KR100521568B1 - 오버레이 조절 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인(mask plane)의 오버레이 조절을 최적화하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 제 1 노광 디바이스를 사용하여 제 1 마스크를 노출시킴으로써 패터닝된 적어도 하나의 제 1 마스크 플레인(ME)을 갖는 기판(S)을 제공하는 단계와, 제 2 노광 디바이스를 사용하여 제 2 마스크 플레인을 패터닝하기 위해 제공된 제 2 마스크(M)를 제 1 마스크 플레인(ME)에 대해서 배향시키는 단계와, 제 1 마스크 플레인(ME)와 제 2 마스크(M) 간의 오버레이 정도를 측정하는 단계와, 제 1 마스크와 제 2 마스크의 오차(FA, FB) 및 제 1 노광 디바이스와 제 2 노광 디바이스의 오차(FX,FY)와 관련하여 미리 제공된 오차 데이터(FAD, FXD, FBD, FYD)를 고려하여, 측정된 오버레이 정도를 분석하는 단계와, 이 분석 결과에 따라서 제 2 마스크(M)의 배향 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

오버레이 조절 방법{METHOD FOR ADJUSTING THE OVERLAY OF TWO MASKING PLANES IN A PHOTOLITHOGRAPHIC PROCESS FOR THE PRODUCTION OF AN INTEGRATED CIRCUIT}
본 발명은 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인(mask plane)의 오버레이(overlay) 조절을 최적화하는 방법에 관한 것이다.
SPIE Proceedings, volume 921, pages 207-221;XP 008 015 147은 오버레이 오차를 상이한 성분으로 분석하는 방법을 개시한다.SPIE Proceedings, volume 3679, pages 193-207;XP 008 015 148은 상이한 오차 성분들로 분류시킬 수 있는, 오버레이 오차를 예측하는 방법을 개시한다.US-A-5, 444, 538은 다수의 오배향 벡터(misorientation vectors)가 측정되고 이어서 결정된 오배향 벡터를 기초로 하여 최소화가 수행되는, 오버레이 오차를 최적화하는 시스템을 개시한다.반도체 기술에서 집적 회로의 생성은 서로에 대해서 가능한 한 동일하게 배향되어야 하는 다수의 마스크 플레인에 의해 통상적으로 영향을 받는다. 이러한 오버레이 정확도에 대한 요구 사항은 집적 밀도가 증가함에 따라서 증가하고 있다.
오버레이 품질에 대해서 가능한 한 분명하게 나타내고 이에 대응하는 보정을 수행할 수 있기 위해서는, 대략적인 오차 원인이 가능한 한 알려져서 제거될 수 있어야 한다. 오버레이 정확도에 대해서 리소그래피 프로세스에서 발생하는 오차 원인은 특히 개별 리소그래피 단계에서 사용되는 포토 마스크의 허용 오차(tolerance) 및 가령 영사 광학 왜곡(distortion of prejection optics)과 같은 노광 디바이스의 오차이다.
두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 알려진 방법에서, 지금까지는 이러한 오차 원인은 직접적으로 고려되지 않았다. 노광 디바이스의 결합을 위해서는 마스크 허용 오차 및 렌즈 왜곡이 명시되고 고려되었지만, 이들은 오버레이 측정 평가에 있어서는 직접적으로 함께 고려되지 않았다.
도 2a 및 도 2b는 집적 회로의 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스의 개략적인 도면이다.
도 2a에 따르면, 제 1 노광 디바이스를 사용하여 제 1 마스크(도시되지 않음)를 노출시킴으로써 패터닝된 제 1 마스크 플레인 ME을 갖는 기판 S을 제공한다. 이 후에 (그리고 집적되는 구성 요소의 제조를 위해서 필요한 추후 프로세스 단계 이후에), 포토레지스 층 PL을 제 1 마스크 플레인 상에 도포한다. 이어서, 기판 내에 제공된 기준 마스크를 사용하여 제 2 마스크 M을 제 1 마스크 플레인 ME에 대해서 AL 방향으로 배향시키는데, 이 경우에 제 2 마스크 플레인의 패터닝을 위해서 제 2 마스크 M에 생성 전용 목적의 제 2 노광 디바이스를 제공한다.
마스크는 통상적으로 그의 측면 중 하나의 측면 상에 제공된 패터닝된 크롬 층 CL을 갖는 투영한 유리 캐리어(a transparent glass carrier) GL을 포함한다. 광 빔 ST가 크롬이 제공되지 않은 위치에서 마스크를 통과할 수 있으며 이로써 포토레지스트 SL를 노출시켜 마스크 구조를 포토레지스트 PL에 전사시킨다.
도 2b에 따르면, 광 빔 ST에 의한 노출 단계 이후에 현상 프로세스 E가 수행되는데, 포지티브 레지스트의 경우에, 노출된 위치가 포토레지스트 층 PL로부터 용해되며 이로써 패터닝된 포토레지스트 층 PL'가 생성된다. 이후에, 플레인 ME에 대해서 플레인 PL'의 오버레이 측정을 수행함으로써 두 플레인의 오버레이 정확도의 품질에 관한 표시를 획득할 수 있다.
도 3은 집적 회로 생성을 위한 피드백 루프를 갖는 리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 알려진 방법의 필수적인 단계를 도시한다.
이 알려진 방법은 단계(S10)에서 시작하는데, 여기서 제 1 마스크 플레인 ME를 갖는 기판 S를 제공한다. 화살표 1로 도시된 바와 같이, 나중의 오버레이에 대한 오차 원인은 이미 본 명세서에서 이미 상술했던 오차로서, 즉 제 1 마스크 플레인 ME를 생성할 시에 사용되었던 제 1 마스크의 마스크 오차 FA 및 제 1 마스크를 노출시키는 데 사용했던 제 1 노광 디바이스로부터 생성된 노광 오차 FX이다.
단계(S20)(리소그래피 프로세스)에서, 제 1 마스크 플레인 ME에 대해서 제 2 마스크 M을 배향시킨다. 이 경우에, 오버레이에 대해서 다른 오차 변수가 발생할 수 있으며, 이는 화살표 2로 표시된다. 특히, 이들 오차는 제 2 마스크 M의 마스크 오차 FB 및 마스크 M을 노출시키는 데 사용된 제 2 노광 디바이스의 노광 오차 FY 및 프로세스와 설치에 의해서 생성된 기판에 대한 마스크 M의 배향 오차 FAL이다.
고 차수 성분(higher-order component)인 마스크 오차 FA,FB 및 노광 오차 FX,FY(왜곡)는 일반적으로 노광 디바이스에 관한 보정불가능한 오차로서 간주된다.
이후 단계(S30)에서, 제 1 마스크 플레인 ME와 제 2 마스크 M 간의 오버레이 정도를 측정한다. 가령, 프로세스된 기판 상에서 선택된 위치에서 박스 인 박스 측정(box-in-box measurements)과 같은 통상적인 방법에 의해서 오버레이 정도 측정이 수행된다.
이후 단계(S40)에서 단계(S30)의 오버레이 정도 측정 결과를 분석한다. 이러한 분석은 통상적으로 사전결정된 알고리즘에 따라서 디지털화된 측정 데이터를 분석하는 소프트웨어 프로그램의 도움으로 수행된다. 이러한 분석의 목적은 한편으로는 오버레이 정확도를 평가하는 것이며, 다른 한편으로는 새로운 기판 프로세스를 위해 필요한 보정 파라미터를 포함하여 기판에 대해 필요할 수도 있는 갱신된 프로세스의 성공 여부를 예측하는 것이다.
이러한 알려진 오버레이 분석 방법을 통해서는 오차 FA,FX,FB,FY,FAL 또는 다른 오차가 각기 영향을 미치는 상이한 정도를 서로 간에 분별할 수 없다는 것이 불리한 점이다. 따라서, 가령 임의적으로 분포된 오차 이미지(왜곡)와 같은 보정불가능한 오차인 노광 설치에 있어서 오차 리스트 L1과, 회전, 변이 등과 같은 보정가능한 오차의 리스트 L2로 오차 리스트를 분류하는 것이 가장 통상적으로 실현될 수 있다.
리스트 L1, L2를 사용하여서, 후속 단계(S50)에서 오버레이 분석 결과의 사전결정된 기준에 따른 평가가 수행된다. 이러한 평가 결과는 단계(S60)에서 사전결정된 지정 사항(specification)과 비교된다. 만약 단계(S60)에서의 비교 결과가 오버레이 정도가 사전결정된 지정 사항 범위 내에 존재하고 이로써 리소그래피 프로세스의 오버레이 요소를 성공적으로 간주할 수 있다고 나타내면, 단계(S65)에서 기판에 대한 후속 프로세스가 진행된다.
만약 단계(S60)에서의 비교 결과가 오버레이 정도가 사전결정된 지정 사항 범위 내에 존재하지 않음을 나타내면, 화살표 3으로 표시된 바와 같이 후프로세스가 단계(S70)에서 시작된다. 특히, 이 후프로세스는 리스트 L2에 따른 보정가능한 오차가 단계(S20)의 반복 시에 이용될 수 있게 하며 이는 접속부 V를 닫음으로써 표시된다. 달리 말하면, 단계(S20)가 새롭게 수행될 때 식별되는, 가령 회전, 변이 등과 같은 보정가능한 오차를 고려할 수 있다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 보다 양호한 오차 분석 및 이후의 오버레이에 대한 오차 보정을 가능하게 하는, 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 목적은 청구항 1 항에서 규정된 바와 같은, 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 방법에 의해서 성취된다.
본 발명이 기초한 사상은 마스크 및/또는 노광 디바이스가 기준 그리드(a reference grid)를 이용하여 미리 측정되고 이로부터 획득된 데이터가 보정불가능한 오차의 데이터베이스 내에 저장된다는 사실에 입각한다. 이 오차 데이터는 나중에 오버레이 분석 동안 함께 고려되며, 이로써 보정가능한 오차와 보정불가능한 오차를 간단하게 분리할 수 있다. 이는 후프로세스의 적절성 여부의 평가를 간단하게 하며 따라서 불필요한 후프로세스 루프를 피하는 데 기여한다. 이로써, 본 발명에 따른 방법은 궁극적으로 프로세스 시간 및 설치 용량을 절감하는 것을 돕는다. 또한, 피드백 루프에서, 오버레이된 보정불가능한 성분이나 초과보상(overcompensation) 없이 오직 실제적으로 보정가능한 파라미터만이 노광 디바이스에서 이용될 수 있게 되며, 이는 오버레이 결과 개선에 기여한다.
집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 본 발명의 방법의 유리한 실시예 및 개선 사항이 종속항에서 규정될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라, 분석은 보정가능한 오차와 보정불가능한 오차로의 분리를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 보정 단계의 수가 사전결정된 값을 초과하거나 예측된 결과가 불충분한 것으로 평가되면, 포토리소그래피 프로세스는 중단된다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 분석 결과는 사전결정된 지정 사항과 비교되며 제 2 마스크의 배향의 보정은 이 비교 결과에 따라서 수행된다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 분석은 보정가능한 오차 및 보정불가능한 오차로의 분리를 제공하며 비교 결과가 지정 사항 범위 내에 존재하지 않고 이와 동시에 오직 보정불가능한 오차만이 존재하게 되면 포토리소그래피 프로세스는 중단된다.
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본 발명의 예시적 실시예가 도면을 참조하여서 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 표시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 방법의 필수적인 단계를 도시한 도면,
도 2는 집적 회로 생성을 위한 리소그래피 프로세스의 도면,
도 3은 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 알려진 방법의 필수적인 단계를 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인의 오버레이를 조절하는 방법의 필수적인 단계를 도시한 도면이다.
도 1에서, 단계(S10) 내지 단계(S30)는 도 3의 알려진 방법과 동일한 방식으로 실행된다.
특히, 단계(S10)는 제 1 노광 디바이스를 사용하여 제 1 마스크를 노출시킴으로써 패터닝된 제 1 마스크 플레인 ME을 갖는 기판 S를 제공하는 단계이다.
단계(S20)에서, 제 2 노광 디바이스를 사용하여 제 2 마스크 플레인을 패터닝하기 위해 제공된 제 2 마스크 M을 제 1 마스크 플레인 ME에 대해서 배향시킨다.
마지막으로, 단계(S30)에서, 제 1 마스크 플레인 ME와 제 2 마스크 M 간의 오버레이 정도를 측정한다.
이후의 단계(S40A)를 통해서 오차 FA,FX,FB,FY,FAL가 각기 영향을 미치는 상이한 정도를 서로 간에 분별할 수 있기 때문에, 이 단계는 도 3에 따른 알려진 단계(S40)와 크게 다르다.
이 실시예에서는 제 1 및 제 2 마스크의 오차 FA, FB 및 제 1 및 제 2 노광 디바이스의 오차 FX,FY에 대한 오차 데이터 FAD, FXD, FBD, FYD 가 미리 제공되기 때문이다.
이 오차 데이터 FAD, FXD, FBD, FYD 는 기준 그리드에 의해서 제 1 및 제 2 마스크를 측정하고 노광 디바이스의 영사 사항(imagings)을 측정함으로써 획득된다. 이후에, 오차 데이터 FAD, FXD, FBD, FYD는 데이터베이스 DB 내에 저장된다.
기준 그리드를 사용하여 마스크 오차를 측정하는 단계는 가령 마스크 생성 바로 후에 매우 간단하게 수행될 수 있다. 예시적으로, 마스크 오차 데이터를 포함하는 파일은 각 마스크가 공급될 때에 부가될 수 있으며 이 파일은 오버레이 분석 소프트웨어 데이터베이스 내에 저장된다.
노광 디바이스의 렌즈 시스템의 왜곡 정도는 비교적 간단한 수단에 의해서, 말하자면 캘리브레이션되는 측정 디바이스에서 직접 측정함으로써 또는 마스크 오차를 결정하는 데 사용된 기준 그리드에 적절하게 대응하는 임의적으로 규정가능한 기준 그리드에 대해서 유사한 방식으로 결정될 수 있다.
노광 디바이스의 렌즈 시스템의 왜곡 정도를 결정하기 위한 기준 디스크는 사용된 마스크를 유사한 방식으로 특성화한 동일한 측정 디바이스를 사용하여 적절하게 측정된다. 이로써, 공통 기준 시스템이 기본적으로 사용가능하게 된다.
이 모든 측정 데이터가 데이터베이스 DB와 같은 공통 기준으로 설정되고 이에 따라 조정되면, 위의 모든 측정 데이터는 소프트웨어 측면에서 오버레이 정도 측정의 평가 시에 사용될 수 있다. 이로써, 최적 보정 파라미터가 필요하다면 규정될 수 있다.
그러므로, 미리 제공된 오차 데이터 FAD, FXD, FBD, FYD가 단계(S40A)에서 측정된 오버레이 정도 분석 동안 고려될 수 있으며, 이로써 문제가 되는 오차 요인이 분리될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 오차를 리스트 L2' 내의 보정가능한 오차와 리스트 L1' 내의 보정불가능한 오차로 매우 보다 간단하고 보다 정확한 방식으로 분리할 수 있는데, 이는 계통적 오차가 분리될 수 있기 때문이다.
리스트 L1', L2'를 사용하여, 이어서 단계(S50)에서 알려진 방식으로 오버레이 분석의 사전결정된 기준에 따른 평가가 수행된다. 이러한 평가 결과는 단계(S60)에서 사전결정된 지정 사항과 비교된다.
만약 단계(S60)에서의 비교 결과가 오버레이 정도가 사전결정된 지정 사항 범위 내에 존재한다고 나타내면, 단계(S65)에서 기판에 대해 계획된 후속 프로세스가 진행된다. 만약 단계(S60)에서의 비교 결과가 오버레이 정도가 사전결정된 지정 사항 범위 내에 존재하지 않음을 나타내면, 화살표 3으로 표시된 바와 같이 후프로세스가 단계(S70)에서 시작된다. 특히, 이 후프로세스는 리스트 L2'에 따른 보정가능한 오차가 단계(S20)의 반복 시에 이용될 수 있게 하며, 이는 접속부 V를 닫음으로써 표시된다. 달리 말하면, 단계(S20)가 새롭게 수행될 때 식별되는, 가령 회전, 변이 등과 같은 보정가능한 오차를 제거할 수 있다.
본 발명이 바람직한 예시적인 실시예를 기초로 하여서 기술되었지만, 본 발명은 여기에만 한정되기 보다는 다양한 방식으로 수정될 수 있다.
특히, 필요한 보정 단계의 수가 사전결정된 값을 초과하거나 심지어 계산된 보정 값으로 후프로세스가 실행된 후에도 성취될 오버레이 결과가 사전결정된 지정 사항에 따를 수 없다면, 포토리소그래피 프로세스는 중단될 수 있다.
또한, 비교 결과가 지정 사항 범위 내에 존재하지 않고 이와 동시에 오직 보정불가능한 오차만이 존재하게 되면 포토리소그래피 프로세스의 피드백 루프도 중단될 수 있다.
또한, 가령 프로세스 파라미터 등과 같은 다른 파라미터가 단계(S40A)에서 체계적으로 검출되어 고려될 수 있다.

Claims (7)

  1. 집적 회로 생성을 위한 포토리소그래피 프로세스에서 두 개의 마스크 플레인(mask plane)의 오버레이(overlay)를 조절하는 방법에 있어서,
    제 1 노광 디바이스를 사용하여 제 1 마스크를 노출시킴으로써 패터닝된 적어도 하나의 제 1 마스크 플레인(ME)을 갖는 기판(S)을 제공하는 단계와,
    제 2 노광 디바이스를 사용하여 제 2 마스크 플레인을 패터닝하기 위해 제공된 제 2 마스크(M)를 상기 제 1 마스크 플레인(ME)에 대해서 배향시키는 단계와,
    상기 제 1 마스크 플레인(ME)와 상기 제 2 마스크(M) 간의 오버레이 정도를 측정하는 단계와,
    공통 기준 그리드에 의한 측정에 의해서, 상기 제 1 마스크와 상기 제 2 마스크의 오차(FA, FB) 및 상기 제 1 노광 디바이스와 상기 제 2 노광 디바이스의 오차(FX,FY)와 관련된 오차 데이터(FAD, FXD, FBD, FYD)━상기 오차 데이터는 데이터베이스(DB) 내에 저장됨━를 제공하는 단계와,
    상기 제 1 마스크와 상기 제 2 마스크의 오차(FA, FB) 및 상기 제 1 노광 디바이스와 상기 제 2 노광 디바이스의 오차(FX,FY)와 관련하여 미리 제공된 오차 데이터(FAD, FXD, FBD, FYD)를 고려하여, 상기 측정된 오버레이 정도를 분석하는 단계와,
    상기 분석 결과와 사전결정된 지정 사항(a predetermined specification)을 비교하는 단계와,
    상기 비교 결과에 따라서 상기 제 2 마스크(M)의 배향 보정을 수행하는 단계를 포함하는
    오버레이 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석 단계는 보정가능한 오차 리스트(L2')와 보정불가능한 오차 리스트(L1')로 분할하는
    오버레이 조절 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비교 결과가 상기 지정 사항 범위 내에 존재하지 않고 이와 동시에 오직 보정불가능한 오차(L1')만이 존재하게 되면 상기 포토리소그래피 프로세스는 중단되는
    오버레이 조절 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 단계의 수가 사전결정된 값을 초과하거나 예측된 결과가 불충분하다고 평가되면 상기 포토리소그래피 프로세스는 중단되는
    오버레이 조절 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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