KR20240050469A - 계측 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되며, 방사선으로 타겟을 조명하는 단계, 타겟으로부터 산란된 방사선을 검출하는 단계, 및 검출된 방사선의 비대칭으로부터 관심 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

계측 방법 및 그 장치{METROLOGY METHOD AND APPARATUS THEREOF}

본 출원은 2019년 9월 19일자로 출원된 미국 출원 제62/733,490호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 계측 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

집적 회로는 종종 여러 공정 단계를 통해 기판 상에 층들이 서로의 위에 형성되는 제조 공정을 통해 제조된다. 이러한 공정 단계 중 하나는 심자외선(DUV) 스펙트럼 범위 또는 극자외선(EUV) 스펙트럼 범위의 전자기 방사선을 사용할 수 있는 포토리소그래피이다. 기판은 종종 실리콘 웨이퍼이다. 제조되는 구조체의 최소 치수는 나노미터 범위이다.

제조 공정 중에 제조된 구조체를 검사하고 및/또는 제조된 구조체의 특성을 측정할 필요가 있다. 적합한 검사 및 계측 장치는 당업계에 알려져 있다. 알려진 계측 장치 중 하나는 스캐터로미터 및 예를 들어 암시야 스캐터로미터이다.

특허 출원 공개 US2016/0161864A1, 특허 출원 공개 US2010/0328655A1 및 특허 출원 공개 US2006/0066855A1은 포토리소그래피 장치의 실시예 및 스캐터로미터의 실시예에 관해 논의한다. 인용된 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.

3D-NAND 메모리 디바이스와 같은 특정 유형의 집적 회로에서는 계단 프로필이 생성된다. 이러한 계단은 3D-NAND 디바이스 내에서 개개의 메모리 평면들에 접촉하기 위해 필요하다. 이러한 계단은 얇은 레지스트 층을 반복적으로 제거한 다음 새로운 이중층으로의 에칭 단계를 거쳐 생성된다. 이는 N회 반복되며 여기서 N은 이중층의 개수이다. 많은 이중층의 경우 초기 레지스트 패턴은 약 10μm 정도로 매우 두꺼워야 한다. 더욱이 이러한 레지스트 패턴을 만들기 위한 리소그래피 공정은 약 70 내지 80 도의 측벽 각도를 생성하도록 설계되는데, 이는 최상의 계단 프로파일을 생성하기 때문이다.

이러한 디바이스가 도 1에 도시되어 있으며, 이는 실제 디바이스의 단면을 보여준다. 층들의 성장과 처리 방향, 즉 층들이 서로의 위에 쌓이는 방식은, 이러한 예에서, 도 1의 하단으로부터, 요소(106)에서 시작하여, 디바이스의 표면 쪽으로 향하고, 이러한 예에서 마지막 층은 레지스트 층(102)으로 도시되어 있다. 요소(103)는 이중층들의 연속을 나타낸다. 요소(102)는 예를 들어 두께가 10 마이크로미터인 두꺼운 레지스트 층이다. 요소(100)는 예를 들어 V-홈 형태의 전형적인 개구를 나타내며, 이는 그러한 디바이스를 처리하는 관점에서 생성된다. 도 1에 도시된 V-형상은 일례에 불과하다. 개구부를 특징짓는 각도는 101이며, 이는 일례로서 20 도이다.

3D-NAND 디바이스의 제조 중에, 층(102)의 개구(100)와 층(106)(층(106)은 베이스 층임)의 구조체들 사이의 상대적인 정렬이 정확하게 알려져 있는 것이 중요하다. 그러한 척도는 개구부(100)와 층(106)의 구조체들, 예를 들어 라인(105)과 같은 구조체들 사이의 오버레이로 알려져 있다. 오버레이는 앞서 인용된 미국 특허 출원에서 설명한 바와 같이 계측 툴로 정확하게 측정되는 것으로 알려져 있다. 오버레이는 이미지 기반 오버레이(IBO) 툴 또는 회절 기반 오버레이(DBO) 툴을 사용하여 측정할 수 있으며, 이러한 툴이 작동하는 방식은 잘 알려져 있고 종래 기술에 충분히 설명되어 있다.

IBO 툴을 사용하여 오버레이를 측정할 때의 문제는, 두 개의 관심 층들 사이의 거리가 멀기 때문에(예컨대, 20 마이크론), 이미지의 초점에 맞지 않게 된다는 점이며, 즉 층(102)이 입사되는 조명 방사선과 초점이 맞게 되면 층(106)의 구조체들이 입사되는 조명 방사선과 초점이 맞지 않게 되어, 이미지 품질이 나빠지고 따라서 오버레이 계산이 부정확해진다는 점이다. 해결책은, 방사선 빔이 먼저 상부 층에 초점이 맞춰진 다음 하부 층에 초점이 맞춰지는 방식으로 디바이스를 두 번 측정하는 것이다. 이러한 접근 방식은 측정된 오버레이를 개선하는 데 도움이 되지만 계측 측정 시간이 늘어나 전체 계측 및 제조 공정에서 처리량이 감소하게 된다.

본 발명의 목적은 단일 이미지 획득을 포함하는 리소그래피 공정의 파라미터(예컨대, 오버레이)를 측정하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. 측정된 이미지는 계측 장치의 알려진 요소인 이미지 평면에 국한되지 않고(종래 기술에 잘 나타나 있음), 이미징 센서가 계측 장치의 퓨필 평면에 배치되는 경우에도(이 또한 알려져 있고 종래 기술에 잘 나타나 있음) 측정된 이미지가 형성될 수 있다. 정확한 오버레이 측정을 가능하게 하기 위해 적합한 단일 이미지 획득을 이용하면 계측 처리량은 적어도 2배 향상된다.

본 발명에 따르면, 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되는데, 방사선으로 타겟을 조명하는 단계, 타겟으로부터 산란된 방사선을 검출하는 단계, 및 검출된 방사선의 비대칭으로부터 관심 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 나아가 이러한 방법에 따르면, 비대칭은 측정된 신호의 적분으로서 계산된다.

또한 본 발명에 따르면, 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되는데, 광학 기기의 방사선 소스로부터의 방사선으로 타겟을 조명하는 단계를 포함하되, 타겟은 제조 공정으로 제작되는 것이며, 상기 방사선은 축, 예를 들어 광학 기기의 광학 축에 대해 대칭성을 가진다.

또한 본 발명에 따르면, 계측에 적합한 타겟이 제공되는데, 제1 층 내의 제1 구조체; 및 제2 층 내의 제2 구조체를 포함하고, 제2 구조체는 적어도 2개의 리소그래피로 형성된 격자를 포함하며, 제1 구조체는 적어도 리소그래피로 형성된 제1 개구를 포함한다. 나아가 이러한 타겟에 따르면, 제1 구조체의 개구는 V-홈이다. 또한 이러한 타겟에 따르면, 제2 구조체의 격자는 2개의 길이방향 막대 형상 또는 격자이다. 추가로 본 발명에 따르면, 계측용 타겟이 개시되며, 타겟은 V-홈 구조를 포함한다.

도 2a) 내지 f)는 IBO 툴 또는 DBO 툴 등의 계측 툴을 사용하여 리소그래피 공정의 파라미터(예컨대, 오버레이)를 측정하는 방법을 예시한다. 도 2a) 내지 c)는 도 1에서 기술된 디바이스의 개략도이다. 도 2d) 내지 f)는 측정된 신호, 예를 들어 도 1의 구조체를 방사선으로 조명하고 그러한 타겟으로부터 산란된 방사선을 검출하여 얻은 측정된 신호를 예시한다.
도 2a)는 층(106)에 구조체를 포함하지 않는 구조체를 예시한다. 이미지 센서 상에서 검출된 바와 같은 산란된 방사선은 도 2d)에 도시되어 있다. 도 2b)에 도시된 바와 같은 라인(105)(2-요소 격자)을 추가하면, 산란된 신호가 도 2e)에 도시된 형태로 변화한다. 격자들(105) 사이의 거리는 5 마이크로미터이며, 예를 들어 도 1에서 요소(104)에 의해 도시된 바와 같다. 도 2d) 내지 f)는 실제 측정된 세기를 축척에 맞게 나타낸 것이 아니라, 이러한 신호 및 측정된 신호의 예상되는 거동을 나타내는 개략도이다. 도 2e)의 신호는 추가적인 라인(105)에 의해 유발되는 추가적인 위성 피크를 보여준다. 또한, 도 2c)에서 요소(200)에 의해 예시된 바와 같이, 층(102)과 층(106) 사이에 오정렬이 있는 경우, 따라서 오버레이가 있는 경우, 도 2f)에 도시된 바와 같은 측정된 신호는 향상된 위성 피크와 감소된 위성 피크를 나타낼 수 있다. 피크의 향상 또는 감소는 오버레이가 발생하는 방향에 따라 달라진다. 또한 향상의 사이즈는 두 층 사이에 존재하는 오버레이의 양에 비례한다. 여기서 도 2 e)에 도시된 신호는 관심 층들 사이에 어떠한 오버레이도 없을 때 측정된 신호의 일례라는 점을 인식할 것이다.

일 실시예에서, 층(102)의 표면에 가까운 개구(100)의 최대 폭은 5 마이크론이다. 일 실시예에서, 2개의 요소(105)(도 1에서 요소(104)) 사이의 거리 또한 5 마이크론이다.

일 실시예에서, 오버레이는 예를 들어 도 2f)에 도시된 바와 같이 측정된 비대칭에 비례한다. 나노미터 단위로 표현되는 오버레이의 값을 얻으려면, 측정된 비대칭과 오버레이 사이의 비례 계수를 결정해야 한다. K라고도 알려져 있는 이러한 비례 계수는 DBO 계측으로부터 알려진 절차를 사용하여 제거할 수 있는데, 여기서 2개의 타겟이 사용되고, 알려진 바이어스 d가 상부 및 하부 격자 사이에 적용되며, 하나의 타겟은 양의 바이어스 d를 갖고 다른 하나의 타겟은 음의 바이어스 -d를 갖는다. 종래 기술에서 기술된 바와 같은 임의의 다른 방법을 사용하여 비례 계수 K의 존재를 결정하거나 완화시킬 수 있다.

일 실시예에서, 측정된 신호의 비대칭은 곡선과 수평 축 사이의 총 면적을 측정함으로써 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 비대칭은 수평 축에 대해 측정된 신호의 적분을 측정함으로써 결정될 수 있다. 일 실시예에서 비대칭은, 먼저 각 위성 피크의 위치를 결정하고, 이러한 위치들, 즉 위성의 피크가 식별되는 위치들에서 측정된 신호들 사이의 값 차이를 측정된 비대칭으로서 이용함으로써 측정될 수 있다.

일 실시예에서, 조명 방사선은 대칭적이며, 예를 들어 평균 입사각은 0이다. 비대칭 조명을 사용할 수 있는 경우 (서로 반대측으로부터) 대칭적인 각도로 두 방향으로부터 동일한 타겟을 두 번 측정한다. 이러한 비대칭 (경사) 조명에서, 측정된 신호는 오버레이가 없더라도 비대칭적이다. 경사 조명으로 인한 비대칭은 측정된 2개의 신호를 추가하여 제거할 수 있다.

일 실시예에서, 방법은 2개의 타겟, 즉 제1 타겟(어떠한 요소(105)도 포함하지 않아 신호는 주로 층(102)의 개구로 유발됨)과 제2 타겟(도 2c)에 도시된 바와 같은 타겟을 포함함)을 측정함으로써 추가로 확장된다. 또한, 방법은 도 2c)의 타겟이 서로 상이한 파장 또는 편광의 방사선으로 측정되는 것으로 추가로 확장된다. 이러한 측정을 통해 비대칭 조명 프로파일의 가능한 효과 또는 층(102)의 개구의 비대칭 형상이 완화된다.

도 1 및 도 2의 실시예는 예시라는 점에 유의해야 한다. 통상의 기술자라면, 동일한 기능을 가지면서도 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 수정을 예기할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
   방사선으로 타겟을 조명하는 단계 - 상기 타겟은 디바이스 특징부 위에 놓인 레지스트 층에 V-홈 구조체를 포함하고 상기 레지스트 층 아래에 놓인 베이스 층에 격자를 포함함 - ;
   타겟으로부터 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
   상기 격자를 형성하는 길이방향 막대 형상에 의해 유발되는 위성 피크의 위치를 결정하고 위성 피크들이 식별되는 위치들에서 측정된 신호들 사이의 값 차이를 이용함으로써, 검출된 방사선의 비대칭으로부터 관심 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 비대칭은 측정된 신호의 적분으로서 계산되는, 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법.
3. 계측용 타겟으로서,
   디바이스 특징부 위에 놓인 제1 레지스트 층 내의 제1 구조체; 및
   상기 제1 레지스트 층 아래에 놓인 제2 층 내의 제2 구조체를 포함하고,
   제2 구조체는 적어도 2개의 리소그래피로 형성된 격자를 포함하며,
   제1 구조체는 적어도 리소그래피로 형성된 제1 개구를 포함하고,
   상기 격자를 형성하는 길이방향 막대 형상에 의해 유발되는 위성 피크의 위치를 결정하고 위성 피크들이 식별되는 위치들에서 측정된 신호들 사이의 값 차이를 이용함으로써, 타겟으로부터의 산란된 방사선의 비대칭으로부터 제조 공정의 파라미터가 결정되고,
   상기 제1 구조체의 개구는 V-홈인, 계측용 타겟.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 구조체의 격자는 2개의 길이방향 막대 형상인, 계측용 타겟.
5. 계측용 타겟으로서, 디바이스 특징부 위에 놓인 제1 레지스트 층 내의 V-홈 구조체 및 상기 제1 레지스트 층 아래에 놓인 제2 층 내의 격자를 포함하고,
   상기 격자를 형성하는 길이방향 막대 형상에 의해 유발되는 위성 피크의 위치를 결정하고 위성 피크들이 식별되는 위치들에서 측정된 신호들 사이의 값 차이를 이용함으로써, 타겟으로부터의 산란된 방사선의 비대칭으로부터 제조 공정의 파라미터가 결정되는, 계측용 타겟.