KR100919000B1 - 검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀및 디바이스 제조방법 - Google Patents

검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

스캐터로미터릭(scatterometric) 방법에서, 해당 파라미터들에 대해 상이한 감도들을 갖는 상이한 타겟들이 캘리브레이션 매트릭스에 프린팅되고, 차이 스펙트럼이 얻어진다. 주성분 분석법은 단일 타겟으로부터 얻어진 스펙트럼들로부터 캘리브레이션 함수보다 기반이 되는 구조체의 변화들에 대해 덜 민감한 캘리브레이션 함수를 얻기 위하여 차이 스펙트럼들에 적용된다.

Description

검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀 및 디바이스 제조방법{INSPECTION METHOD AND APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, LITHOGRAPHIC PROCESSING CELL AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스들의 제조시 이용가능한 검사 방법들 및 리소그래피 기술들을 이용하는 디바이스 제조방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 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 통해 수행된다. 일반적으로 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟 부 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 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 프로세스를 모니터링하기 위하여, 패터닝되는 기판의 파라미터들, 예를 들어 상기 기판 내에 또는 상기 기판 상에 형성되는 연속하는 층들 사이의 오버레이 오차를 측정할 필요가 있다. 스캐닝 전자현미경들 및 다양한 검사 툴들의 사용을 포함하는, 리소그래피 프로세스들에서 형성되는 미세구조들의 측정들을 수행하기 위한 다양한 기술들이 존재한다. 검사 툴의 일 형태는 방사선 빔이 기판 표면의 타겟 상으로 지향되고 스캐터링되는 또는 반사되는 빔의 특성들이 측정되는 스캐터로미터(scatterometer)이다. 빔이 기판에 의하여 반사되거나 또는 스캐터링되기 전 및 후의 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 반사된 빔과 공지된 기판 특성들과 연관된 알려진 측정치들의 라이브러리 내에 저장된 데이터와 비교함으로써 이행될 수 있다. 2 가지 주된 타입의 스캐터로미터가 공지되어 있다. 분광 스캐터로미터들(spectroscopic scatterometers)은 기판 상으로 광대역(boardband) 방사선 빔을 지향시키고 특정한 좁은 각도 범위 내로 스캐터링되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각 분해되는(angularly resolved) 스캐터로미터들은 단색(monochromatic) 방사선 빔을 사용하고 각도의 함수로서 스캐터링된 방사선의 세기를 측정한다. 주성분 분석법(principal component analysis)은 측정되는 타겟의 계산의 컴퓨터적으로-집중적인 복구(computationally-intensive reconstruction)에 대한 필요성 없이, 예를 들어 포커스, 도즈(dose) 및 선택적으로 스캐터로미터리 데이터로부터의 콘트라스트 정보를 얻는데 사용되는 공지된 방법이다. 이는, 상이한 도즈, 포커스 및 선택적으로 콘트라스트 값들에서 테스트 기판 상의 타겟들의 캘리브레이션 어레이를 프린팅함으로써 달성된다. 그 다음, 상기 어레이의 각 타겟 상에서 스캐터로미터리 측정들이 수행된다. 그 다음, 측정 결과들이, 사용되는 타겟 패턴 및 주성분 값들로서 알려진 계수 값들에 종속적인 주성분 함수들로서 알려진 직교 기저 함수들의 세트로 분해된다. 그 후, 타겟들을 프린팅하는데 사용되는 공칭(nominal) 포커스, 도즈 및 선택적으로 콘트라스트 값들과 주성분 값들 간의 관계를 수립하는데 통계적 기술들이 사용될 수 있다. 생산(poduction) 타겟 내에서 프린팅되는 타겟에 대한 포커스, 도즈 및 선택적으로 콘트라스트 값들을 유도하기 위해서는, 단지, 스캐터로미터리 측정을 수행하고, 주성분 값들을 결정하며 유도된 관계를 적용할 필요가 있다. 이 기술의 보다 세부적인 내용들은 본 명세서에서 인용 참조되는 미국특허출원 공개공보 2005/0185174 A1에서 찾을 수 있다.
주성분 값들과 포커스, 도즈 및 콘트라스트 값들 간의 관계는 타겟의 기반이 되는(underlying) 구조에 종속적이다. 따라서, 캘리브레이션 어레이는 각 제조 프로세스에서 타겟들이 측정되어질 각 층에서 프린팅 및 측정되어야 하며, 하나의 프로세스에서 하나의 층으로부터 유도된 관계를 상이한 층이나 프로세스에서 재사용 하는 것은 불가능하다.
주성분 분석 기술의 한계는 기반이 되는 구조에서의 의도되지 않은 변화들, 예를 들어 캘리브레이션 기판과 측정되는 기판 사이의 층 두께의 변화들이 현저한 오차들을 야기할 수 있다는 것이다.
기반이 되는 구조에서의 변화들에 덜 민감한 타겟 구조의 스캐터로미터리 데이터 파라미터들로부터 결정 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 파라미터 측정 방법은, 리소그래피 프로세스에 의해 복수의 캘리브레이션 패턴들을 형성하기 위해 캘리브레이션 기판의 방사선-감응 층 상으로 기준 패턴의 이미지를 복수에 걸쳐 투영하는 단계를 포함하고, 캘리브레이션 패턴들의 상이한 값들을 형성하는데 파라미터의 상이한 값들이 사용되고, 기준 패턴이 상기 파라미터의 값의 변화에 대해 상이한 감도(sensitivity)들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고; 상기 캘리브레이션 패턴들 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 각 부분에 대한 측정 결과를 얻는 단계; 복수의 상이한 측정 결과들을 얻기 위하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 2 부분에 대한 측정 결과로부터 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 1 부분에 대한 측정 결과를 차감하는 단계; 상기 상이한 측정 결과들 각각을 기저 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 파라미터의 값들 간의 관계를 얻는 단계; 타겟 패턴을 형성하 기 위하여 기판의 방사선-감응 층 상으로 상기 기준 패턴의 이미지를 투영하되, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 파라미터의 값이 알려지지 않은 단계; 상기 타겟 패턴 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟 측정 결과를 얻는 단계; 타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟 측정 결과를 차감하는 단계; 상기 타겟의 상이한 측정 결과를 복수의 기저 함수들을 곱하는 계수들의 세트로 분해하는 단계 및 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 상기 파라미터의 값을 결정하기 위하여 상기 계수들의 값들과 상기 파라미터의 값들 간의 관계를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정에 사용되는 캘리브레이션 함수를 얻는 방법은, 리소그래피 프로세스에 의해 복수의 캘리브레이션 패턴들을 형성하기 위해 캘리브레이션 기판의 방사선-감응 층 상으로 기준 패턴의 이미지를 복수에 걸쳐 투영하는 단계를 포함하고, 캘리브레이션 패턴들의 상이한 값들을 형성하는데 파라미터의 상이한 값들이 사용되고, 기준 패턴이 상기 파라미터의 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고; 상기 캘리브레이션 패턴들 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 각 부분에 대한 측정 결과를 얻는 단계; 복수의 상이한 측정 결과들을 얻기 위하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 2 부분에 대 한 측정 결과로부터 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 1 부분에 대한 측정 결과를 차감하는 단계; 상기 상이한 측정 결과들 각각을 기저 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 파라미터의 값들 간의 관계를 캘리브레이션 함수로서 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법은, 기준 패턴이 상기 파라미터의 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하며, 상기 타겟 패턴 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 얻는 단계; 타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟의 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 차감하는 단계; 상기 타겟의 상이한 측정 결과를 기저 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 파라미터의 값들 간의 관계를 표현하는 캘리브레이션 함수를 사용하여, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 파라미터의 값을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디바이스 제조방법은, 리소그래피 프로세스를 이용하여 디바이스 구조체들 및 타겟 패턴을 포함하는 디바이스 층을 형성하기 위해 디바이스 패턴 및 기준 패턴의 이미지를 기판의 방사선-감응 층 상으로 투영하는 단계를 포함하고, 상기 기준 패턴은 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고; 방사선 의 검사 빔을 상기 타겟 패턴 상으로 지향시키고 그로부터 반사 또는 스캐터링된 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟 측정 결과를 얻는 단계; 타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟의 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 차감하는 단계; 상기 타겟의 상이한 측정 결과를 복수의 기저 함수들을 곱한 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 파라미터의 값들 간의 관계를 표현하는 캘리브레이션 함수를 사용하여, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 파라미터의 값을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리소그래피 프로세스의 파라미터의 값을 결정하기 위하여 상기 리소그래피 프로세스에 의해 제조되는 디바이스 층을 검사하는 방법은, 상기 디바이스 층에 상기 파라미터에 대해 상이한 감도들을 갖는 2 개의 부분을 포함하는 타겟 패턴을 포함시키는 단계; 스캐터로미터를 사용하여 상기 2 개의 부분의 스캐터로미터릭 스펙트럼들을 얻는 단계; 상기 2 개의 스캐터로미터릭 스펙트럼들로부터 차이 스펙트럼을 얻는 단계; 1 이상의 계수를 얻기 위하여 상기 차이 스펙트럼에 회귀 분석(regression analysis)을 적용하는 단계; 상기 파라미터의 복수의 상이한 값들을 사용하여 상기 타겟 패턴의 카피들을 프린팅함으로써 얻어지는 캘리브레이션 함수를 이용하여 상기 계수로부터 파라미터에 대한 값을 유도하고, 상기 타겟 패턴의 카피들로부터 얻어진 차이 스펙트럼들에 회귀 분석을 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파라미터 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 기준 패턴을 포함하는 기판 상의 디바이스 층을 제조하는데 사용되는 리소그래피 프로세스의 파라미터의 값을 결정하도록 구성되는 검사 장치는, 상기 기준 패턴의 각 부분 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키도록 구성되는 조명 광학 시스템; 상기 두 부분의 스캐터로미터릭 스펙트럼들을 얻기 위하여 상기 기준 패턴의 각 부분에 의해 디텍터 상으로 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 투영하도록 구성되는 투영 광학시스템; 상기 두 스캐터로미터릭 스펙트럼들로부터 차이 스펙트럼을 얻도록 구성되는 스펙트럼 차감기(spectrum subtractor); 1 이상의 계수를 얻기 위하여 상기 차이 스펙트럼에 회귀 분석을 적용하도록 구성되는 애널라이저(analyzer); 상기 파라미터의 복수의 상이한 값들을 사용하여 상기 타겟 패턴을 프린팅하고, 상기 타겟 패턴의 카피들로부터 얻어지는 차이 스펙트럼들에 회귀 분석을 적용함으로써 얻어지는 캘리브레이션 함수를 저장하는 메모리; 및 상기 계수 및 상기 캘리브레이션 함수를 사용하여 상기 파라미터에 대한 값을 계산하도록 구성되는 계산기를 포함한다.
이하, 대응되는 참조 부호들이 대응되는 부분들을 나타내는 개략적인 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 예시의 방법으로 설명될 것이다.
도 1a는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL)을 포함한다. 지지부(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된다. 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다. 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)은 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된다.
조명 시스템은, 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 여하한의 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.
지지부는 패터닝 디바이스의 무게를 지지, 예를 들어 지탱한다(bear). 상기 지지부는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 여타의 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지부는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 여타의 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 상기 지지부는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 상기 지지부는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패 턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 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 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 형식도 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 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들 또는 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시 스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어인 동의어로도 간주될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 상기에 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안에 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 전체 또는 부분이 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 담겨져야 한다는 것을 의미하는 것이라기 보다는 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 위치된다는 것을 의미한다.
도 1a를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 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, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 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 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은, 지지부(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지른 후, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 상기 투영시스템은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1a에 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 도움을 받아 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 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
나타낸 장치는 다음과 같은 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그런 후, 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 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 이미지 반전 특성 및 확대(축소)에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝되지 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 스캔중에 계속되는 방사선 펄스 사이에서 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 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들이 채용될 수 있다.
도 1b에서 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 기판 상에서 전-노광 및 후-노광 프로세스들을 수행하기 위한 장치도 포함하는, 흔히 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라 칭해지기도 하는 리소그래피 셀(Lithographic cell:LC)의 일부를 형성한다. 통상적으로, 이들은 레지스터 층들을 증착시키기 위한 스핀 코터(spin coater:SC)들, 노광된 레지스트를 현상시키기 위한 디벨로퍼(DE)들, 칠 플레이트(chill plate:CH)들 및 베이크 플레이트(bake plate:BK)들을 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/02)을 집어 올려 상이한 프로세스 장치와 델리버들 사이로 이동시킨 다음 리소그래피 장치의 로딩 베이(LB)로 옮긴다. 흔히 집합적으로 트랙이라고 지칭되는 이러한 디바이스들은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는, 감독 제어 시스템(supervisory control system:SCS)에 의해 자체적으로 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있다. 따라서, 스루풋 또는 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 정확하고 일관되게 노광되도록 하기 위해, 후속하는 층들, 라인 두께들, 임계 치수들(CD) 등 간의 오버레이 오차들과 같은 특성들을 측정하기 위해 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차들이 검출되는 경우, 특히 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 계속해서 노광될지의 검사가 바로 그리고 신속하게 이행될 수 있다면, 후속 기판들의 노광들에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들이 스트리핑(stripped) 및 재작업되어(reworked), 수율 및 폐기율을 개선시킴으로써 결함이 있는 것으로 알려 진 기판들 상에서 노광들이 수행되는 것을 회피한다. 기판의 단지 몇몇 타겟 부분들에 결함이 있는 경우에, 상기 타겟 부분들 중 양호한 부분들 상에서만 추가적인 노광들이 수행될 수 있다.
기판의 특성들, 그리고 특히 상이한 기판들 또는 동일 기판의 상이한 층들의 특성들이 층에서 층으로 어떻게 변화되는지를 결정하기 위한 검사 장치가 사용된다. 상기 검사 장치는 리소그래피 장치(LA)나 리소 셀(LC) 내에 통합되거나 또는 독립(stand-alone) 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정들이 가능하도록 하기 위해, 검사 장치는 노광 바로 후에 노광된 레지스트 층의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트의 잠재적인 이미지는 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 방사선에 대해 노광된 레지스트의 부분들과 그렇지 않은 부분들 간의 굴절 지수에서 단지 매우 작은 차이만 존재함 -, 모든 검사 장치가 잠재 이미지의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 측정들은, 통상적으로 노광된 기판들 상에서 수행되는 제 1 단계인 노광-후 베이크(post-exposure bake:PEB) 단계 후에 이행될 수 있으며 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 사이의 콘트라스트를 증가시킨다. 이 단계에서, 레지스트의 이미지는 반-잠재적(semi-latent)이라 언급될 수 있다. 또한, 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거된 시점 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에 현상된 레지스트 이미지의 측정들을 수행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판들의 재작업을 위한 가능성을 제한하지만, 유용한 정보를 제공할 수도 있다.
도 2는 본 발명에서 사용될 수 있는 스캐터로미터를 나타내고 있다. 상기 스 캐터로미터는 기판(W) 상에 방사선을 투영하는 광대역 (백색 광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 스펙큘라(specular) 반사 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정치)를 측정하는 스펙터로미터 디텍터(4)로 전달된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 대해 발생되는 프로파일 또는 구조는, 예를 들어 Rigorous Coupled Wave Analysis(RCWA) 및 비-선형 회귀에 의하여 또는 도 2의 저부에 도시된 바와 같이 시뮬레이팅된 스펙트럼들의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 상기 구조가 만들어진 프로세스의 공지사항으로부터 몇몇 파라미터들이 추정되어, 스캐터로미터리 데이터로부터 결정될 구조의 소수의 파라미터들만 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직-입사(normal-incidence) 스캐터로미터 또는 경사-입사(oblique-incidence) 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.
도 3에는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 또 다른 스캐터로미터가 도시되어 있다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의하여 방출되는 방사선은 렌즈 시스템(12)을 사용하여 간섭 필터(13) 및 편광자(17)를 통해 포커싱되고, 부분 반사면(16)에 의해 반사되며, 바람직하게는 0.9 이상, 보다 바람직하게는 0.95 이상의 높은 개구수(NA)를 갖는 현미경 대물렌즈(15)를 통해 기판(W) 상으로 포커싱된다. 침지 스캐터로미터(immersion scatterometer)들은 심지어 1 이 넘는(over) 개구수들을 갖는 렌즈들을 가질 수도 있다. 그 다음, 검출되는 스캐터 스펙트럼이 검출되도록 하기 위해 반사된 방사선은 부분 반사면(16)을 통해 디텍터(18) 내로 전사된다. 디텍터는 렌즈 시스템(15)의 초점 길이에 있는 후방-투영(back-projected) 퓨 필 평면(11)에 배치될 수 있으나, 그 대신 상기 퓨필 평면이 보조 광학기들(도시 안됨)을 이용하여 디텍터 상으로 재-이미징될 수도 있다. 상기 퓨필 평면은 방사선의 반경방향 위치가 입사 각도를 한정하는 평면이며, 각도 위치는 방사선의 방위각을 한정한다. 디텍터는 기판 타겟의 2-차원 각도 스캐터 스펙트럼(즉, 스캐터 각도의 함수로서 세기의 측정치)이 측정될 수 있도록 2-차원 디텍터인 것이 바람직하다. 디텍터(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이들일 수 있으며, 예를 들어 프레임 당 40 milliseconds의 적분 시간을 가질 수 있다.
흔히, 기준 빔은, 예를 들어 입사 방사선의 세기를 측정하는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 방사선 빔 스플리터(16) 상에 입사되는 경우, 그것의 일부는 빔 스플리터를 통해 기준 빔으로서 기준 거울(14)을 향하여 전사된다. 그 다음, 기준 빔은 동일한 디텍터(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.
간섭 필터들(13)의 세트는 해당 파장, 즉 405-790 nm 범위 내의 파장이나 또는 200-300 nm와 같은 훨씬 더 낮은 파장을 선택하는 것이 가능하다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함하기 보다 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터들을 대신하여 격자가 사용될 수 있다.
디텍터(18)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서 스캐터링된 광의 세기나, 다수의 파장에서의 개별적인 세기 또는 소정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 디텍터는 횡방향(transverse) 자기-편광(magnetic-polarized) 광 및 횡방향 전기-편광(electric-polarized) 광 및/또는 횡방향 자기-편광 광과 횡방향 전기-편광 광 간의 위상 차를 개별적으로 측정할 수 있다.
광대역 광 소스(즉, 넓은 범위의 광 주파수들 또는 파장들을 갖는, 따라서 컬러들로 이루어진 소스)를 사용하는 것이 가능하며, 이는 큰 에텐듀(etendue)를 부여하여, 다수의 파장들의 혼합을 가능하게 한다. 광대역의 복수의 파장들 각각은 δλ의 대역폭 및 2δλ 이상의 간격(즉, 파장 대역폭의 두 배)을 갖는 것이 바람직하다. 방사선의 수 개의 "소스들"은 섬유 번들(fiber bundle)들을 사용하여 쪼개지는 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각 분해된 스캐터 스펙트럼들은 다수의 파장들에서 병렬로 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼 보다 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 프로세스 견실성(robustness)을 증대시키는 보다 많은 정보가 측정될 수 있도록 한다. 이는 본 명세서에서 인용 참조되는 EP 1,628,164A에 보다 상세히 기술되어 있다.
기판(W) 상의 타겟은 현상 후에 바아들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린팅되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 바아들은 기판 내로 에칭될 수도 있다. 관련 파라미터의 변화들이 그들 스스로 프린팅된 타겟의 변화들로서 입증되도록, 타겟 패턴은 리소그래피 투영 장치 등에서 포커스, 도즈, 오버레이, 크로마틱 수차들과 같은 해당 파라미터에 대해 감응하도록 선택된다.
몇몇 상황들에서, 프린팅된 타겟을 재구성함으로써 스캐터로미터리 데이터로부터 직접적으로 프린팅된 타겟의 관련 파라미터들을 계산하는 것이 가능하지만, 이는 계산상 집중적인 과업이며 흔히 실행불가능하다. 따라서, 스캐터로미터리를 사용하는 많은 방법들에서, 스캐터로미터리 데이터와 해당 파라미터의 상이한 값들 간의 실험상의 고리를 유도하기 위한 캘리브레이션들이 수행된다. 이는, 프린팅된 타겟의 스캐터로미터리 데이터로부터 포커스 및 도즈 값들을 유도하기 위한 예시적인 방법에 의해, 도 4 내지 7을 참조하여 후술되는 본 발명에서 취해지는 접근법이다. 본 발명은 직접적인 방식으로 수차들과 같은 리소그래피 프로세스의 다른 파라미터들에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 타겟 패턴은 해당 파라미터의 이상적인 값으로 프린팅되는 경우 기본적으로 동일한 2 개의 성분들을 포함한다. 나타낸 예시에서, 2 개의 성분은 동일한 주기 및 튜티 비를 갖지만 상이한 어시스트 또는 보정, 피처들을 갖는 격자들(G1, G2)이다. 이들은 도 4의 연장된 부분에 보다 상세하게 도시되어 있다. 격자(G1)는 바아들(10) 및 어시스트 피처들(11)을 갖는다. 어시스트 피처들(11)은 하위-분해능(sub-resolution)이어서, 프린팅되지는 않지만, 예를 들어 포커스 변화에 대한 바아 폭의 감도는 증가되는 반면, 도즈 변화에 대한 감도는 감소, 바람직하게는 실질적으로 제거되도록 바아(10)들의 포커스 및 도즈의 감도를 수정하도록 선택된다. 격자(G2)는 다시 바아(20)들 및 어시스트 피처(21)들을 갖지만, 이 경우에 어시스트 피처들은 바아(20)들의 포커스 감도는 저감 또는 제거시키고 도즈 변화에 대한 감도는 증가시키도록 선택된다. 마스크의 양 격자들의 바아 및 어시스트 피처의 크기들은 사전설정된 포커스 및 도즈 세팅에서 2 개의 프린팅된 격자들이 효과적으로 같아지도록 결정된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 인접한 격자들(G1 및 G2)을 포함하는 타겟 패턴은 캘리브레이션 기판(CW) 상의 어레이에서 복수 회 프린팅된다. 타겟 패턴의 각각의 상이한 인스턴스(instance)는 포커스 및 도즈 세팅들의 상이한 조합에서 노광된다. 통상적으로, 인스턴스들은 어레이의 일 방향, 예를 들어 x 방향으로는 포커스가 변화되고, 다른 방향, 예를 들어 y 방향으로는 도즈가 변화되도록 구성된다. 격자들은 G1(i,j) 및 G2(i,j)으로서 지칭될 수 있으며, 여기서 i 및 j는 각각 1로부터 m과 n으로 이어지는 인덱스들이며, m 및 n은 동일하거나 그렇지 않을 수 있다. 이러한 구성은 포커스-에너지 매트릭스(FEM)이라 알려져 있다. 본 발명에서, 캘리브레이션 웨이퍼는 희귀(bare) 실리콘(또는 다른 반도체나 재료)이거나 또는 사전 형성된 프로세스 층들을 갖는다. 캘리브레이션 기판 상의 기반이 되는 구조는 생산 기판들의 기반이 되는 구조와 대략 동일해야 한다. 기반이 되는 구조는 캘리브레이션 어레이의 영역을 가로질러 유사한 것이 바람직하다.
캘리브레이션 어레이의 현상 후에, 즉, 도 7의 단계 S2 후에, 스캐터로미터(SM)는 상기 어레이의 각 타겟의 스펙트럼들을 측정하는데 사용된다(단계 S3). 스캐터로미터가 충분히 민감하다면, 현상 단계는 생략되거나 또는 노광-후 베이크에 대해 제한될 수 있다. 이와는 달리, 상기 경우에 단계 S2가 에칭과 같은 패턴 전사 단계를 포함할 수 있도록 본 발명은 기판 내로 전사되는 패턴들에 적용될 수도 있다. 하지만, 보다 상세히 후술되는 생산 노광들의 측정은 캘리브레이션을 위해 사용되는 것과 동일한 상태의 타겟들 상에서 수행되어야 한다는데 유의해야 한다. 단계 S3에서는, 상술된 것과 같은 스캐터로미터의 어떠한 적합한 형태도 사용될 수 있다.
격자들(G1, G2)의 각 쌍은 각각의 스펙트럼(R1, R2)을 제공한다. 도 3에 나 타낸 타입의 각 분해 스캐터로미터가 사용된다면, R1 및 R2는 θ 및
Figure 112007051972410-pat00001
의 함수들이며,, 여기서 θ 및
Figure 112007051972410-pat00002
는 퓨필 평면(11)의 좌표들이다. G1 및 G2는 사전설정된 파라미터 값들로 프린팅되는 경우 유효하게 동일한 것으로 설계되기 때문에, 상기 값들에서의 스캐터로미터리 스펙트럼들은 동일하나 파라미터 값들과 같이 변화될 것이며, 이 예시의 포커스 및 도즈에서는 사전설정된 값들로부터 변화될 것이다. 따라서, R1 및 R2는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112007051972410-pat00003
Figure 112007051972410-pat00004
여기서, R0는 사전설정된 파라미터들에서의 반사 스펙트럼들이고, 함수들(A1, A2, B1, B2 및 C1, C2)은 각각 격자들(G1 및 G2)에 대하여 선형 포커스 변화, 쿼드라틱(quadratic) 포커스 변화 및 도즈 변화로 인한 스펙트럼 변화들을 나타낸다.
R0는 대개의 경우 기반이 되는 구조에 크게 종속적이나, 본 발명인들은 많은 경우에 있어 함수들(A1, A2, B1, B2 및 C1, C2)은 기반이 되는 구조에 단지 약하게 종속적인 것으로 결정하였다. 2 개의 스펙트럼 간의 차이를 취하면 다음과 같은 수학식이 나온다:
Figure 112007051972410-pat00005
이로부터, 지배적인 오차 항 R0가 제거된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에서는, 단계 S4에서 격자들의 각 쌍으로부터 얻어지는 2 개의 스펙트럼이 차감되어 차이 스펙트럼들의 세트를 제공한다.
차이 스펙트럼들은 주성분 분석법을 위한 입력으로서 사용된다: 먼저 차이 스펙트럼이 분해되고 기저 함수들의 적합한 세트로 표현되며(단계 S5), 그 다음, 포커스 및 도즈 값들과 주성분 값들 간의 관계가 얻어진다(단계 S6). 후자의 함수는 가장 거칠다(robust), 즉 단일 스펙트럼들로부터 유도되는 함수 보다 기반이 되는 구조에서의 변화들에 대해 덜 민감하다. 여타 관련 회귀 기술들 또한 채용될 수 있는데, 그 예들로는 비-선형 주성분 분석법, 부분 최소 자승 분석법 및 비-선형 부분 최소 자승 모델링이 포함된다.
측정들을 이행하기 위하여, 또한 도 7에 예시된 대응 프로세스가 이어진다. 캘리브레이션 격자들(G1, G2)에 대해 형태가 동일한 타겟 격자들(TG1, TG2)의 쌍은, 단계 S11에서 생산 노광의 과정 동안, 예를 들어 디바이스 구조(DS) 사이의 스크라이브 레인(SL)에서 기판 상으로 노광된다. 실리콘의 실제 구역(real estate)이 과도하게 사용되지 않도록 적합한 스펙트럼이 얻어지도록 하기 위해 상기 2 개의 격자들이 커질 필요는 없다. 캘리브레이션이 현상되거나 또는 반-잠재적인 패턴 상에서 수행된다면, 레지스트가 현상되거나 또는 노광-후 베이ㅡ가 수행되며(단계 S12), 그렇지 않다면 이들 단계들은 연기된다.
단계 S13에서, 스캐터로미터(SM)는 2 개의 격자들(TG1, TG2) 각각으로부터 스펙트럼들을 얻는데 사용되며, 그 후 이들은 단계 S14에서 차이 스펙트럼을 얻기 위해 차감된다. 캘리브레이션 프로세스에서와 같이, 차이 스펙트럼은 주성분 분석법을 거친다: 그것은 계수들(주성분 값들)의 세트로 분해되며(단계 S15), 그로부터 단계 S6에서 유도되는 함수를 사용함으로써 포커스 및 도즈 값들을 얻을 수 있고(단계 S16), 이는 스캐터로미터가 연결되는, 도 6에 도시된 데이터 베이스(DB) 내에 저장된다.
이하, 본 발명에 따른 방법들에서 사용될 수 있는 예시적 타겟 패턴들이 도 8 내지 12를 참조하여 설명될 것이며, 그 중 도 10 내지 12는 시뮬레이팅된 결과들을 나타낸다. 하나는 양 극성이고 하나는 음 극성인 2 개의 기준 패턴들이 각각 A 및 B로서 도 8에 도시되어 있으며, 이들은 흰 색 바탕 위에 검은 라인들로 형성되거나 또는 검은 바탕에 흰색 라인들로 형성된 단순한 1-차원 격자를 포함한다. 2 개의 양 극성이고 2 개는 음 극성인 4 개의 격자를 생성하는 포커스 및 도즈를 제어하기 위해 어시스트 라인들이 부가된다. 이들은 도 8에 C, D, E 및 F로 나타나 있다. 따라서, 고(high) 포커스를 가지나 낮은 도즈 감도를 갖는 양 및 음 격자들과, 저 포커스 및 높은 도즈 감도를 갖는 양 및 음 격자들이 존재한다. 도 9에 나 타낸 바와 같이, 어시스트 피처들의 라인폭(Wa) 및 어시스트 피처들과 메인 라인들 사이의 간격들(Sa1 및 Sa2)는 원하는 포커스 및 도즈 감도들을 얻기 위해 변화될 수 있다. 메인 피처들의 라인 폭(Wm) 및 피치(Pm)는 타겟 패턴의 거동이 생산 노광 프로세스에서 노광될 디바이스 패턴들의 거동과 유사하도록 하기 위해 변화된다.
도 10은 높은 포커스-감도 패턴(실선, 다이아몬드들)과 낮은 포커스-감도 패턴(점선, 정사각형들)의, 측벽 각도에서의 변화들로 표현되는 디포커스에 대한 감도를 나타내고 있다. 이와 유사하게, 도 11은 높은 도즈-감도 패턴(실선, 삼각형들) 및 낮은 도즈-감도 패턴(점선, 정사각형들)의, 중간-CD(mid-CD)의 변화로 표현되는 도즈에 대한 감도를 나타내고 있다. 도 12는 양 극성(점선, 정사각형들) 및 음 극성(실선, 다이아몬드들) 패턴들의 디포커스에 대해 반대되는 감도를 나타내고 있다.
측벽 각도 및 중간-CD는 스캐터로미터들을 이용하여 쉽게 얻어질 수 있는 파라미터들이기 때문에, 상술된 패턴들은 본 발명의 방법들에서 유용하다는 것을 알 수 있다.
본 명세서에서는, IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드의 제조와 같이 여타의 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용 된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 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), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 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.
이상, 광학 리소그래피에 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예컨대 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에서도 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면, 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 안으로 가압될 수 있으며, 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화(cure)된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 ㎚의 파장을 갖거나 대략 이 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm의 범위인 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔도 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 나타낼 수 있다.
이상, 특정 실시예들이 서술되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기에 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 하기에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형이 행해질 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸 도;
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸 도;
도 2는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 제 1 스캐터로미터;
도 3은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 제 2 스캐터로미터;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 기판 상에 프린팅되는 캘리브레이션 매트릭스를 나타낸 도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 생산 기판 상에 프린팅되는 타겟을 나타낸 도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 툴을 나타낸 도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 플로우 차트;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 예시에서 사용되는 테스트 패턴들을 나타낸 도;
도 9는 도 8의 예시에서 사용되는 테스트 패턴에서 변화될 수 있는 크기들을 나타낸 도; 및
도 10 내지 도 12는 도 8의 예시에서 시뮬레이팅된 테스트 결과들을 나타낸 도이다.

Claims (18)

  1. 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 파라미터 측정 방법에 있어서,
    복수의 캘리브레이션 패턴들을 형성하기 위해 캘리브레이션 기판의 방사선-감응 층 상으로 기준 패턴의 이미지를 복수에 걸쳐 투영하는 단계를 포함하고, 상기 캘리브레이션 패턴들의 상이한 값들을 형성하는데 캘리브레이션 패턴 파라미터의 상이한 값들이 사용되고, 상기 기준 패턴은 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값의 변화에 대해 상이한 감도(sensitivity)들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고;
    상기 캘리브레이션 패턴들 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 각 부분에 대한 측정 결과를 얻는 단계;
    복수의 상이한 측정 결과들을 얻기 위하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 2 부분에 대한 측정 결과로부터 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 1 부분에 대한 측정 결과를 차감하는 단계;
    상기 상이한 측정 결과들 각각을 기저(basis) 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값들 간의 관계를 얻는 단계;
    타겟 패턴을 형성하기 위하여 기판의 방사선-감응 층 상으로 상기 기준 패턴의 이미지를 투영하는 단계를 포함하고, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 타겟 패턴 파라미터의 값이 알려지지 않으며;
    상기 타겟 패턴 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟 측정 결과를 얻는 단계;
    타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟 측정 결과를 차감하는 단계;
    상기 타겟의 상이한 측정 결과를 복수의 기저 함수들을 곱하는 계수들의 세트로 분해하는 단계 및 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 상기 타겟 패턴 파라미터의 값을 결정하기 위하여 상기 계수들의 값들과 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값들 간의 관계를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 캘리브레이션 패턴들의 형성시, 상기 리소그래피 프로세스의 적어도 2 개의 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값들이 변화되어, 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값들 각각과 상기 계수의 값들 간의 관계가 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 패턴 파라미터는, 상기 기준 패턴의 이미지를 투영하는데 사용되는 투영시스템의 수차들, 포커스 및 도즈로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 제 1 부분 및 제 2 부분 각각은 메인 패턴 및 어시스트 피처들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 제 1 부분 및 제 2 부분의 메인 패턴들은 동일하지만, 상기 제 1 부분의 어시스트 피처들은 상기 제 2 부분의 어시스트 피처들과 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 주어진 값에 대하여, 각각 상기 방사선-감응 층에서 동일한 패턴을 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 패턴들의 기반이 되는(underlying) 구조는 상기 캘리브레이션 패턴들의 기반이 되는 구조와는 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 제 1 파라미터를 측정하기 위한 캘리브레이션 함수를 얻는 방법에 있어서,
    복수의 캘리브레이션 패턴들을 형성하기 위해 캘리브레이션 기판의 방사선-감응 층 상으로 기준 패턴의 이미지를 복수에 걸쳐 투영하는 단계를 포함하고, 상기 캘리브레이션 패턴들의 상이한 값들을 형성하는데 캘리브레이션 패턴 파라미터의 상이한 값들이 사용되고, 상기 기준 패턴이 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 상이한 값들의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고;
    상기 캘리브레이션 패턴들 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 복수의 캘리브레이션 패턴들 각각의 각 부분에 대한 측정 결과를 얻는 단계;
    복수의 상이한 측정 결과들을 얻기 위하여 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 2 부분에 대한 측정 결과로부터 각각의 캘리브레이션 패턴의 제 1 부분에 대한 측정 결과를 차감하는 단계;
    상기 상이한 측정 결과들 각각을 기저 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 캘리브레이션 패턴 파라미터의 값들 간의 관계를 캘리브레이션 함수로서 얻는 단계; 및
    상기 캘리브레이션 패턴 파라미터를 사용하여 상기 타겟 패턴과 연관된 상기 제 1 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 타겟 패턴을 기판 상에 프린팅하는 리소그래피 프로세스의 제 1 파라미터를 측정하는 방법에 있어서,
    기준 패턴이 상기 기준 패턴과 연관된 제 2 파라미터 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하며,
    상기 타겟 패턴 상으로 방사선의 검사 빔을 지향시키고, 그로부터 반사 또는 스캐터링되는 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 얻는 단계;
    타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟의 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 차감하는 단계;
    상기 타겟의 상이한 측정 결과를 기저 함수들 및 그와 연관된 계수들의 세트로 분해하고, 상기 연관된 계수들의 값들과 상기 제 2 파라미터의 값들 간의 관계를 표현하는 캘리브레이션 함수를 사용하여, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 상기 제 1 파라미터의 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 디바이스 제조방법에 있어서,
    리소그래피 프로세스를 이용하여 디바이스 구조체들 및 타겟 패턴을 포함하는 디바이스 층을 형성하기 위해 디바이스 패턴 및 기준 패턴의 이미지를 기판의 방사선-감응 층 상으로 투영하는 단계를 포함하고, 상기 기준 패턴은 상기 기준 패턴과 연관된 제 1 파라미터 값의 변화에 대해 상이한 감도들을 갖는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고;
    방사선의 검사 빔을 상기 타겟 패턴 상으로 지향시키고 그로부터 반사 또는 스캐터링된 방사선을 측정하여 상기 타겟 패턴의 각 부분에 대한 타겟 측정 결과를 얻는 단계;
    타겟의 상이한 측정 결과를 얻기 위하여 상기 타겟 패턴의 제 2 부분에 대한 타겟의 측정 결과로부터 상기 타겟 패턴의 제 1 부분에 대한 타겟의 측정 결과를 차감하는 단계; 및
    상기 타겟의 상이한 측정 결과를 복수의 기저 함수들을 곱한 계수들의 세트로 분해하고, 상기 계수들의 값들과 상기 제 1 파라미터의 값들 간의 관계를 표현하는 캘리브레이션 함수를 사용하여, 상기 타겟 패턴을 형성하는데 사용되는 제 2 파라미터의 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 파라미터의 결정된 값에 기초하여 상기 디바이스 층을 받아들이거나 또는 거부하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 투영하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하고,
    반복되는 투영에서, 상기 프로세스의 제 3 파라미터의 공칭(nominal) 값은 상기 제 2 파라미터의 결정된 값에 기초하여 변화되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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