KR100877321B1 - Differential critical dimension and overlay metrology apparatus and measurement method - Google Patents

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크리스토퍼 오스크니트
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인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

기판 상에서의 치수를 측정하는 방법이 기술되어 있으며, 여기서 주기 P의 1차 피치로 반복되는 타겟 패턴(455)은 공칭 특성 치수가 제공되어 있으며 1차 방향에 직교인 미리 정해진 변동을 갖는다. And a method of measuring a dimension on a substrate is described, in which period the target pattern 455 are repeated as the primary pitch P has a predetermined variation, and is provided with a nominal characteristic dimension orthogonal to the first direction. 기판 상에 형성된 타겟 패턴(455)은 이어서 적어도 하나의 영이 아닌 회절 차수가 검출되도록 조사된다. A target pattern formed on the substrate 455 are then irradiated to the diffraction order other than zero, at least one of the detection. 공칭에 대해 인쇄된 특성 치수에서의 변동에 대한 영이 아닌 회절 차수의 응답은 기판 상에서의 임계 치수 또는 오버레이 등의 대상이 되는 치수를 판정하는 데 사용된다. Diffraction order of non-zero response to the variations in the characteristic dimension for the nominal printing is used to determine the dimensions to be subjected, such as the critical dimension or overlay on a substrate. 본 발명의 방법을 수행하는 장치(40)는 조사 광원(410), 영이 아닌 회절 차수를 검출하는 검출기(460), 및 타겟(455)으로부터의 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수가 검출기(460)에서 검출되도록 타겟(455)에 대해 광원(410)을 위치시키는 수단을 포함한다. Device 40 to perform the method of the present invention is detected by the illumination source 410, a detector 460, and a target 455 in one or more of the detector 460 is a diffraction order other than zero from which detects a diffraction order other than zero that includes means for positioning the light source 410 to the target 455.
반도체 제조, 임계 치수, 오버레이, 타겟 패턴 Semiconductor manufacture, critical dimensions, overlay, the target pattern

Description

차분 임계 치수 및 오버레이 계측 장치 및 측정 방법{DIFFERENTIAL CRITICAL DIMENSION AND OVERLAY METROLOGY APPARATUS AND MEASUREMENT METHOD} Difference critical dimension and overlay measurement apparatus and measurement method {DIFFERENTIAL CRITICAL DIMENSION AND OVERLAY METROLOGY APPARATUS AND MEASUREMENT METHOD}

본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 전자회로 제조에서 사용되는 리쏘그라피 및 에칭 프로세스의 모니터링 및 제어에 관한 것이다. The present invention relates generally to semiconductor manufacturing, and more particularly to monitoring and control of the lithography and etching processes used in the manufacturing microelectronic circuit.

마이크로 전자회로(microelectronics) 제조 동안에, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼의 기판에 피처(feature) 및 디바이스를 형성하기 위해 리쏘그라피 프로세싱, 이어서 에칭 프로세싱을 수행하는 일련의 도구를 통해 처리된다. During manufacturing microelectronics circuit (microelectronics), the semiconductor wafer is processed by the lithography process, followed by a set of tools for performing etching processing to form the feature (feature) and the device on the substrate of the wafer. 이러한 프로세싱은 반도체 제조, 평판 패널 디스플레이, 마이크로머신(micromachine), 및 디스크 헤드를 비롯한 광범위한 산업 응용을 갖는다. Such processing has a wide range of industrial applications, including semiconductor fabrication, flat panel displays, micromachines (micromachine), and the disk head.

리쏘그라피 프로세스는 마스크 또는 격자 패턴이 공간 변조된 광[공간 이미지(aerial image)]을 통해 기판 상의 포토레지스트(이후부터, 상호교환가능하게 레지스트라고도 함) 막으로 전사될 수 있게 해준다. Lithography process allows to be transferred (also called a resist, possibly interchangeable after) mask or grating pattern is spatially modulated light [spatial image (aerial image)] photoresist on the substrate through the film. 포토레지스트 물질의 광활성 성분(photoactive component, PAC)에서의 화학적 결합의 임계 에너지를 초과하는 에너지[소위 활성 에너지(actinic energy)]를 갖는, 흡수된 공간 이미지의 그 세그먼트들은 레지스트에 잠상을 형성한다. A photoactive component of the photoresist material (photoactive component, PAC) that segment of the absorption space image having a chemical bond energy [so-called active energy (actinic energy)] greater than the critical energy in form the latent image in the resist. 어떤 레지스트 시스템에서, 잠상은 PAC에 의 해 직접 형성되지만, 다른 것[소위 산 촉매 포토레지스트(acid catalyzed photoresist)]에서는, 광-화학 상호작용이 먼저 잠상을 형성하기 위해 노광후 베이크(post-exposure bake) 동안에 다른 포토레지스트 성분과 반응하는 산을 생성한다. In some resist systems, latent images are formed directly by the PAC, the others - the so-called acid catalysts photoresist (acid catalyzed photoresist)] In the light-post-exposure to chemical interactions, first forms a latent image-baking (post-exposure the formation of the acid from reacting with other components during the photoresist bake). 어느 경우든지, 잠상은 레지스트 막에 3차원 패턴을 생성하기 위해 현상 프로세스 동안에 제거되거나(포지티브 포토레지스트의 경우) 현상 이후에 남아 있는(네거티브 포토레지스트의 경우) 레지스트 물질의 분량을 나타낸다. In any case, the latent image or removed during the developing process to produce a three-dimensional pattern in the resist film (for positive photoresist) remaining after development (negative photo resist in the case) indicates the amount of the resist material. 후속하는 에칭 프로세싱에서, 그 결과 얻어진 레지스트 막 패턴은 그 아래에 있는 기판에 에칭된 패턴을 형성하기 위해 레지스트에서의 패터닝된 개구를 전사하는 데 사용된다. In the subsequent etching process, which, as a result, the resist film pattern obtained is used to transfer the patterned openings in the resist to form a pattern etched into the substrate under it. 포토리쏘그라피 프로세스 및 에칭 프로세스 둘다에 의해 형성된 패턴의 정밀도를 모니터링하고 이어서 어떤 결함이라도 정정하기 위해 이들 프로세스를 제어 또는 조정할 수 있는 것이 아주 중요하다. Photo lithography process and an etching monitoring the pattern accuracy of which is formed by both the process and then it is very important to be able to adjust or control these processes to correct any defects. 따라서, 제조 프로세스는 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 특성을 측정 및 모니터링하기 위한 다양한 계측 도구의 사용을 포함한다. Thus, the manufacturing process involves the use of a variety of measurement tools to measure and monitor the characteristics of the pattern formed on the wafer. 이들 계측 도구에 의해 수집된 정보는 생산 규격이 만족되도록 보장하기 위해 리쏘그라피 및 에칭 프로세싱 조건 둘다를 조정하는 데 사용될 수 있다. The information gathered by these measuring tools may be used to adjust the lithography and etch processing conditions both to ensure that meet the production specifications.

도 1을 참조하면, 반도체를 제조하기 위한 일반적인 리쏘그라피 및 에칭 생산 제조 라인(10)이 개략적으로 나타내어져 있다. 1, the general lithography and etching production manufacturing line for fabricating a semiconductor (10) is shown schematically. 하나 이상의 반도체 웨이퍼(5)가 제조 라인(10)에서 방향(100)을 따라 프로세싱된다. At least one semiconductor wafer (5) is processed in accordance with the direction 100 in the production line (10). 포토클러스터(photocluster, 110)는 웨이퍼 상에 레지스트를 증착 및 베이킹하고 웨이퍼 평면 상에 패턴을 결상(예를 들어, 노광 도구(112))시키는 트랙 도구(track tool)(111), 및 레지스트 막 상의 노광된 패턴을 베이킹 및 현상시키는 노광후(post-exposure) 트랙 도구(113)를 포함하는 포토리쏘그라피 도구를 포함한다. Picture cluster (photocluster, 110) will form an image pattern on the deposition and baking the wafer plane, the resist on the wafer (for example, exposure tool 112) the track tool (track tool) (111), and on the resist film to the exposed pattern comprises a photo-lithography tool, including the development and baking after exposure (post-exposure), the track tool 113 to. 포토리쏘그라피 후에, 레지스트 상에 형성된 패턴의 특성을 측정하기 위해 여러가지 도구가 사용된다. Photo lithography after calligraphy, various tools are used to measure the characteristics of the pattern formed on the resist. 예를 들어, 오버레이 측정 도구(overlay measurement tool, OLM)(120)는 레지스트 층 상에 형성된 패턴이 웨이퍼 상의 이전에 형성된 패턴에 맞춰 충분히 정렬되도록 보장하기 위해 사용된다. For example, overlay measurement tool (overlay measurement tool, OLM) (120) is used to ensure that the pattern formed on the resist layer is sufficiently aligned with the pattern formed on the wafer before. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)(130)은 일반적으로 패턴 피처의 임계 치수(critical dimension, CD)의 폭을 측정하는 데 사용된다. SEM (scanning electron microscope, SEM) (130) is typically used to measure the width of the critical dimension (critical dimension, CD) of the pattern feature. 계측 도구(12, 130)로부터의 측정치는 이들 측정치에 따라 프로세스 조건에 대한 조정을 할 수 있도록 하기 위해 데이터흐름 경로(135)로 나타낸 바와 같이, 포토클러스터(110) 및 에칭클러스터(etchcluster)(140)[일반적으로 에칭 챔버(141)를 포함함]로 전달될 수 있다. Measurements from the metrology tools (12, 130) is a data flow path 135, as indicated by, picture cluster 110 and the etch cluster (etchcluster) (140 to allow adjustments to the process conditions based on these measurements ) may be delivered to [hereinafter generally comprises an etching chamber 141 to the.

이들 측정치는 증착 단계(125)에서 평가되고, 여기에서 웨이퍼(5)가 재처리 프로세스(rework process, 101)를 거쳐야만 하는지 여부에 관하여 판정이 행해져야만 하며, 이 재처리 프로세스에서는 레지스트가 웨이퍼(5)로부터 박리되고 다시 포토클러스터(110)로 보내져 수정된 리쏘그라피 조건 하에서 레지스트 패턴을 재도포한다. These measured values ​​are evaluated in the deposition step 125, that where the wafer 5 is undergo reprocessing process (rework process, 101), and determination is must be done with respect to whether or not, is the reprocessing process a resist of the wafer (5 ) it is separated from the coating material and the resist pattern under lithography conditions, the modified picture is sent back to the cluster 110. the 레지스트 패턴이 생산 규격을 만족시키는 경우, 웨이퍼(5)는 계속하여 에칭클러스터(140)에 의해 프로세싱될 수 있다. When a resist pattern that satisfies the production specifications, the wafer 5 can be continuously processed by the etching cluster 140. 이들 결정은 일반적으로 각각의 웨이퍼에 대한 제한된 수의 측정치, 예를 들어 웨이퍼당 약 20개 사이트에서의 약 2-3개 오버레이 측정치 및 5-10개 사이트에서의 단지 하나의 CD 측정치에 기초하여 행해진다. These crystals are typically limited number of measurements for each wafer, for instance made on the basis of about two or three only one CD measurement of the overlay measurements and 5 to 10 sites in about 20 sites per wafer All. 이러한 제한된 수의 측정치는 웨이퍼당 약 30초 또는 매시간 약 100개 웨이퍼의 적당한 처리 용량 프로세싱 속도를 유지하기 위해 필요하다. Measure of this limited number, it is necessary to maintain the proper processing capacity of the processing speed about 30 seconds or about 100 wafers per hour wafer.

웨이퍼(5)가 오버레이 및 CD 측정 요건을 만족시키는 경우, 웨이퍼(5)는 에칭클러스터(140)에서 프로세싱을 계속하여 레지스트 패턴이 웨이퍼 기판으로 전사된다. The case of the wafer (5) meets the requirements of an overlay and CD measurement, the wafer 5 is to continue the etching process in the cluster 140 and the resist pattern is transferred to the wafer substrate. 다시 말하면, 기판 상의 결과 패턴은 인라인 SEM(130) 또는 원자력 현미경(atomic force microscope, AFM)(150) 등의 계측 도구에 의한 측정을 받게 된다. In other words, the resulting pattern on the substrate is subjected to measurement by the measurement tools, such as in-line SEM (130) or an atomic force microscope (atomic force microscope, AFM) (150). 게측 도구(130, 150)로부터의 에칭후 계측 데이터는 프로세스 조건에 대한 조정이 행해질 수 있도록 데이터흐름 경로(135)를 따라 그 라인에 있는 다른 도구로 피드백될 수 있다. After etching from gecheuk tool (130, 150) the measurement data is in accordance with the data flow path 135, so that adjustment can be made on the process conditions can be fed back to the other tool in the line.

주기적으로, OLM(120), SEM(130) 및 AFM(150) 등의 인라인에서 사용된 것과 유사한 도구를 사용하여 보다 광범위한 오프-라인 측정(15)이 행해질 수 있으며, 이는 또한 막 두께 측정 도구(film thickness measurement tool, FTM)(160) 및 전기 프로브 측정 도구(electrical probe measurement tool, EPM)(170) 등의 다른 도구를 포함할 수 있다. Tools can be made a line measurement (15), which also measures the thickness (- periodically, OLM (120), SEM (130) and AFM (150) from those with a wider range of off using a similar object in the line, such as It may include other tools, such as film thickness measurement tool, FTM) (160) and an electric probe measurement tools (electrical probe measurement tool, EPM) (170).

더 많은 사이트에서 또한 모든 웨이퍼 상에서 훨씬 더 많은 측정치를 획득하는 것이 바람직할 것이다. More sites will also be desirable to obtain a much more measured on every wafer. 따라서, 도 2를 참조하면, 더 바람직한 가상적 웨이퍼 프로세싱 시스템(20)은 포토클러스터(110) 내에 FTM(160) 및 OLM(120) 등의 도구를 포함할 수 있다. Thus, 2, a more desirable virtual wafer processing system 20 may include a tool such as FTM (160) and OLM (120) in the picture cluster (110). 현재 일반적으로 제공되지 않는 정보를 제공하게 될, SCM(scatterometry metrology, 광파 산란 계측)(180) 및 MCR(microscopy, 현미경 검사)(185) 등의 다른 계측 도구 및 방법도 역시 유익할 수 있다. Other instrumentation, such as will provide the information that is not provided with the current usually, SCM (scatterometry metrology, wave scattering measurement) 180 and the MCR (microscopy, microscopic examination) 185 and method also it can be also advantageous. 이러한 가상적 프로세싱 시스템(20)이 종래의 시스템보다 계측 능력을 향상시켰지만, 이러한 향상된 능력은 증가된 복잡도 및 비용의 대가로 오는 것이다. Sikyeotjiman these virtual processing system 20 is improved instrumentation capabilities than conventional systems, this enhanced ability will come at the cost of increased complexity and cost.

최근에, SEM 또는 AFM 등의 복잡한 하드웨어를 필요로 하지 않고 주기적인 구조의 광학적 계측을 가능하게 해주는 소위 "광파 산란 계측" 기술이 개발되었다. Recently, this does not require a complex hardware, such as SEM or AFM so-called "wave scattering measurement" technique that allows the optical measurement of a periodic structure has been developed. 광파 산란 계측의 원리는 작은 패턴에 관한 상세한 정보가 격자 모양의 패턴의 반사된 또는 0차 회절 에너지로부터 추출될 수 있다는 것이다. The principle of a conventional scattering measurement is that the detailed information about a small pattern can be extracted from the 0-order diffracted or reflected energy of the pattern of the grid. 종래의 SCM은 웨이퍼 상의 패턴으로부터 반사된 에너지를 사용하고 패턴 특징을 결정하기 위해 반사된 에너지의 신호를 비교한다. Conventional SCM uses the energy reflected from the pattern on the wafer and comparing the signal of the reflected energy to determine the pattern characteristics. SCM은 상대적 신속함 및 간편함의 이점을 갖지만, 반사된 신호가 정합될 수 있는 신호들의 광대한 라이브러리의 개발을 필요로 한다. SCM will require the development of a vast library of signals, which may be has the advantage of relative ease and quickness, the reflected signal matching. 이들 라이브러리는 개발하는 데 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며, 또한 요구되는 비교를 수행하기 위해 컴퓨터 서버(190) 및 관련 데이터베이스를 필요로 한다. These libraries are expensive and take a lot of time to develop, but also requires a computer server 190 and associated database to perform a comparison is required. 광파 산란 계측은 정보의 품질과 양 및 리쏘그라피와 에칭 프로세스의 차후의 제어를 향상시키기 위해 오프-라인 계측 시스템(25)에도 추가될 수 있다. Scattered light waves is measured off in order to improve the subsequent control of the quality and quantity, and lithography and etching process, the information may be added to line measurement system 25. 예를 들어, Littau 등(미국 특허 제6,429,930호)은 회절 서명(diffraction signature)을 측정하고 초점 중심을 결정하기 위해 서로 다른 입사각, 파장 및/또는 위상에서의 회절 서명의 라이브러리와 이를 비교함으로서 초점 중심을 결정하는 데 광파 산란 계측을 사용하는 것에 대해 기술하고 있다. For example, Littau et al. (U.S. Patent No. 6.42993 million call) is by library and compared the diffraction signature of each other at different angles of incidence, wavelength and / or phase in order to measure the diffraction signature (diffraction signature) and to determine the focal center of the focus center the technology is about to use the wave scattering measurement to determine. 그렇지만, 광파 산란 계측은 계산 집중적이고, 신호 라이브러리를 포함하는 서버 팜(server farm) 및 데이터베이스를 필요로 하며, 따라서 복잡도 및 비용을 증가시킨다. However, the wave scattering instrumentation requires a server farm (server farm) and a database that includes intensive calculations and signal library, thereby increasing the complexity and cost. 광파 산란 계측은 막 적층(film stack) 및 타겟 패턴(target pattern) 둘다에 관한 다수의 자유 파라미터의 동시적인 결정을 필요로 한다. Wave scattering measurement requires the simultaneous determination of a number of free parameters of both the film laminate (film stack), and a target pattern (target pattern). 이의 성공은 종종 불확정적인 막 적층 및 패턴 특성에 대한 상세한 사전 지식에 달려 있다. Its success is often dependent on the detailed knowledge of the indeterminate film stack and patterns characteristics. 종래의 광파 산란 계측이 차분 측정이 아니기 때문에, CD 측정에의 그의 적용은 노이즈, 예를 들어 조사(illumination), 파장, 검출기 응답, 타겟 정렬 등의 측정 변동, 막 두께 및 광학적 특성 등의 프로세스 변동에 취약하였다. Since the conventional light wave scattering measurement is not a differential measurement, its application to a CD measurement noise, such as irradiation (illumination), the wavelength, the detector response, process variations, such as the measurement variable, the thickness and optical properties such as target alignment It was the vulnerable. 종래의 광파 산란 계측은 또한 막 두께의 특성을 나타내는 데 사용될 수 있는 0차 회절의 검출에 제한되어 있지만, 일반적으로 타겟 CD로 인한 신호 서명을 막 스택으로 인한 신호 서명과 구별하는 데 좋지 않은 신호 대 잡음비를 갖는다. Conventional light wave scattering measurement also for the signal is not good for the film is limited to the detection of the zero-order diffraction which can be used to represent the characteristics of thickness, but, in general, distinct from the signal signature from the signal signature with the film stack due to the target CD It has a ratio. 광파 산란 계측에서 사용되는 타겟은 조사가 타겟 내에 포함되도록(즉, 조사가 타겟 영역 내에 전부 도달되어야만 함) 충분히 커야만 하며, 이는 일반적인 CD 또는 오버레이 타겟보다 많은 칩 면적을 차지한다. Target used in a conventional scattering measurement, and are sufficiently be large (that is, the irradiation should be reached in all of the target area) to be included within the irradiation target, which occupies a large chip area than a typical CD or overlay target. 게다가, 타겟 피처가 더 분리되어 있게 됨에 따라 광파 산란 계측 능력은 떨어진다(타겟 주기에 대한 타겟 CD의 비율이 감소한다). In addition, as so that the target features are further separated light wave scattering measurement capability declines (decreases the rate of the target CD for the target period). 탈초점(defocus)에 대한 CD 감도가 분리도(degree of isolation)에 따라 증가하기 때문에, 임계 리쏘그라피 프로세싱 파라미터인 탈초점을 측정할 수 있으려면 분리된 피처(isolated feature)의 측정을 필요로 한다. Requires a measurement of the de-focus (defocus) CD sensitivity of separation (degree of isolation) increases to a result, the feature separation Before the critical lithography processing parameters of de-focus may be measured (isolated feature) according to for .

최고 품질 이미지를 보장하기 위해서는 포토리쏘그라피 프로세스 조건(예를 들어, 노광 선량(exposure dose) 및 탈초점)을 제어하는 것이 바람직하다. In order to ensure the highest quality images it is desirable to control the photo-lithography process conditions (for example, the exposure dose (exposure dose) and de-focus). 포토레지스트 이미지의 주요 결정요소는 노광 에너지가 레지스트 막에서의 포토레지스트 임계 에너지와 같은 표면이다. The main determinants of the photoresist image is the surface of the exposure energy and the photoresist critical energy of the resist film. "노광" 및 "초점"은 이 표면의 형상을 제어하는 변수이다. "Exposure" and "Focus" is a variable that controls the shape of the surface. 조사 시간 및 강도에 의해 설정되는 노광은 단위 면적당 공간 이미지의 평균 에너지를 결정한다. The exposure set by the irradiation time and intensity determines the average energy per unit area of ​​the image space. 노광에서의 국부적인 변동은 기판 반사율 및 토포그라피에서의 변동에 의해 야기될 수 있다. A localized variation in the exposure can be caused by variations in substrate reflectivity and topography. 결상 시스템의 초점면에 대한 포토레지스트 막의 위치에 의해 설정되는 초점은 초점이 맞은 이미지(in-focus image)에 대한 변조의 감소를 결정한다. Focus set by the photoresist film located on the focal plane of the imaging system determines the reduction in the modulation of the image (in-focus image) in focus. 초점의 국부적인 변동은 기판 막 두께 및 토포그라피에서의 변동에 의해 야기될 수 있다. A localized variation in the focus can be caused by variations in the substrate thickness and topography.

이하에서 더 기술하는 바와 같이, MSC(185)의 사용은 선량 및 초점을 모니터링하기 위해 특별 설계된 계측 타겟과 관련하여 사용될 수 있다. As further described below, the use of the MSC (185) may be used in conjunction with specially designed measurement target to monitor the dose and focus. 반도체 제조에서 웨이퍼의 리쏘그라피 패터닝은 여러가지 패턴 피처가 공통 프로세스 윈도우 내에 있도록 보장하기 위해 리쏘그라피 프로세스를 제어하는 것에 달려 있다. Lithography patterning of the wafer in the semiconductor manufacturing depends on controlling the lithography process to ensure that the number of pattern features in a common process window. 이 프로세스 윈도우는 모든 패턴 허용 오차가 만족되어야만 하는 파라미터 공간이다. The process window is a parameter space that must be satisfied that all the pattern tolerance. 따라서, 리쏘그라피 프로세싱의 2가지 기본적인 파라미터, 구체적으로는 선량 및 초점(또는 탈초점)의 정확한 측정 및 제어가 요구된다. Thus, the two basic parameters of the lithography process, specifically, the accurate measurement and control of the dose and focus (or de-focus) are required. 선량은 이미지의 평균 에너지를 지정하며, 탈초점은 이미지 열화를 야기하는 최저 차수 수차(lowest order aberration)이다. Dose is specifies the average energy of the image, de-focus is the lowest-order aberration (lowest order aberration) to cause image deterioration. 리쏘그라피 제어는 선량 및 탈초점에 대한 측정가능한 패턴 속성의 미리 정해진 응답에 기초해야만 한다. Lithography control should be based on the measurable response of the predetermined pattern property for a dose and de-focus. 제조 프로세스 동안 선량 및 초점을 인라인 방식으로 제어하는 것이 바람직하다. It is controlled in-line radiation dose and focus during the production process is preferred.

선량 및 탈초점에 대한 패턴의 응답의 특성을 나타내는 한가지 방법은 FEM(focus exposure matrix)의 사용을 통해서이다. One way of showing the characteristics of the pattern in response to de-focus and dose is through the use of the FEM (focus exposure matrix). 테스트 패턴의 그리드 또는 매트릭스가 형성되며, 여기서 그리드 요소는 일정 범위의 초점 및 선량 설정을 통해 프로세싱되고 각각의 그리드 요소 내에서의 패턴 속성은 리쏘그라피 프로세스의 특성을 나타내기 위해 측정된다. A grid or matrix of the test pattern is formed, wherein the grid element is the pattern property in the processing and each of the grid elements from the focus and dose settings of the predetermined range is measured to characterize the lithography process.

패턴 속성의 측정은 일반적으로 패터닝된 웨이퍼(예를 들어, FEM 웨이퍼)의 이미지를 형성하기 위해 주사 전자 현미경(SEM) 또는 광학 도구를 사용하여 수행된다. Measurement of the pattern attributes are generally patterned into the wafer is performed using a scanning electron microscope (SEM) or an optical tool for forming an image of the (e.g., FEM wafers). 그렇지만, SEM 계측은 구현하는 데 비용이 많이 들고 동작이 비교적 느리며 또 자동화하기가 어렵다. However, SEM metrology is expensive to implement the operation is relatively slow, yet it is difficult to automate.

선량 및 초점을 획득하기 위해 현미경 검사를 사용하는 방법에 대해서는 Ausschnitt 등 (예를 들어, CP Ausschnitt, "인-라인 리쏘그라피 제어를 위해 선량과 탈초점을 구분(Distinguishing dose from defocus for in-line lithography control), "SPIE, Vol. 3677, pp. 140-147 (1999), Ausschnitt 등의 미국 특허 제5,965,309호, 및 Ausschnitt 등의 미국 특허 제5,976,740호)에 의해 기술되었다. For information on how to use microscopy to obtain a dose and focus Ausschnitt the like (for example, CP Ausschnitt, "in-line separating the lithography for controlling the dose and de-focus (Distinguishing dose from defocus for in-line lithography control), "SPIE, Vol. been described by 3677, pp. 140-147 (1999), U.S. Patent No. 5.97674 million), such as U.S. Patent No. 5,965,309, and such Ausschnitt Ausschnitt. Ausschnitt 등은 선량 및 초점의 특성을 나타내기 위해 듀얼-톤 계측 타겟(dual-tone metrology target)("슈니츨(schnitzl)"이라고 함)에 대해 개시하였다. Ausschnitt such dual to characterize the dose and focus were described for the measurement target tone (dual-tone metrology target) (referred to as "syuni Chlef (schnitzl)"). 리소그라피 패턴의 "톤"은 통상적으로 에칭될 웨이퍼의 기판의 표면 상에 층 또는 막으로 증착되는 레지스트 물질의 존재 여부에 의해 결정된다. "Tone" of the lithographic pattern is determined by the presence or absence of a conventional resist material is deposited as a layer or film on the surface of the wafer substrate to be etched. 패턴은 깨끗한 백그라운드 상의 레지스트 형상이거나 레지스트 물질의 백그라운드에 레지스트 형상(즉, 공간)의 부존재이다. Pattern is a shape of a resist or a resist shape (i.e., space) on the background of a resist material on a clean background absence. 상보적 톤 패턴은 리쏘그라피 프로세스 동안에 노광되는 영역을 상호 교환함으로써 형성될 수 있다. Complementary tone pattern can be formed by the interchange area to be exposed during a lithography process. 이러한 톤 패턴은 레지스트 물질 상에 생성될 형상 또는 공간에 대응하는 불투명 및 투명 영역을 갖는 마스크를 준비하고 이어서 마스크의 한쪽 측면 상에 방사원을 사용하여 마스크 형상 및 공간을 마스크의 반대쪽에 있는 레지스트 층 상으로 조사 및 투영함으로써 레지스트 물질에 생성될 수 있다. These tone pattern the resist layer to prepare a mask having opaque and transparent regions corresponding to the shape or the space to be created on the resist material and then the mask shape and the space by using a radiation source on one side of the mask to the other side of the mask by irradiation, and a projection to be generated in the resist material. Ausschnitt 등에 의해 개시된 듀얼-톤 계측 타겟은 현미경 검사 시스템을 사용하여 측정될 수 있는 선량 및 초점에 대한 차분 응답(예를 들어, 차분 바 이어스(differential bias) 및 라인 단축 효과(line shortening effect)를 이용함)을 갖는다. Dual disclosed by Ausschnitt - tone measurement target is, for the difference in response (for example, for the dose and a focus, which can be measured using a microscopy system utilizing a differential bias (differential bias) and the line shortening effect (line shortening effect) ) it has. 또 다른 이점은 동일한 현미경 검사 시스템이 선량 및 초점 뿐만 아니라 오버레이를 측정하는 데 사용될 수 있다는 것이다. Another advantage is that the same microscopic examination system can be used to measure the overlay as well as dose and focus. 그렇지만, 리쏘그라피 초점 편차에 대한 슈니츨계측(schnitzlometry)의 거의 대칭적인 감도는 초점 편차의 부호에 관하여 모호함을 야기한다. However, almost symmetrical sensitivity of the measurement syuni Chlef (schnitzlometry) for lithography focus deviation leads to ambiguity with respect to the sign of the focus deviation. 게다가, 이 "슈니츨계측" 방법은 요구되는 측정치를 획득하기 위해 슈미츨계측 및 오버레이 타겟의 정밀한 이미지가 포착되어야만 하는 고품질의 현미경 검사 및 포커싱 능력을 필요로 한다. In addition, the "syuni Chlef measurement" method requires high quality microscopy and focusing ability of precise image of the shoe micheul and overlay metrology targets in order to obtain measurements that require be captured. 정확한 초점이 맞는 이미지 포착은 측정에 걸리는 시간을 증가시키며 그 측정을 포토클러스터 및 에칭클러스터 내에 존재할 수 있는 프로세스 및 환경 변동에 취약하게 만든다. Image capture precise focus fit makes it increases the time it takes to measure the vulnerable process and environmental variations that may exist in the measurement picture Clusters and cluster etching.

종래의 오버레이 계측은 또한 현미경 검사에 의존하며 유사한 렌즈 품질, 포커싱 및 프로세스 변동 문제에 취약하다. Conventional overlay measuring is also dependent on microscopic examination, and it is susceptible to similar quality lens, focusing and process variation problem. 상세하게는, 현미경 검사의 사용은 도구 캘리브레이션 및 광학적 정렬 변동으로 인한 에러인 TIS(tool-induced shift, 도구-유발 천이) 및 아래에 있는 층들 및 오버레이 타겟 자체 양쪽에서의 프로세스 불균일로 인한 에러인 WIS(wafer-induced shift, 웨이퍼 유발 천이) 등의 에러 소스를 유입시킨다. Specifically, the use of microscopy is tool calibration and optical alignment of fluctuation error caused by the TIS (tool-induced shift, tool-induced transition) of an error due to process non-uniformity in both, and the layers in the lower and the overlay target itself WIS thereby introducing a source of error, such as (wafer-induced shift, the wafer causing transition).

따라서, 단일 층 상에서도 또한 이전의 패턴 층에 대해서도 패턴 치수에는 민감하고 패턴이 형성되어 있는 막 또는 막들 및 아래에 있는 막 적층 및 기판의 특성에는 민감하지 않은 프로세스인, 리쏘그라피 및 에칭 프로세스의 패터닝을 측정 및 제어하는 저렴하고 신속하며 인라인 방식의 방법 및 시스템이 여전히 필요하다. Thus, a single layer even on addition process is, lithography and patterning of an etching process that does not include sensitive film properties of the laminate and the substrate in, the sensitive film or films and under which is formed a pattern about the pattern dimensions before the pattern layer cheap and fast to measure and control, and still is a need for a method and system for in-line manner.

종래 기술의 문제점 및 단점을 염두에 두면, 따라서 본 발명의 목적은 인-라인 측정 및 제어 도구, 테스트 패턴 및 리쏘그라피 및 에칭 프로세스 조건은 물론 오버레이 에러를 결정하는 평가 방법을 포함하는 통합된 계측 시스템을 제공하는 데 있으며, 그에 의해 하나의 패턴 그룹이 노광, 초점 및 에칭 문제점 간을 구별할 수 있고 제2 패턴 그룹이 반도체 패턴 프로세싱에서의 2차원 오버레이 에러를 측정할 수 있으며, 양쪽 그룹의 측정이 동시적일 수 있다. The integrated measuring system which includes an evaluation method of determining, as well as overlay error line measurement and control tool, a test pattern, and lithography and etching process conditions conventional leaving the problems and disadvantages of techniques in mind, therefore, an object is of the present invention to, and it can be distinguished from a pattern group of the exposure, focus, and etching problems liver thereby, and a second pattern group can measure a two-dimensional overlay errors in the semiconductor pattern processing provides, the measurement of both groups It has proven to be simultaneous.

본 발명의 다른 목적은 이용하기 용이하고 저렴한, 초점 및 노광 등의 리쏘그라피 파라미터, 및 속도 및 등방성 등의 에칭 파라미터를 평가하는 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the invention is to provide a method for cheap and easy to use, evaluating the parameters lithography, and etching parameters, such as speed and isotropic, such as focus and exposure.

본 발명의 또 다른 목적은 임계 치수, 프로파일 속성(예를 들어, 측벽 각도, 두께 손실), 노광 및 초점 조건, 오버레이 에러 및 막 두께 특성을 결정할 수 있는 단일의 장치를 제공하는 데 있다. It is another object of this invention to provide a single device capable of determining a critical dimension, profile attributes (e.g., sidewall angles, thickness loss), exposure and focus conditions, overlay error and thickness characteristics.

본 발명의 또 다른 목적은 최적 패터닝 성능을 유지하기 위해 리쏘그라피 및 에칭 프로세스 파라미터에 대한 정정을 결정하는 수단을 제공하는 데 있다. A further object of the present invention to provide a means for determining a correction for the lithography and etch process parameters to maintain optimum performance pattern.

본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 부분적으로는 자명하고 또 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. Further objects and advantages of the invention will in part apparent and in another part, will be apparent from the following description.

당업자에게는 명백하게 될 상기한 목적 및 이점과 기타의 목적 및 이점은 제1 측면에서 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법에 관한 것인 본 발명에서 달성되며, 이 방법은, 1차 방향에서 주기 P의 1차 피치를 갖는 피처들의 어레이를 포함하는 공칭 패턴을 제공하는 단계를 포함하고, 공칭 패턴은 1차 방향(예를 들어, x-방향)을 따라 주기 P로 반복되는 공칭 특성 치수(nominal characteristic dimension)에 의해 특징지워지며, 공칭 특성 치수는 1차 방향에 직교인 방향(예를 들어, y-방향)을 따라 미리 정해진 변동을 갖는다. The objects and advantages of the above and other objects and advantages and other which will become apparent to those skilled in the art is achieved by the present invention which relates to a method for measuring a dimension on a substrate in a first aspect, the method, period of the P 1 in the first direction comprising the step of providing a nominal pattern comprising an array of features having a pitch difference and the nominal pattern is the primary direction (e.g., x- direction) nominal characteristics repetition period P according to the dimensions (nominal characteristic dimension) characterized erased by the nominal characteristic dimension has a predetermined variation along a direction perpendicular to the first direction (e.g., y- direction). 이 공칭 패턴은 공칭 패턴에 대응하는 타겟 패턴을 기판 상에 형성하는 데 사용되며, 따라서 타겟 패턴은 공칭 특성 치수에 대응하는 기판 특성 치수(substrate characteristic dimension)를 갖는다. The nominal patterns are used to form a target pattern corresponding to a nominal pattern on the substrate, and thus the target pattern has a substrate characteristic dimension (substrate characteristic dimension) corresponding to the nominal characteristic dimension. 패턴의 특성 치수가 반드시 측정될 대상이 되는 치수일 필요는 없다. It does not have to be dimensioned characteristic dimension of the pattern to be subjected to be be measured. 이어서, 기판 상에 형성된 타겟 패턴은 회절 차수(diffracted order)를 생성하기 위해 적어도 하나의 파장으로 특징지워지는 방사로 조사(illuminate)된다. Then, the target pattern formed on the substrate is irradiated (illuminate) to erase the radiation characteristic of at least one wavelength to produce a diffraction order (diffracted order). 공칭 특성 치수에 대한 기판 특성 치수의 편차에 응답하여 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 상기 직교 방향을 따라 검출된 변동과 대상이 되는 치수(즉, 측정될 치수) 간의 관계가 제공된다. The relationship between the nominal characteristic dimension substrate characteristic dimension that is perpendicular to the object and the detected change in the direction of the diffraction order in response to a deviation of one or more non-zero dimensions of about (i.e., the dimension to be measured) is provided. 직교 방향(예를 들어, y-방향)을 따라 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 대응하는 변동이 검출되고, 이어서 상기 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 검출된 변동에 기초하여, 상기 관계에 따라 대상이 되는 치수가 결정된다. Orthogonal directions (e.g., y- direction) the variation corresponding to a diffraction order other than zero and at least one detection result, and then based on the detected variation of the diffraction orders other than the one or more zero, the category according to the relationship the dimensions are determined. 다중-파장 또는 광대역 조사가 사용되는 경우에, 타겟 치수 및 프로파일 특성의 변화에 대한 회절 세기의 스펙트럼 응답을 결정하기 위해 평행 방향(예를 들어, x-방향)에서의 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 변동이 검출된다. Multiple-In the case where the wavelength or a broadband irradiation used, the target dimensions, and the direction parallel to determine the spectral response of the diffraction intensity for a change in the characteristic profile of the non-zero in at least one (e.g., x- direction) of the diffraction order this variation is detected.

양호하게는, 제1 영이 아닌 회절 차수의 세기의 변동이 수집되지만, 본 발명은 임의의 또는 다수의 검출가능한 영이 아닌 회절 차수가 사용될 수 있음을 생각한다. Preferably, the first zero but the intensity variation of the diffraction order is not collected, the invention is thought that this is a non-zero diffraction orders as possible any or a number of detection can be used. 다중-파장 또는 광대역 조사를 사용하여, 본 방법은 선량 및 탈초점 뿐만 아니라 패턴 프로파일 특성의 측정 및 제어를 가능하게 해준다. Multi-using a broadband wavelength or irradiation, the method makes it possible not only dose and de-focus the measurement and control of the pattern profile characteristic.

본 방법은 임계 치수(CD)의 측정에 적합할 수 있다. The method may be suitable for measuring critical dimension (CD). 본 발명에 따라 설계된 듀얼-톤 타겟 패턴의 사용을 통해, 본 방법은 선량 및 탈초점 등의 리쏘그라피 파라미터의 측정 및 제어를 가능하게 해준다. Dual designed according to this invention through the use of target tone pattern, the method allows for the measurement and control of lithography parameters, such as dose and de-focus.

본 방법은 또한 오버레이 측정에 적합할 수 있다. The method may also be suitable for overlay measurements. 오버레이 측정의 경우, 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 세기 및 위상의 변동이 사용된다. For measuring overlay, the intensity and the fluctuations of the phase of the diffraction orders other than at least one zero, it is used.

다른 측면에서, 본 발명은 계측 측정을 수행하는 장치에 관한 것으로서, 이 장치는, 타겟 패턴을 조사하는 방사 광원, 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 변동을 검출하는 검출기, 기판을 고정시키는 수단, 및 광원이 타겟 패턴을 조사하도록 또한 검출기가 타겟 패턴으로부터 회절된 상기 방사의 하나 이상의 영이 아닌 차수의 변동을 검출하도록 광원, 기판 및 검출기를 위치시키는 수단을 포함한다. In another aspect, the present invention relates to an apparatus for performing a measurement for measurement, the apparatus includes a radiation source for irradiating the target pattern, means for fixing the detector, the substrate for detecting the diffracted order changes, not more than one zero, and the light source to irradiate the target pattern also comprises a detector means for the position of the light source, substrate and detector to detect a variation in the order of non-zero one or more of the diffracted radiation from said target pattern.

본 발명의 장치는 타겟 패턴으로부터 회절된 방사의 0차를 검출하는 제2 검출기, 제2 검출기가 0차를 검출하도록 제2 검출기를 광원 및 기판에 대해 위치시키는 수단, 및 검출된 0차에 기초하여 대상이 되는 제2 치수를 판정하는 수단을 더 포함하도록 구성될 수 있다. Apparatus of the present invention includes a second detector, a second detector on the basis of the means, and the detected zero-order positioning for the second detector to the light source and the substrate to detect the zero order for detecting the zeroth order of diffracted radiation from the target pattern and it may be configured to further include a means for determining a second dimension that is subject. 예를 들어, 기판의 미패터닝된 영역 또는 타겟의 미패터닝된 영역으로부터 반사된 0차를 검출함으로써 막 두께가 결정될 수 있다. For example, it may have a thickness determined by detecting the zero-order reflected from the non-patterned area of ​​the non-patterned area of ​​the substrate or target.

또 다른 측면에서, 본 발명은 예를 들어, 집적 회로의 반도체 제조 동안에 인-라인 동작(예를 들어, 생산 트랙 또는 에칭 도구 상에서)을 위해 구성되어 있는 차분 계측을 위한 장치에 관한 것이다. In another aspect, the invention For example, while the semiconductor integrated circuit manufacturing in-line operation (for example, on a production track or etch tools), to an apparatus for difference measurement, which is configured for. 본 장치는 하나 이상의 영이 아닌 회절 차수의 변동에 기초하여 프로세스 조건들(예를 들어, 선량 및 탈초점 또는 에칭 속도 및 등방성)에서의 공칭 프로세스 조건들로부터의 편차를 결정하는 수단, 및 프로세스 조건들에서의 결정된 편차에 응답하여 후속하는 프로세스 조건들에서의 조정을 제공하는 수단을 포함한다. This device has means for determining the deviation from nominal process conditions in the process condition on the basis of the diffraction orders changes non-zero one or more (e.g., dose and de-focus or the etching rate and the isotropic), and the process conditions in response to the determined variation in the means for providing an adjustment in the subsequent process conditions.

도 1은 리쏘그라피, 에칭 및 여러가지 계측 도구로 이루어진 반도체 패터닝 시스템의 일반적인 구성요소를 나타낸 도면. Figure 1 is a view of the general components of a semiconductor patterning system consisting of lithography, etching and various measuring tools.

도 2는 광파 산란 계측(SCM) 도구의 사용의 결과 증가된 복잡도를 갖는 반도체 패터닝 시스템을 나타낸 도면. Figure 2 is a view of a patterned semiconductor system with a result of the increased complexity of the use of a conventional scattering measurement (SCM) tools.

도 3은 본 발명의 통합된 계측(integrated metrology, IM) 장치의 사용의 결과 얻어지는 반도체 패터닝 시스템을 나타낸 도면. Figure 3 is a diagram showing a semiconductor patterning system obtained result of the use of an integrated measurement (integrated metrology, IM) apparatus according to the present invention;

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는 각각 본 발명의 장치의 실시예의 정사 측면도를 나타낸 도면. (A) and (b) of Fig. 4 in Fig. 4 is a view of the embodiment of ortho side view of each device of the present invention.

도 4c는 도 4의 (a)의 장치도를 보다 상세히 나타낸 도면. Figure 4c is a view showing in more detail the device of Fig. (A) of FIG.

도 4d는 도 4의 (b)의 장치도를 보다 상세히 나타낸 도면. Figure 4d is a view in detail showing the device of FIG. (B) of FIG.

도 5의 (a)는 격자 타겟(grating target)의 2차원 반사율을 개략적으로 나타낸 도면. Figure 5 (a) is a view schematically showing a two-dimensional reflectance of the target grid (grating target).

도 5의 (b)는 그 결과 얻어지는 1차 세기를 도 5의 (a)의 격자 요소의 폭의 함수로서 나타낸 도면. Of Figure 5 (b) is a diagram showing, as a function of the width of the lattice element of the resulting 1 (a) of the next century Fig.

도 6은 테이퍼형 격자 요소로 이루어진 격자 타겟을 위에서 내려다본 도면. Figure 6 is a view seen from above a target grid consisting of grid elements tapered.

도 7의 (a) 내지 도 7의 (f)는 도 4의 장치의 CCD 어레이 상의 테이퍼형 격 자 타겟의 1차 회절 세기의 이미지를 나타낸 것으로서, 도 7의 (a)는 이미지를 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 타겟 주기에 평행인 방향으로 합산된 세기를 나타낸 것이며, 도 7의 (c)는 단색 조사(monochromatic illumination)에 대한 타겟 주기에 수직인 방향으로 합산된 세기를 나타낸 것이고, 도 7의 (c) 내지 도 7의 (f)는 다중-파장 조사의 경우를 나타내는 대응하는 도면. (F) to (a) of as showing a primary image of the diffraction intensity of the tapered grid target on the CCD array device of Figure 4, Figure 7, Figure 7 (a) to FIG. 7 depicts the image, 7 (b) will showing the intensity summed in a direction parallel to the target cycle, (c) of Figure 7 depicts the the intensity summed in a direction perpendicular to the target cycle for the solid irradiation (monochromatic illumination), (f) in Fig. 7 (c), to 7, the multi-response diagram showing the case of the irradiation wavelength.

도 8은 격자 요소가 마주보는 테이퍼를 갖지만 공통 주기를 갖는 2개의 영역으로 분할된 격자 타겟을 나타낸 도면. Figure 8 is a view of the target grid divided into two areas having a common period gatjiman the tapered viewing the grid elements faces.

도 9의 (a)는 각 쌍의 영역에서의 마주보는 테이퍼를 갖는 격자 요소가 반대의 톤을 갖지만 공통의 주기를 갖는 4개의 영역으로 분할된 격자 타겟을 나타낸 도면. Of Figure 9 (a) is a view of the target grid is divided into four zones in which the lattice element having opposite tapered in the region of each pair has the opposite tone having a common period.

도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 각각 테이퍼 및 톤 반전의 상세를 나타낸 도면. Of Figure 9 (b) and FIG. 9 (c) is a view of the detail of the taper and tone reversal, respectively.

도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는 시뮬레이션 결과에 대응하는 물리적 타겟을 나타낸 것으로, 도 10의 (a)는 상면도이고, 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)는 기판 및 타겟의 단면도. (C) is intended only to show the physical target corresponding to the simulation results, (c) in Fig. 10 (a) is a top view, and, (b) in Fig. 10 and 10 in Fig. 10 (a) to Fig. 10 a sectional view of the substrate and target.

도 11의 (a) 내지 도 11의 (d)는 도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)의 타겟의 윤곽을 나타낸 공간 단부(space end) 및 형상 단부(shape end)의 시뮬레이션된 윤곽선(contour)을 나타낸 도면. (D) in Fig. 11 (a) to Fig. 11 is a simulated contour (a) to space the end showing the outline of the target in (c) of FIG. 10 (space end) and shaped end (shape end) of Fig. 10 a diagram showing a (contour).

도 12는 타겟 주기에 수직인 방향에서의 시뮬레이션된 파장-평균 세기 분포를 나타낸 도면. Figure 12 is a simulation of a wavelength in a direction perpendicular to the target cycle - a view of the average intensity distribution.

도 13의 (a) 및 도 13의 (b)는 도 9의 타겟의 시뮬레이션된 선량 및 초점 응 답을 나타낸 도면. (A) and 13 in (b) is a diagram showing the simulated dose and focus on the response of the target in Figure 9 of Fig.

도 14의 (a) 및 도 14의 (b)는 0차 및 1차 회절 효율(diffraction efficiency)의 시뮬레이션된 응답을 파장 및 산화물 두께의 함수로서 나타낸 도면. (A) and (b) of Fig. 14 in Fig. 14 is a diagram showing the simulated response of the zero-order and 1st-order diffraction efficiency (diffraction efficiency) as a function of wavelength, and oxide thickness.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 0차 및 1차 회절 효율의 시뮬레이션된 응답을 파장 및 노광 선량(exposure dose)의 함수로서 나타낸 도면. Figure 15 (a) and Figure 15 (b) is a diagram showing the simulated response of the zero-order and 1st-order diffraction efficiency as a function of the wavelength and the exposure dose (exposure dose).

도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 0차 및 1차 회절 효율의 시뮬레이션된 응답을 2개의 서로 다른 설계된 격자 요소 폭에서의 파장 및 초점의 함수로서 나타낸 도면. (A) and (b) of Fig. 16 in Fig. 16 is zero and the first figure as a function of wavelength and focus on the simulated response of the diffraction efficiency of two different designed grating element width.

도 17은 격자 요소가 서로 다른 폭을 갖지만 공통의 주기를 갖는 2개의 영역으로 분할된 격자 타겟을 나타낸 도면. 17 is a view that has the grating elements of different widths shown a target grid divided into two areas having a common period.

도 18은 2개의 격자 영역의 1차 회절 세기의 이미지를 나타낸 도면. Figure 18 is a view of the primary image of the diffraction intensity of the two grating regions.

도 19는 그의 평균 폭의 30%만큼 서로 다른 폭을 갖는 2개의 격자의 1차 회절 세기를 나타낸 도면. Figure 19 is a view of the primary diffraction intensity of the two gratings having different width by 30% of its average width.

도 20은 수학식 20a 및 20b에 대한 "+" 해로부터 계산된 폭이 공칭 폭과 동일함을 나타낸 도면. Figure 20 is a view showing that the calculated width from "+" to the sea Equation 20a and 20b equal to the nominal width.

도 21은 공칭값으로부터의 2개의 폭의 미소 편차(fractional deviation) β의 서로 다른 값에 대해 측정가능 콘트라스트의 제곱을 공칭 폭의 함수로서 나타낸 도면. 21 is a minute variation in the width of the two from the nominal value (fractional deviation) view showing the square of the measurable contrast for different values ​​of β as a function of the nominal width.

도 22의 (a) 및 도 22의 (b)는 공칭 폭의 전 범위에 걸쳐(도 22의 (a)) 및 최대 대상이 되는 범위에 걸쳐(도 22의 (b)) 측정가능 콘트라스트에 대한 폭의 감 도를 나타낸 도면. Of Figure 22 (a) and Figure 22 (b) is (in Fig. 22 (b)) (Fig. 22 (a)) over the entire range of the nominal width, and over a range up to the destination on the measurable contrast a view of the sensitivity of the width.

도 23은 4개의 영역으로 이루어진 듀얼-톤 라인폭 타겟(linewidth target)을 나타낸 도면으로서, 2개의 영역은 서로 다른 폭의 분리된 라인 형상(line shape)을 포함하고 2개의 영역은 서로 다른 폭의 분리된 라인 공간(line space)을 포함함. Figure 23 is a dual-formed into four regions-a diagram illustrating a tone line width of the target (linewidth target), the two regions includes each separate line-shaped (line shape) of different width, and two regions of different width comprising a separate line space (line space).

도 24는 선량 및 초점에 대한 도 23의 타겟의 시뮬레이션된 응답을 나타낸 도면. 24 is a diagram showing the simulated response of the target in FIG. 23 for a dose and focus.

도 25는 4개의 영역으로 이루어진 듀얼-톤 라인-길이 타겟(line-length target)을 나타낸 것으로서, 2개의 영역에서는 분리된 라인 형상이 서로 다른 길이의 주기적인 직교 라인 공간의 단부에 의해 정의되고 나머지 2개의 영역은 서로 다른 길이의 주기적인 직교 라인 형상의 단부에 의해 정의됨. 25 is a dual-formed into four regions-tone lines - as long showing the target (line-length target), as defined by the ends of the two regions in the periodic orthogonal discrete line-like different-length line space remaining two search areas are defined from one another by a periodic end of the line perpendicular to the image of a different length.

도 26은 선량 및 초점 둘다에 대한 응답을 개별적으로 향상시키는 타겟을 나타낸 것으로서, 선량 타겟(dose target)은 기판 상에서 선량 감도는 향상시키고 초점 감도를 억압하기 위해 마스크 상에서 서브분해능 지원 피처(sub-resolution assist feature)를 사용하고, 초점 타겟은 라인-단부 단축의 초점 감도를 향상시키기 위해 테이퍼형 라인 단부를 사용함. 26 is the dose, and as shown the target to individually improve the response to both focus, dose targets (dose target) supports the sub-resolution on the mask to the dose sensitivity is enhanced on the substrate and to suppress the focus sensitivity feature (sub-resolution using the assist feature), and the focus target line-use of the tapered line ends in order to improve the focus sensitivity of the end speed.

도 27은 도 26의 선량 및 초점 타겟에 대한 선량 및 초점 응답을 나타낸 도면. 27 is a view showing a focus and dose response for the dose and focus target of Fig.

도 28은 밀집된 접촉 홀(dense contact hole)로 이루어진 차분 격자 타겟 레이아웃(differential grating target layout)을 나타낸 도면. 28 is a differential target grid layout made compact in the contact holes (dense contact hole) a diagram showing a (differential grating layout target).

도 29는 격자 주기에 주식으로 배향된 밀집된 평행한 라인으로 이루어진 차 분 격자 타겟 레이아웃을 나타낸 도면. 29 is a view showing a car minutes grid layout target made of a dense parallel lines oriented in a stock in the grid cycle.

도 30은 서로 다른 주기에서의 도 17에 도시된 유형의 다수의 타겟으로 이루어진 타겟을 나타낸 도면. Figure 30 is another view showing the types of the multiple targets consisting of a target shown in Fig. 17 in the other period.

도 31은 도 30에 도시된 타겟에 대한 본 발명의 장치에서의 광선을 나타낸 도면. 31 is a view showing a beam in the apparatus of the invention for the target shown in Fig.

도 32는 각각 도 30 및 도 31의 타겟 및 장치에 대응하는 검출 세기 분포를 나타낸 도면. 32 is a diagram showing the detected intensity distribution corresponding to the target and the device of FIGS. 30 and 31, respectively.

도 33은 도 17의 타겟 레이아웃에 대한 0차 검출 세기를 나타낸 도면. 33 is a diagram showing the 0th order detected intensity of the target layout of Figure 17.

도 34는 포지티브 및 네거티브 1차 회절 둘다를 결상시키기 위한 장치 구성을 나타낸 도면. 34 is a block diagram of an apparatus for imaging a positive and negative first-order diffracted both.

도 35는 오버레이 계측에 적합한 2-레벨 격자 타겟의 2차원 반사율을 개략적으로 나타내고 또 그 결과 얻어지는 1차 세기의 상대 진폭 Figure 35 shows a two-dimensional reflectance of suitable two-level grid in the overlay metrology target schematically also obtained as a result of relative amplitude 1 of the next century 및 위상 And phase 의 여러가지 조건에 대한 격자 요소의 상대 위치에의 의존 관계를 나타낸 도면. A view showing the dependence of the relative positions of the grid elements on the various conditions.

도 36은 마주보고 경사진(oppositely tilted) 격자 요소로 이루어진 2-레벨 격자 타겟을 나타낸 도면. Figure 36 is facing inclined (tilted oppositely) diagram showing a two-level lattice grid made of a Target element.

도 37의 (a) 내지 도 37의 (d)는 본 발명의 장치의 검출기 어레이 상의 2-레벨 경사 격자 타겟의 포지티브 및 네거티브 1차 회절 세기의 대표적인 단색 이미지를 나타낸 도면. Of Figure 37 (a) to 37 (d) it is a view of an exemplary monochrome image of the positive and negative first-order diffracted intensity of a two-level grating tilt target on the detector array of the apparatus of the present invention.

도 38의 (a) 내지 도 38의 (d)는 본 발명의 장치의 검출기 어레이 상의 2-레 벨 경사 격자 타겟의 포지티브 및 네거티브 1차 회절 세기의 대표적인 다중-파장 이미지를 나타낸 도면. Figure 38 (a) to 38 (d) is representative of multiple positive and negative first-order diffracted intensity of a two-level grating tilt target on the detector array of the apparatus of the present invention - a view of the wave image.

도 39는 한 쌍의 마주보고 경사진 격자 타겟으로 이루어진 2-레벨 "모래 시계(hourglass)" 타겟을 나타낸 도면. 39 is a view showing a two-level "hourglass (hourglass)" target consisting of a sloping lattice target one pairs of facing.

도 40은 B 프로세스 레벨에 있는 격자 요소가 A 프로세스 레벨에 있는 격자 요소에 대해 서로 다른 위치를 갖는 3개의 영역으로 분할된 2-레벨 격자 타겟을 나타낸 도면. 40 is a drawing in which grid elements in the B-level process showing the three regions of the two-level grating as the target partition having a different location for the grid elements in the A-level process.

도 41의 (a) 및 도 41의 (b)는 도 40의 타겟에 대응하는 3개의 격자 영역의 포지티브 및 네거티브 1차 회절 세기의 이미지를 나타낸 도면. Fig of 41 (a) and Figure 41 (b) is a view of the three positive and negative primary diffraction intensity of an image of a region of the grid corresponding to the target of Fig.

도 42의 (a) 내지 도 42의 (c)는 (C) of FIG. 42 (a) to FIG. 42 일 때 2개의 레벨 간의 여러가지 상대 반사율 위상 조건 하에서 3개의 영역의 포지티브 및 네거티브 1차 회절 세기를 오버레이 에러의 함수로서 나타낸 도면. A view of the three regions of the positive and negative first-order diffraction intensity as a function of the overlay error under various relative reflection phase condition between the two levels when the.

도 43은 43 is 이고 ego 차수가 동일한 경우에 If the same order 의 변환을 결정하는 플로우차트. Of the flow chart to determine the conversion.

도 44는 44 is 인 경우에 포지티브 회절 차수 Positive diffraction order when the 의 변환을 결정하는 플로우차트. Of the flow chart to determine the conversion.

도 45는 Figure 45 인 경우에 네거티브 회절 차수 When the negative diffraction order 의 변환을 결정하는 플로우차트. Of the flow chart to determine the conversion.

도 46의 (a)는 허용된 동적 범위에 걸쳐 (A) of FIG. 46 is over the allowed dynamic range 임을 보여주기 위해 To show that And 의 모든 허용된 값에 대해 오버레이 에러의 임의의 입력 값 Any input to the overlay error for all allowed values ​​of 에 대한 계산된 오버레이 응답 Calculated response to the overlay 을 나타낸 도면. View showing the.

도 46의 (b)는 계산된 (B) of FIG. 46 is the calculated 의 측정가능 성분 The measurable component 의 변화에 대한 오버레이 에러 Overlay error for the changes in 의 감도를 나타낸 도면. A view of the sensitivity.

도 47의 (a) 및 도 47의 (b)는 공통의 광원 및 검출기를 사용하여 포지티브 및 네거티브 1차 회절 세기의 신속한 순차적인 측정을 가능하게 해주는 장치를 나타낸 도면. (A) and (b) of FIG. 47 FIG. 47 is a view of the device that allows to use a light source and a detector of common for the rapid sequential measurement of the positive and negative first-order diffracted intensity.

도 48은 x 및 y 배향된 CD, 2 쌍의 레벨 간의 x 및 y 오버레이 에러, 및 미패터닝된 영역에서의 막-두께를 측정하기 위한 결합된 CD, 오버레이 및 막-두께 타겟을 나타낸 도면. 48 is x and y between the x and y alignment of CD, two sets of overlay error level, and just at the un-patterned area - a diagram showing the thickness of the target - the CD, and the overlay film bonded to measure the thickness.

도 49의 (a) 내지 도 49의 (d)는 도 48에 도시된 타겟의 순차 검출된 포지티브 및 네거티브 1차 세기, 일정한 검출된 0차 세기, 및 패턴 인식 및 정렬을 위해 사용되는 타겟 이미지를 나타낸 도면. Figure 49 (a) to 49 (d) is a target image to be used for the sequential detected positive and negative first century, a certain detection of the zero-order intensity, and the pattern recognition and alignment of the target shown in Figure 48 diagram.
도 50의 (a) 내지 도 50의 (d)는 종래의 스펙트럼 분광 막 두께 측정 및 미패터닝된 막 적층에서의 두께 결정을 위해 사용되는 타겟 이미지를 나타낸 도면. Figure 50 (a) to 50 (d) is a view of the target image used for determination of the thickness in the conventional spectroscopic spectrum measured film thickness and the non-patterned film stack.

도 51은 중심 파장이 변화될 때 0차 및 영이 아닌 차수의 회절 에너지 둘다의 동시적인 검출가능성을 보장하기 위해 장치의 입사 빔 및 반사 빔 간에 유지되어야만 하는 기하학적 관계를 상세히 나타낸 도면. 51 is a zeroth order and a view of the geometric relationship that must be maintained between the incident beam and the reflected beam of the apparatus to ensure the possibility of simultaneous detection of both the diffracted energy in the order of non-zero detail, when the center wavelength is changed.

도 52는 본 발명의 타겟 설계 프로세스를 나타낸 플로우차트. 52 is a flow chart showing a target design process of the present invention.

도 53은 본 발명의 장치에서 가능한 측정의 측정 모드를 나타낸 플로우차트. 53 is a flow chart showing the measurement mode of the measurable by the device of the present invention.

도 54는 본 발명의 장치를 사용할 때 0차 측정 분석을 나타낸 플로우차트. 54 is a flow chart showing the zero-order measurement analysis when using the apparatus according to the present invention;

도 55의 (a) 및 도 55의 (b)는 본 발명의 측정 방법 및 장치에 기초하여 CD, 선량, 초점 및 오버레이 결정을 위한 본 발명의 데이터 분석을 나타낸 플로우차트. (A) and 55 (b) is a flowchart showing a data analysis of the present invention for the CD, dose, focus and overlay determined on the basis of the measuring method and apparatus of the invention of Figure 55.

임계 치수(CD), 오버레이 및 막-두께 계측 및 리쏘그라피 프로세스 제어를 위한 방법을 제공하는 본 발명에 대해 본 출원에 수반되는 첨부 도면을 참조하여 이제부터 보다 상세히 기술한다. Critical dimension (CD), overlay, and film-with reference to the accompanying drawings that accompany the present application for the present invention to provide a method for measuring the thickness and the lithography process control will now be described in more detail from. 유의할 점은 첨부 도면에서 유사한 참조 번호가 유사한 대응하는 요소를 기술하기 위해 사용된다는 것이다. Note that the it is used to describe the corresponding elements are similar, similar reference numerals in the accompanying drawings. 도면은 반드시 축적대로 도시되어 있지는 않다. Itjineun drawings are not necessarily shown to scale.

차분 CD Difference CD

도 3을 참조하면, 본 발명에 따르면, CD, 오버레이 및 막 두께의 순차적인 또는 동시적인 측정을 수행하는 데 사용될 수 있는 단일의 통합된 광학 계측(IM) 도구(200)에 대해 기술되어 있다. Referring to Figure 3, the present invention is described for the CD, overlay, and film optical metrology (IM) tool 200, a single integration that can be used to perform a sequential or simultaneous measurement of the thickness. 본 발명의 IM 도구(200)는 인라인 프로세싱 시스템(30) 내에 배치될 수 있으며, 여기서 IM 도구(200)는 SEM 도구(130), OLM 도구(120), FTM 도구(160) 또는 SCM 도구(180)(예를 들어, 도 1 또는 도 2 참조)를 필요없게 해준다. IM tool 200 of the present invention may be disposed in the in-line processing system 30, where IM tool 200 includes a SEM tool (130), OLM tool (120), FTM tool 160, or SCM tool (180 ) (e. g., it makes no need for the Fig. 1 or Fig. 2). IM 도구(200)는 리쏘그라피 프로세싱 도구 또는 에칭 프로세싱 도구 내에 통합되도록 구성될 수 있으며, 따라서 인라인 프로세싱 동안에 계측을 가능하게 해준다. IM tool 200 may be configured to be integrated into the lithography tool processing or etching processing tool, and therefore allows in-line processing during a measurement. IM 도구(200)에 의해 사용되는 신규의 차분 타겟 및 측정 방법은 각각의 측정 사이트에서의 현장 CD 및 오버레이 캘리브레이션을 제공한다. Difference target and measurement of the new used by the IM tool 200 provides an on-site calibration of the CD and overlay at each measurement site. 이하에서 보다 상세히 기술하게 될 적절한 계측 타겟과 관련하여 사용되는 IM 도구(200)는 비용 및 복잡도를 증가시키지 않고 신속하고 신뢰성있게 모든 웨이퍼 상의 더 많은 웨이퍼 사이트에서의 측정치를 획득할 수 있으며, 종래의 계측 방법과 비교하여 웨이퍼의 처리 용량을 유지 또는 증가시킨다. IM tool 200 used in conjunction with appropriate measurement target will be described in more detail below can be quickly and reliably without increasing the cost and complexity of obtaining further measurements in many wafer sites on all the wafers, the conventional compared with the method for measurement to thereby maintain or increase the processing capacity of the wafer. 예를 들어, 각각의 웨이퍼 상에서 적어도 50회 측정을 수행하지만 매시간 적어도 100개 웨이퍼의 웨이퍼 처리 용량을 유지하는 것이 바람직할 것이다. For example, it performs at least 50 measurements on each wafer, but it would be desirable to maintain the wafer processing capacity of at least 100 wafer hour. 이것은 웨이퍼당 50회 측정에 대략 0.5초의 MAM(move, align and measurement, 이동, 정렬 및 측정) 시간에 해당한다. This corresponds to approximately 0.5 seconds of MAM (move, align and measurement, transfer, alignment and measurement) to the measurement time of 50 per wafer. 현재의 MAM 시간은 웨이퍼 사이트 당 3 내지 5초의 범위에 있다. MAM current time is in the range 3 to 5 seconds per wafer sites. IM 도구(200)는 또한 FML 도구, SEM 도구, OLM 도구 또는 SCM 도구 대신에 오프-라인 시스템(35)에 배치될 수 있으며, 따라서 전체적인 비용 및 복잡도를 감소시킨다. Thus can be arranged in a line system 35, thus reducing the overall cost and complexity - IM tool 200 also FML tool, SEM tool, OLM tool or tools, instead of the SCM-off.

본 발명에 따르면, CD, 선량 및 탈초점, 및 오버레이의 광학적 측정을 수행하기 위한 방법, 장치 및 타겟 구조를 포함하는 통합된 계측(IM) 시스템에 대해 기술되어 있다. According to the invention, it has been described for the integrated metrology (IM) system, including a method, an apparatus and a target structure for performing optical measurements of a CD, and dose de-focus, and overlays. 동일 장치는 적절히 설계된 타겟 구조 및 방법으로 이들 측정 모두에 대해 사용될 수 있다. In the same apparatus it can be used for all of the measurement target in a properly designed structure and method. 본 발명의 IM 장치 및 시스템은 또한 반사 또는 산란된 에너지를 사용하는 종래의 방법(예를 들어, 종래의 반사 측정(reflectometry), 엘립소메트리(ellipsometry) 또는 광파 산란 계측(scatterometry))을 사용하여 막 두께 및 패턴 프로파일 등의 다른 측정치를 획득하도록 구성될 수 있다. And IM devices and systems of the present invention can also use the conventional methods of using the reflection or the scattering of energy (e. G., Conventional reflectometry (reflectometry), ellipsometry (ellipsometry) or wave scattering measurement (scatterometry)) film may be configured to obtain a different measure such as the thickness and pattern profile. 본 발명의 IM 시스템은 포토클러스터 내에서 또 에칭 클러스터 내에서 인라인 웨이퍼 프로세싱 동안에 또는 오프-라인 웨이퍼 프로세싱 동안에 사용하기에 적합하다. IM system of the present invention during in-line wafer processing within the cluster also etched in the picture cluster or the off-line and is suitable for use during wafer processing. 본 발명의 시스템이 웨이퍼 상의 설계된 타겟 계측 구조로부터 회절된 개별적인 차수를 검출하도록 구성되어 있기 때문에, 편의상 관련 타겟 구조를 포함한 본 발명의 계측 방법 및 시스템은 이후부터 "회절 분석(diffractometry)"이라고 부른다. Since the system of the present invention is configured to detect the individual order diffraction from the target measurement structure designed on the wafer, the measurement methods and systems of the present invention, including the convenience associated target structure is referred to as "diffraction analysis (diffractometry)" after. 꼭 축적 대로 도시되어 있는 것은 아닌 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법을 설명한다. It means that are drawn to scale with reference to the accompanying drawings, not to be described the method according to the invention.

본 발명에 따른 회절 분석 시스템(40)의 일 실시예가 도 4의 (a) 내지 도 4d에 개략적으로 도시되어 있다. An embodiment of the diffraction system 40 according to the present invention is schematically illustrated in Figure 4 (a) through FIG. 4d in. 양호하게는 일련의 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 등의 다중-파장 광원이거나 크세논 램프 등의 유한-대역 광원(finite-band source)인 조사 광원(410)이 제공되어 있으며, 이는 조사 광학계(413)(도시되지 않은 축소 대물렌즈(demagnifying objective) 및 콜리메이트 대물렌즈(collimating objective)를 포함할 수 있음)를 통해 웨이퍼(450) 상에 형성된 타겟(455)으로 투사된다. Preferably, a series of light emitting diodes (LED) or a multiple of the laser-Co., such as light source or a xenon lamp-band light source (finite-band source), and the illumination source 410 is provided, which the irradiation optical system 413 It is over (which may include a not-shown reduction objective lens (objective demagnifying) and the collimator objective lens (collimating objective)) formed on the wafer 450 is projected onto a target 455. 도 4의 (a)에서, 웨이퍼(450)는 x-방향 및 y-방향(y-방향은 도 4의 (a)의 평면으로 들어가고 그로부터 나오는 방향임)을 갖는 수평 평면 상에 위치하고 있으며, 웨이퍼의 평면에 직교인 방향이 수직 z-방향이다. In (a) of Figure 4, the wafer 450 is x- direction and y- direction (into the plane of the y- direction (a) of Figure 4 from which direction being shown) is located on a horizontal plane with the wafer It is the orthogonal direction to the plane is a vertical z- direction. 웨이퍼(450)는 기판(451) 및 예를 들어 포토레지스트(또는 레지스트) 물질을 포함하는 적어도 하나, 일반적으로 몇개의 층을 포함할 수 있는 막 적층(452)을 포함할 수 있다. Wafer 450 may include may include at least one, generally several layers in the film stack 452 which comprises a photoresist (or resist) material for the substrate 451 and Examples. 타겟(455)가 없는 경우의 웨이퍼(450)의 반사율 및/또는 회절 차수의 회절 효율을 최적화하도록 설정될 수 있는 편광기(414)는 선택적으로 제공된다. Target polarizer 414 in 455 may be configured to optimize reflectivity and / or the diffraction efficiency of the diffraction orders of the wafer 450 when there is no is optionally provided. 상세하게는, 횡자계(transverse magnetic, TM) 편광은 격자 타겟(455)으로부터의 1차 회절 효율을 향상시킨다. Specifically, the transverse system (transverse magnetic, TM) polarized light to improve the 1st-order diffraction efficiency of the grating from the target 455. 조사 에너지 범위가 웨이퍼(450)의 표면의 미패터닝된 영역(475)로부터 반사된 신호와 구별가능한 패터닝된 타겟(455)에서 반사된 신호에서의 충분한 콘트라스트를 보장하기에 충분한 적어도 하나의 파장 대역 Sufficient at least one wavelength band to ensure a sufficient contrast in the reflected signal from the surface of the non-signal and distinguishing a patterned target (455) as possible reflected from the patterned region 475 of the irradiation energy range of the wafer 450 폭에 걸쳐 있도록 1차 조사 파장 Primary irradiation wavelengths to span the width 을 중심으로 한 대역폭을 조정하는 컬러 필터(412)는 선택적으로 제공된다. A color filter (412) for adjusting a bandwidth centered is optionally provided with a. 레지스트에 형성된 타겟의 경우, 레지스트가 부가의 수정을 받지 않도록 조사 대역폭 For a target formed of a resist, irradiation bandwidth so that the resist is not an additional modification of the 은 화학선 에너지의 범위 밖에 있어야만 한다. Is there must outside the scope of the actinic energy. 조사 에너지는 양호하게는 순전히 단색이 아닌데, 그 이유는 단색 조사는 막 적층(452) 내의 주어진 두께의 층에서의 내부 반사에 의해 소멸될 수 있기 때문이다. The irradiation energy is preferably's not purely monochromatic, because the solid investigation is that it can be destroyed by an internal reflection on the thickness of a given layer in the film stack 452. 따라서, 필터(412)는 Accordingly, the filter 412 is 의 대역폭 내의 파장을 갖는 적어도 하나의 에너지 대역을 제공하며, 여기서 And of providing at least one energy band having a wavelength in the bandwidth, wherein 는 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이 1차 피치 P를 갖는 타겟(455)의 영이 아닌 회절 차수가 집광 광학계 또는 대물 렌즈(430)에 의해 집광되도록 선택된다. Is selected, the non-zero diffraction order of the target (455) having a first pitch P as will be described in more detail below so that condensed by the condenser optical system or the objective lens 430. 도 4의 (a)에 도시된 xz 평면에서, 집광 광학계(430)는 파장 분산된 영이 아닌 회절 차수를 직교 입사각으로 검출기 어레이(460) 상으로 투사한다. In the xz plane shown in Fig. 4 (a), the light converging optical system 430 is projected onto the detector array 460 in an orthogonal angle of incidence the diffraction orders other than the zero dispersion wavelength. 도 4의 (b)에 도시된 yz 평면에서, 집광 광학계(430)는 타겟(455)의 y-차원을 검출기 어레이(460) 상에 결상시킨다. In the yz plane shown in Figure 4 (b), the light converging optical system 430 causes the image-forming y- dimensions of the target 455 on the detector array 460. 검출기의 평면은 좌표 (x, y)로 기술된 기판의 평면과 구별하기 위해 좌표 (x', y')로 기술되어 있다. The detector plane is described by the coordinates (x ', y') to distinguish them from the plane of the substrate, described by the coordinates (x, y). 이미지 프로세서(490)는 검출기 어레이(460)에 의해 검출된 신호(들)를 분석하고 대상이 되는 치수를 구하기 위해 제공될 수 있다. The image processor 490 may analyze the signal (s) detected by the detector array 460 to provide to find the dimensions to be subjected. 이미지 프로세서(490)에서 사용되는 분석 방법은 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이 측정될 치수에 의존한다. Analysis methods used by the image processor 490 is dependent on the dimension to be measured, as described in more detail below.

본 발명의 회절 분석 타겟(455)을 결상시키도록 구성된 도 4의 (a) 내지 도 4d에 도시된 본 발명의 회절 분석 장치(40)의 예에서, x 방향을 따라 배향된 반복하는 요소(601)의 1차 주기 P(또는 등가적으로 피치 P)는 In the example of the diffraction device 40 of the present invention shown in Figure 4 (a) through FIG. 4d of being configured to form an image diffraction analysis target 455 of the present invention, elements that repeated aligned along the x direction (601 ) pitch P) 1 cycle difference with P (or, equivalently, of the 가 되도록 선택된 다. It is selected such that. 예를 들어, 각각의 서브영역(600)이 x-방향을 따라 주기 P로 반복되고 y-방향을 따라 치수 H를 갖는 요소들(601)로 이루어져 있는 하나 이상의 서브영역(600)으로 이루어진 본 발명에 따른 타겟(455)를 생각해보자. For example, the invention of one or more sub-region 600 that consists of the respective sub-area 600 is repeated with a period P along the x- direction, the elements having a dimension H along the y- direction 601 I think the target (455), according to let. 이러한 타겟은 CD를 측정하는 데 적합하다. This target is suitable for measuring the CD. 회절 분석 장치(40)를 배열 및 구성하는 유사한 원리들이 또한 본 발명에 따른 오버레이 타겟을 결상시키는 데 적용된다. A similar principle to arrange and configure the diffraction device 40 are also applied to an overlay target for imaging according to the present invention. 양호한 실시예에서, 장치(40)는 조사가 x-방향을 따라 향해가고(즉, 1차 주기 P의 방향) 검출기(460)가 위치하고 있는 z-축에 대해 수학식 1의 각도로 타겟(455)에 입사하도록 구성된다. In a preferred embodiment, the device 40 is irradiated is heading along the x- direction (i.e., the primary direction of the period P) detector 460, a target at an angle of equation (1) for the z- axis is located (455 ) it is adapted to the incident.

유의할 점은 조사 각도 Note that the irradiation angle 가 0°내지 90°의 실제 값을 가질 수 있도록 조건 Conditions so that to have a real value of 0 ° to 90 ° 이 만족되어야만 한다는 것이다. It is that they must be satisfied. 0차 광선(440)은 z-축에 대해 The zero order beam 440 is about the z- axis 각도로 반사되고, n차 회절 광선(441)은 z-방향과 거의 평행이다. Is reflected at the angle, n-th order diffracted light 441 is substantially parallel to the z- direction.

수학식 1의 조건이 충족되는 경우, n차 회절 광선(441)은 x-방향에서 z-축을 중심으로 거의 대칭인 각도 분포에 걸쳐 회절되며, 수학식 2에 의해 규제된다. If the condition of equation (1) is satisfied, n-th order diffracted light 441 is diffracted across a substantially symmetrical angular distribution centered z- axis in the x- direction, is regulated by the expression (2).

결상 대물 렌즈(430)는 입사 및 반사 광선(440)을 방해하지 않고 n차 회절 광선(441)을 포획하고 n차 회절 광선의 이미지를 검출기 어레이(460) 상에 투사하도록 구성되어 있다. Focusing the objective lens 430 is configured to reflect incident and without interfering with the rays 440 take an n-th order diffracted light 441, and to project the image of the n-th order diffracted light on the detector array 460. 검출기 어레이(460)는 기술 분야에 공지된 전하 결합 소자 (CCD) 또는 다른 유사한 어레이일 수 있다. Detector array 460 may be a charge coupled device (CCD) array, or other similar well known in the art. 조사 에너지 대역폭 The irradiation energy bandwidth 및 타겟(455)의 1차 주기 P는 검출기 어레이(460)에서 1차 주기성의 방향으로(즉, x'-방향을 따라) 중첩이 없는 경우 n차 회절 광선(441)이 다른 차수 회절 광선과 구별될 수 있도록 선택된다. And to the primary direction of the periodicity in the first period P is the detector array 460 of the target 455 (i.e., along the direction x'-) If overlap is not n-th order diffracted light 441, the other order diffracted light and It is selected so that they can be distinguished. 예를 들어, P=1000nm인 경우, For example, if, P = 1000nm, 도로 입사하는 A road incident 범위의 광대역 조사는 Broadband scope of the investigation 도 범위에 있는 1차 회절 각도를 갖는다. Also it has a first order diffraction angle in the range.

집광 렌즈(430)는 타겟(455)의 y-차원을 배율 M으로 검출기 어레이(460) 상에 결상시키도록 설계되어 있다. A condenser lens 430 is designed so as to form an image on the detector array 460, the y- dimension of the target 455 by the magnification M. 따라서, 검출기(460) 상에서의 회절 에너지는 항상 타겟 서브영역(600) y-차원 H의 M 배인 y'-차원에 걸쳐 있다. Thus, the diffraction energy on the detector (460) is always over the M times y'- dimension of the target sub-region (600) y- dimension H. x-방향에서, 타겟(455)은 주기 P로 떨어져 있는 N개의 요소(601)로 이루어져 있다. In x- direction, the target 455 consists of N elements (601) spaced with a period of P. 평면파 단색 조사의 경우, 검출기 어레이(460)로 투사되는 영이 아닌 차수의 회절 에너지는 집광 렌즈(430)의 표면에서의 회절 빔의 발산(divergence)에 의해 결정된 x'-차원 For a plane wave monochromatic irradiation, diffraction energy of the non-zero order to be projected to the detector array 460 is determined by the divergence (divergence) of the beam diffracted on the surface of the condenser lens (430) x'- D 에 걸쳐 있다. The spans. 도 4c에 도시된 회절 빔의 주 간섭 무늬(principal fringe)의 각도 폭 The angular width of the main interference pattern (principal fringe) of the diffracted beam as shown in Figure 4c 은 수학식 3에 의해 주어진다. Is given by equation (3).

타겟(455)을 구성하는 요소들(601)의 주기 P 및 개수 N은 1차 회절이 다른 회절 차수와 구별될 수 있도록 조사 파장 Period P and a number N of the elements 601 constituting the target 455 is irradiated to the wavelength of the 1st-order diffraction to be distinguished from the other diffraction order 에서 충분한 각 분산(angular dispersion)을 제공해야만 한다. Sufficient should provide each distribution (angular dispersion) in. 예를 들어, x-방향을 따라 약 For example, approximately along the x- direction 의 피치 P로 있는 약 10개의 요소(601)는 약 ±2도의 충분히 작은 각 분산을 제공하게 된다. Of about 10 elements 601 in a pitch P of about ± 2 it will provide a sufficiently small angle dispersion degrees. 따라서, 타겟(455)의 양호한 실시예의 x-방향을 따른 전체 치수는 10㎛ 정도이다. Thus, the total dimension along the x- direction, the preferred embodiment of target 455 is 10㎛ degree. 도의 경우, 수학식 3은 If degrees, equation (3) 을 제공한다. It provides. 렌즈 표면에서, 빔 확산은 In the surface of the lens, the beam spread is 이며, 여기서 , Where 는 기판으로부터 집광 렌즈까지의 거리이다. Is a distance from the condenser lens from the substrate. 영이 아닌 회절 차수의 세기는 예를 들어 1차 세기 Strength of the non-zero diffraction order, for example, the first intensity 의 그래프(491)에 의해 나타낸 바와 같이, 검출기의 x'-차원을 따라 변할 수 있다. As shown by the graph 491, it may vary according to the dimension of the detector x'-. 검출기 어레이(460)에서의 회절 에너지의 범위는 도 4c에 나타낸 바와 같이, 조사의 대역폭에 의존하는 길이 Range of the diffraction energy in the detector array 460 has a length that depends on the bandwidth of the radiation, as shown in Figure 4c 를 갖게 된다. To be given. 따라서, 파장 Thus, the wavelength 의 단색 조사에 있어서 In monochromatic irradiation 의 경우, 검출기 어레이 상에서의 회절 에너지의 x'-방향 범위는 For, x'- direction range of the diffraction energy on the detector array 가 된다. It becomes. 범위에 있는 다중-파장 또는 광대역 조사의 경우, 전파 발산(propagation divergence)은 x-방향에서의 투사된 에너지를 더욱 확산시키기 위해 x-방향 파장 분산으로 나선형으로 된다. Multiple in the range - if a wavelength or a broadband irradiation, radio emission (propagation divergence) is spirally in x- direction, the wavelength dispersion in order to further spread the projected energy in the x- direction. 광대역 조사의 경우, 이 결과 x-방향으로 각도 For broadband survey, the resulting angle to the direction of x- 에 걸쳐 투사된 에너지의 연속 분포가 얻어진다. The continuous distribution of the projected energy throughout is obtained. 이상에서 살펴본 Discussed above 도의 경우에, x'-방향에서의 검출된 에너지의 총 확산은 If separate, the total spread of the detected energy in the direction x'- 이다. to be. 개별적인 다중-파장 조사의 경우, 이 결과 발산 각도에 대한 파장 각 분산에 따라 중첩하거나 하지 않을 수 있는 다중 빔이 얻어진다. Individual multi-wavelength for irradiation, the multiple beams which can be superimposed or not the wavelength dispersion for each of the two resulting divergence angle can be obtained.

전술한 투사 특성을 달성하기 위해, 집광 광학계(430)의 개구수(numerical aperture) In order to achieve the above-described projection characteristic, the NA of the condensing optical system (430) (numerical aperture) 는 기준 It is based on And 를 만족시켜야만 한다. A must satisfy. 첫번째 기준은 집광 광학계(430)가 x-방향에서 발산 각도 The first criterion is the angle of the light converging optical system 430 in the x- direction divergent 내의 회절 광선(441)을 포획하도록 보장한다. It ensures that trapped in the diffracted light 441. 두번째 기준은 집광 광학계(430)가 타겟(455)의 최소 y-차원 H를 해결하도록 보장한다. The second criterion is to ensure that the light converging optical system 430 so as to fix the minimum y- dimension H of the target 455. 본 발명의 CD 계측 타겟(455)은 적어도 하나의 설계된 공칭 폭 CD measurement target 455 of the present invention at least one of the designed nominal width 을 갖는 1차 주기(피치) P로 떨어져 있는 N개의 요소(601)의 하나 이상의 유한 격자 "서브패턴" 또는 서브영역(600)을 포함하도록 설계되어 있다. One or more of the finite lattice having a primary period (pitch) N elements 601 spaced by P "sub-pattern" and is designed to include the sub-region 600. 유한 격자 서브패턴(600)의 전체 치수는 일반적으로 전체 최소 서브패턴 높이 H 및 서브패턴 길이 L로 특징지워질 수 있는 직사각형 형상을 갖는다. Co. grid overall dimensions of the sub-pattern 600 has a generally overall minimum sub-pattern height H and the sub-pattern length of the rectangular shape which can be characterized by L. 검출 대물 렌즈(430)의 Detection of the objective lens 430, 는 입사 및 반사 광선(440)을 방해하지 않고 x-방향에서의 광대역 조사의 전체 각 분산 The incident and reflected light without interfering with the (440) over each of the wide dispersion of the irradiation direction in the x- 을 내포해야만 한다. A must inclusion. 이상에서 살펴본 Discussed above 도인 경우에서, In the Christian case, 이어야 한다. It should be. 와 타겟 크기 간에는 직접적인 트레이드오프가 있다. And there is a direct trade-off between the size of the target. And 에서, in, 이어야 한다. It should be. 초점의 깊이를 최대화하기 위해, 회절 광선이 도 4의 (a) 내지 도 4c에 도시한 바와 같이 기판에 거의 수직인 상태에서 허용된 In order to maximize the depth of focus, the diffracted light as shown in Fig. 4 (a) to 4c of the permitted in a substantially vertical state to a substrate 범위의 하단에서 동작하는 것이 바람직하다. It is preferred to operate at the lower end of the range. 일반적인 CCD 어레이는 약 Typical CCD array is approximately 의 물리적 픽셀(즉, 검출기 요소) 크기를 갖는다. Of physical pixels (that is, the detector element) sized. 의 경우, 결상 대물 렌즈(430) 배율 M은 검출기 어레이(460) 상에서 y'-방향으로 40 픽셀에 걸쳐 있도록 하기 위해 적어도 80이어야만 한 다. In the case of imaging the objective lens 430, the magnification M is at least one must be a 80 to allow over a period of 40 pixels in y'- direction on the detector array 460. 따라서, 앞서 기술한 광대역 경우에 있어서, 1차 회절 광선의 투사는 (x', y') 범위 Thus, in the case previously described broadband, one projection of the first order diffracted light is (x ', y') range 에 걸쳐 있다. The spans. 피치 pitch 만큼 분리되어 있는 2개 이상의 서브영역(600)이 있는 경우, 투사된 이미지(492)의 범위는 If there are two or more sub-regions 600 which are separated by the range of the projected image 492 만큼 증가된다. It is increased by. 예를 들어, y'-방향에서의 범위는 도 4d에 나타낸 바와 같이 2개의 서브영역(600)의 경우에 For example, in the case of two sub-regions 600 as shown in Figure 4d in the range of from y'- direction 이다. to be.

도 4의 (a)에 도시된 회절 분석 시스템(40)은 또한 0차, 즉 반사 광선(440)의 개별적인 검출을 가능하게 해준다. The diffraction analysis system 40 shown in Figure 4 (a) also allows the individual detection of the zero order, that is, reflected light 440. 0차 광선(440)이 파장 분산 광학 요소(435)를 통과하고 각 분산된 광선(445)(도 4의 (a)에 투과 격자(435)의 영이 아닌 회절 차수로서 도시됨)이 검출기(480)에서의 검출 이전에 집광 광학계(436)에 의해 집광되는 경우, 회절 분석 시스템(40)은 또한 막 두께를 측정하기 위한 종래의 분광 반사 측정 또는 엘립소메트리는 물론 내포된 The zero order beam 440 (shown as a diffraction order other than zero of the transmission grating 435 in Fig. 4 (a)) the wavelength dispersion optical elements pass through the 435 and each distributed rays 445, the detector (480 ) is also implied, of course conventional spectroscopic reflectometry or ellipsis Somero tree for measuring the film thickness detecting when the previously condensed by the condensing optical system 436, the diffraction system 40 in the 구조의 CD를 측정하기 위한 종래의 분광 산란 계측을 위해 사용될 수 있다. It can be used for conventional spectral scattering measurement to measure the CD of the structure. 집광 광학계(430)와 유사한 방식으로, 집광 광학계(436)는 y-방향을 따라 치수 H의 하나 이상의 서브영역(600)을 포함하는, y-방향으로 타겟 치수를 결상시키면서 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 x-방향으로 분산된 광선을 검출기(480) 상으로 수직 입사각으로 투사하도록 설계되어 있다. In a manner similar to the condensing optical system 430, condensing optical system 436 (a) of Figure 4, while imaging the target dimensions, y- direction comprising at least one sub area (600) of dimension H along the y- direction the dispersed beams x- direction as shown by the phase detector 480 to be designed to be projected in the vertical angle of incidence.

본 발명에 따르면, 타겟(455)의 설계는 결정될 특성, 예를 들어 CD(프로파일 속성을 포함함)인지 오버레이인지에 의존한다. According to the invention, the design of the target 455 is, for properties such determined depends on whether the overlay that the CD (including a profile attributes). 특정의 타겟 설계는 선량 및 초점 등의 프로세스 파라미터에 대한 측정된 CD 및 오버레이 속성의 응답을 향상시켜 여 러가지 패터닝 프로세스 단계 동안에, 즉 트랙 상의 프로세싱 동안에 실시간으로 이들 파라미터에 대한 피드백 및 피드포워드 정정을 용이하게 해줄 수 있다. Specific for the target design, i.e., the feedback and feed-forward correction of the real time those parameters during the processing on the track during the measuring W by improving the response of CD and overlay property multiple of the patterning process steps for the process parameters, such as dose and focus it can do easily. 막 두께의 측정은 0차 회절 차수(반사 광선)(440)를 포획함으로써 타겟 패턴이 없는 막 적층(452)에 대해 회절 분석 시스템(40)을 사용하여 수행될 수 있다. Measurement of the film thickness can be performed using the zero-order diffraction order (reflected light) by trapping the 440 diffraction analysis for the no target pattern film stack 452, system 40. 게다가, 이하에서 기술하는 바와 같이, CD, 오버레이 및 막 두께의 동시적인 결정을 가능하게 해주기 위해, 다수의 타겟이 기판의 조사된 영역 내에 그룹화될 수 있다. In addition, as described below, CD, now allows for the simultaneous determination of the overlay, and film thickness, a number of targets to be grouped within the irradiated area of ​​the substrate.

CD를 측정하기 위해, 타겟(455)은 본 발명에 따르면 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이 웨이퍼 상에서의 형성 동안에 리쏘그라피 선량 및 탈초점 및 에칭 속도 및 등방성 등의 프로세싱 조건에 대해 차분 응답을 갖도록 설계되어 있다. In order to measure the CD, the target 455 to have a lithography dose and de-focus and the etching rate and the difference response to the processing conditions, such as isotropic during forming on the wafer, as described in more detail below, according to the present invention designed It is. 본 발명의 CD 타겟에 대한 설계 원리는 도 5의 (a) 및 도 5bb)를 참조하면 보다 잘 이해될 수 있다. Design Principles for the CD target of the present invention can be better understood with reference to (a) and 5bb) of FIG.

이상적인 격자(50)이 도 5의 (a)에 도시되어 있으며, 여기서 격자는 라인폭 W를 갖는 주기적인 라인(51)의 어레이 및 간격 폭 S = P - W을 갖는 공간(53)을 가지며, 이 격자는 수평축 x의 방향에서 주기 P에 의해 특징지워진다.도 5의 (a)에서의 수직 축(57)은 상대 복소 반사율 진폭(relative complex reflectivity amplitude)을 나타낸다. Ideal lattice, and 50 are shown in Figure 5 (a), wherein the grating array and a space width S = P of the periodic line 51 having a line width W - has a space 53 having a W, the lattice is characterized by the period P in the direction of the horizontal axis x. a vertical axis (57) in (a) of Figure 5 shows the relative complex reflectance amplitude (relative complex amplitude reflectivity). 라인(51)(예를 들어, 레지스트 라인)의 반사율이 The reflectivity of the line 51 (e.g. a line) 이고 공간(53)에서의 노광된 기판의 반사율이 And the reflectance of the exposed substrate in the space 53 인 경우, 상대 반사율은 If a relative reflectance 이다. to be. 이 상대 반사율은 조사 파장 및 입사각의 함수이다. The relative reflectance is a function of the irradiation wavelength and incidence angle. 간단함을 위해, 우리는 2개의 반사율 영역 간의 전환이 급격한 것으로 가정하며, 이는 격 자 요소 상의 수직 측벽을 가정하는 것과 등가이다. For simplicity, we will assume that the transition between the two reflectance regions rapid, which is equivalent to assume a vertical side wall on the grid element. 비수직인 측벽의 존재는 The presence of a non-vertical side wall is and 간의 가변적인 반사율의 전환 영역을 추가함으로써 분석을 복잡하게 만들지만, 기본적으로 평균 W, 즉 격자 요소의 측벽의 높이에 걸쳐 평균된 CD의 결정에 관한 결과를 변경하지는 않는다. Only by adding the variable region of the transition between the reflectivity make complicate the analysis, it does not change the results of the default, the average W, that is, the CD determines the average over the height of the side walls of the grid element. 비수직인 측벽을 포함시킨 효과는 프로파일 속성은 물론 평균 W의 결정을 가능하게 해준다. Effect which includes non-vertical side wall has a profile property makes it of course possible to determine the average W. 진폭 amplitude (이도 역시 파장의 함수일 수 있음)에 의해 조사되는 길이(또는 높이) H(여기서, H는 y-축에 평행하게 배향됨)의 N개의 요소(예를 들어, 라인)로 이루어진 주기 P를 갖는 유한의 격자의 표면에 걸쳐 반사율 진폭 a(x,y)의 공간적 변동은 이하의 수학식 4에 의해 기술된다. Having a period of N elements (for example, a line of the search, where, H is oriented parallel to the y- axis), the length (or height) to be irradiated by the (Ido may also be a function of wavelength) H P over the surface of the grating of finite amplitude reflectivity spatial variation of a (x, y) it is described by equation 4 below.

에 대해 유효한 스칼라 회절 이론 근사에서, 각각의 파장에서의 차수 n의 원방계 진폭(far-field amplitude) Valid scalar order n far-fields of the amplitude of the diffraction theory of approximation, each wavelength for the (far-field amplitude) 은 수학식 4의 푸리에 변환에 의해 주어진다. Is given by the Fourier transform of the equation (4).

여기서, (u, v)는 Here, (u, v) is 로 정의되는 격자로부터의 거리 z에 있는 원방계 좌표이다. Circle at a distance z from the grating to be defined by the coordinates collateral. 인 경우, 회절 차수 세기 If, diffraction order intensity 는 이하의 식으 로 주어진다. It is given by the following cools.

수학식 6은 파장 Equation (6) is the wavelength 의존항 및 타겟 요소 폭 W 의존항으로 분리가능하다. And wherein the target-dependent element width can be divided into W dependent claims. 방향 direction 에서, 도 4의 (a) 내지 도 4d의 검출기(460)의 평면에서의 세기는 수학식 1에 따라 x'-방향에서 파장이 분산되고 y'-방향에서 배율 M으로 결상된다. In, FIG intensity in the plane of the 4 (a) to the detector 460 of Figure 4d is the wavelength dispersion direction in x'- according to equation (1) and is imaged with magnification M in y'- direction.

수학식 7의 파장 및 라인폭 의존적인 성분은 분리가능하다. Wavelength and linewidth-dependent component of the equation (7) is removable. 검출기의 (x', y') 평면에서, x'-방향 세기 분포 (X ', y') in the plane, x'- direction intensity distribution of the detector 는 W에 걸쳐 적분함으로써 구해진다. It is obtained by integrating over the W.

x'-방향에서의 세기의 분포는 상대 반사율 크기 Distribution of the intensity in the direction of the relative reflectance size x'- 의 직접적인 척도를 제공한다. A direct measure of the offer. 반면에, y'-방향 세기 분포 On the other hand, the intensity distribution direction y'- It is 에 걸쳐 적분함으로써 구해진다. It is obtained by integrating over.

y'-방향에서의 세기의 분포는 W의 함수이다. Distribution of the intensity in the direction y'- is a function of the W. 게다가, 특정의 차수로 회절되는 조사 에너지의 비율인 회절 효율 In addition, the ratio of the diffraction efficiency of the irradiation energy is diffracted in a specific order of 을 정의할 수 있다. The can be defined.

도 5의 (b)는 상대 반사율 5 (b) is a relative reflectance 인 것으로 가정한 경우에 수학식 11에 의해 주어진 바와 같이 각각 n = 0, 1 및 2 회절 차수의 회절 효율 In that, as given by equation (11) on the assumption, each n = 0, 1 and 2, the diffraction efficiency of the diffraction orders 의 그래프(56, 57, 58)를 정규화된 라인 폭 The graph (56, 57, 58), the normalized line width 의 함수로서 나타낸 것이다. It is shown as a function of. 그래프(56, 57, 58)은 정규화된 라인 폭 Graph (56, 57, 58) is a normalized line width 일 때(패터닝된 영역의 양이 전체 격자 영역의 50%일 때, 격자는 50% 듀티비 격자라고 말해짐), 1차 회절 차수(57)는 피크 세기에 있고, 2차 회절 차수(58)는 0에 있다. One time (becomes say when the amount of the patterned area is 50% of the total grating area, the grating of 50% duty ratio of the grid), the primary diffraction orders (57) is in the peak intensity, the second diffraction order 58 It is zero.

도 6은 본 발명에 따른 회절 분석 시스템(40)(도 4의 (a) 내지 도 4d 참조)에서 사용하기에 적합한, 즉 임계 치수(CD)를 측정하는 데 유용한 회절 분석 타겟 설계(60)의 일 실시예를 나타낸 것이다. Figure 6 is a diffraction system 40 suitable for use (Fig. 4 (a) to see Fig. 4d a), i.e., critical dimensions useful diffraction analysis target design (60) to measure the (CD) according to the invention It shows an embodiment. CD 타겟(60)은 타겟 주기성의 방향(즉, x-방향)에 거의 직교인(즉, y-방향을 따르는) 길이 H를 갖는 격자 요소(601)의 중심축(650) 간에 측정된 주기 P(여기서, 주기 P는 타겟 패턴의 1차 주기성의 방향인 x-축을 따라 측정됨)로 떨어져 있는 N개의 (쐐기 형상의) 요소(601)의 하나의 서브패턴 영역을 포함한다. CD target 60 is the period measured between the perpendicular (i.e., along the y- direction), the center axis 650 of the grid element (601) having a length H in the direction of the target periodicity (i.e., the x- direction) P comprises one of the sub-pattern region (wedge-shaped) of N detached (where P is the period measured along the direction of the x- axis, the first periodicity of the target pattern) element 601. 각각의 요소(601)의 설계된 폭 Width designed for each element 601 는 양호하게는 치수 H에 걸쳐 y-방향을 따라 선형적으로 변화한다. It is preferably linearly changes along the y- direction over a dimension H.

여기서, here, 는 y-축에 대한 요소의 테이퍼 각도이고, Is a taper angle of the element of the y- axis, 는 치수 H의 중점이며, 여기서 And the midpoint of the dimension H, wherein 이다. to be. 근방에서의 인쇄 선형성의 범위에 걸쳐, 인쇄된 폭 Over a range of linearity in the vicinity of the printing, the printing width 은 차례로 수학식 13에 의해 결정된다. It is determined by the equation (13) in turn.

여기서, here, 은 0차 회절 차수의 최대 또는 최소의 측정가능 위치이다. Is the maximum or minimum of the measured position of the zero order diffraction order.

도 6의 테이퍼형 격자 CD 타겟(60)에 대한 검출기 어레이(460)에서 검출된 1차 회절의 이미지는 도 7의 (a) 내지 도 7의 (f)에 도시되어 있다. Tapered grating CD target of the 1st-order diffraction is detected in the detector array 460 for the 60 images in Fig. 6 is shown in (a) of the through 7 (f) of Fig. 본 발명의 회절 분석 시스템(40)의 결상 렌즈(430)는 x, y 세기 변화를 해결하기 위해 필요한 범위에 있는 배율 M, 일반적으로 50-100을 갖는 것으로 가정된다. An imaging lens 430, the diffraction system 40 of the present invention is assumed to have the magnification M, typically 50 to 100 in a range required to correct the x, y intensity change. 도 7의 (a)는 단색 조사의 경우에 대한 검출기 어레이(460)의 평면도 상에 나타내어진 검출의 범위(710)에서의 이미지 세기 Of Figure 7 (a) is an image of the detector array 460, the detection range 710 of the indicated on the plan view of the case of the monochromatic irradiation intensity 를 나타낸 것이다. It illustrates a. 도 7의 (b)는 x'-방향에서 검출기를 따라 적분 또는 합산된 도 7의 (a)의 세기 Of Figure 7 (b) are the intensity of (a) of the integrated or summed 7 along the detector in the direction x'- 를 나타낸 것이다. It illustrates a. 도 7의 (c)는 광학계(430)의 발산 (C) of Figure 7 is of divergent optical system 430 (상기 수학식 3 참조)에 의해 결정되는 폭 Width is determined by (the see Equation 3) 에 걸쳐 있는, 단색 조사의 경우에 대해 y'-방향에서 검출기를 따라 적분 또는 합산된 도 7의 (a)의 세기 , Monochromatic irradiation (a) in some cases, a detector in the direction to the y'- of the integrated or summed over the intensity of which 7 (790)를 나타낸 것이다. It shows a 790. 범위에 있는 광대역 조사의 경우에, y'-방향을 따라 합산 또는 적분된 세기 In the case of broadband survey in the scope, intensity summed or integrated in accordance with the directions y'- (795)는 상기한 바와 같이(수학식 2 참조) 각 분산 795 is as described above (see Equation 2) each dispersed 에 의해 결정되는 길이 In length, which is determined by 에 걸쳐 있다. The spans. 도 7의 (d)는 검출기 어레이(460) 상에 공간적으로 분리되어 있는 1차 이미지를 갖는 각각 3개의 파장 (D) of Fig. 7, each three wavelengths having a primary image that is spatially separated on the detector array 460 에서의 다수의 개별적인 파장 조사의 경우에 검출 영역(710)에 있는 검출기 어레이(460)의 평면도 상에 나타내어진 이미지 세기 Eojin plurality of image intensity shown in the plan view of the detector array 460 in the detection area 710 in the case of individual wavelengths irradiated at (781, 782, 783)를 나타낸 것이다. It shows a (781, 782, 783). 도 7의 (e)는 x'-방향에서 검출 기를 따라 적분 또는 합산된 도 7의 (d)의 세기 (E) of Figure 7 is the intensity of (d) of the integrated or summed 7 along an orientation detected in x'- 를 나타낸 것이다. It illustrates a. 세기 분포(781, 782, 783)의 피크 또는 영값(null)의 위치는 파장의 함수로서 주어진 회절 차수에 대해 동일하지만, 세기의 크기는 다를 수 있다. Position of the peak or younggap (null) of the intensity distribution (781, 782, 783) are the same for a given diffraction order as a function of wavelength, but may be different from the size of the intensity. 도 7의 (f)는 y'-방향에서 검출기를 따라 적분 또는 합산된 도 7의 (d)에서의 다수의 개별적인 파장 조사의 경우에 대해 각각 세기 분포 In FIG. 7 (f) are respectively the intensity distribution for the case of a plurality of individual wavelength of irradiation in (d) of the integrated or summed 7 along the detector in the direction y'- (781, 782, 783)의 세기 Intensity of the (781, 782, 783) (791, 792, 793)를 나타낸 것이다. It shows a (791, 792, 793). 범위에 있는 광대역 조사에 대해 y'-방향을 따라 적분 또는 합산된 세기 Follow the directions for y'- wide range of surveys in the integrated or summed century (795)의 예도 역시 도 7의 (f)에 나타내어져 있다. Examples of (795), too, is shown in Figure 7 (f). 회절이 타겟의 패터닝된 영역 내에서만 일어나기 때문에, 검출된 세기 Since this diffraction takes place only within the patterned area of ​​the target, the detected intensity 는 MH인 이미지 높이 MH is the height of the image 와 이미지 길이 And image length 를 갖는, 대략 A, substantially having 검출 영역(710) 밖에서는 0이다. Detection area 710 is the outside is zero.

영이 아닌 회절 차수가 검출된 것에 따라, 조건 As a non-zero diffraction order is detected, the condition 은 검출된 세기에서의 피크(홀수 차수) 또는 영값(짝수 차수)에 대응하고, 그 결과 Corresponds to the peak (the odd-order) or younggap (even-order) from the detected intensity and, as a result 의 설계된 공칭 값으로부터의 변동은 고정된 Variation from the nominal value of the design is fixed 주변에 대해 피크 또는 영값 위치에서의 천이를 야기한다. Results in a shift in the peak position with respect to the peripheral or younggap. 1차 회절의 경우에, 각각의 타겟 요소(601)의 중심에서의 인쇄된 치수 1 in the case of a first order diffracted, the center of the printed dimension at each target element 601 의 측정된 값은 측정된 이미지 중심 The measured value of the measurement center of the image 에 대한 측정된 피크 위치 The peak position of the measured 에 의해 주어진다. It is given by the. 수학식 13에 In equation (13) 를 대입하면, Substituting, (즉, CD)가 구해질 수 있다. It can be obtained (i.e., CD).

측정된 피크 위치 The measured peak position 는 수학식 9로부터의 공지의 형태의 측정된 세기 Is the measured intensity of the known type from the equation (9) 를 사용하고 수학식 13으로부터의 Use, and from the equation (13) 에 대한 식을 대입함으로써 정확하게 결정될 수 있다. By substituting the expression for it can be accurately determined.

수학식 15에서의 파라미터들 모두는 All the parameters in Equation (15) is And 을 제외하고는 알고 있다. I know except. 따라서, 세기 최대 또는 최소의 위치 Thus, the intensity maximum or minimum location 는 자유 파라미터인 It is a free parameter And 만을 사용하여 측정된 세기 Measured by using only the intensity 에 대한 수학식 15의 최소 제곱 근사(least squares fit) 등의 임의의 적당한 곡선 근사 방법에 의해 결정될 수 있다. Least square approximation of the equation (15) for a can be determined by any suitable method, such as curve approximation (least squares fit). 및 이미지 중심 And the center of the image 을 결정하였으면, Once you determine, 의 중점에서의 타겟 요소(601)의 인쇄된 폭 On the printed width of the emphasis target element 601 in 이 수학식 14에 의해 결정된다. This is determined by the equation (14).

타겟 설계(80)의 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있으며, 이는 2개의 반대-테이퍼형 서브영역, 영역 1 및 영역 2를 사용하며, 그 각각은 각각 x-방향으로 주 기 P로 반복되는 요소(801, 802)를 포함하고 이들 요소는 도시된 모래 시계 형상의 격자 요소(800) 또는 원통 형상의 격자 요소(도시 생략)와 비슷하도록 배열될 수 있다. It is shown in Figure 8 another embodiment of a target design (80), which two counter-uses a tapered sub-region, region 1 and region 2, each element is repeated in the cycle P x- direction, respectively including (801, 802), and these elements may be arranged so that similar to the lattice elements (not shown) of the grid element 800 of the illustrated hourglass shape, or a cylindrical shape. 영역 1의 요소(801)는 피치 Element of the first region 801 is the pitch 만큼 영역 2의 요소(802)와 분리되어 있으며, 여기서 Which is separate from the element 802 as the second area, wherein And 는 각각 요소(801, 802)의 설계된 중심 위치이다. Is the center position of each design element (801, 802). 이것은 서로에 대해 2개의 피크 세기 위치의 측정을 가능하게 해주며, 그에 의해 측정 감도를 배가시켜준다. This assists to enable two measurements of the peak intensity position relative to each other, it allows to double the detection sensitivity thereby. 이는 프로세스 조건에 따라 불변인 공지의 피치 치수 This pitch dimension of known constants, depending on process conditions 가 타겟 설계 내에 포함되기 때문에 이미지 중심 Since the center of the image included in the target design And 의 위치가 측정될 필요가 없다는 추가의 이점을 갖는다. The position needs to be measured has the added advantage of not being. 2개의 1차 최대값 Two primary maximum value ( ( 이 수학식 15의 곡선 근사에 의해 구해질 수 있음을 상기할 것) 간의 거리의 측정은 수학식 16에 의해 이미지 중심에서의 타겟 요소 폭 The equation (15) measuring the distance between the curve will be the that can be obtained by approximation) of the width of the target element in the center of the image by equation (16) 의 결정을 가능하게 해준다. The decision makes it possible.

CD 또는 CD or 는 공지의 타겟 치수 It is a well-known target size , 결상 렌즈의 공지의 배율 M, 및 측정된 치수 G에 의해 결정된다. , Of known magnification of the imaging lens it is determined by M, and the measured dimension G.

도 6 및 도 8의 타겟 설계는 대상이 되는 CD가 P/2에 가까운 경우에 적용된다. A target design of Fig. 6 and 8 are to be subjected to a CD is applied to a case close to P / 2. 광학적 측정을 가능하게 해주는 데 필요한 조건 Conditions necessary for enabling optical measurement 의 경우, 이것은 측정가 능 CD에 대한 하한을 설정한다. For, this sets the lower limit for the performance cheukjeongga CD. 그렇지만, 본 발명의 다른 실시예에서, 타겟 요소의 경계는 서브요소의 어레이(즉, 회로 패턴의 최소 피치와 유사하거나 그보다 작은 미소 피치 However, in another embodiment of the present invention, the boundary of the target element is an array of sub-elements (i.e., a circuit similar to the minimum pitch or a small pitch than that of the minute pattern 로 어레이된 피처)에 의해 정해질 수 있다. It may be defined by the features in the array). 미소 구조의 목적은 2가지이다. The purpose of the micro-structure is twofold.

1) 인쇄 중인 회로 패턴과 타겟의 호환성을 보장한다. 1) ensures compatibility being printed circuit pattern with a target. 간격이 넓은 1차 피치 P는 측정을 위해 사용되는 파장에서의 검출가능한 영이 아닌 차수 회절 빔을 발생할 필요에 의해 제약되는 반면, 회로 패턴의 일반적인 피치는 상당히 더 작을 수 있다. While the primary pitch P is large gap is constrained by the need to generate an order diffracted beam is not detectable in the spirit of the wavelength used for the measurement, a typical pitch of the circuit patterns may be considerably smaller.

2) 프로세스 변동에 대한 적당한 타겟 감도(회로 패턴의 것보다 크거나 같음)를 보장한다. 2) ensures the appropriate target speed (circuit of greater than or equal to the pattern) for the process variable.

하나의 이러한 타겟 예(900)가 도 9의 (a)에 도시되어 있으며, 여기서 도 8에서의 요소(801, 802)와 유사한 타겟 요소(901, 902, 903, 904)는 1차 주기성 P와 평행하게 배향된 밀접하게 내포된 라인(tightly nested lines)에 의해 구획되어져 있으며, 미소 주기 One such target Example 900 is also shown in 9 (a), where the elements (801, 802) in Fig. 8 similar to the target element (901, 902, 903, 904) is the first periodicity P and parallel to and been defined by the tightly nested orientation line (tightly nested lines), minute period 및 대략 And about 의 폭을 갖는다. It has a width of. 예시적인 미소-피치 타겟(900)은 각각 x-방향을 따라 주기 P로 떨어져 있는 요소(901, 902)로 이루어져 있는 영역 1 및 영역 2로 표시된 서브패턴으로 구성되고, 여기서 y-방향을 따라 요소(901)와 요소(902)의 중점 간의 간격 Exemplary smile-pitch target 900 is composed of a sub-pattern as shown consists of region 1 and region 2 in the elements 901 and 902 apart in P cycle along the x- direction, respectively, wherein the element along the y- direction distance between the midpoint of the 901 and the element 902 가 도 8의 타겟(80)과 유사한 방식으로 결정된다. It is determined in a similar way to the target 80 of FIG. 영역 3 및 영역 4로 표시된 상보적인 톤 서브패턴은 각각 x-방향을 따라 주기 P로 떨어져 있는 요소(903, 904)로 이루어져 있으며, 여기서 영역 3과 영역 4 의 중점은 y-방향을 따라 미리 정해진 간격 Area 3, and the complementary tone sub-pattern shown in region 4 is made up of elements (903, 904), detached with a period P along the x- direction, respectively, where the midpoint of the region 3 and region 4 is defined in advance along the y- direction interval 만큼 y-방향을 따라 분리되어 있다. As it has been separated along the y- direction. 상보적 톤 서브영역 쌍 간의 간격 거리(911)는 타겟(900)의 설계에 중요하지 않지만, 검출된 신호의 적절한 분리를 가능하게 해줄 정도로 충분해야만 한다. Spacing distance between the complementary tone sub-region pair 911 must be sufficient that will enable not critical to the design of the target 900, the appropriate separation of the detected signal. 회절 분석기(diffractometer)에 의해 보는 바와 같이, 도 9의 (a)의 설계된 타겟(900)에 대응하는 인쇄된 타겟은 이제 3개의 서로 다른 반사율, 즉 1) 예를 들어 레지스트 라인의 존재로 나타내어져 있는 폭 As shown by the diffraction (diffractometer), the target print corresponding to the target 900 is designed in (a) of Figure 9 is now is shown in three different reflectance, that is, 1) for the presence of the resist line g. width 을 갖는 테이퍼형 요소(901, 902)의 반사율 Reflectivity of the tapered elements 901 and 902 having a , 2) 예를 들어 레지스트 내의 개구 또는 트렌치로 나타내어져 있는 폭 , 2), for example a width which is shown as openings or trenches in the resist 을 갖는 테이퍼형 상보적 톤 요소(903, 904)의 반사율 Reflectivity of the tapered complementary tone element (903, 904) having a , 및 3) 밀접하게 내포된 평행 라인(909) 및 공간(908)으로 채워진 주변 영역(905)의 유효 반사율 , And 3) closely nested effective reflection factor of the parallel lines 909, and a peripheral region (905) filled with a space (908) 로 이루어져 있다. It consists of a. 도 9의 (b)를 참조하면, 영역 1의 원으로 표시된 영역(906)의 확대도가 도시되어 있으며, 각각 영역 1 및 영역 2(남아 있는 패턴 물질의 영역)의 제1 및 제2 테이퍼형 형상(901, 902)이 1차 주기성 P의 방향(즉, 도 9의 (a)의 x-방향)을 따라 배향된 길이를 갖는 공칭 주기 The first and second tapered in Referring to Figure 9, (b), and an enlarged view of a region 906 indicated by the area 1 won also shown, each of region 1 and region 2 (region of the remaining pattern material in) shape (901, 902) a nominal cycle having a length oriented along the (x- direction in (a) of the other words, FIG. 9), the primary direction of periodicity P 의 밀접하게 내포된 평행 공간(908)(즉, 폭 Closely nested parallel to the space 908 (that is, the width , 양호하게는 약 , Preferably about 를 갖는 라인들의 형상에서 제거된 패터닝된 물질의 영역)의 단부에 의해 구획되어져 있음을 보여준다. A it has been shown that defined by the ends of the region of the patterned material) removed from the shape of the line. 도 9의 (b)에 예시된 영역(906)의 상세도에 나타낸 바와 같이, 타겟 형상 영역(901, 902)의 테이퍼는 주변의 공간 라인(908)의 단부의 위치를 연속적인 피치 As shown in the detailed view of the region 906 illustrated in Figure 9 (b), the target-like regions 901 and 902 of the taper is continuous pitch the position of the end of the line space 908 around the 에 걸쳐 고정된 증분 A fixed increment over 으로 천이시킴으로써 달성된다. By the transition is achieved. 영역 3의 원으로 표시된 영역(907)은 도 9의 (c)의 확대도에 나타내어져 있으며, 제1 및 제2 테이퍼형 공간 요소(903, 904)(제거된 패턴 물질의 영역)가 1차 주기성 P의 방향(즉, 도 9의 (a)의 x-방향)을 따라 배향된 길이를 갖는 공칭 주기 Area indicated by the area 3 source (907) is located is shown in an enlarged view of (c) of Figure 9, the first and second tapered area elements 903 and 904 (the region of the removed pattern material) Primary nominal cycle having a length oriented along the (x- direction in (a) that is, in Fig. 9) in the direction of periodicity P 의 밀접하게 내포된 평행 형상(909)(즉, 폭 A parallel shape closely nested of 909 (i.e., the width , 양호하게는 약 , Preferably about 를 갖는 라인들의 형상의 남아 있는 패터닝된 물질의 영역)의 단부에 의해 구획되어져 있음을 보여준다. A it has been shown that defined by the ends of the remaining region of the patterned material) in the shape of lines. 도 9의 (c)에 나타내어진 원으로 표시된 영역(907)의 상세도에 도시한 바와 같이, 타겟 공간 영역(903, 904)의 테이퍼는 연속적인 피치 As shown in Fig detailed view of a region 907 indicated by a circle represented in 9 (c), the tapered region of the target area (903, 904) is a continuous pitch 에 걸쳐 고정된 증분 A fixed increment over 으로 주변의 형상 라인(909)의 단부의 위치를 천이시킴으로써 달성된다. The transition is accomplished by the position of the ends of the shape around the line 909. 서로 다른 반사율 간의 경계의 유효 테이퍼 각도 Effective taper angle of the boundary between different reflectance It is 에 의해 주어진다. It is given by the.

도 9의 (a)의 타겟 설계는 테이퍼형 형상(901, 902)의 폭 Target design of (a) of Figure 9 is the width of the tapered shape (901, 902) 및 테이퍼형 공간 형상(903, 904)의 폭 And the width of the tapered-shaped space (903, 904) 의 동시적인 측정을 가능하게 해준다. The simultaneous measurement allows. 쌍으로 된 영이 아닌 차수 극대 위치 The maximum degree position is not paired Spirit And 의 측정은 수학식 17에 의해 이미지 중심에서의 타겟 요소 폭 Measurement of the width of the target element in the center of the image by equation (17) 의 결정을 가능하게 해준다. The decision makes it possible.

여기서, here, 이다. to be.

도 9의 (a)의 마스크 타겟 레이아웃(900)의 테이퍼형 공간 영역 3의 섹션(910)에 대응하는 인쇄된 기판 패턴의 평면도 섹션(1001)이 도 10의 (a)에 도시되어 있다. Is shown in (a) a plan view section of the printed board pattern 1001 is 10, which corresponds to the section 910 of the tapered space area 3 of the target mask layout 900 of FIG. 9 (a). 도 10의 (a)에 도시된 xy 평면에서의 평면도(1001)는 도 9의 (c)의 형상 라인(909)에 대응하는 레지스트 형상(1009)의 엇갈리게 배열된 라인 단부에 의해 형성된 폭 A top view 1001, in the xy plane shown in Figure 10 (a) is formed by a wide line ends staggered arrangement of the resist-like 1009 corresponding to the shape line 909 of the (c) of FIG. 9 을 갖는 테이퍼형 공간(903')(도 9의 (a)의 마스크 형상(903)에 대응함)을 나타내고 있다. Having a shows a tapered space (903 ') (corresponding to a mask shape (903) of (a) in Fig. 9). xz 평면에서의 라인 A-A'을 따른 단면도(1002)가 도 10의 (b)에 도시되어 있으며, 여기에서 피처(1009)는 1차 주기 P의 구조를 구성한다. The cross-sectional view 1002 along a line A-A 'in the xz plane is shown in Figure 10 (b), and feature 1009 here constitutes the structure of the first period P. yz 평면에서의 라인 B-B'을 따른 단면도(1003)는 도 10의 (c)에 도시되어 있으며, 여기에서 피처(1009)는 미소 주기 It is shown in line B-B 'sectional view of 1003 of Figure 10 in accordance with (c) in the yz plane, and features (1009) where the period smile 의 구조를 구성한다. The structure and configuration. 단면도에서, 구조는 실리콘 웨이퍼(451) 상부에 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)에서 산화물층(452)으로 나타내어진 막 적층(452)으로 이루어진 기판(450) 상의 레지스트 막(1009)에 형성되어 있다. In the sectional view, the structure is a silicon wafer 451 of Figure 10 to the upper (b) and 10 (c), a resist film (1009 on the substrate (450) made in the film stack 452 indicated by the oxide layer 452 ) it is formed on. 레지스트(1009) 및 막 적층(452) 두께는 일반적으로 실리콘 웨이퍼(451)의 두께보다 훨씬 더 작다, 즉 The resist 1009 and the film stack 452 thickness is usually much smaller than the thickness of the silicon wafer 451, that is, 이다. to be.

도 11 내지 도 16은 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c) 및 도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)의 타겟 패턴(900) 및 대응하는 인쇄된 구조(1001, 1002, 1003)에 대한 본 발명의 동작의 시뮬레이션된 예를 제공한다. 11 to 16 Fig. 9 (a) to Fig. 9 (c) and 10 (a) to (c) a target pattern 900 and a corresponding printed structure of Figure 10 (1001, 1002, It provides a simulated example of the operation of the present invention for 1003). 일반적인 프로세스 변동 - 레지스트 이미지 형성에서의 선량 및 초점 변화 및 산화물 및 레지스트 막 두께 변동 - 에 대해 CD를 측정하는 본 발명의 회절 분석 시스템 및 방법의 응답은 2003년 1월 28일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제10/353,900호에 기술된 방법을 사용 하여 시뮬레이션되며, 이는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. Typical process variations-dose and focus variation, and oxides, and the resist film thickness variation of the resist image formed-diffraction analysis systems and methods response of the present invention to measure the CD for the assigned co-filed 28 of January 1, 2003 simulation using the method described in U.S. Patent Application No. 10 / No. 353 900 and which in their entireties by reference herein is incorporated herein by reference. 임의적인 서브요소의 어레이로 이루어진 패턴에 있어서, 시뮬레이터는 리쏘그라피 시스템에 의해 레지스트에 결상된 패턴 및 회절 분석기에 의해 측정된 회절 에너지 둘다를 생성한다. In the pattern consisting of an array of arbitrary sub-elements, the simulator generates a diffraction pattern and energy, both measured by a diffractometer imaged on the resist by lithography system. 마스크 패턴 요소의 치수, 피치 및 투과, 레지스트의 특성, 리쏘그라피 시스템의 광학적 특성, 기판 상의 막 적층, 회절 분석기에서의 조사의 파장은 모두 사용자 선택가능하다. Wavelength of the radiation in the mask size, pitch and the transmission, the characteristics of the resist pattern of the element, lithography and optical properties of the system, the film laminated on the substrate, diffraction are all selectable user. 여기에서, 도 11 내지 도 16에 도시된 예들의 경우, 시뮬레이션은 250nm - 350nm 범위에 있는 두께를 갖는 포지티브 레지스트, 1.73의 굴절율 및 "문턱값" 모델의 사용을 가정하였다(문턱값 모델은 특정의 레지스트 물질의 특성 문턱값보다 크거나 같은 선량에 노광된 레지스트의 임의의 부분이 현상액에 의해 제거되는 것으로 가정함). If here, of the example shown in FIG. 11 to FIG. 16, the simulation is 250nm - assumed the use of the index of refraction and the "threshold value" model of the positive resist, 1.73 with a thickness in the 350nm range (threshold model, a specific assuming that any part of the resist-exposed resist to the characteristic threshold value is equal to or greater than the dose of material to be removed by the developer). 문턱값 모델의 사용은 앞서 살펴본 수직 레지스트 측벽의 가정과 부합된다. The use of the threshold value the model is consistent with the assumptions and vertical resist sidewalls discussed earlier. 웨이퍼는 Wafer (여기서, 허수 성분은 흡수에 대응함)의 굴절율을 갖는 실리콘의 기판, 및 상부의 600nm의 두께 및 1.46의 굴절율을 갖는 산화물의 적층을 포함하는 것으로 가정된다. Is assumed to include the deposition of an oxide having a substrate, and a refractive index of 1.46 and a thickness of 600nm on top of the silicone having a refractive index of (here, corresponding to the imaginary component is absorbed).

마스크 상의 시뮬레이션된 타겟 패턴은 도 9의 (a)의 타겟(900)에 유사하지만 x-방향으로 주기 P로 반복되는 무수한 수의 회절 어레이 요소(요소(901, 902) 또는 상보적인 톤 요소(903, 904)와 유사함)를 갖는 듀얼 톤 타겟 패턴에 기초하였으며, 여기서 요소(901, 902, 903 또는 904)는 y-방향으로 주기 The simulated target pattern is similar to the target 900 in (a) of Fig. 9, but may be repeated numerous period P in x- direction of the diffraction element array on the mask (elements 901 and 902 or the complementary tone element (903 , 904), similar hereinafter) were based on a target pattern having a dual-tone, wherein the element (901, 902, 903 or 904) is the period in y- direction 로 반복되는 밀접하게 내포된 서브요소(도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)의 라인(909) 및 공간(908)과 유사함)의 단부에 의해 구획지워진다. Erased repeatedly closely defined by the ends of the nested sub-elements (similar to the line 909, and space 908 (a) to (c) of Fig. 9 in FIG. 9) that is to. 시뮬레이터는 1차 피처의 각 세트 또는 영 역을 개별적으로 시뮬레이션한다, 즉 도 9의 (a)의 요소(901)의 무한 어레이를 포함하는 영역 1, 요소(902)의 무한 어레이를 포함하는 영역 2, 요소(903)의 무한 어레이를 포함하는 영역 3, 및 요소(904)의 무한 어레이를 포함하는 영역 4는 개별적으로 시뮬레이션된다. The simulator region comprising an endless array of the first and separately simulated in each set, or area of ​​a feature, i.e., a region including an endless array of elements 901 in (a) of FIG. 91, element 902 is 2 , zone 4 comprises an endless array of elements 903, zone 3, and an element 904 comprising an endless array of individually is a simulation. 타겟 패턴은 테이퍼형 1차 회절 어레이 요소의 1차 주기성의 방향으로(x-방향을 따라) 피치 The target pattern in the first direction of the car periodicity of the tapered first diffraction element array (along the x- direction) pitch 를 갖는다. Have. 각각의 1차 회절 어레이 요소(예를 들어, 901, 902, 903 또는 904)는 y-방향(변하는 1차 요소 폭 또는 테이퍼의 방향)으로 서브요소(909)에 의해 구획되어진다. Each of the first-order diffraction element array (e.g., 901, 902, 903 or 904) may be defined by the sub-element 909 to the y- direction (the first element or the width direction of the taper varies). 각각의 어레이 요소의 서브요소(909)는 서브피치 Sub-elements 909 of each array element is sub-pitch 및 서브폭 And the sub-width 을 갖는다. Has the. 테이퍼형 1차 어레이 요소 Tapered first array element 의 폭은 도 10의 (a)에 도시된 것들과 유사한 테이퍼형 세그먼트(예를 들어, 각각 설계된 타겟 영역(901, 902, 903 또는 904)에 대응하는 인쇄된 형상)의 인쇄된 어레이(예를 들어, 영역 1, 2, 3 또는 4) 중 하나로부터의 회절을 시뮬레이션하기 위해 y-방향(테이퍼의 방향)으로 350nm에서 850nm까지 The width of the array (for example, printing (printed shapes corresponding to, for example, each designed to target areas (901, 902, 903 or 904)) of the tapered segments similar to those shown in Figure 10 (a) g., regions 1, 2, 3, or 4) a y- direction (in the direction of the taper) for simulation of diffracted from one of from 350nm to 850nm 증분으로 변한다. Changes in increments.

공간 요소 격자는 1의 마스크 백그라운드 투과 및 0의 패턴 투과를 지정함으로써 시뮬레이션된다. Space lattice element is simulated by assigning a background mask transmission and zero transmission pattern of the first. 형상 요소 격자는 0의 마스크 백그라운드 투과 및 1의 패턴 투과를 지정함으로써 시뮬레이션된다. Lattice-like element is simulated by assigning a background mask and the transmission pattern of the transmission 1 0! 마스크 상에서의 설계된 50% 듀티비 폭 50% of the design on the mask width of the duty ratio silver 이지만, 인쇄된 50% 듀티비 폭 Although, the printing width of 50% duty ratio 은 라인 단축 효과로 인해 더 큰 마스크 치수쪽으로 스큐되어 있다. It is skewed towards larger dimensions due to the mask line shortening effect. 여기에서 사용된 레지스트 패터닝 의 문턱값 모델의 경우, 라인 단축의 크기는 공간 이미지 및 공칭 선량의 특성이다. For a threshold value model of the resist pattern used herein, the size of the line speed is a characteristic of the spatial image and the nominal dose. 인쇄된 50% 듀티비 폭 Printed 50% duty ratio width 이 공칭 선량에서 레지스트에 형성된 잠상 내의 어레이 요소의 중심 The center of the array elements in the latent image formed in the resist at a nominal dose 에 위치하도록 보장하기 위해, 마스크 패턴 폭은 예상된 라인 단축양만큼 증가되어야만 한다. To ensure that the position, the mask pattern width has to be increased by the expected amount of line speed.

시뮬레이션에서의 포토리쏘그라피 노광 시스템은 0.7의 개구수(NA), 0.6의 부분 간섭성(partial coherence) 및 193nm의 조사 파장을 갖는 것으로 가정되었다. Photo lithography exposure in the simulation system is assumed to have a 0.7 numerical aperture (NA), irradiation wavelength of 0.6 partially coherent (partial coherence) of 193nm and a. 넓은 개방 영역을 전부 노광시키는 데 필요한 선량으로 정규화된 공칭 선량은 0.32이었다. The nominal dose normalized to the dose required to expose the entire large open area was 0.32. 시뮬레이션된 현상된 이미지는 정규화된 선량으로부터 -10%, 0% 및 +10% 변하는 노광 선량 조건에 대해 계산되었다. Simulated developed image was calculated for the 10%, 0% and 10% varying the exposure dose condition from the normalized dose. 0nm, 100nm 및 200nm에서의 탈초점에 대해 그 3가지 선량 조건 각각에 대해 시뮬레이션이 수행되었다. The simulation was performed for each of the three kinds of the dose for de-focus condition at 0nm, 100nm and 200nm. 동등한 부분 TE 및 TM 편광으로 이루어진 Consisting of equal parts TE and TM polarization 도 각도로 입사하는 300nm - 700nm 대역폭 평면파 조사를 가정하여 시뮬레이션된 현상된 이미지로부터 그 결과 얻어지는 0차 및 1차 회절 신호가 계산되었다. Degree angle incident to 300nm - the resultant zero and first order diffracted plane-wave signal from the 700nm bandwidth simulated developed image on the assumption that irradiation was calculated. 동등한 부분 TE 및 TM 편광으로 이루어진 Consisting of equal parts TE and TM polarization 도 각도로 입사하는 300nm - 400nm 대역폭 평면파 조사를 가정하여 2차 회절 신호가 계산되었다. FIG 300nm which is incident at the angle - on the assumption that the bandwidth 400nm plane wave irradiation was calculated that the second diffraction signal.

형상 영역(901, 902) 및 공간 영역(903, 904)을 구획하는 미세 피처(fine-grained feature)(908, 909)의 선량 및 탈초점에 대한 차분 라인 단축 응답이 도 11에 도시되어 있다. This shaped area (901, 902) and a spatial domain difference line speed response to dose and de-focusing of the 903 and 904 micro-features (fine-grained feature) (908, 909) for partitioning is shown in FIG. 영 탈초점에서 깨끗한 영역(clear field)(1025)에서의 라인-단부 형상(915)의 끝 부분의 시뮬레이션된 잠상이 도 11의 (a)에 도시되어 있다. De-focus zero line in a clean area (clear field) (1025) at - there is a simulated latent image of the end of the end portion shape 915 is shown in Figure 11 (a). 라인(915)의 선단은 라벨 The distal end of line 915 labels 로 표시된 윤곽선(contour)으로 나타내어진 공칭 노광 선량(0%)에서 길이 At a nominal exposure dose (0%) indicated by the outline (contour) indicated by length 에 위치하고 있다. Located in. 유의할 점은 노광이 -10%( Note that the exposure is 2-10% ( 윤곽선)에서 0%로 +10%( 0% in line) + 10% ( 윤곽선)로 증가함에 따라, 레지스트 라인이 단축되며 이는 공칭 형상(903)에 대해 공간 형상(903')의 폭 With the increase in outline), and shorten the resist line width of the space which the shape (903 ') for the nominal shape 903 의 증가에 대응한다는 것이다(도 10의 (a)를 도 9의 (a) 및 도 9의 (c)와 비교). That it corresponds to an increase in (as compared to (c) of the (a) of Fig. 10 Fig. 9 (a) and Fig. 9). 이와 반대로, 레지스트 영역(resist field)(916)에서의 라인 단부 공간(1016)이 형성되어 있는 반대 톤 패턴(예를 들어, 공칭 형상(901, 902))에 있어서, 공간 길이 On the other hand, according to the resist area (field resist) (916) opposite tone patterns with a line end space 1016 is formed in the (e. G., The nominal shapes 901 and 902), the spatial length 는 노광 선량이 -10%(윤곽선 The exposure dose is 2-10% (outline )에서 +10%(윤곽선 ) + 10% (in outline )로 변함에 따라 가늘고 길게 된다. ) It is elongated in accordance with a change. 유의할 점은 공칭 선량(0%)에서 레지스트 형상(915)이 공간(1016) 길이 Note that the resist shape 915 at a nominal dose (0%), the space (1016) in length 와 다른(즉, 더 긴) 길이 And the other (i.e., longer) length 를 갖는다는 것이다. A that it has. 반면에, 탈초점의 조건 하에서, 형상 및 공간 치수 둘다는 도 11의 (c) 및 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이 동일한 방식으로 응답하며, 여기서 라인-단부 형상(917)(깨끗한 영역(1025)에서)의 길이 On the other hand, under conditions of de-focus, the shape and spatial dimensions, both the response in the same manner as shown in (c) and Figure 11 (d) of Figure 11, where the line-end shape 917 (clean area length at 1025) 및 라인-단부 공간(1018)(레지스트 영역(918)에서)의 길이 And a line-length of the end area 1018 (in the resist region 918) 둘다는 영 탈초점 경우의 길이 Both the length of the Spirit, if de-focus 와 비교하여 200 nm 탈초점에서 단축된다. As compared to 200 nm it is reduced in de-focus.

이제 도 12를 참조하면, 300nm의 레지스트 두께를 가정하여 0% 선량 에러, 영 탈초점의 경우에 대해, 변하는 타겟 폭 Referring now to Figure 12, assuming that a resist thickness of 300nm for the case of 0% dose error, zero de-focus, changing the target width 의 방향을 따라(y'-방향을 따라) 그래프로 나타낸, 1차(n=1) 및 2차(n=2) 회절에 대한 수학식 11에 의해 결정된 회절 효율 In the direction indicated by the graph (along y'- direction), the first (n = 1) and the second (n = 2) the diffraction efficiency is determined by the equation (11) for diffracting 이 도시되어 있으며, 0차 및 1차에 대해서는 (x'-축을 따라) 300-700nm로부터 및 2차에 대해서는 300-400nm로부터 파장에 걸쳐 평균되어 있고, 여기서 수학식 1에 의해 0-90°범위에 있는 실제 회절 각도의 요건은 허용된 파장 대역을 제한한다. This is shown, for the zeroth order and the first (x'- along the axis), and from about 300-700nm, and the second is averaged over the wavelengths from 300-400nm, where the 0-90 ° range by the formula (1) the actual requirements of the diffraction angle in the limits of the allowable wavelength band. 테이퍼형 공간 타겟(903, 904)에 대한 회절 효율은 차수 n=1, 2에 대해 각각 라벨 T로 표시된 곡선(1221, 1222)으로 나타내어져 있으며, 테이퍼형 형상(901, 902)에 대해서는 차수 n=1, 2에 대해 각각 라벨 L로 표시된 곡선(1201, 1201)으로 나타내어져 있다. Diffraction efficiency for the tapered space targets 903 and 904 are shown as curve (1221, 1222) indicated by the respective label T to the order n = 1, 2, the order for the tapered shape (901, 902), n = 1, is shown by the curve (1201, 1201) indicated by the respective label L for the second. 본 발명에 따르면, 1차 곡선(1221, 1201)의 피크의 위치에 각각 대응하는 타겟 치수 According to the invention, the target dimensions corresponding to the position of the peak of the first curve (1221, 1201) 및 2차 곡선(1222, 1202)의 영값의 위치에 각각 대응하는 치수 And a secondary curve dimension corresponding to the location of the younggap (1222, 1202) 는 기판 및 타겟 반사율(수학식 9로 나타냄)과 무관하고, CD의 결정 및 선량 및 초점의 변동의 분석에 특히 유용하다. And is independent of the (in terms of equation (9)), the substrate and the target reflectance, it is particularly useful for the determination and analysis of the variation of dose and focus on the CD. 이들 치수는 측정된 회절 효율(이 경우에 시뮬레이션된 데이터)을 수학식 15에서의 형태의 매개변수로 나타낸 곡선으로 근사화함으로써 결정된다. These dimensions are determined by approximating a curve showing the measured diffraction efficiency (the simulation data in this case) in the form of parameters in the equation (15).

여기서, here, 는 기판 상에서의 치수 It has dimensions on the substrate 를 생성하는 데 요구되는 타겟 설계 치수이다. Target is the design dimensions required to generate. 도 12에서, 개별적인 데이터 점(1231, 1241, 1232, 1242)은 회절 효율의 시뮬레이션된 값이고, 연속적인 라인 곡선(1201, 1221)은 (n =1)에 대한 수학식 18의 근사이며, 점선 곡선(1202, 1222)은 (n = 2)에 대한 근사이다. In Figure 12, the approximation of equation (18) for individual data points (1231, 1241, 1232, 1242) is a simulated value of the diffraction efficiency, continuous curved lines (1201, 1221) is (n = 1), the dotted line curve (1202, 1222) is an approximation for the (n = 2). 근사 파라미터는 표 1과 같다. Approximation parameters are given in Table 1.

n n 1 One 2 2
L L T T L L T T
0.55% 0.55% 0.52% 0.52% 0.14% 0.14% 0.14% 0.14%
0.5692 .5692 0.616 .616 0.5785 .5785 0.6206 .6206

도 12에서 명백한 바와 같이, 근사의 품질은 0.35 내지 0.85 미크론에 이르는 넓은 범위의 W에 걸쳐 우수하다. As apparent from Figure 12, it is the quality of the approximation is excellent over a wide range from 0.35 W to 0.85 microns. 최적의 선량(미세 피처 The optimal dose (fine features 를 원하는 크기로 인쇄하는 데 필요한 선량) 및 완벽한 초점에서조차도, 회절 차수 The dose required to print a desired size) and even in perfect focus, diffraction orders 의 피크 Of peak 및 영값 And younggap 은 설계 값 Is the design value 에 대해 크게 천이되어 있다. A is larger for the transition. n = 1 최대에 의해 결정되는 바와 같이, 폭 n = 1 as determined by the max, the width 을 갖는 타겟 형상(901, 902)을 구획하는 공간 단부(908)의 단축은 69nm인 반면, 폭 Target shape (901, 902), reduction of end space 908 for partitioning with is 69nm, while the width 을 갖는 타겟 공간 형상(903, 904)을 구획하는 라인 단부(909)의 단축은 116nm이다. Target area shape (903, 904) speed of the line end (909) for partitioning is a 116nm with. 이것이 정성적으로 공간 이미지의 문턱값 윤곽선과 부합하지만, 공간 이미지 단축은 단지 측정된 단축의 1/2만을 설명한다. This is consistent with the threshold value of the outline image space qualitatively but spatial image speed will be described only half of only the measured speed. 이 측정이 단축을 과대평가하는 이유는 서로 다른 반사율의 영역의 경계가 미세 피처에 의해 공간적으로 변조되기 때문이다. The reason for this measurement is overestimated speed is that each is spatially modulated by the boundary between regions of different reflectivity on the fine features. 이 측정은 그 변조에 대한 평균이다. This measurement is the average for that modulation. 유의할 점은 n = 2 최소에 의해 결정된 단축은 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 n = 1 최대에 의해 결정된 것보다 더 크다는 것이다. Note that the speed is determined by the minimum of n = 2 is larger than that determined by the maximum n = 1 As can be seen in Table 1. 이렇게 되는 이유는 2차 회절이 1차 회절과 다르게 평균 엣지 변조(average edge modulation)를 가중하기 때문이며, 서로 다른 회절 차수는 엣지 변조에 대한 서로 다른 감도를 갖는다. The reason for this is the second-order diffracted differently from the first-order diffraction is because the weighted average edge modulation (average edge modulation), different diffraction order has a different sensitivity to the edge modulation. 이것은 다수의 회절 차수의 측정이 라인-엣지 거칠기(line-edge roughness)에 관한 유용한 정보를 제공함을 보여준다. This is the number of measurement of the order of diffraction line shows provide useful information about the edge roughness (line-edge roughness).

도 13의 (a)는 선량에 대한 (A) of Figure 13 is for a dose 의 응답을 나타내고, 도 13의 (b)는 노광 도구의 초점(B)에 대한 응답을 나타낸 것이다. Represents the response, (b) of Figure 13 shows the response to the focus (B) of the exposure tool. 도 13의 (a)를 참조하면, 형상(901, 902)에 있어서, 곡선(1301)은 n = 1에서의 선량에 대한 응답이고, 곡선(1302)은 n = 2에서의 선량에 대한 응답이다. Referring to (a) of Figure 13, in the shape (901, 902), curve 1301 is in response to a dose of from n = 1, the curve 1302 is the response to a dose of from n = 2 . 상보적 형상(903, 904)에 있어서, 곡선(1311)은 n = 1에서의 선량에 대한 응답이고, 곡선(1312)은 n = 2에서의 선량에 대한 응답이다. In a complementary shape (903, 904), the curve (1311) is in response to a dose of from n = 1, a curve 1312 in response to the dose at n = 2. 도 13의 (b)를 참조하면, 형상(901, 904)에 있어서, 곡선(1321)은 n = 1에서의 탈초점에 대한 응답이고, 곡선(1322)은 n = 2에서의 탈초점에 대한 응답이다. Referring to (b) of Figure 13, in the shape (901, 904), the curve (1321) is in response to a de-focusing of the n = 1, the curve 1322 is for the de-focus at n = 2 a response. 상보적 형상(903, 904)에 있어서, 곡선(1331)은 n = 1에서의 탈초점에 대한 응답이고, 곡선(1332)은 n = 2에서의 탈초점에 대한 응답이다. In a complementary shape (903, 904), the curve (1331) is in response to a de-focusing of the n = 1, the curve 1332 is a response to the de-focus at the n = 2. 회절 차수 n = 1, 2 둘다에 있어서, 선량 응답은 대략 선형이고(도 13의 (a)), 초점 응답은 대략 포물선이고 최상의 초점을 중심으로 대칭이다(도 13의 (b)). According to the diffraction order n = 1, 2, both, the dose response is substantially linear, (Fig. 13 (a)), the focus response is approximately parabolic and symmetrical with respect to the best focus ((b) in Fig. 13). 선량 응답의 기울기는 2개의 타겟 톤에 대해 반대 부호를 가지는 반면, 초점 응답의 곡률은 동일 부호를 갖는다. The slope of the dose response, while with the opposite sign for the two target tone, focusing curvature of the response have the same reference numerals. 형상 및 공간 구조의 이러한 서로 다른 응답은 예를 들어 Ausschnitt(미국 특허 제5,965,309호)에 따른 방법을 사용하여 리쏘그라피 선량 및 초점의 개별적인 제어를 가능하게 해주며, 이 특허는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. Shape, and these different responses of the spatial structure, for example Ausschnitt using a method according to (U.S. Patent No. 5965309 No.) assists to enable individual control of the lithography dose and focus, this patent in its entirety by reference herein content of which is incorporated herein by reference.

도 14의 (a) 및 도 14의 (b)는 x'-방향에서의 0차(n=0) 및 1차(n=1)에 대한 하부의 산화물 막(452) 두께의 100 nm 범위에 걸쳐 회절 에너지의 시뮬레이션된 거동을 나타낸 것으로서, 이는 Of (a) and 14 of FIG. 14 (b) is in the range of 100 nm of the lower oxide layer 452. The thickness of the zero-order (n = 0) and the first (n = 1) in the direction x'- as shown across the simulated behavior of diffraction energy, which 의 인쇄된 치수에 대응하는 값에 가까운 설계 치수 Close to the design dimensions of the value corresponding to the print dimensions 를 갖는 도 9의 (a)의 영역 3 및 영역 4를 포함하는 공간 T 타겟에 대해 도 4의 (a)의 검출기(480, 460)에 의해 각각 검출된다. The respectively detected by a detector (480, 460) of (a) of Figure 4 for the space containing the T target zone 3 and zone 4 in (a) of Fig. 9 having. 회절 에너지는 n = 0의 경우에는 도 4의 투과 격자 요소(435)에 의해 또한 n = 1의 경우에는 인쇄된 타겟 격자(455)에 의해 파장에 있어서 선형적으로 분산된다. Diffraction energy of n = 0 in case there is distributed linearly in the wavelength by the printing target grid 455. In addition, n = 1 by a transmission grating element 435 of FIG. 따라서, 파장은 도 4의 영이 아닌 차수를 검출하도록 구성된 검출기(460)에서 x'-방향 및 0 차수를 검출하도록 구성된 제2 검출기(480)의 x"-방향과 등가이다. 수학식 5에 나타낸 바와 같이, n = 0에 대한 스펙트럼 응답은 기판 반사율 Thus, the wavelength of x "a second detector 480 configured to detect the direction and the 0-order x'- configured in detector 460 to detect a non-zero degree of Figure 4 - is the direction as shown in equation (5) equivalent spectral response to, n = 0, as the substrate reflectivity 및 상대 반사율 And the relative reflectance 둘다의 함수이다. It is a function of both. 수학식 10에 나타낸 바와 같이, n = 1에 대한 스펙트럼 응답은 기판에 대한 패턴 반사율 Spectral response to, n = 1, as shown in equation (10) is a reflection pattern on the substrate 의 직접적인 척도이다. Of a direct measure. 하부의 산화물 막 두께에서의 변화에 대한 회절 효율의 감도는 0차에 대해서는 도 14의 (a)에, 1차에 대해서는 도 14의 (b)에 각각 450nm 내지 550nm의 100nm 산화물 두께 범위에 걸쳐 10nm의 산화물 두께 증분으로 나타내어진 곡선의 확산(1400, 1401)으로 나타내어져 있다. Sensitivity of the diffraction efficiency to the change in the underlying oxide film thickness is about the zero-order to (a) of Figure 14, over (b) each of 450nm to 100nm oxide thickness in the range of 550nm in Figure 14 for the primary 10nm It is shown as the oxide thickness increments spread (1400, 1401) of a curve indicated. 에서의 확산은 2개의 회절 차수 간의 상대 감도의 개략적인 메트릭으로서 양쪽 화살표(1400, 1401)로 표시되어 있다. Spread is indicated by a double arrow (1400, 1401) as rough metric of relative sensitivity between the two diffraction orders in. 0차 확산(1400)은 1차 확산(1401)보다 상당히 더 크며, 따라서 명백하게도 0차는 1차보다 산화물 두께에 상당히 더 민감하다. The zero order diffusion 1400 is considerably larger than the first diffusion 1401, so apparently 0 car is significantly more sensitive to the oxide thickness greater than the first. 상대 감도의 정량적 척도는 산화물 두께에 따른 회절 효율 변동의 범위의 그 범위의 중점에서의 회절 효율 변동 값에 대한 비율 Quantitative measure of the relative sensitivity is the ratio of the diffraction efficiency on the variation of the range of the middle point of the range of the diffraction efficiency according to variation in the oxide thickness 을 취함으로써 획득될 수 있다. By taking a can be obtained. 도 14의 (a)의 0차 확산(1400)에 있어서, In the zero-order diffusion 1400 of (a) of Figure 14, 인 반면, 도 14의 (b)의 1차 확산(1401)에 있어서, In the other hand, the first diffusion 1401 of (b) of Figure 14, 이다. to be. 따라서, 우리의 예에서 0차에서의 회절 효율은 하부의 산화물 막 두께에 대해 3배 이상의 감도를 갖는다. Therefore, the diffraction efficiency of the zero-order in our example has a sensitivity at least 3 times the thickness of the bottom oxide. 이것은 영이 아닌 차수가 패턴 속성을 측정하는 보다 나은 선택인 반면 0차는 하부의 막 두께를 측정하는 보다 나은 선택임을 보여준다. This shows that the better choice than to order the measure the better choice, while the car is zero the thickness of the lower than to measure the attribute pattern non-zero. 실제로, 0차는 이 점에서 패턴이 없는 경우에 최상이다. In practice, the difference is best zero when there is no pattern in this regard.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 여기에서 상기 정의된 최적 선량을 중심으로 ±10%의 범위에 걸쳐 패턴을 노광시키는 데 사용된 선량의 변화에 의해 야기된 타겟 패턴 밀도의 변화에 대한 회절 차수의 응답을 보여주는 것을 제외하고는 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)의 것과 유사한 쌍의 그래프를 나타내고 있다. (A) and (b) of Fig. 15 Fig. 15 is change of the target pattern density caused by a change in the dose used for exposing a pattern over here about the optimal dose as defined above in the range of ± 10% to show the diffraction order of the response to it, and shows a graph similar to that of the pairs (a) and 14 (b) of Figure 14, except. 초점은 최상의 초점에 고정되어 있다. The focus is fixed to the best focus. 다시 말하면, 곡선의 0차에 대한 확산(1500) 및 1차에 대한 확산(1501)에 의한 선량에 대한 상대 감도를 평가할 수 있으며, 영이 아닌 차수가 패턴 속성을 측정하는 데 더 나은 선택이라고 결론지었다. In other words, it is possible to evaluate the relative sensitivity of the dose due to diffusion 1500 and the first diffusion 1501 for the car on the zero order of the curve, the order of non-zero concluded that a better choice for measuring the pattern property . 도 14의 경우에서와 같이, 상대 감도의 정량적 척도는 선량에 따른 회절 효율 변동의 범위의 그 범위의 중점에서의 그의 값에 대한 비율 As in the case of Figure 14, a quantitative measure of the relative sensitivity is the ratio of the values ​​at its midpoint of the range of the fluctuation range of the diffraction efficiency according to the dose 을 취함으로써 획득될 수 있다. By taking a can be obtained. 도 15의 (a)에서의 0차 확산(1500)에 있어서, In the zero-order diffusion 1500 in (a) of Figure 15, 인 반면, 도 15의 (b)에서의 1차 확산(1501)에 있어서, In the other hand, the first diffusion (1501) in (b) of Figure 15, 이다. to be. 도 15에 도시된 예에서, 1차에서의 회절 효율은 0차보다 3배 더 큰 노광 선량에 대한 감도를 갖는다. In the example shown in Figure 15, diffraction efficiency of the primary has a sensitivity to a larger exposure dose 3 times higher than the zero order. 실제로, 0차는 보다 높은 차수로 회절되는 조사 에너지로 인해 주로 패턴 변화에 민감하다. In fact, due to the irradiation energy is diffracted into higher order than zero, the car is mainly sensitive to the change pattern. 따라서, 0차 감도는 상대 반사율 Thus, the 0th-order sensitivity is a relative reflectance 임에 따라 영으로 간다. Depending on the Lim goes to zero.

도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 마스크 치수 (A) and (b) of Fig. 16 of Figure 16 is the mask dimension 의 2개의 서로 다른 공칭 값에서 최상의 초점을 중심으로 200nm의 범위에 걸쳐 타겟 패턴을 인쇄하는 데 사용되는 초점의 변화에 대한 1차 회절 효율의 감도를 나타낸 것이다. Of two to one another showing the sensitivity of the 1st-order diffraction efficiency for a change in focus that is used to print the target pattern over the range of 200nm around the best focus on the other nominal values. 선량은 최적의 선량에 고정되어 있다. Dose is fixed to the optimum dose. 에서, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인쇄된 격자는 대략 50% 듀티비를 가지며, 탈초점에 대한 감도는 낮다. In, as shown in (a) of FIG. 16, the printed grid has a duty ratio of approximately 50%, has low sensitivity to a de-focus. 에서, 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 인쇄된 격자는 대략 20% 듀티비를 가지며, 탈초점에 대한 감도는 비교적 높다. In, as shown in FIG. 16 (b), the printed grid has a duty ratio of approximately 20%, and the sensitivity of the de-focus is relatively high. 따라서, 높은 초점 감도는 더 많이 분리된 격자 요소로 달성되며, 초점 제어의 달성은 이들 비교적 분리된 구조의 측정을 필요로 한다. Therefore, high focus sensitivity is achieved in a more separate grating element, to achieve the focus control requires the measurement of these relatively discrete structure. 반면에, 선량 감도는 타겟 듀티비의 강함수(strong function)가 아니다. On the other hand, the dose sensitivity is not the strength of the target can be a duty ratio (strong function).

따라서, 우리는 선량 및 탈초점 둘다에 대한 최적의 스펙트럼 감도가 비교적 분리된 격자 요소에 대해 달성되며, 이는 이하에 기술하는 보다 간단한 타겟 실시예를 얻게 해주는 것으로 결론지었다. Thus, we are achieved for optimum grid element with a spectral sensitivity is relatively separated on both the dose and de-focusing, which concluded that the target gets a simple embodiment than that described below.

CD를 측정하는 데 사용하기 위한 본 발명의 이산적인 차분 격자 타겟(455)의 양호한 실시예(1701)가 도 17에 도시되어 있다. The preferred embodiment 1701 of the discrete target difference grid 455 of the invention for use to measure the CD is shown in Fig. 이 예시적인 타겟(1701)은 공칭 CD 크기에 어떤 제약도 두지 않는 양호한 CD 측정 수단을 제공한다. An exemplary target 1701 provides a good CD measurement means does not place any restrictions on the nominal CD size. 타겟 격자(1701)는 y-방향을 따라 배향된 길이 H를 갖는 라인, 예를 들어 1711, 1722로 각각 이루어진 예를 들어 영역 1 및 영역 2의 2개 이상의 서브패턴 영역으로 분할된다. Target grid 1701 is divided into lines, such as 1711, two or more sub-pattern regions of the respective example the area 1 and area 2 consisting of 1722 having a length H oriented along the y- direction. 각각 라인(1711, 1712)의 공칭 폭, 예를 들어 Respectively, for a nominal width of, for the line (1711, 1712) 는 각각의 서브패턴 영역(1731, 1732) 내에서 각각 균일하지만, 각각 서브패턴 영역(1731, 1732) 간에 서로 다르다(예를 들어, 제1 서브패턴 영역(1731)은 공칭 폭 Are different from each other between each of the sub-pattern area (1731, 1732) respectively, but uniform in each sub-pattern area (1731, 1732) (e.g., the first sub-pattern region (1731) is the nominal width 을 갖는 라인(1711)을 포함하고, 제2 서브패턴 영역(1732)은 공칭 폭 It includes a line 1711, and having a second sub-pattern region 1732 has a nominal width 의 라인(1712)을 가짐). It has a line of 1712). 피처(1711, 1712)는 양호하게는 인쇄된 구조 상의 요소(1711, 1712)에 구조적 지원을 제공할 뿐만 아니라 요소(1711, 1712)의 라인 단축을 회피하는 데 도움이 될 수 있는 영역(1750)을 연결함으로써 결합된다. Features (1711, 1712) is preferably a component on the printed structure as to provide structural support to the (1711, 1712) as element regions which may help to avoid a line speed of (1711, 1712) (1750) It is combined by connecting the. 유의할 점은 요소(1711, 1712)의 폭이 일반적으로 연결 영역(1750)의 폭보다 훨씬 더 작다는 것이다. It should be noted is that the width of the element (1711, 1712) is usually much smaller than the width of the connection region (1750). 개별적인 서브패턴 영역(예를 들어, 1731, 1732)은 꼭 그럴 필요는 없지만 양호하게는 서로 대해 y-축을 따라 배열된다. The individual sub-pattern area (e.g., 1731, 1732) is by all means it is necessary are preferably not arranged along the y- against each other. 이하의 서브패턴 특성이 정의되고, 피치에 대해 정규화되어 있다. This subpattern following characteristics as defined, and is normalized to the pitch.

1. One. 는 설계된 공칭 크기가 The nominal size is designed 인 미지의 평균 폭이다. The average width of the image.

2. 2. 는 2개의 설계된 공칭 폭 간의 미리 정해진(설계된) 오프셋이다. Is a predetermined (designed) the offset between the two designed nominal width.

이 예에서, 설계된 공칭 치수 In this example, the nominal design 이며, 여기서 , Where 는 각각 서브패턴 라인(1711, 1712)의 설계된 공칭 폭이다. Is the nominal width of each sub-designed pattern lines (1711, 1712). 는 각각의 일정한 라인 폭 서브패턴 영역(예를 들어, 1731, 1732) 내에서의 반사율 The reflectivity in the respective sub-constant line width pattern area (e.g., 1731, 1732) 이 동일하도록 충분히 작게 설계되어 있으며, 리쏘그라피 패터닝 프로세스 내에서의 CD 변동의 범위에 걸쳐 미리 정해진 오프셋 For this is sufficiently small to be equal to the design, lithography patterning process, a predetermined offset over the range of variation of CD within a 는 불변이다. It is a constant. 미리 정해진 오프셋 값 The predetermined offset value, 은 CD 변동의 현장 캘리브레이션으로서 사용될 수 있다. It can be used as an on-site calibration of the CD variations. 설계된 공칭 오프셋 Designed nominal offset 을 설계된 공칭 평균 라인 폭 The average nominal line width is designed to 의 0.5로부터의 편차의 비율 0.5 the ratio of the deviation from the 로서 선택하는 것이 유용하다. It is useful to select a. 여기서, here,

2-영역 차분 격자 CD 타겟(1701)의 검출된 영역(1800)은 도 18의 (a)에 나타낸 것처럼 보이며, 이는 검출기 어레이(460)의 평면도에 그래프로 나타낸 것이다. 2, as shown in region showed a difference in the detected area 1800 of the target grid CD 1701 is a 18 (a), which is represented by the graph in the top view of the detector array 460. 세기 century 는 도 18의 (c)에 나타낸 바와 같이, 그의 개별적인 서브패턴 영역(1801, 1802)(각각 대략 As shown in Figure 18 (c), its respective sub-pattern area (1801, 1802) (each of about sign And 의 개별적인 치수를 가짐) 내에서 일정하다. Has the individual dimension) is constant within. 이것은 정밀한 검출기 캘리브레이션을 필요없게 해주는데, 그 이유는 검출된 세기가 많은 검출기에 걸쳐 평균될 수 있기 때문이다. Haejuneunde This eliminates the need for precise calibration detector, because the detected intensity can be averaged over many detector. y'-방향에 걸쳐 합산 또는 적분된 세기는 도 18의 (b)에 그래프(1805)에 나타내어져 있으며, 이는 타겟 요소의 프로파일 뿐만 아니라 타겟 요소의 평균 라인 폭의 함수인 광대역 광원에 대한 스펙트럼 응답을 제공한다. It is shown on the sum or the integral intensity of Figure 18 (b) graph 1805 to over y'- direction, and which is a function of the spectral response to the average line width of the target element, as well as the profile of the target element to a broadband light source It provides. 따라서, 인쇄된 타겟 요소의 프로파일 특성은 광파 산란 계측과 유사한 방식으로 측정된 스펙트럼 응답을 스펙 트럼 응답의 라이브러리와 비교함으로써 결정될 수 있다. Thus, the profile characteristic of the print target element can be determined by comparing the measured spectral response in a manner similar to a conventional scattering measurement with a library of spectral responses. 그렇지만, 본 발명에 따른 스펙트럼 응답의 사용은 영이 아닌 회절 차수의 스펙트럼 응답이 도 14에 표시한 바와 같이 하부의 막 두께에 비교적 민감하지 않다는 이점을 갖는다. However, the use of the spectrum response according to the present invention has an advantage is not relatively sensitive to the thickness of the lower layer as shown in the spectral response of the non-zero diffraction order 14. 도 18의 (c)에 나타낸 세기(1811, 1812)는 각각 x'-방향에 걸쳐 합산 또는 평균된 세기(1801, 1802)이며, 2개의 평균 세기(1811, 1812) 간의 콘트라스트는 이하에서 더 설명하는 바와 같이 2개의 타겟 서브영역의 격자 요소의 평균 폭의 측정을 제공한다. Century (1811, 1812) shown in FIG. 18 (c) is a summation or an average strength (1801, 1802) over the respective x'- direction, the contrast between the two average intensity (1811, 1812) is further described below 2 provides a measure of the average width of the lattice element of the target sub-region as described. 2개의 세기 Two centuries 의 평균 폭 The average width 에 대한 의존성은 Dependence on the 에 대해 도 19에 나타내어져 있다. A is shown in Figure 19 for.

추가의 정의를 살펴보면, Looking for more definition,

미지의 평균 폭 The average width of the image 은 다음과 같이 표현될 수 있다. It can be expressed as follows:

수학식 20a 및 20b의 평균 폭 The average width of the formula 20a and 20b 은 도 18의 2개의 세기 영역(1801, 1802) 간의 측정된 콘트라스트 C, 및 2개의 공칭 라인 폭 The two intensity regions measured contrast between the (1801, 1802) C, and two nominal line width of 18 간의 기지의 미리 정해진(즉, 설계된) 오프셋 차이 Determined in advance between the base (i.e., designed) offset difference 에 의해 결정된다. To be determined by. 웨이퍼 타겟 상에서의 예상된 인쇄된 평균 폭 The expected average width printed on the wafer target 의 함수인 계산된 The functions of the calculation 에 대한 2개의 해(수학식 20a, 20b에서의 부호의 선택에 의해 결정됨)의 그래프가 Two year (as determined by the choice of the sign in Equation 20a, 20b) on the graph of 로 표시되어 도 20에 도시되어 있다. It is marked as shown in Fig. 인 경우에 대한 수학식 20a 및 20b의 플러스 해 Plus the equation 20a and 20b for the case where it 가 평균 라인 폭이다. The average line width. 콘트라스트의 제곱 The square of the contrast 은 도 21에 나타낸 바와 같이 Is as shown in Fig. 21 파라미터에 의존적이다. It is dependent on the parameters. 콘트라스트는 격자 요소가 점점 더 분리됨에 따라, 즉 The contrast that is, according to a more and more separated grating element 임에 따라 증가한다. It increases with Im. 유의할 점은 Note that the 에 따라 격자 요소가 분리된 공간으로 된다는 것이다. In some is that by which the grid element separation space.

반도체 응용을 위한 CD 측정의 요구된 정밀도는 1nm 정도일 필요가 있다. The required accuracy of CD measurements for semiconductor applications, it is necessary the order of 1nm. 본 발명의 CD 측정 기술의 정밀도는 Accuracy of the CD measurement technique of the present invention 의 변화에 대한 C의 감도에 의존한다. The dependence of the sensitivity of the C of the change. 우리의 관심을 끄는 작은 변화에 대해, 콘트라스트의 비율 변화 For small changes to attract our attention, the contrast ratio of the change 는 이하의 식에 의해 주어진다. It is given by the following equation.

수학식 20a 및 20b로부터, 이하의 식이 얻어지며, From Equation 20a and 20b, the following expression is obtained,

여기서, here,

이다. to be.

수학식 22a 및 22b는 Equation 22a and 22b is 의 변화율을 콘트라스트로 표현하며, 따라서 감도의 척도를 제공한다. Expressing the change in contrast and thus provides a measure of sensitivity. 양호한 측정 감도(수학식 22a 및 22b의 역인 Good measurement sensitivity (formula 22a and 22b of the inverse 에 따른 콘트라스트 변화율로서 정의됨)를 위해, For defined) as a contrast change ratio according to, 의 작은 변화는 양호하게는 콘트라스트의 큰 변화를 제공한다. Small changes in is preferably provided for a change of contrast. 수학식 22a 및 22b의 중요한 특성은 감도가 라인폭의 극한 An important feature of Equation 22a and 22b is extreme sensitivity of the line width And 에서(즉, 폭 W가 P에 가까울 때) 증가한다는 것이며, 여기서 In that would increase (that is, the width W is closer to the time P), wherein 는 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이 0에 가까워진다. It will be close to 0 as shown in Fig. 22 (a). 한 극한에서, 각각의 격자 요소는 막의 존재에 의해 정의된 반사율 In one extreme, each grid element is the reflectivity defined by the presence film 을 갖는 피처이다. A feature having a. 다른 쪽 극한에서, 각각의 격자 요소는 막의 부존재에 의해 정의된 반사율 At the other extreme, each grid element is the reflectivity defined by the membrane non-existence 을 갖는 피처이다. A feature having a.

어느 경우든지, 본 발명의 차분 CD 측정은 피처 폭이 감소함에 따라 감도가 증가하는 바람직한 특성을 갖는다. In either case, the difference CD measurement of the present invention has the desirable property that the sensitivity increases with decreasing width of the feature. 범위에서의 감도 거동에 대해 도 22의 (b)에 상세히 나타내어져 있다. There adjuster shown in detail in Fig. 22 for the sensitivity behavior of the extent (b). 수학식 21 내지 23에 대입하면, Substituting Equation 21 - 23, And 에서, 도 17의 50nm 공칭 CD에서의 1nm 변화(예를 들어, In, 1nm change in 50nm nominal CD in Fig. 17 (e. G. 인 경우, If, 은 50% 더 크고, 즉 대략 57.5nm이고, Is 50% larger, ie approximately 57.5nm, 는 15% 더 작다, 즉 대략 42.5nm이다)는 15% smaller, that is, about 42.5nm) is 에 대응하고, 따라서 It corresponds to, and thus 이다. to be. 공칭 콘트라스트의 2% 변화(절대 콘트라스트의 0.5% 변화)는 측정가능하며, 따라서 폭의 측정가능 변화가 1nm인 정밀도가 달성가능하다. 2% change (0.5% absolute change in the contrast) of the nominal-contrast can be measured, and thus it is possible to measurable changes in the accuracy of the width of 1nm achieved.

전술한 바와 같이, 차분 CD 측정의 한가지 목적은 웨이퍼 상의 포토레지스트에 패턴 형성 동안에 선량 및 초점 등의 프로세싱 조건에 대한 차분 응답을 가능하게 해주는 것이다. As discussed above, one purpose of the difference between CD is measured that allows a differential response to the processing conditions such as the dose and focus during pattern formation of the photoresist on the wafer. 선량 및 초점 분리를 가능하게 해주는 회절 분석 타겟의 몇가지 실시예가 도 23부터 도시되어 있다. Some embodiments of the diffraction analysis target that allows the dose and focus separation is shown from Fig. 도 23의 타겟(2300)은 표시된 바와 같이 4개의 영역(2301, 2302, 2303, 2304)을 정의하는 차분 형상(즉, 레지스트 등의 패터닝된 층이 남아 있는 패터닝된 물질 층) 및 공간(패터닝된 층, 예를 들어 레지스트가 제거된 패턴 영역) 격자로 이루어져 있다. Target 2300 of Figure 23 is as four region difference shape (i.e., a patterned layer of material that has a patterned layer of resist or the like left) that defines the (2301, 2302, 2303, 2304 and spaces pattern indicated layer, for example made of a resist is removed, the pattern area) grid. 격자 요소(2311, 2312, 2313, 2314)의 폭 The width of the grid elements (2311, 2312, 2313, 2314) 은 격자 주기보다 훨씬 더 작으며, 즉 Were much smaller than the lattice period, ie 이며, 따라서 격자 요소는 그의 이웃에 대해 분리되어 있다. And, therefore, the grid elements are separated on his neighbors. 제1 및 제2 영역(2301, 2302) 내에서, 기판(개방 공간(2320)) 반사율은 The first and in the second area (2301, 2302), the substrate (the open space 2320) reflectance 이고 격자 형상 요소(예를 들어, 레지스트 형상(2311, 2312)) 반사율은 A grid-like element (e.g. a geometry (2311, 2312)), the reflectance is 인 반면, 제3 및 제4 영역(2303, 2304) 내에서, 주변 영역(예를 들어, 큰 레지스트 영역(2330)) 반사율은 , While the second in third and fourth area (2303, 2304), a peripheral region (e.g., a large area, the resist 2330) reflectance 이고 격자 공간(기판) 요소(2314) 반사율은 And the interstitial space (the substrate) element 2314 is the reflectivity 이다. to be. 유의할 점은 반사율이 좁은 피처(narrow feature)의 영역에서의 엣지 효과 및 프로파일 특성에 의해 영향을 받는 "유효" 반사율이라는 것이다. It should be noted that the "effective" reflectance is affected by the edge effect and the characteristic profile in the area of ​​the narrow reflectivity features (narrow feature). 반대 톤의 2 쌍의 영역, 즉 허브패턴 영역(2301, 2302)으로 이루어진 거의 개방인(패터닝된 영역이 제거된) 공간(2320) 및 서브패턴 영역(2303, 2304)으로 이루어진 거의 채워진(즉, 레지스트 등의 패터닝된 층 물질로 채워진) 영역(2330)이 있다. Region of opposite tone two pairs of, that is almost filled consisting of herbs pattern area (2301, 2302) substantially open in (the patterned regions is removed) area 2320, and the sub-pattern area (2303, 2304) consisting of (i. E. there is filled with the patterning material layer) region 2330 of a resist or the like. 2 쌍의 듀얼-톤 영역(2320, 2330)은 상기한 본 발명에 따라 분리된 형상 및 공간의 치수를 측정함에 있어서 개 별적으로 처리될 수 있다. Two pairs of dual-tone region (2320, 2330) may be treated individually according as the measured dimension of the isolated space and shape according to the present invention described above. 레지스트에 잠상 또는 현상된 이미지로서 형성될 때, 선량이 도 24의 (a)의 곡선으로 나타낸 바와 같이 -10%(2401)에서 0%(2402)로 +10%(2403)로 증가함에 따라 분리된 형상 폭 When the resist is formed as a latent image or the developed image, the dose of Figure 24 (a) separated as 0% 2402 -10% 2401 as indicated by the curve increases to + 10% 2403 of the shape width 은 화살표(2405)로 나타낸 방향으로 감소하며, 이는 선량이 -10%(2411)에서 0%(2412)로 +10%(2413)로 증가함에 따라 증가하는 분리된 공간 폭 The decreases in the direction indicated by the arrow 2405, which is a separate space width to increase as the dose is increased to 10% 2411 0% 2412 + 10% by 2413 in 에 대해 반대 방향(도 24의 (b)의 곡선에 걸쳐 점선 화살표(2402)로 나타냄)이다. In the opposite direction (indicated by a dashed arrow 2402 over the curves of the 24 (b)) on. 반면에, 공간(도 24의 (b)의 곡선(2411, 2412 및 2413)) 및 형상(도 24의 (a)의 곡선(2401, 2402 및 2403))의 치수가 탈초점(또는 초점)의 변화에 대해 동일한 방향으로 변화한다. On the other hand, the space (curve (2411, 2412 and 2413) in (b) in FIG. 24) and form the de-focus (or focus) the dimensions of the (curve (2401, 2402 and 2403) of (a) in FIG. 24) the change in the same direction to change. 도 24의 (a) 및 도 24의 (b)의 그래프는 도 23에 도시된 타겟(2300)의 초점-노광 매트릭스(도 11에 대해 기술된 것과 동일한 조건 하에 있음)에 적용되는 본 발명의 측정 방법의 시뮬레이션이며, 여기서 40nm 바이어스는 형상 요소(2311, 2312)와 동일한 공칭 선량에서 원하는 크기로 인쇄하는 것을 보장하기 위해 공간 요소(2313, 2314)에 적용되었다. Measurement of the present invention is applied to the exposed matrix (located under the ones under the same conditions described for Fig. 11) focus on a target 2300 shown in Fig. 24 (a) and graph 23 of (b) of FIG. 24 a method of simulation, where the 40nm-bias was applied to the area elements (2313, 2314) to ensure that printed in the desired size at the same dose as the nominal-like elements (2311, 2312). 선량 및 탈초점을 추출하는 방법은 Ausschnitt(미국 특허 제5,965,309호)에 또는 CP Ausschnitt, "인라인 리쏘그라피 제어를 위한 선량 및 탈초점의 구분(Distinguishing dose and defocus for in-line lithography control)," Proc. Method for extracting a dose and de-focus is Ausschnitt (U.S. Patent No. 5965309 No.) in or CP Ausschnitt, "separation of the dose and de-focusing for in-line lithography control (Distinguishing dose and defocus for in-line lithography control)," Proc . SPIE, Vol. SPIE, Vol. 3677, 140-147(1999)에 기술되어 있으며, 이들은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 3677, is described in 140-147 (1999), all of which are in their entireties by reference herein is incorporated herein by reference. 프로세스에 대해 선량 및 초점에 대한 듀얼-톤 타겟(2300)의 응답이 특징지워지면, 그 프로세스에 의해 생성된 패턴의 치수에서의 공칭으로부터의 변화의 측정은 상기 간행물에 개시된 역 모델링에 의해 선량 및 탈초점으로 변환될 수 있다. For the dose and focus on the process dual-When the response of the tone target 2300. Features cleared, the measurement of the variation from the nominal of the dimensions of the pattern created by the process is dose by inverse modeling disclosed in the above publication and It can be converted to de-focus. 한가지 톤은 깨끗한(또는 밝은) 영역에 있는 불투명(또는 어두운) 라인 또는 피처(남아있는 패터닝된 물질을 나타냄)로 특징지워지고, 반대 톤 패턴은 불투명(또는 어두운) 영역에 있는 깨끗한(또는 밝은) 피처로 특징지워진다. One kinds of tone clear (or light) (representing the patterned material remaining) non-transparent (or dark) line or feature in the area, characterized cleared, opposite the tone pattern is clear (or light) on the non-transparent (or dark) regions feature It characterized by.

차분 CD/선량/초점 타겟(2500)의 다른 실시예는 도 25에 도시되어 있다. Another embodiment of the differential CD / dose / focus target (2500) is shown in Fig. 여기에서, 각각 제1 및 제2 서브패턴 영역(2501, 2502) 내에, 반사율 Here, in the respective first and second sub-pattern region (2501, 2502), the reflectance 로 특징지워지는 남아 있는 패터닝된 물질의 유효 분리 형상 영역(2511, 2512)(각각 공칭 폭 Characterized by the feature region remains effective separation of the patterned materials in (2511, 2512) (each nominal width 을 가짐)이 도 9의 (b)의 미소 주기 라인(908)에 의해 정의된 형상 영역(901, 902)과 유사한 방식으로 1차 주기성 P의 방향(즉, 도 25에서의 x-방향)을 따라 배향되어 있고 또 유효 형상 영역(2511, 2512)의 엣지에 직교인 길이를 갖는, 공칭 주기 Having a) an x- direction) in FIG. 9 (b), minute cycle line (908) the feature region (901, 902) and the direction of the first periodicity P in a similar manner defined by (i.e., 25 of FIG. Accordingly, the nominal cycle having a length perpendicular to an edge of the alignment are available and also the feature region (2511, 2512) 의 내포된 좁은-폭 평행 공간(즉, 양호하게는 대략 Of containing the narrow-width parallel space (i. E., Preferably about 의 폭을 갖는 라인들의 형상 내의 패터닝된 물질이 제거된 영역)의 단부에 의해 실질적으로 둘러싸인 영역에 의해 형성된다. A is formed by a region substantially surrounded by the end of the material is removed, the patterned areas) in the shape of lines having a width. 서브패턴 영역(2503, 2504) 내에서, 반사율 In the sub-pattern area (2503, 2504), the reflectance 로 특징지워지는 유효 분리 공간 영역(패터닝된 물질이 제거된 영역)(2513, 2514)(각각 공칭 폭 Characterized by the effective separation space area (the area the patterned material removal) (2513, 2514) (each nominal width 를 가짐)은 1차 주기성 P의 방향에 평행하게 배향되고 유효 공간 영역(2513, 2514)의 엣지에 직교인 길이를 갖는, 공칭 주기 Having a) is a nominal period, having a length perpendicular to an edge of the first periodic direction is oriented parallel to the effective area of ​​the region P (2513, 2514) 의 밀접하게 내포된 평행의 좁은 직사각형 형상(즉, 양호하게는 대략 Closely narrow rectangular shape for nested parallel (i. E., Preferably about 인 폭을 갖는 남아 있는 패터닝된 물질의 라인들)의 단부에 의해 형성된다. The left is formed by the ends of the lines of the patterned material) which has a width. 유효 공간 영역(2513, 2514)의 윤곽은 도 9의 (c)의 미소-주기 라인(909)에 의한 공간 영역(903, 904)의 윤곽과 유사하다. It is similar to the contour of the space period of the line 909 the area (903, 904) of the active space area (2513, 2514) is an outline of 9 (c) of the smile. 회절 분석기(40)에 의해 살펴본 바와 같이, 미소-주기 평행 직사각형 라인 및 공간에 의해 덮여있는 영역(2523)은 유효 반사율 As described by the diffractometer 40, a smile-cycle parallel rectangular lines and a region (2523) is covered by the spatial reflectance is valid 에 의해 특징지워진다. It characterized by the. 도 23의 타겟(2300)에 대한 것과 유사한 방식으로, 도 25의 2 쌍의 영역(2501, 2502 및 2503, 2504)은 상기한 바와 같이 미국 특허 제5,965,309호에서 Ausschnitt에 의해 기술된 본 발명에 따른 유효 분리 형상 Targeted manner similar to that for 2300, two-pair region of Figure 25 (2501, 2502 and 2503, 2504) of Figure 23 is in accordance with the invention described by Ausschnitt in U.S. Patent No. 5,965,309, as described above effective separation shape 및 공간 And space 의 유효 폭을 측정하는 데 있어서 개별적으로 처리될 수 있다. According to the measurement of the effective width it may be processed individually. 선량에 대한 유효 분리 형상 폭 Effective separation width shape of the dose 의 응답은 유효 분리 공간 Of response is effective separation space 의 것과 반대인 반면, 그의 탈초점에 대한 응답은 도 24의 (a) 및 도 24의 (b)와 도 27의 (a) 및 도 27의 (b)에 나타낸 바와 같이 동일하다. In contrast to that of the opposite, it is a response to its de-focus is the same as shown in (a) and (b) of FIG. 27 in FIG. 27 (a) and (b) of FIG. 24 in FIG. 24. 형상 및 공간 구조의 이러한 서로 다른 응답은 Ausschnitt(미국 특허 제5,965,309호)에 따른 리쏘그라피 선량 및 초점의 개별적인 제어를 가능하게 해준다. The different responses of the shape and spatial structure allows for the individual control of the lithography dose and focus according to Ausschnitt (US Patent No. 5,965,309). 도 23의 타겟(2300)에 대한 도 25의 타겟(2500)의 이점은 2가지, 즉 1) 형상 및 공간 단부가 선량 및 초점에 대한 향상된 감도를 갖는 것, 및 2) 도 25의 타겟(2500)이 CMP(chemical mechanical polishing, 화학 기계적 연마) 등의 다른 프로세스 단계들과의 호환성을 보장하는 데 필요한, 칩 패턴의 것과 비교하여 보다 균일한 패턴 밀도를 유지하는 것이다. The advantage of the target (2500) in FIG. 25 for a target 2300 of Figure 23 is two kinds, that is, 1) the shape and space end, having an improved sensitivity to dose and focus, and 2) the target 25 (2500 ) to maintain a more uniform pattern density is compared with that of the chip pattern is required to ensure compatibility with other process steps, such as CMP (chemical mechanical polishing, chemical-mechanical polishing).

레지스트 막에 형성된 패턴의 차분 CD 측정에 의해 선량 및 초점 차분 응답을 가능하게 해주는 다른 타겟은 Starikov("노광 모니터 구조(Exposure Monitor Structure)", SPIE vol. 1261 Integrated Circuit Metrology, Inspection, and Process Control IV (1990)) 및 Inoue 등(2001년 6월 26일자로 특허된 미국 특허 제6,251,544호)에 의해 기술된 선량 감도가 좋은 설계 및 Suwa(미국 특허 제4,908,656호) 및 Ausschnitt(미국 특허 제5,953,128호)에 의해 기술된 초점 감도가 좋은 설계에 기초하여 생성될 수 있다. By differential CD measurement of the pattern formed in the resist film other target that allows the dose and focus difference response Starikov ( "exposure monitor structure (Exposure Monitor Structure)", SPIE vol. 1261 Integrated Circuit Metrology, Inspection, and Process Control IV (1990)), and Inoue et al. (patented in June 2001 26. date of United States Patent No. 6,251,544 calls) with a good dose of sensitivity technology designed by and Suwa (US Patent No. 4,908,656 calls) and Ausschnitt (US Patent No. 5,953,128 calls) the focus sensitivity described by may be generated based on a good design. Starikov 및 Inoue 설계는 마스크 패턴 상에 서브-분해능 지원 피처(sub-resolution assist feature, SRAF)를 사용함으로써 선량 감도를 크게 향상시키고 초점 감도를 약화시킨다. Starikov and Inoue design sub on the mask pattern - thus by using a supported resolution features (sub-resolution assist feature, SRAF) significantly improve the sensitivity and dose weakens the focus sensitivity. Suwa 및 Susschnitt 설계는 라인의 단부의 테이퍼화를 도입함으로써 탈초점에 대한 감도를 향상시킨다. Suwa and Susschnitt design improves the sensitivity of the de-focus by introducing the tapered end of the line. 이들 설계는 도 26에 예시한 바와 같이 상기한 본 발명의 차분 CD 측정에 용이하게 적용된다. These designs are easily applied to the above-described difference CD measurement of the present invention, as illustrated in Fig. 도 26의 (a)에서, 각각 반복하는 요소(2611, 2612)를 갖는 2개의 서브패턴 영역, 즉 영역 1 및 영역 2로 이루어진 선량에 민감한 섹션(2610), 및 각각 반복하는 요소(2623, 2624)를 갖는 2개의 서브패턴 영역, 즉 영역 3 및 영역 4로 이루어진 탈초점에 민감한 섹션(2620)을 갖는 타겟(2600)이 설계되어 있다. In (a) of Figure 26, the two sub-pattern regions, i.e. region 1 and region-sensitive section, the dose consisting of 2 2610, and an element (2623, 2624, each iteration having an element (2611, 2612) for each iteration ) two sub-pattern regions, that is, a target having a sensitive section 2620 in the de-focus area comprising a third and fourth area (2600) having a is designed. 타겟(2600)은 N개의 반복하는 서브패턴 요소 섹션(2630)(명백함을 위해, 단지 2개의 반복하는 요소 섹션(2630)만이 도시되어 있음)의 x-방향으로 P의 1차 주기성을 갖는다. Target 2600 has a sub-element pattern section 2630 first periodicity of P in the x- direction (which For clarity, only two repeated elements that section 2630 is shown) for the N iteration. 개방된 패터닝된 영역 또는 공간(남아 있는 패터닝된 물질 사이)는 각각 서브패턴 요소(2611, 2612, 2623, 2624)에 대응하는 폭 (Between the patterned material remaining), the open pattern area or space widths respectively corresponding to the sub pattern elements (2611, 2612, 2623, 2624) 을 갖는다. Has the. 도 26의 (b)는 하나의 요소 섹션(2630)을 형성하는 데 사용되는 마스크 레이아웃(2650)의 일부분을 나타낸 것이다. (B) of Figure 26 shows a portion of a mask layout 2650 that is used to form a single element section (2630). 상부 마스크 섹션(2670)은 웨이퍼 상에 각각 1차 피처(2611, 2612)를 결상시키는 데 사용되는 인접한 서브-분해능 지원 피처 (SRAF)(2652, 2654)를 갖는 1차 피처(2651, 2653)로 이루어져 있다. A resolution supported features (SRAF) primary features having a (2652, 2654), (2651, 2653) - the upper mask section (2670) are respectively the first feature (2611, 2612) adjacent that is used for imaging sub on the wafer consist of. 도 27의 (a)에 도시한 바와 같이, 선량에 민감한 영역(2610)에서의 공간의 폭 As shown in FIG. 27 (a), the width of the space in the sensitive region (2610) in the dose 은 곡선(2701)으로 나타낸 바와 같이 선량에 아주 민감한 반면(예를 들어, Starikov 및 Inoue에 의해 기술된 바와 같음), 탈초점에 따른 폭 While quite sensitive to the dose, as indicated by the curve 2701 (e.g., as hereinbefore described by Starikov and Inoue), the width of the de-focus 의 변동은 도 27의 (b)에 나타낸 곡선(2703)으로 나타낸 바와 같이 급격하게 변하지 않는다. The variation does not change dramatically, as indicated by the curve 2703 shown in (b) of Fig.

이와 반대로, 초점에 민감한 영역(2620)은 패터닝된 영역(2623, 2624)을 각각 형성하기 위해 예를 들어 테이퍼형 라인(2661, 2662)(Suwa 또는 Ausschnitt에 의해 기술된 바와 같음)으로 이루어진 2680 등의 마스크 레이아웃에 의해 형성된다. On the other hand, sensitive areas 2620 to focus the patterned regions (2623, 2624) to 2680 made of, for example tapered line (2661, 2662) (as described by Suwa or Ausschnitt) to form, respectively, etc. a is formed by the mask layout. 초점에 민감한 영역(2620)에서의 공간의 폭 The width of the space in the sensitive region 2620 to the focal 은 도 27의 (a)의 곡선(2702)와 유사한 방식으로 선량의 함수로서 변하며, 따라서 선량 변동에 비교적 민감하지 않지만, 도 27의 (b)의 곡선(2704)으로 나타낸 바와 같이 탈초점에 비교적 아주 민감하다. Relatively to the de-focus, as indicated by (a) curve 2702 and curve 2704 of (b) in a similar manner varies as a function of dose, and therefore does not relatively sensitive to dose variations, Fig. 27 of the 27 it is very sensitive.

본 발명에 따라 사용하기 위한 다른 회절 분석 타겟은 Brunner(미국 특허 제5,300,786호)에 의해 개시된 바와 같이 마스크 상의 위상 천이 요소를 사용하여 초점 감도를 달성하도록 설계될 수 있다. Other diffraction analysis target for the use according to the present invention can be designed to achieve the focus sensitivity by using a phase shift element in the mask, as described by Brunner (U.S. Patent No. 5,300,786). 이들 실시예 모두가 공통으로 가지고 있는 점은 이들이 CD 또는 오버레이 측정에 의존한다는 것이다. That in these examples all have in common is that they rely on that CD or overlay measurements. 여러가지 타겟 설계가 용이하게 전술한 본 발명의 차분 CD 측정 또는 이하에서 기술되는 본 발명의 차분 오버레이 측정에 적합하게 되어 있다. The difference overlay measurement of the present invention is described in the difference CD measurements or less of the present invention with a variety of target design easily described above is preferably used. 선량 및 초점 제어 이외의 특정의 응용에 관한 타겟은 그 중에서도 특히 도 6, 도 8, 도 9, 도 23, 도 25 및 도 26에 도시된 실시예들로부터 조립될 수 있다. Target for a particular application other than the dose and focus control may be assembled from the embodiments shown particularly in Figs. 6, 8, 9, 23, 25 and 26 among others. 예를 들어, 도 6에 도시한 쐐기 요소(601)와 비슷하도록 일련의 폭 스텝으로 이루어진 타겟은 넓은 범위의 CD에 걸쳐 리쏘그라피 프로세스의 선형성을 정량화하는 수단을 제공한다. For example, the target comprising a series of step-width to be similar to the one wedge element 601 shown in Figure 6 provides a means to quantify the linearity of a lithography process over a wide range of CD. 이러한 타겟 상에서의 마스크 측정과 웨이퍼 측정의 비교는 서브파장 결상에서의 CD 변동의 원인을 이해하는 데 중요한 소위 MEEF(mask error enhancement factor) 효과를 정량화한다. Comparison of the measurement mask and the wafer on the measurement of this target is to quantify the major cause so-called MEEF (mask error enhancement factor) to understand the effect of the variation in the CD sub-wavelength imaging.

타겟 실시예는 또한 특정의 패터닝 층의 특성에 맞게 조정될 수 있다. Example embodiment target may also be adjusted according to the characteristics of the specific patterning of the layer. 도 28은 x-방향으로 1차 주기성 P를 갖는, 공칭 폭 28 is a periodicity having a primary P in x- direction, the nominal width 을 갖는 더 큰 요소(2811) 및 공칭 폭 Larger elements (2811) having a nominal width 을 갖는 더 큰 요소(2812)를 형성하기 위해 정렬된 x-방향 및 y-방향에서 미소 주기 Minute period in the more the x- direction and y- direction aligned to form a larger element 2812 having 로 있는 콘택 홀(2801)로만 이루어진 타겟(2800)을 나타낸 것이다. It shows a target 2800 made of only contact hole 2801 in the area. 다른 실시예에서, 도 29는 2개의 서브패턴 영역, 영역 1 및 영역 2를 갖는 타겟(2900)을 나타낸 것으로서, 여기서 백그라운드 반사율 영역(2905)는 각각 공칭 폭 In another embodiment, Figure 29 is two sub-pattern region, a region shown as the target (2900) having a first and second region, where the background reflectance area 2905 are each nominal width 을 갖는 측정가능한 격자 요소(2901, 2902)의 긴 주기(coarse period) P에 평행하게 있는 미소 주기(fine period) Measurable long period grating element (coarse period) minute period in parallel to the P (fine period) of (2901, 2902) having a 로 있는 조밀한 간격으로 있는 라인들로 이루어져 있다. It is made up of in a compact space in a line.

도 30에 도시되어 있는 다른 타겟 실시예는 쓰루-피치(through-pitch) CD 측정치의 병행 획득에 본 발명의 차분 회절 분석 측정의 적용을 가능하게 해준다. Other exemplary target that is shown in Figure 30 for example, is through-enables the application of differential diffraction measurement of the present invention to obtain a pitch in parallel (through-pitch) CD measurements. 인쇄된 CD의 피치 또는 주기에 대한 측정된 의존성은 OPC(Optical Proximity Correction, 광학 근접 보정) 규칙의 결정에 중요하다. The measured dependence of the pitch or period of the printed CD is important to determine the OPC (Optical Proximity Correction, optical proximity correction) rule. OPC 규칙은 서로 다른 피치의 피처의 공통 크기로의 동시적인 인쇄를 보장하기 위해 제품 마스크 레이아웃 의 수정을 규제한다. OPC rules regulating the modification of the product mask layout to ensure the simultaneous printing of one another with a common size of the features of different pitches. OPC 규칙 생성의 현재의 제한은 종래의 SEM CD 측정 방법이 느리고 어렵다는 것이다. The current limit of OPC rules generation is slow and difficult conventional SEM CD measurement. 상세하게는, SEM CD 측정은 대표적인 프로세스 윈도우에 걸쳐 인쇄된 CD의 매칭을 보장하기 위한 충분한 데이터의 수집을 배제하고 있다. Specifically, CD SEM measurements and eliminate the collection of sufficient data to ensure the matching of the printed CD over a typical process window. 도 30의 타겟은 다수의 차분 격자(3001, 3002, 3003, 3004)로 이루어져 있으며, 그 각각은 설계에 있어서 도 17에 도시한 것과 유사하며, 여기서 주기 FIG target 30 is made up of a plurality of difference grid (3001, 3002, 3003, 3004), each of which is similar to that shown in Figure 17. In the design, the period where 는 한 차분 격자에서 그 다음 차분 격자로 각각 변화된다. It is changed in each of the differential grating in the next difference grid. 단색 조사 Solid survey 하에서, 도 30에서의 타겟(3000)으로부터의 회절은 도 31에 나타낸 바와 같이 일어난다. Under takes place as shown in Figure 31, diffraction from the target (3000) in Fig. 30. 0차 세기 0 next century 는 경로(440)를 따라 반사되고, 1차 세기 It is reflected along path 440, the primary strength 는 광학계(430)에 의해 집광된다. It is focused by the optical system 430. 그렇지만, 서브영역(3001)에 대한 1차 세기 However, the primary strength for the sub-region 3001 는 집광되지 않는데 그 이유는 서브영역(3001)의 피치 Is does not condensed because the sub-region 3001 Pitch 이기 때문이다. Because. 각도들 간의 관계는 이하의 격자 방정식에 의해 표현될 수 있다. Relationship between the angle may be represented by the following grating equation.

0차 회절 차수가 본 장치에 의해 검출가능한 격자 주기의 범위는 조건 The range of the grating period can be detected by the zero-order diffraction order terms The apparatus 을 만족시켜야만 하며, 이 경우 Must satisfy the. In this case,

이다. to be.

최대 집광 각도 Maximum converging angle 에 대응하는 얕은 각도 조사(shallow angle illuminiation) Shallow angle corresponding to the survey (shallow angle illuminiation) And 의 경우, 1차 검출의 범위는 Cases, the first range of the car is detected 이다. to be. 따라서, 200nm의 파장에서의 이용가능한 DUV 광원은 Thus, the available DUV light at a wavelength of 200nm 범위의 주기로 CD 측정을 가능하게 해준다. A period in the range allows the CD measurement. 더 큰 주기를 포괄하는 범위는 더 긴 파장 조사를 사용하여 달성된다. Range further encompasses a large cycle is achieved by using a longer wavelength irradiation. 다중 파장 또는 광대역 광원은 150nm 내지 3000nm의 주기인, 가장 최근의 기본 규칙에서 OPC에 대한 대상이 되는 전체 범위를 수용한다. Broadband or multiple wavelength light sources to accommodate the full range of the target for the OPC at 150nm to give the most recent basic rules of 3000nm. 수학식 24b에 정의된 하한(lower cutoff)보다 더 작은 주기는 0차에서만 검출가능하다. A smaller cycle than the lower limit (lower cutoff) defined in Equation 24b can be detected only in the zero order. 도 32의 (a)는 검출기(460)의 평면도 상에서의 3개의 주기 (A) of FIG. 32 is a plan view of the three cycles on the detector 460 의 광대역 조사에 대한 타겟(3000)으로부터의 검출된 1차 세기 The detected first intensity from the target (3000) for a broadband irradiation 를 나타낸 것이다. It illustrates a. 회절 각도가 주기에 따라 변하기 때문에, 검출된 세기는 검출기(460) 상에서의 변하는 파장의 방향에 대응하는 x'-방향으로 서로 어긋나게 되어 있다. Since the diffraction angle varies with the period, the detected intensity is shifted from each other in x'- direction corresponding to the direction of the wavelength change on the detector 460. 각각의 주기에서의 CD의 동시적인 측정은 도 32의 (b)에 나타낸 x'-방향에 걸쳐 적분 또는 합산된 세기 The integrated or summed over x'- direction shown in simultaneous measurements (b) of FIG. 32 in the CD at each cycle century 의 개별적인 측정에 의해 가능하게 된다. In is made possible by the independent measurements. 따라서, 본 발명의 방법은 넓은 범위의 피치에 걸쳐 CD의 동시적인 측정을 가능하게 해준다. Thus, the method of the invention enables the simultaneous measurement of CD over a wide range of pitch.

도 4의 (a)의 장치(40)의 0차 검출 경로(440)는 CD의 측정과 동시에 막 두께의 측정을 가능하게 해준다. Zeroth order detection path 440 of the apparatus 40 in (a) of Figure 4 enables a measurement of the film thickness at the same time as the measurement of the CD. 도 33의 (a)에 도시한 바와 같이, 설계에 있어서 도 17의 타겟(1701)과 유사한 타겟의 경우에, CCD2 검출기(480)(도 4의 (a))의 평면도 상에 그래프로 나타낸 0차 이미지는 y'-방향에서 도 17의 타겟(1701)의 패터닝된 영역(1731, 1732)에 대응하는 영역(3301, 3302)으로 분할되는 반면, 영역(3305)은 도 17의 타겟(1701)의 미패터닝된 영역(1705)에 대응한다. As shown in (a) of FIG. 33, in the case of a target similar to the target 1701 of Figure 17 in the design, CCD2 detector 480 (Fig's 4 (a)), 0 shown in the graph on the top view of the difference image, while being divided into regions (3301, 3302) corresponding to the patterned region (1731, 1732) of the target 1701 of Figure 17 in the direction y'-, area 3305, a target 1701 of Figure 17 and in the unaware in the patterned area 1705. 미패터닝된 영역(3305)의 세기 스펙트럼 Intensity spectrum of the non-patterned area 3305 은 막 두께 측정을 위해 이용될 수 있다. It can be used for film thickness measurements. 도 33의 (b)에 도시한 바와 같이, 타겟 영역(1711, 1712)에 각각 대응하는 2개의 격자 이미지 영역(3301, 3302) 사이의 미패터닝된 타겟 영역(1750)에 대응하는 라인 A-A'에 따른 미패터닝된 이미지 영역(3305)에서의 0차 세기 스펙트럼 As shown in FIG. 33 (b), the line corresponding to the target area, the two grid image area non-patterned target area (1750) between the (3301, 3302) respectively corresponding to (1711, 1712), A-A 'the zero order spectrum intensity in the un-patterned area of ​​the image 3305 in accordance with the (3307)은 막의 본질적인 특성 - i번째 막의 굴절률 3307 film is essential properties - i-th refractive index film 의 실수 및 허수 성분 - 및 각각의 막의 두께 The real and imaginary components - and each film thickness 에 의존하는 고유의 시그너처(signature)를 갖는다. It has a unique signature (signature) that depends on. 값을 알고 있는 경우, 두께를 자유 파라미터로서 사용하여 다중-막 층의 측정된 스펙트럼에 대한 모델링된 응답의 종래의 근사에 의해 결정될 수 있다. If a known value, the thickness to be used as free parameters multiple can be determined by the film conventional approximation of the modeled response for the measured spectrum of the layer. 값 중 하나 이상을 모르고 있는 경우, 이들의 결정은 Cauchy 공식(formulation) 등의 이들의 예상된 분산 거동의 종래의 모델을 사용함으로써 근사화 루틴에 포함될 수 있다. If you do not know one or more of the value, and their determination can be included in the approximation routine by using a conventional model of the expected behavior of a dispersion thereof such as Cauchy formula (formulation). 물론, 검출가능한 영이 아닌 차수 회절이 없는 경우(타겟이 없는 경우 이와 같음), 동일한 방법이 도 4의 (a)의 장치(40)의 검출기(480)를 사용하여 막 특성 및 두께의 결정에 적용될 수 있다. Of course, if there is no order of diffraction it is not detectable zero (if there is no target this same), the same method is also use of a detector (480) of the device 40 of (a) 4 film applied to the determination of the properties and thickness can.

차분 오버레이 Difference Overlay

도 4의 본 발명의 회절 분석 시스템(40)의 실시예의 변형이 도 34에 도시되어 있다. The embodiment variant of the diffraction system 40 of the present invention of Figure 4 is shown in Figure 34. 2개의 반대 방향으로부터, 둘다 타겟 1차 피치 P의 방향(즉, x-방향)을 따라, 타겟(40)을 조사할 수 있는 기능이 추가되었으며, 여기서 도 34의 (a)는 마이너스 x-방향(1차 주기성의 방향)으로부터 나오는 타겟(455)의 조사를 나타낸 것이고, 도 34의 (b)는 플러스 x-방향으로부터 나오는 타겟(455)의 조사를 나타낸 것이다. 2 from the opposite direction, both the first target direction of the pitch P (i.e., x- direction) along a, was added the ability to examine the target (40), wherein (a) of Figure 34 is negative x- direction will showing an irradiation target (455) coming from the (first direction of the car periodicity), (b) of Figure 34 shows the investigation of a target 455, coming from the positive x- direction. 이것은 단일의 장치로 플러스 및 마이너스 회절 차수 둘다의 검출을 가능하게 해준다. This allows the detection of the positive and negative diffraction orders both by a single device. 이것은 타겟에 대한 적절한 조사 검출(illumination detection)을 달성하기 위해 조사(410)의 위치 변경 또는 타겟 웨이퍼(450)의 위치 변경을 할 수 있도록 장치(40)를 구성함으로써 달성될 수 있다. This may be accomplished by configuring the device 40 to change the position of the irradiation unit 410 changes the location or target wafer 450 in order to achieve the proper detecting irradiation (illumination detection) for a target. 조사가 좌측에서 우측으로 각도 The irradiation angle from the left to the right 로 있는 경우, +1 회절 차수(441)가 검출된다. If in, the +1 diffraction order 441 is detected. 조사가 우측에서 좌측으로 각도 The irradiation angle in the right to left 로 있는 경우, -1 회절 차수(441')가 검출된다. If that, the -1 diffraction order is detected (441 '). 플러스 및 마이너스 회절 차수 둘다를 검출할 수 있는 기능은 이하에서 설명하는 바와 같이 오버레이 에러의 측정에 필수적이다. Plus and the ability to detect a negative diffraction order, both are essential for the measurement of overlay errors as described below.

이상적인 오버레이 타겟 격자(3500)의 반복 단위(도 5의 (a)에 개략적으로 나타낸 이상적인 CD 회절과 유사함)가 도 35의 (a)에 도시되어 있으며, 여기서는 명백함을 위해 단지 하나의 반복만이 도시되어 있다. It is shown in an ideal overlay target of 35 repeating units (also schematically similar to the ideal CD diffraction indicated by in FIG. 5 (a)) of the grid (3500) (a), in this case only one of the repeating For clarity It is shown. 웨이퍼 상에 인쇄된 오버레이 격자 타겟(3500)은 각각의 주기 P 내에 2개의 피처(3501, 3502)로 이루어져 있으며, 하나의 피처(3501)는 폭 The grid overlay target (3500) printed on the wafer is made up of two features (3501, 3502) in each period P, one of the feature 3501 is the width 을 갖는 패터닝 프로세스 A에 의해 형성되 고, 제2 피처(3502)는 폭 And it formed by a patterning process A having a second feature 3502 has a width 을 갖는 패터닝 프로세스 B에 의해 형성된다. It is formed by a patterning process with the B. 패터닝 프로세스 B는 피처(3502)의 제1 층을 인쇄하는 프로세스를 나타낼 수 있고, 패터닝 프로세스 A는 피처(3501)의 제2 상부층의 프로세스를 나타낼 수 있다. Patterning process B may indicate a process for printing a first layer of the object 3502, a patterning process, A can represent a process of the second top layer of the object (3501). 앞서 설명한 CD 타겟의 경우에서와 같이, 피처들이 그 피처가 인쇄되어 있는 프로세스 층의 기본 규칙과 부합하는 한, 피처(3501, 3502)는 라인, 트렌치 또는 더 작은 피처들의 어레이로 이루어질 수 있다. As in the case of the CD target described above, the features may be made of an array of one, the features (3501, 3502) is a line, trench or smaller features to meet the ground rules of the process layer in the feature is printed. 주기 P에 대한 폭 Width of the period P And 는 측정가능한 오버레이 에러의 범위를 결정한다. Determines a range of measurable overlay error. 도 35의 (a)의 이상적인 오버레이 격자(3500)는 수평 축 x의 방향으로 각각의 주기 내에 2개의 라인(3501, 3502)을 가지며, 라인(3501)은 폭 Ideal overlay grid (3500) of (a) of FIG. 35 has two lines (3501, 3502) in each cycle in the direction of the horizontal axis x, line 3501 is the width 을 가지며 라인(3502)은 폭 Has a line 3502 is wide 을 가지고, 이들의 중심 라인은 거리 To have, and their center line distance 만큼 분리되어 있다. As it is isolated. 비율 ratio 는 1/2의 공칭 값을 갖도록 설계되어 있다. It is designed to have a nominal value of 1/2. 따라서, 주기 P에 대해 정규화되어 있는 2개의 피처(3501, 3502) 간의 x-방향 오버레이 에러 Thus, the overlay error between the x- direction period of two features which are normalized with respect to P (3501, 3502) 는 수학식 25와 같이 표현될 수 있다. It can be expressed by equation (25).

도 35의 (a)에서 수직 축은 1의 실수 진폭 및 0 위상을 갖는 라인(3501), 및 Line having a real amplitude and phase 0 of the vertical axis of FIG. 1 in 35 (a) (3501), and (단, (only, 임)의 실수 진폭 및 위상 Real amplitudes and phases of Im) (단, (only, 임)을 갖는 라인(3502)의 정규화된 복소 반사율을 나타낸다. Im) represents the normalized complex reflectivity of the line 3502 with. 라인(3501, 3502)의 반사율의 정규화는 하부의 막 적층 및 기판의 복사 반사율에 대한 것이다. Normalization of the reflectivity of the line (3501, 3502) is the film for lamination, and the reflectance of the copy of the lower substrate. 타겟 피처가 단일 층에 형성 되어 있는 CD 경우(도 5 참조)와는 달리, 오버레이 피처(3501, 3502)는 막 적층의 서로 다른 막에 형성될 수 있다. The target features can be formed if the CD is formed in a single layer contrast (see Fig. 5), the different layer of membrane laminate overlay feature (3501, 3502). 따라서, 일반적으로 임의의 주어진 파장에서 기판에 대한 2개의 피처(3501, 3502)의 반사율은 같지 않고 이하에서 더 기술하는 바와 같이 진폭 및 위상 둘다에서 서로 다르다. Thus, in general, any two of the reflectivity of the features (3501, 3502) to the substrate at a given wavelength are different from each other in both amplitude and phase, as further described below, without the same.

기판 반사율 Substrate reflectivity 및 개별적인 라인 반사율 And individual line reflectance 의 경우, 진폭 If the amplitude 로 조사되는 길이 Length of investigations into (길이 (Length 는 주기성의 방향인 x-방향에 직교인 y-방향을 따라 배향됨)의 라인 쌍을 포함하는 N개의 주기로 이루어진 유한 격자의 표면 상에서의 반사율 진폭의 공간 변동 a(x, y)은 이하의 수학식 26에 의해 기술된다. A spatial variation in the amplitude of the reflectivity on the surface of the finite lattice consisting of N number of periods including a pair of lines being oriented along the y- direction, which is perpendicular to the x- direction, which is the direction of periodicity) a (x, y) has the following mathematical It is described by equation 26.

여기서, 우리는 Here, we And 를 정의하였다. It was defined. 에 대해 유효한 스칼라 회절 이론 근사에서, 차수 n의 원방계 진폭(far-field amplitude) Valid scalar diffraction theory approximation, order n far-fields of amplitude for the (far-field amplitude) 은 수학식 26의 푸리에 변환에 의해 주어진다. It is given by the Fourier transform of the equation (26).

여기서, here, It is 에 의해 정의된 격자로부터 거리 z 만큼 떨어져 있는 원방계 좌표이다. Is the far-fields coordinate separated by the distance z from the grid defined by the. 방향 direction 에서, 도 34의 검출기(460)의 평면에서의 세기는 수학식 1에 따라 x-방향에서 파장이 분산되고 y-방향에서 배율 M으로 결상된다. In, FIG intensity in the plane 34 of the detector 460 of the wavelength in the x- direction, according to equation (1) is dispersed to form an image with the magnification M in the y- direction. 인 경우, 1차 진폭은 수학식 28에 의해 주어지며, If the primary amplitude is given by equation (28),

대응하는 세기는 Corresponding to the intensity

이며, 여기서 단일의 파장에서, 이하의 정의가 적용되고, , Where is the wavelength of a single, defined below applies,

범위 range And 가 적용된다. It is applied. 다중 파장 조사 하에서, 수학식 30a 내지 30c의 정의는 각각의 파장에서의 상대 반사율의 함수가 되지만, 수학식 28 및 29에서의 진폭 및 세기에 대한 일반적인 표현은 유효하다. Under a multi-wavelength irradiation, the definition of Equation 30a to 30c, but is a function of the relative reflectance in each wavelength, a general expression for the amplitude and intensity of a in Equation 28 and 29 are available. 환언하면, 회절 세기 측정으로부터의 (미지의) 오버레이 에러 In other words, the (unknown) from the diffraction intensity measured overlay error 의 결정은 또한 2개의 부가의 미지의 파라미터, 즉 정규화된 복사 반사율의 진폭 및 위상 The decision is also of the two pieces of additional unknown parameters, namely the amplitude and phase of the normalized reflectance copy 의 결정을 필요로 한다. The determination of the need. 따라서, 본 발명은 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 회절 세기의 측정에 기초하여 패턴 A와 B 사이의 오버레이 에러 뿐만 아니라 유효 진폭 및 위상 차이를 결정하는 수단을 제공한다. Thus, the present invention provides a means for determining an effective amplitude and phase difference, based on the measurement of the diffraction intensity as well as the overlay error between the patterns A and B, as described in more detail below.

경우에, 수학식 29에서의 세기에 대한 표현식은 수학식 7과 유사하게 되며, 상기 CD를 결정하는 데 사용되는 것과 유사한 오버레이 에러 Case, the expression for the intensity in the equation 29 is similar to the equation (7), similar to that used to determine the overlay error of the CD 를 결정하는 방법이 적용될 수 있다(수학식 20a 및 20b 참조). A method of determining the applicable (see Equation 20a and 20b). 그렇지만, 제품 웨이퍼 오버레이 계측에서 만나게 될 가능성이 있는 However, that may be encountered in the product wafer overlay metrology 인 일반적인 경우는 이 방법의 상당한 수정을 필요로 한다. The general case will require significant modifications of the method. 도 35의 (b)에는 수학식 29에 의해 주어진 상대 반사율 크기 Of Figure 35 (b), the relative reflectivity given size by Equation 29 의 2개의 값(각각 Two values ​​(each And ) 및 ) And 의 상대 위상차에서 At a relative phase difference 회절 차수의 정규화된 세기 The normalized intensity of the diffracted order 를 오버레이 에러 An overlay error 의 함수로서 나타 낸 그래프(3513, 3515)가 나타내어져 있다. In the graph (3513, 3515) to embellish displayed as a function is shown. 이들 조건 하에서, Under these conditions, 회절 차수 둘다에 대한 정규화된 세기는 동일하고, The normalized intensity of the diffracted order, both are the same, 에서 양쪽 차수에 대해 최대가 고정되어 있지만, But the maximum is fixed on both sides in order, 로서 정의된 변조는 The modulation is defined as 의 감소에 따라 감소된다. A is reduced according to the reduction. 도 35의 (c)는 (C) of FIG. 35 에서 n = +1 및 n = -1 회절 차수의 정규화된 세기의 그래프(3517, 3519)를 나타낸 것이다. In illustrates the n = +1 and n = -1 graph (3517, 3519) of a normalized intensity of a diffraction order. n = +1, -1 세기 곡선(3517, 3519)은 그의 평균이 도 35의 (b)에 나타낸 곡선(3513)인 n = +1, -1 intensity curve (3517, 3519) is a curve (3513) shown in FIG whose average 35 (b) is 의 경우와 등가가 되도록 각각 공간적으로 분리되어 있으며, 최대는 Respectively, so that the case is equivalent to, and spatially separated, up to the 에 대응하는 The corresponding 의 공칭 값에 대해 반대 방향으로 오프셋되어 있다. It is the offset in the opposite direction with respect to the nominal value. 다른 대안으로서, 영이 아닌 Alternatively, the non-zero 의 경우에 대한 For about 차수에 대한 세기 곡선(3517, 3519)이 차분될 수 있고, 그 차분 함수는 0 오버레이 에러의 위치에서 영 교차(zero crossing)를 갖게 된다. May be the intensity curve (3517, 3519) for the order of the difference, the difference function will have a zero crossing at the location of the overlay error 0 (zero crossing). 그렇지만, 유의할 점은 수학식 29로부터 However, It is noted that from Equation 29 가 0 또는 0 or 의 임의의 배수에 가까워짐에 따라 이 방법이 효과가 없다는 것이다. The closer to any of the drainage methods that would have the effect accordingly. 따라서, therefore, 의 임의의 값에 대해, 오버레이 에러는 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 플러스 및 마이너스 회절 차수에서의 세기 변동의 평균 위상 천이에 의해 최상으로 결정된다. For any value of the overlay error it is determined as the best by the average phase shift of the intensity variation of the, in the positive and negative diffraction orders, as described in detail below.

도 36은 오버레이를 측정하는 데 유용한, 본 발명에 따른 회절 분석 시스템(40)(도 34 참조)에서 사용하기에 적합한 회절 분석 타겟(3600)의 일 실시예를 나타낸 것이다. Figure 36 illustrates one embodiment of a suitable diffraction analysis of the target (3600) for use in useful for measuring overlay, diffraction analysis system 40 according to the present invention (see Fig. 34). 측정가능한 오버레이 타겟(3600)은 각각 주기 P로(즉, 타겟 패턴의 1차 주기성의 방향인 x-방향을 따라) 반복되는, 각도 Measurable overlay target (3600) is an angle in each period P (that is, in a direction of x- direction of the first periodicity of the target pattern) are repeated 로 마주보고 경사진 한쌍의 요소(3610, 3620)를 포함한다. Facing includes a pair of inclined elements (3610, 3620) to. 각각의 쌍의 요소(3610, 3620) 사이의 상대 거리 The relative distance between the elements of each pair (3610, 3620) 는 y-방향에서 치수 H에 걸쳐 선형적으로 변한다. Varies linearly across the dimension H in the y- direction. 각각의 요소 쌍의 상대 기울기는 y-방향을 따라 이후부터 Relative tilt of each element pair is after along the y- direction 라고 하는 That 에서 in 이도록 설계된다. So is the design. 따라서, 설계된 거리는 수학식 31에 의해 주어지고, Thus, it is given by the distance designed Equation 31,

오버레이 에러 Overlay error 의 존재 시의 인쇄된 거리는 수학식 32로서 표현될 수 있다. The distances in the presence of a print can be represented as Equation 32.

여기서, here, silver 에 대응하는 위치의 천이된 위치이다. A shifted position of the position corresponding to. CD 타겟의 경우에서와 같이, 오버레이 타겟(3600)을 이루는 주기의 수 N은 대략 10 이상이어야만 한다. As in the case of the target CD, the number of cycles N that make the overlay target (3600) should be a substantially more than 10.

파장 wavelength 에서의 단색 조사를 가정하면, Assuming a solid research in, 이도록 y-방향 배율 M을 갖는 회절 분석 시스템(40)을 사용하는 도 36의 격자 오버레이 타겟(3600)에 대한 n = +1 1차 회절의 이미지는 도 37의 (a) 내지 도 37의 (d)에 도시되어 있다. Y- direction so that the magnification M diffraction analysis system 40 of Figure 36 the grid overlay target (3600) n = 1 +1 order diffraction image of (a) to 37 of Figure 37 for which the use of having (d ) it is shown in. 도 37 의 (a) 및 도 37의 (b)는 각각 도 34의 (a) 및 도 34의 (b)에 나타낸 바와 같은 배향으로부터의 조사로 인한, 검출기(460)의 평면도 상에 각각 나타낸 +1 및 -1 회절 차수의 세기(3701, 3702)를 나타낸 것이며, 여기서 B 프로세스 패턴의 상대 위상 (A) and (b) of FIG. 37 in FIG. 37 are each represented + on a top view of the detector 460 due to irradiation to an orientation as shown in (b) of FIG. 34 (a) and Figure 34, respectively will showing an intensity of a diffraction order and negative (3701, 3702), wherein the relative phase of the process, the pattern B 은 0이다. It is zero. x'- 축에 걸쳐 평균된(또는 합산된) 대응하는 세기는 각각 그래프(3711, 3712)에 나타내어져 있다. Century, the average (or the sum) corresponding across x'- axis are shown in each graph (3711, 3712). 인 경우에, +1 및 -1 회절 차수 세기(3703, 3704)는 도 37의 (c) 및 도 37의 (d)에 검출기(460)의 평면도 상에 나타내어져 있으며, 대응하는 x'-축 평균된 또는 합산된 세기는 각각 그래프(3713, 3714)에 나타내어져 있다. In the case where, +1 and -1 diffraction order intensity (3703, 3704) is is shown in the plan view of the detector 460 in (c) and (d) of FIG. 37 in Fig. 37, corresponding to axis x'- the averaged or summed intensity is shown in each graph (3713, 3714). 회절이 타겟의 패터닝된 영역 내에서만 일어나기 때문에, 영역 Since this diffraction takes place only within the patterned area of ​​the target region 밖에서는 검출된 세기가 0이다. Out is the detected intensity is zero. 그래프(3711, 3712, 3713, 3714)에 나타낸 바와 같이 As shown in graph (3711, 3712, 3713, 3714) 에서 in 까지 뻗어 있는 검출기(460) 평면의 To stretches of the detector 460 plane with 영역 내에서, 세기는 x'-방향으로 균일하지만, y'-방향에서는 도 35의 (b) 및 도 35의 (c)에 나타낸 바와 같이 수학식 29에 따라 변한다. In the region, the intensity is changed according to the expression 29, as shown in the uniform direction but x'-, y'- direction in Figure 35 (b) and Fig. 35 (c). 일 때, when, 차는 동일하고 최소 세기는 The car and the same minimum century 에서 일어나며, 따라서, 영이 아닌 오버레이 에러 It occurs in and, therefore, non-zero overlay error 는 고정된 It is fixed 주변에 의해 정의된 Defined by the peripheral (도 37의 (a) 및 도 37의 (b)의 그래프(3711, 3712) 참조)에서의 최소의 공칭 설계된 위치에 대해 동일 방향에서 플러스 및 마이너스 차수 ((A in FIG. 37) and a reference graph (3711, 3712) in (b) in FIG. 37) a minimum nominal positive and negative order from the same direction with respect to the designed position in the 둘다의 최소 세기의 위치의 천이를 야기한다. Results in a transition of both the minimum intensity of the position. 일반적으로, 오버레이 에러는 수학식 33에 의해 표현된다. In general, the overlay error can be expressed by Equation 33.

여기서, here, 인 경우, If, 이다. to be.

그렇지만, nevertheless, 인 경우, If, 차수의 최소 The minimum degree of 및 최대 And maximum It is 위치를 중심으로 대칭적으로 천이하며(도 37의 (c) 및 도 37의 (d)의 그래프(3713, 3714) 참조), 그 결과 오버레이 에러 Symmetrically around the transition position is possible (see (c) and graphs (3713, 3714, (d) in FIG. 37) in FIG. 37), as a result, overlay errors 는 플러스 및 마이너스 회절 차수에 걸쳐 평균된 최소 및 최대 위치에만 직접 관계되어 있다. It is positive and is directly related only to the minimum and maximum position averaged over the negative diffraction order.

여기서, here, And 이다. to be.

영이 아닌 회절 차수를 사용하여 오버레이 에러를 결정하는 가장 일반적인 방법은 수학식 29의 함수적 의존성에 회절 세기의 변동을 근사화하는 것이다. The most common method of determining the overlay error by using the diffraction order other than zero is to approximate the variation of the diffraction intensity in the functional dependency of the formula 29. 고정된 파장 A fixed wavelength 에서, 미지의 진폭 In the amplitude of the unknown , 위상 , Phase 및 오버레이 에러 And overlay error 는 수학식 29의 타겟 주기에 수직인 방향(y'-방향)에서의 기지의 의존성에 대한 측정된 플러스 및 마이너스 회절 차수 세기의 합산의 최소 제곱 근사(least-squares fit) 등의 곡선 근사화 방법에 의해 결정될 수 있다. Is a curve fitting method such as a least squares approximation (least-squares fit) of which the summation of the measured positive and negative diffraction order intensity of the dependence of the base in a direction perpendicular (y'- direction) in the target period of Equation 29 It may be determined.

여기서, here,

이고, ego,

는 자유 파라미터로서 It is a free parameter And 를 사용하여 최소화될 잔차(residual)이다. The residuals (residual) to be minimum using. 도 38의 (a)는 검출기(460)의 평면 상에서의 파장 (A) of Figure 38 is the wavelength of the plane on the detector 460 에 대해 각각 다중-파장 조사에 대한 플러스 1차 세기(3801, 3802, 3803)의 평면도 그래프를 나타낸 것이다. For each multi-shows a plan view graph of a positive primary irradiation intensity to the wavelength (3801, 3802, 3803). 플러스 차수에서의 회절 세기의 y'-의존성의 측정의 최소-제곱 근사는 도 38의 (b)에 나타낸 바와 같이 검출기 어레이(460) 상의 각 위치 The minimum of the measurement of the diffraction intensity y'- dependence of the plus-order-squares approximation, each position on the detector array 460. As shown in Fig. 38 (b) 에서 수행될 수 있다. It can be carried out at. 대응하는 마이너스 1차 세기(3806, 3805, 3804)는 검출기 어레이(460) 상의 평면도에 나타내어져 있으며, 도 38의 (d)는 마이너스 차수에 대한 최소-제곱 근사를 나타낸 것이다. Corresponding to the negative first century (3806, 3805, 3804) is a detector array 460 which is shown in the top view on, Fig. 38 (d) is at least about minus order - illustrates a square approximation. 광대역 조사에 대해 유사한 분석이 수행될 수 있다. A similar analysis can be performed on a wide survey. 오버레이 에러가 파장에 독립적인 동안, 다중-파장 또는 광대역 조사의 사용은 그 파장들만의 집합적 사용을 가능하게 해주 며, 이에 대해 측정 정밀도를 보장하기 위해 While the overlay error is independent of wavelength, multi-use of a wavelength or broadband survey assists enables the collective use of only those wavelengths, in order to ensure measurement accuracy for it 는 1에 가까운 미리 결정된 임계값보다 더 크다. It is greater than the predetermined threshold value close to one. 의 허용된 값은 수학식 30b에 나타낸 바와 같이 타겟 요소의 상대 폭 및 조사 파장 범위에서의 그의 반사율에 의존한다. The allowed values ​​of the reflection factor depends on its width, and from the external irradiation wavelength range of the target elements as shown in Equation 30b. 측정된 오버레이 에러는 서로 다른 검출기 위치 The measured overlay error is different detector location 에서 결정된 파장-관련 오버레이 에러 Wavelength determined in-related overlay errors 의 평균이다. The average of the. 측정 정밀도의 현장 모니터를 제공하는 파장-관련 오버레이 에러의 표준 편차가 계산될 수 있다. Is the standard deviation of the related overlay errors can be calculated-wavelength to provide an on-site monitoring of the measurement precision.

CD 측정의 경우에서와 같이, 본 발명에 따른, 웨이퍼 상에 인쇄된 오버레이 타겟(3900)의 다른 실시예는 인쇄된 타겟(3900) 상에 놓여 있는 도 39에 도시된 바와 같이 공칭 피치 As in the case of the CD measurements, another embodiment of the overlay targets 3900 printed on a wafer according to the present invention the nominal pitch as shown in Figure 39 which lie on a print target (3900) 만큼 분리된 2개의 서브영역(3910, 3920)으로 구성된, A 리쏘그라피 프로세스에 대해 2개의 마주보고 경사진 섹션(3911) 및 B 프로세스 조건에 대응하는 섹션(3912)로 이루어진 "모래 시계" 또는 "원통" 타겟 요소(3901, 3902)를 포함하도록 설계되어 있다. The two sub-region consisting of (3910, 3920) as configured, A lithography section 3912 corresponding to the two reported inclined section face (3911) and B process conditions for calligraphy process "hourglass" separated by or " cylinder can "is designed to contain a target element (3901, 3902). 2개의 서브영역(3910, 3920)의 사용은 측정 감도를 배가시키는 반면, 미리 정해진 피치는 각각 요소(3911, 3912)의 검출기(460) 상의 중심 위치 The use of two sub-regions (3910, 3920), while doubling the sensitivity, the predetermined pitch is a central position on the detector 460 of each element (3911, 3912) (도 39에 나타낸 타겟(3900)의 평면에서의 위치 (Located in the plane of the target 3900 shown in Fig. 39 에 대응함)를 결정할 필요가 없게 해준다. To correspond) helps eliminate the need to determine. 수학식 35a의 최소-제곱 근사는 Minimum of Equation 35a - squares approximation 에 대응하는 천이된 위치 간의 거리를 결정한다, 즉 Determines the distance between the shift position corresponding to, that is, 이다. to be. 이어서, 기지의 주기 Then, the cycle of the base 에 대한 그 측정된 거리는 오버레이 에러를 결정한 다. The measurement is determined by the distance between the overlay error for.

도 40에 도시된 이산적인 차분 격자 타겟(4000)은 동일한 본 발명의 차분 회절 분석 원리에 기초한 오버레이 측정의 대안적인 수단을 제공한다. The discrete difference grid targets shown in Figs. 40 (4000) provides an alternative means of overlay measurement based on the same differential diffraction principles of the invention. 격자(4000)는 3개 이상의 서브영역, 예를 들어 영역 0(4010), 영역 1(4011), 영역 2(4012)으로 분할되고, 여기서 피치 P 간격으로 떨어져 있고 폭 Grid (4000) is at least three sub-areas, such as area 0 (4010), a region 1 (4011), is divided into two areas (4012), in which the pitch P and the off interval width 을 갖는, A 프로세스의 각각의 서브영역 요소(4001)는 x-방향(1차 주기성의 방향)을 따라 동일한 위치를 갖지만, 역시 피치 P 간격으로 떨어져 있고 폭 Having a, each sub-zone elements 4001 A of the process has the same position along the x- direction (the first direction of the car periodicity), and also away from the pitch P interval width 를 갖는 B 프로세스 요소(4002)는 다른 서브영역에 있는 A 요소(4001)에 대해 공칭상 다른 위치에 있다. A process B elements 4002 which have a nominal position relative to the other element A (4001) in the other sub-area. 각각의 서브영역의 요소는 y-방향에서 공칭 길이 H를 갖는다. Elements of each sub-region has a nominal length H in the y- direction. 영역 0(4010)으로서 지정된 서브영역 중 하나에서, B 요소(4002)는 A 요소에 대해 공칭 고정 오프셋 0 as an area 4010 in one of the specified sub-area, B element 4002 is fixed nominal offset A for the elements 를 갖는다. Have. 인접한 서브영역[예를 들어, 영역 1(4011), 영역 2(4012)]에서, B 요소(4001)는 각각 상대 오프셋 Adjacent sub-regions [for example, Zone 1 (4011), zone 2 4012] In, B element 4001 are each offset relative 를 가지며, 여기서 To have, in which 이고, 여기서 양호하게는 , Wherein preferably 이다. to be. 각각의 서브영역은 플러스 1차를 포획하기 위해 도 34의 (a)에서와 같이 플러스 x-방향에서, 이어서 마이너스 1차를 포획하기 위해 도 34의 (b)에서와 같이 마이너스 x-방향에서 배율 M을 갖는 회절 분석 시스템(40)의 검출기 어레이(460) 상에 개별적으로 결 상된다. Each sub-region is the magnification in the negative x- direction, as in the positive x- direction as shown in Figure 34 in order to take a plus primary (a), then as in (b) of FIG. 34 in order to take the negative primary It is the individual result in the detector array 460 of the diffraction system (40) having a M. 검출기 어레이(460) 상의 검출된 이미지는 단색 조사의 경우에 대해 도 41a 및 도 41b에 도시되어 있으며, 여기서 각 영역에서의 세기는 대략 일정하다. The detected image on the detector array 460 is shown in Figure 41a and Figure 41b for the case of a monochromatic irradiation, wherein the intensity at each zone is substantially constant. 영역 1(4111+), 영역 0(4110+), 및 영역 2(4112+)에 대한 n = +1(플러스) 이미지는 도 41a에 도시되어 있고, 영역 1(4111-), 영역 0(4110-) 및 영역 2(4112-)에 대한 n = -1(마이너스) 차수 이미지는 도 41b에 도시되어 있다. Region 1 (4111+), the area 0 (4110+), and region 2 is shown in the n = +1 (positive) image in Figure 41a for the (4112+), region 1 (4111-), a region 0 (4110 - n = -1 (negative) image of the order) and the area 2 (4112-) is shown in Figure 41b. 전술한 바와 같이, 각각의 영역에 대한 이미지의 크기는 As described above, the size of the image for each area 이고, 여기서 , Wherein And 이다. to be. 플러스 및 마이너스 이미지는 양호하게는 주어진 차수에 대한 차분 타겟(4000)의 모든 영역이 결상된 후에 조사의 방향을 전환함으로써 순차적으로 결상된다. Positive and negative images preferably are sequentially imaged with by switching the direction of the irradiation after all the regions of the target difference (4000) for a given order of the image formation. 각각의 이미지는 차후의 분석을 위해 저장될 수 있다. Each image can be saved for future analysis. 타겟 주기에 평행한 다수의 방향으로부터 동시적으로 조사되는 서로 다른 배향으로 인쇄된 다수의 타겟을 결상하는 것 또는 대안적인 결상 배향을 얻기 위해 웨이퍼를 순차적으로 재배치하는 것(이에 한정되는 것은 아님)을 비롯한, 결상 시퀀스에 대한 많은 변동이 가능하다. To reposition the wafer in order to obtain simultaneously to each other imaging a plurality of target print to a different orientation or alternative imaging orientation is irradiated with from a plurality of directions parallel to the target period sequentially but not limited to the the other, many variations are possible for the imaging sequence. 각각의 회절 차수에 대해, 개별적인 타겟 영역(예를 들어, 4011, 4010, 4012)의 구성은 검출기 어레이(460)의 대응하는 영역 상에 결상된다(예를 들어, +1 차수의 경우 영역(4110+, 4111+, 4112+)에 각각 이미지 세기 For each diffraction order, the configuration of the individual target areas (e.g., 4011, 4010, 4012) are imaged on the corresponding region of the detector array 460 (e.g., in the case of a +1 order region (4110 +, 4111+, 4112+), each image in the century , 및 -1 차수의 경우 영역(4110-, 4111-, 4112-)에 각각 이미지 세기 For, and -1-order region in each of the image intensity (4110-, 4111-, 4112-) ). ).

수학식 29로부터, 1차 주기성의 방향, 예를 들어 x-방향을 따라 오버레이 에러 From Equation 29, the first direction of the car periodicity, for example the overlay error along the x- direction 에 대한 6개의 세기 Six centuries for 의 응답이 The response of the 에서의 상대 위상 The relative phase of the 의 3개의 대표적인 값(즉, 각각 Three representative value (that is, each , 및 And )에 대해 도 40의 오버레이 타겟(4000)의 경우에 대해 도 42의 (a) 내지 도 42의 (c)에 나타내어져 있다. ) Is shown in (c) of Figure 40 is also for the case of the overlay target (4000), 42 (a) to Fig. 42 for the. 세기는 도 40의 오버레이 타겟(4000)의 개별적인 A 및 B 프로세스 패턴이 중첩하지 않는 오버레이 에러 Century is an overlay error that does not overlap the individual A and B processes the pattern of the overlay target (4000) in FIG. 40 의 범위인 허용된 동적 범위에 대해서만 나타내어져 있다. There is shown only for the dynamic range permitted range. 예를 들어, 도 40의 타겟(4000)의 경우에, 동적 범위는 대략 For example, in the case of a target (4000) of Figure 40, the dynamic range is approximately 이고, 이 범위 내에서 오버레이 에러의 변화에 대한 상대 세기의 응답은 선형이 된다. And, in response to the relative intensity variation of overlay error within this range it is linear. 허용가능 동적 범위 밖에서, 오버레이 에러에 대한 세기의 응답은 비선형일 가능성이 있다. Outside the allowable dynamic range, the intensity of the response of the overlay error is likely to be non-linear. 타겟 요소 폭 The target element width 은 양호하게는 근접 효과가 중요하게 되지 않도록 또한 인쇄된 폭이 본질적으로 설계 그대로 되도록 충분히 크게 선택된다. Is preferably a proximity effect is also important not to the printing width is selected sufficiently large so that essentially it designed as a. 양호하게는, Preferably, 는 공칭상 동일하고, 주기의 고정된 비율이 되도록 선택되며, 양호하게는 It is selected to be a fixed percentage of the same, and the nominal period, preferably 는 대략 0.2P이다. It is about 0.2P. 6개의 세기(즉, 3개의 오버레이 타겟 서브영역(4010, 4011, 4012)에 대한 +1 및 -1 회절 차수)에서의 오버레이 에러에 대한 응답 각각은 정규화된 상대 위상 6 century response to the overlay error in (that is, three overlay target subareas (4010, 4011, +1 and -1 diffraction order for 4012)), each of the normalized relative phase 의 함수로서 고유하게 변한다. It varies as a function uniquely. 6개의 세기의 응답 곡선을 인쇄된 타겟의 상대 위상 영역에 따라 분류하는 것이 가능하다. It can be classified according to the relative phase region 6 of the strength of the printed response curve of a target. 예를 들어, 도 42의 (a)는 For example, (a) of FIG. 42 에 대한 세기 응답을 나타낸 것이다. It illustrates the intensity response for. 여기에서, 각각의 타겟 서브영역(4010, 4011, 4012)에 대해, 플러스 및 마이너스 회절 차수는 각각 세기 곡선(4210, 4211, 4212)으로 나타낸 바와 같이 서로에 중첩된다. Here, for each target sub-area (4010, 4011, 4012), the positive and negative diffraction orders are superposed on each other as indicated by the respective intensity curve (4210, 4211, 4212). 그렇지만, nevertheless, 일 때, 6개의 세기 응답 곡선 When, six intensity response curve (4220+, 4220-, 4221+, 4221-, 4222+, 4222-) 각각 은 도 42의 (b)에 나타낸 바와 같이 각각 서로 다르다. (4220+, 4220-, 4221+, 4221-, 4222+, 4222-), respectively, are different from each other, respectively, as shown in (b) 42. 반면에, On the other hand, 의 경우에, in case of, And 응답은 각각 서로 다르지만, Response is different each other, And 는 도 42의 (c)에 나타낸 바와 같이, 각각 곡선(4230, 4231)에 중첩된다. It is superposed on each curve (4230, 4231) as shown in (c) of Figure 42. 따라서, 본 발명은 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 상대 위상 Accordingly, the present invention, as described in more detail below, the relative phase 및 상대 크기 And the relative size 를 추출하기 위해 세기의 상대 응답을 사용한다. To extract and use the relative response of the intensity.

단일의 파장에서 검출된 세기의 비는 이하의 일련의 수학식에 의해 기술된다. Of the detected intensity at a single wavelength of the ratio it is described by a set of the following equation.

여기서, 다음 파라미터를 정의하였다. Here, we define the following parameters:

수학식 37a 내지 37e를 재정렬하면, 3개의 미지수 Reordering the equation 37a to 37e, 3 of unknowns And 에 대한 일반해가 도출된다. The general solution is derived for.

여기서, here,

차분 오버레이 계측에 특히 관심을 끄는 것은 양호하게는 It is preferably not attract the particular attention to the difference between the overlay metrology 인 경우이며, 따라서 And if, therefore, 및 수학식 38a 내지 38c는 다음과 같이 간략화된다. ) And (38a to 38c are simplified as follows.

여기서, here,

이다. to be. 간략함을 위해, 우리의 관심을 For simplicity, our interest 경우로 제한하지만, 유사한 분석이 Limited to the case, but a similar analysis 의 다른 값들의 경우에 용이하게 적용될 수 있다. For other values ​​can be readily applied to.

수학식 25 및 37 내지 39d는 이제 미지의 오버레이 에러 Equation 25 and 37 to 39d are now overlay error unknown , 상대 크기 And the relative size , 및 상대 위상 , And a relative phase 에 대해 해를 측정가능한 세기 Measurable harm for centuries 의 항으로 구할 수 있다. A it can be obtained by the claims.

수학식 38a 및 38b에서의 In the formula 38a and 38b 의 정의에서의 아크코사인(arccosine) 함수는 해에 있어서 모호성을 도입하며, 이는 오버레이 에러 및 상대 위상의 물리적 특성에 따라 해를 제약함으로써 해결될 수 있다. Arc cosine (arccosine) function defined in the introduction and is the ambiguity in the sea, which can be solved by a pharmaceutical according to the physical characteristics of the overlay error and relative phase. 측정된 세기 비율의 항으로 표현되는 수학식 39a 내지 39d을 정확한 오버레이 에러 Correct overlay error for equation 39a to 39d is expressed in terms of the measured intensity ratio 및 위상 And phase 를 결정하는 데 적용하려면 To apply for determining the 일 때 서로 다른 가능한 위상 범위와 부합하는 변환이 When the conversion in line with different possible phase range 에 적용되어야만 한다. It should be applied. 이것은 수학식 41의 This is of formula 41 를 일정한 것으로 제약함으로써 달성되는데, 그 이유는 상대 위상이 오버레이 에러의 함수로서 변동해서는 안되기 때문이다. It is achieved by the pharmaceutical to be constant, because not intended to be a relative phase variation as a function of the overlay error. 게다가, 수학식 40의 오버레이 에러 In addition, the overlay error of (40) 는 양호하게는 허용된 동적 범위에 걸쳐 1의 기울기를 갖는 선형인 것으로 제약된다, 즉 인쇄된 Is a well-is constrained to be linear with a slope of 1 over the allowed dynamic range, that is, printing 의 변동은 양호하게는 The fluctuation is preferably 의 값의 일정한 비례적 변화를 가져온다. Of the values ​​results in a certain proportion to change.

로의 필요한 변환은 도 43 내지 도 45의 플로우차트에 나타내어져 있으며, 여기서 우리는 이하의 파라미터를 정의하였다. Necessary conversion is is shown in the flowchart of Fig. 43 to Fig. 45 to the, here, we define the following parameters.

도 43 내지 도 45에 나타낸 플로우차트는 43 to the flowchart shown in FIG. 45 And 의 값이 조정(또는 변환)되어야만 하는지 여부를 결정하기 위해 모두가 측정된 세기로부터 도출된 것인 수학식 43의 여러가지 파라미터가 테스트되고 0과 비교되는 논리 트리를 나타낸 것이다. The value is adjusted (or conversion) would be the number of the parameters of the equation 43 derived from all of the measured intensity in order to determine whether the test and shows the logical tree to be compared with zero.

도 43을 참조하면, 먼저 파라미터 Referring to Figure 43, first, the parameters 가 테스트된다(블록 4301). It is tested (block 4301). 인 경우, 이것은 If, this 또는 or 인 첫번째 "축퇴(degenerate)" 경우로 진행되고(블 록 4302), 2개의 회절 차수 In the first case the procedure proceeds to the "degeneracy (degenerate)" (block 4302), two diffraction orders 는 동일하다. It is the same. 그 다음에, 파라미터 Then, the parameters 의 부호가 테스트된다(블록 4303). The code is tested (block 4303). 인 경우(블록 4304), 상대 위상 If (block 4304), the relative phase 는 0과 같게 설정되고(블록 4305), 파라미터 Is set equal to zero (block 4305), a parameter 의 부호가 테스트된다(블록 4306). The code is tested (block 4306). 인 경우(블록 4307), If (block 4307), 또는 or 의 어떤 변환도 필요하지 않다(블록 4308). Some conversion of the FIG is not necessary (block 4308). 인 경우(블록 4309), 블록(4310)에서와 같이 If (block 4309), as shown in block 4310 It is 으로 변환되고, Is converted to, It is 로 변환된다. It is converted to. 인 경우(블록 4311), If (block 4311), It is 와 같게 설정되고(블록 4312), And it is set equal (block 4312), 가 테스트된다(블록 4313). It is tested (block 4313). 인 경우(블록 4313), If (block 4313), It is 으로 변환되고 It is converted to 의 어떤 변환도 수행되지 않는다(블록 4315). Do any conversion of the FIG is performed (block 4315). 인 경우(블록 4316), If (block 4316), 의 부호는 반전되고, The sign is inverted, It is 로 변환된다(블록 4317). It is converted into (block 4317). 인 경우에(블록 4318), 도 44에 나타낸 바와 같이 In the case of (block 4318), as shown in Fig. 44 를 결정하기 위해 분기가 취해지고(블록 4400), 게다가 도 45에 나타낸 바와 같이 The branch is taken in order to determine (block 4400), In addition, as shown in Fig. 45 를 결정하기 위해 분기가 취해진다(블록 4500). The branch is taken in order to determine (block 4500).

도 44를 참조하면, Referring to Figure 44, 일 때 when 분기에 대해(블록 4400), 먼저 For the branch (block 4400), first 의 부호가 테스트된다(블록 4401). The code is tested (block 4401). 인 경우(블록 4402), If (block 4402), 가 테스트된다(블록 4403). It is tested (block 4403). 인 경우(블록 4404), If (block 4404), 의 어떤 변환도 필요하지 않다(블록 4405). Of not require any conversion (block 4405). 인 경우(블록 4406), If (block 4406), 가 테그트된다(블록 4407). Is the tag bit (block 4407). 인 경 우(블록 4408), If (block 4408) in, 의 어떤 변환도 필요하지 않다(블록 4405). Of not require any conversion (block 4405). 인 경우(블록 4409), If (block 4409), It is 로 변환된다(블록 4410). It is converted into (block 4410). 이와 유사하게, Similarly, 인 경우(블록 4411), If (block 4411), 의 적절한 변환(블록 4414 또는 블록 4419)을 결정하기 위해 The appropriate conversion (block 4414 or block 4419) to determine 의 부호(블록 4412) 및 Of a code (block 4412) and 의 부호(블록 4416)가 순차적으로 테스트된다. Of the code (block 4416) are tested in sequence. 이와 유사하게, Similarly, 인 경우에 대해 For if the 에 대한 적절한 변환(블록 4505, 4510, 4514, 4519에서)을 결정하기 위해, 블록(4500)에서 시작하는 도 45에 도시한 논리를 따른다. To determine a proper conversion (block 4505, 4510, 4514, 4519 in) for, following the logic illustrated in Figure 45, starting at block (4500). 이 논리에 의해 By this logical And 를 변환하였으면, 수학식 39a 내지 39d는 도 40의 4000 등의 본 발명의 오버레이 타겟으로부터 검출된 (도 41에서와 같은) 6개의 Once you have the transformation, the equation 39a to 39d is (as in FIG. 41) 40 4000, such as the detection target from the overlay of the present invention at the six 차 세기 The next century 의 측정으로부터 From the measured And 의 정확한 값의 결정을 가능하게 해준다. The enables the determination of the exact value. 오버레이 에러 Overlay error 의 임의의 입력 값에 대한, For any value of the input, 을 변환한 후의 수학식 40으로부터 계산된 결과 응답 The results calculated from the response (40) after the conversion 는 선형이고, 1 기울기 및 0 절편을 가지며, 도 46의 (a)에 나타낸 바와 같이 Is linear, and has a slope of 1 and intercept 0, as shown in (a) of FIG. 46 의 경우에 대한 허용된 동적 범위 내에서 If within the dynamic range, allowing for And 의 값에 무관하다. It is independent of the value. 이 그래프를 생성하기 위해, In order to produce this graph, 의 값이 0.1의 증분으로 선택되었으며, This value was selected as the increment of 0.1, end 의 증분으로 선택되었다. The increment has been selected. 도 36의 연속적으로 변하는 타겟의 경우에서와 같이, 다중-파장 또는 광대역 조사의 사용은 As in the case of the target continuously variable in Figure 36, a multi-use of a wavelength or a broadband irradiation 를 최대화하기 위해 서로 다른 위치 In order to maximize the different locations 에서의 세기를 샘플링하는 것을 가능하게 해준다. Making it possible to sample the intensity at.

수학식 38d에 정의된 상대 세기비의 차 Difference of the relative intensity ratio defined in equation [38d 및 합 And the sum 에서의 측정된 변화에 대한 오버레이 에러 Overlay error for the measurement of changes in the 의 감도는 수학식 44에 의해 주어진다. Sensitivity is given by equation 44.

수학식 39로부터, 이하의 식이 얻어진다. From Equation 39, the following expression is obtained.

수학식 38a 내지 수학식 38d에 대입하면, 이하의 식이 얻어지며, Substituting in equation [38a to 38d equation, the following expression is obtained,

여기서, 수학식 44의 계산에 있어서 Here, in the calculation of Equation 44 의 값은 수학식 39a 내지 수학식 39d와 동일한 변환을 받아야만 한다. The value of must receive the same conversion) and (39a to 39d equation.

And 의 경우에 대해 도 46의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 차분 오버레이 계측의 바람직스런 특성은 If, as shown in (b) of Fig. 46 for a, preferably Good for characteristics of differential overlay metrology of the invention this 에서 0과 교차한다는 것이다. In that it intersects the zero. 이것은 본 발명의 타겟 설계 및 측정 기술이 This is the target design of the present invention and measurement techniques 근방에서 오버레이 에러에 대해 높은 감도를 갖도록 보장해준다. In the vicinity of the guarantees it has a higher sensitivity to overlay errors. of 에 대한 의존성은 오버레이 타겟을 정의하는 2개의 패턴 레벨 A 및 B의 상대 진폭 Dependence on the two pattern levels A and the relative amplitude of B to define the overlay target 및 위상 And phase 의 함수이다. It is a function. 가 0과 교차하지 않기 때문에, 이는 Because it does not cross the zero, which 만큼 강하게 감도에 기여하지 않는다. As long as does not contribute to a strong sensitivity.

오버레이 에러의 측정은 오버레이 에러의 벡터 성분인 Measurement of the overlay error is the vector component of overlay error 를 결정하기 위해 적어도 2개의 배향에 대해 At least for the two orientations in order to determine the 차수 세기의 검출을 필요로 한다. It requires the detection of the order of centuries. 따라서, 본 발명의 회절 분석 장치는 양호하게는 조사의 방향을 조정하고 도 39 및 도 40에 나타낸 것 등의 타겟의 2개의 배향에 대응하는 적어도 2개의 배향에서 Thus, the diffraction device of the present invention is preferably in at least two orientations corresponding to the two orientations of the target, such as adjusting the direction of irradiation, and that shown in Fig. 39 and 40 회절 차수를 집광할 수 있는 기능을 포함한다. It includes the ability to condense the diffraction order. 도 47의 (a) 및 도 47의 (b)는 공통의 조사 광원(410)(예를 들어 이전에 기술한 바와 같이 (A) and (b) of FIG. 47 FIG. 47 is, as described previously, for a common illumination source 410 (such as 의 대역폭을 가짐), 선택적인 컬러 필터(412), 조사 광학계(413), 선택적인 편광기(314), 및 공통의 회절 차수 검출기(460)(예를 들어, 제1 CCD 어레이)을 사용하여 필요한 세기 데이터의 신속한 획득을 가능하게 해주는 본 발명의 회절 분석 장치(340)의 실시예의 개 략도를 나타낸 것이다. Of having a bandwidth), an optional color filter 412, an irradiation optical system 413, an optional polarizer 314, and a common diffraction order detector 460 (e. G., Necessary to use the first 1 CCD array) embodiment, one strategy of diffraction device 340 of the present invention, which enables rapid acquisition of the intensity data shows the FIG. 회전 거울(398)은 처음에는 방향(310)을 따라, 이어서 그 조사를 경로(321)를 따라 기판(450) 상의 회절 분석 타겟(455)쪽으로 향하게 하는 거울(예를 들어, 301, 302)쪽으로 조사의 방향을 조정하며, 여기서 타겟(455)은 x-방향을 따라 배향된 주기성 P로 특징지워진다. Rotating mirror 398 toward the first direction 310 is the result, then the investigation along the path 321, the mirror facing towards diffraction analysis target 455 on the substrate 450 (e.g., 301, 302) adjusting the direction of irradiation, where the target 455 is characterized by a periodicity P oriented along the x- direction. 회전 거울(398)은 서로 다른 배향으로부터의 타겟(455)의 조사를 제공하기 위해 회전될 수 있다. Rotating mirror 398 may be rotated in order to provide a survey of the target 455 from a different orientation. 따라서, 예를 들어 도 47의 (a)에서, 회전 거울(398)은 +1 회절 차수(441)를 집광시키기 위해 방향 조정 거울(301, 302)에 의해 플러스 x-방향을 따라 조사를 향하도록 하기 위한 것이다. Thus, for example, in (a) of Figure 47, rotating mirror 398 so as to face the irradiation along the positive x- direction by the redirection mirror (301, 302) to the condenser +1 diffraction order 441 intended to. 회전 거울(398)을 180도만큼 방향을 조정함으로써, 그 조사는 마이너스 x-방향으로부터 타겟(455)을 조사하기 위해, 따라서 도 30b에 도시한 바와 같이 -1 회절 차수(441')를 집광시키기 위해, 처음에는 320 방향을 따라 진행하다가 방향 조정 거울(304, 303) 등의 수단을 향해 가고, 이어서 경로(331)를 따라간다. By a rotating mirror (398) adjusting the direction 180 as also, the irradiation is converged to -1 diffracted order (441 ") as shown in, Fig. 30b according to investigate the target 455 from the negative x- direction to, first, while proceeding along the 320 direction going toward the direction alignment means such as a mirror (304, 303), and then follows the path 331. 검출 광학계(430) 및 선택적으로 검출기 CCD1(460) 자체는 광학계(430)의 비등방성(xy에서 서로 다름) 결상 기능과 조사 평면 간에 일정한 관계를 유지하기 위해 회전 거울(398)과 동시에 회전된다. A detection optical system 430 and, optionally, a detector CCD1 (460) itself is rotated simultaneously with the rotating mirror (398) to maintain a constant relationship between the anisotropic (different from each other in the xy) imaging function and irradiation plane of the optical system 430. 부가의 방향 조정 거울(도시 생략)이 역시 y-방향을 따라 오버레이의 측정치를 획득하기 위해 y-방향을 따라 제공될 수 있다. Redirection mirror (not shown) of the addition may also be provided along the y- direction to obtain an estimate of the overlay along the y- direction. 선택적으로, 기판(450)은 서로 다른 방향으로부터의 조사를 가능하게 해주기 위해 기판(450)을 배향시키는 데 사용될 수 있는 회전 플랫폼(380) 상에 지지 및/또는 고정될 수 있다. Alternatively, the substrate 450 may be supported with each other and / or fixed on a rotating platform 380 that may be used to align the substrate 450 to enable the now irradiated from different directions. 최적의 1차 회절 효율에 대응하는 편광을 제공하기 위해 거울(398)과 함께 회전하는 편광기(314)는 선택적으로 제공된다. Polarizer 314 to rotate with the mirror 398 to provide polarized light corresponding to the optimum first-order diffraction efficiency is optionally provided. 양호한 실시예는 직교 축 상에 위치한 4개의 서로 다른 배향으로 조사를 향하게 하는 것이다. A preferred embodiment is to direct the research into four different orientations located on the orthogonal axis. 입사 방향에 직 교인 요소를 갖는 타겟 격자에 있어서, 1차 회절은 확대되어 격자 주기에 수직인 방향으로 검출기 CCD1(460) 상에 결상되고, 격자 주기에 평행한 방향으로 파장이 선형적으로 분산된다. According to the target grid with a straight-member element to the incident direction, the 1st-order diffraction is imaged on the detector CCD1 (460) in a direction perpendicular to the periodic lattice-up, in the direction parallel to the grating period is a wavelength of linearly distributed . 선택적으로, 분산 요소(435)를 거쳐 제2 광학계(436)를 통해 향해가는 0차 에너지(440)를 집광시키는 제2 검출기 어레이(CCD2 등)(480)가 제공될 수 있다. Alternatively, it can be provided with a second detector array (CCD2, etc.) 480, which via the dispersive element (435) converging the second optical system 436 goes zero-order energy 440 towards through. 게다가, 이하에서 더 기술하는 바와 같이 부가의 측정치를 획득하기 위해 제3 광학계(486)를 통과하는(회절되지 않음) 분산 요소(435)에서 반사된 0차 에너지를 집광시키는 CCD3 등의 제3 검출기 어레이(485)가 제공될 수 있다. Moreover, the third detector, such as CCD3 that further to through the third optical system (486) in order to obtain additional measurements of the as described (not diffracted) light collecting the zero-order energy reflected by the dispersive element 435 below there is an array (485) may be provided.

많은 타겟 구성이 도 47의 계측 장치에 적용가능하다. Can be many target configuration is applied to the measuring apparatus of Figure 47. 상기한 1차 유형의 CD 및 오버레이 타겟은 특정의 생산 및 프로세스 특성 파악 응용에 맞게 조정된 동시적으로 조사되는 타겟 "클러스터"를 형성하기 위해 단일 및 다수의 프로세스 층 상에 함께 그룹화될 수 있다. Wherein the first type of CD and overlay targets may be grouped together on a single and a plurality of the process layer to form a target "cluster" is irradiated with a tailored to identify particular production and process characteristics of the application simultaneously. 상기한 한가지 이러한 클러스터는 도 30에 도시된 쓰루-피치 타겟(through-pitch target)이다. Above one such cluster is a trough shown in Figure 30 - a target pitch (pitch through-target). 타겟 클러스터를 생성함에 있어서, 1차 타겟 주기 및 조사 평면에 수직인 방향으로의 결상은 결상 방향에서의 인접한 격자가 서로를 방해하지 않도록 보장한다. It ensures in generating a target cluster, image formation in the direction perpendicular to the primary target period and the irradiated plane so that adjacent grid in the imaging directions do not interfere with each other. 따라서, 클러스터는 조사 평면에 수직인 방향으로 적층된, 단일 배향으로 있는 다수(검출 시계에 의해서만 제한됨)의 1차 타겟으로 이루어질 수 있다. Thus, a cluster may be composed of a plurality of primary targets (limited only by detecting the clock) in the stacked in a direction perpendicular to the irradiation plane, a single orientation. 그렇지만, 조사 평면에 평행인 주기를 갖는 1차 타겟의 회절 세기의 파장 분산 연장(wavelength dispersive elongation)은 동일한 배향으로 있는 1차 타겟이 조사 평면에서 서로에 인접하여 배치되지 않아야 함을 필요로 한다. However, irradiation plane primary extended wavelength dispersion of the diffraction intensity of a target having a period parallel to the (wavelength dispersive elongation) requires that a primary target in the same orientation should not be positioned adjacent to each other in the irradiation plane. 조사 평면에 적층된 타겟의 분리는 그의 배향을 변경함으로써 달성된다. Separation of the target stack to the irradiation plane is achieved by changing its orientation. 조사 평면에 있는 1차 타겟들 간의 최상의 분리는 동시에 조사된 1차 타겟 의 배향이 개별적으로 조사 평면에 평행 및 수직일 때 달성된다. Irradiation plane primary best separation between targets that are on the primary target of the investigation at the same time the alignment is achieved by individually when the parallel and perpendicular to the irradiation plane. 오버레이, CD, 및 막 두께의 동시적인 측정을 가능하게 해주는 유용한 클러스터 구성이 도 48에 도시되어 있다. The useful cluster configuration that enables simultaneous measurement of overlay, CD, and film thickness is shown in Figure 48. 도 48에 도시된 바와 같은 본 발명의 차분 오버레이 타겟(4800)의 실시예는 레벨 B 및 A에 2개의 오버레이 격자(4810, 4830)(즉, 프로세스 B를 사용하여 인쇄된 격자 요소는 프로세스 A를 사용하여 이전에 인쇄된 것과 교차 배치(interleave)되어 있음)를 가질 수 있으며, 이 각각은 이원적(diadic) 격자 서브영역을 갖는 도 39의 격자(3900)와 유사하고, 여기서 x-배향된 격자(4810)는 x-방향 피치 The embodiment of the differential overlay targets (4800) of the present invention as shown in Figure 48 has the level B and A for the two overlay grid (4810, 4830) (that is, the grid elements printed using Process B is a process A to may have a cross that is disposed (interleave) as printed prior to use), each of which is similar to the two-tier (diadic) grid 3900 of FIG. 39 having a grating sub-region, in which the x- alignment grid 4810 is x- direction pitch 를 가지고 y-배향된 격자(4830)는 y-방향 피치 The y- have the alignment grid (4830) is a y- direction pitch 를 갖는다. Have. 대부분의 경우에, In most cases, 이다. to be. 동일한 타겟(4800)은 또한 B-레벨 CD 격자(4820, 4840)을 결합하도록 설계되어 있으며, 이 각각은 설계에 있어서 각각 피치 The same target (4800) is also designed to combine the level B- CD grid (4820, 4840), each of each pitch in the design 를 갖는 도 6, 도 8, 도 9, 도 17, 도 23, 도 25, 도 26, 또는 도 28 내지 도 30에 도시된 것들 중 임의의 것과 유사하며, 여기서 대부분의 경우에 For 6, 8, 9, 17, 23, 25, 26, or 28 and to any similar to that of those shown in Figure 30 having, in which in most cases 이다. to be.

검출기(460)(CCD1)의 평면 상의 순차적 이미지(4901, 4902, 4903, 4904)는 예로서 거울이 각각의 이미지(4901, 4902, 4903, 4904)의 형성을 각각 가능하게 해주기 위해, 도 49의 (a)에 나타낸 바와 같이 고정된 위치 1, 2, 3, 및 4로 순차적으로 시계 방향(322)으로 회전하는 것으로 가정하면, 회전 거울(398)이 배향에 따라 도 49의 (b)에 도시한 바와 같이 나타난다. A detector (460) (CCD1) sequential images in the plane (4901, 4902, 4903, 4904) is a mirror for example to now are each capable of forming respective images (4901, 4902, 4903, 4904) of Figure 49 shown in (a) the positions 1, 2, 3, and if a 4 is assumed to sequentially rotated in a clockwise direction 322, the rotating mirror 398 in FIG. 49 depending on the orientation (b) fixed as shown in one as shown. 오버레이 이미지 처리는 각각의 배향 및 회절 차수에서의 각각의 격자 영역의 세기를 저장하는 단계, 및 각각의 이원 적 오버레이 격자 영역(4810, 4830)에서의 오버레이 에러의 해를 구하기 위해 수학식 35a 내지 36을 적용하는 단계로 이루어져 있다. Overlay image processing method comprising: storing an intensity of each of the grid areas in each orientation and diffraction order, and the equation 35a to 36 to obtain the solution of the overlay error at each of the two-tier overlay grating region (4810, 4830) It consists of the step of applying.

도 49에 나타낸 차분 CD 및 오버레이 장치(340)의 실시예는 또한 종래의 스펙트럼 분광 산란 분석 및 막 두께 계측을 수행하기 위해 장비되어 있을 수 있다. FIG embodiment of differential CD and overlay device 340 shown in Fig. 49 may also be equipped for carrying out the conventional spectral scattering spectroscopic analysis, and the film thickness measurement. 회전 거울(398)을 양쪽 측면에서 반사되도록 만듦으로써, 반사된 0차(440)는 각각의 배향에서 파장 분산 요소(435)를 거쳐 제2 광학계(436)를 통해 제2 CCD 검출기(480)(즉, CCD2)로 보내질 수 있다. By making the rotating mirror 398 so that the reflection from each side, the reflected zero-order 440 is the second CCD detector 480 through a second optical system 436 through the wavelength dispersion element 435, in each orientation ( in other words, it may be sent to CCD2). 종래의 격자 타겟 또는 차분 격자 타겟 어느 하나가 존재할 때 0차 스펙트럼은 패턴(CD, 측벽 각도, 기타) 및 하부의 막의 여러가지 특성을 결정하기 위해 종래의 광파 산란 분석 기술에 의해 분석될 수 있다. When the zero-order spectrum which conventional grid or target difference grid one target is present can be analyzed by conventional optical wave scattering analysis technique to determine a pattern (CD, sidewall angle, etc.) and various properties of the film lower. 앞서 기술한 바와 같이, 도 49에 나타낸 바와 같이, CCD2 어레이(480)의 평면도 상의 이미지(4905)에 나타내어진 미패터닝된 타겟 영역의 0차 세기 스펙트럼은 막 두께 측정을 위해 사용될 수 있다. As shown in Figure 49, as previously discussed, non-zero-order spectrum intensity of the patterned target region indicated in the image (4905) on the top view of the CCD2 array 480 it may be used for film thickness measurements. CCD2 이미지(4905)는 타원 형상으로서 나타내어져 있는데, 그 이유는 이 이미지가 투과 격자(435)의 주기에 수직인 방향으로 결상되고 투과 격자 주기에 평행한 파장 분산 방향에서 연장된 대략 원형인 조사(410)의 0차 세기이기 때문이다. There is shown a CCD2 image (4905) is oval-shaped, because the image is imaged in a direction perpendicular to a period extending from the wavelength dispersion direction parallel to the transmission grating period substantially circular shape of the transmissive grating 435 irradiated ( 410) is because the intensity of the zero order. 전체적인 타겟 이미지는 타겟 패턴 인식 및 웨이퍼 정렬, 또는 타겟의 격자 요소가 분석될 필요가 없는 다른 측정을 위해 사용될 수 있는, 0차 에너지(4906)를 집광하는 광학계(486)로 구성된 제3 검출기 어레이(485)(즉, CCD3)에 의해 포착될 수 있다. A third detector array overall target image is composed of an optical system 486 for focusing the zero-order energy (4906), which can be used for other measurements that need not be the target pattern recognition and grid elements in the wafer alignment, or target analysis ( 485) (that is, it can be captured by the CCD3). 도 47과 같이 구성된 본 발명의 장치(340)는 단일 타겟 위치에서 CD, 오버레이 및 막 두께 측정을 동시에 수행할 수 있는 기능을 제공하며, 그 결과 3개의 측정 모두가 필요하게 되는 생산 응용에 대한 측정 속 도를 대략 3배 증가시킨다. Device 340 of the present invention configured as shown in Figure 47 is measured for production applications in which it is both a single in the target position, and provides the ability to perform a CD, overlay, and film thickness measurement at the same time, so that three measurements required thereby the speed approximately tripled. CD 및 막 두께가 플러스 및 마이너스 회절 차수 둘다의 측정을 필요로 하지 않지만, 플러스 및 마이너스 회절 차수 결과는 측정 정밀도를 향상시키고 모니터링하기 위해 평균되고 차분된다. CD and the film does not require a thickness of the positive and negative diffraction order measurements of both, positive and negative order of diffraction and the result is the average difference in order to improve the measurement accuracy and monitoring. 따라서, 어떤 응용에서, CD 및 막 두께 계측을 오버레이와 별도로 수행하는 것이 바람직할 수 있다. Accordingly, the, CD, and film thickness measurement in some applications it may be desirable to perform separate from the overlay. 어느 경우든지, 본 발명의 차분 회절 분석 장치 및 방법은 측정 처리 용량 및 능력을 최적화하기 위해 클러스터 타겟 레이아웃에서의 광범위한 유연성을 가능하게 해준다. In either case, the difference diffraction device and method of the present invention enables a wide range of flexibility in the layout target cluster in order to optimize the measuring capacity and capabilities.

도 50에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(450) 상에 어떤 타겟 패턴도 없는 경우, 본 발명의 장치(340)의 실시예는 종래의 스펙트럼 분광 막 두께 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 제2 검출기(480)에서 집광된 0차 스펙트럼(5001)(도 50의 (c)) 및 미리 결정된 막 특성(측정 파장에서의 막 굴절율의 실수 및 허수 성분)은 기술 분야에 공지된 바와 같이, 미패터닝된 막 적층(451)에서의 막 두께를 결정하는 데 사용된다. As it is shown in Figure 50, when the wafer 450 does not have any target pattern, embodiments of the device 340 of the present invention can be used for conventional spectral spectral film thickness measurement, a second detector in this case ( 480) the zero-order spectrum (5001) ((c in Fig. 50)) and a predetermined film properties (film real and imaginary components of the refractive index in the measured wavelength) converging in is, as is known in the art, the non-patterned film to determine the thickness of the laminate 451 is used. 타겟 격자가 없는 경우, 도 50의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 검출기 위치(460)에서 어떤 영이 아닌 회절 차수도 집광되지 않는다. If there is no target grid, as shown in 50 (b), the first diffraction order may not be converging at the detector is not one zero position (460). 선택적으로, 장치(340)는 관찰 광학계(viewing optics)(486)로 구성될 수 있고 관찰 검출기 CCD3(485)는 기판 상의 타겟 위치에 대해 조사를 위치 결정하는 데 필요한 실시간 관찰 및 정렬(예를 들어, 정렬 마크(5002)를 통함)을 가능하게 하기 위해 제공될 수 있다. Alternatively, the device 340 may be composed of the observation optical system (viewing optics) (486) observed detector CCD3 (485) is, for real time needed to position the irradiation to a target position on the substrate observed and sort (for example, , it may be provided to enable tongham the alignment mark (5002)). 도시된 바와 같이, 검출기(485) 상에 이미지를 형성하는 광은 투과 격자 표면으로부터의 거울 반사이다. Forming the image on the detector 485. As shown the light is transmitted through the mirror reflection from the grating surface. 다른 대안으로서, 0차 빔의 경로(371)에 배치된 빔 분할기(도시 생략)는 광을 결상 시스템으로 향하게 할 수 있다. Alternatively, a beam splitter (not shown) disposed in the path 371 of the zero-order beam may be directed to the optical imaging system.

도 51에 나타낸 바와 같은 (도 47의) 회절 분석 장치(340)의 양호한 실시예 에서, 조정가능 거울(302, 303)은 회절 차수를 제1 검출기 어레이(460)로 향하게 하기 위해 1차 회절 광선(441, 441')의 방향(조사 광선이 각각 플러스 x-방향(321) 또는 마이너스 x-방향(331)으로부터 온 것인지에 의존함)이 기판 표면(475)에 실질적으로 수직이 되도록 보장하기 위해 제공되어 있다. In FIG like (FIG. 47) preferred the diffraction device 340 as exemplary shown in FIG. 51 for example, an adjustable mirror (302, 303) are first-order diffracted light beam in order to direct the diffraction order to the first detector array 460 (depending on whether the irradiation light from the respective one positive x- direction 321 or the negative x- direction 331) in the direction (441, 441 ') provided in order to ensure that substantially normal to the substrate surface (475) It is. 타겟(455)의 중심 파장 The center wavelength of the target 455 및/또는 1차 피치 P가 도 47에 나타낸 장치(340)에서 변화되기 때문에, 입사 광선(321, 331)과 1차 회절 광선(441, 441') 간의 각도 The angle between and / or the primary pitch P due to a change in the device 340 shown in Figure 47, the incident light (321, 331) and the 1st order diffracted light (441, 441 ') 는 수학식 1에 따라 변화한다. Is changed according to equation (1). 고정된 1차 회절 방향 A fixed first-order diffraction direction 을 유지하기 위해, 따라서 제1 검출기 어레이(460)가 기판 표면(475)에 수직인 방향에 배치될 수 있도록, 양호하게는 장치(340)의 하부 거울(302, 303)의 높이 h 및 (수직, 즉 z-방향에 대한) 기울기 각도 The height h and the (vertical, so that the first detector array 460 are to be disposed in a direction perpendicular to the substrate surface 475, preferably the lower mirror (302, 303) of the device 340 in order to maintain , that is about the z- direction), tilt angle 둘다가 도 51에 나타낸 장치(340)의 상세에 나타낸 기하학적 관계에 의해 정해진 대로 조정되며, And both of the adjustment as determined by the geometric relationship shown in detail the device 340 shown in Figure 51,

여기서, here, 는 제1 검출기 어레이(460)의 양호하게는 중심 수평 위치로부터 하부 거울(302, 303)의 수평 거리이다. Is the horizontal distance of the first well has a lower mirror (302, 303) from the central horizontal position of the detector array 460. 도 4c에서와 같이, 각도 As it is shown in Figure 4c, the angle 는 조사된 타겟의 파장 분산을 나타낸다. Represents the wavelength dispersion of the irradiated target. 유의할 점은 유사한 기능을 제공하는 본 발명의 장치(340)의 많은 실시예가 가능하다는 것이다. It should be noted that many embodiments are possible for the device 340 of the present invention to provide a similar function. 이들 실시예는 회전 거울 대신에 다수의 고정된 빔의 사용, 디더링된 거울 등의 단일 빔을 검출하는 다른 수단, 빔을 적 절히 지향시키는 조절가능 광 파이버 채널, 조사 및 검출 광학계 대신에 타겟 중심을 중심으로 기판을 회전시키는 것을 포함하지만, 꼭 이에 한정될 필요는 없다. These embodiments are the target center in place of multiple use of a fixed beam, another means for detecting a single beam of the dithered mirror or the like, is adjustable for directing the beam appropriately optical fiber channel, the irradiation and the detecting optical system instead of the rotating mirror It includes rotating the substrate around, but need not necessarily be limited to this.

도 52는 본 발명의 타겟 설계 프로세스의 실시예를 요약한 플로우차트를 나타낸 것이다. Figure 52 illustrates a flowchart summarizing an embodiment of a target design process of the present invention. 프로세스는 시작하여(블록 5200), 인쇄될 임계 패턴 치수(예를 들어, 반도체 제조의 경우 최소 회로 피처 크기 The process starts (block 5200), the threshold pattern dimensions to be printed (for example, for semiconductor manufacturing minimum circuit feature size 및 피치 And pitch )를 갖는 타겟 설계 패턴이 제공된다. ) It is provided with a target pattern having a design. 선택된 조사 중심 파장 These research center wavelength 및 대역폭 And bandwidth , 및 비등방성 회절 분석 집광 및 결상 대물렌즈(413)(도 4의 (a) 참조)에 대한 비교적 낮은 , And anisotropic diffraction light collecting and focusing the objective lens 413 (see Fig. 4 (a)) for a relatively low 이 주어지면, 1차 회절이 모든 다른 회절 차수에 상관없이 검출가능하도록 보장하기 위해 본 발명의 격자 타겟(455)의 전체적인 치수가 결정된다(블록 5210). Given this, the first-order diffraction is the overall dimension of the target grid 455 of the present invention to be determined to ensure the detection, regardless of any other diffraction order (block 5210). 예를 들어, 격자 영역(또는 서브영역)의 높이 H(1차 주기 P의 방향에 직교임)는 양호하게는 대략 For example, (which is perpendicular to the direction of the first period P) the height H of the grating region (or sub-area) is preferably about 보다 더 크며, 여기서 결상 방향에서의 개구수 Than a larger, in which the numerical aperture on the image-forming direction 는 양호하게는 대략 0.05 내지 0.5이고, 초점 깊이, 타겟 크기 및 이미지 예리함(image acuity) 간의 절충으로서 양호하게는 대략 0.2이다. Is preferably of about 0.05 to about 0.5, and preferably about 0.2 as a trade-off between depth of focus, the target size, and image sharpness (image acuity). 격자의 1차 주기 P는 양호하게는 Primary period P of the grating is preferably 이고, 여기서 전체 스펙트럼을 집광하는 데 필요한 개구수 , Wherein the numerical aperture is required to converge the entire spectrum 는 조건 The conditions 을 암시한다. It suggests. And 의 경우, In the case of, 가 선호된다. It is preferred. 반복하는 요소의 수 N은 양호하게는 대략 10 이상이다. The number of repeating elements that N is preferably of about 10 or more. 타겟 설계의 추가의 상세는 그 응용이 CD를 위한 것인지 오버레이 계측을 위한 것 인지에 의존한다(블록 5225). Additional details of the design of the target depends on whether you want to overlay metrology for its application the CD (Block 5225). CD 타겟의 경우, 요소 치수는 주로 타겟 피처 임계 치수 For CD target element dimension it is mainly targeted feature critical dimension 에 기초한다(블록 5240). Based on (block 5240). 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이 CD 타겟(1701)의 설계에서, 2개의 격자 서브영역(1731, 1732)이 있으며, 그 안에 있는 요소(1711, 1712)는 각각 공칭 폭 For example, in the design of the CD target 1701 as shown in Figure 17, the two gratings the sub-area (1731, 1732) and the element (1711, 1712) in that each nominal width 을 갖는다. Has the. 여기서, here, 이고 ego 이며, 여기서 양호하게는 서브격자 타겟 폭 , Where preferably the sub-lattice target width 간의 차이 The difference between 는 양호하게는 It is preferably 이도록, 또 양호하게는 대략 So, and preferably a substantially 이도록 선택된다. It is selected to be. 선량 및 탈초점에 대한 감도를 향상시키기 위해, 격자 요소(예를 들어, 도 25에서와 같이 타겟(2500))는 1차 피치 P의 방향에 직교인 방향을 따라 배향된 주기 To improve the sensitivity to dose and de-focus, the grating elements (e. G., A target (2500, as shown in Fig. 25)) is a period oriented along the perpendicular direction to the direction of the first pitch P 를 갖는 서브요소에 의해 구획될 수 있으며, 여기서 A may be defined by a sub-element having, wherein 이다. to be. 도 26의 (a) 및 도 26의 (b)의 타겟 격자(2600) 등의 서브분해능 지원 피처(subresolution assist feature, SRAF)를 사용하는 격자의 경우, SRAF 간격 Fig of 26 (a) and the sub-resolution features such as support target grid 2600 of FIG. 26 (b) In the case of using the grid (subresolution assist feature, SRAF), SRAF interval 은 양호하게는 It is preferably 보다 작도록 제약되며, 여기서 파라미터 Is constrained to be less than, where the parameters 는 각각 노광 도구의 파장, 간섭성 및 개구수를 말한다. Refers to the number of wavelength, coherence and numerical aperture of the exposure tool, respectively. 도 26의 선량 타겟(2600)에 대한 서브분해능 피치 Sub-resolution pitch of the target dose 2600 of FIG. 26 는 노광 도구의 분해능보다 낮아야만 한다. It will be lower than the resolution of the exposure tool.

타겟 유형이 오버레이 측정을 위한 것인 경우(블록 5230), 설계 파라미터는 그 설계의 임계 치수에 덜 의존적이지만, 회절 분석 시스템의 분해능, 즉 If the target type is for overlay measurements (block 5230), a design parameter, but is less dependent on the critical dimension of the design, the resolution of the diffraction system, that 또는 칩 상의 이용가능한 면적 등의 인자에 의해 제약된다. Or it is constrained by factors such as the available area on the chip. 따라서, 오버레이 타 겟의 치수는 1차 피치 P에 의존하고, 예를 들어 도 40에 나타낸 바와 같은 오버레이 타겟(4000)의 경우, A 프로세스 요소와 B 프로세스 요소 간의 공칭 간격 Accordingly, in the case of the overlay target (4000), such as the dimensions of the overlay other nuggets is shown in Fig. 40, for relying on the primary pitch P, and for example, the nominal spacing A between the process B elements and process elements (즉, 수평 방향에서의 (I.e., in the horizontal direction 또는 수직 방향에서의 Or in the vertical direction )은 양호하게는 ) Are is preferably 이고, ego, And 이며, 여기서 , Where 는 양호하게는 0.01P 내지 0.25P이다. It is preferably a 0.01P to 0.25P. 오버레이 타겟의 개개의 요소의 폭 The width of the individual elements of the overlay target 은 양호하게는 It is preferably 이다. to be.

본 발명의 장치(예를 들어, 도 34, 도 47, 도 50, 도 51에 나타낸 것)는 도 53 내지 도 55에 나타낸 플로우차트에 요약되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 상의 다수의 계측 사이트의 다수의 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. Apparatus of the present invention as described in (for instance, shown in Figure 34, Figure 47, Figure 50, Figure 51) is summarized in the flowchart shown in FIG. 53 to FIG. 55, a plurality of the measurement site, a number of on the wafer It can be used to perform the measurement. 이러한 응용의 한 예는 도 3에 나타낸 바와 같은 트랙 도구 또는 에칭 도구 상의 계측 모듈(200)로서 이지만, 본 발명의 통합된 계측 도구(200)는 또한 오프-라인 응용(35)에서도 사용될 수 있다. One example of such application is, but as a measurement module (200) on the track tool or etching tool as shown in Figure 3, the integrated metrology tool 200 of the present invention may also be off-can be used in-line applications (35). 도 53을 참조하면, 다수의 계측 사이트를 갖는 기판이 탑재되고 도구 내에 정렬된다(블록 5300). Referring to Figure 53, a substrate having a plurality of measuring sites is mounted is arranged in the tool (block 5300). 웨이퍼에 대한 계측 사이트의 수 및 유형은 도구에의 입력으로서 제공될 수 있다. The number and type of measurement sites on the wafer can be provided as an input to the tool. 다른 대안으로서, 타겟들 간의 의도적인 차이(예를 들어, 타겟 주기에서의 오프셋)는 계측 도구가 동작 중에 타겟 유형을 인식할 수 있게 해줄 수 있다. Intentional difference between Alternatively, the target (e. G., Offset from the target period) may be able to give measuring tool to recognize the type of the target during operation. 웨이퍼가 패턴을 갖는지 여부를 결정하기 위해 먼저 검사가 수행된다(블록 5310). The wafer is first a test is performed to determine whether or not has the pattern (block 5310). 일반적으로, 웨이퍼가 패터닝되어 있는 경우, 웨이퍼 상의 모든 패턴은 유사한 전역적 방식으로 정렬되어지며, 따라서 웨이퍼는 일반적으로 적절한 병진 및 회전에 의해 정렬된다(블록 5320). In general, if the wafer is patterned, all patterns on the wafer becomes aligned in a similar manner globally, so the wafer is typically arranged by an appropriate translational and rotational in (block 5320). 이것은 도 47에 나타낸 것 등 의 예를 들어 관찰 검출기(485)(예를 들어, CCD3)의 사용에 의해 수행될 수 있다. This is observed, for example detector 485, such as that shown in Figure 47 may be performed by the use of (for example, CCD3). 웨이퍼가 패터닝되지 않은 경우, 정렬 단계는 건너뛸 수 있다(5312). If the wafer has not been patterned, the alignment step may be skipped (5312). 그 다음에, 웨이퍼는 측정될 제1 사이트가 조사될 수 있도록 위치된다(블록 5330). Then, the wafer is positioned to allow the first survey site to be measured (block 5330). 이어서, 타겟 사이트의 유형은 어느 분석 경로가 취해지는지를 결정한다(블록 5340). Then, the type of target site determines that any echoed taken analysis path (block 5340). 사이트 패턴이 없는 경우(346), 단지 0차 측정치만이 취해진다(경로 5346). If there is no site pattern 346, is just taken, only the zero-order measurement (path 5346). 사이트가 패터닝되어 있는 경우, 경로(5348)를 따라 블록(5350 또는 5360)으로 감으로써 영이 아닌 차수 측정치가 취해질 수 있거나, 다른 대안으로서 경로(5347)를 따라감으로써 0차 측정치가 취해질 수 있다. If the site is patterned, the path (5348), or the block may be taken that the order measured value non-zero by going to the (5350 or 5360) in accordance with a, it may be taken a zero-order measurement by following a path (5347) As a further alternative. 0차 측정 및 분석은 도 54를 참조하여 이하에서 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 본 발명의 회절 분석 타겟 또는 종래의 광파 산란 분석 타겟을 사용하여 수행될 수 있다. Zero-order measurement and analysis can be, as described in more detail below with reference to Figure 54, carried out using the diffraction analysis target or the conventional optical wave scattering analysis target of the present invention. 도 55의 (a) 및 도 55의 (b)를 참조하여 각각 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 사이트가 본 발명에 따른 CD 회절 분석 타겟을 포함하는 경우, CD 분석 경로(블록 5350)를 따라가거나, 사이트가 본 발명의 오버레이 회절 분석 타겟을 포함하는 경우, 오버레이 분석 경로(블록 5360)를 따라간다. As shown in 55 (a) and in FIG. 55, see (b) and will be described in more detail, respectively, if the site is a CD diffraction analysis target according to the present invention, go along the CD analysis path (block 5350), when the site is an overlay diffraction analysis target of the present invention, following the analysis of the overlay path (block 5360). 이 분석은 모든 선택된 계측 사이트에 대해 동일한 도구를 사용하여 계속될 수 있거나(블록 5399), 모든 사이트가 측정된 경우, 웨이퍼가 제거(unload)될 수 있거나(블록 5399) 트랙 또는 에칭 도구를 따라 프로세싱을 계속할 수 있다. The analysis processing according to the case, or the wafer is removed (unload) (block 5399), the track or etch tools may continue to either (block 5399), all sites are measured using the same tool for all of the selected measuring site to be continued.

도 54를 참조하면, 0차 측정이 선택된 계측 사이트에 대해 적절한 경우(블록 5345), 타겟이 존재하는지 여부에 따라(블록 5400) 종래의 막 두께 측정 또는 광파 산란 분석이 수행될 수 있다. Referring to Figure 54, it may be, if appropriate for the selected measurement site, the zero-order measurement (block 5345), depending on whether the target is present (block 5400) prior measurement of the film thickness or the optical wave scattering analysis was performed. 이들 경우 둘다, 획득된(블록 5405) 반사된 0차 측정의 분석을 위해 막 특성(5403)이 제공된다. If both of these, the obtained (block 5405) for the analysis of the reflected zero-order measure the film properties (5403) is provided. 타겟이 없는 경우, 막 특성(5403)을 제공하기 위해, 기술 분야에 공지된 방법을 사용하여 파라미터화된 스펙트럼 응답(블록 5402)과 비교하여 막 두께(5406)를 결정하기 위해 0차 세기 측정이 분석된다(블록 5405). If there is no target, the film property (5403) using methods known in, the art to provide a parameterization of the spectral response (block 5402) and the zero-order intensity measurements to determine the film thickness (5406) ​​compared the It is analyzed (block 5405). 타겟 사이트가 종래의 광파 산란 분석 타겟을 포함하는 경우, 캘리브레이션된 신호 및/또는 파라미터화된 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)(블록 5404)에 따라 0차 세기가 분석될 수 있고(블록 5407), CD, 프로파일 및 막 두께의 결정이 획득될 수 있다(블록 5408). When the target site includes a conventional light wave scattering analysis target, the calibrated signals and / or parameterized RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) (block 5404) it is in accordance with the zero order intensity to be analyzed, and (block 5407), CD , the determination of the profile and the thickness may be obtained (block 5408). 측정될 사이트가 더 있는 경우, 웨이퍼는 본 발명의 도구에 의해 계속 처리될 수 있다(블록 5390). If the site is more in the measurement, the wafer may still be processed by the tool of the present invention (Block 5390).

사이트가 본 발명의 CD 회절 분석 타겟을 포함하는 경우, 도 53에 나타낸 바와 같은 블록(5350) 내지 블록(5370)이 취해질 수 있으며, 블록(5370)은 도 55의 (a)에서 보다 상세히 기술되어 있다. Site if they include CD diffraction analysis target of the present invention, there can be taken the block (5350) to the block (5370) shown in Figure 53, a block (5370) is described in more detail (a) of FIG. 55 have. 도 55의 (a)를 참조하면, 1차 회절 세기 측정치가 획득된다(블록 5501). Referring to (a) of Figure 55, the diffraction intensity measurement is obtained first (block 5501). 타겟 서브영역 세기 간의 콘트라스트는 예를 들어 도 17의 영역 1(1731) 및 영역 2(1732)로부터 획득되며, 이는 도 18의 (c)에서와 같이 x'-방향을 따라 평균 또는 합산되고(즉, Contrast between the target sub-area intensity, for example, it is obtained from the region 1 (1731) and the second region 1732 of FIG. 17, which is the average or the summation along the x'- direction as shown in (c) of Fig. 18 (i. E. , ), 평균 CD를 결정하기 위해 분석될 수 있다. ) It can be analyzed to determine the average CD. 예를 들어, y-방향을 따라 연속적으로 변하는 특성 치수를 갖는 타겟에 대한 수학식 15에 따라(도 6의 테이퍼형 요소 타겟(60)에서와 같음) 또는 y-방향을 따라 이산적으로 변하는 특성 치수를 갖는 타겟에 대한 수학식 20a 및 20b에 따라(도 17의 다중-서브영역 타겟(1701)에서와 같음) 콘트라스트의 변화에 대한 타겟의 모델링된 CD 응답이 제공된다(블록 5512). For example, according to equation (15) for a target having a characteristic dimension varies continuously along the y- direction (as in a tapered target element 60 in FIG. 6) or a characteristic that varies discretely along the y- direction according to the expression 20a and 20b for a target having a dimension (multiple of 17 - same as in the sub-target area (1701)), the CD response model of a target for a change in the contrast is provided (block 5512). 측정된 콘트라스트는 CD(블록 5514)를 획득하기 위해 모델링된 응답(블록 5513)에 입력된다. The measured contrast is input to the response (block 5513) modeling to obtain a CD (block 5514). 타겟 사이트가 선 량 및 탈초점 또는 에칭 속도 및 등방성 등의 프로세스 조건에 민감한 서브영역을 포함하는 경우, 프로세스 조건(블록 5517)은 예를 들어 미국 특허 제5,965,309호에 기술된 Ausschnitt의 방법에 의해 프로세스 조건과 CD 변동(블록 5515) 간의 관계의 모델을 사용함으로써 결과로서 얻어진 평균 CD 측정(블록 5516)으로부터 획득될 수 있다. Those containing sensitive sub-region to the process conditions such as the target site, the dose and de-focus or the etching rate and the isotropic, process condition (block 5517), for example, the process by the method of the Ausschnitt described in U.S. Patent 5,965,309 No. It can be obtained from the average CD measurement (block 5516) obtained as a result by using a model of the relationship between the conditions and the CD change (block 5515).

다른 대안으로서, 선량 및 탈초점 측정 등의 프로세스 조건은 y'-방향을 따라 합산 또는 평균된 파장의 함수로서의 세기(즉, Alternatively, the dose and de-focus process conditions such as to measure the intensity as a function of the sum or the average wavelength y'- along the direction (that is, )의 분석에 의해 획득될 수 있다(블록 5520). ) It may be obtained by the analysis (block 5520). 예를 들어 초점-노광 매트릭스(focus-exposure matrix, FEM)를 사용하여 또는 시뮬레이션에 의해 실험적으로 신호 라이브러리(5522)가 제공될 수 있다. For example, the focus - a signal may be provided empirically library (5522), by simulation or by using the exposure matrix (focus-exposure matrix, FEM). 선량 및 탈초점 또는 에칭 속도 및 등방성(블록 5527) 등의 프로세스 조건을 도출하기 위해 신호 라이브러리는 세기 스펙트럼과 비교 및 정합될 수 있다(블록 5523). Signal libraries in order to derive the process conditions such as the dose and de-focus or the etching rate and the isotropic (block 5527) may be compared and matched with the spectrum strength (block 5523). 인쇄된 피처의 세기 응답이 측벽 프로파일 등의 특성 뿐만 아니라 CD에도 의존하기 때문에, 콘트라스트 측정으로부터 획득된 CD 값(블록 5514)은 프로파일 측정(블록 5521)을 도출하기 위해 프로세스 응답 신호 분석(5524)의 결과에 입력될 수 있다. Because it depends, as well as properties such as strength the response side wall profile of the printed feature CD, in the CD value (block 5514) is a response process to derive the profile measurement (block 5521), the signal analysis (5524) obtained from the contrast measurement It may be input to the result. 본 발명에 따른 계측은 웨이퍼 상의 부가의 사이트에 대해 계속될 수 있다(5390). Instrumentation according to the invention can be continued for the addition of a site on the wafer (5390).

또한 본 발명의 장치로 측정가능한 영이 아닌 차수 세기 스펙트럼이 타겟 격자 요소의 모든 프로파일 특성, 예를 들어 측벽 각도, 레지스트 손실, 풋팅(footing), 기타에 민감하고 하부의 막 적층에는 민감하지 않다는 것에 유의하는 것이 중요하다. Also note that the order of intensity spectrum non-zero can be measured by the apparatus of the present invention is not any profile characteristic of the target grid element, for example the side wall angle, resist loss, putting (footing), sensitive to the other, and is sensitive to the film laminated on the lower it is important to. 시뮬레이션되거나 경험적인 프로세스 매트릭스 신호-라이브러리는 측정된 스펙트럼에 대응하는 프로세스 조건을 특정하고 또 이들 프로파일 상세를 결정하는 데 둘다에 사용될 수 있다. Simulation or empirical process matrix signal, the library may be used a process condition corresponding to the measured spectrum in both specific to and also determines the profile of these details. 본 발명의 차분 회절 분석 방법은 종래의 광파 산란 계측보다 3가지 이점을 갖는다. Difference diffraction method of the invention has three advantages over prior art optical wave scattering measurement.

1. 상기한 선량 및 초점 감도에 의해 입증된 바와 같이 프로파일 변화에 대한 감도의 증가 및 하부의 막 적층에 대해 민감하지 않음은 프로파일 특성을 결정함에 있어서 신호대 잡음을 향상시킨다. 1. to improve the signal-to-noise method as not sensitive to the increased sensitivity and the film stack of the bottom of the profile changes as demonstrated by the one dose and focus sensitivity determine the profile characteristics.

2. 본 발명의 차분 기술에 의해 독립적으로 결정된 평균 CD에 대해 프로파일 측정이 행해질 수 있으며, 그에 의해 신호대 잡음을 더욱 향상시킨다(도 55의 (a)의 블록 5524). 2 may be performed by a differential technique of the present invention, the profile determined for the average CD is determined independently, thereby further improving the signal-to-noise by him (block 5524 in (a) of FIG. 55). 이것은 도 55의 (a)에서의 프로파일 결정 경로에 CD를 연결시키는 화살표(5525)에 의해 개략적으로 나타내어져 있다. This schematic is shown in by the arrow (5525) connecting the CD profile to determine the path of the (a) of Figure 55.

3. 하부의 막 적층에 민감하지 않음이 리소그라피에서의 초점-노광 매트릭스를 통한 또 에칭에서의 속도-등방성 매트릭스를 통한 스펙트럼 변동의 결정에 의해 훨씬 더 효율적인 시뮬레이션된 또는 경험적인 라이브러리 생성을 가능하게 해준다. Enables the determination of the spectrum by the variation through the isotropic matrix a much more efficient simulation or empirical Library Construction - addition rate of the etching through the exposed matrix 3. The focus of this is not sensitive to the film stack of the lower lithography . 이것은 프로세스 제어 응용을 위한 스펙트럼 설정과 프로세스 설정 간의 직접적인 관계를 설정한다. This sets a direct relationship between the spectrum and setting process for setting a process control application. 이것은 도 55의 (a)에서 스펙트럼 및 신호 라이브러리(5522)에서 프로세스 설정(5527)로의 경로(5519)에 의해 개략적으로 나타내어져 있다. This adjuster schematically indicated by the path (5519) to the process, setting (5527) in the signal spectrum and the library (5522) in FIG. 55 (a).

도 55의 (b)를 참조하면, 오버레이 타겟(블록 5360)의 경우, 오버레이 분석(블록 5380)은 이하의 단계들을 포함한다. Referring to (b) of Figure 55, in the case of the overlay target (block 5360), overlay analysis (block 5380) comprises the following steps. 오버레이를 측정하기 위해, 4개의 서로 다른 배향으로부터의 세기 측정이 필요하다(블록 5538). To determine an overlay, there is a need for intensity measurements from the four different orientations (block 5538). 이 측정된 세기는 예를 들어 y-방향을 따라 연속적으로 변하는 특성 치수를 갖는 타겟(도 36의 타겟(3600) 등)에 대한 수학식 35a 및 35b에 기술한 바와 같이 또는 y-방향에서 이산적으로 변하는 특성 치수를 갖는 오버레이 타겟(도 23에 나타낸 타겟(2300) 등)에 대한 수학식 40에서와 같이 오버레이 타겟의 모델링된 응답(블록 5539)과 비교된다(블록 5540). From the measured intensity, for example, or y- direction, as described in equation [35a and 35b to the target (target 3600 in FIG. 36, etc.) having a characteristic dimension varies continuously along the y- direction discretely a is compared with a modeled response of the overlay target (block 5539), as shown in equation 40 for the overlay target (target 2300, such as shown in Fig. 23) having a varying characteristic dimension (block 5540). 그 분석을 위해 최상의 신호대 잡음이 이용가능하도록 보장하기 위해, To ensure the best possible signal-to-noise to be used for the analysis, 가 가능한 한 크게 선택되도록 파장의 범위가 선택될 수 있다(연속적으로 변하는 특성 치수의 타겟에 대한 수학식 35 또는 이산적으로 변하는 특성 치수의 타겟에 대한 수학식 42에 기술된 바와 같음). May be in the range of wavelengths selected to be largely selected as possible (as described in equation 42 to equation 35 or discretely changing characteristic of the target dimensions of the continuous nature of the target dimension that varies). 타겟이 이산적으로 변하는 유형인 경우(블록 5543), 물리적으로 의미있는 오버레이 에러의 선택을 가능하게 해주기 위해 (도 43 내지 도 45에서와 같이) If the type of the target is changed discretely (block 5543), (as shown in FIG. 43 to FIG. 45) to now enable selection of an overlay error that means the physical 의 위상 변환 분석을 수행하는 것이 필요하다. Of the phase, it is necessary to perform the conversion analysis. 이어서, 오버레이 에러가 연속적으로 변하는 특성 타겟 치수에 대한 수학식 35 또는 이산적으로 변하는 특성 타겟 치수의 경우에 대한 수학식 40에 따라, 선택된 파장에서 결정된 오버레이 에러의 평균으로서 계산될 수 있다(블록 5545). It may then be overlaid an error according to equation 40 to equation 35 or discretely varying characteristics for the characteristic continuously varying target dimension for target size, calculated as the average of the overlay error is determined from the selected wavelength (block 5545 ). 계측 사이트가 더 남아 있는 경우, 모든 선택된 사이트가 처리될 때가지 측정 프로세스가 계속될 수 있다(블록 5390). If the measurement site is more left, all the selected site may be kinds of the measurement process to be time process is to be continued (block 5390).

본 방법은 본 방법을 수행하고 데이터를 받으며 또 도 4의 (a)에 나타낸 것 같은 본 발명의 장치를 제어하기 위해 명령어를 수행할 수 있는, 중앙 처리 장치, 입출력(I/O) 장치, 및 저장 장치를 갖는, 이미지 프로세서(490)(도 4의 (a)) 등의 컴퓨터 시스템 상에서 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 구현하기에 적합하다. The method performing the method, and to perform the commands to control the device according to the present invention, such as that shown in (a) of the receive again 4 data, a central processing unit, input-output (I / O) devices, and it is suitable for implementation on a computer-readable storage medium for execution on a computer system, such as having a storage device, an image processor (490) ((a) in Fig. 4).

CD 및 오버레이 계측, 및 선량 및 초점 제어에 대한 현재의 현미경 분석 방법에 대해 상기 발명에 의해 실현되는 이점들은 우수한 정밀도 및 속도를 갖는 더 간단하고 더욱 안정된 계측 장치를 포함한다. Advantages to be achieved by the invention for the current microscopic analysis for CD and overlay metrology, and dose and focus control are simpler and includes a more stable measurement device having a high precision and speed. 본 발명의 차분 오버레이 및 CD 계측 방법은 검출된 세기의 상대 크기만을 사용하여 타겟의 기지의 주기에 대한 측정치의 현장 캘리브레이션을 제공하며, 그에 의해 종래의 계측 도구 간의 TIS, WIS 및 정합 에러의 주된 원인을 제거한다. Difference overlay and CD measurement method of the present invention and using only the relative dimensions of the detected intensity provides a field calibration of the measurement for the period of the target base, whereby the TIS, WIS and the main cause of the matching error between the conventional instrumentation to be removed. 게다가, 본 발명은 CD 또는 프로파일 계측을 위해 광파 산란 계측에 의해 필요하게 되는 힘든 설정 절차를 필요로 하지 않고 선량 및 초점의 모니터링 및 제어 둘다를 제공한다. In addition, the present invention provides a monitoring and control both the dose and focus without the need for a hard setting procedures required by a light wave scattering measurement for the CD or the profile measurement.

당업자라면 본 발명에 따른 여러가지 레이아웃에 대한 본 방법 및 응용이 상기한 실시예에 한정되지 않음을 잘 알 것이다. Those skilled in the art will know well that the present method and application to various layouts according to the present invention is not limited to the above embodiment. 따라서, 본 발명은 본 발명 및 이하의 청구항들의 범위 및 정신 내에 속하는 이러한 대안, 수정 및 변형 모두를 포괄하는 것으로 보아야 한다. Accordingly, the present invention is viewed as encompassing all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and scope of the claims of the invention and below.

본 발명의 방법은 프로세싱되는 각각의 웨이퍼에 대해 정확한 노광 및 에칭 조건이 사용되도록 보장함으로써 집적 회로의 포토리쏘그라피 프로세싱에서 유용하며, 웨이퍼 설계 치수를 획득하고 임계 치수를 제어하는 데 특히 유용하다. The method of the present invention is useful in ensuring that the correct exposure and etching conditions used for each wafer being processed integrated circuit photo lithography processing, and is particularly useful for obtaining a wafer design dimension, and controlling the critical dimension.

Claims (35)

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  17. 기판 상에서의 치수(dimension)를 측정하는 방법으로서, A method for measuring a dimension (dimension) on the substrate,
    기판 상에 타겟 패턴을 제공하는 단계; Providing a target pattern on a substrate;
    상기 타겟 패턴으로부터 회절된 방사를 생성하기 위해 적어도 하나의 파장으로 특징지워지는 방사로 상기 타겟 패턴을 조사하는 단계; Irradiating the target pattern in the erasable radiation characterized by at least one wavelength to produce diffracted radiation from said target pattern;
    상기 1차 방향에 직교인 방향을 따라 상기 회절된 방사의 하나 이상의 영이 아닌 차수의 측정가능한 양의 함수로서 상기 타겟 패턴에서의 상기 1차 방향을 따라 대상이 되는 치수를 판정하기 위한 관계를 제공하는 단계; As the amount of the function can be measured in a non-zero one or more of the diffracted radiation order along the perpendicular direction to said first direction to provide a relationship for determining a dimension that is subject along said primary direction in said target pattern, step;
    상기 회절된 방사의 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 상기 측정가능한 양을 검출하는 단계; Detecting a possible amount of the measurements of the one or more non-zero orders of said diffracted radiation; And
    상기 회절된 방사의 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 상기 검출된 측정가능한 양에 기초하여, 상기 관계에 따라 상기 대상이 되는 치수를 판정하는 단계 Based on the one or more non-zero the detected measurable quantity of the order of the diffracted radiation, the method comprising: determining the dimensions to which the target according to the relationship
    를 포함하고 Including the
    상기 타겟 패턴은 공칭 패턴에 대응하고, 상기 공칭 패턴은 1차 방향에서 주기 P의 1차 피치(pitch)로 특징지워지는 피처(feature)들의 어레이를 포함하고, 상기 공칭 패턴은 상기 1차 방향에 직교인 방향을 따라 정의된 특성 치수에 의해 더 특징지워지며, 상기 타겟 패턴은 상기 공칭 패턴의 상기 특성 치수에 대응하는 기판 특성 치수를 가지며, It said target pattern corresponding to a nominal pattern, said nominal pattern comprising an array of one erased feature (feature) characterized by a first pitch (pitch) of the period P in the primary direction, said nominal pattern is the primary direction becomes more clear characterized by a characteristic dimension defined along a perpendicular direction, the target pattern has a substrate characteristic dimension corresponding to said characteristic dimension of said nominal pattern,
    상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 상기 측정가능한 양은 상기 타겟 패턴에서의 상기 기판 특성 치수에 응답하여 발생되는, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The amount available rather than the measurement of the one or more zero-order method for measuring a dimension on a substrate, which is generated in response to said substrate characteristic dimension in said target pattern.
  18. 제17항에 있어서, 상기 대상이 되는 치수는 상기 타겟 패턴에서의 상기 피처들의 어레이를 포함하는 상기 피처들의 피처 폭을 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method of claim 17, wherein the dimensions to which the target is a method of measuring a dimension on a substrate comprises a feature width of said features comprising an array of the feature in the target pattern.
  19. 제18항에 있어서, 상기 공칭 패턴의 상기 특성 치수는 상기 직교인 방향을 따라 연속적으로 변하는 상기 어레이의 상기 피처들의 폭을 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method of claim 18, wherein said characteristic dimension of said nominal pattern is a method of measuring a dimension on a substrate comprises a width of said features of said array that varies continuously along the orthogonal direction.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. 20. The readable medium giving upon payment.
    제19항에 있어서, 상기 특성 치수는 상기 직교인 방향을 따라 미리 정해진 테이퍼 각도에 따라 연속적으로 변하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. 20. The method of claim 19 wherein the characteristic dimensions of a method of measuring a dimension on the substrate will change continuously according to a predetermined taper angle along said orthogonal direction.
  21. 청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. Claim 21 has been abandoned readable medium upon payment.
    제18항에 있어서, 상기 공칭 패턴의 상기 특성 치수는 상기 직교인 방향을 따라 이산적으로 변하는 상기 어레이의 상기 피처들의 폭을 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method of claim 18, wherein said characteristic dimension of said nominal pattern is a method of measuring a dimension on a substrate comprises a width of said features of said array along the perpendicular direction changes discretely.
  22. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. 22. The readable medium giving upon payment.
    제18항에 있어서, 상기 측정가능한 양은 상기 직교인 방향을 따라 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 세기의 극한의 위치를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method of claim 18, wherein the method for measuring a dimension on a substrate to measure the amount of available including extreme position of the intensity of said one or more non-zero orders along said orthogonal direction.
  23. 청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. Claim 23 is set when the registration fee has been paid to give up.
    제18항에 있어서, 상기 공칭 패턴은 제1 중심 위치를 갖는 제1 영역, 및 상기 제1 영역에 인접한 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 직교인 방향을 따라 상기 제1 중심 위치로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어져 있는 제2 중심 위치를 가지며, 상기 타겟 패턴은 상기 기판 상의 대응하는 제1 및 제2 영역을 가지고, The method of claim 18, wherein said nominal pattern comprising: a first region having a first center position, and the first and a second region adjacent the first region, the second region of the first center position along said orthogonal direction has a second central position separated by a predetermined distance from, the target pattern has a first and a second region corresponding to on the substrate,
    상기 측정가능한 양은 상기 타겟 패턴의 상기 제1 영역으로부터 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수에서의 극한의 위치와 상기 타겟 패턴의 상기 제2 영역으로부터 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수에서의 극한의 위치 간의 거리를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The amount possible the measurement including the distance between the extreme positions in the target pattern wherein the non-zero from the extreme position to the second region of the target pattern on at a non-zero over the one or from the first domain order or more of said one order of that is, a method of measuring a dimension on a substrate.
  24. 제17항에 있어서, 상기 측정가능한 양은 상기 1차 방향을 따라 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 세기를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method of claim 17, wherein the method for measuring a dimension on a substrate comprising the intensity of the one or more non-zero orders the measured amount can along said primary direction.
  25. 제17항에 있어서, 상기 타겟 패턴은 제1 톤(tone)의 피처들을 갖는 제1 영역, 및 상기 제1 톤과 다른 제2 톤(tone)의 피처들을 갖는 제2 영역을 포함하며, 18. The method of claim 17, wherein said target pattern comprises a first region having features of a first tone (tone) the first region, and the first tone and a different second tone (tone) having the features of,
    상기 방법은 프로세스 조건들의 효과를 결정하기 위해 상기 제1 영역으로부터 획득한 측정치를 상기 제2 영역으로부터 획득한 측정치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The method for measuring a dimension on a substrate to the first comprises the step of comparing the acquired measured value from said second area to a measured value obtained from the first region further to determine the effects of process conditions.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. 26. The registration fee has been abandoned when due.
    제25항에 있어서, 상기 프로세스 조건들은 선량, 초점 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. 26. The method of claim 25, wherein the process conditions are a method of measuring a dimension on the substrate is selected from the group consisting of dose, focus or a combination thereof.
  27. 제17항에 있어서, 상기 공칭 패턴은 제1 피처들의 제1 서브어레이 및 제2 피처들의 제2 서브어레이를 포함하며, 각각의 서브어레이는 피치 P에 의해 특징지워지고, The method of claim 17, wherein said nominal pattern comprises a second sub-array of the first sub-array and the second feature of the first feature, each sub-array is characterized by a pitch P erased,
    상기 제1 서브어레이 및 상기 제2 서브어레이는 상기 제1 피처들이 상기 제2 피처들로부터 상기 1차 방향을 따라 미리 정해진 오프셋만큼 위치되도록 배치되어 있으며, The first sub-array and the second sub-arrays are arranged so that said first features are positioned by a predetermined offset along said primary direction from said second features,
    상기 타겟 패턴은 상기 제1 서브어레이에 대응하고, 제1 반사율을 갖는 제1 타겟 서브어레이를 포함하고, It said target pattern comprises a first target sub-array having a first reflectance corresponding to said first sub-array,
    상기 타겟 패턴은 상기 제2 서브어레이에 대응하고, 제2 반사율을 갖는 제2 타겟 서브어레이를 더 포함하며, It said target pattern further comprises a second target subarray having a second reflectance corresponding to said second sub-array,
    상기 제1 타겟 서브어레이 및 제2 타겟 서브어레이는 상기 미리 정해진 오프셋에 대응하는 상기 기판 상에서의 오프셋으로 특징지워지고, Said first target subarray and a second target sub-array are erased, characterized by an offset on the substrate corresponding to the predetermined offset,
    상기 대상이 되는 치수는 상기 기판 상에서의 상기 오프셋과 상기 미리 정해진 오프셋 간의 차이를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. Dimension that the object is a method of measuring a dimension on a substrate comprising the difference between the offset and the predetermined offset on the substrate.
  28. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. Claim 28 is set when the registration fee has been paid to give up.
    제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수는 상기 회절된 방사의 영이 아닌 플러스 차수 및 대응하는 영이 아닌 마이너스 차수를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. 28. The method of claim 27, wherein the at least one non-zero-order method for measuring a dimension on a substrate comprises a non-zero negative order of non-zero order of said diffracted radiation and positive response.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. Claim 29 is set when the registration fee has been paid to give up.
    제28항에 있어서, 상기 측정가능한 양은 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 세기를 포함하고, 29. The method of claim 28, wherein the amount includes an intensity of the at least one non-zero order as possible the measuring,
    상기 관계는 상기 제1 타겟 서브어레이의 상기 제1 반사율과 상기 제2 타겟 서브어레이의 상기 제2 반사율 간의 유효 위상차 및 유효 진폭을 판정하는 단계를 더 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. The relationship for measuring a dimension on a substrate further comprises the step of determining the effective retardation and the effective amplitude between the second reflectance of the first reflection and the second target sub-array of said first target subarray Way.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. 30. The registration fee has been abandoned when due.
    제27항에 있어서, 상기 미리 정해진 오프셋은 상기 직교인 방향을 따라 연속적으로 변하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. 28. The method of claim 27 wherein the predetermined offset is a method for measuring a dimension on a substrate will vary continuously along the orthogonal direction.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다. Claim 31 has been abandoned readable medium upon payment.
    제27항에 있어서, 상기 미리 정해진 오프셋은 상기 직교인 방향을 따라 이산적으로 변하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 방법. 28. The method of claim 27 wherein the predetermined offset is a method for measuring a dimension on a substrate that varies discretely along said orthogonal direction.
  32. 상기 제17항의 방법을 수행하는 장치로서, An apparatus for performing the method of claim 17,
    상기 타겟 패턴을 조사하는 방사 광원; Radiation source for irradiating the target pattern;
    상기 1차 방향을 따라 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수를 집광하고 상기 직교인 방향을 따라 상기 타겟 패턴을 결상하도록 구성된 집광 광학계; A condensing optical system condensing the one or more non-zero orders along said primary direction and configured to form an image of the target pattern along said orthogonal direction; And
    상기 직교인 방향을 따라 또 상기 1차 방향을 따라 상기 집광 광학계로부터의 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 공간적 변동을 검출하도록 구성된 검출기 어레이 Along the orthogonal direction again along the first direction is configured to detect the spatial variation in the order of the one or more non-zero from the light converging optical system detector array
    를 포함하는, 기판 상에서의 치수를 측정하는 장치. Device for measuring a dimension on a substrate, comprising a.
  33. 제32항에 있어서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 시스템을 더 포함하며, 33. The method of claim 32, further comprising a computer system including a computer program,
    상기 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 상기 컴퓨터 시스템으로 하여금 상기 회절된 방사의 상기 하나 이상의 영이 아닌 차수의 상기 검출된 측정가능한 양에 기초하여, 상기 관계에 따라 상기 대상이 되는 치수를 판정하도록 하는 명령어를 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 장치. The computer program product includes instructions that, on the basis of the not more than one zero the detected measurable quantity of the order of allowing said diffracted radiation to the computer system, to determine the dimensions to which the target according to the relationship the apparatus for measuring a dimension on the substrate to.
  34. 제32항에 있어서, 상기 기판으로부터 회절된 0차 방사를 검출하는 제2 검출기를 더 포함하며, 33. The method of claim 32, further comprising a second detector for detecting the 0th-order diffracted radiation from the substrate,
    상기 장치는 상기 0차 방사로부터 막 두께를 결정하는 수단을 더 포함하는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 장치. Wherein the device is a device for measuring a dimension on a substrate further comprises: means for determining a thickness from the zero-order radiation.
  35. 제32항에 있어서, 상기 장치는 반도체 제조의 인-라인 프로세싱을 위해 구성되어 있는 것인, 기판 상에서의 치수를 측정하는 장치. 33. The method of claim 32, wherein the device is a semiconductor manufacture - a device for measuring a dimension on a substrate that is configured for line processing.
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