KR100803267B1 - 포커스 결정 방법, 디바이스 제조 방법, 및 마스크 - Google Patents

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아리에 예프레이 덴 보에프
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

디바이스 제조 방법에서의 사용을 위한 1 이상의 포커스 세팅은 상이한 포커스 세팅에서 복수의 타겟 마커들을 프린트하고, 포커스를 나타내는 타겟 마커들의 특성을 측정하도록 예를 들어 오프-라인의 스케터로미터(scatterometer)를 사용함으로써 결정된다.

Description

포커스 결정 방법, 디바이스 제조 방법, 및 마스크{Focus Determination Method, Device Manufacturing Method, and Mask}
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시하는 도면; 및
도 3a, 3b, 4a, 4b, 5a 및 5b는 상이한 포커스 세팅들에서 이미징된(imaged) 타겟 패턴들 및 대응하는 스케터로미터의 응답을 도시하는 도면이다.
본 발명은 포커스 결정 방법, 디바이스 제조 방법, 및 마스크에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있 다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1개 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통한다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" - 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한(parallel) 방향 또는 역-평행(anti-parallel) 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정들을 사용하는 디바이스의 제조시, 각각의 마스크 패턴은 통상적으로 포커스 내의 타겟부 상에 투영된다. 실제로, 이것은 기판의 타겟부가 투영 시스템에 의해 투영된 에어리얼 이미지(aerial image)의 최상의 포커스(best focus)의 평면 내에 위치된다는 것을 의미한다. 임계 치수(critical dimension: CD), 리소그래피 장치에서 트랜지스터의 게이트 폭과 같이, 즉 그것의 변동들이 피처의 물리적 특성의 원하지 않는 변동을 야기하는 피처(들)의 치수가 줄어듦(shrink)에 따라, 기판에 걸친 및 기판들 사이 모두에서 포커스의 일관성(consistency of focus)은 더욱 더 중요해진다. 통상적으로, 리소그래피 장치는 에어리얼 이미지를 검사(probe)하기 위해 이미지 센서를 사용하거나 "센드-어헤드 웨이퍼(send-ahead wafers)", 즉 생산 진행(production run)에 앞서서 노광, 현상 및 측정되는 기판들에 의해 최적의 세팅들이 결정되었다. 센드-어헤드 웨이퍼에서는, 테스트 구조체가 소위 포커스-에너지 매트릭스(focus-energy matrix: FEM)에서 노광되며, 그러한 테스트 구조체들의 시험(examination)으로부터 최상의 포커스 및 에너지 세팅들이 결정되었다.
포커스를 모니터링(monitor)하는 정렬 시스템(alignment system)의 사용이 제시되었으며, 이는 다양한 포커스 세팅들에서의 표준(normal) 정렬 마커들에 대한 공지된 위치들, 즉 투영 시스템에 대한 기판의 위치들에서 포커스-감지 정렬 마커(focus-sensitive alignment marker)들을 프린트하는 것을 수반한다. 표준 정렬 마커들에 대한 이러한 포커스-감지 마커들의 위치가 측정되며, 포커스 오차들을 표현하는 정렬 오프셋(AO)이 나타난다.
하지만, 정렬 오프셋들을 결정하는데 필수적인 정렬 측정을 수행하고 마커들을 프린트하기 위해 이 방법은 귀중한 기계 작동 시간(machine time)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 방법은 디바이스 패턴 내의 임계 구조체(critical structure)의 주기보다 상당히 큰, 정렬 센서에 매치(match)된 주기, 예를 들어 대략 16㎛를 갖는 마커들을 사용할 수도 있다. 따라서, 정렬 마커들에 대해 최적으로 결정된 포커스 세팅이 디바이스 구조체들에 대해서는 최적이 아닐 수도 있다.
따라서, 리소그래피 장치의 시간 소모가 덜하며 및/또는 보다 짧은 주기를 갖는 구조체를 채택하는 1 이상의 최적 포커스 세팅을 결정하는 방법, 1 이상의 최 적 포커스 세팅들을 사용하는 디바이스 제조 방법, 및 1 이상의 방법에서의 사용을 위한 마스크가 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법을 위한 1 이상의 최적 포커스 세팅을 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
리소그래피 장치를 사용하여, 기판 상의 복수의 타겟 마커들을 프린트하되, 상기 타겟 마커들 중 상이한 것들은 상이한 포커스 세팅들로 프린트되는 단계;
각도 분해 스케터로미터(angle-resolved scatterometer)를 사용하여 타겟 마커들의 특성을 측정하는 단계; 및
타겟 마커들의 측정된 특성에 기초하여 1 이상의 포커스 세팅들을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은:
1 이상의 포커스 세팅들을 결정하는 단계로서,
리소그래피 장치를 사용하여, 제 1 기판 상의 복수의 타겟 마커들을 프린트하되, 상기 타겟 마커들 중 상이한 것들은 상이한 포커스 세팅들로 프린트되는 단계;
상기 타겟 마커들의 특성을 측정하도록 각도 분해 스케터로미터를 사용하는 단계; 및
타겟 마커들의 측정된 특성에 기초하여 1 이상의 최적 포커스 세팅들을 결정하는 단계에 의하여, 상기 1 이상의 포커스 세팅들을 결정하는 단계, 및
1 이상의 최적 포커스 세팅들을 사용하여 제 2 기판 상에 디바이스 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법을 위한 1 이상의 포커스 세팅을 결정하는 방법에서의 사용을 위한 마스크가 제공되며, 상기 마스크는 타겟 마커를 표현하는 패턴을 포함하고, 상기 타겟 마커는 포커스 세팅들에 민감하며 약 200nm 내지 약 1um의 범위 내의 주기 또는 스케일을 갖는 구조체 및 디바이스 제조 방법에서 프린트될 디바이스 피처와 유사한 주기 또는 스케일을 갖는 서브-구조체(sub-structure)를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 특정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 특 정의 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선 빔을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들, 또는 그들의 여하한의 조합을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패 턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형(alternating phase-shift), 및 감쇠 위상-시프트형(attenuated phase-shift)과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 그들의 여하한의 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있 다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블들 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮이는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소 스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 상기 일루미네이터(IL)는 필요에 따라, 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면이 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖도록 하기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로지른 후, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 상기 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사 선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확히 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단지 단-행정 엑추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 놓일 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 놓일 수 있다.
서술된 장치는 다음과 같은 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 연속하는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 디바이스 제조를 위한 최적 포커스 세팅들이 결정되고, 그 후 디바이스를 제조하는데 사용되는 방법을 도시하는 흐름도이다.
제 1 단계(S1)에서, 디바이스 제조를 위해 후속하여 사용될 리소그래피 장치를 이용하여 "센드-어헤드" 또는 테스트 기판 상에 복수의 타겟 마커들이 프린트된다. 상기 타겟 마커들은, 예를 들어 약 200nm 내지 약 1㎛의 범위, 특히 약 500nm의 비교적 큰 주기 또는 스케일을 갖는 메인 구조체(main structure), 및 예를 들어 약 25 내지 약 150nm의 범위의 비교적 작은 스케일을 갖는 서브구조체를 포함할 수 있다. 서브구조체는 제조될 1 이상의 디바이스 구조체의 스케일과 비슷한, 예를 들어 약 50nm 또는 약 100nm의 주기 또는 스케일을 가질 수 있다. 특정 실시예에는, 2개의 상이한 스케일을 갖는 서브-구조체들이 포함된다. 일 실시예에서는, 1 이상의 이러한 타겟 마커들을 프린트하도록 구성된 마스크가 제공될 수 있다.
복수의 상이한 포커스 세팅들을 이용하여 복수의 타겟 마커들이 기판 상에 프린트된다 - 몇몇 타겟 마커들이 각각의 포커스 세팅에서 프린트될 수 있다. 특히, 복수의 타겟 마커들 사이에서, 하나가 다른 하나에 대해 180°로 회전되거나 다른 하나의 거울 이미지인 것을 제외하고는 동일한 마커들의 쌍들이 존재한다. 각 쌍의 마커들 모두는 동일한 포커스 세팅을 이용하여 프린트된다.
타겟 마커들은 포커스-감응성인데, 이는 상기 마커들이 포커스를 벗어나(out of focus) 노광되는 경우, 잠재되어 있거나(latent) 현상되어 있는, 프린트된 마커가 포커스 내에서 프린트된 마커와 검출가능하게 상이하다는 것을 의미한다. 상기 타겟 마커들은 노광이 포커스를 벗어나는 정도가 프린트된 마커로부터 결정될 수 있도록 이루어진다. 특정 실시예에서 타겟 마커는 포커스 내에서 프린트된 경우에는 비대칭적(asymmetric)이지만 포커스를 벗어나 프린트된 경우에는 보다 대칭적(symmetric)이다. 또한, 상기 마커들은 정반대(converse)로 적용되거나 마커들이 그 대칭도와 포커스 세팅 사이에서 더 복잡한 관계를 가질 수 있도록 배치될 수도 있다.
단계(S2)에서는, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되고 있는 2004년 8월 16일에 제출된 US 특허 출원 제 US 10/918,742호에 개시되어 있는 바와 같이, 각도-분해 스케터로미터를 사용하여 프린트된 타겟 마커들의 특성이 측정되지만, 다른 툴이 사용될 수도 있다. 상기 스케터로미터는 오프-라인(off-line) 또는 스탠드-얼론(stand-alone) 툴, 또는 리소그래피 장치, 예를 들어 디바이스 제조를 위해 사용될 리소그래피 장치 내로 통합되는 것일 수 있다. 스케터로미터는 타겟의 잠상(latent image), 레지스트 내의 현상된 이미지, 또는 기판 내로 전사된 이미지를 판독할 수 있다.
스케터로미터의 출력의 정확한 형태는 측정되고 있는 특성 및 타겟 마커의 형태에 의존할 것이다. 몇몇 경우에 상기 스케터로미터 데이터는 분산 구조(scattering structure)의 이미지, 즉 타겟 마커를 재구성하는데 사용될 수 있지만, 다수의 경우, 특히 비대칭성이 측정될 경우에 스케터로미터 출력은 측정될 특 성에 더 간단하게 연관될 수 있다. 몇몇 경우에 측정되는 특성은 상기 스케터로미터 데이터를, 1 이상의 캘리브레이션 마커(calibration marker)를 측정하는 것으로부터 도출(derive)된 데이터와 비교함으로써 결정될 수 있다.
대칭성이 측정된 특성인 경우, 타겟 마커의 측정된 비대칭성(Am)은 상기 타겟 마커의 실제 비대칭성(actual asymmetry: At) 및 스케터로미터의 계통적 오차(systematic error: Ae)로 구성될 수 있다. 즉:
Am = At + Ae (1)
보완적(complementary) 타겟 마커, 즉 동일한 포커스 세팅으로 프린트된 동일한 마크지만 180° 회전되거나 미러링(mirror)된 타겟 마커의 측정된 비대칭성(A'm)은 동일하지만 실제 비대칭성과 부호가 반대인, 동일한 계통적 오차를 나타낼 것으로 예상될 수 있다. 즉:
A'm = -At + Ae (2)
(1)로부터 (2)를 차감함으로써 타겟 마커의 실제 비대칭성을 도출(extract)하는 것이 가능하다.
단계(S3)는 디바이스 제조 방법에 사용될 포커스 세팅을 결정하기 위해 스케터로미터 데이터를 처리하는 단계를 포함한다. 간단한 경우, 이는 어떤 것이 가장 많이 또는 가장 적게 비대칭적인지를 식별하기 위하여 상이한 포커스 세팅으로 프린트된 마커 (쌍)에 대해 결정된 (실제) 비대칭성들을 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 경우들에서 측정된 결과들 간에 보간(interpolate)을 수행하거나 측정된 결과들로부터 추론(extrapolate)함으로써 최적 세팅이 결정될 수 있다. 그 후, 단계(S4)에서 상기 포커스 세팅은 테스트 또는 "센드-어헤드" 기판을 처리했던 동일한 리소그래피 장치를 사용하여 생산 기판들을 노광하는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예의 작동이 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된다. 100nm 및 50nm 라인들을 갖는 500nm 트렌치(trench)를 포함하는 타겟 마커는 3 가지 상이한 포커스 세팅으로 기판 상에 이미징되며, 결과적인 구조체의 단면이 도 3a, 도 4a 및 도 5a에 도시된다. 대응하는 스케터로미터 출력이 도 3b, 도 4b 및 도 5b에 도시된다. 도 3a에서 상기 이미지는, 100nm 및 50nm 라인들이 전혀 분해되지 않도록 포커스를 매우 벗어나 있다. 그러므로, 기판 상의 구조체는 트렌치 양 측면의 넓이가 500nm이고, 높이가 100nm인 2 개의 흐릿한(opaque) 영역들로 구성된다. 도 4a에서 상기 이미지는, 트렌치의 중심으로부터 50nm 만큼 오프셋된 100nm 라인이 분해되지만 상기 50nm 라인은 분해되지 않도록 포커스가 거의 맞춰있다. 도 5a에서는 두 라인 모두 분해된다. 상기 50nm 라인은 트렌치의 측면으로부터 50nm 떨어져 있으며, 100nm 라인과 반대 측면에 있다. 대응하는 스케터로미터 출력들의 차이는 도 3b, 4b 및 5b에서 명확히 알 수 있다. 도 3b는 원형의 영역에서는 실질적으로 일정한 값을 갖고 그 밖에서는 0값을 갖는 대칭적 반응을 나타낸다. 도 4b는 100nm 라인에 대응하는 측면 상에 더 높은 세기를 갖는 강한 비대칭성으로 오프셋된 원들이 오버래핑된(overlapping offset circles) 패턴을 나타낸다. 도 5b는 오버래핑된 원들의 유사한 패턴을 나타내지만, 비대칭성의 양이 보다 적다. 이는 간단한 현상(criteria), 예를 들어 스케터로미터 응답 내의 공간 주파수(spatial frequency)들 및/또는 비대칭성을 측정함으로써 쉽게 구별될 수 있다.
사용된 마커들은 디바이스 구조체와 유사하고 유사한 스루-포커스 거동(through-focus behavior)을 갖도록 배치될 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 이용하여 결정된 포커스 세팅들은 종래 기술들을 이용하여 결정된 포커스 세팅들보다 더 최적화될 수 있다. 따라서, 테스트 마커들에 대해 최적화되도록 결정되는 상기 포커스 세팅은 디바이스 구조체에 대해서도 최적화되어야 한다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 응용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예의 특정 사용예에 대하여 언급했지만, 본 발명은 다른 응용예, 예를 들어 임프린트 리소그래피에도 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126nm의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선 뿐만 아니라, 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용한다면 "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 칭할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 상기 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
상기 설명들은 예시를 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 하기에 기술된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 설명된 바와 같은 본 발명에 대한 변형예들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 짧은 주기를 갖는 구조체를 채택하도록 최적 포커스 세팅을 결정하기 위한 포커스 세팅 결정 방법, 포커스 세팅을 사용하는 디바이스 제조 방법, 및 포커스 세팅 결정 방법에서의 사용을 위한 마스크를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.

Claims (18)

  1. 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법을 위한 1 이상의 최적 포커스 세팅 결정 방법에 있어서:
    상기 리소그래피 장치를 사용하여, 복수의 타겟 마커들을 기판 상에 프린트하되, 상기 타겟 마커들 중 상이한 것들은 상이한 포커스 세팅들로 프린트되는 단계;
    상기 타겟 마커들의 특성을 측정하도록 각도-분해 스케터로미터(angle-resolved scatterometer)를 사용하는 단계;
    상기 타겟 마커들의 측정된 특성에 기초하여 상기 1 이상의 포커스 세팅을 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 마커들은 200nm 내지 1㎛의 범위의 주기 또는 스케일을 갖는 구조체 및 상기 디바이스 제조 방법으로 프린트될 디바이스 피처의 범위와 유사한 주기 또는 스케일을 갖는 서브-구조체(sub-structure)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브-구조체의 주기 또는 스케일은 25nm 내지 150nm의 범위인 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브-구조체는 2개의 구별적이고 상이한 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 타겟 마커들은 형태가 동일하지만, 서로에 대해 180°로 회전되거나 다른 하나의 거울 이미지(mirror image)인 마커들의 쌍(pair)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1 이상의 포커스 세팅을 결정하는 단계는 상기 각각의 쌍들 중 하나의 타겟 마커의 특성의 측정치로부터 상기 각각의 쌍들 중 다른 하나의 타겟 마커의 특성의 측정치를 차감하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 특성은 상기 타겟 마커의 비대칭성(asymmetry)에 관련되는 것을 특징으 로 하는 포커스 세팅 결정 방법.
  8. 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 있어서:
    1 이상의 포커스 세팅들을 결정하는 단계로서, 상기 단계는:
    리소그래피 장치를 사용하여, 복수의 타겟 마커들을 제 1 기판 상에 프린트하되, 상기 타겟 마커들 중 상이한 것들은 상이한 포커스 세팅들로 프린트되는 단계,
    각도 분해 스케터로미터를 사용하여 상기 타겟 마커들의 특성을 측정하는 단계, 및
    상기 타겟 마커들의 측정된 특성에 기초하여 1 이상의 최적 포커스 세팅들을 결정하는 단계에 의하며; 및
    1 이상의 최적 포커스 세팅들을 사용하여 제 2 기판 상에 디바이스 패턴을 전사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟 마커들은 200nm 내지 1㎛의 범위의 주기 또는 스케일을 갖는 구조체 및 상기 디바이스 제조 방법으로 프린트될 디바이스 피처의 범위와 유사한 주기 또는 스케일을 갖는 서브-구조체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 서브-구조체의 주기 또는 스케일은 25nm 내지 150nm의 범위인 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 서브-구조체는 2개의 구별적이고 상이한 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 타겟 마커들은 형태가 동일하지만, 서로에 대해 180°로 회전되거나 다른 하나의 거울 이미지인 마커들의 쌍들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 1 이상의 포커스 세팅을 결정하는 단계는, 상기 각각의 쌍들 중 하나의 타겟 마커의 특성의 측정치로부터 상기 각각의 쌍들 중 다른 하나의 타겟 마커의 특성의 측정치를 차감하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 특성은 상기 타겟 마커의 비대칭성에 관련되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  15. 패터닝 디바이스로부터 기판 상에 패턴을 전사하도록 배치된 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법을 위해 1 이상의 포커스 세팅을 결정하는 방법에서 사용하기 위한 마스크에 있어서,
    타겟 마커를 표현하는 패턴을 포함하여 이루어지고, 상기 타겟 마커는 포커스 세팅들에 민감하며 200nm 내지 1㎛의 범위 내의 주기 또는 스케일을 갖는 구조체 및 디바이스 제조 방법에서 프린트될 디바이스 피처의 범위와 유사한 주기 또는 스케일을 갖는 서브-구조체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브-구조체의 주기 또는 스케일은 25nm 내지 150nm의 범위인 것을 특징으로 하는 마스크.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브-구조체는 2개의 구별적이고 상이한 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 마스크는 형태가 동일하지만, 서로에 대해 180°로 회전되거나 다른 하나의 거울 이미지인 타겟 마커들의 쌍을 표현하는 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크.
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