KR20200018694A - 파라미터 결정 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
계측 타겟의 이미지로부터 오버레이를 측정하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 이미지는 음파를 사용하여 획득되고, 예를 들어 이미지는 음파 현미경을 사용하여 획득된다. 두 개의 타겟의 이미지들이 획득되는데, 하나의 이미지는 음파를 사용하고 하나의 이미지는 광파를 사용하여 획득되며, 이미지들의 에지가 결정되고, 두 개의 타겟들 사이의 오버레이가 에지 두 이미지의 에지들 사이의 차이로서 획득된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017 년 7 월 25 일에 출원된 미국 출원 번호 62/536,675의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 사용가능한 검사(예를 들어, 계측) 방법, 및 장치 및 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크)에서의 패턴("디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 불림)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.
기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 통상적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수의 피쳐를 처리하기 위하여 저-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k1ㅧλ/NA로 표현될 수 있는데, λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄된 최소 피쳐 크기이지만 이러한 경우에는 하프-피치임)이고, k1은 경험적 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 더 작을수록 특정한 전기적 기능성과 성능을 얻기 위해서 회로 디자이너에 의하여 계획된 형상과 치수를 닮은 패턴을 기판 상에 재현하는 것은 더 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복잡한 미세-튜닝 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 NA, 맞춤화된 조명 방식, 위상 시프트 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(optical proximity correction; OPC, 가끔 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 불림)의 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법(resolution enhancement techniques; RET)"이라고 규정되는 다른 방법을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또는, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
따라서, 패터닝 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 디바이스에 있는 두 개의 층들의 정렬 정확도의 척도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 오버레이는 두 층들 사이의 오정렬의 정도에 관하여 기술될 수 있는데, 예를 들어 1nm의 측정 오정렬이란 두 층들이 1nm만큼 오정렬되는 상황을 기술한다.
다양한 형태의 검사 장치(예를 들어 계측 장치)가 리소그래피 분야에서 사용되도록 개발되어 왔다. 이러한 디바이스들은 방사선 빔을 타겟 위로 지향시키고 재지향된(예를 들어, 산란된) 방사선의 하나 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수인 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수인 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 -을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하고, 타겟의 관심 속성은 이러한 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다. 관심 특성은 다양한 기법: 예를 들어, 정밀 결합 파 분석(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법(finite element method)과 같은 반복적 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 검색; 및 주된 컴포넌트 분석에 의하여 결정될 수 있다.
계측 타겟의 이미지로부터 오버레이를 측정하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 이미지는 음파를 사용하여 획득되고, 예를 들어 이미지는 음파 현미경을 사용하여 획득된다. 계측 장치는 음파를 생성하기 위한 소스를 포함한다. 방법은 패터닝 프로세스의 파라미터를 음파를 사용하여 측정하는 단계를 포함하고, 음파를 사용하여 제 1 타겟의 제 1 이미지를 획득하는 단계, 광파를 사용하여 제 2 타겟의 제 2 이미지를 획득하는 단계, 상기 제 1 이미지의 특성 및 상기 제 2 이미지의 특성을 결정하는 단계, 및 상기 제 1 이미지의 특성과 상기 제 2 이미지의 특성 사이의 차이로서 상기 패터닝 프로세스의 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함한다. 특성은 이미지의 에지이다.
본 발명의 실시예는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이제 예시하는 방식으로만 설명될 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
도 3은 반도체 제조를 최적화하는 데에 중요한 세 가지 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시한다;
도 4는 (a)에서 음향 계측 장치 및 광계측 장치를 포함하는 본 발명에 따른 장치에 대한 일 실시예를 도시하고, (b)에서 측정된 오버레이 타겟의 이미지를 도시한다.
도 5는 통합된 음향 및 광계측 장치의 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다.
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본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 망라하도록 사용된다.
"레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 본 명세서에서 채용될 때, 인입하는 방사선 빔에 기판의 타겟부 내에 생성될 패턴에 대응하여 패터닝된 단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 일반적 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다; "광 밸브(light valve)"라는 용어도 역시 이러한 문맥에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사성; 이진, 위상-천이, 하이브리드 등) 외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스들의 예에는 다음이 포함된다:
- 프로그램가능한 미러 어레이. 이러한 미러 어레이에 대한 더 많은 정보는 미국 특허 번호 제 5,296,891 호 및 제 5,523,193 호에 주어지는데, 이들은 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
- 프로그램가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 예는 미국 특허 제 5,229,872 호에 제공되어 있으며, 이것은 원용에 의해 본 명세서에 원용된다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기(IL)라고도 불림), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA))를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에, 조명기(IL)는 방사선 빔을 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면 상에 그 단면에서 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
리소그래피 장치는, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있으며 이것은 침지 리소그래피라고도 불린다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보는 미국 특허 번호 6,952,253 및 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 99-49504에 주어지며, 이들은 그 전체로서 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는, 예를 들어 2개 이상의 기판 테이블(WT) 및/ 2개 이상의 지지 구조체(T)(미도시)를 갖는 유형의 것일 수 있다. 그러한 "다중 스테이지" 머신에서, 부가적인 테이블/구조체는 병렬적으로 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 테이블들이 패터닝 디바이스(MA)의 디자인 레이아웃을 기판(W) 상에 노광하기 위하여 사용되고 있는 동안 하나 이상의 테이블 상에 준비 단계들이 수행될 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(T) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PL)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 가능하게는 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)가, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 (리소)클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있고, 이는 또한 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는, 예를 들어 레지스트층 내의 솔벤트를 조절하기 위해서 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위하여, 레지스트층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 칠 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 검사 툴(미도시)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치 또는 로트의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 조절이 이루어질 수 있다.
계측 장치라고도 불릴 수 있는 검사 장치가, 기판(W)의 속성, 및 구체적으로 상이한 기판(W)의 속성이 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 속성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 또는, 검사 장치는 기판(W) 상의 결점을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있고, 또는 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반-잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후)의 속성을 측정할 수 있다.
통상적으로, 리소그래피 장치(LA) 내에서의 패터닝 프로세스는, 기판(W) 상의 구조체의 높은 치수 및 배치 정확도를 요구하는, 처리 중 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 개략적으로 도 3에서 도시되는 것과 같은 소위 "홀리스틱" 제어 환경에서 세 가지 시스템이 통합될 수 있다. 이러한 시스템 중 하나는 계측 툴(MT)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 중요한 점은, 전체 프로세스 윈도우를 개선하고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 보장하기 위한 엄격 제어 루프를 제공하기 위하여, 이러한 세 개의 시스템들 사이의 협력을 최적화하는 것이다. 프로세스 윈도우는 그 안에서 특정한 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어 기능성 반도체 디바이스)를 제공하는 프로세스 파라미터(예를 들어 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 통상적으로 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터는 그 안에서 변할 수 있다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 사용할 분해능 향상 기법을 예측하기 위하여 패터닝될 디자인 레이아웃(또는 그 일부)을 사용하고, 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 최대 전체 프로세스 윈도우를 획득하는지를 결정하기 위하여(도 3에서 제 1 스케일(SC1)에서의 이중 화살표로 도시됨) 계산적 리소그래피 시뮬레이션 및 연산을 수행할 수 있다. 통상적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구현된다. 또한, 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어, 최적에 미달하는 처리에 기인하여(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0"을 가리키는 화살표로 표시됨) 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어 계측 툴(MT)로부터의 입력을 사용함).
계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하는 입력을 컴퓨터 시스템(CL)에 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있을 수 있는 드리프트(도 3에서 제 3 스케일(SC3)에서 여러 화살표로 표시됨)를 식별하기 위한 피드백을 리소그래피 장치(LA)에 제공할 수 있다.
리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 하기 위한 툴들은 통상적으로 계측 툴(MT)이라고 불린다. 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 산란계 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 상이한 타입의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 산란계는, 센서를 산란계의 대물 렌즈의 퓨필 평면 또는 퓨필과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 퓨필 기반 측정이라고 불림), 또는 센서를 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 불림), 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정이 가능해지게 하는 다기능 기구이다. 이러한 산란계 및 연관된 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 더 상세히 설명되는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 앞서 언급된 산란계는 소프트 x-선 및 가시광선 내지 근적외선 파장 범위로부터의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
제 1 실시예에서, 산란계(MT)는 각도 분해 산란계이다. 이러한 산란계 재구성 방법은 격자의 속성을 재구성 또는 계산하기 위해서, 측정된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 이루어질 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
제 2 실시예에서, 산란계(MT)는 분광식 산란계(MT)이다. 이러한 분광식 산란계(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고 타겟으로부터 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되며, 이것이 경면 반사된 방사선의 스펙트럼(즉 파장의 함수인 세기의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시물레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수도 있다.
제 3 실시예에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는, 산란된 방사선을 각각의 편광 상태에 대해 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치 편광된 광(예컨대 선형, 원형, 또는 타원 광)을, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션 내의 적절한 편광 필터를 사용하여 방출한다. 계측 장치를 위해 적합한 소스는 편광된 방사선도 역시 제공할 수 있다. 현존하는 편광 해석 산란계의 다양한 실시예가 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 제 11/451,599, 제 11/708,678, 제 12/256,780, 제 12/486,449, 제 12/920,968, 제 12/922,587, 제 13/000,229, 제 13/033,135, 제 13/533,110 및 제 13/891,410에 설명된다.
계측 툴의 추가적인 구현예는 이미지 기반 오버레이 계측 툴인데, 이것은 광(가시) 방사선을 사용하여, 특별하게 설계된 오버레이 타겟의 이미지를 검출함으로써 오버레이를 결정하는 측정 기법이다. 이미지 기반 오버레이(IBO)를 위한 통상적인 타겟 측정은 박스-인-박스 또는 바-인-바(bar) 타겟과 같은 타겟을 사용하여 수행된다. IBO 기반 측정은 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 US20130208279에서 더 설명된다.
산란계(MT)의 일 실시예에서, 산란계(MT)는 두 개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를, 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구조 내의 비대칭을 측정함으로써 측정하도록 적응되는데, 비대칭은 오버레이의 정도에 관련된다. 두 개의(통상적으로 중첩함) 격자 구조체는 두 개의 상이한 층(연속하는 층이어야 하는 것은 아님)에 적용될 수 있고, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 포지션에 형성될 수 있다. 산란계는 예를 들어 공동 소유된 특허 출원 EP1,628,164A에 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가져서, 임의의 비대칭이 명확하게 구별가능하게 할 수 있다. 그러면 격자 내의 오정렬을 측정하기 위한 단순한 방식이 제공된다. 타겟이 측정될 때 주기적 구조체의 비대칭을 통해 주기적 구조체를 보유한 두 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가적인 예는, 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2011/012624 또는 US 특허 출원 US 20160161863에서 발견될 수 있다.
향상된 3 차원의 피쳐, 예를 들어 X-포인트 메모리 또는 3D NAND 구조체가 있는 리소그래피 디바이스의 제작 시에, 정확한 디바이스 처리를 보장하기 위해서 불투명한 층이 필요하다. 통상적으로, 이러한 층은, 특정 구성에서, 애플리케이션 또는 불투명한 층에 대해 사용된 재료의 타입에 따라서 가시 방사선에 대해 불투명하고, 이러한 층은 적외 방사선에 대해서는 투과성이다. 그러나, 기술 로드맵에 따르면, 광학 방사선(가시 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼 내의 방사선)에 대해 거의 투과하지 않는 층들이 필요하다는 것이 예측되는데, 비-투광성인 재료로 만들어진 층(예를 들어, 금속층)이 많이 선호된다. 결과로서, 패터닝 프로세스의 관심 속성을 결정하는 것은 가시 또는 적외 방사선을 사용하는 것을 채용하지 않는 기법에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서는 패터닝 프로세스의 파라미터를 음파 또는 방사선을 사용하여 측정하는 방법을 기술한다. 또한, 본 명세서는 음파를 생성하는 소스를 포함하는 계측 장치를 기술한다. 일 실시예에서, 패터닝 프로세스의 파라미터는 오버레이이다. 일 실시예에서, 패터닝 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법은 음향 기반 툴로 획득된 계측 타겟의 이미지를 사용한다. 이러한 음향 이미징 툴의 일 예는 표면 음파 현미경(Surface Acoustic Microscope; SAM)인데, 그 동작 원리는 C.F. Quate, A. Atalar, H.K. Wickramasinghe, published in Proceedings of the IEEE, vol. 67, no. 8, August 1979에 설명되며, 이것은 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 포함된다.
일반적으로, 예컨대 예를 들어 3D NAND 구조체의 제작에 금속층이 사용되는 경우와 같이 재료가 광학 투과성을 가지지 않는 경우에도, 음파는 재료의 음향학적 속성(acoustic properties)에 따라서 재료를 통과한다. 반도체 층 스택 내에 매립된 격자의 예에서, 음파 현미경은 이러한 원리를 사용하여 재료 내에 매립된 구조체의 이미지를 획득한다. 음파 현미경이 이미지를 관측하는 깊이는 여기 주파수에서의 음파의 감쇠에 달려 있다. 주파수에 대한 의존성은 간단하지 않다. 금속 내에서는, 감쇠의 주된 소스는 앞서 언급된 C. F. Quate 등에 설명된 바와 같은 '열탄성(thermoelastic) 열 흐름'인 것으로 밝혀졌고, 전체 감쇠는 주파수의 제곱에 따라 증가한다. 절연체 내에서는, 감쇠의 주된 소스는 포논(phonon) 가스에 의해 유발된 충돌 및 감쇠에 기인한다. 반도체 내에서는, 이러한 두 효과들이 조합될 것으로 기대될 수 있다. 통상적으로 감쇠는 음파의 주파수의 제곱에 비례하는 것으로 보이지만, 극단적으로 높은 음향 주파수(예를 들어, 수 GHz)의 경우, 실험적 결과에 따르면 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 Li and Cahill, Phys. Rev. B 94, 104306에 개시된 것과 같은 더 느린 감쇠가 낮다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 오버레이 타겟과 같은 대상물인 매립된 대상물의 이미지를 음파 현미경에서 획득하기 위해서 사용되는 음파에 대해서 더 깊은 침투 깊이를 얻기 위해서는, 음파의 주파수는 감소될 필요가 있고, 따라서 파장은 증가될 필요가 있다. 재료 내에서의 음파의 물리적 속성들의 이러한 관계의 효과에 의해서, 계측 타겟과 같은 매립된 대상물이 더 깊을수록, 그에 따라 증가된 치수를 가질 필요가 있다는 것이 드러난다. 다르게 말하면, 음파 현미경으로 촬영된 이미지의 분해능은 대상물이 매립된 거리에 따라 감소된다. 반도체 산업에서, 계측 타겟은 보통, 수 백 nm 미만에서 2 마이크론의 불투명한 재료로 인쇄된다. 그러므로 수 GHz까지의 음향 주파수를 사용한 이미징이 가능하고, 잠재적으로 마이크론 또는 심지어 서브-마이크론 범위 내의 공간 분해능을 제공한다.
이러한 효과를 교정하기 위하여, 반사된 음향 파워(acoustic power)의 손실을 재료의 깊이로 교정 하는 것이 필요하고, 이러한 교정은 V(z) 곡선이라고도 불린다. 이것은 음향 트랜스듀서에서 검출된 전압을 음파의 디포커스의 함수로 나타낸다. V(z) 곡선은 샘플의 표면 및 그 아래의 구조체에 대한 중요한 정보를 드러낸다. 전술된 C. F. Quate 등에서 인용된 인용 문헌 35에 기술된 바와 같이, 음파 현미경은 통상적으로 신호로서 약간 디포커스되어 작동된다.
음향 오버레이 측정을 위해 적합한 통상적 오버레이 타겟은 두 개의 인접한 격자들로 이루어질 수 있는데, 이들은 도 4의 (a) 격자(301A)(매립된 격자) 및 도 4의 (a)의 격자(302A)(상단 격자)이다. 격자(302A)는, 예를 들어 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 피치 및 50%의 듀티 사이클의 치수를 가진다. 격자(301A)는, 예를 들어 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 피치의 치수를 가진다. 이러한 격자들 사이에, W의 1 마이크로미터의 금속층이 존재한다고 가정된다. 불투명한 층의 다른 예는 수 마이크로미터의 비정질 탄소에 의해 형성된다.
음파 현미경은, GHz 범위에 속하는 주파수를 가지는 음파를 전달하는 음향 소스를 가지는데, 예를 들어 이러한 소스는 0.7 마이크로미터의 파장에 대응하는 1GHz의 주파수를 가지고, 0.5의 개구수를 가진다. 이러한 조건에서, 음파 현미경에 의해 이미징될 필요가 있는 기판의 표면 상에서 약 1 마이크로미터의 분해능을 가정할 수 있다. W에 대해서 GHz 범위에서의 감쇠는 약 2dB/cm이다. Ti의 경우, 이것은 10dB/cm이고, 금의 경우 이것은 100dB/cm이다. 50dB/cm의 값을 가정하면, 금속막의 왕복 감쇠는 여전히 5x10-4 dB/마이크로미터이다. 따라서, GHz 범위에서는, 감쇠가 큰 문제가 아니고 그러므로 바닥 격자는 5-10um의 범위에서 위에서 계산된 바와 같은 피치일 수 있다. 비록 GHz 범위의 경우 2보다 낮은 멱 법칙(power law)이 기대될 수 있지만, 이것이 주파수의 제곱에 반비례하기 때문에 감쇠는 더 높은 주파수에서 더 큰 문제가 된다. 도 4의 (a)의 계측 장치로 획득된 이미지가 도 4의 (b)에 도시되는데, 여기에서 301B는 바닥 격자(301A)의 이미지이고 302B는 상단 격자(302A)의 이미지이다.
도 4의 (a)의 301과 같은 음파 현미경, 및 도 4의 (a)의 302와 같은 광학 현미경을 포함하는 하이브리드 계측 솔루션에서, 툴들은 거리(310)만큼 분리되고, 예를 들어 현미경의 크기, 사용될 타겟, 기판 지지 테이블의 속도에 대한 지식에 대해서 교정된다. 도 4의 (a)의 예에서, 오버레이는, 격자(301A 및 302A)의 이미지들로부터 측정된, 에지들(301AA 및 302AA) 사이에서 측정된 상대 거리이다.
일 실시예에서, 도 4의 (a)의 격자(301A 및 302A) 양자 모두는 음파 현미경으로 관측된다. 관측이란 각각의 격자의 이미지가 획득되고, 에지(301AA 및 302AA)가 획득된다는 것을 의미하며, 오버레이는 두 개의 에지(301AA 및 302AA) 사이의 차이에 의해 결정된다. 음파 현미경은 상단 격자(302A) 및 바닥 격자(301A)를 관측한다.
일 실시예에서, 음파 현미경에 대하여 "렌즈"로서 동작하는 동일한 장치가, 도 5에서 볼 수 있는 광학적 대물렌즈와 같은 광학 장치를 허용하도록 수정된다. 동일한 렌즈가 광학 방사선(402) 및 음향 방사선(401)을 포커싱하기 위해 사용될 수 있다. 빔 스플리터를 음향 렌즈 상에 제작함으로써, 동일한 렌즈는 광학 렌즈 및 음향 렌즈로서 사용될 수 있게 된다. 광학 파장에서 투명하기 때문에 재료는 사파이어 유리일 수 있고, 음향 렌즈도 사용된다. 오버레이 정보는 광학적 수단으로 획득된 이미지를 음향 수단으로 획득된 이미지와 비교함으로써 얻어진다. 도 5에 도시된 바와 같은 장치의 동작은 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 유럽 특허 출원 18153587.3에서 기술된다.
위의 실시예에서 기술된 음파 현미경은, 이들이 상 검출을 허용하거나 음향 필드가 타겟 재료 내로 더 잘 커플링되게 하도록 변경함으로써 더 개선될 수 있다. 일 실시예에서, 압전 트랜스듀서는 펄스형 음향 필드를 방출하는 타겟을 스캔한다. 송신되고 반사된 에코들이 수집되는데, 그러면 샘플의 이미지를 간섭 방식으로 재구성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 진폭 및 위상 양자 모두가 신호 처리에 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캐닝 음파 현미경은, 음파 현미경의 동작 파장과 같거나 그보다 작은 음향 필드의 공간적 변동들의 커플링이 개선되게 하는 메타재료(metamaterial)를 포함하는 층으로서 변경될 수 있다.
본 명세서에서 IC를 제조하는 분야에 리소그래피 장치를 이용하는 것에 대해 특히 언급될 수 있지만, 본원에서 기술된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 가능한 다른 적용예는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 가이드 및 검출 패턴(guidance and detection pattern), 평판 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
비록 본 명세서에서 리소그래피 장치의 맥락에서 본 발명의 실시예가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. 이러한 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.
비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 사용에 대하여 이루어졌지만, 콘텍스트가 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피로 한정되지 않고, 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
비록 본 발명의 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
Claims (4)
- 음파를 생성하기 위한 소스를 포함하는, 계측 장치.
- 음파를 사용하여 패터닝 프로세스의 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 2 항에 있어서,
음파를 사용하여 제 1 타겟의 제 1 이미지가 획득되고,
광파를 사용하여 제 2 타겟의 제 2 이미지가 획득되며,
상기 제 1 이미지의 특성 및 상기 제 2 이미지의 특성이 결정되고,
상기 제 1 이미지의 특성과 상기 제 2 이미지의 특성 사이의 차이로서 상기 패터닝 프로세스의 파라미터가 결정되는, 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 특성은 이미지의 에지인, 방법.
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