KR101037411B1 - 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 형성하는 방법, 캘리브레이션 기판 및 메트롤로지 툴 캘리브레이션 방법 - Google Patents

메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 형성하는 방법, 캘리브레이션 기판 및 메트롤로지 툴 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메트롤로지 툴 내의 방위-의존적 변동들을 보상하기 위해 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 형성하는 방법을 제공한다.

Description

메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 형성하는 방법, 캘리브레이션 기판 및 메트롤로지 툴 캘리브레이션 방법{METHOD OF FORMING A SUBSTRATE FOR USE IN CALIBRATING A METROLOGY TOOL, CALIBRATION SUBSTRATE AND METROLOGY TOOL CALIBRATION METHOD}
본 발명은 메트롤로지 툴들을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판들을 형성하는 방법들, 캘리브레이션 기판들, 및 메트롤로지 툴들을 캘리브레이션하는 방법들에 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 인접 한 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 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 공정을 모니터링하기 위하여, 패터닝된 기판의 파라미터들, 예를 들어, 기판 안이나 위에 형성된 연속한 층들 간의 오버레이 오차를 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경과 다양한 특정화된 툴의 사용을 포함하여, 리소그래피 공정들에서 형성된 미세 구조들을 측정하는 다양한 기술들이 존재한다. 특정화된 검사 툴의 일 형태는, 방사선 빔이 기판 표면 상의 타겟부 상으로 지향되고, 스캐터링된 또는 반사된 빔의 특성들이 측정되는 스캐터로미터(scatterometer)이다. 빔이 기판에 의해 반사되거나 스캐터링되기 이전에 또한 이후에 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 공지된 기판 특성들과 연계된 공지된 측정값들의 라이브러리에 저장된 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 행해질 수 있다. 2 개의 주요 타입의 스캐터로미터가 공지된다. 분광 스캐터로미터(spectroscopic scatterometer)들은 광대역 방사선 빔을 기판 상으로 지향시키며, 특정한 좁은 각도 범위 안으로 스캐터링된 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해 스캐터로미터(angularly resolved scatterometer)들은 단색(monochromatic) 방사선 빔을 이용하며, 각도의 함수로서 스캐터링된 방사선의 세기를 측정한다.
통상적으로, 리소그래피 공정들을 모니터링하는데 사용되는 메트롤로지 툴들과, 특히 주사 전자 현미경과 같은 CD 메트롤로지 툴들은, 측정 정확성이 측정 방위에 의존적일 수 있는 방식으로 구성된다. 예를 들어, 수평 및 수직 방향들의 확대(magnification)는 오프셋(offset)을 가질 수 있다. 또한, 메트롤로지 타겟을 조명하는데 사용된 방사선 빔의 형상, 및 메트롤로지 타겟 상으로의 방사선 빔의 입사 각도의 이상값(ideal)을 벗어난 편차들은 측정 결과들에 영향을 줄 수 있다. 분명하게는, 이러한 계통적(systematic) 메트롤로지 오차들이 최소화되어야 한다. 이에 따라, 이러한 종류의 계통적 메트롤로지 오차에 대한 엄격한 사양들이 설정된다. 이에 따라, 공지된 메트롤로지 타겟을 갖는 기판은 방위 의존적 오프셋들을 결정하기 위해 복수의 상이한 방위들에서 메트롤로지 툴에 의해 검사될 수 있다. 하지만, 다수의 CD 메트롤로지 툴들은, 예를 들어 노치(notch) 위치설정 기구들로 인해 기판이 상이한 방위들에서 로딩되거나 측정될 수 없도록 구성된다.
메트롤로지 툴 내의 방위-의존적 오프셋들을 더 쉽게 보상할 수 있는 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 적합한 기판을 형성하는 방법이 제공되고, 상기 방법은, 기판의 표면에 방사선 감응재 층을 제공하는 단계; 제 1 패턴 피처 세트 및 제 2 패턴 피처 세트를 포함하는 캘리브레이션 패턴을 제공하는 패터닝 디바이스를 이용하여 제 1 방사선 빔을 패터닝하는 단계; 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형(elongate) 패턴 피처 세트를 갖는 제 1 캘리브레이션 마크를 형성하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 2 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상기 방사선 감응재 상으로 상기 패터닝된 제 1 방사선 빔을 투영하는 단계; 상기 기판의 표면과 실질적으로 수직인 축을 중심으로 상기 투영 시스템에 대해 상기 기판을 사전설정된 각도만큼 회전하는 단계; 상기 패터닝 디바이스를 이용하여 제 2 방사선 빔을 패터닝하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 3 캘리브레이션 마크를 형성하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 4 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상 기 방사선 감응재 상으로 상기 제 2 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함하며; 상기 사전설정된 각도는 상기 제 2 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위가 상기 제 3 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위와 실질적으로 평행하게 되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기의 방법에 따라 제조된 기판과, 상기의 방법에 의해 형성된 기판을 이용하여 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법을 제공한다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a는 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 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, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(1 이상의 다이를 포함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포 함한다.
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.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 무게를 지지, 즉 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 여타의 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 상기 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기 또는 여타의 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 상기 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블일 수도 있다. 상기 지지 구조체는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 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 패턴을 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 타겟부 내에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 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 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
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 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 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 위해 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예를 들어, 물)에 의해 기판의 전체 또는 부분이 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)와 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 담그어져야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 그보다는 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 위치된다는 것을 의미한다.
도 1a를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선 빔을 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, 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 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 수도 있다. 상기 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖기 위해 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 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 동안에 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설 정) 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 지지체(예를 들어, 기판 테이블)(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수도 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)은 단지 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)들 및 기판 정렬 마크(P1, P2)들을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된 타겟부(dedicated target portion)들을 차지하고 있지만, 상기 마크들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
서술된 장치는 다음과 같은 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 지지체(예를 들어, 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)). 그 후, 지지 구조체(예를 들어, 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 크기 를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 지지체(예를 들어, 기판 테이블)(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 지지체(예를 들어, 기판 테이블)(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)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, 지지 구조체(예를 들어, 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 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 지지체(예를 들어, 기판 테이블)(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 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 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들이 채용될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 기판 상에 전(pre)- 및 후(post)-노광 공정들을 수행하는 장치를 포함하는 리소그래피 셀(LC)(때로는 리소셀 또는 클러스터라고도 함)의 일부분을 형성한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 이동시킨 다음, 상기 기판들을 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히, 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어하에 있다. 따라서, 스루풋(throughput)과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광된 기판들이 올바르고(correctly) 일관성 있게(consistently) 노광되도록 하기 위하여, 노광된 기판들을 검사하여, 예를 들어, 연속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD)와 같은 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 추가 특성들이 측정될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 오차가 검출되면, 특히 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 계속 노광될 수 있을 정도로 빠르고 신속하게 검사가 행해질 수 있다면, 후속 기판들의 노광을 조정할 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 - 수율을 개선시키기 위해 - 스트립(strip) 되고 재작업(rework)될 수 있거나, 아니면 폐기될 수 있으므로, 결함이 있다고 판단된 기판들의 노광을 피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부만이 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에서만 추가 노광이 수행될 수 있다.
기판들의 특성들을 결정하기 위해, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 어떤 특성들이 층에서 층으로 달라지는지를 결정하기 위해, 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC) 안에 통합될 수 있거나, 독립형(stand-alone) 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해서는, 검사 장치가 노광된 레지스트 층의 특성들을 노광 직후에 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠재 이미지(latent image)는 매우 낮은 콘트라스트를 갖고 - 방사선에 노광된 및 노광되지 않은 레지스트의 일부분들 간의 굴절률에 있어 매우 적은 차이만이 존재하며 - 모든 검사 장치가 잠재 이미지를 유용하게 측정할 정도로 충분한 감응성을 갖고 있지 않다. 그러므로, 통상적으로는 노광된 기판들 상에 가장 먼저 수행되고, 노광된 및 노광되지 않은 레지스트의 일부분들 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크(post-exposure bake: PEB) 단계 후에 측정이 행해질 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 준-잠재(semi-latent)라고 언급된다. 또한, 노광된 또는 노광되지 않은 레지스트의 일부분들이 제거된 - 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 - 현상된 레지스트 이미지를 측정할 수도 있다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판들의 재작업 가능성을 제한하나, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 스캐터로미터(SM1)를 도시 한다. 스캐터로미터는 기판(6) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(흰 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된(specular reflected) 방사선의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 스펙터로미터 검출기(4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼으로 인한 구조 또는 프로파일은 처리 유닛(PU), 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀에 의해 재구성될 수 있거나, 도 2의 하부에 도시된 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와 조합하여 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 일반적인 형태의 구조가 알려지며, 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터만을 남기고는, 구조가 만들어진 공정 지식으로부터 몇몇 파라미터들이 가정된다. 이러한 스캐터로미터는 정상-입사 스캐터로미터 또는 사선-입사 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 또 다른 스캐터로미터(SM2)는 도 3에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 간섭 필터(13) 및 편광기(17)를 통해 포커스되고, 부분 반사면(16)에 의해 반사되며, 높은 개구수(NA), 바람직하게는 0.9 이상, 더 바람직하게는 0.95 이상을 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상으로 포커스된다. 침지 스캐터로미터는 개구수가 1이 넘는 렌즈를 가질 수 있다. 그 후, 반사된 방사선을 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)로 투과시켜, 스캐터 스펙트럼이 검출된다. 검출기는 렌즈 시스템(15)의 초점 길이(F)에 있는 역-투영된(back-projected) 퓨필 평면(11)에 위치될 수 있다. 하지만, 퓨필 평면은 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기 상으로 재-이미징될 수도 있다. 퓨필 평면은 방사선의 반경 방향 위치가 입사 각도를 정의하고, 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 검출기는 바람직하게 2-차원 검출기이므로, 기판 타겟의 2-차원 각도 스캐터 스펙트럼이 측정될 수 있다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초의 인티그레이션 타임(integration time)을 이용할 수 있다.
기준 빔은, 예를 들어 입사 방사선의 세기를 측정하는데 흔히 사용된다. 이를 행하기 위해서, 방사선 빔이 빔 스플리터(16) 상에 입사될 때, 기준 빔으로서 그 일부분이 빔 스플리터를 통해 기준 거울(14)로 투과된다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.
간섭 필터 세트(13)는, 소위 약 405 내지 790 nm 범위의 또는 약 200 내지 300 nm와 같이 그보다 더 낮은 범위의 관련(of interest) 파장을 선택하는데 적용할 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터 세트를 포함하기보다는 조정될 수(tunable) 있다. 간섭 필터 대신에 격자가 사용될 수도 있다.
검출기(18)는 다수의 파장에서 다르거나(separately) 파장 범위에 걸쳐 통합된(integrated), 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서 스캐터링된 광의 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡방향(transverse) 자기- 및 전기-편광 광의 세기 및/또는 횡방향 자기- 및 전기-편광 광 간의 위상차를 따로 측정할 수 있다.
큰 에텐듀(etendue)를 제공하여, 다수의 파장의 혼합을 허용하는 광대역 광원(부연하면, 광범위한 광 주파수 또는 파장을 갖는 - 또한 이에 따라 여러 색을 갖는 광원)을 사용하는 것도 가능하다. 광대역 내의 복수의 파장들 각각은 바람직하게 δλ의 대역폭과 2 δλ 이상의 간격(즉, 대역폭의 두 배)을 갖는다. 몇몇 방사선 "소스"는 파이버 번들(fiber bundle)을 이용하여 분할된 연장 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해 스캐터 스펙트럼은 다수의 파장에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 공정 강성도(metrology process robustness)를 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 본 명세서에서 인용 참조 되고 있는 EP1,628,164A에 상세히 개시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟은 격자일 수 있으며, 이는 현상 후에 바아(bar)들이 고체(solid) 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트된다. 바아들은 대안적으로 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)의 색수차(chromatic aberration)와 조명 대칭에 민감하며, 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자의 변동을 나타낼 것이다. 따라서, 프린트된 격자의 스캐터로메트리 데이터는 격자를 재구성하는데 사용된다. 선폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터들은 프린팅 단계 및/또는 다른 스캐터로메트리 공정들의 지식으로부터, 처리 유닛(PU)에 의해 수행된 재구성 공정에 입력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 특히 메트롤로지 툴 내의 방위-의존적 변동들로 인한 계통적 오차들을 보상하기 위해, 메트롤로지 툴의 캘리브레이션에 사용하기 위해 특별히 구성된 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 상이한 방위들에서 메 트롤로지 유닛에 기판을 로딩할 필요없이, 메트롤로지 유닛에서 캘리브레이션 테스트가 수행될 수 있도록 기판이 구성된다.
상이한 방위들에 배치되거나, 아니면 동일한 복수의 마크들을 갖는 기판은 방위-의존적 변동을 보상하기 위해 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용될 수 있을 것이다. 하지만, 실제로는 상이한 방위들에 있거나, 아니면 절대적으로 동일한 마크들을 형성하는 것은 불가능하다. 이는, 상이한 패터닝 디바이스들 또는 단일 패터닝 디바이스의 상이한 부분들을 이용하여 마크들이 형성되는 경우, 패터닝 디바이스들 또는 패터닝 디바이스의 부분들 간의 변동은 기판 상에 형성된 마크들 간의 변동을 유도할 것이기 때문이다. 대안적으로, 마크들이 동일한 패터닝 디바이스(또는 이에 따른 부분)에 의해 형성되나 상이한 시간들에서, 예를 들어 상이한 노광들을 이용하여 형성되는 경우, (예를 들어, 상이한 노광들 간의 방사선 세기의 변동으로 인한) 상이한 시간들에서의 처리 조건들의 변동은 마크들 간의 변동을 유발할 것이다. 방위가 아닌, 마크들 간의 여하한의 변동은, 상이한 방위들에서의 마크들의 검사로부터 메트롤로지 툴에 의해 행해진 직접적인 측정값 비교에 의해 메트롤로지 툴이 캘리브레이션될 수 없다는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명에 따른 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 생성하는 공정을 개략적으로 도시한다. 단계(410)에서, 레지스트와 같은 방사선 감응재가 기판의 표면에 제공된다. 단계(420)에서, 기판은 리소그래피 장치에 로딩되고, 단계(430)에서, 기판은 캘리브레이션 패턴을 갖는 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된 방사선 빔에 의해 노광된다. 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 캘리브레이션 패턴은 복수의 패턴 피처 세트를 포함한다. 캘리브레이션 패턴이 기판 상으로 투영될 때, 캘리브레이션 패턴 내의 각각의 패턴 피처 세트는 기판 상에 대응하는 캘리브레이션 마크를 형성한다. 캘리브레이션 마크들은 복수의 세장형 피처들을 포함하며, 예를 들어 함께 1 이상의 격자들을 형성할 수 있다. 이에 따라, 세장형 피처들은 격자들의 줄(striation)일 수 있다. 대안적으로, 각각의 세장형 패턴 피처들은, 예를 들어 콘택 홀들의 어레이와 같은 구조체들의 어레이를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 패턴 내에 포함된 복수의 패턴 피처 세트들은, 캘리브레이션 마크들 각각의 세장형 패턴 피처들이 상이한 방향들로 방위가 잡히도록 배치된다.
기판 형성 공정의 단계(440)에서, 기판은 리소그래피 장치 내에서 회전되고, 및/또는 리소그래피 장치로부터 제거되며, 상이한 방위에서 리소그래피 장치 안으로 다시-로딩된다. 결과적으로 단계(440)는 방사선 감응재가 제공된 기판의 표면에 대해 수직인 축을 중심으로 투영 시스템에 대해 사전설정된 각도만큼 기판을 회전시킨다. 단계(450)에서, 캘리브레이션 패턴이 기판 상에 다시 노출되어, 캘리브레이션 패턴 내의 복수의 패턴 피처들 중 하나에 대응한 또 다른 복수의 캘리브레이션 마크들을 제공한다. 바람직하게, 복수의 제 2 캘리브레이션 마크들은 복수의 제 1 캘리브레이션 마크들에 인접하여 형성되나, 연속한 복수의 캘리브레이션 마크들의 형성 사이에 간섭이 존재하지 않도록 충분히 거리를 두고 형성된다.
단계들(440 및 450)은 필요에 따라 여러 번 반복될 수 있으며, 이미-형성된 캘리브레이션 마크들에 인접하나 간섭하지 않는 연속한 복수의 캘리브레이션 마크 들을 기판 상에 형성할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판을 형성하는 방법은 캘리브레이션 패턴이 모든 원하는 방위들에서 기판 상에 노광되었는지 여부가 결정되는 단계(460)에서의 결정을 포함한다.
일단, 모든 원하는 패턴들이 기판 상에 노광되었으면, 기판은 종래의 방식으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 방사선 감응재가 현상된 후, 특히 캘리브레이션될 메트롤로지 툴이 기판 상의 마크들을 검사하는데 사용되도록 의도된 경우에, 방사선 감응재가 단계(470)에서 현상될 수 있다. 선택적으로, 기판은 단계(480)에서 더 오래 견디는(longer-lasting) 캘리브레이션 기판을 제공하기 위해 종래의 방식으로 에칭될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 기판 상으로의 캘리브레이션 마크들의 형성을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 5a는 캘리브레이션 패턴이 제 1 방위에서 기판 상에 노광된 후에 기판 상에 형성된 마크들을 도시하며, 도 5b는 캘리브레이션 패턴이 제 2 시간 동안에 제 2 방위에서 노광된 후의 기판의 동일한 영역을 도시한다.
상세하게는, 도 5a는 캘리브레이션 패턴의 제 1 및 제 2 패턴 피처 세트에 각각 대응하는 기판 상에 형성된 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크(21, 22)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각각의 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크(21, 22)는 복수의 세장형 패턴 피처들(21a, 22b)로 구성된다. 또한, 제 1 캘리브레이션 마크의 세장 패턴 피처들(21a)의 방위는 제 2 캘리브레이션 마크(22)의 세장형 패턴 피처들(22a)의 방위와 상이하다. 도 5a는 방위 마크(23)를 포함한다. 이는 단지 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크(21, 22)의 방위를 나타내기 위해 포함되어 있다.
도 5b는 기판이 투영 시스템에 대해 회전되었고, 캘리브레이션 패턴이 기판 상에 재-노광된 후에, 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크들(21, 22)이 형성된 기판의 영역을 도시한다. 도시된 바와 같이 방위 마크(23)를 따라, 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크들(21, 22)은 도 5a에 도시된 그들의 위치에 대해 회전된다. 또한, 제 3 및 제 4 캘리브레이션 마크들(24, 25)은, 상기 마크들이 원래(originally) 형성되었을 때, 도시된 바와 같이 방위 마크(26)를 따라 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크들(21, 22)에 대응하는 방위에서 형성된다. 제 3 및 제 4 캘리브레이션 마크들(24, 25)은 각각 캘리브레이션 패턴의 제 1 및 제 2 패턴 피처 세트들에 의해 형성된다. 이에 따라, 제 1 및 제 3 캘리브레이션 마크들(21, 24)은 캘리브레이션 패턴의 동일한 패턴 피처 세트에 의해 형성되나, 노광 간 기판 회전의 결과로서, 제 3 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들(24a)의 방위는 제 1 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피치들(21a)의 방위와 상이하다. 이와 마찬가지로, 제 2 및 제 4 캘리브레이션 마크들(22, 25)이 캘리브레이션 패턴의 동일한 패턴 피처 세트에 의해 형성되지만, 제 2 및 제 4 캘리브레이션 마크들(22, 25)의 세장형 패턴 피처들의 방위는 서로 상이하다.
기판 상의 캘리브레이션 패턴의 제 1 및 제 2 노광 간의 기판의 회전 정도는 주의깊게 선택된다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 구성에서, 노광 간 기판 회전은 제 2 캘리브레이션 마크(22)의 세장형 패턴 피처들(22a)의 방위가 제 3 캘리브레이션 마크(24)의 세장형 패턴 피처들(24a)의 방위에 실질적으로 평행하도록 특별히 선택된다. 이와 마찬가지로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구성에서, 제 1 캘리브레이션 마 크(21)의 세장형 패턴 피처들(21a)의 방위는 제 4 캘리브레이션 마크(25)의 세장형 패턴 피처들(25a)의 방위와 실질적으로 평행하다.
앞서 설명된 방식으로 기판 상의 캘리브레이션 마크들의 형성은 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 유익한 기판을 제공한다. 특히, 캘리브레이션 마크들(21, 22, 24, 25)을 검사한 결과들 간의 차이는 세 가지 요인 - (i) 캘리브레이션 패턴 내의 제 1 및 제 2 패턴 피처 세트들 간의 차이 및/또는 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의해 도입된 차이; (ii) 2 개의 노광들의 방사선 세기 간의 차이; 및 (iii) 메트롤로지 툴의 방향-의존적 계통적 오차에 의해 도입된 차이 - 에 의해 발생된다.제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크들(21, 22)에 대한 결과치들 간의 차이 및 제 3 및 제 4 캘리브레이션 마크들(24, 25) 간의 차이는 부분적인 요인 (i) 및 부분적인 요인(iii)일 것이다. 이와 반대로, 제 1 캘리브레이션 마크(21)와 제 3 캘리브레이션 마크(24) 간의, 또한 제 2 캘리브레이션 마크(22)와 제 4 캘리브레이션 마크(25) 간의 결과들의 차이는 부분적으로 요인(ii) 및 요인(iii)에 의해 유도될 것이다. 마지막으로, 제 1 캘리브레이션 마크(21)와 제 4 캘리브레이션 마크(25) 간의, 또한 제 2 캘리브레이션 마크(22)와 제 3 캘리브레이션 마크(24) 간의 검사 결과들의 차이는 부분적으로 요인(i) 및 요인(ii)에 의해 부분적으로 유도될 것이다. 결과적으로 4 개의 모든 캘리브레이션 마크들(21, 22, 24, 25)의 메트롤로지 툴에 의해 검사 결과들의 차이를 비교함으로써, 요인(i) 및 요인(ii)의 영향을 없앨 수 있으므로, 요인(iii)의 영향, 즉 메트롤로지 툴의 방위-의존적인 계통적 오차의 영향만이 존재하게 된다. 이에 따라, 4 개의 캘리브레이션 마크들의 검사 결 과들을 이용하여, 메트롤로지 툴을 캘리브레이션할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 패턴은 단순히 서로 다르게 방위 잡힌 각각의 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 2 개의 캘리브레이션 마크들을 형성하는데 사용된 제 1 및 제 2 패턴 피처 세트를 포함할 수 있지만, 다른 캘리브레이션 패턴들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, 각각의 노광에서 각각의 캘리브레이션 마크들을 형성하는데 사용된 제 1 및 제 2 패턴 피처 세트들 이외에도, 캘리브레이션 패컨은 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크들과 유사한 2 개의 추가적인 캘리브레이션 마크들을 생성하는 제 3 및 제 4 패턴 피처 세트들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 5c에 도시된 바와 같이, 단일 노광에 대응하는 캘리브레이션 마크들(31, 32, 33, 34)의 각각의 세트는 서로 평행한 세장형 패턴 피처들을 갖는 2 개의 캘리브레이션 마크 쌍을 포함한다. 이는, 먼저 메트롤로지 툴의 캘리브레이션을 개선시킬 수 있는 추가 데이터를 제공하고, 메트롤로지 툴들이 이 구성을 갖는 피처들의 조합을 검사하도록 구성될 수 있기 때문에 유익하다. 이에 따라, "인식(recognition)" 메트롤로지 타겟들을 식별하고, 메트롤로지 툴 내에 검사 유닛을 위치시켜 메트롤로지 타겟들을 검사하는 메트롤로지 툴 내의 시스템들은 모든 캘리브레이션 마크들에 대해 단일 패턴으로 명령(instruct)될 수 있다. 이는, 각각의 캘리브레이션 마크에 대해 상이한 인식과 위치설정 명령이 사용되어야 할 때에 도입된 잠재 오프셋(potential offset)들을 제거한다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 2 이상의 노광이 사용될 수 있다. 이에 따라, 도 5c에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 기판 형성 방법의 단계들(440 및 450)은 상이한 각각의 방위들에서 4 개의 세트의 캘리브레이션 마크들(31, 32, 33, 34)을 제공하기 위해 4 번 반복될 수 있다. 또한, 이는 캘리브레이션의 정확성을 개선하기 위해 추가 데이터를 제공할 수 있다.
또한, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 몇몇 캘리브레이션 마크들의 세장형 패턴 피처들이 나머지 캘리브레이션 마크들의 세장형 패턴 피처들의 방위에 대해 수직일 수 있지만, 반드시 이와 같을 필요는 없다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 마크들 중 어느 2 개의 세장형 패턴 피처들의 방위 간의 각도가 약 120°가 되도록, 캘리브레이션 패턴은 기판 상에 각각의 캘리브레이션 마크들을 형성하도록 구성된 3 개의 패턴 피치 세트들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같은 캘리브레이션 마크들(41)의 세트가 형성될 수 있다. 이러한 구성에서, 도 4에 도시된 기판 형성 방법의 단계들(440 및 450)은 총 세 번 반복될 것이며, 총 세 번의 노광들이 도 6에 도시된 바와 같이 3 개의 캘리브레이션 마크 세트들을 제공하도록, 기판은 각각의 노광 사이에 약 120°로 회전된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이런 식으로 기판 상에 형성된 캘리브레이션 마크들은, 주어진 노광에 의해 캘리브레이션 패턴 내의 하나의 패턴 피처 세트로부터 형성된 세장형 패턴 피처들은 실질적으로 또 다른 노광에 의해 캘리브레이션 패턴 내의 또 다른 패턴 피처들의 세트에 의해 형성된 세장형 패턴 피처들과 평행할 것이다. 이에 따라, 캘리브레이션 패턴 내의 상이한 패턴 피처 세트들의 사용의 영향, 및 상이한 노광들에서의 상이한 방사선 세기들의 영향을 제거하여, 메트롤로지 툴의 방위-의존적 변동의 영향을 결정할 수 있다.
도 7은 캘리브레이션 마크 세트들의 바람직한 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 각각의 캘리브레이션 마크 세트(51, 52, 53, 54)는 캘리브레이션 패턴 내의 대응하는 8 개의 패턴 피처 세트들을 이용하여 동시에 형성된 8 개의 캘리브레이션 마크들을 포함한다. 각각의 캘리브레이션 마크 세트 내에는, 4 개의 캘리브레이션 마크 쌍들이 존재하며, 각각의 캘리브레이션 마크 쌍은 그들 각각의 세장형 패턴 피처들이 실질적으로 평행하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크 쌍은 그들의 세장형 패턴 피처들이 서로 수직이도록 배치된다. 제 3 및 제 4 캘리브레이션 마크 쌍은, 그들 각각의 세장형 패턴 피처들이 서로 수직이고 그 각각이 제 1 및 제 2 캘리브레이션 마크 쌍들 중 하나의 세장형 패턴 피처들에 대해 약 45°가 되도록 구성된다. 또한, 캘리브레이션 마크 세트들(51, 52, 53, 54) 각각의 형성 사이의, 도 7에 도시된 각각의 방위 마크들(55, 56, 57, 58)에 의해 나타내어진 바와 같이, 기판은 약 45°로 회전된다.
이전과 같이, 메트롤로지 툴 내의 캘리브레이션 마크들을 검사한 결과들 간의 차이를 고려하여, 연속한 노광들의 방사선 세기의 차이 영향과, 캘리브레이션 패턴 내의 패턴 피처 세트들 간의 차이 영향을 없앨 수 있다. 그러므로, 메트롤로지 툴의 방위-의존적 변동의 영향을 결정할 수 있다. 하지만, 이해할 수 있는 바와 같이, 또 다른 정보는 도 7에 도시된 캘리브레이션 타겟 세트를 이용하여 적용할 수 있다. 이에 따라서, 메트롤로지 툴 내의 메트롤로지 타겟들을 조명하는데 사용된 빔 형상의 여하한의 비-균일성의 영향과, 메트롤로지 타겟들 상의 방사선 빔의 입사 각도의 불완전성에 대해 적어도 부분적으로 캘리브레이션할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 캘리브레이션 마크들은 모두 바람직하게 기판 상에서 서로 인접하게 형성된다. 이는 기판에 걸친 임계 치수(CD) 변동으로 인한 캘리브레이션 마크들 간의 여하한의 변동을 최소화할 수 있다. 하지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판(60)은 상이한 기판 영역들에 배치된 다수의 캘리브레이션 마크 세트들(61, 62, 63, 64)을 갖도록 배치될 수 있으며, 각각의 캘리브레이션 마크 세트는 상술된 캘리브레이션 마크 세트들 중 어느 하나에 대응한다. 이 경우, 제 1 캘리브레이션 마크 세트(61)는 복수의 노광에 의해 형성될 수 있고, 제 2 캘리브레이션 마크 세트(62)는 이후 복수의 제 2 노광에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 각각의 캘리브레이션 마크 세트(61, 62, 63, 64) 내의 캘리브레이션 마크 서브-세트들은 각각의 노광에 의해 동시에 형성될 수 있으며, 기판을 형성하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.
상술된 캘리브레이션 마크 세트들의 변동이 채택될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 도 4에 도시된 기판 형성 방법의 단계들(440 및 450)은 상술된 회수와는 다른 회수로 반복될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 캘리브레이션 패턴은 상술된 것과 다른 개수의 패턴 피처 세트들을 포함할 수 있고, 단일 노광으로부터 형성된 캘리브레이션 마크들의 세장형 패턴 피처들의 방위 간의 각도는 상술된 바와 다를 수 있으며, 및/또는 연속한 노광들 간의 기판 회전 각도는 상술된 바와 다를 수 있다.
본 명세서에서는, IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자 기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드의 제조와 같이 여타의 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "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), 또는 메트롤로지 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 응용예들, 예컨대 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에도 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 발명의 방법에 따라 형성된 기판은 임프린트 리소그래피 툴에 의해 처리된 기판들을 검사하는데 사용되는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용될 수 있다.
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 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 2는 제 1 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 3은 제 2 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용하기 위한 기판을 형성하는 공정을 도시하는 도면;
도 5a 및 도 5b는 기판 상으로의 캘리브레이션 마크들의 형성을 도시하는 도면;
도 5c는 도 5b에 도시된 캘리브레이션 마크들의 구성의 변형예를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 대안적인 캘리브레이션 마크 세트를 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 캘리브레이션 마크 세트의 또 다른 변형예를 도시하는 도면; 및
도 8은 기판 상에서의 가능한 캘리브레이션 마크의 구성을 도시하는 도면이다.

Claims (17)

  1. 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법으로서,
    방법 - 기판의 표면에 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    제 1 패턴 피처 세트 및 제 2 패턴 피처 세트를 포함하는 캘리브레이션 패턴을 제공하는 패터닝 디바이스를 이용하여 제 1 방사선 빔을 패터닝하는 단계;
    상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 1 캘리브레이션 마크를 형성하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 2 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상기 방사선 감응재 상으로 상기 패터닝된 제 1 방사선 빔을 투영하는 단계;
    상기 기판의 표면과 수직인 축을 중심으로 상기 투영 시스템에 대해 상기 기판을 사전설정된 각도만큼 회전시키는 단계; 및
    상기 패터닝 디바이스를 이용하여 제 2 방사선 빔을 패터닝하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 3 캘리브레이션 마크를 형성하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 4 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상기 방사선 감응재 상으로 상기 제 2 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함하며;
    상기 사전설정된 각도는 상기 제 2 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위가 상기 제 3 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위와 평행하게 되어 있음 - 에 의해 형성된 기판 상의 복수의 캘리브레이션 마크들을 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 캘리브레이션 패턴의 동일한 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선에 의해 형성되나, 서로 평행하지 않은 세장형 패턴 피처들을 갖는 복수의 캘리브레이션 마크들을 검사하는 결과치들 간의 차이는 상기 메트롤로지 툴의 방위 오프셋을 캘리브레이션하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 패턴은 제 3 패턴 피처 세트를 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 3 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 상기 패터닝된 제 1 방사선 빔의 방사선은 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 5 캘리브레이션 마크를 형성하며;
    상기 축을 중심으로 상기 투영 시스템에 대해 상기 기판을 제 2 사전설정된 각도만큼 회전시키는 단계; 및
    상기 패터닝 디바이스를 이용하여 제 3 방사선 빔을 패터닝하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 6 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상기 제 3 방사선 빔을 투영하는 단계를 더 포함하며;
    상기 제 2 사전설정된 각도는 상기 제 5 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위가 상기 제 6 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위와 평행하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1, 제 2 및 제 5 캘리브레이션 마크들 중 어떠한 2 개의 상기 세장형 패턴 피처들의 방위도 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 방사선 빔이 패터닝되고 상기 방사선 감응재 상으로 투영되는 때에, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 3 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선은 세장형 패턴 피처들을 갖는 캘리브레이션 마크를 형성하고, 상기 제 3 방사선 빔이 패터닝되고 상기 방사선 감응재 상으로 투영되는 때에, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2 및 제 3 패턴 피처 세트들에 의해 패터닝된 방사선은 세장형 패턴 피처들을 갖는 각각의 캘리브레이션 마크들을 형성하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 패턴은 제 4 패턴 피처 세트를 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 4 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 상기 패터닝된 제 1 방사선 빔의 방사선은 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 7 캘리브레이션 마크를 형성하며;
    상기 축을 중심으로 상기 투영 시스템에 대해 상기 기판을 제 3 사전설정된 각도만큼 회전시키는 단계; 및
    상기 패터닝 디바이스를 이용하여 제 4 방사선 빔을 패터닝하고, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 1 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선이 세장형 패턴 피처 세트를 갖는 제 8 캘리브레이션 마크를 형성하도록, 상기 제 4 방사선 빔을 투영하는 단계를 더 포함하며;
    상기 제 3 사전설정된 각도는 상기 제 7 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위가 상기 제 8 캘리브레이션 마크의 세장형 패턴 피처들의 방위와 평행하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1, 제 2, 제 5 및 제 7 캘리브레이션 마크들 중 어떠한 2 개의 상기 세장형 패턴 피처들의 방위도 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 방사선 빔이 패터닝되고 상기 방사선 감응재 상으로 투영되는 때에, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 3 및 제 4 패턴 피처 세트들에 의해 패터닝된 방사선은 각각 세장형 패턴 피처들을 갖는 각각의 캘리브레이션 마크들을 형성하고, 제 3 및 제 4 방사선 빔이 패터닝되고 상기 방사선 감응재 상으로 투영되는 때에, 상기 캘리브레이션 패턴의 상기 제 2, 제 3 및 제 4 패턴 피처들에 의해 패터닝된 방사선은 각각 세장형 패턴 피처들을 갖는 각각의 캘리브레이션 마크들을 형성하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    각각의 방사선 빔이 패터닝되고 상기 방사선 감응재 상으로 투영되는 때에, 상기 기판은 상기 투영 시스템에 대해 동일한 방위에 있으며,
    상기 패터닝 디바이스를 이용하여 1 이상의 추가 방사선 빔을 패터닝하고, 각각의 추가 방사선 빔은 상기 기판 방위에서 상기 기판 상의 상이한 위치에 상기 방사선 감응재 상으로 투영된 상기 패터닝된 방사선 빔에 의해 형성된 것들에 대응하는 캘리브레이션 마크들을 형성하도록, 상기 방사선 감응재 상으로 상기 1 이상의 추가 방사선 빔을 투영하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선 감응재의 선택적인 노광에 의해 상기 기판 상에 형성된 상기 패턴들을 현상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판을 에칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    캘리브레이션 마크의 상기 세장형 패턴 피처들은 격자를 형성하는 줄(striation)들인 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 세장형 패턴 피처는 구조들의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 패턴의 동일한 패턴 피처 세트에 의해 패터닝된 방사선에 의해 형성되나, 나머지 것들 중 어느 하나도 평행하지 않은 세장형 패턴 피처들을 갖는 3 이상의 캘리브레이션 마크들을 검사하는 결과치들 간의 차이는 상기 메트롤로지 툴의 캘리브레이션 마크들을 조명하는데 사용된 상기 방사선 빔의 형상의 오프셋, 및 상기 메트롤로지 툴의 상기 캘리브레이션 마크들을 조명하는데 사용된 상기 방사선 빔의 입사 각도의 오프셋 중 1 이상에 대해 상기 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 16 항에 있어서,
    서로 평행한 세장형 패턴 피처들을 갖는 복수의 캘리브레이션 마크들을 검사하는 결과치들 간의 차이들은 상기 캘리브레이션 마크들을 형성하는데 사용된 상기 제 1 및 제 2 방사선 빔의 방사선 세기의 변동들을 보상하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 툴을 캘리브레이션하는 방법.
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