KR101429629B1 - 계측 방법 및 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 처리 셀 - Google Patents
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Abstract
기판상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 초점을 판정하는 방법에서, 리소그래피 공정은 기판상에 구조체를 형성하는 데에 사용되며, 구조체는 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점의 함수로서 변화하는 프린트된 프로파일의 비대칭을 갖는 하나 이상의 특징적 요소를 포함한다. 구조적 구조체의 제1 이미지는 제1 방사 빔으로 구조체를 조명하는 동안에 형성 및 검출되며, 제1 이미지는 비-0차 회절 방사선의 제1 부분을 사용하여 형성된다. 주기적 구조체의 제2 이미지는 제2 방사 빔으로 구조체를 조명하면서 형성 및 검출된다. 제2 이미지는 회절 스펙트럼에서 제1 부분과 대칭적으로 대면하는 비-0차 회절 방사선의 제2 부분을 사용하여 형성된다. 기판상에서의 초점을 표시를 나타내기 위해 및/또는 주기적 구조체의 프로파일에서의 비대칭을 판정하기 위해, 스펙트럼의 측정된 제1 및 제2 부분의 세기의 비가 판정 및 사용된다. 동일한 장치에서, 검출된 부분에 대한 세기 편차는 구조체에서의 공정에 의해 생기는 편차의 측정값으로 판정된다. 바람직하지 않은 공정을 가진 구조체의 영역이 식별되고 구조체의 측정값으로부터 배제될 수 있다.
Description
본 발명은 리소그래피 기술에 의해 디바이스를 제조하는 데에 사용할 수 있는 방법 및 스케터로미터(scatterometer)에 관한 것이다.
리소그래피 장치(lithographic apparatus)는 원하는 패턴을 기판(substrate), 일반적으로는 기판의 타겟(target) 부분에 형성하는 기계 장치이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용할 수 있다. 이 경우, IC를 구성하는 각각의 층에 형성할 회로 패턴을 만들기 위해, 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)이라고도 부르는 패터닝(patterning) 디바이스를 사용할 수 있다. 이 패턴을 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)상의 타겟 부분(예를 들어, 하나 또는 여러 개의 다이 중의 일부를 포함)에 전사할 수 있다. 패턴의 전사는 기판상에 제공되는 방사선 감응 재료(radiation-sensitive material)를 포함하는 층(레지스트 층)상에 상을 형성(imaging)하는 것에 이루어지는 것이 전형적이다. 일반적으로, 하나의 기판에는 연속으로 패턴화되는 망의 형태로 된 이웃하는 타겟 부분이 포함될 것이다. 일반적인 리소그래피 장치는 소위 스테퍼(stepper)와 스캐너(scanner)를 포함한다. 스테퍼는 타겟 부분에 있는 패턴 전체를 일시에 노광하는 방식으로 각각의 타겟 부분을 조사(irradiate)한다. 스캐너는 패턴을 방사 빔으로 소정의 방향("스캔" 방향)으로 주사함으로써 각각의 타겟 부분을 조사하는데, 스캔 방향에 평행한 방향 또는 역-평행 방향으로 기판을 주사하면서 타겟 부분을 조사한다. 이러한 패터닝 디바이스에 의해 기판에 패턴을 전사하는 것은 패턴을 기판상에 임프린트(imprint)하는 것에 의해서도 가능하다.
리소그래피 공정(lithographic process)를 모니터링하기 위해서는, 패턴화된 기판의 파라미터(parameter)를 측정(measure)할 필요가 있다. 이러한 파라미터의 예로서는, 기판 내에 또는 기판상에 형성된 연속하는 층들 사이의 오버레이 오차(overlay error)가 있다. 리소그래피 공정에서 형성되는 미세(microscopic) 구조를 측정하기 위한 기술이 많이 있으며, 그 중에는 주사 전자 현미경 및 다양한 전용 도구를 사용하는 방법 등이 있다. 전용 검사 도구 중 하나로서 스케터로미터(scatterometer)가 있다. 이 스케터로미터는 방사 빔을 기판 표면상의 타겟에 쏘아, 이로부터 산란되거나 반사되는 빔의 특성을 측정한다. 기판으로부터 반사 또는 산란되기 이전과 이후의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 판정할 수 있다. 예를 들어 주지된 기판 특성에 관한 주지의 측정값을 갖는 라이브러리에 기억되어 있는 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써, 기판의 특성을 판정할 수 있다. 스케터로미터로서, 크게 2가지 타입이 알려져 있다. 그중 하나인 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판상에 광대역 방사 빔을 쏘고, 특정의 좁은 각도 범위 내에서 산란하는 방사 빔의 스펙트럼(파장의 함수로서의 세기)을 측정한다. 다른 하나인 각도 분해 스케터로미터(angular resolved scatterometer)는 단색 방사 빔을 사용하여, 산란되는 방사 빔의 세기를 각도의 함수로서 측정하는 것이다.
스케터로미터는 리소그래피 장치의 여러 상이한 실시예를 측정하는 데에 사용될 수 있는데, 그 중에는 노광 이전의 기판의 위치결정 오차(positioning error) 및 노광 효율 등이 있다. 스케터로미터에 의해 측정될 수 있는, 리소그래피 장치(구체적으로는, 리소그래피 장치가 수행하는 노광 작용)의 2가지 중요한 파라미터는 집광(focus) 및 방사선량(dose)이다. 리소그래피 장치는 이하에 설명하는 방사 소스(radiation source) 및 투영 시스템(projection system)을 구비하는 노광 장치를 포함한다. 방사 소스는 방사 빔을 제공하는 것이며, 투영 시스템은 방사 빔을 집광해서 그 빔에 패턴을 부여하여 기판 표면상의 레지스트에 투광되는 패턴화된 방사 빔을 생성하는 것이다. 기판을 노광하기 위해 기판상에 투영되는 방사선량은 노광 장치의 여러 부분에 의해 제어된다. 방사선을 기판의 정확한 부분에 집광하는 것은 주로 리소그래피 장치의 투영 시스템이다. 패턴화된 방사선 내의 패턴의 이미지는 노광이 이루어지는 기판의 표면에서 집광되는 것이 중요하다. 이에 의해, 가장 선명한(즉, 가장 집광된) 이미지가 노광이 이루어질 기판의 표면상에 생길 것이며, 가장 선명한 패턴이 그 표면상에 노출될 것이다. 이에 따라, 더 소형의 제품 패턴이 프린트될 수 있다.
방사선의 집광 및 방사선량은 기판상에 노출되는 패턴 또는 구조체의 여러 파라미터에 직접적으로 영향을 미친다. 스케터로미터를 사용하여 측정될 수 있는 파라미터는 기판상에 프린트된 패턴 내의 구조체의 물리적 특성이다. 이러한 파라미터로서는 선폭(critical dimension: CD) 또는 측벽 각도(sidewall angle: SWA) 등이 있다. 선폭은 줄(bar)(즉, 프린트된 패턴 내에 있는 측정된 구조체가 무엇인지에 따라, 스페이스, 도트 또는 홀이 될 수 있음) 등의 구조체의 실질적인 평균 폭이다. 측벽 각도는 기판의 표면과 구조체의 상승(또는 하강) 부분의 일부 사이의 각도이다.
스크라이브 레인 구조체가 집광 측정을 위한 제품 마스크와 함께 사용되는 경우에는, 마스크 형상 보정(마스크의 휘어짐을 보정하기 위한 초점 보정)이 적용될 수 있다.
타겟의 크기를 방사 빔 스폿보다 더 작게 할 수 있는, 스케터로미터를 사용하여 집광을 측정하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
위치 결정, 오버레이 계측, CD 계측, 및 집광량 계측을 위한 마커를 작게 하면, 계측을 위한 고정 설비 비용이 감소한다. 타겟이 작을수록 에칭 공정의 마이크로 로딩(micro-loading)과 비등각 증착(non-conformal deposition) 및 화학적 기계적 연마와 같은 다른 공정 영향이 더 민감하게 된다. 리소그래피의 복잡한 공정, 특히 반응성 이온 에칭(RIE)이나 플라즈마 에칭 등의 에칭 공정은 에칭 레이트의 환경(제품) 의존성(에칭 근접성)을 야기한다. 이러한 마이크로미터(마이크로미터 이하) 단위에서의 마이크로 로딩 및 공정 영향은 반도체 디바이스의 생산에 바람직하지 않으며, 제품 피처와 상이한 또는 타겟의 폭과 상이한 소형의 타겟에 대한 계측을 어렵게 할 수 있다. 특히, 타겟 에지에서의 비균일에 의해, 광학 계측에서의 동공 검출(pupil-detection)과 함께, 검출용 빔이 타겟보다 큰 오버필 조명(overfill illumniation)의 경우에 계측 문제가 생길 수 있다.
계측 타겟에서의 마이크로 로딩 및 공정 영향은, 웨이퍼의 처리를 마친 층 내에서 일어날 수 있는, 오버레이 회절 격자의 바닥-격자에 대한 로컬 에칭 레이트 등의 특성과 관련되어 있어서 검출이 어렵다.
이러한 계측 타겟에서의 마이크로 로딩 및 공정 영향을 검출하기 위해서는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 광학 현미경 등과 같은 추가의 측정 기술의 사용을 필요로 한다. 그러나 이들 기술은 측정을 마친 구조체의 프로파일 비대칭에 대하여 민감도가 제한되어 있다. 광학 현미경 및 탑다운 방식의 SEM의 구체적인 단점은 다음과 같다:
i. 이들 기술은 "검사" 측정을 필요로 한다.
ii. 이들 기술은 대부분 검사를 마친 계측 타겟을 사용하는 실제의 계측 측정과는 상이한 측정 도구를 필요로 한다.
iii. 이들 기술은 계측 타겟 내의 프로파일 비대칭에 관한 제한된 정보 및 이들의 변형 정보만을 제공할 수 있을 뿐이다.
iv. 이들 기술은 실제 타겟의 측정을 향상시키는 데에 사용할 수 없으며, 계측 타겟이 측정에 사용될 수 있는지 여부를 판정하는 데에만 사용될 뿐이다.
마이크로 로딩 및 공정 영향을 검출 및 고려하기 위한 다른 방법으로는 투과 전자 현미경(TEM) 및 단면 SEM이 있다. 이들 기술은 구조화된 계층의 프로파일 정보를 얻을 수 있다. 그러나 상기 언급한 기술은 단면의 뷰(cross-sectional view)를 위해 관련 구조체의 라인을 따라 웨이퍼를 절단하여야 하기 때문에 시간이 많이 들고 파괴적인 기술이다. 또한, 단일의 국소적인 단면만이 제시될 수 있기 때문에, TEM 및 단면 SEM에 의해서는, 웨이퍼 필드에서의 2차원 정보를 국소적으로 추출할 수 없다.
상단 층이 없이 새롭게 에칭된 구조체에 대한 원자력 현미경(AFM) 등의 주사형 프로브 현미경(SPM) 기술은 다른 검사 기술이 될 수 있다. 그러나, 이 기술은 속도가 느리고, 웨이퍼의 생산을 중단시킨다. 측정은 완성되지 않은 타겟에서 수행되는 반면, 완성된 층 구조체에서의 영향을 알고 싶어할 수 있다.
또한, 동공 검출에 의한 회절 기반의 재구성이 공정 영향을 관측하기 위한 기술이 될 수 있다. 그러나 재구성과 조합한 회절 기반의 동공 검출은 조명 스폿 크기(수십 미크론) 정도의 대규모의 공정 영향만을 조사할 수 있다. 동공 검출의 경우, 미크론 단위 이하의 크기에서의 국소적인 정보는 거의 얻을 수 없다[타겟 전체 또는 구조체 전체가 완전하게 재구성되지 않는다면, 예를 들어 반복적인 해법 루프 내에서의 전자기 해법기(electro-magnetic solver)를 사용하는 것은, 예를 들어 격자 구조체 내에서의 각각의 개별 라인의 측벽 각도를 설명하는 실행할 수 없는 개수의 적응 파라미터(fit parameter)를 필요로 함]. 또한, 검사 정보를 찾기 위해 필요한 재구성은 시간을 많이 필요로 한다.
이러한 계측 타겟에서의 마이크로 로딩 및 공정 영향을 검출하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 기판상에서의 리소그래피 공정에서 사용되는 리소그래피 장치의 초점을 판정하는 방법을 제공한다. 본 방법은,
리소그래피 공정을 사용하여 기판상에 구조체(structure)를 형성하는 구조체 형성 단계로서, 구조체가 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭(asymmetry)을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소(feature)를 구비하는, 구조체 형성 단계;
제1 방사 빔으로 구조체를 조명하면서 주기적 구조체의 제1 이미지를 형성 및 검출하는 과정을 포함하는 제1 측정 단계로서, 제1 이미지가 0차 회절 방사선(zero order diffracted radiation)을 배제하고 비-0차(non-zero order) 회절 방사선의 제1 부분을 사용하여 형성되는, 제1 측정 단계;
제2 방사 빔으로 구조체를 조명하면서 주기적 구조체의 제2 이미지를 형성 및 검출하는 과정을 포함하는 제2 측정 단계로서, 제2 이미지가 회절 스펙트럼 내의 제1 부분에 대칭적으로 대면하는 비-0차 회절 방사선의 제2 부분을 사용하여 형성되는, 제2 측정 단계; 및
제1 측정 단계와 제2 측정 단계에서 검출된 제1 이미지 및 제2 이미지를 사용하여, 주기적 구조체의 프로파일의 비대칭을 판정하고 및/또는 기판상의 초점의 표시(indication)를 제공하는 단계를 포함한다.
회절 스펙트럼의 "대칭적으로 대면하는" 부분이라는 것은 경면 반사 광선(0차 회절 광선)에 대한 동일 각도에서 회절된, 그라나 방향은 반대인 광선을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 비-0차 회절 방사선의 대칭적으로 대면하는 제1 및 제2 부분은, 예를 들어 +1차 및 -1차 회절 방사선(또는 그 반대로)을 실질적으로 포함할 수 있다. 실제의 시스템에서, 각도의 범위는 하나의 각도 외의 다른 각도도 허용될 것이다. 각도의 범위가 0차(zero order)에 대해 대칭적인 경우, 이들의 세기에서의 불균등은 회절 구조체에서의 비대칭의 결과인 것으로 가정된다. 0차 회절 광선은 기판 표면에 대해 법선을 이루지 않아도 되지만, 각도를 이루며 입사될 수 있다. 이미지에 기여하는 회절 차수는 광선이 검출되는 각도를 변화시키는 대신에 또는 이에 추가로, 조명의 각도를 변화시킴으로써 변경될 수 있다.
일실시예에서, 측정 단계에서 사용되는 광학 시스템에서, 제1 및 제2 방사 빔은, 광학 시스템에 대하여 대칭적으로 축을 벗어난, 주기적 구조체에의 입사각을 가지며, 제1 및 제2 이미지는 주기적 구조체에 의해 광학 축 상에 그 중심이 위치하는 더 좁은 범위의 각도로 회절되는 방사선을 사용하여 형성 및 검출된다.
본 발명의 관점에 의하면, 기판상에서의 리소그래피 공정에서 사용되는 리소그래피 장치의 초점을 판정하도록 구성된 각도 분해 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)가 제공되며, 리소그래피 공정은 기판상에 구조체를 형성하는 데에 사용되며, 구조체는 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 구비한다. 스케터로미터는,
제1 및 제2 측정 단계에서 사용하기 위해 제1 및 제2 방사 빔을 기판까지 전달하도록 구성된 조명 장치;
제1 및 제2 측정 단계 중에, 기판으로부터 회절된 방사선을 사용하여 기판의 제1 및 제2 이미지를 형성 및 검출하도록 구성된 검출 장치; 및
검출 장치 내에 배치된 조리개(stop) 장치를 포함하며,
조명 장치와 조리개 장치는 제1 및 제2 이미지에 기여하는 비-0차 회절 방사선을 조절(stop)하는 데에 효과적이고, 제1 및 제2 이미지는 비-0차 회절 방사선의 제1 및 제2 부분을 사용하여 형성되며, 제1 및 제2 부분은 회절된 방사선의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 대면하고,
스케터로미터는, 제1 및 제2 이미지로부터 특징적 요소에 대한 프로파일 비대칭을 판정하고 및/또는 판정된 비대칭과 기판상에서의 초점의 표시를 나타내기 위해 각각의 특징적 요소에 대한 초점과 비대칭 간의 관계를 사용하도록 구성된 계산 장치를 포함한다.
본 발명은 리소그래피 시스템을 제공한다. 리소그래피 시스템은 리소그래피 장치를 포함하며, 리소그래피 장치는,
패턴을 조명하도록 구성된 조명 광학 시스템;
패턴의 이미지를 기판상에 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템; 및
상기 언급한 것과 같은 본 발명에 의한 각도 분해 스케터로미터를 포함한다.
본 발명은 리소그래피 셀(lithographic cell)을 제공한다. 리소그래피 셀은,
방사선 감응 층으로 기판을 코팅하도록 구성된 코팅기(coater);
코팅기에 의해 코팅된 기판의 방사선 감응 층에 이미지를 노광시키도록 구성된 리소그래피 장치;
리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지를 현상하도록 구성된 현상기(developer); 및
상기 언급한 것과 같은 본 발명에 의한 각도 분해 스케터로미터를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 기판상에서의 구조체의 공정 편차를 검출하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 기판에 방사 빔을 투사하여 구조체를 조명하고 이미지를 형성하는 단계; 회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 나머지가 검출되지 않도록 하면서 이미지의 일부분을 선택적으로 검출하는 단계; 구조체에서의 회절 효율에서의 편차에 대응하는, 검출된 부분에 대한 세기 편차를 판정하는 단계; 및 판정된 세기 편차를 사용하여 구조체에서의 공정에 의해 생기는 편차를 식별하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 기판상에서의 구조체의 공정에 의해 생기는 편차를 판정하도록 구성된 각도 분해 스케터로미터가 제공된다. 각도 분해 스케터로미터는 방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치; 기판에 방사 빔을 투사하여 구조체를 조명하도록 구성된 투사 장치; 기판으로부터 회절된 방사선을 사용하여 구조체의 이미지를 형성 및 검출하도록 구성된 검출 장치; 회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 나머지가 검출 장치에 의해 검출되지 않도록 조절하는 조리개 장치; 및 구조체에서의 회절 효율의 편차에 대응하는, 검출된 방사선에 대한 세기 편차를 판정하고, 판정된 세기 편차를 사용하여 구조체에서의 공정에 의해 생기는 편차를 식별하는 계산 장치를 포함한다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 리소그래피 시스템이 제공된다. 리소그래피 시스템은, 리소그래피 리소그래피 장치를 포함하며, 리소그래피 장치는, 패턴을 조명하도록 구성된 조명 광학 시스템; 패턴의 이미지를 기판상에 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템; 및 각도 분해 스케터로미터를 포함하며, 각도 분해 스케터로미터는, 방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치; 기판에 방사 빔을 투사하여 구조체를 조명하도록 구성된 투사 장치; 기판으로부터 회절된 방사선을 검출하고 이미지를 형성하도록 구성된 검출 장치; 기판과 검출 장치 사이에 위치하며, 회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 나머지가 검출 장치에 의해 검출되지 않도록 조절하는 조리개 장치; 및 구조체에서의 회절 효율의 편차에 대응하는, 검출된 방사선에 대한 세기 편차를 판정하고, 판정된 세기 편차를 사용하여 구조체에서의 공정에 의해 생기는 편차를 식별하도록 구성된 계산 장치를 포함한다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 리소그래피 셀(lithographic cell)을 제공한다. 리소그래피 셀은, 방사선 감응 층으로 기판을 코팅하도록 구성된 코팅기(coater); 코팅기에 의해 코팅된 기판의 방사선 감응 층에 이미지를 노광시키도록 구성된 리소그래피 장치; 리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지를 현상하도록 구성된 현상기(developer); 및 각도 분해 스케터로미터를 포함하며, 각도 분해 스케터로미터는, 방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치; 기판에 방사 빔을 투사하여 구조체를 조명하도록 구성된 투사 장치; 기판으로부터 회절된 방사선을 검출하고 이미지를 형성하도록 구성된 검출 장치; 기판과 검출 장치 사이에 위치하며, 회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 나머지가 검출 장치에 의해 검출되지 않도록 조절하는 조리개 장치; 및 구조체에서의 회절 효율의 편차에 대응하는, 검출된 방사선에 대한 세기 편차를 판정하고, 판정된 세기 편차를 사용하여 구조체에서의 공정에 의해 생기는 편차를 식별하도록 구성된 계산 장치를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조와 동작 및 다른 특징과 장점에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 이하에 구체적으로 설명한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정의 실시예에 한정되지 않는다. 이들 실시예는 본 명세서에서 예시에 불과하다. 추가의 실시예에 대해서는 본 명세서에 포함된 내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서에 첨부되고 명세서의 일부를 이루는 도면은 본 발명을 예시하며, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하고 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 한다.
도 1은 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 제1 스케터로미터를 나타낸다.
도 4는 제2 스케터로미터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스케터로미터를 나타낸다.
도 6은 도 5의 스케터로미터의 일부의 동작의 일부를 나타낸다.
도 7은 도 5의 스케터로미터의 동작의 다른 부분을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계를 나타내는 플로차트이다.
도 9의 (a)는 측정한 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 9의 (b)는 도 5에 나타낸 스케터로미터의 이미지 검출기에 의해 측정된 도 9의 (a)에 나타낸 이미지의 일부를 확대한 것이다.
도 10의 (a)는 도 5에 나타낸 스케터로미터의 스케터로미터 스펙트럼 검출기에 의해 측정된 스펙트럼을 나타낸다.
도 10의 (b)는 측정된 스펙트럼과의 비교를 위한 대조용 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 수직 라인으로 구성된 10㎛ 타겟(적층된 x-격자)의 하나의 1차 회절에 기초한 암시야 이미지를 나타낸다.
도 12는 패턴화되지 않은 환경, 라인, 격자에 이웃하는 패턴화되지 않은 사각형("토처"라고도 함), 비대칭 콘택 홀 및 격자에 이웃하는 패턴화되지 않은 사각형을 가진 콘택 홀을 가진 10㎛ 타겟에 대한 암시야 이미지의 수평 단면을 나타낸다.
도 13은 (a) 이상적인 형태의 규칙적인 격자, (b) 에칭 로딩, (c)CMP 디싱, 및 (d)리소 비최적 어레이 에지 보상 등의 공정 영향의 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계를 나타내는 플로차트이다.
도 15는 계측 목적을 위한 관심 영역(ROI)의 선택을 나타낸다.
본 발명의 특징과 장점에 대해서는, 도면을 참조하여 이하에 개시된 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 유사한 참조 부호는 전 도면에서 대응하는 구성요소를 나타낸다. 도면에서, 유사한 참조 부호는 동일하거나, 기능적으로 유사하거나 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 도면에서, 어느 구성요소가 처음 언급된 도면은 대응하는 참조 부호에서의 맨 왼쪽 숫자로 표시된다.
도 1은 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 제1 스케터로미터를 나타낸다.
도 4는 제2 스케터로미터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스케터로미터를 나타낸다.
도 6은 도 5의 스케터로미터의 일부의 동작의 일부를 나타낸다.
도 7은 도 5의 스케터로미터의 동작의 다른 부분을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계를 나타내는 플로차트이다.
도 9의 (a)는 측정한 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 9의 (b)는 도 5에 나타낸 스케터로미터의 이미지 검출기에 의해 측정된 도 9의 (a)에 나타낸 이미지의 일부를 확대한 것이다.
도 10의 (a)는 도 5에 나타낸 스케터로미터의 스케터로미터 스펙트럼 검출기에 의해 측정된 스펙트럼을 나타낸다.
도 10의 (b)는 측정된 스펙트럼과의 비교를 위한 대조용 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 수직 라인으로 구성된 10㎛ 타겟(적층된 x-격자)의 하나의 1차 회절에 기초한 암시야 이미지를 나타낸다.
도 12는 패턴화되지 않은 환경, 라인, 격자에 이웃하는 패턴화되지 않은 사각형("토처"라고도 함), 비대칭 콘택 홀 및 격자에 이웃하는 패턴화되지 않은 사각형을 가진 콘택 홀을 가진 10㎛ 타겟에 대한 암시야 이미지의 수평 단면을 나타낸다.
도 13은 (a) 이상적인 형태의 규칙적인 격자, (b) 에칭 로딩, (c)CMP 디싱, 및 (d)리소 비최적 어레이 에지 보상 등의 공정 영향의 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 단계를 나타내는 플로차트이다.
도 15는 계측 목적을 위한 관심 영역(ROI)의 선택을 나타낸다.
본 발명의 특징과 장점에 대해서는, 도면을 참조하여 이하에 개시된 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 유사한 참조 부호는 전 도면에서 대응하는 구성요소를 나타낸다. 도면에서, 유사한 참조 부호는 동일하거나, 기능적으로 유사하거나 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 도면에서, 어느 구성요소가 처음 언급된 도면은 대응하는 참조 부호에서의 맨 왼쪽 숫자로 표시된다.
본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예는 본 발명의 예시에 불과하다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.
개시된 실시예 및 명세서에서의 "실시예", "실시형태", "일실시예" 등의 용어는 개시된 실시예가 특정의 요소, 구조 또는 특징을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 그 특정의 요소, 구조 또는 특징을 필수적으로 포함하여야 하는 것은 아니라는 것을 의미한다. 또한, 이러한 표현이 반드시 동일한 실시예를 의미하는 것은 아니다. 또한, 특정의 요소, 구조 또는 특징이 실시예와 관련해서 기재된 경우에, 다른 실시예와 관련해서 이러한 요소, 구조 또는 특징이 명시적으로 개시되었는지 여부에 관계없이 당업자의 지식 내에서 유효하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있는 기계 판독가능한 매체에 기억된 명령어로서 구현될 수도 있다. 기계 판독가능한 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 기억 또는 전송할 수 있는 것이면 어떠한 메커니즘도 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독가능한 매체로는, 판독전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 기억 매체; 광학 기억 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 그외 다른 형태의 전파 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등은 소정의 동작을 수행하는 것으로 본 명세서에 개시될 수 있다. 그러나, 이러한 설명은 설명의 편의를 위한 것이며, 이러한 동작은 사실상 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러, 또는 그외 다른 장치가 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 것이라는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 환경의 예를 제시하는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치(lithographic apparatus)를 개략적으로 나타내고 있다. 리소그래피 장치는 방사 빔(B)(radiation beam)[예를 들어, 자외선(UV) 방사 또는 원자외선(DUV) 방사]을 조절하도록 구성된 조명 시스템("일루미네이터"라고도 함)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치 결정하도록 구성된 제1 위치결정 장치(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치 결정하도록 구성된 제2 위치결정 장치(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟 부분(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.
조명 시스템(illumination system)은 방사선(radiation)을 유도(directing), 정형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형(refractive), 반사형(reflective), 자기형(magnetic), 전자기형(electromagnetic), 정전형(electrostatic) 또는 그외 다른 유형의 광학 부품, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 종류의 광학적 구성요소를 포함할 수 있다.
지지 구조체(support structure)는 패터닝 디바이스를 지지한다. 즉, 패터닝 디바이스의 무게를 지탱하는 것이다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되고 있는지 여부 등의 조건에 따라 그에 맞는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 기계 방식, 진공 방식, 정전 방식 또는 그외 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 지지 구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를, 예를 들면 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 정확하게 배치되도록 하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 모두 "패터닝 디바이스"라고 하는 더 일반적인 용어와 동일한 의미로서 고려될 수 있다.
본 명세서에서 사용되고 있는 "패터닝 디바이스"라고 하는 용어는 기판의 다겟 부분 내에 패턴을 형성하는 등 방사 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능한 것으로 넓게 해석되어야 한다. 또한, 방사 빔에 부여되는 패턴은, 예를 들어 그 패턴이 위상 편이 요소(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 요소(assist feature)를 포함하는 경우에는, 기판의 타겟 부분에의 원하는 패턴과 정확하게 일치하지 않을 수도 있다. 통상적으로, 방사 빔에 부여된 패턴은 집적 회로 등의 타겟 부분 내에 만들어지는 디바이스 내의 특정의 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형으로 할 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로서는, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램가능 LCD 패널을 들 수 있다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 주지되어 있으며, 바이너리(binary), 교대형 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠형 위상 편이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일례로서 소형의 미러(mirror)로 이루어진 매트릭스형 배치 구성을 채택한다. 소형 미러의 각각은 입사하는 방사 빔을 여러 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지도록 될 수 있다. 경사진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이란 용어는, 사용되는 노광 방사에 적절한 또는 액침 액(immersion liquid)의 사용이나 진공(vacuum)의 사용 등과 같은 다른 요인에 적절한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형, 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 타입의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"(projection lens)라는 용어는, "투영 시스템"이라고 하는 더 일반적인 용어와 동일 의미로서 고려되어도 된다.
본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형 타입(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)의 장치이다. 이와 달리, 리소그래피 장치를 반사형 타입(예를 들어, 앞서 설명한 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채택한 것 또는 반사 마스크를 채택한 것)의 장치로 해도 된다.
리소그래피 장치는 2개(2단) 또는 그 이상의 기판 테이블(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 갖는 타입으로 해도 된다. 이와 같은 "다중 단"을 갖는 장치에서, 추가의 테이블을 병렬로 사용해도 되고, 또는 예비 공정을 하나 이상의 테이블에서 실행하면서, 다른 하나 이상의 테이블을 노광에 사용해도 된다.
리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 적어도 일부를 덮은 타입으로 해도 된다. 리소그래피 장치 내의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이의 공간에, 액침 액을 추가하는 것도 가능하다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 것으로서 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"(immersion)이라는 용어는 기판 등의 구조체를 액체에 담그는 것이라기보다는 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치하는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명 시스템, 즉 일루미네이터(IL)는 방사 소스(radiation source)(SO)로부터 방사 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사 소스가 엑시머 레이저인 경우에는, 방사 소스 및 리소그래피 장치를 별개의 구성 요소로 해도 된다. 이러한 경우에, 방사 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 보지 않으며, 방사 빔이 방사 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)까지 전달되는데, 예를 들어 적절한 유도 미러 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 구비하는 빔 전달 시스템(BD)(beam delivery system)에 의해 전달된다. 다른 경우로서, 예를 들어 방사 소스가 수은 램프인 경우에는, 방사 소스가 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분이 될 수 있다. 방사 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템을 구성할 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하는 조절기(adjuster)(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 동공 면 내의 세기 분포 중의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위[통상, 시그마 외측(σ-outer) 및 시그마 내측(σ-inner)이라고 함]를 조절할 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인테그레이터(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO) 등의 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터를 사용하여 방사 빔을 조절함으로써, 방사 빔의 단면에서의 원하는 균일성과 세기 분포를 얻을 수 있다.
방사 빔(B)은 지지 구조체[예를 들어, 마스크 테이블(MT)]상에 유지되는 패터닝 디바이스[예를 들어, 마스크(MA)]에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패턴화된다. 방사 빔(B)이 마스크(MA)를 지나, 투영 시스템(PL)을 통과하면, 투영 시스템에 의해, 기판(W)의 타겟 부분(C)에 빔이 집광된다. 제2 위치결정 장치(positioner)(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭 디바이스, 선형 부호화기, 2-D 부호화기 또는 용량형 센서)를 사용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟 부분(C)을 방사 빔(B)의 경로(path) 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치결정 장치(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 사용하여, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계 검색 이후 또는 스캔 중에, 마스크(MA)를 방사 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 제1 위치결정 장치(PM)의 일부를 형성하는 장행정(long-stroke) 모듈(개략적인 위치 결정) 및 단행정(short-stroke) 모듈(미세한 위치 결정)을 사용하여 구현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치결정 장치(PW)의 일부를 형성하는 장행정 모듈 및 단행정 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 스테퍼의 경우에(스캐너와는 대조적으로), 마스크 테이블(MT)은 단행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA)와 기판(W)은 각각 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 정렬 마크는 특정의 타겟 부분에 위치하지만, 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 분리선 정렬 마크로서 알려져 있음). 마찬가지로, 하나 이상의 다이(die)가 마스크(MA) 상에 제공된 경우에, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다.
예시한 리소그래피 장치는 이하에 설명하는 모드 중 하나 이상의 모드에서 사용될 수 있다.
1. 단계적 모드(step mode)에서는, 마스크 테이블(MT)과 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지하면서, 방사 빔에 부여되는 패턴 전체를 일시에 타겟 부분(C)에 투영한다(즉, 단일의 정적 노광). 이후, 기판 테이블(WT)을 X방향 및/또는 Y방향으로 이동시켜, 다른 타겟 부분(C)을 노광할 수 있다. 단계적 모드에서는, 노광 범위(exposure field)의 최대 크기에 의해, 단일의 정적 노광에서 결상되는 타겟 부분(C)의 크기가 제한된다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT)과 기판 테이블(WT)을 동시에 주사하면서, 방사 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C)에 투영된다(즉, 단일의 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PL)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의해 정해질 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 범위의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광에서의 타겟 부분의 폭(비주사 방향)이 제한되고, 주사 이동의 길이에 의해 타겟 부분의 높이(주사 방향)가 결정된다.
3. 그외 다른 모드의 경우, 마스크 테이블(MT)이 기본적으로 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하는 고정 상태에서, 기판 테이블(TW)을 고정시키거나 이동시키면서, 방사 빔에 부여된 패턴을 타겟 부분(C)에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사 소스(pulsed radiation source)를 채택하고, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 이동 후에 또는 스캔 중의 연속하는 방사 펄스 사이에서, 필요에 따라 갱신을 한다. 이 동작 모드는 앞서 설명한 것과 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이 등의 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 사용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용할 수 있다.
앞서 설명한 모드를 조합한 것 및/또는 변형한 것이나, 또는 전혀 다른 모드를 채택해도 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(lithography apparatus: LA)는 리소 셀이나 클러스터라고도 부르는 리소그래피 셀(lithography cell: LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 노광 전 공정 및 노광 후 공정을 기판상에서 수행하기 위한 장치를 포함한다. 종래, 이들 장치는 레지스트 층을 침적하기 위한 스핀 코터(spin coater: SC), 노광을 마친 레지스트를 현상하기 위한 현상기(developer: DE), 냉각 플레이트(chill plate: CH), 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어서, 기판을 여러 공정 장치 사이로 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 운반한다. 이들 장치는 트랙(track)이라고도 부르는데, 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 이러한 트랙 제어 유닛은 감시 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 제어되고, 감시 제어 시스템은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 이와 같이, 다양한 장치를 동작시켜, 처리량과 공정 효율을 최대로 할 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 기판이 정확하면서 일관되게 노광되도록 하기 위하여, 노광을 마친 기판을 검사하여, 후속하는 층간의 오버레이 오차, 선 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 오차가 검출된 경우에는, 특히 동일 배치(batch) 내의 다른 기판이 아직 노광되지 않을 정도로 검사가 신속히 이루어질 수 있으면, 후속하는 기판의 노광에 대하여 조정을 행할 수 있다. 또한, 이미 노광을 마친 기판에 대해서는 박리하고 재가공하여 수율을 향상시키거나 폐기하여 결함이 있는 기판에 대한 노광을 하지 않도록 할 수 있다. 기판의 타겟 부분 중의 일부에만 결함이 있는 경우에는, 양호한 타겟 부분에 대해서만 노광을 수행하는 것으로 할 수 있다.
검사(inspection) 장치는 기판의 특성, 특히 각 기판의 특성이 어떻게 다른가 또는 동일 기판 내의 각 층의 특성이 어떻게 다른가를 판정하는 데에 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합되거나, 독립된 디바이스로 해도 된다. 측정을 신속하게 하기 위해서는, 검사 장치가 노광을 마친 레지스트 층의 특성을 노광 직후에 측정하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 콘트라스트(contrast)가 매우 낮다. 즉, 레지스트 내에서 방사에 의해 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 굴절률의 차가 매우 작고, 또한 모든 검사 장치가 잠상을 유효하게 측정하기 위한 충분한 감응도(sensitivity)를 갖는 것은 아니다. 따라서, 노광후 베이크 단계(post-exposure bake step: PEB) 이후에 측정을 행하는 것이 좋은데, 이러한 노광후 베이크 단계는 노광을 마친 기판상에서 행해지는 제1 단계이며, 레지스트의 노광을 마친 부분과 노광을 하지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시킨다. 이 단계에서, 레지스트 내의 상을 반잠상(semi-latent)이라고 할 수 있다. 또한, 레지스트의 노광을 마친 부분과 노광을 하지 않은 부분 중의 어느 하나가 제거된 시점에서의 현상을 마친 레지스트 상을 측정하는 것이 가능하며, 또는 에칭 등의 패턴 전사 단계 후에 현상을 마친 레지스트 상을 측정하는 것도 가능하다. 에칭 등의 패턴 전사 단계 후에 상을 측정하는 것은, 결함이 있는 기판을 재가공할 수 있는 가능성이 제한될 수 있지만, 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명에 사용될 수 있는 스케터로미터(scatterometer)(SM1)를 도시하고 있다. 스케터로미터는 기판(W) 상에 방사를 투영하는 광대역(백색 광) 방사 프로젝터(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 분광계 검출기(4)에 도달하며, 경면 반사된 방사의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서의 세기)을 측정한다. 이 데이터에 기초해서, 처리 유닛(processing unit: PU)에 의해, 예를 들어 엄밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 3의 하부에 도시한 바와 같은 유사 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 만드는 구조 또는 프로파일을 재구성할 수 있다. 일반적으로, 재구성에 대하여, 구조의 일반적인 형상은 이미 알려져 있으며, 구조를 만드는 공정에 의해 일부 파라미터가 예상되기 때문에, 구조의 파라미터 중 몇 개의 파라미터만을 스케터로미터 데이터로부터 판정되는 것으로 할 수 있다. 이러한 스케터로미터는 법선 입사 스케터로미터(normal-incidence scatterometer) 또는 경사 입사(oblique-incidence) 스케터로미터로서 구성될 수 있다.
도 4에는 본 발명에 사용될 수 있는 다른 스케터로미터(SM2)를 도시하고 있다. 이 스케터로미터에서는, 방사 소스(2)로부터 사출된 방사선이 렌즈 시스템(12)에 의해 집광되는데, 간섭 필더(interference filter)(13) 및 편광자(polarizer)(17)를 통과하여 부분 반사 면(16)에서 반사되고 개구수(NA)가 큰, 바람직하게는 적어도 0.9, 더 바람직하게는 적어도 0.95인 개구수를 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해, 기판(W) 상에 집광된다. 액침 스케터로미터(immersion scatterometer)는 개구수가 1을 넘는 렌즈를 구비하는 것도 가능하다. 이후, 반사된 방사선은 부분 반사 면(16)을 통과하여 검출기(18)에 도달하고, 검출기(detector)(18)에서 산란 스펙트럼이 검출된다. 검출기는 대물 렌즈(15)의 초점 거리(focal length)에 위치하는 후위 투영 동공 면(back-projected pupil plane)(11) 내에 배치될 수 있지만, 동공 면은 보조 광학 부품(도시 안 됨)에 의해 검출기에 재결상된(re-imaged) 것을 사용해도 된다. 동공 면(pupil plane)이라는 것은 방사의 반경 방향의 위치에 의해 입사각이 정해지고, 방사의 각도 위치에 의해 방사선의 방위각(azimuthi angle)이 정해지는 면이다. 검출기로서는, 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼을 측정할 수 있는 2차원 검출기인 것이 바람직하다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이로 해도 되고, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 인테그레이션 시간(integration time)을 사용할 수 있다.
예를 들어, 입사하는 방사선의 세기를 측정하기 위해 대조용 빔(reference beam)이 자주 사용된다. 방사선의 세기를 측정하기 위해서는, 방사 빔이 빔 스플리터(beam splitter)(16)에 입사하면, 그 일부가 대조용 빔으로서 빔 스플리터를 통과하여 기준 미러(14)에 도달한다. 이후, 대조용 빔은 동일 검출기(18)의 다른 부분에 투영된다.
일련의 간섭 필터(13)를 사용하여, 예를 들어 405-790nm 또는 그 이하, 예를 들어 200-300nm 정도의 범위 내에서 원하는 파장을 선택할 수 있다. 간섭 필터는 일련의 여러 필터를 구비하는 것이 아닌 동조가능한 것으로 해도 된다. 간섭 필터 대신에 격자(grating)를 사용할 수 있다.
검출기(18)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서 산란 광의 세기를 측정하거나, 다수 파장에서 개별적으로 세기를 측정하거나, 어느 파장 범위 전체에서 세기를 측정하는 것이 가능하다. 또한, 검출기는 횡방향 자계(TM) 편광(transverse magnetic polarized light) 및 횡방향 전계(TE) 편광(transverse electric polarized light)의 세기를 별개로 측정할 수 있으며, 및/또는 TM 편광 및 TE 편광 간의 위상 차를 측정할 수도 있다.
에텐듀(etendue)가 크고 다중 파장의 혼합이 가능한 광대역 광원(즉, 광범위한 광 주파수 또는 파장, 이에 따라 색을 가지는 것)을 사용하는 것이 가능하다. 광대역 내의 다수의 파장은 δλ의 대역폭과 적어도 2δλ(즉, 대역폭의 2배)의 간격을 각각 갖는 것이 바람직하다. 방사 "소스"가 여러 개 있다는 것은 광섬유 묶음(fiber bundle)을 사용하여 분할된 확장 방사 소스의 여러 개의 부분이 될 수 있다는 것이다. 이에 의하면, 각도 분해 산란 스펙트럼을 다수 파장에서 병렬로 측정할 수 있다. 2D 스펙트럼보다 많은 정보를 포함하는 3D 스펙트럼(파장 및 2개의 서로 다른 각도)을 측정하는 것이 가능하다. 이에 의하면, 더 많은 정보를 측정할 수 있어서, 계측 공정의 안정성(robust)을 높일 수 있다. 이에 대해서는, 유럽특허 EP 1628164 A에 구체적으로 개시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(30)은, (a)격자가 프린트되고, 현상된 이후에 레지스트 실선(solid resist line)으로 된 줄(bar)이 형성되는 레지스트 층 격자(resist layer grating), 또는 (b)제품 층 격자(product layer grating), (c)제품 층 격자 위에 중첩되거나 인터리브된 레지스트 격자를 포함하는 오버레이 타겟 구조체 내의 복합 격자 스택이 될 수 있다. 줄은 에칭에 의해 기판에 형성해도 된다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색 수차(chromatic aberration)에 대하여 감응성을 가지며, 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재가 프린트된 격자 내에 다양하게 나타난다. 따라서, 프린트된 격자의 스케터로미터 데이터를 사용하여 격자를 재구성할 수 있다. 선폭 및 형상 등의 격자 파라미터는 프린트 단계 및/또는 다른 스케터로미터 공정의 정보로부터, 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 제공될 수 있다.
동시 계류중인 미국 가 특허출원 61/141,410호(2008년 12월 30일 출원)에는, 타겟에서의 라인 구조체의 서로 다른 좌측 벽 각도 및 우측 벽 각도(SWA) 등의, 프린트된 타겟의 프로파일에서의 비대칭에 기인하여 생기는, 산란된 광의 높은 차수에서의 비대칭을 사용하여 집광(focus)을 측정하는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허문헌의 내용을 본 명세서에 참조에 의해 포함한다.
2009년 5월 12일에 출원된 동기 계류중인 미국 가 특허출원 61/177,468호에는, 스케터로메트리 스펙트럼(scatterometry spectra) 및 초점에서 측정된 비대칭 간의 관계를 판정하는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허문헌의 내용을 본 명세서에 참조에 의해 포함한다. 상기 문헌에서의 방법에서, 2개의 주기적 구조체(periodic structure)는 리소그래피 장치에 의해 기판상에 형성되며, 각각의 구조체는 하나 이상의 특징적 요소(feature)를 포함하며, 이러한 특징적 요소는 서로 마주보는 측벽 각도 사이에, 구조체 상에서 리소그래피 장치의 집광의 상이한 함수로서 변화하는 비대칭이 존재한다. 각각의 특징적 요소에 대한 비대칭의 비율은 기판상에서의 집광을 위한 값을 판정하는 데에 사용될 수 있으며, 리소그래피 장치에 대한 처리 조건과는 독립적이다.
상기 언급한 방법들 중 어느 것에서도, 주기적 구조체를 포함하는 스케터로미터 타겟의 사이즈는 기판상의 방사 빔 스폿의 사이즈보다 크게 될 수 있다. 이에 의해, 타겟의 사이즈에 대한 제한을 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 리소그래피 장치에 의해 웨이퍼 상에 생성된 주기적 구조체로부터 이루어진 스케터로메트리 스펙트럼을 사용하여 리소그래피 장치의 집광을 판정하는 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에서, 격자(grating)는 별개의 측정 단계에서 2개의 서로 상이한 빔 프로파일을 갖는 빔에 의해 조명되는데, 주기적 구조체로부터 0차 회절 차수(zero order diffraction order)가 차단되는 암시야 측정(dark field measurement) 기술과 조합하여, 2개의 별개의 측정 단계에서 +1차 및 -1차 회절 패턴이 측정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 사용될 수 있는 각도 분해 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)를 나타낸다. 스케터로미터는 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 동일한 라인을 따라 설계되므로, 대응하는 요소에 상응하는 부호를 붙인다. 도 5에 나타낸 것과 같은 스케터로미터는 도 3 및 도 4에 나타낸 스케터로미터와, 빔 정형 장치(beam shaping arrangement)(51)가 방사 소스(2)와 웨이퍼(W) 사이에 설치되어 있다는 점이 다르다. 또한, 검출기(18)는 별개의 스케터로미터 스펙트럼 검출기(18a)와 이미지 검출기(18b)로 나누어지며, 웨이퍼(W)로부터의 회절된 빔의 일부를 스케터로미터 센서(18a)로 향하게 하고 웨이퍼로부터 회절된 빔의 일부를 이미지 검출기(18b)로 향하게 하기 위해, 웨이퍼(W)로부터의 빔 경로에 프리즘 장치(prism arrangement)(53)가 제공된다. 웨이퍼(W)와 이미지 검출기(18b) 사이에는 공간 필터 또는 시야 조리개(field stop)(55)가 설치된다. 도 5에서, 빔 정형 장치(51)와 공간 필터 또는 시야 조리개(55)는 평면도로 나타내고 있다.
빔 정형 장치(51)는 웨이퍼(W) 상의 타겟(30)을 비법선 방향의 입사각(non-normal incident)으로 조명하도록 설계되어 있는데, 이러한 것은, 도 5의 빔 정형 장치(51)의 평면도로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 불투명한 판 내의 투명한 부분으로 나타낸 애퍼처(aperture)에 의해 가능하게 된다. 2009년 2월 11일에 제출된 동일 계류중인 미국 가 특허출원 61/151,665호에 상세하게 설명되어 있는 바와 같이, 0차 회절 차수가 시야 조리개(55)에 의해 차단되는 암시야 검출 방법이 사용될 수 있다. 상기 특허문헌의 내용을 본원에 참조에 의해 포함한다. 따라서, 이미지 검출기(18b)에 도달하게 되는 회절된 방사선만이 선택된 더 높은 차수의 회절 차수가 될 것이다. 특히, 도 5에 나타낸 단면 배열로 나타낸 방향에 따른, 광학 축을 따라 빔 정형 장치(51)를 180°회전시킴으로써, 또는 도 5의 회전 (b)으로 나타낸 바와 같이, 회전 축을 중심으로 웨이퍼(W)의 회전에 의해, 도 6에 나타낸 것과 같은 -1 회절 차수 또는 도 7에 나타낸 것과 같은 +1 회절 차수가 선택될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6 및 도 7은 도 5에 나타낸 스케터로미터 내의 광학 경로를 단순화한 버전을 나타내는데, -1차의 회절 방사선이 도 6에 나타낸 것과 같이 이미지 검출기(18b)에 도달하거나, +1차의 회절 방사선이 도 7에 나타낸 것과 같이 이미지 검출기(18b)에 도달한다. 어느 경우에서나, 검출기(18b)에 의해 검출되는 이미지는 개별적인 격자 라인의 변조가 없다는 것을 나타낼 것이다. 대신에, -1차의 회절 차수에 대한 도 6의 경우에서의 동질의 세기 레벨 I1과 +1차의 회절 차수에 대한 도 7의 경우의 세기 레벨 I2가 측정될 것이며, 각각의 경우의 세기 레벨의 비 I1/I2는 특정의 타겟(30)에 대한 SWA 비대칭의 비에 비례한다. +1차 및 -1차의 회절 차수에 대한 세기 I1 및 I2를 측정함으로써, 프린트된 패턴에서의 비대칭을 판정하는 것이 가능하기 때문에, 비대칭과 초점 사이의 미리 정해진 관계를 사용하여, 웨이퍼(W) 상에 타겟(30)을 형성하는 데에 사용된 리소그래피 장치에 대한 초점을 판정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공정의 단계를 나타낸다.
단계 S1에서, 웨이퍼(W) 상에 격자를 형성함에 있어서 리소그래피 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리하여 타겟(30)을 생성한다.
단계 S2에서, 도 5 및 도 6에 나타낸 스케터로미터 구성을 사용하여, -1차 스케터로미터 스펙트럼이, 빔 정형 장치(51)와 웨이퍼(W)가 이들의 제1 비교 위치에 있는 제1 조명 모드를 사용하여 이미지 센서(18b)에 의해 측정된다.
단계 S3에서, 빔 정형 장치(51) 또는 웨이퍼(W)가 회전하여, +1차 스케터로미터 스펙트럼이 이미지 센서(18b)에 의해 측정될 수 있다.
단계 S4에서, 스펙트럼 I1 및 I2의 세기의 비가 처리 유닛(PU)에 의해 계산되어, 세기 차와 초점 사이의 미리 정해진 관계를 사용하여 웨이퍼의 초점을 판정할 수 있다. 이와 달리, I1 및 I2 사이의 정규화된 변화를 웨이퍼의 초점을 판정하는데에 사용될 수 있다.
예를 들어, I1 및 I2 사이의 관계와 웨이퍼 초점(f)은 다음의 식을 가질 수 있다.
상기 식에서, C는 상수이고, f는 웨이퍼 초점이며, f0은 제로 비대칭에 대응하는 웨이퍼 초점 레벨이다. C와 f0는 실험 데이터 또는 시뮬레이션 데이터를 사용하여, 캘리브레이션에 의해 판정될 수 있다.
I1 및 I2로부터 먼저 타겟 비대칭을 판정하는 것도 가능하다. 초점은 타겟 비대칭으로부터 계산될 수 있다. 이와 달리, 비대칭은 리소그래피 장치의 초점을 직접 모니터링 및 제어하는 데에 사용된다.
임의 선택적인 단계 S5에서는, 스케터로메트리 스펙트럼을 처리하는 데에 타겟 비대칭이 사용된다.
도 9의 (a)는 단계 S2 또는 S3에서의 도 6 및 도 7의 이미지 센서(18b)에서 검출된 스펙트럼을 상세하게 나타낸다. 도 9의 (b)에서 확대해서 나타낸 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스펙트럼의 사이즈는 일반적으로 10x10㎛ 격자에 대응하는 30x30 화소가 될 것이다. 따라서, 이 스펙트럼은 I1 및 I2의 값을 도출하기 위해 모니터링하는 것이 비교적 용이하다. 또한, 타겟(30)의 사이즈는 웨이퍼(W) 상의 방사 빔 스폿 사이즈에 의해 정해지지 않는다.
단계 S5의 처리 단계에서, 도 10의 (a)에 나타낸 측정된 스케터로메트리 스펙트럼은, 통상적으로 측정한 스펙트럼을 도 10의 (b)에 나타낸 것과 같은 일련의 대조용 스펙트럼과 비교하는 것에 의해, 층의 두께, 격자의 높이 등과 같은 기판 파라미터의 값을 도출하도록 처리될 것이며, 대조용 스펙트럼은 앞서 설명한 바와 같이 라이브러리에 기억된 스펙트럼 또는 모델화된 스펙트럼이 될 수 있다. 이러한 공정에서, 단계 S4에서 도출된 타겟 비대칭의 값은 주지의 파라미터로서 입력될 수 있다.
상기 설명한 암시야 측정 기술은 세기 I1 및 I2의 차이와 초기 캘리브레이션 단계에서의 초점 사이의 관계를 판정하기 위해서도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 초기 캘리브레이션 단계에서는, 상이한 초점 설정을 사용하여 생성된 다수의 격자가 캘리브레이션 웨이퍼 상에 생성되고, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 회절 스펙트럼이 측정된다. 세기 차이와 초점 간의 관계를 판정하기 위해, 리소그래피 시뮬레이션이 사용될 수 있다. 이와 달리, 비대칭과 초점 간의 관계를 도출할 수 있다. 이러한 판정에도 리소그래피 시뮬레이션을 사용할 수 있다.
회절에 의해, 격자 주위의 제품 요소가 격자 이미지로 유출될 수 있다. 따라서, 시야 조리개(55)의 개구수(NA)를 신중하게 선택하여야 한다. NA는 가능한 크게 하여야 제품 영역과 격자 사이의 급격한 전이(sharp transition)가 가능하게 된다. 그러나, 이와 동시에 시야 조리개(55)는 0차 회절(zero order diffraction)을 차단하여야 한다. 빔 정형 장치(51)에 의해 형성된 애퍼처의 0차 회절된 이미지와 시야 조리개(55)의 개방된 영역은 서로 배타적이며, 격자 피치와 방사선 파장의 비에 비례하는 거리만큼 동공 면에서 이동된 애퍼처의 1차 회절된 이미지는 시야 조리개(55)의 개방 영역과 적어도 부분적으로 중첩된다. 격자 파라미터와 파장에 따라 달라지지만, 0.4보다 작은 개구수의 값이 적당하다는 것을 알게 되었다.
+1차 및 -1차 회절된 스펙트럼의 일부분의 측정은, 가장 밀집된 비-0차 회절 스펙트럼을 제공하며 초점에 대해 가장 민감하기 때문에, 본 발명에 따른 방법에 유리하다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 기본적으로, 다른 더 높은 차수의 회절 패턴을 본 발명에 따른 방법에 사용할 수 있다.
또한, 개시한 실시예에 조명 방향의 변화는 마스킹 장치(masking arrangement)(51)를 180°만큼 회전시킴으로써 달성된다. 이와 달리, 대물 렌즈(15)의 시야 내에 타겟 구조체를 유지하면서 기판을 조명 방향 회전에서의 변화를 달성하거나, 광학 시스템 전체를 회전시키는 것이 가능하다. 또한, 회전하는 단일의 마스크(51)를 제공하지 않고, 상보적인 한 쌍의 마스크(51)를 교체가능하게 설치하여 동일한 효과를 얻을 수 있다. 변형가능한 미러 어레이(deformable mirror array) 등의 프로그램가능한 조명 장치도 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 조명 모드 사이에서의 임의의 비대칭이 구조체(30) 내의 비대칭으로 오인하지 않도록 하기 위해, 어느 정도의 캘리브레이션이 요구될 수 있다.
상기 언급한 특정의 실시예에서는, 축을 벗어난(off-axis) 방사선만이 투과되도록 마스킹 장치(51)가 설계되었지만, 다른 실시예에서는, 광학 축 및 그 둘레의 방사선만이 투과되도록 마스킹 장치(51)를 구성할 수 있으며, 공간 필터 또는 시야 조리개(55)가 하나의 측정 단계에서의 회절된 -1차 방사선 또는 다른 측정 단계에서의 +1차 방사선만이 이미지 검출기(18b)에 의해 검출되도록 구성될 수 있다. 마스크(51)와 관련해서 설명한 바와 같이, 회절 차수의 원하는 변화는 시야 조리개(55)를 회전시킴으로써 또는 상보의 패턴을 갖는 다른 시야 조리개로 대체함으로써, 또는 프로그램가능한 공간 광 변조기를 가진 고정형 시야 조리개로 교체함으로써 달성될 수 있다. 본 실시예에서 결상에 사용되는 광학 시스템은 시야 조리개에 의해 제한되는 넓은 입사 동공(entrance pupil)을 갖지만, 다른 실시예에서는 결상 시스템의 입사 동공 사이즈가 원하는 차수로 제한하기에 충분히 작게 할 수 있어서, 시야 조리개로서 작용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 타겟 사이즈가 작은 경우의 회절에 따른 암시야 결상에 기초하며, 특정된 회절 차수, 파장 및 입사각에 대해 구조체의 국소적인 회절 효율(local diffraction efficiency)을 결상하는 능력을 사용한다.
본 실시예에서, 마커의 이미지, 구조(제품의), 또는 웨이퍼의 관심 영역이 결상 면에 투영되어 기록된다. 이미지는 하나의 회절 차수로만 형성되지만, 동등한 후 초점 면(back-focal plane)에서는 다른 회절 차수가 차단된다. 실제의 이미지가 투영되지는 않지만, 이미지 내의 그레이 스케일(grey scale) 등의 세기 값은 국소적인 회절 효율(diffraction efficiency)을 나타낸다. 국소적인 회절 효율은 트렌치의 에칭 깊이 등과 같은 마커의 국소적인 구조에 직접 관련된다. 이러한 10㎛ 사이즈 타겟의 암시야 이미지를 도 11에 나타내며, 이러한 이미지의 단면을 도 12에 나타낸다.
도 11은 수직 라인으로 이루어진 10㎛ 크기의 타겟(적층된 x-격자)의 하나의 1차 회절 차수에 기초한 암시야 이미지를 나타낸다. 수평 축은 x-화소 좌표이며 수직 축은 y-화소 좌표이다. 그레이 스케일은 검출된 세기이며, 단면 라인 AA로 나타낸다.
도 12는 도 11에 나타낸 라인 AA에 따른, 패턴화되지 않은 라인(12a, 12b), 격자에 인접한 패턴화되지 않은 사각형의 라인(12c)["토처"(torture)라고도 함], 비대칭 콘택 홀(12d), 격자에 인접한 패턴화되지 않은 사각형의 콘택 홀(12e)이 있는 환경을 가진 10㎛ 크기의 타겟에 대한, 암시야 이미지의 수평 단면이다. 도 12에서, 수평 축은 x-화소 좌표 X이고, 수직 축은 임의 단위(a.u.)의 검출된 세기 I이다. 도표에서의 피크는 스폿 에지 회절(122)과 라인 환경(124)에 대응한다.
도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 라인 환경(12b)을 가진 오버레이 격자는 최적의 동질적인 회절 효율을 가지며, x-화소 좌표(X)가 425에서 447의 범위에서의 플래토(plateau)는 격자의 동질적인 특성에 대응한다. 패턴화되지 않은 환경(12a)은 콘택 홀(12d)이며, 패턴화되지 않은 사각형(12c)(12e: 토처)을 갖는 환경은 오버레이 격자상의 마이크로 로딩의 효과를 갖는다. 이들은 에지(126) 쪽으로, 또는 토처된 라인(12c)의 경우에는, 패턴화되지 않은 사각형의 면(128)에서 향상된 회절 효율을 보여준다.
도 13은 본 발명의 실시예에 의해 검출될 수 있는 것으로서, (a)에칭된 하부 격자(1234) 상의 이상적인 형태의 규칙적인 레지스트 격자(132), (b)트렌치 깊이 변화(136)가 생기는 에칭 로딩, (c)CMP 디싱(138), 및 (d)리소 비최적 어레이 에지 보상에 의해 타겟 에지(140) 쪽으로 CD 변화가 생긴 것을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 기판상의 구조체에서의 공정 변화를 검출하는 방법의 단계를 나타내는 플로차트이다. 이 방법은 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 나머지가 검출되지 않도록 하면서, 구조체를 조명하고 이미지를 형성하도록 기판에 방사 빔을 투사한다(단계 142). 따라서, 회절된 방사선의 공간 주파수 스펙트럼 부분만이 검출기까지 투과된다. 하나의 회절 차수만이 전달된다. 바람직한 실시예에서, 이것은 +1차 또는 -1차의 회절 차수이지만, 이것은 0차, 2차, 3차 등의 다른 단일의 회절 차수가 될 수도 있다. 검출된 부분에서의 세기 변화는 구조체 전체의 회절 효율에서의 변화에 대응하도록 판정된다(단계 146). 따라서, 이미지는 스펙트럼 면 이미지 면에서 공간적으로 필터링되고, 회절된 방사선의 하나의 차수를 제외한 모두가 공간 주파수 필터링에 의해 검출된 이미지에 기여하지 않도록 된다. 다시 말해서, 이것은 이미지(예를 들어, 퓨리에 변환된 이미지)의 스펙트럼에서 수행되며, 공간 주파수 필터링이 적용된다. 공정에 의해 도출된 구조체에서의 변화를 판정된 세기 변화를 사용하여 식별한다(단계 148).
국소적인 회절 효율에서의 변화는 이미징 시스템의 점 퍼짐 함수(point-spread-function) 정도의 해상도로 이미지에 즉각적으로 가시화될 수 있다. 해상도는 λ=500nm의 파장과 NA=0.5의 개구수에 대해 λ/NA~1㎛를 얻을 수 있다. 국소적인 회절 효율은 바닥 격자의 에칭 깊이와 같은 격자의 국소적인 특성에 직접 관련된다.
국소적인 회절 효율에서의 변화에 대응하는 검출된 부분에 대한 판정된 세기 변화는 다음과 같은 여러 방식으로 처리될 수 있다.
1. 이미지의 수동 검사.
2. 예를 들어, 기본 성분 분석(PCA) 기반의 방법을 사용하여, 1차원 또는 2차원에서의 세기 프로파일의 자동화 알고리즘, 평균화 또는 비교. 더 높은 차수의 항은 예상된 상수 프로파일로부터의 편차에 대한 지시자이다.
3. 일련의 마커에 대한 평탄한 프로파일의 편차에 대한 통계적 분석. 지시자는 마커에 대한 세기의 분산(variance) 및 표준 편차(standard deviation)이다.
4. 연역적인 동일한 국소적인 특성을 가진 인근의 큰 회절 구조체와 마이크로 미터 단위의 작은 (격자) 구조체의 절대 회절 강도를 비교하는 것.
5. 계측 타겟의 바람직한 영역(일반적으로는 중심)의 회절 효율로부터 너무 큰 편차를 가진 영역을 제외한, 실제 타겟의 측정 분석에 대해 사용될 "관심 영역"(ROI: region of interest)을 정의하는 것[도 15를 참조하면, 점으로 표시한 원은 계측 목적을 위한 관심 영역(ROI)의 선택을 나타냄]. 이 단계를 도 14에 나타내며, 바람직하지 않은 공정 변화를 가진 구조체의 영역에 대응하는 검출된 부분의 바람직하지 않은 영역을 배제한, 검출된 부분의 관심 영역이 선택되고(단계 150), 선택된 관심 영역만이 구조체의 측정을 위해 사용되고, 바람직하지 않은 영역은 배제된다.
본 발명은 특별하게 설계된 회절 마커(diffraction marker)에 한정되지 않으며, 임의의 적절한, 1차원(선) 또는 2차원(구조체)을 포함하는 국소적으로 반복되는 구조체, 반복적인 제품 구조체 및 공정 세그먼트화한 이미지 기반의 오버레이 마크에 사용될 수 있다.
+1차 또는 -1차 회절 차수의 투과 및 검출에 추가로, 본 발명은 0차, 2차 또는 그 이상의, 실험적으로 구할 수 있다면 가장 민감한 것이 선택될 수 있는 차수 등의 다른 회절 차수에 의한 검출을 포함할 수 있다. 0차 검출은 피치가 작은, 격자와 같은 반복적인 구조에 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 오버레이 검출, CD 재구성 및 스케터로메트리에 의한 집광량 측정과 관련된 마이크로 로딩 및 공정 영향 검사가 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 광학 현미경 또는 탑다운 방식의 SEM을 사용하여, 검사 단계를 추가하는 것보다 빠른 마이크로 로딩 및 공정 영향 검사가 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면, TEM 또는 단면 SEM에 비해 마이크로미터 단위에서의 마이크로 로딩 및 공정 영향의 비파괴 검사 및 가시화를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 통계적으로 관련된 분포를 갖는, 단일 웨이퍼 상의 대규모 데이터량의 측정이 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 공정 영향을 검사하는 데에 사용되는 재구성 기반의 기술에 비해 모델을 구비하지 않아도 된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 마이크로 로딩 및 다른 공정 관련 영향을 거치는 계측 타겟의 영역을 배제한 ROI를 정의함으로써, 오버레이, CD 또는 집광량 측정과 같은 암시야 모드에서 더 정확한 계측이 가능하다.
본 명세서에서는 특히 집적 회로(IC)를 제조하기 위한 리소그래피 장치의 사용에 대하여 기재하고 있지만, 본 명세서에서 개시하는 리소그래피 장치는, 집적 광학 시스템의 제조, 자기 영역(magnetic domain) 메모리용 가이던스 및 검출 패턴, 평면형 표시 장치, 액정 표시 장치(LCD), 박막 자기 헤드 등과 같은 다른 응용도 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 대체 응용 예와 관련해서, 당업자라면, 본 명세서에서 "웨이퍼" 또는 "다이"라고 하는 용어를 사용하는 경우에는 항상 더 일반적인 용어인 "기판" 또는 "타겟 부분"과 각각 동의어인 것으로 이해하여야 한다. 본 명세서에서 사용되는 기판은, 예를 들어 트랙(통상, 기판에 레지스트 층을 도포하고, 노광된 레지스트를 현상하는 도구), 계측 도구 및/또는 검사 도구 내에서 노광의 전후에 처리하는 것이 가능하다. 이러한 것이 적용가능한 경우에는, 본 명세서의 개시는, 이와 같은 기판 처리 도구 및 다른 기판 처리 도구에 적용할 수 있다. 또한, 기판은, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위해 2회 이상 처리되는 경우가 있으며, 이에 따라 본 명세서에서 사용하는 기판이라고 하는 용어는 여러 번 처리된 층을 포함하는 기판도 의미하는 것으로 된다.
본 발명의 실시예의 사용에 대하여 광학 리소그래피와 관련해서 기재하고 있지만, 본 발명은 임프린트 리소그래프(imprint lithography)와 같은 다른 응용에도 사용할 수 있으며, 어느 경우에는 광학 리소그래피에 한정되는 것은 아니다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피에 의해, 기판상에 만들어지는 패턴이 정의된다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 중에 프레스 가공되고, 기판상에 전자 방사, 열, 압력, 또는 이들의 조합을 적용하는 것에 의해 레지스트를 경화시킨다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화되고 레지스트 내에 패턴을 남긴 후에, 레지스트의 밖으로 이동시킨다.
본 명세서에서 사용되는 "방사" 및 "빔"이라고 하는 용어는 자외선(UV) 방사(예를 들어, 파장이 365nm, 355nm, 248nm, 193nm, 157nm 또는 126nm의 파장을 갖는 것), 극단 자외선(EUV) 방사(예를 들어, 5-20nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔이나 전자 빔 등의 입자 빔을 포함하는 여러 유형의 전자기 방사를 포함하는 의미로 사용된다.
"렌즈"라고 하는 용어는 문맥에 따라 굴절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전형의 광학적 컴포넌트를 포함하는 다양한 유형의 광학적 구성요소 중의 하나 또는 이들의 조합을 의미할 수 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 위에서 설명한 것 이외의 태양으로 실시하는 것도 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시한 방법을 나타내는 하나 이상의 기계 판독가능한 명령의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 이와 같은 컴퓨터 프로그램이 기억된 데이터 기록 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광 디스크)의 형태로 해도 된다.
< 맺는 말 >
발명의 내용 및 요약서 부분이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 설명은 청구범위를 해석하는 데에 사용하는 것으로 이해하여야 한다. 발명의 내용 및 요약서 부분은 발명자가 발명한 것으로 보는 본 발명의 하나 이상의 실시예를 개시할 수 있지만 모든 실시예를 개시한 것은 아니므로, 본 발명과 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 특정 기능 및 이들의 상관관계의 구현을 나타내는 기능적 블록을 사용하여 설명하였다. 이들 기능 블록의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 임의로 규정한 것이다. 특정의 기능 및 이들의 상관관계가 적절하게 수행되는 한, 대체가능한 경계를 규정하는 것이 가능하다.
특정의 실시예에 대한 이상의 설명은, 본 기술분야의 지식으로부터, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어남이 없이, 과도한 실험을 하지 않고도, 이러한 특정의 실시예의 다양한 응용을 위해 용이하게 변경 및/또는 적응할 수 있는 본 발명의 일반적인 특징을 완전히 명시하고 있다. 따라서, 이러한 적응 및 변경은 본 명세서에서 제시하는 내용 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예의 의미 및 등가의 범위 내에 속하는 것으로 해석된다. 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 그 내용이나 안내의 관점에서 당업자에 의해 해석되는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명의 범위는 상기 개시한 실시예에 의해 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위와 그 등가의 범위에 의해서만 정의되어야 한다.
Claims (36)
- 기판상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 초점(focus)을 판정하는 방법에 있어서,
리소그래피 공정을 사용하여 상기 기판상에 구조체(structure)를 형성하는 구조체 형성 단계로서, 상기 구조체가 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭(asymmetry)을 갖는 프로파일(profile)을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소(feature)를 구비하는, 구조체 형성 단계;
제1 방사 빔으로 상기 구조체를 조명하면서 상기 구조체의 제1 이미지를 형성 및 검출하는 과정을 포함하는 제1 측정 단계로서, 상기 제1 이미지가 0차 회절 방사선(zero order diffracted radiation)을 배제하고 비-0차(non-zero order) 회절 방사선의 제1 부분을 사용하여 형성되는, 제1 측정 단계;
제2 방사 빔으로 상기 구조체를 조명하면서 상기 구조체의 제2 이미지를 형성 및 검출하는 과정을 포함하는 제2 측정 단계로서, 상기 제2 이미지가 회절 스펙트럼(diffraction spectrum) 내의 상기 제1 부분에 대칭적으로 대면하는(symmetrically opposite) 비-0차 회절 방사선의 제2 부분을 사용하여 형성되는, 제2 측정 단계; 및
상기 구조체의 프로파일의 비대칭을 판정하는 것, 및 기판상의 초점의 표시(indication)를 제공하는 것 중 하나 또는 양자 모두를 위해, 상기 제1 측정 단계와 제2 측정 단계에서 검출된 제1 이미지 및 제2 이미지를 이용하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 방사 빔과 상기 제2 방사 빔 간의 전환은, 상기 기판과 방사 소스 사이에 제공되는, 애퍼처를 구비한 빔 정형 장치의 회전 또는 상기 기판의 회전에 의해 이루어지는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 비-0차 회절 방사선의 제1 부분 및 제2 부분은 +1차 및 -1차 차수의 각각의 적어도 일부분의 서로 상이한 부분인 것인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 비대칭은 상기 제1 이미지 및 제2 이미지의 선택된 부분의 세기(intensity)를 측정함으로써 판정되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 구조체의 영역은 상기 기판상의 방사 빔의 영역보다 작은, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계는 서로 다른 초점 값을 사용하여 상기 리소그래피 장치에 의해 형성된 구조체에 대해 여러 번 반복되며, 상기 구조체는 상기 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 각각 구비하고, 반복되는 상기 제1 및 제2 측정 단계에서 검출된 이미지는 상기 기판상에서의 비대칭과 초점 간의 관계를 판정하는 데에 사용되는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 기판상에서의 비대칭과 초점 간의 관계를 판정하기 위해 리소그래피 시뮬레이션(lithographic simulation)을 사용하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계는 서로 다른 초점 값을 사용하여 상기 리소그래피 장치에 의해 형성된 구조체에 대해 여러 번 반복되며, 상기 구조체는 상기 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 각각 구비하고, 반복되는 상기 제1 및 제2 측정 단계에서 검출된 이미지는 상기 제1 이미지 및 제2 이미지의 선택된 부분의 세기와 상기 기판상에서의 초점 간의 관계를 판정하는 데에 사용되는, 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 이미지 및 제2 이미지의 선택된 부분의 세기와 상기 기판상에서의 초점 간의 관계를 판정하기 위해 리소그래피 시뮬레이션을 사용하는, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비-0차 회절 방사선의 대칭적으로 대면하는 제1 부분 및 제2 부분은 +1차 및 -1차 회절 방사선을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계에서 사용되는 광학 시스템에서, 상기 제1 및 제2 방사 빔은, 상기 광학 시스템에 대하여 대칭적으로 축을 벗어난, 상기 구조체에의 입사각을 가지며, 상기 제1 및 제2 이미지는 상기 구조체에 의해, 광학 축 상에 중심을 두고 상기 입사각의 범위보다 더 좁은 각도 범위로 회절되는 방사선을 사용하여 형성 및 검출되는, 방법. - 기판상에서의 리소그래피 공정에서 사용되는 리소그래피 장치의 초점을 판정하도록 구성된 각도 분해 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)에 있어서,
상기 리소그래피 공정은 기판상에 구조체를 형성하는 데에 사용되며, 상기 구조체는 상기 기판상에서의 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 구비하고,
상기 스케터로미터는,
제1 및 제2 측정 단계에서 사용하기 위한 기판에 제1 방사 빔 및 제2 방사 빔을 전달하도록 구성된 조명 장치;
상기 제1 및 제2 측정 단계 중에, 상기 기판으로부터 회절된 방사선을 사용하여 상기 기판의 제1 및 제2 이미지를 형성 및 검출하도록 구성된 검출 장치; 및
상기 검출 장치 내에 배치된 조리개(stop) 장치를 포함하며,
상기 조명 장치와 상기 조리개 장치는 상기 제1 및 제2 이미지에 기여하는 비-0차 회절 방사선을 조절(stop)하는 데에 효과적이고, 상기 제1 및 제2 이미지는 비-0차 회절 방사선의 제1 및 제2 부분을 사용하여 형성되며, 상기 제1 및 제2 부분은 회절된 방사선의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 대면하고,
상기 스케터로미터는, 상기 제1 및 제2 이미지로부터 특징적 요소에 대한 프로파일 비대칭을 판정하는 것, 및 기판상에서의 초점의 표시를 제공하도록 판정된 비대칭과 각각의 특징적 요소에 대한 초점과 비대칭 간의 관계를 이용하는 것 중 하나 또는 양자 모두를 위해 동작하도록 구성된 계산 장치를 더 포함하며,
상기 제1 방사 빔과 상기 제2 방사 빔 간의 전환은, 상기 기판과 방사 소스 사이에 제공되는, 애퍼처를 구비한 빔 정형 장치의 회전 또는 상기 기판의 회전에 의해 이루어지는 스케터로미터. - 제11항에 있어서,
상기 구조체는 미리결정된 주기(periodicity)를 가지며, 상기 검출 장치는 +1차 및 -1차 차수를 회절된 방사선의 제1 부분 및 제2 부분으로서 측정하도록 구성된, 스케터로미터. - 제11항에 있어서,
상기 비대칭은 상기 구조체의 제1 및 제2 이미지의 세기를 측정함으로써 판정되는, 스케터로미터. - 제11항에 있어서,
상기 계산 장치는, 상기 구조체의 영역이 상기 제1 및 제2 이미지에 나타낸 기판의 영역보다 작은 경우에, 상기 제1 및 제2 이미지의 선택된 부분을 비교하도록 된, 스케터로미터. - 제11항에 있어서,
상기 계산 장치는 서로 다른 초점 값을 사용하여 형성된 다수의 구조체의 각각에 대한 제1 및 제2 이미지의 각각의 일부분을 선택 및 비교하도록 구성되어 있으며, 각각의 구조체는 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 구비하고, 상기 제1 및 제2 이미지의 선택된 부분을 사용하여 상기 기판상에서의 비대칭과 초점 간의 관계를 판정하도록 된, 스케터로미터. - 제15항에 있어서,
상기 기판상에서의 비대칭과 초점 간의 관계를 판정하기 위해 리소그래피 시뮬레이션을 사용하는, 스케터로미터. - 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계산 장치는 서로 다른 초점 값을 사용하여 형성된 다수의 구조체의 각각에 대한 제1 및 제2 이미지의 각각의 일부분을 선택 및 비교하도록 구성되어 있으며, 각각의 구조체는 리소그래피 장치의 초점에 따른 비대칭을 갖는 프로파일을 포함하는 하나 이상의 특징적 요소를 구비하고, 상기 제1 이미지 및 제2 이미지의 선택된 부분을 사용하여, 상기 기판상에서의 초점과 검출된 부분의 세기간의 관계를 판정하도록 된, 스케터로미터. - 제17항에 있어서,
상기 기판상에서의 초점과 검출된 부분의 세기간의 관계를 판정하기 위해 리소그래피 시뮬레이션을 사용하는, 스케터로미터. - 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비-0차 회절 방사선의 대칭적으로 대면하는 제1 부분 및 제2 부분은 +1차 및 -1차 회절 방사선을 포함하는, 스케터로미터. - 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측정 단계에서 사용되는 광학 시스템에서, 상기 제1 및 제2 방사 빔은, 상기 광학 시스템에 대하여 대칭적으로 축을 벗어난, 상기 구조체에의 입사각을 가지며, 상기 제1 및 제2 이미지는 상기 구조체에 의해, 광학 축 상에 중심을 두고 상기 입사각의 범위보다 더 좁은 각도 범위로 회절되는 방사선을 사용하여 형성 및 검출되는, 스케터로미터. - 리소그래피 시스템에 있어서,
리소그래피 시스템은 리소그래피 장치를 포함하며,
상기 리소그래피 장치는,
패턴을 조명하도록 구성된 조명 광학 시스템;
상기 패턴의 이미지를 기판상에 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템; 및
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 의한 각도 분해 스케터로미터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템. - 리소그래피 셀(lithographic cell)에 있어서,
방사선 감응 층(radiation sensitive layer)으로 기판을 코팅하도록 구성된 코팅기(coater);
상기 코팅기에 의해 코팅된 기판의 방사선 감응 층에 이미지를 노광시키도록 구성된 리소그래피 장치;
상기 리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지를 현상하도록 구성된 현상기(developer); 및
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 의한 각도 분해 스케터로미터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀. - 삭제
- 삭제
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