KR101617644B1 - 기판의 모델을 평가하는 방법, 검사 장치 및 리소그래피 장치 - Google Patents

Abstract

기판의 모델을 평가하는 방법이 제시된다. 제 1 파장에서의 방사선을 이용하여 스케터로메트리 측정이 수행된다. 그 후, 방사선의 파장이 변화되고, 추가 스케터로메트리 측정이 수행된다. 스케터로메트리 측정들이 파장들의 범위 전체에서 일치하는 경우, 모델은 충분히 정확하다. 하지만, 파장이 변함에 따라 스케터로메트리 측정들이 변하는 경우, 기판의 모델은 충분히 정확하지 않다.

Description

기판의 모델을 평가하는 방법, 검사 장치 및 리소그래피 장치{A METHOD OF ASSESSING A MODEL OF A SUBSTRATE, AN INSPECTION APPARATUS AND A LITHOGRAPHIC APPARATUS}

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조 시에 이용가능한 검사 방법 및 리소그래피 기술을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 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, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 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. 알려진 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 모니터링(monitor)하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들, 예를 들어 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속층들 간의 오버레이 오차를 측정하는 것이 바람직하다. 리소그래피 공정 시 형성된 미세한 구조체들의 측정을 수행하기 위해, 스캐닝 전자 현미경 및 다양한 특수 툴들의 이용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 특수 검사 툴의 한가지 형태는, 기판의 표면 상의 타겟부 상으로 방사선 빔이 지향되고, 산란되거나 반사된 빔의 특성들이 측정되는 스케터로미터(scatterometer)이다. 상기 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란된 전후에 상기 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 알려진 기판 특성들과 연계된 알려진 특성들의 라이브러리(library) 내에 저장된 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 수행될 수 있다. 스케터로미터의 2 가지 주 형태가 알려져 있다. 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위(particular narrow angular range)로 산란되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해된 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선의 세기를 측정한다.

스케터로메트리(scatterometry)는 피처, 예를 들어 피처의 측벽 각도를 측정하기 위해 기판의 모델을 이용한다. 하지만, 기판의 모델이 정확하지 않은 경우, 측정된 피처에 있어서 큰 오차가 발생할 것이다. 이는, 예를 들어 모델 내에 포함되지 않았던 라인 에지 거칠기(line edge roughness)들이 존재하는 경우에 일어날 수 있다.

스케터로메트리에서 사용된 모델의 정확성을 평가하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 피처의 모델을 평가하는 방법 및 장치가 제공되며, 상기 방법은 알려진 특성들을 갖는 방사선을 이용하여 기판의 제 1 스케터로메트리 측정을 수행하는 단계; 스케터로메트리 측정을 이용하여 기판의 피처의 특성 값을 결정하는 단계- 상기 방사선은 제 1 특성 값을 가짐 -; 제 2 특성 값을 갖는 방사선을 이용하여 제 2 스케터로메트리 측정을 수행하는 단계; 제 2 스케터로메트리 측정을 이용하여 피처의 특성의 제 2 값을 결정하는 단계; 및 모델의 정확성을 결정하기 위해 피처의 특성의 제 1 값과 제 2 값을 비교하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 기판 상에 방사선을 투영하도록 구성된 방사선 투영기- 상기 방사선은 복수의 값들을 갖는 특성을 가짐 -; 높은 개구수(numerical aperture)의 렌즈; 및 기판의 표면으로부터 반사된 방사선을 검출하도록 구성된 검출기를 포함한 리소그래피 장치 및 검사 장치가 제공되며; 상기 검출기는 검출된 방사선을 복수의 세분화-부분(sub-division)들로 분리하도록 구성되고, 세분화-부분 각각의 방사선은 특성에 대해 상이한 값을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 이미징 푸리에 변환 분광계를 포함한 리소그래피 장치 및 검사 장치가 제공된다.

이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스케터로미터를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스케터로미터를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로부터의 결과들을 나타내는 그래프; 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 변환 분광계를 도시하는 도면이다.

도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 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 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 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 언급하는 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 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 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 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 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 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.

리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 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 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 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 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.

상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.

상기 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 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 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 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)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 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)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 노광전(pre-exposure) 및 노광후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 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 디바이스들 사이로 이동시키며, 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 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 - 산출량을 개선하도록 - 벗겨져서(strip) 재가공(rework)되거나, 결점이 있다고 알려진 기판 상에 노광을 수행하는 것을 회피하도록 버려질 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다.

검사 장치는 기판의 특성들을 결정하는데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 노광되지 않은 레지스트의 부분 간의 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 제 1 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠재(semi-latent)라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지의 측정들을 수행하는 것이 가능하고 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 -, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 스케터로미터(SM1)를 도시한다. 이는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)[즉, 파장(λ)의 함수로서 세기(I)]을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 의해 생성된 프로파일 또는 구조체는, 예를 들어 Rigorous Coupled Wave Analysis(RCWA) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 3의 저부에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 상기 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 상기 구조체가 만들어진 공정의 정보(knowledge)로부터 몇몇 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스케터로미터는 수직-입사 스케터로미터 또는 경사-입사 스케터로미터로서 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예와 사용될 수 있는 또 다른 스케터로미터(SM2)가 도 4에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 간섭 필터(interference filter: 13) 및 편광기(17)를 통해 포커스되고, 부분 반사면(partially reflected surface: 16)에 의해 반사되며, 바람직하게는 0.9 이상이고 더 바람직하게는 0.95 이상인 높은 개구수(NA)를 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상으로 포커스된다. 침지 스케터로미터는, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈를 구비할 수도 있다. 그 후, 반사된 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)로 전달된다. 검출기는 렌즈(15)의 초점 거리에 존재하는 역 투영(back-projected)된 퓨필 평면(11) 내에 위치될 수 있지만, 그 대신에 퓨필 평면이 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기 상에 재-이미징(re-image)될 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 검출기는, 바람직하게는 기판 타겟(30)의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기이다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 이용할 수 있다.

예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 흔히 사용된다. 이를 위해, 방사선 빔이 빔 스플리터(16) 상에 입사하는 경우, 그 일부분이 상기 빔 스플리터를 통해 기준 빔으로서 기준 거울(14)을 향하여 전달된다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.

가령 405 내지 790 nm의 범위, 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에 해당하는 파장을 선택하기 위해, 간섭 필터들(13)의 일 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 일 세트를 포함하기보다는 조절가능(tunable)할 수 있다. 간섭 필터들 대신에, 격자가 사용될 수 있다.

검출기(18)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 산란 방사선 또는 광의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic)-편광 및 횡전기(transverse electric)-편광 방사선 또는 광의 세기, 및/또는 횡자기-편광 및 횡전기-편광 방사선 또는 광 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.

광대역 방사선 또는 광 소스(즉, 방사선 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들의 광범위한 방사선 또는 광 소스)를 이용할 수 있으며, 이는 넓은 너비(etendue)를 제공하여 다수 파장들의 혼합(mixing)을 허용한다. 광대역에서의 복수의 파장들은, 바람직하게는 각각 δλ의 대역폭 및 적어도 2δλ(즉, 대역폭의 두 배) 이상의 간격을 갖는다. 방사선의 수 개의 "소스"들은 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 분할(split)되었던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들(angle resolved scatter spectra)이 다수 파장들에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 EP 1,628,164 A에서 더 상세히 설명된다.

기판(W) 상의 타겟(30)은 현상 이후에 바아(bar)들이 실선의 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 상기 바아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색수차(chromatic aberration)에 민감할 수 있으며, 이러한 수차들의 존재 및 조명 대칭성은 프린트된 격자의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 격자의 스케터로메트리 데이터가 상기 격자들을 재구성하는데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스케터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 기판 상의 피처의 모델을 평가하는데 사용되며, 도 5가 본 발명의 실시예와 관련된 절차들을 도시한다. 절차 S1에서, 피처의 스케터로메트리 측정이 평가될 기판을 이용하고 알려진 특성의 방사선을 이용하여 수행된다. 그 후, 상기 측정은 절차 S2에서 기판의 피처의 특정한 특성, 예를 들어 측벽 각도에 대한 제 1 값을 결정하는데 사용된다. 절차 S3에서 방사선의 파장이 변화된 후, 절차 S4에서 동일한 피처의 제 2 스케터로메트리 측정이 수행된다. 그 후, 절차 S5에서 기판의 피처의 특정한 특성의 제 2 값이 결정된다. 피처의 특성의 이 2 개의 값은 절차 S6에서 비교될 수 있다. 상기 값들이 유사한 경우, 이는 모델이 정확하다는 것을 나타낸다. 하지만, 상기 값들이 상이한 경우, 이는 모델이 정확하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 피처의 특성의 제 2 값이 제 1 값의 사전설정된 범위 내에 있는지가 결정된다. 사전설정된 범위는 제 1 값의 비율(proportion)일 수 있다.

또한, 모델을 평가하기 위해 피처의 특정한 특성에 대한 값들 대신에 잔차(residual)를 이용할 수도 있다. 잔차는 측정된 구조체 또는 프로파일로부터 발생한 퓨필 평면에서의 각도 분해된 스펙트럼과 재구성된 구조체 또는 프로파일로부터 발생한 퓨필 평면에서의 각도 분해된 스펙트럼 간의 차이다. 제 1 잔차를 결정하도록 제 1 스케터로메트리 측정이 수행된다. 제 2 잔차를 결정하도록 (제 1 측정 이후 또는 제 1 측정과 병행하여) 제 2 스케터로메트리 측정이 수행된다. 그 후, 제 1 잔차 및 제 2 잔차가 비교된다. 잔차들이 유사한 경우, 이는 모델이 정확하다는 것을 나타낸다. 잔차들이 상이한 경우, 이는 모델이 정확하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 잔차들 대신에, 적합도(goodness of fit)가 모델의 품질을 평가하는데 사용될 수 있으며, 상기 적합도는 측정된 퓨필 평면(즉, 측정된 각도 분해된 스펙트럼)과 계산된 퓨필 평면(즉, 재구성된 프로파일로부터 발생한 각도 분해된 스펙트럼) 간의 제곱 상관관계(squared correlation)로서 정의된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 방사선의 특성은 반복적으로 변화될 수 있으며, 반복 측정들이 수행될 수 있다. 더 많은 측정들이 수행될수록, 모델이 정확한지를 결정하는 것이 더 쉬울 것이다. 도 6은 복수의 파장들에서 측정되어 결정된 측벽 오차(SWA-err)를 도시한다. 이 결과들은, 피치가 140 nm이고 임계 치수가 55 nm인 조밀한 레지스트 격자를 이용함으로써 얻어졌다. 알 수 있는 바와 같이, 측벽 오차에 있어서 큰 변동이 존재하며, 이는 모델이 아주 정확하지 않다는 것을 나타낸다.

모델이 정확하지 않다는 이러한 결정에 응답하여, 상기 모델은 추가 피처들을 포함하거나, 현재 피처들 예를 들어 라인 에지 거칠기 또는 상부 또는 하부 라운딩(top or bottom rounding)을 조정하도록 수정될 수 있다. 그러므로, 발명의 실시예는 평가될 모델의 정확성을 가능하게 한다.

이 방법은, 모델에서 적절한 수의 파라미터들이 사용되었는지를 평가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 가능한 한 적은 파라미터들을 사용하는 모델이 사용될 수 있다. 다양한 파장들에서 스케터로메트리 측정들이 수행되고, 파장들의 범위에 걸쳐 결과들이 일치하는 경우에는 사용된 파라미터의 수가 충분하다. 하지만, 파장들의 범위에 걸쳐 결과들이 변하는 경우에는, 파장들의 범위에 걸쳐 결과들이 일치할 때까지 추가 파라미터들이 추가되어야 한다. 이 과정은 각각의 기판에 대해 반복될 수 있으며, 또는 대안적으로 기판들의 뱃치당 한번만 수행될 수 있다.

앞선 실시예는 방사선의 파장의 조정을 설명하지만, 방사선의 다른 특성이 조정될 수도 있다. 예를 들어, 이는 기판 상으로의 입사각, 편광 또는 조명 모드(TE 또는 TM)이다.

방사선의 파장은 간섭 필터, 제논 램프와 조합한 음향 광학 가변 필터(acousto optical tunable filter), 또는 초연속 레이저(supercontinuum laser)와 같은 종래의 방법들을 이용하여 조정될 수 있다. 대안적으로, 각각 상이한 파장을 갖는 다수 방사선 소스들이 사용될 수 있다. 방사선의 상이한 파장들은, 예를 들어 이미징 분광계를 이용하여 순차적으로 또는 동시에 측정될 수 있다. 예를 들어, 3 개의 컬러 소스에 대한 3 개의 상이한 파장에서 세기들을 측정하기 위해 컬러 CCD가 사용될 수 있다. 이미징 분광계는 장치의 검출 브랜치(detection branch) 내에 적절히 위치될 수 있다.

다수 파장들을 달성하는 대안적인 방법은 푸리에 변환 분광계를 사용하는 것이다. 도 7에 푸리에 변환 분광계가 도시된다. 이 분광계에서는, 빔이 빔 스플리터(46)에 의해 2 개의 빔들로 분할된다. 제 1 빔은 고정 위치 거울(48)에 의해 반사되고, 제 2 빔은 이동 거울(49)에 의해 반사된다. 그 후, 2 개의 빔은 빔 스플리터에 의해 재조합된다. 2 개의 빔들은 간섭하며, 상기 간섭은 광학 지연 및 이에 따른 두 빔들 간의 경로 차에 의존한다. 그 후, 복수의 위치들에서 이동 거울로 세기가 측정되고, 스펙트럼이 결정된다. 정확한 스펙트럼을 결정하기 위해서는, 수백 개의 세기들이 측정되어야 한다: 측정된 세기가 더 많을수록, 스펙트럼이 더 정확하다. 그 후, 스펙트럼은 각각의 파장에 대한 측정을 얻기 위해 푸리에 변환을 거치며, 관련 파라미터가 결정될 수 있다. 이러한 푸리에 변환 분광계는, 예를 들어 방사선의 여러가지 상이한 파장들을 발생시키는 백색 방사선 또는 광 소스와 함께 사용되어야 한다. 푸리에 변환 분광계는 분광계의 램프 하우스 내에, 또는 대안적으로 정면에 배치될 수 있으며, 또는 검출기(18)의 일부분을 형성한다.

일 실시예에서, 검출기는 검출된 방사선을 복수의 세분화-부분들로 분리하도록 구성되고, 세분화-부분 각각의 방사선은 특성에 대해 상이한 값을 갖는다. 또한, 검사 장치는 검출된 방사선을 복수의 세분화-부분들로 분리하도록 구성된 이미징 분광계를 포함할 수도 있으며, 세분화-부분 각각의 방사선은 특성에 대해 상이한 값을 갖는다.

본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 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 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.

이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.

본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.

본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.

상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (21)

1. 기판의 피처의 모델을 평가하는 방법에 있어서:
   알려진 특성들을 갖는 방사선을 이용하여, 상기 기판의 제 1 스케터로메트리 측정(scatterometry measurement)을 수행하는 단계- 상기 방사선은 제 1 특성 값을 가짐 -;
   상기 제 1 스케터로메트리 측정을 이용하여, 상기 기판의 피처의 특성의 제 1 값 또는 제 1 잔차(residual)를 결정하는 단계;
   제 2 특성 값을 갖는 상기 방사선을 이용하여, 제 2 스케터로메트리 측정을 수행하는 단계;
   상기 제 2 스케터로메트리 측정을 이용하여, 상기 피처의 특성의 제 2 값 또는 제 2 잔차를 결정하는 단계; 및
   상기 모델의 정확성을 결정하기 위해, 상기 피처의 특성의 상기 제 1 값과 상기 제 2 값, 또는 상기 제 1 잔차와 상기 제 2 잔차를 비교하는 단계;
   를 포함하는 모델 평가 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 방사선의 특성을 제 3 값으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 모델 평가 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제 3 특성 값을 갖는 상기 방사선을 이용하여, 제 3 스케터로메트리 측정을 수행하는 단계; 및
   상기 제 3 스케터로메트리 측정을 이용하여, 상기 피처의 특성의 제 3 값을 결정하는 단계;
   를 더 포함하고, 상기 비교하는 단계는 상기 피처의 특성의 상기 제 1 값, 상기 제 2 값, 및 상기 제 3 값을 비교하는 모델 평가 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 방사선의 특성을 제 4 값으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 모델 평가 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   변화될 방사선 특성은 상기 방사선의 파장인 모델 평가 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   변화될 방사선 특성은 상기 방사선의 편광인 모델 평가 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   변화될 방사선 특성은 상기 기판 상으로의 입사각인 모델 평가 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   변화될 방사선 특성은 상기 방사선의 조명 모드인 모델 평가 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 비교하는 단계는, 상기 피처의 특성의 상기 제 2 값이 상기 제 1 값의 사전설정된 범위 내에 있는지를 결정하는 단계를 포함하는 모델 평가 방법.
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