KR102213031B1 - 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치를 검출하기 위한 방법 - Google Patents

측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치를 검출하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토리소그라픽 마스크(2)를 위한 마스크 홀더(1)의 위치를 검출하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 다음의 단계:
- 측정 장치의 측정 테이블 상에 마스크(2)를 갖는 마스크 홀더(1)를 위치시키는 단계,
- 알고리즘에 의해 마스크 홀더(1)를 측정하는 단계,
- 측정 테이블 상의 마스크 홀더(1)의 절대 위치를 저장하는 단계,
- 적어도 하나의 기준 이미지를 기록하며 저장하는 단계를 포함한다.

Description

측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치를 검출하기 위한 방법
본 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2016 107 524.8을 우선권으로 청구하며, 이 독일 특허 출원의 내용은 본 명세서에서 전체가 참조로서 인용된다.
본 발명은 반도체 리소그라피를 위한 마스크용 마스크 홀더의 위치를 검출하기 위한 방법, 특히, 이를 위해 사용되는 측정 시스템을 캘리브레이트(calibrate)하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러한 마스크는 보통 구조, 소위 패턴을 포함하며, 이러한 구조는 반도체 소자의 제조 범위 내에서 반도체 기판, 소위 웨이퍼 상에 이미징된다.
앞서 언급한 마스크의 제조 및 후속한 응용 범위 내에서, 마스크 상의 패턴의 절대 위치를 판정해야 한다. 이를 위해, 이 응용을 위해 특수하게 개발된 좌표 측정기를 보통 사용한다. Carl Zeiss SMT GmbH 제조의 상업적으로 이용 가능한 PROVE® 시스템이 여기서 예시적인 형태로 명시된다. 앞서 언급한 시스템은, 특히 예컨대 마크, 소위 정렬 마크를 사용하여 마스크 상의 패턴의 절대 위치를 측정하며, 이러한 마크는 이를 위해 마스크에 부착되었다. 마스크 상에 존재하는 다른 구조가 이를 위해 또한 사용될 수 있다. 그에 따라 구축된 마스크 상의 패턴의 위치지정 에러를 기초로, 후속하여, 마스크 제조에 능동적으로 개입하거나 그 밖에 구축된 위치지정 에러를, 적절한 경우 투영 노광 장치에서 반도체 웨이퍼를 노광할 때 정보로서, 사용하는 것 중 어느 하나가 가능하다.
또한, 마스크를 제조할 목적으로, 복수의 다른 파라미터 외에 소위 센트럴리티(centrality)를 판정하는 것이 중요하다. 센트럴리티는, 마스크의 유리체(glass body)의 중력 중심에 대한 패턴의 센트로이드(centroid)의 상대적 오프셋인 것으로 이해된다. 이러한 오프셋은 정렬 마크에 대한 패턴의 상대적인 위치와 실제 독립적이며; 마스크체의 유리 에지의 위치에 대한 지식이 이러한 판정에 필요하다. 이를 위해, 마스크 홀더의 에지에 대한 마스크체의 유리 에지의 상대적인 위치가 보통 먼저 판정된다. 마스크 홀더의 에지의 위치가 측정 시스템의 좌표 시스템에서 이제 알려진다면, 적절한 변환에 의해 마스크체의 에지의 위치를 판정한 후, 특히 센트럴리티를 궁극적으로 판정하는 것이 가능하다. 그에 따라, 재현 가능성을 위해 그리고 궁극적으로는 또한 센트럴리티의 판정의 정확도를 위해, 특히 측정기의 좌표 시스템에서 마스크 홀더의 에지의 위치에 대한 정확한 지식을 얻는 것이 필수이다.
여기서, 마스크 홀더는, 대략 정사각형 컷아웃에서 마스크를 홀드하도록 설계된다. 여기서, 마스크 홀더의 내부 에지는 그에 따라 형성된 정사각형의 변들에 대응하며; 각 변 상에서, 이들 내부 에지는 2개의 실질적으로 직사각형 돌출부, 소위 둘출부를 가지며, 이에 의해, 마스크 홀더의 에지 위치가 판정된다. 이를 위해, 돌출부 상의 2개의 측정점이 변마다 판정되어, 마스크 홀더의 에지 프로파일을 판정할 수 있다. 종래 기술로부터 알려진 방법에서, 직선이 공정에서 에지 프로파일에 근사화되었다. 그러나, 이러한 절차는, 제조 방법으로 인해, 특히 y-방향으로 홀더 에지의 상당한 거칠기 또는 불규칙성으로 인해 에러에 의해 피해를 입고 있다. 측정 시스템의 측정 테이블 상에 마스크 홀더를 놓는 것의 공차로 인해 상이한 이미지 부분이 측정 동작 동안 홀더 에지를 측정하기 위해 사용된다면, 상당한 측정 에러가 그로부터 발생할 수 있었다.
측정 시스템에서의 종래의 공정은 명확히 할 목적으로 이하에 개요로서 다시 한번 제시한다:
1. 측정 테이블 상의 마스크 홀더 위치를 캘리브레이트함(홀더 캘리브레이션)
a. 마스크 홀더에 마스크를 로딩함
b. 측정 이미지를 기록하고, 에지를 찾음으로써 홀더 에지를 측정함
c. 측정 테이블 상의 홀더의 측정된 절대 위치를 기준 위치로서 저장함
2. 일상적인 측정 동작 동안 마스크 홀더에 마스크를 로딩함
a. 마스크 홀더에 마스크를 로딩함
b. 캘리브레이션 동안 저장된 기준 위치로 드라이빙함
c. 측정 이미지를 기록함
d. 결과적으로 측정 테이블 상의 홀더 위치로 에지를 찾음으로써 마스크 홀더 에지를 절대 조건(absolute term)으로 측정함.
본 발명의 목적은, 특히 마스크 홀더의 측정의 반복 가능성을 개선하는 방법을 명시하는 것이다.
이 목적은 독립항 1의 특성을 갖는 방법에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 유리한 개선 및 변형에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 다음의 단계:
- 측정 장치의 측정 테이블 상에 마스크를 갖는 마스크 홀더를 위치시키는 단계,
- 알고리즘에 의해 마스크 홀더를 측정하는 단계,
- 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 절대 위치를 저장하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 적어도 하나의 기준 이미지가 추가로 기록되며 저장된다.
마스크 홀더를 측정하는 단계는 마스크의 특징 영역, 즉 이미지 처리에 의해 쉽게 식별될 수 있는 패턴을 기초로 구현될 수 있다. 본 발명의 유리한 변형에서, 측정은, 홀더 에지가 마스크 홀더를 측정할 목적으로 에지 찾기 알고리즘에 의해 측정됨으로써 실행될 수 있다.
특히, 기준 이미지는 홀더 에지의 일부분을 포함할 수 있지만; 그러나, 원칙적으로, 홀더의 다른 특징 영역이 또한 기준 이미지를 생성하는데 사용될 수 있다.
측정 이미지를 기록하여 - 여기서, 예컨대 정확한 에지 프로파일이 특히 불규칙하게 형성된 에지에 대해서도 기록됨 - , 후술될 바와 같이, 후속한 측정 방법에서 측정의 높아진 재현 가능성을 달성하게 한다.
방법에서:
- 마스크 홀더가 초기에 다시 로딩되고,
- 마스크 홀더가 저장된 절대 위치에 위치지정되고,
- 적어도 하나의 측정 이미지가 기록되며,
- 마스크 홀더의 새로운 위치의 상대적 위치가 측정 이미지의 적어도 하나의 일부분을 기준 이미지의 적어도 하나의 일부분과 비교함으로써 판정된다.
여기서, 특히, 이 언급한 비교는 2-차원 상관 이미지 분석에 의해 진행될 수 있다.
측정 이미지와 기준 이미지 사이의 이 기재한 비교의 결과로, 기준 이미지와 측정 이미지 사이의 상대적 오프셋을 판정하는 것이 가능하여, 홀더 위치의 개별 측정의 재현 가능성은 다수의 측정 사이클에 걸쳐(즉, 홀더에 마스크를 놓는 다수의 공정에 걸쳐) 상당히 증가한다. 신뢰할 만한 2-차원 이미 상관은 홀더 에지의 구조에 의해 촉진된다. 이것은 마스크 홀더의 제조 동안 발생하며, 변화하지 않는다; 즉, 이것은 마스크 홀더의 일종의 핑거프린트를 나타내며, 이를 기초로, 기준 이미지에 대한 측정 이미지에서의 홀더의 변위를 명백하게 판정하는 것이 가능하다. 제조 공정으로 인한 홀더 에지의 불규칙한 구조로 인해, 측정 이미지와 기준 이미지 사이의 비교는 측정점마다 단일 측정 이미지를 기초로 구현될 수 있다. 이 경우, 표면적으로 원치 않게 되는 경향이 있는, 특히 x-방향으로의 홀더 에지의 불규칙성은 유리한 경향이 있다. 완전히 직선 에지인 경우에, 에지 방향을 따라 기준 이미지에 대한 측정 이미지의 오프셋을 검출하는 것은 불가능할 것이다. 그러나 또한 홀더의 회전을 신뢰할 만하게 판정할 수 있기 위해 적어도 2개의 측정 이미지를 기록하는 것이 유리하다.
앞서 기재한 캘리브레이션 다음에 그리고 오토캘리브레이션 방법을 포토마스크에 적용함으로써, 절대 정확도가, 상당히 증가한 재현 가능성의 결과로 이제 또한 상당히 증가할 수 있다.
여기서, 마스크의 기하학적 파라미터는, 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치의 계통 오차를 판정할 목적으로 상이한 회전 위치에서 측정될 수 있다.
특히, 마스크는, 각각 90°만큼 오프셋된 4개의 회전 위치에서 측정될 수 있으며, 여기서 마스크 상의 위치 마크의 센트럴리티는 각 회전 위치마다 판정될 수 있다.
마스크 홀더의 위치가 재현 가능한 방식으로, 즉 (에러-피해를 입은) 초기 기준 위치에 대한 마스크 홀더의 현재의 위치의 이제 알려진 오프셋으로 인해, 알려져 있지 않지만, 일정한 에러로, 설정될 수 있는 결과, 종래기술로부터 알려진 방법을 사용하여 이전에 가능했던 것보다 에러 자체를 상당히 더 정확하게 구축하는 것이 궁극적으로 가능하다. 이를 위해, 마스크 홀더 좌표 시스템의 원점에 대한 마스크 좌표 시스템의 원점의 오프셋은 마스크의 언급한 회전에 의해 판정된다. 이 오프셋이 0이 아닌 그러한 경우들에서, 상이한 값이 (함께 회전하는) 마스크 홀더 좌표 시스템에서의 회전의 상이한 각위치(angle position)에 대해 발생할 것이며, 원 호(circular arc) 상에 있는 4개의 지점이 4개의 회전 위치의 경우에 마스크 홀더의 좌표 시스템에서 얻어진다. 그 후, 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치를 판정할 때, 즉 기계 좌표 시스템에서의 절대 에러는 원의 반경으로부터 추정될 수 있다.
결국, 측정 시스템의 절대 정확도는 상당히 증가할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예와 변형은 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, 마스크가 그 내부에 배치되는 마스크 홀더의 개략적인 예시도이다.
도 2는, 선택된 영역에서 마스크 에지의 예시적인 프로파일을 도시한 도면이다.
예시적인 실시예에서, 도 1은, 도면에 예시하지 않은 3개의 지점 베어링 상에서 마스크(2)가 그 내부에 배치되는 마스크 홀더(1)를 도시한다. 통상적으로, 마스크 홀더(1)는 측정될 마스크(2)를 수용하며 측정 지속기간 동안 측정 시스템의 측정 테이블 상에 이 마스크를 지지하는데 사용되며; 상이한 마스크를 연속해서 수용하는데 자주 사용된다. 이미 언급한 바와 같이, 측정 테이블 상의 마스크 홀더(1)의 위치에 대한 정확한 지식은 마스크(2) 상의 구조의 정밀하고 재현 가능한 측정에 핵심이다. 그러나, 계통 에러가 측정 테이블 상의 마스크 홀더(1)의 위치의 구축에 포함되며, 그러한 계통 에러는 마스크 홀더(1) 자체의 구조로 인한 것이다. 측정 테이블 상의 마스크 홀더(1)를 측정할 목적으로, 마스크(2)에 면하는 마스크 홀더(1)의 내측 상에, 도면에 예시하지만 별도로 표기하지는 않은 측정점이 사용된다.
도면의 단면 확대로부터, 측정점이 소위 돌출부(3), 즉 실질적으로 직사각형 돌출부의 영역에 자리함이 분명하다. 이들 돌출부(3)는 x-방향으로 에지를 가지며, y-방향으로 2개의 에지를 가지므로, 광학 현미경에 의한 마스크 홀더(1)의 측정이 돌출부(3)를 기초로 하여 양 방향으로 진행될 수 있으며, 이때 마스크 홀더(1)는 이를 위해 긴 경로에 걸쳐서 변위될 필요는 없다. 여기서, 돌출부(3)가 필요 없을 수 있는 변형도 생각해 볼 수 있다. 식별을 목적으로, 에지에는 이하에 기재한 도 2에서 증가하는 방식으로 번호가 매겨져 있다.
도 2는, 도 1의 단면 확대에서 그에 따라 표시한 영역에서 에지 프로파일을 예시된 형태로 도시하며, 이러한 에지 프로파일은 광학 현미경에 의해 구축되었다. 특히, y-방향으로의 개별적인, 불규칙한 에지 프로파일은 명확히 식별할 수 있다. 마스크 홀더(1)가 이제 측정 테이블 상에 놓일 때, 예컨대, x-방향을 따라 특정 오프셋이, 이를 위해 사용된 취급 로봇의 유한 위치지정 정확도로 인해 측정 테이블 상의 마스크 홀더(1)의 제1 기준 위치에 대해 발생할 수 도 있다. 그러나, 이러한 오프셋은, 기준 위치로부터 벗어난 에지의 부분을 기초로 직선을 에지에 맞춤으로써 y-에지(즉, 이 에지는 마스크 홀더(1)의 y-위치를 판정하는데 사용되며 x-방향으로 연장함)를 판정하게 한다. 도 2에서 명확히 볼 수 있는 y-에지의 불균일성은 그 후 결국 y-위치를 부정확하게 판정하게 한다. 그러나, 측정에 사용된 영역에서의 에지의 프로파일이 또한 기준 위치를 위해 저장된다면, x-방향 및 y-방향으로의 기준 측정에 대한 이 위치의 오프셋, 그러므로 마스크 홀더(1)의 오프셋을 판정하는 것이 가능하며, 에지 부분의 현재 기록된 이미지와 기준 측정을 기초로 하여 기록된 이미지의 비교를 기초로, 정밀하게는 y-에지를 위해서와 같이, 특히 불규칙한 방식으로 연장하는 에지에 대해 가능한 경사도를 판정하는 것 또한 가능하다. 그러므로, 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치의 판정은 전체적으로 더욱 재현 가능하게 되어, 앞서 예시한 바와 같이, 마스크 홀더(1)의 위치를 구축할 때 계통 에러를 판정할 가능성을 더 확대한다.

Claims (7)

  1. 포토리소그라픽 마스크(2)를 위한 마스크 홀더(1)의 위치를 검출하기 위한 방법으로서,
    - 측정 장치의 측정 테이블 상에 상기 마스크(2)를 갖는 상기 마스크 홀더(1)를 위치시키는 단계,
    - 알고리즘에 의해 상기 마스크 홀더(1)의 이미지를 측정하는 단계,
    - 상기 측정 테이블 상의 상기 마스크 홀더(1)의 절대 위치를 저장하는 단계를 포함하되,
    상기 마스크 홀더(1)의 측정된 상기 이미지는 적어도 하나의 기준 이미지로 기록되고 저장되고,
    상기 기준 이미지가 홀더 에지의 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 홀더 에지들이, 상기 마스크 홀더를 측정할 목적으로 에지 찾기 알고리즘에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    - 상기 마스크 홀더(1)가 다시 로딩되고,
    - 상기 마스크 홀더(1)가 저장된 상기 절대 위치에 위치지정되고,
    - 상기 마스크 홀더(1)의 적어도 하나의 측정 이미지가 기록되며,
    - 측정 이미지의 적어도 일부분을 상기 기준 이미지의 적어도 일부분과 비교함으로써, 상기 마스크 홀더(1)의 새로운 위치의 상대 위치가 판정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 비교는 2-차원 상관 이미지 분석에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마스크(2)의 기하학적 파라미터들이, 상기 측정 테이블 상의 상기 마스크 홀더(1)의 위치의 계통 에러를 판정할 목적으로 상이한 회전 위치들에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 마스크(2)가, 각각 90°만큼 오프셋되는 4개의 회전 위치에서 측정되며, 상기 마스크(2) 상의 위치 마크들의 센트럴리티(centrality)가 각 회전 위치에 대해 판정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
KR1020187032749A 2016-04-22 2017-04-20 측정 테이블 상의 마스크 홀더의 위치를 검출하기 위한 방법 KR102213031B1 (ko)

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