KR100700444B1 - 자체 기준 마크의 독립 정렬 센서 - Google Patents

자체 기준 마크의 독립 정렬 센서 Download PDF

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에스브이지 리도그래피 시스템즈, 아이엔씨.
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Abstract

코히런트 조사광은 2개 이미지의 정렬 마크를 발생시키며, 서로에 관해 이미지를 180도 회전시키며, 또한 이미지를 간섭계적으로 재결합시키는 이미지 회전 간섭계에 의해 대칭 정렬 마크를 조사하는데 이용된다. 재결합된 이미지는 정렬 센서가 정렬 마크의 중심에 위치되는 경우 재결합의 방법에 따른 진폭 및/또는 편광 감지에 있어서 구성적으로 또는 파괴적으로 간섭한다. 회전 간섭계는 다수의 프리즘으로 이루어진 고체 유리 어셈블리가 바람직하다. 검출기는 이미지 회전 간섭계로부터 정렬 정보를 추출한다. 정렬 마크의 최종 중심이 정확히 결정된다. 비교적 다수의 서로 다른 정렬 마크 패턴은 상기 정렬 마크 패턴이 180도 대칭을 나타내는 동안 이용될 수 있다. 평행 선, 그리드 패턴, 또는 채커보드 격자가 이용될 수 있다. 정렬 센서는 정현파 정렬 신호를 제공하는 주사 포토리소그래피 시스템에 적용될 수 있다. 특히 정렬 시스템은 반도체 제조에 이용되는 포토리소그래피에 적용할 수 있다.

Description

자체 기준 마크의 독립 정렬 센서{SELF REFERENCING MARK INDEPENDENT ALIGNMENT SENSOR}
도1은 본 발명의 정렬 센서를 개략적으로 예시하는 도면.
도2A 내지 도2E는 180도 대칭을 지닌 서로 다른 정렬 마크를 예시하는 평면도.
도3A 내지 도3E는 이미지의 분할, 회전, 및 재결합을 예시하는 평면도.
도4A는 정렬 마크의 주사를 예시하는 평면도.
도4B는 정렬 신호와 정렬 마크 중심의 식별을 예시하는 그래프 도면.
도5A는 본 발명의 바람직한 실시예의 개략적인 도면.
도5B는 도5A에서 라인(5B-5B)을 따라 취한 단면도.
도6A는 본 발명의 일실시예에 이용되는 프리즘의 측면도.
도6B는 도6A에서 예시된 프리즘의 상면도.
도6C는 도6A에서 예시된 프리즘의 하면도.
도7A는 본 발명의 제2 실시예의 프리즘의 단면도.
도7B는 도7A에서 예시된 프리즘의 상면도.
도7C는 도7A에 예시된 프리즘의 밑면도.
도7D는 좌표 시스템을 나타내는 도면.
도8A는 본 발명의 제3 실시예에 이용되는 프리즘의 측면도.
도8B는 도8A에 예시된 프리즘의 측면도.
도8C는 도8A에 예시된 프리즘의 하면도.
도9는 본 발명의 방법 단계를 예시하는 블럭도.
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스의 제조에 이용되는 리소그래피에 관 한 것으로, 특히 정렬 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조는 리소그래피 기술을 이용한다. 종종 공지된 기준 좌표 시스템으로 물체를 정렬하거나 위치시키는 것이 필요하다. 마이크로 회로 리소그래피에서, 레티클의 이미지는 형성한 회로 패턴이 재생되는 광 감지 기판 또는 웨이퍼위에 투영된다. 서로 다른 공정단계들은 반도체 디바이스를 형성하기 위해 기판상에 연속적으로 형성될 서로 다른 층들을 흔히 요구한다. 따라서, 종종 고도의 정확성을 갖는 기판을 재 위치시키는 것이 필요하다. 기판은 그위에 형성된 이전의 패턴과 관련하여 정확히 위치되어야만 한다. 정렬 정확성은 흔히 중요하며 전형적으로는 0.1 미크론(micron)이하가 요구된다. 일반적으로, 정렬 마크 또는 타겟은 정렬될 기판상에 위치되며 또한 정렬 센서와 같은 제2 물체와 관련하여 위치된다. 정렬 마크의 위치와 그에 의한 기판은 정렬 센서 좌표와 관련하여 결정된다. 이것은 정렬시에 중요한 단계이다. 정렬 마크의 위치는 웨이퍼 면과 정 렬 마크 패턴의 어느 일부의 대칭 중심에 관하여 정상적으로 한정된다. 전형적으로 정렬 센서는 기판 면 또는 웨이퍼 면에 수직한 정렬 축을 갖는다. 일반적으로, 정렬 센서는 특별한 정렬 마크 패턴의 이용을 요구하거나, 또는 기판 혹은 웨이퍼상에 위치되는 정렬 마크 패턴의 비교적 제한된 등급(class)을 요구한다.
정렬 시스템은 본원에 참조로 인용한 1995.12.19일자로 데이빗 엥게리등에 의해 발표된 " 주사 포토 리소그래피용 오프축 정렬 시스템"이라는 제목의 미국특허 제5,477,057호에서 개시되어 있다. 여기에 개시되어 있는 내용은 웨이퍼상에 위치된 정렬 마크로 부터 산란 및 반사되는 빛의 검출을 위한 다수의 검출기를 지닌 정렬 시스템이다. 다른 정렬 시스템은 본원에 참조로서 인용한 1996.9.24일자로 겔라틴등에 의해 발표된 " 회절된 광빔이 사실상 입사 각을 따라 복귀하는 마스크 및 웨이퍼 회절 격자 정렬 시스템 " 이라는 제목의 미국특허 제 5,559,601호에 개시되어 있다. 여기서 기술하고 있는 내용은 리턴 전자기 방사 강도로부터 정렬을 결정하기위해 코히런트(coherent) 조사광을 이용하는 격자-격자 간섭 웨이퍼 정렬 시스템이다. 또 다른 정렬 시스템은 본원에 참조로서 인용한 1998.6.16일자로 멕클로우등에 의해 발표한 "포토리소그래피용 다중 검출기 정렬 시스템" 이라는 제목의 미국특허 제5,767,523호에 개시되어 있다. 여기서 기술하고 내용은 소정의 구경을 지닌 매칭된 레티클과 결합되는 소정의 개구를 지닌 불투명한 층에 의해 도포된 광감지 기판을 지닌 검출기이다.
이들 정렬 시스템과 다른 정렬 시스템은 그들의 의도된 목적을 위해 적절히 수행되고 있지만, 정렬 시스템의 정확성을 개선하기 위한 필요성의 증가가 상존한 다.
따라서, 정렬 마크 패턴의 비교적 큰 등급을 이용할 수 있는 정렬 시스템에 대한 필요성이 상존한다.
본 발명의 목적은 반도체 디바이스의 제조에 이용되는 리소그래피 시스템의 개선된 정렬을 제공하는 것이다.
본 발명은 180도 대칭을 지닌 임의의 마크의 대칭 중심에 대해 자체 기준(self referencing)으로 있는 정렬 센서이다. 기판상에 위치된 180도 대칭을 지닌 정렬 마크는 코히런트 조사광원에 의해 조사된다. 정렬 마크의 이미지는 2개의 이미지로 분할된다. 이미지는 서로에 관해 180도 회전되며 또한 간섭계에 의해 코히런트하게 재결합된다. 간섭계 경로의 적절한 페이징(phasing)에 따라, 재결합된 이미지는 정렬 센서의 축이 정렬 마크 대칭의 중심에 위치될 경우 검출가능하며 식별가능한 편광 상태를 형성하기 위해 검출 및 식별가능한 방법으로 또는 결합으로 진폭에 있어서 구성적으로 또는 파괴적으로 간섭할 수 있다. 정렬 마크는 다른 대칭 패턴을 포함하여 교차 공간 및 라인, 그리드 패턴(grid pattern), 또는 체커보드 패턴(checkerboard pattern)과 같은 180도 대칭을 지닌 임의의 등급의 마크가 될 수 있다. 바람직하게, 프리즘은 2개의 이미지를 형성하며, 서로에 대해 2개의 이미지를 회전시키며, 또한 2개의 이미지를 간섭계적으로 재결합하는데 이용된다. 검출기는 재결합된 2개의 이미지의 결과로서 간섭을 검출하며 또한 기판의 위치를 정확히 검출하기위해 정렬 마크의 중심을 위치시킨다.
본 발명의 이점은 180도 대칭을 지닌 마크가 이용된다는 것이다.
본 발명의 특징은 정렬 마크의 2개 이미지가 정렬 마크의 중심을 정확히 식별하기 위해 간섭계내에 코히런트하게 재결합된다는 것이다.
본 발명의 특징은 프리즘이 180도 대칭을 지닌 정렬 마크의 이미지를 분할하며, 회전시키며, 또한 재결합시키는데 이용된다는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적, 이점, 그리고 특징은 다음의 상세한 설명을 참조함으로 쉽게 명확해질 것이다.
실시예
도1은 본 발명을 예시하는 개략적인 다이어그램이다. 정렬 센서(10)는 전자기 방사(13)를 빔스플리터(14)에 제공하는 레이저와 같은 코히런트 조사 광원(12)을 포함한다. 전자기 방사의 일부는 정렬 마크 또는 타겟(18)을 조사하기 위해 코팅체(16)로부터 반사된다. 정렬 마크 또는 타겟(18)은 180도 대칭을 갖는다. 180도 대칭에 의해, 정렬 마크 또는 타겟(18)이 정렬 마크(18)의 면에 수직한 대칭 축에 관해 180도 회전되는 경우 상기 정렬 마크가 비회전된 정렬 마크와 사실상 동일하다는 것을 의미한다. 이것이 사실인 경우의 상기 축을 대칭 축이라 부른다. 정렬 마크(18)는 광감지 기판 또는 웨이퍼(20)위에 또는 그 내부에 위치된다. 광감지 기판(20)은 스테이지(22)상에 위치된다. 스테이지(22)는 화살표(24)에 의해 지시된 방향으로 주사될 수 있다. 정렬 마크(18)로부터 반사된 전자기 방사는 빔스플리터(14)를 통과하며 이미지 회전 간섭계(26)에 의해 모아진다. 양질의 이미지가 형성될 필요는 없지만, 정렬 마크의 특성이 해결되는 것은 평가할 만 하다. 이미지 회전 간섭계(26)는 임의의 적절한 세트의 광학 요소가 될 수 있으며, 또한 정렬 타겟(18)과 정렬될 경우 전자기 방사가 정렬 마크(18)의 중심을 쉽게 검출할 수 있는 편광 감지 또는 진폭 감지에서 구성적으로 또는 파괴적으로 간섭할 수 있도록 정렬 마크의 2개 이미지를 형성하며, 다른 180도에 관해 하나의 이미지를 회전시키며, 또한 간섭계적으로 2개의 이미지를 재결합시키는 프리즘의 결합체가 바람직하다. 간섭계(26)에 의해 설정된 회전의 중심을 통과하는 광선은 센서 정렬 축(27)을 한정한다. 검출기(28)는 이미지 회전 간섭계(26)로 부터 전자기 방사를 수신한다. 그후 검출기(28)는 신호 분석기(30)에 신호를 제공한다. 신호 분석기(30)는 정렬 마크(18)의 중심이 결정될 경우 스테이지의 위치를 알고 있도록 스테이지(22)와 결합된다. 따라서, 정렬 마크(18)의 위치는 스테이지(22)에 관하여 매우 정확히 알려져 있다. 대안으로, 정렬 마크(18)의 중심이 정렬 센서(10)에 관하여 이미 알고 있도록 정렬 센서(10)의 위치가 이미 공지될 수 있다. 따라서, 정렬 타겟(18)의 중심의 정확한 위치는 기준 위치와 관련하여 이미 알려져 있다. 그에 따라, 이미지 회전 간섭계와 결합하여 180도 대칭 정렬 마크의 등급을 이용함으로서, 정렬 시스템은 정렬 마크의 중심에 대해 자체 기준으로 있다. 이것은 180도 대칭적일 필요가 있는 다양한 정렬 마크의 이용을 가능케 한다. 부가적으로, 마크의 중심은 비교적 약한 이미지를 갖더라도 매우 정확히 결정될 수 있다.
도2A-도2E는 다른 가능한 정렬 마크의 예에 대한 평면도이다. 도2A-도2E는 다른 정렬 마크의 예일 뿐이며 또한 여러개의 다른 180도 대칭 정렬 마크가 본 발 명의 교시를 기초로 본 기술분야에 숙련된 사람에 의해 쉽게 결정될 수 본 발명의 실시에서 이용될 수 있다는 것은 평가할만하다. 도2A는 사각형 그리드 체커보드 정렬 타겟(14)을 예시한다. 타겟(18A)은 광학적으로 다른 사각형(34 및 36)의 두형태를 다수 포함하고 있다. 두형태의 사각형은 패턴, 반사율(진폭 및/또는 위상), 또는 이들의 어떤 결합에 의해 구별될 수 있다. 정렬 마크(18A)는 우선 서로(즉, 하나는 에지 또는 라인(32)의 방향에 대해 +45도의 각, 그리고 다른 하나는 에지 또는 라인(32)에 대해 -45도의 각)에 대해 직각 방향을 갖는 2개의 선형 격자와 같은 기능을 한다.
그의 면에 수직한 축에 관해 180도 회전될 경우 정렬 마크(18A)는 사실상 동일한 패턴 또는 마크를 초래한다. 따라서, 정렬 마크(18A)는 180도 대칭적이다.
도2B는 다이아몬드 형태의 정렬 마크(18B)를 예시한다. 정렬 마크(18B)는 그 사이에 스페이스(38)를 갖는 다수의 수직형의 동일 간격 라인(4)을 포함하고 있다. 정렬 마크(18B)가 정렬 마크(18B)의 면에 수직한 축에 관해 180도 회전되는 경우 사실상 동일 패턴 또는 마크가 형성된다. 따라서, 정렬 마크(18B)는 180도 대칭적이다.
도2C는 다른 정렬 마크(18C)를 예시한다. 정렬 마크(18C)는 스페이스(42)에 의해 분리된 다수의 라인(44)을 갖는다. 스페이스(42)는 서로 다른 간격이거나 크기로 있다. 따라서, 라인(44)은 다른 피치 또는 주기를 갖는다. 라인(44)의 다른 주기는 중앙선(46)에 관해 대칭적이다. 그러므로, 정렬 타겟(18C)이 정렬 마크(18C)의 면에 수직한 축에 관해 180도 회전되며, 사실상 동일한 패턴 또는 마크 가 형성된다. 따라서, 정렬 마크(18C)는 180도 대칭적이다.
도 2D는 또 다른 정렬 타켓(18D)을 예시한다. 정렬 타겟(18D)은 스페이스 (39)와 랜드(41)일 수 있는 교차선을 갖는다. 스페이스(39)와 랜드(41)는 정렬 타겟(18D)의 종축에 관해 45도의 각으로 있다.
도2E는 또 다른 정렬 마크(18E)를 예시한다. 정렬 타겟(18E)은 스페이스 (45)와 랜드(43)일 수 있는 교차선을 갖는다. 스페이스(45)와 랜드(43)는 정렬 타겟(18E)의 종축에 관해 45도의 각으로 있다.
도3A-E는 본 발명의 정렬 센서의 이미지 조정과, 특히 도1에 나타낸 이미지 회전 간섭계(26)를 예시한다. 도3A는 이미지(48)의 형성을 예시한다. 예시적인 목적을 위해 이미지는 글자(F)로 선택된다. 그러나, 본 발명의 실시에서, 180도 대칭 정렬 마크의 이미지가 형성되는 것은 평가할 만하다. 글자(F)는 180도 대칭 마크는 아니다. 도3B는 도3A에 예시된 이미지(48)중 2개 이미지(48a' 및 48b')의 형성을 예시한다. 도3C는 180도 회전 이미지(48")를 형성하는 다른 이미지와 관련하여 도3B에 예시된 이미지(48a' 또는 48b')중 하나를 회전시키는 것을 나타낸다. 도3D는 간섭계적으로 재결합된 이미지(48''')를 형성하기 위해 도3C에 예시된 180도 회전된 이미지(48a')와 이미지(48")의 재결합을 나타낸다. 도3E는 간섭계적으로 재결합된 이미지(48''')를 형성하기 위해 +90도 회전될 때 도3B의 좌측 이미지(48a')와 -90도 회전될 때 도3B의 우측 이미지(48b')의 재결합을 예시한다. 정렬 마크는 180도 대칭적이기 때문에, 재결합된 이미지는 정렬 센서의 축이 대칭의 정렬 마크 중심위에 정확히 있을때 구성적으로 또는 파괴적으로 간섭할 수 있다. 이것은 정렬 마크 중심의 정확한 위치와 검출을 초래한다. 정렬 마크의 이미지의 광학적 조정이 다수의 서로 다른 등가 방법으로 수행될 수 있음은 평가할 만하다. 다만, 이것은 정렬 마크의 제1이미지와 필수적인 제1 이미지에 관하여 180도 회전되는 정렬 마크의 제2 이미지를 형성하는 최종 결과이다. 예를들어, 2개의 이미지가 형성될 경우, 두 이미지는 서로에 관해 180도 회전되는 원하는 2개의 이미지를 형성하기 위해 반대 방향으로 90도 회전될 수 있다.
도4A-B는 주사 포토리소그래피 시스템의 일부가 될 수 있는 주사 센서 또는 웨이퍼에 대해 본 발명의 적용을 나타낸다. 도4A에서, 코히런트 조사광원(112)은 수직 라인(136)과 스페이스(137)를 포함하고 있는 정렬 타겟(118)을 주사한다. 화살표(124)는 상대적인 주사 방향을 나타낸다. 일반적으로, 조사광원(112)은 고정상태가 될 수 있으며 또한 정렬 타겟(118)은 이와 관련해서 이동될 수 있다. 도4B는 시간의 함수로서 에너지를 예시하는 그래프도이다. 곡선(150)은 본 발명의 주사 정렬 시스템에 의해 얻은 신호를 나타내다. 신호(150)는 엔벨로프 함수(152)에 의해 에워싸여 있다. 점(154)은 엔벨로프 함수(152)의 최대 에너지 또는 높이를 나타낸다. 이러한 최대 높이 또는 점(154)은 도1에 예시된 마크 중심과 센서 정렬 축(27)의 일치를 나타내는 시간(t0)에서 일어난다.
도5A-B는 본 발명의 실시예를 더 상세히 나타내고 있다. 정렬 센서(210)는예시하고 있지 않은 광원, 즉 단일-모드 편광-보존 광 섬유(213A)로 부터 코히런트 전자기 방사를 수신한다. 광섬유(213A)는 바람직하게 635와 680 나노미터로서 전 자기 방사의 2개 파장을 전달할 수 있다. 다른 단일-모드 편광-보존 광 섬유(213B)는 바람직하게 780, 830 및 880 나노미터로서 3개의 더 긴 파장을 전달하기 위해 이용될 수 있다. 섬유광학 커플러(215A 및 215B)는 각각 무손실 파장에 기초한 빔 컴바이너 쿠브(217)에 유입되도록 광섬유(213A 및 213B)의 출력을 평행하게 하는데 이용된다. 그러나, 상기 빔 컴바이너 쿠브(217)에 대한 필요성을 제거하는 단일 광 섬유와 2개의 광섬유(213A 및 213B)를 결합할 수 있다. 파장은 페이지의 면에 수직한 선형 편광, 즉 S-편광을 갖는다. 빔 컴바이너 쿠브(217)에 인접한 것은 렌즈(219)이다. 렌즈(219)는 조사 동공 보정을 제공한다. 라인(221)은 스톱(223)에 인접하고 있는 보정된 동공 면의 위치를 나타낸다. 스톱(223)은 사각형이 바람직하지만, 원형이나 다이아몬드와 같은 다른 모양을 가질 수 있다. 렌즈(219, 225 및 231)는 그위에 정렬 타겟(218)을 지닌 기판 면 또는 웨이퍼(233)에서 스톱(223)의 공칭적으로 일정한 위상 및 균일하게 조사된 이미지를 제공하기 위해 동공 면(221)을 따라 선택되며 또한 일정한 간격을 두고 있다. 이들 이미지 상태는 알맞게 기능을 하도록 센서에 대해 정확히 만족할 필요는 없다. 가장 중요한 요건은 간섭계-한정 정렬 축에 관해 180도 대칭의 유지이다. 선택적인 스톱(227)은 렌즈(225)의 직경을 제한하는데 이용될 수 있으며, 그에 의해 소정 값, 바람직하게 약 0.2로 기판 조사 수치 구경이 제한된다.
색지움 편광-기초한 빔 스플리터 쿠브(214)는 기판(233)을 향해 입사하는 S-편광 조사광을 반사하고 또한 기판(233)으로 부터 회전 간섭계 프리즘(226)을 향해 P-편광 조사광을 투과시키는데 이용된다. 색지움 1/4 파장 판(229)은 웨이퍼 마크 또는 정렬 타겟(218)에 조사하는 좌 또는 우 원형 편광된 빛으로 입사하는 선형 S-편광을 변환하기 위해 빔 스플리터 쿠브(214)에 가까이 위치된다. 필요없지만, 여기서 페이지에 평행 및 수직한 수평 및 수직라인을 따라 도2A에 도시한 체커보드 격자(18A)의 형태가 되도록 정렬 타겟(218)을 고려하는 것이 유용하다. 따라서, 체커보드 격자는 페이지에 대해 ±45도의 방향을 갖는다. 정렬 주사 방향은 수평선 또는 수직선에 평행한 것이 가장 바람직하다. 색지움 1/4 파장 판(229)은 또한 비-회절된 0-차수를 포함하는 기판-산란된 빛의 원하는 부분을 빔 스플리터(214)에 의해 송되는 선형 P-편광으로 변환시킨다. 색지움 1/2파장 판(235)은 렌즈(231)의 축에 관해 회전 간섭계(226)를 45도 회전시키는 대신에 빔 스플리터 쿠브(214)에 가까이 위치될 수 있다. 회전 간섭계(226)는 효과적으로 정렬 타겟(218)의 2개 이미지를 제공하고, 하나의 이미지를 다른 이미지에 관해 180도 회전시키며, 또한 간섭계적으로 이미지를 재결합하기 위해 결합된 다수의 프리즘이다. 회전 간섭계(226)는 편광을 기초로 할 수 있다. 전형적으로, 회전 간섭계(226)는 약 ±5 밀리-라디안의 회전 오차를 가질 수 있다. 전형적으로, 2개의 아암간의 광경로 차는 2개 파 이하가 될 것이다. 전형적으로, S와 P편광 반사간의 위상차는 ±10도 이하가 될 것이다. 정렬 축은 센서 광학체를 통해 전달될 때 간섭계(226)의 중앙선 광선(226A 및 226B)과 이 광선의 연장에 의해 한정된다. 광선(226C)은 웨이퍼 타겟(218)으로 연장된 정렬 축이다. 회전 간섭계(226)에 인접하는 것은 색지움 파장-판 어셈블리(237)이다. 색지움 파장-판 어셈블리(237)는 회전 간섭계(226)내에서 2개 경로간의 어떤 작은 위상 에러 또는 위상 차에 대한 보상을 위해 설계되고 조정된다. 파장 어셈블리(237)는 간섭계의 입구 또는 출구에 위치될 수 있다. 데시라인(239)은 정렬 시스템(210)을 2개의 그룹으로 분리하는 면을 나타낸다. 이 면의 이전에, 기술된 광학 성분은 단지 광 위치 신호를 발생한다. 이 면을 지나는 성분들은 신호와 제1차 강도를 분리한다.
면(239)에 인접하는 것은 2개의 렌즈(241 및 245)를 포함하는 릴레이(relay)가 위치된다. 이들 렌즈는 웨이퍼 면(233)을 면(243)위에 그리고 동공 면(221)을 면(244 및 255)위에 동시에 이미지하기 위해 선택되고 또한 이격된다. 면(230)과 면(236 또는 239)사이에 전형적으로 위치되는 동공 면(221)의 중간 이미지가 있다. 웨이퍼 면 조사 스폿의 이미지의 공칭 크기인 클리어 영역을 지닌 선택적 스톱은 원치않는 스트레이 광을 차단하기 위해 면(243)에 위치될 수 있다. 더욱이, 선택적인 스톱은 원치않는 스트레이 광을 거부하고, 비회절된 광을 차단하고 또는 회전된 광의 원하는 부분을 선택하기 위해 면(244)에 위치될 수 있다. 렌즈(245)에 인접하는 것은 빔 스플리터 쿠브(247A 및 247B)이다. 빔 스플리터 쿠브(247A 및 247B)는 S-편광의 약 5 내지 10%를 반사하고 또한 나머지 S편광을 투과하면서 모든 국소 P-편광을 투과시키는 편광 기초한 투과 빔 스플리터 쿠브이다. 빔 스플리터 쿠브(247A 및 247B)는 투과된 최종 빔이 빔 스플리터(247A)상에 입사하는 빛과 동일한 편광 상태를 갖도록 간섭계(226)에 관하여 방향을 갖게 되며 또한 다른 것에 관하여 90도 회전된다. 출력 광(228A)은 간섭계(226)내에서 하나의 경로부터 완전히 나오며 또한 출력 광(228B)은 간섭계(226)내에서 다른 경로에 완전히 이른다. 빔 스플리터 쿠브(247B) 다음에는 투과된 편광을 45도 회전시키기 위해 방향을 갖 는 색지움 1/2파장 판(249)이 있다. 파장판(249)다음에는 색지움 편광 기초한 빔 스플리터 쿠브(251A)가 있다. 대안으로, 파장판(249)은 빔스플리터(251A)와 그 수반 성분이 정렬축(226B)에 관해 ±45도 어느 한쪽으로 회전되는 경우 생략될 수 있다. 빔 스플리터 쿠브(251A)는 2개의 보상 정렬 신호를 발생하는 편광 기초한 회전 간섭계(226)에 대해 분석기의 역할을 한다. 하나의 출력은 2개 이미지 필드의 합에 비례한다. 다른 출력은 2개 이미지 필드들간의 차이에 비례한다. 빔 스플리터 쿠브(251A)는 페이트(pate:228C)를 따라 위쪽으로 S-편광 조사광을 반사하고 P-편광을 투과시킨다. 적절한 광학 허용오차와 파장 판 방향에 따라, 웨이퍼 또는 기판 0 차수는 S-편광이 될 수있으며 그에 따라 투과된 신호를 보상하는 정렬 위치 신호 쌍과 함께 빔스플리터(251A)가 존재할 수 있다. 검출기 어셈블리(228)는 면(228')을 지나서 위치된다. 빔 스플리터 쿠브(251B)는 1/4 파장판(253) 및 미러링된 스톱(255)과 결합하여 사용된다. 빔 스플리터 쿠브(251B)는 1/4 파장 판(253)을 통해 입사하는 P-편광을 투과시킨다. 미러 스톱(255)은 면(244)의 이미지에 위치되며 또한 페이지에 대해 +45의 방향을 갖는 정렬 마크 격자에 대해 회절을 투과시키고 또한 페이지에 대해 -45도의 방향을 갖는 정렬 마크 격자에 대해 회절을 반사시키는 클리어 영역을 지닌 미러이다. 전형적으로, 투과되고 반사된 회절은 회절 차수중 하나만을 필요로 하지만 각 격자의 방향과 관련된 제1차 회절 차수가 될 것이다. 회절 차수의 쌍인 하나의 신호는 미러 스톱(255)을 통해 투과된다. 회절 차수의 쌍인 다른 신호는 이것이 S-편광된 빛으로 변환되고 빔스플리터(251B)에 의해 위쪽으로 반사되도록 미러 스톱(255)으로부터 반사되고 제2의 시간동안 1/4 파장 판(253)을 통해 다시 진행한다. 콜렉션 렌즈(257A 및 257B)는 콜렉터 스톱(259A 및 259B)에서 각각 정렬 마크의 제3 이미지를 전형적으로 형성하는 정렬 신호 위치 광을 모집한다. 신호는 다중-모드 광 섬유(261A 및 261B)에 의해 각각 투과된다. 광 검출기는 기본 정렬 위치 신호를 제공하는 출력(263A 및 263B)에 위치된다.
면(228')다음의 광학체 및 검출기는 보상 신호를 제공하기 위해 228C에서 중복될 수 있다. 보상 신호 쌍중 하나 또는 모두가 이용될 수 있다. 이것은 2개 또는 4개의 광 검출기중 어느 하나를 요한다. 면(228')다음의 광학체 및 검출기는 2개의 출력 채널을 창출하는 228A 와 228B에서 고체 유리 쿠브에 의해 대체된다. 개개의 채널에서, 미러 스톱(255)은 하나를 투과하고 다른 하나는 투과시키는 2개의 입사하는 제1차수 중 하나를 선택하는 변형된 미러 스톱에 의해 대체된다. 이것은 4개의 광 검출기를 요한다. 이들 4개의 신호는 정렬 마크에 관해 그리고 특히 마크 대칭에 관해 정보를 제공할 수 있다. 함유물 및 이들 광학체의 이용 그리고 빔 스플리터(247A 및 247B)의 신호는 선택적이다. 235,349 뿐아니라 다른 것을 포함하는 파장 판의 이용은 편광 빔 스플리터의 이용과 편광 감지 성분의 상대 방향에 따라 선택적이 될 수 있음은 평가할 만하다.
여러 다른 조사 파장이 마크(218)를 조사할 경우, 개개의 파장으로부터 신호는 마크 이후에 임의의 지점에서 분리될 수 있다. 특히 편리한 파장 분리 영역은 출력(261A 및 261B)에 위치된 광 검출기 이전에 다중모드 섬유(261A 및 261B)이다. 따라서, 개개의 파장에 대해 부가적인 세트의 광검출기가 있어야 한다.
도5A에 예시된 실시예는 8개의 출력, 즉 대향하는 제1차수의 간섭에 의해 발생된 2개의 보상적인 정렬 위치 신호 쌍을 포함하는 4개 출력 및 4개의 제1차수 회절 진폭을 포함하는 4개 출력을 포함하지만, 모든 출력이 필요할 것 같지는 않다. 단지 2개의 출력만이 실제로 필요해질 수 있음이 추정된다.
도5B는 도5A에서 라인(5B-5B)을 따라 취한 단면도이다. 전자기 방사는 231'에서 회전 간섭계(226)로 유입된다. 전자기 방사는 파장판(237)과 릴레이 렌즈(241)를 통해 회전 간섭계(226)에서 나온다.
도6A-C는 도5A 및 도5B에 예시된 회전 간섭계(226)의 다른 관측도를 나타낸다. 회전 간섭계(226)의 프리즘 구조는 마크젠더(MachZehnder) 형태이다. 이러한 간섭계는 빔 스플리터 표면(BS6)에 연결된 2개의 프리즘으로 부터 구성될 수 있다. 광선 경로(in6- a6- b6- c6- d6- e6-out6)와 경로(in6- a 6- b6'- c6'- d6'- e6-out6)는 간섭계 정렬 축을 한정한다. 개개의 글자 콜아웃 도트는 정렬 축 중앙선의 반사 지점 또는 빔스플리터(BS) 교차점을 나타낸다. 대략적으로, 에너지의 1/2은 각각의 경로를 따른다. b6- c6- d6 및 b6'- c6'- d6'에서 반사는 도면의 면으로부터 결합된 광선을 반사한다. 출력 광선(e6-out6)을 따라 관측되는 것은 면으로부터 반사가 광선에 수직한 이미지 면을 회전시키는 것이다. b6 및 b6에서의 반사와 결합된 2개 미러의 방향이 b6' 및 d6'에서의 반사와 결합된 2개 미러의 방향에 대하여 반대이기 때문 에, 2개의 경로와 결합된 이미지는 반대 방향으로 회전된다. 미러 각은 상대 이미지 회전이 180도이도록 선택된다. 원하는 미러 각의 세트는 유일한 것이 아니다. 도시한 대칭 미러각의 세트는 특히 편리하다. 이러한 세트의 각은 유일하다. 이러한 세트의 각은 도7A-D와 관련하여 상세히 설명하고 있다. 빔 스플리터 및 미러 코팅체는 2개의 회전된 이미지간의 적절한 구성적 및 파괴적 간섭을 유지하기 위해 2개 간섭계 경로 간의 상대 위상 변화를 제어하기 위해 설계되어야 한다. 하나의 유용한 코팅체 해결은 다음과 같다. b6, d6, b6 ' d6'에서 4개의 미러 반사상에서 동일한 반사 코팅체를 이용한다. c6 및 c6'에서 2개의 미러 반사상에서 S-편광 및 P-편광상태 간에 무시할 수 있는 위상 변화를 갖는 금속 형태 코팅체를 이용한다. 빔 스플리터 표면(BS6)에 대해 대칭 코팅체를 이용한다.
이러한 간섭계는 작은 제조 오차를 갖더라도 빛이 입력 방향쪽으로 복귀할 수 없기 때문에 특히 유용하다.
도7A-D는 회전 간섭계(326)의 다른 형태 또는 실시예에 대한 다른 관측을 예시한다. 회전 간섭계(326)는 세그넥 링 형태의 간섭계 구조를 갖는다. 이러한 간섭계는 도시한 3개의 프리즘으로 부터 편리하게 구성될 수 있다. 프리즘은 빔 스플리터 표면(BS7)에 결합되어 있으며 상기 표면은 HW1과 HW2에 의해 한정된다. 광선 경로(in7- a7- b7- c7- d7- e7-out7)와 경로(in7- a 7- e7- d7-c7- b7-out 7)로 부터 중복 영역(a7-out7)의 일치는 간섭계 정렬 축을 한정한다. 각 글자의 콜아웃 도트는 반 사 지점 또는 빔 스플리터(BS7)교차 지점을 나타낸다. 에너지의 약 1/2은 개개의 경로를 따른다. b7-c7-d7에서 반사는 도면의 면으로 부터 결합된 광선을 반사한다. 출력 광선(a7-out)을 따라 관측되는 것은 이러한 면으로부터 반사가 광선에 수직한 이미지 면을 회전시키는 것이다. 면으로부터 떨어진 미러에서 반사의 역 차수가 시계 방향 경로에 대해 b7-c7-d7이고 시계 반대 방향 경로에 대해 b7 -c7-d7이기 때문에, 2개 경로와 결합된 이미지는 반대 방향으로 회전된다. 미러 각은 상대 이미지 회전이 180도 이도록 선택된다. 원하는 미러 각의 세트는 유일한 것이 아니다. 대칭 미러 각의 세트는 특히 편리하다. 이러한 세트의 각은 유일하다. 도7D에 도시한 종래의 카르테시안 단위 벡터에 관하여, 지점(b7)에서 반사하는 미러에 대해 수직한 단위는
Figure 112001008737303-pat00002
이다.
지점(d7)에서 반사하는 미러에 대해 수직한 단위는
Figure 112001008737303-pat00003
이다.
도6A-6C에서 해당 미러들은 유사한 방향을 갖는다. 빔스플리터는 반사하는 S-편광과 투과하는 P-편광을 기초로한 편광일 경우가 바람직하다. 결합된 조사광은 공칭적으로 동일한 S-편광과 P-편광 에너지를 가지면서 코히런트해야 한다. 이러한 동일한 에너지 억제에 따라, 상기 간섭계는 임의의 특정된 타원 편광 상태를 받아들이도록 설계될 수 있다. 입사하는 편광을 ±90도 회전시키기 위한 방향을 갖는 위치(HW1 또는 HW2)에서 1/2파장 판을 삽입하는 것이 바람직하다. 이러한 바 람직한 구조에 대하여, 모든 에너지가 통과되며 간섭계는 (빛이 입력 면쪽으로 복귀하지 않는)출력 면을 형성한다. 코팅체는 2개 이미지의 원하는 구성적 및 파괴적인 간섭을 제공하기위해 시계방향 및 시계반대 방향의 경로와 결합된 S-편광 및 P-편광에 대해 적절한 위상 관계를 보장하도록 주의해서 설계되어야 한다. 코팅체 설계에 부가하여, 적절한 위상 관계는 편광 감지 파장 판, 및 입력 또는 출력중 어느 한쪽의 간섭계에 대해 외부적인 코팅체를 이용하여 설정된다. 도5A에서 237에 도시한 편광 보상기는 외부적인 보상의 예이다.
이러한 간섭계는 콤팩트하고 특히 작은 제조 오차에 대해 내성이 있기 때문에 바람직하며 또한 코팅체가 고려될 경우 2개 이미지에 대해 본래 동일한 경로를 갖는다.
간섭계(226 및 326)는 다른 이미지에 관하여 2개의 이미지중 하나를 180도 회전시키는 것으로 가장 잘 이해될 수 있다.
도8A-C는 회전 간섭계(426)의 또 다른 실시예를 예시한다. 회전 간섭계(426)는 마크-젠더 형태의 또 다른 간섭계이다. 이러한 간섭계는 2개의 빔 스플리터 쿠브(BS1 및 BS2), 2개의 직각 프리즘(RP1 및 RP2), 및 2개의 펜타프리즘(PP1 및 PP2)을 포함하고 있다. 빛은 in8에 유입되며 또한 미러 및 빔 스플리터 코팅체의 선택 및 내부 파장 판의 부가에 따라 out1과 out2중 어느 하나를 통과한다.
빔 스플리터 쿠브와 2개의 포로(Porro) 프리즘로부터 또 다른 실시예를 형성할 수 있다. 상기 포로 프리즘은 빔 스프리팅 표면에 인접한 빔 스플리터 쿠브의 2면상에 위치된다. 상기 포로 프리즘은 그들의 중심 정점이 서로에 대해 90도로 있도록 방향을 갖는다. 편광 및 비편광-기초한 구조는 코팅체의 적절한 선택과 파장판의 부가에 의해 설계될 수 있다. 이것은 마이켈슨 형태의 간섭계이다.
간섭계(426) 및 포로 프리즘 기초한 간섭계는 2개의 이미지중 한 x-축 폴드와 그 다음으로 이미지중 어느 한 이미지의 y-축 폴드를 수행함으로서 원하는 180도 이미지 회전을 제공하는것으로 가장 잘 이해될 수 있다. 이러한 2중 폴드는 서로에 관하여 하나의 이미지를 180도 회전시키는데 수학적으로 동일하다.
그의 대칭 중심에 관하여 폴딩된 이미지로 부터 선행하는 것과 관련한 1-축 정렬 센서를 형성할 수 있음을 주목해야 한다.
회전 간섭계(226, 326, 및 426)에 대한 이들 서로 다른 실시예들 모두는 2개 이미지의 정렬 마크를 형성하며, 다른 이미지와 관하여 180도 만큼 하나의 이미지를 회전시키며, 또한 정렬 마크의 중심을 결정하기 위해 간섭계적으로 2개의 이미지를 재결합한다. 비록 효과는 더 작지만, 이들 간섭계와 정렬 센서는 비-편광 기초한 빔 스플리터와 함께 기능을 할 수 있다.
도9는 본 발명의 방법 단계 또는 동작을 예시하는 블럭 다이어그램이다. 박스(510)는 180도 대칭 정렬 마크의 2개 이미지를 형성하는 단계 또는 동작을 나타낸다. 박스(512)는 다른 이미지에 관하여 2개 이미지중 하나를 회전시키는 단계 또는 동작을 나타낸다. 박스(514)는 간섭계에서 2개 이미지를 재결합하는 단계 또는 동작을 나타낸다. 박스(516)는 재결합된 이미지를 표시하는 신호를 검출하는 단계 또는 동작을 나타낸다. 박스(518)는 검출된 신호에 기초한 정렬 마크의 중 심을 결정하는 단계 또는 동작을 나타낸다.
도1-9를 참조하면, 본 발명의 동작을 쉽게 인식하게 될 것이다. 본 발명의 정렬 센서는 180도 대칭을 갖는 어떤 마크의 대칭 중심에 대한 자체 기준이다. 1 또는 2차원 정렬 마크, 전형적으로 선형 격자 및 체커보드 격자가 바람직하다. 정렬 센서는 정현파 정렬 신호를 발생시키기위해 일반적인 간섭계 원리로부터 동작한다. 센서는 코히런트하게 조사된 정렬 마크 이미지를 2개의 이미지로 코히런트하게 분할한다. 그후에 이미지중 하나가 서로에 관해 180도 회전된다. 이미지는 2개의 분리 이미지 경로가 사실상 정확히 동일하도록 코히런트하게 재결합 및 정렬된다. 그 후에 재결합된 이미지는 정렬 센서 축이 정렬 마크 대칭의 중심에 위치되는 경우 간섭계 구조에 따라 편광 상태 또는 진폭으로서 구성적으로 또는 파괴적으로 간섭한다. 진폭 또는 편광 상태 간섭중 어느 하나에 의해, 2개의 보상 이미지가 형성되며, 하나는 구성적인 간섭을 나타내고 밝은 상태이며, 또한 다른하나는 파괴적인 간섭을 나타내고 어두운 상태이거나 검다. 본 발명은 정렬 센서 축에 관해 동일한 180도 대칭에 관하여 공간적으로 코히런트하도록 빛 또는 전자기 방사와 함께 정렬 마크를 예시하고 있다. 특히 편리한 조사광은 센서 축에 수직한 파면과 중심 원형 강도 프로화일을 갖는 공간적으로 코히런트한 평행 광선이다. 대안으로, 약간의 디포커스 또는 방사상의 파면 수차를 갖는 임의의 파면이 이용될 수 있다. 응용에 의하면, 아퍼다이즈(apodized)한 원형, 직사각형, 또는 크기에 있어서 정렬 마크보다 더 크거나 작은 제곱 강도 분포가 유용하다. 최소한의 요건은 상기한 180도의 공간적으로 코히런트한 조사광이다. 따라서, 조사광은 대부분의 빛을 버림이 없이 확대되거나 또는 공간적으로 인코히런트한 광원으로 부터 발생될 수 있다. 조사 광원은 연속 영역이나 수개의 불연속 파장을 포함할 수 있다. 전형적으로, 빛은 패턴 대칭에 관하여 대칭 상태로 편광되어야 한다. 정렬 마크로서 평행선과 체커보드의 바람직한 이용을 위하여, 좌 또는 우 원형 편광된 빛이 이용될 수 있지만, 다른 편광 상태를 이용할 수 있다. 정렬 센서의 이미지 양은 180도 대칭이 적절한 국소 간섭을 지닌 개개의 이미지에 대해 보존되는 한 임계적이지 않다. 박막 편광 빔 스플리터가 이용될 수 있다. 그러나, 이들은 2개의 보상 이미지를 창출하기 위해 편광 분석기를 요구할 수 있다. 로지(Lossy) 빔 스플리터가 또한 이용될 수 있다. 바람직하게, 고체 유리 프리즘 간섭계의 형태로서 빔 스플리터와 반사의 연속이 2개의 이미지를 분리, 회전 및 재결합시키기위해 회전 간섭계를 제공하는데 이용될 수 있다. 또한 유사한 구조로서 박막 빔 스플리터를 대신하는 회절 격자를 이용하는 것이 가능하다. 비록 필요하지 않지만, 이것은 성능을 강화하기 위해 이미지를 공간적으로 필터링하는데 이용될 수 있다. 일반적으로 정렬 마크 패턴에 의해 공간적으로 변조된 빛인 회절된 빛을 유지시키고 또한 비 변조된 0차수와 임의의 산란된 빛을 모두 거부하는 것이 유용하다. 더욱이, 이것은 주기적인 마크로부터 비교적 높은 회절 차수를 거부하는데 이용될 수 있다. 이미지는 회전 단계 이전 또는 이후에 공간적으로 필터링될 수 있다. 조사광이 다수의 마크 주기를 여전히 조사하는 동안 주기적 마크 아래에 채워질 경우, 재결합된 이미지는 센서 축이 마크 대칭의 중심에 있고 또한 조사광이 완전히 마크를 주사할 때마다 최대의 구성적 또는 파괴적 간섭을 나타낼 수 있다. 따라서, 1차원 주기 마크 패턴이 주사 리소그래피 시스템에서와 같이 패턴 형상 에지에 수직한 방향에서 일정한 속도로 정렬 센서 축을 지나 이동할 경우, 정렬 데이타가 수집된다. 개개의 보상 이미지에서 전체 에너지가 주기적으로 변화한다. 특히 바람직한 정렬 마크는 동일하게 이격된 라인과 스페이스의 형태로서 바(bar)를 포함하는 1차원 격자이다. 그러한 마크 이미지가 2개의 제1 회절 차수만을 유지하도록 공간적으로 필터링될 경우, 2개의 보상 이미지들 각각에서 전체 에너지는 유용한 정렬 신호를 제공하도록 마크 위치의 함수로서 정현파적으로 변화한다. 한 이미지에서 전체 에너지는 1 + Cos(4πV(t-t0)/P)의 형식인데, 여기서 V는 패턴 라인에 수직한 웨이퍼 스테이지 속도이고, t는 시간이며, t0는 정렬 마크 주기의 대칭 중심에서 중심축의 시간이며, 또한 P는 마크 주기이다. 정렬 마크 센서 위치 평가치는 시간 t = t0에서 마크 위치이다. 보상 이미지 에너지는 1 + Cos(4πV(t-t0)/P)의 형식이다. 전체 신호는 정렬 마크가 조사 영역안으로 이동하고 나올때 생성된 전연(leading edge)과 종연(trailing edge)에 대해 증가 및 감소 값을 갖는 느리게 변화하는 대칭 엔벨로프 요소를 갖는다. 엔벨로프 요소는 시간 t = t0에 관해 대칭적이다. 대칭 정렬 마크에 대하여, 정렬 신호와 보상 정렬 신호는 동일한 정렬 정보를 포함한다. 체커보드 격자와 같은 2차원 주기 패턴은 재결합된 이미지가 개별적으로 수집된 각 이미지의 에너지를 갖는 2개의 1차원 주기 이미지로 공간적으로 필터링되고 분리되는 경우 x-위치와 y-위치를 동시에 생성할 수 있다. 이것은 2개의 독립 정렬 신호를 생성한다. 정현파의 주기적인 성질에 의해 함축된 위치의 모 호성은 적절한 이전-정렬 정밀도의 이용에 의해 제거될 수 있다. 대안으로, 이것은 다음과 같은 하나 또는 그 이상의 이용에 의해 제거될 수 있다. 즉, 엔벨로프 요소를 포함하는 전체 정렬 신호의 중심에 대한 결정, 약간 다른 주기의 2개 또는 그 이상의 주기적인 정렬 마크의 이용, 분리된 형상과 라인 또는 변할수 있지만 대칭 패턴의 체커보드 패턴을 포함하는 비주기적인 패턴의 이용. 정렬 신호는 종래의 이미지 형성에 의존하지 않기 때문에, 정렬 센서는 비교적 큰 초점 깊이이상에서 동작할 수 있다. 다른 각도가 이용될 수 있지만, 약 180도의 상대 이미지 회전 각이 바람직하다. 하나의 이미지는 단일 축 정렬 센서를 제공하는 정렬 감지 방향에 대해 대략 수직으로 폴딩될 수 있다. 이러한 폴딩은 다른 축에 정렬 정보를 제공하기위해서 제2축에 관해 반복될 수 있다. 원하는 간섭계 이미지 조정은 다수의 광학 성분과 결합해서 여러 방법으로 수행될 수 있다. 바람직하게, 회전 간섭계의 원하는 간섭계 이미지 조정은 무손실 진폭 또는 편광 감지 빔 스플리터 및 평면 미러 표면으로 부터 대칭 면이탈 반사의 대칭 이용에 부합하는 고체 유리 간섭계 프리즘 구조를 포함하고 있다.
도6A-C, 7A-D, 및 8A-C는 다른 것이 가능하지만 3개의 간섭계 구조를 나타내고 있다. 도6A-C, 7A-C에 예시된 설계는 전체적으로 반사 프리즘의 형태로서 특히 유용한 3개의 미러 형상을 포함한다. 중심 베이스 미러에 관해 대칭적으로 위치된 2개의 미러 표면이 존재한다. 한측에서 어셈블리 안에 입사하는 이미지는 시계 반대방향, 즉 플러스 90도 회전되는 제2 측에서 출사한다. 제2 측에서 어셈블리안에 입사하는 이미지는 시계방향, 즉 마이너스 90도 회전되는 제1측에서 출사되며, 그 결과 2개의 이미지는 서로에 관해 원하는 180도로 회전된다. 이미지 회전은 3차원 좌표 시스템 회전으로서 해석될 수 있다. 이미지 조정 및 간섭계 기술은 격자, 코스터의 프리즘, 로지 빔 스플리터, 구형 및 원통 렌즈와 같은 다른 동일한 광학 요소의 결합으로 부터 조립될 수 있을 뿐만 아니라, 여러가운데 커너 쿠브와 90도 루프 프리즘과 같은 폴딩된 미러 형상으로부터의 반사를 편입시킬 수 있다. 실제 실시예는 통상의 공역된(air spaced) 평판 미러를 대신하여 내부적으로 반사하는 베어 또는 코팅된 표면을 지닌 프리즘의 형태로서, 폴딩된 미러 시스템을 갖는 고체 유리 마이켈슨 간섭계-기초한 구조가 이용될 수 있다. 2가지 다른 선택은 하나의 코너 쿠브 미러 어셈블리 및 평판 미러 또는 직각에서 그들의 정점과 함께 방향을 갖는 2개의 90도 루프 프리즘들중 하나가 될 수 있다. 그러나, 이러한 어셈블리는 제조의 어려움이 있으며 또한 정렬 마크쪽으로 다시 빛을 복귀할 수 있어야 한다. 상술한 마이켈슨 형태의 간섭계의 변화량은 코히런트한 스타 광을 측정하기 위해 퓨리에 변환 분광계에 이용되고 있다. 본 발명은 마스크 패턴 및 공중 이미지 위치 감지 뿐아니라 비-리소그래피 응용에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 매우 정렬을 용이하게 하며 또한 반도체 디바이스의 제조에서 리소그래피 동작에 이용되는 정렬에 특히 적용할 수 있다. 본 발명의 정렬 센서는 다수의 서로 다른 정렬 마크 패턴을 이용할 수 있으며 또한 정렬 마크의 대칭 중심에 대한 자체-기준이다. 따라서, 본 실시예를 설명하고 기술하였지만, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 여러변형이 행하여 질수 있음은 본 기술에 숙련된 사람에게 명백해질 것이다.
본 발명은 반도체 디바이스의 제조에 이용되는 리소그래피 시스템에서, 자체 기준으로 있는 정렬 센서를 이용하여 리소그래피 시스템의 개선된 정렬을 제공하는 것이다.

Claims (35)

  1. 정렬 조사 광원;
    상기 정렬 조사 광원에 의해 조사된 180도 대칭 정렬 마크로부터 전자기 방사를 수신하는 이미지 회전 간섭계; 및
    상기 이미지 회전 간섭계로부터 전자기 방사를 수신하는 검출기;를 포함하고,
    그에 의해 상기 180도 대칭 정렬 마크의 중심의 위치가 결정되며,
    상기 이미지 회전 간섭계는 상기 180도 대칭 정렬 마크의 제1 이미지와 상기 180도 대칭 정렬 마크의 회전된 제2 이미지를 생성하고, 상기 제1 및 제2 이미지를 재결합하며,
    상기 180도 대칭 정렬 마크는 동일한 간격의 라인과 스페이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 회전 간섭계는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 조사 광원은 코히런트(coherent)한 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 180도 대칭 정렬 마크는 격자인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 180도 대칭 정렬 마크는 체커보드(checkerboard)인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 180도 대칭 정렬 마크는 그리드(grid)인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  10. 전자기 방사 광원;
    상기 전자기 방사 광원으로 부터 전자기 방사를 수신하여 상기 전자기 방사를 정렬마크로 보내는 빔 스플리터;
    상기 정렬 마크로부터 전자기 방사를 수신하기 위해 배치되며, 상기 정렬 마크의 제1 이미지와 상기 정렬 마크의 제2 회전된 이미지를 형성하고, 상기 제1 및 제2 이미지를 간섭계적으로 재결합하는 광학 요소;
    상기 광학 요소로부터 상기 전자기 방사를 수신하기 위해 배치된 검출기; 및
    상기 검출기에 결합되며, 상기 검출기로부터의 신호를 기초로 하여 정렬 마크의 대칭 중심을 결정하는 신호 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정렬 조사 광원은 코히런트한 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광학 요소는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 정렬 마크는 180도 대칭인 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  14. 정렬 마크를 검출하는 방법에 있어서,
    전자기 방사로 180도 대칭 정렬 마크를 조사하는 단계;
    상기 180도 대칭 정렬 마크의 제1 이미지를 생성하는 단계;
    상기 제1 이미지에 대하여 상대적으로 회전된 상기 180도 대칭 정렬 마크의 제2 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 재결합하는 단계;를 포함하며,
    그에 의해 상기 180도 대칭 정렬 마크의 위치가 정확히 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전자기 방사는 코히런트한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 이미지는 상기 제2 이미지에 대해 상대적으로 180도 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지는 간섭계적으로 재결합되는 것을 특징으로하는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 정렬 마크의 중심을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 삭제
  20. 이미지를 제1 및 제2 이미지로 분할하는 빔 스플리터;
    상기 제1 이미지가 회전되도록 상기 제1 이미지를 수신하는 제1 회전 광학 요소;
    상기 제2 이미지가 회전되도록 상기 제2 이미지를 수신하는 제2 회전 광학 요소; 및
    상기 제1 및 제2 이미지가 결합되도록 상기 제1 및 제2 이미지를 수신하는 결합 광학 요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 회전 간섭계.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 회전 광학 요소와 상기 제2 회전 광학 요소는 프리즘인 것을 특징으로하는 이미지 회전 간섭계.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 빔 스플리터와 상기 결합 광학 요소사이의 상기 제1 회전 광학 요소를 통해 전자기 방사에 의해 진행되는 제1 광학 경로 거리는 상기 빔 스플리터와 상기 결합 광학 요소사이의 상기 제2 회전 광학 요소를 통해 전자기 방사에 의해 진행되는 제2 광학 경로 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 회전 간섭계.
  23. 주사 포토리소그래피 디바이스용 정렬 센서 시스템에 있어서,
    기판을 유지하며, 대칭 중심을 가진 대칭 정렬 마크를 지니는 주사 스테이지;
    상기 대칭 정렬 마크가 상기 주사 스테이지에 의해 조사 필드를 가로질러 조사되도록, 상기 대칭 정렬 마크를 조사하는 조사 필드를 제공하는 코히런트 전자기 방사 광원;
    상기 코히런트 정렬 조사광원에 의해 조사되는 대칭 정렬 마크로부터 전자기 방사를 수신하고, 상기 정렬 마크의 제1 이미지와 상기 정렬 마크의 제2 회전된 이미지를 제공하며, 상기 제1 및 제2 이미지를 간섭계적으로 재결합하는 이미지 회전 간섭계;
    상기 이미지 회전 간섭계로 부터 전자기 방사를 수신하는 검출기;
    상기 검출기에 결합되며, 상기 정렬 마크의 대칭 중심이 결정되도록 상기 검출기로부터 정현파 신호를 수신하는 신호 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서 시스템.
  24. 정렬 센서에 있어서,
    정렬 조사 광원에 의해 조사되는, 중심을 가진 대칭 정렬 마크로부터 방사를 수신하는 이미지 회전 간섭계;
    제1 방향에서 정렬 정보를 제공하는 상기 대칭 정렬 마크로부터 수신된 상기 이미지 회전 간섭계로부터 전자기 방사를 수신하는 제1 검출기;
    제2 방향에서 정렬 정보를 제공하는 상기 대칭 정렬 마크로부터 수신된 상기 이미지 회전 간섭계로부터 방사를 수신하는 제2 검출기; 및
    상기 제1 및 제2 검출기에 결합되며, 상기 정렬 센서의 정렬 축 일치와 상기 대칭 정렬 마크의 중심을 결정하는 신호 분석기;를 포함하고,
    그에 의해 상기 대칭 정렬 마크의 중심의 위치가 결정되며,
    상기 이미지 회전 간섭계는 대칭 정렬 마크의 제 1 이미지와 대칭 정렬 마크의 회전된 제 2 이미지를 생성하고, 제 1 이미지와 제 2 이미지를 재결합하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  25. 제24항에 있어서,
    적어도 3개의 서로 다른 파장을 가진 코히런트 조사광을 제공하는 조사 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 정렬 센서의 정렬 축에 수직한 파면을 가진 공간적으로 코히런트한 평행광의 전자기 방사를 제공하는 조사 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 이미지 회전 간섭계는 다수의 프리즘으로 이루어진 고체 유리 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 고체 유리 어셈블리는 빔 스플리터 표면에 결합된 2개 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 이미지 회전 간섭계는 진폭 간섭계를 제공하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 이미지 회전 간섭계는 편광 상태 간섭을 제공하는 것을 특징으로 하는 정렬 센서.
  31. 제17항에 있어서,
    상기 180도 대칭 정렬 마크의 위치 결정은, 편광 간섭(polarization interference)을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 180도 대칭 정렬 마크의 위치 결정은, 진폭 간섭(amplitude interference)을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 이미지를 제1 이미지와 제2 이미지로 분리시키는 스플리팅(splitting) 소자;
    제1 이미지를 수신하는 제1 광학 요소;
    제2 이미지를 수신하여 제1 이미지에 대해 180도 회전시키는 제2 광학 요소; 및
    제1 이미지 및 제2 이미지를 수신하여 결합시키는 결합 광학 요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  34. 반도체 소자 제조용 리소그래피 시스템에서 사용되는 자체 기준(self referencing) 정렬 센서에 있어서,
    감광 기판;
    상기 감광 기판 상에 배치되는 정렬 마크로서, 180도 대칭이며, 그에 의해 정렬 마크가 상기 정렬 마크의 평면에 수직인 대칭축을 중심으로 180도 회전되었을 때 상기 정렬 마크는 실질적으로 회전되기 전의 정렬 마크와 동일한, 정렬 마크;
    상기 정렬 마크의 제1 이미지 및 제2 이미지를 제공하는 스플리팅(splitting) 광학 요소;
    제1 이미지를 제2 이미지에 대해 상대적으로 180도 회전시켜 회전된 제1 이미지를 형성하는 회전 광학 요소;
    상기 스플리팅 광학 요소 및 상기 회전 광학 요소로부터 회전된 제1 이미지 및 제2 이미지를 수신하여 회전된 제1 이미지와 제2 이미지를 결합하여 결합된 이미지를 형성하는 결합 광학 요소; 및
    결합된 이미지를 수신하는 검출기;를 포함하고,
    자체 기준 정렬 센서의 축이 상기 정렬 마크의 대칭 중심에 정확하게 위치할 때 결합된 이미지가 보강간섭 또는 소멸간섭을 일으켜 자체 기준 정렬 센서의 축에 대해 상대적으로 대칭 중심의 위치가 결정되는 것을 가능하게 하는 정렬 센서.
  35. 반도체 소자 제조용 리소그래피 시스템에 사용되는 감광 기판 상의 정렬 마크의 위치 검출 방법에 있어서,
    감광 기판 상에 정렬 마크를 배치하는 단계로서, 상기 정렬 마크는 180도 대칭이며, 그에 의해 정렬 마크가 상기 정렬 마크의 평면에 수직인 대칭축을 중심으로 180도 회전되었을 때 상기 정렬 마크는 실질적으로 회전되기 전의 정렬 마크와 동일한, 감광 기판 상에 정렬 마크를 배치하는 단계;
    정렬 마크의 제1 이미지 및 제2 이미지를 생성하는 단계;
    회전된 제1 이미지를 형성하기 위해, 제1 이미지를 제2 이미지에 대해 상대적으로 180도 회전시키는 단계;
    결합된 이미지를 형성하기 위해 회전된 제1 이미지와 제2 이미지를 결합시키는 단계; 및
    결합된 이미지를 검출하는 단계;를 포함하고,
    자체 기준 정렬 센서의 축이 상기 정렬 마크의 대칭 중심에 정확하게 위치할 때 결합된 이미지가 보강간섭 또는 소멸간섭을 일으켜 자체 기준 정렬 센서의 축에 대해 상대적으로 대칭 중심의 위치가 결정되는 것을 가능하게 하는 방법.
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