KR20160014471A - 포커스 계측 마크를 포함하는 포토마스크, 포커스 모니터 패턴을 포함하는 계측용 기판 타겟, 노광 공정 계측 방법, 및 집적회로 소자의 제조 방법 - Google Patents

포커스 계측 마크를 포함하는 포토마스크, 포커스 모니터 패턴을 포함하는 계측용 기판 타겟, 노광 공정 계측 방법, 및 집적회로 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

포토마스크는 복수의 포커스 모니터 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크 영역을 포함한다. 기판 상에 형성된 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 피쳐 패턴과 동일 레벨에 형성된 포커스 계측 마크를 포함하는 노광 공정 계측용 기판 타겟을 이용한다. 노광 공정 계측 장치는 편광기를 포함하는 투사 장치와, 계측용 기판의 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 ±n 차 회절광의 파워를 검출하는 검출 장치와, ±n 차 회절광의 파워 편차로부터 피쳐 패턴이 형성될 때 경험한 디포커스를 판별하는 판별 장치를 포함한다.

Description

포커스 계측 마크를 포함하는 포토마스크, 포커스 모니터 패턴을 포함하는 계측용 기판 타겟, 노광 공정 계측 방법, 및 집적회로 소자의 제조 방법 {Photomask including focus metrology mark, substrate target including focus monitor pattern, metrology method for lithography process, and method of manufacturing integrated circuit device}
본 발명의 기술적 사상은 노광 공정 계측 기술에 관한 것으로, 특히 리소그래피 기술을 이용하여 집적회로 소자를 제조하는 데 있어서 노광 공정 변화를 계측하는 데 사용되는 포커스 계측 마크를 포함하는 포토마스크, 포커스 모니터 패턴을 포함하는 계측용 기판 타겟, 노광 공정 계측 방법, 및 집적회로 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화에 따라 보다 미세한 패턴을 형성하기 위한 다양한 리소그래피 기술이 개발되고 있다. 또한, 초고집적화된 소자를 제조하기 위한 리소그래피 공정을 모니터링하기 위하여 다양한 계측 기술들이 제안되고 있다. 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 포토레지스트 패턴의 임계 치수(critical dimension; CD)가 더욱 작아지고 있으며, 이에 따라 미세한 CD를 갖는 포토레지스트 패턴의 CD 균일도를 향상시키기 위하여 리소그래피 공정을 정밀하고 신뢰성 있게 모니터링할 필요가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 집적회로 소자를 제조하는 데 필요한 리소그래피 공정 수행시 수반되는 미세한 초점 변화를 정밀도 높게 인라인 모니터링 (in-line monitoring)하는 데 사용될 수 있는 포토마스크 및 노광 공정 계측용 기판 타겟을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 집적회로 소자 제조 공정 중에 별도의 추가 공정을 부가하지 않고도 집적회로 소자를 제조하는 데 필요한 리소그래피 공정 수행시 수반되는 미세한 초점 변화를 비파괴적으로 정밀도 높게 인라인 모니터링할 수 있는 노광 공정 계측 방법 및 노광 공정 계측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 집적회로 소자를 제조하는 데 필요한 리소그래피 공정 수행시 수반되는 미세한 초점 변화를 비파괴적으로 정밀도 높게 인라인 모니터링할 수 있는 노광 공정 계측 방법을 이용하여 집적회로 소자 제조에 필요한 패턴들의 CD 균일도 (critical dimension uniformity)를 향상시키고 신뢰성 있는 집적회로 소자를 제조할 수 있는 집적회로 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 포토마스크는 웨이퍼상의 칩 영역에 집적 회로를 구성하는 데 필요한 메인 패턴 (main pattern)이 형성된 메인 패턴 영역과, 상기 메인 패턴으로부터 이격된 위치에 형성된 복수의 포커스 모니터 패턴 (focus monitor pattern)을 포함하는 포커스 계측 마크 (focus metrology mark) 영역을 포함한다. 상기 포커스 계측 마크 영역은 투명 기판과, 상기 투명 기판을 통과하는 빛의 위상을 변경시키기 않는 기준 투광 영역과, 상기 기준 투광 영역을 한정하도록 상기 투명 기판을 덮는 기준 차광 패턴을 포함하는 적어도 하나의 기준 구간 (reference section)과, 상기 투명 기판을 통과하는 빛에 대하여 180° 이외의 위상 시프트를 야기하는 시프트 투광 영역과, 상기 시프트 투광 영역을 한정하도록 상기 투명 기판을 덮는 시프트 차광 패턴을 포함하는 적어도 하나의 위상 시프트 구간 (phase shift section)을 포함한다. 상기 적어도 하나의 기준 구간 및 상기 적어도 하나의 위상 시프트 구간은 제1 방향을 따라 일렬로 배치되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 투명 기판에서 상기 시프트 투광 영역의 두께는 상기 기준 투광 영역의 두께와 다를 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 시프트 투광 영역은 상기 기준 투과 영역의 두께와 동일한 두께를 가지는 제1 투광부와, 상기 기준 투과 영역의 두께와 다른 두께를 가지는 제2 투광부를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 방향에서 상기 기준 투광 영역의 폭은 상기 시프트 투광 영역의 폭과 동일할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 방향에서 상기 기준 투광 영역의 폭은 상기 시프트 투광 영역의 폭과 다를 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 방향에서 상기 기준 차광 패턴의 폭과 상기 기준 투광 영역의 폭의 비는 1:1일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 방향에서 상기 시프트 차광 패턴의 폭과 상기 시프트 투광 영역의 폭의 비는 1:1일 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역은 복수의 기준 구간 및 복수의 위상 시프트 구간을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 복수의 기준 구간 및 상기 복수의 위상 시프트 구간은 상기 제1 방향을 따라 한 구간씩 교대로 배치될 수 있다.
일 예에서, 상기 복수의 기준 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 기준 차광 패턴 및 1 개의 기준 투광 영역을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 시프트 차광 패턴 및 1 개의 시프트 투광 영역을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
다른 예에서, 상기 복수의 기준 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 기준 차광 패턴 및 복수의 기준 투광 영역을 가지는 복수 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 시프트 차광 패턴 및 1 개의 시프트 투광 영역을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 복수의 기준 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 기준 차광 패턴 및 1 개의 기준 투광 영역을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 시프트 차광 패턴 및 복수의 시프트 투광 영역을 가지는 복수 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 복수의 기준 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 기준 차광 패턴 및 복수의 기준 투광 영역을 가지는 복수 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 시프트 차광 패턴 및 복수의 시프트 투광 영역을 가지는 복수 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 피쳐 패턴 (feature pattern)과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 상기 기판 상의 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 서로 이격된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 포함한다.
상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함할 수 있다. 상기 복수의 기준 패턴 그룹은 각각 적어도 하나의 기준 패턴을 포함하고, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹은 각각 적어도 하나의 시프트 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 방향에서 상기 적어도 하나의 기준 패턴의 폭과 상기 적어도 하나의 시프트 패턴과의 사이의 거리는 상기 적어도 하나의 시프트 패턴 형성을 위한 노광 공정시의 디포커스에 의존할 수 있다.
상기 제1 방향에서, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택된 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중 상기 선택된 하나의 기준 패턴 그룹에 이웃하는 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 최단 거리는 상기 제1 방향을 따라 가변적일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측 장치는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 피쳐 패턴과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 상기 기판 상의 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 서로 이격된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 포함하는 계측용 기판을 지지하도록 구성된 스테이지와, 방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치와, 상기 조명 장치에서 생성된 방사 빔을 편광시켜 상기 계측용 기판의 상기 포커스 계측 마크에 입사하도록 구성된 편광기(polarizer)를 포함하는 투사 장치와, 상기 계측용 기판의 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워(power)를 검출하도록 구성된 제1 검출부를 포함하는 검출 장치와, 상기 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스(defocus)에 대한 제1 데이터를 저장하도록 구성된 제1 저장 매체를 포함하는 데이터 스토리지와, 상기 데이터 스토리지에 저장된 데이터에 의거하여, 상기 검출 장치에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워 편차로부터, 노광 장치에서 상기 피쳐 패턴이 형성될 때 경험한 디포커스를 판별하는 제1 판별부를 포함하는 판별 장치를 포함한다.
상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 디포커스에 대한 제1 데이터는 상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 산출된 데이터일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측 장치는 상기 판별 장치에서 판별한 디포커스에 의거하여 보상된 초점 데이터를 산출하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 데이터 스토리지는 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 초점의 허용 범위인 DOF (depth of focus)를 포함하는 제2 데이터를 저장하도록 구성된 제2 저장 매체를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 판별 장치는 상기 초점이 미리 정한 DOF 범위 이내인지 여부를 판별하고, 상기 초점이 DOF 범위를 벗어날 때 상기 계측용 기판에 대한 리워크(rework) 명령을 상기 제어 장치에 송신하는 제2 판별 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 계측용 기판은 상기 피쳐 패턴과 동시에 형성된 마이크로 DBO 키 (micro diffraction based overlay key)를 더 포함할 수 있으며, 상기 검출 장치는 상기 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하도록 구성된 제2 검출부를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 판별 장치는 상기 제2 검출부에서 검출된 상기 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴의 오버레이 에러 (overlay error)를 판별하는 제2 판별부를 더 포함할 수 있다. 상기 포커스 계측 마크 및 상기 마이크로 DBO 키는 상기 투사 장치를 통해 상기 계측용 기판에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 포함될 수 있다.
상기 투사 장치는 상기 편광기에 의해 편광된 적어도 2 종류의 방사 빔을 상기 계측용 기판의 위치 이동이 없는 상태에서 상기 계측용 기판 상에 입사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판 상의 동일한 위치에 동시에 입사되는 서로 다른 파장의 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판 상의 동일한 위치에 순차적으로 입사되는 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 2 종류의 방사 빔은 서로 동일한 파장을 가질 수 있다.
상기 조명 장치는 230 ∼ 850 nm의 파장을 가지는 방사 빔을 생성할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측 방법에서는 노광 공정을 이용하여 기판 상의 동일 레벨에 피쳐 패턴과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 형성한다. 상기 포커스 계측 마크 위에 방사 빔을 입사한다. 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출한다. 상기 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스를 유추한다.
상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 디포커스를 판별하는 단계는 상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 디포커스를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계측용 기판은 상기 피쳐 패턴과 동시에 형성되고 상기 계측용 기판에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 상기 포커스 계측 마크와 함께 포함될 수 있는 위치에 형성되어 있는 마이크로 DBO 키 (micro diffraction based overlay key)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측 방법은 상기 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하는 단계와, 상기 검출된 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴의 오버레이 에러를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 노광 공정 계측 방법에서, 상기 오버레이 에러를 판별하는 단계는 상기 디포커스를 판별하는 단계와 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서는, 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다. 제1 초점 설정치를 적용하여 상기 포토레지스트막을 노광한다. 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 기판 상에 위치되는 피쳐 패턴과, 상기 기판 상에서 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 동시에 형성한다. 상기 포커스 계측 마크 위에 방사 빔을 입사한다. 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출한다. 상기 검출된 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스를 유추한다. 상기 유추한 디포커스에 의거하여 상기 제1 초점 설정치의 보완 여부를 판단한다.
상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서, 상기 디포커스를 판별하는 단계는 상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 디포커스를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법은 상기 검출된 ±n 차 회절광의 파워로부터 상기 복수의 피쳐 패턴에 대한 오버레이 에러를 유추하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자는 상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법들 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성된 복수의 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 노광 및 현상 공정을 거쳐 얻어진 포토레지스트 패턴에 대하여 노광 공정시 경험한 초점 변화를 모니터링하는 데 있어서, 노광 장치의 디포커스에 따라 포커스 계측 마크의 기준 패턴과 시프트 패턴과의 사이의 상대적인 거리가 달라지는 점을 이용하여, 상기 포커스 계측 마크로부터의 회절광을 분석함으로써, 기판상의 포토레지스트막이 노광 공정시 경험한 초점 변화를 수 nm의 미세한 수준까지 정확하게 유추할 수 있다. 따라서, 집적회로 소자 제조를 위한 리소그래피 공정시 적용된 노광 장치의 초점 및 리소그래피 공정에서 경험한 미세한 초점 변화를 비파괴 방식으로 인라인 모니터링하는 것이 가능하다.
또한, 집적회로 소자의 제조 공정에 있어서, 노광 및 현상 공정을 거쳐 얻어진 복수의 회절 패턴으로부터 회절되는 출력 빔 중 ±n 차 회절광을 이용하여 상기 포커스 계측 마크와 동일 레벨에 형성된 복수의 피쳐 패턴에 대한 초점 변화를 측정함과 동시에, 상기 포커스 계측 마크에 인접하게 형성된 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 ±n 차 회절광을 이용하여, 상기 복수의 피쳐 패턴에 대한 오버레이 에러를 측정할 수 있다. 따라서, 실제 제품 제조 공정에서 1 개의 기판 타겟을 이용하여 초점 변화 및 오버레이 에러를 동시에 인라인 모니터링할 수 있고, 이에 따라 계측 시간을 감소시킬 수 있어 집적회로 소자 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크의 개략적인 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크의 일 예에 따른 포커스 계측 마크 영역의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크의 다른 예에 따른 포커스 계측 마크 영역의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크에 포함될 수 있는 예시적인 포커스 계측 마크 영역의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크의 예시적인 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 포토마스크의 예시적인 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크를 사용하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측용 기판 타겟을 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 노광 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크를 사용한 노광 공정 후 얻어지는 포토레지스트 패턴들의 상대적인 시프트량을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟의 평면도이다.
도 9b는 도 9a의 1B - 1B' 선 단면도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일부 실시예들에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟의 단면도이다.
도 11 내지 도 15는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크를 사용하여 노광 공정 계측용 기판 타겟을 형성하였을 때, 상기 노광 공정 계측용 기판 타겟에서 상기 노광 공정시 경험한 디포커스에 따라 서로 다른 시프트 량을 가지는 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크들을 예시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 노광 공정 계측 장치의 예시적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 노광 공정 계측 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 노광 공정 계측 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 19a 내지 도 19f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측 방법에 따라 디포커스를 판별하는 데 있어서, 포커스 계측 마크를 구성하는 복수의 계측 패턴 중 기준 패턴과 시프트 패턴과의 상대적인 거리에 따른 노광 공정시의 회절 효율(diffraction efficiency)을 평가한 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 20 내지 도 24는 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측용 기판 타겟에서 포커스 계측 마크 영역에서의 피치, 기준 투광 영역의 폭, 및 시프트 투광 영역의 폭을 다양하게 형성하였을 때, 시프트 패턴의 시프트 거리에 따른 회절광의 파워 편차를 나타낸 그래프들이다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서 피쳐 패턴이 노광시 경험한 디포커스를 유추하는 예시적인 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서 제1 초점 설정치의 보완 여부를 판단하는 예시적인 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자 제조 장치를 사용하여 제조된 집적회로 소자를 포함하는 메모리 카드의 블록 다이어그램이다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 의해 제조된 집적회로 소자를 포함하는 메모리 카드를 채용하는 메모리 시스템의 블록 다이어그램이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "방사 (radiation)" 및 "빔(beam)"은 예를 들면 UV (ultraviolet) 방사, EUV (extreme ultra-violet) 방사와 같은 다양한 파장을 가지는 전자기적 방사 뿐 만 아니라 이온 빔, 전자 빔 등과 같은 입자 빔을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "렌즈"는 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 및 정전기식 광학 소자들을 포함하는 다양한 방식의 광학 소자들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서, 노광 장치의 초점 변화 (focal variations)를 계측하는 것은 초점의 위치를 계측하는 것, 또는 초점 변화에 따른 영향을 계측하는 것을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 "계측(measurement)" 및 "검사(inspection)"는 경우에 따라 동일한 의미로 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 "판별" 및 "유추"는 경우에 따라 동일한 의미로 사용될 수 있다.
첨부 도면들에 있어서, 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크(10)의 개략적인 구조를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 포토 마스크(10)는 셀 어레이 영역(22) 및 주변회로 영역(24)으로 구성되는 칩 영역(26)을 포함할 수 있다.
상기 셀 어레이 영역(22) 및 주변회로 영역(24)에는 각각 메인 패턴 (main pattern)(22P)이 형성되어 있다. 상기 메인 패턴(22P)은 웨이퍼 상의 칩 영역에 집적 회로를 구성하는 데 필요한 피쳐 패턴 (feature pattern)을 형성하는 데 필요한 패턴이다. 상기 메인 패턴(22P)은 크롬(Cr)과 같은 차광 패턴, 위상 반전 패턴, 또는 이들의 조합에 의해 이루어질 수도 있고, 상기 차광 패턴, 위상 반전 패턴, 또는 이들의 조합에 의해 한정되는 영역으로 이루어질 수도 있다.
상기 포토 마스크(10)에는 적어도 하나의 포커스 계측 마크 (focus metrology mark) 영역(30)이 포함되어 있다. 상기 포커스 계측 마크 영역(30)은 칩 영역(26)의 내부 및/또는 칩 영역(26)의 외부(28)에 형성될 수 있다. 상기 포커스 계측 마크 영역(30)은 상기 메인 패턴(22P)으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30)는 상기 메인 패턴(22P)과 동시에 형성되는 복수의 포커스 모니터 패턴 (focus monitor pattern)(32)을 포함한다. 상기 복수의 포커스 모니터 패턴(32)은 크롬(Cr)과 같은 차광 패턴, 위상 반전 패턴, 또는 이들의 조합에 의해 한정되는 영역으로 이루어질 수도 있고, 상기 차광 패턴, 위상 반전 패턴, 또는 이들의 조합에 의해 한정되는 영역으로 이루어질 수도 있다.
상기 포토 마스크(10)에는 적어도 하나의 오버레이 키 (overlay key) 패턴(40)이 더 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 오버레이 키 패턴(40)은 칩 영역(26)의 내부 및/또는 칩 영역(26)의 외부(28)에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 오버레이 키 패턴(40)은 상기 포커스 계측 마크 영역(30)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
도 1에는 포커스 계측 마크 영역(30)이 셀 어레이 영역(22)의 외부에 있는 경우를 예시하였으나, 이는 설명 및 도시의 편의를 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 사상에 도 1에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30)은 셀 어레이 영역(22) 내에서 메인 패턴(22P)과 이격된 위치에 형성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크의 예시적인 포커스 계측 마크 영역(30A)의 단면도이다. 도 2에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)은 도 1에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30)을 구성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 포커스 계측 마크 영역(30A)은 투명 기판(20A)과, 상기 투명 기판(20A) 상에 형성된 복수의 기준 구간 (reference section)(RS)과, 상기 투명 기판(20A) 상에 형성된 복수의 위상 시프트 구간 (phase shift section)(PSS)을 포함한다.
상기 복수의 기준 구간(RS)은 상기 투명 기판(20A)을 통과하는 빛의 위상을 변경시키기 않는 기준 투광 영역(R20A)과, 상기 기준 투광 영역(R20A)을 한정하도록 상기 투명 기판(20A)을 덮는 기준 차광 패턴(R32A)을 포함한다.
상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 상기 투명 기판(20A)을 통과하는 빛에 대하여 180° 이외 (non-180°)의 위상 시프트를 야기하는 시프트 투광 영역(S20A)과, 상기 시프트 투광 영역(S20A)을 한정하도록 상기 투명 기판(20A)을 덮는 시프트 차광 패턴(S32A)을 포함한다.
상기 투명 기판(20A)에서 상기 시프트 투광 영역(S20A)에는 그루브(groove)(G1)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 두께(TH1)보다 상기 시프트 투광 영역(S20A)의 두께(TH2)가 더 작다. 상기 그루브(G1)는 상기 기준 투광 영역(R20A)을 투과하는 빛의 위상과 상기 시프트 투광 영역(S20A)을 투과하는 빛의 위상과의 차이가 180° 이외의 값으로 되는 깊이를 가진다.
일 예에서, 제1 방향 (도 2의 X 방향)에서 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(WR)은 상기 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(WS)과 동일하게 설정될 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 방향에서 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(WR)은 상기 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(WS)보다 더 크게 설정될 수 있다.
상기 기준 투광 영역(R20A)에서, 상기 제1 방향을 따라 상기 기준 차광 패턴(R32A)의 폭과 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(WR)의 비는 1:1 일 수 있다. 그리고, 상기 시프트 투광 영역(S20A)에서, 상기 제1 방향을 따라 상기 시프트 차광 패턴(S32A)의 폭과 상기 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(WS)의 비는 1:1 일 수 있다.
상기 복수의 기준 구간(RS) 및 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되어 있다. 그리고, 상기 복수의 기준 구간(RS) 및 복수의 위상 시프트 구간(PSS)이 상기 제1 방향을 따라 한 구간씩 교대로 일렬로 배치되어 있다.
상기 복수의 기준 구간(RS) 중 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과, 1 주기의 시프트 구간(PSS)의 폭(WB1)에 의해 상기 포커스 계측 마크 영역(30A)의 패턴 피치(Λ)가 결정될 수 있다. 도 2의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30A)의 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WB1)과의 합이다.
도 2의 예에서, 상기 복수의 기준 구간(RS)은 각각 제1 방향 (도 2에서 X 방향)을 따라 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 제1 방향 (도 2에서 X 방향)을 따라 1 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 1 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어지는 경우를 예시하였다.
그러나, 본 발명의 기술적 사상은 도 2에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 기준 구간(RS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 기준 차광 패턴(R32A) 및 복수의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 복수 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 제1 방향을 따라 1 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 1 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
다른 일부 실시예들에서, 상기 복수의 기준 구간(RS)은 각각 제1 방향을 따라 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 시프트 차광 패턴(R32A) 및 복수의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 복수 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
또 다른 일부 실시예들에서, 상기 복수의 기준 구간(RS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 기준 차광 패턴(R32A) 및 복수의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 복수 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 복수의 시프트 차광 패턴(R32A) 및 복수의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 복수 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크의 예시적인 포커스 계측 마크 영역(30B)의 단면도이다. 도 3에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30B)은 도 1에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30)을 구성할 수 있다. 도 3에 있어서, 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 포커스 계측 마크 영역(30B)은 투명 기판(20B)과, 상기 투명 기판(20B) 상에 형성된 복수의 기준 구간(RS)과, 상기 투명 기판(20B) 상에 형성된 복수의 위상 시프트 구간(PSS)을 포함한다.
상기 복수의 기준 구간(RS)은 기준 투광 영역(R20A) 및 기준 차광 패턴(R32A)을 포함한다.
상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 상기 투명 기판(20B)을 통과하는 빛에 대하여 180° 이외의 위상 시프트를 야기하는 시프트 투광 영역(S20B)과, 상기 시프트 투광 영역(S20B)을 한정하도록 상기 투명 기판(20B)을 덮는 시프트 차광 패턴(S32A)을 포함한다.
상기 시프트 투광 영역(S20B)은 상기 기준 투광 영역(R20A)의 두께와 동일한 두께(TH1)를 가지는 제1 투광부(T1)와, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 두께보다 더 작은 두께(TH3)를 가지도록 그루브(G2)가 형성된 제2 투광부(T2)를 포함한다. 상기 제1 투광부(T1)는 상기 기준 투광 영역(R20A)과 동일한 위상을 가질 수 있다. 상기 제1 투광부(T1)에 대한 상기 제2 투광부(T2)의 위상 차이는 180° 이외의 값을 가진다.
상기 복수의 기준 구간(RS) 중 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과, 1 주기의 시프트 구간(PSS)의 폭(WC1)에 의해 상기 포커스 계측 마크 영역(30A)의 패턴 피치(Λ)가 결정될 수 있다. 도 3의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30A)의 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WC1)과의 합이다.
상기 위상 시프트 구간(PSS)에서, 제1 방향 (도 3에서 X 방향)을 따라 상기 시프트 차광 패턴(S32A)의 폭과, 상기 제1 투광부(T1)의 폭과, 상기 제2 투광부(T2)의 폭의 비는 2:1:1 일 수 있다.
도 3의 예에서, 상기 복수의 기준 구간(RS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어지고, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 상기 제1 방향을 따라 1 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 1 개의 시프트 투광 영역(S20B)을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어지는 경우를 예시하였다.
그러나, 본 발명의 기술적 사상은 도 3에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 복수의 기준 구간(RS)은 각각 적어도 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 적어도 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 적어도 1 주기의 기준 구간으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 적어도 1 개의 시프트 차광 패턴(R32A) 및 적어도 1 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 적어도 1 주기의 시프트 구간으로 이루어질 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크에 포함될 수 있는 예시적인 포커스 계측 마크 영역(30C, 30D, 30E, 30F)의 단면도이다. 도 4a 내지 도 4d에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30C, 30D, 30E, 30F)은 각각 도 1에 예시한 포토마스크(10)의 포커스 계측 마크 영역(30)을 구성할 수 있다. 도 4a 내지 도 4d에 있어서, 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 4a에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30C)에서, 복수의 기준 구간(RS)은 각각 2 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 2 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 2 주기의 기준 구간으로 이루어진다. 또한, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각, 도 2에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)에서와 유사하게, 1 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 1 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 1 주기의 시프트 구간으로 이루어진다.
도 4a의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30C)의 패턴 피치(Λ)는 2 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA2)과 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WB1)과의 합이다.
도 4b에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30D)에서, 복수의 기준 구간(RS)은 각각 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어진다. 또한, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 2 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 2 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 2 주기의 시프트 구간으로 이루어진다.
도 4b의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30D)의 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WB2)과의 합이다.
도 4c에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30E)에서, 복수의 기준 구간(RS)은 각각 2 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 2 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 2 주기의 기준 구간으로 이루어진다. 또한, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 2 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 2 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 2 주기의 시프트 구간으로 이루어진다.
도 4c의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30E)의 패턴 피치(Λ)는 2 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA2)과 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WB2)과의 합이다.
도 4d에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30F)에서, 복수의 기준 구간(RS)은 각각 1 개의 기준 차광 패턴(R32A) 및 1 개의 기준 투광 영역(R20A)을 가지는 1 주기의 기준 구간으로 이루어진다. 또한, 상기 복수의 위상 시프트 구간(PSS)은 각각 3 개의 시프트 차광 패턴(S32A) 및 3 개의 시프트 투광 영역(S20A)을 가지는 3 주기의 시프트 구간으로 이루어진다.
도 4d의 예에서, 상기 포커스 계측 마크 영역(30F)의 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS)의 폭(WA1)과 3 주기의 위상 시프트 구간(PSS)의 폭(WB3)과의 합이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크의 예시적인 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 본 예에서는 도 2에 예시한 포토마스크(30A)를 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 5a를 참조하면, 투명 기판(20)상에 차광막(32)을 형성한다.
상기 투명 기판(20)은 석영으로 이루어질 수 있다. 상기 차광막(32)은 크롬으로 이루어질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 차광막(32) 위에 레지스트막을 형성한 후, 상기 레지스트막에 대하여 노광 및 현상 공정을 수행하여 제1 레지스트 패턴(34)을 형성한다.
도 5c를 참조하면, 상기 제1 레지스트 패턴(34)을 식각 마스크로 이용하여 차광막(32)을 식각하여 복수의 차광 패턴(32A)을 형성한다.
그 후, 상기 제1 레지스트 패턴(34)을 제거한다.
도 5d를 참조하면, 복수의 차광 패턴(32A) 위에 레지스트막을 형성한 후, 상기 레지스트막에 대하여 노광 및 현상 공정을 수행하여 투명 기판(20) 중 기준 투광 영역(R20A)이 될 부분과 상기 복수의 차광 패턴(32A)을 덮는 제2 레지스트 패턴(36)을 형성한다.
도 5e를 참조하면, 상기 제2 레지스트 패턴(36) 및 노출된 복수의 차광 패턴(32A)을 식각 마스크로 이용하여 상기 투명 기판(20)을 식각하여 상기 투명 기판(20)을 통과하는 빛에 대하여 180° 이외의 위상 시프트를 야기할 수 있는 깊이를 가지는 그루브(G1)가 형성된 복수의 시프트 투광 영역(S20A)를 형성한다.
도 5f를 참조하면, 상기 제2 레지스트 패턴(36)을 제거하여, 기준 투광 영역(R20A), 기준 차광 패턴(R32A) 및 시프트 차광 패턴(S32A)을 노출시켜 포토마스크(30A)를 완성한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 포토마스크의 예시적인 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 본 예에서는 도 3에 예시한 포토마스크(30B)를 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 6a를 참조하면, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로 투명 기판(20) 상에 복수의 차광 패턴(32A)을 형성한다.
도 6b를 참조하면, 복수의 차광 패턴(32A) 위에 레지스트막을 형성한 후, 상기 레지스트막에 대하여 노광 및 현상 공정을 수행하여 투명 기판(20) 중 기준 투광 영역(R20A)이 될 부분과, 시프트 투광 영역(S20B) 중 제1 투광부(T1)가 될 부분과, 복수의 차광 패턴(32A)을 덮는 제3 레지스트 패턴(38)을 형성한다.
도 6c를 참조하면, 상기 제3 레지스트 패턴(38) 및 노출된 복수의 차광 패턴(32A)을 식각 마스크로 이용하여 상기 투명 기판(20)을 식각하여 그루브(G2)가 형성된 제2 투광부(T2)를 형성한다.
도 6d를 참조하면, 상기 제3 레지스트 패턴(38)을 제거하여, 기준 투광 영역(R20A), 기준 차광 패턴(R32A), 시프트 차광 패턴(S32A), 및 제1 투광부(T1)를 노출시켜 포토마스크(30B)를 완성한다.
이상과 같이 도 5a 내지 도 6d를 참조하여 도 2에 예시한 포토마스크(30A) 및 도 3에 예시한 포토마스크(30B)를 형성하는 공정에 대하여 설명하였으나, 도 4a 내지 도 4d에 예시한 다른 구조를 가지는 포토마스크(30C, 30D, 30E, 30F)의 경우에도 도 5a 내지 도 6d를 참조하여 설명한 방법과 유사한 방법을 이용하여 용이하게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크를 사용하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측용 기판 타겟을 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 노광 장치(100)의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 노광 장치(100)는 광원(110)과, 광원(110)으로부터 발생된 광을 포토마스크(PM) 위로 유도하기 위한 조명 광학 시스템(102)을 포함한다. 상기 포토마스크(PM)는 상면이 포토레지스트막으로 덮인 기판(W) 상에 원하는 패턴을 전사하기 위한 복수의 차광 패턴이 형성되어 있다. 상기 포토마스크(PM)는 도 1을 참조하여 설명한 포토마스크(10)로 구성될 수 있다.
상기 광원(110)은 수은 램프로부터 발생되는 436nm의 파장을 갖는 g-line 광 빔, 365nm의 파장을 갖는 i-line 광 빔, KrF 엑시머 레이저(excimer laser)로부터 발생되는 248nm의 파장을 갖는 KrF 레이저 빔, ArF 엑시머 레이저로부터 발생되는 198nm의 파장을 갖는 ArF 레이저 빔, F2 엑시머 레이저로부터 발생되는 157nm의 파장을 갖는 F2 레이저 빔 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 노광 장치(100)는 상기 포토마스크(PM)를 지지하는 레티클 스테이지(106)와, 상기 포토마스크(PM)를 통과한 투영 광을 상기 기판(W) 상으로 투영하기 위한 투영 광학 시스템(104)과, 상기 기판(W)을 지지하기 위한 기판 스테이지(108)를 포함한다.
상기 투영 광학 시스템(104)은 외부 공기로부터 내부를 밀봉하기 위한 하우징(168)과, 상기 하우징(168) 내부에 구비된 복수의 투영 렌즈를 포함하는 투영 렌즈 어레이(170)를 포함할 수 있다.
상기 광원(110)으로부터 조사된 광 빔은 빔 매칭 유닛(beam matching unit: BMU)(112) 및 광 감쇠기(light attenuator)(114)를 통해 빔 형상화 유닛(beam shaping unit)(120)으로 입사될 수 있다. 상기 빔 형상화 유닛(120)은 미리 설정한 광축을 따라 배열된 제1 렌즈부(122) 및 제2 렌즈부(124)를 포함할 수 있다.
노광 제어 시스템(exposure control system)(116)은 기판(W) 상에 형성된 포토레지스트막에 대한 노광량을 제어하기 위한 것으로서, 광원(110)의 광 방출의 시작, 종료, 출력 광의 진동 주파수 (oscillation frequency), 및 출력 광의 펄스 에너지(pulse energy)를 제어하며, 상기 광 감쇠기(114)의 감쇠 비율(dimming ratio)을 연속적으로 또는 단계적으로 조절할 수 있다.
조명 광학 시스템(102)은 제1 플라이 아이 렌즈(first fly's eye system)(132), 제3 렌즈부(134), 제1 반사경(136), 제4 렌즈부(138), 제2 플라이 아이 렌즈(second fly's eye system)(140), 애퍼처 플레이트(aperture plate)(142), 빔 스플리터 (beam splitter)(146), 광 집적 렌즈(light-collecting lens)(148), 적분 센서(150), 제2 반사경(156), 이미지 형성 렌즈 유닛(image-forming lens unit)(158), 보조 집광 렌즈 유닛(160), 및 주 집광 렌즈 유닛(162)을 포함할 수 있다.
상기 빔 형상화 유닛(120)을 통과한 광 빔은 일차 광학 적분기 (first stage optical integrator) 또는 균일화 부재 (uniformizer or homogenizer)로서 기능할 수 있는 제1 플라이 아이 렌즈(132)로 입사될 수 있다. 상기 제1 플라이 아이 렌즈(132)로부터 출사된 광 빔은 제3 렌즈부(134)를 통해 광 경로 변환 부재 (optical path-bending member)로서 기능하는 제1 반사경(136)으로 입사되며, 상기 제1 반사경(136)에 의해 반사된 광은 제4 렌즈부(138)를 통해 이차 광학 적분기로서 기능하는 제2 플라이 아이 렌즈(140)로 입사될 수 있다. 상기 제3 렌즈부(134) 및 제4 렌즈부(138)는 광 집적 광학 유닛(light-collecting optical unit)으로서 기능하는 릴레이 광학 유닛 (relay optical unit)을 구성할 수 있다.
상기 제2 플라이 아이 렌즈(140)를 통해 출사된 광 빔은 레티클 패턴의 형상에 따라 선택된 애퍼처 플레이트 (aperture plate)(142)를 통과함으로써 특정 형태를 갖는 조명 광으로 될 수 있다.
상기 애퍼처 플레이트(142)를 통과하여 빔 스플리터(146)로 입사된 조명 광은 광 집적 렌즈(148)를 통해 광전 검출기 (photoelectric detector)로 구성된 적분 센서(150)로 입사되며, 상기 적분 센서(150)의 검출 신호는 노광 제어 시스템(116)으로 제공될 수 있다. 상기 노광 제어 시스템(116)은 상기 검출 신호에 따라 조명 광의 조도와 그의 적분 값을 간접적으로 모니터링할 수 있다.
상기 빔 스플리터(146)를 통과한 조명 광은 제5 렌즈부(152) 및 제6 렌즈부(154)를 순차적으로 통과한 후, 제2 반사경(156)에 의해 이미지 형성 렌즈 유닛(158)으로 입사되며, 상기 이미지 형성 렌즈 유닛(158)을 통과한 조명광은 보조 집광 렌즈 유닛(160)과 주 집광 렌즈 유닛(162)을 순차적으로 통과하여 포토마스크(PM) 위로 입사될 수 있다.
상기 레티클 스테이지(106)는 상기 주 집광 렌즈 유닛(162) 아래에서 레티클 베이스(164) 상에 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 상기 레티클 스테이지(106)는 상기 기판(W)에 대한 노광 공정이 수행되는 동안 미세하게 X 축 및 Y 축 방향에 따른 직선 운동 및 회전 운동이 가능하게 배치될 수 있다.
상기 포토마스크(PM)를 통과한 조명 광은 투영 광학 시스템(104)을 통해 기판(W) 상으로 조사될 수 있다. 상기 기판(W)을 지지하는 기판 스테이지(108)는 기판 베이스(109) 상에서 이차원적으로 이동 가능하게 배치될 수 있으며, 노광 장치(100)에서 노광 공정이 수행되는 동안 상기 레티클 스테이지(106)의 이동 방향에 대하여 반대 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 기판(W)의 샷 영역들에 대하여 반복적으로 노광 공정을 수행하기 위하여 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 스텝핑 방식(stepping manner)으로 이동할 수 있다. 그리고, 기판 스테이지(108)의 레벨링 메커니즘은 자동 포커스 센서의 측정값에 기초하여 구동되며, 이에 따라 포커싱 위치가 조절될 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 포토마스크를 사용하여 포토레지스트막이 형성된 기판(W)에 대하여 노광 공정을 수행한 후, 노광된 기판(W)을 현상하여 얻어지는 포토레지스트 패턴들의 상대적인 시프트량을 설명하기 위한 도면이다. 상기 노광 공정은 도 7에 예시한 노광 장치(100)를 사용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8의 (a)는 도 2에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)에서 1 주기의 기준 구간(RS) 및 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어지는 1 패턴 피치(Λ) 만을 도시한 도면이다.
도 8의 (b)는 디포커스가 각각 (0) 일 때(δf: 0), (+) 일 때 (δf: +), 및 (-) 일 때 (δf: -), 웨이퍼상의 위치(P) (임의 단위)에 따른 초점 위치에서의 에어리얼 이미지 인텐시티 (aerial image intensity)(I) (임의 단위)를 나타내는 그래프이다.
(c)는 디포커스가 (-)일 때 포커스 계측 마크 영역(30A)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판(W) 상에 구현된 포토레지스트 패턴 중 기준 패턴(RP1) 및 시프트 패턴(SP1)의 위치를 나타낸다.
(d)는 디포커스가 (0)일 때 포커스 계측 마크 영역(30A)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판(W) 상에 구현된 포토레지스트 패턴 중 기준 패턴(RP2) 및 시프트 패턴(SP2)의 위치를 나타낸다.
(e)는 디포커스가 (+)일 때 포커스 계측 마크 영역(30A)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판(W) 상에 구현된 포토레지스트 패턴 중 기준 패턴(RP3) 및 시프트 패턴(SP3)의 위치를 나타낸다.
도 8의 (c) 및 (e)에서와 같이, 디포커스가 (-) 및 (+)일 때 기판(W) 상에서 구현된 포토레지스트 패턴 중 시프트 패턴(SP1, SP3)의 위치는 각각 디포커스가 (0)일 때의 시프트 패턴(SP2)의 위치를 기준으로 서로 반대 방향으로 시프트될 수 있다.
기준 패턴(RP1, RP2, RP3)에 대한 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)의 상대적인 위치는 노광 과정 중에 경험한 초점 변화에 비례한다.
상기 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 포함하는 포커스 계측 마크 영역(30A)을 가지는 포토마스크를 사용하는 노광 공정에 의해 기판(W) 상에 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 포함하는 이중 격자를 형성할 수 있으며, 상기 이중 격자로부터 회절되는 빛의 세기는 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)에 대한 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)의 상대적인 위치에 비례하여 달라질 수 있다.
노광 과정 중에 초점 변화가 발생되면, 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)은 초점 변화의 크기 및 방향에 비례하여 디포커스가 (0)일 때 얻어질 수 있는 위치로부터 수평 방향으로 시프트되는 특성을 가진다. 반면, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)은 노광 과정 중에 초점 변화가 발생하더라도 디포커스가 (0)일 때 얻어질 수 있는 위치로부터 위치 변화가 없다.
예를 들면, 이중 격자로부터의 회절 광 ±1 차 회절광의 파워 편차를 측정한 결과, -1 차 회절광의 파워가 +1 차 회절광의 파워보다 더 큰 경우에는 디포커스가 (+), -1 차 회절광의 파워와 +1 차 회절광의 파워가 동일한 경우에는 디포커스가 (0), 그리고 -1 차 회절광의 파워가 +1 차 회절광의 파워보다 더 작은 경우에는 디포커스가 (-)라고 할 수 있다.
상기와 같은 원리에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 포함하는 이중 격자로부터의 회절광 중 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 분석함으로써 노광 과정 중에 경험한 초점 변화의 크기 및 방향을 유추할 수 있다.
도 8을 참조하여 도 2에 예시한 포토마스크(30A)의 경우에 대하여 이중 격자로부터 회절되는 빛의 세기를 분석함으로써 노광 과정 중에 경험한 초점 변화의 크기 및 방향을 유추하는 원리를 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상에 의하면 포토마스크(30A)의 경우에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크들이라면 동일 또는 유사한 원리가 적용될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟(60)의 평면도이다.
도 9b는 도 9a의 1B - 1B' 선 단면도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 노광 공정 계측용 기판 타겟(60)은 기판(62)과, 상기 기판(62) 상의 제1 영역(I)에 형성된 복수의 피쳐 패턴(64)과, 상기 복수의 피쳐 패턴(64)의 형성을 위한 노광 공정시 상기 복수의 피쳐 패턴(64)이 경험한 것으로 유추되는 초점 변화를 계측하기 위하여 상기 기판(62) 상의 제2 영역(II)에 형성된 포커스 계측 마크(66)를 포함한다.
상기 포커스 계측 마크(66)는 상기 복수의 피쳐 패턴(64)이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되는 복수의 계측 패턴(66P)으로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 계측 패턴(66P)은 각각 상호 평행한 선형 라인 형상의 평면 구조를 가질 수 있으나, 본 발명은 예시된 바에 한정되는 것은 아니며 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 포커스 계측 마크(66)를 구성하는 복수의 계측 패턴(66P)은 상기 복수의 피쳐 패턴(64)과 동일 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 피쳐 패턴(64) 및 복수의 계측 패턴(66P)은 레지스트 패턴으로 이루어진다.
상기 기판(62)의 제2 영역(II)에서, 상기 포커스 계측 마크(66)를 구성하는 복수의 계측 패턴(66P)은 상기 복수의 피쳐 패턴(64)의 초점 변화를 계측하기 위한 노광 공정 계측 장치, 예를 들면 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)로부터 생성되는 방사 빔의 1 회 빔 샷(shot)에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟(spot)의 범위 내에 형성될 수 있다. 도 9a에서 상기 1 회 측정 스팟(spot)의 범위가 일점쇄선(L1)으로 표시되어 있다.
도 9a 및 도 9b에 예시한 포커스 계측 마크(66)의 경우, 복수의 계측 패턴(66P)이 상기 노광 공정 계측 장치로부터 생성되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 동시에 조사될 수 있다. 상기 포커스 계측 마크(66)를 구성하는 계측 패턴(66P)의 개수는 도 9a 및 도 9b에 예시된 바에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 노광 공정 계측용 기판 타겟(60)은 다양한 수의 계측 패턴으로 이루어지는 포커스 계측 마크(66)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 피쳐 패턴(64)이 위치되는 제1 영역(I)은 집적회로 소자의 일부 단위 소자를 구성하는 데 필요한 패턴들이 형성되는 패턴 영역에 대응할 수 있다. 상기 포커스 계측 마크(66)가 위치되는 제2 영역(II)은 상기 패턴 영역 중 상기 복수의 피쳐 패턴(64)이 배치되어 있지 않은 영역에 해당할 수 있다. 또는, 상기 포커스 계측 마크(66)는 기판(62) 상의 스크라이브 레인 (scribe lane) 영역에 형성될 수 있다.
도 9b에는 상기 포커스 계측 마크(66)를 구성하는 복수의 계측 패턴(66P)이 각각 장방형 단면 형상을 가지는 경우를 예시하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 기판 타겟은 도 9b에 예시된 복수의 계측 패턴(66P)의 단면 형상에 한정되지 않으며, 다양한 단면 형상, 예를 들면 사다리꼴 또는 삼각형 단면 형상을 가지는 복수의 계측 패턴을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일부 실시예들에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟(70)의 단면도이다.
상기 기판 타겟(70)은 제2 영역(II)에 마이크로 DBO 키 (micro diffraction based overlay key)(76)를 더 포함하는 것을 제외하고, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 기판 타겟(60)과 대체로 유사한 구성을 가진다.
상기 마이크로 DBO 키(76)는 제1 영역(I)에 형성된 피쳐 패턴(64)과 동시에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 마이크로 DBO 키(76)는 도 1에 예시한 포토마스크(10)의 오버레이 패턴(40)이 전사되어 형성된 것일 수 있다.
상기 포커스 계측 마크(66) 및 마이크로 DBO 키(76)는 상기 복수의 피쳐 패턴(64)의 초점 변화를 계측하기 위한 노광 공정 계측 장치로부터 생성되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위(L1) 내에 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 15는 각각 웨이퍼와 같은 기판상에 네가티브 톤 포토레지스트막을 형성한 후 본 발명의 기술적 사상에 의한 포토마스크를 사용하여 포토레지스트막이 형성된 기판에 대하여 노광 장치에서 노광 공정을 수행하고, 노광된 포토레지스트막을 현상하여 다양한 형상의 노광 공정 계측용 기판 타겟을 형성하였을 때, 상기 노광 공정 계측용 기판 타겟에서 상기 노광 공정시 경험한 디포커스에 따라 서로 다른 시프트 량을 가지는 복수의 계측 패턴을 포함하는 다양한 포커스 계측 마크들을 예시한 도면이다.
도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크를 포함하는 본 발명의 기술적 사상에 따른 노광 공정 계측용 기판 타겟들을 형성하는 데 있어서 노광 공정시 노광 장치로서 도 7에 예시한 바와 같은 노광 장치(100)를 이용할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 도 2에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)에서 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 1) 및 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 동일하게 형성한 경우에, 포커스 계측 마크 영역(30A)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판 타겟상에 포커스 계측 마크(86A)의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하였을 때, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 상기 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
일부 실시예들에서, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)은 도 9a 내지 도 10에 예시한 복수의 계측 패턴(66P)을 구성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 포커스 계측 마크 영역(30A)의 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 같거나 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 약 1 내지 10 배 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 더 작을 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30A)에서, 1 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS) 및 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어짐으로써, 1 패턴 피치(Λ) 내에 기준 투광 영역(R20A) 및 시프트 투광 영역(S20A)이 각각 1 개씩 교대로 형성될 수 있으며, 이 때 피치(Λ)는 약 200 ∼ 3000 nm의 범위 내에서 선택될 수 있다.
도 11의 예에서, 1 패턴 피치(Λ) 내에 포함되는 1 주기의 기준 구간(RS)이 1 개의 기준 패턴 그룹을 형성하고, 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)이 1 개의 시프트 패턴 그룹을 구성할 수 있다.
도 12는 도 4a에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30C)에서 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 1) 및 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 동일하게 형성한 경우에, 포커스 계측 마크 영역(30C)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판 타겟상에 포커스 계측 마크(86B)의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하였을 때, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 상기 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
일부 실시예들에서, 포커스 계측 마크 영역(30C)의 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 같거나 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 약 1 내지 10 배 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 더 작을 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30C)에서, 1 패턴 피치(Λ)는 2 주기의 기준 구간(RS) 및 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어진다. 이 때, 피치(Λ)는 약 200 ∼ 3000 nm의 범위 내에서 선택될 수 있다.
도 12의 예에서, 1 패턴 피치(Λ) 내에 포함되는 2 주기의 기준 구간(RS)이 1 개의 기준 패턴 그룹을 형성하고, 1 주기의 위상 시프트 구간(PSS)이 1 개의 시프트 패턴 그룹을 구성할 수 있다.
도 13은 도 4b에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30D)에서 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 1) 및 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 동일하게 형성한 경우에, 포커스 계측 마크 영역(30D)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판 타겟상에 포커스 계측 마크(86C)의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하였을 때, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 상기 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
일부 실시예들에서, 포커스 계측 마크 영역(30D)의 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 같거나 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 약 1 내지 10 배 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 더 작을 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30D)에서, 1 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS) 및 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어진다. 이 때, 피치(Λ)는 약 200 ∼ 3000 nm의 범위 내에서 선택될 수 있다.
도 13의 예에서, 1 패턴 피치(Λ) 내에 포함되는 1 주기의 기준 구간(RS)이 1 개의 기준 패턴 그룹을 형성하고, 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)이 1 개의 시프트 패턴 그룹을 구성할 수 있다.
도 14는 도 4c에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30E)에서 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 1) 및 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 동일하게 형성한 경우에, 포커스 계측 마크 영역(30E)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판 타겟상에 포커스 계측 마크(86D)의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하였을 때, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 상기 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
일부 실시예들에서, 포커스 계측 마크 영역(30E)의 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 같거나 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 약 1 내지 10 배 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 더 작을 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30E)에서, 1 패턴 피치(Λ)는 2 주기의 기준 구간(RS) 및 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어진다. 이 때, 피치(Λ)는 약 200 ∼ 3000 nm의 범위 내에서 선택될 수 있다.
도 14의 예에서, 1 패턴 피치(Λ) 내에 포함되는 2 주기의 기준 구간(RS)이 1 개의 기준 패턴 그룹을 형성하고, 2 주기의 위상 시프트 구간(PSS)이 1 개의 시프트 패턴 그룹을 구성할 수 있다.
도 15는 도 4d에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30F)에서 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 1) 및 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 동일하게 형성한 경우에, 포커스 계측 마크 영역(30E)의 기준 구간(RS) 및 위상 시프트 구간(PSS)을 통해 기판 타겟상에 포커스 계측 마크(86E)의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 및 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하였을 때, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 상기 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리(P1, P2, P3)를 나타낸 도면이다.
일부 실시예들에서, 포커스 계측 마크 영역(30F)의 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 같거나 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 약 1 내지 10 배 더 클 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)은 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)보다 더 작을 수 있다.
상기 포커스 계측 마크 영역(30F)에서, 1 패턴 피치(Λ)는 1 주기의 기준 구간(RS) 및 3 주기의 위상 시프트 구간(PSS)으로 이루어진다. 이 때, 피치(Λ)는 약 200 ∼ 3000 nm의 범위 내에서 선택될 수 있다.
도 15의 예에서, 1 패턴 피치(Λ) 내에 포함되는 1 주기의 기준 구간(RS)이 1 개의 기준 패턴 그룹을 형성하고, 3 주기의 위상 시프트 구간(PSS)이 1 개의 시프트 패턴 그룹을 구성할 수 있다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 노광 공정 계측 장치(200)의 예시적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 노광 공정 계측 장치(200)는 노광 공정시 적용되는 공정 파라미터들, 또는 초점 변화, 오버레이 에러 등과 같은 공정 오차들을 비-파괴(non-destructive) 방식으로 검사하기 위한 장치이다. 상기 노광 공정 계측 장치(200)는 스케터로미터(scatterometer)의 일종으로서, 집적회로 소자 제조를 위하여 사용되는 웨이퍼와 같은 계측 대상의 기판의 표면 상에 방사 빔을 입사하여 상기 기판 표면으로부터 회절 또는 반사된 빔의 특성들을 실시간으로 측정하는 회절 기반 인라인 계측 장치 (diffraction-based in-line metrology device)이다.
상기 노광 공정 계측 장치(200)는 계측용 기판(202)을 지지하도록 구성된 스테이지(210)와, 방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치(220)와, 상기 조명 장치(220)에서 생성된 방사 빔(RB)을 계측용 기판(202)에 투사하기 위한 투사 장치(230)와, 상기 계측용 기판(202)으로부터 반사 또는 회절되는 빔의 특성을 검출하기 위한 검출 장치(240)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 계측용 기판(202)으로서 도 9a 및 도 9b에 예시한 포커스 계측 마크(66)를 포함하는 노광 공정 계측용 기판 타겟(60), 및 도 10에 예시한 포커스 계측 마크(66) 및 마이크로 DBO 키(76)를 포함하는 노광 공정 계측용 기판 타겟(70) 중 어느 하나의 기판 타겟이 사용될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 계측용 기판(202)으로서 도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크(86A, 86B, 86C, 86D, 86E), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크(86A, 86B, 86C, 86D, 86E)로부터 변형 빛 변경된 다양한 구조를 가지는 포커스 계측 마크들 중 적어도 하나를 포함하는 기판 타겟이 사용될 수 있다.
상기 조명 장치(220)에서 생성된 방사 빔(RB)은 빔 스플리터(232), 대물렌즈(234) 및 편광기(polarizer)(236)를 포함하는 투사 장치(230)를 거쳐 계측용 기판(202) 상에 입사된다. 상기 편광기(236)는 상기 조명 장치(220)에서 생성된 방사 빔(RB)을 편광시켜 계측용 기판(202) 상에 형성된 포커스 계측 마크(66, 86A, 86B, 86C, 86D, 86E) (도 9a 내지 도 15 참조)에 입사하도록 구성될 수 있다. 상기 조명 장치(220)는 약 230 ∼ 850 nm의 파장을 가지는 방사 빔을 생성할 수 있다.
상기 투사 장치(230)는 상기 계측용 기판(202)의 연장 방향 (도 16에서 X 방향 또는 Y 방향)에 대한 법선 방향 (도 16에서 Z 방향)으로 상기 계측용 기판(202)에 입사할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 투사 장치(230)는 상기 조명 장치(220)에서 생성되어 편광기(236)에 의해 편광된 광을 상기 계측용 기판(202)의 위치 이동이 없는 상태에서 상기 계측용 기판(202) 상에 입사하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 상기 투사 장치(230)는 상기 방사 빔으로서 적어도 2 종류의 방사 빔을 입사할 수 있다. 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판(202) 상의 동일한 위치에 동시에 입사되는 서로 다른 파장의 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판(202) 상의 동일한 위치에 순차적으로 입사되는 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 상기 순차적으로 입사되는 2 종류의 방사 빔은 서로 동일한 파장을 가질 수도 있고, 서로 다른 파장을 가질 수도 있다.
상기 계측용 기판(202)으로부터 방출되는 출력 빔은 빔 스플리터(232) 및 릴레이 렌즈(relay lens)(238)를 통과하여 검출 장치(240)로 전달될 수 있다.
상기 검출 장치(240)는 예를 들면 도 7에 예시한 노광 장치(100)에서 리소그래피 공정을 이용하여 계측용 기판(202) 상에 형성된 포커스 계측 마크(66, 86A, 86B, 86C, 86D, 86E) (도 9a 내지 도 15 참조)로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광 (zero-order diffracted beam)에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하도록 구성된 제1 검출부(242)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 ±n 차 회절광은 ±1 차, ±2 차, 또는 ±3 차 회절광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 노광 공정 계측 장치(200)는 상기 제1 검출부(242)에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스에 대한 제1 데이터(D1)를 저장하도록 구성된 제1 저장 매체(252)를 포함하는 데이터 스토리지(250)를 포함한다.
상기 디포커스에 대한 제1 데이터(D1)는 포커스 계측 마크(66, 86A, 86B, 86C, 86D, 86E) (도 9a 내지 도 15 참조)를 구성하는 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 산출된 데이터일 수 있다.
상기 데이터 스토리지(250)에 저장된 제1 데이터(D1)는 판별 장치(260)로 송신될 수 있다. 상기 판별 장치(260)는 제1 데이터(D1)에 의거하여 상기 제1 검출부(242)에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워 편차로부터, 상기 노광 장치에서 상기 기판 타겟의 상기 복수의 계측 패턴이 형성될 때 경험한 디포커스를 판별하는 제1 판별부(262)를 포함한다.
상기 노광 공정 계측 장치(200)는 상기 판별 장치(260)에서 유추한 디포커스에 의거하여 보상된 초점 데이터를 산출하는 제어 장치(270)를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 스토리지(250)는 상기 계측용 기판(202)이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 초점의 허용 범위인 DOF (depth of focus)를 포함하는 제2 데이터(D2)를 저장하도록 구성된 제2 저장 매체(254)를 더 포함할 수 있다.
상기 판별 장치(260)는 상기 계측용 기판(202)이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 초점이 미리 정한 DOF 범위 이내인지 여부를 판별하고, 상기 초점이 상기 미리 정한 DOF 범위를 벗어날 때 상기 계측용 기판에 대한 리워크(rework) 명령을 상기 제어 장치(270)에 송신하는 제2 판별부(264)를 더 포함할 수 있다.
상기 계측용 기판(202)으로서 도 1에 예시한 바와 같이 포커스 계측 마크 영역(30) 및 오버레이 키 패턴(40)을 함께 포함하는 포토마스크(10)를 사용하는 노광 공정을 통해 형성된 노광 공정 계측용 기판 타겟이 사용되는 경우, 상기 계측용 기판(202)은 도 10에 예시한 계측용 기판(70)과 같이, 복수의 피쳐 패턴(64)과 동시에 형성된 마이크로 DBO 키(76)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 검출 장치(240)는 상기 마이크로 DBO 키(76)로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하도록 구성된 제2 검출부(244)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 포커스 계측 마크(66) 및 상기 마이크로 DBO 키(76)는 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)의 투사 장치(230)를 통해 상기 계측용 기판(202)에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 포함되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 판별 장치(260)는 상기 제2 검출부(244)에서 마이크로 DBO 키(76)로부터의 출력 빔에서 검출된 상기 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴, 예를 들면 도 9a 및 도 9b에 예시한 복수의 피쳐 패턴(64)의 오버레이 에러를 유추하는 제2 판별부(264)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 판별부(264)는 상기 제2 검출부(244)에서 검출된 ±1 차 회절광의 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴(64)의 오버레이 에러를 유추할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 계측용 기판(202) 상의 포커스 계측 마크, 예를 들면 도 10에 예시한 포커스 계측 마크(66)로부터 초점 변화를 계측하고, 상기 계측용 기판(202) 상의 마이크로 DBO 키, 예를 들면 도 10에 예시한 마이크로 DBO 키(76)로부터 오버레이 에러를 계측하기 위하여, 상기 투사 장치(230)는 편광기(236)에 의해 편광된 적어도 2 종류의 방사 빔을 상기 계측용 기판(202)의 위치 이동이 없는 상태에서 상기 계측용 기판 상에 입사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판(202) 상의 동일한 위치에 동시에 입사되는 서로 다른 파장의 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 적어도 2 종류의 방사 빔은 상기 계측용 기판(202) 상의 동일한 위치에 순차적으로 입사되는 2 종류의 방사 빔을 포함할 수 있다. 상기 2 종류의 방사 빔은 서로 동일한 파장을 가질 수도 있고 서로 다른 파장을 가질 수도 있다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 노광 공정 계측 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 17을 참조하여 설명하는 예시적인 노광 공정 계측 방법은 도 7에 예시한 노광 장치(100) 및 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)를 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 노광 장치 및 노광 공정 계측 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
도 17을 참조하면, 공정 P310에서, 노광 공정을 이용하여 기판 상의 동일 레벨에 피쳐 패턴과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 형성한다.
일부 실시예들에서, 공정 P310에서 상기 포커스 계측 마크는 도 9a 내지 도 10에 예시한 포커스 계측 마크(66, 76), 및 도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크(86A, 86B, 86C, 86D, 86E) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 포커스 계측 마크를 형성하기 위하여, 도 9a 및 도 9b에 예시한 기판(62)을 사용할 수 있다. 즉, 상기 기판(62) 상에 포토레지스트막을 형성한 후, 도 7에 예시한 노광 장치(100)를 이용한 노광 공정을 수행하고, 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 기판(62) 상의 제1 영역(I)에는 복수의 피쳐 패턴(64)을 형성하고, 상기 기판(62) 상의 제2 영역(II)에는 복수의 계측 패턴(66P)을 포함하는 포커스 계측 마크(66)를 형성할 수 있다. 상기 복수의 피쳐 패턴(64) 및 포커스 계측 마크(66)는 각각 상기 포토레지스트막의 현상 후 기판(62) 상에 남게 되는 포토레지스트 패턴으로 이루어질 수 있다.
공정 P320에서, 상기 복수의 포커스 계측 마크(66) 위에 방사 빔을 입사한다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 포커스 계측 마크(66) 위에 방사 빔을 입사하기 위하여 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)의 투광부(230)를 이용할 수 있다.
공정 P330에서, 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출한다.
일부 실시예들에서, 상기 파워를 검출하기 위하여 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)의 제1 검출부(242)를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 ±n 차 회절광으로서 ±1 차, ±2 차, 또는 ±3 차 회절광을 검출할 수 있다.
공정 P340에서, 상기 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 디포커스를 판별한다.
일부 실시예들에서, 상기 디포커스를 판별하기 위하여 도 16에 예시한 노광 공정 계측 장치(200)의 제1 판별부(262)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 공정 P310에서 도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크(86A, 86B, 86C, 86D, 86E) 중 적어도 하나를 포함하는 기판 타겟을 형성한 경우, 공정 P340에 따라 디포커스를 판별하기 위하여, 제1 방향, 예를 들면 도 11 내지 도 15 각각의 X 방향에서 상기 복수의 기준 패턴(RP1, RP2, RP3) 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3) 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 디포커스를 유추할 수 있다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 노광 공정 계측 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 18에 예시한 노광 공정 계측 방법에서, 도 17을 참조하여 설명한 공정들을 일부 포함하며, 여기서는 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 18을 참조하면, 도 17을 참조하여 설명한 공정 P310 및 공정 P320를 수행한다.
특히, 공정 P310에 따라 기판상에 복수의 피쳐 패턴 및 포커스 계측 마크를 형성하는 데 있어서, 도 10에 예시한 바와 같이 기판 타겟(70)의 제2 영역(II)에 포커스 계측 마크(66) 및 마이크로 DBO 키(76)가 동시에 형성될 수 있다.
또한, 공정 P320에 따라 포커스 계측 마크(66) 위에 방사 빔을 입사하는 데 있어서, 상기 방사 빔이 상기 포커스 계측 마크(66) 및 마이크로 DBO 키(76)에 동시에 입사되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 포커스 계측 마크(66) 및 마이크로 DBO 키(76)는 계측용 기판(70)에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 함께 포함될 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
공정 P360에서, 상기 마이크로 DBO 키(76)로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출한다.
공정 P360에 따라, 마이크로 DBO 키(76)로부터 ±n 차 회절광의 파워를 검출하는 공정은 공정 330에 따라 포커스 계측 마크(66)로부터 ±n 차 회절광의 파워를 검출하는 공정과 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 공정 P360은 공정 P330의 전 또는 후에 수행될 수 있다.
공정 P370에서, 공정 P360에서 검출한 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴의 오버레이 에러를 판별한다.
일부 실시예들에 있어서 공정 P370에 따라 오버레이 에러를 판별하는 공정은 공정 P340에 따라 디포커스를 판별하는 공정과 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 공정 P370은 공정 P340의 전 또는 후에 수행될 수 있다.
도 19a 내지 도 19f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측 방법에 따라 계측용 기판 상에 형성된 포커스 계측 마크를 이용하여 상기 기판 상에 형성된 피쳐 패턴이 노광 공정시 경험한 디포커스를 판별하는 데 있어서, 상기 포커스 계측 마크를 구성하는 복수의 계측 패턴 중 기준 패턴과 시프트 패턴과의 상대적인 거리(D)에 따른 노광 공정시의 회절 효율(diffraction efficiency)을 RCAW (Rigorous Coupled Wave Analysis) 방식으로 평가한 결과 얻어진 그래프들이다.
도 19a 내지 도 19f의 평가를 위하여, 도 11에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)에서 피치(Λ)는 1000 nm으로 고정하고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 1 내지 6 배의 다양한 사이즈를 가지는 포토마스크 샘플들을 형성하였다. 즉, 도 19a는 기준 투광 영역(R20A)(도 11 참조)의 폭(xL, x = 1)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 동일하게 형성한 경우(L_L)이다. 도 19b는 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 2)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 2 배로 형성한 경우(2L_L)이다. 도 19c는 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 3)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 3 배로 형성한 경우(3L_L)이다. 도 19d는 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 4)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 4 배로 형성한 경우(4L_L)이다. 도 19e는 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 5)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 5 배로 형성한 경우(5L_L)이다. 그리고, 도 19f는 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL, x = 6)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 6 배로 형성한 경우(6L_L)이다.
도 19a 내지 도 19f의 평가에 사용된 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 포함하는 포커스 계측 마크 샘플은 다음과 같이 형성하였다. 먼저, 실리콘 기판 상에 하드마스크층, 무기 반사방지막, 및 유기반사방지막을 차례로 형성하고, 상기 유기 반사방지막 위에 포토레지스트막을 형성한 후, 상기 포토레지스트막에 대하여 위에서 설명한 포토마스크 샘플들을 사용하여 노광 공정을 수행하였다. 그 후, 현상 공정을 거쳐 다양한 상대적 거리(P1, P2, P3) (도 11 도 15 참조)를 가지는 복수의 포커스 계측 마크 샘플을 얻었다.
상기 하드마스크층은 총 중량을 기준으로 약 85 ∼ 99 중량%의 비교적 높은 탄소 함량을 가지는 유기 화합물로 이루어지는 SOH (spin-on hardmask) 재료로 구성된 탄소 함유막으로 형성하였다. 상기 무기 반사방지막은 SiON으로 형성하였다. 상기 유기 반사방지막은 BARC (bottom anti-reflective coating)로 형성하였다.
그 후, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 복수의 포커스 계측 마크 샘플 상에 파장 633 nm의 방사 빔을 수직 입사한 후, 상기 복수의 포커스 계측 마크 샘플로부터 회절되는 출력 빔 중 ±1 차 회절광의 파워를 검출하여 기준 패턴과 시프트 패턴과의 상대적인 거리(D)에 따른 노광 공정시의 회절 효율을 평가하였다.
도 19a 내지 도 19f에 있어서, 가로 축의 거리(D)는 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)와의 사이의 상대적인 거리(P1, P2, P3)(도 11 내지 도 15 참조)를 나타내고, "1R"은 +1 차 회절광을 나타내고, "-1R"은 -1 차 회절광을 나타낸다.
도 19a 내지 도 19f의 결과로부터, 도 19a에 예시한 바와 같이 기준 투광 영역(R20A)(도 11 참조)의 폭(xL, x = 1)을 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)과 동일하게 형성한 경우(L_L)를 제외하고, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)와의 사이의 상대적인 거리에 따라 편광 효율이 일정한 패턴으로 변화하는 경향이 있음을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터, 포커스 계측 마크를 구성하는 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)와의 사이의 상대적인 거리와, 상기 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)과의 사이의 상관 관계를 유추할 수 있다.
도 20은 도 11에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30A)에서 피치(Λ)는 1000 nm으로 고정하고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)을 다양하게 형성하였을 때, 디포커스가 (0) 인 경우의 시프트 패턴(SP2)의 위치로부터 디포커스가 (-) 또는 (+)일 때의 시프트 패턴(SP1, SP3)의 위치까지의 시프트 거리에 따라 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)를 나타낸 그래프들이다.
도 20에서, 적어도 200 nm의 시프트 거리 구간에서는 ±1 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE), 즉 -1 차 회절광과 +1 차 회절광과의 차이가 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 20의 결과에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리로부터, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하기 위한 노광 공정시 경험한 디포커스를 유추할 수 있다.
예를 들면, 도 20에서 점선으로 표시한 경우들, 즉 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비가 3:1인 경우 (3L_L), 3.5:1인 경우 (3.5L_L), 4:1인 경우 (4L_L)에는 적어도 200 nm의 시프트 거리 구간의 선형 구간에서 기울기가 다른 경우에 비해 더 크다. 따라서, 미세한 시프트 거리 변화에 대한 ±1 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)를 더욱 정밀도 높게 유추할 수 있다.
도 21은 도 12에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30C)에서 피치(Λ)가 2000 nm이고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비가 4:1일 때, 시프트 패턴(SP2)의 시프트 거리에 따라 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광(1R), ±2 차 회절광(2R), 및 ±3 차 회절광(3R) 각각의 파워 편차 (ΔDE)를 나타낸 그래프이다.
도 21에서, 적어도 500 nm의 시프트 거리 구간에서는 ±1 차, ±2 차, 및 ±3 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)가 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 21의 결과에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리로부터, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하기 위한 노광 공정시 경험한 디포커스를 유추할 수 있다.
도 22는 도 13에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30D)에서 피치(Λ)가 2000 nm이고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비가 8:1일 때, 시프트 패턴(SP2)의 시프트 거리에 따라 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광(1R), ±2 차 회절광(2R), 및 ±3 차 회절광(3R) 각각의 파워 편차 (ΔDE)를 나타낸 그래프이다.
도 22에서, 적어도 600 nm의 시프트 거리 구간에서는 ±1 차, ±2 차, 및 ±3 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)가 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 22의 결과에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리로부터, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하기 위한 노광 공정시 경험한 디포커스를 유추할 수 있다.
도 23은 도 14에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30E)에서 피치(Λ)가 2000 nm이고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비가 4:1일 때, 시프트 패턴(SP2)의 시프트 거리에 따라 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광(1R), ±2 차 회절광(2R), 및 ±3 차 회절광(3R) 각각의 파워 편차 (ΔDE)를 나타낸 그래프이다.
도 23에서, 적어도 400 nm의 시프트 거리 구간에서는 ±1 차, ±2 차, 및 ±3 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)가 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 23의 결과에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리로부터, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하기 위한 노광 공정시 경험한 디포커스를 유추할 수 있다.
도 24는 도 15에 예시한 포커스 계측 마크 영역(30F)에서 피치(Λ)가 2000 nm이고, 기준 투광 영역(R20A)의 폭(xL)과 시프트 투광 영역(S20A)의 폭(L)의 비가 7:1일 때, 시프트 패턴(SP2)의 시프트 거리에 따라 포커스 계측 마크로부터 회절된 ±1 차 회절광(1R), ±2 차 회절광(2R), 및 ±3 차 회절광(3R) 각각의 파워 편차 (ΔDE)를 나타낸 그래프이다.
도 24에서, 적어도 400 nm의 시프트 거리 구간에서는 ±1 차, ±2 차, 및 ±3 차 회절광의 파워 편차 (ΔDE)가 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 24의 결과에 의거하여, 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)과의 상대적인 거리로부터, 상기 기준 패턴(RP1, RP2, RP3)과 시프트 패턴(SP1, SP2, SP3)을 형성하기 위한 노광 공정시 경험한 디포커스를 유추할 수 있다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 25를 참조하면, 공정 P510에서, 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다.
상기 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판은 Si (silicon) 또는 Ge (germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs (gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은 BOX 층 (buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판은 STI (shallow trench isolation) 구조와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다. 상기 기판상에는 절연막, 도전막, 반도체막, 금속막, 금속 산화막, 금속 질화막, 폴리머막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 막이 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 포토레지스트막은 EUV (13.5 nm)용 레지스트 재료로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 포토레지스트막은 F2 엑시머 레이저 (157nm)용 레지스트, ArF 엑시머 레이저 (193nm)용 레지스트, 또는 KrF 엑시머 레이저 (248 nm)용 레지스트로 이루어질 수도 있다. 상기 포토레지스트막은 포지티브형 포토레지스트 또는 네가티브형 포토레지스트로 이루어질 수 있다.
공정 P520에서, 제1 초점 설정치를 적용하여 상기 포토레지스트막을 노광한다.
상기 노광 공정은 도 7에 예시한 노광 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 다양한 노광 설비를 이용하여 상기 노광 공정을 수행할 수 있다.
공정 P530에서, 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 기판 상에 배치되는 피쳐 패턴과 포커스 계측 마크를 동시에 형성한다.
상기 포커스 계측 마크는 상기 기판 상에서 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함한다.
일 예에서, 상기 포커스 계측 마크는 도 9a 내지 도 10에 예시한 포커스 계측 마크(66), 및 도 11 내지 도 15에 예시한 포커스 계측 마크(86A, 86B, 86C, 86D, 86E) 중 적어도 하나일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경된 포커스 계측 마크를 사용할 수 있다.
공정 P540에서, 상기 포커스 계측 마크 위에 방사 빔을 입사한다. 상기 방사 빔은 230 ∼ 850 nm의 파장을 가질 수 있다.
공정 P540에 따른 방사 빔 입사 공정은 도 17 및 도 18의 공정 P320에 대하여 설명한 바와 같은 방법으로 수행될 수 있다.
공정 P550에서, 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출한다.
일부 실시예들에서, 상기 ±n 차 회절광의 파워를 검출하기 위하여 도 17 및 도 18을 참조하여 공정 P330에 대하여 설명한 바와 같은 공정을 수행할 수 있다.
공정 P560에서, 공정 P550에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여, 공정 P520에 따른 노광시 상기 피쳐 패턴이 경험한 디포커스를 유추한다.
상기 디포커스는 포커스 계측 마크(66, 86A, 86B, 86C, 86D, 86E) (도 9a 내지 도 15 참조)를 구성하는 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 유추될 수 있다.
공정 P530에서 도 10에 예시한 바와 같이 기판(62) 상에 포커스 계측 마크(66) 형성과 동시에 오버레이 에러 계측용 마이크로 DBO 키(76)를 더 형성한 경우, 공정 560에서 상기 피쳐 패턴에 대한 초점 변화를 유추하는 동안, 상기 마이크로 DBO 키로부터의 출력 광 중 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 더 검출할 수 있으며, 이와 같이 검출된 ±n 차 회절광의 파워로부터 상기 복수의 피쳐 패턴에 대한 오버레이 에러를 더 유추할 수 있다.
공정 P570에서, 공정 P560에서 유추한 디포커스에 의거하여 상기 제1 초점 설정치의 보완 여부를 판단한다.
도 26은 도 25의 공정 P560에 따라 상기 피쳐 패턴이 노광시 경험한 디포커스를 유추하는 예시적인 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 26을 참조하면, 도 25의 공정 P550에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 기준 패턴과 시프트 패턴과의 사이의 상대적인 거리를 유추한다.
공정 P564에서, 공정 P562에서 유추한 기준 패턴과 시프트 패턴과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 포토레지스트막을 노광하는 단계에서 적용된 디포커스를 유추한다.
상기 디포커스를 유추하는 데 있어서, 도 19a 내지 도 24를 참조하여 설명한 평가예들과 유사한 방법으로 평가한 결과를 이용할 수 있다.
도 27은 도 25의 공정 P570에 따라 제1 초점 설정치의 보완 여부를 판단하는 예시적인 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 27을 참조하면, 공정 P572에서, 도 25의 공정 P560에서 유추한 디포커스, 또는 도 26의 공정 P564에서 유추한 디포커스에 의거하여 상기 제1 초점 설정치에 대한 재설정 여부를 판단한다.
공정 P574에서, 공정 P572에서의 재설정 여부 판단 결과에 의거하여, 후속 노광 공정에서의 제2 초점 설정치를 결정한다.
만일, 도 25의 공정 P560에서 유추한 디포커스, 또는 도 26의 공정 P564에서 유추한 디포커스가 허용치 이내인 경우, 후속의 노광 공정에서는 해당 위치에 대한 초점 설정치를 변경하지 않고 그대로 유지할 수 있다. 반면, 도 25의 공정 P560에서 유추한 디포커스, 또는 도 26의 공정 P564에서 유추한 디포커스가 허용치를 벗어나는 경우, 상기 제2 초점 설정치는 유추한 초점 변화 또는 유추한 실제 초점을 보상할 수 있는 새로운 값으로 설정될 수 있다.
도 25 내지 도 27을 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 따르면, 노광 및 현상 공정을 거쳐 얻어진 포토레지스트 패턴에 대하여 노광 공정시 경험한 초점 변화를 모니터링하는 데 있어서, 노광 장치의 디포커스에 따라 포커스 계측 마크의 기준 패턴과 시프트 패턴과의 사이의 상대적인 거리가 달라지는 점을 이용하여, 상기 포커스 계측 마크로부터의 회절광을 분석함으로써, 기판상의 포토레지스트막이 노광 공정시 경험한 초점 변화를 수 nm의 미세한 수준까지 정확하게 유추할 수 있다. 따라서, 집적회로 소자 제조를 위한 리소그래피 공정시 적용된 노광 장치의 초점 및 리소그래피 공정에서 경험한 미세한 초점 변화를 비파괴 방식으로 인라인 모니터링하는 것이 가능하다.
또한, 집적회로 소자의 제조 공정에 있어서, 노광 및 현상 공정을 거쳐 얻어진 복수의 회절 패턴으로부터 회절되는 출력 빔 중 ±n 차 회절광을 이용하여 상기 포커스 계측 마크와 동일 레벨에 형성된 복수의 피쳐 패턴에 대한 초점 변화를 측정함과 동시에, 상기 포커스 계측 마크에 인접하게 형성된 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 ±n 차 회절광을 이용하여, 상기 복수의 피쳐 패턴에 대한 오버레이 에러를 측정할 수 있다. 따라서, 실제 제품 제조 공정에서 1 개의 기판 타겟을 이용하여 초점 변화 및 오버레이 에러를 동시에 인라인 모니터링할 수 있고, 이에 따라 계측 시간을 감소시킬 수 있어 집적회로 소자 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자 제조 장치를 사용하여 제조된 집적회로 소자를 포함하는 메모리 카드(1200)의 블록 다이어그램이다.
메모리 카드(1200)는 명령 및 어드레스 신호 C/A를 생성하는 메모리 콘트롤러(1220)와, 메모리 모듈(1210), 예를 들면 1 개 또는 복수의 플래시 메모리 소자를 포함하는 플래시 메모리를 포함한다. 메모리 콘트롤러(1220)는 호스트에 명령 및 어드레스 신호를 전송하거나 이들 신호를 호스트로부터 수신하는 호스트 인터페이스(1223)와, 명령 및 어드레스 신호를 다시 메모리 모듈(1210)에 전송하거나 이들 신호를 메모리 모듈(1210)로부터 수신하는 메모리 인터페이스(1225)를 포함한다. 호스트 인터페이스(1223), 콘트롤러(1224), 및 메모리 인터페이스(1225)는 공통 버스 (common bus)(1228)를 통해 SRAM과 같은 콘트롤러 메모리(1221) 및 CPU와 같은 프로세서(1222)와 통신한다.
메모리 모듈(1210)은 메모리 콘트롤러(1220)로부터 명령 및 어드레스 신호를 수신하고, 응답으로서 메모리 모듈(1210)상의 메모리 소자 중 적어도 하나에 데이터를 저장하고 상기 메모리 소자 중 적어도 하나로부터 데이터를 검색한다. 각 메모리 소자는 복수의 어드레스 가능한 메모리 셀과, 명령 및 어드레스 신호를 수신하고 프로그래밍 및 독출 동작중에 어드레스 가능한 메모리 셀중 적어도 하나를 억세스하기 위하여 행 신호 및 열 신호를 생성하는 디코더를 포함한다.
메모리 콘트롤러(1220)를 포함하는 메모리 카드(1200)의 각 구성품들, 메모리 콘트롤러(1220)에 포함되는 전자 소자들 (1221, 1222, 1223, 1224, 1225), 및 메모리 모듈(1210) 중 적어도 하나는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 타겟으로부터 형성된 집적회로 소자, 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측 방법을 통해 제조된 집적회로 소자, 또는 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 제조된 집적회로 소자를 포함한다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 의해 제조된 집적회로 소자를 포함하는 메모리 카드(1310)를 채용하는 메모리 시스템(1300)의 블록 다이어그램이다.
메모리 시스템(1300)은 공통 버스(1360)를 통해 통신하는 CPU와 같은 프로세서(1330), 랜덤 억세스 메모리(1340), 유저 인터페이스(1350) 및 모뎀(1320)을 포함할 수 있다. 상기 각 소자들은 공통 버스(1360)를 통해 메모리 카드(1310)에 신호를 전송하고 메모리 카드(1310)로부터 신호를 수신한다. 메모리 카드(1310)와 함께 프로세서(1330), 랜덤 억세스 메모리(1340), 유저 인터페이스(1350) 및 모뎀(1320)을 포함하는 메모리 시스템(1300)의 각 구성품들 중 적어도 하나는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 타겟으로부터 형성된 집적회로 소자, 본 발명의 기술적 사상에 의한 노광 공정 계측 방법을 통해 제조된 집적회로 소자, 또는 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 제조된 집적회로 소자를 포함한다.
메모리 시스템(1300)은 다양한 전자 응용 분야에 응용될 수 있다. 예를 들면, SSD (solid state drives), CIS (CMOS image sensors) 및 컴퓨터 응용 칩 세트 분야에 응용될 수 있다.
본 명세서에서 개시된 메모리 시스템들 및 소자들은 예를 들면, BGA (ball grid arrays), CSP (chip scale packages), PLCC (plastic leaded chip carrier), PDIP (plastic dual in-line package), MCP (multi-chip package), WFP (wafer-level fabricated package), WSP (wafer-level processed stock package) 등을 포함하는 다양한 소자 패키지 형태들 중 임의의 형태로 패키지될 수 있으며, 상기 예시된 바에 한정되는 것은 아니다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10: 포토 마스크, 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F: 포커스 계측 마크 영역, 32: 포커스 모니터 패턴, 40: 오버레이 키 패턴, RP1, RP2, RP3: 기준 패턴, SP1, SP2, SP3: 시프트 패턴.

Claims (20)

  1. 웨이퍼상의 칩 영역에 집적 회로를 구성하는 데 필요한 메인 패턴 (main pattern)이 형성된 메인 패턴 영역과,
    상기 메인 패턴으로부터 이격된 위치에 형성된 복수의 포커스 모니터 패턴 (focus monitor pattern)을 포함하는 포커스 계측 마크 (focus metrology mark) 영역을 포함하고,
    상기 포커스 계측 마크 영역은
    투명 기판과,
    상기 투명 기판을 통과하는 빛의 위상을 변경시키기 않는 기준 투광 영역과, 상기 기준 투광 영역을 한정하도록 상기 투명 기판을 덮는 기준 차광 패턴을 포함하는 적어도 하나의 기준 구간 (reference section)과,
    상기 투명 기판을 통과하는 빛에 대하여 180° 이외의 위상 시프트를 야기하는 시프트 투광 영역과, 상기 시프트 투광 영역을 한정하도록 상기 투명 기판을 덮는 시프트 차광 패턴을 포함하는 적어도 하나의 위상 시프트 구간 (phase shift section)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 기준 구간 및 상기 적어도 하나의 위상 시프트 구간은 제1 방향을 따라 일렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판에서 상기 시프트 투광 영역의 두께는 상기 기준 투광 영역의 두께와 다른 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시프트 투광 영역은
    상기 기준 투과 영역의 두께와 동일한 두께를 가지는 제1 투광부와,
    상기 기준 투과 영역의 두께와 다른 두께를 가지는 제2 투광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포커스 계측 마크 영역은 복수의 기준 구간 및 복수의 위상 시프트 구간을 포함하고,
    상기 복수의 기준 구간 및 상기 복수의 위상 시프트 구간은 상기 제1 방향을 따라 한 구간씩 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  5. 기판과,
    상기 기판 상에 형성된 피쳐 패턴과,
    상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 상기 기판 상의 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 서로 이격된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측용 기판 타겟.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 계측 패턴은
    서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과,
    상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측용 기판 타겟.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 방향에서, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택된 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중 상기 선택된 하나의 기준 패턴 그룹에 이웃하는 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 최단 거리는 상기 제1 방향을 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측용 기판 타겟.
  8. 기판과, 상기 기판 상에 형성된 피쳐 패턴과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 상기 기판 상의 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 서로 이격된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 포함하는 계측용 기판을 지지하도록 구성된 스테이지와,
    방사 빔을 생성하도록 구성된 조명 장치와,
    상기 조명 장치에서 생성된 방사 빔을 편광시켜 상기 계측용 기판의 상기 포커스 계측 마크에 입사하도록 구성된 편광기(polarizer)를 포함하는 투사 장치와,
    상기 계측용 기판의 상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하도록 구성된 제1 검출부를 포함하는 검출 장치와,
    상기 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스(defocus)에 대한 제1 데이터를 저장하도록 구성된 제1 저장 매체를 포함하는 데이터 스토리지와,
    상기 데이터 스토리지에 저장된 데이터에 의거하여, 상기 검출 장치에서 검출한 ±n 차 회절광의 파워 편차로부터, 노광 장치에서 상기 피쳐 패턴이 형성될 때 경험한 디포커스를 판별하는 제1 판별부를 포함하는 판별 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함하고,
    상기 디포커스에 대한 제1 데이터는
    상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 산출된 데이터인 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 판별 장치에서 판별한 디포커스에 의거하여 보상된 초점 데이터를 산출하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 계측용 기판은 상기 피쳐 패턴과 동시에 형성된 마이크로 DBO 키 (micro diffraction based overlay key)를 더 포함하고,
    상기 검출 장치는 상기 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하도록 구성된 제2 검출부를 더 포함하고,
    상기 판별 장치는 상기 제2 검출부에서 검출된 상기 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴의 오버레이 에러 (overlay error)를 판별하는 제2 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 포커스 계측 마크 및 상기 마이크로 DBO 키는 상기 투사 장치를 통해 상기 계측용 기판에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 투사 장치는 상기 편광기에 의해 편광된 적어도 2 종류의 방사 빔을 상기 계측용 기판의 위치 이동이 없는 상태에서 상기 계측용 기판 상에 입사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 조명 장치는 230 ∼ 850 nm의 파장을 가지는 방사 빔을 생성하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 장치.
  15. 노광 공정을 이용하여 기판 상의 동일 레벨에 피쳐 패턴과, 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 형성하는 단계와,
    상기 포커스 계측 마크 위에 방사 빔을 입사하는 단계와,
    상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하는 단계와,
    상기 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스를 유추하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함하고,
    상기 디포커스를 판별하는 단계는
    상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 디포커스를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 계측용 기판은 상기 피쳐 패턴과 동시에 형성되고 상기 계측용 기판에 입사되는 방사 빔의 1 회 빔 샷에 의해 형성되는 1 회 측정 스팟의 범위 내에 상기 포커스 계측 마크와 함께 포함될 수 있는 위치에 형성되어 있는 마이크로 DBO 키 (micro diffraction based overlay key)를 더 포함하고,
    상기 마이크로 DBO 키로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 ±n 차 회절광에 대한 파워 편차로부터 상기 복수의 피쳐 패턴의 오버레이 에러를 판별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 공정 계측 방법.
  18. 기판 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계와,
    제1 초점 설정치를 적용하여 상기 포토레지스트막을 노광하는 단계와,
    상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 기판 상에 위치되는 피쳐 패턴과, 상기 기판 상에서 상기 피쳐 패턴이 형성된 레벨과 동일 레벨에 형성되고 상기 피쳐 패턴의 초점 변화를 계측하기 위하여 서로 이격되어 배치된 복수의 계측 패턴을 포함하는 포커스 계측 마크를 동시에 형성하는 단계와,
    상기 포커스 계측 마크 위에 방사 빔을 입사하는 단계와,
    상기 포커스 계측 마크로부터 회절되는 출력 빔 중 0 차 회절광에 대하여 대칭적으로 대면하도록 동일 각도로 회절된 ±n 차 회절광 (n은 1 이상의 정수)의 파워를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 ±n 차 회절광의 파워에 의거하여 상기 계측용 기판이 노광 공정시 경험한 것으로 판단되는 디포커스를 유추하는 단계와,
    상기 유추한 디포커스에 의거하여 상기 제1 초점 설정치의 보완 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 계측 패턴은 서로 일정 간격을 사이에 두고 제1 방향을 따라 이격된 복수의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 기준 패턴 그룹 각각의 사이에 1 그룹씩 배치되고 상기 제1 방향을 따라 상기 복수의 기준 패턴 그룹과 일직선상에 배치된 복수의 시프트 패턴 그룹을 포함하고,
    상기 디포커스를 판별하는 단계는
    상기 제1 방향에서 상기 복수의 기준 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 기준 패턴 그룹과, 상기 복수의 시프트 패턴 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 시프트 패턴 그룹과의 사이의 상대적인 거리에 의거하여 상기 디포커스를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 검출된 ±n 차 회절광의 파워로부터 상기 복수의 피쳐 패턴에 대한 오버레이 에러를 유추하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법.
KR1020140096766A 2014-07-29 2014-07-29 포커스 계측 마크를 포함하는 포토마스크, 포커스 모니터 패턴을 포함하는 계측용 기판 타겟, 노광 공정 계측 방법, 및 집적회로 소자의 제조 방법 KR102246872B1 (ko)

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