KR102467186B1 - 패턴화된 구조물에서 측정을 위한 테스트 구조물을 사용하는 테스트 구조물 및 계측 기술 - Google Patents

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Abstract

타겟 패턴을 생성하기 위하여, 스페이서 자기-정렬된 복수의 패터닝과 같은 복수의 패터닝 프로세스를 제어하도록 구성된 물품이 제시된다. 물품은 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 포함하는데, 상기 테스트 구조물은 적어도 한 쌍의 그레이팅(grating)을 포함하고, 한 쌍의 그레이팅에서 제1 및 제2 그레이팅은 교호 특징부와 공간의 제1 및 제2 패턴의 형태이며, 함께 전체 차이를 제공하기 위해 선택된 서로 다른 제1 및 제2 값 만큼 타겟 패턴과 각각 차이가 나서, 상기 테스트 구조물로부터의 차이 광학 응답이 피치 워킹 효과를 나타낸다.

Description

패턴화된 구조물에서 측정을 위한 테스트 구조물을 사용하는 테스트 구조물 및 계측 기술{TEST STRUCTURES AND METROLOGY TECHNIQUE UTILIZING THE TEST STRUCTURES FOR MEASURING IN PATTERNED STRUCTURES}
본 발명은 일반적으로 계측 기술의 분야이고, 테스트 구조물을 사용하여, 패턴화된 샘플을 측정하기 위한 계측 방법 및 시스템에 관한 것이다.
계측 프로세스는, 라인 너비, 두께, 각도 등과 같은 웨이퍼의 파라미터를 측정함에 의해 반도체 제조 프로세스의 다양한 단계를 모니터링 및 제어하기 위해 사용된다. 반도체 장치의 수축에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라, 복수의 패터닝 기술이 패턴 특징부 밀도를 향상시키기 위해 집적 회로(IC)를 제조하는데 사용된다.
복수의 패터닝 기술의 가장 간단한 예시는 더블 패터닝인데, 이는 표준 리소그래픽 기술로 현재 가능한 것 보다 더 작은 피치에서 더 작은 특징부의 패터닝을 가능하게 한다. 이를 위해, 표준 리소그래픽 패턴-및-에칭 기술은 동일한 기판에 두 번 적용될 수 있어서, 단일 노출에 의해 가능한 것 보다 더 작은 특징부 크기를 달성하기 위해 함께 더 가까이 이격된 더 큰 패턴을 형성한다. 더블 패터닝 동안에, 기판상의 방사선-민감성 물질의 층은 제1 패턴에 노출되고, 이는 발전되고, 에칭 프로세스를 사용하여 기반층으로 이송되어서, 이들 표준 리소그래피 단계는 제1 패턴에 대해 제2 패턴이 시프팅되면서, 제2 패턴에 대해 반복된다.
리소그래픽 패턴의 레졸루션을 더블로 하기 위한 또 다른 접근법은 듀얼-톤 발전 기술을 사용하는 것인데, 기판상의 방사선-민감성 물질의 층이 방사선의 패턴에 노출되고, 더블 패턴이 방사선-민감성 물질의 층으로 발전된다. 이러한 듀얼-톤 발전 기술은 가령, 미국 특허 번호 제8,283,111호에 기술된다.
일반적으로, 더블, 트리플, 쿼드러플 등의 패턴일 프로세스인 복수의 패터닝 리소그래피 프로세스는 웨이퍼 상의 단일 층의 프린팅을 위해 복수의 포토리소그래픽 마스크를 요한다. 그러므로, 복수의 패터닝 리소그래피 프로세스는 오버레이 오류(overlay error)에 새로운 기여도를 추가하고, 이는 웨이퍼 상의 단일층을 위한 패턴을 형성하는데 사요되는 두 개 또는 여러 마스크의 자리배정 오류와 관련된다. 자가-정렬된 더블 패터닝 기술로 생성된 패턴에서의 오버레이 오류는 "피치 워킹(pitch walking)" 효과로도 알려진다.
예를 들어, 미국 특허 공개 번호 제2014/036243호는 복수의 패터닝 리소그래피 프로세스에서 사용되는 적어도 두 개의 포토리소그래픽 마스크 중 적어도 하나에 의해 프로세스된 웨이퍼상의 적어도 하나의 오류를 교정하기 위한 방법을 기술한다. 이러한 방법은 웨이퍼 프로세싱 위치에서 적어도 하나의 오류를 측정하는 단계, 및 포토리소그래픽 마스크에서 로컬 지속 수정(local persistent modification)의 적어도 하나의 배치를 도임함에 의해 적어도 하나의 포토리소그래픽 마스크를 수정하는 단계를 포함한다. 이러한 기술은 소의 단단한 물질을 사용하여, 자기-정렬된 더블 패터닝 프로세스에서 에칭될 층의 상부에 있는 희생층의 포토 레지스트를 제안하고, 로컬 지속 수정의 배치나 희생층에서의 픽셀을 도입하여 희생층 아래의 상기 층의 에칭 동안에 라인의 베리에이션을 피하여서, 에칭 단계 동안에 "피치 워킹"을 방지한다.
상기 기술된 바와 같이, 스페이서 자기-정렬될 복수의 패터닝(피치 스프릿팅)과 같은 복수의 패터닝 적용은 오버레이 외관을 가진 라인/공간의 어레이를 동일한 높이(동일한 물질 및 동일한 층)에 위치된 라인과 공간들 사이의 차이로 생성한다. 피치 스플릿팅은 조명 파장 및 노출 단계에서 사용된 개구수(numerical aperture)의 제한을 극복하기 위해 행해진다.
대개, 복수의 패터이 적용의 측정치는 실제 설계 규칙 주기/CD로 실제 구조물상에서 수행된다. 이는 복수의 패터닝 프로세스를 모니터링하고 제어하는데 덜 적용되는 "표준" 오버레이(OL) 측정 기술을 만든다. 이미지 기반의 오버레이(Image Based Overlay, IBO)와 회절 기반의 오버레이(Diffraction Based Overlay, DBO)은 최소 주기 및 CD로 구조물을 측정하는데 어려움을 가지고, 더 큰 특징부를 요할 수 있다. 복수의 패터닝 스킴의 다수에 대해, 특히, 스페이서 자기-정렬된 더블 패터닝(Spacer Self-Aligned Double Patterning, SADP)와 같은 적용예에 대해서는, 설계 규칙 보다 훨씬 더 큰 특징부를 생성하기 어렵다. 또한, 1차 DBO 및 뮬러 매트릭스 기반의 DBO 스킴과 같은 일반적인 오버레이를 완벽하게 측정할 수 있다고 간주되면서 현대적이고 유망한 오버레이 측정 기술은 비대칭성 부족 때문에, "피치 워킹"과 같은 효과의 측정상 이익을 나타내지 못한다. 상기에서 나타난 바와 같이, 피치 워킹 효과는 자기-정렬된 복수의 패터닝 기술로 생성된 패턴에서의 오버레이 오류와 관련된다.
본 발명은 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 테스트 위치의 최적화와 신규 설계를 제공한다. 본 출원의 목적을 위해, 본 명세서에서 사용되는 용어 "테스트 위치(test site)"는 패턴화된 물품상의 위치를 말하는데, 패턴화된 물품은 복수의 패터닝 프로세스에 의해 패턴화될 샘플(가령, 반도체 웨이퍼)로 구성될 수 있고, 복수의 패터닝 프로세스에서 사용되는 패터닝 마스크(들) 상에 존재한다는 것에 유의해야 한다.
또한, 본 발명은 특별한 알고리즘과 해석 시퀀스(모델 기반의 접근법)를 사용하는 데이터 프로세싱 기술을 제공하여서, 피치 워킹의 빠르고 정확한 해석을 가능하게 하고(다른 모든 요구사항 파라미터와 함께), 및/또는 특별한 데이터 프로세싱은 교정에 기초하여 피치 워킹의 모델리스(modeless) 측정치를 허용한다.
본 발명의 기술은 기존의 스캐터로메트리(scatterometry) 측정 시스템의 수정을 요하지 않고, 다양한 측정 하드웨어가 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. "피치 워킹"에 대한 원시 측정 데이터는 경사 또는 정상 입사 반사메트리(reflectrometry), 일립소메트리(ellipsometry), 각도-분해되고 위상-기반의 시스템(angle-resolved and phase-based system) 또는 이들의 조합을 사용함에 의해 얻어질 수 있다. 넓거나 사전결정된 파장(들), 다양한 편광, 다양한 입사 각도 및 방위각이 사용될 수 있다. 밝고, 어두운, 그리고 "회색-필드" 컨피규레이션도 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 넓은 양태에 따르면, 타겟 패턴을 생성하기 위해 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 구성된 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 포함하는 물품이 제공되는데, 테스트 구조물은 적어도 한 쌍의 그레이팅(grating)을 포함하고, 한 쌍의 그레이팅에서 제1 및 제2 그레이팅은 교호 특징부와 공간의 제1 및 제2 패턴의 형태이며, 함께 전체 차이를 제공하기 위해 선택된 서로 다른 제1 및 제2 값만큼 타겟 패턴과 차이가 나서, 상기 테스트 구조물로부터의 차이 광학 응답이 피치 워킹 효과를 나타낸다.
피치 워킹 효과를 나타내는 상기 테스트 구조물로부터의 차이 광학 응답(differential optical response)은 적어도 하나의 가변하는 측정 조건, 가령, 파장, 편광, 각도의 함수로써 측정된다.
타겟 패턴으로부터의 제1 및 제2 차이가 선택되어서, 피치 워킹 효과(오버레이 오류)나 피치 워킹 효과가 사전정의된 한계 이하인 경우에, 차이 광합 응답은 실제로 영이거나, 사전결정된 스레숄드 보다 일반적으로 적을 것이다. 패터닝에 의해 유도된 피치 워킹 효과가 있는 경우에만, 차이 광학 응답은 검출가능한 범위 이내에 있다.
본 발명의 또 다른 넓은 양태에 따르면, 타겟 패턴을 생성하기 위해 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 구성된 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 포함하는 물품이 제공되는데, 테스트 구조물은 적어도 한 쌍의 그레이팅을 포함하는데, 한 쌍의 그레이팅의 제1 그레이팅 및 제2 그레이팅은 테스트 위치의 제1 및 제2 이격된 영역에 배치되고, 각각의 그레이팅은 교호하는 특징부와 공간의 어레이에 의해 형성된 패턴을 나타내면, 한 쌍의 그레이팅의 제1 그레이팅 및 제2 그레이팅은 사전결정된 선택된 차이값에 의해 타겟 패턴의 해당 파라미터와 상이한 적어도 하나의 패턴 파라미터에 대한 제1 및 제2 값을 가지도록 구성되어서, 타겟 패턴의 해당 패턴 파라미터로부터의 적어도 한 쌍의 그레이팅에 대한 패턴 파라미터의 전체 차이는 제어될 복수의 패터닝 프로세스에서 예상된 피치 워킹 효과에 해당한다.
테스트 위치를 포함하는 물품은 복수의 패터닝 프로세스를 경험하기 위한 샘플일 수 있거나, 복수의 패터닝 프로세스에서의 사용을 위한 마스크(가령, 만드렐)일 수 있다.
테스트 구조물은 하나 이상의 쌍의 그레이팅을 포함할 수 있다. 테스트 구조물 내의 그레이팅의 수는 복수의 패터닝 프로세스에서의 패터닝 단계의 수와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다(테스트 구조물 내의 그레이팅의 수는 복수의 패터닝 프로세스에서 패터닝 단계의 수보다 작을 수 있음).
사전결정된 차이 값은 피치 워킹 효과의 프로세스 윈도우에 해당하는 사전정의된 값에 비례하여 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 패턴 파라미터는 패턴의 특징부/공간 치수(라인 및/또는 공간의 너비)를 포함한다. 테스트 구조물 내의 그레이팅의 특징부/공간은 타겟 패턴의 특징부/공간 치수와 상이한 사전결정된 값이 제어될 복수의 패터닝 프로세스를 특징짓는 피치 워킹 효과에 해당하는 사전정의된 값에 비례하여 선택된다. 서로 다른 그레이팅에 대한 비례 요소가 선택되어서, 타겟 패턴의 특징부/공간 치수로부터 그레이팅의 한 쌍(또는 그 이상)에 대한 전체 차이가 피치 워킹 효과에 해당하는 사전정의된 값과 실질적으로 동일하다.
일부 실시예에서, 테스트 구조물 내의 한 쌍의 그레이팅의 제1 및 제2 패턴은 더블 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 구성된다. 두 개의 테스트 그레이팅(쌍)을 생각해보면, 제1 및 제2 특징/공간 치수((CD_m)1 and (CD_m)2)를 가진 제1 및 제2 패턴은 조건 CD_m)1 = CD_m + (0.5·Δ)와 (CD_m)2 = CD_m - (0.5·Δ)를 만족하도록 선택되며, CD_m은 타겟 패턴 내의 특징부/공간 치수이고, Δ는 상기 더블 패터닝 프로세스를 특징 짓는 피치 워킹 효과에 해당하는 사전정의된 값이다.
상기 표시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 테스트 구조물을 가진 물품은 제어될 복수의 패터닝 프로세스를 경험하기 위해 실제 샘플(가령, 웨이퍼)이 준비될 수 있다. 또한, 이러한 물품은 샘플에 적용될 복수의 패터닝 프로세스에서의 사용을 위한 패터닝 마스크(가령, 만드렐 마스크)일 수 있다.
타겟 패턴의 패턴 파라미터에 대해 수정된 테스트 그레이팅의 패턴 파라미터가 이하에 "특징부"라고 언급되더라도, "공간" 파라미터에도 동일하게 적용된다는 것에 유의해야 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 샘플 상에 타겟 패턴을 생성하기 위해 샘플에 적용되는 복수의 패터닝 프로세스를 제어하는데 사용을 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 샘플 상의 테스트 위치 내에 테스트 구조물을 제공하는 단계와, 테스트 구조물에 광학 측정치를 적용하고 테스트 구조물 내의 그레이팅의 광학 응답을 검출하는 단계와, 샘플에 적용될 복수의 패터닝 프로세스를 특징 짓는 피치 워킹 효과를 결정하기 위해, 검출된 광학 응답을 나타내는 데이터를 프로세싱하고 분석하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 광학 측정치는 서로 다른 측정 조건을 가진 측정치를 포함하여서, 광학 응답은 상기 측정 조건의 함수로 검출된 광의 형태이다. 서로 다른 측정 조건은 조명의 서로 다른 파장, 서로 다른 편광, 광 조건의 서로 다른 각도 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예에서, 광학 응답을 나타내는 데이터를 프로세싱하고 분석하는 단계는 사전결정된 모델에 기초한다. 이러한 경우에, 측정된 데이터를 프로세싱하고 분석하는 단계는, 제1 및 제2 그레이팅에 대한 광학 응답 함수의 평균과, 제1 및 제2 그레이팅 사이의 광학 응답 함수의 차이를 결정하는 단계와, 피치 워킹 효과의 프로세스 윈도우에 해당하는 사전결정된 차이 값에 대한 평균 함수와 차이 함수를 해석하기 위해 사전결정된 모델을 사용하여 피치 워킹 효과를 나타내는 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.
일부 다른 실시예에서, 광학 응답 함수를 나타내는 데이터를 프로세싱하고 분석하는 단계는 모델리스이고, 사전결정된 교정 데이터에 기초한다. 이러한 경우에, 교정 데이터를 사용하여, 제1 그레이팅과 제2 그레이팅 사이의 광학 응답 함수의 차이는 결정되고, 분석되어서, 피치 워킹 효과를 나타내는 데이터를 획득한다.
테스트 구조물을 가진 물품은 다음을 수행함에 의해 제공될 수 있는데, 물품에 만드렐 마스크를 적용하여서 상기 물품 상에 제1의 코어 패턴을 생성하는 단계, 여기서, 상기 만드렐 마스크는 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 형성하는 만드렐 레이아웃을 포함하여서, 물품 상의 테스트 위치 내에 해당 테스트 구조물을 형성하고, 만드렐 패턴을 형성하며, 만드렐 내의 상기 테스트 구조물은, 복수의 패터닝 프로세스를 특징짓는 예상된 피치 워킹 효과에 따라 선택되는 사전결정된 제1 및 제2 값에 의해 만드렐 레이아웃의 임계 치수와 상이한 제1 및 제2 임계 치수를 가진 제1 및 제2 패턴을 가진 제1 및 제2 그레이팅을 포함한다.
간결성을 위해 본 발명은 SADP 적용예와 관련하여 이하의 상세한 설명에서 예시화되지만, 본 발명의 원리는 임의의 다른 더블-패터닝 및 전반적으로 복수의-패터닝 스킴 및 적용예에 적용가능하다는 것에 유의해야 한다.
본 명세서에 개시된 주제를 더욱 잘 이해하고, 그것이 실제로 어떻게 실시되는지를 예시화하기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 오직 비제한적인 예시에 의해 실시예가 이제 기술될 것이다.
도 1 및 2는 SADP 적용에 대해 예시된, 복수의 패터닝 프로세스에서 기인한 "피치 워킹" 효과의 일반적인 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 3a 및 3b는, SADP-타입 복수의 패터닝 프로세스(도 3a) 및 한 쌍의 그레이팅을 포함하는 테스트 구조물의 비제한적인 예시(도 3b)에 의해 제조된 샘플의 비제한적인 예시에서, 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위한 테스트 구조물을 설계하기 위한 본 발명의 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 4a는 테스트 구조물 상에서 측정된 데이터를 프로세스하고 분석하기 위한 특별한 알고리즘 및 데이터 해석 시퀀스를 하용하기 위한 본 발명의 모델-기반의 방법의 예시의 순서도를 나타낸다.
도 4b는 세 개의 광학 응답 함수의 결합된 동시 해석을 사용하여 모델 기반의 데이터 프로세싱 기술의 예시를 나타낸다.
도 4c는 테스트 구조물 상에서 측정된 데이터를 프로세스하고 분석하기 위한 특별한 알고리즘 및 데이터 해석 시퀀스를 하용하기 위한 본 발명의 모델리스 방법의 또 다른 예시의 순서도를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 리소(만드렐) 오류 및 스페이서 오류에 대한 OCD 스펙트라의 민감도에 대한 본 발명의 기술을 예시화하는데, 도 5a는 리소(만드렐) 오류 Y (왼쪽)에 의한 피치 워킹에 대한 스펙트럴 민감도를 나타내고, 도 5b는 스페이서 오류 X에 의한 피치 워킹에 대한 스펙트럴 민감도를 나타낸다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 기술을 예시화하는데, 도 6a는 만드렐 오류에 대한 차이 스펙트라를 나타내고, 도 6b는 스페이서 오류에 대한 차이 스펙트라를 나타낸다.
본 발명은 광학 임계 치수(optical critical dimension, OCD) 측정치에 의해 복수의 패터닝 프로세스를 모니터링하고 제어하는 복수의 패터닝 프로세스에 사용될 테스트 구조물에 대한 새로운 설계를 제공한다. 테스트 구조물은 실제 샘플의 테스트 위치 내에서 형성되고, 스크라이브 라인(scribe line) 이내 또는 인-다이 영역(in-die region) 이내에서 반도체 웨이퍼 상에 위치될 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 간결성을 위해, 본 발명은 본 명세서에서 SADP 프로세스를 참조하여 예시화된다. 이러한 프로세스는 그 자체로 알 수 있으므로 자세히 기술될 필요가 없다. 간단히, SADP 프로세스는 두 개의 마스크, 즉, 코어 마스크와 트림 마스크를 사용하는 피치-스플리팅 측벽 이미지 방법이다. SADP 프로세스 흐름에서 제1 마스크인 코어 마스크는 코어 만드렐 패턴(코어 마스크에 의해 생성되는 인쇄된 패턴)을형성하고, 측벽 스페이서는 패터닝에서 피치 더블링을 하게 하는 만드렐 패턴(mandrel pattern)의 모든 측면에 증착된다. 트림 마스크는 포토레지스트(PR)를 블로킹 또는 언블로킹에 의해 불필요한 패턴을 제거한다.
일반적으로, 첨단의 리소그래피 패터닝에 사용되는 SADP 프로세스는 두 가지 타입, SIM-타입 SADP와 SID-타입 SADP이 있는데, 이는 음 또는 양 패터닝 단계에서부터 실제로 서로 상이하다. SIM-타입 SADP는 "스페이서는 금속이다(spacer is metal)" 컨피규레이션을 말하는데, 측벽 스페이서 자체가 최종 금속 패턴이 된다. SID-타입 SADP는 "스페이서는 유전체이다(spacer is dielectric)" 컨피규레이션을 말한다. 더블-패터닝 프로세스에서, 제1 패터닝 단계는 코어(만드렐) 마스크를 사용하여 수행된다. 이러한 마스크는 더블-패터닝에 의해 얻어질 최종 패턴의 CD에 기초하여 설계된다. 따라서, 만드렐 레이아웃/패턴은, 타겟 패턴 주기(Ptarget)과 관련되는 주기(P)로 배열된 타겟 패턴의 CD를 가진 특징부를 포함한다. 여기서, P = nPtarget인데, n은 패터닝 단계의 수이고, 더블 패터닝에 대해 만드렐 레이아웃 주기(P)는 타겟 주기(Ptarget)의 두 배이다.
이와 관련하여, 더블-패터닝 예시를 사용하여 복수의 패터닝의 원리를 개략적으로 나타내는 도 1을 참조한다. 도면은 상기 기술된 SADP로 생성된 라인(12) 및 공간(14)의 패턴(10)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 만드렐 레이아웃 패턴은, Ptarget의 주기의 두 배인 Period로 배열되는, 너비(CD_m)를 가진 이격된 부분 특징부의 어레이의 형태로 우선 생성된다. 그리고 나서, 스페이서 물질은 제1 패턴 위에 증착되고, 그리고 나서 이방성 에칭을 하여 스페이서와 만드렐 제거부를 생성하여 너비(CD_sp)를 가진 이격된 스페이서의 제2 패턴을 생성한다.
이러한 에칭 단계 이후에, 모든 라인(12)은 스페이서의 CD에 의해 형성된 동일한 치수(너비)(CD_sp)를 가진다. 라인들(12) 사이의 공간(14)은 상이할 수 있는데, 제1 공간은 원래의 리소(만드렐) 패턴(CD_m)에 의해 형성되는 반면, 제2 공간은 리소 패턴(CD_M)과 타겟값으로부터의 스페이서(CD_sp)의 편차에 의해 실제로 형성되어 유도된다. 이는 SADP에 의해 생성된 라인들(12)을 나타내는 도 2에 도시되는데, 모든 라인(12)은 동일한 너비(CD_sp)를 가지나, 라인들(12) 사이의 공간은 큰 공간 CD와 작은 공간 CD를 형성하여 상이하다. 이들 사이의 차이는 피치 워킹 효과에 의해 정의된다. 피치 워킹은 CD 스페이서 및 실제로 타겟값으로부터의 리소(만드렐) 모두의 편차에 의해 유도된다.
피치 워킹의 직접적인 측정(또는 두 조절 공간들 사이의 차이)은, CD 차이에 덜 민감한 표준 광학 임계 치수(OCD) 기술에서, 특히 차이가 작을 때 문제이다. 피치 워킹(또는 두 공간들의 CD에서의 차이)은 대개 작고, 샘플의 광학 응답에 대한 효과는 약하며, 따라서, 라인의 CD와 비교하여 피치 워킹 파라미터를 측정하기 어렵다.
게닥, 공기(CD) 차이, CD_네가 측정되다라도, 관측된 차이에 대한 기여하는 프로세스들을 구분하기 어렵다. 이러한 예시에서, 큰 공간(CD)와 작은 공간(CD) 간의 큰 차이가 있다. 큰 공간(CD)와 작은 공간(CD)간의 차이가 OCD에 의해, 라인 너비(CD_sp)와 함께 성공적으로 측정된다고 가정하더라도, OCD는 큰 공간(CD)와 작은 공간(CD)간의 이러한 차이가 리소에서 인쇄된 더 크거나 더 작은 CD 때문인지, 즉, 큰 CD가 리소(리소 언더노출하에 생성된 더 큰 CD_m = 큰 CD) 또는 작은 CD가 리소(리소 오버노출하에 생성된 더 작은 CD-m = 작은 CD) 때문인지를 구분하기 어렵다. 두 경우에서, 더블 패터닝 이후에 동일한 결과가 얻어질 수 있어서, 피드백과 프로세스 제어를 위해 측정 결과의 사용의 유용성을 제한한다. 이러한 문제점은 트리플, 쿼드로 등의 패터닝에 대해 풀기에 더욱 첨예해지고 더욱 어려워지고, 이는 진보된 기술 노드에서 요구됨에 따라 더욱 퍼지게 된다.
상기에 기술된 바와 같이, SADP 적용에서, 리소 라인(만드렐)은 CD_m과 Period로 인쇄되고, 이는 타겟 주기 Ptarget보다 두배 크다. 일반적으로, n 패터닝 단계(마스크)를 포함하는 복수의 패터닝 기술에 대해, 제1 마스크(만드렐 패턴)의 주기(P)는 P = nPtarget이다. 그리고 나서, 프로세스 단계의 시퀀스 동안에, 만드렐 패턴은 스페이서(CD_sp)에 의해 커버된다. 이후에 프로세싱 및 만드렐 제거 이후에, 두 개의 동일한 스페이서 라인이 원래의 더블 주기(P)에서 생성된다. 이러한 경우, CD_m = CD_sp = 1/4 Period이고, 최종 구조물에서, 원래의 주기(P)의 절반으로 배열된 두 개의 라인 또는 최종 패턴의 Ptarget인 주기(P/2)를 가진 실제의 그레이팅이 있을 것이다.
n 패터닝 단계의 일반적인 복수의 패터닝 프로세스에 대하여, 최종 타겟 패턴은 주기 Ptarget = P/n(P는 만드렐 패턴, 즉 제1 패터닝 마스크의 공칭 주기임)로 배열된 사전정의된 너비(CD_m)를 가진 라인의 형태이다.
실제 복수의 패터닝 프로세스(가령, SADP)의 최종 결과를 측정하기 위하여, 적어도 두 개의 CD, CD_sp 및 CD_m가 측정될 필요가 있다. 현재의 OCD 기술은 CD_sp 및 두 공간, 큰 공간 CD와 작은 공간 CD(도 2에 도시됨) 사이의 델타를 겨우 측정할 수 있다.
본 발명은 신규의 테스트 구조물 컨피규레이션을 제공함에 의해 복수의 패터닝 프로세스를 직접 모니터링/제어하는 상기 문제점을 해결한다. 이러한 테스트 구조물은 패턴화된 물품 상의 테스트 위치 내에 전형적으로 준비/생성된다(가령, 스크라이브 라인이나 웨이퍼나 패터닝 마스크 상의 인-다이 영역 내). 테스트 구조물은 각각 테스트 위치의 적어도 두 개의 이격된 영역에 위치된 복수의 적어도 두 개의 패턴(그레이팅, grating)을 포함하는데, 각각의 그레이팅은 이격된 특징부의 형태이다. 이들 복수의 적어도 두 개의 그레이팅은 한 쌍의 그레이팅/패턴을 포함하는데, 이들은 패턴 특징부의 서로 다른 너비(CD)를 가지고, (CD_m)1 및 (CD_m)2는 다음 조건을 만족한다.
(CD_m)1 = CD_m + (A·Δ) 및 (CD_m)2 = CD_m - (B·Δ)
여기서, CD_m은 복수의 패터닝 프로세스의 결과로 얻어질 최종 패턴(타겟 패턴) 내의 특징부(라인)의 CD(너비)이고, 이는 만드렐 마스크의 CD에 의해 형성되며, (A·Δ)와 (B·Δ)는 만드렐 마스크의 공치 CD로부터의 편차를 나타내어서, 테스트 구조물의 이들 두 그레이팅은 최종 패턴의 CD, 즉 리소(만드렐) CD, CD_m에 의해 정의된 패턴에 비해, 각각 더 작은 CD 및 더 큰 CD를 가진다.
Δ의 값은, 제어될 특수한 복수의 패터닝 프로세스를 초래하는 피치 워킹 효과의 예상된 프로세스 윈도우에 해당하도록 선택되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 계수 A, B에 관하여, 이들은 프로세스 제어에서 사용되는 테스트 구조물의 그레이팅의 수 k(즉, k는 테스트 구조물 내의 그레이팅의 전체 수 이하임)에 따라 선택되어서, 모든 k개의 그레이팅에 의해 유도되는 만드렐 마스크의 공치 CD로부터의 편차들 사이의 전체 차이가 선택된 Δ 값을 제공한다.
따라서, 두 개의 그레이팅, 즉 k = 2의 예시에서, (A·Δ) - (B·Δ) = Δ, A = 0.5 및 B = -0.5이다.
이와 관련하여, 테스트 구조물 내의 그레이팅의 수는 제어될 복수의 패터닝 프로세스의 패터닝 단계의 수와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 특정한 조건하에서, 더블, 트리플 및 쿼드러플 패터닝은 오직 한 쌍의 이러한 그레이팅을 포함하는 테스트 구조물에 의해 적절하게 제어될 수 있다.
테스트 구조물 컨피규레이션에 대한 본 발명의 원리는 도 3a 및 3b에 예시화된다. 도 3a는 복수의 패터닝 프로세스, 가령, 도 1의 것과 유사한 SADP를 초래하는 표준 그레이팅(패턴)(G)를 나타낸다. 그레이팅/패턴(G)는 주기(Ptarget)으로 배열되고 이격된 특징부(L)의 어레이를 포함하고, 상기 기술된 바와 같이, CD_m 및 CD_sp 파라미터를 특징으로 한다. 도 3b는 임의의 적절한 OCD 기술에 의해 패턴(G)을 생성하기 위해 사용되는 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위한, 본 발명에 따라 구성된 테스트 구조물(50)을 나타낸다. 비 제한적인 본 예시에서, 테스트 구조물(50)은 다음 조건을 만족하는 (CD_m)1 및 (CD_m)2 파라미터를 가진 두 개의 서로 다른 그레이팅(G1 및 G2)을 포함한다.
(CD_m )1 = CD_m - 0.5Δ (CD_m )2 = CD_m + 0.5Δ
여기서, 하나의 그레이팅(G1)은 더 작은 CD이고, 다른 그레이팅(G2)은 더 큰 CD를 가지며, 이러한 특정한 예시에서, (타겟 패턴의 CD) CD_m으로부터의 이러한 차이는 동일한 값을 가지고 반대 부호이며, 상기 기술된 조건을 만족한다.
이들 그레이팅(G1 및 G2)은 패터닝 마스크 내의 테스트 위치 내에서 적절하게 함께 설계되고 형성되어서, 테스트 구조물(50)의 두 그레이팅(G1 및 G2)의 인쇄된 프로필 상의 모든 기하형상 파라미터는, 리소 CD에서의 작은 차이를 제외하고는 유사하다. 타겟 CD로부터의 델타(Δ)는 모든 설계 규칙 내의 리소 프로세스의 윈도우와 동일하거나 약간 작다.
SADP 이후 이상적인 경우에, 제안된 한 쌍의 그레이팅은 정확하게 동일할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 두 그레이팅에서, 두 개의 서로 다른 공간이 있을 것인데, 하나의 공간은 (P/4 - ½Δ), 다른 것은 (P/4 + ½Δ)이며, 여기서, P는 만드렐의 공칭(nominal) 주기(제1 마스크)이다. 테스트 구조물의 광학 응답에 해당하는 테스트 구조물로부터의 측정 신호를 이제 고려해보자. 이와 관련하여, 광학 측정치는 파장, 편광, 광 수집의 각도와 같은 측정 조건(들)을 가변시켜서 완벽하게 수행된다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 광학 응답은 측정 조건의 함수로서 검출된 광의 형태이다. 이는 스펙트럴 응답 또는 소위 "퓨필(pupil)" 또는 "각도(angular)" 응답(즉, 퓨필 평면내의 신호 분포)일 수 있다.
이상적인 경우에서 그레이팅의 쌍은 동일한 측정 신호를 나타낼 것이다. 그러나, 프로세스에 의해 편차가 있다면, 가령, CD_sp 및/또는 CD_m이 주기의 공칭 ¼에서 벗어나서 피치 워킹을 야기한다면, 상황은 변할 것이다. 이러한 경우에, 두 개의 그레이팅으로부터의 광학 응답은 서로 다를 것이고, 이러한 차이는 프로세스 편차를 명확하게 나타낼 것이다.
표 1은 피치 워킹 측정치 및 피치 워킹 성분 Δ, X 및 Y에 대한 테스트 구조물의 그레이팅의 치수의 설명도를 제공하는데, Δ는 상기 기술된 바와 같은 공간의 CD에서의 타겟 차이이고, X 및 Y는 스페이서 및 리소(만드렐) 피치 워킹 오류 성분에 각각 해당한다.
만드렐 주기 CD 만드렐(타겟) 스페이서(타겟) 피치 워킹(타겟) CD 스페이서에 의한 피치 워킹(+X) 리소에 의한 피치 워킹(+Y)
표준 OCD 그레이팅 P ¼P ¼P 영 +2X +2Y
그레이팅 1 P ¼P + ½Δ ¼P Δ Δ + 2X Δ + 2Y
그레이팅 2 P ¼P - ½Δ ¼P -Δ -Δ + 2X -Δ + 2Y
여기서, 파라미터 (변수) X는 스페이서 CD의 가능한 프로세스 편차를 나타내고, Y는 만드렐 CD의 프로세스 베리에이션을 나타내며, 두 베리에이션은 피치 워킹을 생성하고, 델타(Δ)는 피치 워킹 효과의 예상된 프로세스 윈도우에 대응하여 선택된 그레이팅의 쌍들 간의 차이이다.
본 발명의 테스트 구조물을 사용하여, CD_sp (X) 및 CD_m (Y) 중 하나 또는 둘 다의 편차는 한 쌍의 서로 다른 그레이팅에 내장된다. 스펙트럴 차이(또는 퓨필 신호 차이)라고도 번역되는 이러한 차이는 델타(Δ)의 타겟값으로부터의 피치 워킹 편차의 함수이다. 다른 한 편으로, 이들 두 그레이팅의 평균 스펙트럼은 타겟값으로부터의 피치 워킹의 편차에 덜 민감하다.
상기 기술된 바와 같이 구성된 그레이팅 쌍을 포함하는 테스트 구조물은 두 그레이팅이 설계 규칙에 호환가능하도록 한다. 바람직하게는, 그레이팅의 쌍은 서로 가능하면 인접하게 위치되어서, 두 그레이팅 상의 인쇄된 프로필 상의 모든 기하형상 파라미터가, 만드렐 CD 및/또는 주기에서의 서계된 차이를 제외하고는, 유사하도록 제공한다. 테스트 위치내의 적어도 일부 및 바람직하게는 모든 아래층은, 만일 있다면, 그레이팅 쌍에 대해 동일하다.
타겟 치수의 최적화는, 설계 규칙에 의해 허용된다면 행해질 수 있다. 정의될 필요가 있는 파라미터들 중 하나는 타겟으로부터의 편차(Δ)이다. Δ의 값은 피치 워킹의 예상된 프로세스 윈도우(또는 범위)에 의해 실제로 정의되고, 이는 피치 워킹 범위와 동일하거나 큰 것이 바람직하다. 예상된 피치 워킹 범위가 타겟 주기의 사용을 허용하기에 너무 큰 경우에는, 설계 규칙이 허용된다면, 더 큰 주기가 테스트 구조물의 그레이팅에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 설계 규칙 제한에 기초하여, 테스트 위치 최적화는, 최고의 주기 및/또는 CD_m을 정의하기 위해 수행되어서, 모든 그레이팅 타겟이 큰 피치 워킹 프로세스 윈도우 내에서 우수하게 프로세스될 수 있도록 보장할 수 있다. CD(패턴의 특징부, 전형적으로 너비)를 사용하여, 편차 및 바람직하게는 주기 편차들은 임의의 타입의 복수의 패터닝에 대한 테스트 위치 구조물의 최고의 세트를 선택할 수 있도록 한다. 최적화도 피치 워킹에 대한 스펙트럴(퓨필) 민감도를 개선하기 위해 수행될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이 구성된 테스트 구조물의 사용에 추가하여, 데이터 프로세싱을 위한 특별한 알고리즘 및 해석 시퀀스가 사용될 수 있어서, 측정된 데이터의 빠르고 정확한 해석을 가능하게 (스펙트럴 및/또는 퓨필 및/또는 일립소메트리 측정 및/또는 다른 기존의 OCD 방법에 기초하여)할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
복수의 패터닝 프로세스에 의해 유도되는 피치 워킹 효과를 결정하여 프로세스를 제어할 수 있도록 하는, 테스트 구조물로부터 측정된 데이터(광학 응답)를 프로세싱하고 분석하기 위한 본 발명의 방법의 서로 다른 예시를 나타내는 도 4a, 4b 및 4c을 참조한다. 도 4a의 예시에서, 데이터 프로세싱 방법은 모델 기반의 방법인데, 즉, 유사한 측정 조건하에서 유사한 구조물로부터의 광학 응답(이론적인 데이터)을 기술하는 사전결정된 모델에 기초하여, 측정된 데이터 해석을 사용한다. 도 4b는 모델 기반의 데이터 프로세싱 기술의 약간 서로 다른 예시를 나타내는데, (한 쌍의 그레이팅의 예시에 기초하여) 세 개의 광학 응답 함수의 결합된 동시 해석을 사용한다. 도 4c의 예시에서, 데이터 프로세싱은 모델리스이고, 사전결정된 교정 데이터를 사용한다.
도 4a는 특별한 알고리즘과 데이터 해석 시퀀스를 사용하는, 본 발명의 프로세싱 방법의 순서도(60)를 예시화한다. 본 방법에 따르면, 상기 기술된 바와 같이 배열된 한 쌍의 그레이팅을 포함하는 테스트 구조물로부터 스펙트럴 측정된 데이터(또는 "퓨필" 또는 퓨필 평면내의 신호 분포를 나타내는 "각도" 응답)가 제공된다(단계 62). 이러한 스펙트럴 측정된 데이터는 측정 시스템으로부터 수신되거나 저장 장치로부터 접근된다(경우에 따라). 스펙트럴 측정된 데이터는 프로세스된다(단계 64). 프로세싱은 평균 스펙트럼(퓨필 신호)와 차이 스펙트럼(퓨필 신호)의 계산을 포함한다(단계 65). 옵션으로, 잡음 감소 프로세싱이 적용될 수 있다(단계 66). 평균 스펙트럼은 파장 당(또는 퓨필 각도 당) 평균화된 테스트 구조물의 두 개의 그레이팅으로부터의 반사율로 계산된다. 차이 스펙트럼은 두 개의 그레이팅으로부터 반사율 신호에서 파장 당(또는 퓨필 각도 당) 차이로 계산된다. 그리고 나서, 평균 스펙트라(평균 퓨필 신호)의 해석은 Δ와 동일한 타겟 피치 워킹으로 수행된다(단계 68). 플로팅 파라미터는 CD_sp 및 모든 정규 OCD 프로필 파라미터를 포함하는데, 두 개의 공간 CD는 Δ 만큼 다르게 유지된다(공간은 (P - 2CD_Sp)/2 + ½Δ) and ((P - 2CD_Sp)/2 - ½Δ)으로 정의됨). 이러한 경우에, 평균 스펙트라의 해석은 표준 OCD 적용예와 유사하다. CD_sp를 포함하는, 평균 스펙트라(또는 평균 퓨필 신호)의 해석에 의해 발견되는 기하형상 파라미터는 (가령, 주입에 의해) 다음 단계에서 사용을 위해 저장된다.(단계 70). 더블 패터닝 경우 예시에 대해, 차이 스펙트라(또는 차이 퓨필 신호)의 해석은 오직 하나의 플로팅 파라미터(피치 워킹)로 수행된다(단계 72). 해석은, 타겟 파라미터(여기서, 다른 파라미터는 이전 단계로부터의 해석에 기초하여 사용됨)에 대한 최대 민감도를 사용하여 선택된 스펙트럴 영역(즉, 스펙트럼이나 신호의 일부)에 수행될 수 있다. 상기 표시된 바와 같이, 테스트 구조물 내의 복수의 그레이팅은 제어될 복수의 패터닝 프로세스의 패터닝 단계의 수와 동일하거나 동일하지 않을 수 있어서, 트리플 패터닝과 쿼드러플 패터닝에 대해, 차이 스펙트라(또는 차이 퓨필 신호)의 해석은 하나보다 많은 플로팅 파라미터로 수행될 수 있다(단계 72). 평균 및 차이 스펙트라(또는 퓨필 신호), CD-sp 및 피치 워킹의 해석 결과에 기초하여, 모든 CD는 용이하게 계산될 수 있다(단계 74).
도 4b의 순서도(76)에 의해 도시되고, 측정된 데이터를 프로세싱하고 분석하는 또 다른 예시에 따르면, 세 개의 스펙트라(또는 퓨필 신호)의 결합된 동시 해석은 (한 쌍의 그레이팅의 예시에 기초하여) 수행될 수 있다. 따라서, 도 4a의 상기 기술된 예시와 마찬가지로, 상기 기술된 바와 같이 배열된 한 쌍의 그레이팅을 포함하는 테스트 구조물로부터의 광학 응답 데이터(스펙트럴 데이터 또는 퓨필/각도 응답)가 제공되고(단계 62), 이는 측정 시스템으로부터 수신되거나 저장 장치로부터 접근되며, 프로세스된다(단계 64). 옵션으로 프로세싱은 잡음 감소를 포함한다(단계 66). 측정된 데이터는 두 개의 그레이팅(G1 및 G2)으로부터 두 개의 측정된 신호를 포함하고, 차이 스펙트라(또는 차이 퓨필 신호)를 추가한다. 측정된 데이터는 파장 당(또는 퓨필 각도 당) 두 개의 응답(반사율) 사이의 차이를 계산하기 위해 프로세스되고(단계 77), 그리고 나서, 결합된 해석이 수행되는데(단계 78), 다시 말해, 두 개의 그레이팅(G1 및 G2)으로부터의 두 개의 측정된 신호 및 차이 함수(가령 스펙트라)는 동일한 모델로 동시에 해석되어서, 모든 요구되는 CD 및 피치 워킹의 측정과 보고를 허용한다(단계 79). 또한, 이처럼 결합된 해석은 타겟 파라미터에 대해 최고 민감도를 사용하여 선택된 스펙트럴(또는 퓨필) 영역에 수행될 수 있다.
도 4b는 측정된 데이터를 프로세싱하는 모델리스 방법에 대한 순서도(80)를 도시한다. 이러한 예시에 따르면, 교정 데이터가 우선 준비되고(단계 82), 그리고 나서, 실제 측정된 데이터를 프로세싱하는데 사용된다(단계 85).
교정 데이터의 준비는 서로 다른 패터닝 조건(도스 매트릭스(dose matrix))을 사용하여, 타겟 위치를 가진 교정 웨이퍼의 준비를 포함한다(단계 84). 가령, 이는 도스의 베리에이션을 포함하는데, 도스 매트릭스는 만드렐 리소에서 준비되고, 한 세트의 필드가 샘플(웨이퍼)상에 인쇄되며, 각각은 서로 다른 도스 세팅으로 인쇄된다. 이는 만드렐 CD의 베리에이션에 의한 차이 공간(OL)을 가지는 한 세트의 그레이팅 쌍을 생성할 수 있도록 하고(가령, 더블 패터닝 예시), CD 차이는 대개 알려지거나 임의의 계측 툴에 의해 측정될 수 있다. 그리고 나서, 광학 측정치는 타겟 위치상의 그레이팅 쌍에 (가변 측정 조건(가령, 파장)을 사용하여) 적용되고, 차이 신호는 모든 도스 매트릭스 조건에 대해 계산된다(단계 86). 계산된 차이 신호는 서로 다른 도스(만드렐 CD의 베리에이션), 즉, 한 세트의 차이 광학 응답 함수(가령, 스펙트라, 가변 측정 조건(들)은 파장 베리에이션을 포함한다고 간주함)로 생성된 모든 타겟 쌍으로부터 한 세트의 차이 신호를 제공한다. 측정 조건의 해당 베리에이션에 대한 범위(가령, 파장 범위)는, 오버레이 민감도를 최대화시키는 하나 이상의 추가 측정 조건(들)의 베리에이션과 함께 정의된다(단계 88). 잡음 감소, 평균화, 및 다른 신호 프로세싱은 요구되면 적용될 수 있다. 정의된 신호는 알려진 CD 베리에이션(임의의 계측에 의해 측정되거나 알려진 도스 의존도를 사용함)으로 교정되고(단계 90), 측정 사용법이 생성된다(단계 92). 임의의 방법(NN 및 유사)도 사용될 수 있다. 정의된 신호의 교정은, 잡음 감소, 평균화 및 다른 신호 프로세싱 이후에 행해질 수 있다는 점에 유의해야 한다.
실제 측정된 데이터, 즉, 실제(생산) 샘플에 대한 측정치가 제공되고, 교정 데이터를 사용하여 분석된다(단계 85). 이를 위해, 실제 측정된 데이터의 차이 신호가 결정되고(단계 94), 교정을 사용한 측정 사용법이 차이 신호에 적용되며(단계 96), 공간(OL)들 사이의 차이가 측정된다(단계 98). 그러므로, 실제 측정치의 프로세싱은 CD 및 다른 구조물 파라미터의 사전 지식을 요하지 않고, 사전 정의된 모델의 사용을 요하지 않는다.
다음은 두 개의 측정 모델인 수직 입사(Normal Incidence, NI)와 경사 스펙트럴 반사미터로 측정된 FIN 피치 워킹(산화물 상의 2D Si FIN 그레이팅)에 대한 본 발명의 기술의 사용을 나타내는 예시이다. 그레이팅 치수와 측정 단계는, 80 nm의 패턴 주기를 제공하는 이머젼 193 nm 리소그래피로 인쇄된 CD_m = 20 nm를 가진 리소(만드렐)의 특정 예시에 대해 아래 표 2에서 요약된다. 여기서, Δ는 10 nm로 설정된 패터닝 마스크에서 두 개의 그레이팅 사이의 내포된 미스매치이다. 피치 워킹과 관련된 프로세스는, 스페이서 오류(X)와 리소 오류(Y) 때문에, 1 내지 5 nm의 범위에서 모델링되었다.
주기 CD 만드렐(타겟), nm 스페이서(타겟), nm 스페이서 오류 X, nm 리소 오류 Y, nm
공칭(Nominal) 80 20 20 영 영
그레이팅 1 80 25 20 +/- 0.5;1;1.5;2;2.5 +/- 0.5;1;1.5;2;2.5
그레이팅 2 80 15 20
도 5a 및 5b는 리소(만드렐) 오류 및 스페이서 오류에 대한 OCD 스펙트라의 민감도에 대한 본 발명의 기술을 예시화하는데, 도 5a는 리소(만드렐) 오류 Y (왼쪽)에 의한 피치 워킹에 대한 스펙트럴 민감도를 나타내고, 도 5b는 스페이서 오류 X에 의한 피치 워킹에 대한 스펙트럴 민감도를 나타낸다. 두 경우에서, 피치 워킹 변화는 1 nm 스텝으로 - 5 nm 내지 + 5 nm이다. 6개의 스펙트라가 수직 입사 및 두 개의 방위각(0도와 90도)을 가진 경사 입사 스펙트라에 대해 존재하고, 이들 각각은 두 개의 편광을 가진다. 스페이서 베리에이션에 대한 스펙트럴 민감도(도 5b)가 높고, 리소(만드렐) 베리에이션에 대한 민감도(도 5a)는 극히 작다는 것이 명백하게 보인다. 따라서, 단일 측정치에 기초하여 피치 워킹의 리소 성분(Y)을 측정하기 어려울 것이다.
도 6a 및 6b는 만드렐 오류(도 6a)에 대한, 그리고 스페이서 오류(도 6b)에 대한 차이 스펙트라(피치 워킹에 대한 스펙트럴 민감도)를 나타낸다. 두 경우에서, 피치 워킹 변화는 1 nm 스텝으로 - 5 nm 내지 + 5 nm이다. 6개의 스펙트라가 수직 입사 및 0도로 경사진 것과 90도로 경사진 경사 입사 스펙트라에 대해 존재한다. 간결성을 위해, 오직 수직 입사(TE) 스펙트럴 차이가 도시된다. 예상된 바와 같이, 차이 신호는 두 경우에서 유사하고, 차이는 피치 워킹에 의해 주로 정의된다.
서로 다른 스페이서(CD)에 의한 큰 스펙트럴 베리에이션은 차이 스펙트라의 경우에 거의 완전히 사라진다는 것에 유의해야 한다. 차이 스펙트라의 명백한 스펙트럴 시그네처는 최고의 민감도 스펙트럴 영역이 해석을 위해 선택되어서, 스펙트럴 향상 및 잡음 감소 기술의 사용이 심지어 소수의 피치 워킹 오류조차도 측정할 수 있게 한다. 이들 최고의 민감도 스펙트럴 영역은 편광/ 입사 각도/ 방위각등을 포함하되, 이에 제한되지 않으며, 민감도 분석에 기초하여, 현재 예시에서는 측정된 스펙트럴 응답에 기초하여 스펙트럴(또는 퓨필 신호) 성분의 각각에서 선택된다.
대안적으로 또는 상기 기술된 데이터 프로세싱 방법에 추가적으로, 특별한 데이터 프로세싱이 사용되어서, 교정에 기초하여 피치 워킹의 모델리스 측정치(즉, 해석에 대한 필요성 없이)를 가능하게 하는데 사용될 수 있다.
다른 강한 프로필 파라미터(가령 CD_sp)의 큰 베리에이션에 독립적인 차이 스펙트라(도 6a 및 6b)의 명백한 스펙트럴 시그네처는 빠르고 신뢰성있는 방법으로, 복잡한 모델링 없이 오버레이 오류(OL)를 측정하기 위해 교정 기술을 사용할 수 있다. 현재 예시에서, 250 - 350 nm 및/또는 400 - 450 nm의 스펙트럴 영역 내의 평균 및/또는 인테그럴 차이 신호는 피치 워킹의 X 및 Y 성분에 비례한다. 그래서, 모델 기반의 접근법에서와 같이, 최고의 민감도 영역의 우수한 선택은 스펙트럴 향상 및 잡음 감소 기술의 사용과 함께, 전반적은 피치 워킹의 신뢰성있는 모델리스 측정치를 허용한다. 본 명세서에 기술되는 예시는 간단화되었고, 좀 더 복잡한 표시 또는 스펙트라에 대한 수학적 함수는 이러한 모델리스 솔루션을 근거로 사용될 수 있다는 것에 유의한다.
이러한 옵션(모델리스 데이터 분석, 교정에 기초함)은 가령, 아래에 위치된 복잡한 구조물위의 복수의 패터닝과 같이, 모델링이 문제가 될 때, 이득 될 수 있다. 모델리스 옵션은 인-다이 측정치를 할 수 있도록 하는데, 여기서, 모든 파라미터의 베리에이션(특히, 언더 라잉 구조물에 대해)을 모델링하고 설명하기 어렵거나 불가능하다.
모델리스 접근법의 교정은 간단한 Focus Exposure Matrix (FEM) 웨이퍼나 복수의 패터닝 시퀀스를 통해 프로세스되는 평평한 Dose Matrix (DM) 웨이퍼상에서 행해질 수 있다. 이러한 경우에, 피치 워킹의 크기와 최고의 스펙트럴 민감도의 영역은 차이 스펙트라의 교정을 허용한다는 것을 용이하게 발견할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 임의의 기존 스캐터메트리 측정 시스템과 작동할 수 있는 복수의 패터닝 기술의 정확한 제어를 위한 간단하고 효과적인 기술을 제공한다. 본 발명은 임의의 OCD 측정 기술은 물론, 가령 SADP와 같은 임의의 특정 복수의 패터닝 기술로 제한되지 않는다.

Claims (27)

  1. 타겟 패턴을 생성하기 위해 복수의 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 구성된 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 포함하는 물품에 있어서, 상기 테스트 구조물은 적어도 한 쌍의 그레이팅(grating)을 포함하고, 한 쌍의 그레이팅에서 제1 및 제2 그레이팅은 교호 특징부와 공간의 제1 및 제2 패턴의 형태이며, 함께 전체 차이를 제공하기 위해 선택된 서로 다른 제1 및 제2 값만큼 타겟 패턴과 차이가 나서, 상기 테스트 구조물로부터의 차이 광학 응답이 피치 워킹 효과를 나타내고,
    상기 전체 차이 값은 피치 워킹 효과의 프로세스 윈도우에 해당하는 사전정의된 값에 비례하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 물품.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 패턴 파라미터가 패턴의 특징부 및 공간 중 적어도 하나의 치수를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 그레이팅에 대한 비례 요소가 선택되어서, 전체 차이는 피치 워킹 효과와 동일한 것을 특징으로 하는 물품.
  5. 제 1 항에 있어서, 테스트 구조물은 적어도 하나의 추가 쌍의 그레이팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  6. 제 1 항에 있어서, 테스트 구조물 내의 그레이팅의 수는 복수의 패터닝 프로세스 내의 패터닝 단계의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 물품.
  7. 제 1 항에 있어서, 테스트 구조물 내의 그레이팅의 수는 복수의 패터닝 프로세스 내의 패터닝 단계의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 물품.
  8. 제 1 항에 있어서, 테스트 구조물은 더블 패터닝 프로세스를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 물품.
  9. 제 1 항에 있어서, 피치 워킹 효과를 나타내는 테스트 구조물로부터의 차이 광학 응답은 적어도 하나의 가변 측정 조건의 함수로 측정되는 것을 특징으로 하는 물품.
  10. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 서로 다른 측정 조건은 조명의 서로 다른 파장, 서로 다른 편광, 광 조건의 서로 다른 각도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  11. 제 1 항에 있어서, 테스트 구조물 내의 한 쌍의 그레이팅의 제1 및 제2 패턴은 더블 패터닝 프로세스를 제어하기 위해 구성되고, 제1 및 제2 패턴은 패턴 (CD_m)1 과 (CD_m)2의 특징부와 공간 중 하나에 대한 제1 및 제2 치수를 가지며, 상기 (CD_m)1 과 (CD_m)2는,
    (CD_m)1 = CD_m + (0.5·Δ)와 (CD_m)2 = CD_m - (0.5·Δ)를 만족하되, CD_m은 타겟 패턴 내의 해당 치수이고, Δ는 상기 더블 패터닝 프로세스를 특징 짓는 피치 워킹 효과에 해당하는 사전정의된 값인 것을 특징으로 하는 물품.
  12. 제 1 항에 있어서, 샘플 상의 타겟 패턴을 생성하는 것을 제어하기 위해, 상기 복수의 패터닝 프로세스를 경함하도록 상기 샘플이 준비되는 것을 특징으로 하는 물품.
  13. 제 1 항에 있어서, 샘플 상의 타겟 패턴을 생성하는 것을 제어하기 위해, 상기 복수의 패터닝 프로세스를 결험하도록 반도체 웨이퍼가 준비되는 것을 특징으로 하는 물품.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 테스트 위치는 웨이퍼의 스크라이브 라인이나 인-다이 영역 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 물품.
  15. 제 1 항에 있어서, 타겟 패턴을 생성하기 위해 샘플에 적용될 복수의 패터닝 프로세스에서 만드렐 마스크로 사용되기 위한 패터닝 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  16. 샘플상에 타겟 패턴을 생성하기 위하여, 샘플에 적용되는 복수의 패터닝 프로세스를 제어하는 사용 방법에 있어서, 상기 방법은,
    샘플 상의 테스트 위치 내에 테스트 구조물을 제공하는 단계 - 테스트 구조물은 청구항 제 1 항, 2항, 또는 제4항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따라 구성됨 - 와,
    테스트 구조물에 광학 측정치를 적용하고 테스트 구조물 내의 그레이팅의 광학 응답을 검출하는 단계와,
    차이 광학 응답을 결정하고 피치 워킹 효과를 식별하기 위해, 검출된 광학 응답을 나타내는 데이터를 프로세싱하고 분석하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 측정치는 서로 다른 측정 조건을 사용한 측정치를 포함하여서, 광학 응답은 상기 측정 조건의 함수에 따라 검출된 광의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서, 서로 다른 측정 조건은 조명의 서로 다른 파장, 서로 다른 편광, 광 수집의 서로 다른 각도 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 16 항에 있어서, 테스트 구조물을 포함한 물품을 제공하는 단계는,
    물품에 만드렐 마스크를 적용하여서 상기 물품 상에 제1의 코어 패턴을 생성하는 단계, 여기서, 상기 만드렐 마스크는 테스트 구조물을 포함하는 테스트 위치를 형성하는 만드렐 레이아웃을 포함하여서, 물품 상의 테스트 위치 내에 해당 테스트 구조물을 형성하고, 만드렐 패턴을 형성하며, 만드렐 내의 상기 테스트 구조물은, 복수의 패터닝 프로세스를 특징짓는 예상된 피치 워킹 효과에 따라 선택되는 사전결정된 제1 및 제2 값에 의해 만드렐 레이아웃의 임계 치수와 상이한 제1 및 제2 임계 치수를 가진 제1 및 제2 패턴을 가진 제1 및 제2 그레이팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 패터닝 프로세스는 스페이서 자기-정렬된 복수의 패터닝인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 삭제
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