KR102666268B1 - 웨이퍼 모델 및 웨이퍼 제조 어셈블리를 사용한 웨이퍼 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 노광 방법에 대하여, 사전 정의된 측정 위치에서의 웨이퍼 구조로부터 임계 치수 값을 얻는다. 웨이퍼 구조를 형성하기 위해 사용되는 노광 프로세스의 위치-의존 프로세스 파라미터를 얻는다. 측정 사이트에서의 임계 치수 값으로부터, 미리 설정된 모델 및 하나 이상의 추가 모델의 계수가 결정된다. 각각의 추가 모델은 미리 설정된 모델 및 다른 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하다. 모델은 임계 치수 값, 프로세스 파라미터 및/또는 프로세스 파라미터의 보정 값을 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로 근사화한다. 모델로부터 얻은 근사화된 임계 치수 값 및 측정 사이트에서 얻은 임계 치수 값 사이의 잔차가 결정된다. 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델 중에서 업데이트된 모델이 선택된다. 선택은 잔차, 모델 항의 개수 및/또는 모델 항의 차수에 가중치를 부여하는 기준에 기초한다.
Description
본 실시예는 반도체 리소그래피 및 패터닝 분야, 특히 프로세스 모니터링 및 프로세스 제어에 사용되는 웨이퍼 모델의 양상에 관한 것이다.
집적 회로, 디스플레이 및 센서와 같은 전자 디바이스 제조에서 포토리소그래피 시스템은 레티클에서 반도체 기판으로 패턴을 전사한다. 레티클에는 회로-디자인 정보가 포함되어 있다. 포토레지스트 층은 반도체 기판을 코팅한다. 노광 프로세스는 레티클 패턴을 포토레지스트 층으로 전사한다. 노광 프로세스의 제어 가능한 파라미터는 초점 및 도즈를 포함한다. "초점" 값은 최적의 패터닝 조건을 위한 실제 초점 평면 및 기준 평면 사이의 거리를 설명하는 "디포커스"로 주어질 수 있다. 도즈 값은 노광 빔의 방사 전력에 대한 척도를 제공한다. 일반적으로 초점 및 도즈에 대한 최상의 값은 주 표면 상의 노광 빔의 양 위치 좌표에 달려있다. 기판의 프로세스 이력의 변동이 노광 결과에 영향을 미치므로, 최상의 초점과 도즈 값 또한 시간에 따라 달라진다. 일반적으로 초점 및 도즈에 대한 피드백 루프는 이전에 노광된 기판으로부터 얻은 정보에 기초하여 다음 노광에 대한 초점 및 도즈 보정 값을 제공한다. 보정 값은 일반적으로 비교적 적은 수의 측정 사이트에서 얻은 정보로부터 도출된다. 웨이퍼 모델은 측정 사이트에서 얻은 정보에 기초하여 필드-미세 보정 값 또는 심지어 필드 내 보정 값의 보간을 지원한다.
패터닝 프로세스의 프로세스 모니터링 및 프로세스 제어를 개선할 꾸준한 필요성이 있다.
본 출원의 일 실시예는 웨이퍼 노광 방법에 관한 것이다. 웨이퍼 노광 방법에 대하여, 사전 정의된 측정 사이트의 웨이퍼 구조로부터 임계 치수 값을 얻는다. 웨이퍼 구조를 형성하기 위해 사용되는 노광 프로세스의 위치-의존 프로세스 파라미터를 얻는다. 측정 사이트에서의 임계 치수 값으로부터, 미리 설정된 모델 및 하나 이상의 추가 모델의 계수가 결정된다. 각각의 추가 모델은 미리 설정된 모델 및 다른 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하다. 각 모델은 임계 치수 값, 프로세스 파라미터 및/또는 프로세스 파라미터의 보정 값을 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로 근사화한다. 모델로부터 얻은 근사화된 임계 치수 값 및 측정 사이트에서 얻은 임계 치수 값 사이의 잔차가 결정된다. 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델 중에서 업데이트된 모델이 선택된다. 선택은 잔차, 항의 개수 및/또는 웨이퍼 모델 항의 차수에 가중치를 부여하는 기준에 기초한다.
본 출원의 다른 실시예는 웨이퍼 제조 어셈블리에 관한 것이다. 웨이퍼 제조 어셈블리는 노광 툴 어셈블리를 포함한다. 노광 툴 어셈블리는 웨이퍼 기판을 코팅하는 포토레지스트 층을 노광 빔에 노광하며, 여기서 노광 툴 어셈블리는 노광된 포토레지스트 층으로부터 웨이퍼 구조를 정의하기 위해 위치-의존 프로세스 파라미터를 사용한다. 프로세서 유닛은 노광 툴 어셈블리와 데이터-연결된다. 프로세서 유닛은 웨이퍼 구조를 정의하기 위해 노광 툴 어셈블리에 사용되는 위치-의존 프로세스 파라미터를 수신 및/또는 유지한다. 프로세서 유닛은 또한 사전 정의된 측정 사이트에서의 노광된 포토레지스트 층으로부터 얻은 웨이퍼 구조의 임계 치수 값을 수신한다. 프로세서 유닛은 측정 사이트에서의 임계 치수 값으로부터 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델의 계수를 결정한다. 각각의 추가 모델은 미리 설정된 모델 및 다른 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하다. 모델은 임계 치수 값, 프로세스 파라미터 및/또는 프로세스 파라미터의 보정 값을 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로 근사화한다. 프로세서 유닛은 모델으로부터 얻은 근사화된 임계 치수 값 및 측정 사이트에서 얻은 임계 치수 값 사이의 잔차를 결정한다. 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델 중에서, 프로세서 유닛은 업데이트된 모델을 선택하고, 선택은 잔차, 모델의 항의 개수, 및/또는 모델의 항의 차수에 가중치를 부여하는 기준에 기초하여 한다.
당업자는 다음의 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 볼 때 추가적인 특징 및 이점을 인식할 것이다.
첨부된 도면은 실시예의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 노광 방법 및 웨이퍼 제조 어셈블리의 실시예를 예시하고 설명과 함께 실시예의 원리를 설명하는 데 기여한다. 추가 실시예는 다음의 상세한 설명 및 청구범위에 설명되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 적어도 하나의 노광 파라미터를 모니터링 및/또는 제어하기 위한 프로세서 유닛을 포함하는 웨이퍼 제조 어셈블리의 단면의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨이퍼 모델 업데이트 프로세스에서 패널티 항의 영향을 예시하기 위한 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예의 효과를 예시하기 위한 예에 따라 업데이트된 웨이퍼 모델에 대한 Zernike 다항식의 선택을 개략적으로 예시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 웨이퍼 노광 모델 업데이트의 흐름도를 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 적어도 하나의 노광 파라미터를 모니터링 및/또는 제어하기 위한 프로세서 유닛을 포함하는 웨이퍼 제조 어셈블리의 단면의 개략적인 블록도이다.
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도 3a 및 도 3b는 실시예의 효과를 예시하기 위한 예에 따라 업데이트된 웨이퍼 모델에 대한 Zernike 다항식의 선택을 개략적으로 예시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 웨이퍼 노광 모델 업데이트의 흐름도를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 실시예가 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시되는 첨부 도면에 대한 참조가 만들어진다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예가 사용될 수 있고 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예에 대해 도시되거나 설명된 특징은 또 다른 실시예를 산출하기 위해 다른 실시예 상에서 또는 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 본 개시는 그러한 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 예는 특정 언어를 사용하여 설명되며, 이는 첨부된 청구항의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면은 스케일링되지 않았으며 단지 설명을 위한 것이다. 대응하는 요소는 달리 명시되지 않는 한 상이한 도면에서 동일한 참조 부호로 지정된다.
"갖는(having)", "포함하는(containing)", "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 등의 용어는 개방적이며, 용어는 명시된 구조, 요소 또는 피처의 존재를 나타내지만 추가 요소 또는 피처를 배제하지 않는다. 관사 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 단수뿐만 아니라 복수도 포함하도록 의도된다.
본 개시의 일 실시예는 웨이퍼 노광 방법에 관한 것이다. 웨이퍼 노광 방법은 사전 정의된 측정 위치에서 웨이퍼 구조의 임계 치수 값을 얻는 단계를 포함한다.
웨이퍼 구조는 웨이퍼 기판 상에 또는 웨이퍼 기판 내에 형성된 구조를 포함할 수 있다. 웨이퍼 기판은 기판 물질를 포함하는 얇은 디스크일 수 있다. 기판 물질은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 기판은 예로서 반도체 웨이퍼, 하나 이상의 반도체 층을 포함하는 유리 기판, 또는 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼일 수 있다.
웨이퍼 구조는 웨이퍼 기판의 전면 주 표면으로부터 웨이퍼 기판으로 연장하는 트렌치를 포함할 수 있다. 트렌치는 주변 기판 물질과 상이한 물질로 채워질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 웨이퍼 구조는 웨이퍼 기판의 전면 주 표면으로부터 돌출할 수 있다. 주 표면에서 돌출된 구조는 예를 들어 기둥, 줄무늬 모양의 리브(rib) 및/또는 선 패턴을 포함할 수 있다. 주 표면으로부터 돌출된 구조는 포토레지스트 구조를 포함할 수 있다.
각각의 임계 치수 값은 웨이퍼 구조 중 하나의 물리적 특성 또는 두 웨이퍼 구조 간의 위치 관계를 정량적으로 설명한다.
웨이퍼 노광 방법은 웨이퍼 구조를 형성하기 위해 사용된 노광 프로세스의 위치-의존 프로세스 파라미터를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 노광 프로세스는 노광 툴 어셈블리를 사용할 수 있다. 노광 툴 어셈블리는 웨이퍼 기판의 주 표면을 코팅하는 포토레지스트 층으로 레티클(reticle) 패턴을 투영(project)하기 위해 노광 빔(exposure beam)을 사용할 수 있다. 프로세스 파라미터는 임계 치수 값에 영향을 줄 수 있는 노광 프로세스의 이러한 파라미터를 포함한다. 프로세스 파라미터는 주 표면의 노광 빔의 위치 함수로서 제어될 수 있는 노광 프로세스의 이러한 파라미터를 포함할 수 있다.
사전 정의된 측정 사이트에서 얻은 임계 치수 값으로부터, 미리 설정된 모델의 계수가 결정될 수 있다. 미리 설정된 모델은 이전 노광에 대한 노광 파라미터를 결정하기 위해 사용되었던 모델일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 추가 모델의 계수가 결정될 수 있고, 여기서 각각의 추가 모델은 미리 설정된 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고 다른 추가 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하다.
각 모델은 닫힌 수학적 형태에서 주 표면에 걸친 임계 치수 값의 분포를 근사화할 수 있다. 현재 모델은 측정 사이트에서의 측정으로부터 얻은 입력 정보를 수신한다. 입력 정보로부터, 모델은 전체 주 표면에 걸친 임계 치수 값의 분포를 설명하는 출력 정보를 도출한다. 입력 정보는 측정된 임계 치수 값 및/또는 측정된 임계 치수 값으로부터 도출된 프로세스 파라미터를 포함할 수 있다. 출력 정보는 추정된 임계 치수 값, 업데이트된 프로세스 파라미터 및/또는 프로세스 파라미터의 보정 값을 위치 함수로서 포함할 수 있다. 출력 정보는 표시되거나, 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템으로 전송되고/되거나 다음 웨이퍼 기판의 전체 주 표면에 걸친 노광 프로세스를 제어하거나 현재 웨이퍼 기판의 재작업을 위해 사용될 수 있다.
위치는 기판 주 표면의 각 지점을 명확하게 정의하는 위치 좌표로 설명될 수 있다. 위치 좌표는 선형 좌표, 예를 들어 직교 선형 좌표(x, y 좌표계) 또는 극 좌표(r, )일 수 있다. 위치 좌표는 노광 필드의 위치(필드 간 보정용) 및/또는 각 노광 필드 내의 위치(필드 내 보정용)를 설명할 수 있다.
각 모델은 항의 합으로 표현된다. 각 (모델) 항은 적어도 하나의 위치 좌표 및 계수를 포함한다. 예를 들어, 각 항은 계수 및 적어도 하나의 위치 좌표의 대수 함수의 곱일 수 있다.
각 모델의 계수는 피팅 알고리즘을 사용하여 얻을 수 있다. 피팅 알고리즘은 각 모델에 의해 출력된 임계 치수 값("모델 CD") 및 실제 임계 치수 값("실제 CD") 사이의 편차를 최소화하는 계수를 찾는다. 실제 CD는 현재 웨이퍼 기판의 사전 정의된 측정 사이트에서의 웨이퍼 구조로부터 직접 얻은 것이다. 모델 CD는 사전 정의된 측정 사이트에 대해 각 모델이 출력하는 CD이다. 피팅 알고리즘은 LSM(Least Squares Method)을 포함할 수 있다.
그 후 각 관련 모델에 대해 개별적으로, 모델의 출력 및 웨이퍼 구조로부터 얻은 실제 CD 값 사이의 잔차가 결정된다. 즉, 각 관련 모델에 대해 개별적으로, 모델 CD 및 실제 CD 간의 남은 차이를 결정한다.
그 후 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델 중에서, 업데이트된 모델이 선택된다. 선택은 각 모델의 항의 개수 및/또는 모델의 항의 차수에 대한 잔차의 크기에 가중치를 부여하는 기준에 기초할 수 있다. 일반적으로 총 잔차는 예를 들어 모델 항의 개수와 함께 모델의 복잡성이 증가함에 따라 감소한다. 그러나 오직 전체 모델에 큰 영향을 미치는 항(예: 상대적으로 가중치가 높은 항)은 일반적으로 웨이퍼 기판 생산 라인의 물리적 영향을 나타내는 반면 가중치가 낮은 항은 오직 또는 주로 노이즈 효과를 이미징한다. 항의 개수를 페널티 항으로 고려함으로써, 모델의 항의 개수는 생산 라인에서 상당한 물리적 효과를 나타내고 다음 노광에도 체계적인 영향을 미칠 수 있는 항으로 제한될 수 있다. 반면에 물리적 배경에 할당할 수 없는 모델의 이러한 항은 노광 프로세스 개선에 거의 기여하지 않고 모델의 효율성에 정반대의 영향을 미칠 수 있다.
사전 정의된 모델 대신 업데이트된 모델로 노광 프로세스를 제어하는 것은 업데이트된 모델이 생산 라인에서 현재 지배적인 물리적 효과에 더 잘 정렬되기 때문에 더 효과적일 수 있다. 새로운 모델 항 및/또는 생략된 모델 항은 웨이퍼 기판의 생산 라인에서 프로세스의 상당한 변화를 지시할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 업데이트된 모델의 항을 설명하는 정보가 출력될 수 있다. 예를 들어, 모델 항의 임의의 변경 사항은 작업자(human operator) 또는 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템에 표시될 수 있다. 모델 항의 임의의 생략 및 항의 임의의 삽입은 전체 프로세스 시그니처의 일부 상당한 변화를 지시할 수 있다. 따라서 취소된 모델 항 및/또는 새롭게 도입된 모델 항에 대한 정보는 프로세스 제어에 유용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다음 노광 프로세스에서 사용되는 위치-의존 프로세스 파라미터는 업데이트된 모델에 기초하여 업데이트될 수 있다. 이러한 방식으로 현재 웨이퍼 기판의 사전 정의된 측정 사이트에서 취해진 정보는 다음 노광 프로세스를 개선하기 위해 즉시 사용할 수 있다. 노광 프로세스는 프로세스 시그니처의 변경에 즉시 적응될 수 있다.
인라인(in-line) 정보를 이용하는 모델의 꾸준한 업데이트와 함께 노광 프로세스는 제1 출현 이후 및 개입 없이(예: 작업자의 개입 없이) 이전에 처리된 웨이퍼 기판에서 검출되지 않은 프로세스 편차를 추적할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 업데이트된 모델의 선택은 잔차의 총량에 대해 모델 항의 개수에 가중치를 부여하는 트레이드-오프에 기초할 수 있다. 예를 들어, 제1항 및 제2항을 조합하는 보조 함수가 정의될 수 있다. 제1 항은 모델 항의 개수의 함수로서 모델의 품질을 나타낸다. 제1 항은 모델 항의 개수가 증가함에 따라 꾸준히 감소할 수 있다. 제2 항은 모델 항의 개수에 따라 증가할 수 있다. 제2 항은 꾸준히 증가(예: 단조 증가)할 수 있다. 항은 덧셈 또는 곱셈으로 결합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 업데이트된 모델의 선택은 BIC(Bayesian information criterion) 또는 AIC(Akaike information criterion) 중 적어도 하나에 기초할 수 있다. BIC는 수식 (1)과 같이 정의될 수 있고 AIC는 수식 (2)와 같이 정의될 수 있다.
수식 (1): BIC = kln(n)- 2ln(^L)
수식 (2): AIC = 2k - 2ln(^L)
수식 (1) 및 수식 (2)에서 n은 측정 사이트의 개수를 제공하고, k는 항의 개수를 제공하며, ^L은 우도 함수(likelihood function)의 최대값을 나타내며, 이는 총 잔차에 반비례하여 증가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모델은 Zernike 다항식 및/또는 Legendre 다항식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Zernike 다항식은 회전 좌표계를 참조한다. 대부분의 웨이퍼 기판의 모양 및 프로세스의 특성 때문에 많은 프로세스 편차는 Zernike 다항식으로 비교적 잘 설명될 수 있는 오류를 야기한다.
예를 들어, 모델은 예를 들어 필드 간 보정을 위해 극좌표를 갖는 다항식 항을 포함할 수 있다. 필드 간 보정은 예를 들어 퇴적 효과, 웨이퍼 휘어짐 등에 기초한 효과와 같은 기판-수준 편차를 줄일 수 있다. 예를 들어, 모델은 Zernike 다항식을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모델은 예를 들어 필드 내 보정을 위해 Cartesian 좌표를 갖는 다항식 항을 포함할 수 있다. 필드 내 보정은 레티클 효과 및/또는 디자인-고유 효과를 줄일 수 있다. 예를 들어, 모델은 Legendre 다항식을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 추가 모델들 중 적어도 하나는 최대 차수까지의 특정 유형의 모든 다항식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 추가 모델은 최대 차수까지의 모든 Zernike 다항식을 포함할 수 있다. 최대 차수는 3 내지 10일 수 있다. 최대 차수는 BIC 또는 AIC가 최소를 갖는 차수일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 업데이트된 모델의 각 계수에 대해 품질 지수가 결정될 수 있다. 품질 지수는 샘플링 지점에서 얻은 임계 치수 값의 변동으로부터 계수의 의존 정도에 관한 정보를 제공할 수 있다.
품질 지수는 사전 정의된 측정 사이트 전부 또는 사전 정의된 측정 사이트의 일부에서만 도출될 수 있다. 예를 들어, 품질 지수는 계수에 크게 기여하는 이러한 사전 정의된 측정 사이트로부터만 도출될 수 있다. 각 임계 치수 값의 약간의 변동이 계수 값에 미치는 영향이 낮거나 계수 값이 임계 치수 값 측면에서 단일 이상 값에 대해 강건한 경우 품질 지수가 높을 수 있다.
품질 지수는 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템으로 전송되거나 작업자에게 표시될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 업데이트된 모델에 대한 항의 선택은 모델 항의 품질 지수를 고려할 수 있다. 예를 들어, 업데이트된 모델에 대한 항의 선택은 품질 지수가 미리 설정된 임계값 미만인 계수에 대한 항을 건너뛰는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 품질 지수는 통계적 접근 방식(예: 부트스트래핑(bootstrapping))에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 각 계수의 계산은 샘플링 지점에서 얻은 임계 치수 값에 대해 상이한 가중치를 사용하여 서로 다른 실행에서 복수의 횟수만큼 반복될 수 있다. 예를 들어, 각각의 반복에서 적어도 하나의 다른 샘플링 지점은 계수의 계산을 위해 완전히 제외될 수 있고/있거나 적어도 하나의 다른 샘플링 지점은 2배의 가중치가 부여될 수 있다. 계수에 할당된 품질 지수는 높을수록 관련 계수에 대한 서로 다른 실행의 결과 간의 차이가 작아진다.
일 실시예에 따르면, 선택은 잔차의 분포에 가중치를 부여하는 기준에 기초할 수 있다. 예를 들어, 선택은 정규성 테스트에 기초할 수 있다. 정규성 테스트는 각 모델에 대한 잔차 분포 및 정규 분포 사이의 일치 정도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 업데이트된 모델은 잔차 분포 및 정규 분포 사이의 최상의 피팅을 유발하는 모델일 수 있다. 일치 정도는 정규 분포 및 각 모델에 대한 잔차 분포 간의 최소 제곱 평균 오차로부터 도출될 수 있다.
오버레이 오류 분석 및/또는 오버레이 보정에 관한 실시예에 따르면, 임계 치수 값은 오버레이 불일치 값을 포함할 수 있다. 웨이퍼 기판의 서로 다른 층에 형성된 구조 간에 오버레이 오류가 발생한다.
오버레이 불일치 값은 제1 수평 층에 형성된 제1 웨이퍼 구조 및 제2 수평 층에 형성된 제2 웨이퍼 구조 사이의 오버레이 오차의 종류 및 정도를 설명한다. 오버레이 오차는 위치-의존적일 수 있고, 제1 웨이퍼 구조와 제2 웨이퍼 구조 사이의 선형 오프셋, 제1 웨이퍼 구조를 기준으로 한 제2 웨이퍼 구조의 확대 또는 크기 축소, 및 제1 웨이퍼 구조에 대한 제2 웨이퍼 구조의 회전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 수평 층은 제1 수평 층에 직접 인접할 수 있다. 대안적으로, 제1 수평 층과 제2 수평 층 사이에 제3 수평 층이 형성될 수 있다.
오버레이 불일치 값을 얻는 측정 사이트는 제1 수평 층 내의 제1 사용 구조 및 제2 수평 층 내의 제2 사용 구조를 갖는 웨이퍼 기판 전면 측의 임의의 영역일 수 있다. 대안적으로, 측정 사이트는 제1 수평 층 및 제2 수평 층 중 첫 번째 것에 형성된 사용 구조를 갖고, 제1 수평 층 및 제2 수평 층 중 두 번째 것에 오버레이 마크가 형성된 영역일 수 있다. 다른 대안에 따르면, 오버레이 불일치 값은 개별 오버레이 마크를 포함하는 영역으로부터 얻을 수 있다. 개별 오버레이 마크는 오버레이 오류를 결정하는 데 배타적으로 또는 적어도 주로 사용된다.
개별 오버레이 마크는 예를 들어 평행선 및/또는 박스 모양 마크의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 마크는 제1 수평 층 내의 제1 박스 및 제2 수평 층 내의 제2 박스를 포함할 수 있다. 두 박스의 크기가 다를 수 있다. 각 박스는 직사각형, 예를 들어 정사각형의 가장자리를 따라 배열된 4개의 선 모양의 줄무늬를 포함할 수 있다.
오버레이 분석 및/또는 오버레이 보정을 위해 제어 가능한 프로세스 파라미터는 위치 오프셋을 포함할 수 있다. 위치 오프셋은 선형 오프셋, 예를 들어 x 오프셋 및 y 오프셋을 포함할 수 있다. x 오프셋은 제1 수평축(x축)을 따라 기준 위치로부터 웨이퍼 기판의 측방향 변위 정보를 포함할 수 있다. y 오프셋은 제2 수평축(y축)을 따라 기준 위치로부터 웨이퍼 기판의 변위 정보를 포함할 수 있다. 제2 수평 방향은 제1 수평 방향에 직교할 수 있다.
또한 오버레이 분석 및/또는 오버레이 보정을 위해 각 모델은 웨이퍼 오버레이 모델을 포함할 수 있다. 웨이퍼 오버레이 모델은 오버레이 불일치 값, 위치 오프셋 및/또는 위치 오프셋 보정 값을 기판 주 표면에 대한 위치 좌표의 함수로 근사화한다.
오버레이 분석 및/또는 오버레이 보정을 위한 웨이퍼 노광 방법의 적용을 반영하는 항에서, 각 웨이퍼 오버레이 모델은 닫힌 수학적 형태로 기판 주 표면에 걸친 총 오버레이 오류를 근사화한다. 각 오버레이 모델은 항의 합으로 표현된다. 각 (모델) 항은 적어도 하나의 위치 좌표 및 계수를 포함한다. 예를 들어, 각 항은 계수 및 적어도 하나의 위치 좌표의 함수의 곱일 수 있다.
현재 오버레이 모델은 오버레이 마크에서의 측정으로부터 얻은 입력 정보를 수신한다. 입력 정보로부터, 오버레이 모델은 전체 기판 주 표면에 걸친 위치-의존 오버레이 오류를 설명하는 출력 정보를 도출한다. 입력 정보는 오버레이 마크에서 측정된 오버레이 오차를 포함할 수 있다. 출력 정보는 위치 좌표의 함수로서의 추정된 위치-의존 오버레이 오류, 업데이트된 위치 오프셋 및/또는 위치 오프셋 보정 값을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오버레이 모델은 수식 (3) 및 수식 (4)에 표현된 바와 같은 항을 포함할 수 있다.
수식 (3): Δx=Γ1x+R1xy+WM1y
수식 (4): Δy=Γ2y+R2xy+WM2x
각 오버레이 모델의 계수 Γ1, Γ2, R1, R1, WM1, WM2는 피팅 알고리즘(fitting algorithm)으로부터 얻을 수 있다. 피팅 알고리즘은 오버레이 마크에서 모델링된 오버레이 오류 및 실제 오버레이 오류 사이의 편차를 최소화하는 계수 값을 찾는다. 실제 오버레이 오류는 현재 웨이퍼 기판의 오버레이 마크에서 직접 얻은 오류이다. 모델 오버레이 오류는 오버레이 마크의 위치에 대해 오버레이 모델이 출력하는 오류이다. 피팅 알고리즘은 최소 자승법(least squares method)을 포함할 수 있다.
그 후 각각의 관련 오버레이 모델에 대해 개별적으로, 오버레이 모델의 출력 및 오버레이 마크에서 얻은 오버레이 오류 간의 잔차를 결정한다. 즉, 각각의 관련 오버레이 모델에 대해 개별적으로, 모델 오버레이 오류 및 실제 오버레이 오류의 남은 차이를 결정한다.
그 후, 미리 설정된 오버레이 모델 및 적어도 하나의 추가 오버레이 모델 중 업데이트된 오버레이 모델이 선택된다. 선택은 전술한 바와 같이 웨이퍼 오버레이 모델의 항의 최대 차수 및/또는 항의 개수에 대해 잔차의 크기 및/또는 분포에 가중치를 부여하는 기준에 기초할 수 있다.
출력 정보는 표시될 수 있고, 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템으로 전송되거나 재작업에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 웨이퍼 구조는 포토레지스트 구조일 수 있다. 포토레지스트 구조는 제거될 수 있고, 추가 감광층이 퇴적되고, 업데이트된 오버레이 모델의 출력 정보를 사용할 수 있는 추가 노광 프로세스에서 패터닝될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 웨이퍼 기판의 노광에 사용되는 위치-의존 위치 오프셋은 업데이트된 오버레이 모델에 기초하여 업데이트될 수 있다.
노광 분석 및/또는 노광 보정에 관한 실시예에 따르면, 임계 치수 값은 물리적 웨이퍼 구조의 적어도 하나의 물리적 특성을 정량적으로 설명하는 임계 치수(이하에서: CD)를 포함할 수 있다. 예를 들어, CD는 원형 레지스트 피처의 직경, 비원형 레지스트 피처의 단축의 길이, 비원형 레지스트 피처의 장축 길이, 줄무늬 모양 레지스트 피처의 선폭, 두 레지스트 피처 사이 또는 동일한 평면 내의 두 기판 피처 사이의 공간 폭, 레지스트 피처의 측벽 각도, 레지스트 피처의 표면적, 또는 레지스트 피처의 라인 에지 거칠기를 포함할 수 있다.
임계 치수를 얻는 측정 사이트는 샘플링 지점이 될 수 있다. 샘플링 지점은 노광 필드 내에 있을 수 있고, 노광 필드 외부에, 예를 들어 웨이퍼 에지 영역에, 칩 영역 내부에 및/또는 칩 영역 외부에, 예를 들어 웨이퍼 기판의 커프 영역에 있을 수 있다. 샘플링 지점의 개수 및 위치는 샘플링 계획에서 정의될 수 있다. 샘플링 계획은 정적이거나 동적일 수 있다. 동적 샘플링 계획에서 하나 이상의 샘플링 지점의 위치가 변경되고/되거나 샘플링 지점의 개수가 시간에 따라 변경될 수 있다.
또한, 노광 분석 및/또는 노광 보정을 위해, 제어가능한 프로세스 파라미터는 웨이퍼 구조를 형성하기 위한 프로세스에서 사용되는 노광 프로세스의 위치-의존 노광 파라미터를 포함할 수 있다. 노광 파라미터는 임계 치수에 영향을 준다. 노광 파라미터는 절대 초점 값, 디포커스 값, 초점 보정 값, 도즈 값, 도즈 보정 값 및/또는 노광 방법의 입력 파라미터, 예를 들어 노광 툴 어셈블리의 입력 파라미터가 명확하게 도출될 수 있는 임의의 다른 파라미터 또는 파라미터 세트를 포함할 수 있다. 노광 파라미터는 하나의 단일 파라미터(예: 노광 도즈 또는 초점 값)를 포함할 수 있거나, 노광 도즈 및 초점 값의 조합을 포함할 수 있다.
물리적 웨이퍼 구조를 정의하는 노광 프로세스에서 사용되는 노광 파라미터는 미리 결정된 노광 파라미터일 수 있거나 노광 파라미터를 관리하는 인스턴스(instance)로부터 수신될 수 있다. 노광 파라미터를 관리하는 인스턴스는 노광이 발생하는 노광 툴 어셈블리에 통합되거나 할당된 프로세서 유닛일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 프로세서 유닛은 노광 툴 어셈블리와 데이터 연결된 서버 장치에 통합되거나 이에 할당될 수 있다.
또한 노광 분석 및/또는 노광 보정을 위해 각 모델은 웨이퍼 노광 모델을 포함할 수 있다. 웨이퍼 노광 모델은 기판 주 표면에 대한 위치 좌표의 함수로서 CD, 노광 파라미터 및/또는 노광 파라미터 보정 값을 근사화한다. 각 웨이퍼 노광 모델은 전술한 바와 같이 항의 합으로 표현된다.
웨이퍼 노광 모델은, 예를 들어, 필드 간 보정을 위해 극좌표를 갖는 다항식 항을 포함할 수 있다. 필드 간 보정은 기판 수준 편차(예: 퇴적 효과, 웨이퍼 휘어짐 등에 기반한 효과)를 줄일 수 있다. 필드 내 보정은 디자인-고유 효과를 줄일 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 모델은 Zernike 다항식을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 웨이퍼 노광 모델은 예를 들어 필드 내 보정을 위해 Cartesian 좌표를 갖는 다항식 항을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 노광 모델은 Legendre 다항식을 포함할 수 있다.
현재 웨이퍼 노광 모델은 샘플링 지점에서의 측정으로부터 얻은 입력 정보를 수신한다. 입력 정보으로부터 웨이퍼 노광 모델은 전체 주 표면에 걸친 임계 치수의 분포를 설명하는 출력 정보를 도출한다. 입력 정보는 측정된 CD 및/또는 측정된 CD로부터 도출된 노광 파라미터를 포함할 수 있다. 출력 정보는 추정된 CD, 업데이트된 노광 파라미터 및/또는 노광 파라미터 보정 값을 위치 좌표의 함수로서 포함할 수 있다. 출력 정보는 표시될 수 있고, 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템으로 전송될 수 있고/있거나 다음 웨이퍼 기판의 전체 주 표면에 걸쳐 노광 프로세스를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
잔차의 총 크기는 모델 CD 및 실제 CD 간의 남은 편차에 대한 척도이다. 특히, 잔차의 총 크기는 각 물리적 모델의 품질에 대한 인상을 줄 수 있다. 물리적 모델의 항의 개수가 증가하면 전체 잔차는 낮아진다. 그러나 항의 개수가 증가함에 따라 꾸준히 증가하는 정도까지 추가 항은 웨이퍼 노광 모델이 프로세스-무의미한 노이즈를 추적하게 하는 경향이 있다. 잔차뿐만 아니라 웨이퍼 노광 모델의 항의 개수를 고려하는 기준에 기초한 웨이퍼 노광 모델의 선택은 업데이트된 웨이퍼 노광 모델이 고도로 체계적 오류만을, 따라서 실제로 프로세스 이력의 프로세스 효과에 기인할 수 있는 오류를 추적하게 수 있다.
웨이퍼 구조는 웨이퍼 기판의 주 표면 상에 형성될 수 있는 포토레지스트 구조를 포함할 수 있다. 웨이퍼 기판은 기판 물질을 포함하는 얇은 디스크일 수 있다. 기판 물질은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 기판은 예로서 반도체 웨이퍼, 하나 이상의 반도체 층을 포함하는 유리 기판, 또는 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼일 수 있다.
포토레지스트 구조는 활성화되거나 비활성화된 광활성(photoactive) 성분을 포함할 수 있다. 포토레지스트 구조는 노광된 포토레지스트 층을 현상하여 얻는다. 포토레지스트 구조는 복수의 측방향으로 분리된 레지스트 피처를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 포토레지스트 구조는 기판 주 표면의 하나 이상의 제1 부분을 덮을 수 있고 기판 주 표면의 하나 이상의 제2 부분을 노출시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 포토레지스트 구조를 형성하는 단계는 기판 주 표면에 형성된 제1 포토레지스트 층을 노광하는 단계를 포함할 수 있다. 노광은 위치-의존 노광 파라미터를 사용한다.
노광된 제1 감광층이 현상될 수 있고, 여기서 노광된 제1 감광층으로부터 포토레지스트 구조를 얻는다. 이를 위해, 제1 감광층의 노광된 부분은 노광되지 않은 부분에 대해 선택적으로 제거되거나, 제1 감광층의 노광된 부분은 노광된 부분에 대해 선택적으로 제거될 수 있다.
웨이퍼 노광 모델의 잔차 및 항수를 모두 고려한 기준에 기초하여 웨이퍼 노광 모델을 업데이트하는 기술을 적용하면 메모리 디바이스, 마이크로 프로세서, 논리 회로, 아날로그 회로, 전력 반도체 디바이스와 같은 반도체 디바이스의 높은 재생 충실도의 제작을 용이하게 하고, 반도체 디바이스, 특히 100nm 미만의 작은 측방향 피처 치수를 갖는 반도체 디바이스의 제조 프로세스의 수율을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 포토레지스트 층이 제2 웨이퍼 기판 상에 노광될 수 있고, 여기서 노광은 업데이트된 웨이퍼 노광 모델로부터 얻은 노광 파라미터의 위치-의존 쌍을 사용한다.
다른 실시예에 따르면, 본 개시는 웨이퍼 제조 어셈블리에 관한 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 웨이퍼 제조 어셈블리의 설명은 위에서 언급한 웨이퍼 노광 방법을 참조하여 도입된 용어 및 개념을 사용한다.
노광 툴 어셈블리는 위치-의존 프로세스 파라미터에 따른 노광 빔에 기판을 코팅하는 포토레지스트 층을 노광할 수 있다. 그 후 노광 툴 어셈블리는 노광된 포토레지스트 층으로부터 포토레지스트 구조를 형성한다. 예를 들어, 노광 툴 어셈블리는 리소그래피 노광 유닛 및 현상기 유닛을 포함할 수 있다. 노광 유닛에서, 레티클은 노광 빔을 측방향으로 변조한다. 측방향으로 변조된 노광 빔은 포토레지스트 층의 노광된 위치에서 광활성 화합물을 활성화한다. 현상기 유닛은 포토레지스트 층의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분를 선택적으로 제거할 수 있다. 포토레지스트 층의 잔류물은 포토레지스트 구조를 형성한다.
포토레지스트 구조 및/또는 포토레지스트 구조로부터 도출된 기판 구조는 웨이퍼 구조를 형성한다. 예를 들어, 기판 구조는 에칭 마스크로 사용되는 포토레지스트 구조로 웨이퍼 기판을 에칭함으로써 얻을 수 있다.
프로세서 유닛은 노광 툴 어셈블리와 데이터 연결될 수 있다. 예를 들어, 프로세서 유닛은 포토레지스트 구조를 형성하기 위해 노광 툴 어셈블리에 사용되는 위치-의존 프로세스 파라미터를 수신할 수 있다. 프로세서 유닛 및 노광 툴 어셈블리는 직접 데이터 연결될 수 있고, 여기서 프로세서 유닛은 노광 툴 어셈블리로부터 위치 의존적 프로세스 파라미터를 직접 수신할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 프로세서 유닛 및 노광 도구 어셈블리는 다른 데이터 관리 유닛, 예를 들어, 서버를 통해 데이터 연결될 수 있고, 여기서 프로세서 유닛은 데이터 관리 유닛으로부터 위치 의존적 프로세스 파라미터를 직접 수신할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 프로세서 유닛은 이전에 사용된 프로세스 파라미터를 저장할 수 있고 이전에 결정된 프로세스 파라미터를 사용할 수 있다.
프로세서 유닛은 또한 포토레지스트 구조 및/또는 측정 사이트에서 포토레지스트 구조로부터 얻은 기판 구조의 임계 치수 값을 수신할 수 있다.
측정 사이트에서의 임계 치수 값으로부터, 프로세서 유닛은 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델의 계수를 결정할 수 있으며, 여기서 각각의 추가 모델은 미리 설정된 웨이퍼 모델 및 다른 웨이퍼 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하며, 여기서 웨이퍼 모델은 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로서 상기 임계 치수 값 및/또는 프로세스 파라미터의 보정 값을 근사화한다. 프로세서 유닛은 각각의 관련 모델에 대해 개별적으로 모델의 출력 및 웨이퍼 구조로부터 얻은 임계 치수 값 사이의 잔차를 추가로 결정할 수 있다. 미리 설정된 모델 및 적어도 하나의 추가 모델 중에서, 프로세서 유닛은 업데이트된 모델을 선택할 수 있고, 여기서 선택은 모델의 항의 개수 및/또는 항의 차수에 대해 잔차를 가중하는 기준에 기초한다.
임계 치수 값은 전술한 바와 같이 오버레이 불일치 값 및/또는 CD를 포함할 수 있다. 프로세스 파라미터는 전술한 바와 같이 노광 파라미터 및/또는 위치 오프셋을 포함할 수 있다. 모델은 전술한 바와 같은 웨이퍼 노광 모델 및/또는 웨이퍼 오버레이 모델을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서 유닛은 업데이트된 모델의 항을 설명하는 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서 유닛은 업데이트된 모델에 기초하여 위치-의존 프로세스 파라미터들을 업데이트하고 업데이트된 위치-의존 프로세스 파라미터를 노광 도구 어셈블리에 출력하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 웨이퍼 제조 어셈블리는 사전 정의된 측정 사이트에서 웨이퍼 구조의 임계 치수 값을 얻는, 예를 들어 측정하는 계측 유닛을 포함할 수 있다. 계측 유닛은 측정된 임계 치수 값을 프로세서 유닛에 출력할 수 있다.
도 1은 노광 툴 어셈블리(300)를 갖는 웨이퍼 제조 어셈블리(900)의 일부를 도시한다. 노광 툴 어셈블리는 코터 유닛(310), 리소그래피 노광 유닛(320) 및 현상기 유닛(330)을 포함한다. 복수의 전처리된 웨이퍼 기판(100)은 노광 툴 어셈블리(300)에 연속적으로 공급된다. 웨이퍼 기판(100)은 예를 들어 반도체 웨이퍼, 반도체 층 또는 반도체 소자가 그 위에 형성된 유리 기판, 또는 SOI(semiconductor-on-insulator) 웨이퍼일 수 있다. 코터 유닛(310) 및 현상기 유닛(330) 각각은 동일한 유형의 프로세스를 적용하는 2개 이상의 서브 유닛을 포함할 수 있다.
기판 배치(substrate batch)(예를 들어, 웨이퍼 로트(lot))의 웨이퍼 기판(100)은 동일한 전자 회로를 형성하기 위한 동일한 프로세스를 거칠 수 있다. 예를 들어, 기판 배치의 웨이퍼 기판(100)은 동일한 유형의 상이한 프로세스 유닛에 연속적으로 공급될 수 있고, 동일한 유형의 프로세스 유닛은 동일한 유형의 프로세스를 적용한다. 대안적으로, 웨이퍼 기판(100)은 동일한 프로세스 유닛에 연속적으로 공급될 수 있고, 각각의 프로세스 유닛은 웨이퍼 기판(100) 중 일부가 병렬로 처리될 수 있는 하나 이상의 서브 유닛을 포함할 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼 기판(100)은 코터 유닛(310)으로 공급될 수 있다. 코터 유닛(310)은 기판(100)의 주 표면 상에 포토레지스트 층을 퇴적한다. 포토레지스트 층에 더하여, 코터 유닛(310)은 하나 이상의 보조 층, 예를 들어 반사 방지 코팅을 퇴적할 수 있다. 예를 들어, 코터 유닛(310)은 레지스트 물질을 기판 주 표면에 도포하고 웨이퍼 기판(100)을 회전시켜 레지스트 물질을 균일하게 분포시키는 스피너 유닛을 포함할 수 있다. 레지스트 물질은 광활성 성분(PCA), 용매 및 수지를 포함할 수 있다. 코터 유닛(310)은 코팅 후 용매의 적어도 일부를 증발시키기 위한 가열 시설을 포함할 수 있다. 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼 기판(100)은 노광 유닛(320)으로 이송된다.
리소그래피 노광 유닛(320)에서, 노광 빔은 타겟 패턴을 포토레지스트 층으로 전사하는데, 여기서 노광 빔은 노광된 부분에서 포토레지스트 층의 광활성 성분을 선택적으로 활성화 또는 비활성화할 수 있다. 노광 빔은 전자기 방사선 빔 또는 입자 빔일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 노광 빔은 365 nm 미만, 예를 들어, 193 nm 이하의 파장을 갖는 광 또는 전자기 방사선을 포함하고, 여기서 전자기 방사선은 레티클을 통과하거나 레티클에서 반사하고 레티클 패턴을 포토레지스트 층으로 이미징한다.
노광 빔에 의해 노광된 포토레지스트 층의 일부에서 광활성 성분은 광활성 화합물을 활성화 또는 비활성화할 수 있다. 예를 들어, 노광 빔은 이전에 중합되지 않은 화합물의 중합 또는 이전에 중합된 화합물의 해중합에 영향을 미칠 수 있다. 노광 이후 포토레지스트 층은 레티클 패턴의 잠상(latent image)을 포함한다.
하나의 웨이퍼 기판(100)의 노광은 전체 기판 주 표면의 하나의 단일 노광을 포함할 수 있거나 주 표면 상의 이웃하는 노광 필드에서의 복수의 노광을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 동일한 패턴이 각 노광 필드에 이미징될 수 있다. 각 노광은 위에서 정의한 초점 및 도즈와 같은 노광 파라미터에 의해 정의된다. 초점 및 도즈 중 적어도 하나는 동일한 웨이퍼 기판(100) 상의 상이한 노광 필드에 대해, 동일한 기판 배치의 웨이퍼 기판(100) 사이 및/또는 상이한 기판 배치 사이에서상이할 수 있다. 노광된 포토레지스트 층을 갖는 웨이퍼 기판(100)은 현상기 유닛(330)으로 이송된다.
리소그래피 노광 유닛(320)은 기판 스테이지를 더 포함할 수 있다. 노광 동안, 웨이퍼 기판은 노광 위치에서 노광 필드를 갖는 기판 스테이지 상에 고정될 수 있다. 기판 스테이지는 노광 빔이 선형 스캔 방향(y 방향)을 따라 및/또는 스캔 방향에 역평행하게 노광 필드를 스캔할 수 있도록 노광 빔에 대해 이동할 수 있다. 노광 빔은 균일한 스캔 속도로 각 노광 필드를 한 번 또는 여러 번 스캔할 수 있다. 노광 필드의 노광이 완료된 후, 기판 스테이지는 적어도 하나의 측방향으로 이동할 수 있고, 다른 노광 필드는 노광 위치에 배치된다.
현상 유닛(330)은 포토레지스트 층의 노광부 및 비노광부의 상이한 용해율을 사용하여 비노광부에 대해 노광부를 선택적으로 용해시키거나 그 반대의 경우를 행한다. 현상기 유닛(330)은 용매 잔류물의 증발 및/또는 현상된 레지스트 층을 화학적으로 변경하기 위해 노광 후 베이킹을 위한 가열 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열처리는 현상된 레지스트 층을 경화시키거나 기판 주 표면 상의 현상된 레지스트 층의 접착력을 향상시킬 수 있다. 현상된 레지스트 층은 포토레지스트 구조를 형성한다. 포토레지스트 구조는 복수의 측방향으로 분리된 레지스트 피처를 포함할 수 있거나 개구를 갖는 하나 이상의 레지스트 피처를 포함할 수 있다.
계측 유닛(400)은 전술한 바와 같이 샘플링 지점에서 임계 포토레지스트 피처의 임계 치수를 결정할 수 있다. 계측 유닛(400)은 노광 툴 어셈블리(300)의 통합된 부분일 수 있거나 웨이퍼 기판(100)은 원격 계측 유닛(400)으로 이송될 수 있다. 계측 유닛(400)은 또한 포토레지스트 구조에 의해 정의된 웨이퍼 구조의 임계 치수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 계측 유닛(400)은 포토레지스트 구조를 에칭 마스크로 사용함으로써 얻는 기판 피처의 임계 치수를 결정할 수 있다. 샘플링 지점은 샘플링 계획에서 정의된 웨이퍼 기판(100) 상의 위치이다. 계측 유닛(400)은 예를 들어 OCD(optical critical Dimension) 산란측정, SEM(scanning electron microscopy)에 의해 얻는 이미지 검사, 광학현미경에 의해 얻는 이미지 검사에 의해 임계 치수 값에 대한 정보를 얻을 수 있다.
임계 치수 값은 위에 설명된 물리적 치수 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이하에서, 약어 "CD"는 모든 종류의 임계 치수 값을 포함하는 것으로 이해되어야 하며 임계 레지스트 피처의 공간 및 라인의 폭 또는 임계 레지스트 피처의 영역으로 제한되지 않는다.
계측 유닛(400)으로 이송하기 전에, 노광 후 프로세스는 레지스트 패턴을 예를 들어 웨이퍼 기판(100)에 그루브 및/또는 트렌치를 형성하기 위한 에칭 마스크로서, 주입 마스크로서 또는 다른 수정 프로세스를 위한 마스크로서 사용할 수 있다. 이 경우, 계측 유닛(400)은 포토레지스트 구조의 피처 대신 후처리된 기판의 CD를 측정할 수 있다.
프로세서 유닛(200)은 샘플링 지점에서 현상된 포토레지스트 구조 및/또는 후처리된 웨이퍼 기판(100)으로부터 얻은 측정된 CD를 수신할 수 있다. 프로세서 유닛(200)은 APC(Advanced Process Control) 기능을 포함할 수 있다. 즉, 동일한 노광 툴 어셈블리(300) 또는 다른 노광 툴 어셈블리에서 이전에 처리된 하나 이상의 웨이퍼 기판(100)으로부터 얻은 CD에 기초하여, 프로세서 유닛(200)은 현재 CD 측정에 응답하여 적어도 하나의 노광 파라미터를 연속적으로 업데이트할 수 있다.
이를 위해, 프로세서 유닛(200)은 비교적 적은 수의 샘플링 지점에 기초하여 적어도 하나의 노광 파라미터에 대한 필드 미세 및/또는 필드 내 미세 보정 값을 보간하는 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델을 사용할 수 있다. 또한, 프로세서 유닛(200)은 현재 기판의 샘플링 지점에서 얻은 현재 CD에 기초하여 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델의 계수를 업데이트할 수 있다.
프로세서 유닛(200)은 전술한 바와 같이 웨이퍼 노광 모델 업데이트 기능을 더 포함한다. 각각의 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 두 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 단계는 업데이트된 웨이퍼 모델에 사용되는 다항식의 최대 차수를 결정할 수 있다. 제2 단계는 실제 임계 치수 값으로부터의 편차를 고려하여 업데이트된 웨이퍼 노광 모델을 개선하지 않거나 무시할 수 있는 정도로만 개선하는 다항식을 최대 차수까지 모든 다항식에서 제거할 수 있다.
"제1 단계" 및 "제2 단계"라는 명명법은 묵시적 연대순을 나타내는 것으로 이해되어서는 안 된다. 제2 단계는 제1 단계를 뒤따를 수 있거나, 제1 단계와 인터리브(interleave)될 수 있거나, 제2 단계의 결과가 제1 단계의 종료와 동시에 또는 심지어 그 전에도 사용 가능하도록 제1 단계와 동시에 수행될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 프로세서 유닛(200)은 현상된 포토레지스트 구조 및/또는 후처리된 웨이퍼 기판(100)에 적어도 부분적으로 형성된 오버레이 마크로부터 얻은 오버레이 불일치를 수신할 수 있다. 프로세서 유닛(200)은 스테이지 제어 기능을 포함할 수 있다. 동일한 노광 툴 어셈블리(300) 또는 다른 노광 툴 어셈블리에서 이전에 처리된 하나 이상의 웨이퍼 기판(100)으로부터 얻은 오버레이 정보에 기초하여, 프로세서 유닛(200)은 노광 위치에 위치 오프셋을 더할 수 있다.
이를 위해 프로세서 유닛(200)은 오버레이 마크에서 검출된 오버레이 오류에 기초하여 위치 오프셋에 대한 필드 미세 및/또는 필드 내 미세 보정 값을 보간하는 미리 설정된 웨이퍼 오버레이 모델을 사용할 수 있다. 또한, 프로세서 유닛(200)은 오버레이 마크에서 얻은 현재 오버레이 불일치 값에 기초하여 미리 설정된 웨이퍼 오버레이 모델의 계수을 업데이트할 수 있다.
프로세서 유닛(200)은 전술한 바와 같이 웨이퍼 오버레이 모델 업데이트 기능을 더 포함한다. 각각의 웨이퍼 오버레이 모델 업데이트는 웨이퍼 노광 업데이트 기능에 대해 전술한 두 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 웨이퍼 모델 업데이트의 제1 단계를 나타낸다. 선(501)은 RMSE(root mean square error)를 도시하고 선(502)는 상이한 최대 차수까지 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델에 대한 BIC를 도시한다. 삽입된 이미지(503)는 기판 주 표면 상의 예시적인 CD 분포를 개략적으로 시각화하며, 여기서 상이한 그레이 레벨은 상이한 임계 치수 값을 지시한다. 예시적인 CD 분포는 주로 기판 주 표면의 중심에 대해 점 대칭이다.
삽입된 이미지(503)의 예시적인 CD 분포에 대하여, 단방향 CD-변동을 설명하는 1차 Zernike 다항식은 웨이퍼 모델의 임의의 개선에 기여하지 않는다.
2차 Zernike 다항식 중 하나는 점 대칭 변동을 설명한다. 2차 다항식을 추가함으로써, RMSE 및 BIC가 모두 크게 떨어질 수 있다. 삽입된 이미지(504)는 2차까지 모든 Zernike 다항식을 사용할 수 있는 웨이퍼 모델에 의해 설명된 CD 분포를 개략적으로 시각화한다.
3차 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델에서 4차 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델로의 전환에서 RMSE와 BIC 모두의 추가적인 상당한 감소가 관찰될 수 있다. 삽입된 이미지(505)는 4차까지의 모든 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델에 의해 설명된 CD 분포를 개략적으로 시각화한다. 삽입된 이미지(505)는 삽입된 이미지(504)보다 삽입된 이미지(503)의 예시적인 CD 분포와 상당히 더 큰 일치를 도시한다.
4차 초과의 항을 사용하면 RMSE를 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나 상승하는 BIC 값은 오히려 추가적인 차수가 노이즈의 이미징에만 기여한다는 것을 지시한다. 이 예에서 4차까지의 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델은 최소 BIC 값을 가진다. 최소 BIC 값은 높은 확률로 가장 적합한 웨이퍼 모델에 대한 최대 Zernike 차수를 지시한다. 즉, 최소 BIC 값은 Zernike 다항식이 어느 차수까지 체계적 효과를 이미징하는 데 기여하는지 및 Zernike 다항식이 오히려 어느 차수로부터 노이즈를 추적하는지를 나타낸다.
제2 단계는 결정된 최대 차수까지 각 다항식의 관련성을 검증하는 단계를 포함할 수 있다. 도 2의 예에서 1차 및 3차 다항식은 분명히 RMSE에 상당한 영향을 미치지 않으며 업데이트된 웨이퍼 모델은 1차 및 3차 다항식 없이도 잘 될 수 있다. 나중에 노광된 기판의 경우 1차 또는 3차 다항식 중 하나를 사용하는 웨이퍼 모델이 RMSE를 감소시키는 것으로 판명되면 이는 프로세스 시그니처의 상당한 변경을 지시할 수 있다. 웨이퍼 모델은 새로 검출된 프로세스 시그니처의 제1 발생과 함께 적시에 새로운 프로세스 시그니처에 적응될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 프로세서 유닛(200)은 업데이트된 웨이퍼 모델의 구성에 대한 정보를 인터페이스 유닛(290)을 통해 출력할 수 있다. 인터페이스 유닛(290)은 정보가 작업자에게 제시될 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로 인터페이스 유닛(290)은 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템에 대한 데이터 링크를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 프로세서 유닛(200)은 다음 노광을 위한 업데이트된 노광 파라미터를 결정하기 위해 업데이트된 웨이퍼 모델을 사용할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 가능한 웨이퍼 모델 업데이트를 시각화한다. 제1 웨이퍼 모델 업데이트 단계의 결과는 4차를 초과하는 항이 웨이퍼 모델을 개선하지 않는다는 것일 수 있다. 그 후 4차까지 15개의 Zernike 다항식의 가능한 모든 32768개의 조합을 포함하는 웨이퍼 모델의 품질이 검증될 수 있다.
각 웨이퍼 모델의 품질은 잔차의 총량(예: RMSE)을 나타내는 제1 항과 다항식의 수(예: BIC)를 나타내는 제2 항에 기초하여 결정될 수 있다.
제1 기판에 대해 제2 웨이퍼 모델 업데이트 단계의 결과는 2차까지의 모든 Zernike 다항식 및 4차의 점 대칭 Zernike 다항식을 포함하는 웨이퍼 모델이 최상 피팅 웨이퍼 모델을 제공하는 것일 수 있다.
도 3a에서 제1 기판에 대해 결정된 최상의 웨이퍼 모델의 Zernike 다항식은 점선 원으로 표시된다.
동일한 노광 툴에서 나중에 처리된 제2 기판의 경우, 제2 웨이퍼 모델 업데이트 단계의 결과는 2차 Zernike 다항식 중 하나 대신 3차 Zernike 다항식 중 하나를 포함하는 웨이퍼 모델이 제1 기판에 대한 최상의 웨이퍼 모델보다 나은 웨이퍼 모델을 전달할 수 있다는 것이다.
도 3b에서 제2 기판에 대한 최상 피팅 웨이퍼 모델의 Zernike 다항식은 점선 원으로 표시된다.
다항식 수준에서 웨이퍼 모델의 변경은 프로세스 시그니처의 특성 변경을 지시할 수 있다. 이러한 변경은 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템 또는 작업자에게 신호화할 수 있다. 또한 업데이트된 웨이퍼 모델은 변경된 프로세스 시그니처에 대한 노광 툴의 적시 응답에 사용될 수 있다.
대안으로, "업데이트된" 웨이퍼 모델은 프로세스 시그니처의 변화를 신호화하는 데만 사용되는 반면, 결정된 최대 차수까지 모든 Zernike 다항식을 사용하는 웨이퍼 모델은 노광 파라미터를 업데이트하는 데 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 제2 웨이퍼 모델 업데이트 단계에 추가하여, 웨이퍼 모델 업데이트는 제3 웨이퍼 모델 업데이트 단계를 포함할 수 있다. 제3 웨이퍼 모델 업데이트 단계는 업데이트된 웨이퍼 모델의 다항식을 선택하기 위한 안정성 기준으로서 품질 지수를 고려할 수 있다. 품질 지수는 기하학적 고려사항에 기초할 수 있고/있거나 통계적 고려사항에 기초할 수 있다.
도 4는 웨이퍼 노광 모델 업데이트(700)를 사용하는 실시예를 예시하는 흐름도를 도시한다. 단계(702)에서 디폴트 웨이퍼 모델이 현재 웨이퍼 모델로서 선택될 수 있다. 선택은 경험적 지식에 기초할 수 있다.
단계(710)는 사전 정의된 측정 사이트(예: 샘플링 계획에 정의된 샘플링 지점)에서 계측 툴로부터 얻은 마크-미세 측정 데이터(705)에 기초하여, 현재 웨이퍼 노광 모델에 대한 모델 계수(795)를 결정한다. 모델 계수(795)는 APC 시스템으로 전송될 수 있다.
웨이퍼 노광 모델 업데이트가 가능하게 되면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트(700)는 업데이트된 웨이퍼 노광 모델이 특정 요구사항을 충족하는 경우, 단계(710)에서 디폴트 웨이퍼 노광 모델을 업데이트된 웨이퍼 노광 모델로 교체할 수 있다.
이를 위해 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(720)에서 미리 설정된 디폴트 웨이퍼 노광 모델로 업데이트된 웨이퍼 노광 모델을 초기화할 수 있다.
단계(730)는 업데이트된 웨이퍼 노광 모델 및 모든 이전에 검사된 웨이퍼 노광 모델과 적어도 하나의 항이 상이한 추가 웨이퍼 노광 모델을 생성한다.
단계(740)는 추가 웨이퍼 노광 모델 및 업데이트된 웨이퍼 노광 모델 중 어느 것이 더 나은 계수 선택, 예를 들어 더 나은 BIC 값을 제공하는지 검사한다. 예를 들어, 추가 웨이퍼 노광 모델의 BIC 값이 업데이트된 웨이퍼 노광 모델의 BIC 값보다 낮지 않은 경우, 추가 웨이퍼 노광 모델은 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델보다 더 나은 성능이 예상되지 않고 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(780)로 진행한다. 그렇지 않으면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(750)로 진행한다.
단계(750)는 추가 웨이퍼 노광 모델이 충분히 안정적으로 작동하고 안정성 기준을 충족할 것인지 여부를 검사한다. 예를 들어, 추가 웨이퍼 노광 모델이 전술한 바와 같이 부트스트래핑 테스트를 통과하지 못하면, 추가 웨이퍼 노광 모델이 충분히 안정적으로 작동할 것으로 예상되지 않고 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(780)로 진행된다. 그렇지 않으면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(760)로 진행한다.
단계(760)는 추가 웨이퍼 노광 모델이 정규성 테스트를 통과하는지 여부를 검사한다. 예를 들어, 추가 웨이퍼 노광 모델이 전술한 바와 같이 정규성 테스트를 통과하지 못하면, 추가 웨이퍼 노광 모델은 모든 중요한 프로세스 시그니처를 충분히 커버할 것으로 예상되지 않으며 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(780)로 진행한다. 그렇지 않으면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(770)로 진행한다.
단계(770)에서, 이전에 업데이트된 웨이퍼 노광 모델보다 충분히 안정적이고 더 잘 작동하는 것으로 가정되는 현재의 추가 웨이퍼 노광 모델은 새로운 업데이트된 웨이퍼 노광 모델로서 정의된다. 그 후 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(780)로 진행한다.
단계(780)는 이전에 검사되지 않은 다른 가능한 웨이퍼 노광 모델이 존재하는지 여부를 검사한다. 만약 그렇다면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(730)로 돌아간다. 만약 그렇지 않으면, 웨이퍼 노광 모델 업데이트는 단계(790)로 진행한다.
단계(790)는 단계(710)에서 사용된 디폴트 웨이퍼 노광 모델을 마지막으로 업데이트된 웨이퍼 노광 모델로 대체한다.
설명을 위해, 프로세스 시그니처를 모니터링하는 방법 및 프로세스 시그니처의 변경에 노광 방법을 적응시키는 방법과 관련하여 다양한 시나리오가 설명되었다. 유사한 기술은 노광 툴 어셈블리에서 기판의 정렬을 모니터링하는 방법 및 동일한 기판 상의 연속적인 노광의 오버레이를 모니터링하는 방법을 조합하여 구현될 수 있다. 이하에서는 이전에 정의한 용어를 위와 같은 의미로 사용한다.
일 실시예에 따르면, 정렬 방법은 기판 상에 및/또는 기판 내에 형성된 정렬 마크의 기하학적 값을 측정하는 단계; 기하학적 값으로부터 미리 설정된 정렬 모델 및 적어도 하나의 추가 정렬 모델의 계수를 결정하는 단계 -각각의 추가 정렬 모델은 미리 설정된 정렬 모델 및 다른 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고, 정렬 모델은 적어도 2개의 위치 좌표에 따라 기하학적 값 및/또는 기하학적 값에 대한 보정 값을 근사화함-; 정렬 모델의 출력 및 기하학적 값 사이의 잔차를 결정하는 단계; 및 미리 설정된 정렬 모델 및 적어도 하나의 추가 정렬 모델 중에서 업데이트된 정렬 모델을 선택하는 단계를 포함하고, 선택은 잔차 및 정렬 모델의 항의 개수를 고려한 기준에 기초한다.
정렬 마크는 하나 이상의 공간적으로 분리된 기판 피처(예: 주변 물질과 다른 물질의 그루브 또는 구조)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 기판 상의 정렬 마크는 노광 유닛의 레티클에 기판을 정렬하기 위해 사용된다.
노광 툴의 스테이지 상에 기판을 위치시킨 후, 그리고 적용가능하다면, 자동화된 사전 정렬 후 및 노광 전에, 하나 이상의 정렬 마크의 기하학적 값을 예를 들어 노광 툴에 통합된 계측 유닛에 의해 얻을 수 있다. 기하학적 값은 노광 툴에서의 기판 오정렬, 예를 들어 기판 상의 레티클의 정렬 마크의 투영 및 기판 상의 정렬 마크 사이의 오정렬을 설명할 수 있다.
얻은 기하학적 값으로부터, 미리 설정된 정렬 모델의 계수가 결정될 수 있다. 미리 설정된 정렬 모델은 이전 노광에 대한 스테이지 파라미터를 결정하는 데 사용된 정렬 모델을 포함할 수 있다. 스테이지 파라미터는 x 오프셋 값 및 y 오프셋 값을 포함할 수 있다. x 오프셋 값 및 y 오프셋 값은 정상 위치로부터의 스테이지의 변위를 설명할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 추가 정렬 모델의 계수가 결정될 수 있으며, 여기서 각각의 추가 정렬 모델은 미리 설정된 정렬 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고 다른 추가 정렬 모델과 적어도 하나의 항에서 상이할 수 있다.
각 정렬 모델은 닫힌 수학적 형태로 기판 주 표면에 걸친 기하학적 값("오정렬")을 근사화한다. 정렬 모델은 정렬 마크에서의 측정으로부터 얻은 입력 정보를 수신한다. 입력 정보로부터, 정렬 모델은 전체 기판 주 표면에 걸친 오정렬을 설명하는 출력 정보를 도출한다. 입력 정보는 정렬 마크에서 측정된 오정렬을 포함할 수 있다. 출력 정보는 추정된 위치-의존 오정렬, 업데이트된 위치-의존 x/y 오프셋 값 및/또는 위치-의존 x/y 오프셋 보정 값을 위치 함수로서 포함할 수 있다. 출력 정보는 표시될 수 있고, 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템으로 전송될 수 있고/있거나 현재 기판에 대한 정렬을 개선하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 스테이지의 위치는 위치-의존 x/y 오프셋 값에 응답하여 미세 조정될 수 있다.
위치는 기판 주 표면의 각 지점을 명확하게 정의하는 위치 좌표로 설명될 수 있다. 위치 좌표는 직교 선형 좌표(x, y 좌표계) 또는 극좌표(r, )일 수 있다.
각 정렬 모델은 항의 합으로 표현된다. 각 (모델) 항은 적어도 하나의 위치 좌표 및 계수를 포함한다. 예를 들어, 각 항은 계수 및 적어도 하나의 위치 좌표의 함수의 곱일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 정렬 모델은 수식 (3) 및 수식 (4)로 표현된 바와 같은 항을 포함할 수 있다.
수식 (5): Δx=Γ3x+R3xy+WM3y
수식 (6): Δy=Γ4y+R4xy+WM4x
각 정렬 모델의 계수는 피팅 알고리즘에서 얻을 수 있다. 피팅 알고리즘은 정렬 마크에서 모델링된 오정렬 및 실제 오정렬 간의 편차를 최소화하는 계수를 찾는다. 실제 오정렬은 현재 기판의 정렬 마크에서 직접 얻은 것이다. 모델 오정렬은 정렬 마크의 위치에 대해 정렬 모델이 출력하는 것이다. 피팅 알고리즘은 최소 자승법을 포함할 수 있다.
그 후 관련된 각 정렬 모델에 대해 개별적으로, 정렬 모델의 출력 및 정렬 마크에서 얻은 오정렬 사이의 잔차가 결정된다. 즉, 관련된 각 정렬 모델에 대해 개별적으로, 모델 오정렬 및 실제 오정렬 사이의 남은 차이가 결정된다.
그 후 미리 설정된 정렬 모델 및 적어도 하나의 추가 정렬 모델 중에서 업데이트된 정렬 모델이 선택된다. 선택은 웨이퍼 모델에 대해 전술한 바와 같이 정렬 모델의 항의 개수에 대해 잔차의 크기 및/또는 분포에 가중치를 부여하는 기준에 기초할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 업데이트된 정렬 모델의 항을 설명하는 정보가 출력될 수 있다. 예를 들어, 정렬 모델 항의 임의의 변화는 작업자 또는 상위 프로세스 모니터링 및/또는 관리 시스템에 표시될 수 있다. 정렬 모델의 항의 임의의 생략 및 항의 임의의 삽입은 기판 이력이나 노광 툴의 성능에 상당한 변화가 있음을 지시할 수 있다. 따라서 취소된 선형 모델 항 및/또는 새로 도입된 선형 모델 항에 대한 정보는 프로세스 제어에 유용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기판의 노광에 사용되는 위치-의존 x/y 오프셋 값은 업데이트된 정렬 모델에 기초하여 업데이트될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 노광 방법은 샘플링 지점에서 웨이퍼 구조로부터 임계 치수를 그리고 웨이퍼 구조를 정의하는 노광 프로세스에서 사용되는 위치-종속 노광 파라미터를 얻는 단계; 샘플링 지점에서의 임계 치수로부터, 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델 및 적어도 하나의 추가 웨이퍼 노광 모델의 계수를 결정하는 단계 -각각의 추가 웨이퍼 노광 모델은 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델 및 다른 웨이퍼 노광 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고, 웨이퍼 노광 모델은 임계 치수, 노광 파라미터 및/또는 노광 파라미터 보정 값을 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로 근사화함-; 웨이퍼 노광 모델로부터 얻은 근사화된 임계 치수 및 샘플링 지점에서 얻은 임계 치수 사이의 잔차를 결정하는 단계; 및 미리 설정된 웨이퍼 노광 모델 및 적어도 하나의 추가 웨이퍼 노광 모델 중에서 업데이트된 웨이퍼 노광 모델을 선택하는 단계를 포함하고, 선택은 잔차, 웨이퍼 노광 모델의 항의 개수 및/또는 웨이퍼 노광 모델의 차수에 가중치를 부여하는 기준에 기초한다.
추가 실시예에 따르면, 오버레이 계측 방법은 다음을 포함할 수 있다:
일 실시예에 따른 오버레이 분석 및 보정 방법은 다음을 포함할 수 있다.
측정 사이트에서의 웨이퍼 기판으로부터 오버레이 불일치 값을 얻는 단계;
오버레이 불일치 값에 영향을 미치는 노광 프로세스에서 사용되는 위치-의존 위치 오프셋을 얻는 단계;
측정 사이트에서의 오버레이 불일치 값으로부터, 미리 설정된 웨이퍼 오버레이 모델 및 적어도 하나의 추가 웨이퍼 오버레이 모델의 계수를 결정하는 단계 -각각의 추가 웨이퍼 오버레이 모델은 미리 설정된 웨이퍼 오버레이 모델 및 다른 웨이퍼 오버레이 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고, 웨이퍼 오버레이 모델은 오버레이 불일치 값, 위치 오프셋 및/또는 위치 오프셋 보정 값을 적어도 2개의 위치 좌표의 함수로 근사화함-;
웨이퍼 오버레이 모델로부터 얻은 근사화된 오버레이 불일치 값 및 측정 사이트에서 얻은 오버레이 불일치 값 사이의 잔차를 결정하는 단계; 및
미리 설정된 웨이퍼 오버레이 모델 및 적어도 하나의 추가 웨이퍼 오버레이 모델 중에서 업데이트된 웨이퍼 오버레이 모델을 선택하는 단계를 포함하고, 선택은 잔차, 웨이퍼 오버레이 모델의 항의 개수 및/또는 웨이퍼 오버레이 모델의 항의 차수에 가중치를 부여하는 기준에 기초한다.
측정 사이트는 오버레이 마크를 포함할 수 있다. 오버레이 불일치 값은 오버레이로부터 얻을 수 있다. 웨이퍼 오버레이 모델은 수식 (3) 및 (4)에서 주어진 항을 포함할 수 있다.
Claims (20)
- 웨이퍼 노광 방법(wafer exposure method)으로서,
사전 정의된 측정 사이트에서의 웨이퍼 구조로부터 임계 치수 값(critical dimension value)을 얻는 단계;
상기 웨이퍼 구조를 형성하기 위해 사용되는 노광 프로세스의 위치-의존 프로세스 파라미터(position-dependent process parameter)를 얻는 단계;
상기 측정 사이트에서의 상기 임계 치수 값으로부터 미리 설정된 모델(preset model)의 계수 및 적어도 하나의 추가 모델(at least one further model)의 계수를 결정하는 단계 -각각의 추가 모델은 상기 미리 설정된 모델 및 다른 추가 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하며, 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델은, 폐쇄 수학 형태(closed mathematical form)로 웨이퍼 기판의 주 표면에 걸친 상기 임계 치수 값, 상기 위치-의존 프로세스 파라미터 및 상기 위치-의존 프로세스 파라미터의 보정 값, 중 적어도 하나를 2개의 위치 좌표의 대수 함수로 근사화하고, 상기 적어도 하나의 항은 계수 및 적어도 하나의 상기 위치 좌표의 상기 대수 함수의 곱임-;
상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델로부터 얻은 근사화된 임계 치수 값 및 상기 측정 사이트에서 얻은 임계 치수 값 사이의 잔차(residual)를 결정하는 단계; 및
상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델 중에서 업데이트된 모델을 선택하는 단계 - 상기 선택은 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델의 항의 개수 및 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델의 항의 차수, 중 적어도 하나에 따라 상기 잔차에 선택적으로 가중치를 부여하는 기준에 기초함-
를 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업데이트된 모델의 항을 설명하는(descriptive) 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업데이트된 모델에 기초하여 상기 위치-의존 프로세스 파라미터를 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업데이트된 모델의 상기 선택은 상기 잔차의 총량에 대해 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델의 항의 개수에 가중치를 부여하는 트레이드-오프에 기초하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업데이트된 모델의 상기 선택은 베이지안 정보 기준(Bayesian information criterion) 및 아카이케 정보 기준(Akaike information criterion) 중 적어도 하나에 기초하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델은 제르니케 다항식(Zernike polynomial) 및 르장드르 다항식(Legendre polynomial) 중 적어도 하나를 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 모델은 최대 차수까지의 모든 제르니케 다항식을 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업데이트된 모델의 각 계수에 대한 품질 지수를 결정하는 단계를 더 포함하고,
상기 품질 지수는 상기 임계 치수 값의 변동으로부터 상기 계수의 의존 정도에 대한 정보를 제공하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 선택은 상기 잔차의 분포에 가중치를 부여하는 기준에 기초하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 임계 치수 값은 오버레이 불일치 값을 포함하고,
상기 노광 프로세스에 사용되는 상기 위치-의존 프로세스 파라미터는 위치 오프셋을 포함하고,
각각의 모델은 상기 오버레이 불일치 값, 상기 위치 오프셋 및 상기 위치 오프셋의 보정 값 중 적어도 하나를 상기 위치 좌표의 함수로 근사화하는 웨이퍼 오버레이 모델을 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 임계 치수 값은 상기 웨이퍼 구조의 임계 치수를 포함하고,
상기 노광 프로세스에 사용되는 상기 위치-의존 프로세스 파라미터는 노광 파라미터를 포함하고,
각각의 모델은 상기 임계 치수, 상기 노광 파라미터 및 상기 노광 파라미터의 보정 값, 중 적어도 하나를 상기 위치 좌표의 함수로 근사화하는 웨이퍼 노광 모델을 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제1항에 있어서,
상기 웨이퍼 구조는 포토레지스트 구조를 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제12항에 있어서,
제1 웨이퍼 기판 상에 형성된 제1 포토레지스트 층을 노광하는 단계 -상기 노광은 위치-의존 노광 파라미터를 사용함-; 및
상기 노광된 제1 포토레지스트 층을 현상하는 단계 -패터닝된 포토레지스트 구조는 상기 노광된 포토레지스트 층으로부터 얻음-
를 더 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 제13항에 있어서,
제2 웨이퍼 기판 상에 형성된 제2 포토레지스트 층을 노광하는 단계 -상기 노광은 업데이트된 웨이퍼 노광 모델으로부터 얻은 위치-의존 노광 파라미터를 사용함-
를 더 포함하는, 웨이퍼 노광 방법. - 웨이퍼 제조 어셈블리로서,
위치-의존 프로세스 파라미터를 사용하여 노광 빔에 웨이퍼 기판들을 코팅하는 포토레지스트 층을 노광하고 상기 노광된 포토레지스트 층에 기초하여 웨이퍼 구조를 정의하도록 구성된 노광 툴 어셈블리;
상기 노광 툴 어셈블리와 데이터 연결되는 프로세서 유닛을 포함하고,
상기 프로세서 유닛은
상기 웨이퍼 구조를 정의하기 위해 상기 노광 툴 어셈블리에 사용되는 위치-의존 프로세스 파라미터를 수신, 유지 또는 수신 및 유지하고,
사전 정의된 측정 사이트에서 상기 웨이퍼 구조의 임계 치수 값을 수신하고,
상기 사전 정의된 측정 사이트에서 상기 임계 치수 값으로부터 미리 설정된 모델의 계수 및 적어도 하나의 추가 모델의 계수를 결정하고 -각각의 추가 모델은 상기 미리 설정된 모델 및 다른 추가 모델과 적어도 하나의 항에서 상이하고, 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델은 폐쇄 수학적 형태로 상기 웨이퍼 기판들 중 하나의 웨이퍼 기판의 주 표면에 걸친 상기 임계 치수 값, 상기 위치-의존 프로세스 파라미터, 및 상기 위치-의존 프로세스 파라미터의 보정 값, 중 적어도 하나를 적어도 2개의 위치 좌표의 대수 함수로 근사화하고, 상기 적어도 하나의 항은 계수 및 적어도 하나의 상기 위치 좌표의 상기 대수 함수의 곱임-,
상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델에서 얻은 근사화된 임계 치수 값 및 상기 측정 사이트에서 얻은 상기 임계 치수 값 사이의 잔차를 결정하고,
상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델 중에서 업데이트된 모델을 선택 -상기 선택은 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델 항의 개수 및 상기 미리 설정된 모델 및 상기 적어도 하나의 추가 모델의 항의 차수, 중 적어도 하나에 따라 상기 잔차에 선택적으로 가중치를 부여하는 기준에 기초함-
하도록 구성되는, 웨이퍼 제조 어셈블리. - 제15항에 있어서,
상기 프로세서 유닛은 또한 상기 업데이트된 모델의 항을 설명하는 정보를 출력하도록 구성되는, 웨이퍼 제조 어셈블리. - 제15항에 있어서,
상기 프로세서 유닛은 또한 상기 업데이트된 모델에 기초하여 상기 위치-의존 프로세스 파라미터를 업데이트하고 상기 업데이트된 위치-의존 프로세스 파라미터를 상기 노광 툴 어셈블리에 출력하도록 구성되는, 웨이퍼 제조 어셈블리. - 제17항에 있어서,
상기 측정 사이트에서 상기 웨이퍼 구조의 상기 임계 치수 값을 얻고 상기 측정된 임계 치수 값을 상기 프로세서 유닛에 출력하도록 구성된 계측 유닛을 더 포함하는, 웨이퍼 제조 어셈블리. - 제15항에 있어서,
상기 임계 치수 값은 오버레이 불일치 값을 포함하고,
상기 노광 툴 어셈블리에 사용되는 상기 위치-의존 프로세스 파라미터는 위치 오프셋을 포함하고,
각각의 모델은 상기 오버레이 불일치 값, 상기 위치 오프셋 및 상기 위치 오프셋의 보정 값, 중 적어도 하나를 상기 위치 좌표의 함수로 근사화하는 웨이퍼 오버레이 모델을 포함하는, 웨이퍼 제조 어셈블리. - 제15항에 있어서,
상기 임계 치수 값은 상기 웨이퍼 구조의 임계 치수 값을 포함하고,
상기 노광 툴 어셈블리에 사용되는 상기 위치-의존 프로세스 파라미터는 노광 파라미터를 포함하고,
각각의 모델은 상기 임계 치수 값, 상기 노광 파라미터 및 상기 노광 파라미터의 보정 값, 중 적어도 하나를 상기 위치 좌표의 함수로 근사화하는 웨이퍼 노광 모델을 포함하는, 웨이퍼 제조 어셈블리.
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