KR20070073631A - 노광 장치에 있어서의 노광량 및 포커스 위치를 산출하는방법 및 프로그램, 그리고 디바이스의 제조방법 - Google Patents

노광 장치에 있어서의 노광량 및 포커스 위치를 산출하는방법 및 프로그램, 그리고 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에서의 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 노광 장치를 이용해서 상기 기판 위에 형성된 패턴의 형상의 정보를 취득하는 공정; 상기 패턴의 형상의 정보에 포함된 선폭(critical dimension)과 상기 선폭의 기준치와의 편차량을 산출하는 공정; 및 상기 포커스 위치의 오프셋량을 상기 패턴의 형상의 정보에 근거해서 산출하고, 또한, 상기 노광량의 오프셋량을 상기 편차량 및 상기 포커스 위치의 오프셋량에 근거해서 산출하는 공정을 포함한다.

Description

노광 장치에 있어서의 노광량 및 포커스 위치를 산출하는 방법 및 프로그램, 그리고 디바이스의 제조방법{METHOD AND PROGRAM FOR CALCULATING EXPOSURE DOSE AND FOCUS POSITION IN EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
도 1은 본 발명에 의한 반도체 제조 시스템의 개략 블록도;
도 2는 도 1에 도시한 노광 장치의 구성의 개략 블록도;
도 3은 도 2에 도시한 노광 장치의 노광 방법을 표시한 순서도;
도 4는 도 3에 도시한 순서도에서의 FEM 패턴의 제조 방법의 순서도;
도 5는 통상의 CD-SEM을 사용한 계측 결과를 표시한 화상 데이터;
도 6은 도 5에 표시한 웨이퍼를 15°기울인 상태에서의 관찰로부터 얻어진 계측 결과를 나타내는 화상 데이터;
도 7은 도 5 및 도 6에 표시한 화상 데이터를 형상 정보로 변환한 그래프;
도 8은 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷 내의 레지스트 패턴의 일부의 확대도;
도 9는 도 8에 도시한 레지스트 패턴의 3차원 형상에서의 CD, 높이 및 측벽 각도의 측정을 통해 얻어진 표;
도 10은 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷 내의 레지스트 패턴의 일부를 확대한 도면;
도 11은 도 10에 도시한 레지스트 패턴의 굵은 테두리 내에 있는 패턴으로부터 얻어진 CD(critical dimension)와 노광량 간의 관계를 표시한 그래프;
도 12는 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷 내의 레지스트 패턴의 일부의 확대도;
도 13은 도 12에 도시한 레지스트 패턴의 굵은 테두리 내에 있는 패턴으로부터 얻어진 초점위치와 CD 간의 관계를 표시한 그래프;
도 14는 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷 내의 최적인 포커스 위치 및 최적인 노광량으로부터의 오프셋량을 나타내는 그래프;
도 15는 형상 계측치를 이용해서 포커스 위치의 오프셋량 및 노광량의 오프셋량을 산출하는 순서도;
도 16은 도 2에 표시한 노광장치를 이용하는 디바이스의 제조 방법의 순서도;
도 17은 도 16에 표시한 스텝 4의 상세 순서도;
도 18은 포커스 위치와 CD와의 관계를 노광량마다 플롯한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2: 노광장치 3: 형상측정장치
4: 중앙처리장치 5: 데이터베이스
6: LAN 10: 조명장치
12: 광원 14: 조명광학계
20: 레티클 25: 레티클 스테이지
30: 투영광학계 40: 웨이퍼
45: 웨이퍼 스테이지 50: 포커스/경사 검출계
60: 제어기 70: 레티클 검출기
본 발명은 일반적으로 노광 장치에 있어서의 노광량 및 포커스 위치를 산출하는 기술에 관한 것이다.
레티클 위의 LSI 패턴을 웨이퍼 위에 전사하는 패턴 노광 기술에서는 전사가능한 패턴의 미세화를 촉진할 뿐만 아니라 생산성의 향상이 요구되고 있다. 그리고, 노광 장치에 있어서의 노광 공정은 웨이퍼를 노광할 때 각 공정마다 혹은 노광 층마다 포커스 위치 및 노광량 등의 노광 조건의 최적 값을 설정한다.
포커스 위치 및 노광량 등의 최적 노광 조건은 형상 측정 장치, 예를 들면, 선폭 주사 전자현미경(Critical Dimension Scanning Electron Microscope: "CD-SEM")으로 소정의 레지스트 패턴 형상을 측정하는 것에 따라 설정한다. 또한, 에칭된 패턴 형상도 측정해서, 두 형상을 비교한다. 그러나, 레지스트의 굴절률과 두께, 노광 장치의 노광 제어, 포커스 제어, 현상 시간, 현상액의 특성, 핫 플레이트의 불균일성, PEB(노광후 소성) 온도와 시간, 및 레티클의 제작 오차(평탄도) 등의 각종 오차에 의해, 그들 측정치에 차이가 생겨, CD(Critical Dimension: 선폭) 오차나 제조 수율의 저하를 일으킨다. 하나의 제안된 방법은 레지스트의 굴 절률과 두께를 설정하는 수단을 이용해서 노광량을 계산 및 제어하고 있다. 이에 대해서는 예를 들어 일본국 공개특허 소 62-132318호 공보를 참조하면 된다. 다른 제안은 레티클 오차에 대해서 노광량을 조절함으로써 웨이퍼의 CD 오차를 개선하는 것이다. 이에 대해서는 예를 들어 일본국 공개특허 평 10-032160호 공보를 참조하면 된다. 그리고, CD가 웨이퍼에 대해서 대체로 동심원 형상으로 변동할 경우, 또 다른 제안에서는 웨이퍼 중심으로부터의 거리와 노광량과의 함수를 작성하고, 샷마다 노광량을 조정하고 있다. 이에 대해서는 예를 들어 일본국 공개특허 평 10-064801호 공보를 참조하면 된다. 또 다른 제안된 방법에서는 노광된 웨이퍼 전체 면과 노광된 샷 전체 면의 CD 계측치로부터 각 샷의 노광량 맵을 작성하고, 그 맵에 따라 노광량을 제어하고 있다. 이에 대해서는 예를 들어 일본국 공개특허 제 2005-094015호 공보를 참조하면 된다.
미세화의 요구로 인해 노광 장치의 투영 광학계의 개구수("NA")는 점차로 증가하고, 초점 심도("DOF": depth of focus)는 서서히 감소된다. 예를 들어, 90 ㎚ CD 패턴의 DOF는 CD 변동의 10% 허용도에 대해서 단지 약 200 ㎚이다.
이 좁은 DOF에 대한 노광 조건의 설정 방법은 노광량의 변화를 통한 CD 값에 대한 제어뿐만 아니라, 포커스 위치도 노광량 윈도우("ED 윈도우")로 변경하도록 요구되고 있다.
일본국 공개특허 소 62-132318호 공보, 일본국 공개특허 평 10-032160호 공보, 일본국 공개특허 평 10-064801호 공보, 일본국 공개특허 제 2005-094015호 공보에서는 각종 오차의 각각에 대해서 적합한 노광량을 설정하는 방법을 제안하고 있지만, 포커스 위치를 제어하는 효과적인 제어 방법에 대해서는 언급되어 있지 않다. 이것은 종래 기술에서는 FEM(Focus Exposure Matrix) 패턴과 달리 포커스 위치를 미소량씩 변경해서 노광을 제공하거나, 하나의 노광 조건으로부터 포커스 위치의 편차량을 구하는 수법을 제공하지 않기 때문이다. 그 이유의 하나는 CD 계측에 CD-SEM이 사용되고 있는 점에 있다. 1개의 마크로부터의 CD 계측은 CD 값의 하나의 계측 결과밖에 제공하지 못하므로, 하나의 변수만을 바꿀 수 있다. 따라서, 일본국 공개특허 소 62-132318호 공보, 일본국 공개특허 평 10-032160호 공보, 일본국 공개특허 평 10-064801호 공보 및 일본국 공개특허 제 2005-094015호 공보는 전사가능한 패턴에 한계가 있었다. 따라서, 노광 장치에서의 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치(기판 위치)의 오프셋량을 산출하는 하나의 방법이 제안되어 있다. 이에 대해서는 예를 들어 일본국 공개특허 제 2003-142397호 공보를 참조하면 되고, 이 공보에서는 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치(기판 위치)의 오프셋량과 패턴의 광강도 신호 파형 간의 상호 연관의 라이브러리를 작성하고, 노광량 및 포커스 위치에서 얻어진 패턴의 광강도 신호 파형을 계측한다. 그 후, 상기 공보에서는 계측된 광강도 신호 파형 및 라이브러리에 근거해서 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하고 있다.
그럼에도 불구하고, 일본국 공개특허 제 2003-142397호 공보의 방법에서는 레지스트의 굴절률과 두께, 노광 장치의 노광 제어와 포커스 제어, 현상 시간, 현상액의 특성, 핫 플레이트의 불균일성, PEB 온도, 시간 및 레티클의 제작 오차(평탄도) 등의, CD에 영향을 미치는 외적 요인이 변동한 경우, 미리 준비한 라이브러 리가 현상황에 적합하지 않게 되어, 라이브러리를 적절하게 갱신할 필요가 있다.
본 발명은 외적 요인 또는 리소그래피 환경의 변동에 영향을 받기 어려운, 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 기술에 관한 것이다.
원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서의 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 본 발명의 하나의 측면에 의한 방법은 상기 노광 장치를 이용해서 상기 기판 위에 형성된 패턴의 형상의 정보를 취득하는 공정; 상기 패턴의 형상의 정보에 포함된 선폭과 상기 선폭의 기준치와의 편차량을 산출하는 공정; 및 상기 포커스 위치의 오프셋량을 상기 패턴의 형상의 정보에 근거해서 산출하고, 또한, 상기 노광량의 오프셋량을 상기 편차량 및 상기 포커스 위치의 오프셋량에 근거해서 산출하는 공정을 포함한다.
본 발명의 기타 목적과 추가의 특징은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시형태로부터 쉽게 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 실시형태에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조해서, 반도체 제조 시스템에 대해 설명한다. 반도체 제조 시스템은 복수의 노광 장치(도 1에서는 (1) 및 (2)), 형상 측정 장치(3), 컴퓨터로서 기능하는 중앙 처리 장치(4) 및 데이터베이스(5)를 포함하고, 이들이 예를 들어 사내 LAN 등의 LAN(6)에 의해 접속된 구성을 가진다.
노광 장치(1) 및 (2)는 각각 스텝-앤드-스캔 방식으로 레티클(20)의 회로를 웨이퍼(40)에 노광하는 주사형 노광 장치이다.
형상 측정 장치(3)는 원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치를 이용해서 기판 위에 형성된 패턴의 3차원 형상(즉, 입체 형상) 정보를 취득하고, CD-SEM을 사용한다. 중앙 처리 장치(4)는 패턴의 3차원 형상의 정보에 의거해서, 그 형상 정보에 포함된 CD와 상기 CD의 기준치와의 편차량을 산출하고, 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출한다. 여기서, 노광량의 오프셋은 목표로 하는 패턴이 웨이퍼 위에 형성된 경우 최적(목표) 노광량으로부터의 갭이다. 이것은 포커스 위치에 대해서도 마찬가지이다. 포커스 위치는 노광 영역에서의 기판의 위치이다. 또, 포커스 위치는 투영광학계의 광축 방향에서의 위치로 표현된다. 또, 데이터베이스(5)에 노광 장치(1), (2) 및 형상 측정 장치(3)로부터의 각종 계측치 등의 데이터를 데이터베이스화해서 보존한다. 그리고, 중앙 처리 장치(4)는 노광량 및 포커스 위치를 최적화시켜, 그 최적화된 것을 노광 장치(1) 및 (2)에 통지한다.
이하, 도 2를 참조해서, 노광 장치(1)에 대해 설명한다.
노광 장치(1)는 스텝-앤드-스캔 방식으로 레티클(20)의 회로 패턴을 웨이퍼(40)에 노광하는 주사형 노광 장치이다. 노광 장치(1)는 도 2에 나타낸 바와 같이 조명 장치(10), 레티클(20)을 지지하는 레티클 스테이지(25), 투영광학계(30), 웨이퍼(40)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(45), 포커스/경사 검출계(50) 및 제어기(60)를 포함한다. 제어기(60)는 CPU와 메모리를 지니며, 조명 장치(10), 레티클 스테이지(25), 웨이퍼 스테이지(45) 및 포커스/경사 검출계(50)에 전기적으 로 접속되어 노광 장치(1)의 동작을 제어한다. 본 실시 형태에서의 제어기(60)는 포커스/경사 검출계(50)가 웨이퍼(40)의 표면 위치를 검출할 때에 이용하는 광의 파장을 최적으로 설정하도록 연산 및 제어도 실시한다. 또, 본 실시 형태의 노광 장치(1)는 스텝-앤드-스캔 방식이지만, 본 발명은 스텝-앤드-리피트 방식에도 적용할 수 있다.
조명 장치(10)는 광원(12)과 조명 광학계(14)를 포함하고, 전사될 회로 패턴을 지닌 레티클(20)을 조명한다.
광원(12)으로서는 파장 약 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저를 사용할 수 있지만, 광원으로서는 파장 약 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저, 파장 약 157 ㎚의 F2 레이저, EUV(Extreme ultraviolet) 광원 및 파장 365 ㎚의 수은 램프를 사용해도 된다.
조명 광학계(14)는 광원(12)으로부터의 광을 이용해서 조명될 표적 평면상에 배치된 원판으로서 역할하는 레티클(마스크)(20)을 조명하는 광학계이다. 조명 광학계(14)는 렌즈, 미러, 광학 적분기, 조리개 등을 포함한다. 조명 광학계(14)는 축상광 및 축외광의 양쪽 모두에 사용할 수 있다. 광학 적분기는 파리의 눈렌즈이지만, 2조의 원통형 렌즈 어레이, 광학 로드(optical rod) 및 회절 광학계를 사용할 수도 있다.
레티클(20)은 예를 들면, 석영으로 이루어지고, 전사될 패턴을 지닌다. 레티클(20)은 레티클 스테이지(25)에 의해 지지 및 구동되고 있다. 또, 노광 장치(1)에는 레티클(20)을 제자리에 배치하도록 레티클(20)의 위치를 검출하는 광경 사 입사계의 레티클 검출기(70)를 포함한다.
레티클 스테이지(25)는 레티클 척(도시생략)을 개입시켜 레티클(20)을 지지하고, 이동 기구(도시생략)에 접속되고 있다. 투영 광학계(30)는 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40) 위에 투영하고, 굴절 광학계, 반사 굴절 광학계 또는 반사광학계를 사용할 수 있다.
기판으로서 역할하는 웨이퍼(40) 위에는 포토레지스트가 도포되어 있다. 웨이퍼(40) 대신에, 액정 기판이나 유리판 등의 다른 기판을 사용할 수도 있다.
웨이퍼 스테이지(45)는 웨이퍼 척(도시생략)을 통해 웨이퍼(40)를 지지한다.
포커스/경사 검출계(50)는 도 2에 표시한 바와 같이 웨이퍼(40)의 표면에 대해서 고입사각도로 광을 도입시키는 조명부(52), 웨이퍼(40)의 표면에서 반사된 광의 상 변위량을 검출하는 검출기(54) 및 연산부를 포함한다. 조명부(52)는 광원, 광합성기, 패턴판, 결상 렌즈 및 미러를 포함한다. 검출기(54)는 미러, 렌즈, 광 분파 필터 및 수광유닛을 포함한다.
또, 노광 장치(1)는 도 1에 도시한 반도체 제조 시스템에서의 형상 측정 장치(3), 중앙 처리 장치(4) 및 데이터베이스(5)로서 역할할 수도 있다. 이 실시형태는 전술한 반도체 제조 시스템과 같은 작용 및 효과를 제공할 수 있다.
이하, 도 3을 참조해서, 본 실시형태의 노광 방법(500)을 설명한다. 여기서, 도 3은 노광 방법(500)의 순서도이다.
노광 방법(500)은 원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서의 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량 중 적어도 포커스 위치의 오프셋량 을 산출함으로써 기판을 노광한다.
노광 방법(500)을 나타내는 순서도는 크게 3개의 스테이지로 분류된다. 제 1 스테이지는 스텝 501 내지 스텝 504를 포함하며, 노광량, 포커스 위치 그리고 FEM 패턴을 각 샷에 대해 얻어진 복수의 3차원 형상 정보와 상호 연관시켜, 미리 라이브러리를 제작한다. 더욱 구체적으로는, 이들 스텝은 FEM 패턴이 노광된 FEM 웨이퍼를 제작하고, 그 FEM 웨이퍼를 이용한 최적 노광 조건(즉, 노광량 및 포커스 위치)을 설정하고, 다변량해석 수법에 의해 라이브러리를 제작한다. 여기서 이용된 바와 같은 FEM 패턴이란, 포커스 위치 및 노광량을 파라미터로 해서 복수 샷으로 1매의 웨이퍼 위에 매트릭스형태로 노광된 패턴이다.
이때, 양산 스테이지에서 실제로 사용하는 레티클 패턴의 CD 검사 결과에 의거해서, CD 오차가 큰 패턴에 관해서는 그 CD를 사용한 FEM 패턴도 제작한다. 다음에, 복수의 3차원 형상 정보와 상호 연관시키고 나서, 그 CD에 대응하는 라이브러리를 제작한다.
다음 스테이지는 스텝 505 내지 스텝 507을 포함하며, 포커스 위치의 오프셋량 및 노광량의 오프셋량을 산출한다. 이들 스텝에서는 양산 스테이지를 위해 레티클 및 웨이퍼에 노광을 행하고, 웨이퍼 위에 노광된 레지스트 패턴의 형상을 측정한다. 이어서, 그 레티클의 CD에 대응하는 상기 라이브러리와의 대조를 행하고, 포커스 위치 및 노광량의 최적 노광 조건으로부터의 오프셋량을 산출한다.
마지막으로, 산출된 오프셋 데이터를 노광 장치(1)에 보내, 노광량 및 포커스 위치를 재차 최적화한다(스텝 508). 양산 스테이지에 있어서, 상기 재차 최적 화 조건 하에서 웨이퍼를 노광한다(스텝 509).
이하, 각 스텝의 더욱 상세한 설명을 실시한다.
우선, 양산 스테이지에서 사용되는 레티클의 CD 검사 데이터를 입수한다(스텝 501). 본 실시형태에서는 레티클을 제조한 후, 레티클 위의 복수의 점에 있는 실제의 소자 패턴의 CD를 계측한다. 그렇지만, 그 CD 계측치가 제조 허용치의 범위 내인 경우에도, 웨이퍼에 패턴을 전사하고, 현상에 이어, 에칭한 후에, 최적인 노광량 및 포커스 위치가 다르면, 이 패턴은 CD 값의 차이를 고려해야만 하는 패턴으로서 간주된다. 이 차이를 고려해야만 하는 패턴의 레티클 위의 위치 및 분류용의 CD 값은 스텝 501에서 입수한 레티클의 CD 검사 데이터로부터 결정된다.
다음에, 스텝 501의 결과로서 CD 값의 차이를 고려해야만 하는 패턴에 대해서 FEM 웨이퍼(FEM 패턴을 지닌 것)의 제작을 행한다(스텝 502). 이 경우, 웨이퍼는 실제로 양산 스테이지에서 사용되는 웨이퍼일 수도 있고 또는 그 웨이퍼와 유사한 형태를 지닌 테스트 웨이퍼일 수도 있다. 패턴 형성 범위는 CD 값의 차이를 고려해야만 하는 패턴의 부분만을 지닌 미소 범위로 한정될 수 있어, 사용될 웨이퍼 및 레티클의 평탄도 오차의 영향을 경감할 수 있다.
도 4는 FEM 패턴의 노광에서 현상까지의 흐름을 표시하고, 스텝 502에서의 FEM 패턴의 제조 방법의 순서도이다.
우선, 웨이퍼에 레지스트를 도포하고, 필요에 따라서 BARC 및 TARC를 도포한다(스텝 601). 레지스트가 도포된 웨이퍼는 레지스트 특성을 안정화시키기 위해서 예비소성(pre-bake)을 행한다(스텝 602). 다음에, 웨이퍼는 노광 장치로 옮겨 져, FEM 패턴의 상이 웨이퍼 위에 노광된다(스텝 603). 이어서, 웨이퍼에는 PEB(스텝 604) 및 현상(스텝 605)이 수행되고, FEM 웨이퍼 위에 FEM 패턴이 형성된다.
다음에, 스테레오 SEM이나 CD-AFM에 의해서, 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 형상 정보를 얻는다(스텝 503). 도 5, 도 6 및 도 7은 스테레오 SEM에 의한 실제의 계측 결과를 나타낸다. 여기서, 도 5는 형성된 패턴을 웨이퍼의 상부 또는 높이 방향으로부터 관찰했을 때의 화상을 나타내고 있다. 도 6은 FEM 패턴이 형성된 웨이퍼를 15°기울인 경우의 화상을 나타내고 있다. 도 7은 도 6에 표시된 화상에 의거한 패턴 형상의 그래프이다.
도 5에 의하면 패턴의 소정의 CD만이 제공되는 반면, 도 7의 데이터로부터는 CD 이외에도 높이나 측벽각 등의 패턴의 형상 정보로서 역할하는 복수의 계측치를 입수하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 패턴의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
도 8에 도시한 FEM 패턴은 포커스 위치와 노광량을 변화시키면서 행한 복수의 샷의 노광 결과이다. 세로축은 포커스 위치를 나타내고, 가로축은 노광량을 나타낸다. 여기서, 도 8은 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷에 있어서의 패턴의 단면의 일부의 확대도이다. 도 9는 도 8에 도시한 FEM 패턴의 각 샷에 있어서의 패턴의 형상 정보를 나타내는 CD(예를 들어, tcd, mcd, bcd 등), 높이, 측벽 각도(swa)의 측정 결과예를 나타낸다. 도 9에는 FEM 패턴의 각 샷에 있어서의 패턴의 형상 정보(tcd, mcd, bcd, 높이, swa)와 FEM 웨이퍼를 노광하는 데 사용된 포커스 위치 및 노광량을 상호 연관시켜 표시하고 있다. 여기서, "tcd"는 패턴의 상변(topside)의 CD, "bcd"는 패턴의 하변(bottom side) 부근의 CD, "mcd"는 패턴의 상변과 하변의 중간 부근의 CD을 나타낸다. 높이와 측벽 각도는 도 8에 도시한 바와 같이 정의된다. 포커스 위치는 기준이 되는 위치를 0으로 설정서 그 위치로부터의 거리로 표현된다.
형상 정보와 노광 조건(즉, 포커스 위치 및 노광량) 간의 관계로부터 최적인 포커스 위치 및 노광량을 결정한다. 예를 들면, 도 8에서의 굵은 테두리로 둘러싸인 패턴은 목표로 하는 패턴에 가장 근사하고, 이 패턴을 형성하는 데 사용되는 포커스 위치 및 노광량이 최적으로 되어 오프셋의 목표치로 된다. 최적 포커스 위치 및 최적 노광량은 소망의 CD에 허용치를 더한 것으로 정의되는 영역인 소위 ED 윈도우의 중심 값이다. 이 경우, 허용 범위 또는 허용치는 CD의 ± 10%인 경우가 있다. 또, CD의 기준치는 도 8에 표시된 굵은 테두리 내의 패턴의 CD(예를 들면, mcd)이다.
다음에, 스텝 503에서 얻어진 복수의 형상 정보를 사용해서 노광량 및 포커스 위치에 대응하는 라이브러리를 다변량해석 수법(multivariate analysis technique)을 이용해서 제작한다(스텝 504). 이하, 스텝 504의 라이브러리의 제작에 대해 상세히 설명한다.
우선, 노광량의 오프셋량을 산출하는 데 이용하는 라이브러리의 제작 방법에 대해 설명한다. FEM 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 형상 정보(도 9 참조)로부터, 노광량과 CD(예를 들면 mcd)의 관계를 나타내는 관계식을 제작한다. 도 10에 도시한 FEM 패턴의 굵은 테투리로 둘러싸인 복수의 패턴의 CD의 변화와 노광량의 관계를 수식화한다. 여기서, 도 10은 도 8과 마찬가지로, 웨이퍼 위에 형성된 FEM 패턴의 각 샷에 있어서의 패턴 단면의 일부의 확대도이다. 도 11은 도 10에 있어서의 굵은 테두리에 있어서의 복수의 패턴으로부터 얻어진 CD와 노광량과의 관계의 그래프이고, 노광량과 CD 간의 관계는 다항식 근사에 의해 얻어진다. 그 근사식은 이하의 식 1로 표현되며, 식 중, f1은 함수이다:
식 1
(노광량) = fl(선폭)
이 근사식을 최적 노광량 값으로부터의 오프셋량을 산출하는 데 이용되는 제 1 라이브러리의 관계식으로서 중앙 처리 장치(4)의 기억장치 또는 도 1에 표시된 데이터베이스(5)에 기억한다.
또, 이 수식 1로 표현되는 CD의 변화량과 노광량의 변화량과의 관계는 레지스트의 굴절률과 두께, 노광 장치의 노광 제어와 포커스 제어, 현상 시간, 현상액의 특성, 핫 플레이트의 불균일성, PEB 온도, 시간 및 레티클의 제작 오차(평탄도) 등의 외적 요인에 의해 변화하지 않는다.
다음에, 도 12에 도시한 FEM 패턴의 굵은 테두리 내에 있는 복수의 패턴으로부터 산출한 CD와 포커스 위치와의 관계를 수식화한다. 도 13은 도 12에 표시한 굵은 테두리 내에 있는 복수의 패턴으로부터 산출한 CD과 포커스 위치와의 관계의 그래프이고, 이들 간의 관계는 다항식 근사에 의해 얻어진다. 그 다항식 근사는 이하의 수식 2로 표현되고, 식 중, f2는 함수이다:
수식 2
(선폭) =f2(포커스 위치)
이 근사식을 최적 노광량 값으로부터의 오프셋량을 산출하는 데 사용되는 제 2 라이브러리의 관계식으로서 중앙 처리 장치(4)의 기억장치 또는 데이터베이스(5)에 기억한다.
수식 1과 마찬가지로, 수식 2로 표현되는 포커스 위치의 변화량과 CD의 변화량과의 관계도, 전술의 외적 요인에 의해도 변화하지 않는다.
마지막으로, FEM 패턴의 CD(X), 높이(Y) 및 측벽 각도(Z)와 포커스 위치와의 관계식으로서 제 3 라이브러리를 제작한다. 이 식을 N차 다항식으로 근사시키면, 일반적으로 이하의 수식 3으로 표현되다. N은 FEM 패턴의 CD, 높이 및 측벽 각도의 차수를 산출하는 데 사용되는 정수이다. 식 중, f3은 함수이며, a1 내지 aN, b1 내지 bN, c1 내지 cN 및 d0는 상수이다.
수식 3
(포커스 위치) = f3(CD, 높이, 측벽 각도)
=alX+a2X2+ .. +aNXN+blY+b2Y2+ ... +bNYN+C1Z+C2Z2+... +CNzZN+d0
이 근사식을, 제 3 라이브러리로서 중앙 처리 장치(4)의 기억장치 또는 데이터베이스(5)에 기억한다.
수식 3은 포커스 위치를 산출하기 위한 변수로서 FEM 패턴의 CD, 높이 및 측 벽 각도를 이용하는 함수이다. 그러나, 이용하는 변수는 본 실시형태로 제한되지 않고, FEM 패턴의 CD, 높이 및 측벽 각도에 부가해서, 수식 1에 의해 산출된 노광량을 부가적으로 사용할 수 있다.
수식 1 및 2와 유사하게, 수식 3으로 표현되는 상기 관계도 전술한 외적 요인에 의해 변화하지 않는다.
이상의 3개의 수식에 의해 나타내지는 관계는 모두 외적 요인에 의존하지 않거나, 또는 이들 수식에 의해 표현된 라이브러리는 외적 요인에 의한 갱신을 필요로 하지 않는다. 한편, 일본국 공개특허 제 2003-142397호 공보에서는 이들 식을 이용하지 않기 때문에, 외적 요인에 의한 라이브러리의 갱신이 필요하다.
라이브러리를 제작할 때, 양산을 위해서 실제로 사용하는 레티클 패턴에 의거한 큰 CD 오차를 지닌 패턴에 대해서는 FEM 패턴을 전술한 바와 같이 제작하고, 패턴의 복수의 형상 정보와 상호 연관시켜, 그 CD에 대응한 라이브러리를 따로 제작한다.
이와 같이, 라이브러리를 미리 제작하기 위한 도 1에 표시한 스텝 501 내지 스텝 504를 설명하였다.
다음에, 스텝 505 내지 스텝 508까지의, 포커스 위치 및 노광량 오프셋량을 산출하는 데 이용되는 순서에 대해 설명한다.
우선, 실제의 양산 스테이지에서 사용되는 레티클, 웨이퍼 및 노광 장치를 이용해서, 웨이퍼 위의 전체 샷을 양산 스테이지와 마찬가지로 노광 및 현상한다(스텝 505). 이때의 노광 조건은 스텝 503에서 산출한 ED 윈도우의 중심을 사용 할 수 있다.
다음에, 노광 장치를 이용해서 웨이퍼 위에 형성된 패턴의 형상 정보를 취득한다(스텝 506). 스텝 503과 마찬가지로, 스테레오 SEM이나 CD-AFM을 이용해서 CD, 높이 및 측벽 각도 등의 복수의 형상 정보를 취득한다.
이어서, 스텝 506에서 얻어진 복수의 형상 정보를 이용해서 노광량의 오프셋 및 포커스 위치의 오프셋을 산출한다(스텝 507).
우선, 제 1 라이브러리를 사용해서 최적인 노광량으로부터 노광량의 오프셋을 산출해서 임시 노광량의 오프셋량을 작성한다. 다음에, 제 3 라이브러리를 사용해서 포커스 위치의 최적 포커스 위치로부터의 오프셋을 산출한다. 그리고, 제 2 라이브러리 및 최적 포커스 위치로부터의 오프셋에 의거해서, 복수의 형상 정보 중 하나의 값의 기준치로부터의 편차량을 산출한다. 이 값으로부터 제 1 라이브러리를 사용해서 보정해야 할 노광량을 산출하고, 얻어진 임시 노광량 오프셋량에 합해서, 노광량의 오프셋량을 작성한다.
구체적으로는, 도 14, 도 15 및 도 18을 참조해서 설명한다. 여기서, 도 14는 도 8로부터 산출된 최적 포커스 위치 및 최적 노광량으로부터의 오프셋량을 나타내는 그래프이다. 도 15는 계측된 FEM 패턴의 형상 정보를 이용해서 포커스 위치의 오프셋량 및 노광량의 오프셋량을 산출하는 순서도이다. 도 18은 포커스 위치, mcd 및 노광량 간의 관계의 플롯이다.
도 14에 표시된 FEM 패턴에 있어서, 단면 형상 1은 최적인 노광 조건(노광량 및 오프셋)하에서 노광된 형상이다. 단면 형상 2는 스텝 505에서 노광된 형상이 다. 도 14에 도시한 바와 같이, 노광량 및 포커스 위치는 최적 노광 조건으로부터 시프트되고 있다. 도 18에 있어서의 P4는 단면 형상 1을 지닌 패턴 형상이다. 도 18에 있어서의 P1은 단면 형상 2에 대응한다.
도 15에 있어서, 스텝 504에서 메모리(즉, 기억매체)에 기억된 제 1 라이브러리와, 패턴의 복수의 형상 정보 중 1개와 그 기준치와의 차이분의 입력치를 이용해서 제 1 노광량의 오프셋량 Δdose1을 산출한다(스텝 701). 구체적으로는, 도 14에서의 단면 형상 2를 나타내는 복수의 형상 정보 가운데 1개(예를 들면, mcd)와 최적 노광 조건의 단면 형상 1로 나타내고 있는 복수의 형상 정보 중 1개(mcd의 기준치)와의 차이분으로부터 오프셋 Δdose1을 산출한다. Δdose1은 도 18에 표시된 바와 같이 dose4와 dose2와의 차이이다. P1이 Δdose1만큼 시프트된 경우 P2의 위치가 얻어진다.
다음에, 전술한 제 3 라이브러리 및 복수의 형상 정보의 입력 계측치에 의해서 포커스 위치를 취득한다. 그리고, 이 포커스 위치와 최적 포커스 위치 간의 차이분을 포커스 위치의 오프셋량 Δfocus로서 취득한다(스텝 702). 도 18은 Δfocus를 표시하고 있다.
이어서, 도 15에 있어서 제 2 노광량의 오프셋량 Δdose2를 산출한다(스텝 703). 이 Δdose2는 산출된 Δfocus만큼 포커스 위치를 보정할 경우 새롭게 발생하는 레지스트 패턴의 CD 편차를 보정하기 위해서 필요한 노광량의 보정량이다. 도 18에 표시한 바와 같이, dose2의 선위에서 P2가 Δfocus만큼 시프트되면 P3의 위치가 얻어지고, CD 편차가 생기는 것을 이해할 수 있다.
Δdose2는 스텝 504에서 얻어진 노광량에 관한 제 2 라이브러리에 대해서 Δfocus를 대입하고, CD 편차량 ΔCD를 산출해서, ΔCD를 제 1 라이브러리에 대입함으로써 산출될 수 있다. 도 18에 표시한 바와 같이, P3이 Δdose2만큼 시프트 되면 P4의 위치가 얻어지고, Δdose2는 dose1과 dose2와의 차이분이 된다. 최종적으로 레지스트 패턴의 노광량의 오프셋량 Δdose는 Δdose = Δdose1 + Δdose2로서 산출된다(스텝 704).
스텝 501에서 얻어진 레티클 검사 데이터 정보에 의거해서, 실제의 레티클 위에서 어느 위치의 CD 크기의 차이도 구별가능하다. 따라서, 레티클 검사 데이터에 따라 라이브러리를 사용해서 예를 들어, 포커스 위치 및 노광량의 최적 노광 조건으로부터의 오프셋량을 산출한다.
이와 같이 해서, 도 3에 표시한 스텝 505 내지 스텝 507을 거쳐, 포커스 위치의 오프셋량 및 노광량의 오프셋량을 산출한다.
마지막으로, 이와 같이 상기 절차에서 얻어진, 노광량의 오프셋량 Δdose, 포커스 위치의 오프셋량 Δfocus를 노광 장치로 피드백하거나, 혹은 피드 포워드(feed forward)한다(스텝 508). 이어서, 양산 스테이지에서의 최적화된 노광 조건으로 웨이퍼(40)를 노광하고(스텝 509), 최적인 노광 조건하에서 노광된 레지스트 패턴은 목표로 하는 형상이 된다.
본 실시예에서는 노광량을 보정하기 위해서 필요한 라이브러리에 복수의 형상 계측치 가운데 하나의 값, 즉 mcd만을 이용했지만, 그 외의 입체 형상 정보를 이용하는 것이 가능하다. 또, 본 실시예에서는 노광량을 산출하는 데 이용되는 근사식에 1차 또는 2차의 근사식을 이용했지만, 3차 이상의 근사식을 이용하는 것도 가능하다.
노광 장치가 스캐너인 경우, 노광 범위는 슬릿 형상을 지닌다. 도 3에 표시된 스텝 506에서 이 슬릿 내의 다점에 대응하는 복수의 영역에서의 형상을 계측한 경우, 그 포커스 위치의 오프셋량은 복수의 영역에서의 포커스 위치의 오프셋량의 최소 제곱 근사 평면을 제어하는 평면에 의해 구해서, 포커스 위치 및 경사량을 바꾸면서 노광을 수행하는 것이 가능하다.
예를 들면, 노광 장치에서 투영 광학계의 수차가 가변이고, 이 다점에서의 포커스 위치의 오프셋량의 면형상과 합치되면, 최소 제곱 근사 평면보다는 오히려, 예를 들어 상면 만곡이 되는 우함수의 평면과 투영 광학계의 수차를 변경함으로써 노광을 제공하는 것도 가능하다.
노광량에 관해서도, 웨이퍼 위의 샷에 따라 최적치가 달라도 되고, 각 샷 내에 있어서 다른 위치에서 최적 노광량이 설정되는 것도 가능하다. 또 슬릿 형상의 노광 영역 내에서의 각 위치에서 노광량의 오프셋량을 설정해도 된다. 레티클 또는 웨이퍼의 주사 방향에 있어서 노광량의 오프셋량을 설정했을 경우에도, 조명 광학계의 슬릿 폭을 가변으로 하는 것이 가능하거나, 또는 다른 대응책을 수행하는 것도 가능하다.
이와 같이, 웨이퍼 위의 복수의 영역의 각각에 대해 패턴의 형상 정보를 취득할 경우, 디바이스 전체에 대해 최적인 포커스 위치 및 노광량의 오프셋량을 산출할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 이 노광 방법(500)에 의하면, 양산 스테이지에 있어, FEM과 달리 포커스 위치를 미소량씩 변경해서 노광하지 않고, 1개의 노광 조건으로부터 외적 요인에 의한 오차를 고려함으로써 노광량 및 포커스 위치의 오프셋량을 설정한다. 따라서, CD에 영향을 미치는 외적 요인이 변화할 경우에도, 라이브러리는 갱신할 필요가 없다. 그 결과, 이 노광방법(500)은 웨이퍼를 높은 쓰루풋(throughput)으로 처리할 수 있어, 저비용으로 액정 등의 기타 디바이스를 제공할 수 있다. 또한, 상기 연산 처리는 중앙처리장치(4)를 이용한 컴퓨터 프로그램으로서 수행되어, 노광량의 오프셋량과 포커스 위치의 오프셋량이 산출된다.
이하에 상기 노광방법을 이용한 반도체 디바이스의 제조방법에 대해서 설명한다. 도 16은 디바이스의 제작법을 설명하는 순서도이다. 여기서는 반도체 디바이스의 제작을 일례로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는 설계한 회로패턴을 지닌 레티클을 작성한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 전(前)공정이라고 불리는 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는 상기 레티클과 웨이퍼를 이용해서 포토리소그라피에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 이어서, 후공정이라고 불리는 스텝 5(조립)에서는 스텝 4에서 제조된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하고, 또한, 이 공정은 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩)과 패키징 공정(칩봉인) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해 동작확인시험 및 내구성 시험 등의 검사를 행한다. 이들 공정을 통해서, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 17은 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법 등에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광방법을 이용해서 웨이퍼 위에 레티클 패턴을 노광한다. 스텝 17(현상)에서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 스텝 18(에칭)에서는 현상된 레지스트상 이외의 부분을 에칭하고, 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭 후의 쓸모없는 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로패턴이 형성된다.
본 명세서에는 2006년 1월 5일자로 출원된 일본 특허출원 제 2006-000950호 및 제 2006-353324호의 특허청구범위, 상세한 설명, 도면 및 요약을 포함하는 그의 전체 개시내용이 참조로 전체로서 편입되어 있다.
본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 본 발명의 다수의 명백하게 광범위한 다른 실시형태를 행할 수 있으므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 규정된 것을 제외하고 그의 구체적인 실시형태로 한정되지 않는다.
이상 본 발명의 노광방법에 의하면, 외적 요인 또는 리소그래피 환경의 변동에 영향을 받기 어려운, 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출할 수 있어, 웨이퍼를 높은 쓰루풋으로 처리할 수 있고, 또한 저비용으로 액정 등의 기타 디바이스를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에서의 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 방법으로서,
    상기 노광 장치를 이용해서 상기 기판 위에 형성된 패턴의 형상의 정보를 취득하는 제 1 공정;
    상기 패턴의 형상의 정보에 포함된 선폭(critical dimension)과 상기 선폭의 기준치와의 편차량을 산출하는 제 2 공정; 및
    상기 포커스 위치의 오프셋량을 상기 패턴의 형상의 정보에 근거해서 산출하고, 또한, 상기 노광량의 오프셋량을 상기 편차량 및 상기 포커스 위치의 오프셋량에 근거해서 산출하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 공정에서는 상기 노광량과 상기 선폭과의 관계를 나타내는 제 1 라이브러리, 상기 선폭과 상기 포커스 위치와의 관계를 나타내는 제 2 라이브러리 및 상기 포커스 위치와 상기 패턴의 형상의 정보와의 관계를 나타내는 제 3 라이브러리를 미리 산출하고,
    상기 제 3 공정은 상기 제 3 라이브러리를 이용해서 상기 포커스 위치의 오프셋량을 산출하고, 또 상기 제 1 라이브러리, 제 2 라이브러리 및 상기 포커스 위치를 이용해서 상기 노광량의 오프셋량을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 공정에서는 상기 기판 위의 복수의 영역의 각각에 대해서 상기 패턴의 형상의 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 3 공정에서는 상기 기판 위의 복수의 영역의 각각에 대해서 상기 노광량의 오프셋량 및 상기 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 의한 방법에 의해 산출된 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량에 의거해서 기판을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  6. 원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에서 노광량의 오프셋량 및 포커스 위치의 오프셋량을 산출하는 방법을 컴퓨터에 수행시키는 것이 가능한 프로그램에 있어서,
    상기 방법은
    상기 노광 장치를 이용해서 상기 기판 위에 형성된 패턴의 형상의 정보를 취득하는 제 1 공정;
    상기 패턴의 형상의 정보에 포함된 선폭(critical dimension)과 상기 선폭의 기준치와의 편차량을 산출하는 제 2 공정; 및
    상기 포커스 위치의 오프셋량을 상기 패턴의 형상의 정보에 근거해서 산출하고, 또한, 상기 노광량의 오프셋량을 상기 편차량 및 상기 포커스 위치의 오프셋량 에 근거해서 산출하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 3 공정에서는 상기 노광량과 상기 선폭과의 관계를 나타내는 제 1 라이브러리, 상기 선폭과 상기 포커스 위치와의 관계를 나타내는 제 2 라이브러리 및 상기 포커스 위치와 상기 패턴의 형상의 정보와의 관계를 나타내는 제 3 라이브러리를 미리 산출하고,
    상기 제 3 공정은 상기 제 3 라이브러리를 이용해서 상기 포커스 위치의 오프셋량을 산출하고, 또 상기 제 1 라이브러리, 제 2 라이브러리 및 상기 포커스 위치의 오프셋을 이용해서 상기 노광량의 오프셋량을 산출하는 것을 특징으로 하는 프로그램.
  8. 제 5항에 의한 노광 방법을 이용해서 기판을 노광하는 공정; 및
    노광된 기판을 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
  9. 원판을 개입시켜 기판을 노광하는 노광 장치에서의 포커스 위치를 산출하는 방법으로서,
    상기 노광 장치를 이용해서 상기 기판 위에 형성된 패턴의 형상의 정보를 취득하는 제 1 공정;
    상기 패턴의 형상의 정보에 포함된 선폭(critical dimension)과 상기 선폭의 기준치와의 편차량을 산출하는 제 2 공정; 및
    상기 포커스 위치의 오프셋량을 상기 패턴의 형상의 정보에 근거해서 산출하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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