KR100841423B1 - 스캐터로미터 데이터에 기초한 처리 파라미터 값의 결정방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 방법은, 캘리브레이션 기판 상에 제공된 다수의 마커 구조체 세트들로부터 광학 검출 장치를 사용하여 캘리브레이션 측정 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 각 마커 구조체 세트는, 처리 파라미터의 상이한 알려진 값들을 사용하여 만들어진 하나 이상의 캘리브레이션 마커 구조체를 포함한다. 상기 방법은, 기판 상에 제공되고 처리 파라미터의 미지의 값을 사용하여 노광된 하나 이상의 마커 구조체로부터 광학 검출 장치를 사용하여 측정 데이터를 얻는 단계; 및 처리 파라미터의 알려진 값 및 캘리브레이션 측정 데이터에 기초한 모델에 회귀 계수들을 적용함으로써 상기 얻어진 측정 데이터로부터 처리 파라미터의 미지의 값을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

스캐터로미터 데이터에 기초한 처리 파라미터 값의 결정 방법{METHOD TO DETERMINE THE VALUE OF PROCESS PARAMETERS BASED ON SCATTEROMETRY DATA}
본 출원은, 본 명세서에 그 전체가 인용참조되어 있는 2004년 2월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 60/546,165호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 마스크와 같은 패터닝 구조체가 IC의 개별층상에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)상의 (예를 들어, 1개 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상으로 이미징될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행 또는 역-평행하게 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다.
본 명세서에서는, IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 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.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 약 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20nm의 범위인) 극자외(EUV)방사선 뿐만 아니라, 이온빔 및 전자빔과 같은 입자빔들을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 구조체"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔(예를 들어 투영 빔)의 단면에 소정 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 구조체를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 상기 빔 에 부여된 패턴은 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수 있다는 것을 유념해야 한다. 일반적으로, 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝 구조체는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 구조체의 예로는 마스크, 프로그래밍가능한 거울 어레이 및 프로그래밍가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 형태와 다양한 하이브리드 마스크 형태도 포함한다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 배치를 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다; 이런 방식으로 반사된 빔이 패터닝된다.
지지 구조체는, 패터닝 구조체를 지지한다. 즉, 이의 중량을 견딘다. 이는 패터닝 구조체의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 구조체가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 구조체를 유지한다. 지지체는 기계적 클램핑, 진공 또는 다른 클램핑 기술들, 예를 들어 진공 조건 하에서의 정전기적 클램핑을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 원하는 대로 고정되거나 이동할 수 있고 패터닝 구조체가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 구조체"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템, 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
조명 시스템은 또한, 방사선의 투영 빔을 지향, 성형, 또는 제어하도록 구성된 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학 구성요소를 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소를 포괄할 수 있으며, 이러한 구성요소들은 또한 이하 총괄적으로 또는 단독으로 "렌즈"로서 참조될 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판 테이블(및/또는 2이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1이상의 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
리소그래피 장치는 또한, 기판이 투영 시스템의 최종 요소 및 기판 사이의 공간을 채우기 위하여, 예를 들어 물과 같은 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체 내에 침지되는 형태가 될 수 있다. 침지 액체는 마스크 및 투영 시스템의 제 1 요소 사이의 리소그래피 장치 내 다른 공간에 적용될 수도 있다. 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위하여 침지 기술이 사용될 수 있다.
더 작은 설계 피처들 및 더 높은 디바이스 밀도로의 계속되는 추세로 인해 고해상도 리소그래피가 요구된다. 이러한 요건을 만족시키기 위해서는, 가능한 한 많은 세부사항에서 리소그래피 처리를 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 정확한 모니터링 및 제어를 필요로 할 수 있는 가장 중요한 처리 파라미터들 중 두 가지는 선량(dose) 및 포커스(focus)이다. 일반적으로 이들 파라미터들을 모니터 및 제어하기 위해 임계 치수(CD) 변동(variations)이 측정된다. 그러나, CD-변동을 측정할 때 선량 및 포커스 데이터들 간에 구별하는 것은 어려울 수 있다.
일반적으로, 특별하거나 다수의 피처들은 특별하거나 시간이 걸리는 메트롤로지와 결합하여 사용된다. 포커스는 예를 들어 위상 시프트 포커스 모니터에 의해 결정될 수 있다. 포커스 오차는 오버레이 판독(readout) 툴로 쉽게 검출될 수 있는 오버레이 오차가 될 수 있다. 제 2 기법에서, 포커스의 모니터링은 선-단 단축(line-end shortening)의 개념을 사용하여 수행된다. 그러나, 이 기법에서, 디포커스(defocus)의 신호는 결정하기가 극도로 어려울 수 있다. 부가적으로, 가장 최근의 기법은 시험 구조체 상에만 적용가능하다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 패턴의 품질을 모니터링할 필요성은 신속하고 신뢰성 있는 기술을 요구하며, 이는 예를 들어 시험 또는 제품 웨이퍼와 같은 노광될 모든 종류의 기판들 상의 칩 영역 또는 스크라이브 선(scribe line) 내의 많은 위치들에 이용될 수 있다. 스캐터로메트리(scatterometry)라 불리는 광학 메트롤로지 기법은 이들 요건을 특정 범위까지 만족시킬 수 있다. 본 명세서에 사용된 "광학" 및 "광(빛)"이라는 용어는, 400-1500nm의 파장, (예를 들어, 파장이 약 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20nm의 범위인) 극자외(EUV) 방사선 뿐만 아니라, 이온빔 및 전자빔과 같은 입자빔 들을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄한다.
스캐터로메트리에서, 광 빔은 타겟, 일반적으로 회절 격자(grating)와 같은 특별히 설계된 구조체로 지향된다. 이어서, 타겟은 빛을 반사, 굴절 및/또는 회절시킨다. 마지막으로, 타겟으로부터의 빛은 적절한 센서를 포함하는 검출기에 의해 검출될 수 있다. 검출기에 의한 검출은 반사 또는 투과시에 회절 및/또는 비-회절된 빛을 측정하면서 이루어질 수 있다. 입사광, 즉 타겟에 지향된 빛의 경우, 한 세트 이상의 특성들이 동시에 변화될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "스캐터로메트리" 및 "스캐터로미터(scatterometer)" 라는 용어는, 빛이 타겟과의 상호작용 후에 생성 및 분석되는 모든 타입의 측정 기술 및 툴을 포괄한다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 "스캐터로미터"는 엘립소미터(ellipsometer) 및 주사 전자 현미경(SEM)을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "스펙트럼"이라는 용어는, 타겟과 상호작용 후의 빛이 검출될 수 있는 모든 타입의 포멧을 포괄한다. 따라서, 이는 SEM 내의 산란된 전자들에 의해 생성되는 이미지를 포함한다.
스캐터로메트리는 통상적으로 포커스 및 선량(dose)과 같은 처리 파라미터들의 값들을 결정하기 위해 사용된다. 그러나, 일반적으로, 처리 파라미터들 및 스캐터로메트리 측정 파라미터들 간의 관계에 관해 몇가지가 가정된다. 이러한 가정된 관계들의 예로는, 포커스 및 측벽 각도(side wall angle)(선형 구조의 측면의 경사) 간의 선형 관계, 선량 및 중간-CD(mid-CD)(선형 구조의 높이의 반에서의 폭) 간의 선형 관계가 있다. 실제로, 하나의 단일 스캐터로메트리 측정 파라미터 및 포커스 또는 선량과 같은 처리 파라미터 간에 독특한 관계가 없을 수 있다. 측벽 각 도의 특성에 기여하는 예를 들어 포커스 이외의 부가적인 효과들이 있을 수 있다. 상기된 가정에 의해, 이들 효과들은 포커스로 잘못(abusively) 해석될 것이다.
검출된 스펙트럼(또는 입자 빔들이 사용되는 경우, 검출된 신호는 스펙트럼이라기보다 오히려 이미지가 될 수 있다)은 라이브러리 내에 저장된 데이터와 비교함으로써 분석된다. 검출된 스펙트럼 및 라이브러리 내 스펙트럼 간의 소위 "가장 좋은 조화(best match)"는 타겟 구조체를 가장 잘 나타내는 파라미터 값들을 결정한다. 리소그래피 목적에 대하여, 확인된 파라미터 값들, 즉 포커스 및 선량은 리소그래피 장치의 성능을 증가시키기 위해 적용될 수 있다. 리소그래피 처리 파라미터 제어 및 모니터링의 질은 라이브러리의 질에 따라 크게 좌우될 수 있다. 라이브러리는 일반적으로, 격자 높이, 선폭 및 측벽 각도과 같은 격자 파라미터들과 같은 상이한 스캐터로메트리 측정 파라미터들, 및 재료 특성 및 앞서 처리된 기판 내 층들과 관련 있는 특성들과 같은 상이한 기판 파라미터들에 대한 값들을 계산함으로써 구성된 이론적인 스펙트럼으로 채워진다. 특히, 노광되는 기판의 특성이 규칙적으로 변화되는 경우에, 극히 신뢰성 있는 라이브러리를 만드는 것은 시간이 걸리고 매우 복잡할 수 있다는 것은 쉽게 이해될 것이다.
또한, 기초(underlying) 층들의 두께 및 사용된 재료들의 광학 상수들과 같은 스캐터로메트리 측정 파라미터들은 제조 상태에서 결정하기 극히 어려울 수 있다. 경험적 데이터, 즉 실험적으로 얻어진 데이터의 사용이 제안되어왔다(예를 들어 Allgair et al., Yield Management Solutions, Summer 2002, pp 8-13). 이러한 경우, 경험적 라이브러리는 제어되는 처리 공간을 커버하는 처리 파라미터들의 변 화하는 세트에 의해 처리된 다수의 구조체들을 사용하여 기판으로부터 만들어진다. 그러나, 이 참조문헌에 언급된 바와 같이, 이들 구조체들의 특징화는, 처리 파라미터들 상의 요구되는 제어 수준 및 "자연적 변동(natural variation)" (즉 신중히 유도된 변동들이 아니다)에 의해 도입된 노이즈의 중요한 영향으로 인해, 간단하지 않다(non-trivial).
본 발명의 실시예는 경험적 데이터를 사용하는, 리소그래피 방법과 관련있는 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하는 방법을 포함한다. 한 실시예는 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하는 방법을 제공하며, 이 방법은:
캘리브레이션 대상물(calibration object) 상에 제공된 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들로부터 캘리브레이션 측정 데이터를 얻는 단계로서, 상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 하나 이상의 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하고, 상이한 캘리브레이션 마커 구조체 세트들의 캘리브레이션 마커 구조체들은 하나 이상의 처리 파라미터의 상이한 알려진 값들을 사용하여 생성되는, 상기 캘리브레이션 측정 데이터를 얻는 단계;
상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상기 알려진 값들을 사용하고, 상기 캘리브레이션 측정 데이터 상에 회귀(regression) 기법을 사용함으로써, 다수의 회귀 계수들을 포함하는 수학적 모델을 결정하는 단계;
대상물 상에 제공된, 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 사용하여 만들어진 하나 이상의 마커 구조체로부터 측정 데이터를 얻는 단계; 및
상기 수학적 모델의 상기 회귀 계수들을 사용함으로써 상기 얻어진 측정 데이터로부터 상기 대상물에 대한 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은:
캘리브레이션 대상물 상에 제공된 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들로부터 캘리브레이션 측정 데이터를 얻도록 배치된 검출기로서, 상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 하나 이상의 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하고, 상이한 캘리브레이션 마커 구조체 세트들의 캘리브레이션 마커 구조체들은 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상이한 알려진 값들을 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 검출기;
상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상기 알려진 값들을 사용하고, 상기 캘리브레이션 측정 데이터 상에 회귀(regression) 기법을 사용함으로써 결정된, 다수의 회귀 계수들을 포함하는 수학적 모델을 저장하는 프로세서 유닛을 포함하고;
상기 프로세서 유닛은, 대상물 상에 제공된, 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 사용하여 만들어진 하나 이상의 마커 구조체로부터 측정 데이터를 얻도록; 그리고 상기 수학적 모델의 상기 회귀 계수들을 사용함으로써 상기 얻어진 측정 데이터로부터 상기 대상물에 대한 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 결정하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 시스템은 방사선 투영 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템; 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하도록 구성된 지지 구조체; 기판을 잡아주도록 구성된 기판 테이블; 및 기판의 타겟부 상에 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일실시예에서, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 어떤 것에 따른 본 발명의 방법으로 제조된 반도체 디바이스가 제공된다.
일실시예에서, 시스템은 방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템; 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하도록 구성된 지지 구조체; 하나 이상의 마커 구조체를 갖는 기판을 잡아주도록 구성된 기판 테이블; 및 기판의 타겟부 상에 패터닝된 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 임의의 상기된 실시예에 따른 시스템을 사용하여 제조된 반도체 디바이스에 관한 것이다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시로만, 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 이 기법의 최고기술 수준의 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 3은 라이브러리에 기초한(library-based) 방법의 기능적 흐름을 도시하는 도면;
도 4는 측정된 캘리브레이션 스펙트럼을 사용하는 라이브러리에 기초한 방법의 기능적인 흐름을 도시하는 도면;
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 두 위상을 나타내는 기능적 블록 다이어그램을 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 회귀의 개념의 기능적인 블록 다이어그램을 도시하는 도면;
도 7a, 7b는 본 발명의 일실시예에 따른, 조화성분(harmonics)으로의 분할(partitioning)의 개념 및 고유 성분(principal components)으로의 분할의 개념을 도시하는 도면;
도 8a, 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 마커 구조체의 상이한 결합의 평면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 시스템을 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는: 방사선 투영 빔(PB)(예를 들어, UV 방사선 또는 다른 파장들을 갖는 방사선)을 제공하도록 구성된 조명시스템(일루미네이터)(IL); 및 패터닝 구조체(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 투영 시스템, 아이템(PL)에 대해 패터닝 구조체를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 제 1 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)를 포함한다. 상기 장치는 또한 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 잡아주도록 구성되고, 투영 시스템(" 렌즈"), (PL)에 대해 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)을 포함하며, 투영 시스템(예를 들어 굴절 투영 렌즈)("렌즈")(PL)은 기판(W)의 타겟부(예를 들어 1이상의 다이를 포함)(C) 상에 패터닝 구조체(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 이미징하도록 구성된다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형이다. 선택적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그래밍가능한 거울 어레이를 채택하는) 반사형이 될 수도 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수도 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은, 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더를 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 일루미네이터(IL)는, 필요하다면 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AM)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 범위(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)가 조정 될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖는, 투영빔(PB)로 칭해지는 컨디셔닝된 방사선의 빔을 제공한다.
상기 투영 빔(PB)은, 마스크 테이블(MT) 상에 유지되는 마스크(MA) 상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 투영 빔(PB)은 렌즈(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF), (예컨대, 간섭계 디바이스)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대상물 테이블(MT, WT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module)(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 위치설정기(PM, PW)의 일부분을 형성한다. 그러나, (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 상기 마스크 테이블(MT)은 단지 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
서술된 장치는 다음의 바람직한 모드들로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되는 한편, 투영 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C)상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 이후, 기판 테이블(WT)은 다른 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, 투영 빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure))된다. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 확대(축소) 및 투영시스템(PL)의 이미지 반전 특성에 의하여 결정된다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 작동의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그래밍가능한 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, 프로그래밍가능한 패터닝 구조체는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔동안의 연속 방사선 펄스들 사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 탕입의 프로그래밍가능한 거울 어레이와 같은 프로그래밍가능한 패터닝 수단을 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들을 채택할 수 있다.
도 2는 최고 기술 수준의 스캐터로미터를 도시한다. 스케터로미터는, 기판 테이블(WT) 상에 놓여있는 노광되는 기판(W) 상의 구조체(5), 일반적으로 몇가지 타입의 격자에 광 빔(2)를 지향하는 광원(1), 및 검출기(4)를 포함한다. 검출기(4)는 (마이크로)프로세서(9)에 연결되며, 이는 메모리(10)에 연결된다. 광 빔(2)은 기판(W)의 표면 상에 위치된 적당한 구조체(5)에서 반사 및/또는 회절된다. 광 빔(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(W)에 소정 각도으로 지향될 수 있으나, 기판(W)에 수직으로 또한 지향될 수 있다. 적합한 구조체에 지향되는 빛의 한 세트 이상의 특성들이 동시에 변화될 수 있는 스캐터로메트리 개념이 몇가지 있다. 한 세트의 특성들은 예를 들어 한 세트의 파장들, 한 세트의 입사각들, 한 세트의 편광 상태들 또는 한 세트의 위상들 및/또는 위상 차이들이다. 검출기는 상기된 세트들의 하나 또는 결합을 검출하도록 배치될 수 있으며, 반사 및/또는 회절된 빛의 상이한 일부들을 기록하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다.
도 3은 스캐터로메트리에 라이브러리에 기초한 방법을 사용하는 기능적인 개요를 도시한다. 라이브러리는 일반적으로, 상이한 스캐터로메트리 측정 파라미터들, 예를 들어 구조체(5)의 선들의 선폭, 선 높이, 측벽 각도 등의 구조체 파라미터들, 이러한 선들 아래의 기초(비-패터닝된) 층들의 두께, 및 광 빔(2)과 상호작용하는 모든 재료들의 광학 상수들에 대해 스펙트럼을 계산함으로써 구성될 수 있다. 실제 물리적 구조체(5)에 대한 측정 전에, 이러한 특정한 종류의 구조체(5)와 관련된 상기된 파라미터들이 정의될 필요가 있을 수 있다. 소정 범위의 이들 정의된 파라미터들 각각에 대하여, 구조체(5)에 의해 조절된 빛의 스펙트럼이 계산되고, 작업(task)(301)에서 메모리(10)의 스펙트럼 라이브러리 내에 프로세서(9)에 의해 저장된다.
이어서, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 이론적인 계산들이 알려진 구조체들 상에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 라이브러리가, 측정되는 실제 구조체(5)의 스펙트럼 성능의 원하는 영역을 커버하기에 충분한 스펙트럼을 갖고 프로세서(9)에 의해 채워지는 경우, 실제 구조체(5) 상에서 측정이 수행된다. 이어서 상기 방법은 작업(302)으로 진행되며, 그리고나서 실제 구조체(5)의 측정된 스펙트럼은 메모리(10)의 스펙트럼 라이브러리 내의 다수의 저장된 스펙트럼과 프로세서(9)에 의해 비교된다. 선택적으로, 실시간 피팅(real time fitting)이 또한 적용될 수 있다.
다음으로, 내삽법(interpolation) 알고리즘을 사용하여, 메모리(10)로부터 작업(303)에서 '가장 좋은 조화(best match)'가 추출되고, 추출된 스펙트럼을 생성하기 위해 사용되었던 파라미터들에 상응하는 파라미터들의 값이 확인된다. 예를 들어, 측정된 스펙트럼이 파라미터(A)에 대한 값(A1) 및 파라미터(B)에 대한 값(B3)을 사용하여 구성되는 스펙트럼과 가장 유사한 경우, 프로세서(9)는 결국 출력{A1,B3}을 제공한다.
정밀 결합 파동 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis)(RCWA)와 같은 정밀한(rigorous) 회절 모델링 알고리즘이 스펙트럼 라이브러리의 스펙트럼을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 메모리(10)의 스펙트럼 라이브러리 내에 저장되는 스펙트 럼들을 계산하기 위해 사용되는 이러한 복잡한 알고리즘은, 무엇보다도, 사용되는 재료들의 광학 특성의 지식을 먼저 요구할 수 있다. 실제로, 특히 제품 와이퍼들에 대하여, 이들 특성들 중 일부의 값들만이 알려져 있으며, 따라서 근사값이 일반적으로 사용된다. 또한, 제조 상태에서, 기초 층들 내의 상이한 구조체들의 특성들은 불충분하게 알려져 있다. 결과적으로, 통상적인 라이브러리에 기초한 방법들은 복잡할 수 있으며, 이로 인해 제조 상태들에서 일상적인 사용이 제한될 수 있다.
이하의 설명에서, 예시적인 처리 파라미터들로서 선량 및 포커스를 참조할 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 다른 리소그래피 처리 파라미터들이 사용되는 경우에 유사한 방식으로 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 사용될 수 있는 처리 파라미터의 다른 예에는, 예를 들어 선량과 관련되는 트랙(track) 파라미터, 레티클 상의 선폭의 변동, 레티클-대-레티클(reticle-to-reticle)로부터의 변동, 투영 렌즈 수차(aberrations), 투영 렌즈 플레어(flare), 및 레티클 조명 광의 각도 분포가 포함된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 스캐터로메트리의 라이브러리에 기초한 방법의 기능적인 설명을 도시한다. 이 방법에서, 이론적 스펙트럼 데이터 대신 측정된 캘리브레이션 스펙트럼이 직접 사용되고 실제 물리적인 구조체 상에서 측정된 스펙트럼과 비교되며, 이는 예를 들어 격자와 같은 회절 구조체가 될 수 있다. 실제, 물리적인 구조체의 측정을 실시하기 전, 캘리브레이션 기판 상에서 캘리브레이션이 실시된다.
본 발명의 일실시예에서, 캘리브레이션 기판에 다수의 캘리브레이션 구조체 들이 제공되며, 캘리브레이션 구조체들은 각각 측정되는 물리적 구조체로서 실질적으로 유사한(comparable) 형태를 갖는다. 캘리브레이션 구조체들은 각각 캘리브레이션 기판 상의 독특한 위치를 가질 수 있으며, 포커스 및 노광(선량)과 같은 처리 파라미터들의 독특한 값들의 조합으로 만들어진다. 본 발명의 일실시예에서, 제 1 처리 파라미터의 값은 기판을 가로질러 제 1 방향에서 변화되는 반면, 제 1 방향에 대해 실질적으로 수직인 제 2 방향에서 제 2 처리 파라미터는 변화될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 제 1 및 제 2 처리 파라미터들은 포커스 및 선량이다. 이러한 경우, 캘리브레이션 기판은 포커스-노광 매트릭스(FEM)이라 불린다. 이하 설명에서, 본 발명의 실시예의 개념을 설명하기 위하여 FEM이 참조될 것이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 대체 매트릭스가 사용될 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 방법은 작업(401)에서 시작되며, 여기서 캘리브레이션 스펙트럼은 FEM으로 측정되고, 이어서 상기 스펙트럼들을 만들기 위해 사용되었던 포커스 및 선량의 값들에 관한 정보와 함께 메모리(10) 내에 저장된다. 다음으로, 실제 물리적인 구조체 상에 작용하는 빛의 스펙트럼이 측정된다. 이어서 이 측정된 스펙트럼은 메모리(10) 내에 저장된 스펙트럼과 작업(402)에서 비교된다. 이 방법은 이어서 작업(403)으로 진행되고, '가장 좋은 조화'가 메모리(10)으로부터 추출된다. 이 단계에서, 선량 및 포커스의 값들은 상기 추출된 스펙트럼으로부터 유래된다. 예를 들어, 도 4에서, 측정된 스펙트럼 및 FEM에 의해 제공된 구조체 상에서 측정된 스펙트럼들 간의 '가장 좋은 조화'는, 포커스에 대한 값(F2) 및 노광(선량)에 대한 값(E2)에 대응하는 스펙트럼이 되도록 결정된다.
도 4에 도시된 바와 같은 적어도 일부 실시예들의 잠재적인 장점은, 파라미터들을 결정하기 위하여 재료들의 광학 특성의 앞선 지식이 요구되지 않는다는 것임을 알 것이다.
그러나, 상기된 바와 같은 임의의 라이브러리에 기초한 방법들에서처럼, 선택된 처리 파라미터들의 결정된 값들이 디스크리타이즈된다(discretised). 또한, '자연 변동(natural variation)'(즉, 신중히 유도된 변동들이 아님)에 의한 캘리브레이션 작업에 도입된 노이즈는, 상기 선택된 처리 파라미터들의 값들의 확인 상에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 자연 변동로 인한 확인의 방해를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다.
자연 변동의 소스들에는 다음의 것들이 포함될 수 있다. 스캐너에서, 자연 변동은, 각각의 개별 노광에 대해 이의 독특한 포커스 & 선량 세팅과 상이할 무작위 포커스 및 노광 선량 오차와 관련될 수 있다. 트랙에서, 자연 변동은 웨이퍼를 가로지르는 비-균일한 처리와 관련될 수 있다(이들은 부분적으로 선량 관련된다). 웨이퍼에서, 자연 변동은 웨이퍼를 가로지르는 비-균일 기초 층들과 관련될 수 있다. 스캐터로미터에서, 자연 변동은 열적, 기계적 및 전기적 노이즈와 관련될 수 있다.
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예의 기능적 블록 다이어그램을 도시한다. 이 실시예에서, 캘리브레이션 위상에 회귀 기법을 사용함으로써 수학적 모델을 형성하기 위해 캘리브레이션 스펙트럼들이 사용된다. 이 때, 측정되는 실제 구조체를 만들기 위해 사용된 처리 파라미터들은, 작동 위상에서 얻어진 수학적 모델을 사용함 으로써 유도될 수 있다. 도 5a는 본 발명의 이러한 일 실시예에서, 캘리브레이션 위상에서 사용된 방법을 도시한다. 이 방법은 작업(501)에서 시작하며, 캘리브레이션 스펙트럼은 다수의 캘리브레이션 구조체들을 사용하여 측정되고, 메모리(10) 내에 저장된다. 이들 캘리브레이션 구조체들은 알려진 세트의 처리 파라미터들로 구성되며, 이들은 각각의 캘리브레이션 구조체에 대해 상이하다. 예를 들어, 처리 파라미터들이 포커스 및 선량인 경우, 이 방법은 먼저 FEM을 사용하여 캘리브레이션 구조체들을 측정하고, 메모리(10) 내에 상기 측정된 스펙트럼들을 저장한다.
이어서 상기 방법은 작업(502)으로 진행되며, 회귀 분석이 메모리(10)에 연결된 프로세서를 사용하여 상기 저장된 캘리브레이션 스펙트럼 상에서 실시된다. 이 프로세서는 본 발명의 일실시예의 프로세서(9)가 될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에서 상이한 프로세서가 될 수 있다. 다음으로, 상기 방법은 작업(503)으로 진행되며, 메모리 내에 저장되어 있는 수학적 모델이 결정된다. 수학적 모델은 캘리브레이션 스펙트럼들 및 캘리브레이션 스펙트럼들이 측정되는 캘리브레이션 구조체를 만들기 위해 사용되는 처리 파라미터 간의 관계를 정의한다. 메모리는 본 발명의 일실시예에서 메모리(10)가 될 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 프로세서에 연결된 상이한 메모리가 될 수도 있다.
도 5b는, 상기 얻어진 모델을 사용하여, 기판 상의 "실제" 구조체 상에서 수행된 측정들로부터 선택된 처리 파라미터들의 값들을 유도하기 위해, 프로세서(9)에 의해 수행될 수 있는 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 도시한다. 상기 방법은 작업(511)에서 시작하고, 기판 상의 "실제" 구조체 상에서 반응 신호가 측정된다. 스펙트럼이 될 수 있는 측정된 신호는 상기 모델에 대한 입력 역할을 한다. 상기 방법은 이어서 작업(512)으로 진행되며, 선택된 처리 파라미터들의 원하는 값들이 결정된다. 이어서, 상기 방법은 작업(513)으로 진행되고, 상기 결정된 처리 파라미터들은 예를 들어 선량 세팅들, 포커스 세팅들, 위치화 세팅들(예를 들어 기판 테이블(WT)의 움직임) 등과 같은 리소그래피 장치의 외부 세팅들을 수정하기 위해 수동으로 또는 자동으로 리소그래피 처리에 사용된다.
자연 변동의 작용은 본 발명의 실시예들에서 최소화될 수 있다는 것을 알 것이다. 선택된 처리 파라미터의 자연 변동은 캘리브레이션 내에 포함되므로, 생성된 모델은 이러한 처리 파라미터의 자연 변동과 독립될 수 있다. 자연 변동의 작용들을 더 최소화하기 위하여, 무작위 변동을 사용하는 것이 바람직할 수 있다(예를 들어 이러하도록 캘리브레이션 웨이퍼가 만들어질 수 있다). 또한, 처리 파라미터의 자연 변동이 알려져 있다면, 이는 캘리브레이션 위상에서 모델의 형성시 개별 입력으로 사용될 수 있다. 여기서, "개별"은 부가적인 입력을 의미하거나, 이것이 신중히 유도된 처리 오프셋(offsets)을 대체할 수 있다는 것을 의미한다.
회귀 방법에 사용된 회귀 기법은, 본 발명의 일실시예에서 선형 또는 비-선형일 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 신경 회로망(neural network)이 또한 사용될 수 있다. 이러한 기법은 내삽법, 즉, 모델의 캘리브레이션 점들 간의 내삽법, 및/또는 노이즈 감소를 제공하기 위해 적용될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 회귀 기법의 기능적인 블록 다이어그램은 도 6에 도시된다. 이 개념은 반복 처리에 기초하며, 특정된 반응 신호(X) 및 한 세 트의 예언자(preditor) 파라미터들(Y)을 사용하여 회귀 계수들(b)(이는 X 및 Y를 결합시킴)을 계산하여 수학적 모델을 형성한다. 예측 파라미터들(Y)은 검사 하의 처리 파라미터들과 관련있는 파라미터들이다. 상기 방법은 작업(601)에서 시작하여, 한 세트의 예측 파라미터들(Y)이 제공되고, 이어서 작업(603)으로 진행되어, 기판 상의 구조체의 반응 신호(X)가 측정된다. 예측 파라미터들(Y) 및 측정된 반응 신호(X)는 모두 수학적 모델에 대한 입력으로 작용하며, 이는 작업(605)에서 모델화된(modeled) 회귀 계수들(b)를 계산한다. 이어서, 작업(607)에서, 회귀 계수들(b) 모두의 유의성(significance)이 확인된다. 이 제어 작업은, 수학적 모델이 강건한지(bobust) 아닌지를 결정한다. 유의성 없는 회귀 계수들은 작업(609)에서 수학적 모델로부터 제거되고, 감소된 수의 회귀 계수를 사용하여 회귀가 반복된다. 작업(605, 607)은, 수학적 모델 내 회귀 계수들이 모두 클 때까지 반복된다. 이어서, 상기 방법은 작업(611)으로 진행되고, 회귀 결과들은 새로운 반응 신호들(X)에 대한 예측 파라미터들(Y)을 결정하기 위하여 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 데이터를 정보로 전환시키기 위해 선형 회귀(linear regression)(MLR)가 사용될 수 있다. 때때로 인자들이라고도 칭하는 반응 신호들이 거의 없는 경우 적합한 상태들이 전개된다. 인자들이 그리 많지 않는(redundant) 경우, 즉 이들이 동일선상인(collinear) 경우, 또는 이들이 예측 파라미터들(Y)과 잘 이해된 관계를 갖는 경우, MLR은 매우 유용할 수 있다. 그러나, 이들 세 조건 중 어느것이 충족되지 않으면, MLR은 효과적이지 못하거나 부적합할 수 있다. 본 발명의 실시예들은, MLR이 하나 이상의 이러한 조건들의 존재에 기초 하여 적용되는 방법들을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 스캐터로메트리로 측정된 스펙트럼은 선량 및 포커스와 같은 리소그래피 처리 파라미터들의 값들을 추정하기 위해 사용된다. 일반적으로, 스펙트럼을 포함하는 인자들은 수백에 달하며 고도로 동일선상에 있다. 예측 파라미터들(Y)은 이 경우에 리소그래피 처리 파라미터들의 값들이다.
도 7a, 7b는 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 분해 기법들의 예들을 도시한다. 도 7a에 도시된 제 1 기법은 푸리에 해석을 사용하며, 이는 신호가 기본적인 조화 함수들(harmonic functions)의 총합으로 표현될 수 있다는 원리에 기초하고, 각각의 함수는 특정의 가중치를 갖고 기여한다. 예를 들어 도 7a의 신호들(S1,S2, S3 및 S4)은 가중치 [1,-1], [1,-1/2], [1, +1/2] 및 [1,1] 각각과 H1 및 H2의 합으로서 표현될 수 있다.
제 2 기법은, 신호가 다수의 고유 성분들의 총합으로 설명될 수 있으며 고유 성분들은 각각 특정의 가중치를 갖고 기여한다는 원리에 기초한 유사한 기법이다. 고유 성분들의 수는 상당히 다양할 수 있다. 도 7b는, 고유 성분들(PC1, PC2)을 가중치들 [1,-1], [1,-1/2], [1, +1/2] 및 [1,1] 각각과 결합시킴으로써 설명될 수 있는 4개의 예시적인 스캐터로메트리 스펙트럼(F1, F2, F3 및 F4)을 도시한다. 상기된 것들과 같으나 이들 실시예에 제한되지 않는 분해 기법들이 회귀 분석을 위해 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 고유 성분 회귀(principal component regression)(PCR)의 경우, 측정된 반응 신호(X)로부터 추출된 고유 성분들이 도 6에 도시된 바와 같은 X-인자들 대신 수학적 모델에 대한 입력으로 작용할 수 있다.
두가지 도시된 분해 기법들 외에, 다른 분해 기법들이 또한 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있다. 이들 기법들의 예에는, 예를 들어 문헌(Wold et al. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 7(1989) 53-65)에 기재된 바와 같은, 부분 최소 제곱법(partial least squares)(PLS) 모델링 및 비-선형 PLS 모델링의 개념에 기초한 분해 기법이 포함된다.
본 발명의 실시예에서, 스펙트럼 데이터가 모델에 공급되기 전에, 몇가지 종류의 전처리가 적용될 수 있다. 전처리는 모델의 결과들을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 적용할 수 있는 전처리 작업의 예에는 평균의 빼기(subtraction), 표준 편차로 나누기, 및 각도, 파장 및 편광 상태와 같은 스캐터로메트리 변수들의 가중화(weighting) 또는 선택이 있다. 그 결과, 데이터가 모델에 공급되기 전에 특정 파장에서의 데이터가 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 한 타입 이상의 마커 구조체가 캘리브레이션 및 측정 처리 모두에 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은, 각 세트가 하나 이상의 (상이한) 캘리브레이션 구조체를 포함하는 다수의 캘리브레이션 구조체 세트들에 적용가능하다. 따라서, 각 세트는 하나 이상의 캘리브레이션 구조체들을 포함하여 이루어질 수 있으며, 캘리브레이션 구조체 세트 당 캘리브레이션 구조체들의 수가 변하는 것이 가능하다. 또한, 캘리브레이션 구조체 세트들 내 및/또는 간의 캘리브레이션 구조체들은 상이할 수 있다. 각 세트 내에서, 상이한 타입들의 마커 구조체들이 상기 캘리브레이션 기판 상에 서로에 근접하여 위치되는 것이 바람직할 수 있 다. 또한 캘리브레이션 측정 및 시료 측정이 적어도 일부 측면들에서 실질적으로 동일한 것(예를 들어 동일한 전처리, 동일한 마커 또는 마커의 조합, 및/또는 동일한 웨이퍼 타입)이 바람직할 수도 있다. 이들 마커들 상의 얻어진 스펙트럼은, 이들이 수학적 모델에 의해 사용되기 전에, 서로에게 부가될(appended) 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에서, 몇가지 종류의 수학적 작업에 의해 이들 스펙트럼들을 결합시켜, 모델에 의해 사용되는 하나의 결합된 "스펙트럼"을 얻는 것도 가능할 수 있다.
도 8a, 8b는 본 발명의 일실시예에서 사용될 수 있는, 마커 구조체들과 결합하여 제공되는 캘리브레이션 기판(801)의 정면도를 도시한다. 도 8a에서, 제 1 마커 구조체(802)는 다수의 비-패터닝된 층들의 최상부 상에 형성된 패턴을 포함한다. 제 2 마커 구조체(803)는 패턴을 포함하지 않으며, 비-패터닝된 층들에 의해서만 형성된다. 도 8a에서, 제 1 및 제 2 마커 구조체들(802, 803)을 갖는 한 세트만이 도시된다. 그러나, 본 발명의 캘리브레이션 방법을 실시하기 위하여, 몇가지 이러한 세트들이 상이한 세트들에 대해 상이한 처리 파라미터들을 사용하여 동일한 캘리브레이션 기판(801) 상에 제조된다. 스캐터로메트리 측정에서, 제 2 마커 구조체(803)는 단지 비-패터닝된 층 내 변동들을 반영하는 반면, 제 1 마커 구조체(802)의 패턴은 이들 비-패터닝된 층의 기여들에 그 기여를 추가한다. 제 2 마커 구조체(803) 상에 얻어진 스캐터로메트리 측정 결과들은 이제, 제 1 마커 구조체(802) 상에 얻어진 스캐터로메트리 측정 결과 내 비-패터닝된 층 기여를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 감소를 수행할 수 있는 작동들의 예는, 제 1 마 커 구조체(802)의 스펙트럼으로부터 제 2 마커 구조체(803)의 스펙트럼을 빼내고, 제 2 마커 구조체(803)의 스펙트럼을 제 1 마커 구조체(802)의 스펙트럼으로 피팅(fitting)한 후, 나머지를 수학적 모델에 대한 입력으로 사용하는 것을 포함한다.
도 8b에서, 본 발명의 일실시예에 따른, 기판(801) 상의 한 세트의 두 마커 구조체들의 상이한 결합을 도시한다. 도 8b는 한 세트를 도시하지만, 본 발명의 방법을 수행하기 위하여 다수의 이러한 세트들이 상이한 세트들에 대해 상이한 처리 파라미터들을 사용하여 기판 상에 제조될 것이다. 제 1 마커 구조체(802)는 예를 들어 도 8a 내 제 1 마커 구조체(802)와 동일한 패턴을 포함한다. 그러나, 도 8a의 제 2 마커 구조체(803)와 달리, 도 8b에 도시되는 제 2 마커 구조체(804)는 패터닝된다. 본 발명의 이 실시예에서, 두 마커 구조체(802, 804)는 모두 패터닝되지만, 각 마커 구조체의 패턴들은 상이하다. 마커 구조체들이 리소그래피 처리 파라미터들에 대해 상이한 감도를 가질 것이므로, 처리 파라미터들을 더 잘 분리할 수 있다. 패터닝된 마커 구조체들의 다른 결합들이 본 발명의 다른 실시예들에 사용될 수 있는 것으로 생각될 것이다. 본 발명의 일실시예에서, 둘 이상의 마커 구조체들이 사용될 수 있다.
포커스가 본 명세서에 개시된 실시예들 중 하나를 사용하여 측정되는 처리 파라미터들 중 하나인 경우, 다음 기법들 중 하나를 사용하여 추가 최적화가 가능할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 디포커스의 나노미터 당 스펙트럼 형태의 큰 변화를 만들기 위해, 더 작은 마커 구조체들이 사용될 수 있는데, 이들 구조체들이 더 작은 포커스의 깊이를 갖기 때문이다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 포커스 변화들에 대한 감도를 증가시키기 위해, 더 많은 측벽을 갖는 구조체들, 예를 들어 선들 대신에 반 독립된 콘택트 홀들 또는 반 독립된 도트들이 사용될 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 디포커스를 갖는 보다 큰 스펙트럼 변화를 나타내는 레지스트를 사용하는 것도 가능할 수 있다. 그러나, 제조 상태에서, 이러한 옵션은 적용가능할 수 없다.
임의의 타입의 기판, 예를 들어 제품 웨이퍼들 또는 시험 웨이퍼들은, 본 발명의 실시예들의 적용예들에 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 또한, 측정되는 실제 물리적 구조체는, 이러한 적용예에서 바람직할 수 있는 바와 같이, 기판 상의 어딘가에, 예를 들어 칩 영역 내 또는 스크라이브-레인(scribe-lane) 내에 위치될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들에서, 스캐터로미터의 광 스폿은 칩 영역 또는 노광 필드만큼 클 수 있다. 이 크기의 스폿은 칩 및 필드 당 각각 오프셋의 신속한 결정이 가능하게 할 수 있다.
FEM을 가로지르는 포커스 및 선량과 같은 리소그래피 처리 파라미터들을 뒤섞인(shuffled) 방식으로 배치하는 것도 바람직할 수 있다. 그렇지 않으면, 처리 파라미터는 기판의 한쪽으로부터 다른쪽으로 증가될 수 있다. 그 결과, 일반적으로 기판의 중심을 선형 횡단하거나 및/또는 이에 대해 회전 대칭인, 리소그래피 장치 외부의 소스로부터 유래하는 처리 변동들은 캘리브레이션 결과에 큰 영향을 줄 수 있었다. FEM을 가로지르는 값들을 뒤섞음으로써, 예를 들어 외부적으로 유도된 처리 파라미터들이 상당히 제거될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제한의 목적으로, 외부적으로 유도된 처리 변동을 제거하기 위해 미니-FEM이 사용될 수 있다. 이 FEM은 단지 기판의 작은 일부분만을 커버한다. 따라서, 외부적으로 유도된 처리 변동들은 무시할만한 것으로 생각된다.
제조 처리에서, 많은 동일한 웨이퍼들은 일반적으로 차례로 처리된다. 일단 특정 리소그래피 제조 처리를 위한 리소그래피 장치의 최적 세팅들이 결정되었으면, 이들 세팅들은 꼭맞는(tight) 제어 한계들 내에서 유지되어야 한다. 이들 세팅들은 본 발명의 일실시예에서 자동화된 처리 제어(APC)에 의해 유지될 수 있다. 이러한 경우, 제조 웨이퍼들 상에서 규칙적인 측정이 수행되어, 피드백 제어가 가능할 것이다.
본 발명은 트랙 및 리소그래피 장치에 개별적으로 이용될 수 있다. 본 발명은, 제어하는 처리 파라미터와 직접 관련되지 않은, 트랙 또는 리소그래피 장치 상의 트위스트 노브(knobs)에 사용될 수 있다. 이후에 해당 처리 파라미터들을 측정하고 본 발명을 사용함으로써, 이러한 노브 트위스팅의 효과들이 추론될 수 있으며, 노브들의 최적 세팅이 선택될 수 있다. 과거와 대조적으로, 주사 전자 현미경 검사(SEM) 및 전기적 선 폭 측정(FLM)과 같은 기법들을 사용하여 원하는 정보를 얻기 위해 오프라인 측정들을 이용하는 것은 회피될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 시스템을 도시한다. 이 실시예에서, 리소그래피 장치(901)로 노광된 기판은 (트랙에 의해 현상 후) 스캐터로미터(902)로 이동된다. 스캐터로미터(902)는 프로세서(9) 및 메모리(10)를 포함하는 제어 유닛(903)에 연결된다. 리소그래피 장치(901)는 우선, 처리 파라미터들 포커 스 및 선량에 대한 사전결정된 세팅들을 사용하여, 마커 구조를 프린팅함으로써, 스캐터로메트리 측정들에 적합한 FEM을 생성한다. 이어서, 기판은 스캐터로미터(902)로 수송된다(910). 스캐터로미터(902)는 캘리브레이션 스펙트럼을 측정하고 측정된 스펙트럼을 메모리(10)의 캘리브레이션 라이브러리(904) 내에 저장한다(911).
이어서 리소그래피 장치(901)는 제조 기판을 동일한 마커 구조로 패터닝한다. 그리고나서, 기판은 스캐터로미터(902)로 수송된다(912). 스캐터로미터(902)는 리소그래피 장치(901)에 의해 생성된 마커 구조체로부터 반사되는 빛의 스펙트럼을 측정한다. 스펙트럼은 프로세서(9)에 의해 사용될 수 있는 수학적 모델(905) 내에 공급된다(913). 수학적 모델(905)은 캘리브레이션 라이브러리(904) 내에 저장된 캘리브레이션 스펙트럼을 마커 구조체 상에서 측정된 스펙트럼과 비교하기 위해 프로세서(9)에 의해 사용되며, 프로세서(9)는 회귀 기법을 사용함으로써 선량 및 포커스와 같은 제어되는 파라미터들의 값들을 유도한다.
마지막으로, 프로세서(9)는 이들 파라미터들의 유도된 값들을 리소그래피 장치(901)에 공급한다. 리소그래피 장치(901)는 예를 들어 기준 상태에 대해 장치 내 이동(drifts)을 모니터하기 위해 상기 유도된 값들을 사용할 수 있다. 상기 유도된 값들은 이어서 이들 이동들에 대해 수정하기 위하여 피드백 신호들에 사용된다. 이 경우, 리소그래피 장치(901)에 수정 제어 유닛이 제공되며, 이는 이동을 상쇄하기 위해 상기 적용된 수정 신호들을 사용한다. 수정 제어 유닛(903)은 예를 들어 포커스를 향상시키기 위해 기판 테이블(WT)의 높이를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 대체 실시예에서, 이들 파라미터들의 유도된 값들은 리소그래피 장치(901)에 공급되는 것이 아니라 트랙, 컴퓨터 터미널 또는 디스플레이와 같은 상이한 본체에 공급된다. 상이한 본체에 공급되는 경우, 이어서 리소그래피 장치(901)를 작동하는 오퍼레이터가, 예를 들어 유도된 값들이 제어 한계 내에 속하는지 아닌지를 확인할 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 수학적 모델(905) 및/또는 캘리브레이션 라이브러리(904)는 제어 유닛(903)과 상이한 본체 내에 위치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 리소그래피 장치(901) 및 스캐터로미터(902)는 모두, 리소그래피 장치(901)의 파라미터들을 효율적으로 제어하기 위하여 동일한 트랙에 연결될 수 있다. 유도된 값들은 또한 피드 포워드 신호(feed forward signal)에서 사용될 수도 있으며, 이는 다음 처리 작업의 세팅들의 최적화를 가능하게 한다. 유도된 값들은 예를 들어 에칭 장치로 보내질 수 있으며, 이는 도착할 기판에 대해 이의 세팅들을 적합화할 수 있다.
포커스에 대한 수정가능한 작용들은 예를 들어, 노광 필드 내 기울기(tilt)의 변화, 웨이퍼를 가로지르는 오프셋과 웨이퍼로부터 웨이퍼로의 오프셋의 변화를 포함한다. 선량에 대한 수정가능한 작용들은 예를 들어, 노광 필드 내 기울기 및/또는 굴곡(curvature)의 변화, 웨이퍼를 가로지르는 오프셋과 웨이퍼로부터 웨이퍼로의 오프셋의 변화를 포함한다.
이 방법의 일실시예에 따르면, 스펙트럼은, 하나 이상의 처리 파라미터의 값들을 결정하기 위하여, 복잡화된 계산 및 기판의 특성에 대한 지식 요구 없이, 직접 사용된다. 또한, 수학적 모델에 의해 사용되는 회귀 기법이, 스펙트럼들로부터 해당 정보를 추출하는 처리에서, 원하는 데이터에 대한 노이즈 기여를 감소시킨다. 광학 검출 장치는 스캐터로미터가 될 수 있다. 스캐터로미터는 신속한 신뢰성 있는 방식으로 스펙트럼을 측정하도록 구성되며, 노광되는 모든 종류의 기판들 상의 많은 위치에서 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 측정은 칩 영역 내 디바이스 패턴 상 또는 특별히 설계된 타겟들 상에서 수행될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 하나 이상의 처리 파라미터는 포커스, 노광 선량 및 오버레이 오차들로 구성되는 그룹에서 선택된다. 1) 선량과 관련된 트랙 파라미터들(예를 들어 PEB 시간/온도), 즉 스캐너 노광 선량과 유사한 작용을 갖는 처리 작업들, 및 2) 레티클 상의 선폭의 변동 또는 레티클-대-레티클로부터의 변동과 같은 선량 관계된 파라미터들도 있다. 이들 작용들은 노광 선량에 의해 수정될 수 있으며, 모델에 의해 노광 선량으로서 해석될 수도 있다. 상기 그룹의 다른 처리 파라미터들은 투영 렌즈 수차, 투영 렌즈에 대한 플레어, 및 마스크를 조명하는 빛의 각도 분포, 예를 들어 타원율을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 하나 이상의 이들 파라미터들에 대한 값들이 개별 결정될 수 있으며, 이들 파라미터들은 리소그래피 처리에서 임계 치수 균일성(critical dimension uniformity)을 제어하기 위해 중요하다.
본 발명의 일실시예에서, 수학적 모델에 의해 사용된 회귀 기법은, 고유 성분 회귀, 비-선형 고유 성분 회귀, 부분 최소 제곱법 모델링 및 비-선형 부분 최소 제곱법 모델링으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 일실시예에서, 사용될 수 있는 기판은 시험 웨이퍼들 또는 제품 웨이퍼들을 포함한다. 특정 적용예에 따라, 마커 구조체는 기판상의 임의의 위치 상에 위치될 수 있다. 따라서, 마커 구조체는 칩 영역 이내 또는 스크라이브-레인 내에 위치될 수 있다. 마커 구조체가 칩 영역 내에 위치되는 경우, 이는 칩 영역 내 디바이스 패턴의 일부가 될 수 있다. 회절 구조체의 자유로운 위치선정 또는 디바이스 구조체의 일부의 자유로운 사용은, 본 발명의 방법의 융통성을 증가시킨다.
본 발명의 일실시예에서, 마커 구조체는 회절 격자를 포함한다. 회절 격자는 스캐터로메트리 적용예에 적절한 구조이다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 이 방법은 또한 얻어진 캘리브레이션 데이터 및 얻어진 측정 데이터를 수학적 모델을 사용하기 전에 전처리하는 단계를 포함한다. 전처리를 이용하면 흔히 수학적 모델의 성능이 증가된다. 전처리를 위한 수학적 작업들에는 평균의 빼기, 표준 편차로 나누기, 광학 파라미터들의 선택 및 광학 파라미터들의 가중화가 포함될 수 있다. 광학 파라미터들은 예를 들어 광학 검출 장치에 의해 사용되는 광 빔의 파장, 각도 및 편광 상태이다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 기판 및 검출 기판은 둘 이상의 상이한 마커 구조체들은 포함한다. 제품 기판의 경우, 둘 이상의 마커 구조체들이 제품 마커 구조체들이 될 수 있고, 캘리브레이션 기판의 경우에는 둘 이상의 마커 구조체들이 캘리브레이션 마커 구조체들이 될 수 있다. 용어를 가능한 한 단순화하기 위해, 본 명세서에서 사용되는 용어 "마커 구조체"는 두 상태들을 모두 포함한다. 하나 이상의 마커 구조체를 사용하는 것은, 전처리가 이용되는 경우에 극히 유리할 수 있다. 둘 이상의 마커 구조체들 간의 거리가 마커 구조체들의 크기와 동일 정도 가 되도록, 둘 이상의 마커 구조체들이 서로에 근접하여 위치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 둘 이상의 마커 구조체들은 다수의 비-패터닝된 층들을 포함하는 제 1 마커 구조체; 및 최상부에 패턴이 제공되는 동일한 비-패터닝된 층들을 포함하는 제 2 마커 구조체를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 마커 구조체는 비-패터닝된 층들의 변동에만 민감하다. 비-패터닝된 층들 내 변동에 기인하는 임의의 스펙트럼 변화들이 검출될 수 있으며 제 2 마커 구조체 상에서 얻어진 스펙트럼의 분석에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 둘 이상의 마커 구조체들은 분리된 선들을 갖는 패턴을 포함하는 제 1 마커 구조체; 및 조밀한 선들 또는 분리된 공간들을 갖는 패턴을 포함하는 제 2 마커 구조체를 포함한다. 이들 마커 구조체들은 포커스 및 선량과 같은 처리 파라미터들에 대한 상이한 감도를 가질 수 있다. 그 결과, 추가적인 정보가 얻어질 수 있으며, 이는 수학적 모델에 의한 처리 파라미터들의 값들의 결정에 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치는 트랙에 연결되고, 광학 검출 장치는 스캐터로미터이며, 이는 동일한 트랙에 연결된다. 이를 통해 리소그래피 장치의 균일한 성능을 위하여 파라미터들을 모니터하고 적합화하기 위한 효과적인 방식이 가능하다.
본 발명의 적어도 일부 실시예들은, 수학적 모델의 성능을 위한 전처리의 유리한 효과 및 원하는 정보를 얻기 위한 하나 이상의 마커 구조체의 사용의 장점을 결합시킨다. 적합한 수학적 작업들은, 평균의 빼기, 표준 편차로 나누기, 광학 파 라미터들의 선택 및 광학 파라미터들의 가중화를 포함한다. 광학 파라미터들은 광학 검출 장치에 의해 사용된 빛의 파장, 각도 및 편광 상태와 같은 파라미터들이다.
본 발명의 일실시예에서, 둘 이상의 캘리브레이션 마커 구조체들은 다수의 비-패터닝된 층을 포함하는 제 1 캘리브레이션 마커 구조체; 및 최상부에 패턴이 제공되는 동일한 비-패터닝된 층들을 포함하는 제 2 캘리브레이션 마커 구조체를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 캘리브레이션 마커 구조체는 비-패터닝된 층들의 변동에만 민감하다. 비-패터닝된 층들의 변동으로 인한 임의의 스펙트럼 변화들은 검출될 수 있으며, 제 1 캘리브레이션 마커 구조체 상에서 얻어진 스펙트럼의 분석에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 둘 이상의 캘리브레이션 마커 구조체들은, 분리된 선들을 갖는 패턴을 포함하는 제 1 캘리브레이션 마커 구조체; 및 조밀한 선들 및 분리된 공간들을 갖는 패턴을 포함하는 제 2 캘리브레이션 마커 구조체를 포함한다. 이들 마커 구조체는 포커스 및 선량과 같은 처리 파마리터들에 대한 상이한 감도를 가질 수 있다. 그 결과, 추가적인 정보가 얻어지며, 이는 수학적 모델에 의한 처리 파라미터들의 값들의 결정에 유용할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 적용예들에서, 캘리브레이션은 일반적으로 오프-라인에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 처리 선이 차단되는 것은 바람직하지 않으므로, 측정은 캘리브레이션 종료 후 온-라인으로 수행된다. 본 발명의 일실시예에서, 스캐터로미터는 온-라인 작동이 가능하도록 트랙 내에 통합될 수 있다. 선택적으로, 처리 작업을 마무리한 일부 기판들은 독립형 스캐터로미터에 의해 측정될 수 있지만, 가공은 계속된다. 그러나, 후자의 경우, 피드백 간격은 상당히 증가될 수 있다. 캘리브레이션을 위한 기판들(예를 들어 제조 웨이퍼들) 상에 존재하는 자연 변동이, 예를 들어 측정에 의해 미리 알려지는 경우, 캘리브레이션 및 측정은 모두 온-라인에서 수행될 수 있다.
실험 결과: 실험에서 30mm의 직경을 갖는 두가지 타입의 웨이퍼들이 노광되었다.
제 1 타입은 FEM이 노광된 평평한 캘리브레이션 웨이퍼였다. FEM은 13개의 포커스 단계들(단계 크기 30nm) 및 9개의 선량 단계들(단계 크기 0.5mJ/㎠, 약 29mJ/㎠의 명목상 선량)로 구성되었다. 독특한 포커스 및 선량 값으로 프린트된 각 구조체에 대하여, 스캐터로미터로 스펙트럼이 측정되었다. 사용된 포커스 및 선량 오프셋들과 결합된 이들 스펙트럼들은 회귀 모델을 만들기 위해 사용되었다.
제 2 타입의 웨이퍼는 시료화된 웨이퍼, 즉 측정되는 웨이퍼였다. 실험에서, 두 시료화된 웨이퍼들이 측정되었다. 두 시료화된 웨이퍼들은 모두 보다 탁월한 포커스 효과를 얻기 위해 웨이퍼 내에 신중히 만들어진 오목부(indentations)를 포함하였다. 전체 웨이퍼를 커버하는 필드들은 한 세팅의 포커스 및 선량으로 노광되었다. 그러나, 포커스 및 선량의 자연 변동으로 인해, 각 노광된 패턴은, 앞서 설명된 바와 같이 세팅된 것들과 약간 상이한 포커스 및 선량에 대응할 것이다. 이어서 프린트된 구조체들은 스캐터로메트리에 의해 측정되었다. FEM으로부터 얻어진 회귀 모델을 사용하여, 시료 웨이퍼들의 프린터된 구조체들에 속하는 스펙트럼들 각각은 포커스 및 선량 값으로 해석되었다.
상기된 회귀 모델을 오목부들을 갖는 시료화된 웨이퍼들로부터의 스펙트럼에 적용한 결과, 포커스 및 선량 분포가 얻어졌다. 스캐터로메트리 결과들의 정확성을 확인하기 위하여, 또다른 확립된 방법에 대한 상관관계가 확립되었다. 이 실험에서, 이러한 상관관계는, 포커스에 대해서는 상기 결과들을 소위 레벨링 확인 시험(leveling verification test)(LVT), 예를 들어 문헌(Valley et al., SPIE USE V.1 5375-132(2004))에 논의된 시험으로부터의 결과들과 비교함으로써만 확립된다. 이 시험은, 예를 들어 다수의 작은 프리즘들을 제공함으로써 형성된, 웨지드(wedged)-두께 영역들을 갖는 레티클-타입 기판을 사용하며, 각 프리즘은 오버레이를 측정하기에 적합한 마커 구조체 상에 고정된다. 레티클-타입 기판은 또한 기준(reference)으로 이용가능한 다수의 "정상" 마커 구조체들을 포함한다. 프리즘 "아래" 마커 구조체들에 대한 디포커스 대 측면 시프트는, 디포커스 및 이미지 변위(displacement) 간에 거의 선형인 관계가 된다. 결과적으로, 포커스 오차들은 오버레이 오차들로 변형된다. 웨이퍼를 스캐터로미터로 측정한 후, 웨이퍼는 벗겨지고, 재코팅되고, LVT 측정을 위해 재-노광되었다.
LVT-데이터는 스캐터로메트리 측정 그리드로 내삽되었다(interpolate). 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 두 기법들 간에 매우 우수한 상관관계가 관찰된다. 표 1은, 두 시료화된 웨이퍼들 및 α 및 β2라고 하는 두 타입들의 기록된 스캐터로메트리 스펙트럼들에 대한 LVT 및 스캐터로메트리로 측정된 포커스의 차이들을 나타 낸다. 상관관계는 두 기법들 간의 3σ-포커스 차이(dF), 회귀 기울기(기울기) 및 상관관계 계수 R2로서 나타낸다. 상관관계 결과들은 두 웨이퍼들 모두에 대해 매우 유사하고, 사용된 스펙트럼의 타입에 크게 좌우되지 않는다. 스캐터로메트리 정확도에 대한 상한은 두 기법들 간의 포커스 차이로 주어진다. LVT가 또한 특정한 비정확도를 가지고 웨이퍼가 두 측정들 사이에서 재코팅 및 재노광되었으므로, 실제 정확도는 더 우수할 것이다.
스캐터로메트리 및 LVT 간의 포커스 차이들
dF[nm,3σ] 기울기 R2
웨이퍼 1, α 36 0.88 0.85
웨이퍼 1, β 36 0.87 0.76
웨이퍼 2, α 37 0.81 0.81
웨이퍼 2, β 36 0.81 0.74
평균 36 0.85 0.79
상기 설명에서, 마커 구조체는 현상 후 조명된다. 그러나, 아직 현상되지 않은, 잠재 마커 구조체들, 즉 노광되는 마커 구조체를 사용할 수도 있다. 잠재 마커들은 노광 직후에 이미징될 수 있으며, 이는 피드백-루프가 더 신속할 수 있으므로 유리하다. 또한, 트랙 처리가 아직 마무리되지 않았으므로, 측정 데이터가 트랙으로의 피드 포워드 신호를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 상기되었지만, 본 발명이 기재된 것과 달리 실행될수 있는 것으로 생각될 것이다. 본 발명의 실시예들은 또한, 본 명세서에 기재된 바와 같은 방법을 수행하도록 리소그래피 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램들(예를 들어 명령어들의 하나 이상의 세트들 또는 시퀀스들), 및 기계-판독가능한 형태로 이러한 프로그램들을 하나 이상 저장하는 저장 매체(예를 들어 디스크, 반도체 메모리)를 포함한다. 상기설명은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 본 발명은, 리소그래피, MRI 및 레이터 적용예 등과 같은 영역들을 포함하는 상이한 기술 영역들에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명을 리소그래피 영역에 사용하는 것이 특히 유리한데, 모든 파라미터들을 원하는 수준으로 제어하는 것을 불가능하지 않다면 매우 어렵게 만드는, 이의 복잡하고 첨단-기술적인 성질 때문이다. 본 발명을 사용함으로써, 직접적으로 제어될 수 없는 파라미터들이 간접적으로 제어된다.

Claims (42)

  1. 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하는 방법에 있어서,
    캘리브레이션 대상물(calibration object) 상에 제공된 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들로부터 캘리브레이션 측정 데이터를 얻는 단계로서, 상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 하나 이상의 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하고, 상이한 캘리브레이션 마커 구조체 세트들의 캘리브레이션 마커 구조체들은 하나 이상의 처리 파라미터의 상이한 알려진 값들을 사용하여 생성되는, 상기 캘리브레이션 측정 데이터를 얻는 단계;
    상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상기 알려진 값들을 사용하고, 상기 캘리브레이션 측정 데이터 상에 회귀(regression) 기법을 사용함으로써, 다수의 회귀 계수들을 포함하는 수학적 모델을 결정하는 단계;
    대상물 상에 제공된, 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 사용하여 만들어진 하나 이상의 마커 구조체로부터 측정 데이터를 얻는 단계; 및
    상기 수학적 모델의 상기 회귀 계수들을 사용함으로써 상기 얻어진 측정 데이터로부터 상기 대상물에 대한 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 수학적 모델에 의해 사용된 회귀 기법은 고유 성분 회귀(principal component regression), 비-선형 고유 성분 회귀, 부분 최소 제곱법(partial least squares) 모델링 및 비-선형 부분 최소 제곱법 모델링으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 측정 데이터 및 상기 측정 데이터는 광학 검출기를 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광학 검출기는 스캐터로미터(scatterometer)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물은 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판은 시험 웨이퍼 및 제품 웨이퍼로 구성되는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 칩 영역 및 스크라이브-레인으로 구성되는 그룹 중 하나 내에 상기 기판 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 칩 영역 내 디바이스 패턴의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 회귀 계수를 사용하기 전에 상기 얻어진 캘리브레이션 측정 데이터 및 상기 얻어진 측정 데이터를 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전처리는, 상기 데이터 상에서 평균의 빼기, 표준 편차로 나누기, 광학 파라미터들의 선택 및 광학 파라미터들의 가중화로 구성되는 수학적 작업들의 그룹 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함하고,
    상기 광학 파라미터들은 파장, 각도 및 편광 상태로 구성되는 파라미터들의 그룹 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 적어도 제 1 및 상이한 제 2 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 캘리브레이션 마커 구조체는 다수의 비-패터닝된 층들을 포함하고, 상기 제 2 캘리브레이션 마커 구조체는 최상부에 패턴이 제공되는 동일한 비-패터닝된 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 캘리브레이션 마커 구조체는 분리된 선들을 갖는 패턴을 포함하고, 상기 제 2 캘리브레이션 마커 구조체는 조밀한 선들 또는 독립된 공간들을 갖는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체 간의 거리가 이 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체의 크기와 동일한 정도의 크기가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체들은 서로 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    캘리브레이션 마커 구조체 세트 내의 하나 이상의 캘리브레이션 구조체 및 상기 마커 구조체는 실질적으로 유사한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 측정 데이터 및 상기 측정 데이터는 스펙트럼 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 리소그래피 장치 및 트랙 중 하나 이상과 관련 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 파라미터는 포커스, 노광 선량, 오버레이 오차, 선량과 관련된 트랙 파라미터들, 레티클 상의 선폭의 변동, 레티클-대-레티클로부터의 변동, 투영 렌즈 수차, 투영 렌즈 플레어(flare), 및 레티클을 조명하는 빛의 각도 분포로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치는:
    방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하도록 구성된 지지 구조체;
    기판을 잡아주도록 구성된 기판 테이블; 및
    패터닝된 빔을 기판의 타겟부 상에 투영하도록 구성된 투영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 반도체 디바이스.
  22. 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하기 위한 시스템에 있어서,
    캘리브레이션 대상물 상에 제공된 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들로부터 캘리브레이션 측정 데이터를 얻도록 배치된 검출기로서, 상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 하나 이상의 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하고, 상이한 캘리브레이션 마커 구조체 세트들의 캘리브레이션 마커 구조체들은 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상이한 알려진 값들을 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 검출기;
    상기 하나 이상의 처리 파라미터의 상기 알려진 값들을 사용하고, 상기 캘리브레이션 측정 데이터 상에 회귀(regression) 기법을 사용함으로써 결정된, 다수의 회귀 계수들을 포함하는 수학적 모델을 저장하는 프로세서 유닛을 포함하고;
    상기 프로세서 유닛은, 대상물 상에 제공된, 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 사용하여 만들어진 하나 이상의 마커 구조체로부터 측정 데이터를 얻도록; 그리고 상기 수학적 모델의 상기 회귀 계수들을 사용함으로써 상기 얻어진 측정 데이터로부터 상기 대상물에 대한 상기 하나 이상의 처리 파라미터의 미지의 값을 결정하도록 배치되며,
    상기 수학적 모델에 의해 사용된 회귀 기법은, 고유 성분 회귀, 비-선형 고유 성분 회귀, 부분 최소 제곱법 모델링 및 비-선형 부분 최소 제곱법 모델링으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 처리 파라미터를 결정하기 위한 시스템.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 검출기는 광학 검출기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 광학 검출기는 스캐터로미터인 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 삭제
  26. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물은 기판인 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 기판은 시험 웨이퍼 및 제품 웨이퍼로 구성되는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 칩 영역 및 스크라이브-레인으로 구성되는 그룹 중 하나 내에 상기 기판 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 칩 영역 내의 디바이스 패턴의 일부인 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마커 구조체는 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서 유닛은 상기 회귀 계수들을 사용하기 전에 상기 얻어진 측정 데이터를 전처리하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 전처리는 상기 데이터 상에서 평균의 빼기, 표준 편차로 나누기, 광학 파라미터들의 선택 및 광학 파라미터들의 가중화로 구성되는 수학적 작업의 그룹 중 하나 이상을 수행하고,
    상기 광학 파라미터들은 파장, 각도 및 편광 상태로 구성되는 파라미터들의 그룹 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 캘리브레이션 마커 구조체 세트들은 각각 적어도 제 1 및 상이한 제 2 캘리브레이션 마커 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 제 1 캘리브레이션 마커 구조체는 다수의 비-패터닝된 층들을 포함하고, 상기 제 2 캘리브레이션 마커 구조체는 최상부에 패턴이 제공되는 동일한 비-패터닝된 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 제 1 캘리브레이션 마커 구조체는 분리된 선들을 갖는 패턴을 포함하고, 상기 제 2 캘리브레이션 마커 구조체는 조밀한 선들 또는 분리된 공간들을 갖는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제 33항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체 간의 거리가 이 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체의 크기와 동일한 정도의 크기가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마커 구조체들은 서로 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    캘리브레이션 마커 구조체 세트 내의 하나 이상의 캘리브레이션 구조체 및 상기 마커 구조체는 실질적으로 유사한 형태인 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 측정 데이터 및 상기 측정 데이터는 스펙트럼 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 리소그래피 장치 및 트랙 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 파라미터는 포커스, 노광 선량, 오버레이 오차, 선량과 관련된 트랙 파라미터들, 레티클 상의 선폭의 변동, 레티클-대-레티클로부터의 변동, 투영 렌즈 수차, 투영 렌즈 플레어, 및 레티클을 조명하는 빛의 각도 분포를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  41. 제 39항에 있어서,
    방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝 구조체를 지지하도록 구성된 지지 구조체;
    기판을 잡아주도록 구성된 기판 테이블; 및
    패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부 상에 투영하도록 구성된 투영시스템을 포함하는 것을 특징으로 시스템.
  42. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 따른 시스템으로 제조된 반도체 디바이스.
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