KR100301648B1 - 리소그래픽프로세스에서의파라미터제어프로세스 - Google Patents
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Abstract
마이크로 전자 장치를 제조하기 위한 리소그래픽 프로세스(lithographic process)에서, 기판상의 레지스트막(resist film)에 형상(shapes) 및 공간(spaces)의 상보형 톤 패턴(complementary tone pattern)을 생성함으로써, 초점 및 노출 파라미터를 제어할 수 있다. 레지스트 형상 및 공간의 대응하는 치수를 측정하고, 초점 또는 노출량의 적절성(adequacy)을 측정된 치수의 함수로서 결정한다. 또한, 에칭된 형상 및 공간의 상보형 톤 패턴을 기판상에 생성함으로써, 에칭 파라미터를 제어할 수 있다. 에칭된 형상 및 공간의 대응하는 치수를 측정하고, 에칭 파라미터의 적절성을 측정 치수의 함수로서 결정한다.
Description
본 발명은 전반적으로 리소그래피를 필요로 하는 제조 프로세스에 관한 것으로서, 특히, 0.5 마이크론 미만 차수(order)의 치수를 갖는 패턴 피쳐(pattern features)를 모니터링하는데 특히 유용한, 마이크로 전자 장치 제조에 사용되는 리소그래피 및 에칭 프로세스 조건 모니터링에 관한 것이다.
리소그래픽 이미지화 프로세스(lithographic imaging process)를 제어하기위해서는 제품 웨이퍼의 리소그래픽 프로세스시 노출 및 초점 조건을 최적화해야 한다. 마찬가지로, 제품 웨이퍼상에서의 에칭 및 다른 파라미터를 최적화하는 것 또한 중요하다. 현재, 전술한 문제점들을 해결하기 위해서는 칩내의 여러 위치에서, 또한 칩들 사이에서 복수의 패턴 타입에 근거한 SEM 계측(metrology)을 이용하여 임계 치수 측정값(critical dimension measurements)을 수집 및 분석해야 한다. 이러한 방법은 느리고, 비용이 많이 소모되며, 에러가 발생되기 쉽다. 이것은 일반적으로 제품 웨이퍼상에서 복수의 초점 노출(focus-exposure)의 노출 및 에칭 매트릭스(etching matrices)를 필요로 한다.
일반적으로, 노출 및 초점이 변하기 때문에, 리소그래픽 프로세스에 의해 현상된 패턴을 계속적으로 모니터링 및 측정하여 패턴의 치수가 허용 범위내에 있는지 여부를 판정해야 한다. 통상 해상가능한 최소 피쳐의 크기로서 일반적으로 정의되는 리소그래픽 프로세스의 해상 한도에 근접함에 따라, 이와 같은 모니터링의 중요성은 크게 증가한다. 반도체 기법에서 현상되는 패턴은 일반적으로 일직선 및 곡선의 형상을 가지며, 길이의 치수는 폭의 치수와 동일하거나 이보다 수 배이다. 보다 작은 쪽의 치수를 폭의 치수로 정의하는데, 이러한 폭의 치수는 현재의 첨단 반도체 기법에서는 0.1 마이크론의 차수(order)부터 1 마이크론을 초과하는 것까지 이다. 폭의 치수는 패턴의 최소 치수이기 때문에, 리소그래픽 프로세스의 해상 한도에 도전하는 것은 바로 폭의 치수이다. 이점에 있어서, 폭은 가장 작고 가장 도전적인 현상 치수이기 때문에, 리소그래픽 프로세스의 성능을 분석하기 위해 일반적으로 폭의 치수를 모니터링한다. "바이어스(bias)"라는 용어는 피쳐 치수의 공칭값(nominal value)으로부터의 변화를 기술하는데 사용된다. 일반적으로, 관심 대상의 바이어스는 소정의 피쳐의 치수들 중 가장 작은 치수의 변화이다. 더욱이, "바이어스"라는 용어는 레지스트 이미지화(resist imaging), 에칭, 현상 등과 같은 프로세스와 관련하여서도 동일하게 사용되며, 이미지 바이어스, 에칭 바이어스, 프린트 바이어스 등과 같은 용어로 기술된다.
전형적으로, 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 또는 광학 기기(optical tool)를 이용하여 패턴의 피쳐를 모니터링하고, 그 치수를 측정(계측)한다. 현재의 반도체 산업에서는 대략 0.7 um 미만의 모든 임계 치수(critical dimensions)의 인라인(in-line) 계측을 위해 탑다운(topdown) SEM을 사용하고 있다. 유감스럽게도, SEM 계측 구현시 비용이 많이 소요되며, 동작이 비교적 느리고, 자동화가 어렵다. 고정 패턴 높이(예를 들면, 아래에 놓인 기판과 패턴간의 경계면)에서 절대 치수를 결정하고자 하는 알고리즘은, 그 정확도가 기껏해야 단지 30-50 nm에 불과하며, 이것은 현 임계 치수 허용 오차의 전부는 아닐지라도, 그 실질적인 일부이다. 0.25 um 미만의 개별 피쳐의 측정의 요구로 인해, 그 이미지화 능력은 물론, 자동화된 측정―패턴 인식, 게이트 배치, 에지 검출 등―을 위해 요구되는 모든 서브시스템은 심각한 도전을 받고 있다.
광학 계측이 SEM 및 AFM 계측과 관련된 전술한 단점들을 극복하기는 하지만, 광학 계측 시스템에서는 대략 1 마이크론 미만의 치수의 정확한 측정을 위한 해상은 불가능하다. 또한, 오(false) 감도는 반도체 제품 웨이퍼상에서 광학 현미경의 서브마이크론(sub-micron) 계측에의 적용을 제한해 왔다.
칩의 치수가 광선의 파장에 접근함에 따른 광학 해상도(optical resolution)의 저하로 인해, 각각의 칩 피쳐의 측정에 광학 현미경을 적용하는 것이 배제된다. 인라인 계측에 대한 정확성 요건을 차치 하더라도, 인접 에지의 흐린 이미지(blurred image)는 중첩 및 간섭하며, 이미지의 강도 프로파일의 형태는 웨이퍼상의 실제 피쳐와 더 이상 일치하지 않는다. 이와 같은, 측정의 "일치성(consistency)"의 상실로 인해 기존의 광학 계측은 0.5-1.0 um의 범위로 실질적으로 제한된다.
오 감도와 관련하여, 반도체 제조에 사용된 박막은 그들의 광학적 특성이 크게 변한다. 광학 계측은 두께, 굴절율, 패터닝된 층 및 아래에 놓인 층의 입상도(granularity) 및 균일도(uniformity)에 민감하다. 광학 이미지(optical image)에 영향을 미치는 막의 변화는 패턴 치수의 변화로서 잘못 해석될 수 있다.
미국 특허 출원 제 08/359,797 호, 제 08/560,720 호, 제 08/560,851 호에는 마이크로 전자 장치 제조에 사용된 리소그래픽 및 에칭 프로세스의 바이어스 모니터링의 향상이 개시되어 있다. 미국 특허 출원 제 08/560,851 호에는, 이미지 단축(image shortening) 현상을 이용하여 표적(target)상의 피쳐를 모니터링하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 출원 제 08/560,720 호에는, 바이어스 및 오버레이 에러(overlay error)를 측정하는데 표적과, 버니어(verniers)를 이용하는 측정 방법이 개시되어 있다. 이들 특허 출원에서, 표적은 길이 및 폭을 갖는, 이격된 평행한 엘리먼트들의 어레이를 포함하며, 엘리먼트들의 단부는 어레이의 에지를 형성한다. 이들 특허 출원의 표적 및 측정 방법은 매우 유용하기는 하나, 이들은프로세스 변화에 대한 감도가 이미지 단축에 의해 증강되는 것에 의존한다.
따라서, 0.5 마이크론 미만의 차수의 치수를 갖는 임의의 형상의 패턴 피쳐를 모니터링하면서, 저렴한 비용으로 구현할 수 있고, 동작이 빠르며, 자동화가 단순한 방법이 여전히 필요하다. 광학 계측법을 이용한 인라인 리소그래피/에칭 제어를 가능하게 하는 바이어스 결정 프로세스―이 경우, SEM 및/또는 AFM 계측은 단지 교정(calibration)을 위해서만 요구될 뿐임―가 필요하다.
종래 기술의 문제점 및 결점을 고려하면, 본 발명의 목적은 노출 및 초점 조건을 결정하기 위한 측정 기기(measurement tool), 테스트 패턴(test pattern) 및 평가 방법을 제공하는 것이며, 이것에 의해, 하나의 패턴 그룹은 반도체 패턴 프로세스에서의 노출 및 초점의 문제점들을 구별할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 에칭 시간 및 에칭 속도 조건과, 기타 에칭 프로세스 조건을 결정하기 위한 측정 기기, 테스트 패턴 및 평가 방법을 제공하는 것이며, 이것에 의해, 하나의 패턴 그룹은 반도체 패턴 프로세스에서의 에칭 시간 및 에칭 속도의 문제점들과 기타 에칭 프로세스의 문제점들을 구별할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 현존하는 계측 기기와, 노출 및 에칭 장비와 함께 사용될 수 있는, 초점 노출 및 에칭 파라미터 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이용하기가 쉽고 비용이 저렴한, 초점 노출 및 에칭 파라미터 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리소그래픽 프로세스의 결과로서 증착된 패턴내의 바이어스 및 오버레이 에러를 판정하기 위한 방법 및 표적을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증착된 패턴에서 바이어스 및 오버레이 에러의 측정을 조합하고, 웨이퍼 기판의 작은 공간을 이용하는 방법 및 표적을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용된 계측 기기로는 의도적으로 해상될 수 없도록 한 표적을 이용하는 바이어스의 측정 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 부분적으로는 명백할 것이며, 부분적으로는 명세서로부터 명백해질 것이다.
당업자에게는 명백할 상기 및 다른 목적은, 기판상에 배치된, 레지스트 임계값(resist threshold)을 갖는 레지스트막(resist film)상에 우선 상보형 톤 패턴(complementary tone pattern)을 노출하는 것을 포함하는 리소그래픽 프로세스시 초점 또는 노출량 파라미터를 제어하는 프로세스와 관련된 본 발명에 의해 달성된다. 상보형 톤 패턴은 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함한다. 형상 및 공간은 그 사이의 관계가 알려져 있는 대응하는 치수, 예를 들면, 동일한 치수를 갖는다. 그 다음, 레지스트막상에 공간의 잠상이 생성되고, 형상의 잠상내에 비노출 영역이 생성된다. 그 다음, 잠상의 공간의 치수 및 잠상 형상내의 비노출 영역의 치수가 측정된다. 마지막으로, 초점 또는노출량 파라미터의 적절성을 잠상의 형상 및 공간의 측정된 치수의 함수로서 결정한다.
다른 관점에서, 본 발명은 기판상에 배치된, 레지스트 임계값을 갖는 레지스트막상에 우선 상보형 톤 패턴을 노출하는 것을 포함하는 리소그래픽 프로세스시 초점 또는 노출량 파라미터를 제어하는 프로세스에 관한 것이다. 상보형 톤 패턴은 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함한다. 형상 및 공간은 그 사이의 관계가 알려져 있는 대응하는 치수, 예를 들면, 동일한 치수를 갖는다. 차후에, 레지스트막상에 공간의 잠상이 생성되고, 형상의 잠상내에 비노출 영역이 생성된다. 그 다음, 레지스트막상의 잠상의 공간 및 형상을 현상제(developer)와 접촉시켜, 레지스트막의 선택된 부분을 제거함으로써, 잠상의 공간 및 형상에 각각 대응하는 현상(developed images)을 생성한다. 그 다음, 현상 형상의 치수 및 현상 공간의 치수가 측정된다. 초점 또는 노출량 파라미터(exposure dose parameter)의 적절성을 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정한다.
프로세스는 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우에는 프로세스의 노출량 파라미터를 수정한다. 바람직하게, 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분이 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 단계들을 반복한다.
또한, 프로세스는 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 합을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그 합이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우에는 프로세스의 초점 파라미터를 수정한다. 바람직하게, 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 합이 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 단계들을 반복한다.
바람직한 일실시예에서, 형상 및 공간은 폭 및 길이를 갖는 직사각형이며, 초점 또는 노출량 파라미터는 현상의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수의 수학적 함수로서 결정된다. 직사각형의 형상 및 공간은 폭 및 폭보다 긴 길이를 가질 수 있으며, 초점 또는 노출량 파라미터는 현상의 형상 및 공간의 길이 치수의 수학적 함수로서 결정될 수 있다.
바람직한 다른 실시예에서, 형상 및 공간은 예각(acute angles)의 대향점(opposed point)을 가지며, 초점 또는 노출량 파라미터는 현상의 형상 및 공간의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정된다.
프로세스는 복수의 초점 및 노출 조건에 걸쳐, 현상의 형상 및 공간의 측정된 대응 치수와 상기 측정된 대응 치수의 함수를 맵핑하는 단계를 더 포함한다. 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성에 대한 결정이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 맵핑 단계로부터의 정보를 이용하여 프로세스의 초점 또는 노출량 파라미터를 수정할 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 레지스트막으로 형성된 현상 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 레지스트막으로부터 제거된 현상 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하는 상보형 톤 현상 패턴을 갖는 레지스트막층을 상부에 갖는 기판을 우선 제공하는 것을포함하는 에칭 프로세스에서 에칭 또는 다른 파라미터들을 제어하는 프로세스를 제공한다. 형상 및 공간은 그 사이의 관계가 알려져 있는 대응하는 치수, 예를 들면, 동일한 치수를 갖는다. 그 다음, 에칭제(etchant)를 제공하여 레지스트막에 의해 덮이지 않은 기판 재료를 제거하며, 원하는 시간동안 현상의 형상 및 공간과 에칭제를 접촉시켜, 기판상에 현상 형상에 대한 에칭 이미지 및 현상 공간에 대한 에칭 이미지를 생성한다. 에칭 이미지의 형상의 치수 및 에칭 이미지 공간의 치수가 측정된다. 에칭 또는 다른 파라미터들의 적절성을 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정한다.
프로세스는 현상 형상 및 공간의 측정 치수의 차분을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우에는 프로세스의 에칭 시간을 수정한다. 바람직하게, 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분이 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 단계들을 반복한다.
또한, 프로세스는 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 합을 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 그 합이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우에는 에칭 시간이 아닌 다른 프로세스 파라미터를 수정한다. 바람직하게, 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 합이 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 단계들을 반복한다.
바람직한 일실시예에서, 형상 및 공간은 폭 및 길이를 갖는 직사각형이며, 초점 또는 노출량 파라미터는 에칭 이미지의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수의 수학적 함수로서 결정된다. 직사각형의 형상 및 공간은 폭 및 폭보다 긴 길이를가질 수 있으며, 초점 또는 노출량 파라미터는 에칭 이미지의 형상 및 공간의 길이 치수의 수학적 함수로서 결정된다.
바람직한 다른 실시예에서, 잠상의 형상 및 공간은 이미지내의 예각의 대향점을 가지며, 초점 또는 노출량 파라미터는 에칭 이미지의 형상 및 공간의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정된다.
프로세스는 복수의 에칭 조건에 걸쳐, 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정된 대응 치수와 상기 측정된 대응 치수의 함수를 맵핑하는 단계를 더 포함한다. 에칭 파라미터의 적절성에 대한 결정이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 맵핑 단계로부터의 정보를 이용하여 프로세스의 에칭 파라미터를 수정할 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은,
a) 기판상에 배치된, 레지스트 임계값을 갖는 레지스트막층상에 복수의 제 1 상보형 톤 패턴 세트를 노출시키는 단계―상기 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각은 ⅰ) 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하고, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가지며, 상기 노출된 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각은 상이한 초점 또는 노출량 조건하에서 상기 레지스트막상에 노출됨―와,
b) 상기 노출된 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수를 측정하는 단계와,
c) 단계 (b)의 측정을 기초로 하여 최적의 초점 또는 노출량 조건을 결정하는 단계와,
d) 단계 (c)에서 결정된 최적의 초점 또는 노출량 조건 근처에서, 상기 이미지의의 형상 및 공간의 치수에 대한 초점 또는 노출량 조건의 의존성을 결정하는 단계와,
e) 기판상에 배치된, 레지스트 임계값을 갖는 레지스트막층상에 하나 이상의 제 2 상보형 톤 패턴 세트를 노출시키는 단계―상기 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각은 ⅰ) 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하고, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,
f) 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수를 측정하는 단계와,
g) 단계 (a) 내지 (d)의 측정 및 결정을 기초로 하여 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성을 결정하는 단계를 포함하는 리소그래픽 프로세스에서의 초점 또는 노출량 파라미터를 제어하는 프로세스에 관한 것이다.
프로세스는,
h) 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 적어도 하나의 세트상에서의 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수의 측정을 단계 (d)에서 형성된 초점 또는 노출량 조건의 의존성에 적용함으로써, 제 3 상보형 톤 패턴 세트의 차후의 노출을 위한 초점 또는 노출량 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프로세스는,
i) 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 적어도 하나의 세트상에서의 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수의 측정을 단계 (d)에서 형성된 초점 또는 노출량 조건의 의존성에 적용함으로써, 제 3 상보형 톤 패턴 세트의 차후의 노출을 위한 초점 또는 노출량 파라미터를 설정하여, 새로운 초점 또는 노출량 파라미터를 예측하고, 예측된 새로운 초점 또는 노출량 파라미터와 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 상기 적어도 하나의 초점 또는 노출량 파라미터의 평균을 취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 형상 및 공간의 상기 치수는 공칭적으로 동일하여, 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수를 기초로 하여 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성이 결정될 수 있도록 한다.
단계 (b) 및 (f)의 노출된 제 1 및 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 이미지의 형상 및 공간의 치수 측정은,
ⅰ) 상기 레지스트막상에 각각의 공간의 잠상을, 각각의 형상의 잠상내에 비노출 영역을 생성하는 단계와,
ⅱ) 각각의 잠상의 공간의 치수를 측정하는 단계와,
ⅲ) 각각의 잠상 형상내의 비노출 영역에 대한 치수를 측정하는 단계에 의해 행해진다.
이와 달리, 단계 (b) 및 (f)의 노출된 제 1 및 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 이미지의 형상 및 공간의 치수 측정은,
ⅰ) 상기 레지스트막상에 각각의 공간의 잠상을, 각각의 형상의 잠상내에 비노출 영역을 생성하는 단계와,
ⅱ) 레지스트막상의 각각의 잠상의 공간 및 형상을 현상제와 접촉시켜, 레지스트막의 선택된 부분을 제거함으로써, 각각의 잠상의 공간 및 형상에 각각 대응하는 현상을 생성하는 단계와,
ⅲ) 각각의 현상 형상의 치수를 측정하는 단계와,
ⅳ) 각각의 현상 공간의 치수를 측정하는 단계에 의해 행해진다.
일실시예에서, 상기 형상 및 공간은 폭 및 길이, 예를 들면, 상기 폭보다 긴 길이를 갖는 직사각형으로 되어, 상기 이미지의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수를 기초로 하여 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성이 결정되도록 한다. 다른 실시예에서, 상기 형상 및 공간은 예각의 대향점을 갖고, 예를 들면, 길이가 상기 폭보다 크며, 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성을 상기 이미지의 형상 및 공간의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정한다.
관련된 관점에서, 본 발명은,
a) 기판상의 레지스트막상에 복수의 제 1 상보형 톤 현상 패턴 세트를 제공하는 단계―상기 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각은 ⅰ) 상기 레지스트막으로 형성된 현상 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 상기 레지스트막으로부터 제거된 현상 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하며, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,
b) 서로 다른 에칭 조건하에서 상기 현상된 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각을 에칭하여, 상기 현상 형상의 에칭 이미지 및 상기 현상 공간의 에칭 이미지를 생성하는 단계와,
c) 상기 노출된 제 1 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 에칭 이미지의 형상 및 공간의 치수를 측정하는 단계와,
d) 단계 (c)의 측정값을 기초로 하여 최적의 에칭 또는 다른 조건을 결정하는 단계와,
e) 단계 (e)에서 결정된 최적의 에칭 또는 다른 조건 근처에서, 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수에 대한 에칭 또는 다른 조건의 의존성을 결정하는 단계와,
f) 기판상의 레지스트막상에 하나 이상의 제 2 상보형 톤 현상 패턴 세트를 제공하는 단계―상기 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각은 ⅰ) 상기 레지스트막으로 형성된 현상 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 상기 레지스트막으로부터 제거된 현상 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하며, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,
g) 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 각각에 대한 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 치수를 측정하는 단계와,
h) 단계 (a) 내지 (e)의 측정 및 결정을 기초로 하여, 상기 노출된 제 2 상보형 톤 패턴 세트에 대한 에칭 또는 다른 파라미터의 적절성을 결정하는 단계를 포함하는 리소그래픽 프로세스에서의 에칭 또는 다른 파라미터를 제어하는 프로세스를 제공한다.
프로세스는,
i) 상기 에칭된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 적어도 하나의 세트상에서의 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수의 측정을 단계 (e)에서 형성된 에칭 또는 다른 조건의 의존성에 적용함으로써, 제 3 상보형 톤 패턴 세트의 차후의 에칭을 위한 에칭 또는 다른 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프로세스는,
j) 상기 에칭된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 적어도 하나의 세트상에서의 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수의 측정을 단계 (d)에서 형성된 에칭 또는 다른 조건의 의존성에 적용함으로써, 제 3 상보형 톤 패턴 세트의 차후의 에칭을 위한 에칭 또는 다른 파라미터를 설정하여, 새로운 에칭 또는 다른 파라미터를 예측하고, 예측된 새로운 에칭 또는 다른 파라미터와 상기 에칭된 제 2 상보형 톤 패턴 세트 중 상기 적어도 하나의 에칭 또는 다른 파라미터의 평균을 취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 형상 및 공간의 상기 치수는 공칭적으로 동일하여, 상기 이미지의 형상 및 공간의 치수를 기초로 하여 에칭 또는 다른 파라미터의 적절성이 결정될 수 있도록 한다. 일실시예에서, 상기 형상 및 공간은 폭 및 길이, 예를 들면, 상기 폭보다 긴 길이를 갖는 직사각형으로 되어, 상기 이미지의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수를 기초로 하여 에칭 또는 다른 파라미터의 적절성이 결정되도록 한다. 다른 실시예에서, 상기 형상 및 공간은 예각의 대향점을 갖고, 예를 들면, 길이가상기 폭보다 크며, 에칭 또는 다른 파라미터의 적절성을 상기 이미지의 형상 및 공간의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정한다.
다른 관점에서, 본 발명은 선형 에지(linear edge)를 갖는 상기 기판상에 대비 영역(contrasting area)을 포함하고, 상기 기판상에 대비 엘리먼트 어레이(contrasting array of elements)를 포함하는 리소그래픽 프로세스에 의해 형성된 기판상의 파라미터 측정을 위한 표적에 관한 것이다. 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트―상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지(far edge)들 사이의 거리는 어레이 길이를 이루고, 상기 대비 영역의 선형 에지는 상기 어레이의 하나의 에지를 따라 상기 각각의 대비 엘리먼트와 접촉함―를 포함한다. 각각의 어레이의 엘리먼트의 해상없이 현미경에 의해 어레이의 폭을 측정하여 상기 기판의 파라미터를 결정할 수 있다.
상기 대비 영역의 선형 에지는 상기 제 1 또는 마지막 엘리먼트들 중 적어도 하나를 지나 확장할 수 있으며, 상기 대비 영역은 양측의 먼 에지를 따라 상기 마지막 엘리먼트와 접촉하는 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 각각의 어레이 엘리먼트의 해상없이 현미경에 의해 어레이의 폭을 측정하여 상기 기판의 파라미터를 결정할 수 있다. 각각의 엘리먼트의 폭은 엘리먼트의 길이에 대해 일정하거나, 또는, 각각의 엘리먼트의 폭은 엘리먼트의 길이에 걸쳐 대비 영역 선형 에지로부터아래로 점점 가늘어질 수 있다.
표적은 상기 기판상에 제 2 대비 엘리먼트 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트―상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 제 2 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 제 2 어레이 길이를 이룸―를 포함한다. 상기 제 2 대비 어레이는 상기 대비 영역의 선형 에지 반대쪽의 제 1 어레이 에지로부터 이격되고, 각각의 제 2 어레이 엘리먼트의 해상없이 현미경에 의해 제 2 어레이의 폭을 측정하여 상기 기판의 파라미터를 결정할 수 있다.
바람직하게는 제 1 및 제 2 어레이 에지는 평행하고, 상기 제 1 및 제 2 어레이의 길이는 실질적으로 동일하며, 상기 제 1 및 제 2 어레이는 상기 어레이의 폭과 동일한 거리로 서로 이격된다.
표적은 상기 제 1 대비 어레이 반대측의 상기 제 1 선형 에지로부터 이격된 평행한 상기 대비 영역에 제 2 선형 에지와, 상기 기판상에 제 2 대비 엘리먼트 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트―상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 제 2 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 제 2어레이의 길이를 이루고, 상기 대비 영역의 제 2 선형 에지는 상기 제 2 어레이의 하나의 에지를 따라 상기 각각의 대비 엘리먼트와 접촉함―를 포함한다. 각각의 제 2 어레이 엘리먼트의 해상없이 현미경에 의해 제 2 어레이의 폭을 측정하여 상기 기판의 파라미터를 결정할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 어레이 에지는 평행하고, 상기 제 1 및 제 2 어레이의 길이는 실질적으로 동일하며, 상기 제 1 및 제 2 어레이는 상기 어레이의 폭과 동일한 거리로 서로 이격된다.
표적은 상기 기판상에 제 3 대비 엘리먼트 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트―상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 제 3 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 제 3 어레이의 길이를 이룸―를 포함한다. 상기 제 3 대비 어레이는 상기 대비 영역의 제 1 선형 에지 반대쪽의 제 1 어레이 에지로부터 이격되고, 각각의 제 3 어레이 엘리먼트의 해상없이 현미경에 의해 제 3 어레이의 폭을 측정하여 상기 기판의 파라미터를 결정할 수 있다.
바람직하게, 제 1 및 제 3 어레이 에지는 평행하고, 상기 제 1 및 제 3 어레이의 길이는 실질적으로 동일하며, 상기 제 1 및 제 3 어레이는 상기 어레이의 폭과 동일한 거리로 서로 이격된다.
표적은 상기 제 1 대비 어레이의 상기 제 1 및 제 2 선형 에지로부터 이격된평행한 상기 제 2 대비 영역상에 제 3 선형 에지를 갖는 제 2 대비 영역을 더 포함할 수 있고, 상기 제 3 선형 에지는 상기 제 1 대비 어레이 반대측의 상기 제 3 어레이의 에지를 따라 상기 제 3 대비 어레이의 각각의 대비 엘리먼트와 접촉한다. 바람직하게는, 제 1 및 제 3 어레이 에지는 평행하고, 상기 제 1 및 제 3 어레이의 폭은 실질적으로 동일하며, 상기 제 1 및 제 3 어레이는 상기 어레이의 폭과 동일한 거리로 서로 이격되며, 상기 제 1 및 제 2 대비 영역의 폭은 상기 영역의 선형 에지에 수직이고, 상기 제 1 및 제 2 대비 영역은 상기 어레이의 길이와 동일한 길이를 갖는다.
관련된 관점에서, 본 발명은,
a) 리소그래픽 프로세스에 의해 기판상에 형성된 대비 영역을 포함하는 표적을 제공하는 단계―상기 대비 영역은 선형 영역을 갖고, 상기 기판상에는 대비 엘리먼트 어레이가 있으며, 상기 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트를 포함하고, 상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 가지며, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되고, 대비 엘리먼트의 길이는 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 어레이의 길이를 이루며, 상기 대비 영역의 선형 에지는 상기 어레이의 하나의 에지를 따라 상기 각각의 대비 엘리먼트와 접촉함―와,
b) 각각의 어레이 엘리먼트를 해상하지 않고서 상기 어레이 에지를 해상하는 단계와,
c) 상기 어레이 에지의 위치를 측정하여 상기 기판의 원하는 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 리소그래픽 프로세스에 의해 형성된 기판상에서 파라미터를 측정하는 방법을 제공한다.
바람직하게, 단계 (c)는 상기 어레이 에지들 중 둘 사이의 중앙선의 위치를 결정하는 것을 포함한다. 이 방법은,
ⅰ) 상기 기판상에 제 2 대비 엘리먼트 어레이를 제공하는 단계―상기 제 2 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트를 포함하며, 상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 제 2 어레이 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 제 2 어레이의 길이를 이루며, 상기 제 2 대비 어레이는 상기 대비 영역의 선형 에지 반대쪽의 제 1 어레이 에지로부터 이격됨―와,
ⅱ) 각각의 어레이 엘리먼트를 해상하지 않고서 상기 제 1 및 제 2 어레이 에지를 해상하는 단계와,
ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 어레이 에지의 위치를 측정하여 상기 기판의 원하는 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함한다.
이 방법은,
ⅰ) 상기 제 1 대비 어레이 반대측의 상기 제 1 선형 에지로부터 이격된 평행한 상기 대비 영역상의 제 2 선형 에지 및 상기 기판상의 제 2 대비 엘리먼트 어레이를 더 포함하는 단계―상기 제 2 어레이는 상기 기판과 대비되고, 제 1 엘리먼트로부터 마지막 엘리먼트로 확장하는 이격된 평행한 복수의 엘리먼트를 포함하며, 상기 각각의 엘리먼트는 길이 및 폭을 갖고, 대비 엘리먼트의 단부는 양측의 어레이 에지를 형성하는 평행한 라인을 따라 정렬되며, 대비 엘리먼트의 길이는 제 2 어레이의 폭을 이루고, 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리는 제 2 어레이의 길이를 이루며, 상기 대비 영역의 제 2 선형 에지는 상기 제 2 어레이의 하나의 에지를 따라 상기 각각의 대비 엘리먼트와 접촉함―와,
ⅱ) 각각의 어레이 엘리먼트를 해상하지 않고서 상기 제 1 및 제 2 어레이 에지를 해상하는 단계와,
ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 어레이 에지의 위치를 측정하여 상기 기판의 원하는 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함한다.
단계 (ⅲ)은 상기 어레이 에지들 중 둘 사이의 중앙선의 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 포토리소그래피를 위해 사용된 마스크상의 상보형 직사각형 형상(불투명) 및 공간(투명) 패턴의 실시예를 도시하는 평면도.
도 2는 포토리소그래피를 위해 사용된 마스크상의 상보형 삼각형 형상(불투명) 및 공간(투명) 패턴의 실시예를 도시하는 평면도.
도 3은 단일면 계단형 패턴에 의해 형성된, 도 2의 삼각형의 정점의 일실시예에 대한 확대도.
도 4는 대칭적 계단형 패턴에 의해 형성된, 도 2의 삼각형의 정점의 다른 실시예에 대한 확대도.
도 5는 본질적으로 투명한 마스크상에 독립된 불투명 형상을 이용하는 본 발명의 일실시예를 위한 포토리소그래피 프로세스의 일부를 도시한 도면.
도 6은 본질적으로 불투명한 마스크상에 독립된 투명 형상을 이용하는 본 발명의 다른 실시예를 위한 포토리소그래피 프로세스의 일부를 도시한 도면.
도 7은 도 1의 마스크로부터 형성된 기판의 레지스트층상의 상보형 직사각형 형상(불투명) 및 공간(투명) 잠상 및 현상 패턴의 실시예에 대한 평면도.
도 8은 도 2의 마스크로부터 형성된 기판의 레지스트층상의 상보형 삼각형 형상(불투명) 및 공간(투명)의 잠상 및 현상 패턴의 실시예에 대한 평면도.
도 9는 도 7에 도시된 타입의 0.3 마이크론의 공칭 라인 폭에 대해, 상이한 노출하에서 초점의 함수로서 측정된 라인(형상) 폭을 도시한 도면.
도 10은 도 7에 도시된 타입의 0.3 마이크론의 공칭 공간 폭에 대해, 상이한 노출하에서 초점의 함수로서 측정된 공간 폭을 도시한 도면.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된, 측정된 라인 및 공간 폭의 차분을 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 12는 도 9 및 도 10에 도시된, 측정된 라인 및 공간 폭의 합을 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 13은 도 7에 도시된 타입의 1 마이크론의 공칭 라인 길이에 대해, 상이한 노출하에서 측정된 라인 길이를 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 14는 도 7에 도시된 타입의 1 마이크론의 공칭 공간 길이에 대해, 상이한 노출하에서 측정된 공간 길이를 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시된, 측정된 라인 및 공간 길이의 차분을 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 16은 도 13 및 도 14에 도시된, 측정된 라인 및 공간 길이의 합을 초점의 함수로서 도시한 도면.
도 17은 도 1의 마스크 및 도 7의 잠상 및 현상으로부터 형성된 기판의 레지스트층상의 상보형 직사각형 형상(불투명) 및 공간(투명) 에칭 이미지 패턴의 실시예에 대한 평면도.
도 18은 도 1의 마스크 및 도 8의 잠상 및 현상으로부터 형성된 기판의 레지스트층상의 상보형 삼각형 형상(불투명) 및 공간(투명) 에칭 이미지 패턴의 실시예에 대한 평면도.
도 19는 본 발명의 바람직한 조합형 프로세스의 흐름도.
도 20은 본 발명의 톤 반전형 패턴을 이용하여 초점 및 노출량 설정을 제어하는 제조 제어 시스템의 흐름도.
도 21은 본 발명의 톤 반전형 패턴을 이용하여 에칭 및 다른 설정을 제어하는 제조 제어 시스템의 흐름도.
도 22a는 단일 대비 직선 에지를 포함하는 표적의 평면도.
도 22b는 이격된 평행한 라인 엘리먼트의 어레이를 포함하는 사형 에지를 그 위에 갖는 도 22a의 표적을 도시한 도면.
도 23a는 도 22b와 유사한 표적의 평면도.
도 23b는 도 23a의 표적의 각각의 어레이 엘리먼트가 해상되지 않은 경우에 관측한 도면.
도 24의 (a)는 각각의 어레이 라인이 점점 가늘어지는 것을 제외하고는, 도 22b와 유사한 표적을 도시한 도면.
도 24의 (b)는 도 24의 (a)의 테이퍼형 어레이 라인의 일실시예에 대한 확대도.
도 24의 (c)는 도 24의 (a)의 테이퍼형 어레이 라인의 다른 실시예에 대한확대도.
도 25는 대비 톤 반전형 어레이를 이용하는 표적의 실시예에 대한 평면도.
도 26a, 도 26b, 도 27a, 도 27b 및 도 28a, 도 28b는 대비 톤 반전형 어레이를 이용하는 다른 표적의 평면도.
도 29는 도 25에 도시된 표적에 대한 노출량의 함수로서 측정된 형상 길이의 이탈의 정도를 도시한 도면.
도 30은 도 25에 도시된 표적의 공칭값에 대한 공간 길이의 이탈 정도를 도시한 도면.
도 31은 형상 및 공간 측정의 함수를 도 25의 표적에 대한 디포커스의 함수로서 도시한 도면.
도 32는 형상 및 공간 측정의 함수를 도 25의 표적에 대한 디포커스의 함수로서 도시한 도면.
도 33은 도 25에 도시된 표적에 대한 공간 길이의 이탈 정도를 도시한 도면.
도 34는 도 25에 도시된 표적의 공칭값에 대한 형상 길이의 이탈 정도를 도시한 도면.
도 35는 형상 및 공간 측정의 함수를 도 25의 표적에 대한 디포커스의 함수로서 도시한 도면.
도 36은 형상 및 공간 측정의 함수를 도 25의 표적에 대한 디포커스의 함수로서 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
22, 22a, 24, 24a : 불투명 마스크 영역 26, 26a : 투명 영역
28, 29, 30, 31 : 단부 42 : 마스크
44, 52, 54 : 불투명 영역 56, 60 : 강도
62 : 렌즈 64, 68 : 공간 이미지
80 : 기판 82 : 기판 베이스
84, 122, 122a, 222, 222a : 형상
92, 126, 126a, 226, 226a : 공간
124, 124a, 224, 224a : 잠상 140 : 일직선 에지
141 : 에지 142 : 사형 에지
143 : 엘리먼트
본 발명의 피쳐들은 신규한 것으로 간주되며, 본 발명의 엘리먼트 특성은 특히 첨부한 특허청구범위에 기술된다. 도면들은 단지 예시적인 것이며, 실제 축적대로 도시된 것은 아니다. 그러나, 본 발명 자체는 동작의 구성 및 방법에 관한 것이며, 첨부한 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하면 가장 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 기술하는데 있어서, 도 1 내지 도 36을 참조할 것이며, 동일한 번호는 본 발명의 동일한 특성을 나타낸다. 본 발명의 피쳐를 실제 축적대로 도시할 필요는 없다.
본 발명은 상보형 톤 패턴, 즉, 톤이 반전된 패턴의 측정을 기초로 한 패턴 제어 시스템을 이용한다. 리소그래픽 패턴의 "톤(tone)"은 에칭될 기판의 표면상의 층 또는 막에 일반적으로 증착된 레지스트 재료의 존재 및 부재에 의해 결정된다. 패턴은 클리어 배경(clear background)상의 레지스트 형상 또는 레지스트 재료의 배경에서의 레지스트 형상(즉, 공간)의 존재이다. 상보형 톤 패턴은 리소그래픽 프로세스 동안 노출되는 영역을 상호 교환함으로서 형성될 수 있다.
이들 톤 패턴은 레지스트 재료상에 생성될 형상 또는 공간에 대응하는 불투명 및 투명 영역을 갖는 마스크를 마련한 후, 마스크의 한쪽 측면에 방사형 소스(source of radiation)를 이용하여 마스크의 반대측의 레지스트층상에 마스크 형상 및 공간을 조명 및 투영함으로써 레지스트 재료에 생성될 수 있다. 레지스트층은 레지스트 임계값을 갖는다. 방사에 노출되거나, 레지스트 임계값을 초과하는 에너지를 받게되면, 잠상이 형성된다. 방사에 대한 노출의 레벨이 레지스트 임계값 미만일 경우에는 잠상이 형성되지 않는다. 이들 마스크 형상 및 공간은 레지스트층상에 대응하는 잠상을 형성한다. 잠상은, 막의 반사율 변화에 의해 나타나며, 시각적 관측, 예를 들면, 현미경에 의한 관측에 의해 현상되기 전에 광학적으로 검출될 수 있다.
대안적으로, 상보형 톤 패턴은 다른 타입의 마스크, 예를 들면, 위상 변이마스크(phase shift masks), 또는 다른 방법, 예를 들면, 전자빔 노출 기기(electron beam exposure tool)에 의해 레지스트 재료상에 노출될 수 있다. 이들 다른 방법들은, 마스크를 이용하는 대신에, 화소 또는 다른 불연속적인 형태를 복수 노출시킴으로써, 형상 및 공간을 형성할 수 있다.
레지스트 재료상에 잠상이 현상된 후, 에칭제를 이용하여 레지스트 재료에 의해 덮이지 않은 기판을 부식시킨다. 기판의 에칭 영역 또는 공간은, 기판에 트렌치(trenches)를 형성하며, 트렌치에 인접한 상승형 구조로서 비에칭 영역 또는 형상을 남긴다. 에칭 이미지는 상승 영역과 트렌치 사이의 벽(walls)에 의해 형성되며, 레지스트막상에 상보형 톤 패턴에 대응하는 상보형 에칭 이미지를 또한 형성할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마스크(42)는 광원의 투과를 실질적으로 차단하는 반투명 또는 불투명 영역(22, 24)을 그 위에 갖는 레지스트막을 노출시키는데 사용되는 조명 광원(illuminating light source)에 대해 실질적으로 투명하다. 비록, 불투명도는 실질적으로 투명한 영역으로부터 불투명 영역을 구별하기에 충분하기만 하면 되지만, 이들은 본 명세서에서 "불투명(opapue)" 마스크 영역이라고 지칭된다. 불투명 마스크 영역(24)은 직사각형 형상의 실질적으로 투명한 영역(26)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 기판(42)의 실질적으로 투명한 부분상의 상보형 직사각형 불투명 마스크 영역(24)이 또한 도시된다. 불투명 마스크 영역(22)의 폭 Wl은 투명 공간(26)의 폭 Ws와 동일하다. 마찬가지로, 불투명 마스크 영역(22)의길이 Ll은 투명 영역(26)의 길이 Ls와 동일하다. 적어도 하나의 대응하는 치수와, 바람직하게는, 모든 대응하는 치수를 갖는 불투명 및 투명 영역이 상보형 마스크 영역이다.
도 2에는 상보형 마스크 패턴의 다른 예가 도시되어 있으며, 불투명 마스크 영역(24a)의 삼각형 형상의 투명 영역(26a)은 투명 마스크 배경상의 삼각형 형상의 불투명 마스크 영역(22a)에 대응하는 치수를 갖는다. 투명 영역(26a) 및 불투명 영역(22a)은 모두 길이 Ll을 이루는 대향점(opposed point)들 사이의 길이를 갖는 예각 형태의 대향 단부(opposing ends)를 갖는다. 이들 대향 단부는 불투명 삼각형(22a)상에서 단부(28, 30)로서, 투명 삼각형(26a)상에서 단부(29, 31)로서 도시되어 있다.
마스크 형상 및 공간의 대응하는 치수들 사이의 상관 관계를 알아야만 한다. 도 1 및 도 2에서, 대응하는 모든 마스크 형상 및 공간의 치수는 동일하다.
도 3 및 도 4에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 실제로 점점 가늘어 지거나, 경사진 측면은 도 2에 도시된 바와 같은 삼각형 형상의 단부(30)의 단부 포인트를 형성하는 것으로, 최소 설계 격자의 증분, 즉 전형적으로 25 nm로 단계적으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 도 3의 단부(30b)상에 도시된 바와 같이, 단일면 계단형 패턴(single-sided stepping pattern)을 사용하거나, 도 4의 단부(30c)상에 도시된 바와 같이 대칭 계단형 패턴(symmetrical stepping pattern)을 사용할 수 있다. 단일면 계단화(도 3)에서는 단부가 보다 점진적으로 가늘어지게 하여,형상의 단부에 보다 예리한 각이 형성될 수 있도록 한다. 마찬가지로, 마스크 투명 영역은 주변의 불투명 마스크 재료에서의 계단형 패턴에 의해 또한 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6에는 본 발명과 관련하여 바람직하게 사용된 리소그래픽 프로세스가 도시되어 있다. 이들 각각의 바람직한 실시예에서, 마스크 또는 레티클 패턴은 공간 변조광(40)에 의해 렌즈(62)를 통해 전사되어, 기판상의 레지스트막에 전사되는 공간 이미지(aerial image)을 생성한다. 도 5에서, 이들 마스크 또는 레티클 패턴은 공간 이미지(64)를 형성하는 강도(intensity)(56)의 투명한 마스크 배경(42)상의 격리된 불투명 영역(44)으로서 도시된다. 도 6에서, 이들 마스크 또는 레티클 패턴은 공간 이미지(68)를 형성하는 강도(60)의 불투명 영역들 사이에 격리된 투명 영역을 갖는 투명 마스크(42)상의 불투명 영역(52 및 54)으로서 도시된다.
그 에너지가 레지스트 재료의 광활성 성분(photo-active component; PAC)의 화학적 결합의 임계 에너지를 초과하는 흡수된 공간 이미지의 부분은 레지스트막에 잠상을 생성한다. 일부 레지스트 시스템에서는 PAC에 의해 잠상이 직접 형성된다. 다른 레지스트(소위, 산 촉매형 레지스트(acid-catalyzed resist)) 시스템에서는, 광화학 상호 작용(photo-chemical interaction)에 의해 먼저 산이 생성되고, 이 산이 노출후 베이크(post-exposure bake) 동안 다른 레지스트 성분과 반응하여 잠상을 형성한다. 어느 경우에 있어서나, 잠상은 (양성(positive) 레지스트의 경우) 현상 프로세스(development process) 동안 제거되거나, (음성(negative) 레지스트의 경우) 현상 이후에 유지되어 레지스트막에 3 차원 패턴을 생성하는 레지스트 재료의 양을 표시한다. 남아있는 레지스트 재료는 도 5 및 도 6에서 기판상의 참조 번호(70 및 78)로서 각각 도시되어 있다.
차후에, 레지스트막과 반응하지 않은 기판에 에칭제를 적용하여, 레지스트막이 존재하지 않는 영역의 기판을 에칭한다. 에칭 이미지는 도 5에서 기판 베이스(82)상의 형상(84)으로서, 도 6에서 기판 베이스(82)상의 공간(92)으로서 도시되어 있다.
마스크 재료, 광원, 레지스트 재료, 현상제 및 에칭제 뿐만 아니라, 이들을 이용하는 프로세스에 대해서는 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 형상 및 공간의 평가 및 측정은 (잠상에 대한) 광학 현미경(optical microscopy)이나, (현상에 대한) 광학 또는 주사 전자 현미경(optical or scanning electron microscopy)에 의해 행해질 수 있다.
도 7 및 도 8에는 레지스트막 재료에 형성된 잠상 및 현상이 도시되어 있다. 도 7에서, 도 1의 직사각형 불투명 영역(22)에 대응하는 사각형 잠상(122)이 기판(80)상에 형성된다. 마찬가지로, 불투명 마스크 영역(24)에 대응하는 잠상(124)은 직사각형 투명 영역(26)에 대응하는 직사각형 공간(126)을 갖는다. 현상후, 잠상은 기판(80)상에서 동일한 형상 및 구성의 현상된 레지스트 이미지 영역으로 된다. 기판(80)의 우측 부분상의 레지스트 재료가 없는 배경상에 직사각형의 현상된 레지스트 형상(122)이 증착된다. 현상(122)의 길이 및 폭은 Ll및 Wl로서 각각 도시되어 있다. 상보형 직사각형 영역(126)은 레지스트 재료(124)의 배경하에서 레지스트 재료가 없는 영역이다. 현상 공간(126)의 길이 및 폭은 Ls및 Ws로서 각각 도시되어 있다. 본 발명에서 이용된 상보형 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가져야 하는데, 즉, 공간의 치수와 관련될 수 있는 형상의 적어도 하나의 치수가 있어야 한다. 예를 들면, 형상의 치수는 대응하는 공간의 치수의 수 배가 될 수 있다. 또한, 형상(122) 및 공간(126)은 동일한 크기일 수 있다.
도 8에서, 기판(80)상의 삼각형 잠상(122a)은 도 2의 삼각형 불투명 마스크 영역(22a)에 대응하고, 현상된 이후에, 레지스트 재료가 없는 배경상에 길이 Ll의 삼각형 레지스트 재료 영역(122a)을 생성한다. 삼각형 공간(126a)을 갖는 잠상(124a)은 도 2의 불투명 마스크 영역(24a)에 대응하고, 현상된 이후에, 레지스트 재료(124a)의 배경상에 길이 Ls의, 레지스트 재료가 없는 삼각형 영역(126a)을 생성한다. 레지스트 재료가 없는 삼각형 공간(126a)은 레지스트 재료의 삼각형 영역(122a)에 대해 상보 관계(complementary)이다.
상보형 패턴들 사이를 구별하기 위해, 잠상 또는 레지스트층과 관련하여 사용된 "형상(shape)"은 ⅰ) 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 잠상의 영역 또는 ⅱ) 잠상이 현상된 후에, 기판상에 유지되어, 레지스트 재료가 없는 영역에 의해 둘러싸인 레지스트 재료의 영역을 의미할 것이다. 형상, 라인 및 아일랜드(island)라는 용어는 본 명세서에서 사용된 바와 동일한 의미를 갖는다. 잠상 또는 레지스트층과 관련하여 사용된 "공간(space)"은 ⅰ) 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 잠상의 영역 또는 ⅱ) 잠상이 현상된 후에, 레지스트 재료가 없고, 레지스트 재료의 영역에 의해 둘러싸인 기판상의 영역을 의미할 것이다. 공간, 트렌치 및 골(trough)이라는 용어는 본 명세서에서 사용된 바와 동일한 의미를 갖는다. 콘택트는 공간의 치수가 X 및 Y 방향으로 대략 동일한 경우를 의미한다. 양성 및 음성의 레지스트 재료가 레지스트 임계값 초과 및 미만의 노출량에 좌우될 때, 서로 반대로 작용을 하므로, 양성 레지스트 재료에 적용될 때의 상기의 정의는 음성 레지스트 재료에 적용될 때와 반대로 될 것이다. 특별히 언급되지 않는 한, 본 명세서에서는 양성 레지스트 재료에 대한 예 및 내용을 기술할 것이다.
리소그래픽 패터닝의 제어가 관심 분야인 경우, 잠상 또는 레지스트의 형상 및 잠상 또는 레지스트 공간의 치수는 노출량에 따라 반대 방향으로 변하는 것으로 알려져 있다. 노출량은 레지스트막에 대한 공간 이미지의 노출 시간과, 사용된 광원의 강도의 조합이다. 즉, 노출량이 감소함에 따라, 잠상 또는 레지스트 공간의 길이는 이상적인 노출량하에서 생성되었을 잠상 또는 레지스트 공간의 진정한(true) 길이 또는 공칭 길이에 비해 감소한다. 잠상내의 비노출 영역 또는 레지스트 형상은, 조명원(illumination source)에 의해 노출량이 감소하면서, 이상적인 노출하의 형상의 치수에 비해 치수가 동시에 증가한다.
노출량이 증가함에 따라, 잠상 또는 레지스트 공간의 치수는 증가할 것이며, 잠상내의 비노출 영역 또는 레지스트 형상은 감소할 것이라고 알려져 있다.
노출량의 변화와는 달리, 잠상 및 레지스트 공간의 치수 및 잠상내의 비노출영역 및 레지스트 형상의 치수는 상이한 초점도(degrees of focus)에 따라 동일한 방향으로 변하는 것으로 알려져 있다. 즉, 공간 이미지가 최적의 경우로부터 디포커스(defocus)될 때, 잠상내의 비노출 영역 및 레지스트 형상과, 잠상 및 레지스트 공간의 치수는, 치수에 있어서 모두 증가 또는 감소하거나, 동일하게 유지될 것이다.
초점 및 노출량 파라미터는 잠상 또는 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 수학적 함수로서 결정될 수 있다. 상보형 톤 라인 길이나, 잠상 또는 레지스트 패턴의 다른 치수의 차분 및 합을 취함으로써, 노출량 및 초점 변화의 영향을 결정할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 상보형 잠상의 형상 및 공간 또는, 바람직하게, 상보형 레지스트 형상 및 레지스트 공간의 치수의 차분을 취함으로써, 노출량의 영향을 결정할 수 있다. 상보형 잠상의 형상 및 공간 또는, 바람직하게, 레지스트 형상 및 레지스트 공간의 치수의 합을 취함으로써, 초점의 변화를 결정할 수 있다.
각각의 경우에 있어서, 실제의 측정은 기판상의 잠상의 형상 및 공간 또는 레지스트 이미지의 형상 및 공간의 대응하는 치수로 행해질 수 있다. 이들 측정 치수는 동일한, 즉 대응하는 치수에 대하여 서로 비교된다. 예를 들면, 도 7의 잠상 또는 레지스트 이미지의 상보형 패턴의 비교시, Ll은 Ls와, Wl은 Ws와 비교될 것이다. 비교를 쉽게 하기 위해, 측정될 형상 및 공간의 공칭 상보형 치수는 그들의 공칭값에 의해 형성되는 바와 같이, 서로 동일하거나 알려진 관계이어야 한다. 예를 들면, 이상적인 노출 및 초점 조건하에서, Ll은 a × Ls와 동일하고, Wl은 b × Ws와 동일하다. 마찬가지로, 도 8의 잠상 또는 레지스트 이미지의 상보형 패턴 비교시, Ll은 Ls와 비교될 것이다.
이상적으로, 노출량을 측정하는 경우, 한편으로는, 잠상 또는 레지스트의 형상의 측정 치수와, 다른 한편으로는, 잠상의 공간 또는 레지스트 공간의 측정 치수 사이의 차분은 사전결정된 표적치일 것이다. 이 표적치는 양, 음 또는 0의 임의의 값일 수 있다. 예를 들면, 마스크상의 형상 및 공간의 치수가 동일(또는, 거의 동일)한 경우, 레지스트 형상 및 공간의 차분의 표적치는 0일 수 있다. 표적치에 대해 수용가능한 허용 오차는 노출량 변화가 수용될 수 있는 영역(regime)을 표시하는 실험에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 측정 치수에서의 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어나는 경우, 노출량을 변화시켜, 잠상 또는 레지스트의 형상과, 잠상내의 비노출 영역 또는 레지스트 공간 사이의 치수 변화를 정정할 수 있다.
초점 변화를 제어하는 경우, 형상 및 공간의 선택된 치수의 합을 고려하여, 표적치를 결정한다. 예를 들면, 마스크상의 형상 및 공간의 치수가 동일한 경우, 이상적으로, 레지스트 형상 및 레지스트 공간의 잠상의 측정된 대응 치수의 합은 완벽한 초점 조건하에서 형상 또는 공간의 공칭 치수의 두 배가 될 수 있다. 이 예에서, 공칭 치수를 두 배한 값을 잠상 또는 레지스트의 형상 및 잠상 또는 레지스트 공간의 측정 치수의 합으로부터 빼면, 표적치는 0이 될 수 있다. 그러나, 표적치에 대해 수용가능한 허용 오차는 초점 변화에 대해 수용가능한 실험에 의해결정될 수 있다. 이 결정 값이 사전결정된 허용 오차를 벗어난다면, 레지스트막상의 공간 이미지를 변형 및 변화시키는 단계가 취해질 수 있다.
라인 길이의 측정, 특히, 레지스트 형상 또는 공간의 점점 가늘어지는 단부들 사이의 거리에 대한 측정은 레지스트 형상 또는 공간의 폭보다 도즈 및 초점에 대해 더욱 민감함을 또한 알 수 있다. 이것은 점점 가늘어지는 단부를 갖는 잠상 또는 레지스트의 형상(122a) 및 잠상 또는 레지스트 공간(126a)(도 8)과 같은 상보형 형상의 길이에 대한 측정이 노출 및 초점에 대한 길이의 변화를 보다 정밀하게 측정하는 경향이 있음을 나타낸다.
도 9 내지 도 16은 상보형 톤 패턴에 대한 선택된 대응 치수의 측정에 대한 응답의 시뮬레이션을 도시하고 있다. 치수 및 초점의 단위는 마이크론이며, 도시된 포인트에 대한 범례는 노출량/클리어(clear)를 위한 노출량(즉, 기판상의 비패턴 영역을 클리어하는데 필요한 도즈)의 비율을 단위없이 도시한 것이다. 도 9 및 도 10은 도 7에 도시된 타입의 상보형 레지스트 형상 및 공간의 라인(형상) 폭 및 공간 폭의 측정을 초점의 함수로서 각각 도시하고 있으며, 여기서, 공칭 폭 Wl은 0.3 마이크론인 공칭 폭 Ws와 동일하다. 도 11 및 도 12는 전술한 상보형 레지스트 형상 및 공간 폭 치수의 차분 및 합을 초점의 함수로서 각각 도시하고 있다.
도 13 및 도 14는 도 7에 도시된 타입의 상보형 레지스트 형상 및 공간의 라인(형상) 길이 및 공간 길이의 측정을 초점의 함수로서 각각 도시하고 있으며, 여기서, 공칭 길이 Ll은 1 마이크론인 공칭 길이 Ls와 동일하다. 도 15 및 도 16은전술한 상보형 레지스트 형상 및 공간 길이 치수의 차분 및 합을 초점의 함수로서 각각 도시하고 있다.
따라서, 리소그래픽 프로세스에서의 초점 또는 노출량 파라미터의 제어시, 다음과 같은 단계를 취할 것이다.
1) 레지스트 임계값을 갖는 레지스트 재료의 층이 그 위에 증착되는 기판을 제공하는 단계.
2) 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상 및 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 상보형 톤 패턴을 레지스트상으로 조명 및 노출시키는 단계. 형상 및 공간은 서로에 대해 알려진 관계를 갖는 대응 치수를 갖는다.
3) 레지스트막상에 상보형 톤 형상 및 공간의 잠상을 생성하고, 선택적으로, 잠상의 형상 및 공간을 현상하는 단계.
4) 잠상 또는 현상의 형상 및 공간의 대응 치수를 측정하는 단계.
5) 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성을 잠상 또는 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정하는 단계.
또한, 도 9 내지 도 16에 도시된 타입의 노출/초점 매트릭스를 생성하는 것이 유리하며, 이 매트릭스는 측정된 라인 및 공간의 폭과, 측정된 라인 및 공간의 길이를, 이들 폭 및 길이의 합 및 차분과 함께, 초점 및 노출 파라미터의 함수로서 맵핑한다. 제품 기판상의 초점 또는 노출량을 조절할 필요가 있는 경우, 이들 관계를 이용하여 노출 및/또는 초점 파라미터의 조절을 교정할 수 있다.
리소그래픽 패턴 에칭의 결과는 상보형 에칭 패턴의 치수의 합 및 차분에 따라 또한 상이할 수 있다고 알려져 있다. 즉, 에칭 형상 또는 에칭 공간의 치수는 에칭 시간 및 속도에 따라 반대의 방향으로 변하는 반면, 단지 에칭 프로세스에 있어서의 보다 기초적인 변화에 따라서만 동일한 방향으로 변할 것이다. 이들 기초적인 에칭 프로세스의 변화는 측벽상에 에칭 재료를 증착하는 효과와, 본 기술 분야에서 "중합(polymerization)"으로서 전형적으로 특징지워지는 것을 포함한다.
예를 들면, 도 7에 도시된 레지스트 형상 및 공간을 에칭한 후, 상승형 에칭 이미지(222 및 224)는 기판의 베이스(82)상에 남아있는 것으로 도 17에 도시되어 있다. 에칭 이미지와 관련하여 사용된 "형상"은 기판으로부터 제거되지 않고, 기판 재료가 제거되는 영역에 의해 범위가 정해지는 에칭 이미지의 영역을 의미한다. 또한, 형상은 라인을 의미할 수도 있다. 에칭 이미지와 관련하여 사용된 "공간"은 기판으로부터 제거되고, 기판 재료가 제거되지 않은 영역에 의해 범위가 정해지는 에칭 이미지의 영역을 의미한다. 또한, 공간은 트렌치를 의미할 수도 있다. 에칭 이미지의 형상(222)은 레지스트 형상(122)에 대응하고, 에칭 이미지 공간(226)은 레지스트 공간(126)에 대응한다. 에칭 형상(222)의 폭 및 길이는 각각 Wl및 Ll이다. 에칭 공간(226)의 폭 및 길이는 각각 Ws및 Ls이다. 마찬가지로, 도 17에는 도 7의 대응하는 레지스트 이미지를 에칭한 후 남아있는 상승형 에칭 이미지(222a 및 224a)가 도시되어 있다. 에칭 형상(222a)의 길이는 Ll이고, 에칭 공간(226a)의 길이는 Ls이다.
또한, 상이한 톤 패턴의 차등 에칭 속도(differential etch rate)에 민감한 에칭 시간 및 다른 에칭 파라미터는 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 수학적 함수로서 결정될 수 있다. 에칭 패턴의 형상 및 공간의 상보형 톤 라인 길이 패턴의 합 및 차분을 취함으로써, 에칭 시간 및 에칭 속도 편차(etch rate variation)의 효과는 에칭 프로세스에서의 보다 기초적인 변화로부터 구별될 수 있다. 특히, 에칭 형상과 에칭 공간의 치수 차분을 취함으로써, 에칭 시간 및 에칭 속도 편차의 효과를 결정할 수 있다. 에칭 형상과 에칭 공간의 측정 치수의 합을 취함으로써, 상이한 톤 패턴의 차등 에칭 속도에서의 변화와 같은, 에칭 프로세스에서의 기타, 보다 기초적인 변화를 결정할 수 있다. 제품 웨이퍼상에서 측정가능한 상보형 톤 라인 길이 패턴을 이용하면, 노출량 및 에칭 시간/에칭 속도 편차를 정정하고, 초점 및 에칭 조건에서의 유해한 변화를 결정할 수 있는 패터닝 제어 시스템을 구현할 수 있다.
잠상 또는 레지스트의 형상 및 공간과 같이, 실제의 측정은 기판 베이스상의 에칭 이미지의 형상 및 공간의 대응하는 치수로 형성된다. 이들 측정 치수는 동일한, 즉 대응하는 치수에 대해 서로 비교된다. 예를 들면, 도 17의 에칭 이미지 또는 레지스트 이미지의 상보형 패턴 비교시, Ll은 Ls와 비교되고, Wl은 Ws와 비교될 것이다. 비교를 쉽게 하기 위해, 측정될 형상 및 공간의 공칭 상보형 치수는 그들의 공칭값에 의해 형성되는 바와 같이, 서로 동일하거나 소정의 알려진 관계이어야 한다. 예를 들면, 이상적인 노출 및 초점 조건하에서, Ll은 c × Ls와 동일하고, Wl은 d × Ws와 동일하다. 마찬가지로, 도 18의 에칭 이미지 또는 레지스트 이미지의 상보형 패턴 비교시, Ll은 Ls와 비교될 것이다.
이상적인 조건하에서, 에칭 이미지의 형상의 측정 치수와 에칭 이미지의 공간의 측정 치수 사이의 차분은 사전결정된 표적치일 것이다. 이 표적치는 양, 음 또는 0의 임의의 값일 것이다. 예를 들면, 레지스트 이미지의 형상 및 공간의 치수가 동일(또는, 거의 동일)한 경우, 에칭 이미지의 형상 및 공간의 차분의 표적치는 0일 수 있다. 표적치에 대해 수용가능한 허용 오차는 에칭 시간 및 에칭 속도 편차가 수용될 수 있는 포인트를 표시하는 실험에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 측정 치수의 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어나는 경우, 에칭 시간 및 에칭 속도를 변화시켜, 에칭 이미지의 형상과 에칭 이미지 공간 사이의 치수의 변화를 정정할 수 있다.
상이한 톤 패턴의 차등 에칭 속도와 같은 다른 에칭 프로세스 파라미터를 제어하는 경우, 형상 및 공간의 선택된 치수의 합을 고려하여, 표적치를 결정한다. 예를 들면, 레지스트상의 형상 및 공간의 치수가 동일한 경우, 에칭 이미지의 형상 및 에칭 이미지 공간의 측정된 대응하는 치수의 합은 완벽한 에칭 프로세스 조건하에서 형상 또는 공간의 공칭 치수에 두 배가 될 수 있다. 이 예에서, 공칭 치수를 두 배한 값을 에칭 이미지의 형상 및 에칭 이미지의 공간의 측정 치수의 합으로부터 빼면, 표적치는 0이 될 수 있다. 그러나, 표적치에 대해 수용가능한 허용 오차는 다른 에칭 프로세스 변화에 대해 수용가능한 실험에 의해 결정될 수 있다.이 결정 값이 사전결정된 허용 오차를 벗어난다면, 다른 에칭 프로세스 파라미터를 변형 및 변화시키는 단계가 취해질 수 있다.
프로세스에서 제어 시간 및 다른 에칭 파라미터를 제어하기 위해, 바람직하게, 다음과 같은 단계들이 취해진다.
1) 레지스트막으로 형성된 현상 형상 및 레지스트막으로부터 제거된 현상 공간을 갖는 상보형 톤 현상 패턴을 갖는 레지스트막층을 그 위에 구비한 기판을 제공하는 단계. 현상의 형상 및 공간은 대응하는 치수를 갖는다.
2) 원하는 시간 동안 현상의 형상 및 공간을 에칭제와 접촉시켜, 상기 기판상에 현상 형상의 에칭 이미지 및 상기 현상 공간의 에칭 이미지를 생성하는 단계.
3) 에칭 이미지의 형상 및 공간의 대응 치수를 측정하는 단계.
4) 시간 또는 다른 에칭 파라미터를 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정하는 단계.
노출/초점 조절과 같이, 도 9 내지 도 16에 도시된 타입의 에칭 시간 매트릭스를 생성하는 것이 유리하며, 이 매트릭스는 측정된 라인 및 공간의 폭과, 측정된 라인 및 공간의 길이를, 이들 폭 및 길이의 합 및 차분과 함께, 에칭 시간 및 다른 에칭 파라미터의 함수로서 맵핑한다. 제품 기판상에 에칭 시간 및 다른 에칭 파라미터가 필요한 경우, 이들 관계를 이용하여 각각의 파라미터의 조절을 교정할 수 있다.
도 19에는 본 발명을 실행하기 위한, 바람직한 결정 흐름도가 도시되어 있다. 먼저, 단계(302)에서 마스크 패턴이 마련되어, 전술한 바와 같이 상보형 불투명 형상 및 투명 공간과 함께 노출된다. 이 예에서 형상 및 공간은 동일한 치수를 갖는다. 잠상의 형상 및 공간이 측정되면, 프로세스는 다음 단계로 바로 진행한다. 레지스트 이미지의 형상 및 공간이 측정되면, 잠상이 현상된다. 단계(304 및 306)에서, 잠상 또는 레지스트의 형상 및 공간이 각각 측정된다. 단계(308)에서는 잠상 또는 레지스트의 형상 및 공간의 측정의 합 및 차분이 결정된다. 단계(310)에서 차분 비교시, 차분이 표적치에 대해 사전결정된 허용 오차를 벗어나면, 프로세스의 노출부는 실패(fail)로 간주되고, 노출량이 조절된다(단계(312)). 조절한 후에, 상보형 마스크 패턴이 다시 노출되며(단계(302)), 앞에서와 같이 재측정된다. 단계(310)에서의 차분이 표적치에 대한 허용 오차 이내이면, 노출량 프로세스는 다음 단계로 진행하여, 패턴을 에칭한다(단계(318)).
단계(308) 이후, 잠상 또는 레지스트의 형상 및 공간의 측정값의 합이 구해지고, 공칭 치수를 두 배한 값이 이로부터 감산된다. 단계(314)에서 이 값을 비교시, 값이 표적에 대해 사전결정된 허용 오차를 벗어나면, 프로세스의 초점부는 실패로 간주되어, 초점량이 조절된다(단계(316)). 조절 후에, 상보형 마스크 패턴이 다시 노출되고(단계(302)), 앞에서와 같이 재측정된다. 단계(314)에서의 값이 표적치에 대한 허용 오차 이내이면, 초점 프로세스는 단계(318)로 통과되어, 패턴을 에칭한다.
상보형 패턴은 에칭되고, 에칭된 형상 및 공간은 단계(320 및 322)에서 각각 측정된다. 에칭된 형상 및 공간의 측정의 합 및 차분이 단계(324)에서 결정된다.단계(326)에서의 차분 비교시, 차분이 표적치에 대해 사전결정된 허용 오차를 벗어나면, 프로세스의 에칭 시간 및 에칭 속도 부분은 실패로 간주되고, 시간 및 에칭 속도가 조절된다(단계(328)). 조절한 후에, 상보형 레지스트 패턴이 다시 에칭되고(단계(318)), 앞에서와 같이 재측정된다. 단계(326)에서의 차분이 표적치에 대한 허용 오차 이내이면, 에칭 시간 및 에칭 속도 프로세스는 통과되고, 프로세스의 이 부분은 완료된 것으로 간주된다.
단계(324) 이후에, 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정값의 합이 구해지고, 공칭 치수를 두 배한 값이 이로부터 감산된다. 단계(330)에서 이 값의 비교시, 값이 표적치에 대해 사전결정된 허용 오차를 벗어나면, 에칭 프로세스의 다른 부분은 실패로 간주되고, 다른 부분이 조절된다(단계(332)). 조절한 후에, 상보형 레지스트 패턴은 다시 에칭되고(단계(318)), 앞에서와 같이 재측정된다. 단계(330)에서의 차분이 표적치에 대한 허용 오차 이내이면, 에칭 프로세스의 다른 부분은 완료된 것으로 간주된다.
전술한 바와 같이, 우선 리소그래픽 파라미터(초점 및 노출 파라미터)를 제어한 후, 에칭 파라미터(시간 및 다른 파라미터)를 제어하는 본 발명의 프로세스에서, 에칭을 시작하기에 앞서, 리소그래픽 파라미터를 정정하여 원하는 허용 오차의 레지스트 형상 및 공간을 얻는다. 또한, 에칭 프로세스를 이용하여, 리소그래픽 허용 오차를 벗어나는 경우를 정정하거나 보상할 수 있다. 예를 들면, 리소그래픽 프로세스의 노출 파라미터가 사전결정된 허용 오차를 벗어나는 것으로 결정되면, 노출 파라미터를 직접 정정하기 보다는, 에칭 프로세스에서 보상을 하여 노출에서의 결함을 극복할 수 있다. 이러한 방법으로, 리소그래픽 프로세스를 반복하여 문제점을 정정하기 보다는, 리소그래픽 문제점의 본질에 대한 지식을 이용하여 차후의 에칭 단계에서 정정을 행한다.
바람직하게, 잠상/현상 및 에칭 이미지의 형상 및 공간의 치수는 사용된 계측 기기의 해상도보다 크다. 격리된 혹은 중첩된 라인 또는 트렌치의 폭에 대한 경우와 같이, 사용된 최소 치수는 회로 패턴의 최소 피쳐 크기의 차수상에 있을 수 있다.
전술한 방법에 의해, 본 발명은 에칭 시간 및 에칭 속도 조건과, 다른 에칭 프로세스 조건을 결정하는 테스트 패턴 및 평가 방법 뿐만 아니라, 노출 및 초점 조건을 결정하는 테스트 패턴 및 평가 방법을 제공한다. 각각의 방법의 경우, 반도체 패턴 프로세스에서 하나의 패턴 그룹은 노출과 초점 문제점들 사이 또는 에칭 시간 및 에칭 속도 문제점과 다른 에칭 프로세스 문제점들 사이를 구별할 수 있다. 본 발명은 현존하는 기기와, 노출 및 에칭 장비와 함께 사용될 수 있으며, 이용하기가 쉽고, 비용이 저렴하다.
도 11, 도 12 및 도 15, 도 16에 도시된 시뮬레이션 예의 경우에 조차도, 형상 및 공간 치수의 차분 및 합은 전체 도즈 및 초점 영역에 걸쳐 도즈와 초점 의존성을 완전하게 분리하지 못하는 것으로 알려져 있다. 도 11 및 도 15의, 차분을 도시한 도면은 차분의 치수가 "유사 초점(isofocal)"값―이 값에서 차분치가 초점과 무관하게 됨―으로부터 벗어남에 따라 초점 의존성이 증가함을 보여주고 있다. 도 12 및 도 16의, 합을 도시한 도면은 선량을 변화시킬 때 곡선들이 특히, 디포커스의 극단에서 어느 정도 분리됨을 도시하고 있다.
실제에 있어서, 노출량 및 초점을 갖는 공간 및 형상의 형태는 시뮬레이션된 예의 곡선과는 상이한 곡선을 따를 것이다. 공칭적으로 동일한 공간 및 형상에 있어서, 도즈 및 초점에 대한 상대적 감도의 관측된 차이와, 심지어 최적의 초점 위치의 관측된 차이도 리소그래피 및 에칭 프로세스의 비선형 특성에 기인한 것으로 볼 수 있다. 특정의 영향을 미치는 요인의 몇몇 예는 다음과 같다.
1. 주어진 패턴 레벨의 경우, 마스크 치수를 복사하는 도즈 조건에 대한 과대 노출 또는 과소 노출 조건에서 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 도즈 동작점을, 공간 및 형상이 도즈 변화에 대해 상이한 감도를 갖는 초점 노출판의 영역으로 변이할 수 있다.
2. 형상 및 공간의 상대적 크기 또는 코너 라운딩(corner rounding) 속성 과 같은, 마스크의 특성은 그들의 도즈 및 디포커스 감도에 있어서 차이를 발생시킬 수 있다.
3. 콘트라스트 및 적정 노출 범위(exposure latitude)와 같은 레지스트의 특성.
4. 플레어(flare)와 같은, 노출 기기에 의해 생성된 공간 이미지의 특성.
5. 국부 패턴 밀도(local pattern density)에 대한 감도와 같은, 에칭 프로세스의 특성.
형상 및 공간이 매우 상이한 감도를 나타내는 조건하에서는, 각각의 치수의 단순한 합 및 차분보다는, 도즈, 초점 및 에칭 변수의 분리를 위한 보다 정교한 방식이 필요할 것이다.
도 20에는 톤 반전형 패턴을 이용하는 향상된 피쳐 크기 제어 시스템의 흐름도가 도시되어 있으며, 이것은 리스그래피의 노출량 및 초점 특성에 대한 것이다. 프로세스는 우선, 일련의 상이한 노출 및 초점 조건(350)하에서 상보형 톤 반전형 패턴을 프린트함으로써 특징지워진다. 각각의 (Ei, Zj) 조합에 대해, 형상(Aii) 및 공간(Bii) 치수가 측정된다(352). 표적치 (AtoBto)는 회로 패턴의 원하는 치수에 대한 상관 관계에 의해 결정된다(박스 354). z에 따른 A 및 B의 변화율이 최소인 포인트로서 결정된 최적의 초점 Z0에서, 그 표적치는 단일한 도즈값, Ei에 대응해야 한다.
박스(356)에서, 표적치(Ato, Bto및 Et, Zo)의 근처에서의 도즈 및 초점에 대한 형상 및 공간 치수의 의존성은 매개 변수 방정식의 세트에 의해 모델링된다.
여기서, α, β, ε 및 ζ는 표적치로부터의 편차로서 정의된다. 즉, α = A-Ato, β = B-Bto, ε = E-Et및 ζ = z-zo.
예를 들면, 다음과 같은 수학식은 형상 및 공간 패턴 사이에서 (기울기 파라미터 a2, b2에 의해 표현되는) 노출량 감도와 (곡선 파라미터 a1, b1에 의해 표현되는) 디포커스 감도가 다른 경우를 포착하는데 사용된다. 파라미터 (a1, a2, ...) 및 (b1, b2, ...)는 측정된 도즈 초점 데이터에 대한 통상의 최소 제곱 적합(least-squares fit)에 의해 결정될 수 있다.
일단, 모델에 대한 적합에 의해 파라미터가 설정되면, 수학식 1의 세트를 이용하여 형상 및 공간 치수에 대한 도즈 및 초점의 의존성을 풀 수 있다(박스 358).
수학식 2, 3 및 4에 의해 주어진 예는 다음의 수학식과 같이 분석적으로 표현될 수 있다.
수학식 2의 예보다 복잡한 수학식 1의 모델의 경우, 분석적인 해법은 가능하지 않을 것이며, ε 및 ζ를 풀기 위해서는 수치 방법이 사용되어야 한다. 형상 및 공간의 도즈 및 초점 감도가 동일한, 즉, b1=a1및 b2=a2인 보다 간단한 경우, 수학식 5 및 6은 단순한 합 및 차분의 표현식으로 된다.
도즈 및 초점에 대한 형상 및 공간 의존성에 관한 기본 물리 이론(physics)에 의하면, 수학식 3 및 4의 도즈 및 초점 편차에 대한 보다 복잡한 표현이, 수학식 7 및 8의 단순한 합 및 차의 표현에 대한 변형으로서 동작할 것이라고 한다. 따라서, 도 19에 도시된 제어 시스템의 합 및 차분 경로는 형상 및 공간 치수의 "변형된(modified)" 합 및 차분으로서 가장 일반적으로 기술될 수 있다.
전술한 내용은 톤 반전형 패턴을 이용하여 피쳐 크기 제어 시스템의 동작 조건이 설정될 수 있는 설정 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 이후의 제조시 제어 시스템의 인라인 구현시에 이용될 수 있다.
셋업 절차에서 결정된 표적 도즈 및 초점 (Et, zo)은 제조 프로세스를 시작하는데 사용될 수 있다. 시간에 대해, 요구되는 치수 허용 오차내로 제품을 유지하는데 요구되는 정정으로 인해, 원래의 표적치로부터의 편차가 발생되어, i 번째 제품 로트(lot)에 대해 평가된 도즈 및 초점이 도 20의 우측에 도시된 바와 같이 (Ei,zi)가 된다. 각각의 생산 로트는 기판상에, 전술한 바와 같이 하나 이상의 상보형 톤 반전형 패턴을 가질 것이다. (Ei, zi)에서 로트를 노출시키고(박스 362), 패턴의 형상 및 공간을 측정한 후(박스 364), 각각의 표적치 (Ato, Bto)로부터의 톤 반전형 측정값 (Ai, Bi)의 편차는 사전결정된 수학식 3 및 4에서 대체되어, 동등한 도즈 및 초점 편차 (εi, ζI)를 계산한다(박스 372). i 번째 로트의 노출이 반복된다면, 셋팅 (Ei-εi, zi-ζI)은 표적 치수 (Ato, Bto)를 보장할 것이다. 그러나, 실제에 있어서, (i+1) 번째 로트에 대해 사용될 셋팅을 예측하기 위해서는 보다 많은 값이 필요하다. 계속적으로 동작하는 제조 라인에서, 도즈는 마지막 N 개 로트를 기초로 하여 예측할 수 있다. 제품 흐름의 연속성 및 프로세스의 안정성에 따라, 적절한 예측 알고리즘을 얻을 수 있으며, 예를 들면, 롤링 평균(rolling average)이 그것이다.
그 후, 새로운 셋팅이 처리될 기판(박스 380)의 다음 로트에 피드백되며(박스 374), 필요하다면, 초점(박스 376) 또는 노출량(박스 378)에 대한 정정이 행해진다.
치수의 변화는 일반적으로 디포커스와 대칭적이므로, 초점 정정의 표시(sign)에 관해서는 애매함이 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 다음과 같은수학식에 의해 초점 편차의 통계적 체크를 사용하여, 특정의 로트에 상당한 초점 변이가 발생하였는지 여부를 판정할 수 있다.
여기서, |ζi|는 i 번째 로트상에서의 계산된 초점 변이의 절대값이고, μ|ζ|는 여러 로트에 대한 초점 변이의 절대값의 평균값이며, σ|ζ|는 표준 편차다. 상당한 초점 변이는 드물다고 여겨지기 때문에, 하나가 발생되었을 때 신호를 보내고, 초점이 의도적으로 변경된 제품 웨이퍼의 측정을 행하는 통상의 기법에 의하여 정정의 표시를 결정할 수 있으면 충분하다.
상기 및 도 20에서 기술된 것과 유사한 방법을 이용하여, 기판상의 레지스트막층상의 상보형 톤 현상 패턴에 의해 에칭 및 다른 파라미터를 제어할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 프로세스는, 우선 일련의 상이한 에칭 시간 조건(박스 380)하에서, 상보형 톤 반전형 패턴을 에칭함으로써 특징지울 수 있다. 각각의 Ti조건에 대해, 형상(Ai) 및 공간(Bi) 치수가 측정된다(박스 382). 각각의 시간 To에 대응하는 표적치 (Ao, Bo)는 회로 패턴의 원하는 치수에 대한 상관 관계에 의해 결정된다(박스 384). T에 따른 A 및 B의 변화율이 최소인 포인트로서 결정되는 최적의 에칭 시간 To에서, 표적치는 단일한 도즈값, Ti에 대응해야 한다.
박스(386)에서, 표적치 (Ao, Bo및 To)의 근처에서의 에칭 시간에 대한 형상및 공간 치수의 의존성은 매개 변수 방정식의 세트에 의해 모델링된다.
여기서, α, β 및 τ는 표적치로부터의 편차로서 정의된다. 즉, α = A-Ao(형상 치수), β = B-Bo(공간 치수), τ = T-To(에칭 시간)이다.
예를 들면, 다음의 수학식을 이용하여 형상 및 공간 패턴 사이의 (기울기 파라미터 a1, b1로 표현되는) 에칭 감도가 다른 경우를 포착한다. 파라미터 a1및 b1은 측정된 에칭 조건 데이터에 대한 통상의 방법에 의해 결정될 수 있다.
일단, 모델에 대한 적합에 의해 파라미터가 확정되면, 수학식 11의 세트를 이용하여 형상 및 공간의 치수에 대한 도즈 및 초점의 의존성을 풀 수 있다(박스 388).
수학식 12에 의해 표현된 예의 경우, 수학식 13 및 14는 다음의 수학식과 같이 분석적으로 표현될 수 있다.
A 및 B를 측정함으로써, 동일해야 할 에칭 시간 편차 (τα, τβ)에 관해 중복 결정(redundant determination)이 이루어진다. 실제에 있어서, 이들이 통계적으로 크게 다르다면, 근본적인 에칭 특성에서의 변화가 표시될 것이다. 통계적 프로세스 제어 계측을 τα- τβ= δτ에 적용하여, 상당한 프로세스 변이가 발생되었는지 여부를 결정한다.
셋업 절차에서 결정된 표적 에칭 시간 (To)을 이용하여 제조 프로세스를 시작할 수 있다. 시간에 대해, 요구되는 치수 허용 오차내로 제품을 유지하는데 필요한 정정으로 인해, 원래의 표적치로부터의 편차가 발생되어, i 번째 제품 로트에 대해 평가된 에칭 조건이 도 21의 우측에 도시된 바와 같이 (Ti)가 된다. 각각의 생산 로트는 기판상에, 전술한 바와 같이 하나 이상의 상보형 톤 반전형 패턴을 가질 것이다. (Ti)에서 로트를 에칭시키고(박스 392), 패턴의 형상 및 공간을 측정한 후(박스 394), 각각의 표적치 (Ao, Bo)로부터의 톤 반전형 측정값 (Ai, Bi)의 편차를 사전결정된 수학식 13 및 14에서 대체하여, 동등한 에칭 편차 (τi)를 계산한다(박스 402). i 번째 로트의 노출이 반복된다면, 셋팅 (Ti-τi)는 표적 치수(Ao, Bo)를 보장할 것이다. 그러나, 실제에 있어서, (i+1) 번째 로트에 대해 사용될 셋팅을 예측하기 위해서는 보다 많은 값이 필요하다. 계속적으로 동작하는 제조 라인에서, 에칭 시간은 마지막 N 개 로트를 기초로 하여 예측될 수 있다. 제품 흐름의 연속성 및 프로세스의 안정성에 따라, 적절한 예측 알고리즘을 얻을 수 있으며, 예를 들면, 롤링 평균이 그것이다.
그 후, 새로운 셋팅이, 처리될 기판(박스 390)의 다음 로트에 피드백되며(박스 404), 필요하다면, 에칭 시간(박스 408)의 정정 혹은 에칭 진단(etch diagnostics) 및 리셋업(re-setup)(박스 406)이 행해진다.
본 발명의 향상된 계측 표적은 자체 일치 설계(self-consistent design)를 이용하여 광학 현미경의 한계를 극복한다. 전술한 바와 같이, 표적은 각각의 패턴 엘리먼트 대신에 어레이 에지의 측정을 사용한다.
바람직하게는, 본 발명의 표적의 인라인 측정을 제공하기 위해, 그 개시 내용이 본 명세서에서 참조로 인용된, 미국 특허 출원 제 08/643,138 호 및 "Optical Metrology Tool And Method of Using Same"이란 명칭의 미국 특허 출원 제 호(attorneys docket no. FI9-97-151)에 개시된 바와 같은 광학 이미지화 기기 및 시스템이 사용된다. 기판 웨이퍼상의 이러한 표적은 피치(pitch) P인 평행한 패턴 엘리먼트 또는 라인의 어레이의 일부에 존재한다. 피치는 특정의 마스크층을위한 칩 설계에서 최소 피치에 정합된다. 어레이의 폭 Wo은 계측 기기의 최소 해상도에 비해 크다. 도시된 바와 같은 특정의 패턴 설계의 경우, Wo은 각각의 패턴 엘리먼트의 길이에 또한 대응한다. 다음의 수학식과 같이 P가 광학 해상도(optical resolution)보다 작으면,
―여기서, 광원의 파장은 λ, 광학 계측 기기 개구수는 NA, 부분 가간섭성(可干涉性)은 σ임―어레이의 광학 이미지(optical image)는 도시된 바와 같이 피쳐가 없는 넓은 라인일 것이고, 패턴 엘리먼트는 피치의 방향에서 해상되지 않으나, 어레이 폭의 방향에서는 잘 해상될 것이다. 어레이 엘리먼트가 해상되지 않도록, 어레이 피치, 개구수, 가간섭성 및 광원의 파장을 선택하는 광학 현미경을 사용하면 피쳐가 없는 라인의 이미지를 초점내로 끌어들일 수 있고, 잘 알려진 여러 가지 기법에 의한 알고리즘을 적용함으로써 에지 검출을 행하여, 측정된 어레이 폭을 결정할 수 있다.
최소 피치가 측정 방향에 수직인 이러한 표적 설계를 이용함으로써, 그 폭보다는 최소 치수 패턴의 길이를 모니터링한다. 소정의 주어진 리소그래픽 프로세스의 해상 한도에 근접함에 따라, 라인의 폭보다는 라인의 길이가 프로세스의 조건에 더욱 민감한 경향이 있다.
측정 방향에 수직인 표적 피치를 가짐으로써 얻을 수 있는 추가적인 이점은,수학식 17을 만족해야할 필요성, 즉, 피치를 광학 현미경의 해상도보다 작게 유지해야 할 필요성을 완화한다는 것이다. 패턴 엘리먼트를 부분적으로 또는 심지어 완전히 해상하면, 그 결과 어레이의 에지를 따라 존재하는 화소가 그 에지 위치에서 변조를 겪게 된다. 그러나, 어레이의 길이에 걸쳐 평균적으로는, 이것은 여전히 주로 개별 라인의 길이에 민감한 단일한 에지 위치를 발생시킨다. 그럼에도 불구하고, 검출된 강도의 에지 예리성은 라인이 해상될 때 감소하므로, 측정의 정밀도는 저하된다. 반도체 제조 응용에 대한 계측 방식을 최적화하기 위해, 본 발명의 향상된 광학 현미경의 구성은 바람직하게, 전술한 바와 같이 수학식 17이 사용된 표적이 부합하도록 보장한다.
표적의 구성은, 제조 프로세스(예를 들면, 라인, 콘택트 또는 아일랜드(islands))에서의 패턴층을 모사하고, (예를 들면, 테이퍼형 라인(tapered lines), 대거(daggers) 또는 부해상도(subresolution) 패턴을 이용하여) 계측의 감도를 향상시키고, 리소그래픽 프로세스의 일정한 특성(예를 들면, 선형성(linearity), 근접성 바이어스(proximity bias))을 특징지우도록 조정될 수 있다. 표적은 패터닝 프로세스 제어를 위한 두 개의 톤의 임계 치수 변화의 광학 측정을 가능하게 한다.
도 22a 및 도 22b에는 제 1 표적이 도시되어 있다. (좌측의) 대비 표적 영역 또는 아일랜드와 기판상의 주변 클리어 영역 사이의 전이부(transition)가 임의의 패턴 형상의 에지(141)를 정의한다(도 22a). 표적 영역의 일직선 에지(140)는 도 22b에 도시된 바와 같이 사형(蛇形) 에지(serpentine edge)(142)를 생성함으로써, 측정가능한 패턴으로 변형될 수 있다. 에지(142)는 표적(140')의 에지(141)를 이격된 개별 엘리먼트(143)의 유사 대비 어레이와 접촉시킴으로써 생성된다. 각각의 엘리먼트(143)는 길이 및 폭을 가지고, 어레이의 단부는 어레이 에지(141, 142)를 형성하는 (엘리먼트(143)의 길이에 수직인) 평행한 라인을 따라 형성된다. 각각의 엘리먼트들 사이의 공간(클리어 영역)은 엘리먼트의 폭과 동일하다. 어레이의 폭 W는 엘리먼트 또는 라인(143)의 길이와 동일하고, 어레이의 길이 L은 엘리먼트(143)의 제 1 및 마지막 엘리먼트의 양측의 먼 에지들 사이의 거리와 동일하다.
도 22b의 패턴의 측정은 사형 영역과 주변의 클리어 영역 사이에 검출가능한 에지의 존재를 제공하는 (광학 현미경 검사, 주사 전자 현미경 검사 및 원자력 현미경 검사와 같은) 여러 가지 계측 기법을 이용하여 수행될 수 있다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 표적(145)은 이격된 평행한 라인(147)으로 형성된 어레이의 에지와 접촉하는 일직선 에지(146)를 갖는 대비 영역(144)을 갖는다. 영역(144) 반대쪽의 라인(147)의 단부는 사형 에지(148)를 형성한다. 표적(145)을 측정하기 위해, 사형의 각각의 엘리먼트가 잘 해상될 필요는 없다. 특히, 각각의 엘리먼트를 해상하지 않음으로써, 도 23b에 도시된 바와 같은 이러한 사형 에지로부터 광학적으로 측정가능한 상보형 톤 패턴이 생성될 수 있으며, 여기서, 광학 대비는 패턴(145)의 라인 및 공간(144)측 모두에서 관측된다. 패턴의 치수(Wis및 Lis)는 초점에 민감한 반면, 패턴의 위치의 중점 (X, Y)은 노출에 민감하며, 여기서, X는어레이 폭 Wis의 중점이고, Y는 어레이 길이 Lis의 중점이다.
도 22b 및 도 23a의 기본적인 패턴으로부터 여러 가지 콤팩트한, 측정가능한 패턴을 구성할 수 있다. 도 24의 (a)에는 대비 영역(151)의 에지(154)에서의 폭으로부터 반대쪽 어레이 에지(153)에서의 포인트로 아래로 점점 가늘어지는 라인(152)을 이용하여 형성된 사형 에지(153)를 갖는 톤 반전형 표적(150)이 도시되어 있다. 실제에 있어서, 사형의 각각의 엘리먼트는 (전형적으로 25 nm인) 최소 설계 격자의 증분으로 단계적으로 패터닝함으로써 형성된다. 도 24의 (b)에 도시된 바와 같이, 대칭적으로 계단화하여 라인(152a)을 형성하거나, 도 24의 (c)에 도시된 바와 같이, 한쪽 측면만을 계단화하여 라인(152b)을 형성할 수 있다. 한쪽 측면만을 계단화하는 것은 점진적으로 단부를 가늘어지게 할 수 있다는 이점이 있다.
도 25에는 톤 반전형 어레이를 이용한 표적의 개선예가 도시되어 있다. 표적(170)은 어레이(171, 173)와 동일한 공칭의 길이 및 폭의 직사각형 영역 또는 아일랜드(형상)(172)의 반대쪽 측면상에 접촉하는 동일한 길이의 평행한 엘리먼트 또는 길이(형상)(175)의 한 쌍의 미러 이미지 어레이(171, 173)를 포함한다. 라인(175) 및 아일랜드(172)는 모두 기판과 대비된다. 어레이(171)의 프리 에지(free edge)의 위치는 x1로서, 어레이(173)의 프리 에지의 위치는 x4로서, 어레이(171)와 아일랜드(172) 사이의 공통 에지의 위치는 x2로서, 어레이(173)와 아일랜드(172) 사이의 공통 에지의 위치는 x3으로서 도시되어 있다. 어레이(171, 173)및 아일랜드(172)의 폭은iWo로 주어진다. 어레이(173)는 (라인(175, 179)의 길이에 공칭적으로 동일한) 거리iSo만큼 어레이(177)로부터 이격되며, 어레이(177)는 동일한 길이의 평행한 라인(179)을 포함하고, 유사한 공칭의 길이 및 폭의 직사각형 아일랜드(178)와 어레이 에지를 따라 접촉한다. 어레이의 프리 에지의 위치는 x5로서, 어레이(177)와 아일랜드(178) 사이의 공통 에지의 위치는 x6으로서 도시된다.
바이어스 및 피치를 아일랜드 및 공간의 에지 위치의 함수로서 표현하면, 초점, 막 두께 및 기판 특성과 같은 다른 프로세스 변수에 대한 CD 응답으로부터 노출량 및/또는 에칭 시간에 대한 CD 응답을 분리할 수 있다. 예를 들면, 아일랜드 대 공간 바이어스isBm및 피치pWm,pSm은 다음의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
아일랜드(형상) 및 공간의 에지는 노출량의 변화에 따라 서로 반대 방향으로이동하지만, 디포커스(defocus)의 변화에 따라 동일한 방향으로 이동하기 때문에,isBm은 기본적으로 도즈에 민감하고, 디포커스에는 민감하지 않으며, 피치pWm,pSm은 기본적으로 디포커스에는 민감하고, 도즈에는 민감하지 않다. CD의 도즈 및 디포커스에 대한 의존성을 구별하는 능력은 톤 반전형 표적의 주요 특성이다.
아일랜드(형상) 및 공간 패턴이 광학 현미경에서 이미지화될 때 유사한 대비를 갖는다면(예를 들면, 주변의 배경에 대해 둘다 암(dark)이면), 기판의 특성에 따른 감지된 에지 위치의 변화는 형상 및 공간에 대략적으로 동일한 영향을 미칠 것이다. 따라서, 두 개의 패턴 폭 사이의 차이로서 표현되는 도즈 의존적(dose dependent)isBm은 기판의 광학 특성에 있어서의 변화에 비교적 민감하지 않을 것이다. 도즈는 CD에 대한 중요한 파라미터이기 때문에, 기판의 특성에 대한 오 감도를 억제하는 능력은 톤 반전형 표적의 제 2의 중요 특성이다.
바람직한 표적은 그 내부의 피치 P 및 그 어레이 폭 W에 의해 정해질 수 있다. 표적과 그 주변 영역 사이에는 적절한 이미지 대비가 있어야 한다. 이미지 대비는, 파장 및 부분 가간섭성 기기 파라미터, 패터닝된 표적의 광학적 특성, 패터닝되지 않은 인접 영역 및 아래에 놓인 기판의 함수이다. 다른 파장에서, 패터닝된 영역은 주변의 영역보다 더 밝거나, 더 어둡게 될 수 있으며, 보다 높은 대비 영역의 대역폭은 25-50 nm 차수상에 있는 경향이 있다. 도 25에 도시된 표적에서, 대비는 주로 표적 및 그 주변의 상대적인 반사율에 의해 정해진다.
톤 반전형 표적의 경우, 표적의 크기 또는 엘리먼트의 치수에서의 변화는 표적 위치의 변화로서 측정될 수 있다. 이것은 광학 오버레이 계측 기기(optical overlay metrology tool) 또는 광학 정렬 시스템(optical alignment system)을 이용한 임계 치수의 측정을 가능하게 한다. 오버레이 또는 정렬 계측의 경우, 표적상에서의 중앙선의 변이, 즉, 표적을 정의하는 임의의 쌍의 에지 위치의 상대적인 변화를 검출할 필요가 있다. 도 25에 도시된 표적 변화의 경우, 에지의 쌍들 사이의 6 가지 타입의 중앙선 C에 의해 특징지울 수 있다.
에지의 방향은 표적의 패터닝 영역과 비패터닝 영역 사이의 방향으로서 정의될 수 있다. C1, C4는 반대 방향을 향하는 정반대 톤의 에지들 사이의 중앙선이며, (레지스트막상의 표적을 노출할 때의) 노출량 또는 (레지스트막상의 현상된 표적을 에칭할 때의) 에칭 시간의 변화에 주로 민감하다. C2, C5는 동일한 방향을 향하는 반대쪽 에지들 사이의 중앙선이며, (레지스트막상의 표적을 노출할 때의) 초점의 변화에 주로 민감하거나, 또는 (레지스트막상의 현상된 표적을 에칭할 때의) 상이한 톤 패턴의 차등 에칭 속도에 민감하다. C3, C6은 동일하거나 반대 방향을 향하는 동일한 톤의 에지들 사이의 중앙선이다. 두 개의 에지는 피쳐의 크기에 대해 동일한 감도를 가지므로, (레지스트막상의 표적을 노출할 때의) 노출량 또는 초점 또는 (레지스트막상의 현상된 표적을 에칭할 때의) 에칭 파라미터에 대해 독립적일 것이다. 따라서, C3, C6은 기존의 오버레이 또는 정렬 측정에 사용될수 있다.
도 26a, 도 26b에는 상보형 측정 표적(240, 242)이 각각 도시되어 있다. 표적(240, 242)은 서로에 대해 정확하게 반대인 톤이다. 각각의 표적(240, 242)에는 어레이의 에지에 대해 도시된 바와 같이, 측정된 라인/공간 길이 계측 치수 (Li, Ls및 Lis) 및 패턴 피치 모니터링 치수 (Pi, Ps및 Pis)가 있다. 그 개시 내용이 본 명세서에서 참조로 인용된, 1996년 10월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제 08/727,138 호에 개시된 바와 같이, 표시된 피치들은, 정밀도를 모니터링하고, 불량한 측정을 골라 내고/골라 내거나 피치 부호화 표적 또는 라벨(label)로써 패턴 타입을 결정하도록, 패턴 치수와 함께 측정될 수 있다. 표적(240, 242)에는 단지 하나의 톤 반전형 에지(Lis)만이 존재함을 알 수 있다.
도 27a, 도 27b에는 광학 라인/공간 길이 계측 (Li, Ls및 Lis) 및 패턴 피치 모니터링 (Pi, Ps및 Pis)에 대한 상보형 측정 표적(244, 246)이 각각 도시되어 있으며, 여기서, 라인/공간 계측 및 피치 구조는 중첩된다. 표적(244, 246)에서는 세 개의 톤 반전형 에지(Lis)가 존재한다. 도 28a, 도 28b는 테이퍼형 라인을 이용하여 어레이를 형성한 것을 제외하고는 도 27a, 도 27b에 도시된 각각의 표적과 유사한 표적(244', 246')을 도시하고 있다.
도 22a 내지 도 28b에 도시된 표적에서는, 주어진 표적내의 측정은, 도 25의 표적과는 달리, 단일의 광학 스캔(optical scan)으로 이루어질 수 있다.
도 29 내지 도 36은 도 25에 도시된 표적상에서 행해진 광학 측정을 도시하고 있다. 마이크론 단위의 표적 치수가 마이크론 단위의 디포커스에 대해 도시되어 있으며, 도시된 포인트에 대한 범례는 millijoules/cm2단위의 도즈를 나타낸다. 측정은, 도 25에 도시한 바와 같이, 라인(175, 179)이 0.275 마이크론의 폭과, 0.275 마이크론의 라인들 사이의 간격을 갖는 표적상에서 행해진다. 도 29 내지 도 32는 형상 및 공간이 유사한 노출 감도 및 디포커스 곡률(curvature)을 나타내는 레지스트막상에서 노출 및 현상된 상보형 톤 반전형 표적의 예를 도시하고 있다. A = x3- x2및 B = x5-x4치수는 레지스트막상에 표적 이미지를 투영하는데 사용된 마스크상에서 공칭적으로 동일하고, 표적상의 이들 치수는 대응하는 이미지의 공간 및 형상을 형성한다. 도 29에서 수직으로 도시된 치수 A는 공칭에 대한 형상 길이의 이탈 정도를 나타낸다. 도 30에서 수직으로 도시된 치수 B는 공칭에 대한 공간 길이의 이탈 정도를 나타낸다. 도 31은 (A+B)/2의 도면이고, 도 32는 (B-A)/2의 도면이다.
도 33 내지 도 36은 형상 및 공간이 매우 상이한 노출 감도 및 디포커스 곡률을 갖는 레지스트막상에서 노출 및 현상된 표적의 예를 도시하고 있다. 이 경우, 도 33에 도시된 치수 B는 도 25에서의 거리 x6-x3이며, 측정된 공간 길이를 나타낸다. 도 34에 수직으로 도시된 치수 A는 도 25에서의 거리 x4-x1이며, 측정된 형상 길이를 나타낸다. 도 35는 (A-B)/2의 도면이고, 도 36은 (A+B)/2의 도면이다. 도 34 내지 도 37에 도시된 경우는 도즈 및 초점 의존성을 명확하게 분리하기 위해서는 도 20에 도시된 방법 및 시스템에 의해 분석되는 것이 바람직하다.
본 발명은 특정의 바람직한 실시예와 관련하여 특정하게 기술되었지만, 전술한 내용의 견지에서 당업자에게 여러 가지 대안, 수정 및 변경이 명백할 것이다. 본 발명의 진정한 범주 및 정신을 벗어나지 않으면서 첨부된 특허 청구 범위가 이러한 임의의 대안, 수정 및 변경을 포함함을 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 리소그래픽 프로세스에서의 파라미터 제어 프로세스에 의하면 마이크로 전자 장치를 제조하기 위한 리소그래픽 프로세스시 기판상의 레지스트에 형상 및 공간의 상보형 톤 패턴을 생성함으로써, 초점 및 노출 파라미터를 제어할 수 있으며, 에칭된 형상 및 공간의 상보형 톤 패턴을 기판상에 생성함으로써, 에칭 파라미터를 제어할 수 있다.
Claims (20)
- 리소그래픽 프로세스(lithographic process)에서의 초점 또는 노출량(exposure dose) 파라미터를 제어하는 프로세스에 있어서,a) 기판상에 배치된, 레지스트 임계값(resist threshold)을 갖는 레지스트막층(resist film layer)상에 상보형 톤 패턴(complementary tone patterns)을 노출시키는 단계―상기 상보형 톤 패턴은 ⅰ) 상기 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상(shape)을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 상기 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간(space)을 갖는 제 2 패턴부를 포함하고, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,b) 상기 레지스트막상에 상기 공간의 잠상(latent image)을 생성하고, 상기 형상의 잠상내에 비노출 영역을 생성하는 단계와,c) 상기 잠상의 공간의 치수를 측정하는 단계와,d) 상기 잠상 형상내의 비노출 영역의 치수를 측정하는 단계와,e) 상기 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성을 상기 잠상의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정하는 단계를 포함하는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 리소그래픽 프로세스에서의 초점 또는 노출량 파라미터를 제어하는 프로세스에 있어서,a) 기판상에 배치된, 레지스트 임계값을 갖는 레지스트막층상에 상보형 톤 패턴을 노출시키는 단계―상기 상보형 톤 패턴은 ⅰ) 상기 레지스트막의 레지스트 임계값 미만의 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 상기 레지스트막의 레지스트 임계값을 초과하는 노출량을 갖는 레지스트막상의 영역에 대응하는 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하고, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,b) 상기 레지스트막상에 상기 공간의 잠상을 생성하고, 상기 형상의 잠상내에 비노출 영역을 생성하는 단계와,c) 상기 레지스트막상의 상기 잠상의 공간 및 형상을 현상제(developer)와 접촉시켜, 상기 레지스트막의 선택된 부분을 제거함으로써, 상기 잠상의 공간 및 형상에 각각 대응하는 현상을 생성하는 단계와,d) 상기 현상 형상의 치수를 측정하는 단계와,e) 상기 현상 공간의 치수를 측정하는 단계와,f) 상기 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성을 상기 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정하는 단계를 포함하는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,상기 단계 (f)는 상기 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분을 결정하고, 상기 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 프로세스의 노출량 파라미터를 수정하는 단계를 포함하는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 3 항에 있어서,상기 단계 (a) 내지 (f)는 상기 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분이 상기 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 반복되는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,상기 단계 (f)는 상기 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 합을 결정하고, 상기 합이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 프로세스의 초점 파라미터를 수정하는 단계를 포함하는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 5 항에 있어서,상기 단계 (a) 내지 (f)는 상기 현상의 형상 및 공간의 측정 치수의 합이 상기 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 반복되는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,상기 형상 및 공간은 폭 및 길이를 갖는 직사각형이고, 상기 초점 또는 노출량 파라미터는 상기 현상의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수의 수학적 함수로서 결정되는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,상기 형상 및 공간은 예각(acute angles)의 대향점(opposed point)들을 갖고, 상기 초점 또는 노출량 파라미터는 상기 현상의 형상 및 공간상의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정되는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,상기 형상 및 공간의 치수는 공칭적으로 동일한 초점 또는 노출량 파라미터제어 프로세스.
- 제 2 항에 있어서,복수의 초점 및 노출 조건에 걸쳐, 상기 현상의 형상 및 공간의 측정된 대응 치수와 상기 측정된 대응 치수의 함수를 맵핑하고, 상기 단계 (f)의 상기 초점 또는 노출량 파라미터의 적절성에 대한 결정이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 맵핑 단계로부터의 정보를 이용하여 상기 프로세스의 초점 또는 노출량 파라미터를 수정하는 단계를 더 포함하는 초점 또는 노출량 파라미터 제어 프로세스.
- 에칭 프로세스에서 에칭 파라미터를 제어하는 프로세스에 있어서,a) 상부에 레지스트막층을 갖는 기판에 상보형 톤 현상 패턴(a complementary tone developed image pattern)을 제공하는 단계― 상기 상보형 톤 현상 패턴은 ⅰ) 상기 레지스트막으로 형성된 현상 형상을 갖는 제 1 패턴부 및 ⅱ) 상기 레지스트막으로부터 제거된 현상 공간을 갖는 제 2 패턴부를 포함하며, 상기 형상 및 공간은 대응하는 치수를 가짐―와,b) 상기 레지스트막에 의해 덮이지 않은 기판 물질을 제거하기 위한 에칭제(etchant)를 제공하는 단계와,c) 원하는 시간동안 상기 현상의 형상 및 공간과 에칭제를 접촉시켜, 상기기판 상에 상기 현상 형상에 대한 에칭 이미지 및 상기 현상 공간에 대한 에칭 이미지를 생성하는 단계와,d) 상기 에칭 이미지의 형상의 치수를 측정하는 단계와,e) 상기 에칭 이미지의 공간의 치수를 측정하는 단계와,f) 상기 에칭 파라미터의 적절성을 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 함수로서 결정하는 단계를 포함하는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 단계 (f)는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분을 결정하고, 상기 차분이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 프로세스의 에칭 시간 파라미터를 수정하는 단계를 포함하는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 12 항에 있어서,상기 단계 (a) 내지 (f)는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 차분이 상기 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 반복되는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 단계 (f)는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 합을 결정하고, 상기 합이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 에칭 시간 이외의 상기 프로세스의 소정 파라미터를 수정하는 단계를 포함하는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 14 항에 있어서,상기 단계 (a) 내지 (f)는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 측정 치수의 합이 상기 사전결정된 허용 오차 이내로 될 때까지 반복되는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 형상 및 공간은 폭 및 길이를 갖는 직사각형이고, 상기 초점 또는 노출량 파라미터는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간의 폭 또는 길이 치수의 수학적 함수로서 결정되는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 잠상의 형상 및 공간은 상기 이미지내의 예각의 대향점을 갖고, 상기 초점 또는 노출량 파라미터는 상기 에칭 이미지의 형상 및 공간상의 예각의 대향점 사이의 거리의 수학적 함수로서 결정되는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 형상 및 공간의 치수는 공칭적으로 동일한 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,복수의 에칭 조건에 걸쳐, 상기 에칭 형상 및 공간의 측정된 대응 치수와 상기 측정된 대응 치수의 함수를 맵핑하고, 상기 단계 (f)의 에칭 파라미터의 적절성에 대한 결정이 사전결정된 허용 오차를 벗어날 경우, 상기 맵핑 단계로부터의 정보를 이용하여 상기 프로세스의 에칭 파라미터를 수정하는 단계를 더 포함하는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
- 제 11 항에 있어서,상기 에칭 파라미터는 에칭 시간, 에칭 속도 편차(etch rate variation), 상이한 톤 패턴의 상이한 에칭 속도를 포함하는 에칭 파라미터 제어 프로세스.
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