KR101188532B1 - 연속 가변 오프셋 마크 및 오버레이 결정 방법 - Google Patents

연속 가변 오프셋 마크 및 오버레이 결정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오버레이 에러를 결정하기 위한 오버레이 마크 및 방법에 대한 것이다. 상기 연속 가변 오프세 마크는 단일 마크이며 겹쳐진 주기적 구조로서 위치의 함수로서 가변하는 오프셋을 갖는다. 일례로서, 상기 주기적 구조는 피치와 같은 격자 특징의 각기 다른 값을 갖는 격자에 해당할 수 있다. 본 발명의 또 다른 특징은 연속 가변하는 오프셋 마크로부터 오버레이 에러를 결정하기 위한 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 연속 가변 오프셋 마크의 대칭 중심을 결정하고 이를 상기 마크의 기하학적 중심과 비교함을 포함한다. 제로 오버레이가 있다면, 상기 대칭 중심은 상기 마크의 기하학적 중심과 일치한다. 제로 오버레이가 없다면(가령 두 층 사이에 오 정렬이 있다면), 대칭 중심은 상기 마크의 기하학적 중심으로부터 이동된다. 상기 연속 가변 오프셋 마크의 사전에 정해진 이득과 협력하는 이 같은 이동이 사용되어 상기 오버레리 에러를 계산하도록 한다.

Description

연속 가변 오프셋 마크 및 오버레이 결정 방법{CONTINUOUSLY VARYING OFFSET MARK AND METHODS OF DETERMINING OVERLAY}
본 발명은 단일 또는 멀티플 층으로 형성된 구조들 사이 오버레이(overlay) 결정에 대한 것이다, 특히, 본 발명은 그와 같은 구조와 상호 작용하는 방사선의 회절을 바탕으로 한 오버레이를 결정함에 대한 것이다.
여러 생산 및 제조 환경에서, 다양한 층의 샘플들 사이 또는 그와 같은 샘플들 특정 층 내 정렬을 조정할 필요가 있다. 가령, 반도체 생산 산업에서, 전자 장치는 기판에 일련의 층을 제조함으로써 생산될 수 있으며, 모든 이들 층 또는 이들 중 일부는 다양한 구조를 포함한다. 특정 층 내 그리고 다른 층 내 구조와 관련하여 그와 같은 구조의 상대적인 위치는 완성된 전자 장치의 성능과 관련이 되며 때로는 그와 같은 성능에 중요할 수 있다.
이와 같은 샘플 내 구조의 상대적인 구조는 때로는 오버레이라 불려진다. 오버레이를 측정하기 위한 다양한 기술 및 처리가 개발되고 사용되어왔다. 특히 최근에 오버레이 도량학 베이스로서 방사선 스케터로미터를 사용하는 것에 대하여 다양한 노력이 경주되어 왔다.
스케터로미터 측정으로부터 오버레이를 결정하기 위한 일정 기존 접근 방법은 모델 형상 프로파일, 오버레이, 그리고 필름 스택, 그리고 재료 광학 특성(n, k 분산 커브), 또는 교정 웨이퍼로부터의 한 기준 신호와 비교를 바탕으로 측정된 스펙트럼을 계산된 이론적인 스펙트럼과 비교하는 데 집중한다.
기존의 접근 방법은 여러 단점을 갖는다. 가령, 상기 오버레이를 정확하게 결정하기 위해서는 상기 프로파일, 오버레이, 그리고 필름 모델링에 상대적으로 많은 수의 파라미터가 포함되어야 한다. 가령, 상측 및 하측 층 프로파일 모두에 대하여 단순한 사다리꼴 모델을 사용하는 방법에서는, 포함되어야 하는 최소 수의 패턴 파라미터가 오버레이를 포함하여 7이다. 만약 필름 두께 변동이 모델에 포함된다면, 파라미터의 수는 그에 따라 증가된다. 많은 수의 파라미터가 그 결과를 요구 할 수 있으며, 그에 의해 처리할 수 있는 작업량을 줄이며 비효율과 비용을 증가시킨다. 가령, 계산된 기준 스펙트럼에 대한 측정 스펙트럼의 비교는 라이브러리-사용 접근 방법이 사용되든 아니면 회귀 접근 방법이 사용되든 보다 많은 파라미터 그리고 그에 따른 긴 시간이 걸린다.
스케터로미터를 사용하여 오버레이를 결정하는 일정 기존 접근 방법의 또 다른 단점은 측정된 스펙트럼과 비교하기 위해 정확한 이론적 스펙트럼을 결정하기 위해 필요할 수 있는, 필름 스택, 필름 재료, 그리고 패턴 엘리먼트 프로파일에 대한 상세한 지식이 요구된다는 것이다.
스캐터미터를 사용하여 오버레이를 결정하는 데 대한 기존 접근 방법의 또 다른 단점은 상기 측정된 스펙트럼과 비교하기 위해 정확한 이론상의 스펙트럼을 결정하기 위해 요구 될 수 있는 스케터로미터 광학 시스템에 대한 정확한 지식이 요구된다는 것이다.
따라서, 스케터로미터를 사용한 오버레이 결정에 대한 기존 접근 방법의 결함에 비추어, 스케터로미터를 사용한 오버레이 결정에 대한 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명은 한 실시 예에서, 프리세트 이득 팩터(preset gain factor)로 디자인된 오버레이된 제 1 및 제 2 주기적 구조를 갖는 한 오버레이 표적으로부터 오버레이 정보를 추출하는 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 상기 오버레이 표적을 따라 광학 데이터 공간 배열을 얻는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 광학 데이터의 공간 어레이를 사용하여 상기 오버레이 표적 대칭 중심을 결정함을 포함하기도 한다.
상기 방법은 대칭 중심과 상기 오버레이 표적 기하학 중심 사이 거리 X를 계산함을 포함한다. 상기 방법은 추가로 상기 거리 X를 프리세트 이득 팩터로 나눔으로써 상기 오버레이 에러를 결정함을 포함한다.
본 발명은 한 실시 예에서, 오버레이 표적에 관련된다. 상기 오버레이 표적은 제 1 층에 위치한 제 1 주기적 구조를 포함한다. 상기 제 1 주기적 구조는 주기적 구조 어트리뷰트 제 1 값을 갖는다. 상기 오버레이 표적은 또한 제 2의 층에 위치하며, 상기 제 1 주기적 구조 위에 위치한 제 2 주기적 구조를 포함한다. 상기 제 2 주기적 구조는 주기적 구조 어트리뷰트 제 2 값을 갖는다. 상기 제 1 및 제 2 값은 상당히 작은 차이를 갖는다.
본 발명은 또 다른 실시 예에서 한 오버레이 표적에 대한 것이다. 상기 오버레이 표적은 제 1 층에 위치하며 제 1 의 피치를 갖는 제 1 의 격자를 포함한다. 상기 오버레이 표적은 또한 제 2 층에 위치하며 제 2 의 피치를 갖는 제 2 격자를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 피치는 상당히 작은 차이를 갖는다.
본 발명은 또 다른 실시 예에서, 한 오버레이 표적에 대한 것이다. 상기 오버레이 표적은 제 1 층에 위치한 제 1 부분을 포함한다. 상기 제 1 부분은 한 격자 특징의 제 1 값을 갖는 제 1 격자를 포함한다. 상기 오버레이 표적은 또한 제 2 층에 위치하며 제 1 부분 중심에 위치한 제 2 부분을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 부분은 거의 같은 크기 프로파일을 갖는다. 상기 제 2 부분은 나란히 위치한 제 2 격자 그리고 제 3 격자를 포함한다. 상기 제 격자는 제 2 값의 격자 특징을 가지며, 상기 제 3 격자는 제 3 값의 격자 특징을 갖는다. 상기 제 2 값은 제 1 값보다 다소 크며, 상기 제 3 값은 상기 제 1 값보다 다소 작다.
본 발명은 또 다른 실시 예에서, 오버레이 에러를 결정하는 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 오버 레이된 주기적 구조를 포함하는 오버레이 표적을 제공함을 포함한다. 상기 오버레이된 주기적 구조 각각은 상기 주기적 구조의 어트리뷰트에 대한 각기 다른 값을 갖는다. 상기 주기적 구조의 어트리뷰트에 대한 각기 다른 값들은 상당히 작은 차이를 갖는다. 상기 방법은 또한 오버레이 표적을 가로질러 스펙트럼 어레이를 얻는 것을 포함하기도 한다. 상기 방법은 상기 스펙트럼 어레이의 영점을 발견함을 더욱 더 포함한다. 상기 영점은 전체 스펙트럼 범위에서 제로인 차이 스펙트럼을 발생시키는 포인트이다.
상기 영점은 상기 오버레이 표적의 대칭 중심을 나타낸다. 상기 방법은 추가로 대칭 중심과 오버레이 표적의 기하학적 중심 사이 거리 X를 계산함을 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 값들 중 한 값 또는 상기 값들 평균과 상기 제 1 및 제 2 값 사이 차이 사이 비 D를 계산함을 포함하기도 한다. 또한 상기 방법은 상기 거리 X를 상기 비 D로 나눔으로써 상기 오버레이 에러를 결정함을 포함한다.
도 1은 본 발명 실시 예에 따른 상응하는 인터레이어 패턴(오버레이 표적) A, B, C 및 D에 대한 디자인된 오버레이 오프셋 Xa, Xb, Xc, 및 Xd 상대적 분산을 도시한 도면.
도 2(a)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 +F 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 2(b)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 - F 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 2(c)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 +F+fO 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 2(d)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 -F+fO 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 2(e)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 +F+fO+E 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 2(f)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 -F+fO+E 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면.
도 3(a)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이를 결정하기 위한 과정을 설명하는 흐름도.
도 3(b)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이를 결정하기 위한 방법에 대한 그래프 식 도면.
도 4는 종래 마이크로 이미지 시스템에 대한 개략적 도면.
도 5(a)는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 스캐터링 특징에 가장 적합한 개구수(NA)를 갖는 마이크로스코프 영상 시스템을 도시한 도면.
도 5(b)는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 스캐터링 특징에 가장 적합한 개구수(NA)를 갖는 마이크로스코프 영상 시스템을 도시한 도면.
도 5(c)는 본 발명의 제 3 실시 예에 따라 스캐터링 특징에 가장 적합한 개구수(NA)를 갖는 마이크로스코프 영상 시스템을 도시한 도면.
도 5(d)는 본 발명의 제 4 실시 예에 따라 스캐터링 특징에 가장 적합한 개구수(NA)를 갖는 마이크로스코프 영상 시스템을 도시한 도면.
도 5(e)는 본 발명의 한 실시 예에 따른 영상 스펙트로미터, 멀티플 사이트 시야 영역(field-of-view) 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 하나 또는 둘 이상의 파장 범위를 선택하기 위한 시스템에 대한 개략도.
도 7은 동시, 멀티플 입사 각 엘립소미터(ellipso meter)를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 한 실시 예에 따른 스펙트로스코프 스캐터미터 시스템 개 략도.
도 9(a)는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 X-방향 또는 Y-방향 어느 하나를 따라 동일선상으로 위치한 다수의 표적을 도시한 도면.
도 9(b)는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 제 1 실시 예에 따른 X-방향에 따라 동일선상으로 배치된 4개의 표적, 그리고 Y-방향에 따라 동일선상으로 배치된 4 개의 표적을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 한 실시 예에 따라 입사 라인을 사용하여 스캐터 미터 오버레이 결정에 대한 기술에서 사용하기 위한 입사 라인 시야 영역을 도시한 도면.
도 11a 는 제 1 컴비네이션 이미지 및 스케터로미터 표적 실시 예 평면도.
도 11b 는 제 2 컴비네이션 이미지 및 스케터로미터 표적 실시 예 평면도.
도 11c 는 제 3 컴비네이션 이미지 및 스케터로미터 표적 실시 예 평면도.
도 12는 본 발명의 한 실시 예에 따라 결합된 표시에 대한 도면.
도 13A-13D는 본 발명의 여러 실시 예에 따라 결합된 도량형학 도구에 대한 변경을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 한 실시 예에 따라 결합된 도량형학 도구를 사용하는 흐름도.
도 15는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이 에러 방법을 설명하는 흐름도.
도 16은 본 발명의 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 도면.
도 17A 및 17B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 평면도.
도 18A 및 18B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 측면도.
도 19A 및 19B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 평면도.
도 20A 및 20B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 측면도.
도 21은 본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따라 일 차원 오버레이 표적을 도시한 도면.
도 22A 및 22B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 이 차원 오버레이 표적을 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이 영역을 도시한 도면.
도 24A 및 24B는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이 영역을 도시한 도면.
하기에서는 본 발명의 특정 실시 예가 설명될 것이다. 이 같은 실시 예의 한 예가 첨부 도면을 참고로 하여 설명된다. 본 발명이 특정 실시 예를 참고로 하여 설명되나. 본 발명을 그와 같은 실시 예로 한정하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 다음 설명에서는 다수의 특정한 세부 사항이 설명되어 본 발명의 충분한 이해를 제 공하도록 한다. 본 발명은 공지의 처리 동작과 관련하여서는 상세히 설명되지 않는다.
본 발명의 한 특징은 반도체 장치와 같은 샘플에 형성된 네 개 또는 그 이상의 스캐터미터 오버레이 표적 세트를 제공하는 것이다. 본원 발명에서 패턴은 "패턴 또는 인터레이어 패턴"으로 설명된다. 한 특정 실시 예에서, 상기 샘플은 반도체 소자 층을 가지며, 표적들이 사용되어 상기 소자 내에 구성된 여러 구조의 위치 정함 정확도에 대한 방안을 제공하도록 한다. 일반적으로, 위치 정함 정확도는 반도체 소자의 두 각기 다른 층 사이 오버레이 에러 측정에 의해 그 특징이 정해진다.
한 특정 실시 예에서, 네 개의 표적 한 세트가 제공되며, 표적 각각은 서로 오프셋 된 두 개의 각기 다른 층에서 두 개의 구조를 포함한다. 특정 실시에서, 한 오프셋은 두 분리 거리: 제 1 거리 F 그리고 제 2 거리 f0 의 합 또는 차이로 규정될 수 있으며, 여기서 F는 f0 보다 크다. "target A", "target B", "target C" 및 "target D"과 같이 네 개의 표적(target)을 나타내고, 이들 표적 각각에 대한 해당하는 사전에 정해진 오프셋이 특정 표적 디자인에 대하여 다음과 같이 정해질 수 있다.
Xa = +F-kfO (표적 A),
Xb =-F+fD (표적 B),
Xc = +F-fO (표적 C), 그리고
Xd =-F-fO (표적 D).
Xa 내지 Xd에 대한 오프셋은 오버레이를 결정하기 위해 본 발명의 기술을 실시 하는 데 적절한 값일 수 있다. 가령, Xa 및 Xb 는 Xc 및 Xd과는 달리 각기 다른 f0의 값을 가질 수 있다.
도 1은 x 축을 따라 오프셋 Xa, Xb, Xc 및 Xd의 분산을 도시한다. 도시된 바와 같이, 오프셋 Xa 및 Xc는 모두 양의 값이며 Xa는 Xc 보다 크다. 이와 대비하여, 오프셋 Xb 및 Xd는 모두 음의 값이고 Xd 는 Xb보다 더 작은 값이다.
표적의 수 그리고 이들의 상응하는 오프셋 크기 및 센스는 적절한 방식으로 선택되어 본 발명의 기술이 오버레이 에러를 결정하는 데 사용될 수 있도록 한다. 한 특정 세트의 표적 그리고 이들의 상응하는 오프셋이 도2 (a) 내지 2 (f)와 관련하여 하기에서 설명된다. 수많은 표적들과 오프셋 값들의 조합이 있을 수 있으며 상기 기술을 실시하고 본 발명의 시스템을 사용하도록 실시될 수 있음은 명백한 것이다.
도 2(a)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴된 저부 층 L1으로부터 크기 F 만큼 오프셋된 패턴 평면 층L2의 측면도를 도시한 도면이다. 각 층 L1 및 L2는 한 세트의 구조로 패턴된다. 한 구조가 라인, 트랜치 또는 접촉과 같은 특징을 포함할 수 있다. 한 구조가 반도체 소자 특징과 유사하도록 디자인 될 수 있다. 한 구조가 각기 다른 특징의 조합으로부터 형성될 수 있기도 하다. 또한, 한 구조가 샘플의 어느 한 층, 가령 샘플의 어느 한 층 내 상부 층 위 또는 부분적으로 또는 완전히 상기 샘플의 한 층 내에 위치하여 질 수 있다. 도 2(a)의 도시된 실시 예에서, 층 L1은 완전한 구조 204a-c를 포함하며, 층 L2는 완전한 구조 202a-c를 포함한다.
스캐터미터 오버레이 표적 구조의 구성 및 이들을 생산하기 위한 방법이 Abdulhalim 등에 의해 "PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT"라는 명칭으로, 2001년 4월10일 출원된 미국특허원 제 09/833,084에서 설명된다.
도시된 바와 같이, 상기 상부 층L2의 구조는 하부 층L1의 구조로부터 크기 F 만큼 오프셋된다. 상기 두 오프셋 층 구조는 인접한 층 내에 위치할 수 있으며 혹은 두 오프셋 사이에 배치된 적절한 수 및 타입의 층들일 수 있다. 도 2(a)는 또한 패턴 된 층 L1 및 L2 사이 세개의 T1, T2, 및 T3를 도시할 수 있다.
일정 구조를 갖는 상기 두 개의 층들 사이에 다른 층들이 존재하는 범위에서, 이들 다른 층들은 전자기 방사선이 상기 구조들을 갖는 층들 사이에서 방사선 전파를 허용하도록 하는 적어도 최소의 트랜스미션을 갖는다.
도 2(b)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 - F 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면이다. 도 2(c)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 +F+fO 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면이다. 도 2(d)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 -F+fO 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면이다. 도 2(e)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 +F+fO+E 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면이다. 도 2(f)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 패턴 저부 층 L1으로부터 크기 -F+fO+E 만큼 오프셋된 패턴 상부 층 L2의 측면을 도시한 도면이다.
일반적으로, 에러 오프셋E는 각각이 오프셋 Xa 내지 Xd 와 같은 두 패턴 층들 사이 오프셋을 갖는 4 개 또는 그 이상의 표적 A, B, C 및 D로부터 적어도 측정된 스펙트럼을 분석함으로써 결정될 수 있다. 이 같은 분석은 스펙트럼 중 어느 것을 공지의 또는 기준 스펙트럼과 비교하지 않고 수행될 수 있다. 다시 밀해서, 본 발명의 상기 에러 결정 기술은 눈금 조정 동작을 필요로 하지 않는다.
도 3(a)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이를 결정하기 위한 과정(300)을 설명하는 흐름도이다. 이 실시 예에서, 4 개의 표적 A, B, C 및 D가 사용되며, 상기 설명된 바와 같이 오프셋 Xa 내지 Xd 를 갖도록 디자인 된다. 즉, 표적 A는 오프셋이 +F+fO이도록 디자인되며; 표적 B 는 오프셋이 -F+fO이고; 표적 C 는 오프셋이 +F-fO이며; 그리고 표적 D는 오프셋이 -F-fO이도록 디자인된다.
처음에는, 입사 방사선 비임이 동작(302a 내지 302d)시 네 개의 표적으로부터 네개의 스펙트럼 SA, SB, SC, 그리고 SD를 측정하도록 네 개의 표적 A, B, C, 그리고 D를 향하도록 된다. 동작(302a 내지 302d)은 측정 시스템의 능력에 따라 순차적으로 또는 동시에 수행될 수있다.
상기 입사 광선은 레이저 또는 광 대역 방사선과 같은 적당한 형태의 전자기 방사선일 수 있다. 오버레이를 결정하기 위해 스캐터미터 신호들을 측정하기 위한 광학적 시스템 및 방법의 예가 (1) Lakkapragada, Suresh 등에 의한 "METHOD AND SYSTEMS FOR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL"라는 명칭의 2001년 5월 4일 출원된 미국 특허원 제 09/849,622호, 그리고 (2) Abdulhalim 등에 의한 "PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT"라는 명칭의 2001년 4월 10일 출원된 미국 특허원 제 09/833, 084호에서 설명된다.
적절한 측정 시스템 그리고 오버레이 에러를 결정하기 위한 사용에 대한 또 다른 실시 예가 하기에서 더욱 더 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예에서, 상기 스펙트럼 SA, SB, Sc, 및 SD(그리고 존재할 수 있는 추가의 스펙트럼)은 스펙트로스코프 엘립소미터 또는 리플렉토미터 신호들을 포함하며, 이들로는 tan(au), cos(A), Rs, Rp, R,D (스펙트로스코프 엘립토미터 "알파"신호),D (스펙트로스코프 엘립토미터 "베타" 신호),( (Rs-Rp)/ (Rs+Rp)), 등을 포함한다.
다음에 SB (-F+fO)이 스펙트럼 SA (+F+0)로부터 감산되며, 그리고 스펙트럼 SD (-F-fO)는 스펙트럼 Sc (+F-fO)로부터 감산되어 동작(304a)(304b) 각각에서 두 개의 차이 스펙트럼 D1 및 D2를 형성하도록 한다. 다음, 동작(306a)(306b) 각각에서 차이 스펙트럼 특성 P1이 상기 차이 스펙트럼 D1으로부터 얻어지며, 차이 스펙트럼 특성 P2는 상기 차이 스펙트럼 D2로부터 얻어진다. 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2는 얻어진 상기 차이 특성 D1 및 D2의 적절한 특성으로부터 얻어진다. 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2는 또한 차이 스펙트럼 D1 및 D2에서 특정 파장의 한 포인트일 수 있다. 다른 실시 예로서, 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2는 차이 신호 평균 통합 결과일 수 있으며, SE 알파 신호 평균과 같거나, 감도, 잡음, 또는 오버레이에 대한 신호 감도를 설명하는 가중된 평균일 수 있다.
차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2이 얻어진 후, 상기 오버레이 에러 E가 직접 동작(308)에서 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2으로부터 직접 계산될 수 있다. 한 실시 예에서, 선형 근사 계산이 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2 를 사용하여 수 행되어 상기 오버레이 에러 E를 결정하도록 하며, 또 다른 기술에서 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2가 사용되어 상기 오버레이 에러 E를 결정하기 위해 사용되는 사인 파 함수 또는 다른 주기적 함수에 근사하도록 할 수 있다. 한 가지 선형 회기 기술이 도 3(b)와 관련하여 하기에서 설명된다. 한 실시 예에서, 상기 오버레이 결과는 멀티플 파장 또는 멀티플 파장 범위 특성으로부터 얻어진 오버레이 결과의 통계적 계산(가령, 평균 또는 가중된 평균)에 의해 얻어질 수 있다.
상기와 같은 실시에서, 모든 네 개의 표적이 상기 오프셋을 제외하고, 피치 P, 박막 특성, 구조 크기 그리고 조성 물과 같은 동일한 특성을 갖는다면, 그리고 X a 및 Xb 가 반대의 부호를 가지며 그리고 (0. 1 < Xa/Xb < 10)의 크기 차수를 갖는다면, 그리고 0. 05 < 1Xa/Pl < 0. 45 and 0. 05 < lXb/P < 0. 45 이며, Xa가 Xc와 같은 부호이고 Xb가 Xd와 같은 부호이라면, 상기 인터레이어 표적 내 구조들 사이에 존재하는 오버레이 에러 E의 평가는 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2에 따라 선형 근사치를 사용하여 다음과 같이 계산된다.
E'=((Sc-SD) *(Xa + Xb)/2 + (SA-SB) * (Xc + Xd)/2)/((SA-SB)-(SC-SD)) 또는 E'=(P2* (Xa + Xb) /2 +Pl (Xc + Xd)/2)/(P1-P2)
여기서 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2는 오버레이 에러 E < Fo에 대하여 부호가 반대이다. (Xa-Xb)= (Xc-Xd) 및 E=0이면, Pl=-1*P2.
선택적으로 표적 오프셋 Xa, Xb, Xc, 및 Xd 각각을 디자인 하기 위해 F 및 f0에 대한 같은 값이 사용된다면, E'=(fO*P2 +fO*P 1)/ (P 1-P2).
상기 표적은 최소한 부분적으로 하나 이상의 층에 위치한 구조의 오버레이를 결정하도록 사용될 수 있으며, 그러나 단일 층 내에 위치한 구조의 오버레이를 결정하도록 사용될 수 있기도 하다.
도 3(b)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 상기 오버레이 에러 E를 결정하기 위한 상기 선형 방법의 그래프적 도면을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 y축의 양의 부분은 fO+E의 함수로서 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 변경을 도시하며, 상기 y축의 음의 부분은 -fO+E의 함수로서 상기 차이 스펙트럼 특성 변경을 도시한다. 상기 설명된 바와 같이, 상기 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2는 상기 차이 스펙트럼 D1 및 D2로부터 얻어진다.
상기 오버레이 에러 E는 상기 두 포인트 (+fO+E,PI) 및 (-fO+E, P2)를 분석함으로써 얻어진다. 상기 오버레이 에러 E는 상기 두 개의 얻어진 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2으로 선형 근사치를 수행함으로써 한 방법에 의해 결정될 수 있다. E가 제로인 그래프에서 두 개인 포인트가 있으며, 상기 그래프의 두 부분은 오버레이 에러 E 및 f0의 함수이다. 만약 상기 오프셋이 선형 영역에 있도록 선택된다면, 그러면 상기 그래프 (Pl/ (+fD+E))의 양의 부분 경사는 상기 그래프 (P2/ (-f+E) 음의 부분 경사와 동일하여야 한다. 따라서, 상기 오버레이 에러는 E=fO* (Pl+P2)/ (Pl-P2)에 의해 정해진다.
본 발명의 한 실시 예에 따라, 크기가 동일한 그러나 부호가 반대인 오프셋 +F 및 -F을 갖는 두 개의 표적이 있으며 다른 오버레이 에러가 없다면, 그러면 상기 0 번째 회절 오더 스케터로미터 SE 또는 반사미터 스펙트럼이 이들 두 표적으로부터 동일하며(근사치로) 그리고 상기 +F 및 -F에 해당하는 스펙트럼 사이 차이 신호는 제로이다. 물론, 상기 차이 신호의 어떠한 특성도 또한 제로이다. 추가의 오프셋 +f0를 디자인 함으로써 대칭을 고의적으로 깨고자 한다면(인위적으로 한 오버레이 에러를 유도한다), 그러면, 상기 차이 신호 D1는 더 이상 제로가 아니며, 적절한 차이 스펙트럼 특성이 한 오버레이 에러 E 에 대한 것과 같은 관계를 따른다. 이와 유사하게 추가의 오프셋 -f0을 갖는 또 다른 세트의 오버레이 표적을 디자인 할 수 있다. 따라서, 상기 오버레이 에러는 차이 신호 Dl(+F+fO,-F+fO) 그리고 D2(+F-fD,-F-fO)의 특성을 사용하여 결정될 수 있으며, 그에 따라 어떠한 분리된 눈금 계산 단계가 요구되지 않는다.
상기 오버레이 에러 E가 상기 스펙트럼 신호들로부터 계산되는 때, 실제 오버레이 에러에 대한 평가가 있을 수 있다. 상기 계산된 오버레이 에러 E는 상기 오버레이 에러(E), 또는 상기 오버레이 에러 (Ev)의 평가로서 표시될 수 있다.
구조들 사이의 피치가 상대적으로 크면 상기 설명된 선형 근사치 기술이 잘 작용할 수 있다. 그러나, 상기 피치가 상대적으로 작은 때에는 그러면 추가의 표적이 상기 샘플에서 발생되어 상기 오버레이 측정에 대한 정확도를 개선하도록 할 수 있다. 상기 표적의 수 그리고 해당하는 스캐터미터 기술이 상기 표적의 특정 재료 그리고 실시된 스캐터미터 신호 타입에 따라 사용된다. 4 개 또는 그 이상의 표적을 사용할 것인가는 설험적으로 또는 잘 알려진 모델링 방법에 의해 결정될 수 있다.
한 실시 예에서, 두 개의 추가 인터레이어 표적(표적 "H" 및 "J"로 표기됨) 이 샘플에 해당하는 오프셋 Xh 및 Xj 과 함께 발생된다. 입사 방사선에 의해 조명되자 마자, 상기 표적 H 및 J가 추가의 차이 신호 D3 그리고 회절 스펙트럼 특성 P3 결정을 위해, 해당하는 회절된 컴포넌트를 발생시킨다. 이 같은 특성 P3는 차이 스펙트럼 특성 P1 및 P2와 관련하여 분석될 수 있으며, 선형 근사치를 사용하여 발생된 에러들의 측정 또는 비-선형 교정을 포함하기 위해 상기 오버레이 E에 대한 결정을 정하도록 한다.
상기에서 설명된 상기 선형 근사치 방법에 대한 한가지 선택적 실시는 상기 스캐터미터 오버레이 신호를 한 주기적 함수로서 처리하는 것이며 그리고 위상 탐지 방법을 사용하여 상기 오버레이 에러를 결정하도록 하는 것이다. 이 같은 방법은 스캐터미터 오버레이 표적 피치, 스캐터미터 오버레이 표적 디자인, 스캐터미터 오버레이 (SCOL) 표적 재료, 측정된 스캐터미터 신호, 등을 포함하는 변수들에 따라 몇 가지 환경에서 바람직할 수 있다.
상기 오버레이 에러는 사전에 프로그램된 추가의 내장 오버레이 오프셋으로 멀티플 SCOL 표적을 측정하여 추출될 수 있다. (상기 사전에 프로그램된 오프셋 한가지 예는 상기에서 그리고 도 1에서 설명된 바의 Xa, Xb, Xc, 및 Xd일 수 있다.) 상기 측정된 표적의 수는 2, 3, 4, 또는 그 이상일 수 있으며, 혹은 각기 다른 오버레이 측정 위치 사이에서 가변적일 수 있다.
상기 스캐터 미터 신호(가령 파장 또는 입사 각의 함수로서)는 상기 필요한 SCOL 표적으로부터 획득된다. 모든 임의의 오버레이에 대하여, 이 같은 신호는 주기적이며 오버레이 에러의 함수이기 조차하다. 한 위상 탐지(또는 위상 회수, 위상 추출, 또는 위상 탐지) 알고리즘이 이 같은 신호의 특성을 사용한다. 상기 측정된 신호는 해당하는 수의 자유 파라미터(이들 자유 파라미터 중 한 파라미터는 상기 오버레이 에러 자체이다.)를 갖는 한 세트의 우수 주기 함수에 의해 표시된다. 가령 측정된 표적의 수, 스캐터미터 신호 특성, 표적 특성, 그리고 필요한 정보에 따라 각기 다른 세트의 그와 같은 함수들이 사용될 수 있다.
측정된 표적의 수는 누적된 수의 자유로운 알려지지 않은 파라미터 보다 크거나 같을 수 있다. 다수(두 개 또는 그 이상의)의 스캐터미터 오버레이 (SCOL) 표적(각기 다른 사전에 프로그램된 오프셋)이 서로 근접하여 위치하여 지며(가령 250 마이크론내로), 상기 오버레이 에러가 모든 이들 표적들에 대하여 같은 것으로 간주될 수 있다. 다른 자유 파라미터 각각은 한 SCOL 표적 위치에서 다른 한 표적 위치마다 다를 수 있으며 다르지 않을 수 있기도 하다(상기 필드 내 및/또는 상기 웨이퍼를 가로질러). ) (오버레이는 각기 다른 오버레이 측정 위치들 사이에서 가변적인 것으로 본다.) 선택적으로, 이들 자유 파라미터 (또는 이들 중 몇 개)는 X-및 Y-SCOL 표적 방향 사이에서 가변적이거나 아니면 가변적이지 않을 수 있다. 필요한 정보, 필요한 측정 정화도, 몇 개의 자유 파라미터가 위치에 따라 또는 X-방위와 Y-방위 사이에 따라, 오버레이 측정 위치 마다 SCOL 표적의 총 수 그리고 필드 및/또는 웨이퍼마다 측정될 SCOL 표적의 총수가 결정된다.
멀티플 표적으로부터의 스캐터미터 신호 오버레이 에러를 결정하는 한가지 위상 알고리즘 방법 한 예는 한 주기적 함수로서 오버레이 에러에 대한 상기 스캐터미터 신호의 종속을 처리하는 것이다. 이 같은 경우, 사이 멀티플 표적의 프로그 램된 오프셋은 초기 위상 오프셋으로 처리되며 상기 오버레이 에러는 추가의 위상으로 처리된다. 상기 오버레이 에러는 다음에 잘 알려진 위상 결정 또는 위상 복구방법(phase retrieval method)을 사용하여 결정될 수 있다. 잘 알려진 위상 복구방법은 구상(직각 위상), 3-버켓, 및 4-버켓 위상 복구 알고리즘을 포함하며, 오버레이 에러를 결정하도록 사용될 수 있다. 이들 위상 복구 방법은 단지 예로서 열거되며 본원 발명을 제한하는 것은 아니다. 위상 탐지 방법은 잘 알려져 있으며 통신, 간섭 측정, 핵 자기 공명, 전자 회로 등에서 통상 사용되고 있다. 또다른 실시 예에서, 선형, 비 선형, 그리고 위상 복구 알고리즘의 조합이 사용되어 상기 오버레이 에러를 결정하도록 한다.
일정한 조건이 상기 설명된 기술의 실시에서 요구된다. 가령 +F+fO,-F+fO, +F-fO, 그리고 -F-fO 과 같은 오프셋을 제외하고는 상기 측정 영역은 모든 특징에 대하여 동일하다. 이는 약 100 마이크론 내 혹은 그 이하로 상기 표적들을 위치시킴으로써 그리고 상기 처리에 대하여 상대적으로 덜 민감한 표적을 선택함으로써(즉, 이들이 상기 장치 특징으로서 처리 변동에 대하여 유사하거나 덜 민감하다) 달성된다. 웨이퍼 생산과 같은 실시 에서, 상기 프로파일은 하측 패턴 층 그리고 상측 패턴 층으로부터의 형상이 그와 같은 형상과의 상호 작용에 응답하여 변경되면 각기 다른 오프셋에 대하여 동일하지 않을 수 있다. 각기 다른 오프셋을 갖는 두 표적 사이 차이 또는 에러 신호는 상기 오버레이 표적 세그먼트 프로파일 변경과는 상대적으로 독립적이며, 상기 프로파일이 상기 각기 다른 표적에 공통인 한 필름 변동을 받게된다. 이는 상기 프로파일 및 필름 그리고 광학장치에 의해 결정 된 신호 일부 에대한 공통 모드 거절에 해당한다. 이와 같은 기술은 또한 전형적인 생산 처리에서 맞게되는 처리 변경 범위에 의해 영향을 받지 않는 것이 바람직하다. 상기 오버레이 에러로 인한 신호 차이는 가까이에 있는 스캐터미터 오버레이 표적 사이 처리 변경에 대한 다른 소스로 인한 신호 차이보다 크다(마스크 에러를 포함).
한 특정 실시에서, 상기 표적은 라인의 특징을 나타내기 위하여 그룹된 구조들을 포함하며, 다음 분리 세트의 표적이 X 및 Y 오버레이 측정애 대하여 요구될 수 있다. 만약 상기 오버레이 표적이 2-차원 구조로 구성되면(상부 하측 도면에서 도시되는 바와 같이), 그러면 X 및 Y 오버레이 정보 모두를 얻기 위해 한 세트의 표적을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 특정 실시 예에 따른 스캐터 미터의 경우, 광학적 스캐터 평면을 기준으로 상기 웨이퍼의 방위를 회전시키어, 각기 다른 X 및 Y 오버레이 에러를 측정하도록 하는 것이 바람직하다. 법선 입사의 경우, 상기 웨이퍼 또는 광학 장치를 회전시키지 않고 각기 다른 편광으로부터 두 X 및 Y 오버레이 정보 모두를 얻도록 함이 가능할 수 있다.
직교 좌표(데카르트 좌표)는 한 샘플 내 오버레이를 측정하기 위한 편리한 기준 프레임을 제공하며, x-y 평면이 샘플 층 내에 또는 그와 평행하게 위치하고, 상기 z 축은 상기 샘플 층에 직각으로 정해진다. 상기 직교 좌표 시스템은 샘플과 관련하여 고정될 수 있거나 회전되어 상기 측정을 복잡함을 줄일 수 있도록 한다. 가령, 샘플을 가로질러 그러나 한 단일 층 내에 대각선으로 발생되는 오버레이는 직교좌표에서 이차원 x-y 오버레이로 설명되며, 상기 x-y 축은 장방형 샘플 측면에 평행하다.
상기 동일한 대각선 오버레이는 단일의 축을 따라, 그러나 상기 x-y 축을 회전시키어 상기 x-축이 상기 대각선 오버레이 방향에 평행하도록 하여 측정될 수 있다. 3 차원의 오버레이는 한 층에 평행한 x-y 평면 내로 측정을 제한하고 그리고 상기 z 방향에서 발생되는 인터레이어 오버레이를 무시함으로써 2 차원의 오버레이로 변환될 수 있다.
한 실시 예에서, 상기 표적이 두 개의 층 내에 위치하는 각기 다른 구조 세트 사이, 또는 세 층 이상에 위치하는 각기 다른 구조 세트들 사이에서 둘 이상의 사전에 정해진 오프셋을 포함한다. 일반적인 경우, 한 표적이 일정하지 않은 수의 층을 포함할 수 있으며, 이들 층들 중 모든 또는 일부의 층이 정해진 오프셋을 발생시킨다. 한 특정한 실시 에서, 한 표적의 하나 또는 둘 이상의 아래에 놓인 패턴 층 내 구조들이 하나 또는 둘 이상의 층(아래에 놓인 패턴 층(들) 위에 배치된) 형상 내에서 변경을 발생시킨다. 이 같은 실시에서, 상기 하나 또는 둘 이상의 상측 층들이 완전히 또는 부분적으로 불투명하거나 흡수가능하며, 상기 회절 신호의 적어도 일부가 상측 층의 형상으로부터 발생될 수 있으며, 이 같은 형상은 적어도 부분적으로 상기 아래에 놓인 층으로부터 발생된다.
한 실시 예에 따라, 표적 내에 포함된 구조가 다양한 구조 그리고 형상으로 조직될 수 있으며, 가령 라인, 그리드, 사각형, 곡선, 곡선 형상, 또는 이들의 조합을 포함한다.
이 같은 구조의 형상이 상기 표적 내 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 상기 표적으로의 전자기 방사선 입사와 관련하여 다양한 각도를 설명할 수 있다. 가령, 상기 구조 세트는 조준된 방사선 세트 또는 상기 표적으로의 입사 광선 전파방향에 직각인 평행한 라인 세트로 조직될 수 있다. 또 다른 경우, 상기 평행한 라인 세트로 조직된 구조가 상기 입사 방사선에 예각, 가령 45도의 각도로 배치될 수 있다. 이 같은 구성은 x 와 y 두 방향으로 오버레이 결정을 용이하게 함으로써, 그리고 그에 의해 추가의 오버레이 패턴 또는 측정에 대한 필요를 줄이므로써 장점이 될 수 있다.
스케터로미터 시스템 실시 및 그 사용
본 발명의 여러 기술이 소프트웨어 및/또는 하드웨어 시스템의 적절한 조합을 사용하여 실시 될 수있다. 가령, 이 같은 기술은 오버레이 도량형학 도구 내에서 실시 될 수 있다. 바람직하게 이 같은 도량형학 도구가 본 발명의 많은 동작을 실시하는 컴퓨터와 통합되어진다. 이 같은 혼합 시스템은 상기 오버레이 표적의 스캐터미터 신호를 얻기위한 스캐터미터 모듈, 그리고 상기 얻어진 스캐터미터 신호를 분석하여 이에 의해 그와 같은 표적 내 오버레이 에러를 결정하도록 구성된 처리를 적어도 포함한다. 최소한, 상기 스캐터 미터 모듈은 (i) 방사선을 상기 샘플의 특정한 위치로 향하도록 하는 조명 소스; 그리고 (ii) 상기 샘플에 의해 스캐터된 스캐터미터 신호를 탐지하도록 된 하나 또는 둘 이상의 탐지기를 포함한다.
본 발명 기술의 적어도 한 부분이 종래의 박스-인-박스 또는 프레임-인-프레임 오버레이 표적 또는 다른 영상 타입 오버레이 측정 구조에 대하여 사용된 것과 같은 영상 분석을 사용하여 오버레이 측정 시스템 또는 서브-시스템을 사용하는 추 가의 오버레이 측정 능력으로서 오버레이 도량형학 시스템에서 사용될 수 있다. 이미징-사용 오버레이 도량형학 그리고 스캐터미터-사용 오버레이를 결합시키는 장치의 예가 상기 참고로 인용된 미국특허원 제 60/498, 524호에서 설명된다.
이미징 오버레이 측정 및 스캐터미터 오버레이 측정으로부터의 오버레이 데이터가 다음을 포함하는 다양한 사용을 위해 결합될 수 있다: 상기 오버레이 교정 테이블을 계산, 다른 오버레이 교정을 계산, 웨이퍼 상의 다른 위치에서 오버레이 에러를 계산. 이미징 오버레이 도량형학 및 스캐터미터 오버레이 도량형학 조합에 대한 보다 많은 사용 경우가 상기 참조된 미국 특허원 제 60/498,524호에서 설명된다.
상기 시스템의 구성에 관계없이, 하나 또는 둘 이상의 메모리 또는 메모리 모듈을 사용하여 범용 조사 동작 및/또는 본 발명 기술을 위한 데이터, 프로그램 지시를 저장하도록 구성된다. 상기 프로그램 지시는 연산 시스템 동작 및/또는 하나 또는 둘 이상의 응용을 제어할 수 있다. 상기 메모리(들)은 상기 표적으로부터 얻어진 스캐터미터 데이터 그리고 오버레이 에러 결과 그리고 선택적으로 다른 오버레이 측정 데이터를 저장하도록 구성될 수 있기도 하다.
그와 같은 정보 및 프로그램 지시가 사용되어 본원에서 설명된 시스템/방법을 실시 하도록 사용되기 때문에, 본 발명의 실시는 프로그램 지시, 상태 정보 등을 포함하여 본원에서 설명되는 다양한 동작을 수행할 수 있도록 하는 머신 판독 가능 미디어에 관련된다. 머신-판독 가능 미디어의 예는 하드 디스크, 플로피 디스크, 그리고 자기 테이프와 같은 자기 미디어; CD-ROM 디스크와 같은 광학 미디어; 플로피 디스크와 같은 자기 광학 미디어; 그리고 판독 전용 메모리 장치(ROM) 및 임의 접근 메모리(RAM)과 같은 프로그램 지시를 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 본 발명은 또한 공중 파, 광학 라인, 전자 라인 등과 같은 적절한 매체를 통하여 이동되는 캐리어 파로 실시 될 수 있기도 하다. 프로그램 지시의 예는 컴파일러에 의해 발생된 것과 같은 머신 코드 그리고 번역기를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 더욱 높은 레벨 코드를 담고 있는 파일들 모두를 포함한다.
하기에서 설명된 시스템 실시 예 중 여러 개는 4 개 또는 그 이상의 표적으로부터 스펙트럼을 얻기 위한 스캐터미터 모듈 또는 컴포넌트와 관련하여 설명되나, 처리기 그리고 메모리는 도시되지 않는다.
개구수(NA)가 스캐터링 구조 측정을 위해 가장 적합하게 된 이미징 도량형학 시스템
도 4는 미이크로 스코프 이미징 시스템에 대한 개략적 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 이미징 시스템(400)은 전자기 방사선의 입사 광선(403)을 발생시키기 위한 비임 발생기(402), 입사 광선(405)을 샘플(408)을 향하도록 하기 위한 광선 스플리터(404)를 포함한다. 상기 입사 광선은 대물 렌즈(406)에 의해 상기 샘플에 초점이 맞춰진다. 다음에 출력 광선(409)가 상기 입사 광선에 응답하여 상기 샘플로부터 방출되며 광선 스플레터(404)를 통과하여 릴레이 렌즈(410)를 통해 이미저 또는 카메라(412)로 보내진다. 상기 카메라(412)는 상기 출력 광선(409)을 사용하여 샘플의 이미지를 발생시킨다.
상기 시스템(400)은 또한 광선 발생기(402), 대물 렌즈(406), 그리고 카메라(412)와 같은 다양한 컴포넌트를 제어하기 위해 구성된 처리기 및 하나 이상의 메모리(414)를 포함한다. 상기 처리기 및 메모리는 또한 상기 탐지된 출력 비임 또는 이미지를 분석하도록 구성되며 상기 설명된 다양한 스캐터미터 기술을 실시한다.
전형적으로, 이와 같은 이미징 시스템(오버레이에 대하여 사용된 것과 같은)은 이미지 해상도를 가장 적합하게 하고 그리고 광학 변형을 최소로 하기 위해 선택된 개구수(NA)(가령 대물 렌즈(406)를 통해)를 갖는다. NA의 선택은 상기 이미지의 기하학적 특성으로부터 단일 표적(박스-인-박스 표적)에 대한 세기 변동으로부터 상기 오버레이 정보를 유도하도록 수행된다.
종래의 이미지 시스템은 0.7 또는 0.9와 같은 높은 개구수(NA)에 의존하여 왔으며, 그러나 그와 같은 높은 개구수 의존은 진동, 초점 깊이, 그리고 광학적 변형에 민감한 값비싼 광학 시스템을 필요로 하는 것이었다. 이와 같은 문제들은 정밀함을 달성하는 데 어려움을 주며, "도구에 의해 발생된 이동" 또는 TIS라 하는 측정 에러를 발생시킨다.
스캐터 미터 시스템은 멀티플 위치에서 순서적으로 측정할 수 있으며, x 와 y 오버레이 모두를 측정하도록 하고 그리고 필름 두께와 같은 다른 샘플 파라미터에서의 변동으로 인한 영향을 제거하도록 한다. 이 같은 종류의 측정 처리는 결국 종래의 오버레이 기술과 관련된 스캐터미터 도구의 상당히 느린 동작을 발생시키도록 한다.
본 발명의 한 실시에서, 한 이미징 광학 시스템의 상기 조명 및 이미징 NA는 제로번째 회절 차수만이 수집되도록 함으로써 스캐터링 구조에 대한 상기 장치의 성능을 가장 적합하게 하도록 선택된다. 상기 제로 차수 회절만이 상기 탐지 시스템에 의해 수집되는 때 주기적 구조와 관련된 일정 도량형학 또는 조사 작업에 대한 성능 장점이 존재한다는 사실을 이용할 수 있다. 이와 같은 조건에서, 거울 반사만이 모아진다. 상기 거울로부터 스캐터된 출력이 수집되지 않으며 그리고 비 거울 출력이 변형에 대하여 더욱 민감할 수 있기 때문에, 상기 거울 출력만의 수집이 광학 변형에 의해 발생된 영향을 최소로 하게 된다. 이 같은 조건은 또한 하기에서 더욱 설명되는 바와 같은 시야 영역에 있는 멀티플 위치에 대한 상대적인 광도 측정에 가장 적합하여질 도구를 만들게 될 것이다.
특정 이미지 시스템에 대한 조명 및 이미지 NA를 선택하는 것은 각 시스템의 특정 구성에 달려 있다. 조명 및 수집의 개구수가 동일한 가장 단순한 이미징 시스템과 상기 샘플 표면에 대한 수직인 입사 광선을 생각한다면, "제로 차수 회절만"의 조건이 다음과 같은 때 맞을 수 있다.
nλ > 2dNA, where n =1.
여기서 d는 이미지되고 있는 표적의 구조 피치이다. 이는 조명의 개구수 NAi 그리고 이미지 시스템 NAc로서 다음과 같이 다시 기재될 수 있다.
nλ = d (NAi + NAc)
상기 식은 조명 시스템의 개구수를 제한 할 수 있다면, 일정한 조건에서 유 리할 수 있는 수집 광학 장치의 개구수 제한을 완화시킬 수 있음을 나타낸다. 따라서, 상기 스펙트럼 범위가 상기 피치와 상기 NA의 곱 두배보다 큰 파장으로 제한될 수 있다. 실제 조건에서, 상기 스캐터된 방사선 광선은 조명광선보다 넓다(더욱 발산됨). 그러나 실제 상황에서, 무한 주기 격자는 이미지 되지 않으며 따라서 상기 식은 근사치가 되고 상기 회절된 평면 파는 다소 발산되게 된다.
따라서 상기 제한에서 안전 마진을 포함하는 것이 바람직하며, nλ≥2dNA(1+ε 이며, 여기서 n = 1이고, 그리고 d 는 작고, 0.5 이하일 것을 필요로 한다.
예로서, NA 0.4 이미징 시스템의 경우, 파장은 가장 큰 피치의 0.8 배보다 큰 값으로 제한 될 수 있으며, 이는 불합리한 제한인 것으로 보여지지 않는다. 디자인 규칙 70mm 이하인 특징을 갖는 주기적 구조의 경우, 200nm 만큼 낮은 피치를 갖는 밀도가 높은 구조는 약 200nm 또는 그보다 긴 동작 파장을 갖는 이미징 시스템의 스펙트럼 범위를 제한 하지 않으며, 500 nm만큼 큰 피치를 갖는 더욱 더 고립된 특징은 400 nm 보다 긴 파장으로 측정되는 것이 바람직하다.
도량형학 및 조사 응용을 위해 이미징 스펙트로미터를 디자인하는 때 이들 제한을 설명하는 것이 바람직하다. 상기 이미징 시스템의 공간 해상도에 대한 제한은 상기 시스템의 개구수이다. 가장 높은 공간 해상도를 달성하도록 하여, 도량형학 구조 및 웨이퍼 크기를 최소로 줄일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 이미징 스펙트로미터의 시야 영역에서 인접한 특징들 사이 근접 효과 또는 "크로스 토크"를 최소화할 수 있다. 따라서, 가장 높은 가능한 NA는 상기 제로 차수 회절이 상기 탐지 시스템에 의해 수집되는 제한을 받아들 이는 동안 달성된다.
이 같은 제한의 또 다른 흥미로운 결과는 가능한 가장 높은 오버레이 공간 해상도가 시험 중인 특징들을 해결하지 않은 상태에서 달성될 수 있다는 것이다. 이는 문제가 되는 위신호 현상이 상기 이미징 시스템에서 피하여 지도록 하기 때문에 더욱 유리한 것이다.
바람직한 실시 예에서, 한 아키텍쳐가 제공되며, 시험 중인 특징(가령, 하기에서 더욱 설명되는 도 5A 내지 도 5D에서의 시스템) 내에서 가장 큰 피치에 기초하여 상기 측정 시스템 또는 알고리즘에 의해 스펙트럼 밴드 통과가 용이하게 수정되거나 선택될 수 있다. 선택에 따라, 조명 또는 수집 어느 하나의 NA는 시험 중인 특징 내 가장 큰 피치에 따라 용이하게 수정될 수 있다. 이들 모든 실시 예들은 단일의 시스템 내에서 실시 될 수 있다.
도 5A 내지 5E는 스캐터링 특징에 가장 적합한 개구수(NA)를 갖는 마이크로스코프 이미징 시스템에 대한 4개의 실시 예를 도시한 것이다. 도 5A에서 도시된 바와 같이, 상기 시스템(500)은 도 4에서의 시스템 컴포넌트와 동일하게 동작하는 컴포넌트들을 갖는다. 상기 시스템(500)은 특정 파장을 선택하기 위한 파장 선택 장치(520)을 더욱 포함한다. 상기 파장 선택장치(520)는 상기 조명 방사선 일부를 선택적으로 반사시킴으로써, 상기 스팩트럼 대역을 수정할 수 있도록 한다. 잘 알려진 광범위한 스펙트로스코프 필터링 기술이 사용되어 상기 스펙트럼 대역을 수정할 수 있도록 하며, 한 세트으 대역 통과 간섭 필터, 연속 가변 대역 통과 간섭 필터, 격자 이용 스펙트로미터, 푸리에 변환 간섭계, 음향 조향 필터등으로부터 선택 함을 포함한다. 상기 파장 선택 장치(520)는 광선사이 입사 광선 경로 내에 위치한다. 상기 시스템(500)은 또한 입사 광선이 특정 편광 상태에 있을 수 있도록 하기 위한 편광 프리즘 제어 장치(522), 그리고 상기 수집된 광선의 편광 컴포넌트를 분석하고 분리해 내기위한 평광 분석기(524)를 포함할 수 있다.
도 5B의 시스템(530)은 도 5A의 시스템(500)과 유사하다. 다만 파장 변조 장치(532)가 파장 선택 장치 대신 사용된다. 도 5C의 시스템(540)은 도 5A의 시스템(500)과 유사하다. 다만 파장 선택 장치(542)가 출력 광선 경로 내에 위치하는 것이 상이하다. 상기 파장 변조 장치(532)는 상기 파장 변조 장치(532) (가령 Michelson, Fabry-Perot, 또는 Sagnac 간섭계)자체 내 하나 또는 둘 이상의 광학 경로 길이를 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 상기 스펙트럼 정보는 푸리에 변환 또는 Hadamard 변환등과 같은 변환 분석으로 결과의 신호로부터 유도될 수 있다.
도 5E는 본 발명의 한 실시 예에 따라 이미징 스펙트로미터, 멀티플 사이트 시야 영역 예의 평면도를 도시한 도면이다. 한 실시 예에서, 점선 박스 각각에 있는 픽셀로부터의 스펙트럼이 평균되어 4 개의 측정 표적 각각에 대한 스펙트럼을 발생시키도록 한다.
선택적으로, 점선 박스 각각의 중앙 영역 내에 위치하는 픽셀로부터의 스펙트럼이 함께 평균된다. 상기 설명된 표적 내 라인들의 크기 및 간격은 강조를 위해 확대 된다.
상기 NA는 제로 번째 회절 차수만이 적절한 수로 수집되도록 선택된다. 한 제안된 동작 실시 예에서:
두 개 또는 그 이상의 각기 다른 특정이 상기 이미징 시스템의 시야 영역에 위치한다.
이미지들은 하나 또는 둘 이상의 스펙트럼 범위에서 포착된다.
시야 영역 내 측정 사이트 각각에 대하여, 그 같은 사이트 내에 있도록 결정된 픽셀 모두 또는 몇 가지가 합하여 지며 그렇지 않으면 그 같은 스펙트럼 범위 내 그 같은 사이트의 광도 특성을 특징으로 하도록 결합된다.
단계 3이 스펙트럼 범위 각각에 대하여 반복된다.
스펙트럼 범위 각각에 대한 사이트 각각의 결과가 처리되어 상기 샘플의 특징을 결정하도록 한다. 가령, 상기 설명된 스펙트럼 분석 기술(가령, F+fO)이 표적 각각에 대하여 상기 얻어진 스펙트럼에서 사용된다.
단계 1 내지 5는 상기 웨이퍼를 가로질러 요구된 다수의 측정 사이트에 대하여 반복된다.
이 같은 실시 예 기술은 각기 다른 스펙트럼 영역에서 영상을 순서적을 포착함을 설명하며, 이는 파장 종속 비임 스플리터, 필터, 및/또는 거울의 시스템을 사용하여 동시에 달성될 수 있다. 선택적으로 상기 구성은 각기 다른 광학 경로 차에서 멀티플 영상들을 포착하는 Sagnac 간섭계와 같은 장치를 사용하여 영향을 받을 수 있으며, 이는 각기 다른 스펙트럼 범위에 걸쳐 취하여진 영상에 해당하는 정보를 유도하도록 사용된다.
필터를 사용하는 스캐터미터 오버레이
종래의 이미징 오버레이 도구는 높은 배율 그리고 작은 시야 영역을 갖는다. 그로스 패터닝 결함에 대한 조사는 마이크로스코프를 통해 수작업으로 이루어지거나 분리된 매크로 조사 도구를 통해 자동으로 행하여 진다. 낮은 배율의 오버레이 도구는 불행하게도 멀티플 단계 또는 도구를 필요로 하며, 이들 중 몇 가지는 수작업에 의하는 것이다.
한 실시 예에서, 하나 또는 둘 이상의 파장 범위를 선택하기 위한 메커니즘을 갖는 낮은 배율 마이크로스코프가 제공된다. 이 같은 도구는 또한 필터를 갖는 하나 또는 둘 이상의 광 대역 소스를 사용하며, 멀티플 소스가 각기 다른 파장 범위, 가변 필터 등을 커버한다. 도 6은 본 발명의 한 실시 예에 따라 하나 또는 둘 이상의 파장 범위를 선택하기 위한 시스템(600)을 도시하는 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 시스템(600)은 샘플(606)을 향해 멀티플 파장 입사 광선(604)을 발생시키기 위한 광대역 소스(602)를 포함한다. 멀티플 파장 출력 광선(608)은 상기 입사 광선(604)에 응답하여 상기 샘플(606)으로부터 스캐터된다. 상기 시스템(600)은 또한 필터(610)를 포함하여 카메라(612)로의 파장을 사용하여 출력 광선(611)의 일부를 선택적으로 통과시키도록 한다. 한 실시 예에서, 상기 필터는 적색, 녹색, 청색 또는 황색등과 같은 특정한 색을 통과시키도록 구성될 수 있다. 상기 카메라는 상기 필터된 출력 광선(611)을 사용하여 한 영상을 발생시키도록 할 수 있다.
한 표적 세트 내 하나 또는 둘 이상의 표적이 상기 마이크로스코프 시야 영역 내에 있는 샘플에서의 한 위치로 이동함으로써 오버레이에대한 측정이 된다. 한 영상이 획득되고 개별 표적을 포함하는 그와 같은 영상 내 일부 또는 모든 표적으로부터의 세기가 평균되거나 합하여 져서 상기 필터의 특정한 세팅에서 상기 표적 에 대한 세기값을 제공하도록 한다. 한 실시 예에서, 상기 필터가 조정되어, 표적들 사이 최대 차이를 제공하도록 한다. 이는 기준 표면과 관련하여, 시야 범위내 조명 균일함의 맵에 의해 합하여지거나 교정된 픽셀들의 수로 맞추어 진다. 다음에 상기 샘플 또는 광학 장치들이 한 표적 세트 내 모든 필요한 표적들이 측정될 때 까지 이동될 수 있다. 상기 오버레이 값은 다음에 가령 다음 식에 의해 상기에서 설명된 바의 결정된 세기 값을 사용하여 결정된다.
Pl=(Ia-Ib)그리고 P2= (Ic-Id)
그리고:
오버레이(Overlay)=f0 * (P2+P1)/(P2-P1)
이 같은 처리가 멀티플 파장 범위에서 반복되어 정확, 정밀 그리고 민감하지 않음(robustness)을 개선시키도록 하며, 상기 최상의 콘트라스트를 발생시키도록 하는 파장이 상기 스캐터미터 분석을 위해 사용된다.
종래의 이미징 오버레이 도구와 비교하여 상기 확대는 작으며 시야 영역은 크기 때문에 그리고 상기 샘플 영역의 이미지가 종래의 반사 미터 또는 엘립소미터에서와 달리 수집되기 때문에, 상기 이미지의 분석은 상기 이미지를 분석함으로써 다른 타입의 처리 문제를 탐지하도록 사용될 수 있다. 가령, 하나 또는 둘 이상의 처리 단계를 위해 잘못된 레티클이 사용되었다면, 상기 이미지는 현저히 다르게 될 것이다. 만약 레지스트 두께가 바르지 않다면, 상기 영상에 대한 밝기 또는 콘트라스트의 변동이 탐지될 수 있다. 만약 레지스트 스트리킹(resist streaking)이 존재한다면, 상기 이미지에 대한 밝기 또는 콘트라스트의 변동이 탐지될 수 있다. CMP(화학적 기계적 연마) 처리에서, 과-연마, 부족-연마 등과 같은 처리 에러는 유사하게 탐지 될 수 있다.
이 같은 실시 예에서, 멀티플 스캐터미터 표적이 동시에 측정될 수 있으며, 상기 측정 속도를 증가시킬 수 있다. 추가로, 오버레이 이외 처리 에러 또는 처리 조건 내 변화는 분리된 조사 도구에 대한 필요 없이 탐지될 수 있다.
멀티플 -각, 동시 스캐터미터
스캐터미터 측정을 얻기 위한 기술은 2-쎄타 방법을 포함할 수 있으며, 격자 또는 다른 반복 구조로부터의 스캐터링 세기가 다수의 순서적인 측정을 하여 다수의 각도에서 측정된다.
스캐터미터 측정을 하는 또 다른 기술은 스펙트럼 스코프 스캐터미터이다. 다수의 측정이 대개 있기 때문에 상기 2-쎄타 방법의 사용은 매우 느리다. 스펙트럼 스코프 스캐터미터의 사용은 복잡하고 비싼 광학 장치를 필요로 한다.
본 발명의 한 특정 실시 예에서, 동시의 멀티-각 스캐터미터를 위한 기술 및 장치가 제공된다. 상기 2-쎄타 방법에서와는 달리, 많은 각도에 대하여 스캐터링 세기가 동시에 결정될 수 있도록 하는 장치로 측정이 이루어진다. 이 같은 기술은 상기 2-쎄타 방법 보다 훨씬 빠르다.
이 같은 방법을 실시 하기 위해, Spanier 등에 의한 미국 특허 제5,166, 752호가 사용될 수 있다. 이 특허에서, 멀티-각 엘립소미터가 Spanier 특허의 도 3 및 도 4에서 도시된다.
도 7은 동시의 멀티 각 입사 엘립소미터(700)를 개략적으로 도시한 도면이 다. 도시된 바와 같이, 상기 엘립소미터는 샘플 표면(714)으로 편광을 보내기 위한 소스 발생기(가령 컴포넌트 702,706, 708,710, 및 712), 상기 샘플로부터 방출된 출력 광선을 처리하고 탐지하기 위한 타지 광학 장치(가령, 컴포넌트 718 내지 724), 그리고 상기 샘플로부터 반사된 광선의 편광 상태를 분석하기 위한 분석기(726)를 포함한다.
상기 소스 발생기는 광원(702), 편광기(708), 가변 구멍을 갖는 보정기(compensator )(710), 그리고 광원으로부터의 단일 광선 편광을 각기 다른 입사 각으로 샘플 표면으로 동시에 향하게 하는 초점 렌즈 시스템(712)을 포함한다. 상기 광원 발생기는 또한 선택적인 광학 협대역 필터를 포함하기도 한다.
상기 렌즈 시스템(712)은 효과적인 구멍 대 초점 길이 비를 가져서 적어도 하나 또는 두 개의 각도를 갖는 일정 범위의 각에 대하여 변동하는 입사 각으로 상기 샘플(714)로 광선의 초점을 맞출 수 있도록 한다. 한 특정 실시 예에서, 상기 입사 각의 범위는 30 도이다. 더욱 더 큰 각이 사용되어 상기 샘플(714)로 광선을 비출 수 있도록 할 수 있다.
상기 초점 렌즈 시스템(712)은 가령 He-Ne 레이저로부터 상기 샘플(714)에서의 작은 단일 포인트까지 일 수 있는 편광의 초점을 맞출 수 있다. 상기 각기 다른 입사 광선은 상기 샘플(714)에서 단일의 작은 포인트에서 초점이 맞추어진 광범위한 가변 입사 각을 가질 수 있다. 따라서, 상기 샘플(714)에서 작은 포인트를 향하도록 된 광선은 초점 렌즈를 통하여 중앙 광선 입사 각 이상 및 이하인 많은 입사 각으로 광선을 포함한다. 상기 입사 광선 각각은 입사 각과 같은 각으로 반사되며, 이때 광선 각각의 편광 상태는 그와 같은 반사에 의해 변경되는 것이다. 한 탐지기 배열(722)이 사용되어 다수의 입사 각에서 데이터를 단순히 그리고 신속하게 얻기 위해 각기 다른 좁은 범위의 각도에 대하여 개별적으로 상기 샘플(714)로부터 반사된 다수의 광선을 탐지하도록 한다.
상기 샘플(714)로부터 방출된 출력 광선은 출력 렌즈(716), 상호 변경 가능한 구멍(718), 편광 분석기(720), 그리고 선택적 교대 필터(722)를 통해 탐지기 어레이(722)로 향하도록 된다. 상기 렌즈(712, 716)의 직경 d는 이들의 효과적인 직경에 해당된다. 상기 설명된 실시 예에서, 상기 렌즈(712, 716) 각각은 18mm의 직경 그리고 1/34mm의 초점 길이를 갖는다. 다른 효과적인 렌즈 직경 그리고 초점 길이가 적어도 30도의 입사각 범위가 제공되는 한 사용될 수 있다. 상기 렌즈 직경 및 초점 길이는 상기 샘플(714)을 때리는 광선의 입사각 수를 최대로 하도록 선택된다. 선택적으로, 상기 광선은 상기 샘플의 표면으로부터 반사되지 않고 상기 샘플을 통과하여 전송될 수 있기도 하다.
상기 다시 초점을 맞추는 렌즈(712)는 상기 반사된(전송된) 광선을 탐지기 어레이(722)를 향하게 한다. 그러나, 상기 반사된(전송된) 광선이 탐지기의 어레이에 직접 충돌하도록 하도록 만들어지는 때에는 다시 초점을 맞추는 렌즈가 사용될 필요가 없다. 상기 렌즈(712, 716)는 이들 자신이 광선의 편광 상태를 변경시키지 않는 것이 바람직하다.
상기 탐지기 어레이(722)는 상기 탐지기 엘리먼트 각각이 상기 샘플을 조명하는 광선의 좁은 범위의 입사 각을 탐지할 수 있는 선형, 멀티플 엘리먼트일 수 있다. 상기 공개된 실시 예에서, 상기 어레이(722)는 고체 상태 감광 탐지기 어레이이며, 이때 상기 분리 탐지기 엘리먼트는 모두 하나의 회로 칩에 집적된다. 특히, 상기 탐지기 엘리먼트는 선형 어레이의 광다이오드로 구성된다.
단일의 회로 칩에 집적되는 때, 상기 개별 광다이오드는 분리된 탐지기로서 작용할 수 있다. 상기 공개된 실시 예의 선형 어레이는 128 개의 각기 다른 입사 각에 대한 데이터를 제공하기 위해 한 행으로 배열된 128개의 탐지기 엘리먼트로 구성되며, 이때 상기 전 배열 어레이는 상기 반사된 (전송된) 광선에 의해 조명된다. 상기 개별 탐지기 엘리먼트의 수는 상기 공개된 실시 예에서의 것과 유사하며, 상기 탐지기 엘리먼트는 단일의 칩내로 집적될 필요가 없으며 이산의 탐지기 일 수 있기도 하다.
다수의 탐지기 엘리먼트를 사용함에 의해, 다수의 각기 다른 입사 각 각각에 대하여 상기 표면으로부터 반사된(또는 상기 샘플을 통과하여 전송된) 광선을 동시에 탐지하는 것이 가능하다. 탐지를 위해 상기 반사된(전송된) 광선을 기계적으로 스캔하도록 순서적으로 이동될 수 있는 더욱 작은 수의 탐지기 엘리먼트들을 사용하는 것이 가능하기도 하다. 그러나 이와 같은 기술은 더욱 많은 시간을 필요로 하며 위치 정함 정확도에 따라 덜 정확할 수 있기도 하다.
상기 탐지기 엘리먼트 각각의 물리적인 크기는 상기 반사된 광선 범위보다 작은 것이 좋으며, 따라서 엘리먼트 각각이 상기 조명 측에서 일정의 좁은 범위 입사 각만을 탐지할 수 있도록 하는 것이 좋다. 상기 탐지기 각각의 출력은 실시간 컴퓨터 기술(가령, 분석기(724)를 통해)로 종래의 방식으로 사용되며, 좁은 범위의 입사각 각각에 대하여 A 및 T와 관련하여 데이터를 발생시키도록 한다. 상기 데이터는 그 다음에 종래의 방식으로 해석된다. 일반적으로 상기 선형 어레이가 어느 방향으로 놓이는 가 하는 것이 문제가 되는 데, 상기 선형 어레이는 상기 광학적 시스템의 평면에 놓이는 것이 바람직하다. 상기 공개된 실시 예에서 상기 선형 탐지기 어레이(722)의 장축은 중심 광선의 입사 평면 내에 놓이며 최대 수의 입사 각을 탐지하기 위해서는 상기 중심 광선에 직각으로 놓인다.
상기 엘립소미터는 일정 각도 범위에서 동시에 스캐터미터 표적을 조명하도록 사용될 수 있으며, 상기 스캐터 광선의 세기는 어레이 탐지기와 동시에 일정 각도 범위에서 측정된다. 상기 각도에서 측정된 세기로부터 데이터를 수집함으로써, 상기 격자 또는 다른 표적의 파라미터가 결정될 수 있다. 가령, 상기 데이터는 "SPECTROSCOPICSCATTEROMETER SYSTEM"라는 명칭으로 Xu 등에 의해 2003년 7월 8일 특허된 미국 특허 제 6,590, 656호에 의해 언급된 바의 기술로부터 유도되는 이론적인 데이터 모델과 비교될 수 있다. 상기 데이터는 "PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT"라는 명칭으로 Abdulhalim등에 의해 출원된 미국 특허원 제 09/833,084호에 의해 언급된 바의 기술로부터 유도되는 이론적인 데이터 모델과 비교될 수 있기도 하다.
상기 데이터는 라이브러리에서 사전에 발생되고 저장되며, 혹은 분석중에 실시간으로 발생된다. 스캐터미터 오버레이와 같은 기술의 경우, 다양한 표적과 관련된 측정된 스펙트럼을 직접 비교하는 것이 가능하기도 하다. 이 같은 차별적인 측정이 사용되어 오버레이 미스등록을 결정하도록 한다.
"METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THICKNESS OF THIN FILMS"라는 명칭으로 Gold등에게 1991년 3월 12일 특허된 미국 특허 제 4,999, 014호에서 설명된 바의 비임 프로파일 반사미터로 이 같은 기술을 수행하는 것이 가능하기도 하다.
동시의 엘립소미터 및 반사미터
엘립소미터 및 반사 미터의 조합을 사용하기 위한 시스템이 사용되며 오버레이 스캐터미터 측정의 정확을 개선하도록 한다.
한 실시 예에서, 두 개 또는 그 이상의 엘립소미터가 스캐터미터로서 사용되어 오버레이를 측정하도록 한다. 이들 엘립소미터 중 하나 또는 둘 이상이 스펙트럼스코프 엘립소미터일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 두 개 또는 두 개 이상의 반사 미터가 스캐터미터로서 사용되며 오버레이를 측정하도록 한다. 하나 또는 둘 이상의 이들 반사미터가 편광된 반사 미터일 수 있다. 선택적으로 하나 또는 둘 이상의 엘립소미터 그리고 하나 또는 둘 이상의 반사 미터가 오버레이를 측정하기 위해 스캐터미터로서 사용된다.
측정은 직렬로(각 도구가 각기 다른 시간에 측정을 수행한다), 병렬로(모든 도구가 동시에 측정을 수행하는), 또는 어떤 다른 방법으로(가령, 적어도 두 개의 그러나 전 도구가 동시에 측정을 수행하지는 않는) 가능하다.
상기 설명된 실시 중 어느 하나에서, 다수의 도구가 법선 방향 및 비스듬한 각도를 포함하여, 각기 다른 각도로 측정을 수행할 수 있다. 특정 실시 예에서, 적어도 두 개의 도구가 같은 입사 각도로 그러나 각기 다른 방향으로부터 스캐터미터 측정을 수행한다. 가령, 제 1의 도구가 x 방향으로 스캐터미터 측정을 위해 사용될 수 있으며, 두 번째 도구가 y 방향으로 스캐터미터 측정을 위해 사용될 것이다. 이 같은 시스템은 일정한 공통의 스캐터 신호를 제거할 수 있으며, 측정의 정확도에 있어서 상응하는 증가가 있게 되며, 그리고 대칭의 구조를 제공한다.
오버레이 스캐터 미터 결정에서 이 같은 도구의 조합을 사용하는 한 가지 장점은 측정의 정확도가 증가된다는 것이다.
두 개이상의 도구를 사용하며 둘 이상의 입사 각도로 측정을 수행하는 장점은 오버레이로부터 관심이 있는 매체(가령 필름 영향과 같은)에 영향을 미치는 것을 분리하여 측정한다는 것이다. 또 다른 장점은 엘립소미터와 반사미터의 조합이 현재의 조사 도구에서 이미 존재한다는 것이다. 각기 다른 표적 또는 각기 다른 표적 섹션에 병렬로 스캐터미터 측정을 수행하도록 구성된 스캐터미터의 조합을 사용하는 또 다른 장점은 측정에 필요한 전체 시간을 줄인다는 것이다. 병렬 측정 시스템의 또 다른 장점은 스캐터미터 오버레이 표적 각각에 대한 신호 습득 시간을 증가시키며 그리고 상기 측정 정확도를 개선한다는 것이다.
FT 처리를 사용하는 스캐터미터 오버레이 결정
푸리에 변환(FT) 처리를 사용하는 오버레이의 스캐터미터 측정을 위한 시스템이 또한 사용될 수 있다. 한 실시 예에서, 한 간섭계가 사용되어 광대역 소스의 모든 파장을 변조하도록 하며, 상기 스캐터된 방사선이 CCD 카메라로 탐지된다. 상기 변조 대역의 모든 파장이 픽셀 각각에 대하여 또는 픽셀 그룹에 대하여 기록된다. 상기 변조 대역을 통한 상기 간섭계 단계로서, 스캐터된 신호에 대한 스펙트럼 스코프(분광기 이용 조사) 이미지가 발생된다.
상기 결과의 스펙트럼 스코프 이미지는 상대적으로 큰 시야 영역을 갖는다. 가령, 상기 이미지는 여러 멀티플 표적을 포함할 수 있다. 상기 스펙트럼 스코프 이미지는 픽섹-픽셀 마다 처리 될 수 있어서 외부의 영향(가령, 필름 영향을 제거하면서 오버레이를 정확하게 결정할 수 있도록 한다.
선택적으로, 처리가 픽셀 그룹을 사용하여 수행될 수 있으며, 속도를 증가시키도록 하고 처리 소스를 감소시키도록 한다. 가령, 표적 각각으로부터의 픽셀 그룹이 상기 설명된 스캐터미터 처리에 따라 분석될 수 있다. 한 실시 예에서, 표적의 해당하는 쌍 각각에 대한 이미지가 차이 이미지D1및 D2를 얻을 수 있도록 감산된다. 차이 신호 각각에 대한 평균 세기와 같은 특징이 다음에 얻어지며, 결국 P1 및 P2를 발생시키도록 하며, 다음에 상기 오버레이 에러를 결정하도록 사용된다.
한 특정 실시에서, 미켈슨(Michelson) 간섭계가 사용되어 파장 변조 대역을 통과하도록 한다. 선택적으로 Linnik 간섭계 또는 다른 간섭계가 사용될 수 있기도 하다. 상기 미러의 각 위치에 대하여, CCD 카메라가 상기 카메라 시야 영역에서 인터셉트된 스캐터 신호를 기록한다. 상기 탐지된 신호가 다음에 디지털화 되고 픽셀-픽셀 하나씩 또는 픽셀 그룹으로 저장된다. 상기 단계들의 크기는 상기 오버레이 측정 정확도에 비례한다. 상기 카메라의 속도(가령, 카메라가 포착할 수 있는 초당 필드의 수)는 상기 측정의 속도에 비례한다. 일단 변조 대역이 걸쳐 있게 되면, 픽셀 각각(또는 픽셀 그룹)에 대하여 기록된 신호가 이산 푸리에 변환(또는 DFT)을 위해 사용된다. 상기 DFT는 픽셀 각각(또는 픽셀 그룹)에 대한 특수한 프로파일을 제공한다. 표적 각각에 대한 이 같은 특수한 프로파일이 다음에 이전 문단에서 설 명된 스캐터미터 오버레이 기술에서 사용될 수 있다. 다음에 오버레이 결정이 증가된 정확도로 수행될 수 있다.
멀티플 튜닝 가능 레이저
튜닝 가능 레이저의 조합을 갖는 시스템이 사용될 수 있으며 엘립소미터 및 반사미터의 다양한 구성에 의해 수행된 측정의 조화로 오버레이의 스캐터미터 측정의 정확도를 개선시키도록 한다. 상기 튜닝 가능 레이저는 관심있는 표면에 입사되는 방사선을 제공한다. 한 실시 예에서, 스캐터미터 오버레이 측정은 고려중인 적어도 한 층의 디자인에 배치된 표적을 사용하여 수행되며, 상기 튜닝 가능 레이저는 상기 표적에 입사되는 방사선을 제공한다.
다음에 상기 측정된 신호가 처리 전 또는 후에 함께 평균될 수 있다. 한 실시 예에서, 측정된 방사선이 표적 A, B, C, 및 D로부터 얻어진다. 표적 쌍 각각으로부터의 두 차이 신호 D1 및 D2가 다수의 튜닝 가능 레이저 세팅에서 얻어진다. 튜닝 가능 레이저 세팅 각각에 대하여 표적 각각으로부터 측정된 신호들이 상기 차이 신호 D1 및 D2를 얻기 전해 함께 평균된다. 선택적으로, D1 및 D2에 대한 차이 신호 세트 각각이 함께 평균되어 단일의 평균 차이 신호 D1 및 D2를 얻을 수 있도록 한다. 상기 차이 신호 D1 및 D2의 특성 P1 및 P2(가령, 집적)이 상기 튜닝 가능 레이저의 각기 다른 구성에 대하여 얻어지며(상기 측정된 신호 또는 차이 신호 D1및 D2를 평균하지 않고) 그리고 상기 결과가 신호 P1 및 P2 각각에 대하여 평균된다. 상기 오버레이 에러가 다음에 상기 설명된 신호 P1 및 P2를 사용하여 얻어진다.
공간 필터링 사용 스캐터미터 오버레이 결정
FT 처리 사용 스캐터미터 오버레이 결정에 대한 한 실시 예가 설명된다.
공간 필터링과 관련하여 FT 처리 사용 오버레이 스캐터미터 측정에 대한 시스템이 제공된다. 특히, 적어도 한 스캐터미터 표적에 의해 반사된 신호가 특정 신호 성분만을 처리 하도록 공간적으로 선택적으로 필터된다.
FT 처리를 사용 스캐터미터 오버레이 결정에 대한 상기 설명된 실시에서, 한 간섭계가 사용되어 광 대역 소스의 모든 파장을 변조하도록 하며, 상기 스캐터 방사선이 CCD 카메라와 같은 탐지기로 탐지된다.
모든 파장이 다음에 픽셀 각각 또는 픽셀 그룹에 대하여 기록된다. 상기 간섭계가 상기 변조 대역을 통과하는 때, 상기 스캐터 신호 스펙트럼 스코프 이미지가 발생된다. 완전한 이미지(또는 이미지의 일부)에 해당하는 스캐터 신호가 수집되는, 본 발명의 실시 예에서, 픽셀의 단일 라인에 해당하는 신호의 일부분만이 사용된다.
선택적으로 다수의 픽셀 라인에 해당하는 신호의 일부분으로서, 그러나 전체 이미지는 아닌 신호가 모아진다. 상기 스캐터 신호의 이와 같은 선택적인 수집은 상기 탐지기 또는 CCD 카메라 에서 픽셀 열에 해당하는 신호의 수평, 수직 또는 기울어진 스트라이프만을 사용하도록 상기 신호를 공간적으로 필터링하여 달성될 수 있다. 선택적으로, 더욱 크고, 보다 완전한 상기 스캐터 신호의 부분이 상기 CCD 카메라에서 모아질 수 있으며, 그러나 바람직하지 않은 픽셀 열(가령, 두 표적 사이 한 표적 또는 경계 가장자리)에 해당하는 정보는 상기 수집 후 버려질 수 있다.
상기 사용된 신호에 해당하는 스펙트럼 스코프 이미지가 다음에 픽셀 마다 처리되어 외부의 영향(가령 필름 영향)을 제거하면서 오버레이를 정확히 결정하도록 한다. 선택적으로, 처리가 그룹 픽셀을 사용하여 수행되어 속도를 개선하고 처리 자원을 감소시키도록 한다.
이 같은 실시 예는 종래의 처리 방법과 비교하여 더욱 높은 SNR을 제공한다.
본 발명의 한 실시 예에서, FT 처리 실시 예를 사용하여 스캐터미터 오버레이 결정과 관련하여 오버레이를 결정하기 위해 상기 설명된 기술이 사용될 수 있다.
FT 처리를 사용하는 스캐터미터 오버레이 결정에 대한 실시 예와 비교하여, 공간 필터링을 사용하는 스캐터미터 오버레이 결정은 처리 속도 그리고 처리율을 개선하며, 처리 자원을 줄이도록 한다.
스펙트럼 스코프 엘립소미터 및 스펙트럼 스코프 반사미터의 예
도 8은 본 발명의 한 실시 예에 따라 스펙트럼 스코프 스캐터미터 시스템(800)의 개략적 도면을 도시한다. 상기 시스템(800)은 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802) 그리고 스펙트럼 스코프 반사미터(804)의 특징을 결합하며, 이들 각각은 기판 또는 웨이퍼(808)에 배치된 격자 구조(806)의 오버레이를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도면에서 다소 간단한 포맷으로 도시된 격자 구조(806)는 광범위하게 변경될 수있다. 가령 상기 격자 구조(806)는 본원 명세서에서 설명된 격자 구조 어느 한 구조에 해당할 수 있다. 상기 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802) 및 스펙트럼 스코 프 반사미터(804)는 스테이지(810)을 사용할 수 있는 데, 이는 수평의 xy 방향으로 그리고 수직의 z 방향으로 기판(808)을 이동하기 위해 사용된다. 상기 스테이지는 또한 상기 기판을 회전시키거나 기울이기도 한다. 동작시에, 상기 스테이지(810)는 상기 기판(808)을 이동시키어, 상기 격자 구조(806)가 상기 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802) 및/또는 상기 스펙트럼 스코프 반사미터(804)에 의해 측정될 수 있도록 한다.
상기 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802) 및 스펙트럼 스코프 반사미터(804)는 또한 하나 또는 둘 이상의 광대역 방사선 소스(812)를 사용하기도 한다. 한 예로서, 상기 광원(812)가 적어도 230 내지 800 nm 범위의 파장을 갖는 전자기 방사선을 공급할 수 있다. 광대역 광원의 예로는 중수소 방전 램프, 크세논 아크 램프, 텅스텐 필라멘트 램프, 수정 할로겐 램프가 있다. 선택적으로 하나 또는 둘 이상의 레이저 방사선 소스가 상기 광대역 광원 대신 또는 조합하여 사용될 수 있기도 하다.
상기 스펙트럼 스코프 반사미터(804)에서, 한 렌즈(814)가 광원(812)으로부터 방사선을 모으고 이를 광선 스플리터(816)로 향하게 하며, 상기 초점 렌즈(818)를 향해 상기 광선의 일부를 반사시키며, 상기 방사선을 상기 격자 구조(806) 가까이 기판(808)에 초점을 맞추도록 한다. 상기 기판(808)에 의해 반사된 광선은 상기 렌즈(818)에 의해 수집되며, 상기 비임 스플리터(816)를 통과하여 스펙트럼 미터(820)로 향하게 한다.
상기 스펙트럼 컴포넌트가 탐지되며 그리고 그와 같은 컴포넌트를 나타내는 신호가 상기 컴퓨터(822)로 공급되어 상기 설명된 방법으로 상기 오버레이를 계산하도록 한다.
상기 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802)에서, 상기 광원(812)이 광섬유 케이블(824)을 통해 광선을 공급하며, 상기 편광을 임의 추출하고 기판(808)을 조명하기 위해 균일한 광원을 발생시킨다. 상기 케이블(824)로부터 출현하자 마자, 상기 방사선은 슬릿 구멍 및 초점 렌즈(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 광학적 조명장치(826)를 통과한다. 상기 조명장치(826)로부터 출현한 광선은 편광기(828)에 의해 편광되어 기판(808)을 조명하는 편광 샘플링 비임(830)을 발생시키도록 한다. 상기 샘플링 비임(830)으로부터 출현한 방사선은 기판(808)으로부터 반사되어 분석기(832)를 통과하여 스펙트럼 미터(834)로 향하여 진다. 상기 반사된 방사선의 스펙트럼 컴포넌트가 탐지되며 그와 같은 컴포넌트를 나타내는 신호가 컴퓨터(822)로 공급되어 상기 설명된 방식으로 상기 오버레이를 계산하도록 한다.
상기 스펙트럼 스코프 엘립소미터(802)에서, 편광기(828) 또는 분석기(832) 또는 이들 모두는 보정기 또는 지연기(도시되지 않음)과 같은 웨이브 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 웨이브 플레이트는 두 편광 사이에서 상대적인 위상을 변경시키도록 하여, 선형 편광을 비 선형 편광(elliptically polarized light)으로 또는 그 반대로 변경시키도록 한다.
상기 입사 편광(830)의 샘플과의 상호작용에 대한 보다 많은 정보를 수집하기 위해, 상기 광선의 편광 상태를 변조시키거나 분석기의 편광 감도를 변조시키거나 이들 모두를 실행하는 것이 바람직하다. 대개 이는 상기 편광기 및/또는 분석기 내 광학적 엘리먼트를 회전시킴으로써 행해진다. 상기 편광기 또는 분석기 내 편광 엘리먼트는 회전될 수 있거나, 이들 어셈블리 적어도 하나가 웨이브 플레이트를 포함한다면, 상기 웨이브플레이트가 회전될 수있다.
상기 회전은 당업자에게 알려진 방법으로 상기 컴퓨터(822)에 의해 제어될 수 있다. 비록 회전 엘리먼트의 사용이 잘 작용한다 하여도, 이는 시스템(802)을 제한한다. 상기 회전 엘리먼트의 사용은 느릴 수 있으며, 이동하는 부분이 있기 때문에 덜 신뢰될 수 있다.
따라서, 한 실시 예에 따라, 편광기(828)는 광 탄성 변조기(PEM)와 같은 편광 변조기(836)를 포함하도록 구성되어, 빠르고 신뢰할 수 있는 스펙트럼 스코프 엘립소미터를 발생시키도록 한다. 상기 편광 변조기는 상기 회전 웨이브 플레이트를 대신한다. 상기 편광 변조기(836)는 회전 웨이브플레이트와 같은 기능을 수행하는 광학적 요소이지만, 값비싼 속도 및 신뢰도의 문제를 갖지 않는다. 상기 편광 변조기(836)는 기계적으로 회전시키지 않고, 즉 어떠한 광학적 컴포넌트도 없이 상기 광선 위상의 전기적 변조를 허용한다. 100kHz 와 같이 높은 변조 주파수가 용이하게 도달 될 수 있다.
한 선택적 실시 예에서, 상기 분석기(832)는 전기적으로 변조될 수 있는 PEM(광탄성 변조기)와 같은 편광 변조기를 포함하도록 구성된다. 또 다른 실시 예에서, 상기 편광기 및 분석기 모두는 각기 다른 주파수로 변조되는 PEM과 같은 편광 변조기를 포함한다.
상기 편광 변조기(836)가 이와 같은 높은 주파수를 변조시킬 수 있기 때문 에, 상기 편광 변조기(836)는 다양한 기술을 수행하도록 사용될 수 있으며, 이와 같이 다양한 기술을 사용하지 않게 되면 너무 느리게 될 것이삳. 가령 두 구조의 편광 반사도 사이 차이가 얻어진다. 이 같은 목적을 위해, PEM이 음향 광학 변조기(AOM)과 결합되며, 여기서 상기 AOM은 신속하게 상기 두 구조 사이에서 이동하고 각기 다른(그러나 멀티플 또는 서브 멀티플과 같이 관련된) 주파수로 편광 상태를 변조시킨다. 상기 PEM 및 AOM 변조 주파수 합과 차이 신호는 유용한 정보를 포함하며 동기식 탐지에 의해 높은 신호 대 잡음으로 탐지 될 수 있다. 선택적으로 상기 AOM이 상기 분석기 내 PEM과 조합하여 사용될 수 있다.
도시되진 않았지만, 상기 회전 웨이브플레이트는 또한 가령 편광 민감 반사미터와 같은 스캐터미터 시스템의 다른 형태로서 편광 변조기에 의해 대체될 수 있기도 하다.
스캐터미터 오버레이 데이터베이스
본 원 발명의 한 특징은 스캐터미터 오버레이 결정을 위해 사용될 수 있는 스캐터미터 오버레이 데이터베이스를 제공한다.
한 실시 예에서, 하나 또는 둘 이상의 데이터베이스가 제공되며, 하나 또는 둘 이상의 오버레이 라이브러리를 포함한다. 상기 데이터베이스 정보는 다음에 오버레이 측정에 사용된다.
한 실시 예에서, 상기 라이브러리들은 인위적으로-유도된 오버레이를 갖는 사전에 정해진 테스트 패턴을 사용하여 컴파일된다. 선택적으로, 상기 라이브러리들은 상기 스텝퍼 내로 프로그램된 층 오 등록(lay misregistrations)을 사용하여 발생된다. 또 다른 실시 예에서, 상기 유도되고 프로그램된 오버레이는 특정 범위 내에서 변경되는 점진적인 특징을 갖는다.
상기 데이터베이스 내에 저장된 정보는 상기 테스트 패턴을 통하여 또는 상기 스텝퍼에 의해 유도된, 상기 웨이퍼에 프린트된 실제 오버레이와 관련된 오버레이 데이터를 포함한다. 선택적으로, 이 같은 정보는 샘플에서 실제로 측정된 오버레이로부터 얻어진다. 상기 데이터베이스는 상기 오버레이 데이터와 관련된 스캐터미터 측정 기록을 더욱 저장한다. 이 같은 스캐터미터 측정 기록은 상기 오버레이 데이터의 스캐터미터 측정을 수행함에 의해 얻어질 수 있다. 상기 데이터베니스는 또한 재료, 처리 조건, 광학 파라미터 그리고 다른 관련된 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 상기 데이터베이스 정보는 보간법 및 다른 사전 처리에 의해 더욱 향상될 수 있다.
상기 스캐터미터 데이터베이스 정보는 실제 측정 중에 기록된 특정 스캐터미터 측정 및 처리 조건과 관련된 스캐터미터 데이터를 수집함으로써 오버레이 측정의 정확도 그리고 속도를 개선시키도록 사용될 수 있다. 또 다른 실시는 상기 데이터베이스를 사용하여 생산 라인 측정 동안 또는 그 이전에 스캐터미터 오버레이 측정의 눈금을 정하도록 한다.
스캐터미터를 수행하기 위한 선택적 시스템
본 발명의 한 실시 예에 따라, 스펙트럼 A 내지 D(그리고 만약 존재한다면 추가의 스펙트럼)의 습득이 다음에 열거되는 어느 장치로도 구성될 수 있는 광학 장치를 사용하여 수행된다: 이미징 반사미터, 반사미터, 편광 스펙트럼 스코프 이 미징 반사미터, 스캐닝 반사미터 시스템, 평행한 데이터 습득을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 반사미터를 갖는 시스템, 평행한 데이터 습득을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 스펙트럼 스코프 반사미터를 갖는 시스템.
웨이퍼 스테이지를 이동하거나 어떠한 광학적 엘리먼트 또는 반사미터 스테이지를 이동시키지 않고 직렬의 데이터 습득을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 편광 스펙트럼 스코프 반사미터를 갖는 시스템, 이미징 스펙트럼 미터, 파장 길리 필터를 갖는 이미징 시스템, 롱-패스 파장 필터를 갖는 이미징 시스템, 쇼트-패스 파장 필터를 갖는 이미징 시스템, 파장 필터가 없는 이미징 시스템, 간섭계 이미징 시스템(가령, KLA-Tencor of San Jose, CA에서 구입될 수 있는 KLA-Tencor 오버레이 측정 도구 모델 5100,5200,5300,Archer10에서 실시되는 바의 Linnik 마이크로 스코프), 이미징 엘립소미터, 이미징 스펙트럼 스코프 엘립소미터, 스캐닝 엘립소미터 시스템, 평행한 데이터 습득을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 엘립소미터를 갖는 시스템, 웨이퍼 스테이지를 이동하거나 어떠한 광학적 엘리먼트 또는 엘립소미터 스테이지를 이동시키지 않고 직렬의 데이터 습득을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 엘립소미터를 갖는 시스템, Michelson 간섭계, Mach-Zehnder 간섭계, 또는 Sagnac 간섭계.
필터를 사용하거나 "푸시 버튼" 방법과 같은 다른 타입의 이미징 스펙트럼 미터 뿐 아니라 간섭계 사용 이미징 스펙트럼 미터의 여러 실시 예가 "METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRAL ANALYSIS OF IMAGES"라는 명칭으로 Cabib 등에게 1998년 11월 10월 특허된 미국 특허 제 5,835, 214호에서 설명된다. 스펙트럼 이미징으로 필름 두께 맵핑에 대한 시스템 및 방법 실시 예가 "FILM THICKNESS MAPPING USING INTERFEROMETRIC SPECTRAL IMAGING"라는 명칭으로 199년 1월 5일 Cabib 등에게 특허된 미국 특허 제 5,856, 871호에서 설명된다.
LED 조명을 사용하여 스펙트럼 이미징하기 위한 선택적 아키텍쳐가 "SPECTRAL IMAGING USING ILLUMINATION OF PRESELECTED SPECTRAL CONTENT"라는 명칭으로 Adel 등에게 2000년 11월 7일 특허된 미국 특허 제 6,142, 629호에서 설명된다.
발명의 한 실시 예에 따라 네 개의 표적으로부터 스펙트럼 A 내지 D(그리고 존재한 다면 추가의 스펙트럼)의 습득을 위해 사용된 이미징 스펙트럼미터 또는 반사미터는 당업자에게 잘 알려진 바 푸리에 변환 이미징 스펙트럼 미터 타입일 수 있다. 상기 푸리에 변환 이미징 스펙트럼 미터의 이미징 시스템은 상기 반사된 또는 스캐터된 광선 신호를 다른 표적(또는 혼합 스캐터미터 오버레이 표적의 섹션)으로부터 분리할 수 있어야 한다.
선택적으로 스캐터미터 오버레이 신호를 습득하기 위해 사용된 상기 이미징 스펙트럼 미터 또는 반사미터는 2 차원 탐지기를 사용할 수 있으며, 여기서 한 축이 각기 다른 스캐터미터 오버레이 표적(또는 혼합 스캐터미터 오버레이 표적)으로부터 공간 정보를 포함하고, 그리고 다른 탐지기 축은 프리즘 시스템 또는 회절 격자 시스템, 또는 이들의 조합 시스템과 스펙트럼 스코프 분리된 광선으로부터 스펙트럼적으로 분해된 정보를 얻는다.
상기 조명 방사선은 상기 표적으로 입사되기 전 선택된 파장일 수 있다.
상기 이미징 스펙트럼 미터, 이미징 반사 미터 또는 본 발명의 다양한 실시 예와 관련하여 상기 설명된 다른 광학적 시스템에서 탐지된 4 개의 표적(그리고 만약 존재한다면 추가의 스펙트럼)으로부터 얻어진 상기 스펙트럼 A 내지 D가 비 편광되거나 선택적으로 편광될 수 있다.
하나 또는 둘 이상의 비 편광 광선 또는 하나 또는 둘 이상의 편광 컴포넌트(상기 표적으로부터 반사되거나 스캐터된 광선의)가 이미징 스펙트럼 미터 또는 이미징 반사 미터로 탐지된다.
다양한 실시에서, 분리된 탐지 시스템이 사용되어 하나 또는 둘 이상의 다른 광선 신호를 분리하여 또는 동시에 기록되도록 한다: 편광 되지 않은 반사 광선, 스캐터미터 오버레이 표적 한 층의 한 주요 대칭 축에 평행한 전장을 갖는 편광 광선, 스캐터미터 오버레이 표적 한 층의 한 주요 대칭 축에 수직인 전장을 갖는 편광 광선, 스캐터미터 오버레이 표적 한 층의 한 주요 대칭 축에 일정한 각을 갖는 전장을 갖는 편광 광선, 우측 원형 편광 방사선, 좌측 원형 편광 방사선, 및/또는 상기 목록된 편광 상태 둘 또는 그 이상의 조합. 분리된 탐지기 시스템이 사용되어 광 잡음 모니터링, 광 레벨 제어, 및/또는 광 잡음 감산 또는 정상화를 위해 상기 광원 일부로부터의 신호를 동시에 기록하도록 하도록 한다.
본 발명의 다양한 실시 예 다양한 가능한 실시가 Walter D. Mieher 등의 동시 계류 중인, METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING OVERLAY ERROR BASED ON SCATTEROMETRY SIGNALS ACQUIRED FROM MULTIPLE OVERLAY MEASUREMENT PATTERNS라는 명칭의 2003년 2월 22일 출원, 미국 특허출원 제 60/449,496호에서 설명된다.
한 실시 예에서, 상기 4 개의 표적 각각은 광학적 시스템에 의해 발생된 방사선에 의해 조명된다. 상기 광학적 시스템은 광원, 렌즈 시스템, 초점 시스템, 비임 형상 시스템, 및/또는 방향 시스템일 수 있다. 한 실시 예에서, 상기 표적 중 적어도 하나를 조명하는 방사선은 상대적으로 좁은 비임 크로스 단면을 갖는 방사선 광성일 수 있다. 특정 실시 예에서, 상기 비임은 레이저 비임이다. 상기 표적을 조명하는 방사선은 상기 표적 내 포함된 구조와 상호 작용하며, 표적 각각에 해당되며, SA, SB, SC, 및 SD로 표시되는 회절 방사선 컴포넌트를 발생시킨다. 한 실시 예에서, 상기 조명 광선은 스펙트럼 스코프 엘립소미터에서 사용되는 광 스펙트럼 범위로 구성된 광 대역 편광 비임이다.
스캐터미터 오버레이 기술 대안
여러 관련된 기술이 동시 계류 중인 미국 특허원에서 설명된다. 이들 관련된 기술은 하기에서 설명되는 기술과 용이하게 통합될 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에서, 상기에서 설명된 바와 같은 각기 다른 프로그램된 오프셋 +/-F 및 +/-f0, 또는 +/-F 을 갖는 표적(또는 혼합 스캐터미터 표적 섹션) 또는 다른 유사한 표적 조합이 함께 그룹으로 되어, 동시의 신호 습득을 가능하게 하도록 한다. 한 실시 예에서, 표적들이 한 라인으로 배열되어 데이터 습득을 가능하게 하며, 상기 웨이퍼 또는 상기 광학 장치 일부 또는 모두를 스캐터미터 오버레이 표적 어레이를 따라 한 방향으로 스캔하도록 한다.
선형 어레이로 상기 표적들을 배열하는 것은 또한 이미징 스펙트럼 미터 또는 반사 미터의 사용을 가능하게 할 수 있으며, 하나의 탐지기 축이 신호들을 상기 각기 다른 표적(또는 표적 섹션)으로부터 분리시키며, 다른 탐지기 축이 상기 스펙트럼 정보를 탐지한다. 이와 같은 경우 상기 이미징 시스템은 상기 선형 표적 어레이 선형 또는 원통형 이미지를 프리즘 또는 격자 시스템으로 이미지한다. 상기 이미징 스펙트럼미터 또는 이미징 반사 미터는 두 개 또는 그 이상의 렌즈 어레이(당업계에서는 랜슬랫 어레이(lenslet array))를 포함하여, 반사되거나 스캐터된 광선을 각기 다른 표적 또는 표적 섹션으로부터 분리하고 일정한 방향을 향하게 한다.
한 실시 예에서, 상기 일차 오프셋 F는 가장 적합하게 되어 오버레이 에러에 대한 보다 크거나 최대인 민감도를 제공하도록 한다. 가령, 상기 표적의 피치 1/4에 해당하는 오프셋 F는 오버레이 에러 민감도가 최소인 두 대칭 포인트 사이 중앙에 있기 때문에 높은 오버레이 민감도를 제공한다. 상기 민감도 오프셋 f0는 이 같은 f0가 오버레이 측정에 관심이 되는 영역 바깥 쪽에 있도록 선택되며, 그러나 이는 상기 오버레이 측정 불명확함을 발생시키어 스펙을 벗어나는 측정이 스펙 내에 있는 것으로 해석되도록 하여서는 아니 된다. 그럼에도, 이는 f0의 레인지에 대한 제한이 아니다. 큰 f0는 - f0 와 fO 사이 오버레이 에러에 대한 오버레이 측정 정확도를 줄일 수 있다. If0l(절대값 f0)보다 큰 오버레이 에러 E의 경우, 오버레이 측정 정확도는 영역 -f0 내지 + f0 이상의 외삽법으로 인해 감소될 수 있으며, 상기 선형 근사치의 정확도가 또한 줄어들 수 있다.
오버레이 측정은 반도체 생산 공정에서 웨이퍼마다 5개 내지 25개 필드에서 상기 스텝퍼 필드 4 개의 모서리 에서 또는 그 가까이에서(때로는 상기 필드 중앙 가까이에서 추가의 측정과 함께) 가장 많이 실행된다.x 방향으로 오버레이를 결정 하도록 사용된 4 개의 표적 그리고 y방향으로 오버레이를 결정하도록 사용된 4 개의 표적을 갖는 시스템의 경우, 본 발명의 한 실시 예에 따라, 스캐터 미터 오버레이 표적에 대한 총 8*4*5=160 개의 측정이 사용되어 통상의 오버레이 측정 샘플링 플랜을 위해 2 차원 오버레이를 결정하도록 할 수 있다. 더욱 많은 측정이 보다 상세한 플랜을 위해 수행될 수있다.
본발명의 또 다른 실시 예에 따라, 총 6 개의 표적(x 에 대하여 3개 그리고 y 에 대하여 3개)이 사용될 수 있으며, 상기 샘플에 대하여 2 차원의 오버레이를 결정하도록 한다. 이는 상기 오버레이 도량형학 처리 단순화, 처리 자원의 감소, 그리고 도량형학 처리에서 사용된 시간의 감소를 더욱 용이하게 한다. 또 다른 실시에서, 추가의 표적 또는 추가 쌍의 표적이 샘플에서 발생될 수 있으며, 스캐터미터를 사용하여 오버레이 결정을 위해 본원 명세서에서 설명된 것과 유사한 방법으로 사용될 수 있고, 그러나 더욱 더 많은 수의 표적 그리고 그에 상응하는 수의 회절 방사선 컴포넌트를 위해 조정될 수 있다. 상기 오버레이 에러 E 에 대한 수학적 결정 방법이 유사하게 조정되어 그와 같은 추가의 표적에 의해 제공된 증가된 정보의 이용성을 개척하도록 할 수 있다. 상기 오버레이 에러 E에 대한 식에서 높은 차수 근사치 항을 설명함을 포함한다.
제한된 재 초점 맞추기로 스캐터 미터 오버레이 결정
스캐터미터 오버레이 결정의 정확성을 개선시키기 위해, 두 번 이상의 측정이 수행됨이 바람직하다. 한 가지 실시 예가 다수의 스캐터미터 오버레이 표적을 사용하며, 그리고 표적 각각에 대하여, 상기 시스템이 한가지 오버레이 스캐터미터 측정을 실행한다. 또 다른 실시가 단일의 스캐터미터 표적을 사용하거나 다수의 표적 서브-영역으로 구성된 단일의 스캐터미터 표적 영역을 사용하며, 그리고 두 개 이상의 스캐터미터 오버레이 측정이 그 같은 표적 또는 표적 영역을 위해 수행된다. 또 다른 실시 예에서, 다수의 표적 또는 표적 영역이 사용되며, 그리고 두 개 이상의 측정이 모든 또는 일부의 표적 또는 표적 영역을 위해 수행된다.
일반적으로, 상기 광학적 시스템은 개별 측정 각각에 대하여 초점이 맞춰진다. 그러나, 이는 많은 시간을 소비하기 때문에, 시스템의 처리 속도를 감소시킨다. 가령, 초점 순서 각각은 0.1 및 1 초 사이의 시간이 걸리며, 웨이퍼 각각은 30 내지 70 개 사이 사이트를 포함할 수 있고, 각 사이트는 8 개의 표적으로 구성된다. 이들 사이트 및 표적의 수를 사용하여, 다시 초점을 맞추는 것은 웨이퍼 각각에 대하여 560초나 걸릴 수 있다. 그리고 100 개 내지 1000개의 웨이퍼가 조사되어야 한다고 보면, 이 같은 수는 완전히 예측할 수 없는 수준으로 증가될 수 있다.
따라서 본 발명의 한 실시 예에 따라, 멀티플 스캐터 미터 오버레이 측정이 제한된 광학적 재 초점 맞추기로 수행되어 상기 시스템의 처리 속도와 처리율을 증가시키도록 한다. 제한된 광학적 재 초점 맞추기란, 상기 광학적 시스템을 재 초점 맞추지 않고 적어도 몇 개의 새로운 측정이 수행됨을 의미하는 것이다. 즉, 같은 초점 세팅을 갖는 다수의 측정이 있게된다. 가령, 수행되어질 다수의 스캐터미터 측정에 대하여 가장 적합하게 된 초점 세팅을 갖는 광학적 시스템이 시작될 수 있으며, 이들 개별 스캐터미터 측정 중에 더 이상의 재 초점 맞추기가 발생되지 않는다. 이와 같이 가장 적합하게 된 초점 세팅은 전 웨이퍼에 대하여 한번 발생될 수 있거나, 아니면 주기적으로 발견될 수 있다. 주기적인 때, 상기 초점 세팅은 웨이퍼 특정 위치(가령 웨이퍼 2x2 평방 센티마다)에 대하여, 표적의 특정 특징에 대하여(가령 유사한 선폭 및 간격), 등등, 조사 중 사전에 정해진 증분 시간에(가령 매 30초마다) 설정되어 진다.
한 실시 예에서, 상기 웨이퍼는 다수의 초점 영역을 포함한다. 상기 초점 영역 각각은 상기 초점 영역 내에서 수행될 모든 스캐터미터 측정에 대하여 가장 적합하게 된 초점 세팅으로 시작된다. 재 초점 맞추기는 상기 초점 영역 내 개별적인 스캐터미터 측정 사이에서 발생되지 않는다. 마찬가지로, 상기 초점 영역 내 표적 각각은 동일한 가장 적합하게된 초점 세팅으로 측정된다. 어떠한 수의 초점 영역도 사용될 수 있다.
상기 초점 영역의 구성은 광범위하게 변경될 수 있다. 한 실시 예에서, 상기 초점 영역은 상기 웨이퍼의 한 부분에 해당된다. 일례로서, 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 중앙에서 바깥 방향으로 나오는 다수의 방사상의 초점 영역으로 또는 다수의 각 초점 영역으로 나뉘어 지며, 이는 상기 웨이퍼를 다수의 4분 면으로 분리시킨다. 또 다른 실시 예에서, 상기 초점 영역은 가령 상기 반도체 소자 각각의 모서리에 있는 표적과 같은 특정 세트의 표적에 해당한다.
또 다른 실시 예에서, 상기 초점 영역은 다수의 표적(가령 도 9A)을 포함하는 특정 표적 영역에 해당한다. 또 다른 실시 예에서, 상기 초점 영역은 상기 표적 영역(가령 도 9B에서 도시된 바의 x 또는 y 방향 그룹 표적)내 특정 표적 서브-영역에 해당한다. 또 다른 실시 예에서, 상기 초점 영역은 상기 표적 자체 내 특정 서브 영역에 해당한다.
오버레이를 결정하는 방법이 하기에서 설명된다. 이 방법은 제 1 영역의 초점 세팅을 가장 적합하게 함을 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제 1 영역 내 다수의 표적에 대하여 제 1 세트의 측정을 수행함을 포함한다. 상기 제 1영역 내 표적 각각은 상기 제 1 영역의 최적 초점 세팅을 사용하여 측정된다. 즉, 제 1 표적이 측정되며, 그 뒤에 제 2 표적이 상기 광학적 시스템을 재 초점 맞추지 않고 측정된다. 이와 같이 하여 어떠한 수의 표적도 측정될 수 있다. 상기 방법은 또한 제 2 영역의 초점 세팅을 가장 적합하게 함을 포함한다. 상기 방법은 추가로 상기 제 2 영역 내 다수의 표적에 대하여 제 2 세트의 측정을 수행함을 포함한다. 상기 제 2 영역 내 상기 표적 각각은 제 2 영역의 최적 초점 세팅을 사용하여 측정된다. 즉, 제 1 표적이 측정되며, 그리고 그 뒤에 제 2 표적이 상기 광학적 시스템을 재 초점 맞추기 하지 않고 측정된다. 어떠한 표적의 수도 이 같은 방법으로 측정될 수 있다.
이 같은 방법의 한 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 영역은 다수의 표적을 포함하는 각기 다른 표적 영역을 나타낼 수 있다(도 9A 참조). 이 같은 실시 예에서, 상기 표적 각각은 서로 근접하여 위치하여 지며, 따라서 한 표적으로부터 다음 표적으로의 초점 변동이 최소일 수 있도록 생각될 수 있다. 이 같은 방법은 상기 표적 영역에서 초점 세팅을 가장 적합하게 함을 포함하며, 그 다음 그와 같은 최적 초점 세팅으로 그와 같은 표적 영역 내 표적 각각을 측정함을 포함한다. 가령, 상기 제 1의 표적이 측정되며, 그 다음 인접한 표적이 측정되고, 계속하여 상기 광학 적 시스템을 재 초점 맞추기 함이 없이 다음 인접 표적이 측정되도록 한다. 제 1의 표적 영역이 측정되는 때, 상기 시스템은 가령 상기 소자의 각기 다른 모서리에 위치하는 한 표적 영역에서와 같은 제 2 표적에서 이들 단계를 반복할 수 있다.
이 같은 방법의 또 다른 실시 예에서, 상기 제 1 및 제 2 영역은 다수의 표적을 포함하는 표적 영역을 갖는 서브 영역을 나타낼 수 있다. 상기 서브 영역은 가령 각기 다른 표적 방향을 나타낼 수 있다(도 9B 참조). 이 같은 방법은 제 1 서브 영역 내 상기 초점 세팅(가령, x 축을 따라 있는 표적들)을 가장 적합하게 하게 하고, 그런 다음 상기 최적 초점 세팅을 갖는 서브 영역 내 표적들 각각을 측정함을 포함한다. 가령, 제 1 표적이 측정되고, 그런다음 인접한 표적이 측정되며, 계속하여 상기 광학적 시스템을 재 초점 맞추기 함이 없이 다음 인접한 표적들이 측정된다.
상기 제 1 서브 영역이 측정되는 때, 상기 방법은 제 2 서브 영역 내 초점 세팅(가령, y 축을 따라 있는 표적들)을 가장 적합하게 하고, 그 다음 상기 가장 적합하게 된 초점 세팅을 갖는 서브 영역 내 표적 각각을 측정함으로써 계속된다. 가령, 제 1 표적이 측정되며, 그 다음 인접한 표적이 측정되며, 상기 광학적 시스템을 재 초점 맞추기 하지 않고 계속하여 다음의 인접 표적이 측정된다. 또 다른 실시 예에서, 상기 시스템은 xy 스캐터미터 오버레이 표적 그룹 내 제 1 스캐터미터 오버레이 표적에 대한 측정이전 초점이 맞추어진다. 상기 스캐터미터 신호가 xy 오버레이 표적 그룹 내 제 1 표적에 대하여 측정된 후, 상기 표적의 나머지가 재 초점 맞추기 없이 측정될 수 있다. 가령, xy 오버레이 표적 그룹은 x 방향으로 한 오버레이 에러 결정에 대하여 4 개의 스캐터미터 오버레이 표적과 y 방향으로 한 오버레이 에러 결정에 대하여 4 개의 스캐터미터 오버레이 표적으로 구성된다.
라인 이미지를 사용하는 스캐터미터 오버레이 결정
한 라인 이미지 사용 오버레이 스캐터미터 측정을 위한 시스템이 실시된다.
한 실시 예에서, 한 스캐터미터 표적이 단일의 입사 라인을 따라 조명된다. 상기 스캐터 방사선은 프리즘 또는 회절 격자와 같은 분산 시스템에 의해 인터셉트된다. 상기 스캐터 방사선은 이에의해 파장의 함수로서 분산된다. 다음에 상기 분산된 방사선은 CCD 카메라와 같은 탐지기에 의해 포착된다. 만약 상기 카메라가 적절히 정렬된다면, 상기 시야 필드로 들어가는 방사선은 상기 시야 필드의 x-축을 따라 분산된 입사 라인을 따라 있는 포인트들을 갖는, 그리고 y-축을 따라 분산된 다양한 파장들의 포인트들을 갖는 2 차원 프로파일을 갖는다. 한 일례의 입사 라인 그리고 시야 필드가 도 10에서 설명된다.
상기 카메라에 의해 포착된 이미지가 다음에 픽셀 레벨로 처리될 수 있으며, 가능하면 본원 명세서에서 설명된 FT 방법을 사용하여 오버레이를 결정하도록 한다. 일단 오버레이가 특정 입사 라인을 따라 측정되기만 하면, 상기 웨이퍼는 90도가 회전되어( 또는 어떤 임의 각도로 회전되어) 각기 다른 방향으로 오버레이를 측정하도록 한다. 본 발명의 한 장점은 오버레이가 단일의 광학 시스템을 사용하여 두 방향 이상으로 측정될 수 있다는 것이다.
단일의 입사 라인을 조명하는 대안의 방법은 보다 큰 영역을 조명하지만 한 탐지 라인을 따라 스캐터된 방사선을 포착하기만 한다는 것이다. 상기에서 제공된 이 같은 설명이 적절한 수정과 함께 이 같은 실시 예에 적용될 수 있다.
알고리즘
다양한 알고리즘 그리고 방법이 더욱 효율적으로 그리고 정확히 스캐터미터를 사용하여 오버레이를 측정하도록 한다.
이와 같은 계산을 수행하기 위한 종래의 방법은 모델-이용 방법, 또는 오버레이를 계산하기 위한 미분 방법을 사용한다. 이들 종래의 방법은 세련되고 크로스 체크하는 결과를 위해 멀티플 알고리즘을 결합시키어 달성된다. 또한 이들 방법은 사전에 존재하는 정보(CD 또는 프로파일 데이터와 같은)를 잘 사용하지 않는다.
한 알고리즘 실시에서, 오버레이가 각기 다른 프로덕트 파라미터에 대한 다수의 분리 계산으로부터의 데이터를 사용하여 결정된다.
제 1 실시 예에서, 제 1의 오버레이 계산이 제 1 기술(미분 방법과 같은)에 따라 수행된다. 다음 제 2 의 오버레이 계산은 제 2 기술(모델-이용 복귀(regression)와 같은)에 따라 수행된다. 다음에 그 결과가 두 계산으로부터 결합된다. 그 결과가 다양한 방법으로 결합된다. 가령, 한 가지는 그와 같은 계산은 다른 계산을 크로스 체크하도록 사용될 수 있다. 또는 한 가지 계산이 사용되어 다른 계산의 속도를 높이기 위해 초기 값을 제공하도록 사용될 수 있다.
두 번째 실시 예에서, 상기 오버레이 측정의 속도 및/또는 정확도가 다른 측정 데이터를 사용하여 향상된다. 가령, 상기 표적을 만드는 층으로부터의 필름 두께 데이터가 상기 알고리즘 내로 공급될 수 있다.
그와 같은 필름 두께 데이터는 엘립소미터 또는 반사미터와 같은 적절한 도 구를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로( 또는 추가로), CD 데이터가 SCD 측정(스캐터미터 임계 차원 또는 스캐터미터 프로파일 측정)으로부터 제공될 수 있으며 상기 스캐터미터 계산의 정확도를 개선하기 위해 또는 속도를 높이기 위해 사용될 수 있다. 스캐터미터 프로파일 측정으로부터의 다른 데이터가 유사하게 사용될 수 있으며, 높이 또는 3 차원 프로파일 정보등이 있다. CD SEM과 같은 CD 테이터의 다른 소스가 사용될 수 있기도 하다.
결합된 스캐터미터 및 이미징 표적
선택적 실시 예에서, 상기 설명된 스캐터미터 분석 뿐 아니라, 이미징 사용 오버레이 도량형학을 위해 표적들이 디자인된다. 다시 말해서, 상기 스캐터미터 및 이미징 표적 구조가 일체로되어, 스캐터미터가 이미지 오버레이 측정과 결합하여 수행될 수 있도록 한다. 바람직하게, 상기 스캐터미터 표적 쌍이 시야 필드 중심 주위에 대칭하여 위치하여 진다. 만약 대칭이 상기 이미징 시스템의 조명 및 수집 채널 내에 보존된다면, 도구에 의해 발생된 시프트(shift)가 최소로 된다. 가령, Xa 및 Xa' 가 x 방향 트윈 표적(유사한 크기를 가지나 반대 부호 오프셋을 갖는다)이다. (여기서 Xa 및 Xa' 는 도 1의 Xa 및 Xd에 해당한다). 마찬가지로 Xb 및 Xb'가 대향하여 있다. (여기서 Xb 및 Xb'는 도 1 에서의 표적 Xb 및 Xc에 해당한다.) y 방향으로, 표적 Ya 및 Ya'가 대향하여 있으며, Yb 및 Yb'가 대향하여 있다.
도 11a는 제 1 조합 이미징 및 스캐터미터 표적 실시 예의 평면도이다. 이 실시 예에서, 상기 표적 배치는 한 세트의 4 개의 x 방향 표적을 포함하여 스캐터미터를 사용하여 오버레이를 결정하도록 하고, 그리고 한 세트의 4 개의 y 방향 표 적을 사용하여 역시 스캐터미터를 사용하여 오버레이를 결정하도록 한다. 상기 표적들은 인접한 표적들(상기 오버레이 측정과 관련하여)이 반대의 오프셋을 가지도록 배열된다. 상기 설명된 실시 예에서, 표적 Xa는 표적 Xa'과는 반대의 오프셋을 가지며, 표적 Xb는 표적 Xb'와는 반대의 오프셋을 표적을 갖는다.
마찬가지로, 표적 Ya 및 Ya' 는 반대의 오프셋을 가지며, 그리고 표적 Yb 및 Yb'는 반대의 오프셋을 갖는다. 이 같은 실시 예에서, 상기 표적은 또한 이미지 사용 오버레이 결정을 위해 사용될 수 있다.
상기 설명된 실시 예에서, 상기 표적 장치는 제 1 층 및 제 2 층상의 그레이 크로스-형상 구조(1102)를 포함한다. 다음에 이미지 분석 방법을 사용하여, 상기 블랙 구조(1104)의 중심이 상기 그레이 구조(1102)와 비교되어 오버레이 에러를 결정하도록 한다.
이 같은 표적 세트는 y 방향 보다는 x 방향으로 길게 연장되는 전체적으로 장방형인 형상을 가지기는 하나, 물론 상기 표적이 다른 형상(가령 정사각형 또는 대칭의 다각형)을 가질 수 있으며 x 방향이 아닌 방향으로 길게 연장될 수 있기도 한다.
다른 컴비네이션 표적 장치에서, 상기 이미징 구조는 스캐터미터 표적 대칭 배열 세트의 중심에 배열된다. 도 11b는 제 2 컴비네이션 이미징 및 스캐터미터 표적 실시 예 평면도를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 스캐터미터 표적은 중심 이미지 타입 표적(1152) 주위에 대칭으로 배치된다. 이 같은 실시 예에서, 상기 이미지 타입 표적(1152)은 라인 세그먼트 사분면으로부터 형성되며, 여기서 사분 면 각각은 x 방향이거나 y 방향 어느 한 방향으로 되어 있다. 오버레이 결정하기 위한 적절한 이미지 타입 표적 및 기술이 다음의 미국 특허 및 출원에서 설명된다:
(1) "OVERLAY ALIGNMENT MARK DESIGN"라는 명칭으로 Bareket 에게 2002년 10월 8일 특허된, 미국 특허 제 6,462, 818호;
(2) "OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT OF WAFER"라는 명칭으로 Bareket에게 2000년 2월 8일 특허된, 미국 특허 제6,023, 338호;
(3) "OVERLAY MARKS, METHODS OF OVERLAY MARK DESIGN AND METHODS OF OVERLAY MEASUREMENTS"라는 명칭으로 Ghinovker 등에 의해 2001년 6월 27일 출원된 미국 특허원 제09/894,987호;
(4) "OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT MARK"라는 명칭으로 Levy 등에게 2002 년 11월 26일 특허된, 미국 특허 제 6,486, 954호.
도 11c는 제 2 컴비네이션 이미징 및 스캐터미터 표적 실시 예의 평면도이다. 이 같은 배치는 박스-인-박스 타입 표적(1154) 주위에 대칭으로 배치된 스캐터미터 표적을 갖는다. 박스-인-박스 표적은 제 2 층 내에 형성된 제 2의 바깥 측 박스 구조에 의해 둘러싸인 제 1 층으로부터 형성된 제 1 내측 박스를 포함한다. 상기 내측 박스의 중심은 오버레이 에러(만약 존재한다면)를 결정하기 위해 바깥 측 박스 구조의 중심과 비교된다.
상기 표적이 적절한 방식(가령 Bareket, Ghinovker 등 , 그리고 Levy에의한 상기 출원 및 특허에서 설명된 바와 같은)으로 이미지 되어 오버레이를 결정하도록 한다. 상기 표적 배치는 또한 스캐터미터 기술을 사용하여 오버레이를 결정하기 위 해 상기에서 설명된 바람직한 광학적 도구를 사용하여 동시에 또는 순차적으로 측정될 수 있기도 하다. 선택적 실시 예에서, 상기 스캐터 미터 표적은 상기 이미지 타입 표적 구조와 함께 동시에 이미지될 수 있다. 상기 결과의 이미지는 분리된 스캐터미터 표적으로 나뉘어질 수 있으며, 다음에 상기 스캐터미터 기술이 표적 각각에 대한 이미지 신호(가령 세기)에 적용된다. 상기 이미지는 상기 스캐터미터 오버레이 측정과 동시에, 또는 그 이전 또는 그 이후 얻어질 수 있다. 상기 이미징 시스템은 이 같은 이미지 기술은 KLA-Tencor of San Jose, CA. 로부터 구입될 수 있는 Archer 오버레이 측정 시스템 또는 KLA-Tencor 5300에서의 시스템과 같은 고 해상도 마이크로 스코프일 수 있다. 선택적으로, 상기 이미징 시스템은 웨이퍼 또는 패턴 인식을 포함하는 다른 목적을 위해 사용된 낮은 해상되 이미징 시스템일 수 있기도하다.
임프린트 리소그래프 중 마스크 정렬
상기 마스크 및 샘플이 나노-임프린트 리소그래프 중 근접하여 있기 때문에(중합화 유체에 의해 분리됨), 마스크의 패턴 표면, 유체, 그리고 정렬되어질 패턴 샘플이 한 스캐터미터 오버레이 표적과 기능적으로 동등한 것으로 생각 될 수 있다. 다음에 스캐터미터 오버레이를 위해 정해진 상기 모든 방법, 기술 그리고 표적이 정렬 과정에 적용될 수 있다.
한 실시 예에서, 상기 측정 장치는 마스크를 통해 상기 마스크의 한 영역으로 그리고 하나 또는 둘 이상의 스캐터미터 오버레이 표적으로 방사선(바람직하게는 광선)을 투영할 것이다. 다음에 스캐터링 또는 회절로 인한 상기 반사된 광선의 특성 변화가 상기 마스크에서의 패턴과 상기 웨이퍼에서의 패턴 사이 오프셋을 결정하도록 사용될 수 있다. 다음에 상기 웨이퍼가 상기 마스크와 상대적으로 이동되어(또는 그 반대로) 바람직한 오프셋을 달성시키도록 한다. 직접 이미징 또는 모레아 기술과 같은 종래의 정렬 기술을 사용하여 더욱 더 정확한 정렬이 달성될 수 있기도 하다. 상기 장치로는, 반사 미터, 편광 반사 미터, 스펙트럼 미터, 이미징 반사 미터 이미징 간섭계, 또는 본원 명세서 또는 참고로 인용된 바의 출원 또는 특허에서 설명된 바의 다른 장치가 이용될 수 있다.
스캐터미터 오버레이 표적 배치
상기 스캐터미터 오버레이 시스템 정확도는 관심이 있는 표면을 가로질러 위치한 다수의 표적에서 측정함으로써 개선될 수 있다. 한 실시 예에서, 상기 스캐터미터 오버레이 시스템은 관심이 있는 표면을 가로질러 다수의 위치에서 다수의 스캐터미터 표적을 사용할 수 있으며, 표적 각각에 대하여 상기 시스템이 오버레이 대하여 스캐터미터 측정을 할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 스캐터미터 오버레이 시스템은 상기 관심의 표면을 가로질러 다양한 위치에서 다수의 스캐터미터 표적을 사용할 수 있다. 상기 스캐터미터 표적은 다수의 표적으로 구성되며, 이들 각각이 상기 스캐터미터 오버레이 시스템에 의해 측정될 수 있다. 일례로서, 상기 스캐터미터 표적 또는 스캐터미터 표적 영역은 한 웨이퍼에 형성되는 하나 또는 둘 이상의 소자 모서리에 위치할 수 있다. 또한 상기 스캐터미터 표적은 상기 스캐터미터 오버레이 시스템에 의해 측정될 수 있는 격자 구조를 포함 할 수 있다.
상기 표적의 수는 관심이 있는 이용 가능한 공간에 의해 결정된다. 대부분의 경우, 상기 표적은 웨이퍼 상의 소자들 사이 스크라이브 라인(scribe line)내에 놓인다. 상기 스크라이브 라인은 웨이퍼 상의 위치이며, 여기서 상기 웨이퍼는 다이싱(dicing)등을 통해 다이로 분리되며, 따라서 상기 회로 자체는 거기서 패턴으로 되지 않는다. 이와 같은 경우, 표적의 수는 적어도 부분적으로 상기 스크라이브 라인의 협소함에 의해 제한 될 수 있다. 상기 스크라이브 라인은 상기 웨이퍼에서의 소자들의 양을 최대로 하도록 좁아지도록 되는 것이 일반적이다.
본 발명의 한 실시 예에 따라, 상기 표적들은 전략적으로 관심의 표면에 위치하여 져서, 어떠한 공간 제한도 극복할 수 있도록 하며, 표적의 수를 증가시킨다. 한 실시 예에서, 적어도 두 개의 표적이 제 1 방향으로 동일 선상으로 놓여진다. 가령, 이들은 x 방향 또는 y 방향으로 동일선상으로 놓여질 수 있다. 이 같은 배치는 가령 스크라이브 라인과 같은 좁은 공간과 직면하게 되는 때 유용할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 멀티플 표적들이 멀티플 방향으로 동일 선상으로 배치된다. 가령, 멀티플 표적들이 두 x 방향 및 y 방향으로 동일 선상으로 배치될 수 있다. 이 같은 배치는 가령 두 스크라이브 라인들이 교차하는 곳과 같은 모서리에서 유용할 수 있다.
비록 상기 실시 예가 관심 있는 표면에서 정해진 직교 좌표에 대한 것이기는 하나, 상기 직교 좌표 계는 x와 y축이 회전되거나 상호 교환되어 관심 있는 표면에서 임의로 방향이 정해질 수 있는 것이다. 선택적으로 또는 직교좌표 계와 조합하여, 가령 극 좌표 계와 같은 다른 좌표 계가 사용될 수 있다.
도 9A는 본 발명의 한 실시 예에 따른 하나 또는 둘 이상의 표적(902)을 갖 는 스캐터미터 표적 영역(900) 평면도이다. 상기 스캐터미터 표적(902)은 둘 또는 그 이상의 기판의 연속 층사이 또는 기판 단일 층에 있는 둘 또는 그 이상의 분리 발생된 패턴들 사이 상대적인 시프트(shift)를 결정하기 위해 제공된다. 일례로서, 상기 스캐터미터 표적은 제 1 층이 그 위에 또는 그 아래에 배치된 제 2 층과 관련하여 어떻게 정확하게 정렬되는 가, 또는 제 1 패턴이 동일 층에 배치된 연속된 제 2 패턴과 관련하여 어떻게 정확하게 정렬되는 가를 결정하도록 사용될 수 있다.
도 9A에서 도시된 바와 같이, 상기 스캐터미터 표적 영역(900)은 적어도 두 개의 동일선상의 표적(902)을 포함한다. 상기 동일선상이란, 상기 표적(902) 각각에 대한 대칭 중심이 동일한 축(904)상에 놓이는 것을 의미하는 것이다. 일례로서, 축(904)는 종래의 좌표계(직교 좌표계, 극 좌표계 등)로 정렬될 수 있다. 상기 표적(902)들을 동일 선상으로 위치시킴으로써, 상기 스캐터미터 표적 영역(900)이 그 만큼 많은 폭W를 차지 하지 않으며 따라서 가령 상기 웨이퍼 스크라이브라인 내에서와 같은 제한된 위치에 위치하여 지도록 한다.
상기 표적(902)은 상기 축(904)를 따라 서로 나란하게 놓인다. 대부분의 경우, 상기 나란히 놓인 표적(902)은 서로 공간적으로 분리되어, 이들이 인접 표적(902)의 위치들과 겹치지 않도록 한다. 상기 표적(902) 각각은 따라서 떨어져 있으며, 따라서 각기 다른 영역을 나타낸다. 이는 상기 표적(902) 각각이 적절히 측정될 수 있도록 실행된다. 상기 표적(902)들 사이 공간(906)은 상기 공간 신호에서 왜곡을 발생시키며, 따라서 상기 전체 계산으로부터 배제된다. 상기 공간(906)의 크기는 상기 표적(902) 크기와 밸런스가 되어 오버레이 측정을 위해 가능한한 많은 정보를 제공하도록 한다. 즉, 이들 사이 더욱 큰 표적(902) 그리고 더욱 작은 공간(906)을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 표적(902)들 사이 공간(906)은 배제 영역으로서 인용된다.
상기 표적(902)은 광범위하게 변경될 수있으며, 스캐터미터를 통하여 측정될 수 있는 오버레이 표적 어느 것에도 해당될 수 있다. 일례로서, 상기 표적(902)은 평행하게 세그먼트된 라인(910)들을 갖는 하나 또는 둘 이상의 격자 구조(908)를 포함할 수 있다. 필요적 사항은 아니나, 동일선상의 표적(902)을 위한 상기 세그먼트 라인(910)은 같은 방향으로 위치하며, 상기 축(904)에 평행하거나 가로질러 위치하여 질 수 있다. 대부분의 경우, 상기 세그먼트 라인(904) 일부가 상기 축9904)에 수직이며 일부는 상기 축9904)에 평행하여 x 및 y 방향으로 오버레이 측정을 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 표적(902)은 동일한 구성을 가질 수 있으며 혹은 이들은 각기 다른 구성을 가질 수 있기도 하다. 상기 구성은 가령 표적(902)의 전체 형상 및 크기를 포함할 수 있으며, 혹은 상기 표적(902) 내에 담긴 격자 구조(908)와 관련된 세그먼트 라인(910)의 선폭 및 간격을 포함할 수 있다. 가령 x 방향과 같은 특정 방향으로 상기 오버레이 측정을 위해 사용된 상기 표적들이 디자인되어, 프로그램된 혹은 디자인된 오버레이 오프셋을 제외하고는 동일한 구성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 표적의 수 또한 변경될 수 있다. 표적의 수를 증가시키는 것은 데이터 수집 포인트 수를 증가시키는 것이며, 따라서 측정의 정확도를 증가시키는 것이다. 상기 표적(902)의 수는 상기 표적(902)의 전체 크기 그리고 x 축(904)방향 공간 제한에 의해 결정된다. 도시된 실시 예에서, 8 개의 나란히 놓인 표적(902)이 하기에서 설명되는 바와 같이 상기 스캐터미터 표적 영역(900) 내에 위치하여 지게 된다. 한 스캐터미터 표적 영역은 상기 설명된 바와 같은 xy 스캐터미터 오버레이 표적 그룹과 동등한 것이다.
상기 언급된 표적(902)을 사용하여, 한번에 하나의 표적에 대하여 스캐터미터 오버레이 측정이 있게되며, 오버레이를 측정하도록 하고 필름 두께와 같은 다른 샘플 파라미터 변동으로 인한 영향을 제거한다. 이는 상기 스캐터미터 표적 영역(가령 표적 그리고 이들 표적들 사이 공간들을 포함)에 대하여 연속적으로 스캐닝하여, 또는 상기 표적 각각으로 스테핑하여 달성될 수 있다. 선택적으로, 둘 또는 그 이상, 또는 모든 표적들에 대하여 둘 또는 그 이상의 스캐터미터 신호 광선을 동시에 사용하여 측정이 일어남으로써, 처리율을 증가시킬 수 있다. 상기 멀키플 스캐터미터 신호 광선은 둘 이상의 독립적인 스캐터미터 광학 시스템으로부터 가능해지며, 혹은 광학 시스템의 대부분을 공유할 수 있기도 하다. 가령, 이들은 같은 광원, 같은 광선 탐지 광학장치, 또는 같은 탐지기 시스템을 공유할 수 있기도 한다.
비록 상기 설명된 방법이 표적 각각에 대한 대칭의 중심을 동일선상에 위치시킴을 포함한다하여도, 상기 대칭의 중심은 상기 표적들의 측정가능한 부분이 아직 같은 축상에 있기만한다면 상기 축으로부터 오프셋될 수 있다.
또한, 비록 상기 설명된 방법이 상기 같은 축을 따라 유사한 방향의 표적을 위치시킴을 포함한다 해도, 상기 표적들 얼마간의 표적들은 각기 다른 회절을 갖도록 위치가 정해질 수 있기도 하다. 가령, 제 1 그룹의 표적(902)은 x 방향으로 위치하는 세그먼트 라인들을 가질 수 있으며, 제 2 그룹의 표적(902)들은 y 방향으로 위치하는 세그먼트 라인들을 가질 수 있다.
또한, 비록 상기 표적(902)들이 단일 축(904)을 따라 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 멀티 축을 따라 위치하도록 하는 것이 가능하기도 하다.
가령, 도 9B에서 도시되는 바와 같이, 제 그룹의 표적(902A)들이 제 1 축(904A)을 따라 동일 선상으로 배치되고, 제 2 그룹의 표적9902B)들이 제 2 축(904B)을 따라 동일 선상으로 배치될 수 있다. 이와 같이 실시 함으로써, 적어도 두 개의 방향으로 오버레이에 대한 독립적인 측정을 허용할 수 있도록 한다. 상기 제 1 및 제 2 축은 서로 가로 질러 있으며, 서로 직각을 이루고 있다. 도시된 실시 예에서, 상기 제 1 축(904A)은 X 축에 해당하며, 상기 제 2 축(904B)은 Y 축에 해당한다. 또한 그룹 각각은 4 개의 표적(902)로 이루어져 있다. 이 같은 실시 예는 상기 X 및 Y 방향으로 오버레이의 독립적인 측정을 허용할 수 있도록 한다.
또한 상기 표적들이 한 방향으로 특징(가령 세그먼트 라인들)을 갖는 것으로 설명되긴 하였으나, 상기 표적들은 두 개 이상의 방향에서 특징을 포함할 수 있기도 하다. 가령, 한 실시 예에서, 상기 동일선 상에 위치하는 표적 하나 또는 둘 이상은 제 1 및 제 2 방향으로 스캐터미터 오버레이 측정을 허용하는 특징을 포함한다. 일례로서, 상기 세그먼트 라인과 같은 특징들은 상기 X 및 Y 차원 모두 내에 위치하여 질 수 있다. 이 같은 경우, 도 9B에서 도시된 바와 같은 두 개 이상의 축 을 따라 표적들을 배치시키기 위한 필요가 줄어들거나 제거하여 진다. 즉, 표적 각각이 이차원의 스캐터미터 측정을 허용하는 특징을 갖는다면, 오버레이는 단일 축을 따라 동일선상에 배치된 단일 세트의 표적들을 사용하여 상기 X- 및 Y-축 모두를 따라 결정될 수 있다.
선택적으로 하나 또는 둘 이상의 표적들이 하나 또는 둘 이상의 표적들을 포함할 수 있다. 만약 상기 서브-표적들이 이차원 스캐터미터 측정을 허용하는 특징을 갖는다면, 특정 측정 정확도에 바람직한 표적의 수가 줄어들며, 상기 표적들은 단일 라인을 따라 배치될 수 있다.
선택적으로, 하나 또는 둘 이상의 축을 따라 배치된 표적이 하나 또는 둘 이상의 파라미터 측정을 위해 사용될 수 있다. 가령, 제 1 세트의 표적이 X-축을 따라 파장에 대하여 스캐터미터 측정을 위해 사용될 수 있으며, 제 2 세트의 표적이 Y-축을 따라 공간 해상도에 대하여 스캐터미터를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 한 선택적 실시 예에서, 공간 해상도에 대한 스캐터미터 측정은 X-축을 따라 수행될 수 있으며, 특수한 측정이 Y-축을 따라 수행될 수 있다.
CD 와 오버레이 마크 결합
스캐터미터 측정은 CD 및 오버레이 도량형학 모두를 위해 웨이퍼의 상당한 영역을 차지한다. 이 같은 웨이퍼 영역은 매우 귀중한 것이다. 현재 스캐터미터 오버레이 마크는 xy 스캐터미터 오버레이 표적 그룹 또는 웨이퍼에서의 마크 각각에 대하여 > 35x70um을 소모한다.
이들은 오버레이 측정을 위해서만 사용되며 따라서 상기 측정은 웨이퍼 공간 의 손실을 가져온다. 따라서, 표적 측정 또는 특징 측정을 위해 필요한 전체 웨이퍼 영역을 줄이는 것이 바람직하다. 더욱 더 작은 표적에서의 측정을 가능하게 하기 위해 광학적 시스템 디자인을 변경시킴은, 광학적 시스템을 더욱 복잡하게 할 수 있으며, 결국 측정 성능을 줄이게 될 수 있다.
본원 명세서에서 설명되는 스캐터미터 오버레이 측정에서, 상기 표적 영역은 축(X 및 Y) 각각에 대하여 네 개의 격자로 구성된다. 이들 격자 각각은 대개 15xl5um 보다 크며 종래 기술을 사용하여 이를 더욱 줄이도록 하는 제한된 기회가 있을 뿐이다. 격자 각각은 제 1 층의 격자(가령 STI) 그리고 상부 층의 격자(가령 게이트)로 구성된다. 상기 두 층 각각은 프로그램 오프셋을 가지며, 이는 상부 격자의 피치보다 대개 작다. 대부분의 경우에, 상기 상부 층은 포토레지스트이다. 오버레이 측정은 이들 격자 각각으로부터 반사된 광선 스펙트럼을 분석함으로써 달성된다.
스캐터미터 임계 차원(CD) 측정에서, 상기 표적 영역은 어느 한 축(X 또는 Y)을 따라 위치하는 단일의 격자로 구성된다. 어떤 경우, 상기 표적 영역은 축(X 및 Y) 각각에 대하여 다수의 격자를 포함할 수 있다.
이들 격자 각각은 대개 약 50x50um이다. 이 같은 측정은 대개 아래에는 어떠한 패턴도 없는 단일 처리 층 표적에서 수행된다. 이 같은 측정은 리소그래프 패터닝 처리에서 레지스트 현상에 이어, 또는 생산되고 있는 다른 모듈 내 에칭 또는 CMP 처리에 이어, 포토레지스트 패턴에서 실행된다. CD 측정이 상기 참조된 미국 특허 제 6,590, 656호(Xu 등)에서 설명된 바와 같이 격자(들)로부터 반사된 광선 의 스펙트럼을 분석함으로써 달성된다.
본 발명의 한 실시 예에 따라, 상기 스캐터미터 CD 마크 그리고 스캐터미터 오버레이 마크는 결합되어, fab가 웨이퍼 공간을 절약 할 수 있도록 하며, 그리고 상기 웨이퍼 스크라이브-라인에 아무런 영향을 주지 않고 더욱 큰 스캐터미터 오버레이 마크를 프린트 할 수 있도록 한다. 상기 결합된 마크는 스캐터미터 CD 표적으로 제 1 층으로서 구성되며 그리고 스캐터미터 오버레이 표적 패턴으로 상기 상부 층으로서 구성된다. 이와 같이 함으로써 제로 또는 최소의 추가 스크라이브 라인 공간이 스캐터미터 오버레이로 할당되도록 한다.
도 12는 본 발명의 한 실시 예에 따른 결합된 마크(1200)를 도시한 도면이다. 상기 결합된마크(1200)는 웨이퍼 생산 처리 내 각기 다른 단계에서 스캐터미터 CD 측정 및 스캐터미터 오버레이 측정 모두를 제공한다. 상기 결합된 마크(1200)는 적어도 두 개의 웨이퍼 층, 특히 제 1 층 L1 그리고 상기 상부층 L2에서 형성된다. 제 1 층 L1은 스캐터미터 CD/프로파일 표적(1202)을 포함하며 그리고 상기 상부 층 L2는 스캐터미터 오버레이 표적(1204)을 포함한다.
비록 여러 개의 층이 도면에 도시되어 있지만, 상기 스캐터미터 오버레이 표적(1204)은 상기 스캐터미터 CD 프로파일 표적(1202)위에 만들어진다. 상기 스캐터미터 CD/프로파일 표적(1202)은 L1 스캐터미터 CD 마크를 형성하며, 이는 상기 L1 패턴의 형성 또는 처리 후 CD를 결정하도록 측정될 수 있다. 상기 스캐터미터 오버레이 표적(1204)은 상기 스캐터미터 CD/프로파일 표적(1202)와 협력하여 L2-L1 스캐터미터 오버레이 마크를 형성하도록 하며, 이는 상기 L2 패턴(L1 패턴 형성 이후 에 만들어지는)의 형성 이후 상기 층들 사이 오버레이를 결정하기 위해 측정될 수 있다. 이 같은 방법은 L3-L2 스캐터미터 오버레이 마크 또는 표적 영역을 발생시키도록, 층 3 L3 패턴에 이어 층 2 L2 스캐터미터 CD/프로파일 표적(들)을 만들도록 반복될 수 있다.
상기 스캐터미터 CD/프로파일 표적(1202) 그리고 스캐터미터 오버레이 표적(1204)의 구성은 변경될 수 있다. 설명된 실시 예에서, L1 상에 배치된 상기 스캐터미터 CD/프로파일 표적(1202)은 제 1 방향으로 향하여진 제 1 격자(1206) 그리고 제 2 방향으로 향하여진 제 2 격자(1208)를 포함한다.
상기 제 1 방향은 제 2 방향에 직각일 수 있다. 일례로서, 상기 제 1 격자(1206)는 수직선을 포함하고, 제 2 격자(1208)는 수평선을 포함한다. 추가로, L2에 배치된 스캐터미터 오버레이 표적(1204)은 제 1 그룹의 격자(1210) 및 제 2 그룹의 격자(1212)를 포함한다. 제 1 및 제 2 그룹의 격자(1210, 1212) 모두는 하나 또는 두 개 이상의 격자(1214)를 포함한다. 상기 격자(1214)의 수는 변경될 수 있다. 한 실시 예에서, 제 1 및 제 2 그룹의 격자(1210, 1212) 모두는 4 개의 격자(1214)를 포함한다. 상기 제 1 그룹 격자(1210) 내 격자(1214A)는 제 1 방향으로 향하게 되며, 제 2 그룹 격자(1212)내 격자(1214B)는 제 2 방향으로 향하도록 된다.
일례로서, 제 1 그룹 격자(1210)내 격자(1214A)는 수직선을 포함하며, 제 2 그룹 격자(1212) 내 격자는 수평선을 포함한다.
L2-L1 오버레이 마크를 발생시키기 위해, 제 1 그룹의 격자(1210)가 상기 CD/프로파일 표적(1202) 제 1 그룹 격자(1206)위에 위치하며, 그리고 제 2 그룹의 격자(1212)가 상기 CD/프로파일 표적(1202) 제 2 그룹 격자(1208)위에 위치한다. 이는 유사한 방향의 라인들을 함께, 즉 수직 라인들은 수직 라인들과 함께, 그리고 수평 라인들은 수평라인들과 함께 격자들을 위치시킨다. 상기 제 1그룹의 격자(1210)들은 상기 CD/프로파일 격자(1202) 제 1 격자(1206)와 협동하고, 제 2 그룹의 격자(1212)들은 상기 CD/프로파일 격자(1202) 제 2 격자(1208)와 협동한다. 상기 층들 사이 정렬은 이들 협동 구조의 해당하는 라인들 사이에서 발생된 시프트에 의해 결정된다. 가령 상기 수직 라인들은 X 오버레이를 결정하도록 사용될 수 있으며, 수평 라인들은 Y 오버레이를 결정하도록 사용될 수 있다.
상기 CD 마크의 제 1 및 제 2 격자(1205, 1208)가 함께 도시되긴 하였으나, 이들은 따로 떨어져 위치하여 질 수도 있다. 따로 떨어져 위치하여 지는 때 상기 제 1 그룹의 격자(1210) 그리고 제 2 그룹의 격자(1212) 역시 따로 떨어져 위치하며, 즉 제 1 그룹의 격자(1210)는 제 1 격자(1206)와 함께, 그리고 제 2 그룹의 격자(1212)는 제 2 격자(1208)와 함께 간다.
오버레이와 CD 마크를 결합시키는 장점은 여러가지가 있다. 각기 다른 실시 예는 다음과 같은 장점들을 갖는다. 마크들을 결합시키는 한 가지 장점은 스캐터미터 오버레이 표적에 대한 추가의 웨이퍼 공간을 위한 필요를 줄이는 능력에 있다. 또 다른 장점은 만약 이들이 추가의 큰 스크라이브 라인 공간을 요구하지 않는다면 큰 스캐터미터 오버레이 표적이 허용될 수 있다는 것이다. 큰 스캐터미터 오버레이 표적은 광학적 디자인 또는 광학장치 생산을 더욱 쉽게 만들 수 있으며 작은 스캐 터미터 오버레이 표적에서 보다 더욱 좋은 스캐터미터 오버레이 성능을 제공할 수 있도록 한다.
스캐터미터 오버레이 및 CDSEM 의 조합
이 같은 실시 예의 목적은 전자 마이크로스코프로 반도체 웨이퍼에서의 임계 차원(CD-SEM) 측정 그리고 동일한 측정 시스템에서 스캐터미터를 사용하거나 로보트 웨이퍼 처리 시스템 적어도 일부를 공유하는 링크된 측정 시스템을 사용하여 오버레이 측정을 가능하도록 하는 것이다. 이와 같이 임계 차원 그리고 오버레이를 공통으로 측정하는 방법은 분리된 측정 시스템을 조정하고 동작시킬 것을 필요로한다. 분리된 측정 시스템에서 임계 차원 그리고 오버레리를 측정하는 방법의 한 가지 단점은 분리된 도량형학 도구에서의 분리된 동작들을 조정하고 실행하는 데 필요한 추가의 시간이 요구된다는 것이다. 또 다른 단점은 공통 부품의 중복과 그에 관련된 비용이 든다는 것이다.
이들 단점들을 극복하기 위해, 스캐터미터 오버레이 및 CDSEM을 결합시키는 도량형학 시스템이 제공된다. 한 실시 예에서, 스캐터미터 오버레이 측정(SCOL) 시스템은 CDSEM 시스템과 통합되어 상기 CDSEM 및 SCOL 시스템이 로보트 웨이퍼 처리 시스템 및/또는 데이터 시스템 적어도 일부를 공유하도록 한다. 선택적으로, 상기 CDSEM 및 스캐터미터 오버레이 시스템은 독립된 동작을 가능하게 하는 분리 시스템일 수 있으며, 그러나 이들이 로보트 웨이퍼 처리 시스템의 적어도 일부를 공유하도록 연결된다.
동작시에, 웨이퍼, 웨이퍼 그룹, 또는 멀티플 웨이퍼 배치가 결합된 도량형 학 시스템에 사용할 수 있도록 된 상기 로보트 웨이퍼 처리 시스템으로 상기 웨이퍼 컨테이너를 적재함에 의해, 상기 결합된 도량형학 시스템으로 안내될 수 있다.
측정 방법은 모든 또는 일부의 웨이퍼에서 CDSEM 측정을 명시하고 그리고 일부 또는 모든 웨이퍼에서 스캐터미터 오버레이 측정을 명시하여 선택될 수 있다. 상기 CESEM 측정 및 SCOL 측정은 하나 또는 두 개 이상의 방법으로 명시될 수 있으며 분리된 방법으로 명시될 수 있기도 하다. 상기 CDSEM 및 SCOL 측정은 동일한 웨어퍼 또는 각기 다른 웨이퍼에서 혹은 동일한 웨이퍼 일부와 각기 다른 웨이퍼 일부에서 실시될 수 있다. 상기 CDSEM 및 SCOL 시스템은 병렬로 또는 직렬로 동작될 수 있다.
결합된 도량형학 시스템 한 예는 KLA-Tencor of San Jose, CA.에서 구입될 수 있는 CD-SEM 안쪽 스캐터미터 오버레이 측정을 가능하게 하는 스캐터미터 시스템(스펙트럼 스코프 엘립소미터, 스펙트럼 스코프 편광 반사 미터, 또는 +/-1 차원 회절 스캐터미터와 같은)을 통합하는 것이다. 결합된 도량형학 시스템의 또 다른 예는 스캐터미터 오버레이 시스템, KLA-Tencor of San Jose, CA.에서 구입될 수 있는 CDSEM, 로보트 처리기, 그리고 웨이퍼 조정 시스템으로 구성된 링크 시스템일 수 있다. 공장 자동화 및/또는 공장 정보 및/또는 공장 처리 제어 시스템으로의 통신은 분리된 통신 또는 자동화 시스템을 통해 가능해지거나 적어도 부분적으로 또는 완전히 공유되어질 수 있다.
상기 결합된 CDSEM 및 SCOL 도량형학 시스템의 한 장점은 상기 CDSEM 및 스캐터미터 오버레이 측정을 조정하고 수행하는 데 필요한 전체 시간을 줄인다는 것 이다. 적어도 하나의 대기 행렬 지연 시간이 제거될 수 있다. CDSEM 및 오버레이 측정을 병렬로 수행하는 것은 분리된 측정 작업을 위해 필요한 시간의 적어도 일부를 절약할 수 있다.
도 13A-13D는 본 발명의 여러 실시에 따라 결합된 도량형학 도구(1300)의 변경을 도시한 것이다. 모든 도면에서, 상기 결합된 도량형학 도구(1300)는 로보트 웨이퍼 처리 시스템(1302), 임계 차원 스캐닝 전자 마이크로 스코프(CD-SEM)(1304), 스캐터미터 오버레이(SCOL) 측정 장치(1306), 웨이퍼 적재 위치A(1308) 그리고 웨이퍼 적재 위치 B(1310)을 포함한다.
상기 로보트 웨이퍼 처리 시스템(1302)은 상기 CD-SEM(1304) 및 SCOL 측정 장치(1306)로 또는 이들로부터, 그리고 웨이퍼 적재 위치 A 및 B로 또는 이들로부터 웨이퍼를 이동시키도록 구성된다. 상기 임계 차원 스캐닝 마이크로 스코프(1304)는 가령 선폭, 상측 선폭, 직경(via diameter), 측벽 각 그리고 프로파일을 포함하는 임계 차원을 측정하도록 구성된다. 상기 스캐터미터 오버레이 측정 장치(1306)는 상기 웨이퍼에 배치된 두 층들 사이 오버레이를 측정하도록 구성된다. 상기 웨이퍼 적재 위치 A 및 웨이퍼 적재 위치B는 하나 또는 둘 이상의 웨이퍼를 보유하도록 구성된다. 대부분의 경우, 이들은 다수의 웨이퍼를 보유한다. 상기 웨이퍼들은 같은 종류 또는 다른 종류들로 구성될 수 있다.
도 13A 및 D에서, 상기 CD-SEM(1304) 및 상기 SCOL 측정 장치(1306)가 로보트 웨이퍼 처리 시스템(1302)를 통해 일체로 되는 분리된 시스템이다. 도 13B에서, 상기 SCOL 측정 장치(1306)는 상기 CDSEM(1304)내로 통합된다. 도 13C에서, 상기 SCOL 측정 장치(1306)가 로보트 웨이퍼 처리 시스템(1302)과 통합된다.
한 동작에서, 상기 웨이퍼 적재 위치 A 및/또는 B로부터의 웨이퍼 일부는 상기 CD-SEM에서 측정된 임계 차원을 가지며, 다음에 상기 스캐터미터 오버레이 측정 장치에서 측정된 오버레이를 갖는다. 상기 웨이퍼는 상기 시스템으로부터 제거되지 않고 처리될 수 있으며, 즉 웨이퍼 처리 및 그와 관련된 처리율 문제가 줄어든다. 또 다른 동작에서, 웨이퍼 적재 위치 A 및/또는 B로부터의 웨이퍼 일부가 상기 CDSEM 에서 측정된 임계 차원을 가지며, 웨이퍼 적재 위치 A 및/또는 B로부터의 다른 웨이퍼는 SCOL 측정 장치에서 측정된 오버레이를 갖는다. 이들 동작 중 일부 동작에서는 상기 CDSEM 및 SCOL 측정 장치가 독립적으로 그리고 동시에 처리된다.
도 14는 본 발명의 한 실시 예에 따른 결합된 도량형학 도구를 사용하는 흐름도(1400)를 도시한 도면이다. 상기 방법은 한 그룹의 웨이퍼가 상기 도량형학 도구에 의해 수용되는 단계(1402)를 포함한다. 일례로서, 상기 웨이퍼들은 도 13에서 위치A에 위치한 웨이퍼 종류일 수 있다.
단계(1402) 다음, 상기 처리 흐름(1400)은 단계(1404)로 진행되며, 여기서 한 그룹의 웨이퍼로부터 한 웨이퍼의 임계 차원이 측정된다. 일례로서, 상기 임계 차원 측정은 도 13에서 도시된 CDSEM 과 같은 CDSEM에 의해 수행될 수 있다. 상기 처리 흐름(1400)은 또한 단계(1406)으로 진행되며, 여기서 상기 웨이퍼 그룹으로부터의 웨이퍼 오버레이가 도 13에서 도시된 바와 같은 SCOL 측정 장치에 의해 수행된다. 단계(1404, 1406)는 각기 다른 웨이퍼에서 동시에 수행될 수 있다. 상기 단계(1404, 1406)는 가령 CD에서 오버레이로 또는 오버레이에서 CD로와 같이 일정 동 작 순서로 동일한 웨이퍼에서 수행될 수 있다. 상기 웨이퍼의 이동은 가령 도 13에서 도시된 로보트 시스템에 의해 수행될 수 있다. 모든 측정이 수행된 때, 상기 처리 흐름이 단계(1408)로 진행되며, 여기서 상기 웨이퍼 그룹이 상기 도량형학 도구로부터 릴리이스된다.
스캐터미터 오버레이 및 다른 도량형학 또는 조사 방법의 컴비네이션
스캐터미터 오버레이는 스캐터미터 프로파일 또는 스캐터미터 임계 차원 시스템 또는 다른 스캐터미터 도량형학 또는 조사 시스템과 결합될 수 있다. 스캐터미터 오버레이는 가령 리소그래프 레지스트 처리 도구(레지스트 트랙으로도 알려짐)와 같은 반도체 처리 도구와 일체로 될 수 있다. 처리 시스템과의 도량형학 시스템 통합 그리고 도량형학 시스템의 조합이
(1) "METHOD AND SYSTEMS FOR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL"라는 명칭으로 Lakkapragada,Suresh 등에 의해 2001년 5월 4일 특허 출원된 미국 특허원 제 09/849,622호; 그리고
(2) "METHODS AND SYSTEMS FOR DETERMINING CRITICAL DIMENSION AND A THIN FILM CHARACTERISTIC OF A SPECIMAN"라는 명칭으로 Nikoonahad 등에 의해 2003년 10월 14일 특허된 미국 특허 제 6,633, 831호에서 설명된다.
연속된 가변 오프셋 마크 및 오버레이를 결정하기 위한 방법
다음은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 연속 가변 오프셋 마크 그리고 이 같은 종류의 마크로부터 오버레이 정보를 추출하기 위해 사용된 다양한 기술에 대한 설명이다. 이 같은 연속 가변 마크는 오버레이된 주기적 구조를 포함하는 단일 마크이며, 위치의 함수로서 변하는 오프셋을 갖는다. 일례로서, 상기 주기적 구조는 피치와 같은 격자 특성을 갖는 각기 다른 값을 갖는 격자에 해당할 수 있다. 피치에서의 작은 차이가 상기 마크 중심에서 가장자리까지 변경되는 오프셋을 발생시킨다.
연속하여 가변하는 오프셋 마크를 사용하는 방법이 연속하여 가변하는 오프셋 마크를 대칭 중심을 결정하고 그리고 이를 상기 마크의 기하학적 중심과 비교함을 포함한다. 제로 오버레이가 있다면(가령 두 층 사이 오 정렬), 대칭의 중심이 마크의 기하학적 중심으로부터 이동된다. 상기 마크와 관련하여 사전에 정해진 이득 계수와 결부한 이동이 사용되어 상기 유도된 오버레이 에러를 계산하도록 한다.
연속 가변의 오프셋 마크 실시 예가 도 15-24와 관련하여 하기에서 설명된다.
도 15는 본 발명의 한 실시 예에 따라 오버레이 에러를 결정하는 한 방법(1500)을 설명하는 흐름도이다. 상기 오버레이 방법(1500)은 적어도 하나의 표적이 제공되는 블록(1502)에서 시작된다. 상기 오버레이 표적은 적어도 제 1 의 주기적 구조 그리고 제 2의 주기적 구조를 포함한다. 상기 주기적 구조는 1 차원 주기적 구조(X 또는 Y로 측정가능)일 수 있으며 또는 이들은 2 차원 주기적 구조(X 및 Y 모두로 측정가능) 일 수 있다. 상기 제 1 주기적 구조는 기판의 제 1 층에 위치할 수 있으며 제 2 주기적 구조는 기판의 제 2 층에 위치할 수 있다.
대부분의 경우, 상기 주기적 구조는 다양한 층들(겹쳐 놓인)내에서 서로 위아래로 직접 위치하여 진다. 사실, 상기 오버레이 표적은 주기적 구조 오버레이 표 적에서 주기적 구조로 참조될 수 있으며, 특히 격자 오버레이 표적에서 격자로서 참조될 수 있다.
상기 주기적 구조는 가령 선폭, 피치, 간격, CD, 회전 등을 포함하는 많은 특징 또는 어트리뷰트를 갖는다. 오버레이 표적 내 상기 주기적 구조는 한 특정 오버레이 어트리뷰트를 제외하고 대부분 유사하도록 디자인된다. 상기 특정 어트리뷰트와 관련하여, 상기 오버레이 표적 내 주기적 구조 각각은 그 같은 특정 어트리뷰트에 대하여 각기 다른 값을 갖도록 구성된다. 상기 특정 어트리뷰트는 가령 상기에서 언급된 어느 하나에 해당한다. 한 실시 예에서, 상기 특정 어트리뷰트는 피치에 해당한다. 본원 명세서에서 사용된 바와 같이, 피치는 주기적 구조가 불변인 최소의 이동이다. 또 다른 실시 예에서, 상기 특정 어트리뷰트는 회전에 해당한다. 이들 어트리뷰트는 특히 잘 작용하는 것으로 발견되었다.
상기 값들과 관련하여, 상기 상측 주기적 구조는 하측 주기적 구조에서 보다 크거나 작은 값을 갖는다. 어느 한 경우, 그 차이 값을 작게 유지시키는 것이 바람직하다. 그 차이는 10%이하, 특히 5% 이하일 수 있으며, 1 % 또는 그 이하 일 수 있기도 하다. 한 실시 예에서, 상기 차이는 0.01% 내지 10% 사이이다. 또 다른 실시 예에서 상기 차이는 0.10% 내지 약 5%이다. 또 다른 실시 예에서, 상기 차이는 약0.10% 내지 0.99%사이 이다.
이들 범위 그리고 수치들은 특히 잘 작용하는 것으로 밝혀졌다.
피치가 마이크로 리소그래프 처리의 가장 정확히 제어된 파라미터 중 한 파라미터이기 때문에, 0.01 % 만큼 작은 피치 차이를 갖는 연속 가변 오프셋 마크는 쉽게 도달 될 수 있다.
정확도를 최대로 하기 위해 웨이퍼에서 가장자리 위치를 제어하기 위한 공지의 OPC 방법이 이미 존재한다. 해상도 증진 기술로서 알려진 이 같은 기술은 웨이퍼에서 서브-해상도인, 특징 부 가장 자리를 따라 부분적인 충격 계수 특징들로 구성된 라인을 사용한다. 이 같은 기술은 상대적으로 높은 정확도 피치 제어를 갖는 레티클 제조를 허용하도록 한다. 유사한 기술이 약 밀리 라디안의 작은 각도 차를 발생시키기 위해 회전을 위해 사용될 수 있다.
상기 주기적 구조에 대한 선택된 어트리뷰트 값 작은 차는 상기 오버레이 표적에 대한 사전에 선택된 이득 계수를 발생시키도록 구성될 수 있다.
상기 이득 계수는 가령 상기 값들 차로 상기 값들 중 한 값을 나눔으로써, 특히 상기 값들 차로 하측 주기적 구조의 차를 나눔으로써 계산될 수 있다. 선택적으로, 상기 이득 계수는 제 1 및 제 2 값들을 평균 냄으로써 그리고 상기 제 1 및 제 2 값들 차로 상기 평균을 나눔으로써 계산될 수 있다.
일례로서, 상기 이득 계수에 대한 식이 하기에서 설명된다:
이득 계수= Vl/ (VI-V2)
여기서
V1= 상기 어트리뷰트의 제 1 값; 그리고
V2= 상기 어트리뷰트의 제 2 값.
상기 어트리뷰트가 피치이고 제 1 주기적 구조에 대한 상기 피치가 400 nm 이며 그리고 제 2 부기적 구조에 대한 상기 피치가 404 nm(1.0% 차)이라 하자. 이때 이득은 다음과 같이 계산된다:
이득 계수= 400/ (400-404) = 100
상기 차의 크기 그리고 따라서 상기 이득 계수의 크기는 다이나믹 레인지(dynamic range) 및 민감도와 같은 다양한 것들에 의해 결정된다. 다이나믹 레인지는 유도된 오버레이 레인지이며 그와 같은 레인지에서 측정이 정확히 수행될 수 있는 것이다.
반면에, 민감도는 그와 같은 기술에 의해 탐지될 수 있는 최소 유도 오버레이이다. 다이나믹 레인지와 민감도 사이에서는 트레이드 오프가 있다.
큰 다이나믹 레인지가 필요한 것으로 알려져 있고, 상기 주기적 구조 값들 차가 커야 하며(이득 계수는 더욱 작은), 양호한 민감도가 필요하다면, 상기 주기적 구조 값들 차는 더욱 작아야 한다(큰 이득 계수).
블록(1502) 다음에는, 상기 방법이 블록(1504)으로 진행되며, 여기서 광학적 데이터의 공간 배열이 상기 오버레이 표적을 위해 얻어진다. 공간 배열이란, 상기 표적에서의 공간 좌표 함수로서 상기 광학 데이터가 한 세트의 데이터 포인터임을 의미하는 것이다. 즉, 상기 광학적 데이터는 각각 상기 표적을 따라 있는 물리적 공간 포인트와 관련된 다수의 데이터 포인트를 포함한다. 한 예에서, 상기 광학적 데이터는 상기 오버레이 표적의 측정 가능 엘리먼트를 가로지르는 축을 따라 공간적으로 가변적인 다수의 데이터 포인트를 포함한다. 1D 격자의 경우, 상기 축은 상기 격자의 라인들에 직각으로 놓인다. 2D 주기적 구조의 경우, 상기 주기적 구조 각 방향에 하나씩 멀티플 축이 사용될 수 있다. 어느 경우에서나, 상기 광학적 데 이터 포인트는 상기 오버레이 표적의 길이를 가로질러 각기 다른 위치에 놓여진다.
상기 광학적 데이터는 단일의 광학적 측정(가령, 이미지)으로 수집되거나, 한 축을 따라 공간적으로 그리고 순서적으로 다수의 광학적 측정을 수행하여(가령 스캐닝 또는 스텝 및 반복을 통하여) 수집될 수 있다. 가령, 이미징에서, 상기 표적을 따라 모든 공간적으로 종속적인 데이터가 동시에 손에 넣어진다. 가령 스캐닝시에, 상기 표적을 따라 공간적으로 종속적인 데이터 포인터들이 점증적으로 수집된다.
광학적 데이터 그리고 상기 광학적 데이터가 얻어지는 방법은 다양할 수 있다. 일례로서, 상기 광학적 데이터는 스펙트럼, 백색 반사 세기, 각도 분해 스캐터미터 신호, 스펙트럼 스코프 엘립소미터 신호, 기타 다른 평광 종속 신호 등등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학적 데이터는 이미징 스캐터미터, 스펙트럼 스코프 엘립소미터, 각도 스캐터미터, 등등을 통해 얻어질 수 있다. 이들 기술의 한 장점(한 이미지의 스펙트럼 스코프 특성)은 콘트라스트 에서의 상당한 향상, 따라서 유닛 표적 영역 마다 정보 내용의 상당한 향상이 달성될 수 있다는 것이다.
한 실시 예에서, 상기 광학적 데이터는 이미징 또는 스캐닝 메커니즘을 사용하여 병렬 습득 및 처리 스캐터미터를 수행하여 얻어질 수 있다. 이들 기술은 향상된 측정 속도의 장점을 가지며 그리고 많은 선택들이 표적 크기를 줄일 수 있도록 한다. 한 실시 예에서, 상기 표적은 일정한 속도 프로파일 또는 다른 속도 프로파일로 독립된 표적 습득을 대신하여 스캔된다. 이는 상기 광학장치 또는 웨이퍼를 이동시키어 달성될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 상기 광학적 데이터는 2 차원 CCD를 사용하여 이미징 스펙트럼 스코프 스캐터미터(반사 미터)를 수행하고, 그리고 특정 정보에 대하여는 한 축을 할당하고 그리고 단일 공간 차원에 대하여는 다른 한 축을 할당하여 얻어질 수 있다. 가령, 원통형 렌즈 조명을 사용함으로써, CCD 상의 조명된 영역에 대한 디스퍼스된 라인 이미지를 발생시키도록 격자 또는 프리즘 스펙트럼 미터를 사용한다.
또 다른 실시 예에서, 상기 광학적 데이터는 두 축이 공간 차원을 할당 받는 2 차원 CCD를 사용하여 이미징 스펙트럼 스코프 스캐터미터(반사 미터)를 수행함으로써 얻어질 수 있다. 가령, 상기 스펙트럼 차원은 일시적 도메인을 할당 받는다. 특히, 한 이미지가 한 광선 스플리터에서 그리고 한 시간 도메인에서 두 개의 파 프런트로 나뉘어지는 푸리에 변환 간섭계 미터의 경우에서처럼, 연속적으로 또는 이산적으로 가변의 경로 차가 이들 사이에 삽입된다. 다음에 각 픽셀에서 시간 종속 신호의 푸레에 변환이 상기 이미지 내 그와 같은 포인트에서 상기 스펙트럼이 된다. 이 같은 경우, 상기 차이 분석이 상기 정보를 특별한 도메인으로 변환시키지 않고 푸리에 또는 광학적 결로 차 (시간) 도메인에서 수행될 수 있다. 이는 가령 Michelson 또는 Sagnac 간섭계를 사용하여 달성될 수 있다.
비록 광학적 데이터의 공간 배열을 얻기 위한 여러 실시 예가 설명되었으나, 광학적 데이터의 공간 배열을 얻기 위해 본원 명세서에서 설명된 바의 다른 어느 기술도 사용될 수 있다.
블록(1504) 다음에, 상기 방법은 블록(1506)으로 진행되며, 여기서 상기 오버레이 표적 대칭 중심이 상기 공간 데이터의 공간 종속을 사용하여 결정된다(상기 공간 데이터는 상기 공간 도메인으로 변환된다.) 상기 대칭의 중심은 그 주위에서 상기 관찰된 구조가 반사에 불변인 포인트이다. 즉 상기 포인터는 상기 광학적 데이터가 포인터의 양 측면에서 동일한 것이다. 오버레이가 제로인 때, 상기 대칭의 중심은 상기 표적의 기하학적 중심과 일치한다. 오버레이가 제로가 아닌때, 상기 대칭의 중심은 상기 표적의 기하학적 중심이 아닌 곳에 있다.
많은 알고리즘이 사용되어 상기 광학적 데이터의 공간 어레이로부터 대칭 중심을 결정하도록 할 수 있다.
한 실시 예에서, 자체 상호관계가 사용되어 상기 대칭의 중심을 결정하도록 할 수 있다. 자체 상호관계에서, 데이터의 어레이는 리버스 오더로 반복되며, 그리고 상기 자원 데이터와 관련하여 시프트된다. 상기 두 데이터 어레이 사이 상기 상호 관계 함수는 시프트 위치 각각에 대하여 다수의 공지의 상호관계 매트릭스 어는 것이든 사용하여 계산된다. 상기 상호관계는 시프트의 함수로서 플롯되며, 그리고 상기 상호관계 함수의 최대는 최대 자체 상호관계, 즉 대칭의 중심의 위치이다.
또 다른 실시 예에서, 상기 대칭 중심은 널(null) 포인트에 의해 결정된다. 이 같은 방법에서, 스펙트럼 어레이가 얻어진다. 상기 스펙트럼 어레이는 상기 격자를 따라 각기 다른 포인트로부터의 일련의 스펙트럼이다. 이는 가령 스캐터미터를 사용하여 오버레이 표적을 측정함으로써 달성된다. 다음에 오버레이 에러가 존재하는 가에 대한 결정이 있게 된다. 이는 상기 격자 가장자리들로부터의 등거리 포인트들 에서 측정된 스펙트럼들 사이 차이를 분석함으로써 달성된다. 제로 오버레이의 경우, 상기 차이 스펙트럼은 전체 스펙트럼 범위에서 제로 이어야 한다. 오버레이 에러가 존재한다면, 등거리 포인트들로부터의 차이 스펙트럼은 제로가 아니어야 한다. 만약 제로가 아니라면, 상기 스펙트럼 어레이에 대하여 널 포인트가 결정된다. 만약 상기 오버레이가 제로이라면, 상기 중심으로부터의 등거리 포인트들은 같아지며, 제로가 아니라면 그 같은 포인트로부터 등거리가 될 상이한 중심선(centerline)이 있게 될 것이다. 이 같은 포인트가 널 포인트이다.
상기 널 포인트는 상기 중심 포인트를 이동시키거나 스펙트럼 어레이 포인트를 접고 그리고 상기 실제 및 이동된 스펙트럼 어레이 중심 포인트들로부터의 등거리 포인트들에서 측정된 스펙트럼들 사이 차이를 분석하여 발견될 수 있다. 상기 널 포인트는 전체 스펙트럼 범위에서 제로인(스펙트럼이 상기 포인트 두 측면 모두에서 동일하며 따라서 상기 차이 스펙트럼은 제로이다) 차이 스펙트럼을 발생시키는 중심 포인트이다. 상기 널 포인트는 특정한 공간 위치, 즉 대칭 중심과 관련된다.
상기 널 포인트를 결정하기 위한 한 선택적 방법은 상기 주기적 구조에서 위치의 함수로서, 전 파장 또는 선택된 스펙트럼 대역에서 차이 스펙트럼 크기를 플롯으로 하는 것이다. 이는 제로를 통과하는 원만한 가변 함수를 발생시킨다. 상기 제로 포인트는 상기에서 설명된 널 포인트이다.
블록(1506) 다음에는, 상기 방법이 블록(1508)으로 진행되며, 여기서 대칭 중심과 상기 오버레이 표적 기하학적 중심 사이 거리 X 가 계산된다. 상기 오버레 이 표적의 기하학적 중심은 디자인 상으로 상기 오버레이 표적의 물리적 중심이다. 가령, 상기 오버레이 표적이 20 마이크로이라면, 그러면 상기 오버레이 표적의 기하학적 중심은 10 마이크론이다.
일례로서, 상기 오버레이 표적의 기하학적 중심이 10 마이크론이고 상기 대칭 중심은 11 마이크론에서 발견된다고 보자. 상기 X 는 다음과 같이 계산될 것이다.
X = 11-10 = 1 마이크론
블록(1508) 다음에는, 상기 방법이 블록(1510)으로 진행되며, 여기서 상기 오버레이 에러가 상기 거리X를 오버레이 표적의 이득 계수로 나눔으로써 결정된다. 오버레이 에러를 계산하기 위한 식은 다음과 같다.
Figure 112006067256512-pct00001
여기서,
OVLerror = 두 층사이의 오정렬 크기
X = 표적의 대칭 중심과 기하학적 중심 사이 거리
V1 = 제 1 어트리뷰트의 크기
V2 = 제 2 어트리뷰트 의 크기
상기 실시 예로 돌아가서, 상기 오버레이 에러는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112006067256512-pct00002
본 발명은 실시 예 각각에서, 두 층의 반도체 웨이퍼에서 형성된 주기적 구조들로 구성되어 이들 두 층의 반도체 장치 사이에서 오버레이 정보를 제공하도록 한다. 상기 주기적 구조들은 반도체 제조 과정 중 웨이퍼 어느 층에서도 형성될 수 있다. 가령, 상기 주기적 구조들은 포토레지스트 층, 유전 층 또는 금속 층에서 형성될 수 있다.
상기 주기적 구조들의 크기 및 위치는 변경될 수 있다. 어떤 경우, 주기적 구조들의 특징 크기 및 피치는 시험 중인 층에 형성된 패턴 단계 임계적 장치 특징들과 같다. 즉, 상기 특징들의 차원은 상기 회로 패턴들의 특징들에 비유된다. 또한, 상기 주기적 구조들은 상기 회로 패턴 자체, 또는 선택적으로 회로 패턴 가장자리 주위에 위치하여 진다.
본 발명에 따라, 상기 오버레이 표적은 두 층이 적절히 정렬되는 때 상기 오버레이 표적의 대칭 중심은 상기 오버레이 표적의 기하학적 중심에 해당하며, 이와는 반대로 상기 두 층이 적절히 정렬되지 않은 때는 상기 오버레이 표적의 대칭 중심은 상기 오버레이 표적의 기하학적 중심으로 이동된다.
도 16은 본 발명의 한 실시 예에 따라 일차원 오버레이 표적(1600)을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 표적(1600)은 제 1 층에 위치한 제 1 격자(1602) 그리고 제 2 층에 위치한 제 2 격자(1604)를 포함한다. 또한, 상기 격자(1602, 1604) 각각은 다수의 이격되어 있는 평행한 라인들(1606)을 포함한다.
비록 두 개의 격자가 서로 이웃하여 도시되지만, 상기 오버레이 표적을 더욱 잘 설명하기 위함에 불과한 것이다. 대부분의 경우, 제 1 격자는 상기 제 2 격자 위에 직접 위치하며 이에 의해 도 17-20에서 도시된 바와 같은 격자 구조로 격자를 형성시킨다. 즉, 상기 격자들은 서로의 위에 놓이게 되어 제로 오버레이의 경우 이들의 대칭 축이 일치하도록 한다.
또한, 비록 상기 라인들이 수평 라인들로 도시되어 있으나(Y 방향으로는 나란히 수직의 방향으로 놓이는 것), 상기 라인들은 수직 라인들 일 수 있기도 하다(X 방향으로는 나란히 수평의 방향으로 놓이는 것).
상기 설명된 구성은 Y 방향으로 오버레이 에러를 결정하도록 사용되며, 상기 선택적 구성(90도가 회전된)은 X 방향으로 오버레이를 결정하도록 사용된다. 대부분의 경우, 두 구성 구성 모두는 한 기판에 위치하여 오버레이 에러가 멀티플 방향으로 결정될 수 있도록 한다.
본 발명에 따라 이득 계수를 발생시키기 위해, 제 1 격자(1602)가 격자 특성의 제 1 값으로 구성되며, 제 2 격자(1604)는 동일한 격자 특성의 제 2 값으로 구성된다. 상기 격자 특성은 가령 피치 또는 회전에 해당하는 것이다. 상기 제 1 격자(1602)의 값은 상기 제 2 격자(1604) 값 보다 크거나 작도록 만들어 질 수 있다(혹은 그 반대). 상기 제 1 값과 제 2 값 사이 차는 작게 유지되는 것이 바람직하다. 상기 작은 차는 상기 격자의 어느 한 단부(end)에서 효과적인 오프셋을 발생시킬 것이며, 이는 상기 격자의 중심에 접근하는 때 줄어든다.
상기 차이는 10% 이하 일 수 있으며, 5% 이하이거나, 특히 1.0 % 이거나 그 이하 일 수 있기도 한다. 한 실시 예에서, 상기 차는 0.01% 와 10% 사이이다. 또 다른 실시 예에서, 상기 차는 0.10% 와 0.99% 사이이다. 본 발명의 한 특정 실시 예에서, 상기 차는 약 1%이다.
도 17-20과 관련하여, 상기 오버레이 표적(1600)에 대한 여러 실시 예가 설명될 것이다. 도 17A 및 17B는 평면도이고 도 18A 및 18B는 제 1 격자(1602)가 제 2 격자(1604)위에 위치하는 때 상기 오버레이 표적의 측면도이다. 도 17A 및 18A는 이들이 완벽하게 정렬되어 있는 때 두 격자 구조를 도시하며, 도 17B 및 도 18B는 이들 이 완전히 정렬에서 벗어나는 때, 즉 두 층 사이에 오버레이 에러가 있는 때 두 격자 구조를 도시한다. 이 같은 특정 설명 실시 예에서, 상기 격자 특징은 피치에 해당하는 것이다. 상기 제 1 격자(1602)의 피치는 제 2 격자(1604)의 피치보다 크게 만들어진다. 상기 제 1 격자(1602)의 피치는 가령 제 2 격자(1604) 피치 보다 1.0% 크게 될 수 있다. 이 같은 차의 결과, 상기 하측 및 상측 격자(1062, 1064) 사이 오프셋은 위치의 함수로서 연속하여 변경된다.
도 19A 및 19B는 제 1 격자가 제 2 격자 위에 위치하는 때 상기 오버레이 표적의 예시적 평면도이며 도 20A 및 20B는 측면도이다. 도 19A 및 20A는 이들이 완전히 정렬되어 있는 때 두 격자 구조를 도시하며, 도 19B및 20B는 이들이 정렬에서 벗어나는 때, 즉 오버레이 에러가 있는 때 두 격자 구조를 도시한다.
이 같은 특정 실시 예에서, 상기 격자 특성은 피치에 해당하는 것이다 상기 도시된 실시 예와 달리, 제 1 격자(1602)의 피치는 제 2 격자(1604) 피치보다 더욱 작게 만들어진다. 상기 제 1 격자의 피치는 가령 제 2 격자 피치(1604) 보다 1.0% 가 작다. 이 같은 차 결과로, 상기 하측 및 상측 격자(1602, 1604) 사이 오프셋은 위치의 함수로 연속하여 변경된다.
도 21은 본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따른 일차원 오버레이 표적(1620)의 도면이다. 상기 오버레이 표적(1620)은 제 1 층이 단일의 격자가 아닌 한 쌍의 격자(1602A 및 1602B)를 포함하는 것을 제외하고는 상기 설명된 오버레이 표적(1600)보다 작다. 처리 중에 상기 격자 쌍(1602A 및 1602B)은 공간적으로 떨어져 있으며 나란히 위치하여 진다. 또한, 상기 격자 쌍(1602A 및 1602B)은 이들이 상기 격자 특징에 대한 각기 다른 값들을 갖는다는 것을 제외하고는 대부분의 경우 작다. 상기 격자(1602A) 하나는 제 2 격자((1604) 보다 큰 값을 갖도록 구성되며, 다른 한 격자(1602B)는 제 2 격자(1604) 보다 작은 값을 갖도록 구성된다. 일례로서, 좌측 격자(1602A)는 제 2 격자((1604) 피치보다 1.0% 큰 피치를 갖도록 구성되며, 우측 격자(1602B)는 제 2 격자(1604) 피치보다 보다 1.0% 작은 피치를 갖도록 구성된다(혹은 그 반대).
트윈 격자 접근의 한 장점은 상기 오버레이 표적의 기하학적 중심을 결정하기 위한 필요를 경감시킨다는 것이다. 상기 트윈 격자 방법에서, 상측 격자는 상기 오버레이 에러 함수로 반대 방향으로 이동한다. 따라서, 오버레이 에러를 결정하기 위해, 상기 격자 각각에 대한 대칭 중심이 발견되며, 그 다음에 상기 대칭 중심 사이 거리Y(좌측과 우측 격자 사이 상대적인 오프셋)가 계산된다. 상기 거리 Y는 2로 나뉘어지며 그 결과가 이득 계수로 나뉘어 져서 상기 오버레이 에러를 결정하도록 한다. 상기 트윈 격자 방법을 사용하는 때, 오버레이 에러를 계산하기 위한 삭은 다음과 같다:
Figure 112006067256512-pct00003
여기서,
OVLerror = 두 층 사이 오 정렬 크기
Y = 좌측 및 우측 격자 에 의해 발생된 표적 쌍에 대한 대칭 중심 사이 거리
Vl= 제 1 어트리뷰트 크기
V2= 제 2 어트리뷰트 크기
상기 트윈 격자 방법의 또 다른 장점은 그것이 스펙트럼 포인트들 사이 거리를 줄이며, 상기 차 스펙트럼에서의 공간 종속 처리 변경의 영향을 줄인다는 것이다.
상기 트윈 격자 방법의 한 실시 예에서, 상기 두 개의 격자가 두 광선 스펙트럼 미터에 의해 스캔될 수 있으며, 혹은 상기 트윈 격자 표적에 대한 측정 중에 이차원 스펙트럼 이미저(imager)에 의해 공간적으로 이미지 될 수 있다. 상기 스캐닝의 경우, 상기 차이 스펙트럼이 인접한 포인트들 사이에서 얻어지며, 그 것이 동시에 얻어지기 때문에 공통 모드 리젝션이 가능해 질 수 있다. 이 같은 경우, 상기 오버레이 계산은 상기에서 설명된 제로 크로싱 포인트(널 포인트)에서처럼 진행되지만, 상기 차 스펙트럼은 나란히 놓인 포인트로부터 얻어진다.
트윈 격자 방법의 또 다른 실시 예에서, 상기 인접한 표적은 단일 파장 균일 한 파면(wavefront)으로 조명된다; 경로 차 삽입 기술에 의해 반사된 한 파면에서의 광학적 위상 역전이 유도된다; 그리고 상기 두 파면은 단일 탐지기에서 또는 탐지기 배열에서 중첩된다. 제로 오버레이의 경우, 재 결합되는 때 이는 한 널 신호를 제공하여야 한다. 선택적으로, 인접한 표적이 임의 위상 이동 파면으로 조명되면, 재 결합되는 때, 이들은 제로 오버레이의 경우 특별히 구조된 신호를 제공하여야 한다.
도 22A 및 22B는 본 발명의 한 실시 예에 따른 이차원 오버레이 표적(1640) 도면이다. 상기에서 도시된 일차원 오버레이 표적과 달리, 상기 이차원 오버레이 표적(1640)은 가령 X 및 Y 와 같은 멀티플 방향으로 오버레이 정보를 발생시키도록 구성된다. 상기 이차원 오버레이 표적(1640)은 제 1 층에 위치한 제 1 주기적 구조(642) 그리고 제 2 층에 위치한 제 2 주기적 구조(1644)를 를 포함한다. 제 22A는 두 개의 주기적 구조가 정렬에서 벗어나는 때, 즉 한 오버레이 에러가 있는 때 이들 구조를 도시한다.
상기 주기적 구조(1642, 1644) 각각은 X 및 Y 방향 모두로 주기적이다. 도시된 바와 같이, 상기 주기적 구조(1642, 1644)는 공간이 떨어져 있으며 행렬로 위치하여 지는 서브 엘리먼트(1646) 배열로 나뉘어진다. 상기에서 설명된 1-D 표적과 같이, 상기 주기적 구조(1642, 1644)는 상기 주기적 구조 한 특정 어트리뷰트를 제외하고 대부분 유사하다. 상기 어트리뷰트는 가령 피치 또는 회전에 해당한다. 어느 한 경우, 상기 제 1 주기적 구조(1642)는 상기 특정 어트리뷰트에 대하여 제 1 크기를 갖도록 구성되며 상기 제 2 주기적 구조(1644)는 상기 특정 어트리뷰트에 대하여 제 2 크기를 갖도록 구성된다. 상기 제 1 주기적 구조(1642)의 크기는 상기 제 2 주기적 구조(1644) 크기보다 크거나 작다.
어느 경우에도, 상기 차는 대개 매우 작다. 설명된 실시 예에서, 상기 제 1 주기적 구조(1642)는 두 방향 모두에서 상기 제 2 주기적 구조 피치보다 작다. 일례로서, 상기 피치들 사이 차는 약 1.0 %이다.
도 23은 본 발명의 한 실시 예에 따른 한 오버레이 영역(1660)의 평면도이다. 상기 오버레이 영역(1660)은 다수의 연속 가변 오프셋 마크(1662)를 포함하며, 특히 X 방향으로 방향이 정해진 제 1 세트의 연속 가변 오프셋 마크(1662A) 그리고 Y 방향으로 방향이 정해진 제 2 세트의 연속 가변 오프셋 마크(1662B)를 포함한다. 각 세트는 한 쌍의 가변 오프셋 마크를 포함하며, 이는 서로 측면 방향으로 위치하여 진다. 상기 측면 방향으로 위치하는 마크들은 갖은 축에 위치하거나 아니면 서로 상대적으로 이동 되어 질 수 있다(도시된 바와 같이). 또한, 각 세트 내 연속 가변 오프셋 마크(1662)는 각기 달리 구성된다. 이들 마크 중 하나는 특정 애크리뷰트에 대한 더욱 작은 크기를 상측의 주기적 구조로 디자인 되며, 다른 한 마크는 특정 애크리뷰트에 대한 더욱 큰 크기를 상측의 주기적 구조로 디자인 된다. 설명된 실시 예에서, 상기 주기적 구조는 격자이며 상기 특정 어트리뷰트는 피치에 해당한다.
멀티플 연속 가변 오프셋(1662)을 갖는 것에 추가하여, 상기 오버레이 영역(1660)은 종래의 박스-인-박스 오버레이 표적(1664)을 추가로 포함한다. 상기 박스-인-박스 표적(1664)은 중심에 배치되며, 상기 연속 가변 오프셋 마크(1662)는 상기 오버레이 영역(1600) 주변에 배치된다. 상기 연속 가변 오프셋 마크(1662)는 상기 박스-인-박스(1664)를 둘러싸도록 구성된다. 사실, 상기 박스-인-박스 표적(1664)은 상기 연속 가변 오프셋 마크 세트 내 연속 가변 오프셋 마크(1662A 및 1662B) 각각 사이에 배치될 수 있다.
도 24A 및 24B는 본 발명의 다른 한 실시 예에 따른 오버레이 영역(1680) 평면도이다. 상기 오버레이 영역은 다수의 연속 가변 오프셋 표적(1682, 1684)를 포함한다. 상기 표적 각각은 격자 표적에서 한 격자로서 형성된다. 상기 제 1 표적(1682)의 격자(1686A, 1686B)는 Y와 같은 제 2 방향으로 방향이 정해진다. 도시된 바와 같이, 상기 제 1 표적(1682)의 격자(1686)은 각기 다른 피치로 디자인 된다.
또한 상기 제 2 격자(1684)의 격자(1688)는 서로 회전된다(가령, 경사진 y 격자). 일례로서, 상기 저부 격자는 시계 방향으로 기울어 질 수 있으며, 그리고 상측 격자는 시계 반대 방향으로 기울어 질 수 있다(혹은 그 반대로). 선택적으로, 상기 격자 중 단 한 격자만이 기울어 질 수 있기도 하다. 상기 회전 각도는 도면에서 확대된 것이며 그와 같은 회전은 대개 1 도의 1% 각도에 가깝다. 또한 도 24A는 완전히 정렬된 때의 격자들을 도시하며, 도 24B는 정렬에서 벗어나는 때, 즉 오버레이 에러가 있는 때 상기 격자들을 도시한다.
이들 격자들은 X 와 Y 오버레이를 결합시킨다. 상기 회전 표적의 대칭 중심은 ±G?OVL(Y)+OVL(X) 만큼 이동되며, 여기서 G는 이득 계수이다. 상기 두 항 사이 상태적인 부호는 상기 기울기 방향에 의해 결정된다. 따라서, 분리된 OVL (X) 측정에 의해 보상된 회전 표적의 대칭 중심의 측정, 또는 OVL (X) 및 OVL (Y) (또 다른 CVO 표적 사용) 또 다른 선형 조합 측정은 오버레이 모두를 완전하게 결정한다. 이 같은 상기 세트-업(set up)의 한 가지 장점은 X 와 같은 단일 방향으로의 측정만이 수행될 필요가 있으며, 그러나 X 및 Y 오버레이 모두가 추출될 수 있다는 것이다.
도 15 및 16과 관련하여, 본원 명세서에서 설명된 다이나믹 레인지 및 정확도가 다음의 방법을 사용하여 계산된다. 먼저 상기 격자 내 위치 결정 정확도는 Ax 인 것으로 본다.
두번째로, 상기 피치가 제 2 층에서 더욱 크다 한다면, 상기 표적의 길이는 제 1 층에서 L 일 수 있으며, 제 2 층에서는 (1+δ)L 이다. 이 경우, 상기 다이나믹 레인지는 +/-δL/2 이거나 그 보다 작으며, 이는 층 들 사이 상기 격자 극단 가장자리에서의 오프셋이기 때문이다. 한 편 상기 오버레이 측정의 정확도는 Δx* 이득 계수 (또는 L/δL)로 식별 될 수 있다. 상기 설명된 분석은 피치 변경 경우에서처럼 회전 표적의 경우 유효하지만, 그러나 δ는 라디안 각도를 나타내는 것이다.
이전 예로부터의 수를 사용하여, 상기 주기적 구조가 400 및 404 nm의 피치를 갖는다면, 상기 표적은 20 마이크론 폭이며, 상기 측정의 다이나믹 레인지는 +/-100 nm가 될 것이다. 상기 스캐닝 시스템 Δx 의 위치 정함 정확도가 +/-50 nm이라면, 상기 오버레이 측정의 정확도는 +/- 0.5 nm가 될 것이다. 이미징 시스템의 경우, 제로 크로싱이 서브-픽셀 정확도를 위해 계산될 수 있으며, 상기 오버레이 측정 정확도는 상당히 좋아진다.
본 발명의 선택적 실시 예에서, 연속 가변 오프셋의 겹쳐 놓인 주기적 구조는 도 2 에서 도시된 바와 같이 대칭 축을 따라 정렬되지 않고 서로 오프셋되거나 이동될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 오프셋의 크기가 상기 오버레이 에러를 결정하는 때 참작된다. 가령, 도 1 에서 블록(108)은 블록(110)에서 오버레이 에러를 계산하기 전에 상기 상대적인 오프셋을 사용하여 거리 X를 계산함을 더욱 포함할 수 있다. 일례로서, 2로 나뉘어 진 상기 상대적인 오프셋은 상기 거리 X로 감산되거나 추가될 수 있다. 상기 예를 사용하여, 주기적 구조 사이 상대적인 오프셋은 1 마이크론이며, 다음에 상기 거리X는 11-10- (1/2)로서 계산될 수 있으며 혹은 0.5 마이크론이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 도 15에서 설명된 방법은 회로 패턴의 올바른 오버레이 버짓(overlay budget)을 결정하기 위해 추가의 블록들을 포함한다. 상기 추가의 블록은 시험 중인 특정 표적에서 오버레이 에러를 결정한 뒤에 수행된다. 상기 오버레이 버짓은 상기 회로가 올바로 작용할 수 있기 위해 허용될 수 있는 오버레이 에러 크기이며, 즉, 패턴 사이 오 정렬은 상기 오버레이 버짓이 초과 된다면 소자의 고장을 일으키도록 한다.
대부분의 경우, 상기 오버레이 버짓은 안전 마진 내로 만들어진다. 상기 안전 마진은, 오버레이 에러 그레이 영역에서, 즉 완전한 소자 기능과 적절하게 작용하지 않는 소자 사이 영역에서 어떻게 소자가 동작하는 가를 디자이너가 알지 못한다는 사실을 극복할 수 있도록 한다. 상기 안전 인수가 작용하는 동안, 상기 디자이너는 한 버퍼를 상기 오버레이 버짓으로 추가시키도록 하며, 따라서 일부 기능적 소자들이 자투리로 될 수 있다. 선택적으로, 디자이너가 장치의 크기를 확대하도록 하고 따라서 다이에 들어가는 소자의 수를 줄이도록 함이 요구될 수 있다. 상기 추가의 블록은 상기 소자 특징에 대한 오버레이 영향을 모니터하는 것을 돕도록 구성된다. 상기 특징들에 대한 이들의 영향을 이해함으로써, 안전 마진 없이 또는 제한된 안전 마진으로 더욱 정확한 오버레이 버짓이 결정될 수 있다.
추가의 블록은 제 1 블록을 포함하며, 여기서 구조적 특징 또는 기하학적 파라미터가 오버레이 에러의 영속 함수로서 상기 광학적 데이터로부터 추출된다. 상기 구조적 특징은 가령 측벽 각도, 가장자리 러프니스(edge roughness), 기타 임계 차원 등을 포함할 수 있다.
상기 구조적 특징은 상기 오버레이 에러를 결정하기 위해 사용된 같은 광학적 데이터를 사용하여 얻어질 수 있다. 상기 구조적 특징이 얻지기만 하면, 이들은 상기 오버레이 에러와 함께 분석되어 오버레이 에러의 함수로서 상기 구조 특징들을 발생시킬 수 있도록 한다. 일단 상기 함수가 결정되면, 상기 방법이 제 2 블록으로 진행되며, 여기서 상기 오버레이 버짓이 오버레이 에러의 함수로서 상기 구조적 특징들의 사용하여 결정되도록 한다. 디자이너는 어느 구조적 특징들이 허용될 수 있는가를 결정하며 그리고 그 뒤에 안전 마진을 사용하지 않고 상기 교정 오버레이 버짓을 선택할 수 있다. 일례에서, 오버레이 버짓(위치 배치)은 오버레이 데이터와 협력하여 구조적 매트릭스를 사용하여 수행될 수 있다.
가령, 구조적 특징이 결정되는 블록에 대한 또 다른 실시 예가 결정된다. 상기 대칭 접근의 중심은 대칭인 크기에 의존하며; 즉 이들은 상기 오버레이 부호가 리버스된 때(오버레이 크기는 고정시킨 채) 변경되지 않는다. 그러나 성질상 비-대칭인 엘립소미터 또는 반사미터 신호가 있을 수 있다. 그와 같은 크기는 상기 오버레이가 부호를 변경하는 때 부호를 변경시킨다. 상기 표적 내 주기적 격자의 어느 한 격자를 형성하는 라인들 비 대칭은 이 같은 비 대칭 결함에 이르도록 한다. 이 같은 블록은 하나 또는 여러 개 의 비-대칭 특징을 측정하며, 그리고 오버레이 함수로서 상기 표적 내 구조적 비 대칭 정도를 결정한다.
상기 연속 가변 오프셋 마크는 하나 또는 둘 이상의 다음 장점을 갖는다. 상기 연속 가변 오프셋의 한 장점은 전체 기간이 오버레이를 결정하기 위해 필요로 하지 않는 다는 것이다(오직 일 부분만이 필요하다).
상기 실시 예에서, 가령 절반의 기간이 필요하다. 그러나 이는 절반 이하의 기간이 사용될 수 있기도 하기 때문에 제한이 되지 않는다. 이와 대비하여, 상기 모레아 기술은 전체 기간을 사용할 것을 필요로 한다. 본 발명의 또 다른 장점은 이득이 매우 높다는 것이다(상기 차가 매우 작기 때문에). 이는 상기 표적 크기의 상당한 감소를 허용한다.
또한, 상기 대칭 중심의 측정된 위치와 상기 유도된 오버레이 사이 이득 계수를 사용함으로써, 변형 그리고 조명과 같은 이미징 도구 내 부 정확성 그리고 바이어스 모든 소스에 대한 민감도가 동일한 이득 계수로 줄어든다. 오프셋 마크를 연속하여 가변 시키는 또 다른 장점은 그 같은 기술이 대칭의 중심을 발견한 다는 데 있다는 것이며, 비트 피치에 대한 어떠한 주의도 요구되지 않는 다는 데 있다(모아레 기술에서는 요구된다). 상기 비트 피치는 각기 다른 피치의 두 주기적 구조가 서로(결합된)의 상부에 위치하는 때 관찰된 피치이다.
상기 연속 가변 오프셋 마크의 또 다른 장점은 단일 의 표적이 필요하며 따라서 공간이 절약된다는 것이다.
비록 본 발명이 여러 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되긴 하였으나. 여러 변경이 가능한 것이다. 가령, 비록 연속된 가변의 오프셋 마크가 겹쳐져 놓인 주기적 구조로 일차적으로 방향이 정하여 지지만, 어떤 경우에서는 각기 다른 위치(가령, 서로의 상부가 아닌 나란한 배치)로 주기적 구조가 위치하여지는 오버레이를 결정하는 것이 가능하기도 하다. 이와 같은 경우, 두 개의 이미지를 택하고 이들 하나로 결합시키는 쉬어링 이미징 시스템이 사용되어 상기 오버레이 정보를 추출할 수 있기도 하다. 또한 본 발명의 방법 및 장치를 실시하는 많은 다른 선택적 실시 방법이 있다.
가령, X 및 Y 오버레이 표적이 유사하게 구성될 수 있으며, 일정 경우에서는, 이들을 달리 구성함이 바람직하기도 하다. 가령, 상기 X 오버레이 표적은 피치 차로 구성될 수 있기도 하며, 상기 Y 오버레이 표적은 회전 차이로 구성될 수 있기도 하다.

Claims (26)

  1. 사전에 정해진 이득 계수(preset gain factor)로 디자인된 제 1 및 2 주기적 구조로 겹쳐진 오버레이 표적으로부터 오버레이 정보를 추출하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법이:
    상기 오버레이 표적을 따라 광학적 데이터의 공간 어레이를 얻고;
    상기 광학적 데이터의 공간 어레이를 사용하여 상기 오버레이 표적의 대칭 중심을 결정하며;
    상기 오버레이 표적의 기하학적 중심과 대칭 중심 사이 거리 X를 계산하고; 그리고
    사전 정해진 이득 계수에 의해 상기 거리 X를 나누어 상기 오버레이 에러를 결정함을 포함함을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 주기적 구조가 상기 주기적 구조에 대한 어트리뷰트 제 1 값을 가지며, 상기 제 2 주기적 구조가 상기 주기적 구조의 어트리뷰트 제 2 값을 갖고, 그리고 상기 제 1 값과 제 2 값 사이에 차이(difference)가 있으며, 그리고 상기 이득 계수가 상기 제 1 값을 상기 제 1 값과 제 2 값 사이 차로 나눔으로써 결정됨을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 어트리뷰트가 회전 각인 때, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 1.0 %임을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 어트리뷰트가 피치 또는 회전 각으로부터 선택됨을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광학적 데이터가 단일 광학적 측정으로부터 선택됨을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광학적 데이터가 다수의 광학적 측정으로부터 선택됨을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 오버레이 표적이 자체 상관관계 알고리즘을 사용하여 결정됨을 특징으로 하는 오버레이 정보 추출 방법.
  8. 제 1 층에 위치하는 제 1 주기적 구조 그리고 제 2 층에 위치하며 상기 제 1 주기적 구조위에 위치하는 제 2 주기적 구조로 구성되고, 상기 제 1 주기적 구조가 한 주기적 구조의 한 어트리뷰트 제 1 값을 가지며, 상기 제 2 주기적 구조가 한 주기적 구조의 어트리뷰트 제 2 값을 갖고, 상기 제 1 값과 제 2 값이 차이를 갖는 것이며, 상기 어트리뷰트는 회전 각임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 값이 제 1 값 보다 큰 것임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 값이 제 1 값 보다 작은 것임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  13. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 주기적 구조가 일 차원 주기적 구조임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  14. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 주기적 구조가 동일한 방향을 갖는 격자임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  15. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 주기적 구조가 이 차원 주기적 구조임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 주기적 구조 각각이 두 개의 방향으로 방향이 정해진 다수의 서브 세그먼트로 구성됨을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  17. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 10%이하 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  18. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 5%이하 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  19. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 1.0%이하 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  20. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 0.01% 내지 0.99%사이 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  21. 제 8항, 11항 또는 12항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차가 각도 1도의 0.10% 내지 0.99%사이 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 1 층위에 위치한 제 1 부분 그리고 제 2 층에 위치하며, 상기 제 1 부분 위에서 중심이 정해지는 제 2 부분으로 구성되는 오버레이 표적으로서,
    상기 제 1 부분이 한 격자 특성의 제 1값을 갖는 제 1 격자를 포함하고,
    상기 제 2 부분이 서로 나란히 위치하는 제 2 격자 그리고 제 3 격자를 포함하며,
    상기 제 2 격자가 한 격자 특성의 제 2 값을 갖고, 그리고 제 3 격자가 한 격자 특성의 제 3 값을 가지며, 상기 제 2 값이 상기 제 1 값보다 크고 상기 제 3 값이 제 1 값보다 작은 것임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 제 1 값과 제 2 값 사이의 차 그리고 제 1 값과 제 3 값 사이의 차가 상기 격자 특성이 회전 각일 때 각도 1도의 1.0% 각도임을 특징으로 하는 오버레이 표적.
  26. 삭제
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