KR101890815B1 - 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법 및 연계된 데이터 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

Abstract

리소그래피 장치(LA)는 기판(W)에 걸쳐 타겟부들(필드들, C)에 반복적으로 패턴을 적용한다. 패턴을 적용하기에 앞서, 정렬 센서(AS)가 기판의 평면에서 마크들의 위치들을 측정하고, 레벨 센서(LS)가 기판의 평면에 수직인 방향으로 높이 편차들을 측정한다. 상기 장치는 기판에 패턴을 적용하는 한편, (a) 정렬 센서에 의해 측정된 위치들을 이용하여 적용 패턴을 위치시키고, (b) 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 이용하여 패턴을 포커스한다. 또한, 상기 장치는 (c) 측정된 높이 편차들의 도함수에 기초하여 적용 패턴의 위치설정의 보정들을 계산 및 적용하도록 배치된다. 보정들은 필드내 및/또는 필드간 보정을 기반으로 계산될 수 있다. 보정들은 동일한 기판에 대해 앞서 측정된 높이 편차들과 관찰된 높이 편차들 간의 변화들에 기초할 수 있다.

Description

리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법 및 연계된 데이터 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품{LITHOGRAPHIC APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD AND ASSOCIATED DATA PROCESSING APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}

본 출원은 2014년 1월 10일에 출원된 EP 출원 14150722.8의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

본 발명은 리소그래피 장치에서의 오버레이 오차(overlay error)들을 결정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 캘리브레이션(calibrate)되는 리소그래피 장치를 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법들, 및 이러한 방법의 부분들을 구현하는 데이터 처리 장치들 및 컴퓨터 프로그램 제품들에 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 부분, 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, 한 번에 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.

리소그래피 공정의 핵심적인 성능 파라미터는 오버레이 오차이다. 흔히 간단하게 "오버레이"라고 하는 이 오차는 앞선 층들에 형성된 피처들에 대한 올바른 위치에 제품 피처(product feature)들을 배치함에 있어서의 오차이다. 디바이스 구조체들이 훨씬 더 작아짐에 따라, 오버레이 사양들은 훨씬 더 엄격해진다.

일반적으로, 오버레이 오차는 예를 들어 US2012008127A1에서 설명되는 고급 공정 제어(advanced process control: APC)와 같은 방법들 및 예를 들어 US2013230797A1에서 설명되는 웨이퍼 정렬 모델들에 의해 제어되고 보정된다. 고급 공정 제어 기술들은 최근에 도입되었고, 적용되는 디바이스 패턴과 함께 기판들에 적용되는 메트롤로지 타겟들의 측정들을 사용한다. 이 타겟들은 오버레이가 스케터로미터와 같은 높은-스루풋(high-throughput) 검사 장치를 이용하여 측정되게 하고, 측정들은 후속 기판들을 패터닝하는 경우에 리소그래피 장치로 피드백되는 보정들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 검사 장치는 리소그래피 장치로부터 분리될 수 있다. 리소그래피 장치 내에서 웨이퍼 정렬 모델들은 통상적으로 기판에 제공된 정렬 마크들의 측정 -매 패터닝 동작의 예비 단계로서의 측정임- 에 기초하여 적용된다. 최근에 정렬 모델들은 고차 모델(higher order model)들을 포함하여, 웨이퍼의 비-선형 왜곡들을 보정한다. 또한, 정렬 모델들은 패터닝 동작 동안의 열 변형과 같은 다른 측정들 및/또는 계산된 효과들을 고려하도록 확장될 수 있다.

정렬 모델들 및 고급 공정 제어가 오버레이의 큰 감소를 가져왔지만, 모든 오차들이 보정된 것은 아니다. 예를 들어, 이 오차들 중 일부는 보정할 수 없는 잡음일 수 있으며, 다른 것들은 이론상으로 이용가능한 기술들을 이용하여 보정가능하지만, 실제로는 경제적으로 보정가능하지 않다. 예를 들어, 여전히 고차 보정을 예상할 수 있지만, 이들은 결국 위치 측정들의 더 높은 공간 밀도를 필요로 할 것이다. 정렬 마커들/오버레이 타겟들은 기판 상의 공간을 차지하고, 특정한 위치, 주로 제품 영역들 사이의 스크라이브 레인(scribe lane)들에 배치된다. 비-샘플링 영역(non-sampled area)들(예를 들어, IC들이 프린트되는 영역들) 내의 웨이퍼 그리드의 변형들은 샘플링 영역들과 상이할 수 있다. 정렬 마크들 및 오버레이 타겟들의 공간 밀도 및/또는 측정 빈도를 증가시키는 것은 리소그래피 공정의 스루풋(시간 당 웨이퍼) 및 각 기판에서 이용가능한 기능적 디바이스 영역에 악영향을 줄 것이다.

각 기판에 필요한 정렬 마크들이 차지하는 공간을 추가하지 않고, 또한 스루풋에 불리한 영향을 주지 않고 오버레이 성능을 개선하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 개선이 가능하다면 기존 리소그래피 장치 및 연계된 하드웨어를 이용하여 얻어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판으로 패턴을 적용하는 리소그래피 장치가 제공되고, 상기 장치는:

상기 패턴을 적용하기에 앞서 기판 상의 피처들의 위치들을 측정하는 정렬 센서 -상기 위치들은 기판의 평면에 평행인 방향들에서 측정됨- ; 및

상기 패턴을 기판에 적용하도록 리소그래피 장치를 제어하는 한편, 정렬 센서에 의해 측정된 위치들을 이용하여 상기 평행인 방향들에서 적용 패턴(applied pattern)의 위치설정을 제어하도록 배치되는 제어기를 포함하고,

상기 제어기는 상기 패턴을 적용하기에 앞서 기판에 걸친 국부적 높이 편차(local height deviation)들을 나타내는 데이터를 수용하고, 국부적 높이 편차들의 도함수(derivatives)에 기초하여 상기 평행인 방향들 중 적어도 하나에서 적용 패턴의 위치설정의 보정들을 계산 및 적용하도록 더 배치된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제어기는 기판에 걸친 현재 및 이전에 측정된 높이 편차들로부터 계산된 국부적 기울기 값(local slope value)들의 변화들에 기초하여 상기 보정들을 계산하도록 배치된다. 한 층의 패터닝과 또 다른 층의 패터닝 간의 높이 편차들의 변화들이 오버레이를 야기할 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 장치는 상기 패턴을 적용하기에 앞서 장치로 기판을 로딩(load)한 후에 기판에 걸쳐 높이 편차들을 측정하는 레벨 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 이용하여 수직 방향으로 적용 패턴의 위치설정을 제어하도록 배치되며, 상기 보정들을 계산하는 데 사용되는 국부적 높이 편차들을 나타내는 상기 데이터는 패턴을 적용하기에 앞서 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 연속 층들에 패턴들을 적용하는 단계, 및 기능적 디바이스 피처들을 생성하도록 기판을 처리하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 층들 중 적어도 하나에 패턴을 적용하는 단계는:

(a) 리소그래피 장치에서 기판 상의 피처들의 위치들을 측정하는 단계 -상기 위치들은 기판의 평면에 평행인 방향들에서 측정됨- ;

(b) 상기 패턴을 기판에 적용하도록 리소그래피 장치를 제어하는 한편, 상기 정렬 센서에 의해 측정된 위치들을 이용하여 상기 평행인 방향들에서 적용 패턴의 위치설정을 제어하는 단계;

(c) 상기 패턴을 적용하기에 앞서 기판에 걸친 국부적 높이 편차들을 나타내는 데이터를 얻는 단계; 및

(d) 국부적 높이 편차들의 도함수에 기초하여 상기 평행인 방향들 중 적어도 하나에서 적용 패턴의 위치설정의 보정들을 계산 및 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 장치 및 방법은 몇몇 실시예들에서 기존 장치들의 제어 소프트웨어를 변경함으로써 구현될 수 있다.

또한, 본 발명은 1 이상의 프로세서가 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 제어기를 구현하도록 하는 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

또한, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 제어기를 구현하도록 프로그램된 1 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 처리 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 1 이상의 프로세서가 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 단계(a) 내지 단계(d)를 수행하도록 하는 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

또한, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 단계(a) 내지 단계(d)를 수행하도록 프로그램된 1 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 처리 시스템을 제공한다.

이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 도 1의 장치를 통합한 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 알려진 실행에 따르고 본 발명의 일 실시예에 따라 변경되는, 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 공정들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 도 3의 공정들에서 기판에 대해 측정된 높이 편차들로부터의 위치 보정(positional correction)의 유도를 개략적으로 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예를 구현하는 공정의 흐름도;
도 6은 조밀하게 측정된 오버레이 맵 (a), (b), (c)와 높이 맵 데이터로부터 추론된 위치 편차들 (d), (e), (f)를 비교하는 도면;
도 7은 기판 상의 두 층들에 대해 관찰된 국부적 웨이퍼 높이 편차들의 예시적인 플롯을 나타내는 도면; 및
도 8은 평균 웨이퍼 높이 맵 데이터로부터 추론된 필드내(intrafield) 오버레이 오차들과 오버레이 타겟들의 위치들을 비교하는 도면이다.

본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 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 연결되는 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 연결되는 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 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

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

패터닝 디바이스 지지체는 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. 패터닝 디바이스 지지체는, 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 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 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 있다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다.

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.

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.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 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 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 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 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

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(PS)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 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 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 위치시키는 데 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, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, 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 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다.

도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 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(PS)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. 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 타입들의 리소그래피 장치 및 작동 모드들이 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크없는(maskless)" 리소그래피에서는, 프로그램가능한 패터닝 디바이스가 정지 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 가지며, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 각각의 타겟부는 통상적으로 "필드(field)"라고 칭해지며, 완료된 제품에서 1 이상의 제품 다이를 포함한다.

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

리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(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)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치들 사이에서 이동시킨 후, 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. 그 후, 트랙에 의해 처리된 기판들은 에칭 및 디바이스 제조 공정 내의 다른 화학적 또는 물리적 처리들을 위해 다른 처리 툴들로 전달된다.

리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 설명되는 다양한 액추에이터들 및 센서들의 모든 이동들 및 측정들을 제어한다. 또한, LACU는 장치의 작동에 관련된 원하는 계산들을 구현하는 신호 처리 및 데이터 처리 능력을 포함한다. 도입부 및 청구항들의 용어들에서, 이 처리 및 제어 기능들의 조합은 단순히 "제어기"라고 언급된다. 실제로는, 제어 유닛(LACU)이 많은 서브-유닛들의 시스템으로서 실현될 것이며, 각각 장치 내의 서브시스템 또는 구성요소의 실시간 데이터 취득, 처리 및 제어를 처리한다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템은 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어(servo control) 전용일 수 있다. 별도 유닛들이 개략 및 미세 액추에이터들, 또는 상이한 축선들을 처리할 수도 있다. 또 다른 유닛은 위치 센서(IF)의 판독 전용일 수 있다. 장치의 전체 제어는 이 서브-시스템들의 처리 유닛들, 조작자들, 및 리소그래피 제조 공정에 관련된 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.

다음 섹션들은 도 1의 리소그래피 장치에서 구현되는, 종래 및 신규한 정렬 방법들을 모두 설명한다.

정렬 공정 배경

도 3은 도 1의 듀얼 스테이지 장치에서 기판(W)의 타겟부들(예를 들어, 다이들)을 노광하는 단계들을 예시한다. 종래의 실행에 따른 공정이 우선 설명될 것이다.

좌측의 점선 박스 내에는 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계들이 있는 한편, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계들을 나타낸다. 때에 따라, 앞서 설명된 바와 같이, 기판 테이블들(WTa, WTb) 중 하나는 노광 스테이션에 있는 한편, 다른 테이블은 측정 스테이션에 있을 것이다. 설명의 목적으로, 기판(W)이 이미 노광 스테이션으로 로딩되었다고 가정된다. 단계 200에서, 새로운 기판(W')이 도시되지 않은 메카니즘에 의해 장치로 로딩된다. 이 두 기판들은 리소그래피 장치의 스루풋을 증가시키기 위해 병렬적으로(in parallel) 처리된다.

새로-로딩된 기판(W')을 우선 참조하면, 이는 앞서 처리되지 않은 기판으로서, 장치에서 제 1 노광(first time exposure)을 위해 새로운 포토 레지스트와 준비될 수 있다. 하지만, 일반적으로, 설명되는 리소그래피 공정은 일련의 노광 및 처리 단계들에서의 단지 하나의 단계일 것이므로, 기판(W')이 이미 여러 번 이 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치들을 거쳤고, 겪어야 할 후속한 공정들도 가질 수 있다. 특히, 오버레이 성능을 개선하는 문제를 위해, 작업은 패터닝 및 처리의 1 이상의 사이클을 이미 거친 기판 상의 정확히 올바른 위치에 새로운 패턴들이 적용될 것을 보장하여야 한다. 이 처리 단계들은 만족스러운 오버레이 성능을 달성하기 위해서 측정되고 보정되어야 하는 기판 내의 왜곡들을 점진적으로 도입한다.

이전 및/또는 후속 패터닝 단계는 언급된 바와 같이 다른 리소그래피 장치들에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입들의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터들에 있어서 매우 요구가 많은 디바이스 제조 공정에서의 몇몇 층들은 요구가 덜한 다른 층들보다 더 고급 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 그러므로, 몇몇 층들은 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 '건식(dry)' 툴에서 노광된다. 몇몇 층들은 DUV 파장들에서 동작하는 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 이용하여 노광된다.

202에서, 기판 마크들(P1) 등 및 이미지 센서들(도시되지 않음)을 이용한 정렬 측정들이 기판 테이블(WTa/WTb)에 대한 기판의 정렬을 측정 및 기록하는 데 사용된다. 또한, 기판(W')에 걸친 수 개의 정렬 마크들이 정렬 센서(AS)를 이용하여 측정될 것이다. 이 측정들은 일 실시예에서 "웨이퍼 그리드"를 구축하는 데 사용되며, 이는 공칭 직사각형 그리드에 대한 여하한의 왜곡을 포함한 기판에 걸친 마크들의 분포를 매우 정확히 매핑한다.

단계 204에서, X-Y 위치에 대한 웨이퍼 높이(Z)의 맵이 또한 레벨 센서(LS)를 이용하여 측정된다. 통상적으로, 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 포커싱을 달성하기 위해서만 사용된다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 본 장치는 정렬 측정들을 보충하기 위해서도 높이 맵 데이터를 사용한다.

기판(W')이 로딩된 경우, 레시피 데이터(recipe data: 206)가 수신되었고, 이는 수행될 노광들, 및 또한 앞서 구성된 그리고 이 위에 구성될 패턴들 및 웨이퍼의 특성들을 정의한다. 이러한 레시피 데이터에 202, 204에서 구성되었던 웨이퍼 위치의 측정들, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵이 추가되어, 레시피 및 측정 데이터의 완전한 세트(208)가 노광 스테이션(EXP)으로 보내질 수 있다. 정렬 데이터의 측정들은 예를 들어 리소그래피 공정의 결과물인 제품 패턴들에 고정된 또는 공칭적으로 고정된 관계로 형성되는 정렬 타겟들의 X 및 Y 위치들을 포함한다. 노광 직전에 취해진 이러한 정렬 데이터는 정렬 모델의 파라미터들을 제공하도록 조합되고 보간된다. 이러한 파라미터들 및 정렬 모델은 현재 리소그래피 단계에 적용된 패턴들의 위치들을 보정하기 위해 노광 동작 동안 사용될 것이다. 종래의 정렬 모델은 상이한 차원(dimension)들에서, '이상적인' 그리드의 병진(translation), 회전 및 스케일링(scaling)을 함께 정의하는, 4 개, 5 개 또는 6 개의 파라미터들을 포함하였을 수 있다. US 2013230797A1에서 더 설명되는 바와 같이, 더 많은 파라미터를 사용하는 고급 모델들이 알려져 있다.

210에서, 웨이퍼들(W' 및 W)이 스와핑(swap)되어, 측정된 기판(W')이 노광 스테이션(EXP)에 들어가는 기판(W)이 된다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이러한 스와핑은 장치 내에서 지지체들(WTa 및 WTb)을 교환함으로써 수행되어, 기판들(W, W')이 지지체들 상에 정확히 클램핑되고 위치된 채로 유지되고, 기판 테이블들과 기판들 자체 간의 상대 정렬을 보존한다. 따라서, 일단 테이블들이 스와핑되었으면, 투영 시스템(PS)과 기판 테이블(WTb)(전에는 WTa) 간의 상대 위치를 결정하는 것이 노광 단계들의 제어에서 기판(W)(전에는 W')에 대한 측정 정보(202, 204)를 사용하기 위해 필요한 전부이다. 단계 212에서, 마스크 정렬 마크들(M1, M2)을 이용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계 214, 단계 216, 단계 218에서, 스캐닝 모션(motion)들 및 방사선 펄스들이 다수의 패턴들의 노광을 완료하기 위해서 기판(W)에 걸쳐 연속 타겟 위치들에 적용된다.

노광 단계들의 수행에 있어서 측정 스테이션에서 얻어진 정렬 데이터 및 높이 맵을 이용함에 의해서, 이러한 패턴들이 원하는 위치들에 대해, 특히 동일한 기판에 앞서 놓인 피처들에 대해 정확히 정렬된다. 이제 W"로 표시되는 노광된 기판이 단계 220에서 장치로부터 언로딩되어, 노광된 패턴에 따라 에칭 또는 다른 공정들을 겪게 된다.

고급 정렬 모델들이 사용되는 경우에도, 리소그래피 장치의 오버레이 성능에 있어서 오차들이 불가피하게 남는다. 또한, 개별적인 리소그래피 장치가 동일한 기판을 처리하는 다른 장치들과 상이하게 수행될 수 있다. 리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 성능 파라미터들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다.

그러므로, 검사 장치는 정렬 센서들(AS)과 독립적으로 기판들의 특성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치(도 2에 도시되지 않음)는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 이는 스케터로미터, 예를 들어 공개된 미국 특허 출원 US2006033921A1에서 설명되는 당시의 각도-분해된 스케터로미터(angle-resolved scatterometer)일 수 있다.

또한, 검사 장치는 개별적인 리소그래피 장치를 캘리브레이션하고 상이한 툴들로 하여금 더 상호교환가능하게 사용되게 하는 고급 공정 제어(APC) 시스템에서 사용될 수 있다. 장치의 포커스 및 오버레이(층-대-층 정렬) 균일성에 대한 개선들이 최근에 안정화 모듈(stability module)의 구현에 의해 달성되었고, 이는 주어진 피처 크기 및 칩 적용을 위한 최적화된 공정 윈도우를 유도하여, 더 작고 더 진보된 칩들의 생성을 지속할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 안정화 모듈은 일정한 간격으로, 예를 들어 매일 자동으로 시스템을 사전-정의된 베이스라인(baseline)으로 리셋(reset)한다. 안정화 모듈을 통합한 리소그래피 및 메트롤로지 방법들의 더 상세한 내용은 US2012008127A1에서 찾아볼 수 있다. 알려진 예시는 3 개의 주 공정 제어 루프들을 구현한다. 제 1 루프는 안정화 모듈 및 모니터 웨이퍼들을 이용하여 리소그래피 장치의 로컬 제어(local control)를 제공한다. 제 2 (APC) 루프는 제품에 대한(on-product) 로컬 스캐너 제어를 위한 것이다(제품 웨이퍼들에 대한 포커스, 도즈, 및 오버레이를 결정함).

제 3 제어 루프는 (예를 들어, 이중 패터닝을 위해) 제 2 (APC) 루프로의 메트롤로지 통합을 허용하기 위한 것이다. 이러한 루프들은 모두 검사 장치에 의해 수행되는 측정들, 및 도 3의 실제 패터닝 작동들 동안에 수행되는 측정들을 이용한다.

높이 맵 데이터에 기초한 정렬 보정들

상술된 장치들 및 절차들은 특히 오버레이 성능에 있어서 큰 개선들을 제공하였지만, 현대 디바이스들은 훨씬 더 작은 피처들 및 결과로서 오버레이 성능의 계속된 개선(ever improving)을 요구한다. 오버레이에 대한 몇몇 나머지 기여자들은 알려진 제어 루프들에 의해 보정되지 않는데, 이는 예를 들어 이들이 앞서 설명된 알려진 기술들에 의해 보정되는 범위 밖의 공간 주파수 성분들을 갖기 때문이다. 예를 들어 기판에 걸쳐 수행되는 측정들 및 메트롤로지 타겟들의 공간 밀도를 증가시킴에 의해서, 이러한 나머지 성분들을 측정하고 제거하는 것은 원칙적으로 단순할 수 있지만, 이러한 개선들은 (ⅰ) 기능적 제품 피처들 대신에 메트롤로지에 사용되는 기판 영역, 및 (ⅱ) 측정 및 처리 시간의 측면에서 큰 오버헤드(overhead)를 가져올 것이다. 기판들의 스루풋(시간 당 웨이퍼) 및 기판 당 기능적 디바이스 영역에 부정적인 영향을 줄 것이며, 이는 애초에 피처 크기들을 감소시키는 것의 이점을 무효화한다.

발명자들은 패터닝 단계에 대한 선도자(precursor)로서 이미 획득한 높이 맵 데이터가 오버레이를 개선하기 위해 추가적인 정렬 보정들을 얻는 데 사용될 수 있다는 것을 인지하였다. 또한, 높이 맵 데이터는 통상적으로 지정된 정렬 마크들 및 오버레이 타겟들로 이용가능한 것보다 훨씬 더 큰 공간 밀도로 획득된다. 신규한 장치는 X-Y 평면 내의 위치의 추가적인 보정들을 계산하기 위해 이 높이 맵 데이터의 도함수를 사용한다. 그러므로, 추가적인 측정 공정들 또는 장비가 신규한 방법을 구현하기 위해 필요하지 않다.

다시 도 3을 참조하면, 높이-기반 오버레이 보정 모듈(302)이 노광 스테이션 내에 개략적으로 도시된다. 이러한 모듈은 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)(도 1)의 여하한의 프로세서에서 실행되는 적절한 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 모듈(302)이 현재 기판(W)에 대해 단계 204에서 측정된 높이 맵 데이터[Z(curr)]를 수신한다. 본 실시예에서, 모듈(302)은 또한 이전 패터닝 단계에서의 동일한 기판에 대한 높이 맵 데이터[Z(prev)]를 수신한다. 모듈(302)은 이러한 이전 데이터를 데이터베이스로부터 능동적으로 회수할 수 있으며, 또는 이것이 레시피 데이터(206)의 일부로서 공급될 수 있다. 통상적으로 기판의 모든 부분들에 걸쳐 높은 밀도로 샘플링되는 이러한 데이터로부터, 추가적인 오버레이 보정(OVh)이 계산된다.

보정(OVh)은 X 및/또는 Y 방향으로의 성분들을 가질 수 있고, 단계 202로부터의 정렬 데이터를 이용한 정렬 모델에 추가하여, 단계 214 내지 단계 218에서 기판(W)에 적용되는 패턴의 위치설정의 미세 보정들을 적용하는 데 사용된다. 보정(OVh)은 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 별개의 필드간(interfield) 및 필드내 성분들의 형태로 제공될 수 있다.

도 4는 높이 데이터(Z)로부터 보정(OVh)을 도출하는 원리들을 예시한다. 기판(W)은 제품 피처들의 새로운 층을 형성하도록 패턴이 적용될 상부면(400)을 갖는다. 높이 맵 데이터는, 상부면(400)이 공칭 평면으로부터 Z 방향으로 국부적으로 벗어남(deviate locally)을 나타낸다. 이러한 편차들은 원시 기판(raw substrate)에 존재하는 편차들을 포함한다. 더 명확하게는, 이들은 기판 상의 연속 층들에 디바이스 피처들을 형성하기 위해 사용되는 다양한 화학적 및 물리적 처리 단계들에 의해 도입되는 편차들을 포함한다. 도 4에 나타낸 단면은 3-차원(X,Y,Z) 직교 좌표계의 X-Z 평면에서 취해진다. 유사한 높이 편차들 및 기울기들이 Y-Z 평면에서 측정될 수 있다. 이러한 높이 맵 데이터는 기판이 기판 테이블(WTa 또는 WTb)에 클램핑되는 동안에 리소그래피 장치에 의해 수집된다는 것을 유의한다. 기판에 어떠한 힘도 부과되지 않는 경우에 토포그래피(topography)가 상이할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 스캐너로부터의 웨이퍼 토포그래피 데이터의 도출을 사용하는 것이 본 발명의 범위 내에 있으며, 또는 여하한의 오프-라인 툴이 이 발명에서 사용될 수 있다.

각각의 높이 값(Z) 및 그 이웃들에 기초하여, 도함수(Z')가 도출되며, 이는 간단한 예시에서 기판에 걸친 각 지점에서의 면(400)의 국부적 기울기를 나타낸다. 간단한 지오메트리(geometry)를 이용하여, 그리고 기울기들이 작아서 "작은 각도 근사(small angle approximation)"가 유효하다고 가정하여, 다음 수학식들이 쓰여질 수 있다:

이 수학식들에서, Z'는 X 방향에서의 국부적 기울기이며, d는 웨이퍼 두께이다. Xh는 (도 4에 예시된 간단한 지오메트리에 의해) 높이 편차들에 기인하는 X 방향에서의 변위를 나타낸다. 유사한 수학식들이 Y 방향에 대한 변위(Yh)를 추론하도록 쓰여지고 적용될 수 있다. 이 변위들(Xh, Yh)은 의도된 위치 이외의 위치에서 면(400)에 형성되는 피처들을 유도할 것이다. 도 4에 예시된 바와 같은 기울기들 및 굴곡들을 포함한 높이 맵이 각 층에 대해 동일한 경우, 변위들(Xh 및 Yh)은 변화하지 않고 오버레이에 대한 결과적인 기여는 존재하지 않을 것이다.

하지만, 실제 공정에서는, 층들 사이에 상당한 높이 편차들이 도입되어 Xh 및 Yh가 층마다 확실히 변화할 수 있다. 제 1 원인은 제 1 층에 대한 패터닝에 후속하여 일어난 처리(processing)의 효과들일 것이다. 또 다른 원인은, 상이한 층들을 형성하기 위해 상이한 툴들 또는 심지어 동일한 툴 내의 상이한 기판 테이블들이 사용되는 경우, 개별적인 리소그래피 장치, 기판 지지체 등에서의 차이들일 수 있다. 기판 상의 두 층들 간의 변위들(Xh 및 Yh)의 결과적인 차이는, 보정되지 않으면, 제 2 층을 형성하기 위해 패턴이 적용되는 경우에 오버레이 오차를 도입할 것이다. 현재 층 및 이전 층 높이 맵 데이터[Z(prev) 및 Z(curr)]를 이용하여, 이전 층에 대해 얻어진 변위들(Xh 및 Yh)과 현재 층에 대해 얻어진 변위들(Xh 및 Yh) 간의 차이를 계산함으로써 오버레이 보정들(OVh)이 도출될 수 있다. 실제로, 차이가 X 및 Y에서 별도로 계산되든지, 또는 조합된 벡터 형태로 계산되든지는 무관함을 유의한다. 차이는 X 또는 Y와 다른 몇몇 방향, 예를 들어 기판의 중심으로부터 반경 방향(radial direction)으로 계산될 수 있다. 아래의 예시들은, 예를 들어 필드간 보정을 계산하는 경우에 오버레이의 반경방향 성분을 사용하고, 필드내 보정들을 계산하는 경우에는 X 및/또는 Y 성분들을 사용한다. 차이는 도함수(Z')가 계산되기 전에 높이 맵들(Z) 사이에서 계산될 수 있으며, 또는 차이는 각 층에 대해 변위들(Xh 및 Yh)이 계산된 후에 계산될 수 있다. 모든 경우에, 결과는 동등(equivalent)하며, 본 발명은 계산의 여하한의 특정 순서에 제한되지 않는다. 또한, 높이 맵 데이터는 높이 샘플들의 그리드의 형태로 사용될 수 있으며, 또는 높이 편차들은 바람직하다면 몇몇 모델에 피팅될 수 있다.

도 5는 예시적인 일 실시예에서 앞서 설명된 바와 같은 신규한 방법을 요약한 간단한 흐름도이다. 기판들이 정렬 센서(AS) 및 레벨 센서(LS)를 이용하여 측정된다. 정렬에 기초한 정렬 모델(ALM)이 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 패터닝 단계(PAT)에서 적용 패턴의 위치설정을 제어하는 데 사용된다. 레벨 센서로부터의 높이 맵 데이터는 패터닝 단계에서의 포커스를 제어하기 위해 포커스 제어 모델(FOC)에서 사용된다. 패턴이 패터닝 단계(PAT)에서 각각의 타겟부에 적용된 후, 기판은 패턴에 따라 디바이스 피처들을 생성하도록 처리된다. 기판은 모든 제품 층들이 완료될 때까지 추가 패터닝을 위해 되돌아간다.

이러한 종래의 단계들에 추가하여, 현재 및 이전 높이 맵 데이터가 높이-기반 오버레이 보정 모듈(HBO)[도 3에서 모듈(302)]로 공급된다. X 및/또는 Y 방향에서의 추가적인 보정들(OVh)이 모듈(302)에 의해 공급되고, 위치설정을 개선(refine)하는 데 사용된다. 또 다른 보정들이 고급 공정 제어 모듈(APC)에 의해 공급될 수 있다. 모듈들(ALM, APC 및 HBO)은 단일 모듈로 조합될 수 있다.

높이-기반 오버레이 보정들(OVh)은 필드내 및/또는 필드간 형태들로 제공될 수 있다. 필드내 보정들은 각각의 타겟부에 반복적으로 적용될 것이다. 필드간 보정들은 기판 상의 현재 타겟부의 위치에 의존하여 적용될 것이다. 이러한 성분들은 상이한 처리 효과들로부터 발생하는 높이-기반 오버레이를 보정하는 데 사용될 수 있다.

점선 데이터 경로들에 의해 예시된 바와 같이, APC 모듈은 공정의 제어를 업데이트하기 위해 검사 장치(MET)로부터의 메트롤로지 데이터를 사용한다. 모듈(HBO)이 오버레이 오차들을 드러내어 공정 제어 루프들에서 모델링되고 보정될 수 있는 경우, 이는 나타낸 바와 같이 모듈들 간의 패스-인-정보(pass-in-information)에 의해 행해질 수 있다. 유사하게, 높이-기반 변위들이 정렬 모듈에서 보정될 가능성이 있는 경우, 이 정보는 보정들(OVh)을 변경하여 이중-보정을 회피하는 데 사용될 수 있다. 하지만, 실제로는, 높이-기반 보정들(OVh)이 다른 보정 모델들에 완전히 상보적(complementary)이라고 알려진다. 이는 주로 (ⅰ) 기존 모델들에 의해 보정될 수 있는 오버레이 오차가 그렇게 보정되고 높이 맵 데이터에서 나타나지 않으며, (ⅱ) 높이 맵 데이터가 원래(by its nature) 다른 센서들에 의해 드러나지 않고 이에 따라 기존 모델들에 의해 보정되지 않는 오버레이의 공간 주파수 성분들을 드러내기 때문이다. 이는 이어지는 실험적 예시들에서 보여질 것이다.

실험적 근거

도 6 내지 도 8은 본 명세서에 기재된 높이-기반 오버레이 보정의 잠재성(potential)을 확인하는 실험적 데이터를 나타낸다.

도 6은 특히 조밀한 분포의 오버레이 메트롤로지 타겟들이 제공된 실제 기판으로부터 얻어진 2 개의 연속 층들 간의 오버레이 측정 차이들을 나타낸다. 도면에서, (a)는 오버레이 맵을 벡터들의 형태로 나타내고, (b)는 오버레이 맵의 반경방향 성분을 나타내며, (c)는 이 데이터에 의해 드러난, 오버레이의 반경방향 의존도(radial dependence)를 그래프 형태로 나타낸다. 도 6(b) 및 도 6(c)에서 알 수 있는 바와 같이, 오버레이의 반경방향 성분(OV_r)은 웨이퍼의 중심 주위에서(R→0에 대해, 이때 R은 중심으로부터 R = 15 cm에서의 외측 에지까지의 반경방향 위치임) 거의 변동하지 않는다. 하지만, 100 mm보다 큰 웨이퍼 반경에서 (1 cm 정도의 주기로) 진동들이 나타난다.

도 6(d)는 동일한 웨이퍼에 대하여 레벨 센서(LS)에 의해 측정된 웨이퍼 높이 맵 차이(즉, 두 층들의 높이 맵들 간의 차이)를 나타낸다. (e)에서, 앞선 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 도 6(d)의 높이 맵 델타(delta)로부터 추론되는 반경방향 성분 오버레이(OVh)의 맵이 도시된다. 이 그래프는, 모든 필드들[타겟부(C)들]의 평균 OVh 맵이 각각의 필드 위치에서 계산되고 감산되었기 때문에 필드간 효과들만을 포함한다는 것을 유의한다. 도 6(f)는 그래프의 형태로 도 6(e)의 반경방향 성분 맵에 걸친 OVh의 반경방향 의존도를 나타낸다. 도 6(c) 및 도 6(f)를 비교함에 의해서, 두 방법들에 대해 웨이퍼 에지들에서 (유사한 주기들을 갖는) 유사한 진동들이 관찰된다. 이는 높이-기반 오버레이 보정들이 다른 수단에 의해 보정되지 않는 오버레이의 성분들을 제거하는 데 효과적일 수 있음을 입증한다.

신규한 방법의 또 다른 예시적인 적용이 도 7 및 도 8에 도시된다. 도 7은 동일한 기판 상의 두 층들에 대하여 X 위치에 대한 웨이퍼 높이 Z의 예시적인 플롯을 나타낸다. 높이 편차들의 패턴은 뚜렷한 반복적 성분을 갖는데, 이는 왜곡이 제품 영역들에서 처리되는 다수 층들에 의해 크게(a large degree) 야기되기 때문이다. 처리에 의한 토포그래피 변화는, 웨이퍼가 웨이퍼 테이블 상에 클램핑된 경우에 상이한 시그니처(signature)를 전달할 수 있다. 필드 폭은 약 15 mm이다. 높이 변동들은 제품에 걸쳐 수십 나노미터일 수 있는 한편, 곧 있을 "3-D" 제품들은 수백 나노미터, 및 심지어는 1 ㎛ 이상의 높이 편차들을 겪을 수 있다. 도 8은 기판 상의 필드들 모두에 걸쳐 평균된 높이-기반 오버레이 프로파일(700)을 나타낸다. 즉, 화살표들은 웨이퍼 높이 맵으로부터 추론된 오버레이 값들(OVh)을 나타낸다. 원들(701)은 각각의 필드 내의 오버레이 메트롤로지 타겟들의 위치들을 나타낸다. 높이 샘플들(정사각형 그리드)의 공간 밀도는 오버레이 메트롤로지 타겟들의 밀도보다 훨씬 더 크다는 것을 주목한다. 또한, 오버레이는 오버레이 타겟들(701)이 배치되는 영역들(스크라이브 레인 영역들) 내에서 작지만, 높이-기반 계산은 집적 회로들의 제품 피처들이 존재하는 영역들 내에서 오버레이의 강한, 높은-공간 주파수 변동들을 드러낸다. 이 차이는 제조하는 동안 실제-디바이스와 타겟-측정된 오버레이 사이에 미스매칭(mismatch)을 발생시킬 수 있다. 도 8의 프로파일은 주로 Y 방향에서 오버레이 프로파일의 의존도를 나타낸다. 이러한 의존도는 리소그래피 장치(LA)에서의 스캐닝 작동 시 비교적 쉽게 보정될 수 있다.

실제 적용에서, 도 8에 예시된 바와 같은 필드내 보정들은 도 6에 나타낸 타입의 필드간 보정들과 조합될 수 있다. 높이 맵 데이터 및 보정들은 모든 기판에 대해 측정되고 계산될 수 있으며, 또는 이들은 유사한 효과들이 기대되는 경우에 한 번 계산되고 수 개의 기판들에 적용될 수 있다. 공정에 대한 필드간 변동들은 테스트 웨이퍼들을 이용하여 한 번 계산되고 제품 기판들에 적용될 수 있는 한편, 필드내 변동들은 제품 웨이퍼들에 대해 측정되고 계산되고 보정된다(또한 그 역도 가능함). 이전 웨이퍼 높이 맵 데이터[Z(prev)]가 동일한 웨이퍼의 이전 측정으로부터 비롯될 수 있으며, 또는 이는 평균 또는 샘플로부터 추론될 수 있다.

결론

결론적으로, 층들 간의 오버레이를 모니터링 및/또는 보정하는 신규한 방법은 입력 파라미터로서 이용가능한 저장된 높이 맵 데이터를 필요로 한다. 신규한 방법은 간단한 수학식들을 이용하여 높이 맵들을 오버레이 보정들로 전환한다. 이 신규한 방법은 현재 방법들과 병행하여 구현될 수 있다. 또한, 신규한 방법은 리소그래피 시스템의 하드웨어의 변화를 필요로 하지 않고, 입력 데이터로서 리소그래피 제조 공정 동안 이미 측정되고 저장되었던 데이터를 사용한다.

오버레이 보정들을 계산하는 데 레벨 센서 데이터를 이용하는 것은, (ⅰ) 그 데이터가 통상적으로 높은 밀도로 포착되고, 리소그래피 장치 내에서 이미 이용가능하며, (ⅱ) 기판이 장치로 로딩되고, 이것이 노광 또는 다른 패터닝 단계 동안 클램핑될 때와 같이 정확히 기판 테이블에 클램핑된 후에 데이터가 포착된다는 점에서 이점을 갖는다. 하지만, 이용가능할 수 있는 다른 소스들로부터의 높이 맵 데이터를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 웨이퍼 토포그래피 데이터가 외부 메트롤로지 툴로부터 비롯될 수 있다. 웨이퍼 토포그래피(높이 편차들)에 관한 여하한의 정보가 측정된 높이 맵이든지, 간접적으로 측정되든지, 예를 들어 처리 이력 등으로부터 추론된 높이 데이터 및 그와 유사한 것이든지 관계없이 사용될 수 있다. 앞선 레벨 센서 데이터의 예시에서와 같이, 다른 소스들로부터의 높이 데이터는 정렬 마크들 및/또는 오버레이 타겟들에 의해 커버되지 않는 위치들에서의 샘플들을 포함할 수 있다. 높이 측정들은 정렬 마크들 및/또는 오버레이 타겟들보다 높은 공간 밀도와 최적으로 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 앞서 설명된 바와 같은 높이 맵 데이터를 이용하여 리소그래피 장치를 제어하는 방법들을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 이용하여 구현될 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 또는 몇몇 다른 제어기 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 타입의 기존 리소그래피 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서가 도 5에 나타낸 방법의 변경 단계들(HBO 및/또는 PAT)을 수행하고 이에 따라 오버레이 보정들을 계산 및 적용하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 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 토포그래피는 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 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (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) 방사선을 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.

특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 기재된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항들 및 그 균등물들에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (28)

1. 기판 상으로 패턴을 적용하는 리소그래피 장치에 있어서:
   상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 기판 상의 피처들의 위치들을 측정하는 정렬 센서 -상기 위치들은 상기 기판의 평면에 평행인 방향들에서 측정됨- ; 및
   상기 패턴을 상기 기판에 적용하도록 상기 리소그래피 장치를 제어하는 한편, 상기 정렬 센서에 의해 측정된 위치들을 이용하여 상기 평행인 방향들에서 적용 패턴(applied pattern)의 위치설정을 제어하도록 배치되는 제어기
   를 포함하고,
   상기 제어기는 상기 기판에 상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 기판에 걸쳐서 측정된 상기 기판의 국부적 높이 편차(local height deviation)들을 나타내는 현재 측정된 높이 편차들을 포함하는 데이터를 수신하고, 상기 국부적 높이 편차들의 도함수(derivatives)에 기초하여 상기 평행인 방향들 중 적어도 하나에서 상기 적용 패턴의 위치설정의 보정들을 계산 및 적용하도록 더 배치되는 리소그래피 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는 동일한 기판 또는 유사한 기판에 대해 이전에 패턴을 적용하기에 앞서 수행된 이전에 측정된 높이 편차들을 데이터베이스로부터 수신하고, 상기 현재 및 이전에 측정된 높이 편차들 간의 변화에 기초하여 상기 보정들을 계산하도록 배치되는 리소그래피 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 장치로 상기 기판을 로딩(load)한 후에 상기 기판에 걸쳐 높이 편차들을 측정하는 레벨 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 이용하여 기판 표면의 수직 방향에서 상기 적용 패턴의 위치설정을 제어하도록 배치되며,
   상기 보정들을 계산하는 데 사용되는 국부적 높이 편차들을 나타내는 상기 데이터는 상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 포함하는 리소그래피 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 장치는 상기 기판에 걸쳐 연속 타겟부들에 반복적으로 상기 패턴을 적용하도록 배치되고, 상기 보정들은 상기 기판 상의 위치에 따라 타겟부에 대해 계산 및 적용되는 필드간(interfield) 보정들을 포함하는 리소그래피 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 보정들은 상기 기판에 걸친 타겟부의 위치와 독립적으로 모든 타겟부에 대해 계산 및 적용되는 필드내(intrafield) 보정들을 더 포함하는 리소그래피 장치.
6. 디바이스 제조 방법에 있어서,
   기판의 연속 층들에 패턴들을 적용하는 단계, 및 기능적 디바이스 피처들을 생성하도록 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하고, 상기 층들 중 적어도 하나에 패턴을 적용하는 단계는:
   (a) 정렬 센서를 사용하여, 리소그래피 장치에서 상기 기판 상의 피처들의 위치들을 측정하는 단계 -상기 위치들은 상기 기판의 평면에 평행인 방향들에서 측정됨- ;
   (b) 상기 패턴을 상기 기판에 적용하도록 상기 리소그래피 장치를 제어하는 한편, 상기 정렬 센서에 의해 측정된 위치들을 이용하여 상기 평행인 방향들에서 적용 패턴의 위치설정을 제어하는 단계;
   (c) 상기 기판에 상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 기판에 걸쳐 측정된 상기 기판의 국부적 높이 편차들을 나타내는 현재 측정된 높이 편차들을 포함하는 데이터를 얻는 단계; 및
   (d) 상기 국부적 높이 편차들의 도함수에 기초하여 상기 평행인 방향들 중 적어도 하나에서 상기 적용 패턴의 위치설정의 보정들을 계산 및 적용하는 단계
   를 포함하는 디바이스 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   단계 (c)에서, 동일한 기판 또는 유사한 기판에 대해 이전에 패턴을 적용하기에 앞서 수행된 이전에 측정된 높이 편차들을 데이터베이스로부터 수신하는 단계를 더 포함하고, 단계 (d)에서 보정들은 상기 현재 및 이전에 측정된 높이 편차들 간의 변화에 기초하여 계산되는 디바이스 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   (a1) 상기 패턴을 적용하기에 앞서 상기 장치로 상기 기판을 로딩한 후에 상기 리소그래피 장치에서 레벨 센서를 이용하여 상기 기판에 걸쳐 높이 편차들을 측정하는 단계를 더 포함하고, 단계 (b)는 상기 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 이용하여 기판 표면의 수직 방향으로 상기 적용 패턴의 위치설정을 제어하며, 단계 (c)에서 상기 보정들을 계산하는 데 사용되는 국부적 높이 편차들을 나타내는 상기 데이터는 단계 (a1)에서 상기 레벨 센서에 의해 측정된 높이 편차들을 포함하는 디바이스 제조 방법.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 리소그래피 장치는 상기 기판에 걸쳐 연속 타겟부들에 반복적으로 상기 패턴을 적용하도록 제어되고, 상기 보정들은 상기 기판 상의 위치에 따라 타겟부에 대해 계산 및 적용되는 필드간 보정들을 포함하는 디바이스 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정들은 상기 기판에 걸친 타겟부의 위치와 독립적으로 모든 타겟부에 대해 계산 및 적용되는 필드내 보정들을 더 포함하는 디바이스 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 필드내 보정들은 복수의 타겟부들에 걸쳐 평균된 경우에 각각의 타겟부 내에서 관찰되는 높이 편차들에 기초하여 계산되는 디바이스 제조 방법.
12. 1 이상의 프로세서가 제 1 항에 따른 리소그래피 장치의 제어기를 구현하도록 하는 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
13. 제 1 항에 따른 리소그래피 장치의 제어기를 구현하도록 프로그램된 1 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 처리 시스템.
14. 1 이상의 프로세서가 제 6 항에 따른 방법의 단계 (a) 내지 단계 (d)를 수행하도록 하는 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
15. 제 6 항에 따른 방법의 단계 (a) 내지 단계 (d)를 수행하도록 프로그램된 1 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 처리 시스템.
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