KR100923543B1 - 각도-분해 분광 리소그래피 특성화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

1 차 및 0 차 회절이 스케터로미터에서 검출된다. 1 차 회절은 오버레이 오차를 검출하는데 사용된다. 그 후, 이것이 바이어스보다는 크지만 격자의 피치보다는 작은 매그니튜드의 거짓 오버레이 오차 계산인 경우를 알리기(flag) 위해 0 차 회절이 사용된다.

Description

각도-분해 분광 리소그래피 특성화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANGULAR-RESOLVED SPECTROSCOPIC LITHOGRAPHY CHARACTERIZATION}
본 발명은 리소그래피 기술들에 의해, 예를 들어 디바이스들의 제조시에 이용가능한 검사 방법들 및 기술들을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 스테퍼 들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
기판의 정렬과 같은 기판의 특징들을 결정하기 위해, 기판의 표면에, 예를 들어 정렬 타겟에서 빔이 반사되고, 카메라 상에 반사된 빔의 이미지가 생성된다. 기판에 반사되기 이전 빔과 이후 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 알려진 기판 특성들과 연계된 알려진 측정들의 라이브러리(library) 내에 저장된 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 수행될 수 있다.
타겟을 조명하고 반사된 방사선으로부터 데이터를 수집하는 이러한 시스템은, 흔히 복수의 중첩 패턴(superimposed pattern)들, 예를 들어 격자(grating)들을 조명하는데 사용된다. 제 2 패턴은 제 1 패턴에 비하여 사전설정된 바이어스(bias)를 갖는다. 반사된 방사선의 특성들을 분석함으로써, 패턴들 간의 오버레이 오차(OV)를 결정할 수 있다.
반사된 방사선의 고차 회절(higher diffraction order)들의 특성들을 분석하는 것은, 예를 들어 ±20 nm 정도의 작은 오버레이 오차들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이와 유사하게, U.S. 출원 11/455,942에서 설명된 방법을 이용하여, 격자의 피치(pitch) 정도의 오차들이 검출될 수 있다. 하지만, 상기 피치(통상적으로, 400 nm 내지 1 ㎛)보다는 작지만 격자들 사이의 바이어스(통상적으로, 5 내지 20 nm)보다는 큰 오버레이 오차들은 때때로 검출되지 않을 수 있다. 이러한 일 예시가 도 4에 도시되어 있으며, 왼쪽 상단 도면은 TM 편광(polarized light)(실선) 및 TE 편광(점선)으로의 조명을 나타낸다. 이 예시에서, ±15 nm의 격자들 사이의 사전설정된 바이어스가 존재한다. 흰 원(open circle)으로 나타낸 오버레이된 격자들의 제 1 쌍으로부터 발생한 비대칭(asymmetry)은 0의 (올바른) 오버레이 오차를 나타낸다. 하지만, (검은 점(solid dot)들에 의해 나타낸) 오버레이된 격자들의 제 2 쌍으로부터 발생한 비대칭은, 올바른 오버레이 오차가 70 nm이기 때문에 올바르지 않은 0의 오버레이 오차를 나타낸다.
그러므로, 바이어스보다 크지만 격자의 피치보다는 작은 이러한 오버레이 오차들은 검출되지 않을 수 있다.
부정확도가 낮은 오버레이 계산(false low overlay calculation)들을 식별하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법은 방사선 투영기를 이용하여 기판 상에 방사선을 투영하는 단계; 및 0 차 및 ±n 차의 반사된 방사선을 검출하는 단계를 포함하고, n > 1이며 반사된 방사선은 측정될 특성을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 스케터로미터(scatterometer)는 기판 상의 복수의 중첩 패턴들 상으로 방사선을 투영하도록 구성된 방사선 투영기; 기판의 표면으로부터 반사된 방사선 빔의 0 차 및 ± n 차 회절을 검출하도록 구성된 검출기(이때, n > 1); 및 0 차 및 ±n 차 회절에 기초하여 복수의 중첩 패턴들 간의 오버레이 오차를 계산하도록 구성된 데이터 처리 유닛(data handling unit)을 포함한다.
도 1a는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL)을 포함한다. 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된다. 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들 어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다. 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)은 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1a를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1a에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟 부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 기판 상에 전노광(pre- exposure) 및 후노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함하는 리소그래피 셀(LC)(때로는 리소셀(리소그래피 셀) 또는 클러스터라고도 함)의 일부분을 형성한다. 클러스터는 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 이동시키며, 상기 기판들을 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. (흔히, 집합적으로 트랙이라고도 하는) 이러한 디바이스들은 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 각각의 레지스트 층에 대해 일관성있게(consistently) 노광되도록 하기 위하여, 리소그래피 장치에 의해 보상되어야만 하는 정렬, 회전 등의 변화들이 존재하는지를 결정하기 위해 측정될 필요가 있는 기판의 소정 특성들이 존재한다. 기판들의 특성들, 그리고 특히, 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층에서 층으로 어떻게 변하는지를 결정하기 위해, 별도의 검사 장치가 사용된다.
기판(W) 표면의 이상의 특성들은 도 2에 도시된 것과 같은 스케터로미터와 같은 센서를 이용하여 결정될 수 있다. 스케터로미터는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사 된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 의해 생성된 프로파일 또는 구조체는, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 2의 저부에 도시된 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 상기 구조체의 일반적인 형태가 공지되며, 상기 구조체가 만들어진 공정의 정보(knowledge)로부터 몇몇 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다.
스케터로미터는 수직-입사 스케터로미터 또는 사선-입사 스케터로미터일 수 있다. 또한, 파장들의 범위의 단일 각도에서 반사가 측정되기보다는, 단일 파장의 각도들의 범위(또는 파장들의 제한된 범위)에서 반사가 측정되는 스케터로메트리의 변형예들이 사용될 수도 있다.
기판의 특성들을 측정하는 스케터로미터들은, 3에 도시된 바와 같이 높은 개구수 렌즈의 퓨필 평면(11)에서 복수의 각도들 및 파장들로 기판 표면(W)으로부터 반사된 각도-분해 스펙트럼의 특성들을 측정할 수 있다. 이러한 스케터로미터는 기판 상으로 방사선을 투영하는 방사선 투영기(2) 및 반사된 스펙트럼들을 검출하는 검출기(18)를 포함할 수 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 방사 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 그 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이며, 여하한의 실질적인 켤레면(conjugate plane)이다. 검출기(18)는 높은 개구수 렌즈의 퓨필 평면에 배치된다. 개구수는 높으며, 바람직하게는 0.9 이상이고, 더 바람직하게는 0.95 이상이다. 침지 스케터로미터들은, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈들을 구비할 수도 있다.
몇몇 각도-분해 스케터로미터들은 산란광(scattered light)의 세기만을 측정한다. 하지만, 최근의 스케터로미터들은 수 개의 파장들이 각도들의 범위에서 동시에 측정되게 한다. 상이한 파장들 및 각도들에 대한 스케터로미터에 의해 측정된 특성들은, 횡자기(transverse magnetic)-편광 및 횡전기(transverse electric)-편광의 세기, 및 횡자기-편광 및 횡전기-편광 간의 위상차일 수 있다.
광대역 광원(즉, 광 주파수들 또는 파장들, 및 이에 따른 컬러들의 광범위한 광원)을 이용할 수 있으며, 이는 넓은 너비를 제공하여 다수 파장들의 믹싱(mixing)을 허용한다. 광대역에서의 복수의 파장들은, 가령 λδ의 대역폭 및 이에 따라 2λδ(즉, 파장의 두 배) 이상의 간격을 각각 갖는 것이 바람직하다. 방사선의 수 개의 "소스"들은, 가령 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 분할(split)된 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들이 다수 파장들에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정된다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 U.S. 특허 출원 공개공보 2006/0066855 A1 및 2006/0033921 A1에서 더 상세히 설명된다.
도 3에는, 본 발명과 이용될 수 있는 스케터로미터가 도시되어 있다. 방사선 투영기(2)의 방사선은 렌즈 시스템(12)를 이용하여 간섭 필터(interference filter: 13) 및 편광기(17)를 통해 포커스되고, 부분 반사면(16)에 의해 반사되며, 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W)상으로 포커스된다. 그 후, 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)을 검출하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 역 투영(back projected)된 퓨필 평면(11)에서 검출기(18)(예를 들어, CCD)로 전달된다. 퓨필 평면(11)은 렌즈 시스템(15)의 초점 길이에 존재한다. 검출기 및 높은 개구수 렌즈는 퓨필 평면에 배치된다. 통상적으로, 높은-NA 렌즈의 퓨필 평면은 상기 렌즈 내부에 위치되기 때문에, 상기 퓨필 평면이 보조 광학기를 이용하여 재-이미징(re-image)될 수 있다.
예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 흔히 사용된다. 방사선 빔이 빔 스플리터(beam splitter: 16) 상에 입사하는 경우, 그 일부분은 빔 스플리터를 통해 기준 거울(14)을 향하여 전달된다. 그 후, 기준 빔이 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.
반사기 방사선의 퓨필 평면은, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)으로 검출기(18) 상에 이미징된다. 이러한 방식으로, 기판 타겟들의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 검출기 상에 이미징된다. 검출기는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있다.
가령 405 내지 790 nm의 범위, 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에 해당하는 파장을 선택하기 위해, 간섭 필터(13)들의 일 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 일 세트를 포함하기보다는 튜닝될(tunable) 수 있다. 간섭 필터들 대신에 격자가 사용될 수도 있다.
상기 기판(W)은 현상 이후에 바아(bar)들이 실선의 레지스트 라인(solid resist line)들로 형성되도록 프린트되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 상기 바아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색수차(chromatic aberration)들에 민감하며, 이러한 수차들의 존재 및 조명 대칭성은 프린트된 격자의 변화에 수차들을 나타낼 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 스케터로메트리 데이터가 상기 격자들을 재구성하는데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스케터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭들 및 형상들과 같은 상기 격자들의 파라미터들이 재구성 공정에 입력될 수 있다.
도 4는 다양한 오버레이 오차들에 대한 비대칭, ± 1 차 회절 및 0 차 회절을 도시한다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 0 차의 세기는 오버레이의 함수로서 대칭적으로 변한다. 그러므로, 0 차가 검출되는 경우, 다른 경우의 동일한 값을 갖는 2 개의 비대칭들 간의 차이를 식별할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 왼쪽 상단 그래프에 나타낸 2 개의 흰 원들은 0의 오버레이 오차지만 ±15 nm의 바이어스를 갖는 비대칭을 나타낸다. 동일한 그래프 상의 검은 점들은 바이어스는 15 nm로 동일하지만 오버레이 오차가 70 nm인 경우의 비대칭을 나타낸다. 하지만, 이러한 두 상황들에서 검출된 비대칭(즉, 오버레이 오차가 0 nm 및 70 nm임)은 동일할 것이다. 0 차의 세기가 검출된 경우, 0 nm와 70 nm의 오버레이 오차 사이에서 상이한 세기가 검출될 것이다. 도 4의 오른쪽 하단 그래프에 나타낸 바와 같이, 70 nm의 오버레이 오차의 검출된 세기(2 개의 검은 점들에 의해 나타냄)는 0의 오버레 이 오차를 갖는 검출된 세기(흰 원들에 의해 나타냄)보다 더 클 것이다. 따라서, 동일한 비대칭을 유도하는 2 개의 상이한 오버레이 사이를 분간할 수 있다. 그러므로, 이러한 부정확도가 낮은 오버레이 오차 계산들을 식별하는 것이 가능하다. 큰 오버레이 오차들을 식별하기 위해 0 차의 세기의 절대값을 이용하는 대안예는 양의 바이어스를 갖는 격자들에 대한 0 차의 세기와 음의 바이어스를 갖는 격자들에 대한 0 차의 세기 간의 차이를 사용하는 것이다. 오버레이 오차가 작은 경우에는, (도 4에 나타낸) 0 차의 대칭 성질로 인해 세기들 간의 차이가 작을 것이다.
상기 장치는 포개진 격자들, +d의 바이어스를 갖는 제 1 격자 및 -d의 바이어스를 갖는 제 2 격자의 2 세트들에 대한 +1, -1 및 0 차 회절의 세기를 측정한다. 비대칭은 다음과 같이 계산된다:
Figure 112007068942369-pat00001
Figure 112007068942369-pat00002
이때, I1은 +1 차의 세기이고, I-1은 -1 차의 세기이며, OV는 오버레이 오차이다.
그 후, 오버레이가 다음에 의해 결정된다:
Figure 112007068942369-pat00003
이에 대한 또 다른 세부내용들은 EP 1628164 A에서 알 수 있다.
격자들의 2 세트들 간의 세기차는 다음과 같이 주어진다:
ΔI 0 = I 0 + - I 0 -
이때, I0 +는 +d의 바이어스를 갖는 포개진 격자들의 0 차의 세기이며, I0 -는 -d의 바이어스를 갖는 포개진 격자들의 0 차의 세기이다.
ΔI0가 소정 임계치(Ithr) 이하인 경우에는, 오버레이 측정이 유효하다. 하지만, ΔI0가 Ithr 이상인 경우, 그것은 큰 오버레이 오차 및 계산된 오버레이 오차는 신뢰할 수 없다는 것을 나타낸다. Ithr의 값은 캘리브레이션 기판(calibration substrate)을 이용한 캘리브레이션 또는 모델링을 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명은 0 차와 함께 1 차 회절에 관하여 설명되었지만, 그 대신에 0 차와 함께 고차 회절(예를 들어, 2 차, 3 차 또는 4 차 회절)이 사용될 수도 있다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1a는 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 1b는 리소그래피 셀(cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 2는 스케터로미터를 도시하는 도면;
도 3은 높은 NA 렌즈의 퓨필 평면에서, 각도 분해 스펙트럼(angle resolved spectrum)을 측정하는 일반적인 작동 원리를 도시하는 도면; 및
도 4는 다양한 오버레이 오차들에 대한 ±1 차 회절들 및 0 차 회절의 세기를 나타내는 일련의 그래프이다.

Claims (13)

  1. 기판의 특성을 측정하는 방법에 있어서:
    방사선 투영기를 이용하여 기판 상에 방사선을 투영하는 단계; 및
    반사된 방사선의 0 차 및 ±n 차 회절을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지고, n ≥ 1이며, 상기 반사된 방사선은 상기 기판의 표면 특성을 나타내며,
    상기 방사선은 복수의 중첩 패턴(superimposed pattern)들 상에 투영되고, 검출기가 상기 복수의 중첩 패턴들 간의 오버레이 오차를 검출하며,
    상기 오버레이 오차를 측정하기 위해 1 차 회절로부터의 데이터가 사용되고, 오차 검사 기준(check)으로서 0 차 회절로부터의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 기판 특성 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 ±n 차 회절들은 ±1 차 회절들인 것을 특징으로 하는 기판 특성 측정 방법.
  5. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 스케터로미터(scatterometer)에 있어서:
    상기 기판 상의 복수의 중첩 패턴들 상으로 방사선을 투영하도록 구성된 방사선 투영기;
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 방사선 빔의 0 차 및 n ≥ 1인 ±n 차 회절을 검출하도록 구성된 검출기; 및
    상기 0 차 및 ±n 차 회절에 기초하여 상기 복수의 중첩 패턴들 간의 오버레이 오차를 계산하도록 구성된 데이터 처리 유닛(data handling unit)을 포함하며,
    상기 오버레이 오차를 측정하기 위해 1 차 회절로부터의 데이터가 사용되고, 오차 검사 기준으로서 0 차 회절로부터의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 스케터로미터.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 ±n 차 회절들은 ±1 차 회절들인 것을 특징으로 하는 스케터로미터.
  8. 검사 장치를 포함한 리소그래피 장치에 있어서, 상기 검사 장치는
    기판 상의 복수의 중첩 패턴들 상으로 방사선을 투영하도록 구성된 방사선 투영기;
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 방사선 빔의 0 차 및 n ≥ 1인 ±n 차 회절을 검출하도록 구성된 검출기; 및
    상기 0 차 및 ±n 차 회절에 기초하여 상기 복수의 중첩 패턴들 간의 오버레이 오차를 계산하도록 구성된 데이터 처리 유닛을 포함하여 이루어지고,
    상기 오버레이 오차를 측정하기 위해 1 차 회절로부터의 데이터가 사용되고, 오차 검사 기준으로서 0 차 회절로부터의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 ±n 차 회절들은 ±1 차 회절들인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 리소그래피 장치에 있어서:
    방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성되는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    검사 장치를 포함하여 이루어지고, 상기 검사 장치는
    상기 기판 상의 복수의 중첩 패턴들 상으로 방사선을 투영하도록 구성된 방사선 투영기;
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 방사선 빔의 0 차 및 n ≥ 1인 ±n 차 회절을 검출하도록 구성된 검출기; 및
    상기 0 차 및 ±n 차 회절에 기초하여 상기 복수의 중첩 패턴들 간의 오버레이 오차를 계산하도록 구성된 데이터 처리 유닛을 포함하여 이루어지고,
    상기 오버레이 오차를 측정하기 위해 1 차 회절로부터의 데이터가 사용되고, 오차 검사 기준으로서 0 차 회절로부터의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 ±n 차 회절들은 ±1 차 회절들인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장 치.
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