KR102390720B1 - 리소그래피 장치의 제어 방법 및 디바이스의 제조 방법, 리소그래피 장치를 위한 제어 시스템 및 리소그래피 장치 - Google Patents
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Abstract
리소그래피 장치를 제어하는 방법에 있어서, 리소그래피 공정과 관련된 프로세스 모델(PM)을 계산하기 위해 이력 성능 측정치(512)가 사용된다. 현재 기판상에 제공된 복수의 정렬 마크들의 현재 위치들이 측정되고(502), 현재 기판과 관련된 기판 모델을 계산하는데 사용된다. 또한, 이전의 기판들을 처리할 때 얻어진 이력 위치 측정치(522)가 이력 성능 측정치와 함께 사용되어 모델 맵핑(M)을 계산한다(530). 기판 모델을 수정하기 위해 모델 매핑이 적용된다(520). 리소그래피 장치는 프로세스 모델 및 수정된 기판 모델(SM')을 함께(PSM) 사용하여 제어된다(508). 오버레이 성능은 프로세스 모델과 기판 모델의 연관된 구성 요소의 과대 또는 과소 수정을 피함으로써 개선된다. 모델 매핑은 부분 공간 매핑일 수 있으며 모델 매핑의 차원은 사용되기 전에 감소될 수 있다.
Description
본 출원은 2015년 10월 8일에 출원된 유럽 출원 15188943.3 의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어, 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에서 메트롤로지를 수행하는데 유용한 검사 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 검사 장치에서 사용하기 위한 조명 시스템 및 리소그래피 기술을 사용하는 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하는데 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼에 패턴들을 적용하기 전에, 웨이퍼는 일반적으로 웨이퍼를 적절하게 정렬하고 패터닝 동안 웨이퍼 변형을 보정하도록 측정되고 모델링될 필요가 있다. 리소그래피 프로세스의 중요한 성능 척도는 오버레이, 장치의 두 레이어들(또는 동일한 레이어의 두 패터닝 단계들에 의해 형성된 피처들 사이)에서 피처들의 정렬의 정확도이다. 다수의 컬러 채널을 갖는 정렬 센서는 패터닝 이전에 최적의 가능한 위치 측정을 시도하고 획득하기 위해 알려진 리소그래피 장치에서 사용된다. 이러한 위치 측정은 각 웨이퍼에 대한 기판 모델을 계산하는데 사용된다.
오버레이를 향상시키기 위해, 패턴화된 이전 기판에 대한 성능을 추가로 측정하여, 패터닝 단계들 및/또는 다른 단계들에서 도입된 편차를 식별하고 정정한다. 오버레이와 같은 성능 파라미터를 측정하기 위해 사용되는 스캐닝 전자 현미경(scanning electron microscopes)을 포함하는, 이러한 측정을 위한 다양한 툴들이 알려져있다.
최근에는 다량의 측정(high volume measurements)을 가능하게하는, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 스캐터로미터가 개발되었다. 전형적으로, 다수의 이전 기판에서 이루어진 이러한 측정은 패터닝 과정에서 현재의 웨이퍼상에서 이루어진 정렬 측정으로 얻을 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 공간적 세부 사항(spatial detail)을 제공한다. 따라서, 측정 유형(types of measurements)들 최신 리소그래피 생산 설비에 대한 첨단 공정 제어 (APC) 방법에 사용된다. 현재 웨이퍼의 측정에 기초한 기판 모델은 웨이퍼 고유의 보정(wafer-specific corrections)을 제공하는 반면, 프로세스 모델(또는 다중 모델)은 기계의 계통 오류, 예를 들어 정렬 오류를 보정하기위한 추가 보정을 제공한다. 이러한 오류의 원인은 CMP (화학적 및 기계적 폴리싱) 및 에칭과 같은 다른 공정 단계들에 있으며, 이는 정렬 마크의 변형을 유발한다. 마크의 이러한 변형은 패터닝 이전에 리소그래피 장치에서 정렬 측정이 이루어질 때 웨이퍼마다 변화하는 정렬 오차를 초래한다. 프로세스 모델은 시간이 지남에 따라 많은 웨이퍼 샘플링을 기반으로하기 때문에 많은 (예를 들어) 다른 변수들에 대한 더 큰 공간 해상도 및 민감도가 제공될 수도 있다.
프로세스 모델은 시간에 따라 천천히 변하는 변화(variations)를 구현하기 위해 설계되었기 때문에 웨이퍼 대 웨이퍼 변화에 민감하지 않다. 각 웨이퍼에서 수행된 정렬 측정은 웨이퍼 대 웨이퍼 변화에 민감하다. 기판 모델 외에도 프로세스 모델을 사용하여, 최신 장치 제조에 필요한 높은 오버레이 성능을 달성할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 리소그래피 공정의 성능을 더욱 향상시키기위한 끊임없는 탐구가 있다. 이는 기존 장치의 수율 및 일관성을 개선하고 향후 더 작은 장치를 생산할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명자들은 두 모델 사이의 상관 관계가 몇몇 경우에서 오차의 과대 또는 과소 교정을 야기 할 수 있어, 원칙적으로는 수정 가능한 일부 오버레이 에러가 남아 있음을 인식해왔다.
본 발명은 리소그래피 공정에서 오버레이 성능을 향상시키는 것을 목적으로한다. 하나의 목적은 알려진 방법에서 기판 모델과 프로세스 모델 간의 상관관계로부터 야기되는 오차의 과대- 또는 과소-교정을 제거하거나 감소시키는 것이다. 또 다른 목적은 지금까지 분리되어 구현된 다양한 유형의 교정 및 최적화를 하나의 방법으로 통합하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치를 제어하는 방법에 있어서, (a) 복수의 이전 기판들에 패턴들을 적용하는 리소그래피 공정의 성능을 나타내는 이력 성능 측정치들을 획득하는 단계; (b) 이력 성능 측정치들을 사용하여 리소그래피 공정에 관련된 프로세스 모델을 계산하는 단계; (c) 현재 기판을 리소그래피 장치에 로딩한 후에, 현재 기판상에 제공된 복수의 정렬 마크들의 현재 위치들을 측정하는 단계; (d) 측정된 현재 위치들을 사용하여 현재 기판에 관련된 기판 모델을 계산하는 단계; 및 (e) 상기 프로세스 모델 및 기판 모델을 함께 사용하여 리소그래피 장치를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 방법은: (f) 이전 기판들의 처리 시에 획득된 이력 위치 측정치들을 획득하는 단계; (g) 상기 이력 위치 측정치들 및 이력 성능 측정치들을 함께 사용하여 모델 매핑을 계산하는 단계; 및 (h) 상기 모델 매핑을 적용하여 단계 (d)에서 계산된 기판 모델을 변경하고 단계 (e)에서 변경된 기판 모델을 사용하는 단계를 더 포함하는 방법이 제공된다.
또한, 본 발명은 리소그래피 장치를 위한 제어 시스템을 제공하며, 상기 제어 시스템은: 복수의 이전 기판들에 패턴들을 적용하는 리소그래피 공정의 성능을 나타내는 이력 성능 측정치들에 대한 스토리지(storage); 상기 이력 성능 측정치들을 사용하여 상기 리소그래피 공정에 관련된 프로세스 모델을 계산하도록 배치된 프로세스 모델 프로세서; 상기 리소그래피 장치에 로딩된 현재 기판상에 제공된 복수의 정렬 마크들의 현재 위치들의 측정을 유발하기 위한 측정 제어기; 측정된 현재 위치들을 사용하여 상기 현재 기판에 관련된 기판 모델을 계산하도록 배치된 기판 모델 프로세서; 이전 기판들의 처리 시에 획득된 이력 위치 측정치들에 대한 스토리지; 상기 이력 위치 측정치들 및 이력 성능 측정치들을 함께 사용하여 모델 매핑을 계산하도록 배치된 모델 매핑 프로세서; 및 상기 프로세스 모델 및 변경된 기판 모델을 함께 사용하여 상기 리소그래피 장치를 제어하도록 배치된 패터닝 제어기를 포함한다.
제어 시스템의 다양한 스토리지, 제어기 및 프로세서는 상기 기재한 그 기능들에 의해 식별되며, 이들 기능 중 둘 이상은 공통 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있다. 이들은 특히 리소그래피 장치, 진보된 공정 제어 시스템 및/또는 메트롤로지 시스템 내에 이미 존재하는 하나 이상의 프로세서 및 제어기를 프로그래밍함으로써 구현될 수 있다.
모델 맵핑은 기판 모델의 파라미터 공간과 패터닝을 제어하기 위한 리소그래피 장치에 의해 사용되는 파라미터 공간 사이의 수학적 매핑이다. 이력 성능 데이터와 이력 정렬 데이터를 비교하여 위에서 식별한 문제점을 줄이는 모델 맵핑이 설정될 수 있다.
임의의 파라미터화된 모델(parameterized model)이 기판 모델 및 프로세스 모델로서 사용될 수 있다. 일부 실시 예에서, 프로세스 모델은 예를 들어 3차 또는 5차 다항식의 2차원 다항식이다. 다른 실시 예에서, 일련의 방사형 기저 함수가 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 리소그래피 공정에 의해 일련의 기판들 상에 제품 구조들이 형성되며, 앞서 기재한 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 방법에 의해 1 이상의 처리된 기판들 상에 제품 구조들의 특성들이 측정되고, 측정된 특성들은 추가 기판들의 처리를 위해 리소그래피 공정의 파라미터들을 조정하는데 사용되는, 디바이스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제어 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 제공한다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법에서 계산 단계를 구현하기 위한 기계-판독 가능 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
명세서에 개시된 장치 및 방법의 이들 및 다른 양태 및 이점은 예시적인 실시예의 다음의 설명 및 도면을 참고하여 인식될 것이다.
대응하는 참조 부호가 대응하는 부분을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용하기 적합한 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 알려진 실행에 따르는, 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 공정들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 알려진 실행에 따르는 도 1의 장치를 제어하기 위한 진보된 공정 제어 방법의 개략도;
도 5는 도 4의 방법에서 기판 모델 및 프로세스 모델의 구현을 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 모델 맵핑을 갖는 변형된 방법의 구현을 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 모델 매핑을 갖는 변형된 방법의 구현을 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용하기 적합한 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 알려진 실행에 따르는, 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 공정들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 알려진 실행에 따르는 도 1의 장치를 제어하기 위한 진보된 공정 제어 방법의 개략도;
도 5는 도 4의 방법에서 기판 모델 및 프로세스 모델의 구현을 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 모델 맵핑을 갖는 변형된 방법의 구현을 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 모델 매핑을 갖는 변형된 방법의 구현을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 각각 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 두 개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa, WTb); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(RF)은 다양한 구성 요소를 연결하고, 패터닝 디바이스 및 기판 및 이들 위에 피처들의 위치들의 설정 및 측정을 위한 기준으로서 작용한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 극 자외선 (EUV) 방사선을 사용하는 장치에서, 반사 광학 구성 요소가 일반적으로 사용될 것이다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 지지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과성 패터닝 디바이스를 사용하는) 투과형이다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 용어 "패터닝 디바이스"는 또한 그러한 프로그래밍 가능한 패터닝 디바이스를 제어하는데 사용하기 위한 디지털 형태의 패턴 정보를 저장하는 디바이스를 지칭하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다.
동작시, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 예를 들면 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD), 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)를 포함할 수 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(MT)상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(MA)상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템은 이하에서 더 설명된다.
도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다. 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 타입들의 리소그래피 장치 및 작동 모드들이 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크없는(maskless)" 리소그래피에서는, 프로그램가능한 패터닝 디바이스가 정지 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 가지며, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 이는 장치의 스루풋(throughput)을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 높이 윤곽(surface height contours)을 매핑하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐만 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 제 2 위치 센서가 제공되어 기판 테이블의 위치들이 기준 프레임(RF)에 대한 두 개의 스테이션들에서 추적될 수 있게 할 수 있다. 도시된 듀얼-스테이지 배치 대신에 다른 배치가 공지되고 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이들은 준비 측정을 수행할 때 함께 도킹된 다음 기판 테이블이 노광되는 동안 도킹 해제된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치들 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판들을 검사하여 후속하는 층간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 따라서, 또한, 리소셀(lithocell)이 위치한 제조 설비는 리소셀에서 처리된 기판들(W)의 일부 또는 전부를 수용하는 계측 시스템(MET)을 포함한다. 계측 결과는 직접 또는 간접적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 제공된다. 오류가 발견되면 후속 기판들의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다.
계측 시스템(MET)내에서, 검사 장치는 기판의 특성, 특히 상이한 기판들 또는 같은 기판의 상이한 층들의 특성들이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(lithocell)에 통합 될 수 있거나 독립형 장치일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후 노광된 레지스트 층의 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 모든 검사 장치가 잠상(latent image)의 유용한 측정을 하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서 노광된 기판에서 수행되는 첫 번째 단계이며 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 사이의 대비를 증가시키는 노광 후 베이킹 단계(PEB)후에 측정이 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠재(semi-latent)로 지칭 될 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지를 측정하는 것이 가능하며, 이 단계에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거된다. 또한, 이미 노광된 기판들은 수율을 향상시키기 위해 스트립(strip)되고 재작업되거나, 폐기되어, 결함으로 알려진 기판들에 추가 처리를 수행하는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟부에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부에만 추가 노광을 수행할 수 있다.
계측 시스템(MET)을 이용한 계측 단계는 레지스트 패턴이 제품 층(product layer)에 식각된 후에 수행될 수도 있다. 후자의 가능성은 결함 기판의 재 작업 가능성을 제한하지만 전체적으로 제조 공정의 성능에 대한 추가 정보를 제공할 수 있다.
정렬 프로세스 배경
도 3은 도 1의 듀얼 스테이지 장치에서 기판(W)의 타겟부들(예를 들어, 다이들)을 노광하는 단계들을 예시한다. 종래의 실행에 따른 공정이 우선 설명될 것이다.
좌측의 점선 박스 내에는 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계들이 있는 한편, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계들을 나타낸다. 때에 따라, 앞서 설명된 바와 같이, 기판 테이블들(WTa, WTb) 중 하나는 노광 스테이션에 있는 한편, 다른 테이블은 측정 스테이션에 있을 것이다. 설명의 목적으로, 기판(W)이 이미 노광 스테이션으로 로딩되었다고 가정된다. 단계 200에서, 새로운 기판(W')이 도시되지 않은 메카니즘에 의해 장치로 로딩된다. 이 두 기판들은 리소그래피 장치의 스루풋을 증가시키기 위해 병렬적으로(in parallel) 처리된다.
새로-로딩된 기판(W')을 우선 참조하면, 이는 앞서 처리되지 않은 기판으로서, 장치에서 제 1 노광(first time exposure)을 위해 새로운 포토 레지스트와 준비될 수 있다. 하지만, 일반적으로, 설명되는 리소그래피 공정은 일련의 노광 및 처리 단계들에서의 단지 하나의 단계일 것이므로, 기판(W')이 이미 여러 번 이 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치들을 거쳤고, 겪어야 할 후속한 공정들도 가질 수 있다. 특히, 오버레이 성능을 개선하는 문제를 위해, 작업은 패터닝 및 처리의 1 이상의 사이클을 이미 거친 기판 상의 정확히 올바른 위치에 새로운 패턴들이 적용될 것을 보장하여야 한다. 각각의 패터닝 단계는 적용된 패턴에서 위치 편차를 유도 할 수 있지만, 후속 처리 단계들은 만족스러운 오버레이 성능을 달성하기 위해 측정되고 보정되어야 하는 기판 및/또는 그것에 적용되는 패턴 내의 왜곡들을 점진적으로 도입한다.
이전 및/또는 후속 패터닝 단계는 언급된 바와 같이 다른 리소그래피 장치들에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입들의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터들에 있어서 매우 요구가 많은 디바이스 제조 공정에서의 몇몇 층들은 요구가 덜한 다른 층들보다 더 고급 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 그러므로, 몇몇 층들은 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 '건식(dry)' 툴에서 노광된다. 몇몇 층들은 DUV 파장들에서 동작하는 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 이용하여 노광된다. 일부 층은 도시된 리소그래피 장치에서의 노광의 대체 또는 보완적인 단계들에 의해 패터닝될 수 있다. 이러한 대체 및 보완 기술은 예를 들어 임프린트 리소그래피, 자기 정렬 다중 패터닝(self-aligned multiple patterning) 및 직접 자기 조립(directed self-assembly)을 포함한다.
202에서, 기판 마크들(P1) 등 및 이미지 센서들(도시되지 않음)을 이용한 정렬 측정들이 기판 테이블(WTa/WTb)에 대한 기판의 정렬을 측정 및 기록하는 데 사용된다. 또한, 기판(W')에 걸친 수 개의 정렬 마크들이 정렬 센서(AS)를 이용하여 측정될 것이다. 이러한 측정들은 공칭 직사각형 그리드에 대한 임의의 왜곡을 포함한 기판에 걸친 마크들의 분포를 매우 정확하게 맵핑하는 기판 모델(때때로 "웨이퍼 그리드"로 지칭됨)을 구축하기 위해 일 실시 예에서 사용된다.
단계 204에서, X-Y 위치에 대한 웨이퍼 높이(Z)의 맵이 또한 레벨 센서(LS)를 이용하여 측정된다. 통상적으로, 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 포커싱을 달성하기 위해서만 사용된다. 이것은 또한 다른 목적으로 사용될 수도 있다.
기판(W')이 로딩된 경우, 레시피 데이터(recipe data: 206)가 수신되었고, 이는 수행될 노광들, 및 또한 앞서 구성된 그리고 이 위에 구성될 패턴들 및 웨이퍼의 특성들을 정의한다. 이러한 레시피 데이터에 202, 204에서 구성되었던 웨이퍼 위치의 측정들, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵이 추가되어, 레시피 및 측정 데이터의 완전한 세트(208)가 노광 스테이션(EXP)으로 보내질 수 있다. 정렬 데이터의 측정들은 예를 들어 리소그래피 공정의 결과물인 제품 패턴들에 고정된 또는 공칭적으로 고정된 관계로 형성되는 정렬 타겟들의 X 및 Y 위치들을 포함한다. 노광 직전에 취해진 이러한 정렬 데이터는 데이터에 모델을 맞추는 파라미터들을 갖는 정렬 모델을 생성하는데 사용된다. 이러한 파라미터들 및 정렬 모델은 현재 리소그래피 단계에 적용된 패턴들의 위치들을 보정하기 위해 노광 동작 동안 사용될 것이다. 사용중인 모델은 측정된 위치 간의 위치 편차를 보간한다. 종래의 정렬 모델은 상이한 차원(dimension)들에서, '이상적인' 그리드의 병진(translation), 회전 및 스케일링(scaling)을 함께 정의하는, 4 개, 5 개 또는 6 개의 파라미터들을 포함하였을 수 있다. US 2013230797A1에서 더 설명되는 바와 같이, 더 많은 파라미터를 사용하는 고급 모델들이 알려져 있다.
210에서, 웨이퍼들(W' 및 W)이 스와핑(swap)되어, 측정된 기판(W')이 노광 스테이션(EXP)에 들어가는 기판(W)이 된다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이러한 스와핑은 장치 내에서 지지체들(WTa 및 WTb)을 교환함으로써 수행되어, 기판들(W, W')이 지지체들 상에 정확히 클램핑되고 위치된 채로 유지되고, 기판 테이블들과 기판들 자체 간의 상대 정렬을 보존한다. 따라서, 일단 테이블들이 스와핑되었으면, 투영 시스템(PS)과 기판 테이블(WTb)(전에는 WTa) 간의 상대 위치를 결정하는 것이 노광 단계들의 제어에서 기판(W)(전에는 W')에 대한 측정 정보(202, 204)를 사용하기 위해 필요한 전부이다. 단계 212에서, 마스크 정렬 마크들(M1, M2)을 이용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계 214, 단계 216, 단계 218에서, 스캐닝 모션(motion)들 및 방사선 펄스들이 다수의 패턴들의 노광을 완료하기 위해서 기판(W)에 걸쳐 연속 타겟 위치들에 적용된다.
노광 단계들의 수행에 있어서 측정 스테이션에서 얻어진 정렬 데이터 및 높이 맵을 이용함에 의해서, 이러한 패턴들이 원하는 위치들에 대해, 특히 동일한 기판에 앞서 놓인 피처들에 대해 정확히 정렬된다. 이제 W"로 표시되는 노광된 기판이 단계 220에서 장치로부터 언로딩되어, 노광된 패턴에 따라 에칭 또는 다른 공정들을 겪게 된다.
이력 성능 데이터를 사용한 고급 프로세스 제어
최상의 성능을 위해, 현재의 기판이 리소그래피 장치에 로딩될 때 이루어지는 측정에 부가하여, 리소그래피 공정과 관련된 이력 성능 데이터가 일반적으로 사용된다. 이를 위해 계측 시스템(MET)(도 2)를 사용하여 성능 측정이 수행된다. 고급 프로세스 제어의 다양한 형태가 구현될 수 있다. 도 4는 알려진 안정성 제어 방법을 구현하는 단지 하나의 예를 도시한다.
도 4는 안정성 모듈(300)을 도시한다. 이 모듈은 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 또는 감시 제어 시스템(SCS) 내의 프로세서상에서 실행되는 애플리케이션이다. 1, 2, 및 3으로 표시된 3 개의 주 프로세스 제어 루프가 도시된다. 제 1 루프는 안정성 모듈(300) 및 모니터 웨이퍼를 사용하여 리소그래피 장치의 국부적인 제어를 제공한다. 모니터 웨이퍼(302)는 예를 들어 도 2의 리소셀(LC)일 수 있는 리소그래피 셀(304)로부터 전달되는 것으로 도시된다. 모니터 웨이퍼(304)는 초점 및 오버레이에 대한 '베이스 라인(baseline)' 파라미터를 설정하기 위해 캘리브레이션 패턴으로 노광되어 왔다. 나중에, 메트롤로지 툴(metrology tool)(306)은, 이러한 리소 셀에 특정한 안정성 보정(308)을 계산하기 위하여, 안정성 모듈(300)에 의해 해석되는 이러한 베이스라인 파라미터들을 판독한다. 이 성능 데이터는 리소그래피 셀(304)로 피드백 될 수 있고, 추가 노광을 수행할 때 사용될 수 있다. 모니터 웨이퍼의 노광은 기준 마크 상부에 마크 패턴을 프린팅하는 것을 포함할 수 있다. 상부 마크와 하부 마크 사이의 오버레이 오차를 측정함으로써, 웨이퍼가 장치로부터 제거되어 메트롤로지 툴에 배치되는 경우에도, 리소그래피 장치의 성능의 편차가 측정될 수 있다.
제 2 (APC) 제어 루프는 실제 제품 웨이퍼의 초점, 도즈 및 오버레이와 같은 성능 파라미터의 측정을 기반으로 한다. 노광된 제품 웨이퍼(320)는 제 1 제어 루프의 메트롤로지 툴(306)과 동일하거나 상이할 수 있는 메트롤로지 툴(322)로 전달된다. 322에서, 예를 들어, 임계 치수, 측벽 각도 및 오버레이와 같은 파라미터에 관한 정보가 결정되어 APC(Advanced Process Control)모듈(324)로 전달된다. 이 데이터는 또한 안정성 모듈(300)로 전달된다. 프로세스 보정(326)은 연산되고, 감시 제어 시스템(SCS)(328)에 의해 사용되어, 안정성 모듈(300)과 통신하는 리소 셀(304)의 제어를 제공한다.
제 3 제어 루프는 예를 들어 이중 패터닝 적용에서 제 2 (APC) 제어 루프에 메트롤로지 통합을 허용하는 것이다. 에칭된 웨이퍼(330)는 제 1 및/또는 제 2 제어 루프에 사용된 메트롤로지 툴(306, 322)과 동일하거나 상이할 수 있는 메트롤로지 유닛(332)으로 전달된다. 메트롤로지 툴(332)은 웨이퍼로부터 판독된 임계 치수, 측벽 각도 및 오버레이와 같은 성능 파라미터들을 측정한다. 이들 파라미터들은 APC(Advanced Process Control)모듈(324)에 전달된다. 루프는 제 2 루프와 동일하게 계속된다.
기판 모델 매핑 - 배경
오버레이 성능을 위해, 새로운 패턴은 단순히 명목상 '정확한' 위치에 위치하는 것이 아니라, 이미 기판 상에 있는 패턴에 대해 정확하게 위치되어야 한다. 상기 설명으로부터, 오버레이와 같은 파라미터에서 높은 성능을 달성하기 위해 여러 가지 다른 메커니즘이 구현됨을 이해할 수 있을 것이다.
도 5는 리소그래피 장치(LA)를 제어하는 알려진 방법에서, 현재의 기판에 대한 패터닝 동작과 관련된, 이들 메커니즘을 요약한다. 402에서, 현재 기판의 위치 편차는, 도 3을 참조하여 기술된 방식으로 그 정렬 센서(AS)를 사용하여 리소그래피 장치에 의해 측정된다. 404에서, 기판 모델(SM)은 패턴이 적용될 때 408에서 리소그래피 장치에 의해 기판-특정 보정이 적용될 수 있게 하는 현재 기판의 위치 측정으로부터 연산된다.
또한, 412에서 이력 성능 데이터를 제공하기 위해 이전의 기판에 대한 성능 측정치가 저장된다. 이 이력 성능 데이터는 414에서 현재 기판에 관련된 다른 프로세싱 장비 및 특정 리소그래피 장치의 성능을 나타내는 하나 이상의 프로세스 모델(PM)을 연산하는데 사용된다. 이러한 연산은 예를 들어 도 4의 예의 제어 루프에서 수행된 연산일 수 있다.
416에서, 기판 모델 및 프로세스 모델(들)이 결합되어 완전한 기판 및 프로세스 보정 모델(PSM)을 생성한다. 결합된 모델을 사용하여, 리소그래피 장치(408)는 새로운 패턴이 기판 상에 이미 존재하는 피쳐의 위치 편차뿐만 아니라 패터닝 및 다른 처리 단계의 성능의 편차에 대해서도 보정하면서 각 기판에 적용될 수 있도록 보정을 계산한다.
이상적으로, 기판 모델은 프로세스 모델에 의해 보정되지 않은 편차만 보정하고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 본 발명자들은 알려진 시스템에서 기판 모델을 통해 보정된 정렬 편차와 프로세스 모델을 통해 보정된 오버레이 오차 사이에 상관 관계의 요소가 발생할 수 있다는 것을 인식했다. 이러한 상관 관계로 인해 오차의 과소-수정 또는 과대-수정이 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 상관 관계를 확인하고 제거함으로써, 전체적으로 리소그래피 공정의 성능이, 특히 오버레이의 관점에서 더욱 개선될 수 있다.
프로세스 모델(PM) 및 기판 모델(SM)은 단수로 참조 될 수 있지만, 당업자는 이들 모델 중 하나 또는 둘 모두가 2 개 이상의 서브 모델의 중첩일 수 있음을 이해할 것이다. 프로세스 모델은 리소그래피 장치의 성능 및 다른 처리 단계의 성능을 위한 서브 모델을 포함할 수 있지만, 이력 성능 데이터에 기초한 모든 모델은 본 개시에서 단순화를 위해 간단하게 프로세스 모델로 간주된다. 일반적인 예로서, 프로세스 모델은 필드 간 모델(inter-field model) 및 필드 내 모델(intra-field model)을 포함 할 수 있다. 필드 간 모델은 기판상의 위치와 관련된 성능의 변화를 나타내는 반면, 필드 내 모델은 기판의 각 타겟부(필드)에서 반복되는 경향이 있는 변화를 나타낸다. 이들 각각은 서브 모델로 더 세분화될 수 있다. 이들 모델 중 하나 또는 둘은 특정 제품 디자인에 특정한 서브 모델 및 다수의 제품 디자인에 공통인 서브 모델을 포함할 수 있다. 추가 모델은 렌즈, 레티클 및/또는 기판의 가열과 같은 일시적인 효과에 대한 보정을 적용할 수 있다. 안정성 모듈은 과거 성능 측정을 기반으로 프로세스 모델에서 실제 성능의 일상적인 변동을 나타내는 또 다른 서브 모델을 생성한다.
유사하게, 기판 모델은 실제로 2 이상의 서브-모델들의 조합을 포함할 수 있다. 통상적으로 예를 들어, 4-파라미터(4PAR) 모델이 먼저 피팅될 것이다. 그 후에, 고차 변동들을 갖는 두 번째 모델이 4PAR 모델의 잔차(residual)들에 피팅된다. (잔차들은 4PAR 모델에 의해 모델링되지 않은 위치 편차들을 포함한다.) 고차 모델은 예를 들어 6-파라미터(6PAR) 모델, 3 차 다항식 모델, 또는 방사형 기저 함수(radial basis function)들에 기초한 모델일 수 있다. 그러므로 '기판 모델'이라는 용어는 2 이상의 서브-모델들의 조합을 포괄한다. 또한, 프로세스 모델과 마찬가지로, 기판 모델은 필드내 모델뿐만 아니라 필드간 모델을 포함할 수 있다. 일 예시에서, 다수의 정렬 마크들이 현재 기판 상의 소수의 필드들에 대해 측정되고, 필드내 기판 모델에 피팅하는 데 사용된다. 그 경우에, 기판 모델은 사실상 3 개의 서브-모델들: 4PAR 기판 모델, 고차 필드간 기판 모델 및 필드내 기판 모델의 조합이다. 각각의 연속 모델은 점점 작아지는 편차들을 나타내지만, 각각의 것은 오버레이를 다른 작은 양으로 감소시키는 데 도움이 되는데, 이는 현대 반도체 제조에서 중요하다.
도 6은 알려진 프로세스들에서 기판 모델과 프로세스 모델 사이의 상관관계에 의해 유발되는 문제들을 해결하기 위해 기판 모델 매핑을 구현하는, 리소그래피 장치를 제어하는 변경된 방법을 도시한다. 도 5의 알려진 방법에서 단계 502 내지 단계 516은 유사하게 번호가 매겨진 단계 402 내지 단계 416에 대응한다. 기판 모델 매핑을 구현하기 위한 것인 일부 추가적인 단계들 및 세부사항들이 설명될 것이다. 기판 모델 매핑은 먼저 개요에서 설명될 것이다. 추가로 아래에서는, 예시적인 구현의 수학적 기초 및 더 많은 세부사항이 제공될 것이다.
도 5의 방법과 비교하면, 도 6의 방법의 주된 변화는, 기판 모델(SM)이 단계 516에서 프로세스 모델(PM)과 조합되기 전에, 단계 520에서 기판 모델 매핑이 기판 모델(SM)에 적용된다는 것이다. 적용된 매핑은 일 예시에서 매핑 매트릭스(M)에 의해 정의된다. 단계 514 내에서는, 프로세스 모델(PM)뿐만 아니라, 적용될 매핑이 계산된다. 이를 행하기 위해, 단계 514는 이력 성능 데이터(512)뿐만 아니라, 522에서 저장된 대응하는 이력 위치 측정치들을 수신한다. 이들은, 이전 기판들이 패터닝되었을 때의 시간에, (동일한 또는 다른) 리소그래피 장치에 의해 획득된 정렬 측정치들을 포함한다. 이들은 상술된 타입의 상관관계들을 식별 및 억제하기 위해, 이력 성능 데이터와 조합되어 사용된다. 이력 위치 측정치들에 더하여, 연관된 이력 보정들(524)이 단계 514에서 저장 및 사용된다. 구체적으로는, 526에서 각각의 이전 기판의 패터닝 동안 적용된 보정들이 사실상 취소되어(예를 들어, 이력 성능 데이터로부터 감산되어), 보정들을 사용하기 전에 이전 기판들 상에 존재한 실제 위치 편차들을 재현한다. (이전 패터닝 전후에 취득된 측정치들로부터 최대한 알 수 있는) 이들 실제 위치 편차들은 각각의 이전 기판의 패터닝 시에 적용되었을 수 있는 최적의 보정들을 나타낸다.
단계 524에서 실제 보정들을 저장하는 대안으로서, 저장될 수 있는 것은 이전 기판의 처리에 적용된 모델들 및 보정들의 정의이다. 주어진 이전 기판에 관련된 이력 성능 데이터 및 이력 위치 데이터가 주어지면, 적용되었을 수 있는 보정들이 재현될 수 있다. 단계 530에서, 각각의 이전 기판에 대한 측정된 위치 데이터 및 실제 위치 편차가 비교되어 앞서 언급된 상관관계들을 식별한다. 식별된 상관관계들은 520에서 적용되는 프로세스 모델 및 기판 모델 매핑을 정의하기 위해 사용된다. 매핑이 적용된 후의 기판 모델은 SM'로 라벨링된다.
기판 모델 매핑은, 추가로 후술되는 바와 같이, 예를 들어 매트릭스(M)의 형태로 표현될 수 있다. 기판 모델 매핑은 선형 투영, 또는 비선형 투영일 수 있다. 일반적으로 말하면, 각각의 모델(SM, PM)은 파라미터들의 개개의 세트에 의해 정의된 다차원 공간에서 표현될 것이다. 파라미터들의 세트는 단순한 회전들 및 배율들을 정의하는 잘 알려진 6PAR 모델과 같은 1 차 변환 파라미터들일 수 있다. 파라미터들의 세트는 3 차 또는 5 차 다항식 모델과 같은 고차 모델에 대한 것일 수 있다. 다항식들은 데카르트 좌표들 X 및 Y에 있을 수 있고, 또는 이들은 제르니케 다항식(Zernike polynomial)들과 같은 회전 대칭 모드들을 제공하는 좌표들에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 모델 매핑은 기판 모델에 의해 점유된 다차원 공간으로부터 프로세스 모델에 의해 점유된 상이한 다차원 공간으로의 매핑일 수 있다.
모델 매핑은 부분공간 매핑(subspace mapping)일 수 있다. 기판 모델에서의 자유도들의 수는 프로세스 모델에서의 자유도들의 수와는 상이할 수 있다. 전형적으로, 단계 402 또는 단계 502에서 모든 현재 기판 상에서 이루어지는 측정들의 수는 오프-라인 계측 툴들(306, 322, 332)에서의 몇몇 기판들 상에서 이루어질 수 있는 측정들의 수보다 훨씬 더 낮다. 그러므로, 미세한 공간적 세부사항은 전형적으로 필드간 및 필드내 프로세스 모델에 집중될 것이지만, 기판 모델(SM)은 보다 넓은 편차들을 설명한다. 현대의 예시적인 프로세스에서, 기판 모델은 예를 들어 3 차 다항식 모델일 수 있다. 공간 차원들 X 및 Y에서의 3 차 다항식은 20 개 정도의 파라미터들을 가질 수 있고, 각각은 상이한 자유도를 나타낸다. (이 모델 내에는 실제로 2 개의 10-파라미터 모델들이 있다: 하나는 X 방향에서의 편차들에 대한 것이고, 하나는 Y 방향에서의 편차들에 대한 것이다. 다른 모델을 이용하여 양측 모두의 방향들에서의 편차들이 함께 나타내어질 수 있다.) 프로세스 모델(PM)은 예를 들어 42 개의 파라미터들 그리고 결과적으로 기판 모델보다 더 큰 수의 자유도들을 갖는 5 차 모델일 수 있다. 조합된 기판 및 프로세스 모델(PSM)은 유사한 수의 자유도들을 가질 것이다. 일부 예시들에서, 프로세스 모델의 파라미터들은 기판 모델의 파라미터들의 상위집합(수퍼세트)이어서, 단계 416에서의 조합은 단순한 가산이다. 다른 경우들에서, 가산 전에 다차원 공간들 사이의 일부 변환이 수행될 필요가 있을 수 있다. 이는 구현의 세부사항이다. 어느 경우에나, 단계 520에서의 기판 모델 매핑은 앞서 언급된 상관관계의 영향들을 감소시키기 위해 이들 추가적인 자유도들을 이용할 수 있다.
모델 매핑 후에, 기판 모델(SM')의 차원들은 수적으로 증가되지 않고, 이들은 심지어 감소될 수 있다. 그러나 (선형 매핑의 예시에서) 이들은 조합된 기판 및 프로세스 모델(PSM)의 고차원 파라미터 공간에서 베이스 벡터(base vector)들의 관점에서 이제 표현되고, 원래의 기판 모델의 자유도들로 제약되지 않는다. 언급된 바와 같이, 비선형 매핑도 또한 고려될 수 있고, 선형 매핑들은 단지 예시로서만 사용된다. 프로세스 모델이 기판 모델보다 더 많은 자유도들을 갖는 경우는 단지 전형적인 상황이고, 본 명세서에 개시된 모델 매핑 방법으로부터 이익을 얻기 위한 요건들은 아니다.
부분공간 매핑의 차원수(dimensionality)는, 그것이 단계 520에서 사용되기 전에, 추가로 감소될 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 이는 무의미한 구성요소들, 또는 완성된 모델에서 프로세스의 변화들의 영향을 증폭시킬 수도 있는 구성요소들을 없애는 데 유용할 수 있다. 추가로 아래에 설명되는 바와 같이, 모델 매핑 매트릭스의 특이 값 분해(singular value decomposition: SVD)를 수행하는 것 그리고 특이 값 분해의 스케일링 매트릭스에서 특정 구성요소들을 변경하는 것에 의해 차원수가 감소될 수 있다. SVD는 적합한 방법의 단지 일 예시이고, 주성분 분석(principal component analysis), 정준 상관 분석(canonical correlation analysis: CCA)이라고도 또한 지칭되는 정준 변량 분석(canonical variate analysis: CVA) 또는 이산 경험 보간 방법(discrete empirical interpolation method: DEIM)과 같은 다른 방법들이 사용될 수 있다.
기판 모델 매핑 - 수학적 기초 및 구현
상술된 기법의 이론 및 구현을 설명하기 위해, 일부 정의들 및 표기법들로 시작한다. 반도체 처리에서의 편의성 및 친숙성을 위해, 기판들의 예시로서 웨이퍼들을 언급할 것이다. 기판 모델(SM)은 웨이퍼 정렬 모델로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법들은 반도체 웨이퍼들뿐만 아니라, 다른 타입들의 기판들에도 적용될 수 있다.
매트릭스 X를 다수의 웨이퍼들 상의 정렬 센서 측정들로부터 획득된 웨이퍼 정렬 모델 파라미터들이라고 가정하자. 이들 파라미터들은 예를 들어 3 차 다항식 모델에 대한 20 개의 계수들일 수 있다. 따라서 매트릭스의 차원들은 웨이퍼들의 수 곱하기 웨이퍼 정렬 모델에서의 파라미터들의 수(
)이다. 모델은 이상적인 그리드로부터의 편차를 나타내기 위해 정의되거나, 또는 웨이퍼 상의 포인트들의 절대 위치를 완전히 나타내도록 설계될 수 있다는 것에 유의한다. 상이한 서브-모델들에 대해 양측 모두가 해당될 수 있다. 일 예시에서, 모델이 전체 절대 위치(공칭 위치 플러스(plus) 위치 편차)를 포함한다고 하지만 4PAR 모델에서는 공칭 위치를 포착한다. 고차 모델들(예를 들어, 다항식 또는 방사형 기저 함수)은 그 후에 잔차만을 단지 나타낼 것이다. 이는 단지 구현의 선택이다. 
이 동일한 웨이퍼들에 대한 오버레이 측정 결과들(이력 성능 데이터)에 대응하는 파라미터들(예를 들어, 5 차 다항식 계수들)인 것으로 정의한다고 하자. 인수의 단순화를 위해, 웨이퍼 정렬 모델 파라미터들이 오버레이 모델 파라미터들의 서브세트(또는 부분공간)이어서, 이들에 대해 가산/감산과 같은 단순한 연산들을 수행할 수 있다고 가정하자. (이들이 그렇지 않은 경우, 이들은 가산/감산되기 전에 변환될 필요가 있을 것이다.)
리소그래피 장치 단계 408/508에서, 보정들이 상술된 모델들로부터 유도된다. 그 후에, 웨이퍼 정렬 모델(도 4 및 도 5의 기판 모델(SM))로부터 각각의 웨이퍼에 대해 유도된 노광 보정들인 웨이퍼 정렬 보정들을 
로서 나타내자. 그 후에, (예를 들어 도 4의 APC 제어 루프들에 의해 계산된) 프로세스 보정들을 
로서 나타내자. 이들 모두는, X처럼, 다수의 웨이퍼들의 파라미터들을 설명하는 매트릭스들이라는 것에 유의한다. 이들 파라미터들로부터 최적의 보정 Y의 최상의 추정을 다음과 같이 유도할 수 있다:
도 6을 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 최적의 보정은 완벽한 오버레이를 획득하기 위해, (이력 성능 데이터에 기초한 후판단으로) 패터닝(노광) 동안 보정되었어야 하는 것이다. 다수의 웨이퍼들이 이들 매트릭스들에 나타내어지지만, 이 수학식은 단일 웨이퍼 기반으로 "최상의" 보정들을 계산한다는 것에 유의한다. 매트릭스 X의 각각의 열은 상이한 파라미터를 나타내고 매트릭스의 각각의 행은 상이한 웨이퍼를 나타낸다: 
. 
앞의 마이너스 기호는, 오버레이 측정 동안, 측정되는 것이 두 번째 층 내의 피처들의 위치들 마이너스 첫 번째 층 내의 피처들의 위치들이라는 사실로부터 유래한다. 웨이퍼 정렬은, 패턴이 적용되기 전에, 첫 번째 층만의 측정치들에 기초한다. 
에러가 측정될 수 있게 되기 전에 노광이 행해짐에 따라, 패터닝 단계에서 이들 "최적의 보정들" Y를 사용하는 것은 불가능하다는 것에 유의한다. 그러나, 도 4의 방법에서의 APC 제어 루프들에서 확인되는 바와 같이, 이전 기판들로부터의 오버레이 및 정렬 데이터는 현재 및 장래의 기판들 상의 동작들을 보정하는 데 사용될 수 있다.
알려진 APC 제어 루프는 이전 웨이퍼들로부터의 정렬 및 오버레이 데이터에 기초하여 최적의 보정들을 계산하는 것을 목적으로 하여, 현재 웨이퍼의 측정된 변형에 기초한 기판 보정들(기판 모델(SM)) 플러스 APC 제어 루프들을 사용하여 이력 데이터로부터 획득된 프로세스 보정들(프로세스 모델(PM))의 조합에 의해, 가능한 한 양호하게 "진정한 웨이퍼 변형" Y를 근사시키려고 시도한다:
APC 제어 루프들에서의 프로세스 보정들은 인라인 캘리브레이션(inline calibration)에 의해 현재 업데이트되는데, 이는 단순화된 방식으로 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
여기서 
는 다수의 웨이퍼들에 걸친 
의 평균을 나타내고, 
는 장래의 웨이퍼들에 대해 새롭게 캘리브레이션된 프로세스 보정들이고 
는 과거 웨이퍼들에 대한 실제 적용된 프로세스 보정들이다.
이제, 도 6에 예시된 변경된 방법은 알려진 프로세스 보정(수학식 (2))을 위한 근사 방법을 새로운 수학식으로 대체하는 것으로 구성된다:
수학식 (4)는 APC 프로세스 보정들뿐만 아니라 매트릭스 곱셈을 수반한다. 매트릭스(M)는 웨이퍼 정렬 모델 파라미터 공간(X)으로부터 오버레이 모델 파라미터 공간(Y)으로의 매핑을 정의하는 모델 매핑 매트릭스로서 간주될 수 있다. 이 모델 매핑 단계(단계 520)를 추가함으로써, 변경된 제어 방법은 수학식 (2)로부터의 현재 방법보다 더 더욱 오버레이를 개선시킬 잠재력을 갖는다. 제어 루프들에서의 캘리브레이션 계산들은 프로세스 보정들 
뿐만 아니라 모델 매핑 매트릭스(M)를 계산하도록 변경될 수 있다. 비선형 매핑을 사용하기를 원하는 경우, 그러면, 매핑 매트릭스보다는, 일반화된 매핑 함수가 사용될 수 있다.
이력 데이터에 기초한 모델 매핑의 계산은 임의의 적합한 트레이닝 방법에 의해 행해질 수 있다. 다음의 수학식들을 사용하여, 위너 필터(Wiener filter)와 유사한 접근법이 적용될 수 있다:
여기서 pinv는 의사역 함수(pseudo-inverse function)를 나타내고, '는 매트릭스의 전치를 표시한다. 수학식 (5)에서의 두 번째 라인은 위너 필터와의 유사성을 예시하기 위해서만 제시된다. 모델 매핑 매트릭스(M) 및 프로세스 보정들 
양측 모두는, 예를 들어 변경된 APC 제어 루프의 일부로서, 과거로부터의 오버레이 및 웨이퍼 정렬 측정치들을 사용하여 트레이닝될 수 있다. 이 트레이닝은 웨이퍼 정렬과 오버레이 사이의 상관관계를 효과적으로 식별한다. 모델 매핑의 사용은 기판 모델로부터 프로세스 모델을 통해 보정될 기여도들을 효과적으로 제거한다. 과잉 보정 또는 매핑된 기판 모델을 통한 것이지만, 상관된 기여도들의 과잉 보정 및 과소 보정이 없어진다.
부분공간 매핑
앞서 언급된 바와 같이, 매핑된 기판 모델의 차원수가 또한, 예를 들어 알려진 통계 기법들의 적용에 의해, 감소될 수 있다. 예를 들어, 매트릭스(M)에 특이 값 분해를 적용함으로써, 수학식 (4)가 다음과 같이 쓰여질 수 있고
여기서 U 및 V는 직교 좌표 변환 매트릭스들이고 S는 매트릭스(M)의 특이 값들을 포함하는 대각 매트릭스이다. 이 경우에 표현들 XU 및 YV는 각각 X 및 Y의 파라미터 공간의 부분공간들로서 간주될 수 있다. 각각의 부분공간은 파라미터 공간의 파라미터들의 관점에서 베이스 벡터에 의해 정의된 차원들을 갖는다. XU로부터의 각각의 단일 베이스 벡터는 스케일링 인자로서 S로부터의 대응하는 특이 값을 갖는 단일 베이스 벡터 YV에 매핑된다. 선택된 특이 값들을 삭제(이들을 제로로 설정)함으로써, 원래의 모델 파라미터 공간들의 선형 부분공간으로의 매핑을 제한할 수 있다.
특이 값들을 삭제하는 것은 매트릭스들 U 및 V의 열들을 제거하는 것과 동등하다. S, XU 및 YV에서의 값들은 어떤 "부분공간" 파라미터들을 거부할지 그리고 유지할지를 선택하는 데 사용될 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, S는 파라미터의 스케일링을 제공한다. 스케일링 인자가 매우 낮은(0에 가까운) 경우, 이는 부분공간 베이스 벡터가 오버레이와 관계없고, 폐기될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 항들을 폐기하면 처리를 감소시키는 데 도움이 되고, 오버레이 에러의 원인들에 대한 통찰력을 얻기를 원하는 경우에는, 더 가시적인 유의미한 기여도들을 남긴다. 예를 들어, 현재 층에 리소그래피 장치에 의해 도입되는 위치 편차들의 패턴은 실제로는 이전 층의 노광 시에 동일한 장치에 의해 도입된 편차들의 패턴과 동일할 수 있다. 이는 존재할 수 있지만 오버레이와 관계없는 에러의 예시이어서, 그것이 기판의 측정들에 나타나고 처음에는 기판 모델에서 보정될 수 있더라도, 기판 모델에 의해 보정되어서는 안된다. 더 중요한 것은, S가 XU에서의 매우 약한 모델 파라미터와 조합되는 (극도로) 큰 특이 값(스케일링 인자)을 제공하는 경우, 이러한 베이스 벡터를 삭제하기를 원할 수 있다. 이러한 기여도는 강건하거나 신뢰성이 있지 않고, 입력 측정치들 내의 랜덤한 변동들의 존재 시에 비교적 큰 에러들을 도입시킬 수 있다.
부분공간 매핑을 이용하여 또는 이용하지 않고도, 일단 모델 매핑 매트릭스(M)가 이력 데이터에 대해 계산되었다면, 그것은 도 6에 도시된 방식으로 기판 모델을 매핑함에 있어서의 사용을 위해 리소그래피 장치에 전달될 수 있다. 따라서, 현재 기판들 상의 오버레이가 개선된다. 모델 매핑은 예를 들어 도 3에 도시된 레시피 데이터(206)의 일부로서 전달될 수 있다.
추가적인 이익으로서, 이 방법은 또한 (제한된 자유도들로 인해) 기판 모델에서 직접적으로 보정가능하지 않지만 기판 모델의 파라미터들과 상관되는 웨이퍼-특정 변형들의 보정을 개선시킬 수 있다.
멀티-컬러 정렬에의 적용
변경된 방법은 제어 방법에서의 특정 단계들을 다른 식으로 요구하는 개선들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 예시로서, 정렬 센서(AS)의 응답은 상이한 파장들(컬러들)에서 상이하고, 각각의 적용은 주어진 기판의 특정 재료들 및 처리에 따라 상이한 컬러 또는 컬러들의 조합을 요구한다는 것이 알려져 있다. 정렬 마크들은 후속 제품 층들 아래에 묻히기 때문에 "보기" 어려울 수 있다. 또한, 마크들 자체가 처리 동안 변형되어, 정렬 센서 결과들이 더 컬러-의존적이게 될 수 있다. 이를 해결하기 위한 하나의 방법은 정렬 센서에서 다수의 컬러들을 사용하고, 컬러들 중에서 "최상의" 신호를 선택하거나, 또는 컬러들의 가중된 조합을 사용하는 것이다. 이러한 센서의 예시는 예를 들어 공개된 특허 출원 WO2014146906A2에서 설명된다. 일부 실시예들에서, 상이한 컬러들에 더하여 상이한 편광들이 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 모델 매핑 방법은 상이한 컬러 신호들의 선택 및 가중을 구현하도록 쉽게 응용될 수 있다. 이 방법의 단계들 및 구성요소들은 도 6과 동일하지만, 4 개의 컬러 채널들이 정렬 센서 및 기판 모델에 도시되어 있다. 컬러 채널들은 R(적색), G(녹색), NIR(근적외선) 및 FIR(원적외선)으로 라벨링된다. 다른 정렬 센서가 더 많은 채널들을 가질 수도 있다. 각각의 컬러 채널은 완전한 세트의 파라미터들을 갖는 그 자신의 기판 모델(SM)을 갖는다. 주어진 기판에 대해 사용할 최상의 채널을 결정하기 위해 개별적으로 시도하기보다는, 트레이닝 방법은 조합된 모든 컬러 신호들로부터 최상의 기판 모델을 단순히 유도할 수 있다. 특이 값 분해를 사용하는 실시예에서, 가장 신뢰성 있는 위치 신호들을 산출하는 컬러 채널은 매트릭스 S에서 가장 강한 스케일링 인자들로 될 것이다. 다른 채널은 보다 낮은 스케일링 인자들, 또는 제로를 가질 것이다.
언급된 바와 같이, 다른 정렬 센서는, 상이한 컬러들에 더하여, 광의 상이한 편광들에 대한 채널들을 가질 수 있다. 본 설명에서, 상이한 컬러들은 상이한 방사선 특성들을 사용하는 단지 하나의 예시로서 간주될 수 있다. 이들 상이한 특성들은 파장, 편광, 조명 프로파일 또는 상이한 프로세스 조건들에서 정렬 마크를 구별하는 데 유용하다고 여겨질 수 있는 임의의 다른 파라미터들의 조합에 의해 정의될 수 있다.
아래의 번호가 매겨진 항들에서 본 발명에 따른 추가의 실시예들이 제공된다:
1. 리소그래피 장치를 제어하는 방법으로, 이 방법은:
(a) 복수의 이전 기판들에 패턴들을 적용할 때 리소그래피 프로세스의 성능을 나타내는 이력 성능 측정치들을 획득하는 단계;
(b) 이력 성능 측정치들을 사용하여 리소그래피 프로세스에 관련된 프로세스 모델을 계산하는 단계;
(c) 현재 기판을 리소그래피 장치에 로딩한 후에, 현재 기판 상에 제공된 복수의 정렬 마크들의 현재 위치들을 측정하는 단계;
(d) 측정된 현재 위치들을 사용하여 현재 기판에 관련된 기판 모델을 계산하는 단계; 및
*(e) 프로세스 모델 및 기판 모델을 함께 사용하여 리소그래피 장치를 제어하는 단계를 포함하고,
이 방법은:
(f) 이전 기판들의 처리 시에 획득된 이력 위치 측정치들을 획득하는 단계;
(g) 이력 위치 측정치들 및 이력 성능 측정치들을 함께 사용하여 모델 매핑을 계산하는 단계; 및
(h) 모델 매핑을 적용하여 단계 (d)에서 계산된 기판 모델을 변경하고 단계 (e)에서 변경된 기판 모델을 사용하는 단계를 더 포함한다.
2. 1 항에 따른 방법에서, 모델 매핑은, 기판 모델에 의해 점유된 다차원 공간으로부터 프로세스 모델에 의해 점유된 다차원 공간의 부분공간으로 매핑하는, 부분공간 매핑이다.
3. 2 항에 따른 방법에서, 단계 (f)는, 부분공간 매핑의 차원수가 단계 (g)에서 사용되기 전에 그 차원수를 감소시키는 단계를 더 포함한다.
4. 3 항에 따른 방법에서, 차원수를 감소시키는 단계는, 부분공간 매핑 매트릭스의 특이 값 분해를 수행하고 특이 값 분해의 스케일링 매트릭스 내의 특정 구성요소들을 변경하는 단계를 포함한다.
5. 4 항에 따른 방법에서, 스케일링 매트릭스의 특정 구성요소들을 변경하는 단계는, 이들 구성요소들을 제로로 설정하는 단계를 포함한다.
6. 3 항에 따른 방법에서, 차원수를 감소시키는 단계는, 주성분 분석, 정준 변량 분석, 정준 상관 분석 또는 이산 경험 보간 방법 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함한다.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 단계 (g)에서 이력 성능 측정치들 및 이력 위치 측정치들은 이전 기판들을 처리할 때 적용된 보정들을 나타내는 이력 보정 데이터와 함께 사용된다.
8. 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 기판 모델은 프로세스 모델보다 더 적은 자유도들로 계산된다.
9. 8 항에 따른 방법에서, 모델 매핑은 프로세스 모델과 동일한 자유도들을 사용하여 기판 모델을 표현한다.
10. 8 항 또는 9 항에 따른 방법에서, 프로세스 모델의 자유도들은 기판 모델의 자유도들의 수퍼세트이다.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 프로세스 모델은 필드간 모델 및 필드내 모델을 포함한다.
12. 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 기판 모델은 필드간 모델 및 필드내 모델을 포함한다.
13. 리소그래피 장치를 위한 제어 시스템으로, 이 제어 시스템은:
복수의 이전 기판들에 패턴들을 적용할 때 리소그래피 프로세스의 성능을 나타내는 이력 성능 측정치들에 대한 스토리지(storage);
이력 성능 측정치들을 사용하여 리소그래피 프로세스에 관련된 프로세스 모델을 계산하도록 배치된 프로세스 모델 프로세서;
리소그래피 장치에 로딩된 현재 기판 상에 제공된 복수의 정렬 마크들의 현재 위치들의 측정을 유발하기 위한 측정 제어기;
측정된 현재 위치들을 사용하여 현재 기판에 관련된 기판 모델을 계산하도록 배치된 기판 모델 프로세서;
이전 기판들의 처리 시에 획득된 이력 위치 측정치들에 대한 스토리지;
이력 위치 측정치들 및 이력 성능 측정치들을 함께 사용하여 모델 매핑을 계산하도록 배치된 모델 매핑 프로세서; 및
프로세스 모델 및 변경된 기판 모델을 함께 사용하여 리소그래피 장치를 제어하도록 배치된 패터닝 제어기를 포함한다.
*14. 13 항에 따른 제어 시스템에서, 모델 매핑은, 기판 모델에 의해 점유된 다차원 공간으로부터 프로세스 모델에 의해 점유된 다차원 공간의 부분공간으로 매핑하는, 부분공간 매핑이다.
15. 14 항에 따른 제어 시스템에서, 모델 매핑 프로세서는 부분공간 매핑의 차원수가 기판 모델을 변경하는 데 사용되기 전에 그 차원수를 감소시키도록 추가로 배치된다.
16. 14 항에 따른 제어 시스템에서, 차원수를 감소시키는 것은, 부분공간 매핑 매트릭스의 특이 값 분해를 수행하고 특이 값 분해의 스케일링 매트릭스 내의 특정 구성요소들을 변경하는 것을 포함한다.
17. 16 항에 따른 제어 시스템에서, 스케일링 매트릭스의 특정 구성요소들을 변경하는 것은, 이들 구성요소들을 제로로 설정하는 것을 포함한다.
18. 15 항에 따른 제어 시스템에서, 차원수를 감소시키는 것은, 주성분 분석, 정준 변량 분석, 정준 상관 분석 또는 이산 경험 보간 방법 중 적어도 하나를 수행하는 것을 포함한다.
19. 13 항 내지 18 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템에서, 모델 매핑을 계산하기 위해, 이력 성능 측정치들 및 이력 위치 측정치들은 이전 기판들을 처리할 때 적용된 보정들을 나타내는 이력 보정 데이터와 함께 사용된다.
20. 13 항 내지 19 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템에서, 기판 모델은 프로세스 모델보다 더 적은 자유도들로 계산된다.
21. 20 항에 따른 제어 시스템에서, 모델 매핑은 프로세스 모델과 동일한 자유도들을 사용하여 기판 모델을 표현한다.
22. 20 항 또는 21 항에 따른 제어 시스템에서, 프로세스 모델의 자유도들은 기판 모델의 자유도들의 수퍼세트이다.
23. 13 항 내지 22 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템에서, 프로세스 모델은 필드간 모델 및 필드내 모델을 포함한다.
24. 13 항 내지 23 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템에서, 기판 모델은 필드간 모델 및 필드내 모델을 포함한다.
25. 리소그래피 프로세스에 의해 일련의 기판들 상에 디바이스 피처들 및 메트롤로지 타겟들이 형성되는 디바이스의 제조 방법에서, 1 이상의 처리된 기판들 상의 메트롤로지 타겟들의 특성들이 1 항 내지 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 측정되고, 측정된 특성들은 추가 기판들의 처리를 위해 리소그래피 프로세스의 파라미터들을 조정하는 데 사용된다.
26. 측정 시스템, 패터닝 시스템 및 제어 시스템을 포함하는 리소그래피 장치로서, 제어 시스템은 13 항 내지 24 항 중 어느 한 항에 따른다.
27. 1 항 내지 12 항 중 어느 한 항의 방법의 단계들을 구현하기 위한 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
28. 처리 디바이스 또는 처리 디바이스들의 시스템이 13 항 내지 24 항 중 어느 한 항의 제어 시스템을 구현하게 하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
결론
본 명세서에 개시된 기법들에 의해, 수용된 기판들에서의 그리고 패터닝 프로세스에서의 위치 편차들을 보정하기 위해 현재 존재하는 방법들은 모델 매핑으로 변경될 수 있다. 이러한 방식으로, 방법은 웨이퍼 정렬과 오버레이 사이의 상관관계를 보다 양호하게 확립할 수 있고, 계통적 과잉 보정 및 부족 보정을 회피할 수 있다.
모델 매핑 및 프로세스 보정들 양측 모두는 패터닝 후의 이전 기판들 상에서 측정된 이력 성능 데이터 및 패터닝 전의 이전 기판들 상에서 측정된 정렬 데이터를 사용하여 함께 트레이닝될 수 있다. 트레이닝 계산들은 기존의 진보된 프로세스 제어 루프들에, 또는 새로운 제어 시스템에 통합될 수 있다. 개선된 오버레이 성능을 달성하기 위해, 새로운 하드웨어가 요구되지 않는다.
추가의 이익들을 얻도록 모델 매핑 매트릭스의 분해가 적용될 수 있다. 예를 들어, 특이 값 분해를 사용하면, 관련 부분공간이 선택될 수 있다. 달성된 오버레이를 최적화하면서, 불필요한 처리가 회피될 수 있다.
기판 모델이 다수의 센서 채널들에 대한 모델 파라미터들, 예를 들어, 상이한 정렬 컬러들 또는 상이한 신호 처리 알고리즘들을 포함하는 경우, 모델 매핑은 또한 프로세스 의존성 및/또는 마크 변형에 관련된 문제들을 해결할 수 있다. 또한, 마크 변형의 컬러-대-컬러 및 형상 정보 특성들("고유 웨이퍼(eigenwafer)들") 양측 모두를 사용한다.
모델 매핑으로부터의, 예를 들어 특이 값 분해로부터의 정보가 분석되어 변형들 및 오버레이 에러들의 성질, 그리고 잠재적으로 이들의 근본 원인들에 대한 통찰력들을 획득할 수 있다.
리소셀(LC) 및 리소그래피 장치의 하드웨어와 연관되어, 실시예는 리소그래피 제조 시스템의 프로세서들이 상술된 바와 같이 모델 매핑 및 제어의 방법들을 구현하게 하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 이미지 계산/제어 프로세스를 위해 채용되는 별개의 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있다. 대안적으로, 계산 단계들은 프로세서, 계측 툴, 및/또는 도 1 및 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 감독 제어 시스템(SCS) 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 비-일시적인 형태로 저장된 이러한 컴퓨터 프로그램을 갖는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 또한 제공될 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예들의 사용에 대한 특정 언급이 앞서 이루어졌을 수 있지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스에서의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층 내로 가압될 수 있고, 그 후에 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 레지스트가 경화된 후에 패터닝 디바이스가 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 다른 사람들이, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변경하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예들 및 변경예들은 본 명세서에 제시된 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물들의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항들 및 그 균등물들에 따라서만 정의되어야 한다.
Claims (20)
- 리소그래피 장치를 구성하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
기판을 가로지르는 위치 측정으로부터 획득된 위치 데이터에 모델을 피팅하는 것에 기초하여 상기 모델의 제 1 파라미터들의 제 1 값들을 획득하는 단계;
이전 기판들의 세트의 오버레이 데이터의 특성에 기초하여 상기 제 1 값들을 수정하는 단계- 상기 특성은 상기 모델의 상기 제 1 파라미터들과 관련됨 -; 및
상기 리소그래피 장치의 구성에 상기 수정된 제 1 값들을 이용하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 수정하는 단계는 매핑 동작을 사용하고, 상기 매핑은 상기 특성에 기초하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 매핑은 매트릭스로 표현되는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 매핑 동작은 선형 투영 또는 비선형 투영인, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파라미터들은 기판 변형을 적어도 부분적으로 설명하는 회전들 및 배율의 모델을 정의하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파라미터들은 기판 변형을 적어도 부분적으로 설명하는 고차 모델을 정의하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 고차 모델은 적어도 3차 및/또는 5차 다항식 항을 포함하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
오버레이 제어 모델의 제 2 파라미터들의 제 2 값들을 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 값들은 상기 오버레이 데이터에 기초하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 오버레이 제어 모델은 상기 위치 데이터를 피팅하는데 사용되는 상기 모델보다 더 많은 자유도들을 갖는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
매핑은 상기 오버레이 제어 모델의 추가 자유도 및 상기 오버레이 제어 모델 및 상기 모델 사이의 상관 관계를 감소시키는 데 추가 자유도의 사용에 더 기초하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 리소그래피 장치의 상기 구성은 상기 제 2 값들에 더 기초하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 매핑을 사용하여 상기 모델을 수정하여 수정된 모델을 얻는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 매핑은 상기 모델보다 적은 자유도를 갖는 수정된 모델을 제공하도록 구성된, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 매핑은 상기 모델 내에 포함된 중요하지 않은 제 1 파라미터들의 수와 비교하여 상기 수정된 모델 내에 포함된 중요하지 않은 제 1 파라미터들의 수를 감소시키는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 매트릭스의 차원을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 감소시키는 단계는 상기 매트릭스의 특이 값 분해를 수행하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 위치 데이터는 정렬 시스템의 복수의 파장 설정들에서 획득되는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 복수의 파장 설정들 내에 포함된 파장은 적어도 상기 매트릭스의 특이 값 분해를 수행하는 상기 단계에 의해 획득된 서브-매트릭스에 기초하여 선택되는, 리소그래피 장치를 구성하는 방법. - 제 1 항의 방법의 상기 단계들을 구현하기 위한 기계-판독가능 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 제 19 항의 상기 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된 컴퓨터 시스템.
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