KR20040111091A - 라이브러리작성방법 - Google Patents

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KR20040111091A
KR20040111091A KR1020040044785A KR20040044785A KR20040111091A KR 20040111091 A KR20040111091 A KR 20040111091A KR 1020040044785 A KR1020040044785 A KR 1020040044785A KR 20040044785 A KR20040044785 A KR 20040044785A KR 20040111091 A KR20040111091 A KR 20040111091A
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Abstract

라이브러리작성방법은 주기적패턴의 단면형상과, 주기적패턴으로 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변화시킴으로써 주기적패턴으로부터 복수의 반사광의 상태를 산출하는 스텝과,
복수의 반사광상태와, 거기에 대응하는 광학정수를 각각 복수의 라이브러리에 관련시키는 스텝을 포함한다.

Description

라이브러리작성방법{METHOD FOR PRODUCING A LIBRARY}
<발명의 배경>
본 출원은 광을 이용함으로써 주기적인 울퉁불퉁한 구조를 가지는 패턴의 단연형상의 측정에서 이용되는 라이브러리작성방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 디바이스제조프로세스에서 이용되는 웨이퍼상에 형성된 미세한 주기적인 패턴의 단면형상의 측정에서 이용되는 라이브러리작성방법에 관한 것이며, 상기 디바이스(예를 들면, IC 또는 LSI 등의 반도체디바이스, CCD 등의 화상디바이스, 액정패널 등의 디스플레이디바이스 또는 자기헤드 등의 검출디바이스)가 감광기판으로서 웨이퍼에 노광함으로써 제조된다.
IC 또는 LSI 등의 반도체디바이스의 고집적화에 대한 최근의 요구에 따라서, 반도체디바이스에 대한 미세가공기술이 크게 향상되었다. 미세가공기술에 적용되는 노광장치로서, 많은 종류의 축소투영노광장치(스텝퍼)가, 노광원판으로서 마스크(레티클) 상에 회로패턴의 화상을 형성하여 감광기판인 웨이퍼에 형성하고, 스텝 앤 리피트방법에 의해 감광기판을 노광하는 방식이 제안되었다.
일반적으로, 투영광학시스템을 가지는 스텝퍼를 이용함으로써 미세한 회로패턴의 노광에 있어서, 웨이퍼 상의 노광량 또는 웨이퍼의 위치(투영광학시스템의 광축을 따른 위치) 등의 노광조건을 적절하게 설정하는 것이 중요하다. 그러므로, 종래의 노광장치는, 양산공정 전의 시험노광공정(send ahead process)의 각각에 있어서, 1쇼트(shot) 마다 노광조건(예를 들면, 노광량(셔터 개구시간) 또는 초점위치 중 적어도 하나마다)를 변경함으로써 웨이퍼상에 패턴을 노광한 후, 감광기판(웨이퍼)를 현상하고 광학현미경 또는 임계선측정장치를 이용하여, 웨이퍼 상의 회로패턴의 임계선를 측정함으로써 최적노광조건을 결정한다.
예를 들면, 쇼트영역(노광영역)은, 그 초점을 일정하게 유지하면서 노광되고, 노광량(셔터개구시간)은, 그 노광량을 일정하게 유지하면서 가로배열에 서 1쇼트마다 일정하게 변화시키고, 그 초점을 세로배열에서 1쇼트마다 일정하게 변화시킨다. 다음, 쇼트마다 형성된 라인과 공간레지스트패턴(이하, L & S 패턴이라고 칭함)의 임계선을 현상후에 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 측정하고, 투영렌즈의 최적초점위치와 최적노광량을 산출한다.
SEM에 의한 임계선을 측정하는 이외의 다른 방법에 대하여 참조문헌 1 및 2에 제안되어 있다. 이들 문헌에 기재되어 있는 방법은 임계선을 측정하기 위해 주기적패턴상에 편광광(S편광과 P편광)의 방출을 표시한다. 개시된 방법은, 주기적패턴으로부터 반사광의 상태(강도 및 위상)를 측정하고, 주기적 패턴에 반사하는 편광광의 상태의 변화를 검출함으로써, 그 변화에 따라서 주기적 패턴의 임계선의 산출에 대하여 또한 도시한다.
참조문헌 3 및 4에서, 본 발명의 발명자는, 주기적패턴에 대해서 편광광(S편광광과 P편광광)을 방출하고, 주기적패턴으로부터 반사광의 조건(강도 및 위상)에 따라서 웨이퍼 상에 노광된 주기적패턴의 임계선을 측정함으로써 노광가공에서 노광장치의 최적초점위치와 최적노광량을 얻는 방법에 대하여 제안하고 있다.
몇몇의 측정기 하드웨어제조업자(Accent Optical Technologies Corp., KLA - Tencor Corp., Nanometrics Corp., Nova Measuring Instruments Corp., Therma - Wave Corp., and Timbre Technologies Corp.)에 의해 제조된 단면형상측정장치는, 주기적패턴에 편광광을 방출함으로써 주기적패턴의 단면형상을 측정하고 주기적패턴으로부터 반사된 광의 상태변화(강도변화와 위상변화)의 측정값과 산출값을 비교함으로써 주기적패턴의 단면형상을 측정할 수 있다. 반사광의 상태변화의 산출값은 변수인 주기적 패턴을 형성하는 물질의 미리 정해진 주기적패턴의 형상과 광학정수(예를 들면, 굴절률 n 또는 흡수계수 k)를 이용함으로써 산출한다.
참조문헌 1 ; 일본국 특개평 No. 11-211421
참조문헌 2 ; 일본국 특개평 No. 11-211422
참조문헌 3 ; 일본국 특개평 No. 9-36037
참조문헌 4 ; 일본국 특개평 No. 10-22205
그러나, SEM를 이용하여 주기적 패턴을 측정하고 관찰하기 위해, 샘플로서, 특정크기로 주기적패턴을 절단하고 진공챔버내에 샘플을 저장할 필요성이 있으며,이것은 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 측정된 주기패턴이 화학증폭레지스트에 의해 형성되는 경우에 있어서, 측정용 전자빔에 의해 주기적패턴을 조사하는 경우, 주기적패턴은 전자충전에 의해 변형되기 때문에 임계선의 측정이 부정확하다.
주기적패턴에 대해 편광광을 방출함으로써 주기적패턴의 단면형상을 측정하고, 주기적패턴으로부터 반사된 광의 상태변화(강도변화 및 위상변화)의 측정값과 산출값을 비교하는 전술한 단면형상측정장치를 이용에 있어서 다른 문제점이 있다. 경시적인 악화 또는 로트 사이의 불규칙 때문에, 반사된 광의 상태변화 산출에 이용되는 주기적 패턴을 형성하는 재료의 산출된 광학 정수가, 주기적패턴을 형성하는 물질의 실제광학정수와 상이한 경우 임계선의 측정이 부정확하다.
<발명의 간단한 요약>
따라서, 패턴을 형성하는 물질의 광학정수의 변화에 의해 패턴을 파괴하지 않고 영향을 미치지 않으면서, 높은 산출량과 정확도를 가지고 주기적으로 울퉁불퉁한 형상(예를 들면, L & S패턴)을 가지는 패턴의 단면형상을 측정하는 데 이용하는 라이브러리를 작성하는 방법의 제공을 예시적인 목적으로 한다.
본 발명에 의한 일측면의 라이브러리를 작성하는 방법은, 주기적 패턴의 단면형상을 변경함으로써 주기적 패턴으로부터 광 반사용 복수의 상태를 산출하는 스텝을 포함한다. 또한, 방법은, 주기적 패턴으로 방출된 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수에 관련이 있으며, 복수의 라이브러리를, 복수의 반사광의 상태와 그 복수의 반사광의 상태에 대응하는 광학정수를 각각 관련시키는스텝을 포함한다.
라이브러리 작성방법에 있어서, 광학정수는, 주기적 패턴의 굴절률, 흡수계수, 두께 중 어느 하나일 수 있다. 입사광의 상태는, 입사각도, 파장, 입사광의 강도 중 어느 하나일 수 있다. 주기적패턴을 형성하는 물질은 레지스트일 수 있다.
본 발명에 의한 다른 측면의 단면형상 측정방법은, 분광에립소메터를 사용함으로써 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 측정하는 스텝과, 복수의 라이브러리로(전술한 방법을 이용함으로써 작성)부터 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리를 선택하는 스텝과, 특정한 조건으로 주기적패턴에 대해 입사광을 방출함으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 조건을 검출하는 스텝과, 선택된 라이브러리로부터 검출된 반사광의 상태에 관련있는 단면형상을 얻는 스텝을 포함한다.
복수의 라이브러리에서 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리가 없는 경우, 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리는 복수의 라이브러리를 이용함으로써 작성될 수 있다.
본 발명에 의한 또 다른 측면의 단면형상측정장치는,
주기적패턴의 단면형상을 변경시킴으로써 주기적패턴으로부터 복수의 반사광의 상태와, 주기적패턴으로 방출된 입사광의 상태와, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 산출하는 프로세서와,
복수의 반사광의 상태와, 그 복수의 반사광의 상태에 대응하는 광학정수에 각각 관련있는 복수의 라이브러리를 기억하는 기억부와,
특정 조건으로 주기적패턴에 입사광을 방출하는 광원과,
주기적패턴으로부터 반사광의 상태를 검출하는 광센서로 이루어지며,
상기 프로세서는, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수에 대응하는 라이브러리를 기억부로부터 선택하며, 광학정수는 분광에립소메터에 의해 측정되며, 프로세서는 선택된 라이브러리로부터 검출된 반사광상태에 관련있는 단면형상을 얻는 것을 특징으로 하는 단면형상 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 또 다른 측면의 노광장치는, 전술한 단면형상을 측정하는 방법을 이용함으로써 주기적패턴의 단면형상을 측정하고, 측정된 주기적패턴에 따라서 기판을 어라인하는 수단을 포함한다.
본 발명에 의한 또 다른 측면의 디바이스제조방법은, 전술한 노광을 이용함으로써 기판을 노광하는 스텝과, 노광된 기판을 현상하는 스텝을 포함한다.
본 발명의 다른 목적과 다른 특징은, 첨부된 도면을 참조하면서 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 용이하게 명백해진다.
도 1은 L & S 주기적패턴의 단면의 개략도.
도 2는 분광에립소메트리방법을 이용하는 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 장치에서 이용되는 광학시스템의 예.
도 3은 피측정물로서 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 종래방법을 설명하는 플로우챠트.
도 4는 본 발명에 의한 제 1실시예의 라이브러리작성방법을 이용하는 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 방법을 설명하는 플로우챠트.
도 5는 본 발명에 의한 제 1실시예의 라이브러리작성방법을 이용함으로써 작성된 라이브러리의 구조의 개략도.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 의한 라이브러리작성방법을 이용하는 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 방법에서 분광에립소메터를 이용함으로써 레지스트굴절률의 측정을 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 제 1실시예의 라이브러리작성방법을 이용하는 노광장치에 의해 노광된 노광처리를 포함하는 디바이스를 제조하는 방법을 설명하는 플로우챠트.
도 8은 도 7에 도시된 웨이퍼프로세스의 스텝(104)의 상세한 플로우챠트.
<부호에 대한 간단한 설명>
1: 기판 4: 광원
4a: 입사광 4b: 반사광
6: 주기적패턴 7: 분광광학계
8: 광학센서 9: 프로세서
10: 평탄부
<바람직한 실시예의 상세한 설명>
[제 1실시예]
이하, 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 방법의 원리에 대하여 설명한다. 본 발명에서 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 방법은, 일반적으로 "분광에립소메트리(Spectroscopic Ellipsometry)"라고 칭한다. 분광에립소메트리는, 특정입사각 "θ"에 의해 주기적패턴에 대해 그들의 위상차 "0"과 그들의 진폭비 "1"의 P편광광과 S편광광으로부터 형성되는 직선평관광을 방출시키고, 입사각을 변경시키면서,반사광의 위상차(△)와 반사광의 진폭비(ψ)을 측정함으로써 단면형상을 얻을 수 있다. 검출의 원리에 대하여, "Principle of Optics(Pergamon Press), M. Born and E. Wolf." 또는 일본국 특개평 번호 제 11-211421호에 개시되어 있다.
도 1은 L & S주기적패턴의 단면의 개략도이다. 기판(1)은 교대로 배치된 물질(M1)과 물질(M2)를 가지며, 그 굴절률은 서로 상이하다. 이와 같은 주기적 구조체는 복굴절률 특징을 갖는 것으로 알려져 있으며, 특징을 "구조체 복굴절"이라고 칭한다.
예를 들면, 물질(M1)은 공기이고 물질(M2)이 레지스트인 경우, 특정파장과 특정편광의 측정광(2)은 특정입사각도(θ1)에서 물질(M1)과 (M2)에 의해 형성된 주기적 패턴으로 방출된다. 물질(M2)(레지스트)을 투과하고, 기판(1)의 표면에서 반사하여 다시 물질(M2)을 투과해서 반사하는 반사광(3a)와, 물질(M2)의 표면상에서 반사한 반사광(3b)를 합파한 반사광(3)의 상태를 측정한다.
주기적패턴의 간격이 측정광의 파장 보다 충분히 작은 경우 반사광이 복굴절률특징을 일반적으로 갖는 것이 공지되었다. 이러한 측정은, 주기적패턴의 간격이 측정광의 파장보다 큰 경우 생기는 회절광을 이용할 수 있다.
도 1
a는 물질(M2)(레지스트)의 폭이며,
b는 물질(M1)(공기)의 폭이며,
c는 주기적패턴의 간격(예를 들면, c = a + b)이고,
na은 물질(M2)의 굴절률이며,
nb은 물질(M1)의 굴절률이며,
θ1은 측정광(2)의 입사각이며,
h는 M1과 M2의 높이이며,
n1은 측정광(2)의 입사스폿 부근에 둘러싸인 물질의 굴절률이며, n3은 기판의 굴절률이다.
도 1에 도시된 주기적패턴으로 간격(c) 이상의 파장을 가진 레이저빔이 수직으로 입사하도록 한다. 패턴라인(이러한 지면의 평면에 수직하는 길이)에 평행한 전계벡터를 가지는 레이저빔의 입사광은 S편광광이라고 칭한다. 패턴라인에 수직하는 플레이트를 따라서 전계벡테를 가지는 레이저빔의 입사광을 P편광광이라고 칭한다. S편광광과 P편광광에 대한 복굴절률소자의 주기적구조에서 각각의 굴절률을 No 및 Ne가 하기의 방정식에 의해 주어지는 것이 알려져 있다.
No2= (b / c)·nb 2+ (a / c)·na 2.......(1)
Ne2= nb 2·na 2/[(b / c)·na 2+ (a / c)·nb 2].....(2)
방정식 (1) 및 (2)는 도 1에서 도시하여 측정될 피측정물인 주기적패턴이, S편광광에 대한 굴절률 No와 P편광광에 대한 굴절률 Ne를 가지는 일축광학결정과 동등하는 것을 명백하게 나타낸다. 그러므로, S편광광에 대한 굴절계수(rs)는 굴절률(No)를 가지는 박막의 굴절계수와 거의 동일하며, P편광광에 대한굴절계수(rp)는 굴절률(Ne)을 가지는 박막의 굴절계수와 거의 동일하다. 굴절계수(rs)와 (rp)는, "Principles of Optics(Pergamon Press), M. Born and E. Wolf"에 개시되어 있으며, 이하에서 그에 대하여 상세하게 설명한다.
방정식 (1) 및 (2)에 의하면, 굴절계수(rs) 및 (rp)에 관련있는 방정식, 주기적패턴의 등가굴절률(No) 및 (Ne)는, 주기패턴의 듀티비 b/c의 변화에 따라서 변한다. 이 때문에, 굴절계수(rs) 및 (rp) 역시 변한다. 즉, 주기적패턴의 듀티비 b/c는 등가굴절률 (No) 및 (Ne)를 개재하여 굴절계수 (rs) 및 (rp)에 영향끼친다. 주기적패턴의 반사에 영향끼치는 각각의 편광광의 위상조건은 굴절계수 (rs) 및 (rp)의 변화에 따라서 변화한다. 그러므로, 듀티비 b/c는 주기적패턴으로부터 반사광의 강도와 위상전이를 측정함으로써 알려질 것이다.
도 2는 분광에립소메트리방법을 이용하는, 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 장치에서 이용되는 광학시스템의 예에 대하여 도시한다. 광원(4)으로부터 방출된 입사광(4a)의 위상과 편광평면(S & P편광광)은 회전가능한 편광기(5)에 의해 조정되어 균일하게 정렬되고, 입사광(4a)은 주기적패턴(6)를 조사한다. 주기적패턴(6)에 대하여 반사된 반사광(4b)은 분광광학시스템(7)에 의해 파장마다 공간적으로 분리된다. 광전검출기를 어레이하는 광센서(8)는 분리광(4c)을 검출하고, 파장마다 분리광(4c)의 S편광 및 P편광의 강도비와 위상전이를 검출하며, 프로세서(9)에 정보를 송부한다. 프로세서(9)는 광센서(5)로부터의 정보와 후술하는 라이브러리정보를 비교함으로써 주기적패턴의 단면형상을 산출하고, 그 결과로서, 측정될 피측정체인 주기적패턴(6)의 단면형상을 출력한다.
도 2에서 개시하는 이러한 분광에립소메트리방법은 복수의 파장을 포함하는 입사광(확장밴드광)(4a)을 방출하고 입사각을 고정함으로써 반사광(4b)의 상태를 검출한다. 그러나, 분광에립소메트리방법은, 레지스트의 차이와 레지스트패턴형상의 차이에도 불구하고, 몇몇의 입사광상태(입사광의 입사각도 또는 파장 등)에서 반사광의 동일한 상태(강도비와 위상전이)를 검출하는 경우가 있다. 따라서, 측정의 정밀도는 몇몇의 입사상태에서 반사광(입사광의 몇몇의 입사각도 또는 몇몇의 파장)의 변화를 검출함으로써 향상시킬 수 있다.
전술한 측정하드웨이제조업자들은, 광을 이용하는 CD(임계선, 예를 들면, 주기적패턴의 라인폭)측정장치로서 전술한 분광에립소메트리방법을 이용하여 단면형상을 측정하는 장치를 시판하였다. 이들 장치는 CD측정 이외에 주기적패턴의 높이 또는 측벽각도를 측정하였다. 이들 측정치에 의하면, 피측정물로서 주기적패턴의 단면형상은 도 3에 도시된 플로우챠트에 따라서 측정된다.
측정을 위한 준비로서, 주기적패턴의 가능한 단면형상은 프로세서(9)상에서 정의하고, 프로세서(9)는 각각의 단면형상으로부터 반사광의 상태를 산출하고 라이브러리로서 그들을 기억한다. 즉, 주기적패턴(6)을 형성하는 물질(M2)(레지스트)의 광학정수(물질의 굴절률(n), 흡수계수(k) 및 두께(d))에 의거하여(공정 1), 입사광의 복수의 상이한 입사상태(복수의 입사각도, 복수의 파장)에 있어서(공정 2), 상정되는 단면형상(공정 3)에 입사광의 반사인 반사광의 정보(강도비의 변화, 위상비의 변화)를 산출한다(공정 4).
전술한 바와 같이 복수의 상이한 단면형상을 정의(공정 3)하고 산출한 후,기억부는 산출결과와 라이브러리형태로 서로 관련있는 대응하는 단면형상을 기억한다. 여기에서, 라이브러리는, 광학정수에 의하여 산출됨으로써 얻은 광의 상태와, 각각 상이한 단면형상을 가지는 주기적패턴을, 광의 상태에 따른 단면형상과 광학정수에 관련시킴으로써 형성된 데이터 또는 데이터베이스를 의미한다.
공정 1에서 이용되는 주기적패턴의 광학정수는, 복수의 입사조건의 파라메터로서 입사광의 입사각 또는 파장을 사용하는지 여부에 따라서 다르게 할 필요성이 있다. 단파장을 이용해서 상이한 입사각도의 반사광 측정에 있어서, 측정에 이용되는 파장에 대응하는 광학정수를 프로세서에 입력시킨다. 반면에, 단일의 고정된 입사각도에 의해서 상이한 파장의 입사광 측정에 있어서, 측정에 이용되는 파장에 대응하는 광학정수를 프로세서에 각각 입력시킨다.
다음, 입사광(4a)은 측정될 실제 피측정물의 주기적패턴(6)상에 방출시켜서(공정 5), 광센서(8)는 반사광의 정보(강도의 변화, 위상전이의 변화 등)를 검출한다.(공정 6). 기억부에 기억된 라이브러리의 광정보와 검출기로부터 실제로 얻은 반사광(4b)의 정보를 비교함으로써, 반사광(4a)에 대응하는 광정보를 라이브러리로부터 얻는다(공정 7). 프로세서(9)상에 정의된 복수의 단면형상중에 광정보에 관련된 주기적패턴의 단면형상은 실제주기적패턴(6)의 단면형상으로 간주한다(공정 8).
분광에립소메트리의 원리와 분광에립소메트리를 이용하여 단면형상을 측정하는 방법에 대하여 전술하였다. 그러나, 도 3에 도시된 프로세스에 의하면, 공정 1 내지 공정 4에서 라이브러리를 작성하는 광학정보가 실제 피측정물의 광학정보와 상이한 경우, 단면형상의 측정은 정확하다. 예를 들면, 실제 주기적패턴(6)을 형성하는 물질(M2)(레지스트)의 굴절률(n)이면, 물질(M2)의 경시변화 또는 제조로트의 상이점 때문에, 라이브러리 작성에서 산출되는 굴절률(n)과 상이하게 된다.
따라서, 단면형상은 도 4 및 도 5에서 도시하는 프로세스에서 측정된다. 도 4는 본 발명에 의한 제 1실시예의 라이브러리를 작성하는 방법을 이용하는 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 방법을 설명하는 플로우챠트이다. 도 5는 본 발명의 제 1실시예에 의한 라이브러리를 작성하는 방법을 이용함으로써 작성되는 라이브러리의 구조의 개략도이다. 제 1실시예는, 측정될 주기적패턴(6)을 형성하는 물질(M2)로서 레지스트를 이용하며, 굴절률(n)만이 레이지스트의 광학정수로서 변경되는 경우의 본 실시예에 대해서 설명한다.
반사광(4d)의 조건은 단면형상(6), 입사광(4a)의 조건 및 레지스트의 광학정수를 변경함으로써 산출된다. 광조건을 광조건에 대응하는 광학정수에 관련시켜서 복수의 라이브러리를 작성한다. 구체적으로, 레지스트의 굴절률이 nL2이고 레지스트의 흡수계수가 k이면 라이브러리(L1)는 도 3에서 도시하는 공정 1 내지 공정 4과 동일한 프로세스에서 작성된다. 다음으로, 레지스트의 굴절률이 nL2이고 레지스트의 흡수계수가 k이면, 동일한 방식으로 라이브러리(L2)를 작성한다. 따라서, 굴절률 (nL1), (nL2) ...(nLk)를 순서대로 변화시키고 레지스트의 흡수계수(k)을 일정하게 고정시킴으로써, 굴절률에 각각 대응하는 라이브러리 (L1), (L2)....(Lk)를 작성한다(도 5참조). 여기서, 정수로서 k가 좀 더 크면, 더욱 큰 라이브러리를 작성한다. 레지스트의 굴절률의 범위의 변경, 즉, k의 범위는 경시변화 또는 레지스트의 제조로트의 불규칙에 의해 초래된 레지스트의 굴절률의 변경범위를 결정한다.
복수의 라이브러리 (L1), (L2)....(Lk)를 작성한 후, 도 6에 도시한 바와 같이, 분광에립소메터는, 단면형상이 실제 측정되어야 하는 피측정물로서의 주기적패턴(6)의 부근의 평탄부(10)(도 6참조)에서 레지스트의 굴절률(nr)을 측정하며, 여기서 주기적패턴(6) 등은 평탄부(10)에 형성되지 않는다(공정 10). 광원으로부터 입사광(광대역 광)(4a)은, 회전가능하고 조정 가능한 편광기(5)를 개재하여 주기적패턴(6)의 부근에 형성된 평탄부(10)에 방출된다. 평탄부(10)로부터의 반사광(4b)은 분광광학시스템(7)을 통하여 광학센서(8)에 의해 검출되며, 평탄부(10)에서 레지스트의 굴절률(n)은 검출결과로서 반사광(4b)의 광조건에 따라서 측정된다.
복수의 입사조건의 파라메터로서 입사광의 파장 또는 입사각도를 이용하는지 여부에 따라서 굴절률의 측정을 다르게 할 필요성이 있다. 단일파장의 입사광(4a)을 이용함으로써 상이한 입사각도의 굴절광(4b) 측정에서, 측정에 이용되는 파장에 대응하는 굴절률이 측정된다. 반면, 상이한 파장의 입사광(4a)을 이용함으로써 단일의 고정된 입사각도의 반사광(4b) 측정에 있어서, 측정에 이용되는 파장에 각각 대응하는 굴절률이 측정할 필요성이 있다.
다음, 공정 10에서 측정되는 레지스트의 굴절률(nr)에 대응하는 라이브러리는 공정 9에서 작성되는 복수의 라이브러리로부터 선택된다(공정 11). 즉, 측정된 레지스트의 굴절률(nr)과 일치하는 굴절률(nLk)와 관련있는 라이브러리는, 복수의 라이브러리로부터 선택된다. 주기적패턴(6)의 단면형상은 선택된 라이브러리를 이용함으로써 공정 (7) 및 (8)과 동일한 방식으로 측정된다. 단면형상측정의 오차에 대한 레지스트의 굴절률(nLk)의 민감도를 미리 조사하고, 허용오차(일치도의 허용범위) α를 결정하고, nLk ± α로서 그 허용오차 α를 포함하는 라이브러리 작성에 있어서 레지스트의 굴절률(nr)과 레지스트의 굴절률(nLk)이 일치한다고 판단한다.
흡수계수(k)의 변화는 산출결과에 영향을 끼치지 않기 때문에 제 1실시예는 흡수계수(k)를 상정한다. 그러나, 굴절률(n)이 일정하고 흡수계수(k)가 변하게 하거나, 굴절률(n)과 흡수계수(k) 양자를 변화시켜서 라이브러리를 작성할 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하면서, 상기 노광장치를 이용하는 디바이스제조방법의 실시예에 대하여 설명한다. 도 7은 디바이스(예를 들면, IC 및 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하는 플로우챠트이다. 여기에서, 예로서, 반도체칩의 제조에 대하여 설명한다. 공정(101)(회로설계)은 반도체디바이스회로를 설계한다. 공정(102)(마스크제작)은 설계된 회로패턴을 가지는 마스크를 형성한다. 공정(103)(웨이퍼준비)은 실리콘 등의 물질을 이용하는 웨이퍼를 제조한다. 공정(104)은 전처리로서 칭하며, 마스크와 웨이퍼를 이용하여 광리소그래피를 통하여 웨이퍼상에 실제회로를 형성한다. 공정(105)(조립)은, 후처리라고도 칭하며, 공정(104)으로부터의 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하며, 조립공정(예를 들면, 다이싱, 접착), 패키징공정(칩밀봉) 등을 포함한다. 공정(106)(검색)은, 동작확인테스트 및 내구성 테스트 등의, 공정 (105)에서 제조된 반도체디바이스에 대한 다양한 테스트를 행한다. 이들 공정을 통하여, 반도체디바이스는 완료되고 선적된다(공정 107).
도 8은 공정(104)에서 웨이퍼프로세스의 상세한 플로우챠트이다. 공정(111)(산화)는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 공정(112)(CVD)는 웨이퍼의 표면에 절연막을형성한다. 공정(113)(전극형성)은 진공증착 등에 의해 웨이퍼에 전극을 형성한다. 공정(114)(이온주입)은 웨이퍼에 이온주입한다. 공정(115)(레지스트처리)은 웨이퍼에 감광재료를 도포한다. 공정(116)(노광)은 노광장치를 이용하여 마스크상의 회로패턴을 웨이퍼에 노광한다. 공정(117)(현상)은 노광된 웨이퍼를 현성한다. 공정(118)(에칭)은 현상된 레지스트상 이외의 다른 부분을 에칭한다. 공정(119)(레지스트 스트리핑)은 에칭후에 사용하지 않은 레지스트를 제거한다. 이들 공정은 반복하여 웨이퍼상에 다층회로패턴을 형성한다. 본 실시예의 디바이스제조방법은 종래 방법 보다 양질의 디바이스를 제조할 수 있다. 따라서, 디바이스제조방법과 제품으로서 디바이스도 본 발명의 영역 내에 있다.
[제 2실시예]
이하, 본 발명에 의한 제 2실시예에 대하여 설명한다. 복수 존재하는 라이브로리에서 주기적패턴(6)의 부근에서 측정되는 레지스트의 굴절률(nr)에 대응하는 레지스트굴절률(nLk)에 관련된 라이브러리는 없는 경우, nr = nLk의 새로운 라이브버리 데이터는 존재하는 라이브러리를 이용함으로써 작성된다. 예를 들면, 주기적패턴(6) 부근에서 측정된 레지스트의 굴절률(nr), 라이브러리(L1)에 관련있는 굴절률(nL1)과 라이브러리(L2)에 관련있는 굴절률(nL2) 사이의 관계를, nL1 < nr < nL2이라고 한다. 이런 경우에, 라이브러리(L1)에 관련있는 광학정보와 라이브러리(L2)에 관련있는 광학정보를 이용함으로써, 내삽법을 이용함으로써 굴절률 (nLk = nr)에 대응하는 라이브러리를 새로이 작성하고, 실측을 위해 사용한다.
내삽법을 이용하는 산출에 의해 새로운 라이브러리를 작성하는 방법에 대하여 제 2실시예에서 설명하였지만, 내삽법을 이용하는 산출은 임의의 존재하는 라이브러리를 조합함으로써 새로운 라이브러리를 작성할 수 있다. 레지스트 굴절률의 경시변화 또는 제조 로트 중의 불규칙으로 인하여 야기되는 측정오차의 대응방법에 대하여 제 1 및 제 2실시예에서 설명하였으며, 광학정수의 변화는 레지스트에 제한되지 않는다. 주기적패턴(6)이 비레지스트의 물질(예를 들면, 폴리Si, 산화막, BARC 등)을 이용하는 경우, 파라메터로서 물질의 광학정수의 이용은 복수의 라이브러리를 작성할 수 있다. 복수의 라이브러리는, 주기적패턴(6)이 형성되는 토대, 즉 기판(1)의 광학정수(굴절률 n 또는 흡수패턴 k)를 변경시켜서 작성될 수 있다.
또한, 본 발명은 이들 바람직한 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 변형과 수정이 본 발명의 정신을 이탈하지 않으면서 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 주기적패턴에 편광광을 방출시키고, 입사조건(입사각도 또는 파장)의 함수로서 반사광의 상태(강도 또는 위상)을 측정하고, 주기적패턴을 형성하는 물질의 굴절률의 변화에 의한 주기적패턴의 단면형상을 측정하는 장치에 의해 측정에 있어서 이용되는 복수의 라이브러리를 작성하고, 측정에 적합한 굴절률을 이용함으로써 작성되는 라이브러리를 선택함으로써, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수의 변화에 의해 영향받지 않는 고산출량과 고정도한 측정을 달성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 주기적패턴의 단면형상과, 주기적패턴에 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변화시킴으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 복수의 상태를 산출하는 스텝과;
    복수의 반사광의 상태와 거기에 대응하는 광학정수를, 복수의 라이브러리에 각각 관련시키는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 라이브러리작성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광학정수는, 주기패턴의 굴절률, 흡수계수 또는 두께중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 라이브러리작성방법.
  3. 제 1항에 있어서, 반사광의 상태는 반사광의 강도 또는 반사광의 위상인 것을 특징으로 하는 라이브러리작성방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 입사광의 조건은 입사광의 입사각도, 파장 또는 강도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 라이브러리작성방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 주기적패턴을 형성하는 물질은 레지스트인 것을 특징으로 하는 라이브러리작성방법.
  6. 분광에립소메터를 이용하여 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 측정하는 스텝과,
    주기적패턴의 단면과, 주기적패턴에 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변경함으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 복수의 상태를 산출하는 스텝과, 복수의 반사광의 조건과 거기에 대응하는 광학정수에 각각 복수의 라이브러리를 관련시키는 스텝을 포함하는 라이브러리작성방법을 이용함으로써 작성되는 복수의 라이브러리로부터 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리를 선택하는 스텝과,
    주기적패턴에 대하여 특정조건으로 입사광을 방출함으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 상태를 검출하는 스텝과,
    선택된 라이브러리로부터 검출된 반사광의 상태에 관련된 단면형상을 얻는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단면형상측정방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    복수의 라이브러리에서 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리가 없는 경우, 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리는 복수의 라이브러리를 이용함으로써 작성되는 것을 특징으로 하는 단면형상측정방법.
  8. 주기적패턴의 단면형상과, 주기적패턴에 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변경시킴으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 복수의 상태를 산출하는 프로세서와,
    복수의 반사광의 상태와, 거기에 대응하는 광학정수에 각각 관련되는 복수의 라이브러리를 기억하는 기억부와,
    특정조건에서 주기적패턴에 대해서 입사광을 방출하는 광원과,
    주기적패턴으로부터 반사광의 상태를 검출하는 광센서와
    로 이루어진 단면형상측정장치로서,
    상기 프로세서는 분광에립소메터에 의해 측정되는, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수에 대응하는 라이브러리를 기억부로 부터 선택하고, 선택된 라이브러리로부터 검출된 반사광의 상태에 관련된 단면형상을 얻는 것을 특징으로 하는 단면형상측정장치.
  9. 분광에립소메터를 이용하여 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 측정하는 스텝과,
    주기적패턴의 단면형상과, 주기적패턴에 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변경시킴으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 복수의 상태를 산출하는 스텝과, 복수의 반사광의 상태와, 거기에 대응하는 광학정수를 복수의 라이브러리에 각각 관련시키는 스텝을 가지는 라이브러리작성방법에 의해 작성된 복수의 라이브러리로부터 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리를선택하는 스텝과,
    주기적패턴에 대해서 특정한 조건으로 입사광을 방출시켜서 주기적패턴으로부터의 반사광의 상태를 검출하는 스텝과,
    선택된 라이브로러리로부터 검출된 반사광의 상태를 관련시키는 단면형상을 추출하는 스텝으로 이루어지는 단면형상측정방법에 의해 상기 주기적패턴의 단면형상을 측정하고;
    측정된 주기적패턴에 따라서 기판의 어라이먼트를 행하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 분광에립소메터를 이용하여 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 측정하는 스텝과,
    주기적패턴의 단면형상과, 주기적패턴으로 방출되는 입사광의 조건과, 주기적패턴을 형성하는 물질의 광학정수를 변경시킴으로써 주기적패턴으로부터 반사광의 복수의 상태를 산출하는 스텝과, 복수의 반사광의 상태와, 거기에 대응하는 광학정수를 각각 복수의 라이브러리에 관련시키는 스텝으로 이루어진 라이브러리작성방법에 의해 작성된 복수의 라이브러리중으로부터 측정된 광학정수에 대응하는 라이브러리를 선택하는 스텝과,
    주기적패턴에 특정한 조건으로 입사광을 방출시켜서 주기적패턴으로부터의 반사광의 상태를 검출하는 스텝과,
    선택된 라이브로러리로부터 검출된 반사광의 상태를 관련시키는 단면형상을추출하는 스텝을 가지는 단면형상측정방법에 의해 주기적패턴의 단면형상을 측정하고, 그 측정된 주기적패턴에 따라서 기판의 어라이먼트를 행하는 수단을 포함하는 노광장치에 의해 기판을 노광하는 스텝과,
    노광된 기판을 현상하는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
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