KR20230052878A - 가변 파장 투시 층 적층물 - Google Patents

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KR20230052878A
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안톤 제이 데빌리어스
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시물의 양태는 웨이퍼 패턴을 정렬하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 방법은, 웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 웨이퍼를 제공하는 단계; 및 웨이퍼에 광 빔을 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 광 빔이 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 또는 웨이퍼의 전면 아래의 참조 패턴의 깊이 및 웨이퍼의 재료 중 적어도 하나에 기초하여, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 광 빔을 사용하여 참조 패턴을 이미징하는 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

가변 파장 투시 층 적층물
인용에 의한 병합
본 개시물은, 그 전체가 본원에 참조로 포함되는, 2020년 8월 17일자로 출원된 "반도체 제조를 위한 절대 참조물을 통해 오버레이 결과물을 제조하기 위한 방법"이라는 미국 가출원 번호 제63/066,779호의 이익을 주장한다.
본 개시물은 일반적으로 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 오버레이(overlay) 오차에 관한 것이다.
반도체 제조는 다수의 다양한 단계 및 공정을 포함한다. 하나의 전형적인 제조 공정은 포토리소그래피(마이크로 리소그래피라고도 함)로 알려져 있다. 포토리소그래피는 자외선 또는 가시광선과 같은 방사선을 사용하여, 반도체 소자 설계로 미세 패턴을 생성한다. 다이오드, 트랜지스터, 및 집적 회로와 같은 많은 유형의 반도체 소자는 포토리소그래피, 에칭, 막 증착, 표면 세척, 금속 배선 등을 포함하는 반도체 제조 기술을 사용하여 구성될 수 있다.
본 개시물의 양태는 웨이퍼 패턴을 정렬하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 방법은, 웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 웨이퍼를 제공하는 단계; 및 웨이퍼에 광 빔을 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 광 빔이 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 광 빔을 사용하여 참조 패턴을 이미징하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 웨이퍼는 전면 상에 형성된 하나 이상의 층을 추가로 가질 수 있으며, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 광 빔이 하나 이상의 층 및 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 방법은, 광 빔이 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있는 것으로 결정하기 위해, 웨이퍼를 통과하는 광 빔의 흡수량 및 산란량 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 방법은, 광 빔을 생성하는 적외선(IR) 광원을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, IR 광원은 IR 파장 가변 광원일 수 있다. 다른 실시예로서, IR 파장 가변 광원은 양자 캐스케이드 레이저(quantum cascade laser: QCL)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 광 빔의 파장은 1 내지 10 마이크로미터일 수 있다. 예를 들어, 제2 파장은 3.6 또는 3.7 마이크로미터일 수 있다.
일 실시형태에서, 제2 패턴은, 웨이퍼의 후면 상에 위치된 참조 플레이트에 포함될 수 있다. 예를 들어, 참조 플레이트는 웨이퍼의 후면에 부착될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제2 패턴은 웨이퍼의 표면 상에 투영될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제2 패턴은 웨이퍼의 후면 상에 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 제2 패턴은 웨이퍼 내에 내장될 수 있다.
본 개시물의 양태는 웨이퍼 패턴을 정렬하는 다른 방법을 추가로 제공한다. 예를 들어, 방법은, 웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 웨이퍼를 제공하는 단계; 및 참조 패턴에 광 빔을 지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 웨이퍼의 전면 아래의 참조 패턴의 깊이 및 웨이퍼의 재료 중 적어도 하나에 기초하여, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 광 빔을 사용하여 참조 패턴을 이미징하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 웨이퍼는 전면 상에 형성된 하나 이상의 층을 추가로 가질 수 있으며, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 광 빔이 하나 이상의 층 및 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 방법은, 광 빔을 생성하는 IR 광원을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, IR 광원은 IR 파장 가변 광원일 수 있다. 다른 실시예로서, IR 파장 가변 광원은 양자 캐스케이드 레이저(QCL)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 참조 패턴은 웨이퍼의 후면 상에 위치된다. 다른 실시형태에서, 참조 패턴은 웨이퍼 내에 내장된다. 또 다른 실시형태에서, 참조 패턴은, 웨이퍼의 후면 상에 위치된 참조 플레이트에 포함될 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 주어진 웨이퍼 상에 제조가 진행됨에 따라, 생성되는 주어진 소자에 따라, 많은 상이한 재료 및 층이 있을 수 있다. 따라서, 각각의 공정 스테이지의 각각의 웨이퍼는 상이한 프로파일을 가질 수 있다. 이는 웨이퍼를 통과하기 위해 상이한 파장이 필요할 수 있음을 의미한다.
물론, 명확성을 위해 본원에서 설명되는 바와 같은 상이한 단계들의 설명의 순서가 제시되었다. 일반적으로, 이러한 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 본원의 각각의 상이한 특징, 기술, 구성 등이 본 개시물의 상이한 곳에서 설명될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 수행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 개시물은 다수의 상이한 방식으로 구현되고 고려될 수 있다.
이러한 요약 부분은 본 개시물 또는 청구된 개시물의 모든 실시형태 및/또는 점진적으로 새로운 양태를 명시하지 않는다는 점을 유의한다. 대신에, 이러한 요약은 통상적인 기술에 비해 상이한 실시형태 및 해당 신규성 요소에 대한 예비적인 설명만을 제공한다. 본 개시물 및 실시형태의 추가적인 세부 사항 및/또는 가능한 관점에 대하여, 독자는 아래에 추가로 설명되는 바와 같은 본 개시물의 상세한 설명 부분 및 해당 도면을 참조한다.
실시예로서 제안되는 본 개시물의 다양한 실시형태가 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 이하의 도면에서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타내고, 도면으로서:
도 1a는 오버레이의 산업적 문제를 도시한다;
도 1b는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 예시적인 참조 패턴을 사용하는 오버레이 완화를 도시한다;
도 2는 본 개시물의 일부 실시형태에 따른 예시적인 이미징 시스템의 기능 블록도이다;
도 3은 일부 재료의 흡수 스펙트럼을 도시하는 그래프이다;
도 4는 도 2의 예시적인 이미징 시스템에 의해 생성된 동축으로 정렬된 광 빔의 일부분의 확대도이다;
도 5a는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 도 2의 예시적인 이미징 시스템의 제1 및 제2 영상 포착 장치에 의해 포착된 웨이퍼의 일부분의 중첩된 영상의 확대 평면도를 도시한다;
도 5b는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 절대적인 독립적 참조 패턴을 사용하는 오버레이 계산을 위한 예시적인 영상 분석을 도시한다; 그리고
도 6은 본 개시물의 일부 실시형태에 따른 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 개시물에 따라, 이전 패턴과 정렬되는 대신에, 정렬될 형상부 패턴을 위한 정렬 마크로서 절대적인 독립적 참조 패턴을 사용하는, 웨이퍼 패턴을 정렬하는 방법이 제공된다. 형상부 패턴은 웨이퍼의 전면 상에 형성될 수 있으며, 참조 패턴은 웨이퍼의 전면과 무관하다. 예를 들어, 참조 패턴은 웨이퍼 내에 또는 웨이퍼 아래에 형성될 수 있다. 웨이퍼의 제1 면 상에 형성된 형상부 패턴을 이미징하기 위해, 제1 파장의 제1 광 빔(예를 들어, 자외선(UV) 광 빔)이 사용될 수 있으며, 웨이퍼 내에 또는 웨이퍼 아래에 형성된 참조 패턴을 이미징하기 위해, 제2 파장의 제2 광 빔(예를 들어, 적외선(IR) 광 빔)이 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 제2 광 빔은 제1 광 빔과 동축으로 정렬될 수 있다. 참조 패턴이 웨이퍼 내에 또는 웨이퍼 아래에 형성되기 때문에, 제2 광 빔은, 참조 패턴을 이미징하기 위해 웨이퍼의 전체 두께 또는 두께의 일부분을 "투시(see through)"해야 한다. 예를 들어, 제2 광 빔은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 참조 패턴의 영상을 포착하기 위해, 참조 패턴이 웨이퍼 내에 또는 웨이퍼 아래에 형성되는지 여부에 따라, 웨이퍼의 전체 두께 또는 두께의 일부분을 통과하기에 충분한 전력 또는 강도를 가질 수 있다. 다른 실시예로서, 제2 광 빔이 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 예를 들어, 웨이퍼의 전면 아래의 참조 패턴의 깊이 및 웨이퍼의 재료 중 적어도 하나에 기초하여, 제2 광 빔의 전력 및 제2 파장이 조정될 수 있다. 따라서, 형상부 패턴의 UV 영상 및 참조 패턴의 IR 영상이 동일한 광축으로 포착되어 서로 위에 중첩될 수 있다. 그 다음, 노광, 검사, 정렬, 또는 다른 공정을 위해, 영상 분석이 수행될 수 있다. UV 및 IR 영상이 동축으로 포착되지만, 영상 탐지기로의 전송은 동축일 수 있거나 동축이 아닐 수 있다. 예를 들어, 동축으로 포착된 영상은, 아래에 설명된 바와 같이, 광학적으로 분리되어 별개의 영상 탐지기로 전송될 수 있다.
이하의 개시물은 제공된 청구 대상의 상이한 특징을 구현하기 위한 많은 상이한 실시형태 또는 실시예를 제공한다. 본 개시물을 간략화하기 위해, 구성 요소 및 배치의 구체적인 실시예가 아래에 설명된다. 물론 이들은 단지 실시예일 뿐이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 특징부 위에 또는 제2 특징부 상에 제1 특징부의 형성은 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉되어 형성되는 실시형태를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉되지 않을 수 있도록, 추가적인 특징부가 제1 및 제2 특징부 사이에 형성될 수 있는 실시형태를 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시물은 다양한 실시예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간명성 및 명확성을 위한 목적이며, 그 자체가 설명된 다양한 실시형태 및/또는 구성 간의 관계에 영향을 주지 않는다. 또한, "상부", "하부", "밑에", "아래에", "더 낮은", "위", "상부의" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 설명의 편의를 위해, 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징부의 관계를 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향과 더불어, 사용되거나 작동되는 소자의 상이한 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 달리 지향될 수 있으며(90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있으며), 본원에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술어도 마찬가지로 이에 따라서 해석될 수 있다.
명확성을 위해 본원에서 설명되는 바와 같은 상이한 단계들의 설명의 순서가 제시되었다. 일반적으로, 이러한 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 본원의 각각의 상이한 특징, 기술, 구성 등이 본 개시물의 상이한 곳에서 설명될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 수행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 개시물은 다수의 상이한 방식으로 구현되고 고려될 수 있다.
미세 가공은, 웨이퍼 상에 다수의 막 및 층을 형성하여 처리하는 단계를 포함한다. 이는 웨이퍼 상에 적층된 수십 개 이상의 막을 포함할 수 있다. 다양한 막 및 층을 위해 웨이퍼에 적용된 패턴은, 이전에 형성된 패턴에 정렬될 필요가 있다. 통상적으로, 이러한 정렬은, 웨이퍼의 일부를 사용하여 정렬 마크(alignment mark) 및 스크라이브 라인(scribe line)을 형성함으로써 달성된다. 그러나, 본 발명자들은, 다양한 막 증착, 에칭, 및 처리 기술이 때때로 정렬 마크를 커버하고 심지어 정렬 마크를 완전히 제거한다는 것을 인식하였다. 정렬 마크가 때때로 커버되거나 상실됨으로써, 웨이퍼 상에 후속 패턴을 적용하는 오차가 있을 수 있다. 오버레이 또는 오버레이 오차라는 용어는, 이전에 배치된 패턴에 비하여 주어진 패턴의 배치 간의 차이를 지칭한다. 정렬 마크가 일상적으로 파괴됨으로써, 오버레이 오차가 추가적인 층에 누적될 수 있으며, 이는 좋지 않은 성능 및 소자 오차를 유발할 수 있다.
도 1a는 오버레이의 산업적 문제를 도시한다. 여기서 각각의 화살표는, 선행 패턴의 위치에 해당하는 시작점(예를 들어, 111A, 111B, 121A 및 131A), 및 후속 패턴의 위치에 해당하는 종료점 또는 화살촉(예를 들어, 111A', 111N', 121N')을 갖는다. 결과적으로, 후속 패턴이 해당 선행 패턴과 나란히 형성되거나 해당 선행 패턴 위에 형성되는 경우, 각각의 화살표는 오버레이 값 또는 오버레이 오차를 나타낸다. 예를 들어, 공정(110A)에서, 초기 패턴을 배치할 때, 그리드 또는 참조 플레이트가 없다. 따라서, 제1 화살표의 시작점(111A)은 오정렬될 가능성이 있으며, 즉, 초기 패턴은, 예를 들어 웨이퍼 에지에 비하여, 배치 오차를 가질 수 있다. 그 다음, 후속 패턴은, 해당 마지막 패턴에 기초하여 정렬을 시도한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 후속 화살표의 시작점(예를 들어, 111B)은, 해당 마지막 또는 선행 화살표의 화살촉(예를 들어, 111A')과 중첩된다. 일부 실시형태에서, 정렬 마크의 저하는, 이러한 저하된 정렬 마크를 사용함으로써 배치된 후속 패턴에 대한 정렬 오차를 야기할 수 있다. 이론적으로 완벽한 시스템에서도, 작업 중단이 여전히 발생할 수 있음을 유의한다. 예를 들어, 시스템 패턴 배치 공차가 +/- 4 nm이고, 각각의 레벨이 이전 레벨을 참조하는 경우, 참조 레벨을 0 오차인 것으로 간주한다. 이 경우, 제1 층은 + 4 nm 벗어날 수 있다. 제1 층에 대한 제2 층 정렬은 + 4 nm 벗어날 수 있으며, 이는 제2 층이 이제 참조 레벨에서 + 8 nm 벗어남을 의미한다. 또한, 누적 오차를 가중시킬 수 있는, 보이는 본래의 정렬 마크에서도 작업 중단/정렬 시프트를 유도할 수 있는, 제조 전반에 걸쳐서 응력을 유도하거나 완화시키는 공정 요인이 있다.
또한, 정렬 마크는 제조 공정의 단계(S120)에서 파괴될 수 있으며, 참조 마크 없이 배치가 다시 이루어진다. 정렬 마크의 저하는, 후속 공정에서 정렬 오차의 누적을 유발할 수 있다. 시작점(111A)과 유사하게, 새로운 화살표의 시작점(121A)은 오정렬될 가능성이 있다. 도 1a의 실시예에서, 시작점(121A)은 화살촉(111N')으로부터 벗어난다. 단계(S130)에서 정렬 마크가 다시 파괴될 때까지, 해당 마지막 패턴에 기초하여 후속 패턴을 정렬함으로써, 공정이 진행된다. 유사하게, 참조 마크 없이 배치가 이루어지며, 시작점(131A)은 화살촉(121N')으로부터 벗어난다. 도 1a에서 알 수 있는 바와 같이, 층이 증가함에 따라, 오버레이 오차가 누적될 수 있으므로, 좋지 않은 제조 수율, 소자 오차 등을 유발할 수 있다. 공정(110A)은 제한적이지 않은 실시예임을 유의한다. 다른 공정(예를 들어, 110B 및 110C)은 상이한 오버레이 값(상이한 화살표) 및/또는 상이한 단계를 가질 수 있다.
도 1b는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 예시적인 참조 패턴을 사용하는 오버레이 완화를 도시한다. 본원의 기술에서, 웨이퍼(190)의 전면(또는 작업면)(191) 상에 배치된 모든 패턴(예를 들어, 시작점(141A)을 갖는 패턴)은, 동일한 참조 패턴(102)에 기초한다. 일 실시형태에서, 참조 패턴(102)은 웨이퍼(190)의 전면(191) 아래에 위치될 수 있다. 예를 들어, 참조 패턴(102)은 웨이퍼(190)의 후면(192) 상에 형성될 수 있거나, 웨이퍼(190)에 포함될 수 있다. 다른 실시예로서, 참조 패턴(102)은 참조 플레이트(도 1b에 도시되지 않음)에 포함될 수 있으며, 참조 플레이트는 웨이퍼(190)의 후면(192)에 부착될 수 있거나, 웨이퍼(190)를 홀딩하기 위해 사용되는 기판 홀더(도 1b에 도시되지 않음)에 포함될 수 있다. 즉, 참조 패턴(102)은, 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼(190)의 전면(191) 상에 수행되는, 에칭, 증착, 화학 기계적 폴리싱 등과 같은 리소그래피 공정에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 참조 패턴(102)은 웨이퍼(190)의 전면(191)과 무관하며, 웨이퍼(190)의 리소그래피 공정 동안 손상되지 않을 것이다. 따라서, 참조 패턴(102)은, 절대적인 것으로서, 또는 더 정확하게는, 웨이퍼(190)의 전면(191) 상에 형성된 임의의 패턴과는 무관한 것으로서 간주되고 사용될 수 있으며, 웨이퍼(190) 상에 수행되는 다양한 증착 및 에칭 단계로 인해 변경되지 않을 것이다. 일 실시형태에서, 참조 패턴(102)은, 새로운 패턴을 배치할 때 웨이퍼(190)와 비교될 수 있다. 초기 패턴의 경우, 이는 패턴이 참조 패턴(102)에 맞춰질 수 있음을 의미한다. 후속 패턴의 경우, 이는 하나 이상의 패턴이 참조 패턴(102)과 여전히 비교되어, 동일한 정렬로 복귀시키기 위한 오버레이 보정을 계산할 수 있음을 의미한다.
예를 들어, 공정(140)에서, 참조 패턴(102)은, 웨이퍼(190)의 전면(191) 상의 초기 패턴을 정렬하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 예를 들어, 웨이퍼(190) 내에 참조 패턴(102)을 내장함으로써, 또는 웨이퍼(190)의 후면(192)에 고정된 참조 패턴(102)을 제공함으로써, 참조 패턴(102)이 웨이퍼 표면에 대하여 고정된 위치에 제공될 수 있다. 결과적으로, 제1 화살표의 시작점(141A)은 참조 패턴(102)에 정렬되며, 이의 위치는 참조 라인(150)으로 표시된다. 또한, 후속 패턴은, 고정된 절대적인 독립적 참조 패턴(102)을 사용하여 정렬된다. 각각의 후속 패턴을 위해 새로운 포토레지스트 층이 형성될 수 있지만, 참조 패턴(102)으로 인해, 웨이퍼(190) 상에 정렬 마크가 형성 및/또는 파괴될 필요는 없다. 결과적으로, 화살표는 참조 라인(150) 주위에 중심을 두며, 이는 후속 패턴이 참조 패턴(102)에 정렬됨을 의미한다. 예를 들어, 패턴 영상의 마스크를 이동시키거나, 마스크에 대하여 웨이퍼(190)를 이동시킴으로써, 정렬이 이루어질 수 있다. 따라서, 점점 더 많은 층이 형성됨에 따라, 오버레이 오차가 누적될 가능성이 낮다.
도 2는 본 개시물의 일부 실시형태에 따른 예시적인 이미징 시스템(200)의 기능 블록도이다. 예를 들어, 예시적인 이미징 시스템(200)은 리소그래피 시스템의 스캐너 또는 노광기로 구현될 수 있다. 다른 실시예로서, 예시적인 이미징 시스템(200)은, 레지스트 코팅 도구(예를 들어, Tokyo Electron Ltd에 의해 제조된 CLEAN TRACKTM ACTTM12)로 구현될 수 있으며, 레지스트 코팅 도구는, 어드밴스 소프트베이크(advance softbake) 오븐 장치, 에지-비드(edge-bead) 제거 모듈, 및 세척 시스템과 같은, 다수의 마스크-특정 모듈을 포함한다. 예시적인 이미징 시스템(200)은 상이한 파장의 2개의 광 빔을 동축으로 정렬할 수 있고, 동축으로 정렬된 2개의 광 빔을 기판(예를 들어, 웨이퍼)의 전면 상에 위치된 제1 패턴, 및 제1 패턴 아래에 위치된 제2 패턴 상에 각각 집속할 수 있으며, 제1 및 제2 패턴의 영상을 포착할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 이미징 시스템(200)은, 제1 광원(210), 제2 광원(220), 정렬 모듈(230), 동축 모듈(240), 제1 영상 포착 장치(250), 및 제2 영상 포착 장치(260)를 포함할 수 있다. 제1 영상 포착 장치(250) 및 제2 영상 포착 장치(260)는 영상 포착 모듈로 총칭하여 지칭될 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 광원(210)은 제1 파장의 제1 입사광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 광원(210)은, 50 내지 400 나노미터(예를 들어, 266 나노미터)의 제1 입사광 빔(도 2에
Figure pct00001
로서 표시됨)을 생성하는 UV 광원일 수 있다. 다른 실시예로서, 제1 광원(210)은, 표면 이미징을 위한 펌프형 나노초 레이저와 같은, Optowaves(미국 매사추세츠주, Optowares Inc.) 고체 레이저일 수 있다.
일 실시형태에서, 제2 광원(220)은 제2 파장의 제2 입사광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 본 개시물의 일부 양태에 따라, 절대적인 독립적 참조 패턴이 웨이퍼의 전면 상에 형성될 패턴 아래에 위치되고, 제2 입사광 빔이 참조 패턴을 이미징하기 위해 사용되기 때문에, 제2 입사광 빔은, 웨이퍼(예를 들어, 웨이퍼(290))의 두께의 적어도 일부분 또는 심지어 전체 두께를 투시해야 한다.
예를 들어, 제2 입사광 빔은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 참조 패턴의 영상을 포착하기 위해, 웨이퍼(290)의 전체 두께(예를 들어, 750 마이크로미터)를 통과하기에 충분한 전력 또는 강도를 갖는다. 다른 실시예로서, 제2 광원(220)은, 1 내지 10 마이크로미터(예를 들어, 3.6 또는 3.7 마이크로미터)의 제2 입사광 빔(도 2에
Figure pct00002
로 표시됨)을 생성하는 IR 광원일 수 있다. 일 실시형태에서, 제2 광원(220)은 IR 가변 양자 캐스케이드 레이저(QCL)일 수 있으며, 이는 Pranalytica, Inc.(미국 캘리포니아주)로부터 획득될 수 있다. QCL은, 초격자를 형성하는 다양한 재료 조성의 일련의 주기적 얇은 층으로 구성될 수 있다. 양자 캐스케이드 구조물에서, 전자는 인터서브밴드(intersubband) 전이를 받으며, 이에 따라 광자가 방출된다. 전자는 양자 캐스케이드 구조물의 다음 주기로 터널링되고, 프로세스가 반복된다. 따라서, QCL은 전력을 광전력으로 변환할 수 있으며, 중파 적외선(MWIR) 및 장파 적외선(LWIR)으로 레이저 방사선을 생성할 수 있다. 아래의 표 1은, 열관리를 위한 열전 냉각기(TEC)를 필요로 하는 실온(RT) 패브리-페로(FP) 연속파(CW) 작동, 및 레이저 시스템 작동을 위한 준연속파(QCW) 작동에 대해 보고된 QCL 성능의 간략한 개요를 제공한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
에바네센트파(evanescent wave) 이론에 따라, 2개의 상이한 매체(예를 들어, 동축 모듈(240)이 위치된 액침 리소그래피에서의 액체 또는 공기 및 웨이퍼(290)) 사이의 표면(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은, 웨이퍼(290)의 전면(391))에 충돌하는 광 빔은, 표면에 수직으로 기하급수적으로 감쇠되는 이의 강도를 가질 것이다. 강도가 1/e(약 37%)로 강하되는 관통 깊이는, 특히 광 빔의 파장에 따라 좌우된다. 전형적인 관통 깊이는, 표면에 대한 광 빔의 입사각에 따라, 광 빔의 파장의 비율(예를 들어, 파장의 1/5)일 수 있다. 제2 입사광 빔(
Figure pct00005
)의 제2 파장이 제1 입사광 빔(
Figure pct00006
)의 제1 파장보다 훨씬 더 길기 때문에, 전력이 적절히 제어된 제2 입사광 빔(
Figure pct00007
)은, 웨이퍼(290)의 전체 두께를 통과할 수 있다.
일 실시형태에서, 제1(UV) 광원(210) 및 제2(IR) 광원(220)의 상대적 위치(적색 및 청색 보정의 상대적 위치로도 지칭됨)는 주기적으로 보정될 수 있다. 예를 들어, 제1 광원(210) 및 제2 광원(220)의 상대적 위치는, 몇십 년이고 이에 따라 매우 관대한 센서 동적 범위 내에 유지될 수 있다. 그러나, 정규화는, 알려진 상대 투과율의 스테이지 아티팩트(artifact)가 필요에 따라 이미징됨으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 하루에 한 번씩, 임의의 상대 강도 정규화가 용이하게 수행될 수 있다. 상대적 위치 또는 TIS 도구 유도 시프트 보정은 계측 스테이션에 공통적이다. 상대적 위치는, 측정이 수행됨에 따라 그리드 플레이트에 대하여 실시간으로 재보정된다. 따라서, 예시적인 이미징 시스템(200)은 항상 실시간 절대 참조물을 가질 수 있다. 디지털 영상 포착 및 회귀가 사용될 수 있다.
입사광 빔(예를 들어, 제2 광 빔)은, 대상물(예를 들어, 웨이퍼(290)) 및 그 위에 형성된 하나 이상의 층으로부터 산란될 것이다(이는 레일리 산란(Rayleigh scatter)으로 알려짐). 산란된 광 빔은 흡수 분광계의 탐지기에 도달할 수 없고 흡수된 광 빔으로 해석될 것이기 때문에, 레일리 산란은 측정된 흡수 스펙트럼에 영향을 줄 것이다. 대상물의 레일리 산란의 강도(또는 흡수 스펙트럼 또는 흡수량)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 입사광 빔의 파장의 함수이며, 대상물의 재료에 따라 달라진다. 입사광 빔의 파장을 조정함으로써, 더 투명한(즉, 비흡수) 영역이 탐색될 수 있으므로, 영상 충실도를 증가시킬 수 있다. 입사광 빔의 전력을 증가시킴으로써, 탐지기에서 더 강한 신호를 달성할 수 있다. 예를 들어, 10% 투과 시나리오에서, 소스 전력이 10 W인 경우, 탐지기에서 1 W가 산출되며, 1 W의 더 낮은 전원은 탐지기에서 100 mW만을 산출한다. 또한, 도 3은 웨이퍼 상에 하나 이상의 층을 형성하기 위해 사용될 수 있는 상이한 재료(예를 들어, Cu, Fe, Cr 등)가 각각의 흡수 스펙트럼-파장 함수를 갖는다는 것을 보여준다. 따라서, 입사광 빔의 파장은, 웨이퍼 및 하나 이상의 층의 재료에 기초하여 조정될 수 있다.
일 실시형태에서, 정렬 모듈(230)은, 제2 입사광 빔(
Figure pct00008
)을 제1 입사광 빔(
Figure pct00009
)과 동축으로 정렬하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정렬 모듈(230)은, 제1 입사광 빔(
Figure pct00010
)을 2개의 부분(그 중 하나는 투과될 수 있고, 그 중 다른 하나는 반사될 수 있음)으로 분할하는 제1 광 빔 스플리터(splitter)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 광 빔 스플리터는 프리즘일 수 있다. 다른 실시형태에서, 제1 광 빔 스플리터는, 알루미늄과 같은 금속의 부분적으로 투명한 박막으로 이의 일면 상에 코팅된, 유리 또는 플라스틱 시트와 같은 투명 플레이트일 수 있으며, 이에 따라, 제1 입사광 빔(
Figure pct00011
)의 하나의 부분은 투과될 수 있고, 다른 부분은 반사될 수 있다. 예시적인 이미징 시스템(200)에서, 제1 광원(210) 및 제1 광 빔 스플리터는, 제1 입사광 빔(
Figure pct00012
)이 제1 광 빔 스플리터에 45도 각도로 입사하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 정렬 모듈(230)은, 제2 입사광 빔(
Figure pct00013
)을 2개의 부분(그 중 하나는 반사될 수 있고, 그 중 다른 하나는 투과될 수 있음)으로 분할하는 제2 광 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 빔 스플리터는 프리즘일 수 있다. 다른 실시예로서, 제2 광 빔 스플리터는, 알루미늄의 박막으로 이의 일면 상에 코팅된 유리 또는 플라스틱 시트일 수 있으며, 이에 따라, 제2 입사광 빔(
Figure pct00014
)의 하나의 부분은 반사될 수 있고, 다른 부분은 투과될 수 있다. 예시적인 이미징 시스템(200)에서, 제2 광원(220) 및 제2 광 빔 스플리터는, 제2 입사광 빔(
Figure pct00015
)이 제2 광 빔 스플리터에 45도 각도로 입사하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 정렬 모듈(230)은, 상이한 파장의 광 빔이 반사되거나 투과될 수 있게 하는 제3 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 빔 스플리터는, 제1 광 빔 스플리터로부터 투과되는 제1 파장의 제1 입사광 빔(
Figure pct00016
)이 반사될 수 있게 하고, 제2 광 빔 스플리터로부터 투과되는 제2 파장의 제2 입사광 빔(
Figure pct00017
)이 투과될 수 있게 하는, 이색성 재료로 이의 일면 상에 코팅된 투명 플레이트일 수 있다. 일 실시형태에서, 투과된 제2 입사광 빔(
Figure pct00018
)이 반사된 제1 입사광 빔(
Figure pct00019
)과 동축으로 정렬되고, 투과된 제2 입사광 빔(
Figure pct00020
) 및 반사된 제1 입사광 빔(
Figure pct00021
)이 동일한 광 경로를 따라 웨이퍼(290)로 이동할 수 있도록, 제3 빔 스플리터가 설계 및 위치된다.
일 실시형태에서, 동축 모듈(240)은, 제3 빔 스플리터로부터 반사된 제1 입사광 빔(
Figure pct00022
)을 웨이퍼(290)의 전면(391) 상에 위치된 제1 패턴(301)(도 4에 도시됨) 상에 집속하고, 제3 빔 스플리터로부터 투과된 제2 입사광 빔(
Figure pct00023
)을 제1 패턴(301) 아래에 위치된 제2 패턴(302)(또는 참조 패턴) 상에 집속하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동축 모듈(240)은, 제1 패턴(301) 및 제2 패턴(302)의 배치의 공차(즉, 초점의 깊이(DOF))를 조정하도록 설계 및 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴(301)의 상부를 추적하고, 웨이퍼(290)의 높이만큼 제1 패턴(301)의 높이를 감산하여, 동축으로 정렬된 제1 입사광 빔(
Figure pct00024
) 및 제2 입사광 빔(
Figure pct00025
)의 DOF를 동시에 자동 조정하기 위해, 레벨 센서가 사용될 수 있다. 딥 UV(DUV) 광을 통해, 포토레지스트 손상은 무시 가능할 수 있다. 여기서, 250 마이크로미터 시야(FOV)는, 4K 해상도의 경우 픽셀당 약 60 나노미터에 해당한다. 이는 0.1 나노미터 정합 오차 측정의 해상도를 위해 충분하다. 광원의 충분한 전력 또는 강도를 가짐으로써, 금속 층의 임의의 섀도잉(shadowing)을 완화시킬 수 있다. 도 4는 웨이퍼(290)에 형성된 물리적 패턴의 이미징을 도시하지만, 형성될(즉, 활성화 광으로의 노광 전의) 패턴의 영상은, 예를 들어, 웨이퍼 내의 포토레지스트를 활성화시키지 않는 파장을 갖는 광에 의해 달성될 수 있다.
일 실시형태에서, 동축 모듈(240)은, 2개 내지 12개의 개별 광학 소자, 예를 들어 6개의 광학 소자를 포함할 수 있다. 각각의 광학 소자는, 사파이어, AlN, MgF, CaF, BaF, LiF, Ge, Si 등을 포함할 수 있다.
제1 입사광 빔(
Figure pct00026
)은 제1 패턴(301)에 의해 반사되어, 제1 반사광 빔(
Figure pct00027
)을 형성할 수 있다. 제1 반사광 빔(
Figure pct00028
)은 제3 빔 스플리터 및 제1 광 빔 스플리터에 의해 순차적으로 반사될 수 있으며, 제1 영상 포착 장치(250)에 의해 포착될 수 있고, 제1 영상 포착 장치(250)는 제1 패턴(301)의 해당 제1 영상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 영상 포착 장치(250)는 DataRay 카메라일 수 있다. 제2 입사광 빔(
Figure pct00029
)은 제2 패턴(302)에 의해 반사되어, 제2 반사광 빔(
Figure pct00030
)을 형성할 수 있다. 제2 반사광 빔(
Figure pct00031
)은 제3 빔 스플리터 및 제2 광 빔 스플리터에 의해 순차적으로 투과될 수 있으며, 제2 영상 포착 장치(260)에 의해 포착될 수 있고, 제2 영상 포착 장치(260)는 제2 패턴(302)의 해당 제2 영상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 영상 포착 장치(260)는, 고속 고화질 중파장 IR(MWIR) 카메라(예를 들어, FLIR X8500 MWIR)일 수 있다. 일 실시형태에서, 오버레이 값을 계산하기 위해, 제1 영상 및 제2 영상에 대해 영상 분석이 수행되어, 제1 패턴(301)의 배치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴(301)의 제1 영상 및 제2 패턴(302)의 제2 영상을 서로 위에 중첩시키고, 제2 패턴(302)에 대한 제1 패턴(301)의 좌표 위치를 식별함으로써, 영상 분석이 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 영상 분석이 실시간으로 수행될 수 있으므로, 제1 패턴(301)의 배치가 실시간으로 조정될 수 있다.
일 실시형태에서, 정렬 모듈(230)은, 제1 렌즈 세트 및 제2 렌즈 세트를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 세트는, 제1 광원(210)에 의해 생성된 제1 입사광 빔(
Figure pct00032
)을 시준하고, 시준된 제1 입사광 빔(
Figure pct00033
)을 제1 광 빔 스플리터로 지향시키는, 반사 및/또는 굴절 광학계를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 제2 렌즈 세트는, 제2 광원(220)에 의해 생성된 제2 입사광 빔(
Figure pct00034
)을 시준하고, 시준된 제2 입사광 빔(
Figure pct00035
)을 제2 광 빔 스플리터로 지향시키는, 반사 및/또는 굴절 광학계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 예시적인 이미징 시스템(200)은, 제3 렌즈 세트(270) 및 제4 렌즈 세트(280)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 렌즈 세트(270)는, 제1 반사광 빔(
Figure pct00036
)을 제1 영상 포착 장치(250) 상에 집속하는 반사 및/또는 굴절 광학계를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 제4 렌즈 세트(280)는, 제2 반사광 빔(
Figure pct00037
)을 제2 영상 포착 장치(260) 상에 집속하는 반사 및/또는 굴절 광학계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 예시적인 이미징 시스템(200)은, 동축 모듈(240)의 외부에서 회절된 광 빔을 포착하여 이들을 제1 영상 포착 장치(250) 및 제2 영상 포착 장치(260)로 지향시킬 수 있는 광학계를 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 예시적인 실시형태에서, 제1 패턴(301)은, 웨이퍼(290)의 전면(391) 상에 위치된 포토마스크(도시되지 않음)에 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 포토마스크는 접촉 프린팅 시스템에서 웨이퍼(290)와 직접 접촉되게 배치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 포토마스크는, 근접 프린팅 시스템에서 또는 투영 프린팅 시스템에서 웨이퍼(290)로부터 이격되게 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 예시적인 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 후면(392) 상에 위치되며, 제2 입사광 빔(
Figure pct00038
)은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 제2 패턴(302)의 제2 영상을 포착하기 위해, 웨이퍼(290)의 전체 두께를 통과하기에 충분한 전력을 갖는다. 일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 참조 플레이트(310) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 참조 플레이트(310)는, 거의 완벽하게 정렬된 20 마이크로미터 x 20 마이크로미터 정사각형을 갖는 그리드 플레이트일 수 있으며, 제2 패턴(302)은 정사각형 중 적어도 하나의 코너 점일 수 있다. 다른 실시예로서, 참조 플레이트(310)는, 정렬 목적을 위해 적합한 점, 라인, 코너, 박스, 숫자, 마크, 또는 임의의 다른 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제2 패턴(302)은 이들 중 하나일 수 있다. 일 실시형태에서, 참조 플레이트(310)는 웨이퍼(290)의 후면(392)에 부착될 수 있다. 따라서, 참조 플레이트(310) 및 웨이퍼(290)는 하나의 모듈로서 기능할 수 있다. 다른 실시형태에서, 참조 플레이트(310)는 포토리소그래피 스캐너 또는 노광기의 기판 홀더(320)에 포함될 수 있다. 주어진 웨이퍼가 매번 이전 배치와 비교하여 상이한 위치 또는 방향으로 기판 홀더(320) 상에 배치될 수 있지만, 이는 중요하지 않다. 주어진 새로운 패턴이 배치되거나 노출되기 위해, 웨이퍼가 참조 플레이트(310)(예를 들어, 그리드 플레이트)와 함께 이미징될 수 있다. 그 다음, 참조 플레이트(310)는, 2개 이상의 지점에 대한 벡터를 식별하기 위한 상대적 참조점을 제공할 수 있으며, 이로부터 벡터 분석을 사용하여, 다음 노광 시에 오버레이 보정 조정을 계산할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(290)(아직 패턴을 갖지 않는 경우)가 참조 플레이트(310) 위에 배치되는 경우, 웨이퍼(290)는 참조 플레이트(310)에 조악하게 사전 정렬될 것이다. 다른 실시예로서, 웨이퍼(290)(이미 기존 패턴을 갖는 경우)가 참조 플레이트(310) 위에 배치되는 경우, 기존 패턴 및 참조 플레이트(310)는 동축으로 정렬될 수 있다. 통상적인 리소그래피 공정에서, 웨이퍼 후면 스크래치, 후면 먼지, 및/또는 열로 인한 기판 왜곡으로 인해 기인하는 측정 오차가 오버레이에 영향을 줄 수 있지만, 통상적인 오버레이 시스템은 흔히 이러한 문제를 인지하지 못한다. 본원의 기술은 이러한 문제를 극복하기 위한 독립적인 참조 플레이트 및 높은 공간 해상도를 포함한다.
일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 후면(392) 상에 형성될 수 있으며, 제2 입사광 빔(
Figure pct00039
)은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 제2 패턴(302)의 제2 영상을 포착하기 위해, 웨이퍼(290)의 전체 두께를 통과하기에 충분한 전력을 또한 갖는다. 다른 기술은, 예를 들어 방사성 또는 형광 재료를 사용하여, 웨이퍼(290) 내에 제2 패턴(302)(예를 들어, 그리드 라인)을 내장하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 전면(291) 상에 형성될 수 있으며, 그 다음, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층이 그 위에 증착된다. 예를 들어, 제2 패턴(302)이 웨이퍼(290) 내에 실질적으로 "내장"되고, 패턴이 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층 상에 형성될 수 있도록, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층은 1 내지 5 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제2 입사광 빔(
Figure pct00040
)은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 제2 패턴(302)의 제2 영상을 포착하기 위해, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층을 통과하기에 충분한 전력을 가져야 한다. 다른 실시예로서, 제2 패턴(302)은, 웨이퍼(290)의 후면(292) 상에 형성된 실리콘 또는 실리콘 산화물과 같은 보호 층 전에, 웨이퍼(290)의 후면(292) 상에 형성될 수 있다. 결과적으로, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290) 내에 내장될 수도 있다. 따라서, 제2 입사광 빔(
Figure pct00041
)은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 제2 패턴(302)의 제2 영상을 포착하기 위해, 웨이퍼(290)의 전체 두께를 통과하기에 충분한 전력을 가져야 한다. 일 실시형태에서, 캐리어 웨이퍼의 전면이 타겟 웨이퍼의 후면(예를 들어, 웨이퍼(290)의 후면(392))에 접합되기 전에, 제2 패턴(302)이 캐리어 웨이퍼의 전면 상에 형성될 수 있다. 결과적으로, 제2 패턴(302)은, 하나의 웨이퍼로서 함께 기능하는, 캐리어 웨이퍼와 타겟 웨이퍼 사이에 삽입될 수 있다. 따라서, 제2 입사광 빔(
Figure pct00042
)은, 양자 터널링 이미징, IR 투과 이미징 등을 사용하여 제2 패턴(302)의 제2 영상을 포착하기 위해, 타겟 웨이퍼의 전체 두께를 통과하기에 충분한 전력을 가져야 한다. 일부 실시형태에서, 광 투영이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 패턴(302)은, 웨이퍼(290) 내에, 기판 홀더 상에, 또는 기판 홀더 아래의 그리드 플레이트로서 물리적으로 존재하지 않는 투영 그리드일 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 물리적 마크 및 광 투영의 조합물일 수 있다. 예를 들어, 기판 홀더 상에 배치된 웨이퍼에 의해 커버되지 않는 기판 홀더의 주변 영역 상에 물리적 참조 마크가 제공될 수 있으며, 터널링이 필요하지 않을 수 있도록, 광 투영이 웨이퍼의 영역의 참조 패턴을 완성할 수 있다.
도 5a는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 제1 영상 포착 장치(250) 및 제2 영상 포착 장치에 의해 포착된 웨이퍼(290)의 일부분의 중첩된 영상의 확대 평면도를 도시하며, 일부분은 제1 패턴(301) 및 제2 패턴(302)을 포함한다. 도 5b는 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 정렬 공정 시에 참조 패턴으로서 작용하는 제1 패턴(301)을 사용하는 오버레이 계산을 위한 예시적인 영상 분석을 도시한다. 도 5a 및 도 5b는 2개의 패턴의 오버레이 값을 계산하기 위해 절대적인 독립적 제1 패턴(301)이 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 이는 좌표계에 대한 각각의 공통 참조 패턴을 인식하고, 그러한 참조 패턴을 사용하여, 그러한 좌표계에서 각각의 패턴이 "어디에 있는지"를 인식함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어 각각의 층 사이의 거리와 같이, 일단 그것이 알려지면, 오버레이 값을 추출하기 위해 필요한 벡터 계산은 간단한 벡터 대수로 수행된다. 그러한 점에서, 이는 기본적인 좌표 기하학이다. 스테이지 아래에 항상 자기 자신을 위한 특별한 도구가 있는 믹스매치 오버레이(mix-match overlay: MMO)로서 이를 고려할 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 패턴(301)(지점(M)으로 표시됨), 예를 들어, 20 마이크로미터 x 20 마이크로미터 정사각형을 갖는 그리드 플레이트의 정사각형 중 하나의 코너는, 절대적인 것으로 또는 웨이퍼 독립적인 것으로 간주될 수 있으며, 제2 패턴(302)(지점(N)으로 표시됨)과 제2 패턴(302)의 형성 후에 형성되는 제3 패턴(401)(지점(P)으로 표시됨) 간의 오버레이 값을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 제1 패턴(301) 상에 제2 패턴(302)을 중첩시킴으로써, 제1 패턴(301)의 지점(M)으로부터 제2 패턴(302)의 지점(N)으로의 좌표 차이 또는 벡터(
Figure pct00043
)가 결정될 수 있다. 마찬가지로, 제1 패턴(301) 상에 제3 패턴(401)을 중첩시킴으로써, 제1 패턴(301)의 지점(M)으로부터 제3 패턴(401)의 지점(P)으로의 다른 좌표 차이 또는 벡터(
Figure pct00044
)가 결정될 수도 있다. 그 다음, 지점(N)과 지점(P) 간의 오버레이 값(
Figure pct00045
)이 계산될 수 있다:
Figure pct00046
.
또한, 제2 패턴(302)으로부터의 지점의 좌표 위치(예를 들어,
Figure pct00047
), 및 제3 패턴(401)으로부터의 지점의 좌표 위치(예를 들어,
Figure pct00048
)를 통해, 제2 패턴(302)으로부터 제3 패턴(401)으로의 오버레이 값 또는 시프트가 결정될 수 있다. 그 다음, 이러한 오버레이 값을 사용하여 제3 또는 후속 패턴을 배치함으로써, 독립적인 참조 패턴(예를 들어, 제1 패턴(301))에 대하여 오버레이를 보정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 모든 영상 비교에 대해 균일한 참조 영상을 가짐으로써, 초기 라인 또는 절대 참조물에 기초하여 오버레이 보정을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 인접 패턴을 보정할 수 있다. 레지스트 층에 대한 임계 치수(CD) 편차 영향에 관한 우려와 관련하여, 본원의 기술은 레지스트 층 및 이의 하부층에 대한 패턴 CD 편차 영향이 없는 패턴의 좌표를 추출할 수 있다(예를 들어, 금속 레지스트 패턴은 대부분의 비아 패턴을 커버한다). 레지스트 층에 대한 CD 편차 영향은 정렬의 문제일 수 있으며, 무시 가능한 것으로서 오버레이 측정 팀에 의해 무시될 수 있다. 본원의 기술은, 참조 패턴 자체가 패턴으로부터의 제르니케 유도 오프셋 및 CD의 비점수차를 겪는 정렬 마크보다 패턴 배치의 훨씬 더 나은 표시이기 때문에 훨씬 개선된다. 일부 실시형태에서, 영상을 중첩하는 것이 필요하지 않음을 유의한다. 좌표 위치 데이터가 참조 플레이트 및 웨이퍼의 작업 표면으로부터 수집될 수 있으며, 그 다음, 벡터 분석을 사용하여 총 오프셋 또는 오버레이 값을 결정할 수 있다.
도 6은 본 개시물의 일부 실시형태에 따라, 웨이퍼 패턴(예를 들어, 제2 패턴 또는 참조 패턴(302))을 정렬하기 위한 예시적인 방법(600)을 나타내는 흐름도이다. 예시적인 방법(600)은 예시적인 이미징 시스템(200)에 적용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 도시된 예시적인 방법(600)의 단계 중 일부는, 도시된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 수행될 수 있거나, 다른 방법 단계로 대체될 수 있거나, 생략될 수 있다. 또한, 추가적인 방법 단계가 원하는 대로 수행될 수 있다.
단계(S610)에서, 웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 웨이퍼가 제공될 수 있다. 예를 들어, 전면(391) 아래에 위치된 제2 패턴(302)을 갖는 웨이퍼(290)가 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 층이 웨이퍼의 전면 상에 형성될 수도 있다. 도 4에 도시된 예시적인 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 후면(392) 상에 위치된다. 일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 참조 플레이트(310)(예를 들어, 거의 완벽하게 정렬된 20 마이크로미터 x 20 마이크로미터 정사각형을 갖는 그리드 플레이트) 상에 형성될 수 있으며, 제2 패턴(302)은 정사각형 중 적어도 하나의 코너 점일 수 있다. 예를 들어, 참조 플레이트(310)는, 웨이퍼(290)의 후면(392) 상에 배치되거나 웨이퍼(290)의 후면(392)에 부착될 수 있다. 다른 실시예로서, 참조 플레이트(310)는 포토리소그래피 스캐너 또는 노광기의 기판 홀더(320)에 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 후면(392) 상에 형성될 수 있다. 다른 기술은, 예를 들어 방사성 또는 형광 재료를 사용하여, 웨이퍼(290) 내에 제2 패턴(302)(예를 들어, 그리드 라인)을 내장하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290)의 전면(291) 상에 형성될 수 있으며, 그 다음, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층이 그 위에 증착된다. 예를 들어, 제2 패턴(302)이 웨이퍼(290) 내에 실질적으로 "내장"되고, 패턴이 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층 상에 형성될 수 있도록, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물 층은 1 내지 5 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예로서, 제2 패턴(302)은, 웨이퍼(290)의 후면(292) 상에 형성된 실리콘 또는 실리콘 산화물과 같은 보호 층 전에, 웨이퍼(290)의 후면(292) 상에 형성될 수 있다. 결과적으로, 제2 패턴(302)은 웨이퍼(290) 내에 내장될 수도 있다. 일 실시형태에서, 캐리어 웨이퍼의 전면이 타겟 웨이퍼의 후면(예를 들어, 웨이퍼(290)의 후면(392))에 접합되기 전에, 제2 패턴(302)이 캐리어 웨이퍼의 전면 상에 형성될 수 있다. 결과적으로, 제2 패턴(302)은, 하나의 웨이퍼로서 함께 기능하는, 캐리어 웨이퍼와 타겟 웨이퍼 사이에 삽입될 수 있다.
단계(S620)에서, 광 빔을 생성하기 위한 광원이 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 광원은 IR 광원(예를 들어, 제2 광원(220))일 수 있으며, 광 빔은 IR 광 빔(예를 들어, 제2 입사광 빔(
Figure pct00049
))일 수 있다. 예를 들어, IR 광원은 IR 파장 가변 광원(예를 들어, QCL)일 수 있다. 다른 실시예로서, 광 빔의 파장은 1 내지 10 마이크로미터(예를 들어, 3.6 또는 3.7 마이크로미터)일 수 있다.
단계(S630)에서, 광 빔은 참조 패턴에 지향될 수 있다. 예를 들어, 광 빔은, 예시적인 이미징 시스템(200)의 동축 모듈(240) 및 정렬 모듈(230)에 의해 제2 패턴(302)에 안내되어 집속될 수 있다.
단계(S640)에서, 광 빔의 전력 및 파장 중 적어도 하나는 조정 및 식별될 수 있다. 일 실시형태에서, 광 빔의 전력 및 파장은, 일 실시형태에서, 광 빔이 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록, 또는 다른 실시형태에서, 하나 이상의 층 및 웨이퍼를 통과하여 참조 패턴에 도달할 수 있도록, 조정될 수 있다. 예를 들어, QCL에 의해 생성된 광 빔의 전력 및 파장은, 상이한 제조 스테이지에서 흡수 및 산란 데이터를 식별하기 위해, 예를 들어, 상이한 파장을 통하여 단계적으로 이동함으로써 탐지기에 의해 획득된 광 빔의 흡수 스펙트럼(또는 흡수량) 및 산란 스펙트럼(또는 산란량) 중 적어도 하나에 기초하여 조정될 수 있다. 따라서, 허용 가능한 레벨의 흡수 및 산란(예를 들어, 미리 결정된 임계치 미만)으로 하나 이상의 층 및 웨이퍼를 통과하는 파장 또는 "암흑 영역"이 탐색될 수 있다. 다른 실시형태에서, 웨이퍼의 전면 아래의 참조 패턴의 깊이 및 웨이퍼의 재료 중 적어도 하나에 기초하여, 광 빔의 파장 및 전력이 조정 및 식별될 수 있다. 예를 들어, 광 빔의 제1 파장은 라인 전단 공정 동안 웨이퍼를 통과하기 위해 사용될 수 있으며, 웨이퍼 및 층이 도 3에 도시된 바와 같은 상이한 흡수 스펙트럼-파장 함수를 가질 수 있기 때문에, 광 빔의 제2 파장은, 층(예를 들어, Cu, Fe, Cr 등의 층)이 추가된 후에 하나 이상의 층 및 웨이퍼를 통과하기 위해 사용될 수 있다.
단계(S650)에서, 광 빔은 참조 패턴을 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 조정 및 식별된 전력 및 파장을 갖는 광 빔은, 참조 패턴을 이미징하기 위해 사용될 수 있다.
본원에서 패터닝을 위해 사용되는 참조 패턴은 어떤 의미로는 절대적인 것으로 간주될 수 있고, 다른 의미로는 상대적인 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 참조 패턴은 고정된 그리드 라인(또는 점, 또는 코너, 또는 박스, 또는 임의의 다른 적합한 형상)을 유지하거나 지속할 수 있으며, 웨이퍼 상의 다양한 증착 및 에칭 단계로 인해 변경되지 않는다. 일 실시형태에서, 이는 스테이지 또는 기판 홀더와 일체형인 그리드 플레이트일 수 있다. 이러한 방식으로, 그리드 플레이트는, 웨이퍼의 공정 전반에 걸쳐서 동일한 물리적 그리드 플레이트가 사용되기 때문에 절대적이지만, 물리적 그리드 플레이트가 웨이퍼 자체에 고정되지 않고 웨이퍼 공정 전반에 걸쳐서 웨이퍼에 대해 이동될 수 있기 때문에 상대적이다. 주어진 웨이퍼가 스테이지 상에 배치될 때마다, 이는 이전 배치와 비교하여 상이한 위치 또는 방향에 있을 수 있지만, 이는 중요하지 않다. 주어진 새로운 패턴이 배치되거나 노출되기 위해, 웨이퍼가 참조 그리드와 함께 이미징된다. 그 다음, 참조 그리드는, 2개 이상의 지점에 대한 벡터를 식별하기 위한 상대적 참조점을 제공할 수 있으며, 이로부터 벡터 분석을 사용하여, 다음 노광 시에 오버레이 보정 조정을 계산할 수 있다.
예시적인 이미징 시스템(200) 및 예시적인 방법(600)은, 리소그래피 도구와 조합하여 작동될 수 있는 독립형 동축 계측 시스템 및 방법, 연결된 리소그래피 셀과의 피드포워드(feed forward)를 갖는 일체형 트랙 동축 계측 시스템 및 방법, 또는 실시간 보정을 위해 리소그래피 도구에 내장될 수 있는 능동 동축 계측 시스템 및 방법으로 구현될 수 있다.
본 개시물의 양태는, 웨이퍼의 전면 표면 상에 형성된 통상적인 정렬 마크에 의존하지 않는, 정확하고 정밀한 정렬 메커니즘을 제공할 수 있는 이미징 방법을 제공한다. 대신에, 웨이퍼 내의/아래의 패턴 또는 그리드를 참조하여, 후속 패턴의 정확하고 정밀한 정합 및 정렬을 위해, 신뢰 가능한 참조 패턴이 반복적으로 액세스될 수 있다. 본원의 기술은 통상적인 오버레이 마크의 필요성을 없앨 것이다. 오버레이를 위한 이러한 새로운 패러다임은, 세척이 필요하지 않을 수 있고, 물적 재산의 손실이 없으며, 복잡한 스크라이브 라인 설계가 필요하지 않을 수 있으므로, 실리콘 영역 사용을 개선할 수 있고, 정렬 마크를 위한 복잡한 집적이 필요하지 않을 수 있다. 본원에 개시된 예시적인 참조 패턴은, 이들이 흔히 통상적으로 그런 것처럼, 정렬 마크 대신에 소자를 제조하는 바람직하지 않은 공정에 의해 영향을 받지 않고 제거될 것이다. 또한, 이제 참조 패턴은 매번 거의 완벽할 뿐만 아니라, 항상 스테이지 바로 아래에 숨겨져 있기 때문에, 오버레이 배치 정확도는, 이제 제2 패턴이 위치된 바로 제1 층으로부터 측정될 수 있다.
전술한 설명에서, 공정 시스템의 특정 형상 및 그 내부에 사용되는 다양한 구성 요소 및 공정의 설명과 같은, 구체적인 세부 사항이 상술되었다. 그러나, 본원의 기술은 이러한 구체적인 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실시될 수 있으며, 이러한 세부 사항은 설명을 위한 목적이며 제한 사항이 아님을 이해해야 한다. 본원에 개시된 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 설명되었다. 유사하게, 설명을 위한 목적으로, 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적인 수, 재료, 및 구성이 상술되었다. 그럼에도 불구하고, 실시형태는 이러한 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 갖는 구성 요소는 유사한 참조 부호로 표시되므로, 임의의 중복 설명은 생략될 수 있다.
다양한 실시형태의 이해를 돕기 위해 다양한 기술이 다수의 별개의 작업으로서 설명되었다. 설명의 순서는 이들 작업이 반드시 순서에 의존하는 것임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 실제로, 이들 작업은 제시된 순서로 수행될 필요가 없다. 설명된 작업은 설명된 실시형태와 상이한 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가적인 작업이 추가적인 실시형태에서 수행될 수 있거나/수행될 수 있고, 설명된 작업이 추가적인 실시형태에서 생략될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "기판" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 개시물에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 기판은 소자, 특히 반도체 또는 다른 전자 소자의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 베이스 기판 구조물, 레티클, 또는 박막과 같이 베이스 기판 구조물 상에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조물, 하부층 또는 상부층으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조물, 그리고 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 설명은 특정 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다.
또한, 당업자는 본 개시물의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기술의 작업에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 변경은 본 개시물의 범위에 의해 커버되도록 의도된다. 따라서, 본 개시물의 실시형태의 전술한 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 개시물의 실시형태에 대한 임의의 제한 사항은 이하의 청구범위에 제시된다.

Claims (20)

  1. 방법으로서,
    웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 상기 웨이퍼를 제공하는 단계;
    상기 웨이퍼에 광 빔을 지향시키는 단계;
    상기 광 빔이 상기 웨이퍼를 통과하여 상기 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 및
    상기 광 빔을 사용하여 상기 참조 패턴을 이미징하는 단계를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 상기 전면 상에 형성된 하나 이상의 층을 추가로 가지며,
    상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 상기 광 빔이 상기 하나 이상의 층 및 상기 웨이퍼를 통과하여 상기 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    적외선(IR) 광원을 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 IR 광원은 상기 광 빔을 생성하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 IR 광원은 IR 파장 가변 광원인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 IR 파장 가변 광원은 양자 캐스케이드 레이저(QCL)를 포함하는, 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 광 빔의 상기 파장은 1 내지 10 마이크로미터인, 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 IR 투과 이미징을 통해 이미징되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 참조 패턴은, 상기 웨이퍼 아래에 위치된 참조 플레이트에 포함되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 상기 웨이퍼의 후면 상에 형성되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 상기 웨이퍼 내에 내장되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 상기 웨이퍼의 표면 상에 투영되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광 빔이 상기 웨이퍼를 통과하여 상기 참조 패턴에 도달할 수 있는 것으로 결정하기 위해, 상기 웨이퍼를 통과하는 상기 광 빔의 흡수량 및 산란량 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 방법으로서,
    웨이퍼의 전면 아래에 위치된 참조 패턴을 갖는 상기 웨이퍼를 제공하는 단계;
    상기 웨이퍼에 광 빔을 지향시키는 단계;
    상기 전면 아래의 상기 참조 패턴의 깊이 및 상기 웨이퍼의 재료 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 및
    상기 광 빔을 사용하여 상기 참조 패턴을 이미징하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 상기 전면 상에 형성된 하나 이상의 층을 추가로 가지며,
    상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 상기 광 빔이 상기 하나 이상의 층 및 상기 웨이퍼를 통과하여 상기 참조 패턴에 도달할 수 있도록 하는, 상기 광 빔의 파장 및 전력 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    IR 광원을 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 IR 광원은 상기 광 빔을 생성하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 IR 광원은 IR 파장 가변 광원인, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 IR 파장 가변 광원은 양자 캐스케이드 레이저(QCL)를 포함하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 IR 투과 이미징을 통해 이미징되는, 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 상기 웨이퍼의 후면 상에 배치되거나 상기 웨이퍼의 후면에 부착되는, 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 참조 패턴은 상기 웨이퍼 내에 내장되는, 방법.
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