KR20190029469A - 포토리소그래픽 마스크를 검사하는 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 마스크 계측 장치 - Google Patents

포토리소그래픽 마스크를 검사하는 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 마스크 계측 장치 Download PDF

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KR20190029469A
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디르크 헬벡
마르쿠스 코흐
렌조 카펠리
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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 마스크 계측 장치에서 극자외선(EUV) 파장 범위를 위한 포토리소그래픽 마스크를 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 마스크의 적어도 하나의 구조화된 영역이 선택되며, 리소그래픽 생성 런에서 마스크에 제공되는 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 스캐너 광자 수와, 측정이 실행되는 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 계측 광자 수가 결정된다. 그 다음으로, 광자 통계 검사 모드가 스캐너 광자 수와 계측 광자 수를 기초로 하여 정해지며, 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 에어리얼 이미지가 마스크 계측 장치로 생성된다.

Description

포토리소그래픽 마스크를 검사하는 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 마스크 계측 장치{METHOD FOR EXAMINING PHOTOLITHOGRAPHIC MASKS AND MASK METROLOGY APPARATUS FOR PERFORMING THE METHOD}
본 발명은, 마스크가 반도체 소자의 마이크로리소그래픽 제조에 사용될 때, 이들 마스크를 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이 방법을 실행하기 위해 설계된 장치에 관한 것이다.
포토리소그래픽 마스크 - 일반적으로 포토마스크, 마스크 또는 레티클로도 종종 지칭됨 - 는 투영 템플릿이며, 이 투영 템플릿의 가장 중요한 응용이 반도체 소자, 특히 집적 회로를 생성하기 위한 포토리소그래피이다. 반도체 산업에서 계속해서 성장하고 있는 집적 밀도의 결과로서, 포토리스래픽 마스크는 감광성 층 상에, 즉 웨이퍼 상의 포토레지스트 상에 더욱더 작은 구조를 이미징해야 한다. 이러한 요건을 충족하기 위해, 포토리소그래픽 마스크의 노광 파장은 전자기 스펙트럼의 근자외선으로부터 중-자외선을 거쳐 원자외선 범위로 시프트되었다. 현재, 웨이퍼 상의 포토레지스트를 노광하기 위해 193nm의 파장이 보통 이용된다. 미래의 리소그래피 시스템은 아마도 극자외선(EUV) 범위(바람직하게는 그러나 반드시 6nm 내지 15nm의 범위는 아님)의 파장과 아마도 동작할 것이다. 현재 특히 바람직한 파장은 13.5nm이다.
EUV 파장 범위는, 미래의 리소그래피 시스템의 빔 경로에서의 광학 소자의 정밀도에 큰 수요를 두고 있다. 광학 소자, 그러므로 또한 포토리소그래픽 마스크가 반사성 광학 소자일 개연성이 매우 높다. 그러한 마스크는 예컨대 몰리브덴과 실리콘의 주기적 시퀀스로 된 다층 구조를 갖는다. 또한, 흡수 패턴 소자의 흡수재 구조가 이 다층 구조에 적용된다. 흡수재 구조의 패턴 소자에 의해 덮이는 EUV 마스크의 영역에서, 입사 EUV 광자는 다른 영에서처럼 흡수되거나 적어도 반사되지 않는다. 결국, 증가한 분해능의 포토리소그래픽 마스크의 생성은 더욱 더 복잡하게 되고 있으며 그리하여 또한 더욱더 고가가 되고 있다.
포토리소그래픽 마스크는 대체로 에러가 없어야 하며, 이는 마스크의 에러는 각 노광 동안 각 웨이퍼 상에서 재현될 것이기 때문이다. 포토리소그래픽 마스크의 경우에, 포토리소그래픽 마스크 상의 흡수재 구조의 패턴 소자가 반도체 소자의 설계에 의해 미리 결정되는 구조 소자를 웨이퍼 상의 포토레지스트 상에 정확히 이미징함이 중요하다. 흡수재 패턴에 의해 포토레지스트에 생성되는 구조 소자의 의도한 치수를 임계 치수(CD)라 칭한다. 이 치수 및 그 변형(CDU: Critical Dimension Uniformiy)이 포토리소그래피 마스크 품질에 대한 중심 특징 변수이다. 본 단락에서 포토리소그래픽 마스크에서의 에러의 자유도가 의미하는 점은, 화학선 파장(actinic wavelength)으로 노광 시 마스크가 미리 결정된 에러 간격 내에서 의도한 치수를 웨이퍼 상에 이미징한다는 점, 즉 CD가 미리 결정된 에러 간격 내에서만 변할 수 있다는 점이다. 이 조건이 만족된다면, 포토리소그래픽 마스크는 웨이퍼 상에서 가시적 결함 또는 인쇄 가능한 결함을 갖지 않는다. 모든 결함이 인쇄 가능한 효과가 되지는 않으므로, 마스크는 마스크 계측 장치를 사용하여 검사한다. 예를 들어, 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하의 AIMS 및 시리즈 WLCD를 들 수 있다.
예컨대 193nm와 같은 UV 파장으로부터 EUV 파장으로의 전환 시에, 광자의 통계 효과가 역할을 함이 알려져 있다. 리소그래피 장치에서 193nm로부터 13.5nm로의 파장 감소는 결국 대략 14배 더 높은 광자 에너지를 야기한다. 리소그래픽 방식으로 규정된 구조의 크기의 감소는 또한 결국 대략 5 내지 10배 더 높은 구조의 표면 밀도를 야기한다. 결국, 구조 소자당 대략 2자릿수 더 적은 광자가 EUV 리소그래피에서 사용되어, 결과적으로, 통계 효과는 상당히 증가한다. 이들 효과는 예컨대 "EUV 인쇄 가능성 한계치에 대한 확률 효과의 영향"(P. De Bisschopa 등, 2014, SPIE Vol 9048의 프로시져) 및 "LCDU에 대한 EUV 마스크 CD 가변성의 기여"(Zhengqing John Qi 등, 2017, SPIE 10243의 프로시져)에 기재되어 있다.
통계 효과는 먼저, 광자의 포토마스크와의 상호작용으로 인해 에어리얼 이미지(aerial image)에서 야기되며, 게다가, 통계 효과는 마찬가지로 포토레지스트에서의 노광 동안에 발생한다. 노광된 웨이퍼에 관한 통상적인 특징 변수는 예컨대 라인 에지 러프니스(LER: Line Edge Roughness), 라인 폭 러프니스(LWR: Line Width Roughness) 및 웨이퍼-측 임계 치수의 국부적 변경(LCDU: Local Critical Dimension Uniformity)이다. 특히, 마스크 및 처리 제어의 경우 그리고 리소그래픽 프로세스 및 포토레지스트의 품질 개발의 경우, 에어리얼 이미지와 포토레지스트의 통계 처리에 대한 기여의 분리가 유리하다.
그러므로 본 발명의 목적은, 광자의 마스크와의 상호작용으로 인해 초래된 통계 기여에 관하여 리소그래피 장치의 추후 사용에 가능한 근접한 조건 하에서 포토리소그래픽 마스크의 검사 및 인증을 허용하는 것이다.
본 발명의 제1 양상에 따라, 마스크 계측 장치에서 극자외선(EUV) 파장 범위를 위한 포토리소그래픽 마스크를 검사하기 위한 방법이 그에 따라 명시되어 있으며, 이 방법은 다음의 단계를 포함한다:
a. 마스크의 적어도 하나의 구조화된 영역을 선택하는 단계,
b. 리소그래픽 생성 런(run)에서 마스크에 제공되는 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 스캐너 광자 수(scanner photon number)를 결정하는 단계,
c. 측정이 실행되는 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 계측 광자 수를 결정하는 단계,
d. 단계 b)로부터의 스캐너 광자 수와 단계 c)로부터의 계측 광자 수를 기초로 하여 광자 통계 검사 모드를 정하는 단계,
e. 마스크 계측 장치로 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성하는 단계.
마스크 계측 장치에서, 마스크의 에어리얼 이미지는, 마스크의 선택된 영역의 이미지가 원하는 품질을 갖는지를 확인하기 위해 레코딩된다. 가능한 결함이 영역에서 식별된다면, 그러한 에어리얼 이미지를 기초로 하여, 그러한 결함이 또한 노광된 웨이퍼에 영향을 가지는지를 확인할 수 있다. 다시 말해, 결함이 인쇄되는지가 결정된다. 결함이 웨이퍼에서의 이미징된 구조에 영향을 갖지 않는다면, 마스크는 계속 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 이 효과가 웨이퍼에서 이미징된 구조에 결함을 또한 초래한다면, 조치를 취해야 한다. 결함 마스크를 사용하지 않는 것이 가능하다. EUV 범위에서의 마스크의 가격은 매우 높기 때문에, 이점은 큰 경제적 손실을 야기한다. 대안적인 조치는 결함을 정정하는 것이다. 그러한 정정이 실행된다면, 추후의 단계에서 정정의 성공을 체크해야 한다. 그러한 검증 단계에서, 정정된 마스크는 마스크 계측 장치에서 다시 한번 측정된다. 측정을 실행하기 위해, 먼저, 측정될 마스크의 영역을 그에 따라 선택해야 한다. 구조가 웨이퍼에서 어떻게 이미징되는지를 확인할 의도이므로, 이 영역은 구조화된 영역으로부터 적어도 부분적으로 취해야 한다.
통상적으로, 측정에 대한 마스크 계측 장치 자체의 영향을 가능한 작게 유지하려는 시도가 마스크 계측 장치에서 이뤄진다. 마스크의 에어리얼 이미지 또는 에어리얼 이미지 시리즈가 마스크 계측 장치에서 레코딩된다. 마스크 계측 장치는, 예컨대 에어리얼 이미지를 레코딩하기 위해 CCD를 갖는 카메라와 같은 레코딩 디바이스와 광원을 종종 포함한다. 마스크 계측 장치에서 사용되는 광원은 리소그래피 장치에서 사용되는 것들 - 종종 스캐너로도 알려짐 - 과는 상이할 수 있으며, 이는, 요즘의 리소그래피 장치는 스텝-앤-스캔 원리로 동작하기 때문이다. 계측 광원의 특수한 속성이 포토리소그래픽 마스크의 영역의 에어리얼 이미지에 가능한 적게 영향을 미침을 보장하기 위해, 측정 지속기간은 통상적으로 길게 선택되어, 계측 광원의 통계적으로 변화하는 속성은 평균화로 인해 마스크의 에어리얼 이미지에 단지 적게 기여를 한다. 이러한 계측 광자 수(NMetro)는 그러므로 파장, 계측 광원의 출력 및 측정 지속기간, 즉 에어리얼 이미지 또는 에어리얼 이미지 시리즈의 레코딩 동안의 통합 시간으로도 알려진 것에 의존한다. (특히 영어 사용 지역에서 사용되는) 용어, "도즈(dose)"는, 예컨대 포토레지스트를 노광시키는데 필요한 에너지량인 "도즈 투 클리어(dose to clear)"와 같이 여기서 에너지량을 지칭한다. 에너지 량(E)은 여기서 알려진 수학식(E=N*h*c/λ)에 의해 광자 수(N)와 관련된다. 이 경우, λ는 파장을 나타내고, c는 진공 중의 광속을 나타내며, h는 플랑크 상수를 나타낸다.
포토레지스트를 노광하기 위해 리소그래피 장치에서 사용되는 광자 수(NScanner)는 레지스트 속성에 의해 정해진다. 반도체 소자 제조의 빠른 주기 시간이 중요하므로, 포토레지스트는 저 에너지량으로 노광되어야 한다. EUV 광에서의 광자 수(NEUV)가 앞서 언급한 수학식으로부터 DUV 광에서의 광자 수(NDUV)에 의해 획득되므로, 더 적은 수의 EUV 광자가 동일한 에너지 량에서 필요하다.
Figure pat00001
예컨대, λEUV=13.5nm 및 λDUV=193nm이 선택된다면, EUV 광자 수(NEUV)=0.07NDUV의 결과를 얻는다, 즉 14배 더 낮은 광자 수를 얻는다. 이점은, 이미징된 구조의 소정의 사이트에서 입사하는 상이한 광자 수에 의존하는 포토레지스트에서의 효과를 결국 얻는다. 예컨대, 리소그래피 장치의 동작 파라미터를 동일하게 설정하면, 임계 치수(CD), 라인 에지 러프니스(LER), 라인 폭 러프니스(LWR) 및 기타 파라미터는 웨이퍼의 상이한 위치에서 더욱 통계적으로 변동할 수 있다. 통계적 변동의 영향을 낮추기 위한 한 가지 명백한 가능성은 스캐너의 광자 수(NScanner)를 증가시키는 것이다. 그러나 이점은 생산성을 동일한 팩터 만큼, 즉 이전 생산성의 예컨대 7%만큼 낮출 것이다. 이런 이유로, 이 해법은 유리하지 않다. 광자 통계에 의해 초래되는 효과는 명백하게 또한 193nm와 같은 더 높은 파장에서 발생한다. 그러나 이 영역에서 효과는 현재 완전히 무시할 수 있다. 그러나 정확도 요건이 심지어 이 파장 영역에서 증가해야 한다면, 본 출원에서 설명한 방법은 원칙적으로 어떠한 파장 범위에 적용할 수 있다.
마스크 계측 장치는 리소그래피 장치와 동일한 생산성 요건을 충족시킬 필요는 없다. 안정적이며 재현 가능한 측정 결과가 가장 중요하다. 이런 이유로, 대응하여 더 큰 광자 수(NMetro)에 의한 더 긴 측정 시간이 일반적으로 선택된다. 이점으로 인해, 측정에서의 광자 통계의 효과는 측정 결과에 무시할만한 영향을 갖는다. 마스크 상의 결함이 관심이라면, 이 모드는 또한 유리하다. 마스크 기록 동안 발생하는 결함 외에, 마무리된 웨이퍼에 대한 광자 통계 효과도 마스크 계측 장치에서 고려해야 한다는 점을 이제 알게 되었다. 이런 이유로, 리소그래픽 생성 런에서 마스크에 제공되는 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 스캐너 광자 수(NScanner)를 결정해야 한다.
마스크 계측 장치에서 포로리소그래픽 마스크의 측정 동안 광자 통계를 정확히 고려할 수 있기 위해서, 먼저, 측정이 실행되는 계측 광자 수(NMetro)를 알아야 한다. 이런 이유로, 에어리얼 이미지가 마스크 계측 장치에서 레코딩되는 레코딩 장치의 에너지 캘리브레이션이 이용 가능해야 한다. 즉, 계측 광자 수와 레코딩 장치의 측정 신호 사이의 관계를 알아야 한다. 레코딩 장치가 예컨대 CCD 카메라라면, 계측 광자 수와 CCD 카메라의 카운트 레이트 사이의 관계는 절대적으로 캘리브레이트되어야 한다.
마스크 계측 장치의 각각의 측정 모드에서 스캐너 광자 수와 계측 광자 수에 따라, 광자 통계 검사 모드를 이제 정하며, 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성한다. 광자 통계 검사 모드는 이 경우 적어도 하나의 에어리얼 이미지의 직접 레코딩 - 여기서 계측 광자 수와 스캐너 광자 수는 실질적으로 동일함 - , 더 나아가, 커서 광자 통계 효과를 무시할 수 있게 하는 계측 광자 수를 갖는 지원 에어리얼 이미지의 레코딩, 및 광자 통계 모델에 의한 에어리얼 이미지의 후속한 변경 또는 다수의 지원 에어리얼 이미지의 레코딩 및 후속한 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성하기 위한 후속한 내삽 또는 외삽일 수 있다. 이들 3개의 광자 통계 검사 모드를 이제 개별적으로 설명할 것이다.
본 발명의 추가 양상에서, 생성을 목적으로, 적어도 하나의 에어리얼 이미지가, 실질적으로 스캐너 광자 수와 동일한 계측 광자 수로 레코딩된다. 이것이 의미하는 점은, 계측 광자 수가 스캐너 광자 수보다 최대 팩터 2만큼, 특히 최대 팩터 1.5만큼, 특히 최대 팩터 1.3만큼, 특히 최대 팩터 1.2만큼, 특히 최대 팩터 1.1만큼 더 크다는 점이다. 이 광자 통계 검사 모드는, 적어도 하나의 에어리얼 이미지가 웨이퍼 상의 추후의 이미지가 리소그래피 장치로 생성되는 조건과 가능한 동일한 조건 하에서 레코딩된다는 장점이 있다. 이 경우에, 에어리얼 이미지에의 개별 기여, 즉 예컨대 광자 통계, 마스크 기록 동안의 통계 효과, 마스크 상의 결함, 마스크의 기록 동안의 시스템 에러 등의 분리는 가능하지 않다. 스캐너 광자 수를 계산할 때, EUV 범위에서의 리소그래피 렌즈가 마스크와 웨이퍼 사이에 배치되는 다수의 광학 효과 미러를 갖는다는 점을 고려해야 한다. 예컨대 "수직 입사" - 즉, NI - 미러로서 알려진 것으로부터 진행하여, 모든 광자의 단지 대략 65% 내지 70%가 각 표면에서 반사된다. 이런 이유로, 스캐너 광자 수의 결정 동안 웨이퍼 평면에서의 광자 수와, 계측 광자 수의 결정 동안 레코딩 장치의 평면에서 광자 수를 고려해야 한다. 마이크로리소그래피 장치와 마스크 계측 장치의 렌즈는 상이하므로, 계측 광원의 소스 출력을 스캐너 광원과 실질적으로 동일하게 설정하는 것으로는 충분치 않다. 계측 광자 수와 스캐너 광자 수의 결정 동안, 광학 시스템에 관한 이해가 포함되어야 한다. 이 광자 통계 검사 모드는 정정된 구조화된 영역을 검증하기 위해 특정한 장점으로 사용될 수 있다. 마스크의 구조화된 영역에서 결함이 식별된 후 정정되었다면, 이러한 정정이 성공하였으며, 임계 치수(CD), 그의 전반적인 및 국부적인 변경(CDU 및 LCDU), 콘트래스트, 라인 에지 러프니스(LER) 또는 라인 폭 러프니스(LWR)에 대한 효과가 남아 있지 않음을 검증할 수 있다. 이것은, 리소그래피 장치에서 추후에 존재할 바와 같은 동일한 조건 하에서 유리하게 실행되어야 한다.
본 발명의 추가 양상에서, 추가 단계가 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성하도록 실행된다. 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지는, 스캐너 광자 수로부터 벗어난 계측 광자 수로 레코딩된다. 다음으로, 에어리얼 이미지는 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지, 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 광자 통계의 모델, 스캐너 광자 수 및 계측 광자 수로부터 계산된다. 정확히 하나의 지원 에어리얼 이미지가, 광자 통계의 영향이 무시할 정도로 작게 되게 하는 계측 광자 수로 유리하게 레코딩된다. 계측 광자 수는 계산된 스캐너 광자 수보다 적어도 팩터 3, 특히 적어도 팩터 5, 특히 적어도 팩터 10, 특히 적어도 팩터 20, 특히 적어도 팩터 30만큼 더 클 수 있다. 계측 광자 수는, 예컨대 CD, CDU, LCDU, 콘트래스트, LER, LWR 등과 같은 평가 변수에 대한 광자 통계의 영향만이 무시할 수 있게 작도록 또한 결정될 수 있다. 이 광자 통계 검사 모드는, 적어도 하나의 에어리얼 이미지에 기여하는 상이한 효과를 분리하는데 특히 유리하게 사용될 수 있다. 직접 측정은, 광자 통계의 효과를 포함하지 않는 에어리얼 이미지를 제공한다. 모든 기여의 전체 효과를 포함하는 에어리얼 이미지는 그 후 레코딩된 지원 에어리얼 이미지의 광자 통계의 알려진 모델과의 결합으로부터 생성된다. 계측 광자 수와 스캐너 광자 수의 이해는 여기서 필요한 전제조건이다.
본 발명의 추가 양상에서, 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지가, 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성하기 위해 서로 상이한 두 개의 계측 광자 수로 레코딩된다. 이후, 적어도 하나의 에어리얼 이미지는 그 후 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지로부터 내삽 또는 외삽에 의해 생성된다. 이 광자 통계 검사 모드는, 상이한 스캐너 광자 수에 대해 다수의 가능한 에어리얼 이미지가 각 이미지를 다시 레코딩할 필요 없이 검사될 수 있다는 장점이 있다. 그러나 지원 에어리얼 이미지의 레코딩은, 지원 에어리얼 이미지가 레코딩되는 계측 광자 수의 거리가 검사될 스캐너 광자 수와 너무 많이 상이하지는 않게 바람직하게는 선택될 수 있다. 이로써, 상이한 스캐너 광자 수에 대한 결과의 정확도와 지원 에어리얼 이미지의 측정의 경비 사이의 관계를 조정할 수 있다. 내삽의 경우에, 스캐너 광자 수는, 지원 에어리얼 이미지가 레코딩되는 최대 계측 광자 수와 최소 계측 광자 수 사이에 있어야 한다. 외삽의 경우에, 스캐너 광자 수는, 지원 에어리얼 이미지가 레코딩되는 최대 계측 광자 수와 최소 계측 광자 수에 의해 결정되는 범위 밖에 있다. 내삽 및 외삽을 위한 많은 방법이 알려져 있다. 예컨대, 이 방법들은 선형 내삽 또는 외삽, 스플라인-기초의 방법, 푸리에 변환을 사용하는 방법 또는 광자 수 의존 모델을 사용하는 방법일 수 있다. 알려져 있는 것은, 많은 추가 내삽 및 외삽 방법을 수학 문헌으로부터 수집할 수 있다는 점이다.
본 발명의 추가 양상에서, 구조화된 영역의 적어도 하나의 구조 파라미터는 추가 단계에서 적어도 하나의 에어리얼 이미지로부터 확인된다. 많은 경우에, 평가 목적으로 2-차원 표현으로서 사용되는 것은 에어리얼 이미지 또는 노광된 웨이퍼가 아니며, 특수한 구조 파라미터가 선택된다. 이들은, 포토리소그래픽 마스크의 구조화된 영역에 존재하는 특정 구조나 구조들에 관련된다. 이들은, 예컨대 밀집된 라인("라인과 공간"), 격리된 라인, 의도한 구조의 이미징에 영향을 갖지만 웨이퍼 상의 이미지에는 스스로가 나타나지는 않는, "보조 특성"으로 알려진 접촉 구멍 또는 다수의 다른 구조일 수 있다. 특수한 구조 파라미터의 평가는 실제 존재하는 구조에 의존한다. 사용될 수 있는 구조 파라미터는, 예컨대 임계 치수(CD), 라인 에지 러프니스(LER), 라인 폭 러프니스(LWR), 임계 치수의 균일성(CDU), 임계 치수의 국부적 균일성(LCDU) 또는 콘트래스트이다. 이들 구조 파라미터의 정확한 한정은 마찬가지로 정확한 구조에 의존할 수 있다. 예컨대, 라인 구조의 임계 치수는 규정된 역치 값에서 동일한 라인 높이의 두 개의 지점 사이의 라인 범위에 수직인 거리로서 한정될 수 있다. 대조적으로, 접촉 구멍의 임계 치수는 특정 역치 값에서 구멍의 둘레나 면적에 비례하는 것으로 한정될 수 있다. 적어도 하나의 에어리얼 이미지의 구조 파라미터의 확인의 장점은 조사할 데이터량이 감소와 또한 평가가 반도체 구조에 대해 관련되는 치수로 집중된다는 점이다.
본 발명의 추가 양상에서, 포토레지스트의 모델은 적어도 하나의 구조 파라미터를 확인하는데 사용된다. 리소그래피 장치에서 웨이퍼 상의 포토레지스트의 실제 노광과 마스크 계측 장치에서 레코딩되는 에어리얼 이미지 사이의 원칙적인 차이는, 포토레지스트에서 발생하며 웨이퍼 상의 구조의 형성에 기여하는 프로세스에 관련된다. 이들 화학 프로세스는 그 자체가 또한 통계 구성요소를 갖는다. 이런 이유로, 포토레지스트의 화학 거동의 모델을 만들며, 이로부터 결정되는 구조 파라미터 또는 마스크 계측 장치로 레코딩되는 에어리얼 이미지가 변경된다. 포토레지스트의 그러한 모델은 종래기술에서 알려져 있다. 이들 모델은 특수하게 사용되는 래커에 의존한다. 이런 이유로, 전용 모델이 각 포토레지스트에 대해 만들어져야 한다. 포토레지스트의 간략화된 모델이 또한 알려져 있다. 가장 간단한 모델은 구조를 결정하기 위한 역치 값의 사용이다. 하나의 위치에서 에너지가 상기 역치 값을 초과한다면, 대응하는 위치는 노광된다. 다른 한편으로, 에너지가 이 역치 값보다 작다면, 대응하는 위치는 노광되지 않는다. 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트가 사용되는지에 따라 역의 관계도 가능하다.
본 발명의 추가 양상에서, 포토리소그래픽 마스크의 구조화된 영역은 의도한 구조와 적어도 하나의 결함을 포함한다. 그러한 마스크 계측 장치의 한 가지 가능한 응용은, 이전 검사 단계에서 포토리소그래픽 마스크 상에 식별된 결함 또는 가능한 결함이 리소그래피 장치 상의 이미징 동안 웨이퍼 상의 구조의 변화로서 사실상 드러나는지를 검사하는 것이다. 다시 말해, 문제는, 이들 결함 또는 가능한 결함이 인쇄되는지 또는 인쇄되지 않는지이다. 마스크가 갖는 추가 절차는 이로부터 유래할 수 있다. 예컨대, 수리 프로세스에서 마스크를 수리할 수 있다. 이점은, 비싼 포토리소그래픽 마스크에 대한 거절 레이트를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 그러한 수리의 경우에, 구조화된 영역의 위치는 저장될 수 있다. 수리 후, 그러한 영역은 마스크 계측 장치로 다시 한번 측정될 수 있다. 그러한 검증 단계에서, 수리가 성공적이었는지가 검사된다.
본 발명의 추가 양상에서, 프로세스 변경 밴드의 표시(representation)가 마스크 계측 장치에 의해 출력된다. 웨이퍼 상의 포토리소그래픽 마스크의 이미징된 구조의 정확한 외양은 포토리소그래픽 프로세스의 여러 파라미터에 의존한다. 이들 파라미터는 예컨대 파장, 조명 설정, 편광, 노광 시간 또는 기타 변수일 수 있다. 특히, 조명 설정에서, 예컨대 이중극 조명, 사중극 조명, 환상 조명, 자유형 조명 등과 같은 다양한 것들이 알려져 있다. 이미징에 관한 그러한 프로세스 파라미터의 영향을 의미 있는 컨텍스트로 표시하기 위해, 프로세스 변경 밴드("PV 밴드")로도 알려진 도면이 사용된다.
본 발명의 추가 양상에서, 적어도 하나의 구조 파라미터에의 기여는 개별적으로 분리한다. 이런 식으로, 포토리소그래픽 마스크, 광자 통계 및/또는 포토레지스트의 기여를 개별적으로 지시할 수 있다.
본 발명의 추가 양상에서, 청구항 1 내지 청구항 11의 방법 단계를 실행하도록 설계된 마스크 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 접촉 구멍의 격자의 이미지와 전체 이미지로부터의 세부 확대를 도시한 도면이다.
도 3은 프로세스 변경 밴드의 도면을 도시하는 도면이다.
도 4는 정규화된 도즈와 국부적인 CDU(LCDU) 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 흐름도의 개략적 예시를 도시한다. 임의의 포토리소그래픽 마스크의 예로서, 접촉 구멍을 갖는 마스크를 여기서 고려한다. 그러한 마스크가 생성하는 이미지를 도 2에 예시한다. 더 작은 영역(22)이 2㎛×2㎛의 범위를 갖는 더 큰 영역(21)으로부터 선택되며, 확대된 형태로 예시된다. 명목상으로, 이것은 웨이퍼 평면에서 22nm의 CD를 갖는 접촉 구멍의 밀집된 배치이다. 통상의 리소그래피 장치가 포토리소그래픽 마스크 상의 구조를 4배 감소시키므로, 마스크 평면에서의 구조는 크기가 4배이다. 이 방법을 실행하기 위해, 먼저, 포토리소그래픽 마스크의 구조화된 영역이 선택된다. 이 경우, 이 영역은 도시된 접촉 구멍의 배치를 포함한다. EUV 광의 광자 통계의 영향을 정확히 고려하기 위해, 먼저 필요한 광자 수가 결정된다. 결정되는 것은, 리소그래피 장치 상의 제조 런에서 마스크에 제공되는 광자 수(NScanner)이다. 또한 결정되는 것은, 적어도 하나의 에어리얼 이미지의 레코딩이 마스크 계측 장치 상에서 실행될 광자 수(NMetro)이다. 이들 두 개의 광자 수는 서로 독립적이므로, 또한 이들은 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 두 개의 결정의 순서는 중요하지 않다. 후속하여, 광자 통계 검사 모드를 정해야 한다. 전체적으로, 다수의 측정이 상이한 광자 통계 검사 모드로 실행되었다.
먼저, 고려되는 것은, 계측 광자 수와 실질적으로 동일한 스캐너 광자 수(NScanner)이다. 그에 따라, 광자 통계 검사 모드가 사용되며, 여기서 적어도 하나의 에어리얼 이미지가 리소그래피 장치와 동일한 조건 하에서 직접 레코딩된다. 레코딩된 에어리얼 이미지는 여기서 도시하지 않는다. 레코딩된 에어리얼 이미지는 그에 따라, 웨이퍼 상에서 리소그래피 장치에서도 볼 수 있는 모든 효과를 포함한다. 즉, 마스크 제조, 리소그래피 렌즈의 실제 이미징, 조명 설정 및 광자 통계의 기여를 포함한다.
레코딩된 에어리얼 이미지는 여기서 직접 도시하지는 않는다. 에어리얼 이미지로부터 구조화된 영역에서의 구조 파라미터를 평가한다. 많은 상이한 구조 파라미터, 예컨대 임계 치수(CD), 라인 에지 러프니스(LER), 라인 폭 러프니스(LWR), 임계 치수의 균일성(CDU), 임계 치수의 국부적 균일성(LCDU), 콘트래스트 등이 사용될 수 도 있다.
알려진 마스크 계측 장치는 다양한 가능한 평가를 제안한다. 이 경우, 접촉 구멍의 임계 치수(CD)를 검사한다. 여기서 관찰한 임계 치수는 접촉 구멍의 면적이다. 상이한 효과를 서로로부터 분리하며 CD에 관한 광자 통계의 효과를 표시하는 것이 바람직할 수 있다. 체계적인 효과, 즉 마스크 제조의 품질은 각 구조의 평균값(반복을 통한 평균)에 의해 기재한다. 이 평균을 측정 값으로부터 뺌으로써, 통계 효과를 격리할 수 있다. 예컨대, 평균 값없이 이들 CD 값을 기초로 하여, (예컨대, 접촉 구멍에 대해 표준 편차의 3배로서) 광자 통계의 국부적 CDU 효과를 계산할 수 있다. 접촉 구멍의 면적을 결정하기 위해, 포토레지스트의 모델이 적용되어야 한다. 여기서, 간단한 역치 값이 사용되어 접촉 구멍의 내부 및 외부 영역을 결정한다. 종래의 이미지 처리 알고리즘이 이때 사용되어 에워싸인 면적 및 결국 CD를 결정한다.
도 4는 y-축 상에서 얻은 CD(LCDU)의 국부적 변동을 도시한다. 정규화된 도즈를 도 4의 x-축에 도시한다. 언급된 관계(E=N*h*c/λ)에 의해, 오즈는 또한 언제라도 광자 수로 변환될 수 있다. 도즈는 여기서 임의의 단위로 주어지므로, 광자 수와 도즈 사이의 실질적인 차이는 없다. 이 예시적인 실시예에서 적용되는 광자 통계 검사 모드는 도 4의 영역(42)에 대응한다. 선택된 스캐너 광자 수에서의 광자 통계의 영향이 최상의 초점 위치(도 4에서 원)에서의 대략 1nm CD의 기여를 이룸을 볼 수 있다. 측정은 또한 최상의 초점 위치 60nm 밖에서도 이뤄졌다. 이 디포커싱의 경우에, 광자 통계의 기여는 대략 1.3nm CD와 1.5nm CD 사이에서 이미 상당히 더 높다. 광자 통계의 영향의 모델이 알려져 있다. 광자의 프와송 분포를 가정하면, 결과는, LCDU가 팩터
Figure pat00002
에 비례한다는 것이다. 도 4는 이 모델이 측정에 의해 확인됨을 도시한다.
지원 에어리얼 이미지의 추가 레코딩은, 스캐너 광자 수보다 훨씬 커서 광자 통계에 의한 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지에 대한 기여가 무시할 정도가 되게 하는 계측 광자 수에서 이뤄진다. 도 4에서, 그러한 계측 광자 수는 선택된 임의의 단위로 0.8 내지 1의 도즈에 대응한다. 이 영역(41)은 도 4에 도시한다. 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지의 평가는 또한 효과를 분리하는데 사용될 수 있다. 이 지원 에어리얼 이미지에서, 마스크 제조 및 리소그래피 장치의 체계적인 효과만이 포함된다. 무시할 수 있는 광자 통계의 효과를 위해 선택되어야 하는 실제 도즈나 계측 광자 수는 고려 중인 실제 구조 치수에 의존한다. 22nm 접촉 구멍인 본 경우에, 대략 0.2-0.1nm CD로의 효과의 감소면 충분하다. 결국, 한계 값이 규정되며, 계측 광자 수는, 규정된 한계 값이 구조 파라미터에서 도달되지 않도록 크게 선택된다. 계측 광자 수에 대한 약한 제곱근 의존으로 인해, 더 양호한 분리가 달성된다면 측정 횟수는 그에 따라 증가함이 자명하다. 여기서, 측정 지속기간은 측정 정확도에 대해 가중되어야 한다.
제2 광자 통계 검사 모드는, 방금 기재하였으며 도 4에 영역(41)으로 예시한 바와 같이, 지원 에어리얼 이미지를 기초로 하여 일어난다. 이를 위해, 극자외선(EUV) 파장 범위, 스캐너 광자 수와 계측 광자 수에서 광자 통계의 기재된 모델과 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지에 대해, 적어도 하나의 에어리얼 이미지가 계산된다. 이 프로세스의 장점은, 광자 통계의 영향이 없는 에어리얼 이미지, 구체적으로는 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지와, 광자 통계의 효과를 포함하는 에어리얼 이미지가 얻어진다는 점이다. 다른 장점은, 상이한 스캐너 광자 수의 시뮬레이션이 지원 에어리얼 이미지의 단 하나의 측정으로부터 신속하게 생성된다는 점이다. 단점은, 이 절차를 위해서 모델에 대한 우수한 이해가 필요하다는 점이다. 이 광자 통계 검사 모드는 그러므로 특히 파라미터 범위의 검사에 적절하다.
추가 광자 통계 검사 모드는, 서로 상이한 두 개의 계측 광자 수와, 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지로부터의 에어리얼 이미지의 후속한 내삽 또는 외삽으로 한 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지의 레코딩을 기초로 한다. 이 경우는 도 4에 도시하고 있지 않지만, 도 4를 기초로 설명할 수 있다. 그러나 여기서 상이한 계측 광자 수에 대한 총 다섯 개의 측정이 주어진다. 이들은 최상의 초점 위치에 대해 원으로서 도시되며, 60nm 디포커스의 경우 사각형으로 도시된다. 0.4의 도즈에 대응하게 될 스캐너 광자 수에서의 평가가, 대략 0.25와 0.5의 도즈 값에 대응하는 계측 광자 수로 레코딩되었던 두 개의 지원 에어리얼 이미지에 적용될 수 있다. 적어도 하나의 에어리얼 이미지는 그 후 두 개의 지원 에어리얼 이미지 사이의 내삽으로서 생성될 수 있다. 포토레지스트의 모델의 이해로, 구조 파라미터는 평가할 수 있다. 또한, 이 예로부터, 간단한 선형 보간과 광자 통계의 모델을 따른 보간이 의미가 있음이 자명하다.
마스크 계측 장치는 사용자에게 매우 다양한 평가 알고리즘을 제공한다. 규정된 광자 통계 평가 모드를 자동으로 실행하도록 설계된 마스크 계측 장치는, 포토리소그래픽 마스크의 구조화된 영역에서의 마스크 구조가 기재되게 할 수 있는 그러한 구조 파라미터의 평가에 의해 추가 표시를 제공할 것이다. 프로세스 변경 밴드("PV 밴드")로 알려진 것은 여기서 특히 유용한 것으로 입증되었다. 웨이퍼 상의 포토리소그래픽 마스크의 이미징된 구조의 정확한 외양은 포토리소그래픽 프로세스의 여러 파라미터에 의존한다. 이들 파라미터는 예컨대 파장, 조명 설정, 편광, 노광 시간 또는 다른 변수일 수 있다. 특히 조명 설정에서, 큰 변동, 예컨대 이중극 조명, 사중극 조명, 환상 조명, 자유형 조명 등이 알려져 있다. 리소그래피 시스템의 파라미터의 각각의 선택으로, 서로 약간 상이한 에어리얼 이미지가 얻어진다. PV 밴드도에서 도시된 것은, 다양한 프로세스 파라미터에 의한 모든 라인 구조의 포락선이다. 도 3은 간단한 예를 도시한다. 영역(31)은 마스크 상의 의도한 구조를 제공한다. 포토레지스트 모델의 적용에서의 모든 다양한 프로세스 파라미터가 해치 영역(32) 내에 모두 위치하는 에어리얼 이미지에서의 윤곽선을 야기한다. 적어도 하나의 에어리얼 이미지에 대한 프로세스 파라미터의 최대 영향은 그에 따라 여기서 잘 시각화될 수 있으며 추정될 수 있다.

Claims (12)

  1. 마스크 계측 장치에서 극자외선(EUV) 파장 범위를 위한 포토리소그래픽 마스크를 검사하기 위한 방법으로서, 이 방법은 다음의 단계:
    a. 상기 마스크의 적어도 하나의 구조화된 영역을 선택하는 단계,
    b. 리소그래픽 생성 런(run)에서 상기 마스크에 제공되는 상기 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 스캐너 광자 수(scanner photon number)를 결정하는 단계,
    c. 측정이 실행되는 상기 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 계측 광자 수를 결정하는 단계,
    d. 단계 b)로부터의 상기 스캐너 광자 수와 단계 c)로부터의 상기 계측 광자 수를 기초로 하여 광자 통계 검사 모드를 정하는 단계, 및
    e. 상기 마스크 계측 장치로 상기 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 생성을 목적으로, 상기 적어도 하나의 에어리얼 이미지는, 상기 스캐너 광자 수와 실질적으로 동일한 계측 광자 수로 레코딩되는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성할 목적으로, 다음의 단계:
    o 상기 스캐너 광자 수로부터 벗어난 계측 광자 수로 상기 적어도 하나의 구조화된 영역의 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지를 레코딩하는 단계, 및
    o 상기 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지, 상기 극자외선(EUV) 파장 범위에서의 광자 통계의 모델, 상기 스캐너 광자 수 및 상기 계측 광자 수로부터 상기 에어리얼 이미지를 계산하는 단계가 실행되는, 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지는, 상기 스캐너 광자 수보다 훨씬 커서 상기 광자 통계에 의한 상기 적어도 하나의 지원 에어리얼 이미지에 대한 기여가 무시될 수 있게 하는 계측 광자 수로 레코딩되는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 에어리얼 이미지를 생성할 목적으로, 다음의 단계:
    o 서로 상이한 두 개의 계측 광자 수로 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지를 레코딩하는 단계, 및
    o 상기 적어도 두 개의 지원 에어리얼 이미지로부터 상기 에어리얼 이미지를 내삽 또는 외삽하는 단계가 실행되는, 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 추가 단계:
    o 상기 에어리얼 이미지로부터 상기 구조화된 영역의 적어도 하나의 구조 파라미터를 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 구조 파라미터는, 임계 치수(CD), 라인 에지 러프니스(LER), 라인 폭 러프니스(LWR), 임계 치수의 균일성(CDU), 임계 치수의 국부적 균일성(LCDU) 또는 콘트래스트로부터 선택되는, 방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 포토레지스트의 모델이 상기 적어도 하나의 구조 파라미터를 확인하기 위해 적용되는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화된 영역은 의도한 구조와 적어도 하나의 결함을 포함하는, 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 프로세스 변경 밴드(process variation bands)의 표시가 출력되는, 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 포토리소그래픽 마스크, 상기 광자 통계 및/또는 상기 포토레지스트의 적어도 하나의 구조 파라미터의 기여가 별도로 지시(indicate)되는, 방법.
  12. 마스크 계측 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 방법 단계를 실행하도록 설계되는, 마스크 계측 장치.
KR1020180107717A 2017-09-11 2018-09-10 포토리소그래픽 마스크를 검사하는 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 마스크 계측 장치 KR20190029469A (ko)

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