KR20210107849A - 리소그래피 프로세스를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법이 개시되는데, 이러한 방법은, 기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 규정하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -; 적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계; 상기 측정치 및 상기 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 연산하는 단계; 및 상기 기판 모델 파라미터 및 상기 적어도 하나의 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하여 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019 년 1 월 29 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19154087.1, 2019 년 7 월 31 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19189258.7, 2019 년 8 월 21 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19192740.9의 우선권을 주장하고 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은 리소그래피 프로세스를 제어하기 위한 방법 및 장치 및 이러한 방법 및 장치를 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
리소그래피 프로세스는, 리소그래피 장치가 소망되는 패턴을 기판 상에, 보통 기판의 타겟부 상에 적용하고, 그 후에는 다양한 처리 화학 및/또는 물리적 처리 단계가 패턴에 걸쳐서 작용하여 복잡한 제품의 기능적 피쳐를 생성하는 프로세스이다. 기판 상에 패턴을 정확하게 배치하는 것은 리소그래피에 의해 생성될 수 있는 회로 컴포넌트 및 다른 제품의 크기를 줄이기 위한 중요한 과정이다. 특히, 이미 배치된 기판 상의 피쳐를 정확하게 측정하는 것은, 작동하는 디바이스를 높은 수율로 생산하기에 충분할 만큼 정확하게 피쳐들의 연속 층들을 중첩하여 위치설정할 수 있기 위해서 중요한 단계이다. 일반적으로, 소위 오버레이는 오늘날의 서브-마이크론 반도체 디바이스에서 수십 나노미터 내에서, 가장 중요한 층에서는 수 나노미터까지 좁게 달성돼야 한다.
결과적으로, 현대의 리소그래피 장치는, 실제 노광 또는 타겟 위치에서 기판을 패터닝하는 단계 이전에 광범위한 측정 또는 '매핑' 동작을 수반한다. 후속하는 상세한 설명에서, 편의상 기판은 "웨이퍼"라고 지칭될 것이지만, 본 발명을 사용해서 처리될 수 있는 기판의 타입을 한정하는 것을 암시하는 것은 아니다. 발전된 기판 모델, 예를 들어 정렬 모델은, 처리 단계 및/또는 리소그래피 장치 자체에 의해 야기되는 웨이퍼 그리드의 비선형 왜곡을 더 정확하게 모델링하고 정정하도록 발전되어 왔고 앞으로도 그럴 것이다. 웨이퍼 그리드라는 표현은 웨이퍼에 있는 (측정된) 정렬 마크에 의해 형성되는 좌표계를 지칭하기 위하여 사용된다. 예를 들어, 웨이퍼 그리드는 이상적인 경우에는 직교 그리드를 형성하는 웨이퍼상의 스크라이브 레인에 있는 정렬 마크에 의해 형성된다.
기판 모델을 기판 상의 구조체의 측정치에 근사화하기 위하여, 정렬, 오버레이 또는 초점 모델 파라미터가 계산된다. 웨이퍼 상의 위치의 함수인, 생산 웨이퍼 상의 오버레이, 초점 및 정렬 오차는 이러한 기판 모델을 이용하여 기술할 수 있다. 이러한 기판 모델은 로트 단위로(피드포워드) 자동 프로세스 제어(APC) 시스템 내에 사용되어 리소그래피 프로세스를 제어한다(로트는 하나 이상의 기판 또는 웨이퍼의 배치임). 그러나, 흔히 기판 모델을 구축하기 위해서 사용되는 측정 데이터는 로트별(lot to lot) 요동을 시연하는 공간적 콘텐츠를 포함한다. 그러므로, 측정 데이터에 기반하는 기판 모델 파라미터가 로트별 변동도 시연하는 것이 흔히 관측된다. 리소그래피 프로세스에서 기판 모델 파라미터를 사용하면, 리소그래피 프로세스에 대한 정정이 이제 오래된 기판 모델 파라미터 데이터에 기반하여(예를 들어, 후속 로트, 예를 들어 정정 대상인 로트인 후속 로트를 대표하지 않는 이전의 로트와 연관된 측정치에 기반하여) 결정되기 때문에 리소그래피 프로세스가 불안정해질 수 있다. 그러므로, 리소그래피 프로세스를 견실하고 안정한 방식으로 제어하도록 구성되는 기판 모델 파라미터를 결정하기 위한 방법이 필요하다.
발명자들은, 계산 오버헤드 또는 측정 오버헤드를 부당하게 증가시키지 않으면서, 기판 모델 파라미터를 결정하는 데에 사용되는 측정 데이터 내에 포함된 로트별 변동, 또는 기판별 변동의 영향을 감소시킴으로써 리소그래피 프로세스를 제어하는 것이 개선될 수 있다는 것을 인식했다.
본 발명은 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법으로서, 기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 규정하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -; 적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계; 상기 측정치 및 상기 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 연산하는 단계; 및 상기 기판 모델 파라미터 및 상기 적어도 하나의 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하여 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 제어 파라미터 결정 방법을 제공한다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 프로세스 대상이 되고 있는 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 값들의 공간적 분포와 연관된 측정 데이터를 모델링하는 방법으로서, 측정 데이터를 획득하는 단계; 측정 데이터를 푸리에 변환 연산을 사용하여 주파수 도메인으로 변환하는 단계; 알려진 잡음 특성 및/또는 프로세스의 제어 설비의 제한사항과 연관된 공간 주파수 성분을 적어도 부분적으로 제거하도록 구성되는 공간적 필터를 사용하여, 변환된 측정 데이터를 필터링하는 단계; 필터링된 측정 데이터를 주파수 도메인 내에서 푸리에 역변환 연산을 사용하여 공간적 도메인으로 변환하여 필터링된 측정 데이터를 획득하는 단계; 및 필터링된 측정 데이터를 모델링하여 프로세스의 제어 설비에 대한 입력을 제공하는 단계를 포함하는, 측정 데이터 모델링 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 피쳐 및 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.
이제, 본 발명의 실시예들이 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 예시를 통해 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2는 반도체 디바이스용 생산 설비를 제조하는 다른 장치와 함께 도 1의 리소그래피 장치를 사용하는 것을 개략적으로 보여준다;
도 3은 도 1의 장치에서 수행되는 측정 및 노광 프로세스를 개략적으로 예시한다;
도 4a 내지 도 4c는 웨이퍼 그리드 왜곡을 정정하기 위해 사용되는 정렬 정보를 예시한다;
도 5는 두 개의 예시적인 멀티-웨이퍼 로트에 대한 정렬 오차 및 잔차(residual)의 예들을 보여준다;
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 방법 단계를 예시하는 흐름도이다;
도 7a는 리소그래피 기판 프로세스의 제어를 위해 지문 캡쳐를 적용하는 구축된 방법의 애플리케이션을 예시하는 흐름도인 반면에, 도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 대응하는 방법을 예시하는 흐름도이다;
도 8은 본 발명에 따른 리소그래피 처리 방법에서 적용되는 방법 단계들을 예시하는 흐름도이다; 그리고
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 장치를 구현하도록 프로그래밍될 수 있는 데이터 처리 하드웨어를 개략적으로 예시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2는 반도체 디바이스용 생산 설비를 제조하는 다른 장치와 함께 도 1의 리소그래피 장치를 사용하는 것을 개략적으로 보여준다;
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도 4a 내지 도 4c는 웨이퍼 그리드 왜곡을 정정하기 위해 사용되는 정렬 정보를 예시한다;
도 5는 두 개의 예시적인 멀티-웨이퍼 로트에 대한 정렬 오차 및 잔차(residual)의 예들을 보여준다;
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 방법 단계를 예시하는 흐름도이다;
도 7a는 리소그래피 기판 프로세스의 제어를 위해 지문 캡쳐를 적용하는 구축된 방법의 애플리케이션을 예시하는 흐름도인 반면에, 도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 대응하는 방법을 예시하는 흐름도이다;
도 8은 본 발명에 따른 리소그래피 처리 방법에서 적용되는 방법 단계들을 예시하는 흐름도이다; 그리고
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 장치를 구현하도록 프로그래밍될 수 있는 데이터 처리 하드웨어를 개략적으로 예시한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(illuminator)(IL);
-
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(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)(WTa 또는 WTb); 및
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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.
조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광학 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전기식 또는 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지, 즉 이의 무게를 지탱한다. 이것은 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 지지 구조체는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가 예를 들어, 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 모든 사용은 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 시프트 피쳐(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피쳐(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과식 또는 반사식일 수 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에 잘 알려져 있으며, 이진, 교번 위상-천이, 감쇄 위상-천이, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"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), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
도시된 것처럼, 장치는 투과식이다(예를 들어, 투과식 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사식 타입(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 유형의 것일 수 있다. 그러한 "다중 스테이지" 머신에서, 부가적인 테이블은 병렬적으로 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 테이블들이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 하나 이상의 테이블 상에 준비 단계들이 수행될 수 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 침지액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 도포될 수 있다. 침지 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.
조명기(IL)는 방사선 빔을 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우들에서, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)는 조절될 수 있다. 부가적으로, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일도 및 세기 분포를 가지도록 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 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(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WTa/WTb)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제 1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 정밀 위치 설정)을 이용하여 실현될 수도 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WTa/WTb)의 이동은 제 2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수도 있다. 스테퍼의 경우(스캐너에 반대됨), 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 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. 마찬가지로, 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1.
스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WTa/WTb)이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2.
스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WTa/WTb)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다.
3.
다른 모드에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 마스크 테이블(MT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WTa/WTb)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스형(pulsed) 방사선 소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WTa/WTb)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
이러한 예에서 리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa 및 WTb) 및 그 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 -을 가지는 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션(EXP)에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션(MEA)에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있어서, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 높이를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 공칭적으로, 정렬 마크는 규칙적인 그리드 패턴으로 배치된다. 그러나, 마크를 생성할 때 생기는 부정확성과 처리되는 동안 발생하는 기판의 변형 때문에, 마크들은 이상적인 그리드로부터 벗어나게 된다. 결과적으로, 장치(LA)가 제품 피쳐를 매우 높은 정확도로 올바른 위치에 인쇄하려면, 기판의 위치 및 배향을 측정하는 것에 추가하여, 실무상 정렬 센서는 기판 면적에 걸쳐 많은 마크의 위치를 자세하게 측정해야 한다. 그러므로, 정렬 마크를 측정하는 것은 시간이 많이 걸리는 작업이고, 두 개의 기판 테이블을 제공하면 장치의 쓰루풋이 크게 증가하게 될 수 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 이러한 스테이션 양자 모두에서의 기판 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
이러한 장치는 설명되는 다양한 액츄에이터 및 센서의 모든 이동 및 측정을 제어하는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 더 포함한다. LACU는 장치의 동작과 관련된 원하는 계산을 구현하는 신호 처리와 데이터 처리 능력을 더 포함한다. 실무상, 제어 유닛(LACU)은, 이러한 장치 내의 서브시스템 또는 컴포넌트의 실시간 데이터 획득, 처리 및 제어를 각각 처리하는 많은 서브유닛들의 시스템으로서 구현될 것이다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템이 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어를 전담할 수 있다. 분리 유닛은 개략적 액츄에이터와 미세 액츄에이터, 또는 상이한 축들을 다룰 수도 있다. 다른 유닛은 위치 센서(IF)의 판독을 전담할 수도 있다. 이러한 장치의 전체 제어는, 이러한 서브-시스템 처리 유닛, 오퍼레이터, 및 리소그래피 제조 프로세스에 수반되는 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의하여 제어될 수 있다.
도 2는 200에서 반도체 제품용 산업 생산 설비의 콘텍스트에 있는 리소그래피 장치(LA)를 도시한다. 리소그래피 장치(또는 간략히 "리소 툴(200)") 내에는 202에 측정 스테이션(MEA)이 도시되고, 204에 노광 스테이션(EXP)이 도시된다. 제어 유닛(LACU)은 206에 도시된다. 생산 설비 내에서, 장치(200)는, 이러한 장치(200)에 의한 패터닝을 위해서 감광성 레지스트 및 다른 코팅을 기판(W)에 적용시키기 위한 코팅 장치(208)를 역시 포함하는 "리소 셀" 또는 "리소 클러스터"의 일부를 형성한다. 장치(200)의 출력측에는, 노광된 패턴을 물리적 레지스트 패턴으로 현상하기 위해서 베이킹 장치(210) 및 현상 장치(212)가 제공된다.
패턴이 적용되고 현상되면, 패터닝된 기판(220)은 222, 224, 226에 예시되는 것과 같은 다른 처리 장치로 전달된다. 통상적인 제조 설비 내에는 다양한 장치에 의해 광범위한 처리 단계들이 구현된다. 예시를 위하여, 이러한 실시예에서 장치(222)는 에칭 스테이션이고, 및 장치(224)는 에칭후 어닐링 단계를 수행한다. 더 나아가 물리적 및/또는 화학적 처리 단계들이 추가적인 장치(226 등) 내에 적용된다. 재료의 증착, 표면 재료 특성의 수정(산화, 도핑, 이온 주입 등), 화학적-기계적 연마(CMP) 등과 같은 여러 타입의 동작들이 실제 디바이스를 제작하기 위해 요구될 수 있다. 실무상, 장치(226)는 하나 이상의 장치에서 수행되는 일련의 상이한 프로세스 단계를 나타낸다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 디바이스를 제작하려면, 적합한 재료 및 패턴을 가지는 디바이스 구조체를 기판 위에 층별로 쌓아올리기 위해 이러한 처리들의 반복이 수반된다. 이에 따라, 리소 클러스터에 도달하는 기판(230)은 새롭게 준비된 기판일 수도 있고, 또는 기판은 이러한 클러스터 또는 완전히 다른 장치에서 이전에 처리된 기판일 수도 있다. 이와 유사하게, 요구되는 처리에 따라서, 장치(226)를 떠나는 기판(232)은 동일한 리소 클러스터 내에서의 후속 패터닝 동작을 위해 반환될 수 있거나, 상이한 클러스터 내에서의 패터닝 동작을 위해 보내질 수 있거나, 다이싱 및 패키징을 위해 보내져야 할 마감된 제품일 수도 있다.
제품 구조체의 각각의 층은 상이한 세트의 프로세스 단계를 요구하고, 각각의 층에서 사용되는 장치(226)는 타입이 완전히 다를 수도 있다. 더 나아가, 장치(226)에 의해 적용될 처리 단계들이 공칭적으로 동일한 경우에도, 큰 설비 내에서는 단계(226)를 상이한 기판들에서 수행하도록 병렬로 작동하는 동일하다고 가정되는 여러 머신들이 존재할 수 있다. 셋업에서의 작은 차이 또는 이러한 머신들 사이에서의 고장은, 이들이 상이한 방식으로 상이한 기판에 영향을 준다는 것을 의미할 수 있다. 심지어, 에칭(장치(222))과 같이 각각의 층에 대해 상대적으로 공통인 단계들도, 공칭적으로 동일하지만 병렬적으로 작동하여 쓰루풋을 최대화하는 여러 에칭 장치들에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 실무적으로는, 다른 층들은 에칭될 재료의 세부사항과 예를 들어 이방성 에칭과 같은 특별한 요구 사항에 따라서 다른 에칭 프로세스, 예를 들어 화학적 에칭, 플라즈마 에칭을 요구한다.
선행 및/또는 후속 프로세스는 전술된 것처럼 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터에 대해서 엄격한 디바이스 제조 프로세스에서의 일부 층들은 덜 엄격한 다른 층들보다 더 발전된 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 그러므로 일부 층들은 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층들은 '건식(dry)' 툴에서 노광된다. 일부 층들은 DUV 파장에서 동작하는 툴 안에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 사용하여 노광된다.
도 2에는 제조 프로세스의 원하는 스테이지에서 제품의 파라미터를 측정하기 위해 제공되는 계측 장치(240)도 역시 도시된다. 현대의 리소그래피 생산 설비 내에 있는 계측 스테이션의 공통적인 예는, 예를 들어 각도-분해된 산란계 또는 분광식 산란계인데, 이것은 장치(222)에서의 에칭 이전에 220에서 현상된 기판의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치(240)를 사용하면, 예를 들어 오버레이 또는 임계 치수(CD)와 같은 중요한 성능 파라미터가 현상된 레지스트 내의 규정된 정확도 요구 사항을 만족시키지 않는다는 것이 결정될 수 있다. 에칭 단계 이전에, 현상된 레지스트를 벗겨내고 리소 클러스터를 통해 기판(220)을 재처리할 기회가 있다. 역시 잘 알려진 바와 같이, 장치(240)로부터의 계측 결과(242)는, 시간에 따라 미세하게 조절하는 제어 유닛(LACU)(206)에 의해서, 패터닝 동작의 정확한 성능을 유지하여 제품이 사양에 벗어나게 제작되거나 재작업해야 하는 위험을 최소화시키기 위해 사용될 수 있다. 물론, 계측 장치(240) 및/또는 다른 계측 장치(미도시)는 처리된 기판(232, 234), 및 인입하는 기판(230)의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다.
도 3은 도 1의 듀얼 스테이지 장치 내에서 기판(W) 상의 타겟부(예를 들어 다이)를 노광하는 단계를 예시한다.
점선 박스 내의 좌측이 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계들인 반면에, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계들이다. 가끔, 전술된 바와 같이, 기판 테이블(WTa, WTb) 중 하나는 노광 스테이션에 있는 반면에, 다른 기판은 측정 스테이션에 있다. 이러한 설명을 위하여, 기판(W)이 이미 노광 스테이션 내에 로딩되었다고 가정된다. 단계 300에서, 새로운 기판(W')이 도시되지 않은 메커니즘에 의해 장치로 로딩된다. 이러한 두 기판들은 리소그래피 장치의 쓰루풋을 증가시키기 위해서 병렬적으로 처리된다.
우선 새롭게 로드된 기판(W')을 참조하면, 이것은 장치 내에서 일차 노광을 위해 새로운 포토레지스트로 준비된, 이전에 처리되지 않은 기판일 수 있다. 그러나, 일반적으로는 설명된 리소그래피 프로세스는 일련의 노광 및 처리 단계 중 하나에 지나지 않을 것이므로, 기판(W')은 이러한 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치를 이미 여러 차례 거쳤고, 거쳐야 할 후속 프로세스가 더 있을 수도 있다. 특히 오버레이 성능을 개선하는 문제에 대해서 살펴보면, 과제는 새로운 패턴이 패터닝 및 처리의 하나 이상의 사이클에 이미 노출되었던 기판 상의 정확하게 맞는 위치에 적용되도록 보장하는 것이다. 이러한 처리 단계의 결과, 만족스러운 오버레이 성능을 얻으려면 반드시 측정되고 정정돼야 하는 왜곡이 기판 내에 점진적으로 도입된다.
302에서, 기판 마크(P1 등) 및 센서(미도시)를 사용한 정렬 측정이 기판 테이블(WTa/WTb)에 대한 기판의 정렬을 측정하고 기록하기 위해서 사용된다. 추가하여, 여러 정렬 마크가 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판(W') 전체에 걸쳐 측정될 것이다. 일 실시예에서, 이러한 측정이 소위 웨이퍼 그리드를 구축하도록 사용되는데, 이것은 공칭 직사각형 그리드에 상대적인 임의의 왜곡을 포함하여, 기판 전체에 걸쳐 정렬 마크의 공간적 분포를 매우 정확하게 매핑한다. 다르게 말하면, 이러한 측정은 기판 상에서의 포인트들의, 그들의 이상적인 위치에 대한 위치 편차를 기록한다.
단계 304에서, X-Y 위치에 대해 웨이퍼 높이(Z)의 맵이 레벨 센서(LS)를 사용하여 역시 측정된다. 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 포커싱을 얻기 위해 사용된다. 다시 말하면, 이러한 측정은 기판 상의 포인트들의, 이상적인(평평한) 기판에 대한 Z 방향의 위치 편차를 기록한다.
기판(W')이 로딩될 때, 수행될 노광 및, 웨이퍼의 특성, 및 웨이퍼 위에 이미 형성되었거나 형성될 패턴을 규정하는 레시피 데이터(306)가 수신되었다. 레시피 데이터(306)는 이전의 계측 측정에서 얻어진 고차 정렬 모델 파라미터를 더 포함할 수 있다. 302 및 304에서 수행된 웨이퍼 위치, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵의 측정치가 이러한 레시피 데이터에 추가되어, 레시피 데이터 및 측정 데이터의 완전한 세트(308)가 노광 스테이션(EXP)으로 전달될 수 있게 한다. 정렬 데이터의 측정은, 예를 들어 리소그래피 프로세스의 결과물인 제품 패턴에 대해서 고정되거나 공칭적으로 고정된 관련성으로 형성되는 정렬 타겟의 X 및 Y 위치를 포함한다. 노광 직전에 얻어진 이러한 정렬 데이터는 결합되고 보간되어 정렬 모델의 파라미터를 제공한다. 이러한 파라미터 및 정렬 모델이 현재의 리소그래피 단계에서 적용되는 패턴의 위치를 정정하기 위해서 노광 동작 중에 사용될 것이다. 종래의 정렬 모델은, '이상적인' 그리드의 병진, 회전 및 크기조정을 상이한 차원에서 함께 규정하는 네 개, 다섯 개, 또는 여섯 개의 파라미터를 포함할 수 있다. US 2013230797A1에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 더 많은 파라미터를 사용하는 진보된 모델도 알려져 있다.
이러한 관점에서, 상세한 설명은 주로 소위 "필드간(interfield)" 기판 모델을 다루는데, 이것은 기판 전체에 걸친 위치의 특징인 위치 편차를 기술한다. 실제 프로세스에서, 각각의 필드(타겟부(C)) 내의 위치의 특징인 "필드내(intrafield)" 변동을 모델링하는 것도 역시 공통적이다. 패턴을 적용하는 최종 위치를 결정하기 위해서, 필드간 모델 및 필드내 모델은 주지된 방식으로 결합될 수 있다.
310에서, 웨이퍼(W') 및 웨이퍼(W)가 교환되어, 측정된 기판(W')이 기판(W)의 역할을 맡아서 노광 스테이션(EXP)에 들어가면서 이전에 논의된 바와 같이 노광되게 한다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이러한 교환은 장치 내의 지지대(WTa 및 WTb)를 교환함으로써 수행되어, 기판(W, W')이 그러한 지지대들 상에 정확하게 클램핑되고 위치설정되어 기판 테이블과 기판 자체 사이의 상대적인 정렬을 유지하게 한다. 실제로 노광된 바 있는 웨이퍼(W)는 제거되고 관련된 지지대는 새로운 기판(미도시)을 측정 단계를 거치도록 받아들일 것이다. 따라서, 테이블이 교체되면, 투영 시스템(PS) 및 기판 테이블(WTb)(앞에서는 WTa) 사이의 상대 위치를 결정하는 것이 노광 단계를 제어할 때 기판(W)(앞에서는 W')에 대한 측정 정보(302, 304)를 활용하기 위하여 필요한 전부이다. 단계 312에서, 마스크 정렬 마크(M1, M2)를 사용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계들(314, 316, 318)에서, 여러 패턴들의 노광을 완료하기 위하여 스캐닝 모션 및 방사선 펄스들이 기판(W)에 걸쳐 연속적인 타겟 위치에 적용된다.
측정 스테이션에서 얻어진 것과 같은 정렬 데이터 및 높이 맵을 사용함으로써, 노광 단계를 수행할 때, 이러한 패턴들은 원하는 위치와 특히 동일한 기판 상에 앞서서 배치된 피쳐에 대해서 정확하게 정렬된다. 이제 W"이라고 명명되는 노광된 기판이 단계 320에서 장치로부터 언로딩되어, 노광된 패턴에 따른 에칭 또는 다른 프로세스를 거치게 된다.
도 4a 내지 도 4c는 웨이퍼(기판)(W) 상의 이전의 층에 있는 정렬 마크(타겟)(400) 상의, 정렬 센서(AL)에 의해 측정되는 바와 같은 웨이퍼 그리드 왜곡을 정정하기 위해 사용될 수 있는 정렬 정보의 형태를 예시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 각각의 타겟은 축들(X 및 Y)이 있는 규칙적인 직사각형 그리드(402)에 대해 일반적으로 규정되는 공칭 위치를 가진다. 도 4b를 참조하면, 각각의 타겟의 실제 위치(404)의 측정은 공칭 그리드로부터의 편차를 드러내게 된다. 정렬 마크는 기판의 디바이스 영역 내에 제공될 수도 있다, 및/또는 디바이스 영역들 사이의 소위 "스크라이브 레인" 영역 내에 제공될 수도 있다.
도 4c를 참조하면, 모든 타겟의 측정된 위치(404)는 수치적으로 처리되어 이러한 특정 웨이퍼에 대한 왜곡된 웨이퍼 그리드(406)의 모델을 설정할 수 있다. 이러한 정렬 모델은 기판에 적용되는 패턴의 위치를 제어하기 위해 패터닝 동작 시에 사용된다. 도시된 예에서, 공칭 그리드의 직선들이 곡선이 되었다. 이러한 케이스에, 선형 정렬 모델 대신에 더 높은 차수의(발전된) 정렬 모델이 사용될 수 있다. 도시된 왜곡이 실제 상황과 비교하여 과장되게 표현되었다는 것은 말할 나위도 없다.
진보된 정렬 모델이 사용되는 경우에도, 리소그래피 장치의 오버레이 성능에는 필수적으로 오차가 계속 존재한다. 각 리소그래피 장치는 동일한 기판을 처리하는 다른 장치들과 다르게 작동될 수도 있다. 리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD), 초점 (오차) 등과 같은 성능 파라미터를 측정하는 것이 바람직할 수 있다.
그러므로, 기판의 특성을 정렬 센서(AS)로부터 독립적으로 결정하고, 특히 동일 기판의 상이한 층의 특성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치(도 3에는 도시되지 않지만 도 2에는 240에 도시됨)는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 이것은 산란계, 예를 들어 공개된 미국 특허 출원 US2006033921A1에 설명된, 각도-분해된 산란계일 수 있다.
또한, 검사 장치는 개개의 리소그래피 장치를 캘리브레이션하고 상이한 툴들이 더 쉽게 상호교환가능하도록 사용되게 하기 위해 개선된 프로세스 제어(APC) 시스템에서 사용될 수 있다. 장치의 초점 및 오버레이(층과 층의 정렬) 균일성에 대한 개선은, 안정성 모듈을 구현함으로써 최근에 달성되어 왔는데, 이것은 주어진 피쳐 크기 및 칩 애플리케이션을 위한 최적화된 프로세스 윈도우(process window)를 유도하여 더 소형이고 더 진보된 칩의 생성의 연속을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 안정성 모듈은 일정한 간격마다, 예를 들어 매일 미리 규정된 베이스라인에 맞게 시스템을 자동적으로 재설정한다. 안정성 모듈을 포함하는 리소그래피 및 계측 방법의 추가적인 세부 내용은 US2012008127A1에서 발견될 수 있다. 알려진 예는 3 개의 메인 프로세스 제어 루프를 구현한다. 제 1 루프는 안정성 모듈 및 모니터 웨이퍼를 사용하는 리소그래피 장치의 국소 제어를 제공한다. 제 2의 APC 루프는 제품-상 국소 스캐너 제어(초점, 선량, 및 제품 웨이퍼 상의 오버레이를 결정하는 것)를 위한 것이다.
제 3 제어 루프는 제 2 APC 루프로의 계측 통합(metrology integration)을 허용하기 위한 것이다(예컨대, 더블 패터닝을 위해). 이러한 루프들 모두는, 도 3의 실제 패터닝 동작 중에 이루어지는 측정에 추가하여, 도 2의 검사 장치(240)에 의해 이루어지는 측정을 사용한다.
전술된 바와 같이, 표준 정렬 모델은 6 개의 파라미터(방향(X & Y)마다 각각 세 개씩)를 가질 수 있고, 더 많은 진보된 정렬 모델들이 추가적으로 존재한다. 반면에, 원하는 오버레이 성능을 얻기 위해서 현재 사용되거나 개발 중인 가장 많이 사용되는 프로세스는 웨이퍼 그리드가 더 상세하게 정정되도록 요구한다. 표준 모델이 10 개 미만의 파라미터를 사용할 수 있는 반면에, 개선된 정렬 모델은 통상적으로 15 개 또는 30 개가 넘는 파라미터를 사용한다. 진보된 모델의 예에는 더 높은 차수의 웨이퍼 정렬(HOWA) 모델, 구역-정렬(ZA) 및 방사상 기저 함수(RBF) 기초 정렬 모델이 있다. HOWA는 2 차, 3 차, 및 그보다 높은 차수의 다항식 함수에 기초한 공지된 기법이다. 구역 정렬은, 예를 들어 Huang 등, "Overlay improvement by zone alignment strategy", Proc. SPIE 6922, 69221G (2008)에 기술된다. RBF 모델링은 공개된 US 특허 출원 2012/0218533에서 기술된다. 발전된 모델은 타겟 층을 노광하는 중에 정정되는 웨이퍼 그리드의 복잡한 기술(description)을 생성한다. RBF 및 HOWA의 최근 버전은 수십 개의 파라미터에 기초하여 특히 복잡한 기술을 제공한다. 이것은, 충분한 상세를 가지는 웨이퍼 그리드를 얻기 위해서는 매우 많은 측정이 요구된다는 것을 암시한다.
정렬 및 오버레이 (기판) 모델들은 위치의 편차를 모델링할 수 있다. 모델들은 비한정적으로 임계 치수(CD), 초점 및 측벽각(SWA)과 같은 다른 리소그래피 패터닝 특성에도 적용될 수 있는데, 그 이유는 이러한 특성에 대한 기판-에지-관련 교란이 유사한 근본 원인을 가지기 때문이다. 그러므로 본 발명은 정렬 모델, CD 모델, 초점 모델 및 SWA 모델을 포함하는 기판 모델에 대한 것이다. 기판 모델은 리소그래피 처리에 도입된 방해를 모델링하기 위해 사용되고, 기판 전체에 걸친 특정 리소그래피 프로세스 또는 프로세스 단계들의 방해의 "지문" 또는 패턴을 나타낼 수 있다. 이러한 방해는 정렬 편차(기판 평면에서의 평면), 높이 편차(평면에 수선), CD, 초점 및 SWA를 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.
제안된 확장된 모델에서, 필드간 오버레이 방해는 측정치가 전달되는 통상적인 직교(X&Y) 배향이 아니라, 웨이퍼 중심에서부터 바라본 그들의 방사상 & 접선(R&T) 성분의 측면에서 기술될 수 있다.
반도체 웨이퍼는 정렬을 위해 작은 평평한(flattened) 섹션 또는 노치(예를 들어 도 4에서 발견됨)를 가질 수도 있지만 거의 원형이다. 만일 R이 웨이퍼의 중심으로부터 에지까지의 거리 r이 포인트의 웨이퍼의 중심으로부터의 거리라면, t = R - r이 임의의 주어진 노광 필드에 대한 웨이퍼 에지로부터의 거리가 된다. 좀 더 일반적으로는, 본 발명의 원리는 직사각형 기판, 또는 다른 원형이 아닌 기판을 처리하는 데에 적용될 수 있다. 기판 형상 및 모델링 될 처리 효과에 따라서, 기판 에지로부터의 거리를 나타내기 위해서 상이한 좌표계가 채택될 수도 있다.
본 발명의 이론에 따르면, 하나 이상의 특정한 에지-관련 기저 함수는 에지 효과를 더 잘 기술할 수 있도록 설계되는 필드간 기판 모델에 추가된다. 따라서 기판 모델 파라미터는 기저 함수들의 조합을 사용하여 계산되고, 기저 함수들은 기판 에지에 관련된 적어도 하나의 에지 기저 함수를 포함한다.
u(t)를 에지 기저 함수라고 한다(통상적으로 나노미터의 단위를 가짐). 다양한 함수들이 기판 에지에 관련된 에지 기저 함수로서 사용되기에 적합하다고 간주될 수 있다. 지수적 감쇄 함수는 다음과 같이 정의될 수 있는데:
u(t) = C · 2 - t / λ
λ는 반감(half-life 감쇄) 거리 또는 감쇄 거리 파라미터이고 C는 에지에서의 진폭이다.
다른 예는 다음의 유리 함수인데:
u(t) = C 1 / t + C 2 / t 2
C 1 및 C2는 형상 상수이다.
위의 제 2 예에서와 같이 유리 함수를 기저 함수로서 사용하는 경우, "0으로 나누기" 오차를 피하기 위해 주의해야 한다. 위의 간단한 수학식을 사용하면, u(t)는 "t"가 제로에 가까워질 때 무한대가 될 것이다. 그러므로, 실제 구현형태에서는, 과도한 값이 발생하는 것을 피하고 계산 오차 조건이 발생하는 것을 피하기 위해서 수학식을 약간 변형한다. 이러한 하나의 구현형태에서, C/t 대신에 C/(t + δ) 형태의 항이 사용되는데, δ는 웨이퍼 에지에서 제로로 나누는 것을 피하기에 효과적인 작은 오프셋이다. (대안적으로, 그리고 등가적으로, 기판의 실제 반경보다 약간 더 큰 반경(R)을 참조해서 t를 계산할 수 있다.) 대안적으로는, 제로보다 더 큰 최소 값보다 더 큰 "t" 의 값에 대해서만 유리 함수가 사용되는 규칙이 적용될 수 있다. 다양한 측정들이 착안될 수 있다.
다른 예에서, δ는 에지 효과 모델의 가변 파라미터 중 하나로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 함수
u(t) = C 1 /(t +δ)
가 구상될 수 있고, C1 및 δ 는 형상 상수(shape constant)의 역할을 한다.
이러한 예시적인 에지 기저 함수가, 웨이퍼 에지로부터의 거리 t의 관점에서 표현된 하나 이상의 기여분(contribution)을 가지는 기저 함수라는 것에 주의한다. 지수적 감쇄 함수에서, 하나 이상의 항은 에지로부터의 거리를 지수로서 가진다. 예시적인 유리 함수에서, 하나 이상의 항은 에지로부터의 거리를 분모에 가진다. 이러한 폼들이 결합되고 및/또는 다른 에지 기저 함수가 사용될 수도 있다. 이러한 예의 특징은, 그들의 효과가 기판의 무작위로 좁은 에지 영역, 즉, 기판의 둘레에 의해 경계가 지어지고 기판의 반경보다 훨씬 작은 방사상 폭을 가지는 기판의 표면적으로 한정될 수 있다는 것이다. 이에 상응하여, 에지 기저 함수는 기판의 에지 근처의 기판 영역에만 관련된 방해들 중 특정한 하나의 공간적 의존성을 설명할 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 기판 전체에 걸쳐 전체로서 필드간 모델을 규정하고 피팅하는 것이 방해되지 않는다. 각각의 예가 모델에 오직 두 개의 추가적 자유도만을 도입한다는 것도 역시 주의한다. 결과적으로, 추가되는 계산적 복잡성은 최소화되고, 추가 측정을 해야 하는 부담을 피하게 된다.
발명자들은, 일부 프로세스에서, 정렬 및/또는 오버레이 오차 지문이 기판들 및/또는 기판의 배치들(예를 들어 로트들) 사이에서 상당한 변동을 시연한다는 것을 관찰하였다. 이것은, CD, 초점 또는 다른 유도된 프로세스 메트릭(에지 배치 오차와 같음)에 대해서도 유효할 수 있다. 흔히 지문 내의 공간적 콘텐츠의 차수가 낮을수록 상대적으로 큰 로트별 변동을 보여주는 반면에, 더 높은 차수의 항은 상대적으로 안정하게 남아 있다. 예를 들어, 기판의 에지 구역에서의 오버레이, 정렬 또는 초점의 거동과 연관된 기판 모델 파라미터는 오버레이, 정렬 또는 초점 파라미터의 두드러진 에지 효과를 도입하는 특정 프로세스에 대해서 상당히 변할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 오차는 제 1 기판에 대해서 웨이퍼의 에지와 가까울수록 크기가 급격하게 증가할 수 있는 반면에, 제 2 기판에 대해서는 그 두드러진 정도가 적을 수 있거나 심지어 부호가 반대일 수 있다. 도 5는 두 개의 상이한 예시적인 제품에 있는 정정되지 않은 오버레이 오차의 플롯(502 및 504)을 도시한다. 화살표는 정렬 오차의 방향을 나타낸다. 오차의 방향은 주된 원인 및 / 또는 측정 범례(예를 들어 상부 층에서 하부층으로 가는 정렬 또는 그 반대의 경우)에 따라서, 내향적이거나 외향적일 수 있다. 도 5에서 에지 효과를 분명하게 볼 수 있다.
발명자들은, 현재의 자동 프로세스 제어(APC) 시스템이 이러한 에지 지문 변동을 처리할 수 없을 것이고, 따라서 이것이 이러한 에지 교란에 대해서는 적절하게 정확하지 않을 것이라는 것을 인식했다. 결과적으로, APC 시스템을 사용하여 에지 다이의 수율을 개선하는 능력은 이러한 에지 효과에 의해 열화된다.
간단한 솔루션은 측정 데이터 내에 포함된 변동에 민감한 기판 모델의 기저 함수를 제거하는(leave out) 것일 것이다. 그러나, 측정 데이터를 근사화하기 이전에 기판 모델로부터 기저 함수를 제거할 때에는, 측정 데이터 내의 변동이 크로스-토크 효과에 기인하여 잔여 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터의 결정에 영향을 줄 것이라는 위험이 존재한다. 이러한 경우에(변동을 픽업했을 하나 이상의 기저 함수가 근사화 알고리즘에서 의도적으로 배제되는 경우에), 측정 데이터 내의 변동은 잔여 기판 모델 파라미터의 값에 예측할 수 없는 방식으로 영향을 줄 수 있다.
그러므로, 프로세스 파라미터 변동 지문(들) 중 적어도 일부를 포함하는 측정 데이터를 나타내도록 구성되는 기판 모델을 규정하는 것이 제안된다. 기판 모델은 기판 모델을 근사화할 때 사용되는 기판 모델 파라미터를 기술하는 기판 모델 파라미터를 결정하기 위하여 사용된다. 리소그래피 프로세스를 제어할 때의 기판 모델 파라미터의 용도를 선택적으로 수정하는 것은 기판 모델 파라미터가 결정된 이후에만, 측정 데이터에 포함된 지문의 기판별 또는 로트별 (로트는 기판들의 배치임) 변동에 대한 그들의 (결정된, 가정되거나 예측된) 유사도에 기반하여 적용된다. 이러한 방식으로, 프로세스 파라미터 지문 변동 정보가 리소그래피 프로세스를 제어하기 위하여 사용되는 기판 모델 파라미터로 전이되지 않는다; 측정 데이터는 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도를 공유하는 적어도 하나의 기저 함수(예를 들어, 오버레이 파라미터의 에지 지문 변동을 나타내기에 적합한 지수적 레이디얼(radial) 기저 함수)를 포함하는 기저 함수에 근사화된다. 적어도 하나의 기저 함수는, 리소그래피 프로세스를 제어하기 위하여 이용되는 추가적인 기판 모델 파라미터에서 관측되는 변동량을 감소시키는 기판별 또는 로트별 지문 변동을 '흡수한다(absorbs)'. 그러므로, 리소그래피 프로세스는 이제 더 안정한 기판 모델 파라미터(예를 들어, 프로세스 파라미터 지문 변동과 유사한 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터를, 예를 들어 배제하는 기판 모델 파라미터)에 기반하여 제어될 수 있다.
이러한 수정은 제거 동작, 예를 들어 리소그래피 프로세스를 제어하는 데에 후속하여 사용되기 이전에, 변동하는 콘텐츠를 포함하는 기판 모델 파라미터를 무효화하는 것을 수반할 수 있다. 그러면, 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터는 프로세스 파라미터 지문 변동과 유사하지 않은 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터에 배타적으로 기반하여 결정될 수 있다.
또는, 이러한 수정은 기판 모델 파라미터를 그들의 연관된 기저 함수의 프로세스 파라미터 지문의 로트별 또는 기판별 변동에 대한 유사도에 기반하여 가중화하는 것을 수반할 수 있다. 그러면, 제어 파라미터는 기판 모델 파라미터의 가중된 함수일 수 있다.
또는, 이러한 수정은, APC 제어 프레임워크의 지수적으로 가중된 이동 평균(EWMA) 필터 기능성과 연관된 상이한 평활화 인자를 측정 데이터 변동 콘텐츠에 대한 그들의 유사도에 기반하여 개별적인 기판 모델 파라미터와 연관시키는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 요동하는 에지 변동을 픽업하는 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터는, 에지 지문 요동에 민감하지 않은 기판 모델 파라미터와 비교하여, 더 많은 기판들의 로트에 걸쳐서 이들을 평균화함으로써 더 많이 평활화될 수 있다(예를 들어, 더 큰 평활화 인자인 람다가 선택됨).
리소그래피 프로세스를 제어하기 위해서는 안정한 기판 모델 파라미터만이 사용되는 반면에, 리소그래피 프로세스를 모니터링하기 위해서는 모든 기판 모델 파라미터가 여전히 이용가능하고, 그러므로 모니터링 목적을 위해서 사용될 수 있다.
또한, 기판 모델 파라미터는 결정되고, 후속하여 측정 데이터와 연관된 콘텍스트 정보와 상관될 수 있다. 예를 들어, 오버레이와 같은 프로세스 파라미터의 에지 지문 변동을 기술하는 기판 모델 파라미터는, 특정 리소그래피 프로세스 속성(예를 들어 처리에서 사용되는 특정한 디바이스 또는 리소그래피 프로세스의 특정한 설정)에 상관될 수 있다. 기판 모델 파라미터를 콘텍스트 정보에 상관시킴으로써, 콘텍스트-기판(context to substrate) 모델 파라미터 (예측) 모델이 규정될 수 있고, 이것은 노광될 기판(콘텍스트 정보가 적어도 부분적으로 이용가능해야 하는 기판)과 연관되는 프로세스 파라미터의 정정에서 사용되는 정정 정보의 결정을 가능하게 한다.
기판 모델 파라미터의 수정은 측정 데이터의 진화를 추적하는 학습 모델을 사용하고, 리소그래피 프로세스의 안정한 제어를 달성하기 위한 기판 모델 파라미터의 적절한 수정을 결정함으로써 자동적으로 이루어질 수 있다.
일 실시형태에서, 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법이 개시되는데, 이러한 방법은, 기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 규정하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -; 적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계; 상기 측정치 및 상기 기저 함수들의 조합을 사용하여 기판 모델 파라미터를 연산하는 단계; 및 상기 기판 모델 파라미터 및 상기 적어도 하나의 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하여 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시형태에서, 적어도 하나의 기저 함수는 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 에지 지문 변동을 나타내기에 적합하다.
추가적인 실시형태에서, 기저 함수는 다항식이다.
추가적인 실시형태에서, 다항식은 제르니케 다항식이다.
추가적인 실시형태에서, 상기 제어 파라미터는 상기 기판 모델 파라미터의 가중된 함수이고, 가중치는 상기 기판 모델 파라미터와 연관된 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반한다.
추가적인 실시형태에서, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동과 유사한 기저 함수와 연관되는 기판 모델 파라미터는 무효화된다(nulled).
추가적인 실시형태에서, 제어 파라미터는 APC 파라미터, 예를 들어 자동화된 프로세스 제어(APC) 전략에서 활용되는 모델 내에 포함된 지수적으로 가중된 이동 평균(EWMA) 필터와 연관된 평활화 파라미터이다.
추가적인 실시형태에서, 제어 파라미터는 리소그래피 장치를 기판별로 제어하도록 구성되는 웨이퍼 레벨 제어(wafer level control; WLC) 파라미터이다.
추가적인 실시형태에서, 개별 기판 모델 파라미터들은 측정 데이터를 제공하기 위해서 사용된 기판들과 연관된 콘텍스트 정보에 상관된다.
추가적인 실시형태에서, 기판 모델 파라미터와 연관된 가중치는, 측정 데이터의 진화를 추적하는 학습 모델을 사용하여 리소그래피 프로세스의 안정한 제어를 달성하기 위한 기판 모델 파라미터 가중치의 적절한 수정을 결정함으로써 업데이트된다.
도 6은 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하기 위하여 본 발명의 일부 실시형태에 의해 수행되는 바와 같은 방법 단계들을 보여주는 흐름도이다. 단계 601에서, 기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델이 획득된다. 전술된 바와 같이, 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들(로트) 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정된다. 단계 602, 적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치가 수신된다. 단계 603에서, 이러한 모델이 이러한 측정치와 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 결정하기 위하여 사용된다. 단계 604에서, 제어 파라미터가 이러한 기판 모델 파라미터에 기반하여 결정된다. 일부 실시형태들에서, 이러한 결정은 적어도 하나의 기저 함수의 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 기저 함수는 에지 효과를 기술하는 함수일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이러한 결정은 기판 모델 파라미터의 가중된 값에 기반할 수 있다. 적어도 하나의 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터의 값들은 감소된 가중치를 가진다.
도 7a는 파라미터 지문 캡쳐가 웨이퍼들 또는 웨이퍼의 배치들(로트)의 리소그래피 처리에 현재 어떻게 적용될 수 있는지를 예시하는 흐름도이다. 단계 701에서, 측정 데이터가 제 1 웨이퍼/로트(로트 1)에 대해서 획득된다. 예를 들어, 로트 1에 대한 측정 데이터는 오버레이 데이터를 포함할 수 있다. 단계 702에서, 웨이퍼/기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델이 호출된다(invoked). 단계 703에서, 이러한 모델이 로트 1에 대해서 획득된 데이터를 근사화하기 위하여 사용된다. 이를 통하여, 모델은, 예를 들어 로트 2 및 후속 로트의 기판(들)의 노광 정정 시에 사용될 수 있는 파라미터 지문의 추정치를 제공한다. 그러나, 지문은 로트 1 자체에 대한 노광 정정을 설정하는 것을 돕기 위한 제어 파라미터로서도 사용될 수 있다(소위 "재작업(rework)"). 이것이 로트 2에 대한 측정 데이터가 모델에 입력되는 단계 704에서, 그리고 로트 1의 모델 추정치로부터 획득된 파라미터가 로트 2에 적용되는 단계 705에서 나타난다. 마지막으로, 단계 706에서 로트 2에 대한 잔차들(residual)이 출력된다. 잔차들은, 예를 들어 웨이퍼들의 로트에 대한 노광 정정을 결정하기 위한 재작업 의사결정을 하기 위해서 사용될 수 있다. 잔차는, 예를 들어 SPC 경향을 모니터링하기 위한 통계적 프로세스 제어(SPC)에서 사용될 수도 있다. 프로세스는, 예를 들어 노광 정정을 통해서, 미리 결정된 임계 미만의 잔차를 획득하도록 제어될 수 있다. 임계 값은 애플리케이션-특이적일 수 있고, 특정 기판의 요구 사항에 기반하여 결정될 수 있다.
도 7b는 파라미터 지문 캡쳐가 본 발명의 일 실시형태에 따라서 어떻게 적용될 수 있는지를 보여주는 흐름도이다. 단계 711에서, 도 7a의 방법의 단계(701)와 같이, 측정 데이터가 제 1 웨이퍼/로트(로트 1)에 대해서 획득된다. 단계들(712 및 713)도 본질적으로 도 7a의 단계들(702 및 703)과 동일하다. 이러한 시점에서의 모델링이, 리소그래피 프로세스의 이러한 스테이지에서의 기판들에 대한 파라미터 지문의 최선의 추정치를 제공하는 것으로 발견되는 모든 기저 함수를 포함하는 것이 바람직하다는 것에 주의한다. 단계 714에서, 제어 파라미터로서 사용되는 경우(즉, 로트 1의 후속 처리를 위해서가 아니라 다음 로트(로트 2)의 처리를 위하여) 파라미터 지문을 왜곡시키는 "잡음"을 생성시키는 것으로 알려지거나 그러하다고 사전에 결정된 바 있는 파라미터 추정치 중 그러한 부분들을 제거하거나 없앰으로써, 개정되거나 수정된 파라미터 지문이 결정된다. 제어 상황 구현형태에서는, 단계들(715 내지 717)이 로트 2에 관련된다. 단계 715에서, 로트 2는, 잡음 효과가 제거되었을 수 있는 단계 714에서 결정된 수정된 파라미터 지문을 사용하는 파라미터들로써 노광될 수 있다. 이러한 수정된 파라미터 지문은 제어 파라미터 지문이라고도 불릴 수 있다. 단계 716에서, 로트 2가 측정될 수 있다. 그러면, 로트 2 측정 및 제어 파라미터 지문이 단계 717에서 로트 2 잔차를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 잡음 효과를 고려 및/또는 제거하지 않고, 즉, 단계 714를 건너뛰면서 파라미터 지문 캡쳐의 방법을 수행하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 방법은 기판에 걸친 다른 파라미터들에 대해서 교란된 근사화를 초래할 수 있다.
다음 표 1은 웨이퍼의 처리 시의 오버레이 측정 데이터를 제공하는데, 여기에서는 제어 파라미터 지문들을 결정하는 세 가지 방법들이 비교된다. 표시된 데이터는 기판 전체의 직교하는 x 및 y 방향에 대한 나노미터 단위인 오버레이 측정치(OvX 및 OvY)를 포함한다. 데이터는 기판에서 이루어진 많은 수의 측정들로부터의 통계적 분석의 결과이고, x 및 y 방향 양자 모두에 대해서 다음을 포함한다: 데이터 중 99.7%가 그보다 더 낮은 값(99.7); 최대 값(Max); 평균보다 높은 평균 + 3 배의 표준 편차(m + 3sd) 및 3 배의 표준 편차(3sd)의 크기에 대응하는 값들. 예시적인 구현형태에서는, 평균보다 높은 평균 더하기 세 배의 표준 편차(m+3sd) 값이 제어 파라미터를 추정하기 위하여 사용될 수 있다. 로트 1에 대한 측정 데이터가 표시되고, 제어 파라미터를 추정하기 위하여 기판 모델에 의해서 사용되었고, 이것은 이제 세 가지 방법들 각각에 의해서 로트 2의 처리에 적용되었다. 방법 1에서, 모델은 기판의 에지에 근접한 효과를 설명하기 위한 임의의 지수적 에지 모델(기저 함수)이 없이 적용되었다. 방법 2에서, 모델은 지수적 에지 모델 및 로트 2의 처리를 위해서 적용된 풀 파라미터 지문과 함께 적용되었다. 방법 3에서, 지수적 에지 모델은 파라미터 지문의 추정에 적용되었지만, 에지 모델의 효과는 제어 파라미터 지문을 로트 2의 처리에 적용하기 위하여 제거되었다. 방법 1 및 방법 3의 제어 파라미터 지문들이 동일하지 않다는 것에 주의하는데, 그 이유는 풀 파라미터 지문 추정에서 지수적 에지 모델링을 사용하는 것이 모델의 다른 부분(즉 다른 기저 함수)이 파라미터 추정을 결정할 때에 어떻게 동작하는지에 영향을 주기 때문이다. 후속하여 방법 3에서 지수적 에지 모델의 효과를 제거하면, 지수적 에지 모델을 방법 1에서와 같이 초기 모델 추정에서 사용하지 않기 때문에, 결과적으로 동일한 파라미터 지문이 초래되지 않는다.
표 1은, 데이터를 로트 1에 대해 근사화하기 위해서 사용되는 지수적 에지 모델이 존재하고, 결과적으로 얻어지는 미수정 제어 파라미터 지문이 로트 2에 대해서 사용되면, 지수적 에지 모델이 사용되지 않는 경우(모델 1)와 비교할 때, 결과적으로 로트 2(모델 2)에 대한 평균 + 3 배의 표준 편차(m + 3s) 오버레이 값(OvX 및 OvY)이 증가되게 된다는 것을 보여준다 - 3.54nm 및 3.70nm 대 3.47nm 및 3.48nm임. 그러나, 지수적 에지 모델의 잡음 효과가 초기 모델 추정 이후에 제거되는 모델 3이 사용되는 경우, 오버레이 값은 가장 작아진다 - 3.28 및 2.91 임.
도 8은, 적어도 하나의 제어 파라미터를 포함하는 동작 파라미터를 결정하기 위한 모델을 활용하는, 웨이퍼 또는 웨이퍼들의 배치의 리소그래피 처리에 적용되는 파라미터 지문 캡쳐의 모델의 애플리케이션을 예시하는 흐름도이다. 리소그래피 프로세스는 일련의 기판 상에 수행되는 복수 개의 처리 단계를 수반한다. 801에서, 프로세스 내의 제 1 단계 이후에, 기판에 걸친 측정 파라미터의 측정치가 얻어진다. 802에서, 측정치가 모델로의 입력으로서 제공되어, 기판에 걸친 동작 파라미터의 풀 지문 추정을 결정한다. 이러한 스테이지에서, 파라미터 지문의 최적 추정치를 제공하는 것으로 밝혀진 모든 기저 함수들이 모델 내에서 사용되는 것이 바람직하다. 803에서, 동작 파라미터를 기판의 제 2 처리 단계에서 적용하기 위하여 풀 지문 추정이 사용된다. 또한, 804에서, 풀 지문 추정이 적어도 하나의 제어 파라미터에 왜곡하는 효과를 가지는 것으로 미리 결정된 효과들을 설명하도록 풀 지문 추정이 수정되고, 이를 통하여 기판에 대한 제어 파라미터 지문 추정치를 얻는다. 805에서, 리소그래피 프로세스의 제 1 단계에 대하여, 제어 파라미터 지문 추정치가 일련의 기판 중의 후속 기판의 처리에 적용된다.
웨이퍼당(per wafer) 또는 로트당(per lot) 근사화 결과의 추가적인 사용이, 콘텍스트당(per-context) 지문을 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 콘텍스트 데이터는 제품 유닛 및/또는 제품 유닛에 영향을 주는 프로세스에 관련된 데이터이다. 예를 들어, 콘텍스트 데이터는 리소그래피 장치(LA)에 관련된 프로세스, 예를 들어 장치 ID, 장치 파라미터를 포함할 수 있다. 콘텍스트 데이터는 장치에 의해 수행되는 제품 유닛을 패터닝하기 위한 프로세스에 관련된 계측 데이터를 더 포함할 수 있고, 예를 들어 온도, 압력, 시간/날짜 입력 데이터가 획득되었다. 콘텍스트 데이터는 분산 데이터(distributional data) 내에 존재하지 않는 일부 정보를 포함할 수 있고, 예측을 도울 수 있다. 예를 들어, 각각의 장치 및 척은 다차원 데이터에 영향을 주는 고유한 지문을 가질 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼가 특정한 장치 또는 척 상에서 노광된다는 것을 알면, 모델이 관심 파라미터를 더 잘 캡쳐하도록 도울 수 있다. 예를 들어 기판을 패터닝하기 위하여 특정한 척 또는 장치를 사용한 결과로서, 콘텍스트 데이터는 패터닝된 기판 상에 존재하는 미리 규정된 구조체에 상관될 수 있다. 예를 들어, 제 1 척을 사용하여 패터닝된 제품 유닛은 제 2 척을 사용하여 패터닝된 제품 유닛과 다른 속성을 가질 수 있다. 제품 유닛 상의 대상물 구조체를 예측하고, 미리 규정된 구조체와 상관시키는 것은 제공된 콘텍스트 데이터에 기반할 수 있다. 예를 들어, 콘텍스트 변수는 리소그래피 처리의 피드포워드 양태의 일부로서 추가될 수 있다.
콘텍스트당 지문 결정은 로트들에 걸쳐서 수행되어 콘텍스트 변수들에 걸친 최적 지문 분해를 유도할 수 있는데, 이것은, 예를 들어 콘텍스트당 제어를 위해서 사용될 수 있다(특정한 리소그래피 처리 장비, 예를 들어 식각기 상에서, 또는 스캐너 상에서).
측정 데이터는 임의의 후속 모델링이 일어나기 이전에 더 필터링될 수 있다. 흔히, 모델링된 측정 데이터에 기반하여 프로세스를 개선하기 위한 목표를 가지는 제어 동작을 위태롭게 할 수 있는 잡음 성분이 측정 데이터 내에 존재한다. 잡음이 모델링에 영향을 주고 및/또는 부정적으로 제거하는 것을 방지하기 위하여, 특정 임계보다 높은 공간 주파수를 가지는 측정 데이터 내의 주기적 콘텐츠를 제거하는 것이 제안된다. 예를 들어, 임계 값은 프로세스 제어 능력이 상기 임계보다 높은 공간 주파수로 확장되지 않는 경우, 프로세스 제어 능력에 기반할 수 있다. 일 실시형태에서, 성능 데이터의 공간적 지문에 관련된 측정 데이터가 획득되고, 공간적 지문이 주파수 필터(예를 들어 저역 통과 필터)가 적용되는 주파수 도메인으로 변환된다(푸리에 변환). 필터링된 데이터는 후속하여, 푸리에 역변환을 필터링된 데이터에 적용함으로써 공간적 도메인으로 변환된다. 필터링된 측정 데이터는 모델링되고, 프로세스 제어 액션, 예를 들어 APC 제어를 위한 입력으로서의 역할을 한다.
필터 파라미터(컷오프 주파수, 주파수 필터의 함수 표현)는 학습 방법에 기반할 수 있고, 예를 들어 e-빔 계측 데이터(스캐닝 전자 빔 현미경(SEM))를 관심 측정 데이터(통상적으로 오버레이, 초점 또는 임계 치수(CD) 데이터와 같은 산란측정 데이터에 기반함)와 비교하는 것에 기반할 수 있다.
일 실시형태에서, 오버레이, 초점 또는 CD 데이터와 같은 측정 데이터가 획득된다. 그 다음에, 측정 데이터는 공간적 필터링의 방법을 사용하여 처리되는데, 여기에서 공간적 필터링에서 사용된 필터를 규정하는 파라미터는 프로세스 제어 능력 및/또는 측정 데이터 내에 포함된 잡음 성분의 공간 주파수 특성의 사전 지식에 기반한다.
일 실시형태에서, 필터를 규정하는 파라미터는 제 1 계측 장치를 사용하여 획득된 제 1 측정 데이터 및 제 2 계측 장치를 사용하여 획득된 제 2 측정 데이터 사이의 비교에 기반한다.
일 실시형태에서, 필터링된 측정 데이터는 본 명세서에서 개시된 임의의 모델링 방법을 사용하여 모델링된다.
일 실시형태에서, 모델링된 필터링 측정 데이터는 프로세스 제어 목적을 위하여, 예를 들어 리소그래피 장치의 오버레이, CD 또는 초점을 제어하기 위하여 사용된다.
본 발명의 다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절들의 목록에서 개시된다:
1. 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법으로서,
기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 획득하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -;
적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계;
상기 측정치 및 상기 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 기판 모델 파라미터 및 상기 적어도 하나의 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하여 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 제어 파라미터 결정 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 적어도 하나의 기저 함수는 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 에지 지문 변동을 나타내기에 적합한, 제어 파라미터 결정 방법.
3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,
상기 기저 함수는 다항식, 예를 들어 제르니케 다항식인, 제어 파라미터 결정 방법.
4. 제 1 절 내지 제 3 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제어 파라미터는 상기 기판 모델 파라미터의 가중된 함수이고,
가중치는 상기 기판 모델 파라미터와 연관된 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하는, 제어 파라미터 결정 방법.
5. 제 4 절에 있어서,
기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 소정의 유사도를 초과하는 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터의 가중치는 무효화되는, 제어 파라미터 결정 방법.
6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제어 파라미터는 자동 프로세스 제어(automatic process control; APC) 모델 파라미터, 예를 들어 APC 모델에서 활용되는 지수적으로 가중된 이동 평균(exponentially weighted moving average; EWMA) 필터와 연관된 평활화 파라미터인, 제어 파라미터 결정 방법.
7. 제 6 절에 있어서,
상기 APC 모델은 복수 개의 평활화 파라미터를 포함하고,
상기 복수 개의 평활화 파라미터 중 적어도 두 개의 평활화 파라미터는 상기 기판 모델 파라미터에 대한 상이한 함수적 종속성(functional dependency)을 가지는, 제어 파라미터 결정 방법.
8. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제어 파라미터는 리소그래피 장치를 기판별로 제어하도록 구성되는 웨이퍼 레벨 제어(wafer level control; WLC) 파라미터인, 제어 파라미터 결정 방법.
9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,
개별 기판 모델 파라미터들은 측정 데이터를 제공하기 위해서 사용된 기판들과 연관된 콘텍스트 정보에 상관되는, 제어 파라미터 결정 방법.
10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
측정 데이터의 진화를 추적하는 학습 모델을 사용하여 상기 제어 파라미터를 최신 상태로 유지하고, 리소그래피 프로세스의 안정한 제어를 달성하기 위하여 상기 제어 파라미터의 적절한 수정을 결정하는 단계를 더 포함하는, 제어 파라미터 결정 방법.
11. 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법으로서,
기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 획득하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -;
적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계;
상기 측정치 및 상기 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 제어 파라미터를 상기 기판 모델 파라미터의 가중된 값에 기반하여 결정하는 단계를 포함하고,
적어도 하나의 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터의 값은 감소된 가중치를 가지는, 제어 파라미터 결정 방법.
12. 일련의 기판 상에 수행되는 복수 개의 처리 단계를 수반하는 리소그래피 프로세스를 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 포함하는 동작 파라미터를 결정하기 위한 모델을 활용하는 방법으로서,
적어도 하나의 기판에 걸쳐 측정 파라미터의 측정치를 획득하는, 프로세스 내의 제 1 단계 이후에,
상기 기판에 걸친 동작 파라미터의 풀 지문 추정(full fingerprint estimation)을 결정하도록, 측정치를 상기 모델에 적용하는 단계;
상기 동작 파라미터를 상기 기판의 제 2 처리 단계에 적용하기 위하여 상기 풀 지문 추정을 활용하는 단계;
상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 왜곡하는 효과를 가지는 것으로 미리 결정된 효과를 고려하도록, 상기 풀 지문 추정을 수정함으로써, 상기 기판에 대한 제어 파라미터 지문 추정을 획득하는 단계; 및
상기 제 1 단계에서, 상기 제어 파라미터 지문 추정을 일련의 기판 중의 적어도 하나의 후속 기판의 처리에 적용하는 단계를 포함하는, 모델 활용 방법.
13. 제 12 절에 있어서,
상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 왜곡하는 효과를 가지는 것으로 미리 결정된 효과를 고려하도록, 상기 풀 지문 추정을 수정하는 단계는,
제어 전략 셋업 페이즈 동안에 결정된 알려진 지문 거동에 기반하는, 모델 활용 방법.
14. 제 12 절 또는 제 13 절에 있어서,
상기 모델에서 사용되는 동작 파라미터는, 지수적으로 가중된 이동 평균(EWMA) 필터를 튜닝하여 파라미터들 각각에 대한 절반-수명 감쇠 거리 또는 감쇠 범위 파라미터 λ 값을 제공함으로써 선택되는, 모델 활용 방법.
15. 제 1 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제어 파라미터 지문 추정은 리소그래피 프로세스에 채용된 특정 장치에 관련된 콘텍스트별(per-context) 지문을 결정하기 위하여 사용되는, 모델 활용 방법.
16. 컴퓨터 프로그램으로서,
적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때, 제 1 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 따른 방법을 적어도 하나의 프로세서가 수행하게 하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
17. 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하기 위한 장치로서,
제 1 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 기재된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 제어 파라미터 결정 장치.
18. 제 17 절에 따른 장치를 포함하는, 계측 장치.
19. 제 17 절에 따른 장치를 포함하는, 검사 장치.
20. 제 17 절에 따른 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.
21. 프로세스 대상이 되는 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 값들의 공간적 분포와 연관된 측정 데이터를 모델링하는 방법으로서,
측정 데이터를 획득하는 단계;
측정 데이터를 푸리에 변환 연산을 사용하여 주파수 도메인으로 변환하는 단계;
알려진 잡음 특성 및/또는 프로세스의 제어 설비의 제한사항과 연관된 공간 주파수 성분을 적어도 부분적으로 제거하도록 구성되는 공간적 필터를 사용하여, 변환된 측정 데이터를 필터링하는 단계;
필터링된 측정 데이터를 주파수 도메인 내에서 푸리에 역변환 연산을 사용하여 공간적 도메인으로 변환하여 필터링된 측정 데이터를 획득하는 단계; 및
필터링된 측정 데이터를 모델링하여 프로세스의 제어 설비에 대한 입력을 제공하는 단계를 포함하는, 측정 데이터 모델링 방법.
위에서 설명된 방법의 단계들은, 측정 데이터에 액세스할 수만 있으면 임의의 범용 데이터 처리 하드웨어(컴퓨터) 내에서 자동화될 수 있다. 이러한 장치는 도 2에 도시되는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)과 같은 현존하는 프로세서 또는 전체 프로세스 제어 시스템과 통합될 수 있다. 하드웨어는 처리 장치로부터 원격에 자리할 수 있고, 심지어 다른 나라에 위치될 수 있다. 적합한 데이터 처리 장치(DPA)의 컴포넌트들이 도 6에 도시된다. 장치는 컴퓨터에 의해 실행가능한 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 로딩하도록 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품이 다운로드되면, 이것은 컴퓨터 어셈블리가 전술된 바와 같은 PCA 장치 및/또는(RCA) 장치의 기능을 구현하게 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 프로세서(927)에 연결된 메모리(929)는 하드 디스크(961), 판독 전용 메모리(ROM)(962), 전기적 소거가능 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(EEPROM)(963) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(964)와 같은 여러 메모리 컴포넌트를 포함할 수 있다. 앞서 언급된 메모리 컴포넌트 모두가 있어야 하는 것은 아니다. 더욱이, 앞서 언급된 메모리 컴포넌트가 프로세서(927)에 또는 서로에 대해 반드시 물리적으로 인접해야 하는 것이 아니다. 이들은 떨어진 거리에 위치될 수 있다.
프로세서(927)는 일부 종류의 사용자 인터페이스, 예를 들어 키보드(965) 또는 마우스(966)에도 연결될 수 있다. 당업자에게 알려진 터치 스크린, 트랙 볼, 발화 컨버터 또는 다른 인터페이스도 역시 사용될 수 있다.
프로세서(927)는, 예를 들어 컴퓨터 실행가능한 코드의 형태인 데이터를 플로피 디스크(968) 또는 CDROM(969)과 같은 데이터 캐리어로부터 판독하고, 어떤 상황에서는 여기에 데이터를 저장하도록 구성되는 읽기 유닛(967)에 연결될 수 있다. 또한, 당업자에게 공지된 DVD 또는 다른 데이터 캐리어도 사용될 수 있다.
프로세서(927)는 종이에 출력 데이터를 인쇄하기 위한 프린터(970) 및 디스플레이(971), 예를 들어 모니터 또는 LCD(액정 디스플레이), 및 당업자에게 알려진 임의의 다른 타입의 디스플레이에도 연결될 수 있다.
프로세서(927)는 통신 네트워크(972), 예를 들어 공중 전화 교환망 네트워크(public switched telephone network; PSTN), 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN) 등에 입력/출력(I/O)을 담당하는 송신기/수신기(973)를 이용하여 연결될 수도 있다. 프로세서(927)는 통신 네트워크(972)를 통해서 다른 통신 시스템과 통신하도록 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 외부 컴퓨터(미도시), 예를 들어 운영자의 개인용 컴퓨터는 통신 네트워크(972)를 통해서 프로세서(927)에 로그인할 수 있다.
프로세서(927)는 독립형 시스템으로서 또는 병렬적으로 동작하는 여러 처리 유닛으로서 구현될 수 있는데, 각각의 처리 유닛은 더 큰 프로그램의 서브-태스크를 실행하도록 배치된다. 또한, 처리 유닛은 여러 하부 처리 유닛들을 가지는 하나 이상의 메인 처리 유닛으로 분할될 수 있다. 프로세서(927)의 일부 처리 유닛은 다른 처리 유닛과 떨어진 거리에 위치되고 통신 네트워크(972)를 통해서 통신할 수도 있다. 모듈들 사이의 통신은 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있다.
컴퓨터 시스템은 본 명세서에서 논의된 기능들을 수행하도록 구현된 아날로그 및/또는 디지털 및/또는 소프트웨어 기술을 가진 임의의 신호 처리 시스템일 수 있다.
비록 본문에서 IC의 제조에서 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해서 특별히 언급하였지만, 본 명세서에서 설명되는 리소그래피 장치는 다른 응용 분야, 예컨대 집적 광 시스템의 제조, 자기장 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판-패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드, 등을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이미 언급된 바와 같이, 본 발명은 리소그래피와는 별개인 산업적인 처리 애플리케이션에 적용될 수도 있다. 예들은 광학 컴포넌트의 생산, 자율 제작, 구축 - 대상물 데이터가 제품에 걸친 특정한 공간적 분포와 함께 이루어진 측정의 형태로 존재하는 임의의 개수의 애플리케이션 -에 있을 수 있다. 리소그래피의 예에서와 같다. 비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 사용을 특별히 참조했지만, 본 발명이 다른 타입의 리소그래피, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.
위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 추가하여, 본 명세서의 임의의 하나의 실시예에서 도시되거나 설명된 구조적 피쳐 또는 방법 단계들이 다른 실시예들에서도 역시 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
Claims (14)
- 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하는 방법으로서,
기판에 걸친 프로세스 파라미터 지문을 나타내기 위한 기판 모델을 획득하는 단계 - 상기 기판 모델은 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문의 변동을 나타내기에 적합한 적어도 하나의 기저 함수를 포함하는 기저 함수들의 조합으로서 규정됨 -;
적어도 하나의 기판에 걸친 프로세스 파라미터의 측정치를 수신하는 단계;
상기 측정치 및 상기 기저 함수를 사용하여 기판 모델 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 기판 모델 파라미터 및 상기 적어도 하나의 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하여 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기저 함수는 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 에지 지문 변동을 나타내기에 적합한, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기저 함수는 다항식, 예를 들어 제르니케 다항식인, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 상기 기판 모델 파라미터의 가중된 함수이고,
가중치는 상기 기판 모델 파라미터와 연관된 기저 함수의, 기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 유사도에 기반하는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 4 항에 있어서,
기판들 및/또는 기판의 배치들 사이의 프로세스 파라미터 지문 변동에 대한 소정의 유사도를 초과하는 기저 함수와 연관된 기판 모델 파라미터의 가중치는 감소되거나 무효화되는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 자동 프로세스 제어(automatic process control; APC) 모델 파라미터, 예를 들어 APC 모델에서 활용되는 지수적으로 가중된 이동 평균(exponentially weighted moving average; EWMA) 필터와 연관된 평활화 파라미터인, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 APC 모델은 복수 개의 평활화 파라미터를 포함하고,
상기 복수 개의 평활화 파라미터 중 적어도 두 개의 평활화 파라미터는 상기 기판 모델 파라미터에 대한 상이한 함수적 종속성(functional dependency)을 가지는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 기판 단위로 리소그래피 장치를 제어하도록 구성되는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
개별 기판 모델 파라미터들은 측정 데이터를 제공하기 위해서 사용된 기판들과 연관된 콘텍스트 정보에 상관되는, 제어 파라미터 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 방법은,
측정 데이터의 진화를 추적하는 학습 모델을 사용하여 상기 제어 파라미터를 최신 상태로 유지하고, 리소그래피 프로세스의 안정한 제어를 달성하기 위하여 상기 제어 파라미터의 적절한 수정을 결정하는 단계를 더 포함하는, 제어 파라미터 결정 방법. - 컴퓨터 프로그램으로서,
적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서가 제 1 항에 따른 방법을 수행하게 하기 위한 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램. - 리소그래피 프로세스에 대한 제어 파라미터를 결정하기 위한 장치로서,
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 제어 파라미터 결정 장치. - 제 12 항에 따른 장치를 포함하는, 계측 장치.
- 제 12 항에 따른 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.
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