KR101357081B1 - 오버레이 측정 장치, 리소그래피 장치, 및 이러한 오버레이 측정 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법 - Google Patents

오버레이 측정 장치, 리소그래피 장치, 및 이러한 오버레이 측정 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

오버레이 측정 장치는 편광된 광 빔으로 샘플을 조명하는 편광된 광 소스, 및 상기 샘플에 의해 산란된 광을 포획하는 광학 시스템을 갖는다. 상기 광학 시스템은 상기 편광된 광 빔의 편광 방향에 직교하는 직교 편광 성분을 투과시키는 편광기를 포함한다. 검출기는 상기 직교 편광 성분의 세기를 측정한다. 처리 유닛이 상기 검출기에 연결되며, 상기 직교 편광 성분으로부터 도출된 비대칭 데이터를 이용하여 오버레이 메트롤로지 측정을 위해 상기 직교 편광 성분을 처리하도록 배치된다.

Description

오버레이 측정 장치, 리소그래피 장치, 및 이러한 오버레이 측정 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법{OVERLAY MEASUREMENT APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD USING SUCH OVERLAY MEASUREMENT APPARATUS}
본 출원은 2008년 6월 26일에 출원된 미국 가출원 61/075,969호의 이익을 주장하며, 이는 전문이 본 명세서에서 인용 참조된다.
본 발명은 오버레이 측정 장치, 리소그래피 장치, 및 이러한 오버레이 측정 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법에 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. 이 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이 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, 소위 스테퍼, 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, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
알려진 각도-분해 스캐터로메트리 시스템(angle-resolved scatterometry system)들에서, 기판 상의 격자로부터 반사된 광의 +1 및 -1 회절 차수들 사이의 세기 차이로서 오버레이가 측정된다. 이는 약 300 내지 1000 nm의 수치의 피치를 갖는 비교적 성긴(coarse) 격자들을 필요로 한다.
오버레이 측정이 분해능 레벨에 가능한 한 근접하게 달성될 수 있는 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법을 달성하는 것이 바람직하다. 일 예시에서, 분해능에서 오버레이에 대해 0 차 회절 차수가 이용가능하다. 또한, 원뿔형 회절(conical diffraction)에 대하여, 0 차수는 이론적으로 OV 메트롤로지에 사용될 수 있는 비대칭을 나타낸다. 하지만, 이 비대칭은 (심지어는 UV 파장들에서도) 극히 적을 수 있으며, 이는 센서 비대칭에 영향받기 쉬운 측정을 하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 편광된 광 빔으로 샘플을 조명하는 편광된 광 소스, 상기 샘플에 의해 산란된 광을 포획하는 광학 시스템 - 상기 광학 시스템은 상기 편광된 광 빔의 편광 방향에 대해 직교하는 직교 편광 성분(orthogonal polarization component)을 투과시키는 편광기, 및 상기 직교 편광 성분의 세기를 측정하는 검출기를 포함함 - 을 포함하는 오버레이 측정 장치가 제공되고, 상기 오버레이 측정 장치는 상기 검출기에 연결된 처리 유닛을 더 포함하며, 상기 처리 유닛은 상기 직교 편광 성분으로부터 도출된 비대칭 데이터를 이용하여 오버레이 메트롤로지 측정을 위해 상기 직교 편광 성분만을 처리하도록 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 이러한 오버레이 측정 장치를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 디바이스 제조 방법은 패터닝된 방사선 빔을 기판 상으로 투영하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 편광된 광 빔으로 샘플을 조명하는 단계, 상기 샘플에 의해 산란된 광을 포획하는 단계, 상기 편광된 광 빔의 편광 방향에 대해 직교하는 직교 편광 성분을 투과시키는 단계, 상기 직교 편광 성분의 세기를 측정하는 단계, 및 상기 직교 편광 성분으로부터 도출된 비대칭 데이터를 이용하여 오버레이 메트롤로지 측정을 위해 상기 직교 편광 성분만을 처리하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 작동원리 및 구조뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시예들, 특징들 및 장점들을 상세하게 설명한다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정 시스템의 개략도;
도 3은 더블 패터닝에 사용되는 기판 상의 격자 구조체의 단면도;
도 4a 및 도 4b는 도 2의 오버레이 측정 시스템에서 도 3의 구조체로 측정된 바와 같은 평면내(in-plane) 스펙트럼 및 교차-편광된(cross-polarized) 스펙트럼을 나타낸 도면; 및
도 5는 도 4의 스펙트럼으로부터 측정된 바와 같은 교차-편광된 비대칭의 상대적인 양을 나타낸 도면이다.
이제, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 1 이상의 실시예들을 설명할 것이다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 통합한 1 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
설명된 실시예(들), 및 본 명세서에서 "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등에 관한 언급은, 설명된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명될 때, 이는 명시적으로 설명되는지 여부에 관계없이 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성을 달성하기 위해 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이의 여하한의 조합으로 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 1 이상의 프로세서들에 의해 판독 및 실행될 수 있는 기계-판독가능한 매체 상에 저장된 명령어들로서 구현될 수 있다. 기계-판독가능한 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하는 여하한의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계-판독가능한 매체는 ROM(read only memory); RAM(random access memory); 자기 디스크 저장 매체; 광학 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호[예를 들어, 반송파(carrier wave), 적외 신호, 디지털 신호 등] 등등을 포함할 수 있다. 더욱이, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들은 본 명세서에서 소정 행위들을 수행하는 것으로서 설명될 수 있다. 하지만, 이러한 설명들은 단지 편의를 위한 것이며, 이러한 행위들은 실제로 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 디바이스들에 기인한다는 것을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 조명 시스템, 지지 구조체, 기판 테이블, 및 투영 시스템을 포함한다. 상기 조명 시스템(일루미네이터)(IL)은 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된다. 상기 지지 구조체(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. 상기 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다. 상기 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)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 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 이의 여하한의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 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. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 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 이의 여하한의 조합을 포함하는 여하한 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 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 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 1을 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 지지 구조체(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(PS)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 1에 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 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 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 타겟부(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(PS)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 2에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 측정 장치(10)의 개략도가 도시되어 있다. 기판(W)에는 오버레이 측정을 위한 격자 또는 다른 측정 구조체가 제공된다. 이 오버레이 측정 장치(10)는 리소그래피 장치에서 유익하게 사용되며, 이는 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치된다.
도시된 예시에서는, 편광된 광 소스(3)가 제공되며, 이는 샘플, 예를 들어 기판(W)을 조명하기 위해 편광된 광, 예를 들어 선형으로 편광된 광의 광 빔을 생성한다. 도 2의 개략도에는, X- 및 Y-축이 표시되어 있으며, 광 빔의 편광 방향은 Y-방향이다. 상기 광 빔은 샘플 상에서 산란되며, 광학 시스템이 이 산란된 광을 포획한다. 광학 시스템에서, 편광된 광 빔의 편광 방향에 직교하는 직교 편광 성분을 투과시키기 위해 편광기가 제공된다.
상기 광 빔은 제 1 비-편광 빔 스플리터(4)를 향해 지향되며, 이는 높은 개구수(예를 들어, 약 0.9 이상)를 갖는 대물 렌즈(2)를 향해 상기 광 빔을 지향시킨다. 대물 렌즈(2)는 기판(W) 표면 상의 측정 스폿(measurement spot)을 투영한다. 이 예시에서, 웨이퍼(W) 상의 격자로부터 반사된 0 차 회절 성분은 대물 렌즈(2) 내에 다시 수용되고, 이후 제 1 비-편광 빔 스플리터(4)는 투과된 광 빔으로서 상기 광 빔을 제 2 비-편광 빔 스플리터(5)를 향해 투과시킨다. 상기 제 1 및 제 2 비-편광 빔 스플리터들(4, 5)의 빔 스플리터 축들은 서로 수직이다. 예를 들어, 도 2의 개략도에서, 제 2 비-편광 빔 스플리터의 축은 제 1 비-편광 빔 스플리터(4)의 축에 대해 Y-축을 중심으로 약 90°회전된다. 상기 비-편광 빔 스플리터들(4, 5)은, 예를 들어 투과 계수(T)가 약 0.6과 같고 약 0.3의 반사 계수(R)를 갖는 빔 스플리터들이며, 이는 이러한 값들이 광 경로의 가장 높은 전체 효율성을 산출하기 때문이다.
그 후, 제 2 비-편광 빔 스플리터(5)로부터 발생한 분할된 광 빔은 예를 들어 울러스턴 프리즘(Wollaston prism)의 형태로 된 교차 편광기(crossed polarizer: 6)로 지향된다. 이는 공간적으로 이격된 2 개의 각도-분해 스펙트럼들을 유도하며, 하나는 평면내(in-plane) 이미지이고, 다른 하나는 교차-편광기 이미지이다. 상기 교차-편광기 이미지는 카메라(7)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 카메라)에 의해 검출되고, 이는 적어도 직교 편광 성분의 세기를 측정한다. 또한, 이 데이터는 카메라(7)에 연결된 처리 유닛(8)에서 처리된다. 상기 카메라(7)는 상기 카메라(7)의 센서 상에 대물 렌즈(2)의 후방 초점 평면을 이미징하기 위해 오버레이 측정 장치 내에 배치된다. 또한, 이 처리 유닛(8)은 교차-편광된 이미지 세기 측정으로부터 도출된 비대칭 데이터를 이용하여 오버레이 메트롤로지 측정을 위해 교차-편광된 이미지(즉, 직교 편광 성분)만을 처리한다.
또 다른 실시예에서, 광학 시스템은 선택적인 차단 요소(9)(도 2의 개략도에서 점선으로 나타냄)를 더 포함하며, 이는 교차 편광기(6)로부터 검출기(7)에 들어가는 평면내 이미지를 차단한다.
일 예시에서, 오버레이 측정 장치(10) 내의 스캐터로미터 구성은 반사 스펙트럼 내의 비대칭을 측정함으로써 2 개의 오정렬된 주기성 구조체들의 오버레이를 측정하기에 적합하게 되어 있을 수 있으며, 상기 비대칭은 오버레이의 정도(extent)와 관련된다. 상기 스캐터로미터 구성은, 예를 들어 검출 구성 및/또는 반사 스펙트럼 내의 비대칭을 측정함으로써 2 개의 오정렬된 격자들 또는 주기성 구조체들의 오버레이를 측정하기에 적합하게 되어 있으며, 상기 비대칭은 오버레이의 정도와 관련된다. 대칭적인 검출 구성에 기초하여, 실질적으로 모든 비대칭들이 구별가능하다. 이는 격자들 내의 오정렬을 측정하기 위한 직접적인 접근법을 제공한다.
오버레이 메트롤로지는 각도 산란 스펙트럼 내의 비대칭의 측정에 기초한다. 대칭적인 구조들은 대칭적인 각도 스펙트럼들을 산출하며, 타겟 내의 비대칭은 각도 산란 스펙트럼에서 비대칭으로서 나타난다. 이 특성은 각도-분해 스캐터로메트리를 이용하는 오버레이 메트롤로지의 기초이다.
또 다른 실시예에서, 2 개의 중첩된, 하지만 오정렬된 격자들은 하나의 복합 비대칭 타겟을 형성하기 위한 바아(bar)들을 포함한다. 각도 산란 스펙트럼 내의 결과적인 비대칭은 오버레이를 도출하는데 사용되는 오버레이 측정 장치(10)로 검출된다. 이 기술은 유럽 특허 출원 EP-A-1 628 164에 자세히 설명되어 있으며, 이는 본 명세서에 전문이 인용 참조된다.
일 예시에서, 본 오버레이 측정 장치는 기판(W) 상의 격자 상에 광 빔의 원뿔형 회절을 수반하는 오버레이 측정들에 적합하다.
교차-편광기 이미지는 약한 교차-편광기 스펙트럼을 제공할 수 있으며, 이는 전형적으로 평면내 스펙트럼보다 10 내지 20 배 더 약하다. 교차 편광기(6)가 사용될 때, 특히 울라스턴 프리즘이 사용될 때, 2 개의 스펙트럼들의 공간적인 이격이 유도될 수 있으며, 교차-편광기 스펙트럼의 처리만이 허용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 오버레이 측정 장치(10)는 도 3의 단면도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 약 128 nm의 피치를 갖는 웨이퍼(W) 상에서 소위 더블 패터닝 스택(15)을 이용하여 테스트되었다. 상기 스택(15)은 기판(W)의 최상부 상에 비정질(C)의 하드 마스크 격자를 갖는 제 1 스택(17)을 포함하고, 상기 제 1 스택(17) 상에 레지스트 격자(16)를 포함한다.
또 다른 실시예, 도 4a 및 도 4b에서, 평면내 스펙트럼(4a) 및 교차 편광기 스펙트럼(4b)이 그레이스케일로 나타낸 세기들로서 나타나 있다. 이 예시에서, 광의 대부분은 [교차-편광기 스펙트럼에서보다 약 50 배(factor) 더 높은] 평면내 편광 스펙트럼 내에 존재한다. 교차-편광기 스펙트럼(4b)의 방위각 방향들로는 약간의 광만이 존재한다.
도 5에는, 비대칭의 계산된 상대적인 양이 교차-편광기 스펙트럼에 대해 약 5 nm 오버레이 오차에 대해 상층 스택(15) 상에서 측정된 실시예가 나타나 있다. 사용된 그레이스케일은 계산된 비대칭의 음 및 양의 값들을 나타낸다. 평면내 편광은 비대칭에 관한 어떠한 정보도 가지고 있지 않을 수 있으며(도면들에 나타나 있지 않음), 따라서 오버레이 측정을 위해 이 광을 차단하는 것이 더 좋다. 이러한 방식으로, 교차-편광기 스펙트럼에 존재하는 소수의 광자들만을 이용하여 큰 비대칭 효과들이 측정될 수 있다.
일 예시에서는, 교차 편광기 스펙트럼 내의 광의 양이 매우 적을 수 있으며, 따라서 이 방법은 표유 광(stray light)의 허용가능한 억제 및 충분한 동적 범위를 갖는 카메라(7)를 사용한다. 예를 들어, 최소치로 12-비트 분해능을 갖는 후방-조명(back-illuminated) CCD가 적절한 결과치들을 제공할 것이다.
더욱이, 교차 편광기(6)로서 사용되는 울러스턴 프리즘은 우수한 소광 비율(extinction ratio)을 가져야 한다.
"평면내" 편광된 광은 오버레이 정보를 갖지 않으며, 따라서 측정 오차들을 도입할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 복잡성을 증가시키지 않고, 교차-편광기(6)로 이 광을 공간적으로 이격시키거나 차단하는 것이 수행될 수 있다.
시뮬레이션들은 UV 파장들이 본 오버레이 측정 장치(10)의 사용을 허용하기에 충분한 비대칭 효과들을 제공한다는 것을 나타낸다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 이의 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
결론
이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시의 방식으로 제시된 것이지 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태와 세부사항에 있어서 다양한 변화들이 행해질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 및 범위는 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해 제한되지 않으며, 다음의 청구항들과 그들의 균등론에 따라서만 한정되어야 한다.
요약 및 초록 부분(Summary and Abstract sectons)이 아닌, 발명의 상세한 설명 부분(Detailed Description section)이 청구항을 해석하는데 사용되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 요약 및 초록 부분은 1 이상을 설명할 수 있지만, 발명자(들)에 의해 의도(contemplate)된 본 발명의 모든 예시적인 실시예들을 설명하지는 않으므로, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항을 제한하지는 않는다.

Claims (21)

  1. 오버레이 측정 장치에 있어서,
    편광된 광 빔으로 기판을 조명하도록 구성된 편광된 광 소스; 및
    상기 편광된 광 빔에 의해 유도된 상기 기판에 의해 산란된 광을 포획하도록 구성된 광학 시스템을 포함하고, 상기 광학 시스템은:
    상기 편광된 광 소스로부터 상기 편광된 광 빔을 수용하고, 투영 시스템을 통해 상기 기판으로 상기 광을 지향시키며, 상기 투영 시스템을 통해 상기 기판으로부터 반사된 광 빔을 수용하도록 구성된 제 1 비-편광 빔 스플리터 - 상기 반사된 광 빔은 0 차 회절 성분을 포함함 - ;
    상기 제 1 비-편광 빔 스플리터로부터 투과된 광 빔을 수용하도록 구성된 제 2 비-편광 빔 스플리터 - 상기 제 1 및 제 2 비-편광 빔 스플리터들의 빔 스플리터 축들은 서로 수직임 - ;
    상기 제 2 비-편광 빔 스플리터로부터 분할된 광 빔들을 수용하고, 교차-편광된 이미지(crossed-polarized image)를 측정하고, 이로부터 신호를 생성하도록 구성된 검출기로, 평면내 이미지(in-plane image) 및 상기 교차-편광된 이미지를 투과시키도록 구성된 교차 편광기; 및
    상기 검출기로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 교차-편광된 이미지로부터 도출된 비대칭 데이터를 이용하여 오버레이 메트롤로지 측정을 위해 상기 교차-편광된 이미지를 처리하도록 구성된 처리 유닛을 포함하고,
    상기 오버레이 측정 장치는 오직 상기 교차-편광된 이미지만으로부터 유도된 비대칭 데이터에 기초한 오버레이 측정을 수행하도록 구성되고,
    상기 광학 시스템은, 상기 교차 편광기로부터 방출되며 오버레이 측정 오차를 야기하는 상기 평면내 이미지가 오버레이 측정을 위한 상기 검출기로 입사하는 것을 차단하여 상기 교차-편광된 이미지에 존재하는 소수의 광자만을 이용하여 큰 비대칭 효과들이 측정될 수 있도록 구성된 차단 요소를 더 포함하는 오버레이 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 교차 편광기는 울러스턴 프리즘(Wollaston prism)을 포함하는 오버레이 측정 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 0 차 회절 성분은 격자로부터 상기 편광된 광 빔의 원뿔형 회절(conical diffraction)로부터 발생하는 오버레이 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기는 카메라를 포함하는 오버레이 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기는 CCD 카메라를 포함하는 오버레이 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 CCD 카메라는 최소치로 12-비트 분해능을 갖는 오버레이 측정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 CCD 카메라는 후방-조명(back-illuminated) CCD 디바이스를 포함하는 오버레이 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 리소그래피 장치에 있어서,
    방사선 빔을 생성하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔을 패터닝하도록 구성된 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    상기 패터닝된 빔을 기판 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    제 1 항에 따른 오버레이 측정 장치를 포함하는 리소그래피 장치.
  13. 삭제
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  20. 삭제
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