레이트(192)내 개구부(200)를 통과하며 더 이상의 편향은 발생하지 않는다. 서브빔들의 각각에 대하여 개구부의 수 및 이러한 개구부가 존재하는 플레이트의 순서는 다른 서브빔들의 그것과는 상이하여 서브빔들은 모두 다른 방향으로 변향된다. 3개의 플레이트의 조합(23 = 8)으로 상이한 변향 방향이 실현될 수 있음을 알 수 있다. 동일한 회절차수의 한 쌍의 서브빔들이 동일한 웨지플레이트에 의하여 편향됨에 따라, 이들 서브빔이 평행한 방향으로 편향되지 않을 위험이 최소화된다.
도 5 및 도 6의 실시예에서, 1 내지 7의 차수를 가진 서브빔들을 사용하므로 X방향으로의 정렬을 위해서는 7개의 기준격자(G90 내지 G96)가 필요하다. Y방향으로의 정렬을 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이 7개의 또 다른 기준격자(G93 내지 G104)와 함께 7개의 서브빔들이 사용될 수 있다. 그러면 도 5의 실시예에서 웨지플레이트상에 Y 방향으로 제2열의 12개의 웨지가 배치된다. 그러면 도 9의 실시예에서, 제1열의 웨지플레이트의 전방 또는 후방의 서브빔의 경로내에 제2열의 3개의 웨지플레이트가 배치되어, 이 제2열의 플레이트가 서브빔들을 Y방향으로 편향시킨다. 기판마크는 도 2에 도시된 마크이거나 예를 들어, 스크라이브라인을 따라 제공된 마크와 같이 다른 종류의 마크일 수 있다. 1차 서브빔에 대하여 유사한 기준격자가 4개의 격자부분으로 사용될 수 있는데, 도 6에 도시된 바와 같이 이중 2개는 16.0㎛의 격자주기를 가지는 한편 나머지 2개의 격자부분은 17.6㎛의 주기를 가진다. 다른 기준격자는 기판격자(P1)의 16㎛의 주기를 가진 상대 회절차수의 격자부분에 대응하는 하나의 격자주기만을 가진다. 그러면 도 2의 격자마크(P1)과 관련된 44㎛의 캡처범위가 유지된다.
도 5 및 도 6의 실시예에서, 최고차수를 가진 서브빔들은 편향요소에 의하여 최대 각도로 편향된다. 하지만 이것은 필수적이지 않다. 일정 환경하에 이 차수는 예를 들어, 격자이미지내 광학 수차를 최소화하기 위해 수정된다. 이것은 도 6에 도시된 바와 같이 오름 차수(ascending order number)를 가진 서브빔들이 웨지에 의하여 양의 각과 음의 각으로 교대로 편향되는 이유이기도 하다.
기판마크(P1)의 주어진 비대칭성에서 충분히 정확한 방식으로 정렬할 수 있게 되도록 검출되어야 하는 회절차수의 최소수는 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 판정될 수 있다. 그러한 시뮬레이션을 통해 예를 들어, 1차 서브빔을 사용할 때 존재한 150nm의 정렬에러가 5차 서브빔을 사용할 때에는 20nm로 감소될 수 있음이 증명되었다.
원칙상, 검출될 수 있는 차수의 최대수는 여전히 검출될 수 있는 최소세기 및 렌즈시스템(L1, L2)의 개구수에 의하여 정해진다. 주지하는 바와 같이, 회절격자에 의하여 형성된 서브빔의 세기는 이 서브빔의 차수가 증가함에 따라 급격히 감소한다. 즉, 서브빔의 세기는 그 서브빔의 차수의 제곱에 반비례한다. 따라서 7차 서브빔의 경우에, 그 세기는 1차 서브빔의 세기의 대략 1/50이다. 하지만, 오프액시스 정렬유닛을 지날 때 정렬빔이 겪는 반사로 인한 세기손실은 그것이 온액시스 정렬유닛을 지날 때보다는 훨씬 더 작다. 온액시스 정렬유닛에서 정렬빔은 예를 들어, 대략 100개의 표면을 지나면서 그 표면 위에서 반사손실이 생길 수 있는데, 오프액시스 정렬유닛에서는 이러한 표면은 단지 12개만을 지나게 된다. 오프액시스 정렬유닛에서 총 반사손실이 1/4이라면, 7차 정렬서브빔은 온액시스 정렬유닛에서의 1차 정렬빔과 같은 세기를 가질 수 있다.
광학 시스템(L1, L2)이 N의 회절차수로 서브빔을 통과시켜야 하는 개구수 NAn 은 다음과 같이 주어진다.
7차 서브빔과 격자주기 p = 16㎛인 기판격자마크 및 파장 λ= 544nm 의 경우에, 소정의 개구수는 대략 0.24이고 이것은 매우 적합한 수치이다.
충분히 안정된 시스템을 보장하기 위해서, 바람직하게는 석영으로 구성된 단일 플레이트(RGP)상에 상이한 기준격자가 제공된다. 이 플레이트의 치수 즉, 제2렌즈시스템의 이미지필드는 기준격자의 치수 d1 및 그들의 상호거리 d2 에 의하여 정해진다. 이 거리 및 치수는 예를 들어, 둘 모두 0.2mm로, 플레이트(RGP)의 X 및 Y 방향으로의 치수 dx 및 dy 가 2.8mm이고 소정의 필드 직경은 대략 3mm이다.
도 5의 실시예의 이산 웨지는 유리 또는 석영으로 이루어져 석영플레이트에 고정될 수 있다. 이 구조는 고도의 안정도를 나타낸다. 웨지는 예를 들어, UV 큐러블 플라스틱과 같은 투명한 합성재료로 이루어질 수도 있다. 그 경우에 광학계에 알려진 복제기술(replication technique)을 사용하여 한 번의 몰딩으로 그 재료의 얇은 층에 전체 웨지 구조를 프린트하는 것이 바람직하며, 그 층은 예를 들어, 석영기판에 적용될 수 있다. 언급한 바와 같이, 이산 웨지 대신에 개구부가 제공된 웨지플레이트가 사용되는 것이 바람직하다. 대안으로 이산 웨지 또는 웨지플레이트 대신에 하나의 차수만이 사용되는 회절격자와 같은 기타 편향요소가 사용될 수도 있다. 또한 플레이트 재료의 굴절률 변화의 패턴으로 구성된 편향구조를 사용할 수 있으며, 그 패턴은 예를 들어, 이온주입에 의하여 제공된다.
기판마크의 홈부 깊이에 너무 엄격한 요건이 부과되지 않도록 하기 위해서는 예를 들어, 633nm 및 532nm의 2개의 파장을 가진 정렬 방사선이 적합할 수 있다고 알려져 있다. 정렬격자가 서브빔을 편향시키는 각도 및 이들 빔이 렌즈시스템(L1)의 후방 초점면에서 차지하는 위치는 수학식 (7) 및 (8)로부터 알 수 있듯이 파장에 달려 있다는 사실을 이용할 수 있다. 원리상, 상이한 파장에 대한 차수들은 서로 구별될 수 있다. 하지만 추가적인 조치없이는 예를 들어, 제2파장(532nm)의 제2차수와 제3차수의 사이에 소정 차수 예를 들어, 제1파장(633nm)의 제2차수가 들어올 수 있다. 상이한 파장의 차수들을 서로로부터 좀 더 분리하기 위해서, 상이한 파장을 가진 빔들이 기판격자(P1)상에 상이한 각도로 입사되도록 확실히 해두어야 한다. 7개의 회절차수가 사용되는 경우에, 그러면 도 11에 도시된 바와 같은 상황이 렌즈시스템(L1)의 후방 초점면에서 발생한다. 이제, 제1파장의 상이한 차수에 대하여 위치들(110 내지 137)의 제1절단형 패턴을 두고, 제2파장의 상이한 차수에 대하여 위치들(138 내지 165)의 제2절단형 패턴을 둔다. 도 7의 중앙에 2중화살표로 도시된 바와 같이, 이들 패턴은 서로에 대하여 오프셋되는데, 이는 상이한 파장을 가진 정렬빔의 상이한 입사각 때문이다. 이들 각은 가능한 최소한으로 유지되어 디포커싱 효과로 인한 정렬에러를 방지해야 한다. 2개의 파장을 사용하는 경우, 편향요소를 가진 플레이트가 도 11에 도시된 바와 같은 상황에 맞춰져야 함은 당연하고, 이것은 특히 24개의 이산 웨지 대신 48개의 웨지가 사용되어야 하며 6개의 웨지형 플레이트 대신 12개의 웨지형 플레이트가 사용되어야 한다는 것을 의미한다.
2개의 파장으로 하는 정렬에 대한 대안이 도 12에 도시된다. 도면에서, 참조부호 160은 편광감응성 빔스플리터를 표시한다. 이 빔 스플리터는 He-Ne 레이저로부터 예를 들어, 633nm의 제1파장 λ1 및 제1편광방향을 가진 제1정렬빔(b)을 수신하고 이 빔을 기판정렬마크(P1)로 보낸다. 이 빔스플리터상에는 YAG 레이저로부터 나와 주파수 증배기를 거친 예를 들어, 532nm의 제2파장 λ2 을 제2정렬빔(b5)도 입사된다. 빔(b5)은 빔(b)의 편광방향과 수직인 편광방향을 가지므로 빔(b5)은 기판마크(P1)로 반사된다. 빔(b 및 b5)의 주 광선은 빔스플리터에 의하여 일치하도록 되어 있어서 이들 빔이 하나의 빔으로 마크(P1)를 통과하게 될 것이 분명하다. 마크에 의한 반사후, 빔(b 및 b5)은 빔스플리터에 의하여 다시 분할된다. 이들 빔의 각각에 대하여 개별 정렬유닛(170, 180)이 존재한다. 이들 유닛의 각각은 정렬빔을 방출하고, 기판마크로부터 나오는 상이한 회절차수의 서브빔들을 빔스플리터를 거쳐 수신한다. 이들 각각의 유닛에서 기판마크의 이미지는 도 5에 관하여 서술한 바와 같이 상이한 기준격자 위에 상이한 서브빔들로 형성된다. 이를 위해, 각 유닛에는 렌즈시스템(L1, L2, (L1', L2')), 웨지플레이트(WEP,(WEP'))와 도 9의 플레이트 또는, 일련의 웨지형 플레이트, 기준격자를 가진 플레이트(RGP, (RGP')), 다수의 검출기(90 내지 96, (90' 내지 96')) 및, 그 빔이 커플링 프리즘(72, (72'))을 거쳐 시스템 안으로 결합되는 방사원(70, (70'))이 제공된다.
도 13은 특수한 빔스플리터(160)가 사용되는 정렬유닛의 실시예의 일부를 도 시한다. 이 빔스플리터는 편광감응성 빔스플리팅 프리즘(210), λ/4 플레이트(211) 및 반사기(212)를 포함한다. 광원(도시되지 않음)으로부터 나온 상이한 파장을 가진 빔(b10, b11)은 굵은 실선으로 나타내었고 격자마크(P1)에 의하여 반사된 빔은 가는 실선으로 나타내었다. 빔(b10, b11)은 동일한 편광방향을 가진다. 제1빔(b10
)은 반사기(215)에 의하여 반사되어 프리즘(210)의 편광감응성 빔스플리팅층(213)으로 향한다. 이 층은 빔(b10)을 반사시켜 격자마크(P1)으로 향하게 한다. 격자마크에 의하여 반사되고 상이한 회절차수의 서브빔들로 분절된 방사선은 하나의 단일빔 광선(b15)으로 표시된다. 빔(b15)은 층(213)에 의하여 반사되어 관련 편향요소의 구조 및 도 13에는 도시되지 않은 검출기로 향하게 된다.
제2빔(b11)은 반사기(216)에 의하여 반사되어 빔스플리팅층(213)으로 향하고 여기에서 빔을 반사시켜 λ/4 플레이트(212)로 향하게 한다. 빔(b11)이 이 플레이트를 지난 후에는 이 플레이트의 배면측에서 반사층(212)에 의하여 반사되어 플레이트(211)를 두번째 통과하게 된다. 플레이트(211)를 떠난 빔(b12)은 최초 빔(b11)의 편광방향에 대하여 90°로 회전된 편광방향을 가진다. 빔(b12)은 빔스플리팅층(213)을 지나 격자마크(P1)에 도달할 수 있다. 이 마크에 의하여 반사된 방사선은 단일빔 광선(b16)으로 표시된다. 이 빔은 먼저 빔스플리팅층(213)을 지난 다음 λ/4 플레이트(211)를 두번 거친 후 마지막으로 층(213)에 의하여 반사되어 관련 웨지의 구조 및 도 13에는 도시되지 않은 검출기로 향하게 된다. 도 13에서 반사된 빔(b16 및 b17)이 공간상 분리된 빔으로 나타나지만 이것은 명확히 하기 위한 것 뿐이며 실제로 이들 빔은 일치한다. 이것은 마크(P1)의 위치에서 빔(b10 및 b11)에 대하여도 동일하게 적용된다.
도 12 및 도 13의 실시예에서, 제1렌즈시스템(L1)은 도 13에 도시된 바와 같이 빔스플리터(216)와 격자마크(P1)의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이것은 상이한 파장의 2개의 빔에 대하여도 그러한 렌즈시스템이 하나만 있으면 된다는 추가적 장점을 제공한다. 반사된 빔에 대하여 도 13에 도시되지 않은 별도의 제2렌즈시스템(L2)이 여전히 필요하다.
상술한 바와는 상이한 실시예에서, 검출기는 기준격자의 바로 뒤에 배치된다. 하지만, 실제로 기준격자의 뒤에는 한다발의 화상섬유(imaging fiber)가 배치되어 각각의 기준격자 및 떨어진 곳의 검출기에서 기판격자마크의 중첩된 이미지를 묘화하는데, 이것은 전체 장치의 설계면에서 그리고 이 장치의 성능면에서 보다 편리함을 준다. 예를 들어, 상이한 회절차수의 서브빔들에 의하여 형성된 이미지들간의 혼선이 감소될 수 있고 신호 증폭기 및 전자 프로세서에 의하여 발생된 열이 정렬유닛과 이 장치로부터 거리를 유지하도록 할 수 있다. 또한 방사원은 정렬유닛으로부터 먼 위치에 배치될 수 있고 그로부터의 방사선이 섬유의 조명다발에 의하여 유닛으로 가이드되도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 방사원에 의하여 발생된 열이 정렬유닛과 투영장치로부터 거리를 유지하도록 할 수 있다.
빔(b15 및 b17)중 하나를 위한 제2렌즈시스템(L2)과 프리즘(216)의 사이에 부분 투과성 반사기가 배치되어 이 빔의 일부를 분할하여 카메라로 향하게 할 수 있고, 카메라는 모니터와 함께 장치의 작동자에게 기판마크의 시각적 이미지를 제공한다.
다양한 검출기신호를 사용하는 다른 가능한 방법도 있다. 정렬의 시작은 1차 서브빔에 의하여 이들 서브빔과 관련된 검출기의 신호를 처리함으로서 이루어진다. 그 후, 2차 서브빔과 관련된 검출기의 신호는 더 미세한 정렬을 위해 사용될 수 있고, 계속해서 3차 서브빔과 관련된 검출기의 신호는 그보다 더 미세한 정렬을 위해 사용되는 등의 방식이다. 이것은 사용된 서브빔이 신뢰성있는 방식으로 검출될 만큼 충분한 세기를 여전히 가지는 한 계속될 수 있다.
또 다른 가능한 방법은 어떤 회절차수의 세기는 소정의 공정층이 기판상에 제공될 때 다른 회절차수의 대가로 증가된다는 인식에 기초하고 있다. 그 경우에, 정렬을 위해 바람직한 차수의 직접 선택이 이루어질 수 있다. 일정 환경하에서는 상기 가능한 방법들을 결합할 수도 있다.
1군의 기판이 마스크패턴으로 조명되기 전 또는 생산일의 개시시 정렬유닛을 교정하는 것도 가능하다. 기판마크의 다수의 위치에 대하여 각각의 회절차수에 대한 검출기신호를 측정한다. 이들 측정의 결과는 기판마크의 각 위치에 대하여 각 회절차수에 대한 검출기신호의 값을 도시한 그래프나 표에 기록된다. 기판을 조명 하는 동안, 낮은 회절차수 예를 들어, 처음 3개의 차수의 상대적으로 큰 검출기신호만을 측정하는 것으로 정렬측정이 수행될 수 있다. 보간법을 써서 더 높은 회절차수 예를 들어, 7차수에 대하여 상응하는 값을 정할 수 있다. 이 방식으로 높은 해상도 및 큰 신호진폭으로 정렬에러를 판정할 수 있다.
이제까지는 기준격자의 형태인 장치기준에 대한 기판의 정렬만을 서술하였다. 동일한 정렬유닛으로 기판홀더 또는 테이블의 위치도 판정할 수 있다. 이를 위해 이 기판홀더 또는 테이블에는 기판정렬마크와 유사한 정렬마크가 제공된다(예를 들어, 도 4에 개략적으로 도시된 기준마크를 참조한다). 기판홀더마크의 위치는 정렬유닛내 기준에 대하여 판정된다. 그러면 기판홀더마크에 대한 기판마크의 위치가 알려진다. 마스크패턴과 기판의 상호 위치를 확정할 수 있기 위해서는 또 다른 측정 즉, 기판홀더 또는 테이블에 대한 마스크패턴의 위치측정이 필요하다. 이 또 다른 측정을 위해서, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조로 서술된 온액시스 정렬유닛이 사용될 수 있으며, 그에 따라 마스크마크가 기판홀더의 마크에 대하여 정렬된다. 도 3에 도시된 바와 같은 2중정렬유닛뿐만 아니라, 미국특허 4,251,160호에 개시된 바와 같은 단일정렬유닛도 사용될 수 있다.
기판테이블에 대하여 마스크패턴을 정렬하는 또 다른 가능성은 예를 들어, 미국특허 4,540,277호에 개시된 이미지센서유닛을 사용하는 것이다. 이러한 유닛에서 마스크정렬마크는 투영 방사선에 의하여 기판테이블내의 대응하는 투과성 기준마크 위에 묘화된다. 이 테이블에서 검출기는 기준마크를 지난 방사선을 전기신호를 변환하기 위해 기준마크의 뒤에 배치될 수 있다. 첫번째 예에서, 이 이미지센서 유닛은 예를 들어, 투영방사선의 파장과는 상당히 다른 파장을 가진 정렬방사선으로 작동하는 온액시스 정렬유닛을 교정하거나, 또는 투영렌즈시스템에 의하여 형성된 이미지의 화질을 점검하고 발생할 수 있는 디스토션 및 수차를 측정하기 위한 것이나, 기판테이블에 대하여 마스크패턴을 정렬시키기에도 매우 적합하다. 미국특허 4,540,277호에 개시된 투과성 이미지센서유닛의 대신에, 기판테이블마크에 대하여 마스크 마크를 정렬시키기 위해 반사방식의 이미지센서유닛이 대안으로 사용될 수도 있다. 미국특허 5,144,363호에 서술되어 있는 그러한 유닛은 테이블상의 반사성 마크에 의하여 작동하고, 상이한 각도에서 마크를 관찰하고 투영렌즈시스템과 기판테이블의 사이에 배치된 센서플레이트내에 관련된 광학시스템과 함께 제공되는 비교적 다수의 검출기를 포함한다. 본 발명에 따른 오프액시스 정렬유닛도 이 공간에 제공되어야 한다. 이 유닛은 가능한 기판테이블의 중심에 가깝게 배치되어야 하며 예를 들어, 0.3의 어퍼처를 가진 원뿔형의 설치공간을 요한다. 실제 기판테이블의 Y측 길이는 기판의 반경에 거의 상응하며, 투영장치는 그러한 기판에 맞게 예를 들어, 8인치 기판용으로는 102mm로 설계되어 있어 이 방향으로 정렬유닛내에는 설치공간이 거의 없다. 하지만, 기판테이블의 X측은 Y측보다 예를 들어 25mm 더 길어서 8인치 기판을 다룰 수 있는 정렬유닛이 투영렌즈시스템의 광축으로부터 25mm의 거리를 두고 놓일 수 있다. 이것은 도 14에 매우 개략적으로 도시되어 투영렌즈시스템(PL)의 일부와 그것의 광축(OO')이 보인다. 투영렌즈시스템과 기판사이의 부분은 투영빔이 차지하는 공간을 표시하며 화살표가 붙은 b는 정렬방사선의 서브빔을 표시한다. 정렬빔은 광축(OO')으로부터 거리 dx(즉, 이 거리는 예를 들어, 25mm)에 있는 기판위에 입사된다. 기준 CS는 이용 가능한 설치공간에 대한 임계위치를 표시한다. 이 위치에서, 그 안에 상이한 회절차수를 가진 서브빔들이 위치하는 원뿔의 직경은 기판까지의 거리에 개구수의 2배를 곱한 값이다. 개구수가 0.25이고 상기 거리값이 32mm인 경우, 상기 직경 즉, CS의 위치에서 소요되는 수직 공간은 16mm이다. 이것은 실제로 합당한 요건이다. 하지만, 수직공간이 완전히 이용 가능하지 않을 수 있다. 그 경우에 2개의 오프액시스 정렬유닛을 사용하여 그것들이 서로에 대하여 대각으로 배치되게 하고 각각이 기판의 일부를 커버할 수 있다.
이제까지 서술된 바와 같이, 오프액시스 정렬유닛은 리소그래피 투영장치의 마스크홀더, 투영시스템 및 기판홀더를 포함하는 투영칼럼내에 배치된다. 더 작은 부속을 가진 더 큰 IC에 대한 요구가 증가하고 그에 따라 더 많은 전자부품을 포함하게 되면서, 정렬과정에 점점 더 많은 시간이 소모되고 있다. 따라서 이들 장치의 스루풋은 또 다른 측정이 행해지지 않아도 감소하는 추세이다. 이미 그러한 장치에 별도의 측정스테이션을 부속시키는 방법이 제안되어 왔다. 이 스테이션에서 예를 들어, 기판의 X, Y 및 Z방향의 위치는 이 웨이퍼가 투영칼럼 또는 투영스테이션에 반입되기 전에 측정된다. 측정스테이션에서 기판마크는 기판홀더 또는 테이블상의 정렬마크에 대하여 정렬될 수 있다. 기판이 홀더와 함께 투영시스템내에 놓인 다음에는 마스크정렬마크만 기판홀더마크에 대하여 정렬되기만 하면 되고 이것은 시간이 얼마 걸리지 않는다. 별도의 측정스테이션과 투영스테이션을 포함하는 장치에서는 투영스테이션에서 제1기판을 조명하는 동안에 제2기판은 측정스테이션에서 측정되고 있으므로, 이 장치의 스루풋은 별도의 측정스테이션이 없는 장치에 비하여 상 당히 크다. 측정스테이션에서 기판마크를 기판홀더마크에 대하여 정렬시키는 데 사용되는 정렬유닛은 여기에 서술한 바와 같이 오프액시스 정렬시스템이 바람직하다.
상술된 오프액시스 정렬시스템은 정렬마크의 위치를 판정하도록 조합될 수 있는 복수의 신호를 만들어 내는 복수의 센서를 가진 정렬시스템의 예이다. 그러한 예에서는 정렬마크로부터 회절된 광의 개별 회절차수에 대하여 정렬마크로부터 신호를 만들어 내는 센서가 있다. 특별히 서술된 실시예에서 1차수부터 7차수까지의 개별 차수가 검출될 수 있다. 또한 이것은 X 및 Y 방향의 각각에 대하여 행해진다. 또, X 및 Y 방향으로의 각각 7개의 차수는 정렬마크를 조명하는 광의 상이한 파장에서 검출될 수 있다. 따라서, 이것은 정렬 스캔 동안에 실질적으로 동시에 신호를 제공하는 총 28개의 채널을 제공한다. 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한, 특히 스위칭이 빠르다면 동시가 아닌 시간별로 스위칭되는 신호를 수신할 수도 있다. 본 발명에 따라, 그러한 멀티센서 정렬시스템의 복수의 채널로부터의 정보는 향상된 정렬을 얻도록 조합된다. 향상된 정렬은 향상된 정확성으로 이어져 더 작은 스케일 및/또는 공정효과와 같은 대칭성 효과로 인한 에러 감소 및/또는 향상된 재현성으로 정렬시킨다. 또한 실패한 전략을 대신할 대안적 정렬단계 또는 전략이 이용될 수 있는 "대체과정(fallback procedure)"도 포함된다. 본 발명의 실시예에서 복수의 상이한 회절차수로부터의 신호는 정렬마크의 위치를 판정하기 위해 조합된다. 이 실시예에서 복수의 회절차수채널로부터 정렬마크의 검출된 위치는 연속함수로 표현될 수 있는 곡선으로 확정되고, 그러면 이 연속함수는 실질적으로 아무런 시스템 에러가 없이 얻어질 수 있는 위치를 예측하는 데 사용된다.
그러한 예측방법의 실시예는 예를 들어, 반도체 웨이퍼가 텅스텐 화학기계적 폴리싱공정(W-CMP)을 거칠 때처럼 마크가 변형되는 경우에 유용하다고 알려져 있다(전형적으로 W-CMP와 함께 알루미늄 물리기상증착(Al-PVD) 공정이 수행된다. 따라서, W-CMP를 언급할 경우 Al-PVD도 포함될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.). 도 15a 내지 도 15d는 웨이퍼 위의 타겟의 검출시 계통 에러(systematic error)로 이어질 수 있는 W-CMP 도중 생기는 계통 영향(systematic effect)을 도시한다. 도 15a는 다중타겟마크 또는 그 일부를 형성하는 산화물층(316) 안으로 에칭된 3열의 홈부(310, 312, 314)를 도시한다. 도 15b는 텅스텐 증착단계 후 웨이퍼의 일부를 도시한다. 산화물층(316) 위와 함께 홈부(310, 312, 314) 내에도 텅스텐층(318)이 증착된다. 도 15c는 W-CMP 공정후의 웨이퍼를 도시한다. 끝으로 도 15d는 웨이퍼의 부분 위로 알루미늄층(320)이 증착된 후 웨이퍼의 일부를 도시한다. 도 15c 및 도 15d에서 알 수 있듯이, W-CMP 공정으로 인해 예를 들어, 산화물층(322 및 324)에 비대칭성 변화가 생겨 그것이 알루미늄층(326, 328)에도 반복되고 있다. 정렬마크로 사용되는 회절격자에 대한 이러한 비대칭성 변화는 정렬격자의 위치에 현저한 변위를 초래한다. 이것이 W-CMP 공정단계에 의해 유발되는 계통 영향이다.
도 16은 3개의 상이한 회절차수채널에 대한 W-CMP 공정에 의하여 유발되는 정렬에러의 그래프이다. 이 경우에, 검출된 차수는 3차, 5차 및 7차 회절차수채널이다. 데이터는 하기에 상세히 서술되는 바대로 각 검출된 차수에 대한 개별 회절격자에 대응한다. 이러한 실시예는 우수한 결과를 제공하는 것으로 알려져 있지만, 본 발명의 범위는 멀티격자마크만으로 한정되는 것은 아니다. 검출된 회절차수가 증가함에 따라 에러는 감소한다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 이러한 데이터로 곡선이 확정될 수 있고 그 곡선은 외삽법을 통해 검출시스템이 대응하는 더 높은 차수를 검출하도록 설계된 것이라면 알 것이라고 기대되는 감소된 정렬에러를 예측할 수 있다는 데에 착안하고 있다.
도 17은 다른 방식으로 동일한 데이터를 그래프화한 것이다. 이제 3개의 검출된 차수의 각가에 대한 정렬에러는 상수인자("주기성")를 곱한 회절차수의 역수에 따라 그래프가 그려진다. 이 그래프는 역비례의 식이므로, 무한 회절차수로 갈수록 그래프의 좌표는 주기성이라 명명된 축선을 따라 0에 근접할 것이다. 이런 식으로 그래프를 그리면 0 주기성 위치에 대하여 0 정렬에러에 도달하는 직선으로 데이터가 잘 맞추어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 복수의 회절차수채널에 대한 측정된 정렬에러를 직선으로 맞추면 외삽법을 통해 W-CMP 공정으로부터 야기되는 0 정렬에러의 경우에 타겟 위치를 예측할 수 있다. 0 주기성 경우는 무한 회절차수에 상응한다. 무한수의 회절차수를 개별적으로 검출하는 시스템을 구축할 수 없는 것은 분명하다. 하지만, 본 발명의 본 실시예에 따른 예측방법은 그러한 무한 한계의 검출된 회절차수를 전망할 수 있게 한다.
본 발명은 3차 회절차수, 5차 회절차수 및 7차 회절차수로부터의 신호를 조합함으로써 다음과 같은 일차 조합으로, W-CMP 공정으로 인한 계통 에러를 감소키는 우수한 결과를 얻어 냈다.
위 식은 다음의 일반 방정식에 맞춰진 3점 최소 제곱법에 기초한다.
위 식에서 C는 상수이고 n은 차수이다.
본 발명은 비록 7개의 회절차수중에서 3개만을 사용하여 좋은 결과를 냈지만, 본 발명의 더 넒은 개념은 상기 언급한 예측방법만으로 한정되는 것이 아니다. 2이상의 회절차수채널이 사용될 수 있고 측정된 값은 본 발명의 일반적 개념으로부터 벗어나지 않은 채 다른 함수에 맞춰질 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 견지는 W-CMP 또는 유사한 공정에서 유발되는 영향에 대하여 보정하기 위한 예측방법을 제공하는 것만으로 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 구리 다마신 공정은 상이한 파장 및 상이한 회절차수채널에서 관찰되는 실질적으로 랜덤하게 드러나는 에러를 유발하는 경향이 있다. 본 발명은 다수의 이용 가능한 신호채널이 동일한 무게로 평준화되는 예측방법이 구리 다마신 공정의 경우에도 좋은 결과를 가져올 것이라는 발견에 기초한다. 본 발명의 일반적 개념에는 복수의 회절차수태널로부터 정보를 조합하여 단일 신호채널만을 사용하는 것에 비하여 기판상의 정렬마크를 검출하는 데 있어 향상된 정확성을 얻는다는 것도 포함된다. 그러한 예측방법은 W-CMP 공정 및 Cu 다마신 공정의 경우에 상술한 바와 같이 기판상에 수행되는 특수한 공정에 대하여 특수한 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 개념은 복수의 파장채널 및 회절차수채널로부터 정보를 조합하여 기판상의 공정효과를 설명하기 위한 예측방법을 제공하는 것만으로 한정되 지 않는다. 복수의 파장채널 및 회절차수로부터의 정보는 정렬마크의 위치를 판정할 때 에러를 유발할 수 있는 기판에 대한 다른 변화를 설명하기 위한 예측방법을 제공하도록 조합될 수도 있다.
공정단계는 기판마다 다른 계통 영향을 유발할 수 있다. 예를 들어, W-CMP 및 Al-PVD 공정으로 인한 현저한 팽창이 4개의 상이한 실리콘웨이퍼에 대한 3차, 5차 및 7차 회절차수채널에 대하여 측정된 도 18에 도표화되어 있다. 본 발명은 팽창 및 수축으로 인한 그러한 에러가 검출된 회절차수마다 다르고 기판마다 다르다는 것에 착안한다. 도 18에서 알 수 있듯이, 회절차수에 반비례하는 주기성에 따른 변동은 각 웨이퍼에 대하여 실질적으로 직선 변동을 가진다. 하지만, 각 웨이퍼에 대한 데이터에 맞춰진 선은 상이한 직선들(예를 들어, 상이한 경사)이다. 그 직선들은 회절차수의 증가에 대응하여 주기성의 감소에 따라 서로 접근하는 점에 유의한다. 따라서, 그러한 예측방법은 웨이퍼마다 실질적으로 불변하는 결과를 전망할 수 있게 한다. 유사하게 W-CMP 및 Al-PVD 공정에 의하여 유발되는 잘못된 회전은 웨이퍼별 변동이 감소되거나 실질적으로 사라질 것으로 전망될 수 있다. 도 19는 이 경우에 웨이퍼별 변동을 감소시키는 예측방법을 설명하는 데이터를 제공한다.
상기 예측방법(predictive recipe)의 예는 복수의 채널로부터의 정보가 정해진 계수와 조합된다는 의미에서 정적방법(static recipe)으로 볼 수 있다. 예측방법이라는 용어는 멀티채널 정보의 수학적 표현식을 구한 다음 그 수학적 표현식을 사용하여 정렬마크의 위치를 판정하는 일반 개념을 포괄하도록 의도된 것이다. 본 발명의 개념은 또한 예측방법의 일반 개념 안에서, 다양한 채널로부터의 정보가 측 정된 양에 따라 좌우되는 방식으로 조합되는 동적방법도 포함한다. 예를 들어, 복수의 회절차수채널로부터의 정보는 측정된 신호세기에 의존하는 계수와 조합될 수 있다. 나머지 측정된 양은 동적방법에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 출력신호는 사인함수와 같은 기대되는 함수형태에 맞춰질 수 있다. 그러한 맞춤에서 상관계수는 복수의 채널로부터 신호를 조합하는 동적방법에서 사용될 수 있는 또 다른 측정된 양을 제공한다. "mcc", "minirepro", "신호대잡음비", "신호형상", "신호 포락선", "포커스", "경사", "차수채널위치오프셋", "파장채널위치오프셋", "세그먼트간 시프트" 및/또는 "개략-미세 위치편차(coarse-fine position deviation)"와 같은 다른 입력파라미터를 사용자 입력파라미터와 함께 사용하여 성능을 향상시킬 수 있다.
이들 파라미터중 다수는 정렬된 위치판정의 정확성에 관한 것이다. 파라미터 "mcc"는 측정된 신호가 완벽한 정렬마크에 대하여 기대되는 신호와 얼마나 유사한지를 나타내는 복합상관계수이고, "minirepro"는 정렬된 위치의 정확성을 나타내는 정렬측정의 상이한 영역 또는 부분들의 정렬된 위치의 표준편차이고, "신호대잡음비"는 정해진 신호를 측정된 신호의 스펙트럼 전체에 대한 잡음의 상대레벨로 나눈 것인 한편, "신호형상"은 이 스펙트럼내에서 일반적으로 기본 주파수의 몇 배인 몇 개의 이산 주파수의 상대레벨이며, "신호 포락선"는 측정시 신호세기의 변화이고, "포커스"는 검출기에 대한 웨이퍼 높이에서의 오프셋이며, "경사"는 측정시 웨이퍼각과 검출기각 사이의 각도이고, "차수채널위치오프셋"은 다양한 채널의 하나의 파장의 정렬된 위치에서 측정된 차이이며, "파장채널위치오프셋"은 다양한 파장채널 의 정렬된 위치에서 측정된 차이이고, "세그먼트간 시프트"는 다수로 분절된 정렬마크의 여러 세그먼트의 정렬된 부분에서 측정된 차이이며, "개략-미세 위치편차"는 개략 위상에서 정렬마크측정에 기초한 정렬마크의 기대되는 위치에 대한 상세 위상에서 정렬마크의 위치간 차이이다.
상기 계수는 프로세스의 역사적 데이터를 포함하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 이전 웨이퍼로부터의 정보와 회절차수채널에 대하여 얻어진 정보를 비교할 수 있다. 소정 채널의 정보가 이전 웨이퍼상의 그 채널에 대한 정보와 확연히 다르다면, 그 채널로부터의 정보가 이전 웨이퍼로부터의 정보화 확실히 유사할 때보다 더 낮게 가중된 계수를 그 채널에 부여할 수 있다. 복수의 회절차수채널로부터의 정보를 처리하는 또 다른 방법은 각각의 채널에 대하여 웨이퍼 그리드 파라미터(병진, 회전, 웨이퍼팽창, 직교성, 비대칭성 스케일링 및 보다 높은 차수 파라미터)의 항으로 개별 채널을 모델링하는 것이다. 개별 신호에 맞춰진 웨이퍼 모델의 잔여부(소위 그리드 잔여부)는 소정 회절채널의 상대적 중요성에 대한 능력검정자(qualifier)이다. 예를 들어, 웨이퍼상의 소정 위치 위에서 채널에 대한 잔여부가 그 위치에서 역사적 잔여부 분포와 매우 유사하다면, 그 잔여부가 이전 웨이퍼상의 평균 잔여부와 동떨어져 있을 때보다 더 큰 가중인자가 할당된다(또한 웨이퍼 잔여부의 통계 분포를 설명하는 도 29를 참조한다). 역사적 데이터는 정렬시스템으로 얻어진 정보의 유포를 최소화하는 방식으로 도움을 준다. 복수의 회절차수채널로부터 정보를 측정하여, 가장 높은 정렬용 신호세기를 가진 채널은 선택하고 낮은 신호세기를 가진 회절차수채널의 정보는 거절할 수 있다. 다른 측정량은 그러한 동적방법에서 사용될 수도 있다.
실험적 데이터를 근거로 하여 개별 검출기간의 상관관계를 결정할 수 있다. 상관관계가 그 방식으로 유도된다면 그것을 이용하여 더 정확한 측정을 제공할 수 있는 가중 계수를 생성할 수 있다. 한 가지 실시예는 1세트의 데이터를 이용하고 이 정보를 기초로 정적 예측방법을 결정하는 것이다. 두 번째 실시예는 예측방법을 검증하고 곧바로 조정하는 것이다. 현재 웨이퍼상에서 측정된 검출기들간의 상관관계가 예측방법과 동일하지 않다면 예측방법에 약간의 조정이 이루어진다.
지금까지 정적방법의 예에서 복수의 채널로부터의 동일한 정보가 모든 마크를 위해 사용된다. 다른 종류의 정적방법은 웨이퍼상의 각 타겟을 위해 복수의 채널로부터의 정보가 사용되어야 하는지를 정의하는 것으로 구별될 수 있다. 그러한 정적방법은 정렬시스템이 표면 전반에 걸친 공정 변화를 다룰 수 있게 한다. 복수의 회절차수채널로부터의 정보의 부분을 각 마크에 대하여 즉시로 선택 또는 가중하는 대신, 모든 타겟으로부터의 모든 정보를 처음 수집하는 데에도 유용할 수 있다.
그러면 웨이퍼 그리드는 개별 채널의 모두에 대하여 결정될 수 있다. 이러한 계획은 훨씬 더 많은 유연성을 제공한다. 예를 들어, 이제 회전을 판정하는 데 사용되는 채널/마크와는 다른 채널 및/또는 마크상의 웨이퍼팽창을 판정할 수 있다.
오프액시스 정렬시스템(OAS)은 다양한 방식의 정렬마크를 검출하는 데 사용될 수 있다. 도 2는 웨이퍼 조립체상의 기준마크 또는 포괄적 정렬마크로서 웨이퍼의 외주를 따라 있는 기준마크로서 흔히 사용되는 정렬마크를 도시한다. 도 20은 회로가 생성될 또는 생성되고 있는 복수의 영역(402, 404)을 가진 반도체웨이퍼(400)의 일부를 도시한다. 회로들의 사이에는 스크라이브라인(406, 408)이 있다. 정렬마크(410)는 스크라이브라인(408)내에 새겨져 있다. 유사하게, 정렬마크(412)도 스크라이브라인(406)내에 새겨져 있다. 정렬마크(410, 412)는 웨이퍼상 공간의 낭비가 없도록 폭이 좁은 스크라이브라인을 유지하기 위해서 충분히 폭히 좁게 되어 있다. 정렬마크들(410, 412)의 조합은 X 및 Y 방향으로 칭해질 직교하는 방향으로의 정렬정보를 제공한다. 정렬마크(410)는 분할되어 제1타겟(414)과 제2타겟(416)이 된다. 유사하게, 정렬마크(412)도 제1타겟(418)과 제2타겟(420)으로 분할된다. 각 타겟(414, 416, 418, 420)은 본 실시예의 회절격자이다. 일반적으로 격자(414 내지 420)는 위상격자이거나 진폭격자일 수 있다. 예를 들어, 위상격자는 기판 또는 기판상의 층에 홈부를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서 해당 마크에 속한 각각의 회절격자타겟은 상이한 주기성 즉, 상이한 피치를 가진다. 현재의 제조공정 및 스케일 하에서, 하나의 회절격자타겟(416)에 대하여 16.0㎛의 피치를, 제2회절격자타겟(414)에 대하여 17.6㎛를, 그리고 더 작은 피치를 사용하는 적합한 것으로 드러났다. 그러한 조합은 하기에 상세히 서술될 캡쳐 프로세스에서 유용하다.
캡쳐 프로세스는 정렬마크의 위치가 소정의 범위안에 놓여지는 대략 정렬의 형태이다. 미세 정렬은 하위 정렬마크의 더 정확한 위치를 판정하도록 수행된다. 정렬과정 중에 웨이퍼(400)는 소정의 정렬마크가 정렬마크의 타겟격자내 홈부와 실질적으로 직교하는 방향으로 오프액시스 정렬시스템(OAS)의 검출시계(detection field of view)를 가로질러 스캐닝되도록 이동될 것이다. 캡쳐 및 미세 정렬을 위한 모든 신호는 실질적으로 병렬로 획득될 수 있다. 정렬마크(410)의 타겟격자(416)가 스크라이브라인(408)의 방향을 따라 정렬시스템(OAS)의 시계를 가로질러 이동하도록 웨이퍼(400)가 이동될 때, 2개의 파장성분을 가진 정렬빔은 타겟격자(416)로부터 반사되고 회절된다(도 12 참조). 상술한 정렬시스템(OAS)의 실시예를 통해 타겟격자(416)가 정렬시스템(OAS)의 시계를 가로질러 스캐닝함에 따라 7개의 회절차수채널 및 2개의 컬러채널내 신호들이 검출된다(도 6에 도시된 기준격자플레이트 참조). X 및 Y의 각 방향으로 캡쳐 프로세스용 두 컬러의 각각에 대한 추가 채널도 있다.
도 21은 타겟격자(416)와 같은 격자가 오프액시스 정렬시스템(OAS)의 시계 아래에서 일정한 속도로 스캐닝됨에 따라 두 파장 중 하나에 대한 7개의 회절차수채널(423A 내지 423G)에서 생성된 신호의 예를 도시한다. 타겟격자(416)의 이미지가 해당 회절차수에 대한 기준격자와 정렬되게 되면 신호세기가 최대가 된다. 반대로, 타겟격자(416)의 해당 기준격자상 이미지가 완전히 비정렬된 때에는 검출된 신호세기는 최소가 된다. 따라서 실질적으로 일정한 스캐닝 동작에 의하여 출력신호는 실질적으로 사인곡선인 것을 알 수 있다. 더 높은 차수채널에 대한 신호는 낮은 차수채널보다 더 높은 주파수에 있다. 신호는 타겟격자(416)가 정렬시스템의 두 컬러의 각각에 대하여 오프액시스 정렬시스템(OAS)의 시계를 지나 스캐닝되면서 7개의 회절차수채널 모두에서 얻어진다. 정렬마크(410, 412)는 다중타겟 정렬마크의 일례를 제공한다. 본 실시예에서 타겟은 회절격자이다. 분절된 정렬마크(410)내의 복수의 타겟은 정렬마크(410)의 위치를 판정하는 데 사용된다. 유사하게, 분절된 정렬마크(412)내의 타겟들은 정렬마크(412)의 위치를 판정하는 데 사용된다. 다수 분절된 정렬마크의 개념은 정렬마크내에 3개, 4개 또는 그 이상의 세그먼트를 포함하도록 연장될 수 있다. 2개의 세그먼트를 갖는 정렬마크들에 덧붙여, 도 20에 예시된 바와 같이, 본 발명자들은 현재 유용할만한 마크내에 4개의 타겟들을 가지는 정렬마크들을 발견하였다. 도 22는 타겟(424, 426, 428, 430)들을 가지는 이러한 4개의 타겟 정렬마크(422)의 실시예를 예시한다. 본 실시예에서, 타겟(424, 426, 428, 430)들은 각각 회절격자이고, 따라서 타겟격자로 명명될 수도 있다. 타겟격자(424, 426, 428)는 각각 동일한 피치를 가지는 한편, 타겟격자(430)는 상이한 피치(도시안됨)를 가진다. 현재 피처 스케일 및 소정의 응용예에 있어서, 회절격자(424, 426, 428)에는 16.0㎛, 회절격자(430)에는 17.6㎛의 적합한 피치들이 발견되었다. 본 실시예에서는, 상이한 검출 특성을 가지도록 각각의 타겟(424, 426, 428)을 선택할 수 있다. 예를 들어, 상이한 회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자가 되도록 타겟(424, 426, 428)들을 선택할 수 있다. (앞선 기술에서, 이것은 상기 회절차수의 "신호"를 균일한 회절격자의 그것에 비해 증대시킨다는 것을 의미한다.) 예를 들어, 타겟(424)이 제3회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이도록 정렬마크(422)를 구성할 수 있다. 타겟(426)은 제5회절차수를 증대시키도록 선택되고, 타겟(428)은 제7회절차수를 증대시키도록 선택될 수 있다.
도 23a 내지 도23d는 위상격자의 일부분의 개략 단면도이다. 도 23a는 같은 폭의 균등하게 이격된 홈부를 갖는 보통의 회절격자에 대응한다. 도 23b는 도 23a 의 보통의 격자내의 인접한 플래토우(plateau) 영역들간의 홈부가 두 부분으로 세분되는 제3차수에 대한 차수증대격자의 개략적인 예시이다. 상기 하위구조체 영역의 폭은 도 23a에 예시된 영역(432, 434, 436)과 실질적으로 동일하게 유지된다. 도 23c는 하위구조체가 도 23b의 두 부분 대신에 3개의 부분을 가지는 제5차수에 대한 차수증대격자의 예시를 보여준다. 도 23d는 제7차수를 증대시키는 차수증대격자를 예시한다. 16.0㎛ 격자의 경우, 각각의 하위세그먼트(432, 434, 436) 및 홈통(trough) 영역(438, 440) 등은 16.0㎛이다. 도 23b, 23c, 23d의 대응하는 피처들은 또한 16.0㎛이지만, 몇몇은 하위구조체들을 가진다.
차수증대격자는 정렬센서의 회절차수검출채널내의 신호세기를 갖는 격자로 정의되며, 상기 신호세기는 베이스 피치 격자에 대해 검출된 신호세기에 대하여 증대된다. 도 23a는 16.0㎛의 피치를 갖는 베이스 피치 격자를 보여주는 예시이다. 도 23b, 23c, 23d는 차수증대격자의 예시들이다. 인자 N에 의해 감소된 베이스 피치를 갖는 격자는 차수증대격자의 또 다른 예시이다. 이러한 격자의 1차 회절빔은 정렬센서의 N번째 회절차수검출채널에 의해 검출된다. 이러한 결과는 n번째 차수 검출기로 명명하는 검출기가 베이스 피치로부터 n번째 차수와 일치하는 각도로부터 나오는 광을 검출하기 때문에 초래된다. 격자의 피치를 증가시키거나 감소시키는 것은 격자로부터의 광이 발산하는 각도를 변화시켜, n번째 차수 검출기에 의해 실제로 검출되는 격자로부터의 어떤 차수를 잠재적으로 변화시킨다. 본 발명의 기술적 범위는 상술된 격자 디자인에 제한되지 않는다. 회절차수를 증대시키는 여타의 모든 격자들이 본 발명의 기술적 범위내에 있다.
기준마크(422)가 그 긴 치수를 따라 오프-액시스 정렬시스템(OAS)의 시계를 가로질러 스캐닝되는 경우, 센서는 두 조명 파장 각각에 대해 7개의 회절차수채널내에 신호를 생성한다. 그 결과, 정렬마크(422)를 가로지르는 단일 스캔은 타겟(424, 426, 428, 430) 각각에 대해 14개의 컬러/차수 신호들을 제공할 수 있다. 보통의 회절격자에 대하여, 회절차수에 대한 신호세기는 증가하는 회절차수로 감소한다. 차수증대격자들은 보통 어떠한 하위구조체없이 순수하게 일정한 피치를 갖는 회절격자로 얻어지는 것에 걸쳐 특정 회절차수를 증대시킨다. 특정 차수증대격자가 되도록 다중타겟정렬마크(422)내의 타겟들을 선택함으로써, 대응하는 타겟으로부터 증대된 차수의 데이터를 활용하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제7차수증대격자가 될 타겟격자(424), 제5차수증대격자가 될 타겟(426) 및 제3차수증대격자가 될 타겟(428)을 선택하는 경우, 발명자들은 타겟(424)로부터 제7차수채널로부터의 신호들만을, 타겟(426)으로부터 제5차수채널들만을, 그리고 타겟(428)로부터의 제3차수채널들만을 활용하여 양호한 결과들을 얻어내었다. 도 16 내지 도 19에 예시된 데이터는 이러한 정렬마크로 얻어졌고 상기 방식으로 처리되었다. 도 16 내지 도 19에 표시된 데이터가 상기 다중타겟정렬마크내의 동일한 차수의 차수증대타겟격자에 대응하는 회절차수채널들내의 신호로부터 얻어졌지만, 도 15 내지 도 18을 참조하여 기술된 일반적인 개념들은 상기 경우에만 제한되는 것은 아니다.
도 20의 정렬마크(410, 412)들은 상이한 피치를 갖는 회절격자들인 2개의 타겟을 구비한 다중타겟정렬마크의 예시를 제공한다. 4개의 타겟정렬마크(422)는 상이한 두 피치를 갖는 타겟들과 특정 회절차수를 증대시키도록 선택된 타겟들을 조 합하는 측면에서 기술되었다. 부가적인 또는 상이한 효과들을 달성하도록 타겟들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 제조되는 디바이스들의 변화들과 상관(correlate)하는 방식 또는 예측가능한 방식의 처리하에 행동하는 구조적 피처들을 가지는 다중타겟정렬마크들 중의 타겟을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절격자패턴에는 제조시에 소정의 특성들을 제공하도록 하위패턴이 제공될 수 있다. 도 24는 하위패턴이 회절격자의 일부분에 부가되는 예시를 보여준다. (도 26c도 참조.) 예를 들어, 도 23a의 하위구조체(432)는 도 26c에 개략적으로 예시된 구조체(442)를 얻기 위하여 횡으로 자를 수 있다. 구조체들이 제조되는 디바이스의 피처 구조체와 유사하도록 구성요소(442)의 구조체들의 폭을 선택할 수 있다. 도 24에 예시된 하위구조체는 W-CMP 프로세스에 유용하다고 믿고 있다. 도 23의 우측 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 하위구조체 홈부를 채우는데 텅스텐이 사용된다. 또한 제조공정시, 파괴되는 상당한 변화 및 가능성을 거치는 복수의 타겟들 중의 희생(sacrificial) 타겟을 의도적으로 만들어 낼 수 있다.
희생 타겟(들)의 목적은, 비-희생 타겟(들)을 이용하여 정렬마크위치의 판정을 개선하도록 프로세스 의존성들을 판정하는 것이다. 따라서, 희생 타겟(들)은 프로세스 영향에 민감하다. 예를 들어, 다중타겟정렬마크의 제1타겟은 위치 안정성을 위해 최적화되는 한편, 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟은 예를 들면 마크심도, 선폭 또는 선각에 매우 민감하다. 감도는 제1타겟에 대한 프로세스 영향을 보정하는데 사용되어 보다 안정한 위치를 발생시킬 수 있다. 제1타겟의 위치는 프로세스와 무관하게 비교적 안정하지만, 제2타겟은 적절한 검출기로 검출하도록 최적화되 며, 프로세스 영향 및 이러한 지식을 가지고, 정렬마크의 더 나은 위치가 양 타겟들의 조합된 정보에 기초하여 계산된다. 위치 안정성에 유용한 타겟의 예시는 상기 타겟의 또 다른 섹션 바로 위쪽 섹션을 갖는 타겟이다. 예를 들어, 기판의 상이한 층들내에 섹션들이 있을 수 있다. 타겟의 상이한 섹션들은 예시적인 일 실시예에서 상이한 피치를 갖는 격자일 수 있다. 타겟 섹션들은 기판의 평면에 대해 거의 동일한 위치에 있으므로, 양 타겟 섹션들로부터의 신호들이 동시에 측정될 수 있다. 따라서, 타겟들의 상이한 섹션으로부터의 신호들은 기판 또는 기판홀더의 움직임의 에러에 민감하지 않다.
또 다른 실시예에서의 희생 타겟의 목적은, 희생 타겟 위 또는 아래에 위치하는 정렬타겟을 준비 또는 완성하기 위한 것이다. 또 다른 타겟의 최상부에 위치한 희생 타겟의 예시는 웨이퍼면으로부터 불투명한 재료를 제거하는 구조체이다. 이것은 광이 기판을 통과하여 밑에 있는(underlying) 타겟에 도달할 수 있게 하여, 그렇게 하지 않았으면 불가능했을 타겟에 대한 정렬을 가능하게 한다. 또 다른 타겟 밑에 위치한 희생 타겟의 예시는 불투명한 구조체이다. 투명한 재료에 위치하는 정렬격자의 유효심도는 격자 아래에 불투명한 구조체를 위치시킴으로써 조정될 수 있다. 본 실시예의 기술적 범위는 제공된 예시에 제한되지 않는다. 정렬 성능을 개선하기 위하여 정렬타겟 위 또는 아래에 위치하는 여타의 구조체들도 본 실시예의 기술적 범위내에 있다.
또 다른 실시예에서, 제1타겟은 생성 구조체와 매우 유사하고, 따라서 실제 제품과 실질적으로 동일한 왜곡 및 프로세스 영향을 받는다. 상기 타겟은 제품의 피처들과 보다 훨씬 유사한 해상도를 갖는 콘택홀 또는 라인과 같은 피처들을 포함하는 하위구조체 밖에 형성될 수 있다. 이러한 타겟은 제품의 위치를 보다 좋게 나타내지만, 프로세스에 의해 더욱 영향을 받을 수도 있어, 타겟을 검출하기가 어렵게 한다. 예를 들어, 제품 해상도의 표면 구조체들을 완전히 제거하기 위한 CMP 프로세스가 공지되어 있다. 다중타겟정렬마크의 이점은 백업을 목적으로 기본적으로 언제나 로버스트 제2타겟이 이용될 수 있다는 점이다.
또 다른 실시예에서, 오버레이는 다중타겟정렬마크를 이용하여 상이한 층들의 타겟(들) 또는 타겟(들)의 부분을 프린팅함으로써 판정된다. 예시는 층(1)에 패턴(a)이 프린트되고, 층(2)에 패턴(a)을 오버래핑하여 패턴(b)이 프린트되어, 양자가 다중타겟정렬마크의 제1타겟을 형성하는 므와르 기술을 이용하는 예시가 제공된다. 특정 패턴(a) 및 패턴(b)를 이용하여, 오버레이를 나타내는 제2타겟에 대한 제1타겟의 위치 시프트 및 정렬센서에 의해 검출될 수 있는 비트(beat) 패턴을 생성시킨다. 이러한 내용의 다중타겟마크의 이점은, 정렬타겟들이 웨이퍼상의 실질적으로 동일한 위치에 위치한다는 점이다. 다이내의 프로세스 변동으로 인하여 측정 에러들이 발생할 가능성이 없다.
희생 타겟은 또한 예를 들어 포커스, 에너지, 도즈, 선폭, 콘택홀의 폭 또는 임계치수 측정치와 같은 위치 판정 이외의 목적에 사용될 수도 있고, 단일타겟마크 또는 다중타겟마크에 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 희생 타겟은 정렬 또는 오버레이 센서로 검출할 수 있는 상기 영향들에 기본적으로 민감하다. 생성물(product) 선폭, 콘택홀의 폭 또는 임계치수는 일반적으로, 상기 타겟이 생성물에 유사한 밀 도 및 해상도를 갖는 콘택홀 또는 라인들의 그룹으로 구성될 때, 정렬타겟의 상대신호세기를 이용하여 측정될 수 있다. 포커스 및 도즈에 민감한 정렬타겟의 예시는 본 명세서에서 참고문헌으로 채택하고 있는 WO 02/052350 A1호에 도시되어 있다. 또한, EP-022531766호의 전체 내용도 여기서 참고문헌으로 채택된다. 이들 측정에 있어서, 생산 가능성이 전혀없는 어떤 에지 다이들은 포커스 오프셋 또는 도즈 오프셋으로 프린트되고, 포커스 또는 도즈는 정렬 또는 오버레이 센서로 검출되며, 피드백 루프에서 조정된다.
3개의 검출기채널을 이용하면, 측정시스템의 교정 및 온라인 능력검정을 행하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 3개의 검출기채널은 다중타겟정렬마크의 위치를 측정한다. 상이한 위치를 측정하는 제3센서 및 측정된 위치에 동의하는 2개의 검출기채널을 이용하면, 상기 정렬마크의 측정시에 상기 제3센서는 신뢰할 수 없게 능력검정될 수 있다. 또 다른 예시에서, 2개의 검출기채널은 프로세스 또는 정렬마크에 무관하게 정렬된 위치의 일정한 위치 차이를 항상 측정한다. 이러한 오프셋은 자동 교정 또는 매칭에 의해 보정될 수 있다. 또 다른 예시에서, 2개의 검출기채널은 특정 프로세스에서의 정렬마크에 대한 위치측정의 특정 오프셋을 가지며, 이러한 오프셋은 상기 특정 프로세스에서 교정될 수 있다. 교정된 오프셋은, 하나의 센서를 다른 것으로 전환하거나 또는 검출기채널 양자 모두가 동일한 시간에 사용될 때, 측정된 값을 보정하는데 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 다중타겟정렬마크의 개념은 단지 다중격자정렬마크만을 사용하는 것에 제한되지 않는다. 다중타겟정렬마크내의 타겟들은 다양한 형태의 타 겟일 수 있다. 타겟으로서의 격자 뿐만 아니라, 예를 들어 에지 검출 및/또는 이미지 인식 기술들과 같은 여타의 프로세스에 의해 검출되는 기타 타겟들을 포함할 수 있다. 또한, 격자들이 상술된 오프액시스 정렬시스템(OAS)에서 최적화되는 것과 같이, 다중타겟정렬마크내의 소정의 타겟들은 어떤 특정 형태의 센서에서 최적화될 수 있지만, 동일한 마크내의 다른 타겟들은 여타의 정렬시스템 및/또는 야타의 측정시스템에 적합할 수도 있다. 예를 들어, 다중타겟정렬마크내의 타겟은, 추가 처리전에 포토레지스트의 노광의 정확성을 평가하는데 사용되는 온라인 메트롤로지 툴에 의한 검출에 적합할 수 있다.
캡처 프로세스는 또한 신규 다중타겟정렬마크의 사용에 의해 개선될 수도 있다. 현 캡처 프로세스하에서, 정렬센서는 제1피치를 갖는 회절격자를 가로질러 스캐닝된다. 상술된 바와 같이, 스캐닝은 통상적으로 정렬센서의 시계를 통하여 기판을 이동시켜 달성된다. 이것은 도 25에 개략적으로 예시된 바와 같이, 제1주기의 사인곡선형 신호(500)를 발생시킨다. 그 후, 정렬센서는 제1피치보다 큰 제2피치를 갖는 회절격자를 가로질러 스캐닝되며, 이 예시에서는, 제1 및 제2격자들이 동일한 다중타겟정렬마크의 부분이다. 즉, 두 타겟을 연계 이용하여 정렬마크의 단일 위치가 판정된다. 사인곡선형 제2신호(502)는 제1신호보다 상이한 주기를 갖는 제2격자로부터 발생된다. 그 결과, 두 신호(504)의 최대치들의 일치점은 적합하게 선택된 피치들에 대한 소정 수의 사이클 후에 다시 일치하게 된다. 현 적용예에서는, 16.0㎛의 피치를 갖는 제1격자 및 17.6㎛의 피치를 갖는 제2격자가 유용하다는 것이 밝혀졌다. 이 경우, 상기 신호들은 16.0㎛ 격자의 11 사이클 및 17.6㎛ 격자의 10 사 이클 후에 다시 일치하게 된다. 이러한 패턴은 주기적으로 반복되므로, 정확한 정렬 위치의 모호성을 초래한다(즉, 반복되는 일치점 중의 하나를 캡처할 수 있다). 캡처 범위는 이 경우에 ±44㎛이고, 잘못된 모호한 범위가 선택되는 경우에 88㎛의 배수 에러들이 도입된다.
캡처 프로세스는 또한 상술된 액시스 또는 오프액시스 정렬시스템 중의 어느 하나로 검출된 회절차수서브빔을 이용하여 수행될 수도 있다. 나아가, 캡처 프로세스 및/또는 회절차수증대격자에 사용될 수 있는 1차 서브빔보다 높은 것이 사용될 수 있다. 또한, 다양한 형태의 타겟들이 사용될 수 있다.
다른 타겟 형태들은 또한 정렬마크의 캡처를 수행하기 위하여 다중타겟마크에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 각 쌍이 상이한 하위분절을 갖는 다수의 격자 쌍들을 포함할 수 있는데, 예를 들면 도 24를 참조하여 앞서 논의된 상이한 프로세스 분절화 또는 회절차수증대격자들을 들 수 있다. 도 26a 및 도 26b는 격자들의 다수의 쌍에 대한 두가지 예시를 보여준다. 정렬마크(600)는 4개의 타겟(602, 604, 606, 608)을 가진다. 타겟(602, 604, 606)은, 예를 들어 제3, 제5 및 제7차수 각각을 증대시키는 차수증대격자일 수 있으며, 16.0㎛의 피치를 가질 수 있다. (16.0㎛의 피치를 갖는 격자들은 8.0㎛ 격자로도 명명되는데, 그 이유는 각 라인 또는 홈부가(하위구조체는 무시) 1/2 피치를 가지기 때문임을 유의한다.) 타겟(608)은 예를 들어, 제3차수를 증대시키는 차수증대격자일 수 있으며, 17.6㎛의 피치를 가진다. 또 다른 예시는, 4개의 차수증대격자를 갖는 정렬마크(610)인데, 상기 격자들 모두는 제5차수를 증대시킨다. 타겟(612, 614, 616)은 각각 16.0㎛의 피치를 가지 는 한편, 타겟(618)은 17.6㎛의 피치를 가진다. 본 예시에서, 타겟(614, 616)은 각각 상이한 프로세스 분절화를 가질 수 있다. 이들은 단지 여러 가능한 변동의 특정 예시들의 결합이다. 어떤 쌍의 격자들이 정렬에 사용되는지가 미리 정해질 수 있으며, 및/또는 측정된 신호의 품질에 기초하여 역동적으로 판정될 수 있다. 16.0 및 17.6㎛ 신호의 쌍에 대한 통상적인 능력검정자(qualifier)는 가장 가까운 16.0 및 17.6㎛ 최대치의 2개의 신호 최대치간의 리메이닝(remaining) 시프트이며, 제로 리메이닝 시프트가 최고이다. 또한, 다중타겟마크들은 평균값에서 멀리 떨어진 특정 검출된 마크들을 식별하는데 사용될 수 있다. 16.0㎛ 격자 또는 심지어는 임의의 타겟들과 같은 3개 이상의 격자들을 사용한다면, 격자들의 정렬된 위치들을 서로 비교할 수 있고, 결과값 중의 하나가 나머지 2개 이상에서 멀리 떨어져 있는지를 검출할 수 있다. 이러한 편차 정렬신호는 "플라이어(flyer)"라 칭하며, 따라서 웨이퍼의 위치를 판정하는데 사용되지 않는다. 플라이어들은 전체로서 마크-대-마크 기초에 따라 판정될 수 있거나, 또는 특정 검출채널에 대하여 추가로 특정화될 수 있다. 또한, 마크의 다른 타겟들에 비해 그들의 위치에 대하여 평가되는 전체로서 타겟 및 타겟-대-타겟 기초에 따라 상기 위치를 판정할 수 있으며, 그 후 정렬된 위치 판정을 위한 타겟을 유지하는지, 또는 상기 타겟을 불량처리(reject)하는지를 결정할 수 있다. 이 메커니즘은 기본적으로 캡처시에 유용한 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는 캡처 프로세스 후의 보다 높은 차수(고주파수)의 잘못된 최대치의 선택이 용이하게 검출될 수 있어, 본 예시에서는 에러가 적어도 8㎛(제7차수에 대해)가 되기 때문이다.
다중격자 실시예들 가운데 하나는, 캡처 다중격자 마크이다. 이 마크는 캡처를 위해 최적화된 2개의 격자를 가지며, 상기 2개의 격자는 미세 정렬에서 최적화된다. 본 실시예의 주요 이점은, 단일 격자로 캡처링 및 미세 정렬 모두가 가능할 필요가 없다는 점이다. 또 다른 실시예는 프로세스 다중격자이다. (도 26c 참조) 이 마크는 캡처링을 위한 하나의 17.6㎛ 피치 세그먼트 및 3개의 16㎛ 피치 세그먼트를 가진다. 16㎛ 피치 세그먼트들은 동일한 회절차수를 증대시키는 피처들로 이루어진다. 각각의 16㎛ 피치 세그먼트의 피처들은 특정 프로세스 윈도우에서 최적화된다. 프로세스 특성에 따라, 16㎛ 피치 세그먼트들 중의 하나가 정렬에 사용될 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 개선된 오버레이 전략을 위한 시스템이다. 웨이퍼 정렬을 위한 파라미터들은 마이크로-디바이스 형성시에 오버레이 전략을 위해 중요하다. 중요한 파라미터들의 몇몇은 사용된 정렬마크의 개수, 정렬수단, 잔여 임계치, 및 웨이퍼상의 마크의 위치 등이다. 도 27은 개선된 오버레이를가지는 시스템이 사용될 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 다중타겟마크를 보여준다. 격자 피치에 대응하는 수치값(1/2 피치값)은 현재 유용하다고 밝혀지고 일반적인 개념의 리미팅 피처(limiting feature)가 아닌 값들의 예시로서 제공된다. 도 27에 예시된 정렬마크는 제조공장("fab")에서 현재 사용되는 대부분의 공정들(즉, CMP, PVD, STI, DT, Cu-Damascene 등)에 걸쳐 상기 마크들에 대한 로버스트 정렬을 제공하는 3개의 프로세스 타겟들을 가진다. 3개의 프로세스 타겟들이 유용하다고 밝혀졌지만, 본 발명의 기술적 범위를 벗어나지 않고도 다른 개수의 프로세스 타겟들이 사 용될 수 있다. 특정 프로세스를 위한 처리에 대한 로버스트니스를 증대시키기 위하여, 특별한 프로세스 모듈들이 디자인되었다. 프로세스 타겟들의 예시들을 도 24 및 도 26c를 참조하여 상술하였다. 예를 들어, W 두께가 증착시에 현저하게 변하는 경우, 프로세스 분절화는 W 두께 변동의 전체 범위가 커버되는 방식으로 선택된다. 이러한 방식으로, W-CMP & Al-PVD 프로세스 단계들 후에 최적 정렬 성능이 얻어진다.
다중타겟정렬마크내의 1이상의 타겟들은 액티브 정렬에 사용되는 한편, 다른 타겟들은 예상된 기능적 형태, 신호세기(SS) 및 그리드 모델링 파라미터들(병진, 회전, 확대 등)에 대한 신호의 적용(fit)을 위한 상관계수(correlation coefficient)인 신호품질(MCC)과 같은 추가 정보를 제공하도록 병렬로 측정된다. 도 28은 본 발명에 따른 패브-와이드(fab-wide) 자동공정제어(APC)시스템에서의 데이터 흐름을 도시한 개략도이다. APC 시스템은 또한 오프-라인 오버레이 메트롤로지 툴로부터 데이터를 수신하므로, 상기 시스템은 대안적인 전략들로 얻어질 수 있었던 오버레이들을 예측할 수 있다. 상기 APC 시스템은 상이한 전략에 대한 전환이 이루어지는가의 여부를 판정하도록 본 발명에 따라 구성될 수 있다. 상이한 전략에 대한 변화가 만들어지는가의 여부에 대하여 결정을 하도록 사람에게 정보가 제공될 수 있음을 유의한다.
바로 위에 상술된 실시예는 외부 제어시스템에서의 피드백 루프를 위한 것이다. 이것은 예를 들어 뱃치-대-뱃치 기초(batch-to-batch basis)에서와 같이 천천히 변하는 파라미터들에 유용하다. 본 발명의 또 다른 실시예는 "대체(fallback)" 시스템 및 방법, 그리고 웨이퍼-대-웨이퍼 기초에서의 동적인 글로벌 정렬 전략들을 제공한다. 이러한 리소그래피-툴-기반 제어 루프는 자동설비제어(AEC)의 실시예이다. 본 발명에서, 자동 대체(fallback)는 액티브 정렬 전략이 실패하는 경우의 대안적인 전략들 가운데 하나이다. 예컨대, 차선책인 전략 또는 예정된 대체 전략은 대체에 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 정렬 에러로 인하여 제조공정시에 불량처리되는 웨이퍼의 수가 최소화될 수 있다.
정렬 실패의 경우, 또 다른 전략에 대한 전환이 일어나야 한다. 하지만, 뱃치내의 동적인 글로벌 정렬 전략들의 경우, 대안적인 전략에 대한 전환은 오버레이 성능의 간접 지시자(indicator)를 기초로 하는데, 그 이유는 외부 오버레이 데이터를 이용할 수 없기 때문이다. 상기 지시자는 예를 들면 차수-대-차수 안정성, 잔여(residual) 분석 또는 신호품질분석(SS, MCC) 등이다. 캘리포이나주 산타 클라라에서 개최된 26차 마이크로리소그래피 국제 심포지움(2001년 2월 25일~ 3월 2일)의 Ramon Navarro, Stefan Keij, Arie den Boef, Sicco Schets, Frank van Bilsen, Geert Simons, Ron Schuurhuis, Jaap Burghoorn에 의한 "Extended Athena alignment performance and application for the 100nm technology node"를 참조하는데, 그 전체 내용은 본 명세서에서 참고자료로 채택된다. 차수-대-차수 안정성은 단지 처리에 의해서만 유발된 정렬된 위치의 변동에 대한 척도이다. 잔여 분석은 모델링된 웨이퍼 그리드가 측정된 위치들로 얼마나 양호하게 적용되었는가를 특징으로 한다. 대안적인 전략으로의 전환에 대한 결정은 뱃치내에 구현될 수 있다. 하지만, 대안적인 전략으로의 전환시, 보통은 신규 프로세스 보정치가 요구된다. 양 자 모두의 경우(대체 및 동적인 글로벌 정렬 전략), 정확한 프로세스 보정치의 판정이 문제이다. 프로세스 보정치들은 뱃치에 걸쳐 안정하다고 가정되므로, 느린 피드백 APC 시스템에서 도출될 수 있다. 따라서, APC 시스템은 여기서 신규 정렬 전략의 파라미터들을 판정하지는 않지만, 다중타겟마크의 모든 세그먼트들에 대한 프로세스 보정치들을 판정하고, 그 보정치들을 리소그래피 툴로 보낸다. 이들 데이터를 리소그래피 툴에서 이용하면, 뱃치-대-뱃치 기초에서의 정렬 전략의 전환에 의하여 피드백 루프가 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 정렬시스템으로부터 수집된 데이터는 제조시에 품질 제어를 개선하는데 사용될 수 있다. 품질 제어는 오버레이 메트롤로지 툴에서, 각각의 뱃치로부터 보통 무작위로 들어올려진 수 개의 웨이퍼에서 수행된다. 따라서, 대표가 아닌(non-representative) 웨이퍼들이 뱃치로부터 선택될 수 있는 가능성이 높다. 차기 뱃치에 대한 프로세스 보정치들은 상기 오버레이 메트롤로지 측정치들을 기초로 하기 때문에, 이는 뱃치-대-뱃치로부터의 오버레이 변동을 초래할 수 있다. 본 실시예에서, 정렬 데이터(즉, 모든 웨이퍼에서 이용가능함)는 오버레이 메트롤로지 툴에서 측정되는 웨이퍼를 식별하는데 사용된다. 어떤 웨이퍼들이 뱃치에서 대표적인가를 판정하기 위하여, 예를 들면 웨이퍼 모델 파라미터들(병진, 팽창, 회전)의 웨이퍼-대-웨이퍼 분포를 판정하고, 뱃치 평균 웨이퍼 파라미터들에 가장 가까운 웨이퍼들을 식별할 수 있다. 특히, 웨이퍼 팽창 및 비직교성이 이러한 목적을 위해 유용하다. 대안적으로, 그리드 잔여부, 즉 측정된 위치들에 대해 적용된 최고 그리드로부터의 각각 측정된 위치의 편차를 볼 수 있다. 정렬 마크들이 상 이한 기계에서 노광되었다면, 계통 에러가 그리드 잔여부로 발생할 수 있다. 그 후, 정렬시스템은 상이한 오프셋으로 각각의 마크를 측정한다. 이러한 오프셋은 잔여부에 매우 기여하므로, 실제(true) 처리 영향들을 약화시킨다. 도 27에 도시된 바와 같이, 마크 위치당 잔여부 분포를 판정함으로써, 오프셋의 영향이 배제된다. 모든 마크들이 그리드내로 적용된다면, 모든 마크에 대해 개별적으로 판정될 수 있다. 사용될 수 있는 기타 능력검정자들은 모든 마크 및 모든 웨이퍼들에 걸친, 또는 모든 웨이퍼들에 걸친 마크당 SS 및 MCC 분포이다. 대안적으로, 최악의 웨이퍼 및 수상한 웨이퍼(플라이어)를 가리킬 수도 있다. 예컨대, 최악의 SS, MCC 또는 잔여부가 사용될 수 있다. 이들 최악의 웨이퍼들이 오버레이 메트롤로지 툴상의 명세내에 있다면, 전체 뱃치도 명세내에 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 정렬 데이터는 대안적인 전략들에 대한 프로세스 보정치들을 판정하는데 사용된다. 프로세스 보정치들은 액티브 전략만을 위한 오버레이 메트롤로지 툴에서 판정된다. 액티브 및 대안적인 전략간의 차이는 정렬시스템에 의해 측정된다. 오래된 전략 및 정렬 데이터의 프로세스 보정치들로부터 신규 전략에 대한 프로세스 보정치를 계산하는 공식은 다음과 같다.
이것은 각각의 웨이퍼 모델 파라미터를 적용하는데, 여기서 PC는 오프라인 모델링된 웨이퍼 모델 파라미터이고, W는 노광된 웨이퍼 그리드 파라미터이다. 적용가능한 웨이퍼 파라미터들은 다음과 같다: 병진 X, Y; 웨이퍼 팽창 X, Y; 웨이퍼 회전, 비직교성. 상이한 시나리오들이 정렬 데이터의 평균에 이용될 수 있다. 예를 들면:
1. 뱃치로부터의 모든 웨이퍼들;
2. 단지 오프라인 오버레이 측정에 사용된 웨이퍼들만;
3. 앞선 뱃치들(불량처리의 경우)
본 발명의 다른 실시예에서, 모델링된 오버레이 메트롤로지 데이터(PC)를 보정하는 대신에, 입력된 그대로의 오버레이 메트롤로지 데이터에는 각각의 오버레이 타겟 및 각각의 웨이퍼 측정된 오프라인에서 그리드 차이 Walternative - Wactive에 따라 오프셋이 제공된다. 상기 대안적인 전략에 대한 프로세스 보정치 및 오버레이 성능은 뱃치에 대하여 계산된다. 조작자 또는 APC 시스템은 오버레이에서의 트렌드(즉, 몇 개의 뱃치들에 대한 시간의 함수로서)를 모니터링하여, 조작자 또는 APC 시스템이 대안적인 전략들 중의 하나로 전환하는지의 여부를 판정하도록 할 수 있다.
상술된 여러 시스템들은 코히런트 정렬 방사원들을 사용하므로, 미국특허 제 6,384,899호에 개시된 위상 변조 기술이 여기에 기술된 시스템들과 연계하여 사용될 수도 있다. 미국특허 제 6,384,899호의 전체 내용은 본 명세서에서 참고자료로 채택된다. 본 발명에 따른 정렬시스템은 여러 정렬장치에 구현될 수 있다. 특정 예시에서는, 도 3, 5, 7, 12, 13에 예시된 정렬시스템에 구현될 수 있다. 본 예시에서, 정렬시스템은 위치판정유닛을 가진다. 일반적으로, 위치판정유닛은 하드웨어로된 특별한 목적의 구성요소 또는 프로그램가능한 구성요소 중의 어느 하나일 수 있 다. 프로그램가능한 유닛에서, 위치판정유닛은 CPU, 메모리 및 데이터저장영역을 포함한다. 또한, 위치판정유닛은 다른 설비와 연통되고 및/또는 사용자들과의 인터페이싱을 위한 I/O 포트들을 가질 것이다.
지금까지 본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었다. 본 발명은 상기 실시예들에만 국한되는 것이 아니라, 청구범위에 정의되는 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상내의 상기 실시예들의 조합예 및 변형예들을 포함한다. 본 발명은 또한 IC 제조를 위한 기판상의 마스크 패턴의 스텝-앤-스캔 묘화용 장치에서의 사용을 참조하여 기술되었지만, 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 대안적으로 집적된 또는 완전한, 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 가이던스 및 검출 패턴, 또는 액정디스플레이패널 등을 제조하기 위한 장치에 사용될 수도 있다. 투영장치는, 투영빔이 전자기방사선의 빔 및 투영시스템이 광학투영렌즈시스템인 광학장치 뿐만 아니라, 투영빔이 전자빔, 이온빔 또는 X-레이빔과 같은 하전된 입자빔이고, 관련된 투영시스템 예를 들면 전자렌즈시스템이 사용되는 장치일 수도 있다. 일반적으로, 본 발명은 매우 작은 상세를 갖는 이미지들이 형성되어야 하는 묘화 시스템에 사용될 수 있다. 물론, 상술된 것의 다양한 조합 또한 본 발명의 기술적 범위내에 있다.
본 발명에 따르면 향상된 정렬 정확성 및/또는 로버스트니스를 가진 리소그래피 투영장치용 정렬시스템을 제공할 수 있다.
Claims (202)
- 리소그래피 장치용 정렬시스템에 있어서,정렬 방사선의 방사원;제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함하는 검출시스템; 및상기 검출시스템과 연통되는 위치판정유닛을 포함하여 이루어지고,상기 위치판정유닛은, 작업물 상의 정렬마크의 위치를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되며, 상기 결합은 상기 작업물의 제조공정을 고려하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1비제로(non-zero)회절차수채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2비제로회절차수채널인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제2항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2신호에 대한 제1신호의 상대세기에 의존하는 인자로 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 제1 및 제2신호를 가중(weighting)하여 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제3항에 있어서,상기 제2비제로회절차수채널에 대한 가중 인자는, 상기 제2신호에 대한 상기 제1신호의 세기가 소정의 임계치를 초과할 때, 제로로 설정되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치를 제1정밀도로 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제5항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제3 및 제4검출기채널로부터 정보를 처리하고, 상기 제1정밀도보다 더욱 정밀한 제2정밀도로 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 균등하게 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 위치판정유닛은, mcc, minirepro, 신호대잡음비, 신호형상, 신호포락선, 포커스, 경사, 차수채널위치오프셋, 파장채널위치오프셋, 세그먼트와 개략-미세위치편차 사이의 시프트(shift)로 이루어진 측정가능한 정량(quantity)들의 세트로부터 선택된 하나 이상의 측정가능한 정량에 의존하는 인자로, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되며,상기 파라미터 mcc는 상기 측정된 신호가 완벽한 정렬마크에 대해 예상된 신호와 얼마나 양호하게 비슷한가를 나타내는 다중상관계수(multiple correlation coefficient)이고, minirepro는 정렬된 위치의 정확성을 나타내는 정렬측정부의 상이한 섹션 또는 부분의 정렬된 위치의 표준편차이며, 신호대잡음비는 측정된 신호의 스펙트럼에 걸쳐 잡음의 상대레벨로 나뉜 핏팅된(fitted) 신호인 한편, 신호형상은 상기 스펙트럼에서의 약간의 이산 주파수의 상대레벨이고, 일반적으로 기저 주파수의 배수들에서, 신호포락선은 측정시의 신호세기의 분산이며, 포커스는 측정시의 웨이퍼 높이의 오프셋이고, 경사는 측정시의 웨이퍼 각도와 검출기 각도 사이의 각도이며, 차수채널위치오프셋은 한 파장의 여러 채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 파장채널위치오프셋은 여러 파장채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이며, 세그먼트들간의 시프트는 다수 분절된 정렬마크의 여러 세그먼트의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 개략-미세 위치편차는 개략 위상에서의 정렬마크 측정치들에 기초하여 그들의 예상된 위치에 대한 미세 위상에서의 정렬마크들의 위 치간의 차이인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 결합된 정보를 이용하여 예측방법(predictive recipe)에 의하여 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제9항에 있어서,상기 예측방법은 정해진 데이터 세트에 기초한 정적 예측값인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제9항에 있어서,상기 예측방법은, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 동안에 수정될 수 있는 초기 데이터 세트를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제10항에 있어서,상기 정해진 데이터 세트는 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치 의존성을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제9항에 있어서,상기 예측방법은, 적어도 상기 제1 및 제2검출기채널로부터의 결합된 정보로부터 판정된 상기 정렬마크의 상기 위치에 연속함수를 적용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제9항에 있어서,상기 예측방법은, 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러(systematic processing-induced error)를 이용하여 정렬마크의 위치를 예측하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제14항에 있어서,상기 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러는 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의하여 도입된 계통 에러에 해당하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제14항에 있어서,상기 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러는 구리 다마신 공정에 의하여 도입된 계통 에러에 해당하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2작업물에서 검출된 정렬마크로부터의 정보를 포함 하여 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1파장채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2파장채널인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제1파장에서 레이저제공조명방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제19항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제2파장에서 제2레이저제공조명방사선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 복수의 파장에서 조명방사선을 제공하도록 되어 있는 광대역 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 검출시스템은, 제1검출신호를 상기 제1검출기채널에 제공하도록 구성된 제1검출기와, 제2검출신호를 상기 제2검출기채널에 제공하도록 구성된 제2검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 검출시스템은, 다중타겟정렬마크의 제1타겟과 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 제1타겟의 일부분의 위 또는 아래의 구조체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 검출시스템은, 상기 제1검출신호를 제공하도록 다중타겟정렬마크의 제1타겟을 검출하도록 구성되고, 상기 검출시스템은 상기 제2검출신호를 제공하도록 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동 안에 소정의 변화를 거치도록 구성되는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제26항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은, 로버스트 백업(robust backup) 타겟을 상기 제1타겟에 제공하기 위하여, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 상기 제1타겟보다는 적은 변화를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 파괴되도록 구성되는 희생 타겟인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 상기 작업물의 재료의 제1층에 구성되고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 상기 작업물의 재료의 제2층에 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제23항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제1회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제2회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이며, 상기 제1회절차수는 상기 제2회절차수의 정수값과 다른 정수값인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제1항에 있어서,상기 검출시스템은 제3검출채널을 더 포함하여 이루어지고, 상기 위치판정유닛은, 교정 및 능력검정(qualification) 중 적어도 하나를 수행하면서, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1, 제2 및 제3검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 리소그래피 투영장치에 있어서,조명방사선을 제공하도록 되어 있는 조명시스템;상기 조명방사선의 경로에 배치되도록 되어 있는 기판스테이지조립체;상기 조명시스템과 상기 기판스테이지조립체 사이의 상기 조명방사선의 상기 경로에 배치된 레티클스테이지조립체;상기 레티클스테이지조립체와 상기 기판스테이지조립체 사이에 배치된 투영시스템; 및상기 기판스테이지조립체와 상기 레티클스테이지조립체 중 적어도 하나에 근사하여 배치된 정렬시스템을 포함하여 이루어지고,상기 정렬시스템은,정렬 방사선의 방사원;제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함하는 검출시스템; 및상기 검출시스템과 연통되어 있는 위치판정유닛을 포함하여 이루어지며,상기 위치판정유닛은, 작업물 상의 정렬마크의 위치를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되고, 상기 결합은 상기 작업물의 제조공정을 고려하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1비제로회절차수채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2비제로회절차수채널인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제33항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2신호에 대한 제1신호의 상대세기에 의존하는 인자로 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제34항에 있어서,상기 제2비제로회절차수채널에 대한 가중 인자는, 상기 제2신호에 대한 상기 제1신호의 세기가 소정의 임계치를 초과할 때, 제로로 설정되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치를 제1정밀도로 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제36항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제3 및 제4검출기채널로부터 정보를 처리하고, 상기 제1정밀도보다 더욱 정밀한 제2정밀도로 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 균등하게 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 위치판정유닛은, mcc, minirepro, 신호대잡음비, 신호형상, 신호포락 선, 포커스, 경사, 차수채널위치오프셋, 파장채널위치오프셋, 세그먼트와 개략-미세위치편차 사이의 시프트로 이루어진 측정가능한 정량들의 세트로부터 선택된 하나 이상의 측정가능한 정량에 의존하는 인자로, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되며,상기 파라미터 mcc는 상기 측정된 신호가 완벽한 정렬마크에 대해 예상된 신호와 얼마나 양호하게 비슷한가를 나타내는 다중상관계수(multiple correlation coefficient)이고, minirepro는 정렬된 위치의 정확성을 나타내는 정렬측정부의 상이한 섹션 또는 부분의 정렬된 위치의 표준편차이며, 신호대잡음비는 측정된 신호의 스펙트럼에 걸쳐 잡음의 상대레벨로 나뉜 핏팅된 신호인 한편, 신호형상은 상기 스펙트럼에서의 약간의 이산 주파수의 상대레벨이고, 일반적으로 기저 주파수의 배수들에서, 신호포락선은 측정시의 신호세기의 분산이며, 포커스는 측정시의 웨이퍼 높이의 오프셋이고, 경사는 측정시의 웨이퍼 각도와 검출기 각도 사이의 각도이며, 차수채널위치오프셋은 한 파장의 여러 채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 파장채널위치오프셋은 여러 파장채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이며, 세그먼트들간의 시프트는 다수 분절된 정렬마크의 여러 세그먼트의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 개략-미세 위치편차는 개략 위상에서의 정렬마크 측정치들에 기초하여 그들의 예상된 위치에 대한 미세 위상에서의 정렬마크들의 위치간의 차이인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 결합된 정보를 이용하여 예측방법에 의하여 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제40항에 있어서,상기 예측방법은 정해진 데이터 세트에 기초한 정적 예측값인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제40항에 있어서,상기 예측방법은, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 동안에 수정될 수 있는 초기 데이터 세트를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제41항에 있어서,상기 정해진 데이터 세트는 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치 의존성을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제40항에 있어서,상기 예측방법은, 적어도 상기 제1 및 제2검출기채널로부터의 결합된 정보로 부터 판정된 상기 정렬마크의 상기 위치에 연속함수를 적용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제40항에 있어서,상기 예측방법은, 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러(systematic processing-induced error)를 이용하여 정렬마크의 위치를 예측하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제45항에 있어서,상기 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러는 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의하여 도입된 계통 에러에 해당하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제45항에 있어서,상기 실질적으로 제로인 계통 처리-유도 에러는 구리 다마신 공정에 의하여 도입된 계통 에러에 해당하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2작업물에서 검출된 정렬마크로부터의 정보를 포함하여 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1파장채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2파장채널인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제1파장에서 레이저제공조명방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제50항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제2파장에서 제2레이저제공조명방사선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 복수의 파장에서 조명방사선을 제공하도록 되어 있는 광대역 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 검출시스템은, 제1검출신호를 상기 제1검출기채널에 제공하도록 구성된 제1검출기와, 제2검출신호를 상기 제2검출기채널에 제공하도록 구성된 제2검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 검출시스템은, 다중타겟정렬마크의 제1타겟과 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제54항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 제1타겟의 일부분의 위 또는 아래의 구조체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제54항에 있어서,상기 검출시스템은, 상기 제1검출신호를 제공하도록 다중타겟정렬마크의 제1타겟을 검출하도록 구성되고, 상기 검출시스템은 상기 제2검출신호를 제공하도록 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제54항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 소정의 변화를 거치도록 구성되는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 리소 그래피 투영장치.
- 제57항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은, 로버스트 백업 타겟을 상기 제1타겟에 제공하기 위하여, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 상기 제1타겟보다는 적은 변화를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제54항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 파괴되도록 구성되는 희생 타겟인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제56항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 상기 작업물의 재료의 제1층에 구성되고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 상기 작업물의 재료의 제2층에 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제56항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제1회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회 절된 방사선의 제2회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이며, 상기 제1회절차수는 상기 제2회절차수의 정수값과 다른 정수값인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제32항에 있어서,상기 검출시스템은 제3검출채널을 더 포함하여 이루어지고, 상기 위치판정유닛은, 교정 및 능력검정(qualification) 중 적어도 하나를 수행하면서, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1, 제2 및 제3검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 마이크로디바이스 제조용 작업물 정렬방법에 있어서,상기 작업물 상의 정렬마크를 형성하는 단계;정렬시스템을 이용하여 상기 정렬마크를 검출하는 단계;상기 정렬마크에 응답하여 상기 정렬시스템으로부터 제1신호를 수신하는 단계;상기 정렬마크에 응답하여 상기 정렬시스템으로부터 제2신호를 수신하는 단계; 및상기 작업물이 겪은 처리에 따라 결합된 상기 제1 및 제2신호로부터의 정보에 기초하여 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제63항에 있어서,상기 정렬마크는 다중타겟정렬마크이고, 상기 제1신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제1타겟에 응답하며, 상기 제2신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟에 응답하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제63항에 있어서,상기 정렬시스템은 상기 제1신호를 생성하는 제1검출기 및 상기 제2신호를 생성하는 제2검출기를 포함하고, 상기 제1 및 제2신호들은 실질적으로 동시에 생성되는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제65항에 있어서,상기 정렬마크는 다중타겟정렬마크이고, 상기 제1신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제1타겟에 응답하며, 상기 제2신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟에 응답하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제63항에 있어서,상기 작업물을 잡아주도록 되어 있는 스테이지조립체상의 표준마크의 위치를 판정하고, 상기 표준마크에 대한 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제63항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는 마이크로-디바이스 영역들간의 상기 작업물 상의 스크라이브라인(scribeline)을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제64항에 있어서,상기 제1타겟은 제1회절격자이고, 상기 제2타겟은 제2회절격자인 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제69항에 있어서,상기 제1 및 제2회절격자는 회절차수증대격자인 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제64항에 있어서,상기 제1타겟은 상기 제2타겟과 상이한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제64항에 있어서,상기 제1타겟은 상기 마이크로-디바이스의 구조체에 기초하여 구성된 하위구조체를 가지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제64항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크를 검출하는 단계는, 방사선의 정렬빔을 이용하여 상기 다중타겟정렬마크를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제65항에 있어서,상기 정렬시스템의 상기 제1검출기로부터 수신된 상기 제1신호는, 상기 방사선의 정렬빔이 상기 제1타겟을 조명한 후에, 정렬 방사선의 비제로차수회절빔의 제1쌍을 검출하는 것에 대응하고,상기 정렬시스템의 상기 제2검출기로부터 수신된 상기 제2신호는, 상기 방사선의 정렬빔이 상기 제2타겟을 조명한 후에, 정렬 방사선의 비제로차수회절빔의 제2쌍을 검출하는 것에 대응하며, 상기 비제로차수회절빔의 제1 및 제2쌍은 서로 상이한 차수인 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제63항에 있어서,상기 정렬마크의 상기 위치를 검출하는 단계는, 상기 제1 및 제2신호에 기초하여 위치를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 측정영역내 마이크로디바이스의 제조를 위한 작업물 상의 정렬마크를 캡처하는 방법에 있어서,상기 작업물 상의 다중격자정렬마크를 형성하는 단계;복수의 검출기를 구비한 정렬시스템을 이용하여 상기 다중격자정렬마크를 검출하는 단계;상기 다중격자정렬마크로부터 복수의 격자에서 제1 및 제2격자를 선택하는 단계;상기 복수의 검출기의 첫번째 것으로부터 상기 다중격자정렬마크의 상기 제1격자로부터의 실질적으로 주기적인 제1신호를, 상기 복수의 검출기의 두번째 것으로부터 상기 다중격자정렬마크의 상기 제2격자로부터의 실질적으로 주기적인 제2신호와 비교하는 단계; 및상기 비교에 기초하여 캡처 범위를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬마크 캡처방법.
- 제76항에 있어서,상기 제1격자는 제1차수보다 큰 차수를 증대시키는 회절차수증대격자이고, 상기 제2격자는 제1차수보다 큰 차수를 증대시키는 회절차수증대격자인 것을 특징으로 하는 정렬마크 캡처방법.
- 제77항에 있어서,상기 다중격자정렬마크의 상기 제1 및 제2회절차수증대격자는 상이한 회절차수들을 증대시키는 것을 특징으로 하는 정렬마크 캡처방법.
- 마이크로-디바이스의 제조에 사용하는 정렬마크에 있어서,제1검출패턴을 구비한 제1타겟; 및제2검출패턴을 구비한 제2타겟을 포함하여 이루어지고,상기 제1타겟은 제1검출기에 의하여 검출되도록 되어 있으며,상기 제2타겟은 제2검출기에 의하여 검출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정렬마크.
- 제79항에 있어서,상기 제1타겟은 주기적인 제1격자패턴을 갖는 제1회절차수증대격자이고,상기 제2타겟은 주기적인 제2격자패턴을 갖는 제2회절차수증대격자이며, 상기 제1타겟은 상기 제2타겟에 의하여 증대된 회절빔으로부터 상이한 차수의 회절빔을 증대시키는 것을 특징으로 하는 정렬마크.
- 제80항에 있어서,제3검출패턴을 갖는 제3타겟을 더 포함하여 이루어지고,상기 제3타겟은 주기적인 제3격자패턴을 갖는 제3회절차수증대격자이며, 상 기 제3타겟은 상기 제1 및 제2타겟에 의하여 증대된 상기 회절빔으로부터 상이한 차수의 회절빔을 증대시키는 것을 특징으로 하는 정렬마크.
- 제81항에 있어서,제4검출패턴을 갖는 제4타겟을 더 포함하여 이루어지고,상기 제4타겟은 상기 주기적인 제1, 제2 및 제3격자패턴으로부터 상이한 주기의 주기패턴을 갖는 회절격자인 것을 특징으로 하는 정렬마크.
- 비제로차수의 회절빔의 세기를 증대시키는 마이크로-디바이스의 제조에 사용하는 대상물 상에 형성된 회절차수증대정렬마크.
- 마이크로디바이스의 제조에 사용하는 대상물 상에 형성된 정렬마크에 있어서,검출패턴 및 처리패턴을 갖는 타겟을 포함하며,상기 처리패턴은 제조시에 상기 마이크로디바이스에 대한 변화에 대응하여 마이크로디바이스 처리하에 변화하는 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 정렬마크.
- 마이크로디바이스 제조용 자동공정제어방법에 있어서,복수의 검출기채널을 갖는 정렬마크검출시스템으로부터 데이터를 수신하는 단계;상기 정렬마크검출시스템으로부터 수신된 상기 데이터에 기초하여 업데이트된 처리 전략(strategy)을 결정하는 단계; 및상기 업데이트된 처리 전략에 기초하여 처리단계를 변경하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 정렬마크검출시스템의 상기 복수의 검출기채널은 정렬마크의 검출시에 대응하는 복수의 신호를 실질적으로 동시에 제공하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제85항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템으로부터의 상기 데이터는 다중타겟정렬마크의 스캔으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제86항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는, 상기 복수의 검출기채널의 대응하는 2개 이상의 검출기채널에 검출신호들을 제공하도록, 상기 정렬마크검출시스템에 의하여 별도로 검출가능한 2개 이상의 타겟들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제87항에 있어서,상기 2개 이상의 타겟들은 각각 상이한 회절차수를 증대시키는 회절차수증대 격자들이고, 상기 대응하는 2개 이상의 검출기채널은 회절차수채널인 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제86항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 상기 마이크로디바이스의 처리단계시에, 신호 특성을 실질적으로 예측가능한 방식으로 변화시키는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제89항에 있어서,상기 프로세스 타겟은 텅스텐으로 채워진 크로스 트렌치들의 하위구조체를 갖는 회절격자인 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제87항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 그 위에 지향된 정렬 방사선에 대하여 불투명한 재료의 층 위에 형성된 회절격자이고, 상기 불투명한 재료의 층은 상기 회절격자의 유효 심도(effective depth)를 조정하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제86항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는 반도체 웨이퍼의 스크라이브라인을 따라 형성된 4 개 이상의 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제85항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템은 리소그래피 노광장치의 오프-액시스정렬시스템인 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제93항에 있어서,오프-라인 메트롤로지 툴(off-line metrology tool)로부터 데이터를 수신하는 단계; 및상기 정렬마크검출시스템으로부터 수신된 상기 데이터 및 상기 오프-라인 메트롤로지 툴로부터 수신된 상기 데이터에 기초하여 상기 업데이트된 처리 전략을 결정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 제85항에 있어서,상기 복수의 검출기채널의 2개 이상의 채널은 상이한 파장에서의 검출에 대응하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어방법.
- 마이크로디바이스 제조용 자동공정제어시스템에 있어서,복수의 검출기채널을 갖는 정렬마크검출시스템으로부터 데이터를 수신하도록 되어 있는 데이터처리유닛을 포함하여 이루어지고,상기 데이터처리유닛은 상기 정렬마크검출시스템으로부터 수신된 데이터에 기초하여 업데이트된 처리 전략을 결정하고, 상기 업데이트된 처리 전략에 기초하여 처리단계를 변경하도록 신호를 출력하며,상기 정렬마크검출시스템의 상기 복수의 검출기채널은 정렬마크의 검출시에 대응하는 복수의 신호들을 실질적으로 동시에 제공하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제96항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템으로부터의 상기 데이터는 다중타겟정렬마크의 스캔시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제97항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는, 상기 복수의 검출기채널의 대응하는 2개 이상의 검출기채널에 검출신호들을 제공하도록, 상기 정렬마크검출시스템에 의하여 별도로 검출가능한 2개 이상의 타겟들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제98항에 있어서,상기 2개 이상의 타겟들은 각각 상이한 회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자들이고, 상기 대응하는 2개 이상의 검출기채널은 회절차수채널인 것을 특징으 로 하는 자동공정제어시스템.
- 제98항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 상기 마이크로디바이스의 처리단계시에, 신호 특성을 실질적으로 예측가능한 방식으로 변화시키는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제100항에 있어서,상기 프로세스 타겟은 텅스텐으로 채워진 크로스 트렌치들의 하위구조체를 갖는 회절격자인 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제98항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 그 위에 지향된 정렬 방사선에 대하여 불투명한 재료의 층 위에 형성된 회절격자이고, 상기 불투명한 재료의 층은 상기 회절격자의 유효 심도를 조정하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제97항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는 반도체 웨이퍼의 스크라이브라인을 따라 형성된 4개 이상의 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제96항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템은 리소그래피 노광장치의 오프-액시스정렬시스템인 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제104항에 있어서,상기 데이터처리유닛은 또한 오프-라인 메트롤로지 툴로부터 데이터를 수신하도록 되어 있고, 상기 데이터처리유닛은 상기 정렬마크검출시스템 및 상기 오프-라인 메트롤로지 툴로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 업데이트된 처리 전략을 결정하며, 상기 업데이트된 처리 전략에 기초하여 상기 처리단계를 변경하도록 상기 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 제96항에 있어서,상기 복수의 검출기채널의 2개 이상의 채널은 상이한 파장에서의 검출에 대응하는 것을 특징으로 하는 자동공정제어시스템.
- 마이크로디바이스 제조용 자동설비제어방법에 있어서,복수의 검출기채널을 갖는 정렬마크검출시스템으로부터 데이터를 수신하는 단계;상기 정렬마크검출시스템으로부터 수신된 상기 데이터에 기초하여 업데이트 된 처리 전략을 결정하는 단계; 및상기 업데이트된 처리 전략에 기초하여 처리단계를 변경하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 정렬마크검출시스템의 상기 복수의 검출기채널은 정렬마크의 검출시에 대응하는 복수의 신호를 실질적으로 동시에 제공하는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제107항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템으로부터의 상기 데이터는 다중타겟정렬마크의 스캔시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제108항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는, 상기 복수의 검출기채널의 대응하는 2개 이상의 검출기채널에 검출신호들을 제공하도록, 상기 정렬마크검출시스템에 의하여 별도로 검출가능한 2개 이상의 타겟들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제109항에 있어서,상기 2개 이상의 타겟들은 각각 상이한 회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자들이고, 상기 대응하는 2개 이상의 검출기채널은 회절차수채널인 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제110항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 상기 마이크로디바이스의 처리단계시에, 신호 특성을 실질적으로 예측가능한 방식으로 변화시키는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제111항에 있어서,상기 프로세스 타겟은 텅스텐으로 채워진 크로스 트렌치들의 하위구조체를 갖는 회절격자인 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제109항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 2개 이상의 타겟 중 적어도 하나는, 그 위에 지향된 정렬 방사선에 대하여 불투명한 재료의 층 위에 형성된 회절격자이고, 상기 불투명한 재료의 층은 상기 회절격자의 유효 심도를 조정하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제108항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는 반도체 웨이퍼의 스크라이브라인을 따라 형성된 4개 이상의 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제107항에 있어서,상기 정렬마크검출시스템은 리소그래피 노광장치의 오프-액시스정렬시스템인 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 제107항에 있어서,상기 복수의 검출기채널의 2개 이상의 채널은 상이한 파장에서의 검출에 대응하는 것을 특징으로 하는 자동설비제어방법.
- 리소그래피 장치용 정렬시스템에 있어서,정렬 방사선의 방사원;제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함하는 검출시스템; 및상기 검출시스템과 연통되어 있는 위치판정유닛을 포함하여 이루어지고,상기 위치판정유닛은 작업물용 정렬 그리드(grid)를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1비제로회절차수채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2비제로회절차수채널인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제118항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2신호에 대한 제1신호의 상대세기에 의존하는 인자로 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제119항에 있어서,상기 제2비제로회절차수채널에 대한 가중 인자는, 상기 제2신호에 대한 상기 제1신호의 세기가 소정의 임계치를 초과할 때, 제로로 설정되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 정렬 그리드를 제1정밀도로 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제121항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1정밀도보다 더욱 정밀한 제2정밀도로 상기 정렬 그리드를 판정하기 위하여, 제3 및 제4검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 균등하게 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 위치판정유닛은, mcc, minirepro, 신호대잡음비, 신호형상, 신호포락선, 포커스, 경사, 차수채널위치오프셋, 파장채널위치오프셋, 세그먼트와 개략-미세위치편차로 이루어진 측정가능한 정량들의 세트로부터 선택된 하나 이상의 측정가능한 정량에 의존하는 인자로, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되며,상기 파라미터 mcc는 상기 측정된 신호가 완벽한 정렬마크에 대해 예상된 신호와 얼마나 비슷한가를 나타내는 다중상관계수이고, minirepro는 정렬된 위치의 정확성을 나타내는 정렬측정부의 상이한 섹션 또는 부분의 정렬된 위치의 표준편차이며, 신호대잡음비는 측정된 신호의 스펙트럼에 걸쳐 잡음의 상대레벨로 나뉜 핏팅된 신호인 한편, 신호형상은 상기 스펙트럼에서의 약간의 이산 주파수의 상대레벨이고, 일반적으로 기저 주파수의 배수들에서, 신호포락선은 측정시의 신호세기의 분산이며, 포커스는 측정시의 웨이퍼 높이의 오프셋이고, 경사는 측정시의 웨이퍼 각도와 검출기 각도 사이의 각도이며, 차수채널위치오프셋은 한 파장의 여러 채널 의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 파장채널위치오프셋은 여러 파장채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이며, 세그먼트들간의 시프트는 다수 분절된 정렬마크의 여러 세그먼트의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 개략-미세 위치편차는 개략 위상에서의 정렬마크 측정치들에 기초하여 그들의 예상된 위치에 대한 미세 위상에서의 정렬마크들의 위치간의 차이인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 결합된 정보를 이용하여 예측방법에 의하여 상기 정렬 그리드를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제125항에 있어서,상기 예측방법은 정해진 데이터 세트에 기초한 정적 예측방법인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제125항에 있어서,상기 예측방법은, 상기 정렬 그리드를 판정하는 동안에 수정될 수 있는 초기 데이터 세트를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제126항에 있어서,상기 정해진 데이터 세트는 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치 의존성을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2작업물에서 판정된 정렬 그리드로부터의 정보를 포함하여 상기 정렬 그리드를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1파장채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2파장채널인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제1파장에서 레이저제공조명방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제125항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제2파장에서 제2레이저제공조명방사선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 복수의 파장에서 조명방사선을 제공하도록 되어 있는 광대역 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 검출시스템은, 제1검출신호를 상기 제1검출기채널에 제공하도록 구성된 제1검출기와, 제2검출신호를 상기 제2검출기채널에 제공하도록 구성된 제2검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 검출시스템은, 다중타겟정렬마크의 제1타겟과 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제135항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 제1타겟의 일부분의 위 또는 아래의 구조체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제135항에 있어서,상기 검출시스템은, 상기 제1검출신호를 제공하도록 다중타겟정렬마크의 제1타겟을 검출하도록 구성되고, 상기 검출시스템은 상기 제2검출신호를 제공하도록 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬 시스템.
- 제135항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 소정의 변화를 거치도록 구성되는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제138항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은, 로버스트 백업 타겟을 상기 제1타겟에 제공하기 위하여, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 상기 제1타겟보다는 적은 변화를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제135항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 파괴되도록 구성되는 희생 타겟인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제135항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 상기 작업물의 재료의 제1층에 구성되고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 상기 작업물의 재료의 제2층에 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제135항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제1회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제2회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이며, 상기 제1회절차수는 상기 제2회절차수의 정수값과 다른 정수값인 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 제117항에 있어서,상기 검출시스템은 제3검출채널을 더 포함하여 이루어지고, 상기 위치판정유닛은, 교정 및 능력검정 중 적어도 하나를 수행하면서, 상기 정렬 그리드를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1, 제2 및 제3검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정렬시스템.
- 리소그래피 투영장치에 있어서,조명방사선을 제공하도록 되어 있는 조명시스템;상기 조명방사선의 경로에 배치되도록 되어 있는 기판스테이지조립체;상기 조명시스템과 상기 기판스테이지조립체 사이의 상기 조명방사선의 상기 경로에 배치된 레티클스테이지조립체;상기 레티클스테이지조립체와 상기 기판스테이지조립체 사이에 배치된 투영 시스템; 및상기 기판스테이지조립체와 상기 레티클스테이지조립체 중 적어도 하나에 근사하여 배치된 정렬시스템을 포함하여 이루어지고,상기 정렬시스템은,정렬 방사선의 방사원;제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함하는 검출시스템; 및상기 검출시스템과 연통되어 있는 위치판정유닛을 포함하여 이루어지며,상기 위치판정유닛은, 작업물용 정렬 그리드를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1비제로회절차수채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2비제로회절차수채널인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제145항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2신호에 대한 제1신호의 상대세기에 의존하는 인자로 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2비제로회절차수채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제146항에 있어서,상기 제2비제로회절차수채널에 대한 가중 인자는, 상기 제2신호에 대한 상기 제1신호의 세기가 소정의 임계치를 초과할 때, 제로로 설정되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 작업물용 정렬 그리드를 제1정밀도로 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제148항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1정밀도보다 더욱 정밀한 제2정밀도로 상기 작업물용 상기 정렬 그리드를 판정하기 위하여, 제3 및 제4검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 균등하게 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성 되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 위치판정유닛은, mcc, minirepro, 신호대잡음비, 신호형상, 신호포락선, 포커스, 경사, 차수채널위치오프셋, 파장채널위치오프셋, 세그먼트와 개략-미세위치편차로 이루어진 측정가능한 정량들의 세트로부터 선택된 하나 이상의 측정가능한 정량에 의존하는 인자로, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 제1 및 제2신호를 가중하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 정보를 처리하도록 구성되며,상기 파라미터 mcc는 상기 측정된 신호가 완벽한 정렬마크에 대해 예상된 신호와 얼마나 비슷한가를 나타내는 다중상관계수이고, minirepro는 정렬된 위치의 정확성을 나타내는 정렬측정부의 상이한 섹션 또는 부분의 정렬된 위치의 표준편차이며, 신호대잡음비는 측정된 신호의 스펙트럼에 걸쳐 잡음의 상대레벨로 나뉜 핏팅된 신호인 한편, 신호형상은 상기 스펙트럼에서의 약간의 이산 주파수의 상대레벨이고, 일반적으로 기저 주파수의 배수들에서, 신호포락선은 측정시의 신호세기의 분산이며, 포커스는 측정시의 웨이퍼 높이의 오프셋이고, 경사는 측정시의 웨이퍼 각도와 검출기 각도 사이의 각도이며, 차수채널위치오프셋은 한 파장의 여러 채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 파장채널위치오프셋은 여러 파장채널의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이며, 세그먼트들간의 시프트는 다수 분절된 정렬마크의 여러 세그먼트의 정렬된 위치에서의 측정된 차이이고, 개략-미세 위치편차는 개략 위상에서의 정렬마크 측정치들에 기초하여 그들의 예상된 위치에 대한 미세 위 상에서의 정렬마크들의 위치간의 차이인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 상기 결합된 정보를 이용하여 예측방법에 의하여 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제152항에 있어서,상기 예측방법은 정해진 데이터 세트에 기초한 정적 예측방법인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제152항에 있어서,상기 예측방법은, 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 동안에 수정될 수 있는 초기 데이터 세트를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제153항에 있어서,상기 정해진 데이터 세트는 상기 작업물 상의 상기 정렬마크의 위치 의존성을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 위치판정유닛은, 제2작업물에서 판정된 정렬 그리드로부터의 정보를 포함하여 상기 정렬 그리드를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 제1검출기채널은 제1파장채널이고, 상기 제2검출기채널은 제2파장채널인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제1파장에서 레이저제공조명방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제158항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 제2파장에서 제2레이저제공조명방사선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 정렬 방사선의 방사원은 복수의 파장에서 조명방사선을 제공하도록 되어 있는 광대역 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 검출시스템은, 제1검출신호를 상기 제1검출기채널에 제공하도록 구성된 제1검출기와, 제2검출신호를 상기 제2검출기채널에 제공하도록 구성된 제2검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 검출시스템은, 다중타겟정렬마크의 제1타겟과 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제162항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 제1타겟의 일부분의 위 또는 아래의 구조체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제162항에 있어서,상기 검출시스템은, 상기 제1검출신호를 제공하도록 다중타겟정렬마크의 제1타겟을 검출하도록 구성되고, 상기 검출시스템은 상기 제2검출신호를 제공하도록 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제162항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 소정의 변화를 거치도록 구성되는 프로세스 타겟인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제165항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은, 로버스트 백업 타겟을 상기 제1타겟에 제공하기 위하여, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 상기 제1타겟보다는 적은 변화를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제162항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은, 상기 작업물의 상기 제조공정 동안에 파괴되도록 구성되는 희생 타겟인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제164항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 상기 작업물의 재료의 제1층에 구성되고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 상기 작업물의 재료의 제2층에 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제164항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크의 상기 제1타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제1회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이고, 상기 다중타겟정렬마크의 상기 제2타겟은 순수하게 주기적인 격자에 비해, 그로부터 회절된 방사선의 제2회절차수를 증대시키는 회절차수증대격자이며, 상기 제1회절차수는 상기 제2회절차수의 정수값과 다른 정수값인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 제144항에 있어서,상기 검출시스템은 제3검출채널을 더 포함하여 이루어지고, 상기 위치판정유닛은, 교정 및 능력검정 중 적어도 하나를 수행하면서, 상기 작업물용 상기 정렬 그리드를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1, 제2 및 제3검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
- 마이크로디바이스 제조용 작업물 정렬방법에 있어서,상기 작업물 상의 정렬마크를 형성하는 단계;정렬시스템을 이용하여 상기 정렬마크를 검출하는 단계;상기 정렬마크에 응답하여 상기 정렬시스템으로부터 제1신호를 수신하는 단계;상기 정렬마크에 응답하여 상기 정렬시스템으로부터 제2신호를 수신하는 단 계; 및상기 제1 및 제2신호로부터의 정보에 기초하여 상기 작업물용 정렬 그리드를 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제171항에 있어서,상기 정렬마크는 다중타겟정렬마크이고, 상기 제1신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제1타겟에 응답하며, 상기 제2신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟에 응답하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제171항에 있어서,상기 정렬시스템은 상기 제1신호를 생성하는 제1검출기 및 상기 제2신호를 생성하는 제2검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제173항에 있어서,상기 정렬마크는 다중타겟정렬마크이고, 상기 제1신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제1타겟에 응답하며, 상기 제2신호는 상기 다중타겟정렬마크의 제2타겟에 응답하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제171항에 있어서,상기 작업물을 잡아주도록 되어 있는 스테이지조립체상의 표준마크의 위치를 판정하고, 상기 표준마크에 대한 상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제171항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크는 마이크로-디바이스 영역들간의 상기 작업물 상의 스크라이브라인을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제172항에 있어서,상기 제1타겟은 제1회절격자이고, 상기 제2타겟은 제2회절격자인 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제177항에 있어서,상기 제1 및 제2회절격자는 회절차수증대격자인 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제172항에 있어서,상기 제1타겟은 상기 제2타겟과 상이한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제172항에 있어서,상기 제1타겟은 상기 마이크로-디바이스의 구조체에 기초하여 구성된 하위구조체를 가지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제172항에 있어서,상기 다중타겟정렬마크를 검출하는 단계는, 방사선의 정렬빔을 이용하여 상기 다중타겟정렬마크를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제173항에 있어서,상기 정렬시스템의 상기 제1검출기로부터 수신된 상기 제1신호는, 상기 방사선의 정렬빔이 상기 제1타겟을 조명한 후에, 정렬 방사선의 비제로차수회절빔의 제1쌍을 검출하는 것에 대응하고,상기 정렬시스템의 상기 제2검출기로부터 수신된 상기 제2신호는, 상기 방사선의 정렬빔이 상기 제2타겟을 조명한 후에, 정렬 방사선의 비제로차수회절빔의 제2쌍을 검출하는 것에 대응하며, 상기 비제로차수회절빔의 제1 및 제2쌍은 서로 상이한 차수들을 가지는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
- 제171항에 있어서,상기 정렬마크의 상기 위치를 판정하는 단계는, 상기 제1 및 제2신호에 기초하여 위치를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 정렬방법.
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- 리소그래피 장치에 있어서,조명시스템;상기 조명시스템으로부터의 조명방사선의 방사선 경로에 배치된 기판스테이지조립체;상기 조명시스템과 상기 기판스테이지조립체 사이의 상기 조명방사선의 상기 방사선 경로에 배치된 레티클스테이지조립체;상기 레티클스테이지조립체와 상기 기판스테이지조립체 사이에 배치된 투영시스템; 및상기 기판스테이지조립체와 상기 레티클스테이지조립체 중 적어도 하나에 근사하여 배치된 정렬시스템을 포함하여 이루어지고,상기 정렬시스템은,정렬 방사선의 방사원;제1검출기채널 및 제2검출기채널을 포함하는 검출시스템; 및상기 검출시스템과 연통되어 있는 위치판정유닛을 포함하여 이루어지며,상기 위치판정유닛은, 작업물 상의 정렬마크의 위치를 판정하는 것과 결합하여 상기 제1 및 제2검출기채널로부터 정보를 처리하도록 구성되고, 상기 결합은 상기 작업물의 제조공정을 고려하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20030919 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20050729 Patent event code: PE09021S01D |
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| A107 | Divisional application of patent | ||
| PA0107 | Divisional application |
Comment text: Divisional Application of Patent Patent event date: 20050929 Patent event code: PA01071R01D |
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| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20051229 |
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20060208 Patent event code: PR07011E01D |
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Payment date: 20060209 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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