KR100592822B1

KR100592822B1 - 리소그래피장치, 디바이스제조방법

Info

Publication number: KR100592822B1
Application number: KR1020020063866A
Authority: KR
Inventors: 나이예첸야코부스헤르마누스마리아; 몬쇼우버레네
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2006-06-23
Also published as: US20050012915A1; TWI268403B; KR20030052962A; JP3980469B2; US6803993B2; JP2003197520A; US7312846B2; US20030123035A1

Abstract

리소그래피투영장치의 오프엑시스 정렬시스템은 웨이퍼상에 위상회절격자를 조명하기 위하여 광대역방사선을 사용한다. 광대역방사원은 여기광에 의하여 조명되는 형광물질, 예를 들어 Yag:Ce 또는 ND:Yag 수정체를 포함할 수 있다.

Description

리소그래피장치, 디바이스제조방법{LITHOGRAPHIC APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피투영장치를 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정렬시스템의 묘화부의 도면;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 정렬시스템의 검출부의 도면;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 정렬시스템에 사용된 쿼드셀(quad cell) 센서의 도면;

도 5 및 도 6은 정렬시스템에서 정확한 포커스의 검출을 설명하는 데 사용된 도면;

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 정렬시스템에 사용된 호모지나이저(homogeniser)의 도면; 및

도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시예에서 유용한 2개의 대안적인 광원의 도면.

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

- 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및

- 상기 기판테이블에 잡혀진 기판에 위상회절격자(phase grating)를 조명하기 위한 방사원 및 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 이미지평면상에 묘화(imaging)시키는 묘화시스템(imaging system)을 포함하는 오프엑시스 정렬시스템(off-axis alignment system)을 포함하는 리소그래피투영장치에 관한 것이다.

여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투 과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.

- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울배열의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

- 프로그래밍 가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피쳐의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한, 상기 방사선시스템은 방사선의 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여 임의의 이들 디자인방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함하고, 이러한 구성요소들은 이후 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급될 수 있다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 트윈스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.

리소그래피에서, 점점 더 작아지고 있는 임계치수(CD)로 마스크패턴을 묘화할 수 있는 지금까지 계속되고 있는 요구를 충족시키기 위해서는 (2개의 연속층이 서로에 대하여 정렬될 수 있는) 오버레이정확성을 더욱 더 증가시켜야 할 필요가 있다. 이에 따라 정렬정확성의 향상도 필요하게 된다. 오버레이오차는 임계치수보다 더욱 작아야만 하며, 정렬오차는 오버레이오차에만 영향을 주는 것이 아니기 때문에, 90㎚인 임계치수는 10㎚이하의 정렬정확성을 요구한다.

기지의 TTL(through-the-lens) 정렬시스템은 레이저광에 의하여 조명되는, 기판상에 에칭된 16㎛ 피치의 선형 위상회절격자를 사용한다. 그 후, 회절광은 기준 회절격자상에 묘화된다. 정렬시스템 아래의 기판을 스캐닝하고 기준 회절격자를 통과하는 광을 스테이지위치의 함수로서 검출함으로써, 기판의 위치는 나노미터 정확성을 가지고 추정될 수 있다. 하지만, 기지의 TTL 정렬시스템은 단일 파장의 레이저광을 사용하고, 프로세서 의존형 오차(process dependent error)에 종속된다. 이러한 오차는, 이전에 생성된 공정층이 정렬시스템에서 사용되는 파장에 영향을 미치는 회절구조체를 형성할 때에 발생한다. 단일 파장의 광을 사용하는 정렬시스템은 그러한 오차에 강하게 영향을 받는 데 반해, 상이한 파장은 동일한 방식으로 영향을 미치지는 않을 것이므로, 제2의 주파수를 도입하면 평균적으로 이들 오차를 다소 줄일 수 있으나, 상기 오차를 완전히 제거할 수는 없다. 또한, 이러한 오차는 비대칭으로 변형된 정렬마크에 의하여 발생될 수 있다.

US 5,371,570호에는 웨이퍼에 정렬마크를 조명하기 위하여 광대역 방사선을 사용하는 TTL 정렬시스템이 개시되어 있다. 하지만, 정렬방사선은 할로겐램프에 의하여 생성된다. 이러한 램프에 의하여 생성된 빔은 높은

(빔에 빔의 단면적을 곱한 빔에 대한 입체각)를 가지므로, 정렬마크에서 높은 측정광세기를 얻는 것이 어려워, 신호 대 잡음비(SNR)가 낮아지게 된다.

WO 98/39689호에는 화학-기계적 폴리싱으로 인한 정렬마크의 비대칭에 의하여 발생되는 오차를 회피하기 위해서 다중파장 및 더 높은 회절차수를 사용하는 오프엑시스 정렬시스템이 개시되어 있다. 회절격자의 이미지를 상이한 기준 회절격자상에 각각의 색으로 묘화하여 측정신호를 얻는다.

US 5,559,601호에는 마스크 및 웨이퍼마크를 조명하기 위하여, 예를 들어 4개의 파장을 제공하는 레이저다이오드를 사용하는 정렬시스템이 개시되어 있다. 웨이퍼는 웨이퍼위치의 함수로서 복귀방사선의 세기의 푸리에분석에 의하여 도출되 는 마스크 및 정렬정보에 대하여 스캐닝된다.

본 발명의 목적은 개선된 정렬시스템, 특히 프로세스의존 영향에 덜 민감한 정렬시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

- 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 상기 기판테이블에 잡혀진 기판에 위상회절격자를 조명하기 위한 방사원 및 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 이미지평면상에 묘화시키는 묘화시스템을 포함하는 오프엑시스 정렬시스템을 포함하는 리소그래피투영장치로서,

상기 묘화시스템은 적어도 2개의 상이한 파장으로 상기 위상회절격자를 1개의 단일한 이미지평면상으로 실질적으로 정확하게 묘화시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치에서 상기 목적 및 그 밖의 목적이 성취된다.

단일 묘화평면상에 적어도 2개의 파장에서 정확히 묘화할 수 있는 묘화시스템을 사용하면 단일 파장정렬보다 보다 강건(robust)하다는 것이 장점이다. 복수의 색(multiple colors)의 사용은 비대칭적인 마크로 인한 정렬신호의 몇몇 오차들을 효과적으로 평균을 내고(average out) 1개의 단일 묘화평면에서의 검출은 2개의 상이한 파장의 검출신호를 혼합(mixing)할 필요가 없다. 또한, 박막간섭의 영향이 신호강도에 미치는 영향을 줄여준다. 실제의 광대역 스펙트럼과 한 세트의 이산(레이저)파장을 모두 사용할 수 있다.

비회절격자 마크방식을 능가하는 주기적인 구조체(회절격자)의 장점은, 광이 회절격자에 의해 전혀 다르게 결정된 차수로 회절되기 때문에, 묘화시스템의 총 NA 중 일부만이 유효하게 사용된다는 것이다. 비회절격자 마크방식을 사용함으로써, 마크이미지는 묘화시스템의 총 NA에 걸쳐 균등하게 분포될 것이며, 퓨필의 전체 영역에서 수차에 동일하게 감응할 것이다. 또한, 사용되고 있는 퓨필의 유효영역은 조명시스템의 NA에 의하여 결정되나, 그 영향은 상대적으로 작다.

정렬시스템은 0.01보다 큰, 바람직하게는 0.1보다 큰, 더욱 바람직하게는 대략 0.2보다 큰 NA로 상기 위상회절격자를 조명하는 조명시스템을 포함할 수 있다. 0.01보다 큰 조명 NA를 사용하면 회절격자상에 충분한 광을 얻는다는 것이 장점인 데, 이는 높은 에땅드(

)를 갖는 광대역원(broadband source)에 대한 문제가 있다. 조명을 목적으로 통상 사용되는 레이저원은 낮은 에땅드(

)를 가지므로, 회절격자상에 충분한 광을 얻기 위하여 0.01보다 높은 NA로 조명할 필요가 없다. 단지 레이저의 평면파만이 회절격자상에 조사된다.

비교적 높은 NA로 조명하여 얻어지는 또 다른 장점은, 상기 시스템이 조명각 의존오차에 덜 민감하게 된다는 것이다. 회절격자가 한 방향으로부터 조명되는 경우, 그 한 방향으로부터의 방사선 모두는 동일한 조명각 의존오차를 겪게 될 수 있어, 전체 정렬신호는 그 오차에 따라 좌우된다. 더 높은 NA 조명시스템에서, 상이 한 조명각으로 방사선이 두루 분포되므로, 조명각 의존오차는 여러 각도에 대하여 평균이 내어진다.

비교적 높은 조명 NA의 단점은, 회절격자가 조명빔의 초점평면내에 있어야 한다는 것이다. 또한, 높은 조명 NA 및 회절격자주기는 상기 기준회절격자상에 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 투영하는 묘화시스템이 비교적 높은 NA를 더욱 필요로 하게 만든다. 묘화시스템은 0.7, 바람직하게는 0.8, 가장 바람직하게는 0.9보다 큰 NA를 가질 수 있다. 또한, 묘화시스템의 높은 NA은 묘화시스템 포커스감응성을 좋게 한다. 그러므로, 정렬시스템은 별도의 포커싱센서를 필요로 한다.

높은 NA를 갖는 조명시스템의 또 다른 단점은, 조명의 방사선은 균일한(homogenous) 각도분포를 가져야만 한다는 것이다. 그러므로, 특수 설계된 호모지나이저(homogeniser)를 사용하여야 한다.

예를 들어, 5㎛, 바람직하게는 1㎛보다 작은 피치 회절격자를 사용하면 데이터분석/위치추정에 필요한 보간(interpolation)을 줄일 수 있다. 이것은 정렬된 위치상의 마크비대칭 및 잡음의 영향을 비례적으로 줄일 것이다. 또한, 마크의 총 면적을 가능한 한 작게 만들 수 있다. 실리콘영역에 대한 정렬신호의 평균내기는 정렬마크내에 있는 "에지"의 수와 실제적으로 관련있기 때문에, 평균내기, 따라서 국부적인 섭동(perturbation)에 대한 비감응성은 위상회절격자의 주기를 줄임으로써 증가된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법으로서,

기판상에 제공된 위상회절격자를 방사선으로 조명하고, 적어도 2개의 상이한 파장으로 기준회절격자상에 상기 위상회절격자를 실질적으로 정확히 묘화하도록 배치되는 묘화시스템을 사용하여 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 상기 기준회절격자상에 묘화하여 상기 기준회절격자에 상기 기판을 정렬시키는 단계를 특징으로 하는 디바이스제조방법이 제공된다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용예에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는, "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선 및 EUV(극자외선, 예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)를 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.

첨부된 개략적인 도면을 참조로 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예를 서술한다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, 자외선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 렌즈그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형(transmissive type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채용할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 엑시머레이저)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔 은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사원(LA)이 흔히 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 짧은 행정 액추에이터에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

본 발명의 제1실시예의 부분을 형성하는 오프엑시스 정렬시스템은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 정렬시스템(1)은 소스모듈(source module)(2), 광학모듈(3) 및 검출모듈(4)을 포함한다.

하기에 더욱 상술히 서술되겠지만, 소스모듈(2)은 예를 들어, 가시영역에서 다중모드파이버(multi-mode fiber)(22)안으로 광대역방사선을 출력하는 낮은

를 갖는 광대역원(21)을 포함한다. 다중모드파이버(22)에 개재된 것은 호모지나이저(23)이며, 또한 하기에 더욱 상세히 서술된다. 다중모드파이버(22)의 출력단은 렌즈(25)도 장착하는 브래킷(24)에 잡혀 있다. 렌즈(25)는 광학모듈(3)의 조명브랜치(31)에 조명광을 공급한다. 조명브랜치(31)는 렌즈(312, 313)를 포함하고, 상기 렌즈(312, 313)는 소스모듈(2)의 렌즈(25)와 함께 광학모듈(3)의 묘화브랜치(32)안으로 빔을 꺾는 작은 45°거울(315)상에 대략 5의 배율로 파이버의 출력패싯의 초점을 맞춘다. 거울(311, 314)은 빔의 꺾임(folding)을 용이하게 하기 위하여 조명브랜치(3)에 제공된다. 브래킷(24)은 파이버(22)의 끝과 렌즈(25)를 3차원으로 위치되게 하므로 소스이미지의 정확한 위치설정이 가능하다.

저면부터 시작하면, 묘화브랜치(32)는 높은 개구수(NA)의, 충분한 작업공간(long working distance)을 갖는 현미경 대물렌즈(320)를 포함한다. 다음에는 필드조리개(317)가 제공되는 제1중간이미지평면상에 웨이퍼(W)를 다시묘화시키는 필드렌즈(319, 318)가 있다. 렌즈(318, 319)는 묘화시스템의 제1부분이 정확히 30의 배율로 이미지와 대물측 양측 모두에 텔레센트릭(telecentric)이도록 배치된다. 퓨필평면에, 공간필터(321)가 제공되는 데, 상기 공간필터(321)에는 X 및 Y방향에 대하여 평행하게 연장한 불투명한 중심 및 어퍼처(321a)가 있어, X 및 Y방향으로 회절된 차수만, 즉 마크내의 대각 구조체에 의하여 회절되지 않고 또한 0^th 차수가 아닌 차수만을 선택한다. 이 묘화시스템의 부분은 이미지측이 아닌 대물측(필드조리개(field stop)(317))상에 텔레센트릭이고, 여기에 기준판(324)이 제공된다. 이로 인하여, 시스템의 전체 길이가 감소될 수 있다. 렌즈(322, 323)는 웨이퍼로부터 기준판(324)의 평면까지 묘화시스템의 총 배율이 정확히 50이도록 선택되고 위치된다. 그러므로, 묘화브랜치의 제2부분의 배율은 1 2/3이다.

묘화시스템의 배율은 기판마크 및 기준회절격자의 피치에 관련된다. O^th차수가 차단되기 때문에, 기판마크의 피치 P_substrate, 배율 M 및 기준회절격자의 피치 P_ref는 다음의 수식을 만족해야 한다.

광학모듈의 부품은 Invar 또는 Zerodur와 같은 초저 인장재료(ultra low expansion material)로 만들어지고 장치의 기준 프레임상에 장착되는 프레임(33)에 단단히 장착되는 것이 바람직하다.

현미경 대물렌즈(320)는 광학모듈의 묘화브랜치의 제1렌즈를 형성하며, 정렬시스템에서 가장 중요한 부품 중의 하나이다. 이 렌즈는 웨이퍼상에 정렬마크로부터 충분한 회절차수를 확보하기에 충분히 큰 개구수, 예를 들어 적어도 0.8 또는 0.9의 개구수를 가져야 한다. 덧붙여, 상기 렌즈는 웨이퍼와 정렬시스템간에 합당한 거리를 가져야 하므로 충분한 작업공간이 있는 렌즈가 바람직하다. 시중에서 구할 수 있는 현미경 대물렌즈를 사용할 수 있다. 도 2에 예시된 장치는 접근가능한 퓨필평면을 갖지 않는 현미경 대물렌즈를 사용한다. 따라서, 렌즈(318, 319, 316)는 퓨필조리개(321)가 제공될 수 있는 물리적으로 접근가능한 위치에서 퓨필평 면을 다시묘화시키기 위하여 제공된다. 물리적으로 접근가능한 퓨필평면을 갖는 현미경 대물렌즈가 사용된다면 더욱 콤팩트한 장치가 얻어질 수 있다. 위상 콘트라스트 현미경에서 사용되는 적절한 대물렌즈가 공지되어 있다.

알 수 있는 바와 같이, 정렬시스템의 기본원리는, 웨이퍼상에 제공된 정렬마크가 상기 시스템에 제공된 대응하는 기준마크상에 묘화되고, 웨이퍼가 스캔됨에 따라 기준회절격자를 지나는 방사선의 세기를 측정함으로써 정렬정보가 유도된다는 것이다. 본 발명에서, 기준마크는 도 2에서 확대되어 도시된 바와 같이, 다이아몬드형 유닛셀을 갖는 2차원 회절격자를 포함한다. 기준마크(324)는 정렬시스템의 묘화브랜치의 광축선을 중심으로 대칭이 되도록 배치된다. 이 대칭은 정렬된 위치에 색배율오차(chromatic magnification error)의 영향을 억제한다. 배율의 변화는 대칭 왜곡(distortion)을 유발시키기 때문에, 광축선의 양측상의 오차는 최소한의 작은 배율오차에 대하여 서로 상쇄된다. 2차원 회절격자를 사용하면, X축과 Y축 양 방향으로 정렬의 검출이 가능한 한편 광축선을 중심으로 완전한 대칭을 유지할 수 있다. 웨이퍼상의 정렬마크는 여전히 선형의 회절격자이며 한번에 한 방향으로만 측정됨을 유념한다.

필드조리개(317)는 웨이퍼의 제1중간이미지에 위치되고, 이로 인하여 조명 및 묘화 모두를 위한 필드조리개로서 역할한다. 묘화영역은 기준마크(324)의 위치에 추가 필드조리개를 놓음으로써 더욱 작아질 수 있다. 필드의 클리핑(clipping)의 영향을 최소화하기 위해서, 필드어퍼처(317a)는 원형이다. 묘화시스템의 필드조리개로서 기능하는, 필드조리개(317)는 검출되는 마크의 영역을 결정한다. 본 발명에서는, 검출영역이 전체 마크크기보다 작아, 정렬마크의 스캔시에 검출영역이 마크내에 남아 있을 수 있다. 이것은 정렬신호의 세기에 휩싸이지 않아 검출시스템에서의 정합성(fitting)이 향상됨을 의미한다. 조명브랜치용 필드조리개로서 기능하는, 필드조리개(317)는 검출영역에 비하여 약간만 크거나 같도록 조명의 영역을 제한한다. 이는 정렬마크에 인접한 구조체도 또한 조명되어 묘화시스템으로 들어가는 표유회절을 일으키고 정렬신호의 오차를 유발시킬 수 있는 가능성을 회피시킨다.

검출모듈(4)은 시스템의 이미지평면에 위치되는 기준마크(324)를 투과한 광의 세기를 먼저 측정한다. 또한, 검출모듈은 포커스신호를 검출하고, 퓨필평면과 웨이퍼평면 모두의 카메라이미지를 제공한다. 도 3에는, 검출모듈(4)이 보다 상세히 도시되어 있다.

검출모듈(4)의 주 신호검출브랜치(41)는 쿼드셀(quad cell)(413)의 중심에 정렬시스템의 원형 영역을 묘화시키는 렌즈(411, 412)를 포함한다. 쿼드셀(413)에는 (도 4에 도시된) 4개의 부분(413a, 413b, 413c, 413d)이 있어, 상기 필드내에 있는 (빈원으로 도시된) 4개의 상이한 점이 측정될 수 있다. 쿼드셀(413)의 각각의 셀은 실리콘 광다이오드이다. 쿼드셀의 셀에 의하여 검출된 세기는 공지의 방식으로 정렬이 수행될 수 있는 기판 테이블위치의 사인함수이다. 유효측정점의 정확한 위치는 필드 전반의 세기 분포, 일반적으로는 포토다이오드의 레이아웃 및 필드의 형상에 따라 좌우된다. 4개의 점에서 동시에 측정하면, 상대적인 배율 및 웨이퍼회절격자에 대한 기준회절격자의 회전이 한번의 정렬스캔으로부터 용이하게 결 정될 수 있다는 장점을 제공한다. 이로 인하여, 모듈의 신속한 초기 정렬과 정렬시스템의 성능의 장기간 모니터링이 가능하다.

두번째로, 광학 신호검출브랜치(43)는 검출빔의 일부를 전향시키기 위한 반도금거울(half-silvered mirror)(431) 및 렌즈(432)를 포함하며, 상기 렌즈(432)는 광을 모으고 그 광을 다중모드파이버(433)안으로 커플링시키고 상기 다중모드파이버(433)는 그 광을 장치의 전자모듈에 편리하게 배치된 광배율관(photo-multiplier tube)(434)으로 옮긴다. 광배율기는 산탄잡음(shot noise) 제한검출과 정렬신호의 무잡음 증폭을 할 수 있기 때문에, 매우 약한 정렬마크의 검출에 사용된다.

카메라브랜치(42)는 이미지 및 검출모듈의 퓨필평면에서 각각 놓인 CCD 카메라(424, 426)로 또한 분리검출기(split detector)(427)로 빔을 전향시키는 렌즈(423)와 빔분리기(beam splitter)(421, 422, 425)를 포함한다.

분리검출기(427)는 기준회절격자(324)의 퓨필평면에 놓여진다. 이 평면에는, 기판 및 기준회절격자의 주기에 의하여 결정된 간격(separation)으로 그리고 묘화시스템(3)의 어퍼처에 의하여 결정된 크기로 회절 스팟(spot)이 있을 것이다. 묘화시스템(3)이 포커스가 맞는 경우, 즉 기판 및 기준회절격자가 켤레평면에 있는 경우, 스팟내 세기분포는 균일할 것이다. 하지만, 디포커스는 비균일을 유발할 것이다. 이는 퓨필명편에서 x 위치로 세기를 도시한 도 5의 그래프에 도시되어 있다. 수평의 직선 a는 포커스가 정확이 맞는 시스템, 사선 b는 약간의 디포커스를 갖는 시스템, 및 사인곡선 c는 디포커스의 정도가 더욱 큰 시스템에 대한 것이다. 회절격자가 x방향으로 스캔되는 경우, 시스템이 포커스가 맞지 않는다면, 세기프로 파일은 포토검출기의 2개의 절반부 사이에서 위상시프트를 나타낼 것이다.

또한, 상기 장치에는 보다 많은 수의 세그먼트로 분할된 검출기가 사용될 수 있다. 디포커스를 검출하는 상기의 방법은 기판상의 회절격자(diffraction grating)에 이르는 높이에 의존하므로, 후속공정층에 의하여 영향을 받지 않는다.

포커스신호를 검출하기 위한 대안의 방식은 겉보기 정렬위치(apparant aligned position)는 적절히 포커스되지 않았을 때 정렬마크의 조명의 각도에 의존한다는 사실을 이용한다. 정렬시스템의 이미지퓨필에서 기준회절격자 다음에 놓인 분리검출기는 겉보기 정렬위치가 양의 입사각을 갖는 빔 및 음의 입사각을 갖는 빔을 사용하여 개별적으로 측정될 수 있게 한다. 그러므로, 겉보기 정렬위치의 차이는 디포커스의 정도를 나타낸다.

정렬신호는 기준회절격자로부터 생긴 제1차수로부터 취해지고, 따라서 상기 차수는 검출모듈의 퓨필평면에 제공된 퓨필필터(도시되지 않음)에 의하여 광의 나머지로부터 격리된다는 것을 유의해야 한다.

상기 정렬시스템은 다중모드파이버(22)를 거쳐 광을 수신하도록 설계되고 넓은 파장범위에서 광을 이용할 수 있어, 여러가지 다양한 형태의 광원(21)이 사용될 수 있다. 상기 광원은 소정 범위의 파장들, 이산되어 이격된 한 세트의 파장, 또는, 예를 들어 500㎚부터 700㎚까지의 범위에서 변할 수 있는 파장을 가져야 하고, 파이버(22)의 출력에서 균일한 공간분포와 함께 균일한 각도 분포를 가져야 한다. 추가로, 광은 동기식검출을 가능하게 하는 공지의 방식으로 예를 들어, 50㎑로 변조되는 것이 바람직하다.

가능한 광원이 하기의 표에 열거되어 있다.

광원	파장(㎚)
Xe-Arc Lamp	500-700
LED	680
He-Ne Laser	632.8
D-Nd-Yag Laser	532
Laser Diode	640

소정의 각도 균일성을 제공하기 위해서, 호모지나이저(23)는 광원(21)으로부터 조명광을 전달하는 다중모드파이버(22)에 제공된다. 다중모드파이버(22)는 충분한 공간 균일성을 제공하나, 5m 길이의 파이버의 경우에서도 광원의 임의의 각도 비균일성을 보유한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 호모지나이저(23)는 렌즈(231, 232)에 의하여 형성된 광학시스템의 퓨필내에 출력파이버(22b)의 파이버입구가 위치되도록 배치된 렌즈(231, 232)를 포함한다. 이것은 공간좌표 및 각좌표를 효과적으로 스와핑(swapping)하여 각좌표와 공간좌표 모두가 현저한 손실을 초래하지 않으면서 다중모드파이버(22)의 2개의 부분(22a, 22b)에 의하여 균일화된다.

도 8에는 특히 바람직한 방사원(21)이 도시되어 있다. 방사원(21)은 스펙트럼의 청색영역에 속하는 파장을 갖는 광을 방출하는 레이저 또는 레이저다이오드(211)를 포함한다. 청색광은 렌즈(212, 213)에 의하여 형광수정체(fluorescent crystal)(214)에 포커스된다. 이것은 Yag:Ce 또는 ND:Yag 수정체 등등을 포함할 수 있다. 이들 수정체는, 청색 파장의 방사선에 의하여 여기될 때, 광대역의 파장으로 형광을 방출한다. 수정체가 레이저캐비티(laser cavity)에 있지 아니한 경우, 수정체로 채워진 채널의 전체 공간에 대하여 등방성으로 방출되며, 상기 수정체는 다중모드 도파관(wave guide)으로 기능하는 채널안 으로 일부의 방사선이 로킹되도록 작게 만들어질 수 있다. 그 후, 방사선은 높은 세기와 낮은 에땅드(

)를 갖는 소스를 형성하는 한쪽의 채널에서 출발한다. 방사선은 렌즈(215)에 의하여 파이버(22)로 커플링된다. 채널의 크기는 수정체의 크기에 따라 좌우되며, 예를 들면 100㎛ 단면을 가질 수 있다. 채널의 벽은 투과형이거나 반사형 일 수 있으며, 반사벽이 더욱 높은 효율성을 준다. 출력의 색은 여러가지 형태의 수정체를 혼합하여 조정될 수 있다.

도 9는 형광결정체(214')가 반사형 기판(217)에 장착되는 별도의 광원(21)을 도시한다. 빔분리기(216)는 콜리메이팅렌즈(collimating lens)(215)를 거쳐 다중모드파이버(22)안으로 출력을 지향하도록 제공된다.

이상 본 발명의 특정한 실시예가 서술되었지만, 본 발명은 서술된 바와는 다르게 실행될 수 있음을 밝혀둔다. 상기의 서술은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 본 발명이 기준 회절격자에 기판을 정렬시키는 것에 대하여 서술되었지만, 다른 물체, 예를 들어 마스크의 정렬에도 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 개선된 정렬시스템, 특히 프로세스의존 영향에 덜 민감한 정렬시스템이 제공된다.

Claims

리소그래피투영장치에 있어서,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 방사선시스템;

- 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템; 및

- 상기 기판테이블에 잡혀진 기판상의 위상회절격자를 조명하기 위한 방사원 및 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 이미지평면상에 묘화시키는 묘화시스템을 포함하는 오프엑시스 정렬시스템을 포함하여 이루어지고,

상기 묘화시스템은 2개 이상의 상이한 파장으로 상기 위상회절격자를 1개의 단일한 이미지평면상으로 정확히 묘화시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항에 있어서,

상기 정렬시스템은 대략 0.2보다 큰 개구수(NA)로 상기 위상회절격자를 조명하는 조명시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 묘화시스템은 대략 0.9보다 큰 NA를 가지는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 정렬시스템은 균일한 공간 및 각도 분포를 갖는 방사선으로 상기 위상회절격자를 조명하는 조명시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제4항에 있어서,

상기 조명시스템에 상기 방사원을 커플링하는 파이버에 개재된 호모지나이저를 더욱 포함하고, 상기 호모지나이저는 상기 파이버의 제1부분의 출구면(exit face)으로부터 상기 파이버의 제2부분의 입구면(entrance face)내로 방사선을 커플링하는 광학시스템을 포함하고, 상기 파이버의 상기 제1부분의 상기 출구면은 상기 광학시스템의 대물평면 부근에 위치되고, 상기 파이버의 상기 제2부분의 상기 입구면은 상기 광학시스템의 퓨필평면 부근에 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 방사원은 단색 방사선(monochromatic radiation)을 각각 방출하는 2개 이상의 방사원을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 방사원은 연속적인 파장의 범위에 걸쳐 파장을 방출하고, 상기 파장의 범위는 적어도 50㎚에 걸치는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제7항에 있어서,

상기 방사원은 형광물질 및 상기 형광물질상에 여기방사선(excitation radiation)을 지향시키는 여기원(excitation source)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
제8항에 있어서,

상기 형광물질은 다중모드 도파관(waveguide)을 형성하는 채널내에 제공되는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
- 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

- 상기 방사선감응재층의 타겟부상에 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법에 있어서,

상기 기판상에 제공된 위상회절격자를 방사선으로 조명하고, 2개 이상의 상이한 파장으로 기준회절격자상에 상기 위상회절격자를 정확히 묘화하도록 배치된 묘화시스템을 사용하여 상기 위상회절격자로부터의 회절광을 상기 기준회절격자상에 묘화하여 상기 기준회절격자에 상기 기판을 정렬시키는 단계를 특징으로 하는 디바이스제조방법.