KR20070113980A - 노광 조건의 산출방법 및 산출장치, 그리고 노광 장치 - Google Patents

노광 조건의 산출방법 및 산출장치, 그리고 노광 장치 Download PDF

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Abstract

노광 장치에 의해 기판을 노광할 때의 포커스량 또는 노광량의 보정량을 산출하는 방법은 설정된 포커스량, 설정된 노광량 및 상기 설정된 포커스량과 상기 설정된 노광량에 의한 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 1 화상 정보의 조합을 각 조로 해서, 상이한 포커스량 및/또는 상이한 노광량을 가진 복수 조를 기억하는 기억 단계; 다른 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 2 화상 정보를 취득하는 취득 단계; 상기 취득 단계에서 취득된 상기 제 2 화상 정보와 상기 기억 단계에서 기억된 상기 복수 조의 제 1 화상 정보 간의 상관치를 구해서 상기 복수 조 중 상관치가 높은 두 개의 상관치를 가진 적어도 2조를 선택하는 선택 단계를 포함한다.

Description

노광 조건의 산출방법 및 산출장치, 그리고 노광 장치{CALCULATION METHOD AND APPARATUS OF EXPOSURE CONDITION, AND EXPOSURE APPARATUS}
도 1A는 본 실시형태에 의한 산출장치의 개략 블록도이고, 도 1B는 도 1A에 나타낸 산출장치에 사용되는 마크의 개략 평면도이며, 도 1C 및 도 1D는 도 1A에 나타낸 산출장치가 포커스량 및/또는 노광량을 산출하는 데 사용되는 바람직한 마크의 개략 평면도;
도 2는 도 1A에 나타낸 산출장치에서의 처리장치의 상세를 도시한 개략 블록도;
도 3은 도 2에 나타낸 처리장치의 특징 추출부의 동작을 설명하는 순서도;
도 4는 도 2에 나타낸 처리장치의 유사도 연산부의 동작을 설명하는 순서도;
도 5는 도 2에 나타낸 처리장치의 추정치 연산부의 동작을 설명하는 순서도;
도 6은 도 1A에 나타낸 산출장치를 탑재한 노광 장치의 개략 블록도;
도 7은 디바이스의 제조를 설명하기 위한 순서도;
도 8은 도 7에 나타낸 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세의 순서도;
도 9A는 종래의 계측 장치에 사용되는 마크의 평면도이고, 도 9B는 도 9A에 나타낸 계측 장치에 사용되는 포커스와 간격 간의 관계를 나타내는 그래프;
도 10A는 포커스가 베스트 포커스 위치로부터 플러스 방향으로 시프트된 경 우의 레지스트 단면도이고, 도 10B는 디포커스량은 도 10A와 동일하지만 노광량은 도 10A보다 큰 경우의 레지스트 단면도;
도 11A는 포커스가 베스트 포커스 위치로부터 마이너스 방향으로 시프트된 경우의 레지스트 단면도이고; 도 11B는 디포커스량은 도 11A와 동일하지만 노광량은 도 11A보다 큰 경우의 레지스트 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 광원 2, 3: 광학 필터
4: 섬유 5: 기판(웨이퍼)
6, 7, 20, 22: 마크 8, 11: 집광 광학계
9: 빔 스플리터 10, 13: 광학계
12: 촬상장치 14: 처리장치
15: 프로세서 16: 메모리
50: 노광장치 60: 산출장치
본 발명은 노광 장치의 노광 조건, 예를 들어, 포커스량 및 노광량의 적어도 한쪽을 산출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 투영 노광 장치는 포토리소그래피 공정을 이용해서 디바이스를 제조할 때에 레티클(마스크) 패턴을 기판에 투영한다. 그러나, 근년의 패턴의 미세화 는 소기의 레지스트 패턴 형상을 실현하기 위해 포커스량 및 노광량에 대해 고도의 정밀한 제어를 필요로 하고 있다.
조건형성 작업은 실제로 양산 단계에서 사용되는 웨이퍼를 노광하기 전의 노광조건을 설정한다. 상기 조건형성 작업에서는 포커스량(예를 들면, 노광 장치에서의 투영 광학계의 광축 방향에 있어서의 웨이퍼의 위치)과 웨이퍼에 대한 샷(shot)마다의 노광량을 변화시켜 노광한 웨이퍼에 대한 각 샷의 레지스트 패턴을 계측하고, FEM(Focus Exposure Matrix)표에 기억한다. 이러한 조건형성 작업에 의해, 큰 마진을 가진 노광 조건이 설정될 수 있고, 그 설정된 노광 조건 하에 양산 단계에서 웨이퍼가 노광될 수 있다.
그러나, 여러 가지의 프로세스 변동에 연유해서, 조건형성 작업에 의해 설정한 조건하에서 소기의 레지스트 패턴이 얻어지지 않을 수도 있다. 이러한 프로세스 변동으로서는 레지스트의 감광 감도의 변화, 레지스트하의 반사 방지막의 두께 변동 및 노광장치에서의 각종 센서의 드리프트를 포함한다. 따라서, 예를 들어 WO 2002-029870호 공보와 같은 최근 제안된 계측장치는 노광 장치의 디포커스량과 노광량을 제어해서, 변동을 파악하고 그 원인을 특정화하고 있다. 이 계측 장치는 웨이퍼를 노광하고 현상함으로써 형성된 마크를 촬상장치에 의해 촬상해서, 그 마크가 형성되었을 때의 노광량 또는 포커스량을 검출한다.
또, 종래의 계측 장치에서는 도 9A에 나타낸 2 종류의 특수한 격자 마크를 사용하여, 각 마크의 간격(CD1) 및 (CD2)을 계측하고 있었다. 상기 계측 장치에 의하면, 각 마크 간격은 베스트 포커스 위치에서 최소로 되고, 선폭(critical dimension)이 디포커스량에 대해 우함수 방식으로 변화하는 특징(즉, 도 9B에 나타낸 그래프)을 이용해서 포커스량을 추정한다. 도 9B에 나타낸 그래프로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 계측 장치는 디포커스의 절대치는 추정할 수 있지만 그 시프트(shift) 방향은 추정할 수 없다. 또, 특수한 마크의 사용은 검출을 복잡화시키고 비용을 증가시킨다.
본 발명은 비교적 용이하게 노광 조건, 예를 들어, 포커스량 및 노광량의 적어도 한쪽을 산출하는 방법 및 장치, 그리고 상기 산출장치를 포함하는 노광 장치에 관한 것이다.
노광 장치에 의해 기판을 노광할 때의 포커스량 또는 노광량의 보정량을 산출하는 방법은 설정된 포커스량, 설정된 노광량 및 상기 설정된 포커스량과 상기 설정된 노광량에 의한 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 1 화상 정보의 조합을 각 조(set)로 해서, 상이한 포커스량 및/또는 상이한 노광량을 가진 복수 조를 기억하는 기억 단계; 다른 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 2 화상 정보를 취득하는 취득 단계; 상기 취득 단계에서 취득된 상기 제 2 화상 정보와 상기 기억 단계에서 기억된 상기 복수 조의 제 1 화상 정보 간의 상관치를 구해서 상기 복수 조 중 상관치가 높은 두 개의 상관치를 가진 적어도 2조를 선택하는 선택 단계; 및 상기 선택 단계에서 선택된 적어도 2조의 포커스량 또는 노광량을 이용해서 상기 보정량을 산출하는 산출 단계를 포함한다.
본 발명의 그 외의 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서, 본 발명의 일 측면에 의한 산출방법 및 산출장치에 대해 설명한다. 도 1A는 포커스량 또는 노광량(이하, "노광 조건")을 산출하는 장치(이하, "산출장치")의 개략 블록도이다. 여기서, 포커스량이란 투영 광학계의 광축 방향에 있어서의 웨이퍼의 위치이며, 노광량이란 웨이퍼 상의 광량이다. 이 산출장치는 얼라인먼트(alignment) 정밀도의 평가, 오프셋의 산출 및 변형(distortion)의 계측에도 이용된다. 상기 산출장치는 두 개의 별개의 마크(즉, 마크(6) 및 (7)) 간의 상대 위치를 계측한다. 후술하는 바와 같이, 노광 조건을 산출할 때는, 상기 산출장치는 도 1C나 도 1D에 나타낸 마크(20) 및 (22)를 사용한다. 여기서, 도 1B 내지 도 1D는 마크(6), (7), (20) 및 (22)의 개략 평면도이다.
광원(1)은 할로겐 램프 등을 사용해서, 각종 광학 필터(2), (3)에서 원하는 파장 대역을 선택한다. 원하는 파장을 가진 광은 섬유(4)에 의해 광학계(13)에 도광하고, 빔 스플리터(9) 및 집광광학계(8)를 통해서 웨이퍼(기판)(5) 위의 마크(6), (7)를 쾰러 조명한다. 웨이퍼(5)로부터 반사된 광은 집광광학계(8), 빔 스플리터(9), 광학계(10) 및 집광광학계(11)를 통과하여, CCD 카메라 등의 촬상장치(12) 위에 상을 형성해서, 광전 변환된다. 상기 촬상장치(12)는 처리장치(14)에 접속되고, 당해 처리장치(14)는 프로세서(15)와 메모리(16)를 가진다. 상기 프로세서(15)는 도 3 내지 도 5를 참조해서 설명할 동작의 적어도 일부를 실행한다. 상기 메모리(16)는 각종 데이터(특징 벡터 등) 및 도 3 내지 도 5에 나타낸 동작 수순의 적어도 일부를 격납한다.
　상기 처리장치(14)는 상기 촬상장치(12)(예를 들면, CCD 카메라)에 의해 생성된 디지털 화상 정보(화상 신호)를 화상 처리하고, 2 개의 마크(6), (7) 간의 상대 위치를 검출한다. 또, 상기 촬상장치(12)는 CCD 센서 등의 이미지 센서, 렌즈, 전기신호 처리 회로를 포함한다.
상기 산출장치는 명시야(bright field) 조명과 화상 처리를 채용한다. 검출계의 분해능을 시험 산출할 때에, 광학 배율로서는 웨이퍼(5)와 촬상장치 간의 배율을 100배, 이미지 센서의 화소 피치를 10 ㎛로 할 경우, 웨이퍼면에 대해 100 ㎚／화소가 된다.
노광 조건을 산출하는 데 사용되는 마크로는 도 1C 및 도 1D에 나타낸 바와 같이 주기적으로 배열된 패턴("반복 패턴" 또는 "캐리어 주파수를 가지는 패턴"이라고도 불림)이 바람직하다. 본 실시형태는 노광 조건의 산출에 사용되는 마크를 반복 패턴으로 한정하는 것은 아니지만, 당해 반복 패턴은 용장 정보를 가지므로, 평균화 효과에 의한 정밀도 향상을 기대할 수 있다. 도 1C는 Y-축 방향으로 주기적으로 배열된 1차원의 반복 패턴이며, 도 1D는 XY-축 방향으로 주기적으로 배열된 2차원의 반복 패턴이다.
또, 노광 조건을 산출하는 데 사용되는 마크의 상은 마스크 또는 원판의 패턴이 실제로 노광되는 영역(이하, "노광 영역") 또는 샷 내에 배치되는 것이 바람직하다. 종래의 마크의 상은 노광 영역에는 배치되지 않고, 특수한 마크의 상을 인접하는 샷 간, 즉, 스크라이브 라인(scribe line)에 배치되어 있었다. 그러나, 엄격하게 말해서, 스크라이브 라인과 샷은 동일한 높이를 가지지 않으므로, 예를 들어, 포커스량 등에 오차가 발생하여, 측정 정밀도가 열화한다. 본 실시형태에서는 노광 영역에 마크의 상을 배치함으로써 측정 정밀도를 유지한다. 또, 상기 산출장치가 얼라인먼트 상태 등의 포커스량과 노광량 이외의 파라미터를 검출하는 경우, 얼라인먼트 마크의 위치는 노광 영역에 위치되어 있을 필요는 없다.
이하, 도 2를 참조하여, 노광 조건을 산출하는 데 사용되는 처리장치(14)의 상세에 대하여 설명한다. 여기서, 도 2는 처리장치(14)의 개략 블록도이다.
처리장치(14)는 포커스량 및 노광량의 설정을 변화시켜서 웨이퍼를 노광하고, 당해 웨이퍼에 형성된 패턴의 화상 정보로서의 FEM 화상 정보를 미리 학습한다. 그 학습 후에, 소정의 노광 조건하에 노광된 웨이퍼 위에 형성되어 있는 패턴의 계측된 화상(계측 화상)을 입수한 때의 노광 조건의 추정치를 출력한다. 도 2에 있어서는, 노광 조건의 추정치는 포커스량 추정치(48) 또는 노광량 추정치(49)이지만, 이들은 모두 함께 출력될 수도 있고, 또는 다른 노광 조건을 포함하고 있을 수도 있다. 여기서, FEM 화상 정보(27)에 대해 설명한다. 우선, 공지의 노광 조건(노광량 및 포커스량)하에 도 1C에 나타낸 마크(20) 또는 도 1D에 나타낸 마크(22)의 상을 웨이퍼 위에 노광한 후, 현상을 통해 얻어진 상(레지스트 패턴)을 이미지 센서에 의해 촬상한다. 그 화상 정보를 제 1 화상 정보라 칭한다. 이어서, 노광량 또는 포커스량을 시프트시키고, 그 시프트된 노광량 또는 포커스량으로 노광을 통해 얻어진 레지스트 패턴을 촬상한다. 이와 같이, 시프트된 노광량 및 포커스량으로 노광을 반복하고, 각 노광량 또는 포커스량에 의해 노광된 레지스트 패턴을 촬상해서 화상 정보(제 1 디지털 화상 정보)를 취득한다. 취득한 복수의 화상 정보를 FEM 화상 정보라 칭한다. 계측 화상 정보(제 2 디지털 화상 정보)(29)는 후술하는 바와 같이 추정의 대상이 되는 미지의 노광 조건하에 노광되어 촬상장치에 의해 계측된 마크(20) 또는 (22)의 상에 대응한다. 이 노광은 FEM 화상을 취득하는 데 이용된 노광과는 다른 노광이다.
본 실시형태의 처리장치(14)는 우선 FEM 화상 정보(27)를, 노광 조건과 상관시키면서 기억한다. 그 다음에, 상기 처리장치(14)는 FEM 화상 정보(27)를 템플릿으로서 이용해서 계측 화상 정보(29)를 각 화상 정보와 매칭시킴으로써 계측 화상 정보(29)에 대응하는 노광 조건을 산출하고 있다. 종래는 도 9A에 나타낸 마크 간격(CD1) 및 (CD2)을 취득하여, CD1/CD2를 산출하고, 이것을 미리 구해 둔 도 9B에 나타낸 그래프에 적용시킨다. 이것에 대해서, 본 실시형태에서는 템플릿 매칭을 사용한다. 템플릿 매칭은 마크 간격을 사용하는 것보다도 높은 정밀도를 가진다.
템플릿 매칭에서는 템플릿으로서의 FEM 화상과 계측 화상 간의 중첩 부분의 상관을 조사한다. 매칭에 있어서는, 템플릿을 계측 화상 위에 주사하면서, 중첩 부분의 유사도를 산출하여, 최대치를 제공하는 위치를 결정한다. 계측 화상이 템플릿에 완전하게 일치하면(즉, 유사도가 1이면), 템플릿(FEM 화상)의 포커스값 및/또는 노광량이 계측 화상의 포커스값 및/또는 노광량으로서 출력된다. 통상 이들은 서로 완전하게 일치하지 않는다. 이 경우, 계측 화상의 노광 조건은 이산적으로 취득되어 기억된 복수의 FEM 화상과 노광 조건 사이, 예를 들어 제 1 포커스값과 제 2 포커스값 사이의 값의 중간 상태가 된다. 이 중간의 노광 조건은 각 포커 스값의 유사도의 기여율을 사용해서 산출될 수 있다.
유사도를 산출하는 경우, 계측 화상을 그대로 사용할 수 있지만, 계측 화상의 특징 부분을 사용함으로써 계측 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들어, 특징 부분은 계측 화상을 미분한 정보, 계측 화상에 관한 푸리에 변환의 파워 스펙트럼의 정보, 마크의 특정 영역의 정보 및 이들을 조합한 것 등을 포함한다.
이하에, 계측 화상을 미분한 정보에 대해 설명한다. KLA-Tencor, Yield Management Solutions, Fall 2001 및 KLA-Tencor, Yield Management Solutions, Winter 2002에 개시되어 있는 바와 같이, 베스트 포커스 위치로부터 플러스 방향으로 시프트되었을 경우와 마이너스 방향으로 시프트되었을 경우의 레지스트의 단면 형상은 다르다. 또, 디포커스량이 클수록, 이 차이는 현저하다. 도 10A 및 도 11A는 디포커스량의 절대치가 동일 하지만 베스트 포커스 위치로부터 각각 플러스 방향과 마이너스 방향으로 어긋나는 레지스트 패턴의 단면 형상을 나타낸다. 도 10A에 나타낸 플러스 방향으로 시프트된 레지스트 패턴의 단면 형상은 도 11A에 나타낸 마이너스 방향으로 시프트된 레지스트 패턴의 단면형상과 윤곽 및 높이가 다르다. 마찬가지로, 노광량도 레지스트 패턴의 단면 형상을 다르게 하여, 베스트 노광량으로부터의 차이가 클수록, 이 경향은 현저하다. 도 10B는, 디포커스량은 도 10A와 동일하지만 노광량이 도 10A보다 큰 경우의 레지스트 패턴의 단면 형상을 나타낸다. 또, 도 11B는, 디포커스량은 도 11A와 동일하지만 노광량이 도 11A보다 큰 경우의 레지스트 패턴의 단면 형상을 나타낸다. 이와 같이, 포커스량과 노광량에 의해 레지스트 패턴의 단면 형상에 차이가 있는 것이 이해된다. 이 때문에, 베 스트 위치로부터의 시프트량이 같더라도, 플러스 방향과 마이너스 방향 간에는 미분치가 다르다. 레지스트 패턴의 측벽부의 화상 정보를 미분한 정보를 이용함으로써 베스트 포커스 위치 및 베스트 노광량으로부터의 시프트 방향을 확인할 수 있다.
계측 화상에 관한 푸리에 변환의 파워 스펙트럼의 정보는 화상과 유사한 효과를 가지지만, 2개의 화상의 매칭을 위해서 미세한 위치 맞춤을 필요로 하지 않는다고 하는 장점이 있다. 또, 파워 스펙트럼과 미분 정보를 조합하면, 미분에 의해 레지스트 패턴의 측벽의 변화만을 취출할 수 있고, 또한, 미분에 의해 추출된 측벽 변화의 파형을 주파수 분해함으로써, CD 변화도 취출할 수 있다.
또, 마크의 특징적인 특정 영역의 정보로 주목하면 보다 효과적이다.
제 1 실시형태의 처리장치(14)는 입/출력부(30), 특징 추출부(32), 특정 영역 정보부(34), FEM 화상 특징 정보부(36), 계측 화상 특징 벡터부(38), 유사도 연산부(40), 유사도 정보부(42), 추정치 산출부(44) 및 추정치 산출 파라미터부(46)를 포함한다. 이들 구성요소는 도 1A에 나타낸 프로세서(15)와 메모리(16)에 통합되어 있어도 되고, 또는 별개의 하드웨어나 소프트웨어로서 구성되어 있어도 된다. 구체적으로는 특징 추출부(32), 유사도 연산부(40) 및 추정치 산출부(44)의 하나 또는 복수개가 프로세서(15)에 통합되어 있어도 된다. 특정 영역 정보부(34), FEM 화상 특징 정보부(36), 계측 화상 특징 벡터부(38), 유사도 정보부(42) 및 추정치 산출 파라미터부(46)의 하나 또는 복수개가 메모리(16)에 통합되어 있어도 된다.
입/출력부(30)에는 FEM 화상 정보(제 1 화상 정보)(27)와 계측 화상 정보(제 2 화상 정보)(29)가 입력되어 산출된 계측 화상 정보(29)에 대응하는 노광 조건의 추정치(포커스량 추정치(48) 및/또는 노광량 추정치(49))를 출력한다. 입/출력부(30)는 특징 추출부(32), 추정치 산출부(44) 및 유사도 연산부(40)에 접속되어 있다. 입/출력부(30)는 계측 화상 정보(29)를 도 1A에 나타낸 산출장치의 촬상장치(12)로부터 받지만, FEM 화상 정보(27)는 촬상장치(12)로부터 받아도 되고, 그 외의 장치로부터 얻어도 된다.
특징 추출부(32)는 입/출력부(30)로부터 FEM 화상 정보(27) 또는 계측 화상 정보(29)를 받는다. FEM 화상 정보(27)의 경우, 특징 추출부(32)는 특정 영역 정보부(34)에 등록되어 있는 주파수 범위를 이용하여, 대상이 되는 범위의 특징 벡터를 포커스량 및 노광량과 함께 추출한다. 특징 벡터는 템플릿 매칭에 있어서의 상관의 대상이며, 계측된 패턴의 화상 데이터를 행렬로 나타냈을 때의 행(X-축 방향) 벡터 혹은 열(Y-축 방향) 벡터, 또는 2 차원의 특정 영역의 주파수 스펙트럼 요소를 지닌 벡터이다.
특징 추출부(32)는 특정 영역 정보부(34)에 등록되어 있는 주파수 범위를 이용하여, 계측 화상 정보(29)로부터 대상이 되는 범위의 특징 벡터를 추출한다. 본 실시형태에서는 특징 벡터로서 X-축 및/또는 Y-축 방향 혹은 2차원 방향의 레지스트 패턴의 단면 형상의 특징을 추출한다. 특징 추출부(32)는 입/출력부(30), 특정 영역 정보부(34), FEM 화상 특징 정보부(36) 및 계측 화상 특징 벡터부(38)에 접속되어 있다.
FEM 화상 특징 정보부(36)는 FEM 화상 정보(27)의 각 화상의 특징 벡터를 포 커스량 및 노광량과 함께 격납한다. 계측 화상 특징 벡터부(38)는 계측 화상 정보(29)의 특징 벡터를 격납한다.
유사도 연산부(40)는 계측 화상의 특징 벡터와 각 FEM 화상의 특징 벡터 간의 유사도를 산출한다. 이 경우, 유사도 연산부(40)는 계측 화상 특징 벡터부(38)에 격납되어 있는 계측 화상의 특징 벡터와 FEM 화상 특징 정보부(36)에 격납되어 있는 각 FEM 화상의 특징 벡터를 이용한다. 유사도 연산부(40)는 FEM 화상 특징 정보부(36), 계측 화상 특징 벡터부(38) 및 유사도 정보부(42)에 접속되어 있다.
유사도 정보부(42)는 유사도 연산부(40)에 의해 산출된 유사도와, 각 FEM 화상의 포커스량 및 노광량을 격납한다.
추정치 산출부(44)는 계측 화상의 포커스량 추정치(48) 혹은 노광량 추정치(49)를 입/출력부(30)에 출력한다. 이때, 추정치 산출부(44)는 유사도 정보부(42)에 격납되어 있는 유사도 정보와 추정치 산출 파라미터부(46)에 등록되어 있는 추정치 연산에 이용하는 상위의 유사도의 수를 이용한다. 추정치 산출부(44)는 입/출력부(30), 유사도 정보부(42) 및 추정치 산출 파라미터부(46)에 접속되어 있다.
이하, 도 3을 참조해서, 특징 추출부(32)의 동작에 대해 설명한다. 우선, FEM 화상 정보(27) 또는 계측 화상 정보(29)의 데이터를 취득한다(스텝 1002). 다음에, 스텝 1002에서 취득한 화상 데이터로부터 X-축 방향의 1차원 미분 데이터를 산출한다(스텝 1004). 물론, 위에서 설명한 바와 같이, X-축 방향의 1차원 미분 데이터 대신에 Y-축 방향의 1차원 미분 데이터를 사용할 경우, Y-축 방향의 레지스 트 패턴의 단면 형상의 특징을 추출할 수 있다. 또, X-축 방향의 1차원 특징 데이터와 Y-축 방향의 1차원 특징 데이터의 양쪽 모두를 사용해도 된다. 또, 2 차원의 미분 데이터를 사용하면, 2차원 방향의 레지스트의 단면 형상의 특징을 추출할 수 있다.
다음에, 스텝 1004에서 산출한 데이터를 푸리에 변환하고, 그 파워 스펙트럼을 산출한다(스텝 1006). 그 다음에, 특정 영역 정보부(34)에 등록되어 있는 주파수 범위를 이용해서 스텝 1006에서 산출한 파워 스펙트럼으로부터 대상이 되는 범위의 데이터를 추출한다(스텝 1008). 이어서, 스텝 1008에서 추출한 데이터를 벡터로 변환시켜, 특징 벡터를 획득한다(스텝 1010).
그 다음에, 스텝 1002에서 취득한 데이터가 FEM 화상으로서 기억해야 하는 것인지의 여부를 판단한다(스텝 1012). 그 데이터가 FEM 화상인 것으로 판단되면(스텝 1012), FEM 화상의 특징 벡터, 당해 FEM 화상에 대응하는 노광 장치의 포커스량 및 노광량을 FEM 화상 특징 정보부(36)에 기억한다(스텝 1014). 스텝 1002에서 취득한 데이터가 계측 화상인 것으로 판단되면(스텝 1012), 그 계측 화상의 특징 벡터를 계측 화상 특징 정보부(38)에 기억한다(스텝 1016).
이하, 도 4를 참조하여, 유사도 연산부(40)의 동작에 대해 설명한다. 우선, FEM 화상 특징 정보부(36)로부터 상기 FEM 화상의 특징 벡터를 취득하고, 계측 화상 특징 벡터부(38)로부터 상기 계측 화상의 특징 벡터를 취득한다(스텝 1102). 다음에, 각각의 특징 벡터의 정규화 상관치 또는 벡터 상관치를 산출해서, FEM 화상 정보(27)의 일부로서의 포커스량과 노광량에 부가하여 유사도 정보부(42)에 기 억한다(스텝 1104). 그 다음에, FEM 화상 모두와 계측 화상 간의 유사도(상관치)를 산출한 후에, 처리를 종료하고(스텝 1106), 그렇지 않으면 스텝 1102로 귀환한다.
이하, 도 5를 참조하여, 추정치 산출부(44)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 추정치 산출 파라미터부(46)에 등록되어 있는 추정치 연산에 이용되는 상위의 유사도의 수 i를 취득한다(스텝 1202). 그 다음에, 유사도 정보부(42)에 기억되어 있는 포커스량 및 노광량과 유사도를 취득한다(스텝 1204).
다음에, 스텝 1202에서 취득한 상위의 유사도의 수 i를 이용하여, 스텝 1204에서 취득한 상위 i번째의 유사도를 Corri이라고 할 경우, 상위 첫번째로부터 i번째까지의 합계 ∑Corri와 i번째 유사도의 기여율
Figure 112007036890388-PAT00001
를 산출한다(스텝 1206). 그 다음에, 상위의 유사도의 수 i에 대응하는 포커스량 Focusi와 포커스량의 곱의 합값(focus-amount sum-of-products value)
Figure 112007036890388-PAT00002
를 산출한다(스텝 1208). 스텝 1208에서 산출된 포커스량은 포커스 추정치(48)로서 출력된다. 그리고, 포커스 추정치(48)는 포커스량의 시프트를 보정하는 보정량으로서 이용된다. 마찬가지로, 상위의 유사도의 수 i에 대응하는 노광량 Dosei와 노광량의 곱의 합값
Figure 112007036890388-PAT00003
를 산출한다(스텝 1210). 스텝 1210에서 산출된 노광량은 노광량 추정치(49)로서 출력된다. 그리고, 노광량 추정치(49)는 노광량의 시프트를 보정하는 보정량으로서 이용된다.
이하, 상기 산출장치를 가지는 노광 장치에 대해 설명한다. 도 6은 노광 장치(50)의 주요부의 개략 블록도이다. 노광 장치(50)는 조명 광학계(51), 투영 광학계(52), 웨이퍼 척(54), 웨이퍼 스테이지(56), 산출장치(60) 및 CPU(중앙처리장치)(62)를 포함한다.
조명 광학계(51)는 광원으로부터의 광을 이용해서 레티클(R)을 조명한다. 투영 광학계(52)는 원판 혹은 레티클(R)의 패턴의 상을 웨이퍼(W) 위의 레지스트에 투영한다. 웨이퍼 척(54)은 이전 공정에서의 기초 패턴 및 얼라인먼트 마크를 지닌 웨이퍼(W)를 유지한다. 웨이퍼 스테이지(56)는 웨이퍼(W)를 소정의 위치에 위치 결정한다. 본 실시형태의 산출장치는 포커스량 및 노광량의 적어도 한쪽을 산출하는 기능을 가지지만, 얼라인먼트 상태를 평가하는 기능도 가진다. 또, 산출장치(60)는 도 1에 나타낸 것과 마찬가지로 구성되어 있지만, 편의상 처리장치(14)의 일부를 포함한다. 따라서, 처리장치(14)는 산출장치의 일부이다. 산출장치가 얼라인먼트 마크를 검출하면, 그 얼라인먼트 마크는 처리장치(14)에 의해 처리되어, 그 얼라인먼트 상태에 근거해서 CPU(62)가 웨이퍼 스테이지(56)를 제어한다.
본 실시형태에 의하면, 상기 설명한 산출장치를 반도체 노광 장치에 설치할 수 있고, 레지스트 패턴 형상이 변동한 경우에도, 노광량과 포커스값을 보정해서 그들의 변동을 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 노광 장치(50)를 이용한 디바이스 제조 방법의 실시예를 설명한다. 도 7은 반도체 디바이스나 LCD 디바이스 등의 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 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 리소그래피에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 이어서, 후공정이라고도 불리는 스텝 5(조립)에서는 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하고, 또한, 이 공정은 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩)과 패키징 공정(칩 밀봉) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해 유효성 시험 및 내구성 시험 등의 각종 검사를 행한다. 이들 스텝을 통해서, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 8은 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연층을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법 등에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스 텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광장치(50)를 이용해서 웨이퍼 위에 레티클의 회로 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. 이와 같이 해서, 상기 디바이스 제조 방법에 의하면, 종래보다 고품위의 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 산출장치를 반도체 노광 장치에 설치할 수 있고, 레지스트 패턴 형상이 변동한 경우에도, 노광량과 포커스값을 보정해서 그들의 변동을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 예시적인 실시형태를 참조해서 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 제한되는 것이 아님을 이해할 필요가 있다. 이하의 특허청구범위의 범주는 이러한 모든 변형과, 등가 구성 및 기능을 망라하도록 최광의의 해석에 따를 필요가 있다.

Claims (8)

  1. 노광 장치에 의해 기판을 노광할 때의 포커스량 또는 노광량의 보정량을 산출하는 방법에 있어서,
    설정된 포커스량, 설정된 노광량 및 상기 설정된 포커스량과 상기 설정된 노광량에 의한 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 1 화상 정보의 조합을 각 조(set)로 해서, 상이한 포커스량 및/또는 상이한 노광량을 가진 복수 조를 기억하는 기억 단계;
    다른 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 2 화상 정보를 취득하는 취득 단계;
    상기 취득 단계에서 취득된 상기 제 2 화상 정보와 상기 기억 단계에서 기억된 상기 복수 조의 제 1 화상 정보 간의 상관치를 구해서 상기 복수 조 중 상관치가 높은 두 개의 상관치를 가진 적어도 2조를 선택하는 선택 단계; 및
    상기 선택 단계에서 선택된 적어도 2조의 포커스량 또는 노광량을 이용해서 상기 보정량을 산출하는 산출 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스량 또는 노광량의 보정량의 산출방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 포커스량 및 상기 노광량의 보정량을 산출하는 것을 특징으로 하는 산출방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 화상 정보와 상기 제 2 화상 정보의 각각의 특징을 추출하는 특징 추출 단계를 더 포함하고,
    상기 선택 단계에서는 상기 특징 추출 단계에서 추출된 상기 특징을 이용해서 상기 상관치를 구하는 것을 특징으로 하는 산출방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 특징 추출 단계에서 추출된 상기 특징은 1 차원 또는 2 차원의 데이터인 것을 특징으로 하는 산출방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 특징은 상기 화상 정보를 미분해서 얻어진 정보 또는 상기 화상 정보에 관한 푸리에 변환의 파워 스펙트럼의 정보인 것을 특징으로 하는 산출방법.
  6. 노광 장치에 의해 기판을 노광할 때의 포커스량 또는 노광량의 보정량을 산출하도록 구성된 장치에 있어서,
    상기 기판의 패턴을 촬상하도록 구성된 촬상장치;
    설정된 포커스량, 설정된 노광량 및 상기 설정된 포커스량과 상기 설정된 노광량에 의한 노광을 통해 기판에 형성된 패턴의 제 1 화상 정보의 조합을 각 조로 해서, 상이한 포커스량 및/또는 상이한 노광량을 가진 복수 조를 기억하도록 구성된 메모리;
    다른 노광을 통해 상기 기판에 형성된 패턴의 제 2 화상 정보와 상기 메모리 에 기억된 상기 복수 조에서의 제 1 화상 정보 간의 상관치를 구해서, 상기 복수 조 중 상관치가 높은 두 개의 상관치를 가진 적어도 2조를 선택하고, 당해 선택된 적어도 2조의 포커스량 또는 노광량을 이용해서 상기 보정량을 산출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스량 또는 노광량의 보정량의 산출장치.
  7. 제 6항에 의한 산출 장치;
    원판을 조명하도록 구성된 조명 광학계; 및
    상기 조명 광학계에 의해 조명된 원판의 패턴의 상을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제 7항에 의한 노광 장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계; 및
    노광된 상기 기판을 현상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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