KR20030040446A

KR20030040446A - 회절 시그네춰 분석을 통한 초점 중심 측정방법

Info

Publication number: KR20030040446A
Application number: KR10-2003-7003355A
Authority: KR
Inventors: 리토마이클유진; 레이몬드크리스토퍼제이.
Original assignee: 액센트 옵티칼 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-05-22
Also published as: US6606152B2; JP2004508559A; IL154763A0; EP1332330A1; AU2002212958A1; EP1332330A4; US6429930B1; US20020041373A1; US20030002031A1; WO2002021075A1; IL154763A

Abstract

본 발명은 복수의 회절격자(20)를 사용하여 회절 시그네춰 차이 분석에 의해 리소그래피 웨이퍼(10)에서의 결정방법을 제공한다.

Description

회절 시그네춰 분석을 통한 초점 중심 측정방법{DETERMINATION OF CENTER OF FOCUS BY DIFFRACTION SIGNATURE ANALYSIS}

관련출원의 참조

본 출원은 발명의 명칭이 회절 시그네춰 분석(diffraction signature analysis)을 통한 초점 중심 측정방법인, 2000년 9월 6일에 출원된 미국 가출원 번호 60/230,491호에 대해 우선권을 주장하는 것이며, 이것의 설명이 참고로서 본 출원에 인용된다.

이하의 논의에서는 저자의 다수의 저작물과 수년간의 공보들이 언급이 되고 있다. 그러나, 간행물 발행일이 최근 날짜로 되어있다 해서 일부 간행물들이 본 발명에 대한 종래 기술로서 간주되어서는 아니 될 것이다. 여기서 언급되는 이러한 간행물들에 대한 논의는 본 발명의 보다 완벽한 배경설명을 위해 주어지는 것일 뿐이며, 그러한 간행물을 본 발명에 대한 특허성 판단 목적의 선행기술로서 인정하는 것으로 해석하지 말아야 한다.

리소그래피는 반도체, 광학, 그 밖의 관련 산업에서 유용한 다양한 어플리케이션을 갖는다. 리소그래피는 평판형 디스플레이나 디스크 헤드 등뿐만 아니라 웨이퍼에 만들어지는 집적회로와 같은 반도체 장치를 제작하는데 이용된다. 한 어플리케이션에서, 리소그래피는 공간적으로 변조된 광을 이용하여 마스크 또는 레티클(reticle)상의 패턴을 기판상의 레지스트층(resist layer)에 전사(transmit)하는데 이용된다. 그 다음, 상기 레지스트층은 현상되며, 노광된 패턴이 에칭 제거(양의 레지스트) 되거나 혹은 그대로 잔존(음의 레지스트)되어, 상기 레지스트층에 3차원 영상패턴이 형성되게 된다. 그러나, 포토레지스트 리소그래피 외에 또 다른 방식의 리소그래피들이 채용된다. 특히 반도체 산업에서 사용되는 리소그래피의 한 방식에서는, 일반적으로 리덕션 렌즈(reduction lens) 및 조사기(illuminator), 엑시머 레이저 광원, 웨이퍼 스테이지, 레티클 스테이지, 웨이퍼 카세트와 오퍼레이터 워크스테이션을 포함하고 있는 웨이퍼 스텝퍼(wafer stepper)가 채용된다. 근래의 스텝퍼 장치들은 양 및 음 레지스트 방법을 모두 채용하고, 본래의 단계적 반복(step-and-repeat)형과 단계적 주사(step-and-scan)형 중 하나 또는 이들 모두를 이용한다.

노광과 초점은 포토레지스트 리소그래피를 이용한 레지스트층에서와 같이 현상되는 이미지 패턴의 질을 결정한다. 노광은 단위 면적당 이미지의 평균에너지를 결정하고, 조명 시간과 세기에 의해 결정된다. 초점은 초점내 영상(in-focus image)에 대한 변조 축소를 결정한다. 초점은 이미지 시스템의 초점 평면에 대한 레지스트층의 표면의 위치에 의해 결정된다.

노광과 초점의 국소적 편차는 스텝퍼 초점의 표류(drift) 뿐만 아니라 레지스트층의 두께와 기판의 토포그래피(topography) 변화에 의해 야기된다. 노광과 초점의 편차 가능성 때문에 리소그래피를 통하여 발생된 이미지 패턴들은 이 이미지 패턴들이 허용공차 범위 내에 있는지 여부를 결정하기 위하여 모니터링되어야 함을 요구한다. 초점과 노광에 대한 제어는 리소그래피 공정이 서브-미크론 라인을 만드는데 사용될 경우 특히 중요하다.

다양한 방법과 장치가 스텝퍼 및 유사한 리소그래피 장치들의 초점을 결정하는데 사용되어져 왔다. 주사 전자 현미경(SEM) 및 유사한 장치들이 채용된다. SEM을 채용한 방식은 0.1 미크론의 정도에서 특성(feature)들을 분해(resolve)할 수 있지만, 이 방식에 의한 프로세스는 비용이 많이 들고, 고진공 챔버가 필요하며, 조작이 상대적으로 더디고, 자동화하기 곤란하다는 문제가 있다. 광학 현미경도 채용 가능하지만, 이것은 서브-마이크론 구조들에 대해 요구되는 분해능을 갖지 못한다. 다른 방법들 중에는 미국 특허 제5,712,707호, 제5,953,128호와 제6,088,113에 개시된 것과 같이 특수한 타깃(target)과 테스트 마스크를 적용하는 방법이 있다. 오버레이 오차(overlay error) 방법이 미국 특허 제 5,952,132호에 개시된 것과 같이 알려져있다. 그러나, 이러한 방법들은 타깃의 성질에 의해 분해능을 증가시킬 수는 있지만 여전히 주사 전자 현미경(SEM), 광학 현미경 또는 이와 유사한 직접적인 측정 장치들을 요구한다.

다양한 산란계와 관련장치, 및 측정장치들이 마이크로전자 반도체 재료, 광전자 반도체 재료, 컴퓨터 하드디스크, 광디스크, 정교하게 폴리싱된 광소자, 측면치수가 수십 미크론에서 1/10미크론 미만 범위인 기타의 재료들의 미세구조를 형성하는데 사용되어 왔다. 그 예로, 액센트 옵티컬 테크놀로지스 인코포레이티드에서 제작 판매하고 있는 CDS200 산란계는 미국 특허 제 5,703,692호에 부분적으로 개시된 완전히 자동화된 비파괴 방식의 임계 치수(CD)의 측정 및 횡단면 윤곽을 분석하는 시스템이다. 본 장치는 1나노미터(nm) 미만의 임계치수들을 반복적으로 분해함과 동시에 단면의 윤곽을 결정하고 막 두께에 대한 평가를 수행할 수 있다. 본 장치는 조사광빔의 입사각에 따른 단일회절 차수의 세기를 모니터하는 것이다. 이러한 방식으로, 샘플로부터 보다 높은 회절 차수 뿐만 아니라 0번째 또는 정반사 차수(specular order)의 세기의 변화량을 모니터할 수 있는바, 이에 따라 조사되는 샘플 타깃의 특질(properties)을 측정하는데 유용한 정보를 얻을 수 있다. 샘플 타깃을 제작하는데 이용되는 프로세스는 샘플 타깃의 특질을 결정하기 때문에, 그러한 정보는 그 프로세스를 우회적으로 모니터할 수 있는 수단으로서 유용하다. 이러한 방법론은 반도체 공정에 관한 논문에 기술되어 있다. 미국 특허 제4,710,642호, 제5,164,790호, 제5,241,369호, 제5,730,692호, 제5,867,276호, 제5,889,593호, 제5,912,741호 및 제6,100,985호에 제시된 것을 포함하여 산란계 분석을 위한 많은 방법과 장치가 알려져있다.

산란계 및 관련 장치들은 다양한 서로 다른 조작 방법을 채용할 수 있다. 하나의 방법은, 공지된 단일 파장원을 사용하고, 입사각 θ를 정해진 연속된 범위 이상으로 변화시키는 것이다. 다른 방법은, 다수의 레이저 빔원을 사용하는 것으로써, 이들 각각의 레이저 빔원은 선택에 따라 입사각θ를 서로 다르게 두고 있다.또 다른 방법은, 입사각이 넓은 스펙트럴 광원을 사용하는 것으로써, 입사광이 일부 범위의 파장들로 조사되고, 입사각θ가 선택에 따라 일정하게 유지된다. 입사 위상의 범위를 산출하기 위한 렌즈와 필터와 더불어 결과적인 회절위상을 검출하는 검출기를 이용하는 가변 위상 광 컴포넌트들이 또한 공지되어 있다. S컴포넌트에서 P컴포넌트로 편광시키기 위한 렌즈와 필터를 사용하는 가변 편광 상태 광 컴포넌트들을 사용하는 것 또한 가능하다. 광원 또는 다른 방사원이 타깃 영역을 중심으로 회전하거나 또는 택일적으로 상기 타깃이 광원 또는 다른 방사원을 중심으로 회전하도록 범위φ이상으로 입사각을 조절할 수도 있다. 이러한 다양한 장치중 하나를 이용하여, 또한 이들의 결합이나 치환을 통하여 샘플 타깃에 대한 회절 시그네춰를 얻는 것이 가능하다.

산란계 장치 외에도 검출기로 광을 포획함과 더불어 회절격자를 통하여 반사되거나 전사될 수 있는 광기반 소스를 사용하여 0번째 또는 더 높은 회절 차수에서 회절 시그네춰를 결정할 수 있는 다른 장치와 방법들이 존재한다. 이러한 다른 장치와 방법들은 산란계 외에 타원계와 반사계를 포함한다. 예컨대 엑스선(X-ray)과 같은 다른 복사원을 사용하여 비 광-기반(non-light-based) 회절 시그네춰를 얻을 수 있는 것 역시 공지되어 있다.

본 기술분야에 다양한 샘플 타깃들이 공지되어 있다. 단순한, 일반적으로 사용되는 타깃은 비록 다른 비율도 알려져 있지만, 폭과 간격(space)의 비율이 전형적으로 1대1에서 1대3 사이인, 본질적으로 일련의 주기 라인인 회절격자이다. 1대3비율의 예에서 전형적인 회절 격자는 100나노미터(nm)의 선폭과 300나노미터(nm)의간격을 가질 수 있으며, 총 피치(선폭과 간격의 합)는 400나노미터(nm)가 된다. 선폭과 피치는 리소그래피 공정의 분해능의 함수가 되며, 따라서 리소그래피 공정이 아주 작은 선폭과 피치를 허용할 때 선폭과 피치는 유사하게 줄일 수 있다. 현재 일반적으로 사용되는 것보다 충분히 작은 것을 포함한 어떤 적절한 선폭과 피치를 가진 회절 기술이 채용될 수 있다.

회절 격자는 공지된 패턴으로 웨이퍼상의 다이(die) 내에 전형적으로 분산된다. 단일 웨이퍼상에 다중의 다이(또는 노광 영역)를 채용하는 것은 공지의 기술이다. 각 회절패턴은 다른 초점 세팅이나 다른 노광 세팅(또는 도우즈) 등을 이용함으로써 리소그래픽 수단에 의해 다른 초점에 놓이게 할 수 있다. 초점중심은, 산란계 및 회절격자를 사용하여, 다양한 서로 다른 초점 회절격자부터의 회절 시그네춰들을 임계 치수(CD)에 대한 정보를 산출하는 이론상의 모델 라이브러리의 시그네춰들과 비교함으로써 결정할 수 있다는 것 또한 공지의 사실이다. 실제의 회절 측정치들은 상기 모델과 비교되어, 이로부터 CD값이 유도되게 된다. 이렇게 얻어진 CD값은 초점에 대하여 플롯화(plotting)되며, 그 결과는 포물형 곡선을 그리게 된다. 그러나 이 방법은 상당한 시간과 이론적인 모델을 산출하기 위한 컴퓨터 자원들을 필요로 한다.

본 발명은 포토레지스트 리소그래픽 웨이퍼 공정용과 같은 리소그래피 어플리케이션들에 있어서 초점 중심 결정을 비롯한 회절 시그네춰 분석에 의한 리소그래피 어플리케이션에서의 파라메터들의 결정 방법에 관한 것이다.

도 1은 회절 격자들을 포함하는 다이들을 갖는 웨이퍼의 개략도이다.

도 2는 반사 0번째 차수의 회절 시그네춰를 얻는 다양한 방법의 개략도이다.

도 3은 3차원 회절 격자를 도시한다.

도 4는 일련의 회절 격자들을 도시한다.

도 5a-5c는 S 및 P 편광들을 연결함과 함께, 각도 분해되는 산란계를 이용하여 얻어지는 일련의 플롯화된 회절 시그네춰들을 도시한 것으로서, 각 시그네춰는 하나의 초점 스텝 만큼 변한다.

도 6은 초점에 대해 플롯화된 평균 제곱근 오차에 의해 결정되는 회절 시그네춰 차이의 플롯이다.

도 7a 및 7b는 각각, 좁고 넓은 범위의 초점 중심들에 대한 최소치들을 포함하는 포물선 곡선들의 플롯들을 도시한다.

도 8은 필드 내의 다수의 위치들에서의 회절 시그네춰 차이로부터 얻어지는 초점 중심의 3차원 플롯을 도시한 것으로서, 초점 중심을 필드 내의 위치의 함수로서 나타낸다.

도 9는 필드 내의 경사에 대한 회절 시그네춰 차이로부터 얻어지는 초점 중심의 3차원 플롯을 도시한 것으로서, 초점 중심에 대한 스테이지 경사의 영향을 필드 내의 위치의 함수로서 나타낸다.

본 발명은 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 측정하는 방법을 제공하는바, 이 방법은 상기 리소그래피 장치를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 형성되는 다수의 회절 격자들을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 여기서 상기 회절 격자들은 간격이 떨어져있는 다수의 요소들을 포함하며; 방사원 기반 툴에 의해 다수의 회절 격자들중 적어도 3개에 대한 회절 시그네춰들을 측정하는 단계와; 그리고 상기 리소그래피 장치의 바람직한 파라미터를 결정하기 위해 상기 회절 시그네춰들 간의 차이를 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 기판은 웨이퍼를 포함할 수 있다.

이 방법은 알려진 서로 다른 초점 설정들에서, 리소그래피 장치를 이용하여 다수의 회절 격자들을 형성하는 단계와 그리고 2개의 인접하는 초점 설정 회절 격자를 결정하는 결정하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 회절 시그네춰들 간의 차이는 다른 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이 보다 작으며, 그럼으로써 상기 파라미터가 상기 리소그래피 장치의 초점 중심이 된다.

바람직한 실시예에서, 상기 알려진 서로 다른 초점 설정들은 증분차가 균등한 초점 설정들이다. 대안적으로, 상기 알려진 서로 다른 초점 설정들은 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들이다. 이 방법은 또한 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들을 표준화하기 위한 수학적인 알고리즘의 이용을 포함한다.

이 방법은 회절 시그네춰들에 있어서의 차이를 플롯화하는 단계를 더 포함하며, 상기 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이는 초점 중심에 대해 제로의 기울기를 갖는 포물선 곡선의 근사치로서 증가한다. 상기 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이의 결정은 또한 미터법(metric)의 이용을 포함할 수 있다. 이용될 수 있는 한 미터법은 평균 제곱근 오차의 데이터 분석 방법이다.최소 차이 결정은 또한 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이들의 가중 평균들의 비교를 포함할 수 있다.

상기 방법의 일 실시예에서, 상기 방법은 동일한 초점 설정에서, 리소그래피 장치를 이용하여 다수의 회절 격자들을 형성하는 단계와; 그리고 기판 상의 회절 격자들의 위치의 함수로서 상기 차이들을 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법의 다른 실시예에서, 상기 방법은 알려진 서로 다른 초점 설정들 및 알려진 서로 다른 주입량 설정들에서, 다수의 회절 격자들을 형성하는 단계와; 그리고 초점에 대한 주입량의 영향을 결정하는 단계를 더 포함한다. 다수의 회절 격자들은 알려진 서로 다른 초점 설정 회절 격자들의 세트들을 포함하며, 상기 세트들은 알려진 서로 다른 주입량 설정들에 의해 변변경된다.

본 발명은 또한 리소그래피 장치에서 초점 중심을 결정하는 방법을 제공하는바, 이 방법은 상기 리소그래피 장치를 이용하여 형성된 다수의 회절 격자들을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 여기서 상기 다수의 회절 격자들은 알려진 서로 다른 초점 설정들을 포함하며; 방사원 기반 툴에 의해 상기 다수의 회절 격자들중 적어도 3개에 대한 회절 시그네춰들을 결정하는 단계와; 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이들을 측정하는 단계와; 그리고 상기 초점 중심을, 상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들의 회절 시그네춰들 간에 최소의 차이가 있는 초점 설정으로서 결정하는 단계를 포함한다.

이러한 방법의 일 실시예에서, 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이는 최소 차이에 대해 제로의 기울기를 갖는 포물선 곡선의 근사치로서 증가한다. 상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이를 결정하는 단계는, 평균 제곱근 오차의 데이터 분석 방법(이 방법에만 한정되는 것이 아님)을 포함하는 미터법을 이용한 차이 결정을 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 인접하는 초점 설정 회절 격자들의 회절 시그네춰들 간의 차이들의 가중 평균을 비교함으로써 최소 차이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 최소 차이를 결정하는 단계는 인접하는 순차적인 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이들로부터 얻어지는 데이터를 포물선 곡선에 적용(fitting)시키는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 최소 차이는 포물선 곡선의 최소치들을 포함한다.

상기 모든 방법들에서, 방사원 기반(radiation source-based)툴은 광원 기반 툴들을 포함한다. 일 실시예에서, 광원 기반 툴은 입사 레이저빔원과, 상기 레이저빔을 포커싱하고 임의의 입사 각도 범위 이상으로 주사하는 광학 시스템과, 그리고 결과적인 측정 각도들에 대한 결과적인 회절 시그네춰를 검출하는 검출기를 포함한다. 상기 광원 기반 툴은 또한 각도 분해 산란계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 광원 기반 툴은 다수의 레이저빔 원들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 광원 기반 툴은 입사 광역 스펙트럼 광원과, 상기 광을 포커싱하고 임의의 입사 파장들의 범위 이상으로 조사하는 광학 시스템과, 그리고 결과적인 측정 파장들에 대한 결과적인 회절 시그네춰를 검출하는 검출기를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 광원 기반 툴은 입사 광원과, S 및 P 편광들의 진폭 및 위상을 변경하는 컴포넌트들과, 상기 광을 포커싱하고 임의의 입사 위상의 범위 이상으로 조사하는광학 시스템과, 그리고 결과적인 회절 시그네춰의 위상을 검출하는 검출기를 포함한다.

상기 모든 방법들에서, 상기 회절 시그네춰를 측정하는 단계는 고정 각도, 가변 각도(θ) 또는 가변 각도(φ)에서 동작하는 광역 스펙트럼 방사원 기반 툴원에 의한 위상 측정을 포함한다. 상기 방법들에서, 회절 격자를 측정하는 단계는 또한 고정 각도, 가변 각도(θ) 또는 가변 각도(φ)에서 동작하는 단일 파장 방사원 기반 툴원에 의한 위상 측정을 포함한다. 상기 회절 시그네춰를 측정하는 단계는 또한 다수의 불연속적인 파장 방사원 기반 툴원에 의한 위상 측정을 포함할 수 있다. 상기 회절 시그네춰는 반사 회절 시그네춰 또는 전달 회절 시그네춰가 될 수 있다. 상기 회절 시그네춰는 정반사성 차수의 회절 시그네춰 또는 더 높은 차수의 회절 시그네춰가 될 수 있는바, 이들은 모두 양 또는 음이다.

본 발명의 주 목적은 광학 툴, SEM 또는 유사한 현미경 계측 툴을 이용하지 않으면서, 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 일련의 서로 다른 초점 회절 격자 부재들 간의 회절 시그네춰 차이를 분석함으로써, 리소그래피 장치의 초점 중심을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반사 또는 전달 회절을 이용하여 회절 시그네춰를 얻음으로써, 초점 중심을 포함하는, 리소그래피 장치와 관련된 파라미터들을 결정 또는 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 한정하는 것은 아니지만 0번째 또는 정반사성 편광 차수 또는 더 높은 차수의, 반사 또는 전사 각도 분해되는, 가변 파장, 가변 위상, 가변 편광 상태 또는 가변 방위 회절 또는 이들의 결합을 포함하는 회절 시그네춰를 생성하는 어떠한 방법을 이용하여 회절 시그네춰를 얻음으로써, 초점 중심을 포함하는, 리소그래피 장치와 관련된 파라미터들을 결정 또는 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이론적인 모델 또는 알려진 파라미터들의 라이브러리의 직접적인 이용을 요구하지 않으면서, 초점을 포함하는, 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 결정 또는 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회절 시그네춰 차이 응답 및 분석에 의해 주입량의 함수로서, 초점을 포함하는, 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 결정 또는 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 양 또는 음이 될 수 있는 0번째 정반사성 차수 또는 어떠한 더 높은 차수의 회절을 포함하는, 서로 다른 초점 회절 격자들의 어떠한 회절 시그네춰 차수에 의해 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 결정 또는 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 주요 장점은 광학 툴, SEM 또는 유사한 현미경 계측 툴들을 이용하지 않으면서 리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 측정할 수 있다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 회절 격자들에 대해, 회절 시그네춰들 및 이들 간의 차이들의 결정을 이용하여 초점 중심을 결정하기 위해, 통상적인 포토레지스트 리소그래피 수단을 포함하는 스텝퍼에 의해 제조되는 통상적인 웨이퍼 상의 일련의 서로 다른 초점 회절 격자들을 이용할 수 있다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 알려진 통상적인 방법들 보다 더 짧은 시간 주기 및 더 낮은 비용으로, 스텝퍼와 같은 리소그래피 장치에서 초점 중심을 포함하는 결과를 얻을 수 있게 하는 방법 및 장치를 제공한다는 것이다.

본 발명의 다른 목적들, 장점들, 신규 특징들 및 적용가능한 다른 범위는 첨부 도면을 참조하여 설명되는 하기의 상세한 설명에서 상세히 설명될 것이며, 그리고 하기의 설명을 통해 당업자에게 명확해지거나, 본 발명의 실행에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 목적들 및 장점들은 첨부된 청구항들에서 특정하게 지정되는 수단들 및 결합들에 의해 구현 및 달성될 수 있다.

본원 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다. 도면들은 단지 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예들을 도시한 것으로서, 본 발명을 한정하지 않는다.

본 발명은 리소그래피 장치에 관련된 파라미터를 측정하는 방법 및 장치를 제공하며, 바람직한 실시예에서 리소그래피 장치의 초점 중심을 결정하는 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법에서, 서로 다른 회절격자의 일련의 회절 시그네춰가 얻어진다. 상기 회절격자는 리소그래피 장치를 사용하여 만들어지고, 복수의 서로 다른 초점 설정 그리고 선택적으로 복수의 서로 다른 도우즈 설정을 채용하여 만들어진다. 회절 시그네춰는 순차적으로 정렬되고, 그 정렬은 초점 설정의 증가 또는 감소의 순서로 바람직하게는 동일한 증가로 회절 시그네춰를 획득한 후에 이루어질수 있으며 인접하는 초점 설정 회절격자의 회걸 시그네춰들간의 차이가 결정된다. 상기 차이는 선택적으로 제곱근 평균오차 분석방법과 같은 측정기준을 사용하여 비교된다. 회절 시그네춰들은 초점 중심에 도달할수록 동일한 증가 인접 초점 설정간의 차이가 작아지면서 더 가까워지게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 회절 시그네춰 차이 분석의 방법을 사용함으로써, 초점 중심 및 관련 파라미터가 이론적인 모델 또는 기존의 데이터의 데이터베이스를 참조하지 않고 그리고 광학 현미경 또는 SEM과 같은 직접적인 측정계측장치를 사용하지 않고 결정될 수 있다.

본 발명을 구체적으로 설명하기 전에 다음과 같이 정의를 한다.

리소그래피 장치는 마스크와 같은 이미지를 사용하여 기판에 선택적으로 패턴을 전사하는 장치를 말한다. 따라서, 리소그래피 장치는 포토레지스트 리소그래피와 같은 종래의 광학 리소그래피를 포함하지만, 다른 방법의 리소그래피를 포함할 수도 있다. 포토리소그래피라고도 하는 포토레지스트 리소그래피에서는, 광학적인 방법을 사용하여 마스크 또는 레티클이라고 하는 마스터 이미지로부터의 회로패턴을 웨이퍼로 전사한다. 이 과정에서, 레지스트라는 1이상의 특수 물질이 회로가 제작되는 웨이퍼에 도포된다. 레지스트 코팅물질은 필요한 만큼 도포되고 상기 웨이퍼는 필요에 따라 소프트베이크(softbake)에 의해 처리된다. 양 또는 음의 포토레지스트 물질 중 하나가 사용될 수 있다. 양의 레지스트는 통상적으로 레지스트 현상액으로 사용되는 화학 물질에 용해되지 않지만 광에 노출되면 용해된다. 음의 레지스트는 통상적으로 레지스트 현상액으로서 사용되는 화학물질에 용해되지만 광에 노출되면 용해되지 않는다. 레지스트의 일부를 선택적으로 광에 노출시키거나다른 일부를 노출시키지 않음으로써, 회로 또는 다른 구조의 패턴이 레지스트 막에 형성된다. 광학 리소그래피에서, 선택적인 노광은 마스크의 이미지에 의해 이루어지는데, 전형적으로 마스크에 광을 조사하고 전사된 이미지를 레지스트 막에 투사시킴으로써 이루어진다.

본 발명에서 인용되는 리소그래피 장치는 웨이퍼 스텝퍼라고도 알려진 스텝퍼를 포함하는데, 이 스텝퍼는 포토마스크로부터의 회로 또는 다른 구조의 이미지를 레지스트가 도포된 웨이퍼에 투사한다. 스텝퍼는 전형적으로 리덕션 렌즈, 조사기, 엑시머 레이저빔 원, 웨이퍼 스테이지, 레티클 스테이지, 웨이퍼 카세트 및 조작자 워크스테이션을 포함한다. 스텝퍼는 양 및 음 레지스트 방법을 모두 채용하며 단계적 반복 포맷 또는 단계적 포맷 중 하나를 사용하거나 두 개가 결합된 포맷을 사용한다.

본 발명의 실시에서 리소그래피 장치에 의해 일련의 회절격자가 설치된 웨이퍼 또는 다른 기판이 사용된다. 가장 단순히 말하면, 회절격자는 리소그래피 수단에 의해 만들어진 구조 또는 이미지로서 입사광에 관한 굴절률의 주기적 변화를 발생시킨다. 이러한 굴절률의 변화는 물리적 또는 화학적 차이에 의해 발생될 수 있다. 물리적 차이에는 보통의 눈금을 새긴 광학 회절격자와 같은 대기와 결합된 1의 굴절률을 갖는 물질 또는 다른 물질과 결합된 물질을 사용하여 포토레지스트 또는 다른 리소그래피적으로 발생된 변화를 포함한다. 화학적 차이는 포토레지스트가 노광된 회절격자를 갖는 웨이퍼를 포함하며, 여기서 레지스트는 아직 현상되지 않는다. 이 경우 모든 레지스트는 여전히 존재하지만, 광에 노출된 부분은 노출되지 않은 레지스트 부분과 다른 굴절률을 가지므로 레지스트에서의 굴절률의 주기적 변화로 구성된 회절격자를 형성한다. 주기적 차이는 구조적 또는 화학적 요소의 주기성에 의해 얻어진다. 따라서 이것은 일련의 평행선으로 구성된 종래의 회절격자를 포함하지만, 포스트 또는 홀의 3차원 어레이와 같은 격자를 포함할 수도 있다. 여기서 X방향 및 Y방향 모두에 주기성이 있다. X방향 및 Y방향 모두에 주기성이 있는 회절격자가 도 3에 도시되어 있고 한 방향에서 주기성이 있는 회절격자(평행선(25)로 구성됨)는 도 1에 도시되어 있다. 따라서, 회절격자는 포토레지스트 격자, 에칭된 막 스택 격자, 금속격자 및 관련 기술에서 알려진 다른 격자를 포함한다. 회절격자는 다른 비율이 사용될 수 있으나 전형적으로 약 1:1 내지 1:3의 선폭 대 간격 비를 갖는다. 전형적인 회절격자는 1:3으로서 100nm 선폭 및 400nm의 피치를 갖는다. 폭 및 피치는 리소그래피 장치의 분해능에 따라서 상당히 더 작아질 수 있다.

본 발명의 실시에서, 회절격자는 회절 시그네춰를 발생시키는데 사용된다. 회절 시그네춰는 산란계, 타원계, 반사계와 같은 다수의 기구에 의해 발생될 수 있다. 회절 시그네춰를 발생시키기 위해 방사를 채용하는 장치를 여기서 방사원 기반 툴(radiation source-based tool)이라고 한다. 전형적으로 가시적인 방사원 기반 툴(예를 들어 광원 기반 툴)이 사용되지만, 방사원은 X-레이와 같이 가시적인 방사가 아닐 수 있다. 이 장치들은 적어도 하나의 회절 관련 파라미터를 변경시킴으로써 회절패턴 또는 시그네춰를 발생시킨다. 일실시예에서, 회절 시그네춰는 광과 같은 방사가 반사되는 반사모드에 의해 형성된다. 따라서, 회절 시그네춰는 각도 분해(angle-resolved) 산란계에 의해 발생될 수 있는데, 여기서 단일의 공지된 파장원이 사용되고 입사각 θ이 도 2에서 도시된 바와 같이 소정의 연속 범위에서 변한다. 결과적인 회절 시그네춰가 도 5에 도시되어 있는데, 여기서 입사각 및 반사각 θ에 대한 광의 세기가 그래프로 나타나 있다. 다른 방법에서, 다수의 레이저빔 원이 선택적으로 서로 다른 입사각 θ으로 사용된다. 또 다른 방법에서, 도 2에서 도시된 바와 같이, 입사 광대역 스펙트럼 광원이 사용되어 입사광이 어느 범위의 파장으로부터 조사되고 입사각 θ이 선택적으로 계속 유지된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 가변 위상 광원이 또한 알려져 있으며, 입사 위상의 범위를 사용하고 결과적인 회절된 위상을 검출하는 검출기가 있다. 가변 편광 광원이 또한 알려져 있으며, S 에서 P 컴포넌트 또는 P 에서 S 컴포넌트 편광범위를 사용한다. 도 2에서와 같이 광원이 회절격자를 중심으로 회전하거나, 대안적으로 회절격자가 광원을 중심으로 회전되도록 범위 φ에 대해 입사각을 조정하는 것도 또한 가능하다. 이런 다양한 장치, 그 결합 및 변경된 장치를 사용하여, 샘플 타겟에 대한 회절 시그네춰를 얻는 것이 가능하며, 알려져 있다. 일반적으로, 검출된 광세기는 적어도 하나의 가변 파라미터(입사각 θ,입사광의 파장, 입사광의 위상, 스위프각 φ등)에 대해 도식화된다. 회절 시그네춰는 0번째 또는 정반사 회절 차수(specular diffraction order)를 나타내거나 더 높은 회절 차수를 나타낼 수 있다. 전달 모드(transmissive mode)를 채용하여 방사원 기반 툴의 컴포넌트로서 X-레이 방사원을 사용하여 회절 시그네춰를 발생시키는 것이 또한 가능하며 고려될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 도 1에서와 같이 일련의 다이(15)가 배치된 웨이퍼(10)가 제공된다. 각 다이는 전형적으로 스텝퍼와 같은 리소그래프 장치의노광 필드를 나타내는 웨이퍼의 부분을 나타낸다. 단계적 반복 시스템에서, 셔터가 개방되면 노광될 마스크 또는 레티클의 전체영역이 조사되어 동시에 전체 다이 노광필드를 노광시킨다. 단계적 주사 시스템에서, 셔터가 개방되면 레티클 또는 마스크의 일부분만이 노광되고 따라서 다이 노광 영역의 일부분만이 노광된다. 둘 중 하나의 경우에, 회절격자 세트(20)가 생성되도록 레티클 또는 마스크가 이동될 수 있으며, 회절격자 세트(20)는 일련의 서로 다른, 선택적으로 서로 다른 초점의 회절격자들로 구성된다. 회절격자 세트(20)는 일련의 동일한 회절격자로 구성되거나 일련의 동일한 초점이나 서로 다른 도우즈(dose) 회절격자로 구성될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 회절격자 세트(20)는 일련의 서로 다른 초점의 회절격자로 구성되고 바람직하게는 알려진 증가 초점 스텝에 의해 변하며, 여기서 모든 회절격자는 고정된 도우즈에 있다. 웨이퍼(10)상의 각 다이에서, 도우즈 범위 또는 초점설정 범위가 변하거나 두 개 모두가 변할 수 있다. 종래, 도우즈 또는 초점은 일정한 증가 스텝에서 변하여 후속의 분석을 용이하게 한다. 따라서, 초점은 소정의 범위에서 예를 들어 50 내지 100nm 스텝에서 변할 수 있고, 도우즈는 예를 들어 소정의 범위에서 1 또는 2 mJ 증가분으로 변할 수 있다. 회절격자(20)는 간격(30)에 의해 분리된 종래의 선(25)을 사용하거나 도 3과 같이 3차원 패턴을 사용할 수도 있다.

회절격자는 원하는 회절격자의 원하는 모양, 크기 및 구성에 대응하는 불투명 및 투명 영역을 갖는 마스크를 작성함으로써 레지스트 물질에서 전형적으로 형성된다. 다음, 방사원이 마스크의 일면에 인가되어 마스크의 모양 및 간격들이 마스트의 반대면에 있는 레지스트층에 투사된다. 1이상의 렌즈 또는 다른 광학시스템이 마스크와 레지스트 층 사이에 놓여지며 또한 선택적으로 방사원과 마스크 사이에도 놓여진다. 레지스트에 변화가 일어날 수 있는 충분한 레벨로 광에 노출되거나 에너지가 공급되면, 잠복된 이미지가 레지스트에 형성된다. 레지스트 물질에서 확학적 변화를 나타내는 잠복된 이미지는 레지스트층의 반사율의 변화가 되므로 상기와 같은 회절 시그네춰를 생성하는데 사용될 수 있다. 일실시예에서, 레지스트에서 잠복한 이미지를 갖는 웨이퍼는 노광후 베이크 처리가 될 수 있는데, 이것은 부가적인 화학반응을 유발하거나 레지스트층 내에 컴포넌트를 확산시키는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 레지스트는 현상공정, 선택적으로 화학적 현상공정에 의해 현상될 수 있는데, 이에 의해 레지스트의 부분이 제거되고 양의 레지스트 또는 음의 레지스트가 사용되었는지에 의해 그 부분이 결정된다. 현상공정을 또한 에칭공정이라고 하며 레지스트층, 선택적으로 다른 막과 같은 기판재료(그 위에 그러한 레지스트층이 설치된다)의 영역 또는 공간을 에칭하게 된다.

본 발명의 방법 및 장치에 있어서, 회절격자는 노광되지만 현상되지 않을 수 있고 또는 대안적으로 현상될 수도 있다. 유사하게, 앞에서 일반적으로 회절격자를 발생시키는 종래의 방법을 설명하였으나, 위상이동 마스크를 포함하는 어느 방법이라도 사용될 수 있고, 전자빔 노광 등을 포함하는 다양한 방사원의 어느 것이라도 사용될 수 있다.

초점은 스텝퍼 또는 유사한 리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 장치에서 중요한 파라미터이다. 초점 및 초점 깊이(depth-of-focus)는 도우즈 또는 방사에너지량의 함수 및 초점 또는 렌즈에서 타켓까지의 거리이다. 결과적인 이미징은주어진 노광필드 내의 모든 점에 대해 양호해야 하므로, 결과적으로 정의할 수 있는 사용가능한 초점깊이가 된다. 그러나, 도우즈 및 초점 이외의 인자들이 비점수차(astigmatism), 필드 곡률, 렌즈 품질, x축 및 y축에서 웨이퍼단의 방위 등을 포함하여 초점 및 초점깊이에 영향을 준다. 전형적인 제품의 웨이퍼 스텝퍼는 약 0.15 내지 1.25 마이크론의 분해능과 약 0.4 내지 1.5 마이크론의 사용가능한 초점깊이를 갖는다.

따라서 고정된 도우즈에 대한 초점 중심의 결정은 웨이퍼 처리에서 포토레지스트 노광단계 동안 스텝퍼를 위한 리소그래피 장치의 효율적인 동작에 중요하다. 도우즈의 변화는 이 중심을 결정하는데 어려움을 가중시킨다. 스텝퍼 및 다른 리소그래피 장치에서 사용되는 렌즈는 매우 제한된 초점깊이를 갖고 있어서 최대한의 정밀도가 필요하다. 초점에 있는 렌즈가 섬세하게 인쇄된 포토레지스트 이미지를 산출할 것이며, 초점에서 벗어나면 비기능적인 포토레지스트 특성을 가져올 것이다. 초점의 중심에 있으면 또한 공정반복성을 상당히 향상시킨다. 초점의 중심을 알고 결정하게 되면, 렌즈와 웨이퍼간의 격리가 계속 유지된다는 것을 결정하는데 다양한 서로 다른 자동초점 시스템 또는 구성들 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 이 시스템은 반사광을 사용하는 광학적 방법, 커패시턴스 방법 및 가압된 공기를 사용하는 압력센서 방법을 포함한다. 그러나, 이 시스템 및 구성들은 초점 중심을 결정할 수 없고 단지 렌즈와 웨이퍼간 거리를 일정하게 유지한다. 전형적인 동작에서, 초점 중심은 주기적으로(리소그래피 장치의 동작의 6시간마다 또는 그 이하)결정되어야 한다.

도 5로 돌아가면, 각도 분해 산란계 광 방사원 기반 툴을 사용하여 발생된 두 개의 회절 시그네춰가 도시되어 있다. 회절 시그네춰는 1 초점 스텝에서 다음 초점 스텝(초점 스텝 n 및 n+1)으로의 정반사 차수를 나타낸다. 도 5의 각각에서, 일정한 도우즈가 초점 또는 렌즈에서 웨이퍼까지의 거리가 증가하는 초점 스텝에서 변하면서 회절격자의 포토레지스트 노광에서 사용되었다. 결과적인 회절 시그네춰는포토레지스트 노광 다음에 그러나 현상에 이어서 획득되거나, 또는 현상에 이어서 획득되는데 여기서 구조가 레지스트층 및 선택적으로 웨이퍼의 부분을 포함하는 기판으로 에칭된다. 일련의 회절격자가 측정되고, 결과적인 회절 시그네춰가 프로세서 관련 장치의 메모리에 기록된다. 회절격자는 도 1 및 도 3의 구조에 한정되는 것은 아니지만 이 구조들을 포함하여 광을 회절시킬 수 있는 반복 또는 주기적 특성을 채용하는 구조이다. 정반사 차수 또는 더 높은 회절차수의 회절 시그네춰에서의 차이는 1 초점 스텝에서 다음 스텝으로의 회절 시그네춰에서의 차이를 측정함으로써 분석된다. 이론적으로 이상적인 조건하에서, 초점의 중심은 회절 시그네춰의 변화가 최소가 되는 점이다. 따라서, 도 5에서 도시된 바와 같이, 인접하는 초점 스텝 회절격자의 회절 시그네춰를 분리하는 거리는 초점의 중심에 접근하면서 감소된다. 도 5c에서 두 결과적인 회절 시그네춰는 거의 중첩되어 둘 사이에 차이가 없다.

1 초점 스텝에서 다음 스텝까지의 회절 시그네춰의 차이 및 초점 중심의 결정은 도 5에 도시된 바와 같이, 결과적인 인접하는 초점 스텝 회절 시그네춰를 실질적으로 비교함으로써 확정될 수 있다. 그러나, 이 방법은 조작자의 판단이 필요하고 직접 양을 측정할 수 없으며 또한 비교적 느리다. 따라서, 1 초점 스텝에서 다음 스텝으로의 회절 시그네춰에서 차이를 측정하는데 다양한 측정기준 또는 분석 방법이 사용될 수 있다. 그러한 방법은 이에 한정되는 것은 아니지만 평균제곱오차(MSE) 또는 평균제곱근오차(RMSE) 및 다른 유클리드 거리 측정을 최소화하는 것을 포함한다. 그러한 방법은 또한 회절 시그네춰에서의 차이를 나타내기 위해 평균, 가중 평균, 평균합 및 다른 방법들을 포함한다.

일실시예에서, 회절 시그네춰는 도 4에 도시된 바와 같이 일련의 순차적인 서로 다른 초점 설정 회절격자(40, 45, 50, 55, 60)로부터 얻는다. 40과 45 사이의 RMSE 차이가 결정되고 대응하는 초점 설정에서 회절격자(40)에 대한 회절 시그네춰 차이를 나타낸다. 40과 45 사이 그리고 45와 50 사이의 RMSE 차이의 평균이 결정되고, 대응하는 초점 설정에서 회절격자(45)에 대한 회절 시그네춰 차이를 나타낸다. 45과 50 사이 그리고 50과 55 사이의 RMSE 차이의 평균이 결정되고, 대응하는 초점 설정에서 회절격자(50)에 대한 회절 시그네춰 차이를 나타낸다. 유사하게 50과 55 사이 그리고 55와 60 사이의 RMSE 차이의 평균이 결정되고, 대응하는 초점 설정에서 회절격자(55)에 대한 회절 시그네춰 차이를 나타낸다. 55과 60 사이의 RMSE 차이가 대응하는 초점 설정에서 회절격자(60)에 대한 회절 시그네춰 차이로서 사용된다. 따라서, 정렬된 서로 다른 초점 회절격자들 사이의 초점 설정에서의 차이에 대응하는 일련의 회절 시그네춰 차이를 발생시킨다.

일단 획득되면, 가중 평균 결정에 의해 초점 중심을 결정하는데 회절 시그네춰의 차이가 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 초점 중심은 다음의 수학식(1)에의해 결정된다.

여기서, COF는 초점 중심이고 DSD_RMSE는 RMSE 회절 시그네춰 차이(DSD)이다.

회절 시그네춰에서의 차이의 수적인 표시는 인접하는 초점 회절격자 사이의 최소 차이를 갖는 영역에 대응하는 초점 설정으로서 초점 중심을 결정하기 위해 또한 다른 수단에 의해 비교될 수 있다. 수적인 표시는 초점 설정 스텝에 대하여 그려지면 초점 중심 주변에 집중된 포물곡선을 나타내는 도 6과 같이 된다. 초점 중심에서, 포물곡선의 기울기는 0에 가깝고 이 궤적은 인접하는 서로 다른 초점 설정 회절격자에 대한 회절 시그네춰들 사이의 최소 차이의 영역을 더 나타낸다.

초점 중심 결정 전에 아웃라이어(outlier)를 버리기 위해 다양한 필터 및 관련 수학적 모델이 사용될 수 있다. 특히 거의 초점에서 벗어난 초점 설정에서 회절격자가 노광되면, 결과적인 초점 곡선은 변형될 수 있다. 각 회절격자는 노광 오차, 레지스트 등의 초점 설정에 무관한 이유로 변질된 결과를 낳을 수 있다.

스텝퍼와 같은 주어진 리소그래피 장치의 초점 깊이 또는 로버스트니스(robustness)는 결과적인 포물곡선의 분석에 의해 양적으로 평가될 수 있다. 도 7a에서와 같이 도식화된 함수가 매우 급한 포물선을 가지면, 극소를 포함하는 영역이 일련의 작은 초점설정에 대응하기 때문에 초점깊이는 그에 따라서 작다. 도 7b에서와 같이 도식화된 함수가 극소에 대응하는 큰 영역을 도시한 넓은 포물곡선을 가지면, 초점깊이는 더 크고 다양한 설정을 위한 양호한 초점값을 허용한다.

포물응답을 얻기 위해, 초점중심이 회절격자을 노광시키는데 사용되는 일련의 증가되는 초점 설정 내에 포함되어야 한다. 즉, 범위가 초점중심을 포함하지 않는 경우 초점 중심에서 0의 기울기를 갖는 포물곡선은 발생될 수 없다. 또한, 상당히 초점에서 벗어난 점에서, 예를 들어 순차적인 초점 스텝이 완전히 레지스트를 제거하고 있는 곳에서, 1 초점 스텝에서 다음 초점 스텝까지의 회절 시그네춰가 매우 가까울 수 있다. 이것은 초점 스텝에서의 차이의 함수이고 결과적인 이미지에서 상당한 차이를 가져오지 않는다. 여기서도 격자 모델 또는 균일한 막 모델이 사용되어 초점에서 상당히 벗어난 영역을 결정할 수 있다. 전형적으로 그러한 점은 포물곡선으로 그려질 수 없다.

도 5의 예가 입사각에 따른 서로 다른 회절 시그네춰의 비교를 나타내는데(두 S 및 P 편광이 연결되고 회절강도에 대해 도식화되어 있음), 회절의 다른 모드에서 회절 시그네춰가 유사하게 그려질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 가변 파장 회절에 있어서 강도에 대해 파장을 도식화함으로써, 가변 위상 회절에 있어서 강도에 대해 위상을 도식화함으로써, 가변 편광 상태 회절에 있어서 강도에 대해 편광 상태를 도식화함으로써, 가변 방위 회절에 있어서 강도에 대해 φ를 도식화함으로써, 회절 시그네춰가 발생된다. 유사하게, 도 5의 회절 시그네춰가 반사 회절에 의한 것이나, 회절을 위해 사용된 방사원 기반 툴이 회절격자의 적어도 일부분을 통해 전달될 수만 있다면 유사한 회절 시그네춰를 전도 회절에 의해 얻을 수도 있다. 즉, 투명 및 반투명 회절격자 및 기판을 이용하여 X-레이 방사원 기반 툴 또는 광원 기반 툴을 사용함으로써 얻을 수도 있다. 도 5는 0번째 또는 정반사 차수 회절을 도시하지만 유사한 결과가 더 높은 회절 차수에 의해 얻어질 수 있으며, 대부분의 실시예에서 동일한 회절차수로부터의 회절 시그네춰가 가장 편리하게 비교될 수 있음을 알 수 있다.

도 6에서 도시된 플롯을 만들거나 수학식(1)에서 나타난 초점 중심을 발생시키는데 있어서, 초점 중심의 더욱 정밀한 측정을 위해 측정된 초점들간 보간을 하는데 다양한 통계적 기법들이 사용될 수 있음을 알 수 있다. 이 방법은 관련 분야에서 공지되어 있으며, 편리하게 사용될 수 있다. 유사하게, 각 초점을 사용하지 않고 다중 초점 설정에 걸쳐 회절 시그네춰 차이에 기초하여 초기 분석을 수행하는 분석수단이 사용될 수 있다. 초점 설정 스텝들간 증가 차이는 일정하게 유지되는 것이 바람직하지만 또한 초점 설정 스텝이 균일하지 않으면 보간수단이 사용될 수도 있다.

본 발명의 방법을 사용하여, 초점중심에서의 차이는 전형적으로 0.03 마이크론보다 작으며, 0.07 마이크론의 전형적인 초점 스텝 크기 이하이다. 따라서, 이것은 스텝퍼와 같은 리소그래피 장치의 분해능 내에서 포커싱을 허용한다.

초점 중심에 대한 도우즈의 영향은 유사한 수단에서 분석될 수 있다. 회절격자 세트(20)와 같은 일련의 회절격자 세트는 초점 중심을 에워싸는 소정의 다른 초점 영역 위에 발생되며, 도우즈는 격자 세트 사이에서 한 단계씩 순차적으로 변경된다. 서로 다른 알려진 도우즈에서 각각 일련의 회절격자 세트가 있게 된다. 다음 일련의 회절 시그네춰가 상기한 방사원 기반 툴을 사용하여 각 회절격자 세트에 대해 얻어진다. 결과적인 일련의 회절 시그네춰는 회절 시그네춰 차이 분석에 의해 상기와 같이 분석될 수 있다. 결과적인 초점 중심이 도우즈에 대해 도식화될 수 있어서, 초점 중심에 대한 도우즈의 영향을 산출한다. 이 수단에 의해 도우즈 설정 및 가장 로버스트한 초점곡선에 의한 설정이 확정될 수 있어서 초점곡선 또는 초점깊이에 대한 최소 영향으로 도우즈 설정이 선택될 수 있다.

도 6에서 도시된 바와 같이 회절 시그네춰 차이 및 필드(그 필드는 통상적으로 웨이퍼단에 있을 수 있다)에서의 회절격자의 위치에 대한 데이터를 사용하고 위치에 따른 초점중심이 도 8에서 도시된 바와 같이 도식화될 수 있음이 명백하다. 그러한 플롯은 렌즈 시스템에서의 수차, 비점수차 또는 필드 위의 초점중심을 비균일하게 하는 다른 결함을 드러낸다. 유사하게, 도 9에서 도시된 바와 같이, x축 및 y축 위의 필드에서의 경사가 그려져 있어서 필드에서의 위치에 따른 초점 중심의 스테이지 경사 영향(stage tilt effect)을 나타낸다.

본 발명의 방법 및 장치를 사용하여, 회절 시그네춰 차이에 의해 결정된 초점중심에서 시그네춰를 이론적 또는 실제 회절 시그네춰 차이의 알려진 라이브러리에 매칭시키는 것도 가능하다. 그러한 매치 라이브러리는 종래의 이론적 라이브러리(이것은 반드시 초점이탈 설정의 넓은 영역을 에워싼다)보다 상당히 작을 수 있어서, 더욱 빠른 라이브러리 발생이 가능하며, 이론적 라이브러리의 경우 라이브러리에 대한 저장요건이 작을수록 분석시간이 더 빨라진다.

본 발명의 방법 및 장치는 또한 다른 수단에 의해 결정된 초점중심의 분석을 포함하여 품질 제어 테스트을 위해 사용될 수 있다. 이것은 관련 컴퓨터 시스템을 포함하는 상기 각도 분해 산란계와 함께 또는 상기 측정을 수행하는 다른 적절한 장치에 의해 이루어질 수 있다.

각도분해 산란계를 채용함으로써, 회절 시그네춰는 격자 수학식(2)에 의해 특정된 각위치에서 별개의 회절차수로 분리된다.

여기서 θ_i는 입사각으로 음의 값이고, θ_n는 n번째 회절차수의 각위치이고, λ는 입사광의 파장이고, d는 회절격자의 공간주기 또는 피치이다. 따라서, 0차 도는 정반사 회절차수에 대하여 입사각이 정반사 회절차수의 각위치와 동일하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 정반사 외의 회절차수가 사용될 수 있고 상기와 같이 적절한 각위치가 결정될 수 있다. 유사한 관계가 회절 시그네춰의 다른 모드를 결정하여, 회절 시그네춰를 발생시키는 모드에 의해 정반사 회절차수 또는 더 높은 회절차수가 사용될 수 있다. 예를 들어, 파장 분해 장치에서, 각 θ_i은 일정하게 유지될 수 있고 파장 λ은 변하고, 주어진 n에서 θ_n에 대해 수학식이 계산된다.

본 발명의 방법 및 장치는 또한 초점 중심을 결정하는데 사용될 수 있고, 이에 의해 초점중심이 컴퓨터 기반 제어시스템을 포함하는 적절한 수단에 의해 조정되고, 본 발명의 방법은 허용가능하거나 최적의 초점이 결정될 때를 판단하는데 사용된다. 조정은 도우즈 변경에 의해 또는 관련 기술에서 공지된 다른 수단에 의해 이루어진다.

본 발명은 자동초점 제어시스템을 사용하여 초점중심의 자동 결정을 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 회절 시그네춰 분석에 대한 정보가 제어시스템에서 사용되어 도우즈 변경에 의해 초점을 결정한다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 다른 실시예도 동일한 결과를 달성할 수 있다. 본 발명의 변경 및 수정은 당업자에게 명백하며, 첨부된 청구범위에서 그러한 모든 변경 및 균등물을 포괄하고 있다. 상기 언급된 모든 참조, 출원, 특허 및 간행물은 여기서 참고문헌으로서 인용되는 것이다.

Claims

리소그래피 장치에 관련된 파라미터들을 측정하는 방법으로서,

상기 리소그래피 장치를 이용하여 리소그래피 공정에 의해 형성된 다수의 회절 격자들을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 여기서 상기 회절 격자들은 간격이 떨어져있는 다수의 요소들을 포함하며;

방사원 기반 툴에 의해 상기 다수의 회절 격자들중 적어도 3개에 대한 회절 시그네춰들을 측정하는 단계와; 그리고

상기 리소그래피 장치의 바람직한 파라미터를 결정하기 위해 상기 회절 시그네춰들 간의 차이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
리소그래피 장치에서 초점 중심을 결정하는 방법으로서,

상기 리소그래피 장치를 이용하여 형성된 다수의 회절 격자들을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 여기서 상기 다수의 회절 격자들은 알려진 서로 다른 초점 설정들을 포함하며;

방사원 기반 툴에 의해 상기 다수의 회절 격자들중 적어도 3개에 대한 회절 시그네춰들을 결정하는 단계와;

인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이들을 측정하는 단계와; 그리고

상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들의 회절 시그네춰들 간에 최소의 차이가 있는 초점 설정으로서 상기 초점 중심을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 기판은 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 방사원 기반 툴은 광원 기반 툴을 포함하며,

상기 광원 기반 툴은,

a) 입사 레이저빔 원과, 상기 레이저빔을 포커싱하고 임의의 입사 각도 범위이상으로 주사하는 광학 시스템과, 그리고 결과적인 측정 각도들에 대한 결과적인 회절 시그네춰를 검출하는 검출기와;

b) 각도 분해되는 산란계와,

c) 다수의 레이저빔원들과,

d) 입사 광역 스펙트럼 광원과, 상기 광을 포커싱하고 임의의 입사 파장들의 범위 이상으로 조사하는 광학 시스템과, 그리고 결과적인 측정 파장들에 대한 결과적인 회절 시그네춰를 검출하는 검출기; 또는

e) 입사 광원과, S 및 P 편광들의 진폭 및 위상을 변경하는 컴포넌트들과, 상기 광을 포커싱하고 임의의 입사 위상의 범위 이상으로 조사하는 광학 시스템과, 그리고 결과적인 회절 시그네춰의 위상을 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

a) 고정 각도, 가변 각도(θ) 또는 가변 각도(φ)에서 동작하는 광역 스펙트럼 방사원 기반 툴원에 의한 위상 측정;

b) 고정 각도, 가변 각도(θ) 또는 가변 각도(φ)에서 동작하는 단일 파장 방사원 툴원에 의한 위상 측정; 또는

c) 다수의 불연속적인 파장 방사 기반 툴원에 의한 위상 측정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회절 시그네춰는 반사 회절 시그네춰 또는 전달 회절 시그네춰인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회절 시그네춰는 정반사성 차수의 회절 시그네춰 또는 더 높은 차수의 회절 시그네춰인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

선택적으로 증분차가 균등한 초점 설정들인 알려진 서로 다른 초점 설정들로상기 리소그래피 장치를 이용하여 다수의 회절 격자들을 형성하는 단계와; 그리고

회절 시그네춰들 간의 차이가 다른 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이 보다 적어, 상기 파라미터가 상기 리소그래피 장치의 초점 중심이 되는 2개의 인접하는, 초점 설정 회절 격자를 결정하는 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 알려진 서로 다른 초점 설정들은 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들이며; 그리고

상기 방법은 상기 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들을 표준화하기 위한 수학적인 알고리즘의 이용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이는 초점 중심에 대해 제로의 기울기를 갖는 포물선 곡선의 근사치로서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이를 결정하는 단계는 미터법, 선택적으로는 평균 제곱근 오차의 데이터 분석 방법을 이용한 차이 결정을포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 최소 차이를 결정하는 단계는 상기 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이들의 가중 평균들을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

동일한 초점 설정으로 상기 리소그래피 장치를 이용하여 다수의 회절격자들을 형성하는 단계와; 그리고

상기 기판 상의 회절 격자들의 위치의 함수로서 상기 차이들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

알려진 서로 다른 초점 설정들 및 알려진 서로 다른 주입량 설정들로 다수의 회절 격자들을 형성하는 단계와; 그리고

초점에 대한 주입량의 영향을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이는 최소의 차이에 대해 제로의 기울기를 갖는 포물선 곡선의 근사치로서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들에 있어서의 차이를 결정하는 단계는 미터법, 선택적으로 평균 제곱근 오차의 데이터 분석 방법을 이용한 차이 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 최초 차이를 결정하는 단계는 상기 인접하는 초점 설정 회절 격자들의 회절 시그네춰들 간의 차이들의 가중 평균들을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 최소 차이를 결정하는 단계는 상기 인접하는 순차적인 초점 설정 회절 격자들 간의 회절 시그네춰들 간의 차이들로부터 얻어지는 데이터를 포물선 곡선에 적용시키는 단계를 포함하며, 상기 최소 차이는 포물선 곡선의 최소치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 서로 다른 초점 설정들은 순차적인 서로 다른 초점 설정들 간의 일정한 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 서로 다른 알려진 초점 설정들은 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들이며; 그리고

상기 방법은 상기 증분차가 균등하지 않은 초점 설정들을 표준화하기 위해 수학적인 알고리즘의 이용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.