KR100674225B1 - 잠재 오버레이 메트롤로지 - Google Patents

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데르 샤르 마우리츠 반
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

개선된 잠재 오버레이 메트롤로지에 대한 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에서, 스캐터로미터 및 과노광된 오버레이 타겟은 보다 로버스트한 오버레이 측정을 얻기 위해 사용된다. 오버레이 메트롤로지 및 노광은 병행하여 행해질 수 있다.

Description

잠재 오버레이 메트롤로지{LATENT OVERLAY METROLOGY}
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부한 개략적인 도면을 참조하여, 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스캐터로미터(scatterometer)의 작은 필드 노광 브랜치(field exposure branch)를 도시하는 도면;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 방법 단계들을 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고-에너지 노광 유닛의 노광 도즈(exposure dose)의 함수로서, 잠재 이미지(latent image)에서의 레지스트 층 두께의 변화를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고-에너지 노광 유닛의 노광 도즈의 함수로서, 잠재 이미지에서의 레지스트 굴절률의 변화를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고-에너지 노광 유닛의 노광 도즈의 함수로서, 잠재 이미지에서의 흡수 계수(absorption coefficient)의 변화를 도시하는 도면;
도 7은 잠재 이미지의 열 처리 후, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고 에너지 노광 유닛의 노광 도즈의 함수로서, 잠재 이미지에서의 흡수 계수의 변화를 도시하는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 스캐터로미터의 작은 필드 노광 브랜치 및 스캐터로미터의 측정 브랜치를 도시하는 도면; 및
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 복수의 투과 이미지 센서 타겟들의 위치설정을 도시하는 도면이다.
본 발명은 기판들의 정렬 및 오버레이를 측정하는 메트롤로지(metrology)의 사용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리소그래피 장치에서의 그 사용예에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 일부분상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel display) 및 미세한 구조를 수반하는 여타의 디바이스의 제조시에 사용될 수 있다. 종래의 리소그래피 장치에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC(또는 여타의 디바이스)의 개별층에 대응하는 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 글래스 플레이트(glass plate))상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 일부분상에 이미징될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 디바이스는, 여러 다른 것들 중에서도, 그 패턴을 생성하도록 역할하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함할 수 있다.
일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 일부분들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 그 일부분상의 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 일부분이 조사되는 스테퍼, 및 투영빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행한 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 일부분이 조사되는 스캐너를 포함한다.
상기 일부분들은 완성된 패턴을 형성하기 위해서 각각 여러번 노광될 것이다. 이들 연속적인 층들은 완성된 패턴내의 오차들을 최소화하도록 정렬되어야 한다. 정렬에 있어 오차들의 범위(extent)를 결정하기 위해서, 예를 들어 오버레이 메트롤로지(즉, 오버레이 타겟들의 오버레이 메트롤로지)를 이용하여, 하나의 층에 대한 또 다른 층의 오버레이의 측정이 수행된다. 이는, 오버레이 오차가 존재하는지를 결정하기 위해서, 타겟을 스캐터링(scatter)시킨 방사선을 측정하고 그것을 라이브러리 데이터(library data)와 비교하는 스캐터로미터를 포함할 수 있다.
따라서, 예를 들어 메트롤로지의 개선된 장치 및 방법을 만들어내는 것이 유익할 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
방사선의 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;
상기 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성된 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지체;
기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
상기 기판의 일부분상으로 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
추가 패터닝 디바이스를 포함하고, 상기 기판상으로 타겟을 프린트하도록 구성된 노광 유닛을 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치가 제공된다.
상기 타겟은 정렬을 위해 또한 오버레이 메트롤로지 적용예들을 위해 사용될 수 있다. 기판상으로 타겟을 프린트하도록 구성된 노광 유닛을 이용하면, 타겟들은 더이상 패턴내에 존재할 필요가 없으며 또한 기판상에 노광된 모든 부분상에 프린트될 필요가 없으므로, 스크라이브레인 공간(scribelane space)을 절약하게 되고 보다 많은 유연성을 제공하게 된다. 일 실시예에서, 통상 노광(normal exposure)보다 더 높은 노광 도즈로 노광된 타겟은, 잠재 이미지의 오버레이의 측정을 보다 용이하게 할 수 있다. 화학 현상제들(chemical developers) 없이 방사선을 사용하면, 잠재 이미지가 생성될 수 있다. 잠재 이미지는 레지스트 층에서 좀처럼 분리될 수(detechable) 없으나, 높은-노광 도즈/에너지 유닛을 이용하면 보다 쉽게 분리될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 기판상의 프로세스 층(process layer)에 대한 레지스트 층의 잠재 오버레이를 측정하는 방법에 제공되며, 상기 방법은,
일 기준(reference)에 대해 기판의 위치를 측정하는 단계;
상기 기판의 측정된 위치에 따라, 높은 노광 도즈를 갖는 방사선의 빔으로 상기 레지스트 층내의 타겟을 노광하는 단계; 및
노광된 타겟에서 상기 프로세스 층에 대한 상기 레지스트 층의 오버레이를 측정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이전에 노광된 프로세스 층의 최상부상에 레지스트 층을 정렬하는 경우(프로세스 층은 이전에 노광되고 처리된 레지스트 층임), 타겟은 오버레이 메트롤로지가 보다 용이하게 수행될 수 있게 한다. 오버레이 타겟의 생성시에는 다이가 노광되지 않기 때문에, 많은 노광 에너지들이 가능할 수 있는데, 이는 오버레이 타겟의 잠재 이미지를 강화(enhance)시킬 수도 있다. 또한, 스크라이브 레인에서의 타겟의 사용은, 외부 타겟으로부터 기판 자체로 측정들을 보간(extrapolate)시키는 경우에 오차의 또 다른 가능성이 존재하게 하는, 기판의 외부 영역에서 측정들을 행하는 것을 회피할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 오버레이 타겟의 과노광(overexposure)은 보다 강한 잠재 콘트라스트(latent contrast)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 레지스트의 화학 성분들로 인해, 공칭 노광(nominal exposure)으로 생성된 오버레이 타겟들의 잠재 콘트라스트는, 때때로, 193nm 레지스트를 이용하여 의미있는 측정들(meaningful measurements)을 수행하기에는 너무 약할 수 있다. 이는, 공칭 노광 도즈에서 레지스트 내부에 생기는 변화들이 측정가능한 굴절률 변화를 유도하기에는 너무 작아서 콘트라스트가 약해지기 때문이다. 따라서, 과노광된 타겟의 잠재 이미지는 잠재 오버레이 메트롤로 지에서 사용되는 것이 보다 효율적일 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 프로세스 보정들(process corrections)은, 스루풋이 거의 또는 전혀 감소되지 않도록, (부연하면, 생산 층(product layer)이 노광되기 이전에) 피드포워드 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, 이는, 측정 스테이지(위치)에서의 기판상의 측정들의 결과들이 기판이 연이어(subsequently) 노광되는 노광 스테이지(위치)에서의 변동들(variations)을 보상하는데 사용될 수 있다는 점에서 장점을 제공할 수 있다. n-1번째 기판이 아닌 n번째 기판으로부터의 측정들에 기초하여 n번째 기판을 보상할 수 있는 것이 훨씬 더 유용할 수 있다.
스크라이브레인에서의 국부적 노광은, 미세한 정렬을 허용하며 몇개의 필드들에만 프린트될 타겟들을 캡처(capture)할 수 있으므로, 스크라이브레인 공간이 절약될 수 있다. 또한, 프로그래밍가능한 정렬 타겟들을 허용하여, 새로운 정렬 타겟들에 대한 새로운 생산 마스크들(product masks)을 제공할 필요 없이(정렬 타겟들을 갖는 생산 마스크들이 기판들을 정렬하는데 사용되었던 경우에 있을 수 있었던 바와 같이, 전체 마스크가 정렬 타겟을 교체하기 위해 바로 교체되어야 했기 때문) 프로세스를 최적화할 수도 있다. 위상-시프트 격자(phase-shift grating)를 이용하여 격자들을 프린트함으로써, 포커스 모니터링이 가능해질 수 있다.
본 명세서에서 채택된 "개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 원하는 패턴이 기판의 일부분내에 생성될 수 있도록 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다; 또한, 본 명세서에서 "광 밸브(light valve)" 및 "공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)"라는 용어들이 사용될 수 있다. 이러한 패터닝 디바이스들의 예시는 다음을 포함한다:
- 프로그래밍가능한 거울 어레이. 이는 점탄성 제어층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면(matrix-addressable surface)을 포함할 수 있다. 이러한 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)들에서는 입사광을 회절광으로 반사시키는 한편, 어드레스되지 않은 영역들에서는 입사광을 비회절광으로 반사시키는 것이다. 적절한 공간 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만이 기판에 도달하도록 남게 할 수 있다; 이러한 방식으로, 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 대안례로서, 필터는 회절광을 필터링 하여 비회절광이 기판에 도달하도록 남게 할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 회절 광학 MEMS 디바이스들의 어레이가 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 각각의 회절 광학 MEMS 디바이스는, 입사광을 회절광으로서 반사시키는 격자를 형성하도록 서로에 대해 변형(deform)될 수 있는 복수의 반사 리본들(reflective ribbons)로 구성되어 있다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 또 다른 대안적인 실시예는, 적절히 국부화된 전기장을 인가하거나 압전 작동 디바이스(piezoelectric actuation device)를 채용하여, 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택한다. 마찬가지로, 상기 거울들은 매트릭스-어드레서블이므로, 어드레스된 거울들은 입사 방사선 빔을 어드레스되지 않은 거울들과는 다른 방향으로 반사시킬 것이다; 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매 트릭스-어드레서블 거울들의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 서술된 상황들에서, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 1이상의 프로그래밍가능한 거울 어레이들을 포함할 수 있다.
여기에서는, 피처(feature)들의 프리-바이어싱(pre-biasing), 광 근접성 보정 피처들, 위상 변화 기술 및 다중 노광 기술들이 사용되며, 또한 예를 들어 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 "디스플레이된" 패턴은 기판상의 층 또는 기판상으로 최종적으로 전사(transfer)된 패턴과 실질적으로 상이할 수 있음을 이해하여야 한다. 이와 유사하게, 기판상에 최종적으로 생성된 완성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상에 형성된 패턴에 대응하지 않을 수 있다. 이는 기판의 각 부분상에 형성된 최종 패턴이 주어진 시간 주기 또는 주어진 노광 회수에 따라 만들어진 구성의 경우일 수 있으며, 그 동안에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴 및/또는 기판의 상대 위치가 변경된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되고 있으나, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 여타의 응용예를 가짐을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "일부분"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후 에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 기판 처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는, (예를 들어, 파장이 408, 355, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선, 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위에 있는) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지 유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템, 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영 시스템들을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있다.
또한, 조명시스템은 방사선의 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위해, 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 종류의 광학 구성요소들을 포괄할 수 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급될 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판 테이블들을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블들이 병행하여 사용될 수 있거나, 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 기판 테이블은 기판의 토포그래피(topography)가 검출되는 측정 위치에 있을 수 있는 한편, 다른 하나의 기판 테이블은 기판이 노광되고 있는 노광 위치에 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판이 침지되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치내의 다른 공간들, 예컨대 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이와 투영 시스템의 제1요소 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술(immersion technique)은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
- 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 빔(PB)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지 구조체(일 실시예에서, 패터닝 디바이스는 빔에 패턴을 적용하도록 구성된 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)(예컨대, 프로그래밍가능한 거울 어레이)를 포함한다; 일반적으로, 개별적 으로 제어가능한 요소들의 어레이의 위치는 투영 시스템(PL)에 대해 고정될 것이다; 하지만, 그 대신에 투영 시스템(PL)에 대해 그것을 정확히 위치시키도록 구성된 위치설정 디바이스에 연결될 수 있다);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 투영 시스템(PL)에 대해 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 위치설정 디바이스(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)에 의해 빔(PB)에 부여된 패턴을 기판(W)의 일부분(C)(예를 들어, 1이상의 다이를 포함)상에 이미징(image)하도록 구성된 투영 시스템("투영 렌즈")(PL)(투영 시스템은 기판상에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이미징할 수도 있다; 대안적으로, 투영 시스템은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 요소들이 셔터들로서 기능하는 2차 소스들(secondary sources)을 이미징할 수 있다; 또한, 투영 시스템은, 예를 들어 2차 소스들을 형성하고 기판상에 마이크로스폿들(microspots)을 이미징하기 위해, 마이크로 렌즈 어레이(MLA로도 알려짐), 또는 퍼넬 렌즈 어레이(Fresnel lens array)와 같은 포커싱 요소들의 어레이를 포함할 수도 있다)를 포함한다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 반사형(즉, 개별적으로 제어가능한 요소들의 반사성 어레이를 가짐)으로 구성된다. 하지만, 일반적으로, 예를 들어 투과형(즉, 개별적으로 제어가능한 요소들의 투과성 어레이를 가짐)으로 구성될 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선의 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 부분을 형성하도록 고려되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어, 적절한 지향 거울들 및/또는 빔 익스팬더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 이와 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 상기 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는 빔 전달 시스템(BD)과 함께, 필요에 따라 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정 수단(AM)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가지는, 빔(PB)이라 칭하는, 컨디셔닝된 방사선의 빔을 제공한다.
상기 빔(PB)은 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)를 거친다(intercept). 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)에 의하여 반사되면, 상기 빔(PB)은 투영 시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 일부분(C)상에 상기 빔(PB)을 포커스한다. 위치설정 디바이스(PW)(및 간섭계 측정 디바이스(IF))의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 일부분들(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 사용된다면, 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이용 위치설정 디바이스는, 예를 들어 스캔 중에 빔(PB)의 경로에 대해 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이(PPM)의 위치를 정확히 보정하는데 사용될 수 있다. 기판(W)은 기판 정렬 마크들(타겟들)(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 예시된 바와 같은 기판 정렬 마크들은 전용화된 부분들(dedicated portion)을 차지하고 있지만, 그들은 부분들 사이의 공간들에 위치될 수 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크들이라고도 알려져 있다). 일반적으로, 대물테이블(WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현된다. 또한, 유사한 시스템이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 위치시키는데 사용될 수도 있다. 요구되는 상대 운동을 제공하기 위해서, 기판 테이블 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이가 고정된 위치를 가지는 동안에, 빔(PB)이 대안적으로 또는 추가적으로 이동할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히 평판 디스플레이의 제조에도 이용될 수 있는 또 다른 대안례로서, 기판 테이블(WT) 및 투영 시스템(PL)의 위치는 고정될 수 있으며, 기판은 기판 테이블에 대해 이동되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블(WT)에는 실질적으로 일정한 속도로 그것을 가로질러 기판을 스캐닝하는 시스템이 제공될 수 있다.
본 명세서에서, 본 발명에 따른 리소그래피 장치는 기판상의 레지스트를 노광시키기 위해서 존재하는 것처럼 서술되었지만, 본 발명은 이러한 용도로 제한되지 않으며, 상기 장치는 레지스트없는 리소그래피(resistless lithography)에서 사용되는 패터닝된 투영빔을 투영하는데 사용될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
서술된 장치는 다음의 바람직한 4가지 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 투영빔에 전체 패턴을 부여하며, 이는 한번에 일부분(C)상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그런 후, 기판 테이블(WT)은 다른 일부분(C)이 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징된 일부분(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 v의 속도로 주어진 방향(소위 "스캔 방향", 예를 들어 Y 방향)으로 이동가능해서, 빔(PB)이 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이에 걸쳐 스캐닝하도록 되고; 이와 함께 기판 테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하며, 여기서 M은 투영 시스템(PL)의 배율이다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 일부분의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 일부분의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 펄스 모드: 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이는 본질적으로 정지 상태로 유지되며 전체 패턴은 펄스 방사선 소스를 사용하여 기판의 일부분(C)상에 투영된다. 기판 테이블(WT)은 빔(PB)이 기판(W)을 가로질러 라인을 스캐닝하게 되도록 본질적으로 일정한 속도로 이동된다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴은 방사선시스템의 펄스들 사이에서 요구에 따라 업데이트되고, 후속하는 일부분(C)이 기판상의 요구되는 장소들에 노광되도록 펄스들이 시간조정(time)된다. 따라서, 빔(PB)은 기판의 스트립(strip)에 전체 패턴을 노광시키도록 기판(W)을 가로질러 스캐닝될 수 있다. 상기 공정은 한 라인씩 전체 기판이 노광될 때까지 반복된다.
4. 연속 스캔 모드: 연속 스캔 모드에서는, 실질적으로 일정한 방사선 소스가 사용되고, 빔(PB)이 기판을 가로질러 스캐닝되고 기판을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이상의 패턴이 업데이트된다는 것을 제외하고는, 본질적으로 펄스 모드와 동일하다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.
"듀얼 스테이지" 시스템은, 2개의 별도의 기판들을 동시에 포함하여 스루풋을 증가시키는 2개의 별도의 스테이지들을 포함한다. 제 1 스테이지는 기판 및 레지스트 층의 1이상의 특성들(예컨대, 정렬)이 측정되는 측정 스테이지이므로, 기판이 노광 스테이지인 제 2 스테이지를 통과하는 경우, 제 2 기판이 측정 스테이지에 들어가는 동안의 제 1 스테이지에서의 측정들 등에 기초하여 레지스트 층이 노광될 수 있다.
프로세스 층과 레지스트 층의 정렬을 확인(verify)하기 위해서, 과노광된 잠재 오버레이 타겟이 스크라이브레인에 프린트된다. 이는, 고 에너지 미니어처 노광 유닛(high energy miniature exposure unit)에 의해, 예를 들어 오버레이를 측정하는데 사용되는 스캐터로미터 및 정렬 측정 툴과 연관되어 있는 측정 스테이지에서 수행된다. 그러므로, 보다 큰 콘트라스트의 보다 적은 수의 타겟들이 사용될 수 있다. 큰 노광 에너지는 충분한 신호 콘트라스트를 보장할 수 있고, 및/또는 미니어처 노광 유닛은 단지 몇개의 타겟들만의 프린팅을 허용할 수 있으므로, 스크라이브 레인 공간이 절약된다.
도 2는 기판 표면의 파라미터, 예컨대 오버레이를 결정하기 위해서, 기판(20)으로부터 스캐터링된 방사선을 측정하는데 사용되는 각도-분해 스캐터로미터(angle-resolved scatterometer)(10)의 고(high)-개구수 어퍼처 렌즈를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 적합한 스펙트로미터(spectrometer)에 관한 더 많은 정보는, 미국 특허 출원 제 10/918,742호에서 찾을 수 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 도 2는 각도-분해 스캐터로미터를 도시하고 있으나, 분광적 스캐터로미터(spectroscopic scatterometer)가 사용될 수도 있다. 스캐터로미터(10)는 그것에, 패터닝 디바이스(4) 및 좁은 밴드 거울(6)을 포함하는 작은 필드 노광 브랜치("미니어처 노광 유닛" 또는 고-에너지 노광 유닛)를 추가하였다. 일 실시예에서, 미니어처 노광 유닛은 UV 방사선 소스(2)를 포함할 수 있다. UV 방사선 소스(2)는 소스(SO)와 상이할 수 있거나 그 대신에 소스(SO)일 수 있다. 조명 시스템 및 미니어처 노광 유닛에 UV 방사선을 제공하기 위해서 소스(SO)가 사용되는 경우, 조명 시스템(IL) 또는 소스(SO)로부터 미니어처 노광 유닛으로 UV 방사선을 투과(transmit)시키기 위해서 파이버(fiber)가 사용될 수 있다. 높은 도즈를 제공하고, 파이버를 통해 미니어처 노광 유닛으로 높은 도즈 방사선을 채널링(channel)하고, 및 소스(SO)에 명령(instruct)하기 위해, 제어 기구가 제공될 수 있다. 리소그래피 장치의 스루풋에 영향을 주지 않거나 작은 영향을 주게 하기 위해서는, 미니어처 노광 유닛으로의 높은 도즈 방사선(예를 들어, 기판이 노광 작동의 부분으로서 단계화(step)되는 시간 동안에 미니어처 노광 유닛으로의 높은 도즈 방사선의 채널 링)의 채널링을 제어하는 적절한 소프트웨어가 제공될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 미니어처 노광 유닛은 실현가능하게(possibly) 투영 시스템(PL)을 이용하는 것을 포함하는 것과 다르게 구성될 수 있다. 하지만, 일 실시예에서, 전용화된 노광 유닛은 기판상의 타겟만을 프린트하기 위해서 제공된다.
도 2는 각도 분해 스캐터로미터의 고-개구수 어퍼처 렌즈가 스크라이브 레인내의 작은 타겟을 이미징하는데 사용될 수 있다는 것을 보여주고 있다. 일 실시예에서, 타겟은 1mm2 미만의 크기를 가진다. 일 실시예에서, 타겟은 2500㎛2 미만의 크기를 가지며 기판의 스크라이브레인상에 노광된다. 패터닝 디바이스(4)는 오버레이 타겟을 형성하기 위한 패턴을 갖는 마스크, 또는 오버레이 타겟을 형성하기 위해 조명 빔에 패턴을 부여하는 SLM일 수 있다. 일 실시예에서, 패터닝 디바이스(4)는 이동가능한 스테이지상에 유지되고 이동가능한 스테이지를 이용하여 이동될 수 있다. 오버레이 타겟은 스캐닝, 스텝핑 또는 여타의 노광 기술들을 이용하여 노광될 수 있다. 오버레이 타겟을 생성하는 이러한 미니어처 노광 유닛은 도 3a 내지 도 3d에 도시된 단계들에서 설명되고 또한 이하에서도 설명된다.
미니어처 노광 유닛이 오버레이 타겟을 어디에 노광시켜야 하는지를 결정하기 위해서, 정렬 툴은 일 기준과 기판상의 1이상의 이전 정렬 타겟들을 비교하는데 사용되며, 오버레이 타겟이 이전의 타겟들과 정렬되도록 오버레이 타겟을 어디에 노광시켜야 하는지를 확립(establish)하기 위해서 1이상의 이전의 정렬 타겟들의 측정들을 이용한다. 이러한 정렬 툴은 이하에서 설명된다.
기판 테이블(WT)상의 기판(20) 이외에도, 기판 테이블(WT)은 투영 시스템 하에서 또는 미니어처 노광 유닛 내에서, 투영된 이미지(예컨대, 정렬 타겟)의 횡방향 위치(lateral position) 및 최적의 초점 위치(즉, 수평 및 수직 위치)를 결정하는데 사용될 수 있는 1이상의 투과 이미지 센서들(TIS)을 포함한다. 투과 이미지 센서(TIS)는 기판 테이블(WT)과 연관된 물리적 기준면내에 삽입(inset)되어 있다. 일 실시예에서, 기판(20)에 의해 커버(cover)된 영역 외부에서 대각선으로 대향한 위치에, 2개의 센서들이 기판 테이블(WT)의 기판-지지면(substrate-bearing surface)에 장착된 피듀설 플레이트들(fiducial plates)상에 장착된다. 각각의 피듀셜 플레이트는 매우 낮은 열 팽창 계수를 갖는 고도로 안정된 물질, 예컨대 낮은 열 팽창 쿼츠로 만들어지며, 정렬 프로세스에서 또 다른 피듀셜과 함께 사용된 1이상의 마커들을 지닐(carry) 수 있는 평탄한 반사성 상부면을 가진다.
TIS는 투영 시스템 또는 미니어처 노광 유닛의 에어리얼 이미지의, 예를 들어 정렬 타겟의 수직(및 수평) 위치를 직접 결정하는데 사용된다. TIS 정렬 시스템의 장점은 로버스트니스(robustness) 및 속도를 포함하는데, 그 이유는 그것이 레지스트의 노광을 수반하지 않는 직접 측정 기술이기 때문이다. 일 실시예에서, TIS는 1이상의 어퍼처들을 갖는 표면을 포함하며, 그 표면 뒤에 근접하게는, 노광 공정에 사용되는 방사선에 민감한 광검출기가 있다. 초점 평면의 위치를 결정하기 위해서, 투영 시스템은 마스크(MA)상에(또는 마스크 테이블 피듀셜 플레이트상에) 제공된 패턴의 이미지 또는 명암 영역들(contrasting light and dark regions)을 갖는 SLM에 의해 제공된 이미지를 공간안으로 투영시킨다. 그 후, 기판 테이블(WT) 은, 에어리얼 이미지가 존재한다고 예상되는 곳을 TIS의 어퍼처가 통과하도록, 수평으로(1 또는 2 방향으로, 예컨대 X 및/또는 Y 방향으로) 또한 수직방향으로 스캐닝된다. 이는 "블루 얼라인" 페이즈("blue align" phase)로도 알려져 있다. TIS 어퍼처가 패턴의 이미지의 어두운 부분들 및 빔을 통과하기 때문에, 광검출기의 출력은 파형 형상을 가질(fluctuate) 것이다(
Figure 112005067185343-pat00001
효과). 광검출기 출력의 진폭의 변화율이 가장 높은 수직 레벨은, 패턴의 이미지가 가장 큰 콘트라스트를 가지며 또한 이에 따라 최적의 포커스의 평면을 나타내는 레벨을 나타낸다. 수평 스캔 시 광검출기 출력의 진폭의 변화율이 가장 높은 TIS 어퍼처의 X, Y 위치들은, 에어리얼 이미지의 횡방향 위치를 나타낸다. 그 후, 에어리얼 이미지는 또 다른 정렬 타겟들을 어디에 노광시킬 것인지를 결정하기 위해서 후속 레지스트 층들과 비교된다.
후술되는 바와 같이, 정렬 센서(32)는 투과 이미지 센서(TIS) 플레이트상의 정렬 타겟에 대해 기판(20)상의 복수의 정렬 타겟들의 정렬을 측정한다. TIS 정렬 타겟은 "블루 얼라인" 페이즈 중에만 사용된다. 상기 언급된 바와 같이, "블루 얼라인" 페이즈는, 노광에 앞서 정렬 타겟의 에어리얼 이미지의 위치가 TIS에 대해 측정되는 경우이다. 스크라이브레인내의 오버레이 타겟의 과-노광 시, TIS 정렬 타겟은 기판상에 TIS 타겟을 프린트하는 것을 회피하기 위해 블레이드들(blades)로 커버된다. 이것의 주요 장점은, 기존의 TIS 센서를 이용하여 잠재 오버레이 메트롤로지가 수행될 수 있다는 것이다. 오버레이 타겟 자체는 "블루 얼라인"을 수행하는데 사용될 수 없다; 이 단계를 위해 오버레이 타겟 옆의 또 다른 TIS 타겟이 요구된다.
도 9는 TIS 타겟들(TIS(a) 내지 (d))이 정렬 타겟(W)을 어떻게 둘러싸는지를 보여주고 있다. 대칭 구성은 배율 오차들이 항상 보정될 수 있음을 보장한다. 마스크들 대신에 공간 광 변조기들이 사용되는 경우, TIS 타겟들은 마스크내에 포함되기 보다는 투영될 수 있다.
일 실시예에서, 정렬 센서(32)는 오프-액시스 정렬 툴(off-axis alignment tool)이다. 이는 상이한 회절 차수들을 이용하여 3개 이상의 서브-빔들(sub-beams)을 검출한다. 회절 차수들은, 상이한 회절 차수들을 이용하여 빔을 다수의 서브-빔들로 분할시키는 회절 마크(예컨대, 회절 격자)인 정렬 마크(예를 들어, TIS 상의 도면번호(40a))에 의해 생성된다. 또 다른 정렬 마크들(40b)이 기판상에 존재한다. 정렬 센서(32)는 타겟들(40a 및 40b)상에서 정렬함으로써 피듀셜 플레이트에 대해 기판의 위치를 측정한다.
다시, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면,
i) TIS 피듀셜에 대해 기판을 정렬하는 단계;
ii) TIS 피듀셜에 대해 오버레이 에어리얼 이미지를 정렬하는 단계;
iii) 레지스트 층내에 상기 오버레이 에어리얼 이미지를 과노광하여 과노광된 오버레이 타겟을 형성하는 단계; 및
iv) 과노광된 오버레이 타겟과 프로세스 층내의 아래놓인 오버레이 타겟간의 오버레이를 측정하는 단계가 예시된다.
미니어처 노광 유닛이 오버레이 타겟(42)을 레지스트상의 올바른 위치(correct position)에 프린트할 수 있도록, 스캐터로미터(30)가 (보다 이전의 오버 레이 타겟(40b)에 대한 하나의 오버레이 타겟(42)의) 오버레이를 가장 효율적으로 측정할 수 있도록, 정렬 센서(32)는 그 정렬 타겟을 통해 TIS 위치에 대한 기판 위치를 측정하는데 사용된다. 이미징이 횡방향 배율에서 드리프트(drift)되도록 가상적으로(virtually) 민감하지 않은 대물의 이미지 필드의 중심에서 타겟들이 이미징될 수 있다.
기판(20)에 대한 TIS의 정렬을 아는 것은, 레지스트 층(22)상의 올바른 위치상에 정렬 타겟(42)을 위치시키기 위해서, 레지스트 층(22)에 대한 TIS의 정렬을 보간시킴으로써, 서로에 대한 기판 및 레지스트 층들(20 및 22)의 정렬이 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 스크라이브레인들은, 그들상에 프린트된 패턴을 가지지 않는 것이 아니라, 정렬 목적들을 위해서 의도된 기판의 피처들이다. 그들은 정렬 마크들(40)을 포함할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 메트롤로지의 제 1 단계를 도시한다. 정렬 센서(32)는 투과 이미지 센서(TIS)에 대해 기판(20)상의 복수의 정렬 타겟들의 정렬을 측정하여, (정렬 센서로 측정된 벡터들인) 거리들(a 및 b)을 측정한다. 또한, 이 단계는 기판 정렬 시에 생기는 프로세스 오차들도 포함한다. 거리들(a 및 b)은 기판과 연관된 거리 벡터를 결정하기 위해 기준 거리들과 비교된다.
도 3b는 정렬 센서(32)의 "0-위치"(즉, 기준 격자의 중심)와 에어리얼 이미지(50)의 중심간의 거리인 거리(c)의 측정을 도시한다. 에어리얼 이미지는, 미니어처 노광 유닛이 인접한 구조체들을 노광하지 않고 레지스트 층상의 스크라이브레인 내의 잠재 오버레이 타겟을 프린트할 수 있도록 레지스트 층(22)과 연관된 거리 벡터를 측정하는데 사용된다. 이 단계는 노광 위치에서의 마스크 정렬과 흡사(mimic)하며 스캐터로미터 노광 브랜치에서의 드리프트를 제거한다. 드리프트를 모니터링하기 위해서, 정렬 마크들(40b)은, 일 실시예에서 위상-시프트 격자들이다.
도 3c는 스캐터로미터 노광 브랜치(즉, 미니어처 노광 유닛)가 (예컨대, 통상 노광 레벨들에 대해 10의 팩터(factor)만큼) 스크라이브레인내의 오버레이 타겟(42)을 과-노광하는데 사용되는 단계를 도시한다. 미니어처 노광 유닛은 기판 위의 측정 위치에 존재할 수 있다. 조명 소스 및 마스크는 오버레이 타겟을 생성하는데 사용될 수 있으며, 이 경우, 듀얼 스테이지 시스템의 노광 위치에 있는 별도의 스테이지는 스루풋을 감소시키지 않고 오버레이 타겟들이 생성될 수 있게 한다. 부연하면, 미니어처 노광 유닛은 다수의 기판 스테이지 리소그래피 장치의 듀얼 스테이지의 측정 위치에 제공될 수 있으므로, 투영 시스템이 다수의 기판 스테이지 리소그래피 장치의 노광 위치에 있는 또 다른 기판상에 패터닝된 빔을 투영함과 동시에, 추가 패터닝 디바이스를 포함하는 미니어처 노광 유닛이 오버레이 타겟들을 노광시킬 수 있다. 하지만, 일 실시예에서는, 미니어처 노광 유닛 및 투영 시스템이 실질적으로 동일한 위치에 제공될 수 있으며, 이 경우, 스루풋을 촉진(facilitate)시키기 위해서 미니어처 노광 유닛에 별도의 소스를 제공하는 것이 유익할 수 있다.
추가 패터닝 디바이스를 갖는 미니어처 노광 유닛은, 그 패터닝 디바이스로서 이동가능한 마스크를 가질 필요가 없다. 조명 소스 및 공간 광 변조기(SLM)는 오버레이 타겟을 생성하는데 사용될 수 있다. SLM은 프로그래밍가능한 타겟을 제공하며, 따라서 타겟의 피처들의 유연성을 개선시킨다. SLM이 미니어쳐 노광 유닛에 의해 이동되게 하는데 있어서, 비트 율(bit rate)이 높을 필요가 없다. 이러한 경우, 정렬 타겟들이 더 이상 기판상의 모든 필드마다 프린트될 필요가 없으므로, 스크라이브레인 공간이 절약된다. SLM을 이용하는 장점은, 프로그래밍가능한 타겟들이 프린트될 수 있다는 것에 있다. 그러므로, 타겟들은 실재 레지스트 거동을 보다 양호하게 시뮬레이션하기 위해서, 레지스트내의 다이들상에 프린트될 피처들과 보다 더 유사할 수 있다. 보다 높은 노광 도즈 대신에 통상 노광 도즈에서 타겟을 프린트하기 위해 SLM이 사용될 수 있다. 그 후, 타겟은 스캐터로미터에 의해 검출될 수 있기 이전에 후 노광 베이크(post exposure bake) 시에 현상되어야 한다.
첫번째 2개의 단계들에서 정렬 센서(32)에 의해 수행된 측정들로부터 계산된 위치에 타겟이 프린트된다. 새로운 정렬 타겟들의 경우, 새로운 생산 마스크들을 이용할 필요 없이 프로세스를 최적화하기 위해서, 타겟(42)은 정렬 타겟의 기능을 가지며 또한 프로그래밍가능한 타겟일 수 있다. 다양한 형태의 정렬 타겟들이 프린트될 수 있으며, 최대의 로버스트를 갖는 타겟이 실제 정렬에 사용된다. 이는, 보다 적은 수의 마스크들이 요구되기 때문에, 특히 마스크 비용이 높은 하이-엔드 어플리케이션들(high-end applications)에서 비용을 절감시킬 수 있다.
도 3d는 스캐터로미터(30)를 이용하여, 타겟(40)을 포함하는 기판 층(20)과 타겟(42)을 포함하는 기판 층(22)간의 잠재 오버레이의 측정을 도시한다. 세번째 단계에서는 과-노광으로 인해 보다 강한 잠재 콘트라스트가 존재하는데, 이로 인해 측정이 보다 신속하고 보다 효율적으로 수행된다. 잠재 오버레이 메트롤로지는 기판 정렬시에 생기는 프로세스 오차들을 검출한다.
도 4는 타겟(42)의 잠재 이미지의 레지스트 두께가 미니어처 노광 유닛으로 노광된 노광 도즈에 의해 어떠한 영향을 받게 될 수 있는지를 도시한다. 도 4는 도즈가 증가할수록 레지스트가 얇아진다는 것을 보여주고 있다. 예를 들어, 노광 도즈가 100mJ/cm2(제곱 센티미터당 밀리줄) 이상인 경우, 타겟(42)의 잠재 이미지의 노광된 부분들은 1mJ/cm2 미만의 노광 도즈를 수용하는 타겟(42)의 노광되지 않은 레지스트에 대한 평균에 대해 약 2nm의 감소된 두께를 나타낸다. 레지스트 두께의 차이는 기판 층(20)의 타겟(40)과 타겟(42)의 잠재 이미지간의 오버레이를 측정하는데 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 오버레이를 측정하기 위해서 굴절률(n)의 변화가 사용될 수 있다. 도 5는 레지스트내의 타겟(42)의 잠재 이미지의 굴절률이 노광 도즈에 따라 어떻게 변화되는지를 보여주고 있다.
도 6은 타겟(42)의 잠재 이미지의 흡수 계수가 오버레이를 측정하는데 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주고 있다. 노광된 레지스트 및 노광되지 않은 레지스트의 흡수 계수(k)는, 오버레이를 측정하는데 사용될 수 있는 흡수의 차이를 나타낸다. 후 노광 베이크를 이용하면, 이러한 차이를 강화시킬 수 있다. 도 7은 후 노광 베이크(PEB) 후, mJ/cm2의 노광된 도즈의 함수로서 레지스트의 흡수 계수의 차이 를 보여주고 있다. 잠재 이미지가 약 200mJ/cm2로 과 노광된 다음 베이크된 경우, 실질적으로 노광되지 않은 레지스트와 20% 이상의 흡수 계수 차이가 존재한다는 것을 알 수 있다(종래에는, 이 차이는 오버레이를 검출하는데 사용될 수 있다).
후 노광 베이크의 경우, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있는 미국 특허 출원 10/875,605호에 개시된 바와 같은 국부적 후 노광 베이크 스테이션(local post exposure bake station)이 리소그래피 투영 장치에 사용될 수 있다. 국부적 노광 후 베이크 스테이션은 타겟의 위치에 있는 기판을 국부적으로 가열하도록 구성된다. 대안적으로, 정규적인(regular) 후 노광 베이크 스테이션이 트랙에서 또는 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다.
도 4 내지 도 7의 레지스트는 193nm 방사선에 대해 설계되었으며, 고-에너지 노광 유닛에 사용되는 방사선은 193nm의 파장에 대해 설계되어야 한다. "통상" 노광 도즈라는 용어는, 리소그래피 장치내의 투영시스템 밑에 있는 기판에 통상적으로 공급되는 도즈를 나타낸다. 노광 도즈는 레지스트에 따라 약간 변동될 수 있으며, 일반적으로 193nm 레지스트의 "통상" 노광 도즈(En)는 15 내지 30mJ/cm2이고, 예를 들어 248nm 레지스트에서 이는 15 내지 50mJ/cm2일 수 있으며, 예를 들어 365nm 레지스트에서는 50 내지 200mJ/cm2일 수 있다. 일반적으로, 이 범위내에서의 보다 낮은 도즈는 밝은 필드 마스크들에 사용될 것이고, 이 범위내에서의 보다 높은 도즈는 어두운 필드 마스크들에 사용될 것이다. 고-에너지 노광 유닛은 사용되 는 레지스트의 타입에 대해 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의해 공급된 도즈보다 더 높은 도즈를 공급할 것이다. 일 실시예에서, 노광 도즈는 리소그래피 장치에서의 노광 시에 사용된 "통상" 노광 도즈보다 더 높은 팩터 5 내지 100일 것이다. 레지스트가 고-에너지 노광 유닛에 사용된 것과 상이한 파장에 대해 적합화된 경우, 노광 도즈는 심지어 "통상" 노광 도즈보다 더 높은 팩터 10 내지 150일 수 있다. 고-에너지 노광 유닛에 사용된 파장들은 13nm(EUV), 157nm, 193nm, 248nm, 365nm, 545nm 또는 633nm일 수 있다.
과-노광은 비교적 상당한 시간을 소요할 수 있기 때문에, 본 발명의 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 병행하여 행해지는 메트롤로지 및 노광 단계들을 도시한다. 그러므로, 2개의 단계들을 행하는데 소요되는 시간은 절대적으로 최소화된다. 노광 방사선 및 메트롤로지 방사선은 상이한 파장들을 가진다. (250nm 미만의) 짧은 파장들은 레지스트를 노광하는데 사용되지만, 저부 내반사 코팅(bottom anti reflection coating: BARC)을 침투(penetrate)할 수 없다. 그러므로, 이들 파장들은 오버레이 메트롤로지에 적합하지 않다. (300nm보다 큰) 긴 파장들은 레지스트를 노광하지 않지만, BARC 층을 침투하며, 이는 오버레이 메트롤로지에 적합하다.
도 8은 스캐터로미터의 측정 브랜치(30) 및 노광 브랜치(32)를 도시한다. 2개의 방사선들(52 및 50)은 따로 또는 단일 다파장 빔으로서 공급되거나, 고-NA 대물(10)에 입력되고 기판(20)을 반사시키기 이전에, 이색성 빔 분할기(dichroic beam splitter)(6)내에서 조합된다. 그 후, 반사된 스펙트럼은 이색성 빔 분할기를 통해 다시 그 성분 파장들로 분할되므로, 기판(20)의 오버레이를 결정하기 위해서 스펙트럼이 측정 브랜치(30)내에서 측정될 수 있다. 측정 및 노광을 병행하여 수행하는 것은, 시간의 함수로서, 측정된 비대칭성의 전개(evolution)가, 예를 들어 프로세스 또는 리소그래피 툴에 의해 도입된 비대칭성에 있어서의 오프셋의 표시를 제공한다는 또 다른 장점을 제공한다. 이 정보는 오버레이의 최종 측정을 보정하는데 사용될 수 있다.
대안적으로, 노광 및 메트롤로지 방사선을 조합 및 분할하기 위해서 컬러 필터(colour filter)가 사용될 수 있다.
그러므로, 잠재 정렬 확인(latent alignment verification)으로 인한 스루풋의 감소는 절대적으로 최소로 감소될 수 있다. 이는 기판 테이블 이동들의 수가 2의 팩터만큼 감소되기 때문이다. 노광 시간이 단축될 수 있는 한편, 측정의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)는 개선될 수 있다. 노광 시간의 함수로서 비대칭성의 실시간 측정은, 잔여 프로세스 오프셋 및/또는 리소그래피 툴 오프셋의 정확한 측정을 허용한다. 상기에 언급된 바와 같이, 이는 최종 측정 결과를 보정하는데 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 시행될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 기판들의 정렬 및 오버레이를 측정하는 메트롤로지의 개 선된 장치 및 방법이 제공된다.

Claims (42)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선의 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성된 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 일부분상으로 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    추가 패터닝 디바이스를 포함하고, 상기 기판상으로 타겟을 프린트하도록 구성된 노광 유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 시스템은 통상 노광 도즈로 상기 기판의 일부분상으로 패터닝된 빔을 투영하고, 상기 노광 유닛은 상기 통상 노광 도즈보다 더 높은 노광 도즈로 상기 기판상으로 타겟을 프린트하도록 구성된 고-에너지 노광 유닛인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고-에너지 노광 유닛의 노광 도즈는 상기 통상 노광 도즈보다 5 내지 150배 더 높은 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 스캐터로미터(scatterometer)와 연관되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스캐터로미터는 각도-분해 고-개구수 어퍼처 스캐터로미터인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 1mm2 미만의 크기의 타겟을 노광시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 기판의 스크라이브레인(scribelane)상으로 2500㎛2 미만의 크기를 갖는 타겟을 노광시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 상기 타겟을 패터닝하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 잠재 위상-시프트 격자(latent phase-shift grating)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    기판을 가열하도록 구성된 후 노광 베이크 스테이션(post exposure bake station)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 후 노광 베이크 스테이션은 상기 타겟의 위치에서 상기 기판을 국부적으로 가열하도록 구성된 국부적 후 노광 베이크 스테이션인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 방사선 소스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 193nm의 파장의 방사선에 30mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 193nm의 파장의 방사선에 100mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 248nm의 파장의 방사선에 50mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 248nm의 파장의 방사선에 150mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 365nm의 파장의 방사선에 200mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 유닛은 365nm의 파장의 방사선에 400mJ/cm2 이상의 노광 도즈를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    측정 위치 및 노광 위치를 포함하여 이루어지며, 상기 노광 유닛은 측정 위치에 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    추가 노광 유닛에 의해 프린트된 상기 타겟을 이용하여 기판의 오버레이를 측정하는 스캐터로미터를 포함하여 이루어지며고, 상기 투영 시스템은 상기 기판의 일부분상으로 패터닝된 빔을 투영시키도록 배치되며, 이와 동시에 상기 스캐터로미터는 상기 기판상의 상기 타겟의 오버레이를 측정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 시스템 및 상기 스캐터로미터와 연관된 방사선 빔들의 각자의 파 장들을 조합 및 분할하는 이색성 빔분할기(dichroic beamsplitter)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 시스템 및 상기 스캐터로미터와 연관된 방사선 빔들의 각자의 파장들을 조합 및 분할하는 칼라필터(colorfilter)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 스캐터로미터는 상기 투영 시스템보다 더 긴 파장을 갖는 방사선 빔을 방출(emit)하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐터로미터는 레지스트 층을 노광하지 않고 기판내의 저부 내-반사 코팅(bottom anti-reflection coating)을 통과할 수 있는 방사선 빔을 방출하도록 배치되고, 상기 투영 시스템은 상기 레지스트 층을 노광할 수 있으나 상기 저부 내-반사 코팅을 통과할 수 없는 방사선 빔을 방출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐터로미터는 300nm이상의 파장을 갖는 방사선 빔을 방출하도록 배치되고, 상기 투영 시스템은 250nm 미만의 파장을 갖는 방사선 빔을 방출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    패터닝 시스템상에 배치된 복수의 투과 이미지 센서 타겟들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 투과 이미지 센서 타겟들은 대칭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 투과 이미지 센서 타겟들은 상기 기판 타겟을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 패터닝 시스템은 마스크를 포함하여 이루어지고, 상기 투과 이미지 센서 타겟들은 상기 마스크의 일부분인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 패터닝 시스템은 공간 광 변조기를 포함하여 이루어지고, 상기 투과 이미지 센서 타겟들은 상기 기판상으로 투영되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  31. 기판상의 프로세스 층에 대한 레지스트 층의 잠재 오버레이를 측정하는 방법에 있어서,
    일 기준에 대해 기판의 위치를 측정하는 단계;
    상기 기판의 측정된 위치에 따라, 높은 노광 도즈를 갖는 방사선의 빔으로 상기 레지스트 층내의 타겟을 노광하는 단계; 및
    노광된 타겟에서 상기 프로세스 층에 대한 상기 레지스트 층의 오버레이를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    조명 소스 및 마스크는 상기 타겟을 생성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    조명 소스 및 공간 광 변조기는 상기 타겟을 생성하기 위해 사용되는 것을 특지으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 오버레이는 각도-분해 스캐터로미터를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 타겟은 잠재 위상-시프트 격자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  36. 제 31 항에 있어서,
    높은 노광 도즈는 리소그래피 장치에서의 상기 기판의 통상 노광 시에 사용된 노광 도즈보다 더 높은 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  37. 제 31 항에 있어서,
    방사선의 상기 빔은 193nm의 파장을 가지며, 상기 높은 노광 도즈는 30mJ/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  38. 제 31 항에 있어서,
    방사선의 상기 빔은 193nm의 파장을 가지며, 상기 높은 노광 도즈는 100mJ/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  39. 제 31 항에 있어서,
    방사선의 상기 빔은 248nm의 파장을 가지며, 상기 높은 노광 도즈는 50mJ/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  40. 제 31 항에 있어서,
    방사선의 상기 빔은 248nm의 파장을 가지며, 상기 높은 노광 도즈는 150mJ/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  41. 제 31 항에 있어서,
    프로세스 보정은 상기 오버레이의 측정에 기초하여 피드포워드 방식으로 행해지는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
  42. 제 31 항에 있어서,
    상기 타겟을 노광하는 단계는, 리소그래피 투영 장치의 투영 시스템이 상기 기판의 일부분상으로 패터닝된 빔을 투영시키는 노광 위치로부터 변위(displace)된 측정 위치에서 행해지는 것을 특징으로 하는 잠재 오버레이 측정 방법.
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