KR100609116B1 - 프로세스 단계를 특성화하는 방법 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

프로세스 단계를 특성화하는 방법 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 처리하는 동안 기판 웨이퍼의 변형을 모니터링하는 시스템에 관한 것이다. 데이터베이스내의 값과 복수의 기준 마크(20)의 위치를 비교함으로써 각 노광 및 프로세싱 단계후에 기판 웨이퍼의 변형이 측정된다.

Description

프로세스 단계를 특성화하는 방법 및 디바이스 제조방법{Method of Characterising a Process Step and Device Manufacturing Method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 나타낸 도;
도 2는 기준 마크의 통상적인 패턴을 갖는 기판 웨이퍼를 나타낸 도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 다양한 단계들을 나타낸 개략도;
도 4는 예측을 하기 위한 사이클 핑거프린트 데이터(cycle fingerprint data) 및 기판 데이터의 사용을 나타내는 도이다.
상기 도면들에 있어, 대응되는 참조부호들은 대응되는 부분들을 나타내고 있다.
본 발명은 프로세스 단계를 특성화하는 방법 및 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 마스크와 같은 패터닝수단은 IC의 개별 층에 대응되는 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있고, 상기 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층을 갖는 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)상의 (예를 들어, 하나 또는 몇개의 다이의 일부분을 포함하는) 타겟부상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 하나의 기판은 연속적으로 노광되는 인접 타겟부들의 네트워크를 포함한다. 공지된 리소그래피 장치는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는 소위 스테퍼(stepper) 및 주어진 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔에 의하여 상기 패턴을 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향에 대하여 평행 또는 반평행으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사되는 소위 스캐너(scanner)를 포함한다.
리소그래피 프로세스에 의한 통상적인 디바이스의 제조는 몇가지 단계들 각각의 복수의 사이클을 필요로 한다. 이들은 기판을 광감응재로 코팅하는 단계, 상기 광감응재상에 이미지를 투영하는 단계, 광감응재를 현상하는 단계 및 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하는데, 기판을 재료의 새로운 층으로 덮는 단계를 할 수도 있다. 상기 리소그래피 프로세스 중에 맞닥뜨리게 되는 문제들 중 하나는 연속적인 층들이 서로의 최상부상에 정확하게 묘화되지 않아서 소위 오버레이 오차가 존재하게 된다는 것이다. 구성요소의 성능에 치명적일 수 있는 오버레이 오차가 이미 존재하고 있을 때 후속하는 단계들로 진행하는 것을 피하기 위하여, 각 사이클 후에 오버레이 오차가 측정된다. 오버레이 오차가 너무 크다면, 그 때는 최후의 층이 제거될 수 있으며, 다음 사이클로 진행하기에 앞서 상기 사이클이 반복된다.
오버레이 오차를 최소화시키기 위해서는, 노광 단계 이전에 투영장치내 기판 테이블상의 기판의 정확한 위치가 측정될 수 있도록 기판에 복수의 기준 마크들이 제공된다. 이러한 방식으로, 리소그래피 장치내에서의 기판, 사전 적용된 패터닝된 층 및 마스크의 상대적인 위치를 알 수 있기 때문에 노광 단계에 있어서의 정확성을 최대화시킬 수 있다.
다중 사이클의 리소그래피 프로세스로 인한 또 다른 문제는 특정 층 및/또는 특정 패턴의 적용으로 인해 발생할 수 있는 기판의 변형이다. 변형은, 예를 들어 토포그래픽 3차원 변형, 기준 마스크의 변형(형상 또는 깊이) 또는 웨이퍼상에 퇴적되는 층의 특성이나 두께의 변화를 포함한다. 화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 기판의 변형을 야기하는 것으로 악명이 높다. 300mm 이상의 직경을 갖는 기판 웨이퍼를 사용할 경우, 웨이퍼의 변형은 보다 큰 중요 인자가 될 것으로 예측된다. 변형을 최소화시키기 위해서는, 상기 프로세스들이 기판의 전체 영역에 걸쳐 가능한 한 균일하게 유지될 필요가 있다. 기판 웨이퍼의 변형은 특정 단계를 반복할 필요가 있는 묘화(imaging)에 있어 오차를 야기할 수 있다. 또한, 리소그래피에 의하여 제조되는 특정 구성요소에 대한 프로세스가 진행되어 가는 동안, 기판의 변형량을 최소화시키거나 적어도 한도내에서 유지하도록 상기 프로세스가 최적화된다. 기판 변형의 결과인 오버레이 오차(들)의 저감 또는 적어도 상기 오차들의 초기 검출은 향상된 수율을 가져온다.
EP 0 794 465 A2는 정렬 보정값이 로트(lot)로부터의 웨이퍼의 선택에 따라 이루어지는 오버레이 측정으로부터 도출되고 동일한 또는 후속하는 로트에서의 여타 웨이퍼의 노광에 사용되는 리소그래피 방법을 개시하고 있다.
US 2002/012482 A1은 웨이퍼 스테이지의 기록 성능을 판정하기 위하여 팹(fab)에서의 기준 웨이퍼의 제조 및 사용을 위한 방법을 개시하고 있다.
US 5,252,414는 패터닝된 제1레지스트 층의 최상부에 제2레지스트 층이 적용되는 레지스트 코팅을 평가하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 제1 및 제2레지스트 층에서의 패턴들간의 오버레이의 정확도는 레지스트 코팅의 정량적 평가를 제공한다.
US 5,863,680은 보다 앞선 프로세스 층들간의 오버레이 오차와 관련된 정보 및 노광 조건들이 후속하는 층들의 정렬을 보정하는데 사용되는 디바이스 제조방법을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 수율을 향상시키는 디바이스 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 그 위에 복수의 기준 마크를 갖는 기판상에 수행되는 프로세스 단계를 특성화 하는 방법이 제공되며,
상기 방법은,
- 상기 기판상에 제공된 광감응재상으로 디바이스의 기능적인 부분들의 층을 나타내는 패턴을 노광하여 잠재 패턴(latent pattern)을 임프린트(imprint)하는 단계;
- 상기 광감응층상의 상기 잠재 패턴을 현상하여 상기 패턴이 드러나도록 하는 단계;
- 상기 기판을 처리하는 단계;
- 상기 기판상의 상기 기준 마크들의 상대적인 위치들을 측정하는 단계; 및
- 상기 측정 단계의 결과들과, 상기 기준 마크들의 공칭 위치와 관련된 기준 정보들을 비교하여 상기 프로세스 단계를 특성화하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 방법에 의하면, 기준 마크의 상대적인 위치를 측정하는 단계가 노광 단계에서보다 시간을 덜 소요하고 어떤 경우에는 노광 단계에서 사용되는 프로토콜에 대한 기판의 위치설정을 계측하기 위하여 어쨌든 수행될 필요가 있기 때문에, 제조시의 기판의 변형은 있기 때문에 스루풋에서의 저감 없이 모니터링될 수 있다. 상기 방법은 여타 툴에서 수행되는 프로세스 단계들의 효과가 패터닝에 사용되는 리소그래피 장치에서 모니터링될 수 있도록 한다.
비교의 결과가 미리정해진 최대치보다 크다면, 작업자가 바뀔 수도 있다. 이는, 특정 양을 넘어 변형된 기판은 추가적인 노광, 현상 및 처리단계들을 수행하기 이전에 불량판정이 내려질 것이기 때문에 고객들을 위한 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 리소그래피를 사용하는 디바이스의 제조를 위한 다중 단계 프로세스가 진행되는 동안, 수용불가능한 기판의 변형을 야기하는 단계들은 초기 단계에서 식별될 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 장치가 드리프트되어 표준 이하의 기판이 제조되고 있다면, 상기 장치의 사용자에게 경고를 보낼 수도 있다.
상기 정보는, 예를 들어 원래의(raw) 위치 데이터, 기판 마커를 지시하는 원래의 센서 데이터, 파라미터에 의해 설명되는 기준 격자에 대한 개별 측정치들의 확대, 병치(translation), 회전 또는 차이와 같은 데이터로부터의 연산치들과 같은 어떠한 종류의 데이터를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 통계적 측정치들뿐만 아니라 일반적인 기판에 및/또는 관심의 특정 층에 관련되어 있다.
데이터베이스에 저장되는 정보가 이전 측정 단계의 결과라면, 평균 측정 결과로부터의 편차(deviation)에 따라 기판을 수용하거나 기판의 불량 판정을 내리거나 또는 장치 또는 처리 조건에 따른 문제 또는 처리조건에서의 변화를 부각시킬 수 있다. 이러한 경우에, 상기 정보는, 기판들이 모두 동일한 프로세싱을 거친다는 것을 알 수 있도록 동일 배치(batch)의 기판들의 기판상에서의 이전 측정 단계의 결과인 것이 바람직하다. 물론, 여타 비교가 수행될 수도 있다. 예를 들어, 비교에 사용되는 데이터베이스내의 정보는 웨이퍼의 상이한 배치내의 동일 층으로부터의 값일 수도 있다. 배치 또는 로트는 동일 단계를 수행하도록 되어 있는 웨이퍼의 세트이다.
상기 방법은 결과들의 이력(history)이 보존되도록 상기 측정 및/또는 비교 단계들의 결과를 상기 데이터베이스내에 자동적으로 저장하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이는, 수율을 최적화시키기 위한 관점에서 특정 프로세스를 연구하는 공학인들을 위한 진단도구로서 유용할 수도 있다.
또한, 선행 사이클의 비교단계의 결과들에 따라 노광단계를 제어할 수도 있다. 따라서, 상기 노광단계는 측정된 기판의 변형을 감안하여 제어될 수 있고, 이에 의해 상기 노광단계가 기판에 존재하는 변형을 감안하는 방식으로 상기 기판을 노광시키는 것을 보증한다.
본 발명의 추가 형태에 따르면,
- 기판을 제공하는 단계;
- 조명시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
- 패터닝수단을 사용하여 정렬마크 및 디바이스층의 기능적인 부분을 포함하는 단면 패턴을 상기 투영빔에 부여하는 단계;
- 상기 방사선의 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하여 잠재 패턴을 형성시키는 단계;
- 상기 잠재 패턴을 현상하여 상기 패턴이 드러나도록 하는 단계;
- 상기 기판을 처리하는 단계;
- 상기 기판상의 상기 기준 마크들의 상대적인 위치들을 측정하는 단계; 및
- 상기 측정 단계의 결과들과, 상기 기준 마크들의 공칭 위치와 관련된 기준 정보를 비교하여 상기 프로세스 단계를 특성화하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 리소그래피 장치의 사용에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널(LCD), 박막자기헤드 등과 같은 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다. 본 명 세서에서 언급되는 기판은, 예를 들어 트랙(통상적으로 레지스트의 층을 기판에 적용하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴) 또는 메트롤로지나 검사 툴에서 노광 전 또는 후에 처리될 수도 있다. 적용이 가능할 경우, 본 명세서의 내용은 상기 및 기타 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다중 층 IC를 생성시키기 위하여 상기 기판은 한번 이상 처리될 수 있는데, 본 명세서에서 사용된 기판이라는 용어는 이미 다중 처리된 층을 포함하는 기판을 언급할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선(UV)과 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) 극자외선(EUV) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성시키는 것과 같이 투영 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 투영 빔에 부여되는 패턴은 기판 타겟부의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않는다는데 유의해야 한다. 일반적으로, 투영 빔에 부여되는 패턴은 집적회로와 같은 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다.
패터닝 수단은 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝수단의 예로는 마스크, 프로그램 가능한 거울배열 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 리소그래피에서는 마스크가 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마 스크형식을 포함한다. 프로그램 가능한 거울배열의 예로는 작은 거울들의 매트릭스 배열을 채용하며, 상기 거울들 각각은 개별적으로 경사져서 입사되는 방사선 빔을 사이한 방향으로 반사시키며; 이러한 방식으로 반사된 빔이 패터닝된다. 패터닝수단의 각 예시에 있어서, 지지 구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있고 가령 투영시스템에 대하여 패터닝수단이 원하는 위치에 있도록 할 수 있는, 예를 들어 프레임 또는 테이블일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "레티클", "마스크"란 용어는 좀 더 일반적인 용어인 "패터닝수단"과 동의어로 생각될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는 예를 들어, 사용되는 노광방사선에 대하여 또는 침지유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절한 바와 같은 굴절광학시스템, 반사광학시스템 및 카타디옵트릭시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. "렌즈"라는 용어는 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 생각할 수 있다.
또한, 조명시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위하여 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학구성요소를 포괄할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다.
리소그래피장치는 2개(듀얼스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 충전(fill)시키기 위하여 기판이 비교적 높은 굴절지수를 갖는 액체, 예를 들어 물내에 침지되는 형태일 수도 있다. 침지 액체는 리소그래피 장치내의 여타 공간, 예를 들어, 마스크와 투영시스템의 최종 요소 사이의 공간에 적용될 수도 있다. 침지 기술은 투영시스템의 개구수를 증가시키는 기술분야에서 잘 알려져 있다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는:
ㆍ방사선(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 조명시스템(일루미네이터)(IL);
ㆍ패터닝수단(MA)(예를 들어, 마스크)을 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터닝수단을 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(WT);
ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트코팅된 실리콘웨이퍼)을 잡아주고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT);
ㆍ패터닝수단(MA)에 의하여 투영빔(PB)로 부여된 일정 패턴을 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는) 기판(W)의 타겟부(C)상으로 묘화하는 투영시스템(예를 들 어, 반사투영렌즈)(PL)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사형 마스크 또는 상술된 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울배열을 채용하는) 반사형이다. 대안적으로는, (예를 들어, 투과형 마스크를 채용한) 투과형일 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 상기 방사원과 리소그래피 장치는, 예를 들어 상기 방사선소스가 플라즈마 방전 소스인 경우 별도로 존재할 수도 있다. 이러한 경우에, 상기 방사선소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성한다고 볼 수 없으며, 방사선 빔은 예를 들어, 적절한 콜렉팅 거울 및/또는 스펙트럴 퓨리티 필터(spectral purity filter)를 포함하는 방사선 컬렉터(radiation collector)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)를 거쳐간다. 여타의 경우에는, 예를 들어, 방사선 소스가 수은램프인 경우 상기 방사선 소스가 상기 장치의 통합된 일부일 수 있다. 방사선 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는, 방사선 시스템이라 칭할 수도 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 빔의 각도의 세기분포를 조정시키는 조정수단(AM)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터 퓨필 평면에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측의 반경크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 상기 일루미네이터는 필요한 균일성과 세기 분포를 갖는, 투영 빔(PB)이라 칭해지는 콘디셔닝된 방사선 빔을 그것의 단면에 제공한다.
상기 투영 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 프로그램가능한 마스크(MA)상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로지른 다음 투영 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커스한다. 제2위치설정수단(PW) 및 위치센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스)에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단(PM) 및 위치센서(IF1)는, 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 위치설정수단(PM,PW)의 일부를 형성하는 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스캐너와는 대조적으로) 마스크 테이블(MT)의 스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 짧은행정모듈에만 연결될 수도 있고 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1, M2) 및 기판 정렬마크(P1,P2)를 사용하여 정렬될 수도 있다.
도시된 장치는 다음의 바람직한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 투영 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에(즉, 단일 정적노광) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 정적노광시에 묘화되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크테이블(MT)과 기판테이블(WT)이 동시에 스캐닝되는 한편 투영빔에 부여된 패턴이 소정 타겟부(C)(즉, 단일 동적노광)상에 투영된 다. 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영시스템(PL)의 이미지 반전특성 및 확대(축소)에 의하여 판정된다. 스캔 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 동적노광시 (스캐닝되지 않는 방향에서의) 타켓부의 폭을 제한하는 한편, 스캐닝동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝방향에서의) 높이를 판정한다.
3. 또 다른 모드에서는, 마스크테이블(MT)이 프로그램가능한 패터닝수단을 잡아주어 기본적으로 정적인 상태로 유지되며, 투영빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판테이블(WT)은 움직이거나 스캐닝된다. 상기 모드에서는, 일반적으로 펄스방사선소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝수단은 기판테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 이어지는 방사선펄스들 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 상기 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울배열과 같은 프로그램가능한 패터닝수단을 활용하는 마스크없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들을 채용할 수도 있다.
도 2는 상부표면에 적용된 복수의 기준 마크(20)를 갖는 기판(W)을 평면으로 예시하고 있다. 듀얼 스테이지의 리소그래피 투영장치에서, 기준 마크(20)의 개수는 기판(W) 당 25개의 영역내에 있다. 기판(W)상의 각 기준 마크(20)의 상대적인 위치의 정확한 측정을 위한 장치를 사용할 경우 측정 단계에 많은 시간이 든다.
도 3은 본 발명에 의한 방법의 단계들을 설명하고 있다. 상기 방법의 제1단계는 기판(W)상의 각 기준마크(20)들의 상대적인 위치가 측정되는 측정단계(S1)이 다. 이 단계는 기판테이블(WT)에 대한 기판(W)의 정렬 및 레벨링 측정을 위하여 기준마크(20)의 위치가 어쨌든 측정되는 리소그래피 투영장치내에서 수행되거나, 또는 독립적인 기계에서 수행될 수 있다. 측정단계(S1)에서 사용되는 기계는, 기판(W)상의 두 연속층들간의 정렬을 측정하는 오버레이 확인을 위해 사용되는 기계와 동일한 기계일 수 있다. 상기 오버레이 확인단계(S3)에 대해서는 후술하기로 한다.
측정단계(S1)동안 측정시스템은 제어기의 제어하에서 기판(W)상의 복수의 기준마크(20)의 상대적인 위치를 측정한다. 프로세서는 데이터베이스내의 정보/값들과 측정(S1)의 결과를 비교하는데 사용된다.
데이터베이스내에 저장된 정보와 측정된 결과들간의 비교결과에 따라 상기 방법의 몇가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 비교가 기판(W)에 사전설정된 한도 이상의 변형이 발생되었다는 것을 나타낼 경우 작업자 경보기(operator alerter)가 작동될 수도 있다. 또는 대안적으로, 기판(W)의 후속 노광을 제어하기 위한 제어기에 의하여 상기 비교결과가 사용될 수도 있다. 어느 경우에도, 프로세싱시 기판의 변형이 어떻게 변화하는지에 대한 이력을 구축하는 것을 돕기 위해 측정단계의 결과와 비교단계의 결과가 데이터베이스내에 자동적으로 보존되고 상기 정보에 첨가될 수 있다. 이는, 상이한 기판이 시간에 따라 어떻게 변형되는지를 비교함에 있어서의 사용뿐만 아니라 상기 특정 기판에 대한 이력으로서도 유용하다.
측정단계(S1)에 이어, 리소그래피 투영장치에서 웨이퍼가 노광된 뒤 현상된다(도 3의 단계 S2). 일반적으로 기준마크(20)는 노광 및 현상단계(S2)이 끝나도 도포되지 않아(또는 오버라잉 층을 통하여 식별가능할 경우 도포될 수도 있음), 오버레이의 정확도가 평가되는 오버레이 확인(S3)을 포함하는, 상기 기준마크(20)를 사용하는 추가적인 측정이 수행될 수도 있다. 다음 단계 S4는, 광감응재로 덮히지 않는(즉, 현상시 제거되는) 기판 영역의 에칭, 예를 들어 이온 방사선상에 의한 도핑 또는 그 영역상의 소정 층의 퇴적을 포함할 수 있는 패턴 이송 단계이다. 물론, 리소그래피 투영장치에서의 다음 노광 이전에, 방사선 시스템에 의해 생성된 투영빔을 스스로 원하는 패턴으로 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체에 대하여 기준마크(20)를 사용하여 기판(W)의 위치 및 방위가 측정된다. 물론, 상기 투영빔은 투영시스템에 의하여 기판(W)의 타겟부상으로 투영된다.
일 실시예에서, 피드 포워드 루프(feed forward loop:FF)는 측정된 변형과 단계 S1에서의 비교결과를 고려하여 노광 및 현상 단계(S2) 중 노광단계를 제어하는데 사용된다.
노광 및 현상단계(S2)에 이어서, 연속하는 사이클동안 기판(W)상에 퇴적되는 2개의 연속층들의 정렬이 측정되는 정렬측정단계(S3)가 수행된다. 이 프로세스는, 이전 층에 대한 마지막 층(latest layer)의 정렬이 불만족스럽다면, 층들간에 검출된 오정렬이 상기 기판을 무용하게 만드는 경우임에도 불구하고 기판(W)에 추가의 연속 층을 적용해야하는 불필요한 노력이 지속되지 않도록, 상기 마지막 층이 제거되고 새로운 층이 퇴적될 수 있다.
도 3은, 서로에 대한 기준마크(20)들의 위치가 측정되고 상기 결과가 데이터베이스내의 정보와 비교되는, 대안의 또는 추가적 측정단계(S5)를 나타내고 있다. 특정 형태의 장치에 있어, 이미 측정된 기판을 노광하는 리소그래피 투영장치를 자유롭게 할 수 있도록 정렬측정단계(S3) 및 측정단계(S5)를 동시에 수행하는 것이 편리하다(점선으로 표시됨). 대안적으로, 측정단계 S3는 단계 S4 이후에 수행될 수도 있으나 S5와는 독립적으로 수행된다. 노광단계(S2)의 피드 포워드 제어 또한 가능하다(도 3에서 AFF라 표시됨). 이 때, 투영장치의 마스크에 대해 기판(W)의 위치를 정렬하기 위하여 단계(S1)에 있어 단지 기준마크(20)들 중 소수만을 측정할 필요가 있을 수도 있다.
상기 측정, 노광, 현상, 정렬측정 및 패턴 이송단계(S1,S2,S3,S4)는, 기판(W)상의 바람직한 구조에 따라 필요할 때 마다 여러 차례 수행되는 일 사이클을 형성한다. 각 측정단계(S1,S5)의 결과들은 자동저장기(automatic storer)에 의하여 데이터베이스내에 자동적으로 저장될 수도 있다. 이러한 방식으로, 기판(W)의 변형 이력이 그것의 프로세싱동안 구축될 수도 있다. 이는, 프로세스 엔지니어들이 복수의 노광, 현상 및 프로세스 단계(S2,S4)들 중에서 허용할 수 없는 양의 기판(W)의 변형을 초래하는 것이 어떤 것인지를 식별할 수 있게 해준다.
기판(W)이 노광되기 이전의 제1측정단계는 데이터베이스와의 비교없이 수행될 수도 있다. 이러한 상황에서, 노광 또는 프로세스가 아직 발생하지 않았기 때문에 노광 또는 프로세스로 인한 기판(W)의 변형은 발생되지 않는다.
몇몇 경우에는, 비교단계에서 기판(W)들의 동일 배치의 기판(W)들로부터 나온 데이터베이스내에 저장되는 값들만을 비교하는 것이 유리할 수도 있다. 동일 배치의 기판들로부터의 값들만이 유효한 비교를 형성할 수 있도록 상이한 배치의 기 판들은 주어진 노광, 현상 및 프로세싱 단계에 대해 상이한 방식으로 반응할 수도 있다. 작업자 경보기의 작동은 너무 큰 변형이 생긴 기판(W) 또는 리소그래피 투영장치 설정에 있어서의 드리프트 중 어느 하나를 작업자에게 알릴 수 있다.
데이터베이스내의 값들은 고려중인 특정 기판(W)에 관한 이전 처리단계(S1,S5)의 값들일 수도 있다. 비교가 미리설정된 값 이상의 사이클들간의 변형 또는 전체 변형을 나타낸다면, 작업자 경보기가 작동되거나 노광단계(S2)가 제어기에 의하여 변형을 고려하도록 제어된다.
제어기는 위치 오프셋 또는 비직교(non-orthogonal) 변형(자동적으로 또는 작업자에게 경보를 주어 수동 보정을 수행하게 함)이나 또는 훨씬 더 높은 차원의 변형(즉, 비선형 변형)을 고려하도록 노광단계(S2)를 제어할 수 있다.
도 4는 주어진 로트에서의 특정 사이클의 결과들을 예측하기 위하여, 특정 사이클, 즉 다수의 로트에 걸쳐 평균을 낸 사이클 n과 관련된 핑거프린트 데이터 및 주어진 로트, 즉 로트 m의 기판에 걸쳐 평균을 낸 기판 데이터가 어떻게 사용되는지를 나타내고 있다.
별개의 기판들을 식별하는 통계적 방법은 다음의 모델을 기반으로 하는 선형 회귀분석을 사용한다.
Δ = β0 + β1x + β2y + 나머지
여기서, (x,y,z)에서의 Δ는 측정된 위치와 예측된 위치간의 차이다. 일반적으로, 상기 모델의 적합도는 완전한 것은 아니어서, 각 측정에 대해 나머지(residual)를 남긴다. 이 나머지는 2개의 구성요소, 즉 소위 보정불가능 성분(non-correctable component) 및 무작위 성분(random component)로 이루어지는 것으로 생각될 수 있다. 상기 보정불가능 성분은 일정하며, 정의에 의하면 적용되는 모델에 의해서는 설명될 수 없다. 측정 노이즈라 칭할 수도 있는 무작위 성분은 실제 측정 디바이스 관련 노이즈 및 예를 들어 측정 타겟의 품질에 있어서의 무작위적 변화량으로 이루어진다.
실제에 있어서, 다중의 선형회귀는 다수의 실체(entity)에 대해 적용되며, 여기서, 하나의 실체는 배치 또는 로트 당 다중 정렬측정 다중 기판(multiple alignment)일 수 있다. 따라서, 기판 데이터를 모델링하는 것은 각 측정위치에 대해 나머지를 남길 것이다. 전체 기판에 걸친 각 측정에 대한 나머지들의 평균을 구함으로써 상기 위치의 보정불가능한 오차를 얻는다. 프로세스의 변화, 기판테이블상의 입자와 같은 오차, 또는 층간의(layer-to-layer) 상호작용이 있을 시, 보정불가능한 오차의 패턴은 변화되며 쉽게 검출될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 상술된 것과는 달리 실행될 수도 있다. 상기 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 수율을 향상시키는 디바이스 제조방법을 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 그 위에 복수의 기준마크를 갖는 기판상에서 수행되는 프로세스 단계를 특성화하는 방법에 있어서,
    - 상기 기판상에 제공된 광감응층상으로 디바이스의 기능적인 부분들의 층을 나타내는 패턴을 노광하여 잠재 패턴(latent pattern)을 임프린트(imprint)하는 단계;
    - 상기 광감응층상의 상기 잠재 패턴을 현상하여 상기 패턴이 드러나도록 하는 단계;
    - 상기 기판을 처리하는 단계;
    - 상기 기판상의 상기 기준 마크들의 상대적인 위치들을 측정하는 단계; 및
    - 상기 측정 단계의 결과들과, 상기 기준 마크들의 공칭의 위치와 관련된 기준 정보들을 비교하여 상기 프로세스 단계를 특성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 단계는 상기 프로세스 단계에서 발생될 수 있는 상기 기판의 어떠한 변형이라도 검출 및/또는 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 정보를 얻기 위하여 상기 프로세싱 이전에 상기 기판상의 상기 기준 마크들의 상기 상대적인 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적용, 노광, 현상 및 프로세싱 단계들은 배치(batch)내의 복수의 기판들에 대해 수행되고,
    상기 배치의 여타 기판들의 어떠한 변형이라도 검출 및/또는 측정하는데 사용되는 상기 기준 정보를 얻기 위해 상기 기판들 중 첫번째 기판상의 상기 기준 마크의 상대적인 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적용, 노광, 현상 및 프로세싱 단계들은 복수의 기판에 대해 수행되고;
    상기 측정 및 비교단계가 하나의 기판에 대해 수행되고, 상기 하나의 기판후의 기판상에 수행되는 프로세싱 단계의 1이상의 파라미터가 상기 측정 및 비교 단계를 기반으로 하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 상기 기판상에 제공된 제2광감응층상으로 디바이스의 기능적인 부분의 층을 나타내는 제2패턴을 노광하여 제2잠재 패턴을 임프린트하는 단계;
    - 상기 광감응층내에서 상기 제2잠재 패턴을 현상하여 상기 제2패턴이 드러나도록 하는 단계;
    - 상기 기판을 처리하는 단계를 더 포함하며,
    - 상기 제2패턴을 노광하는 상기 단계는 이전 사이클의 비교 단계와의 결과에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    데이터베이스내의 상기 측정 및/또는 비교단계의 결과를 자동적으로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는 상기 패턴을 상기 기판상에 이송하는 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는 상기 기판상에 형성된 프로세스 층을 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는 화학적 기계적 폴리싱 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. - 기판을 제공하는 단계;
    - 조명시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    - 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 정렬마크 및 디바이스층의 기능적인 부분을 포함하는 패턴을 부여하는 단계;
    - 상기 방사선의 패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하여 잠재 패턴을 형성시키는 단계;
    - 상기 잠재 패턴을 현상하여 상기 패턴이 드러나도록 하는 단계;
    - 상기 기판을 처리하는 단계;
    - 상기 기판상의 기준 마크들의 상대적인 위치들을 측정하는 단계; 및
    - 상기 측정 단계의 결과들과, 상기 기준 마크들의 공칭 위치와 관련된 기준 정보를 비교하여 상기 프로세스 단계를 특성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  12. 컴퓨터 시스템에서 실행되는 경우, 청구항 제1항 또는 제2항의 방법의 단계들을 수행하는 장치를 제어하는데 효과적인 코드수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.
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