KR101821666B1 - 비­단조적 도즈 감도의 결정 및 적용 - Google Patents

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Abstract

패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치에서의 리소그래피 방법이 개시되며, 상기 방법은: 복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도를 결정하는 단계를 포함하고, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다. 프로세서, 메모리 및 저장 디바이스를 포함하는 컴퓨터 제품이 개시되며, 저장 디바이스는 적어도 복수의 도즈 값들에서 리소그래피 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 저장하고, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.

Description

비­단조적 도즈 감도의 결정 및 적용{DETERMINATION AND APPLICATION OF NON-MONOTONIC DOSE SENSITIVITY}
본 출원은 2013년 7월 19일에 출원된 미국 가출원 61/856,350의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하는 공정에서의 도즈는, 소정 시간에 기판 상의 영역이 수용하는 파장 범위 내의 방사선 에너지의 양을 의미할 수 있다. 도즈 감도(dose sensitivity)는 도즈에 대한 기판 상으로 전사되는 패턴의 파라미터의 의존도를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 파라미터는 레지스트 이미지(즉, 현상 또는 에칭 후, 기판 상의 레지스트 층에 전사된 패턴)의 물리적 파라미터[예를 들어, 임계 치수(CD), 이미지 로그 슬로프(image log slope: ILS)]일 수 있다. 파라미터는 패터닝 디바이스를 통해 기판의 표면 상에 투영되는 광학 이미지[즉, 에어리얼 이미지(aerial image)]의 파라미터(예를 들어, CD, ILS)일 수 있다. 일 예시에서, 도즈 감도는 도즈의 함수로서 파라미터의 도함수(derivative)일 수 있다. 일 예시에서, 도즈 감도는 도즈에 대한 임계 치수의 의존도이다. 임계 치수는 라인 또는 홀의 최소 폭, 또는 2 개의 라인들 또는 2 개의 홀들 사이의 최소 공간으로서 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 명세서에서 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치를 이용하는 리소그래피 방법이 설명되고, 상기 방법은: 복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 결정하는 단계를 포함하며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로(monotonically) 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.
일 실시예에 따르면, 복수의 도즈 값들에서의 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수는 메트롤로지 기술(metrology technique)에 의해 결정된다.
일 실시예에 따르면, 도즈 감도는 도즈에 대한 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다.
일 실시예에 따르면, 도즈 감도는 도즈에 대한 패턴의 에어리얼 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다. 일 실시예에 따르면, 도즈 감도는 에어리얼 이미지에서의 임계치의 함수로서 패턴의 에어리얼 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다.
일 실시예에 따르면, 도즈는 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에 대한 위치의 함수이다.
일 실시예에 따르면, 파라미터는 기판 상의 레지스트 층에서의 사전설정된 깊이에서 측정된 임계 치수이다.
일 실시예에 따르면, 도즈 감도는 도즈의 함수로서 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 측벽 각도(sidewall angle)의 도함수이다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 도즈 감도를 이용하여 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 치수를 계산하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 피처의 치수를 계산하는 단계는: 리소그래피 장치의 방사선 소스의 파라미터, 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터, 리소그래피 장치의 조명 소스의 파라미터, 레지스트 파라미터, 현상 파라미터, 및/또는 에칭 파라미터로부터 선택되는 1 이상의 파라미터를 이용하여 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 디자인 변수를 최적화 또는 조정하는 단계를 더 포함하고, 도즈 감도는 디자인 변수의 함수이다.
일 실시예에 따르면, 디자인 변수는 z 방향으로의 이동 표준 편차(MSDz), 간섭성 세팅(coherence setting), 노광후 베이크(post-exposure bake) 온도, 노광후 베이크 시간, 레지스트 제제(resist formulation), 투영 광학기에서의 제어가능한 요소, 패터닝 디바이스 상의 패턴의 형상 및 위치, 패터닝 디바이스 상의 패턴의 편향(bias), 디벨로퍼(developer)의 파라미터, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
일 실시예에 따르면, 본 명세서에서 명령어들이 기록되어 있는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 프로그램 제품(non-transitory computer program product)이 설명되고, 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행되는 경우 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 방법을 구현한다.
일 실시예에 따르면, 본 명세서에서 프로세서, 메모리 및 저장 디바이스(storage device)를 포함하는 컴퓨터 제품이 설명되고, 저장 디바이스는 적어도 복수의 도즈 값들에서 리소그래피 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 저장하며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.
일 실시예에 따르면, 컴퓨터 제품은 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 리소그래피 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 치수를 계산하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 컴퓨터 제품은 1 이상의 디자인 변수의 함수인 비용 함수를 계산하도록 구성되고, 1 이상의 디자인 변수는 도즈를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 컴퓨터 제품은 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 에어리얼 이미지 또는 레지스트 이미지를 시뮬레이션하도록 구성된다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 도즈에 대한 CD의 거의 선형인 의존도를 개략적으로 도시하는 도면;
도 3은 도즈 감도가 상이한 도즈들에서 거의 일정함을 나타내는 개략적인 도면;
도 4는 도즈의 함수들로서 3 개의 예시적인 도즈 감도들을 나타내는 도면;
도 5는 다양한 도즈들 하에 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 보썽 곡선(Bossung curve)들을 나타내는 도면;
도 6은 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 도즈의 함수로서 도즈 감도를 나타내는 도면;
도 7은 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 도즈의 함수로서 SWA를 나타내는 도면;
도 8은 17 mJ/㎠의 도즈 하에 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴의 단면도;
도 9는 14 mJ/㎠의 도즈 하에 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴의 단면도;
도 10은 도즈 감도를 이용하는 방법에 대한 흐름도; 및
도 11은 컴퓨터의 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 지지 구조체)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블/지지 구조체가 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블/지지 구조체가 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블/지지 구조체에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울들 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 패턴의 적어도 일부분의 임계 치수(CD)는 일반적으로, 적어도 리소그래피 공정에 관련된 범위 내에서(예를 들어, 공칭 도즈로부터 ±10 % 또는 ±20 % 내에서) 도즈에 대한 거의 선형인 의존도(nearly linear dependence)를 갖는다. 도 2는 이 거의 선형인 의존도를 예시하는 거의 직선(201)을 나타내는 개략적인 그래프를 포함한다. 수직 축선은 CD이고, 수평 축선은 도즈이다. 도 2는 CD가 도즈에 따라 변할 수 있다는 것을 나타내지만, 몇몇 경우 CD는 본질적으로 일정할 수 있다. 또한, 도 2는 상이한 도즈들 하에 전사된 레지스트 이미지에서의 패턴의 예시적인 피처(202)를 도시하며, 이는 도 2의 그래프에 도시된 예시에서 도즈에 따라 피처(202)의 임계 치수가 어떻게 변화하는지를 나타낸다[피처(202)는 실제 크기가 아니고, 피처(202)의 크기 차이들은 CD의 변동을 나타내도록 과장되며; 레지스트에서의 피처(202)의 최상부는 피처(202)의 좌측 에지에 대응하고, 레지스트에서의 피처(202)의 저부는 피처(202)의 우측 에지에 대응하며, 레지스트에서의 피처(202)의 측방향 크기(lateral extent)는 피처(202)의 저부 및 최상부 에지들에 대응한다].
도 3은 도즈 감도(301)가 상이한 도즈들에서 거의 일정하다는 것을 나타내는 개략적인 그래프이다(도즈에 대한 감도의 약간의 단조 증가 또는 감소를 가질 수 있음). 수직 축선은 도즈 감도이고, 수평 축선은 도즈이다. 따라서, 리소그래피 공정의 설계 및 작동 시, 도즈 감도는 공칭 도즈로부터의 동작 범위(예를 들어, 10%)에 걸쳐 상수로서 취급될 수 있다. 이미지 콘트라스트(image contrast)가 세기를 통해 변화하지만, 이 효과는 약하며, 도즈를 통해 도즈 감도의 작은 변동들을 초래한다.
하지만, 예상외로 도즈 감도가 도즈에 대해 반드시 일정한 것은 아니며, 도즈 감도가 도즈에 대해 반드시 단조적으로 증가 또는 감소하는 것도 아님이 밝혀졌다. 다양한 상황들에서, 도즈 감도는 도즈들의 범위에 걸쳐 일정하지 않을 수 있다. 도즈 감도는 극자외(EUV) 또는 심자외(deep ultraviolet: DUV) 방사선을 이용하는 리소그래피 공정에 관련된 도즈들의 범위 내에서 비교적 큰 변동들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도즈 감도는 도즈에 대해 비-단조적(non-monotonic)일 수 있다. 10 % 내지 15 % 도즈 범위를 통해 25 %보다 크거나 같은, 30 %보다 크거나 같은, 40 %보다 크거나 같은, 또는 50 %보다 크거나 같은 도즈 감도의 변동들이 일어날 수 있다. CD의 도즈 감도는 적용되는 도즈에 크게 의존할 수 있으며, 이는 국부적 도즈 감도를 고려하게 한다.
도 4는 도즈의 함수들로서 2 개의 예시적인 도즈 감도들(401 및 402)의 그래프를 포함한다. 수직 축선은 nm/mJ/㎠ 단위의 도즈 감도이고, 수평 축선은 공칭 도즈로부터의 비율 변화(percentage change)의 도즈이다. 2 개의 도즈 감도들(401 및 402)은 각각 도즈에 대한, 레지스트 이미지에서의 피처(404)의 중간 및 저부에서 측정된 CD들의 의존도를 특징으로 한다. 피처(404)의 크기 및 단면 형상은 도즈에 따라 변화할 수 있다. 특히, 노광부족(underexposure)(공칭 도즈보다 낮은 도즈)은 푸팅(footing), 즉 피처 저부 또는 그 부근에서의 피처의 확대(widening)를 야기하는 경향이 있을 수 있다. 노광과도(overexposure)(공칭 도즈보다 높은 도즈)는 레지스트 손실을 야기하는 경향이 있을 수 있다. 공칭 도즈에서의 노광은 레지스트에서의 흡수 및 확산에 의해 구동되는 SWA 가변도(variance)를 가질 수 있다.
도 4는 상이한 도즈들 하에 전사된 레지스트 이미지에서의 패턴의 예시적인 피처(404)를 도시하며, 이는 도즈에 따라 피처(404)가 어떻게 변화하는지를 나타낸다[피처(404)는 실제 크기가 아니고, 피처(404)의 변화들은 도즈에 걸친 변동을 나타내도록 과장되며; 레지스트에서의 피처(404)의 최상부는 피처(404)의 좌측 에지에 대응하고, 레지스트에서의 피처(404)의 저부는 피처(404)의 우측 에지에 대응하며, 레지스트에서의 피처(404)의 측방향 크기는 피처(404)의 저부 및 최상부 에지들에 대응한다]. 또한, 도즈 감도는 도즈에 대한 피처(404)의 측벽 각도(SWA: 405)의 의존도를 특징으로 할 수 있다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 2 개의 도즈 감도들(401 및 402)은 큰 변동들을 갖고 비-단조적이다. 실제로, 도즈 감도 곡선들은 특히 높은 도즈(노광과도)에서 다양한 편위(excursion)를 갖는다. 예를 들어, 곡선들은 다양한 도즈 범위들에 걸쳐 진동들을 나타내는 것으로 보인다. 또한, 특정 도즈에서의 도즈 감도들은 레지스트에서의 피처의 깊이에 대해 변한다. 레지스트 프로파일의 저부, 중간부 및 최상부에 대한 도즈 감도는 상이하다. 따라서, 레지스트의 특정 부분 및 그 도즈 감도는 특정 적용을 위해 (예를 들어, 더 우수하게 형성되어야 하는 것이 최상부이든, 중간부이든 또는 저부이든) 식별되어야 한다. 이는 에칭을 통해 패턴 전사를 연구함으로써 식별될 수 있다.
도 5는 다양한 도즈들 하에 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 보썽 곡선들(501)을 나타낸다. 보썽 곡선 그래프는 다양한 도즈들 하에 포커스(수평 축선)의 함수로서 CD(수직 축선)를 매핑(map)한다(각각의 보썽 곡선이 상이한 도즈를 나타냄). 보썽 곡선들 사이의 비-균일 간격은 도즈 감도들이 도즈에 대해 일정하지 않다는 것을 입증한다.
도 6은 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 도즈의 함수(601)로서 도즈 감도를 나타낸다. 수직 축선은 nm/mJ/㎠ 단위의 도즈 감도이고, 수평 축선은 공칭 도즈로부터의 비율 변화의 도즈이다. 함수(601)는 일정하지 않고, 비-단조적이다.
도 7은 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴에 대한 도즈의 함수(701)로서 SWA를 나타낸다. 수직 축선은 도(degree) 단위의 SWA이고, 수평 축선은 공칭 도즈로부터의 비율 변화의 도즈이다. 도즈에 대한 도즈 감도의 비-단조적 의존도, 및 피처의 상이한 위치들에서의 도즈에 대한 도즈 감도(예를 들어, 도즈 감도 401 및 402)의 의존도 간의 차이는 도즈에 대한 SWA의 의존도에 기인할 수 있다. 일 예시에서, SWA는 공칭 도즈로부터 ±10 % 내지 15 % 내에서 1 도 이상, 2 도 이상, 3 도 이상, 4 도 이상, 또는 5 도 이상 변화할 수 있다.
도 8은 17 mJ/㎠의 도즈에서 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴의 단면도를 나타낸다. 도 9는 14 mJ/㎠의 도즈에서 기판 상으로 전사되는 40 nm 조밀한 라인들 및 간격의 패턴의 단면도를 나타낸다. 이 조건들 하에서의 SWA들은 분명히 상이하다.
SWA는 도즈에만 의존하지 않을 수 있다. SWA, 이에 따른 도즈 감도는 많은 다른 파라미터들, 예컨대 패터닝 디바이스 상의 피처들의 기하학적 디테일(geometric details), 조명의 1 이상의 파라미터, 투영 광학기의 1 이상의 파라미터, 및/또는 여하한의 노광후 처리(예를 들어, 베이킹 온도 및/또는 지속시간, 에칭 등)의 1 이상의 파라미터에도 의존할 수 있다.
도즈를 통한 SWA 변화는 패턴과 연계된 상이한 피치들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들어, 상이한 피치의 40 nm 라인들에 대해, 3 도 이상의 차이가 존재할 수 있다. 이에 따라, 70 nm의 레지스트 높이에 대해, 이는 (메트롤로지가 레지스트 프로파일에 대해 CD를 측정하는 위치에 의존적인) 피치에서의 피처들 간의 약 3.6 nm CD 차이를 유도할 수 있다.
도 10은 도즈 감도를 이용하는 방법에 대한 흐름도를 나타낸다. 단계 1110에서, 복수의 도즈 값들에서 리소그래피 패턴의 적어도 일부분에 대한 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수가 결정되며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다. 단계 1120에서, 도즈 감도를 이용하여 레지스트 이미지 또는 에어리얼 이미지에서의 패턴의 피처의 치수가 계산된다. 단계 1130에서, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 공정의 1 이상의 디자인 변수가 최적화되거나 조정되며, 도즈 감도는 1 이상의 디자인 변수의 함수이다. 일 예시에서, 1 이상의 디자인 변수는 도즈를 포함한다. 국부적 도즈 감도를 결정하기 위하여, 도즈에 대한 도즈 감도 또는 도즈에 대한 SWA에 도달할 수 있도록 관련 메트릭(relevant metric)들(예를 들어, CD, SWA, 레지스트 높이)을 측정할 수 있는 메트롤로지 기술이 사용되어야 한다. 일 실시예에서, 메트롤로지 기술은 주사전자현미경(SEM) 또는 스케터로미터 메트롤로지 툴을 수반할 수 있다. 일 실시예에서, 메트롤로지 툴은 리소그래피 장치 내에 위치되고, 리소그래피 장치의 제어기(및/또는 방사선 소스의 제어기 및/또는 기판 처리 장치)에 전자적으로 연결될 수 있다. 이러한 측정들의 결과들은, 최적 동작 지점이 달성되고 있는지를 결정하거나, 아니면 보정들을 수행하는 공정으로 피드백 또는 피드포워드되어야 한다.
최적화 및 조정은 리소그래피 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용되는 미세조정(fine-tuning) 단계들을 포함할 수 있다. 이들은, 예를 들어 1 이상의 개구수(NA) 및/또는 광 간섭성 세팅들의 최적화 또는 조정, 1 이상의 기판 처리 파라미터(예를 들어, 노광후 베이크 온도, 에칭률 등)의 최적화 또는 조정, 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터의 최적화 또는 조정, 맞춤 조명 방식(customized illumination scheme), 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광 근접성 보정(optical proximity correction: OPC), 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술들"(resolution enhancement techniques: RET)로 정의된 다른 방법들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "투영 광학기"라는 용어는, 예를 들어 굴절 광학기, 반사 광학기, 및 카타디옵트릭 광학기를 포함하는 다양한 타입의 광학 시스템들을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. "투영 광학기"라는 용어는 집합적으로 또는 개별적으로 방사선 투영 빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 이 디자인 타입들 중 어느 하나에 따라 작동하는 구성요소들을 포함할 수 있다. "투영 광학기"라는 용어는, 광학 구성요소가 리소그래피 투영 장치의 광학 경로 상의 어디에 위치되든지, 리소그래피 투영 장치 내의 여하한의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 투영 광학기는 방사선이 패터닝 디바이스를 지나가기 전에 방사선 소스로부터의 방사선을 성형, 조정 및/또는 투영하는 광학 구성요소들, 및/또는 방사선이 패터닝 디바이스를 지나간 후에 방사선을 성형, 조정 및/또는 투영하는 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 투영 광학기는 일반적으로 방사선 소스 및 패터닝 디바이스를 배제한다.
디자인 레이아웃 또는 패터닝 디바이스의 최적화(예를 들어, OPC) 이외에, 또는 대안적으로, 전체 리소그래피 충실도를 개선하려는 노력으로 조명 소스도 최적화되거나 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 조명 소스는 패터닝 디바이스 최적화 또는 조정과 공동으로 최적화되거나 조정된다(이는 흔히 "소스 마스크 최적화"라고 칭해짐). 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 조명 소스는 시스템 내의 특정 광학 평면에서의 조명의 1 이상의 특성을 칭하며, 1 이상의 특성은 예를 들어 방사선 각도 분포(angular radiation distribution), 간섭성 등을 포함할 수 있다. 조명 소스들은 다양한 간섭성 세팅들을 갖는 환형 또는 멀티폴(multi-pole)[예를 들어, 다이폴(dipole) 또는 쿼드러폴(quadrupole)] 조명을 포함할 수 있다. 환형 또는 멀티폴(예를 들어, 다이폴 또는 쿼드러폴) 조명과 같은 오프-액시스(off-axis) 조명 소스들이 OPC 디자인에 대해 더 많은 자유를 제공할 수 있으며, 이로 인해 이미징 결과들이 개선될 수 있다.
따라서, 국부적 도즈 감도는 광학 리소그래피에서 최적 및/또는 조정된(turned) 동작 지점을 설명하고 발견하기 위해 시뮬레이터(소프트웨어 및/또는 하드웨어)에서 사용될 수 있다. 이 시뮬레이터는 앞서 설명된 광 근접성 보정 및/또는 소스 마스크 최적화를 위해 사용될 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 시뮬레이터는 패턴의 투영 및/또는 기판 상의 노광을 시뮬레이션하기 위해 광학 모델 및/또는 레지스트 모델을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 국부적 도즈 감도를 설명하기 위해 시뮬레이터에서 레지스트 모델이 사용된다. 일 실시예에서, 관련 효과들(예를 들어, 푸팅, SWA, 레지스트 손실)을 모두 설명하는 전체 레지스트 모델(full resist model)이 사용될 수 있다. 이러한 레지스트 모델은 시뮬레이션을 느리게 만들 수 있다. 따라서, 바람직하게는 [예를 들어, 산 확산(acid diffusion)을 설명하도록 확산 항(diffusion term)을 포함하는] 단순한 레지스트 모델 또는 광학 칼럼(optical column)을 설명하는 광학 모델이 사용되지만, 이는 도즈에 대한 도즈 감도를 적절히 설명하지 않을 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 도즈를 통한 관련 파라미터들(예를 들어, SWA, 레지스트 손실)을 설명하는 실험적 모델이 사용될 수 있으며, 이는 그 파라미터들을 측정할 수 있는 측정 기술에 의해 캘리브레이션된다. 모델에 대해, 측벽은 메트롤로지 기술(예를 들어, 스케터로메트리)에 의하여 피치를 통해 측정될 수 있으며, 이 데이터로부터 모델이 피팅된다. 일 실시예에서, 국부적 도즈 감도는 국부적 도즈 감도에 대한 보정 계수를 곱한 에어리얼 이미지 모델에 이용함으로써 시뮬레이터로 통합될 수 있다. 이 종류의 모델은 비교적 단순한 구조체들(예를 들어, 1차원 구조체 또는 단순한 2차원 구조체, 예컨대 접촉홀들)에 적절할 수 있다; 이는 다중 피처들 또는 복잡한 기하학적 구조체들은 지지하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "디자인 변수"라는 용어는 리소그래피 장치의 파라미터들, 예를 들어 리소그래피 장치의 사용자가 조정할 수 있는 파라미터들의 세트를 포함한다. 방사선 소스, 조명 소스, 패터닝 디바이스, 투영 광학기, 노광후 공정들 및/또는 레지스트 특성을 포함한 리소그래피 공정의 여하한의 특성이 최적화에서의 디자인 변수들 중에 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 최적화는 1 이상의 디자인 변수의 함수인 비용 함수를 최소화하는 단계를 포함할 수 있다. 여하한의 적절한 알고리즘이 최적화를 위해 사용될 수 있다.
또한, 최적화 및/또는 조정의 일부로서, 최종 성능/수율에 영향을 주는 레지스트 프로파일(CD, SWA, 푸팅, 레지스트 손실)의 1 이상의 파라미터가 식별되고, 최적화 및/또는 조정되어야 한다. 예를 들어, 레지스트 프로파일의 작은 푸팅이 국부적 도즈 감도에 상당히 영향을 주지만, 예를 들어 에칭 동안 푸팅이 제거되는 경우 최종 수율/성능에 영향을 주지 않을 수 있다. 따라서, 국부적 도즈 감도를 설명하는 계산들은 푸팅을 무시하거나 그 비중을 축소(underweight)할 수 있다. 반면에, 푸팅이 변경되지 않고 다음 층으로 전사되는 경우, 이는 성능/수율에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그 경우, 최적화는 푸팅에 초점을 맞출 수 있고, 및/또는 푸팅은 크게 가중될 수 있다. 이 1 이상의 파라미터는 적절한 메트롤로지 기술을 이용하여 처리 단계들(예를 들어, 노광, 현상, 에칭)에서 측정될 것이다.
하나의 디자인 변수는 디자인 레이아웃의 편향의 조정일 수 있다. 편향은 디자인 레이아웃 내의 패턴 또는 피처와, 기판 상에 프린트되도록 의도된 패턴 또는 피처 간의 차이이다. 예를 들어, 25 nm 직경의 원형 패턴이 디자인 레이아웃 내의 50 nm 직경 패턴에 의해, 또는 디자인 레이아웃 내의 20 nm 직경 패턴에 의해 높은 도즈로 기판 상에 프린트될 수 있다. 일 실시예에서, 적용되는 패턴 또는 피처의 특정 편향은 적용가능한 도즈 감도에 반비례한다.
또 다른 디자인 변수는 노광된 기판의 공정 파라미터의 조정일 수 있다. 예를 들어, 노광후 베이크 온도 및/또는 시간이 조정될 수 있는데, 이는 이러한 파라미터들이 레지스트 내에서의 확산에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 일 예시로서, 트렌치(trench)들의 경우, 트렌치의 허리부(waist)와 트렌치의 단부 간의 도즈 감도의 비가 노광후 베이크 온도에 관한 피라미터로서 간주될 수 있다. 이 비는 소정 도즈에서 최대치를 나타낼 수 있다. 이 최대치의 도즈 위치는 노광후 베이크 온도를 변화시킴으로써 시프트될 수 있다. 그러나, 도즈 설정값이 두 피처들의 도즈 감도들의 비교적 큰 비를 갖는 경우, 트렌치의 형상비(aspect ratio)를 제어하기가 어려울 수 있다. 하지만, 도즈 설정값이 두 피처들의 도즈 감도들의 비교적 낮은 비를 갖는 경우에는, 트렌치의 형상비(형상)를 잘 유지할 수 있다.
또 다른 디자인 변수는 레지스트의 성질 및/또는 레지스트를 현상하는 디벨로퍼의 성질의 조정일 수 있다. 예를 들어, 포지티브 톤(positive tone) 디벨로퍼 또는 레지스트와, 네거티브 톤(negative tone) 디벨로퍼 또는 레지스트 사이에서의 선택이 존재할 수 있다. 두 톤들에 대해, 도즈를 통한 SWA의 의존도가 존재할 수 있다. 예를 들어, 네거티브 톤 디벨로퍼가 동일한 도즈 감도에서 포지티브 톤 디벨로퍼보다 작은 피처의 임계 치수를 산출할 수 있다. 하지만, 네거티브 톤 디벨로퍼는 둔각(reentrant) 프로파일[즉, 측벽 각도가 90 도보다 작은 예각(entrant) 프로파일과 비교하여, 90 도보다 큰 측벽 각도]을 가질 수 있고, 도즈를 통해 변화하는 SWA를 가질 수 있다. 따라서, 이 고려사항들이 인자가 되어야 하며(factor), 이에 따라 연산 리소그래피(computational lithography)가 도즈에 대한 SWA 및 도즈 감도를 시뮬레이션하고, 레지스트/디벨로퍼의 선택에 도달함에 있어서 다른 파라미터들과의 그 영향을 고려할 수 있어야 한다.
또 다른 디자인 변수는 리소그래피 장치에서의 포커스의 위치의 제어일 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치가 비교적 큰 값(예를 들어, 25 이상)의 z 방향으로의 이동 표준 편차(MSDz)(예를 들어, z 방향, 예를 들어 수직 방향으로의 기판 테이블의 진동들)를 갖는 경우, 레지스트 높이를 통해 에어리얼 이미지의 비교적 강한 번짐(blur)이 존재하며, 국부적 도즈 감도는 도즈를 통해 실질적으로 일정할 수 있다. 작은 MSDz(예를 들어, 25 미만)에 대해, 국부적 도즈 감도는 도즈를 통해 상당히 변화할 수 있다. 따라서, 노광후 베이크 온도와 같은 1 이상의 다른 파라미터에 대한 엄격한 요구가 존재할 수 있다. 결과적으로, (예를 들어, 작은 MSDz를 통해) 광학 콘트라스트를 개선하는 것은, 국부적 도즈 감도를 조정하기 위해 1 이상의 다른 파라미터가 사용될 수 있거나, 그 1 이상의 다른 파라미터가 잘 제어될 수 있는(즉, 공정 제어가 매우 안정적인) 경우에만 이익을 제공할 수 있다. 이러한 경우가 아닌 때에는, MSDz를 증가시키고 레지스트 높이에 걸쳐 에어리얼 이미지를 흐릿하게 하는(smear out) 것이 유리할 수 있다. 도즈 감도는 더 높을 수 있지만, 제어하기에 더 쉽고, 및/또는 도즈를 통해 실질적으로 일정할 수 있다. 따라서, MSDz의 투입이 1 이상의 다른 파라미터(예를 들어, 노광후 베이크)에서의 외란(disturbance)들에 대해 SWA/국부적 도즈 감도를 더 견고하게 만들기 위해 유리할 수 있다.
도즈 감도 변동을 설명하는 또 다른 방식은, 광학 리소그래피에서 동작 지점을 변화시키기 위해 레지스트 프로파일 콘텍스트(context)를 변화시키는 것이다. 예를 들어, 스캐너의 간섭성 세팅은 다양한 스캐너들의 사용으로부터 유도되는 균일한 레지스트 프로파일들을 가질 목적으로 레지스트 프로파일의 스캐너마다의 차이들을 설명하기 위해 변화될 수 있다. 이와 유사하게, 베이크 플레이트의 노광후 베이크 온도는 다양한 베이크 플레이트들의 사용으로부터 유도되는 균일한 레지스트 프로파일들을 가질 목적으로 레지스트 프로파일의 베이크 플레이트마다의 차이들을 설명하기 위해 변화될 수 있다.
도즈에 대한 도즈 감도 변동을 설명하는 또 다른 방식은 레지스트에 낮은 국부적 도즈 감도를 제공하는 것이다. 예를 들어, 레지스트 제제는 프로파일이 도즈를 통해 상당히 변화하도록 변화될 수 있다.
도즈에 대한 도즈 감도 변동을 설명하는 또 다른 방식은 도즈 매핑 보정, 즉 예를 들어 투영 광학기 내의 제어가능한 요소를 통한 방사선 빔의 개별 영역들에서의 도즈의 보정을 통한 것이다. 예를 들어, 도즈 매핑 보정에서, 도즈는 리소그래피 장치에서의 외부 인자(예를 들어, 가열에 의해 야기된 광학 요소의 굴절률 변화로 인한 빔에 대한 영향)를 설명하기 위해 국부적으로 변화될 수 있다. 따라서, 보정함에 있어서, 국부적 도즈 감도는 도즈에 대한 변화에서 인자가 될 수 있다. 이와 유사하게, 도즈는 도즈 감도를 적극적으로 변화시키도록(즉, 외부 인자를 보상하지 않고 변화를 이룸) 국부적으로 변화될 수 있다.
도즈에 대한 도즈 감도를 고려함에 있어서, 피처 상의 특정 위치(들), 피처 상의 상기 위치에 대한 피처의 또 다른 부분의 위치, 및/또는 피처 상의 상기 위치에 대한 또 다른 피처의 위치가 최적화 및/또는 조정 공정들에서 고려될 수 있다. 예를 들어, "브릭(brick)" 또는 트렌치의 허리부의 측벽 및 "브릭" 또는 트렌치의 단부의 측벽은 상이할 수 있다. 이에 따라, 도즈를 통한 측벽 변화 및/또는 국부적 도즈 감도가 허리부 및 단부에 대해 상이할 수 있다. 따라서, 허리부와 단부 간의 도즈 감도의 비는 도즈를 통해 변화할 수 있다. 이의 결과로서, "브릭" 또는 트렌치의 형상을 제어하는 것이 어려울 수 있다. 허리부 및 단부 모두에 대한 최저 도즈 감도, 및 도즈 감도들의 비가 특정 도즈에서 관찰될 수 있다. 이에 따라, 이는 많은 경우에 도즈에 대한 바람직한 설정값일 것이다; 트렌치의 CD 및 형상비가 둘 다 가장 잘 제어될 수 있다. 하지만, 상이한 도즈의 도즈로 진행할 때, 허리부와 단부 사이에 높은 도즈 감도 비가 존재할 수 있다. 이는 "브릭" 또는 트렌치 형상비를 조정하기 위한 최적 조건일 수 있다; 예를 들어, 작은 도즈 변화가 허리보다 단부에 훨씬 더 영향을 미칠 수 있다.
이 기재내용 전체에 걸쳐, 도즈에 대한 도즈 감도가 설명되었다. 일 실시예에서, 본 명세서의 도즈에 대한 도즈 감도에 대한 언급들은, 적절하다면, 도즈에 대한 SWA와 상호교환될 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 컴퓨터(1080)가 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 본 발명의 다양한 특징들 및 기능들을 가능하게 하는 1 이상의 소프트웨어 어플리케이션으로 프로그램되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, 컴퓨터(1080)는 개인용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 컴퓨터(1080)는 휴대용(예를 들어, 랩톱) 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰, PDA, 포켓 PC, 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다.
컴퓨터(1080)는 버스(1020)를 통해 커플링되는 1 이상의 프로세서(1004), (1 이상의 다양한 주변 디바이스 또는 구성요소로의) 1 이상의 인터페이스(1008), 메모리(1012), 1 이상의 저장 디바이스(1016), 및/또는 다른 구성요소들을 포함한다. 메모리(1012)는 RAM(random access memory), ROM(read only memory), 또는 다른 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(1012)는 1 이상의 프로세서(1004)에 의해 조작될 수 있는 데이터뿐만 아니라, 1 이상의 프로세서(1004)에 의해 실행될 컴퓨터-실행가능한 명령어들을 저장할 수 있다. 저장 디바이스(1016)는 컴퓨터-실행가능한 명령어들 및/또는 데이터를 저장하는 하드 디스크, 광학 디스크, 테이프 스토리지(tape storage), 또는 다른 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 1 이상의 소프트웨어 어플리케이션들은 메모리(1012)로 로딩되고, 컴퓨터(1080)의 운영체제 상에서 작동할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 예를 들어 제 3 개발자들이 무료 어플리케이션(complimentary application)들을 생성할 수 있게 하고, 및/또는 콘텐츠 교환을 가능하게 하기 위해 응용 프로그램 인터페이스(API)가 제공될 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 기판의 표면이 침지되는 타입으로 이루어질 수 있다. 또한, 침지 액체들은 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 패터닝 디바이스와 투영 시스템의 최초 요소 사이에 적용될 수도 있다. 침지 기술들은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 분야에서 잘 알려져 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법의 성능을 야기하도록 구성된 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터-판독가능한 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
본 발명은 다음 항목들을 이용하여 더 설명될 수 있다:
1. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 구성된 리소그래피 장치를 이용하는 리소그래피 방법으로, 상기 방법은:
복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 결정하는 단계를 포함하며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.
2. 1 항의 방법에서, 도즈 감도는 도즈에 대한 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다.
3. 2 항의 방법에서, 파라미터는 기판 상의 레지스트 층에서의 소정 깊이에서 측정된 임계 치수이다.
4. 2 항의 방법에서, 파라미터는 피처의 측벽 각도이다.
5. 1 항의 방법에서, 도즈 감도는 도즈에 대한 패턴의 에어리얼 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다.
6. 1 항의 방법에서, 도즈는 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 위치의 함수이다.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항의 방법에서, 상기 방법은 도즈 감도를 이용하여 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 치수를 계산하는 단계를 더 포함한다.
8. 7 항의 방법에서, 피처의 치수를 계산하는 단계는: 리소그래피 장치의 방사선 소스의 파라미터, 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터, 리소그래피 장치의 조명 소스의 파라미터, 레지스트 파라미터, 현상 파라미터, 및/또는 에칭 파라미터로부터 선택되는 1 이상의 파라미터를 이용하여 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항의 방법에서, 상기 방법은 디자인 변수를 최적화 또는 조정하는 단계를 더 포함하고, 도즈 감도는 디자인 변수의 함수이다.
10. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 리소그래피 공정의 파라미터를 계산하는 단계를 포함한 방법으로, 상기 방법은 복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수에 기초하며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.
11. 10 항의 방법에서, 파라미터는: 리소그래피 장치의 방사선 소스의 파라미터, 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터, 패터닝 디바이스 상의 패턴의 파라미터, 리소그래피 장치의 조명 소스의 파라미터, 레지스트 파라미터, 현상 파라미터, 및/또는 에칭 파라미터로부터 선택된다.
12. 10 항 또는 11 항의 방법에서, 상기 방법은 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 에어리얼 이미지 또는 레지스트 이미지를 시뮬레이션하는 단계를 포함한다.
13. 10 항 내지 12 항 중 어느 한 항의 방법에서, 상기 방법은 1 이상의 디자인 변수의 함수인 비용 함수를 계산하는 단계를 더 포함하고, 1 이상의 디자인 변수는 도즈를 포함한다.
14. 명령어들이 기록되어 있는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로, 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행되는 경우 앞선 항들 중 어느 한 항의 벙법을 구현한다.
15. 프로세서, 메모리 및 저장 디바이스를 포함하는 컴퓨터 제품으로, 저장 디바이스는 적어도 복수의 도즈 값들에서 리소그래피 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 저장하며, 도즈 감도는 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수가 아니다.
16. 15 항의 컴퓨터 제품에서, 컴퓨터 제품은 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 리소그래피 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 치수를 계산하도록 더 구성된다.
17. 15 항 또는 16 항의 컴퓨터 제품에서, 컴퓨터 제품은 1 이상의 디자인 변수의 함수인 비용 함수를 계산하도록 더 구성되고, 1 이상의 디자인 변수는 도즈를 포함한다.
18. 15 항 내지 17 항 중 어느 한 항의 컴퓨터 제품에서, 컴퓨터 제품은 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 에어리얼 이미지 또는 레지스트 이미지를 시뮬레이션하도록 구성된다.
19. 1 항의 방법에서, 도즈 감도는 에어리얼 이미지에서의 임계치의 함수로서 패턴의 에어리얼 이미지에서의 피처의 파라미터의 도함수이다.
20. 9 항의 방법에서, 디자인 변수는 z 방향으로의 이동 표준 편차(MSDz), 간섭성 세팅, 노광후 베이크 온도, 노광후 베이크 시간, 레지스트 제제, 투영 광학기에서의 제어가능한 요소, 패터닝 디바이스 상의 패턴의 형상 및 위치, 패터닝 디바이스 상의 패턴의 편향, 디벨로퍼의 파라미터, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
21. 1 항의 방법에서, 복수의 도즈 값들에서의 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수는 메트롤로지 기술에 의해 결정된다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (15)

  1. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치를 이용하는 리소그래피 방법에 있어서,
    상기 방법은 복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도(dose sensitivity)의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 도즈 감도는 일정하지 않고, 공칭 도즈(nominal dose) 주위에서의 도즈의 단조적으로(monotonically) 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수도 아닌 리소그래피 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도즈 감도는 상기 도즈에 대한 상기 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처(feature)의 파라미터의 도함수인 리소그래피 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 기판 상의 레지스트 층에서의 일정(certain) 깊이에서 측정되는 임계 치수 및 상기 피처의 측벽 각도(sidewall angle)를 포함하는 리스트로부터 선택되는 리소그래피 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도즈 감도는 상기 도즈에 대한 상기 패턴의 에어리얼 이미지(aerial image)에서의 피처의 파라미터의 도함수인 리소그래피 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    특정 도즈에서의 도즈 감도들은 레지스트 층에서의 패턴의 깊이에 대해 변하는 리소그래피 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도즈 감도를 이용하여 상기 기판 상의 패턴의 레지스트 이미지에서의 피처의 치수를 계산하는 단계를 더 포함하는 리소그래피 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 피처의 치수를 계산하는 단계는: 상기 리소그래피 장치의 방사선 소스의 파라미터, 상기 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터, 상기 리소그래피 장치의 조명 소스의 파라미터, 레지스트 파라미터, 현상 파라미터, 및/또는 에칭 파라미터로부터 선택되는 1 이상의 파라미터를 이용하여 상기 치수를 계산하는 단계를 포함하는 리소그래피 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    디자인 변수를 조정하는 단계를 더 포함하고, 상기 도즈 감도는 상기 디자인 변수의 함수인 리소그래피 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 디자인 변수는 z 방향으로의 이동 표준 편차(MSDz), 간섭성 세팅(coherence setting), 노광후 베이크(post-exposure bake) 온도, 노광후 베이크 시간, 레지스트 제제(resist formulation), 투영 광학기에서의 제어가능한 요소, 상기 패터닝 디바이스 상의 패턴의 형상 및 위치, 상기 패터닝 디바이스 상의 패턴의 편향(bias), 디벨로퍼(developer)의 파라미터, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 리소그래피 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 도즈 값들에서의 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수는 메트롤로지 기술(metrology technique)에 의해 결정되는 리소그래피 방법.
  11. 방법에 있어서,
    복수의 도즈 값들에서 패턴의 적어도 일부분의 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수에 기초하여, 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 리소그래피 공정의 파라미터를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 도즈 감도는 일정하지 않고, 상기 도즈의 단조적으로 증가하거나 단조적으로 감소하는 함수도 아닌 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 파라미터는: 상기 리소그래피 장치의 방사선 소스의 파라미터, 상기 리소그래피 장치의 투영 광학기의 파라미터, 상기 패터닝 디바이스 상의 패턴의 파라미터, 상기 리소그래피 장치의 조명 소스의 파라미터, 레지스트 파라미터, 현상 파라미터, 및/또는 에칭 파라미터로부터 선택되는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 도즈 감도의 값들, 또는 도즈 감도를 설명하는 함수를 이용하여 에어리얼 이미지 또는 레지스트 이미지를 시뮬레이션하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    1 이상의 디자인 변수의 함수인 비용 함수를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 1 이상의 디자인 변수는 도즈를 포함하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 구성된 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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