KR930004112B1 - 소자 제조방법 - Google Patents

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로렌스 화이트 도날드
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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

소자 제조방법
제1도 및 제2도는 본 발명의 범위에 포함된 장치를 예시하는 도면.
제3도는 본 발명에 포함되는 광학적 배치를 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
9 : 렌즈 11 : 거울
12 : 사분의 일 파장판 13 : 프리즘
14 : 편광 비임 스플릿터 15 : 레이저
17 : 복굴절 결정 20 : 거울
60 : 렌즈 통 70 : 렌즈
본 발명은 소자 제조에 관한 것으로, 구체적으로 말하면 리도그래피 패턴 인쇄를 필요로 하는 소자 제조에 관한 것이다.
집적 회로와 같은 소자의 제조에 있어서, 리도그래피법을 통해서 소자 기판상에 피복된 감광성 재료(photo-sensitive material)에 패턴이 형성된다(설명 목적상, 기판이라함은 가령 하나의 소자 또는 복수의 소자로 처리되는 반도체 본체와 같은 본체를 말한다. 이 본체는 반도체 재료 또는 광전자 재료(optoelectronic material)뿐만 아니라 유기 재료, 금속 및/또는 유전체도 포함한다).
리도그래피법은 일반적으로, 예를들면 포토레지스트(photo-resist)같은 감광성 재료상에 마스크 또는 렌즈를 통해서 투영되어 적절한 렌즈 시스템에 의해 감광성 재료상에 촛점이 맞춰진 광(light)에 의해 필요로 하는 반복된 패턴을 형성하는 일련의 노광과정(a series of exposures)을 포함한다. 그러나, 기판은, 매번의 노광과정전에, 투영되는 화상과 웨이퍼상의 소자 패턴간에 적절한 공간적 정렬(spatial alignment)이 확보되도록 투영 패턴에 대하여(일반적으로는 이동 스테이지(translation stage)를 이용하며, 간섭계와 같은 위치 측정 장치에 의해 제어되는)위치가 결정되지 않으면 안된다.
한가지 정렬 방법은 글로벌 기술(global technique)이다. 시스템을 교정하는 이 방법에 있어서는, 감광층 아래에 배치되는 적절히 위치 결정된 정렬 마스크를 가지는 샘플 웨이퍼가 노광 렌즈 시스템(exposure lense system) 외부의 현미경(31)(제1도)의 시야내로 이동하여 교정된다. 기판 정렬 마크들은 현미경의 기준 마크(reference fiducial mark)와 정렬된다. 그후에, 기판은 간섭계에 의한 제어하에 노광 위치로 이동된다. 그 이동 거리는 현미경 기준마크의 이미 알려진 위치와 소기의 노광 위치로부터 계산된다.
다음에, 기판은 소자 제조에 사용되는 레티클을 이용하여 노광된다. 레티클 패턴(reticle pattern)은 감광성 재료상에 투영되는 정렬 마크(일반적으로 버니어 시리즈(vernier series))를 포함한다. 감광성 재료가 현상되고, 공간적 오차와 같은 웨이퍼 정렬 마크에 대한 투영된 정렬 마크의 공간적 이탈이 광학적 검사에 의해 결정된다. 교정 후에는 소자의 제조를 위하여, 현미경 기준 마크를 이용하여 피처리(being processed)소자 기판이 초기 정렬된다. 그후, 기판은, 예를들면, 공간적 교정에 의해, 앞서 결정된 바와 같은 모든 적절한 위치 조정을 위해 적절한 수정을 행하는 간섭계법(interferometry)에 의해 노광을 위한 위치가 결정된다. 이후, 기판상에서 하나의 노광 위치로부터 다음의 노광 위치로 레코닝(dead reckoning; 추정법)으로 정렬이 이루어진다.
글로벌 정렬 기술에 관련되는 추정법에 의한 비교적 큰 이동은 부수적 오차를 초래한다. 사이트-바이-사이트 기술(site-by-site technique)이라 불리는 제2의 기법에 있어서는, 제조중 웨이퍼상의 각각의 노광을 위한 별도의 정렬 측정이 수행되며, 따라서, 대체적으로 보다 적은 오차가 초래된다. 각각의 제조 노광과정전에, 대응하는 정렬 마크에서 정렬이 행해지고, 다음에, 정렬 위치로부터 제조 노광 위치로 이미 알려진 비교적 짧은 거리만큼의 이동이 이루어진다.
사이트-바이-사이트 정렬법의 보다 바람직한 방법은 마스크 또는 레티클상에 기준마크를 화상화 렌즈를 통해서 투영하여 노광 파장을 사용하는 것이고, 이에 의하여, 이 투영 마크와 기판상의 대응 마크와의 사이의 정렬은 정렬 노공과 제조 노광과의 사이의 기판의 이동을 필요로 하지 않고 행해지게 된다. 이 방법에 의하면, (1) 웨이퍼 이동에 수반되는 오차와, (2) 거리의 간섭 측정(indirect measurement) 및 다른 렌즈시스템의 다른 파장에 상당하는 것등의 쌍방에 근거하는 추정에 수반되는 오차를 배체하는 것이 가능하게 된다. 실제로는 이 바람직한 방법을 이용하는 것은 곤란하다. 기판상의 감광성 재료는 일반적으로 정렬 마크(기준)의 영역에 있어서는 비가역적으로 변화되므로 정렬에 대하여 노광 파장을 사용하는 것은 통상 바람직하지 않다. 다음의 소자층의 차후의 정렬에 필요한 정렬 마크가 종종 소거되기 때문에 이 사전 노광은 바람직하지 않다. 더우기, 심자외선 광(deep ultraviolet light)은 감광성 재료에 의해 강하게 흡수되며, 따라서 웨이퍼상의 마크를 조명하지 않는다.
일반적으로, 정렬에 대하여 노광 파장의 광을 사용하는 것은 바람직하지 않으므로, 노광 렌즈 시스템의 사용도 또한 종종 배제되고, 노광 렌즈를 통해서 정렬을 행하는 시스템에서 조차도 정렬은 노광 위치로부터 벗어난 장소에서 행해진다(이러한 제약은 특히 심자외선 노광 시스템, 즉, 파장 범위가 350 내지 180nm의 광을 사용하는 시스템에서 특히 심하다). 노광 렌즈 시스템은 노광용 광의 파장에 대하여 설계되어 있으므로 다른 파장으로 사용하는 경우는 광학적 왜곡(optical distortion)을 발생시킨다. 정렬용 광과 노광용 광과의 사이의 파장차가 크면 클수록 왜곡이 더 크게 된다. 감광성 재료의 노광을 피하기 위해서, 정렬에는 일반적으로 보다 긴 파장의 광(파정 범위가 5,000 내지 11,000옹스트롱의 광)이 사용된다. 예를들면, HeNe 레이저로부터의 적색광과 같은 광은 스펙트럼중의 자외선 영역으로부터 상당히 멀리 떨어져 있으므로, 정렬을 위해서 노광 렌즈 시스템이 사용되면 현저한 왜곡이 발생한다. 더우기, 노광 렌즈상의 반사 방지 피막은 종종 노광 파장 이외의 파장에서는 큰 반사를 발생한다. 사이트-바이-사이트법중 어떤것은, 노광 렌즈내에 특정의 작은 광학적 요소를 배치함으로써 이 효과의 보상을 행하고 있다. 이들 요소는 통상은 정상 조작에 방해가 되지 않도록 노광 영역의 주연(周緣)에 배치되어 있다. 그러나, 안정화를 위해서는, 이들 요소는 위치가 고정되고, 정렬을 위해서는, 웨이퍼상의 정렬 마크는 노광 위치로부터 이격되어 이들 요소의 하방으로 이동되어야 한다.
이러한 이유에서 사이트-바이-사이트 정렬은, 일반적으로 정렬용 광을 왜곡시키지 않고 도입시키기 때문에, 제1도에 60으로 가상적으로 도시된 바와 같이 렌즈통의 외측 혹은 노광 영역의 바로 그 주연(周緣)에 있어서, 소자 기판을 렌즈 시스템의 주연상에서 위치 결정하도록 행해진다. 반사는, 예를들면, TV카메라 또는 현미경등의 모니터를 사용하여 관찰된다. 광학축, 즉, 현미경의 다른 알려진 기준 위치는 기준점에 대하여 교정된다. 레티클 기준은 동일 기준점에 대해서 교정된다. 다음에, 스테이지는, 2개의 교정 측정과 광학적 정렬 측정을 기초로한 계산 거리만큼 간섭 계측법을 이용하여 정렬의 위치로 이동된다. 계산, 측정 및 이동 사이에 많은 오차가 나올 가능성이 있는것은 분명하다. 따라서, 각종 정렬 기법은 현재 사용되고 있는 파장(청(靑) 및 근자외선 파장)에 대하여 혹은 0.9㎛ 이상의 설계 규정에 대해서는 만족스러웠으나, 확실히 개량의 여지가 있다. 더우기, 심자외선 리도그래피 시스템에 대해서는 중대한 곤란성 및 미해결된 장해가 제시되고 있다.
자외선 노광 시스템과 같은 노광 시스템을 위한 본 발명에 의한 방법은, 교정 및 정렬에 노광 파장을 사용 가능하게 하는바, 정렬은 노광 위치에서 행해진다. 이 정렬은, 우선 노광용 광을 사용하여 노광 렌즈에 의한 초기 교정을 행하고, 다음에 직접 광학적 정렬을 이용해서 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 특정의 단계 분할에 의해 매우 바람직한 방법이 사용되며 극히 높은 정렬 정밀도를 제공한다.
교정은, 레티클 또는 마스크상의 기준을 통해서, 포토크로믹 재료(photochromic material)와 같은 교정 재료로서 피복된 기판상에 투영시킴으로써 이루어지는바, 여기에서 기판은 기판 홀더, 즉, 이동 스테이지상에 위치된다(포토크로믹 재료는 그 재료의 허용할 수 없는 기계적 열화를 도입시키지 않도록 하는 광 강도를 가지는 교정용 광에 노광된 경우, 적어도 5%의 흡수도 변화 또는 0.01의 굴절율의 변화를 받는 물질이다). 마스크 또는 레티클내의 기준은 충분한 회절을 유도할 수 있는 패턴을 교정재료내에 형성하도록 설계되어 있다. 본질적으로 동일한 위상을 가지며, 또한 본질적으로 동일한 편광을 가지는 2개의 광 비임이 투영 기준의 상방에서 경사 방향 각도로서 교차된다(경사 방향 각도는 일반적으로 렌즈 시스템과의 간섭을 회피한다). 교차하는 비임의 상대 위상 및 경로 길이 또는 그중 어느 하나는 회절 격자 상방에 간섭 패턴을 형성하도록, 또, 이 간섭 패턴을 회절 격자와 상호로 작용하도록 조절하여, 이것이 결과적으로 얻어진 회절광의 비임내에 검출장치에 의해 정량(定量) 가능한 회절 광 강도, 예컨대 관측 가능한 극한치를 형성시킨다. 이 기준 회절 광 강도를 부여하는 교정 회절 격자의 위치는 피가공 기판상의 상당 회절 격자 기준에 대하여 바람직한 위치에 대응한다.
교정후, 그위에 피복된 그 감광성 재료와 그것의 회절 격자 기준을 가진 피가공 기판을 노광 공구의 이동 스테이지상에 위치시킴으로써 정렬이 이루어지게 된다. 기판 위치는, 예를들면, 노광 장치의 글로벌 정렬 공구와 같은 통상의 수단을 이용하여 결정된다. 다음에, 스테이지가 노광용으로 근사적으로 위치 결정된다. 다음에, (레티클 또는 마스크상의 기준마크에 대응하는)기판상의 기준마크가 사전에 조절된 교차 비임과 기준회절(fiducial diffraction)과의 사이의 상호 작용에 의해 유도된 회절 광 강도의 강도 거동(intensity behavior)을 스테이지 위치의 함수로서 관측함으로써 정렬될 수 있으나, 바람직한 정렬 위치는 기준 회절 광 강도를 제공하는 위치에 대응한다. 이와같이, 정렬은 노광 렌즈 시스템을 통해서 노광 파장을 이용하여 행하는 초기 교정과 다음에 노광 위치에서의 최종 정렬과의 사이에 행하는 광학적 관측에 의해서 이루어진다. 이에 의해, 정확한 위치 정렬을 위한 바람직한 기준이 얻어지고, 또, 우수한 신뢰성이 확보된다. 더우기, 교정 기법을 사용하지 않더라도 교차 비임 방법을 사용함으로써 많은 정렬 시스템 보다도 개량된 성과가 얻어진다.
설명상의 이유로, 본 발명을 심자외선 노광 시스템과 관련하여 설명할 것이지만, 본 발명은 이 특정의 스펙트럼 범위로 한정되지 않는다. 실제로, X선, 이온 및 전자의 노광 방사선을 이용한 노광 시스템을 포함하는 임의의 노광 시스템에 적용하고 있다.
A. 초기 교정
교정은, 예를들면 격자 패턴과 같은 회절 패턴, 즉, 레티클 또는 마스크상의 기준마크를 이용하여 행하여진다(일반적으로, x방향 위치 결정을 위한 기준마크 및 y방향 위치 결정을 위한 별개의 기준마크는 공히 각각에 대하여 별개의 정렬 시스템이 사용되지만 필수적인 것은 아니다. 그러나, 격자의 선은 이들의 방향에 평행일 필요는 없다). 이 기준마크는, 교차 비임에 의해서 발생되는 프린지(fringe)의 주기와 같거나 또는 그 정수배와 같은 주기를 가지는 회절 격자를 형성하는 패턴내에 있어야 한다. 정수배의 값으로부터 약간 이탈되는 것은 허용가능하며 실질적인 오차를 발생시키지 않는다. 일반적으로, 격자내의 프린지의 수가 많으면 많을수록 같은 오차 레벨을 유지하도록 허용되는 이탈은 더 적어진다. 만약 프린지의 수가 동일하다면, 큰 격자는 보다 적게 이탈될 필요가 있다. 그러나, 프린지의 수는 격자 사이즈에 대해서 보다 실제 오차에 대해서 실질적으로 보다 큰 효과를 가진다. 대표적으로는, 1/2N보다 작은 분수 이탈(fractional deviation)을 가지는 것이 바람직한바, 여기에서 N은 프린지의 수이다(레티클이 최종적으로 투영되는 화상보다 비례적으로 더 크도록 된 레티클이 사용된 경우, 레티클상의 마크의 주기는 투영된 화상의 바람직한 회절 격자 간격을 가지도록 된 것이어야 한다).
교정을 하기 위해서 사용되는 노광 재료는, 투영 화상에 대응하고, 또, 격자 주기의 적어도 1/2의 해상도를 가지는 회절 패턴이 노광에 의해서 형성되며, 또한 현상을 위해서 웨이퍼를 이동 스테이지로부터 이동할 필요가 없다고 하는 조건에 있어서는 그만큼 엄밀할 필요는 없다. 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 중합체중에 20 내지 80% 범위의 농도로 혼합된 1, 3, 3 트리메틸린도이노-6'-니트로벤조피릴로 스피란(1, 3, 3 trimethylindoino-6'-Nitrobenzopyrylo spiran)과 같은 포토크로믹 재료가 적절한 것으로 판명됐다. 노광 방사선은 교정 재료내의 선 사이 및 공간 사이의 굴절율의 적어도 0.01%의 차이 및 적어도 5%의 흡수도의 변화 또는 그중 어느 하나를 발생시켜야 한다. 예를들면, 포토크로믹 재료와 같은 교정 재료는 레티클(또는 마스크) 및 리도그래피 과정내에서 최종적으로 사용되는 렌즈 화상화 시스템을 통해서 노광 파장에 노광된다(이 광학적 변화를 이용한 교정전에 교정 재료를 이동 스테이지로부터 분리시킬 필요없이 식별가능한 광학적 변화를 받는 재료를 사용하는이 교정 기법은, 이하에서 설명하는 교차 비임 교정 및 정렬 기법을 사용하지 않는 정렬 방식으로 사용하여도 유리하다. 예를들면, 교정 버니어(calibration vernier)가 교정 재료상에 투영된다. 다음에, 버니어가 글로벌 정렬 현미경 레디큘(redicaule)의 아래로 이동되고, 이동된 거리와 글로벌 정렬 레디큘의 이미 알려진 위치로부터 교정 수정이 결정된다).
2개의 비임이 교정 재료내에 형성된 교정 회절 패턴의 상방에서 교차하도록 입사된다(교정 재료가 영구적 또는 일시적인 굴절율 또는 흡수도의 변화를 받게되면 일단 격자가 형성되는한 노광 방사선이 유지될 필요는 없다). 입사 비임은 제2도의 y방향(즉, 수직방향)에 연하여 이동하도록한 통상의 기법에 의해서, 그리고 프리즘(13)을 x방향(즉, 수평 방향)으로 이동시킴에 의해, 혹은 그중 어느 한 방법을 실행함에 의해 교차 위치를 제어하는 것(즉, 정렬용 광을 마크로 이동시키며, 대부분의 사이트-바이-사이트 장치에서처럼 마크를 정렬용 광으로 이동시키지는 않는다)이 가능하다. 경사 방향 각도를 사용함으로써, 광을 교정 재료상에 입사시켜 화상화 시스템의 렌즈(70)와의 간섭을 피할 수 있다. 따라서, 기판에 대한 각도는 일반적으로 비임이 렌즈 시스템에 실질적으로 영향을 주지 않도록 충분히 작아야 한다. 그러나, 각도가 5도보다 작으면 교정표면에서의 반사를 실질적으로 증가시키므로, 비록 회피할 필요는 없지만 유리하지는 않다. 일반적으로는, 5 내지 25도의 입사각이 사용된다(어떤 렌즈 시스템에서는 광을 렌즈 시스템의 아래쪽에서 도입하는 것이 불가능하다. 그러나, 전술의 사이트-바이-사이트 기법에서 교차 비임을 사용하여 렌즈 시스템의 외측으로 교정하여 위치를 맞춤으로써 유리한점을 얻을 가능성이 있다. 이 종류의 정렬을 노광 위치에서 행하는 것도 가능하다. 예를들면, 기판상의 정렬 마크는 노광될 대응 부분으로부터 공간적으로 충분히 이격되어 있으므로, 그것은 노광 렌즈 시스템의 위치가 노광 위치에 있는 경우 정렬 마크는 노광 렌즈의 밖에 있다). 또한, 만일 전자 비임 노광처럼 노광 렌즈가 사용되지 않는다면, 또는, 만약 정렬이 렌즈의 외측에서 행해진다면, 90도 까지의 각도가 허용될 수 있다.
일반적으로 교차광이 500 내지 1100nm의 파장 범위인 것이 바람직하다. 예를들면, HeNe 레이저로부터의 6328옹스트롱의 선이 사용된다. 5000옹스트롱 미만으로는, 다음의 정렬 단계에서 사용되는 포토레지스트 재료가 대개는 방사선에 의해 노광되므로, 일반적으로 이 범위(500 내지 1100nm)의 광이 사용된다. 일반적으로, 교차 비임은 정렬 표면에서 적어도 1마이크로 와트의 출력을 가져야 한다. 1마이크로 와트 보다 작은 출력으로는 노이즈가 커지게 된다. 열안정화를 위하여, 2개의 교차 비임의 경로 길이는 일반적으로 비교적 근접하여 있어야 하며, 예를 들면, HeNe 광에 대해서는 5cm 이내로 해야 한다. 그러나, 시스템의 열안정화를 위해서, 경로길이는 될수있는한 근접시키는 것이 유리하다. 이는, 예를들면, 편광 비임 스플릿터, 유전 비임 스플릿터, 또는 메탈라이즈 비임 스플릿터와 같은 통상의 광학 장치로 분할하여 단일의 레이저 비임으로부터 2개의 비임을 얻음으로써 유리하게 달성된다. 또한, 2개의 비임의 상대 각도(50)(제3도)는 5 내지 30도, 바람직하게는 10 내지 15도의 범위여야 한다. 각도를 크게하면 아래에 있는 교정 패턴으로부터의 고차원의 회절 손실이 초래되며, 따라서, 검출이 가능한 범위가 제한된다. 각도를 작게하면 큰 프린지 주기를 형성하고, 정밀도를 저하시킨다. 따라서, 그 이유때문에 배제되는 것은 아니지만, 각도는 적어질수록 바람직하지 않다. 적절한 조건의 대표적인 예는 3㎛의 주기 및 HeNe 레이저 광에 대해서 비임간의 각도는 13.36도, 비임과 기판과의 사이의 각도는 20이다.
교정 표면 상방의 교차 비임은 밝은선과 어두운 선을 포함하는 프린지라 불리는 간섭 패턴을 형성한다. 이 패턴의 사이즈 및 주기는 2개의 비임 사이의 각도를 변화시킴으로써 조절된다. 패턴 사이즈 및 주기는 정밀도를 유지하기 위하여 격자내에 10개를 초과하는 선을 형성하도록 선택해야 한다. 웨이퍼상의 패턴의 사이즈는 대표적인 예로서는 50 내지 200㎛의 범위이다. 200㎛보다 큰 패턴은 과도한 웨이퍼 공간을 점유한다. 주기는 대표적인 예에서는 2 내지 8㎛의 범위이다. 간섭 패턴은 교정 재료내에 형성된 회절 격자와 상호 작용을 한다. 결과적으로 얻어진 간섭 패턴이 격자의 일부분을 채워도 좋지만, 전체 회절 격자를 채우도록 비임을 조절하는 것이 일반적으로 바람직하다. 간섭 패턴이 격자와 상호 작용을 하면, 제2도에 도시된 바와 같은 일련의 회절 차수(diffraction orders)를 형성한다. 일반적으로, (1, 1) 즉, 1차 회절은 모니터되는데, 이는 대칭형으로서 유일무이(有一無二)의 포토다이오드를 사용할 필요가 있으므로 신호 처리가 부수적으로 간단해지기 때문이다. 그러나, 관측 가능한 회절 차수의 임의의 쌍을 모니터함으로써 정확한 결과를 얻을 수 있다. 교차 비임의 상대 위상은 유리판의 각도를 변화시키는 것 및 거울 또는 전기 광학적 결정을 모니터될 회절 차수내에서 기준 강도, 예컨대, 극한치가 관측될때까지 이동시키는 방법 또는 그중 어느 한 방법에 의해 조절된다. 이 기준 강도는 기판상의 임의의 기준 레티클 또는 마스크의 대응 기준에 대한 위치 결정이 적절함을 나타낸다.
B. 정렬
교정 기판이 제거되고, 피가공 기판이 이동 스테이지 기판 홀더상에 위치된다. 기파은 근사 정렬 상태로 이동된다. 이 근사 정렬은 간섭 측정법을 사용한 통상의 글로벌 정렬에 의해 웨이퍼 홀더의 위치를 결정하고, 또한, 예를들면 간섭 측정법에 의해 기파 홀더 스테이지를 근사 정렬 위치로 이동시킴으로써 달성된다. 레티클 또는 마스크의 기준마크에 대응하는 기판내의 회절 격자는 교정 순서에 있어서 조절됨과 동시에 교차 비임에 노광된다(만일 회절 격자 교정이 행해지지 않으면 교정에 사용한 전술의 파라메타가 정렬에 이용된다). 이들 교차 비임은 기판내의 회절 격자 기준마크와 상호 작용을 하여 교정 순서 사이에 얻은것과 유사한 회절 차수를 형성한다. 다음에, 기판의 위치는 회절 강도를 다시 얻도록 조절되고, 이와같이해서, 기판의 기준마크를 마스크 또는 레티클의 기준마크와 정확하게 일치하도록 조절된다. 만일, 여러번의 노광이 행해지는 경우에는, 각 정렬 마크에 대해서 정렬 순서를 반복할 수도 있다.
바람직한 방법에 있어서는, 실리콘 포토다이오드와 같은 광검출기 및 복스카 적분기(boxcar integrator), 위상 감지 검출기 및 동조 증폭기와 같은 에러 신호를 검출하는 장치를 포함한다(광검출기 신호와 기준 신호와의 사이는 차는 에러 신호를 최소로 하도록 기판을 이동시키는 노광 공구로 피드백된다). 광학적 프린지를 근사정렬 위치 주위로 왕복 이동 패턴으로 이동시키는 것이 편리하다는 것도 알았다. 결과적으로 얻어진 회절 차수는 강도의 변화를 제공한다. 이 왕복 운동과 복스카 적분기, 위상 검출기 및 둥근 증폭기와 같은 전자 장치를 사용함으로써 평균화(averaging)에 의해 에러는 감소된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 왕복 운동이 필요한 것은 아니다.
이하의 실시예는 본 발명의 방법에 사용되는 조건을 예시한다.
[실시예 1]
GCA DSW-Wafer Stepper 4800 스테퍼의 글로벌 정렬 구조체에 이 정렬 시스템이 물리적으로 장착됐다. 노광 위치에 있는 기판에 교차 비임을 도입하는 광학 장치를 제2도에 도시한다. HeNe 레이저(663nm)(15)는 약 2mW의 출력을 가졌다. 그 길이 방향에 연한 축선 주위의 레이저 위치는 방사광이 기판의 주요면에 대해 약 45도인 편광면을 가지도록 조절됐다. 비임은 석영 굴절 결정을 통과해서 조사(照射)됐다. 복굴절 결정은 x컷트로서 결정의 작은 회전이 레이저 광의 수평 및 수직 성분의 위상차 내에서 대응하는 적은 발진을 발생하도록 배치됐다. 시스템은 또한 (1) 광의 수평 편광 성분을 반사하는 편광 비임 스플릿터(14)와 (2) 거울을 가지는 1/4 파장판(12)을 포함했다. 1/4파장판 및 거울은 1/4 파장판을 횡단하여 수직편광으로서 여기되도록 선택됐다. 약 70mm의 초점 거리를 가지는 2개의 렌즈(9)는 비임(15, 16)을 약 1mm의 직경으로부터 기판 표면에서 약 0.2mm의 직경으로 각도 θ가 약 6.05도로 되도록 배치됐다. 또한, 제1도 및 제2동 파선으로 도시된 거울(20)은 비임의 기판의 방향으로 반사되어 기판에 대해서 약 20도의 각도를 형성하도록 삽입됐다. 기판의 교정 및 정렬 사이에 발생되는 회절광의 여러가지 치수를 검출하기 위해서 약 3mm 직경의 감광 영역을 가지는 7개의 실리콘 포토다이오드가 배치됐다. 이러한 배치는 기준샘플을 이용하여 수행됐다.
제어 전자 장치는 복굴절 결정을 발진시키는데 사용되는 장방형파 신호를 정렬에 사용되는 차수의 포토다이오드로부터의 신호의 교류 성분과 비교하는 복스카 적분기를 포함했다. 이 적분기의 출력은 교류 성분내의 에러에 비례하는 직류 에러 신호였다. 이 에러 신호를 스테퍼의 위치 결정 전자 장치로 피드백하기 위한 전자 장치를 또한 설치했다. 스테퍼의 이동 스테이지는 이 피드백의 영향을 받아서 포토다이오드 출력의 교류 성분이 최소로 되도록 이동됐다. 전자 장치는 또한 에러 신호의 진폭에 의해 측정된 정렬도가 0.1㎛보다 더 좋게된 경우에 스테퍼에 의한 노광이 자동적으로 트리거되도록 설치됐다.
[장치의 교정]
1, 3, 3 트리메틸린디노-6'-니트로벤조피릴로스피란 80%와 폴리(메틸 메타크릴레이트) 20%로 이루어지는 용액 몇방울을 적용하여 기준 웨이퍼를 형성하고, 다음에 기준 웨이퍼를 1:10의 용제내에서 용해시켰다. 1㎛의 최종 포토크로믹층 두께를 형성하기 위하여 웨이퍼를 3000rpm의 속도로 회전시켰다. 웨이퍼를 포토크로믹 층을 노광측으로 하여 스테퍼의 샘플 홀더상에 취부했다. 웨이퍼는 스테퍼의 자동 핸들링 시스템에 의해 위치 결정했다. 두께 약 0.040인치의 6인치(5:1) 석영 레티클이 장치의 레티클 홀더내에서 위치 결정됐다. 이 레티클은, VLSI 일렉트로닉스(VLSI Electronics), 엔. 아인슈프루흐 편집, 320면, 아카데믹프레스 출판(1987년)에 기재된 것과 유사한 일련의 전기적으로 검증가능한 테스트 패턴, 일련의 공간 분포 광학적 버니어 및 1.5mm 평방의 크기로서, 또한 약 30㎛의 주기를 가지는 정렬 마크를 포함했다. 레티클은 광학 현미경을 통해서 위치 결정용의 정렬 마크를 이용하여 홀더상에서 위치 결정됐다. 포토크로믹면이 노광위치에 오도록 샘플이 이동됐다. 다음에, 포토크로믹 재료가 수은 방전 노광 램프(405nm)에 의해 레티클을 통해서 노광되었다. 노광은 수백 mW/cm2의 강도로서 약 5초간 유지됐다. 노광후, 샘플내에서 얻어진 회절 격자에서 교차하도록 제2도에 도시된 장치를 이용하여 정렬 광학용 교차 비임이 경로(80)를 따라 투영됐다(비임의 교차점은 정렬 마크용의 노출점에 위치되도록 미리 조정됐다). 복스카 적분기로부터 스테퍼 전자 장치로 이동하는 피드백 전자 장치가 차단됐다. 복굴절 결정으로의 직류 바이어스는 중앙의 회절 차수를 모니터하는 포토다이오드의 교류 출력이 최소로 되게 조절됐다. 다음에, 포토크로믹 샘플이 제거됐다.
다음에, 정렬 시스템을 테스트하기 위하여 4인치 웨이퍼가 사용됐다. 이 웨이퍼는 전체 길이의 면을 피복하는 3600옹스트롱 두께의 이산화 규소층과 (1) 전기적으로 검증가능한 테스트 패턴인 제1레벨의 패턴, (2) 대응 광학 버니어 마크 및 (3) 회절 격자 정렬 마크를 가지는 2500 옹스트롱 두께의 규소화 탄탈의 피복층을 포함했다(규소화 탄탈이 선택된 것은 그것이 전기적 검증 테스트에 유리한 전기 성질을 가지기 때문이다). 규소화 탄탈층의 위에 3레벨 포토레지스트가 사용됐다. 이 포토레지스트는 1.1㎛ 두께의 노볼락(novolac)층을 포함하고, 그 위에 0.12㎛ 두께의 이산화 규소층으로 피복되며, 그것은 다시 0.6㎛ 두께의 시플리 #1822(Shipley #1822)형 포지티브 포토레지스트 층으로 피복됐다.
샘플 웨이퍼는 자동 웨이퍼 핸들링 장치를 이용하여 스테퍼의 이동 스테이지상에서 위치를 결정했다. 글로벌 정렬은 GCA 스테퍼로 공급되는 글로벌 정렬 광학 장치(31)로 수행했다. 글로벌 정렬후에 최초의 노광을 위해서, 웨이퍼를 근사 위치로 이동시켰다. 복스카 적분기와 스테퍼와의 사이에 피드백 루프를 접속했다. 전자 장치를 이용하여 교류 신호가 최소로 되도록 웨이퍼의 정렬을 행하고, 적절한 정렬이 확보되는 경우에 최초의 노광을 행했다. 노광을 끝날때까지 정렬 시스템은 그대로 유지된다. 다음에, 정렬용 전자 장치가 차단되고, 스테퍼에 의해 웨이퍼는 다음의 노광을 위한 근사 위치가 결정됐다. 다음에, 정렬 순서와 노광이 반복됐다. 동일 웨이퍼상의 일련의 노광도 또한 글로벌 정렬을 이용하여 행해졌으나, 교차 비임 정렬 기법은 이용하지 않았다. 다음에, 샘플이 스테퍼로부터 분리되어 현상되고 또한 통상의 방법에 의해 가공됐다.
여러가지 노광에 대한 오정렬(misalignment)은 상기 아인스프루흐의 저서에 기재된 바와 같이 측정됐다. 사이트-바이-사이트 기법에 대한 최선의 결과는 처음부터 끝까지 일관되게 약 0.3㎛ 부근의 에러 표준 편차를 보였으나, 여기에서는 0.003㎛라고 하는 양호한 에러를 보였다. 글로벌로(globally) 정렬된 샘플은, 때때로 동등한 에러를 보여주기는 했지만, 극히 큰 표준 편차를 가지며 일관성도 없었다.
어떤 샘플을 소정의 레티클에 노광한 경우 일정의 에러가 얻어짐을 알았다. 교정후의 에러를 수정하기 위하여 복굴절 결정의 직류 바이어스가 조절됐다. 기계가 완전히 재형성된 경우, 즉, 노광 조건에 있어서 같은 변화를 제공하는 경우는 일반적으로 이와같이 1회 조절하는 것이 필요함을 알았다.
[실시예 2]
샘플의 노광중에 정렬 전자 장치의 스위치가 차단되어 이동 스테이지상에 일정 신호가 유지된것 이외는 실시예 1의 순서가 행해졌다.

Claims (19)

  1. 정렬 마크 및 감광성 재료를 포함하는 소자 기판으로부터 형성되는 소자 제조 방법으로서, 1) 상기 기판을 상기 정렬 마크를 이용하여 리도그래피 노광을 위한 위치로 조정하는 단계와, 2) 상기 감광성 재료내에 패턴을 형성하도록 마스크 또는 레티클을 통해서 상기 기판을 방사선(radiation)에 노광시키는 단계, 3) 상기 형성된 패턴을 이용하여 상기 소자를 완성시키는 단계로 이루어지는 소자 제조 방법에 있어서, 상기 정렬 마크는 광을 회절시킬 수 있으며, 상기 정렬은, A) 적어도 2개의 광 비임을 상기 정렬 마크에서 교차시켜, 상기 교차 비임과 상기 정렬 마크에 의해서 상기 정렬 마크로부터 회절 간섭 패턴을 형성하고, B) 상기 회절 광의 광학적 특성을 기초로 상기 소자 기판의 위치를 결정함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 반도체 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방사선이 심자외선을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 정렬후에 상기 기판을 이동시키지 않고 상기 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광은 500 내지 1100mm의 스펙트럼 범위의 방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광학적 특성은 상기 회절 광의 강도(the intensity of diffracted light)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 정렬후에 상기 기판을 이동시키지 않고 상기 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광이 500 내지 1100nm의 스펙트럼 범위의 방사선을 포함하는 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학적 특성이 상기 회절 광의 강도를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 1) 상기 소자 기판내에 포함되는 상기 마크에 대응하는 상기 레티클 또는 마스크로부터 투영되는 회절 격자를 포함하는 패턴을 형성하기 위하여 교정 재료상에 상기 노광을 행함으로써 상기 정렬을 교정하는 단계와, 2) 상기 회절광의 기준 광학적 특성을 확보하기 위하여 상기 광의 성질을 조절하는 단계 및, 3) 상기 기준 광학 특성을 재생함으로써 상기 정렬을 위한 위치 결정을 수행하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방사선이 심자외선을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 정렬후에 상기 기판을 이동시키지 않고 상기 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, 정렬후에 기판을 이동시키지 않고 상기 노광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 광이 500 내지 1100nm의 스펙트럼 범위의 방사선을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 광학 특성이 상기 회절 광의 강도를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  16. 정렬 마크 및 감광성 재료를 포함하는 소자 기판으로부터 소자를 제조하는 방법으로서, 1) 리도그래피 노광을 위하여 상기 정렬 마크를 이용하여 상기 기판의 위치를 결정하는 단계와, 2) 상기 감광성 재료내에 패턴을 형성하기 위하여 마스크 또는 레티클을 통해서 상기 기판을 방사선에 노광시키는 단계 및, 3) 상기 형성된 패턴을 이용하여 상기 소자를 완성하는 단계로 이루어지는 소자 제조 방법에 있어서, 상기 위치 결정을 위해서 사용되는 교정용의 노광 수단으로부터 기판을 이동시킬 필요가 있는 절차가 없이 관츨 가능한 광학적 변화를 받는 교정 재료상에 교정 노광(calibration exposure)을 행함으로써 상기 정렬이 교정되는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 교정 재료가 포토크로믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 광학적 변화가 회절 격자(diffraction grating)를 형성하는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 회절 격자는 광을 교차 비임으로부터 회절시키는 것을 특징으로 하는 소자 제조 방법.
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