KR101855220B1

KR101855220B1 - 검사 장치 및 방법, 계측 타겟을 가지는 기판, 리소그래피 시스템, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR101855220B1
Application number: KR1020167014377A
Authority: KR
Inventors: 사이몬 지스베르트 조세푸스 마티센; 스테판 헌스체; 크라이 마르쿠스 제라두스 마르티너스 마리아 반
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2018-05-08
Also published as: CN105814491A; US11022900B2; TW201520698A; IL245318B; IL245318A0; US20160274472A1; US20200348605A1; US10761432B2; CN105814491B; US20180239263A1; US9958791B2; KR20160078479A; NL2013625A; WO2015062854A1; TWI554847B

Abstract

리소그래피에서 사용되기 위한 검사 장치가 개시된다. 검사 장치는, 복수 개의 계측 타겟을 포함하는 기판용 지지대; 선결정된 조명 상태에서 타겟을 조명하고, 선결정된 조명 상태에서 타겟에 의하여 회절된 방사선의 선결정된 부분을 검출하기 위한 광학계; 회절된 방사선의 상기 검출된 부분으로부터 특정 타겟에 대한 비대칭의 측정을 계산하도록 구성되는 프로세서; 및 광학계 및 프로세서가, 상기 기판 상의 층 내에서 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이의 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트(known component)를 가지는, 상기 타겟 중 적어도 두 개의 타겟에서 비대칭을 측정하게 하고, 상기 비대칭의 측정의 결과로부터 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터의 측정을 계산하게 하는, 제어기를 포함한다. 또한, 리소그래피 프로세스에 의하여 형성된 복수 개의 신규한 계측 타겟이 제공되는 기판들이 개시된다.

Description

검사 장치 및 방법, 계측 타겟을 가지는 기판, 리소그래피 시스템, 및 디바이스 제조 방법{INSPECTION APPARATUS AND METHODS, SUBSTRATES HAVING METROLOGY TARGETS, LITHOGRAPHIC SYSTEM AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2013 년 10 월 30 일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 61/897,562 호의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 사용가능한 계측용 방법, 및 장치 및 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사사전-감응재(레지스트)층 위에의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다.

리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 디바이스에 있는 두 개의 층들의 정렬 정확도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 최근, 다양한 형태의 산란계들이 리소그래피 분야에서 사용되도록 개발되어 왔다. 이러한 디바이스들은 방사선 빔을 타겟 위로 지향시키고 산란된 방사선의 하나 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수인 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수인 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 -을 측정하여 스펙트럼을 획득하고, 타겟의 관심 속성은 이러한 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다. 관심 속성은 다양한 기법: 예를 들어, 엄밀한 커플링된 파 분석(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법(finite element method)과 같은 반복적 접근법에 의한 타겟 구조체의 복원; 라이브러리 검색; 및 주된 컴포넌트 분석에 의하여 결정될 수 있다.

기지의 계측 기법에서, 오버레이 측정 결과들은, -1 번째와 +1 번째 회절 차수 세기를 개별적으로 획득하도록 타겟을 회전시키거나 조명 또는 이미징 모드를 변경시켜서, 타겟을 특정 조건에서 두 번 측정함으로써 획득된다. 주어진 격자에 대하여 이러한 세기들을 비교하면 격자에서의 비대칭의 측정이 제공되고, 오버레이 격자에서의 비대칭이 오버레이 에러의 표시자로서 사용될 수 있다.

현재, 오버레이는 양자가 동일하다고 가정할 때 제품 피쳐보다 훨씬 더 큰 피치를 가지는 타겟들로부터 추론된다. 서브-세그먼트화된 타겟들은 예를 들면, 당해-분해능(at-resolution) 서브세그먼트화(subsegmentation)와 더 큰 오버레이 타겟 격자 피치 사이의 천이를 초래하는 렌즈 수차에 민감하다. 그러므로 오버레이 측정의 유효 정확도가 열화된다.

층들 사이의 오버레이 에러와 유사하게 프로세스 중 다른 단계들에 의하여 형성되는, 단일 층 내의 모집단(population)들 사이에도 불일치가 존재한다. 예를 들어, 가장 미세한 제품 피쳐들은 최근에 다중-패터닝 프로세스에 의하여 형성된다. 현존하는 계측 하드웨어의 성능이 이중- 및 다중-패터닝 프로세스들에 존재하는 불일치를 측정하도록 확장될 수 있으면 유용할 것이다. 그러나, 다시 말하건데 제품 피쳐의 크기는 계측 하드웨어의 분해능보다 여러 배만큼 더 작다.

가능한 한 현존하는 계측 하드웨어를 유지하면서 위에서 언급된 타입의 부정확성에 덜 노출되는 오버레이 계측 용 기술을 제공하는 것이 바람직하다.

이와 별개로 현존하는 계측 하드웨어를 사용하여 불일치를 계측하는 기술을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 제 1 양태에서 리소그래피 프로세스의 속성을 측정하는 검사 장치로서: 리소그래피 프로세스에 의하여 형성된 구조체를 가지는 복수 개의 계측 타겟을 포함하는 기판용 지지대; 선결정된 조명 상태에서 복수 개의 타겟을 조명하고, 상기 선결정된 조명 상태에서 타겟에 의하여 회절된 방사선의 선결정된 부분을 검출하기 위한 광학계; 회절된 방사선의 상기 검출된 부분으로부터 특정 타겟에 대한 비대칭의 측정을 계산하도록 구성되는 프로세서; 및 상기 광학계 및 프로세서가, 상기 기판 상의 층 내에서 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이의 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트(known component)를 가지는, 상기 타겟 중 적어도 두 개의 타겟에서 비대칭을 측정하게 하고, 상기 비대칭의 측정의 결과로부터 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터의 측정을 계산하게 하는, 제어기를 포함하는, 검사 장치를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 성능 파라미터는 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 오버레이 파라미터이고, 상기 비대칭의 측정의 결과를, 상기 기판 상의 제 1 층과 제 2 층 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는 적어도 두 개의 오버레이 타겟에서의 비대칭의 측정과 결합함으로써 계산된다. 비대칭은 제 1 층 및 제 2 층 각각에 있는 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는 보조 타겟에서 측정될 수도 있다.

다른 실시예에서, 검사 장치는 다중-패터닝 프로세스에 적용될 수도 있고, 제어기는, 상기 광학계 및 프로세서가, 상기 타겟 내의 서브-구조체의 인터리빙된 모집단들 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는, 상기 타겟 중 적어도 두 개의 타겟에서의 비대칭을 측정하게 하고, 상기 서브-구조체를 형성하기 위하여 사용되는 리소그래피 프로세스의 오버레이 파라미터의 측정을 상기 비대칭의 측정의 결과로부터 계산하게 하도록 구성된다.

제 2 양태에서, 본 발명의 일 실시예는 리소그래피 프로세스에 의하여 형성되는 복수 개의 계측 타겟이 제공되는 기판으로서, 각각의 계측 타겟은 적어도 제 1 방향에서 공간 주기로 반복되도록 구성되는 구조체를 각각 포함하고, 상기 계측 타겟은: 복수 개의 오버레이 타겟으로서, 각각의 오버레이 타겟에 있는 상기 구조체의 적어도 일부는 상기 기판 상의 제 1 층 및 제 2 층에서 복제되고 서로 중첩되며, 각각의 오버레이 타겟은 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 층들 사이의 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이한, 오버레이 타겟; 및 복수 개의 보조 타겟으로서, 각각의 보조 타겟은 상기 공간 주기보다 수 배 더 작은 크기의 서브-구조체를 포함하며, 각각의 보조 타겟은 상기 층들 중 하나에서 형성되고, 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 서브-구조체와 구조체 사이의 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이한, 보조 타겟을 포함하는, 기판을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 제 2 양태에서, 리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 패터닝 디바이스(또는 패터닝 디바이스의 쌍)를 더 제공하는데, 패터닝 디바이스는 기판에 적용될 경우 위에서 설명된 바와 같은, 본 발명의 일 실시예의 제 2 양태에 따르는 기판을 생성할 것인 패턴을 규정한다.

본 발명의 일 실시예는 제 3 양태에서 리소그래피 프로세스에 의하여 형성되는 복수 개의 계측 타겟이 제공되는 기판을 제공하는데, 각각의 타겟은 적어도 제 1 방향에서 공간 주기로 반복되는 구조체를 포함하도록 구성되고, 상기 계측 타겟은 상기 공간 주기보다 수 배 더 작은 크기의 서브-구조체들을 각각 포함하는 복수 개의 타겟을 포함하며, 각각의 타겟은 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 서브-구조체의 두 개의 인터리빙된 모집단들 사이에서 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이하다.

본 발명의 일 실시예는 제 3 양태에서 리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 패터닝 디바이스의 쌍을 더 제공하는데, 패터닝 디바이스는 기판에 적용될 경우 위에서 설명된 바와 같은, 본 발명의 일 실시예의 제 3 양태에 따르는 기판을 생성할 것인 패턴을 규정한다.

추가적인 양태에서 본 발명의 일 실시예는 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 측정하는 방법으로서: (a) 상기 리소그래피 프로세스를 수행하여 기판 상에 복수 개의 계측 타겟을 형성하는 구조체를 생성하는 단계로서, 상기 타겟 중 적어도 두 개는 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이의 위치 오프셋을 가지고, 위치 오프셋의 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대하여 상이한, 단계; (b) 검사 장치를 사용하여 상기 기판 상의 층 내에서 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는, 상기 보조 타겟 중 적어도 두 개의 보조 타겟에서 비대칭을 측정하는 단계; 및 (c) 단계 (b)에서 이루어진 비대칭의 측정의 결과를 사용하여, 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 오버레이 성능 파라미터의 측정을 계산하는 단계를 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법을 제공한다.

몇 가지 실시예들에서 본 발명의 일 실시예는 산란계와 같은 현존하는 계측 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 수정된 소프트웨어를 사용하여 자동화된 장치에 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 제 4 양태에서 프로세서가 전술된 바와 같은 방법의 단계 (c)를 수행하게 하기 위한 머신-판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 더 제공한다. 프로세서는 광학계 및 프로세서가 방법의 단계 (b)를 수행하게 제어하도록 더욱 프로그래밍될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예는 더 나아가, 리소그래피 시스템으로서: 중첩(overlying) 방식으로 패턴의 시퀀스를 패터닝 디바이스로부터 기판에 전사하도록 구현되는 리소그래피 장치; 및

전술된 바와 같은 본 발명의 일 실시예의 임의의 태양에 따르는 검사 장치로서, 패턴의 상기 시퀀스를 다른 기판에 적용할 때에 검사 장치로부터의 계산된 성능 파라미터를 사용하도록 구현되는, 검사 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 디바이스 패턴들의 시퀀스가 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판에 적용되는, 디바이스의 제조 방법으로서, 위에서 전술된 바와 같은 검사 방법을 사용하여, 복수 개의 계측 타겟을, 상기 기판들 중 적어도 하나에 있는 상기 디바이스 패턴들의 일부로서 또는 그 외로서 검사하는 단계, 및 계산된 성능 파라미터에 따라서 추후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법을 더 제공한다.

본 발명의 다른 피쳐 및 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조체 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 단지 예시를 위해 제공된다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 추가의 실시예가 당업자에게는 명백할 것이다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시적인 방식으로 이제 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 묘사한다;
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다;
도 3a 내지 도 3d 는, 도 3a 가 제 1 쌍의 조명 개구부를 사용하여 본 발명의 실시예에 따라서 타겟을 측정하는 데에 사용되기 위한 암시야 산란계의 개략도를, 도 3b 가 조명의 주어진 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부사항을, 도 3c 가 회절 기초 오버레이 측정을 위하여 산란계를 사용하는 경우의 추가적인 조명 모드를 제공하는 제 2 쌍의 조명 개구부를, 그리고 도 3d 가 제 1 및 제 2 쌍의 개구부들을 결합하는 제 3 쌍의 조명 개구부를 예시한다;
도 4 는 기지 형태(known form)의 다수의 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 도시한다;
도 5 는 도 3 의 산란계에서 획득되는 도 4 의 타겟의 이미지를 도시한다;
도 6 은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는, 도 3 의 산란계 및 신규한 계측 타겟을 사용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다;
도 7 은 본 발명의 실시예에 적용되는 오버레이 방법의 원리를 설명한다;
도 8 은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는, 바이어스 방식 및 보조 타겟을 가지는 신규한 복합 타겟을 평면도(도 8a) 및 개략적인 단면도(도 8b)에서 도시한다;
도 9a 및 도 9b 는 리소그래피 단계에서 이상적인 형태(도 9a)와 수차에 의하여 발생한 변위가 있는(도 9b) 당해-분해능(at-resolution) 피쳐를 가지는 격자 구조체의 일부를 도시한다;
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따르는 오버레이 계측을 위한 신규한 복합 타겟에 있는 보조 컴포넌트 격자를 좀 더 상세하게 도시한다;
도 11 은 도 8 의 타겟에 있는 보조 컴포넌트 격자의 측정이 어떻게 정정된 오버레이 측정을 생성하도록 사용되는지를 보여주는, 도 6 의 흐름도의 확장된 부분이다;
도 12 및 도 13 은 큰 타겟을 사용하고 도 3 의 산란계에 있는 동공 이미지 센서를 사용하는, 본 발명의 대안적 실시예를 예시한다;
도 14a 및 도 14b 는 다중-패터닝 프로세스에 의하여 형성되는 구조체들에 있는 불일치 현상을 예시한다;
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따르는 다중-패터닝 프로세스에 의하여 형성되는 구조체에 있는 불일치를 측정하기 위한 신규한 복합 타겟 내의 컴포넌트 격자의 형태를 예시한다; 그리고
도 16 은 도 15 의 타겟을 사용하는 다중-패터닝 프로세스에 의하여 형성되는 구조체에 있는 불일치를 측정하는 방법의 흐름도이다.

이러한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 본 명세서의 피쳐를 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 본 발명을 단지 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의하여 정의된다.

설명된 실시예(들) 및 명세서에서, "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등에 대한 언급은 기술된 실시예(들)가 특정 요소, 구조체, 또는 특징을 포함할 수 있지만, 각각의 실시예가 이러한 특정 요소, 구조체, 또는 특징을 반드시 포함하지 않을 수도 있음을 뜻한다. 더욱이, 이러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 나아가, 특정 요소, 구조체, 또는 특징이 실시예와 관련하여 기술될 때, 명시적으로 기술되든 아니든, 다른 실시예와 관련하여 이러한 요소, 구조체, 또는 특징을 구현하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 속한다고 이해된다.

본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 또한 머신-판독가능 매체 상에 저장되는 명령으로서 구현될 수도 있고, 이들은 하나 이상의 프로세서에 의하여 판독되고 실행될 수도 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 머신-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기적 디스크 스토리지 미디어; 광학적 스토리지 미디어; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향학적이거나 다른 형태의 전파된 신호 및 다른 것들을 포함할 수도 있다. 더 나아가, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 본 명세서에서 특정 액션들을 수행하고 있는 것으로 설명될 수도 있다. 그러나, 이러한 설명들이 단지 편의를 위한 것이라는 것 그리고 이러한 액션들이 사실상 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 다른 디바이스 실행중인 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령, 등으로부터 초래된다는 것이 인정되어야 한다.

그러나, 이러한 실시예를 좀 더 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수도 있는 일 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1 은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성되는 조명 시스템(illuminator)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 1 포지셔너(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지대 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 2 포지셔너(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 디렉팅하고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.

패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 포지션에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 천이 피처(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정 기능성 층에 대응할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수도 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 주지되며, 이진, 교번 위상-천이, 감쇄 위상-천이, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 액침액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 투영 렌즈라는 용어가 임의로 사용되면 더 일반적인 용어인 투영 시스템과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.

도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 마스크를 채용). 대안적으로, 장치는 반사형 타입(예를 들어 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 유형의 것일 수 있다. 그러한 다중 스테이지 기계에서, 부가적인 테이블은 평행하게 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 테이블들이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 준비 단계들이 하나 이상의 테이블 상에 수행될 수 있다.

리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 덮힐 수 있는 유형일 수 있다. 액침액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 가해질 수 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "액침"이라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.

도 1 을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사원(SO)으로부터 수광한다. 예를 들어, 방사원이 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우들에서, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사원이 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)는 조절될 수 있다. 부가적으로, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 포지셔너(PW) 및 포지션 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 포지셔닝하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 포지셔너(PM) 및 다른 포지션 센서(도 1 에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확하게 포지셔닝하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어 마스크 테이블(MT))의 이동은, 제 1 포지셔너(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 정밀 위치 설정)을 이용하여 실현될 수도 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제 2 포지셔너(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수도 있다. 스테퍼의 경우(스캐너에 반대됨), 패터닝 디바이스 지지대(마스크 테이블(MT))는 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다.

패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟 영역을 점유하지만, 이들은 타겟 영역 사이의 공간(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다. 작은 정렬 마커들도 역시 다이에, 그리고 디바이스 피쳐들 사이에 포함될 수 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피쳐에 비하여 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다.

도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다: 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다. 당업계에 주지되는 다른 타입의 리소그래피 장치 및 동작 모드도 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려진다. 소위 무마스크 리소그래피에서, 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 정지되게 홀딩되지만 변화하는 패턴을 가지며, 및 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.

또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.

기지 산란계의 예들은 US2006033921A1 호 및 US2010201963A1 호에 기술되는 타입의 각도-분해된 산란계를 포함하는데, 이들은 그 전체로서 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다. 이러한 산란계에 의하여 사용되는 타겟은, 예를 들어 40μm 바이 40μm인 상대적으로 큰 격자들이고, 측정 빔은 격자보다 더 작은 스폿을 생성한다(즉, 격자는 언더필된다). 이를 통하여 타겟이 무한 개인 것처럼 간주될 수 있도록 타겟을 수학적으로 용이하게 복원할 수 있다. 예를 들어 10μm 바이 10μm 이하로 타겟의 크기를 감소시켜서, 예를 들어 이들이 스크라이브 레인(scribe lane)에 있는 것이 아니라 제품 피쳐들 사이에 포지셔닝될 수 있게 하기 위하여, 격자가 측정 스폿보다 더 작아지는(즉, 격자가 오버필되는) 계측이 제안되었다. 통상적으로 이러한 타겟들은, 회절의 0차(거울 반사(specular reflection)에 대응)가 차단되고 더 높은 차수들만이 처리되는 암시야 산란측정을 사용하여 측정된다. 회절 차수의 암-시야 검출을 사용하는 회절-기초 오버레이가 더 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 암시야 계측의 예는 국제 특허 출원 제 WO 2009/078708 호 및 제 WO 2009/106279 호에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전체로서 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다. 기법의 더 나아간 개발예가 공개된 특허 공개 번호 제 US20110027704A 호, 제 US20110043791A 호, 제 US20120044470A 호, 제 US20120123581A 호, 제 US20130258310A 호 및 제 US20130271740A 호와 미국 특허 출원 제 61/652,552 호 및 제 61/803,673 호에 기술되는데, 이들은 그 전체로서 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다. 이러한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 복합 격자 타겟을 사용하여 하나의 이미지 내의 다수의 격자들이 측정될 수 있다. 이러한 출원들 모두의 내용도 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다.

리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 포지션을 측정하는 것을 포함할 수도 있다.

도 2 에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하고, 이는 또한 기판 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 침착시키기 위한 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 칠 플레이트(chill plate, CH), 및 베이크 플레이트(bake plate, BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system, SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 계측 장치(산란계)가 도 3a 에 도시된다. 격자 타겟(T) 및 회절 광선은 도 3b 에 예시된다. 형태와 사용예에 있어서의 이러한 장치와 변형예의 더 상세한 내용은 제 S 2011027704 호 및 위에서 언급된 다른 특허 출원들에 제공된다. 이러한 출원들의 전체 내용은 본 명세서에 원용되어 통합된다. 산란계는 독립형 디바이스이거나 리소그래피 장치(LA), 예를 들어 측정 스테이션, 또는 리소그래피 셀(LC) 중 하나에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐 수 개의 브랜치를 가지는 광축은 점선 O로 표현된다. 이러한 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의하여 방출된 광은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학계에 의하여 빔 분할기(15)를 통해 기판(W)으로 지향된다. 이러한 렌즈들은 4F 배치구성(4F arrangement)의 이중 시퀀스로 배치된다. 다른 렌즈 장치가 기판 이미지를 검출기에 여전히 제공하고, 공간적-주파수 필터링을 위하여 중간 동공-평면의 액세스를 동시에 허용하기만 하면, 이것도 역시 사용될 수 있다. 그러므로, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서(켤레(conjugate)) 동공 평면이라고 불리는 기판 평면의 공간적 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간적 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 동공 평면의 백-투영된(back-projected) 이미지인 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적합한 형태의 개구부 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 개구부 플레이트(13)는, 다른 조명 모드가 선택되게 하는 13N 및 13S 라고 명명되는 다른 형태들을 가진다. 이러한 예에서 개구부 플레이트는 다양한 오프-축 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 개구부 플레이트(13N)는, 오직 설명의 편의를 위해서 '북쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 개구부 플레이트(13S)는 유사하지만 '남쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 개구부를 사용하면 조명의 다른 모드들도 가능해진다. 동공 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직한데, 이것은 원하는 조명 모드 외부의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭을 일으킬 것이기 때문이다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 격자 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 법선을 이루는 기판(W)과 함께 배치된다. 축(O)에서 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 충돌하는 조명(I)의 광선은 0차 광선(실선 0) 및 두 개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)이 발생되게 한다. 오버필된 소타겟 격자의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 뿐이라는 것을 기억해야 한다. 복합 격자 타겟이 제공되는 경우에, 타겟 내의 각각의 개개의 격자는 자기 자신의 회절 스펙트럼이 발생되게 할 것이다. 플레이트(13)에 있는 개구부가 유한한 폭(광의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 점유할 것이고, 회절 광선 0 및 +1/-1 은 어느 정도 확산될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수에 따라서, 각각의 차수 +1 및 -1 은 도시된 바와 같은 단일한 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 넓게 확산될 것이다. 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙 광축과 가깝게 정렬되도록 격자 피치 및 조명 각도가 설계되거나 조절될 수 있다는 점에 주의한다. 도 3a 및 도 3b 에 예시된 광선들은 다소 오프 축이어서 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있게 도시된다.

기판(W) 상의 타겟에 의하여 회전된 것 중 적어도 0 및 +1 차 광선들은 대물 렌즈(16)에 의하여 수집되고 다시 빔 분할기(15)로 지향된다. 도 3a 를 참조하면, 제 1 및 제 2 조명 모드 모두가 북쪽(N) 및 남쪽(S)이라고 명명된 서로 반대인 개구부를 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광축의 북쪽으로부터 입사하는 경우, 즉 제 1 조명 모드가 개구부 플레이트(13N)를 사용하여 적용되면, +1(N) 이라고 명명된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 이에 반해, 제 2 조명 모드가 개구부 플레이트(13S)를 사용하면 적용되는 경우, -1 회절 광선(-1(S)라고 명명됨)이 렌즈(16)에 진입한다.

제 2 빔 분할기(17)는 회절빔을 두 개의 측정 브랜치를 향해 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학계(18)는 0차와 1차 회절빔을 사용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 다른 포인트에 도달하여, 이미지 처리를 통하여 차수를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의하여 캡쳐된 동공 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하는 것 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 퓨필 평면은 비대칭 측정을 위하여 그리고 복원과 같은 많은 측정 목적을 위하여 사용될 수 있는데, 이것은 본 개시물의 대상이 아니다. 설명될 제 1 예는 비대칭을 측정하기 위하여 제 2 측정 브랜치를 사용할 것이다.

제 2 측정 브랜치에서, 광학계(20, 22)는 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 개구부 스톱(aperture stop; 21)이 동공-평면에 대하여 켤레인 평면에 제공된다. 개구부 스톱(21)은 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 -1 또는 +1 1차 빔에 의해서만 형성되게 하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의하여 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되고, 이들의 기능은 수행되는 특정 타입의 측정에 따라서 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 본 명세서에서 광의로 사용된다는 것에 주의한다. 이와 같이 격자 라인의 이미지는, -1 및 +1 차수 중 오직 하나만 존재할 경우에는 센서(23)에 형성되지 않을 것이다.

도 3 에 도시되는 개구부 플레이트(13) 및 필드 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예일 뿐이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 타겟의 온-축 조명이 사용되며, 오프-축 개구부를 가지는 개구부 스톱이 회절된 광의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 사용된다(13 및 21 에서 도시되는 개구부는 그러한 경우에는 효과적으로 스워핑된다). 또다른 실시예에서, 2차, 3차 및 더 고차인 빔(도 3 에는 미도시)이 1차 빔 대신에 또는 이에 추가하여 측정에 사용될 수 있다.

조명이 이러한 다른 타입의 측정에 대해 적응될 수 있게 하기 위해서, 개구부 플레이트(13)는 원하는 패턴이 나타나도록 회전하는 디스크 주위에 형성되는 다수 개의 개구부 패턴을 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 플레이트들(13)의 세트가 동일한 효과를 얻도록 제공되고 스워핑될 수 있다. 변형가능 미러 어레이 또는 투과성 공간적 광 변조기와 같은 프로그래밍가능한 조명 디바이스도 역시 사용될 수 있다. 조명 모드를 조절하기 위한 다른 방법으로 미러 또는 프리즘을 이동시킬 수 있다.

개구부 플레이트(13)와 관련하여 직전에 설명된 바와 같이, 이미징에 대한 회절 차수를 선택하는 것은, 다른 방식으로는 동공-스톱(21)을 변경함으로써, 또는 다른 패턴을 가지는 동공-스톱으로 교체함으로써, 또는 고정된 필드 스톱을 프로그래밍가능한 공간적 광 변조기로 대체함으로써 달성될 수 있다. 이러한 경우에, 측정 광학계의 조명측은 일정하게 유지되는 반면에 이미징 측에서 제 1 및 제 2 모드를 가질 수 있다. 실무에서, 많은 가능한 타입의 측정 방법들이 있으며, 이들 각각은 자신의 장점 및 단점을 가진다. 하나의 방법에서, 조명 모드는 다른 차수를 측정하도록 변경된다. 다른 방법에서는, 이미징 모드가 변경된다. 제 3 방법에서, 조명 및 이미징 모드는 바뀌지 않는 반면에 타겟이 180 도만큼 회전된다. 각각의 경우에 원하는 효과는 동일하며, 즉 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로에 대하여 대칭적으로 반대인 비제로 차수의 회절된 방사선의 제 1 및 제 2 부분을 선택하는 것이다.

이러한 예에서 이미징을 위하여 사용되는 광학계가 필드 스톱(21)에 의하여 제한되는 넓은 입사 동공을 가지는 반면에, 다른 실시예들에서 또는 적용예에서 이미징 시스템 자체의 입사 동공 크기는 원하는 차수로 제한되기에 충분할 만큼 작을 수 있고, 따라서 필드 스톱으로서 역할을 할 수도 있다. 다른 개구부 플레이트들이 아래에 더 상세히 설명될 수 있는 도 3c 및 도 3d 에 도시된다.

통상적으로, 타겟 격자는 북-남 방향으로 또는 동-서 방향으로 진행하는 자신의 격자 라인에 맞게 정렬될 것이다. 다시 말해서, 격자는 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 것이다. 개구부 플레이트(13N 또는 13S)가 하나의 방향(셋-업에 따라 X 또는 Y)으로 지향된 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 점에 주의한다. 직교 격자를 측정하기 위해서, 타겟이 90° 및 270°만큼 회전되는 방식이 구현될 수 있다. 그러나, 더 편리하게는 동쪽 또는 서쪽으로부터 오는 조명이 도 3c 에 도시되는 바와 같은 개구부 플레이트(13E 또는 13W)를 사용하여 조명 광학기에 제공된다. 개구부 플레이트(13N 내지 13W)는 별개로 형성되고 교환될 수 있거나, 이들은 90, 180 또는 270 도만큼 회전될 수 있는 단일 개구부 플레이트일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 도 3c 에 도시된 오프-축 개구부는 조명 개구부 플레이트(13) 안이 아니라 필드 스톱(21)에 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 조명은 온 축(on axis)으로 제공될 것이다.

도 3d 는 제 1 쌍 및 제 2 쌍의 조명 모드들을 결합하기 위하여 사용될 수 있는 제 3 쌍의 개구부 플레이트를 도시한다. 개구부 플레이트(13NW)는 북쪽 및 동쪽에 제 3 쌍의 개구부 플레이트를 가지는 반면에 개구부 플레이트(13SE)는 남쪽 및 서쪽에 개구부를 가진다. 이러한 다른 회절 신호들 사이의 크로스-토크가 너무 크지 않다면, 조명 모드를 변경하지 않으면서 X 및 Y 격자 양자 모두를 측정할 수 있다. 다양한 다른 개구부 플레이트(13Q)가 도 12 및 도 13 의 예에 도시될 것이다.

소타겟을 사용한 오버레이 측정 - 도입

도 4 는 기지의 실무에 따라서 기판(W)에 형성된 복합 격자 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 서로 근접하게 위치되어 계측 장치의 조명 빔에 의하여 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 존재하게 하는 4 개의 개개의 격자(32 내지 35)를 포함한다. 따라서 4 개의 타겟은 모든 동시에 조명되고 센서(19 및 23)에 동시에 결상된다. 오버레이 측정에만 관련되는 예에서, 격자(32 내지 35)는 기판(W)에 형성된 반도체 디바이스의 다른 층들에 패터닝되는 위에 놓인 격자들에 의하여 형성되는 복합 격자들이다. 격자(32 내지 35)는 복합 격자의 다른 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위하여 상이하게, 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수도 있다. 또한 격자(32 내지 35)는 인입하는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회전하기 위한, 도시된 바와 같이 배향이 있어서 다를 수 있다. 일 예에서, 격자(32 및 34)는 +d, -d, 각각의 바이어스를 가지는 X-방향 격자들이다. 이것은 격자(32)가, 그들 모두가 공칭 위치에 정확하게 인쇄된다면 이러한 컴포넌트 중 하나가 다른 것에 대해서 거리 d 만큼 오프셋되도록 자신의 중첩(overlying) 컴포넌트들을 가진다는 것을 의미한다. 격자(34)는 완벽하게 인쇄된다면 d의 오프셋이지만 제 1 격자에 대해 반대 방향인 자신의 컴포넌트를 가지며, 이러한 방식으로 각자의 컴포넌트를 가진다. 격자(33 및 35)는 각각 오프셋 +d 및 -d인 Y-방향 격자이다. 4 개의 격자가 예시되는 반면에, 다른 실시예는 원하는 정확도를 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 요구할 수도 있다. 예를 들어, 9개의 복합 격자의 3 x 3 어레이는 바이어스 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d를 가질 수도 있다. 이러한 격자들의 개별 이미지는 센서(23)에 의하여 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 5 는 도 3 의 장치에 있는 도 4 의 타겟을 사용하고, 도 3d 의 개구부 플레이트(13NW 또는 13SE)를 사용하여 센서(23)에 형성되고 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 일 예를 도시한다. 동공 평면 이미지 센서(19)는 개개의 다른 격자(32 내지 35)들을 분해할 수 없는 대신에, 이미지 센서(23)는 가능하다. 빗금 사각형(40)은 센서에서의 이미지의 필드이고, 그 안에서 기판의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이상적으로는 필드는 어둡다. 이러한 암시야 이미지에서, 직사각형 영역(42 내지 45)은 개개의 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 만일 격자들이 제품 영역에 위치된다면, 제품 피쳐도 역시 이러한 이미지 필드의 주위에서 보여질 수 있다. 단일 복합 격자 타겟만이 도 5 의 암시야 이미지에 도시되는 반면에, 실무에서 리소그래피에 의하여 제조되는 반도체 디바이스 또는 다른 제품은 많은 층들을 가질 수도 있고, 층들의 다른 쌍들 사이에서 오버레이 측정이 이루어지는 것이 소망된다. 층들의 쌍 사이에서의 각각의 오버레이 측정을 위하여, 하나 이상의 복합 격자 타겟이 요구되고, 따라서 다른 복합 격자 타겟이 이미지 필드 내에 존재할 수도 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이러한 이미지를 처리하여 격자(32 내지 35)의 별개의 이미지(42 내지 45)를 식별한다.

격자들의 개별 이미지가 식별되면, 그러한 개개의 이미지의 세기가 예를 들어 식별된 영역 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 속성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 리소그래피 프로세스의 다른 파라미터를 측정하도록 결합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이고, 세기를 비교하면 오버레이의 측정으로서 사용될 수 있는 비대칭이 드러난다. 비대칭 및 따라서 오버레이를 측정하기 위한 다른 기법에서, 동공 평면 이미지 센서(19)가 사용된다. 이러한 센서를 사용하는 일 예는 도 12 및 도 13 을 참조하여 후술될 것이다.

당해-분해능 오버레이의 측정

현대의 리소그래피 프로세스에서, 리소그래피 장치에 의하여 인쇄되는 기능성 제품 피쳐는 종래의 계측 장치에 의하여 분해될 수 있는 것보다 더 작은 매우 작은 치수를 가질 수도 있다. 결과적으로, 계측 타겟의 격자(32 내지 35)에 있는 피쳐가 더 큰 척도로 형성된다. 일 예로서, 계측 타겟의 피치는 500 nm 또는 600 nm로부터 1000 nm 또는 심지어 2000 nm까지의 범위에 있을 수 있다. 다르게 말하면, 개개의 피쳐(격자 라인)는 너비가 250 nm로부터 1000 nm 까지일 것이다. 리소그래피 툴의 분해능에서 형성된 제품 피쳐는 100 nm 미만, 예를 들어 50 nm 미만 또는 심지어 20 nm 미만의 치수를 가질 수도 있다. 이러한 더 세밀한 피쳐들은, 리소그래피 장치에 있는 패터닝 시스템의 분해능을 참조하여 일반적으로 당해-분해능 피쳐(at-resolution feature)라고 지칭된다. 계측 격자에서의 프로세스 단계의 효과가 제품 피쳐에서의 효과와 크게 다르지 않도록, 당해-분해능 피쳐를 사용하여 계측 격자의 거친 격자 피쳐를 형성하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 계측 장치는 이러한 당해-분해능 피쳐를 관찰하지 않는다. (계측 장치의 경우에, 서브-분해능 피쳐가 있음)

계측 장치가 수 나노미터의 정확도까지 거친 격자들 사이의 오버레이 에러를 측정할 수 있는 반면에, 이러한 거친 격자는 실제 제품 피쳐를 나타내고 있지 않다. 계측 타겟은 기능성 제품 피쳐를 형성하는 동일한 리소그래피 장치 및 프로세스 단계에 의하여 기판에 적용되지만, 당해-분해능 피쳐는, 예를 들어 패턴을 적용시키기 위하여 사용되는 광학적 투영 시스템에서의 수차에 기인하여, 더 거친 오버레이 격자 피쳐보다 그들의 포지셔닝에 있어서 다소 다른 에러에 노출되게 된다. 현재의 계측 장치에서 이것이 가져오는 영향은, 측정된 오버레이가 거친 격자의 포지션에서의 오버레이 에러를 정확하게 나타내는 반면에, 동일한 기판 상의 다른 위치에서의 더 세밀한 당해-분해능 피쳐에 있는 오버레이를 정확하게 나타내지 않게 된다는 것이다. 기능성 최종 제품의 성능을 정의하는 것이 당해-분해능 피쳐이기 때문에, 결과적으로 오버레이 측정의 정확도가 기대되는 것만큼 적절하지 않게 된다.

발명자들은, 당해-분해능 피쳐를 가지는 그리고 가지지 않는 신규한 계측 타겟을 형성하고 측정함으로써, 계측 장치가 당해-분해능 오버레이 측정을 획득하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 인식하였는데, 이러한 측정은 기판의 다른 곳에서의 당해-분해능 제품 피쳐들 사이의 오버레이를 더 잘 나타내는 오버레이 측정을 의미한다. 신규한 타겟 및 방법을 자세하게 설명하기 이전에, 신규한 오버레이 측정 프로세스의 하나의 예의 개관이 제공될 것이다.

도 6 은 신규한 타겟을 사용하여 당해-분해능 오버레이를 측정하는 방법을 도시한다. 이러한 예의 방법은 도 3 및 도 4 의 장치를 사용하는 출원 US 2011027704 호에 기술된 방법에 기초한다. 원리에 따르면, 컴포넌트 격자(32 내지 35)를 포함하는 두 개의 층들 사이의 오버레이 에러는, +1 차 및 -1 차 암시야 이미지에서의 그들의 세기를 비교함으로써 드러나는 격자들의 비대칭을 통해서 측정된다. 단계 S1 에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 도 2 의 리소그래피 셀을 통하여 한 번 이상 처리되어, 오버레이 격자(32 내지 35)뿐만 아니라 보조 타겟도 포함하는 구조체를 생성한다. 보조 타겟은 거친 구조체를 가지는 격자뿐만 아니라, 당해-분해능 서브-구조체 그리고 거친 구조체 사이의 프로그래밍된(기지) 오프셋을 가지는 더 작은-스케일(당해-분해능) 서브-구조체를 포함한다. 이러한 보조 격자들의 예가 아래에 더 상세하게 설명될 것이다. 오버레이 격자(32 내지 35)는 산란계의 분해능에 속하는 거친 구조체만을 포함할 수도 있거나, 다른 프로그래밍된 오프셋이 없이 당해 분해능 피쳐를 포함할 수도 있다.

S2 에서, 도 3 의 계측 장치를 사용함으로써, 격자(32 내지 35) 및 보조 격자의 이미지는 1차 회절빔(예를 들어 -1) 중 오직 하나만을 사용하여 획득된다. 그러면, 계측 장치의 가시 범위 내에서 조명 모드를 변경하거나, 또는 이미징 모드를 변경하거나, 또는 기판(W)을 180°만큼 회전시킴으로써, 다른 1차 회절빔(+1)을 사용하는 격자의 제 2 이미지가 획득될 수 있다(단계 S3). 결과적으로, +1 회절된 방사선이 제 2 이미지에 캡쳐된다. 모든 격자(32 내지 35) 및 보조 격자가 각각의 이미지에서 캡쳐될 수 있는지 여부, 또는 산란계 및 기판이 하나 이상의 별개의 이미지에서 보조 격자를 캡쳐하기 위하여 이동될 필요가 있는지는 설계상 선택 문제이다. 어느 경우에서나, 모든 컴포넌트 격자의 제 1 및 제 2 이미지가 이미지 센서(23)를 통해서 캡쳐된다는 것이 가정된다.

각각의 이미지 내에 1차 회절된 방사선의 절반만을 포함시킴으로써, 여기에서 지칭되는 '이미지'는 통상적인 암시야 현미경 이미지가 아니다. 각각의 격자는 특정한 세기 레벨의 영역에 의하여 간단하게 표현될 것이다. 개개의 격자 라인은 분해되지 않을 것인데, 이것은 +1 및 -1 차 회절 방사선 중 하나만이 존재하기 때문이다. 단계 S4 에서, 지역(ROI)이 각각의 컴포넌트 격자의 이미지로부터 조심스럽게 식별되고, 이로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 특히 개개의 격자 이미지의 에지 주위에서, 세기 값이 레지스트 두께, 조성, 라인 형상, 및 에지 효과와 같은 프로세스 변수에 일반적으로 많이 의존할 수 있기 때문에 이것이 수행된다.

각각의 개개의 격자에 대한 ROI를 식별하고 이것의 세기를 측정하면, 격자 구조체의 비대칭, 및 따라서 오버레이 에러가 이제 결정될 수 있다. 출원들에서 기술된 바와 같이, 이것은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의하여, 각각의 격자(32 내지 35)에 대한 +1 및 -1 차수에 대하여 획득되는 세기 값들을 비교하여 그들의 세기에서의 임의의 차분을 식별하는 단계 S5 에 의하여, 그리고 격자의 오버레이 바이어스에 대한 지식으로부터 타겟(T)의 근방에서의 오버레이 에러를 결정하는 단계 S6 에 의하여 수행된다.

도 7 은 도 6 의 방법을 사용하여, 다른 회절 차수의 세기에서의 비대칭으로부터 오버레이 측정을 계산하는 원리를 예시한다. 수평 축은 오버레이(OVL)를 나타내는 반면에, 수직 축은 주어진 타겟 격자의 다른 회절 차수 사이의 세기의 차분으로서 획득되는 비대칭 신호 A를 나타낸다. 라인 500 은 비대칭 신호와, 오버레이 격자 내의 하나의 세트의 피쳐(격자 라인)의 서로에 대한 변위 사이의 선형 관련성을(근사적으로) 예시한다. 축의 척도는 임의이며 라인 500 의 기울기는 절대적인 수치로서 알려질 필요가 없다. 알려지는 것은, 오버레이가 제로인 곳에서는 비대칭 신호가 제로가 된다는 것이다. 바이어스된 격자와 바이어스의 지식을 사용하면, 미지의 변위가 계산될 수 있다.

이러한 예에서, (프로그래밍된) 오프셋 -d 및 +d로써 바이어스된 격자들이 사용된다. 오프셋이 같은 값이고 반대 부호라는 사실은 단지 간결성을 위한 것일 뿐이다. (일반적으로, 임의의 오프셋 d1 및 d2를 착상할 수 있다.) 타겟이 완벽하게 인쇄된 이상적인 경우에, 변위의 다른 소스가 존재하지 않으며, 격자의 비대칭은 흰색 원으로 표시되는 바와 같이 같은 값이고 반대 부호일 것이다. 그러나, 실제 타겟에서는, 신호를 검정 원으로 표시된 위치로 천이시키는 미지의 변위 △d도 역시 존재할 것이다. 바이어스된 격자로부터 획득된 비대칭 신호는 A(-) 및 A(+)라고 명명된다. 오프셋 -d 및 +d를 알고, 오버레이가 제로인 경우 비대칭이 제로라는 것을 알기 때문에, 미지의 변위 △d가 비대칭 신호로부터 계산되어 오버레이 에러의 측정을 획득할 수 있다.

위에서 언급된 출원에서, 위에 언급된 기본적인 방법을 사용하여 오버레이 측정의 품질을 개선시키기 위한 다양한 기법들이 개시된다. 이러한 기법들은 출원에서 설명되며, 본 명세서에서는 더 상세히 설명되지 않을 것이다. 이들은 본 출원에서 새롭게 개시된 기법과 조합하여 사용될 것인데, 본 발명의 기법은 이제 설명될 것이다.

도 6 으로 돌아가면, 본 발명의 신규한 방법에서, 기판 상의 거친 격자 피쳐와 당해-분해능 피쳐 사이의 차분을 측정하기 위하여 비대칭이 보조 격자에서도 측정했다. 이러한 방식으로, 단계 S6 에서 획득된 오버레이 측정이 기판 상의 제품 피쳐에 있는 당해-분해능 오버레이를 더 잘 표현하도록 정정된다. 이러한 정정의 원리 및 구현형태가 이제 설명될 것이다.

도 8 은 도 6 의 방법에서 사용되기 위한 신규한 복합 계측 타겟(520)을 도시한다. 도면의 상부(a)는 타겟을 평면도로 도시하는 반면에 하부(b)는 단면으로 도시한다. 단면도는 개략적으로 기판(W) 및 제품 층(L1 및 L2)을 도시한다. 실제 제품은 실제로 많은 층을 가질 것이다. 이러한 예에서 복합 타겟은 자신의 중심에 기지의 방법에서 사용되는 컴포넌트 오버레이 격자(32 내지 35)의 세트와 동일한 복합 타겟(522)을 포함한다. 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 타겟은 양자 모두의 층(L1 및 L2)에서(그리고 당해-분해능 피쳐를 포함할 수도 있는) 격자 피쳐를 가진다. 타겟(522)의 양측은 두 개의 보조 타겟(524 및 526)이다. 이러한 보조 타겟은 거친 피쳐 및 당해-분해능 피쳐를 가지지만 하나의 층에서만 형성되는 격자를 포함한다. 따라서 타겟(524)은 층(L1)에 형성되는 4 개의 보조 컴포넌트 격자(32' 내지 35')를 포함하는 반면에, 타겟(526)은 층(L2)에 형성된 4 개의 보조 컴포넌트 격자(32 내지 35)를 포함한다.

이제 도 9 를 참조하면, 기판 상의 기능성 제품 피쳐와 치수가 거의 유사하지만, 산란계에 의하여 개별적으로 분해되기에는 너무 작은 당해-분해능 피쳐를 가지는 격자의 일부를 본다. 도 9a 는 단면도에서 도 9a 에 있는 X-방향 격자(32')와 같은, 오버레이 타겟의 회절 격자의 소부분을 도시한다. 구체적으로 설명하면, 기지의 주기성을 가지고 반복되는 라인-공간 패턴을 포함하여 전체 격자를 형성하는 대략적으로 하나의 반복 유닛이 보인다. 격자는 다른 굴절률들을 가지는 재료(600, 602)에 형성되고, 그 반복 유닛이 라인 영역(603) 및 공간 영역(604)을 포함하는 주기적 패턴으로 배치된다. 라인-공간 패턴은 특히 기판에 적용되는 패턴을 도 1 의 리소그래피 장치 또는 이와 유사한 장치를 사용하여 에칭함으로써 형성될 수도 있다. 이러한 패턴에서 지정 라인 및 공간은 완전히 임의적이다. 사실상, 라인의 각각의 공간 영역(604)은 재료(600)가 균일하게 부재하지 않고, 오히려 더 작은 라인(606) 및 공간(608)을 포함하는 미세-피치 격자 패턴으로 존재하도록 형성된다는 것에 주의한다. 선택적으로, 각각의 마크 영역(603)은 재료(600)가 일정하게 존재하지 않고 유사한 미세 피치 격자 패턴으로 존재하도록 형성될 수도 있다. 이러한 미세 피치 패턴은 페이지로 들어가는 방향인 Y 방향에서 주기성을 가질 수도 있고, 따라서 도 9 에 도시되는 단면도에서는 보이지 않는다. 이러한 더 미세한 라인 및 공간이 본 명세서에서 당해-분해능 피쳐라고 불리는, 이들을 사용할 리소그래피 장치 내의 투영 시스템의 분해능의 한계에 있거나 이에 가까운 것이다. 이들은 또한 도 3 에 도시되는 계측 장치(산란계)의 경우에는 서브-분해능 피쳐라고도 불릴 수도 있다.

이상적으로는, 라인(606)에 의하여 형성된 미세 격자는 거친 격자와 동일한 포인트(610)에 중심을 두게 될 것이다. 격자에 있는 모든 라인에 걸쳐서 평균화된 이러한 포인트(610)가 전체 타겟의 중앙 기준 위치를 규정할 수도 있다. 그러나, 서브-세그먼트화된 타겟들은 타겟이 형성되는 프로세스에서 발생하는 렌즈 수차에 민감하다. 이러한 수차는 당해-분해능 피쳐와 거친 격자 피치 사이에서 천이가 발생하게 한다.

도 9b 는 이상적인 형태(도 9a)와 유사하지만 거친 격자 피치와 당해-분해능 피쳐 사이에 천이 또는 불일치를 나타내는 이러한 서브-세그먼트화된 격자의 형태를 도시한다. 이러한 격자는 더 큰 격자 피치와 당해-분해능 구조체 사이에서의 천이에 기인하여 비대칭이 되었다. 영역(604)의 일단부에서의 공간(620)에서 서브-세그먼트화된 공간 부분은 다른 단부에서의 공간(622)보다 조금 더 좁게 되었다. 그러므로 당해-분해능 격자는 거친 오버레이 격자의 중앙 포인트(X0)와 정확하게 일치하지 않는 포지션(XAR)에 있는 중앙 포인트를 가진다. 불일치 또는 천이 Δds는 X0 와 XAR 사이의 차분을 나타내고, 예를 들어 나노미터 단위로 측정될 수도 있다.

도 8 로 돌아가면, 오버레이 격자(32 내지 35)가 자신들에게 프로그램된 오버레이 오프셋 -d 및 +d를 가지는 반면에, 보조 격자(32'-35' 및 32 내지 35)는 거친 격자 구조체에 대한 당해-분해능 피쳐의 포지셔닝에서 프로그래밍된 오프셋을 가진다는 것을 알 수 있다. 이러한 오프셋은 X 및 Y 방향 격자에서 -ds 및 +ds로 명명된다. 발명자들은, 당해-분해능 피쳐와 거친 격자 사이의 오프셋이 메인 오버레이가 측정될 수 있는 것과 동일한 방식으로 비대칭 신호를 통해서 측정될 수 있다는 것을 인식했다. 오버레이 측정을 각각의 층에서 이루어진 보조 측정과 결합함으로써, 정정된 오버레이 측정이 도 6 의 방법의 단계 S6 에서 계산될 수 있다.

도 10 은 보조 타겟들 중 하나, 예를 들어 타겟(524) 내의 두 개의 보조 컴포넌트 격자에 프로그래밍된 오프셋을 적용한 것을 상세하게 예시한다. 제 1 컴포넌트 격자(32')의 개략적인 단면도는 도면의 상단에 도시되는 반면에 제 2 컴포넌트 격자(34')의 단면도는 하단에 도시된다. 단면도에서, 도 9 에서와 같이, 전체 패턴의 반복 유닛들 중 오직 하나만이 공간 영역에 중심을 갖는다. 3 개의 당해-분해능 라인들만이 도시되고, 명확화를 위하여 과장된다. 실제 격자는 더 큰 패턴의 각각의 공간 영역 내에 당해-분해능 라인 및 공간에서 5개 내지 20개의 영역을 가질 것이다. 각각의 세그먼트에서, 타겟의 형성 도중에 수차 등에 의하여 야기되는 미지의 불일치 Δds, 및 프로그래밍된(기지) 오프셋 -ds 또는 +ds 모두가 존재한다. 미지의 불일치는 두 개의 격자에 대하여 동일하다(또는 동일하다고 가정됨). 다시 말하건대, 이러한 오프셋의 값들은 간결성을 위하여 동일하고 반대 부호가 되도록 선택되지만, 프로그래밍된 오프셋의 개수와 값은 선택 사항이다. 실무에서, 오프셋은 동등한 크기의 양수 및 음수 값으로 선택될 것이다. 그러나, 설명될 방법은 동일하지 않은 크기에도 그리고 모두 동일한 방향인 오프셋에도 작동한다. 이와 유사하게, 오프셋은 미지의 불일치보다 더 크거나 더 작을 필요가 없다. 도 10 에 예시된 예는 반대 방향이지만(미지의) 불일치 Δd보다 더 적은 오프셋을 가진다. 그러므로 총오프셋은 양자 모두의 세그먼트에서 동일한 방향이다.

이러한 예에서 당해-분해능 피쳐가 밀한(dense) 라인을 포함하지만, 특히 사용자의 실제 관심 대상인 다른 곳에서의 제품 피쳐가 다른 형태를 가지는 경우에, 당해-분해능 피쳐는 다른 형태를 가질 수 있다. 따라서 당해-분해능 피쳐는 격자라기보다는 단일 라인일 수 있다. 이들은 라인 대신에 블록들의 어레이, 또는 단일 블록일 수 있다.

도 11 은 복합 타겟(520) 근방에서의 거친 피쳐와 당해-분해능 피쳐 사이의 불일치에 대하여 정정된 오버레이 측정을 제공하는 단계 S5 및 S6 을 더 상세하게 도시한다. 도 7 도 참조하면, 프로그래밍된 오프셋 -ds/+ds 및 미지의 불일치 △ds는, 도 3 의 산란계로써 측정되는 경우 특정한 비대칭 신호 A를 제공할 것이다. 층-층 오버레이와 완전히 같은 방식에서, △d는 비대칭 신호 및 기지 오프셋으로부터 계산될 수 있고, 따라서 거친 격자와 당해-분해능 피쳐 사이의 각각의 층 L1, L2에서의 불일치 △ds는 보조 타겟(524, 526)의 측정으로부터 계산될 수 있다. 따라서, 단계 S5 는 보조 타겟(524)에서의 보조 측정 S5' 및 보조 타겟(526)에서의 보조 측정 S5를 포함한다. 이것들은 단계 S6 에서 타겟(522)에서의 오버레이 측정과 결합하여 즉 양호하게 표현하는 정정된 오버레이 측정 △d(AR)을 획득한다. 다양한 알고리즘들이 정정된 측정을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들을 결합하기 이전에 각각의 컴포넌트 타겟에 대한 △d 및 △ds 값을 명시적으로 계산할 수 있다. 대안적으로는, 우선 비대칭 신호들을 결합하고, 정정된 오버레이를 계산할 수 있다. 필요할 경우, 예를 들어 프로세스의 지식 및/또는 다른 기법을 사용하여 측정된 교정 데이터를 불러오기 위하여 더 복잡한 분석이 적용될 수 있다.

동일한 측정이 Y-방향 오버레이에 대하여 반복되고, 기판에 걸쳐서 필요한 경우 가능한 한 많은 타겟에 대하여도 수행된다. 복합 타겟에서의 보조 격자 및 오버레이 격자의 배치는 변동될 수 있고, 예를 들어 오버레이 격자 및 보조 격자는 개별 복합 타겟(522 내지 526) 내에 그루핑하는 것보다 믹싱될 수 있다. 물론 각각의 복합 타겟에 있는 컴포넌트 격자의 개수도 역시 변동될 수 있고, 보조 타겟에 있는 컴포넌트 격자의 개수가 오버레이 격자에서와 동일할 필요가 없다. 원리에 따르면, 보조 격자는 다른 층에서의 변위의 정정이 요구되지 않는다면, 층들 중 오직 하나의 층에서만 제공될 수도 있다.

도 12 및 도 13 을 참조하면, 신규한 방법은 암시야 산란측정을 가지는 작은 타겟에만 적용될 수 있는 것이 아니라, 큰 타겟 및 동공 평면 이미지 센서(19)를 사용하는 각도-분해 산란측정에도 적용될 수 있다. 이러한 예에 대하여, 13Q에 예시된 대칭적이고 세그먼트화된 조명 프로파일이 사용된다. a 및 b라고 명명되는 두 개의 서로 반대인 사분체는 이러한 개구부 패턴에서 밝은(투명한) 반면에, 다른 두 개의 사분체는 어둡다(불투명하다). 이러한 타입의 개구부가 특허 출원 제 US 20100201963 호의 산란측정 장치에 알려진다. 도 12 의 중앙에서 볼 수 있는 바와 같이, 타겟 격자(732)는 조명 스폿(31)에 의하여 사용, 즉 언더필된다. 도면에 도시되지 않지만, 이러한 격자(732)는 복합 타겟의 컴포넌트 격자를 형성하는 격자들의 더 큰 세트의 일부이다. 도 8 의 예와 유사하게, 컴포넌트 오버레이 격자(732 내지 735) 및 보조 컴포넌트 격자(732' 내지 735' 및 732 내지 735)가 존재할 수도 있다.

도 4 내지 도 6 의 예에서 검출기(23)가 기판(W)의 평면에 대응하는 이미지 평면에서 사용되는 반면에, 도 12 및 도 13 의 방법은 대물 렌즈(16)의 동공 평면에 켤레인 평면에 위치되는 검출기(19)를 사용한다. 검출기(19)는 이미지 센서, 예를 들어 CCD 카메라 센서일 수도 있다. 대안적으로는, 이미지 센서 대신에 개개의 포인트 검출기가 배치될 수도 있다. 개구부 플레이트(13Q)에 의하여 제공되는 조명 패턴이 a 및 b라고 명명되는 밝은 사분체를 도 12 의 좌측에 가지는 반면에, 센서(19)에 의하여 보여지는 회절 패턴은 우측에 나타난다. 이러한 패턴에서, a0 및 b0 라고 명명되는 제로 차수 반사에 추가하여, a-1, a+1, b-1 및 b+1 이라고 명명되는 가시적인 1차 회절 신호가 존재한다. 조명 개구부의 다른 사분체가 어둡기 때문에, 그리고 좀 더 일반적으로는 조명 패턴이 180° 회전 대칭성을 가지기 때문에, 회절 차수 a-1 및 b+1 은 자유롭고 이것은 이들이 조명 개구부의 다른 부분으로부터 오는 제로 차수 또는 더 높은 차수 신호와 중첩하지 않는다는 것을 의미한다. 세그먼트화된 조명 패턴의 이러한 속성이, 종래의 원형-대칭적 조명 개구부가 사용된다면 이미징될 수 있는 최소 피치의 절반인 피치를 가지는 회절 격자(오버레이 타겟)로부터 깨끗한 1차 신호를 획득하기 위하여 활용될 수 있다. 이러한 회절 패턴 및 이것이 산란측정을 위하여 활용될 수 있는 방식은 알려진 출원 제 US 20100201963 호에 기술된다.

도 13 은 타겟(732) 등으로부터의 도 12 의 회절 스펙트럼들을 사용하여 당해-분해능 불일치에 대하여 정정된 오버레이 측정을 획득하는 방법의 흐름도이다. 단계 S11 내지 S15 는 도 6 의 단계 S1 내지 S6 과 밀접하게 대응되고, 자세하게 설명되지 않을 것이다. 주된 차이점은 다음과 같다: 도 6 의 방법이(예를 들어) 센서(23)에 의하여 캡쳐되는 제 1 및 제 2 이미지에서 보여지는 격자 이미지(42)의 세기들을 비교함으로써, 격자(32)에 대한 비대칭 신호를 획득한다는 것을 상기한다. 대조적으로, 도 13 의 방법은(예를 들어) 동공 이미지 센서(19) 상의 동일한 회절 스펙트럼 내로부터 추출된 +1 및 -1 회절 차수의 세기들을 비교함으로써 격자(732)에 대한 비대칭 신호를 획득한다.

다중-패터닝된 타겟에서의 오버레이의 측정

위에서 설명된 기법은 다른 상황에서의 그리고 층-층 오버레이에서의 당해-분해능 피쳐들 사이의 불일치를 측정하기 위하여 기지의 산란계를 사용하도록 적용될 수 있다. 특정한 적용은 소위 이중-패터닝 프로세스(일반적으로 다중-패터닝)이라고 불리는데, 여기에서는 연속적인 리소그래피 패터닝 단계가 심지어 패터닝 디바이스의 분해능보다도 작은, 단일 제품 층에 있는 매우 작은 구조체의 패턴을 생성하기 위하여 사용된다. 이러한 카테고리에서 기법은, 예를 들어 리소-에칭-리소-에칭(LELE)에 의한 피치-이중화(doubling) 및 BEOL(back end-of the line) 층들에서의 자기-정렬된 듀얼-다마신(dual-damascene)을 포함한다. 후-에칭 검사 및 실제 디바이스 패턴 분해능에서의 두 개의 각각의 프로세스 단계들 사이에서의 실제 오버레이 천이의 검출을 허용하는 계측 기법을 가진다면 매우 유용할 것이다.

도 14a 는 개략적으로 이중 패터닝에 의하여 형성된 격자 구조체(800)를 도시한다. 도 9a 의 격자와 유사하게, 이러한 격자는 거친 라인-공간 패턴을 포함하고, 거기에서 공간 영역은 더 미세한 피치로 서브-구조체에 의해 채워진다. 다중-패터닝 프로세스 예에서, 서브-구조체는 제품의 하나의 층에서 형성되지만, 하나의 패터닝 동작으로 형성되는 것이 아니라 두 개 이상의 단계에서 형성된다. 따라서, 이러한 예에서, A라고 명명된 구조체의 제 1 모집단은 구조체 B의 제 2 모집단과 인터리빙되고, 모집단 A 및 B는 다른 단계에서 형성된다. 도 14a 에 모집단 A 및 B를 배치하는 것이 완전히 대칭적인 반면에, 도 14b 에 도시되는 구조체(800')는 특정 위치 오프셋 또는 불일치를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 모집단 B 구조체는 그들의 이상적인 포지션에 상대적으로 △dp로 명명된 불일치 양만큼 천이된다. 발명자들은 당해-분해능 피쳐와 거친 격자 사이에서의 불일치가, 프로그래밍된 오프셋을 가지는 타겟이 형성되고 측정된다면, 오버레이가 측정될 수 있는 것과 동일한 방법으로 비대칭 신호를 통해서 측정될 수 있다는 것을 인식했다.

도 15 는 개략적으로 서브-세그먼트화된 계측 타겟(820)을 도시하는데, 여기에서 서브-세그먼트화 구조체 A 및 B의 두 개의 인터리빙된 그룹이 피치-이중화 또는 다른 이중 패터닝 프로세스에서 형성된다. 두 개의 컴포넌트 격자(832 및 834)가 형성되는데, 각각은 격자(800)의 일반적 형태를 가진다. 명확화를 위하여 6개의 당해-분해능 라인만이 도시되며(3 개의 A 및 3 개의 B), 천이는 과장된다. 실제 격자는 더 큰 패턴의 각각의 공간 영역 내에 당해-분해능 라인 및 공간에서 5개 내지 20개 이상의 영역을 가질 것이다. 각각의 격자(832, 834)에서, 구조체가 형성되는 동안에 수차 또는 처리 효과 등에 의하여 야기되는 미지의 위치 오프셋(불일치) Δdp 및 프로그래밍된(기지의) 위치 오프셋 -dp(격자(832)에서) 또는 +dp(격자(834)에서) 모두가 존재한다. 미지의 불일치는 두 개의 격자에 대하여 동일하다(또는 동일하다고 가정됨).

다시 말하건대, 이러한 오프셋의 값들은 간결성을 위하여 동일하고 반대 부호가 되도록 선택되지만, 프로그래밍된 오프셋의 개수와 값은 선택 사항이다. 실무에서, 오프셋은 동등한 크기의 양수 및 음수 값으로 선택될 것이다. 그러나, 설명될 방법은 동일하지 않은 크기에도 그리고 모두 동일한 방향인 오프셋에도 작동한다. 이와 유사하게, 오프셋은 미지의 불일치보다 더 크거나 더 작을 필요가 없다.

도 16 은 다중-패터닝 프로세스에서의 불일치를 측정하기 위하여 도 15 의 신규한 타겟을 사용하는 방법의 흐름도이다. 단계 S21 내지 S26 은 도 6 의 방법에서의 단계 S1 내지 S6 과 밀접하게 대응한다. 측정될 층-층 오버레이가 없고 컴포넌트 격자(832 및 834)의 비대칭의 측정만 수행하면 된다는 것을 제외하고는 유사한 고려사항이 적용된다. 이러한 방법은 필요할 경우 동공 이미지 센서(19) 또는 다른 산란계를 사용하도록 적응될 수 있다. 측정된 비대칭 신호 및 기지 불일치 값(오프셋)을 사용하여 미지의 불일치를 계산하는 원리는 도 7 을 참조하여 위에서 예시되고 설명된 것과 동일하다.

시물레이션 결과, 두 개의 모집단들 사이의 작은 오버레이 천이도 적합한 타겟이 있으면 기지의 산란계 하드웨어를 사용하여 검출될 수 있다는 것이 나타난다. 수정된 오버레이 타겟의 경우에, 컴포넌트 격자의 개수 및 프로그래밍된 불일치가 변동될 수 있다. 물론, 하나의 층 내의 모집단들 사이의 불일치를 측정하는 것에 추가하여 층들 사이의 오버레이도 측정될 수 있다. 불일치는 적합하다면 X 및 Y 방향으로 측정될 수 있다.

본 명세서에 개시된 기법은 오버레이 측정 및 또는 다중 패터닝 프로세스의 불일치의 측정의 높은 정밀도 및 반복가능성을 달성하기 위하여 작거나 큰 계측 타겟을 설계하고 사용하게 한다. 특정한 이점은, 현존하는 높은-쓰루풋 계측 하드웨어가 계측 장치 광학계의 분해능 보다 훨씬 낮은 당해-분해능 피쳐의 파라미터를 측정하기 위하여 사용될 수 있다는 것이다. 더 많은 시간을 소모하거나 고가의 계측 기법(예를 들어 SEM)을 사용할 필요성이 감소된다. 대량 제조 시의 품질 제어가 가능해진다.

이미 위에서 전술된 것들에 추가하여 다수의 변형예와 수정예가 가능하다. 도 8 의 예에서, 각각의 바이어스 값을 가지는 X 및 Y 격자는 나란한데, 하지만 이것이 필수적인 것은 아니다. X- 및 Y-방향 격자는 교번하는 패턴으로 서로 배치되어, 다른 X 격자들이 서로 나란한 것이 아니라 대각선으로 배치되게 되고, Y 격자들이 서로 나란한 것이 아니라 대각선으로 배치된다. 이러한 배치를 통하여 다른 바이어스된 격자들의 회절 신호들 사이의 크로스-토크를 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 따라서 전체 장치는 양호한 성능을 가지는 콤팩트한 타겟 디자인을 가능하게 한다. 위에서 설명된 예에서, 모든 격자들은 정방형이고 정사각형 그리드에 배치된다. 다른 실시예에서 이러한 격자는 정사각형 그리드에서 다소 벗어나서 배치될 수도 있고, 또는 타겟의 대칭성을 깨뜨리기 위하여 형상이 직사각형일 수도 있다. 이것을 통해 더 멀리 있는 이미지에서 타겟을 찾기 위해 사용되는 패턴 인식 알고리즘의 정확도 & 강건성이 개선될 수 있다. 길쭉한 격자를 가지는 복합 격자 구조체가 예를 들어 위에 언급된 공개 특허 출원 제 US20120044470 호에 설명된다.

위에서 설명된 타겟 구조체가 측정의 목적을 위하여 특정하게 설계되고 형성된 계측 타겟들인 반면에, 다른 실시예들에서, 기판에 형성된 디바이스의 기능성 부분인 타겟들의 속성이 측정될 수도 있다. 많은 디바이스들은 정규의 격자-유사 구조체를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는 해당 구조체가 수행되는 중인 측정에 대하여 특정하게 제공되어야 한다는 것을 요구하지 않는다. 구조체 및 서브-구조체라는 용어는 이러한 피쳐들이 서로 전체적으로 구분되도록 의도하지 않으면서, 거친(큰-스케일) 및 미세(더 작은-스케일) 구조체적 피쳐를 지칭하기 위하여 사용된다. 사실상, 예에서 명확하게 설명된 바와 같이, 거친 구조체적 피쳐, 예컨대 격자의 라인 및 공간은 더 미세한 서브-구조체의 콜렉션에 의하여 형성될 수 있다.

기판 및 패터닝 디바이스에서 실현되는 바와 같은 타겟의 물리적 격자 구조체와 연관하여, 일 실시예는 기판에 타겟을 생성하고, 기판 상의 타겟을 측정하며 및/또는 측정을 분석하여 리소그래피 프로세스에 대한 정보를 획득하는 방법을 기술하는 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수도 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 도 3 의 장치에 있는 유닛(PU) 및/또는 도 2 의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수도 있다. 그 안에 저장된 이러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 데이터 스토리지 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기적 또는 광학적 디스크)가 역시 제공될 수 있다. 예를 들어 도 3 에 도시되는 타입의 현존하는 계측 장가 이미 생산되고 및/또는 사용되고 있는 반면에, 본 발명은 프로세서가 수정된 단계(S4-S6)를 수행하고 정정된 오버레이 에러를 계산하게 하기 위한 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다. 또는, 프로그램은 광학계, 기판 지지물 등을 제어하여, 적합한 복수 개의 타겟 구조체에 나타나는 비대칭의 측정을 위하여 자동적으로 단계(S2-S5, S12-S15, S22-S25 등)를 수행하도록 구현될 수 있다.

비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 사용에 대하여 이루어졌지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.

본원에서 사용된 방사선 및 빔이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.

본 명세서에 사용된 렌즈라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적합화할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적합화는 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 예에 의한 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 후속하는 특허청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

발명의 내용 및 요약서 섹션이 아니라 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 섹션이 청구항을 해석하기 위하여 사용되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 발명의 내용 및 요약서는 발명자(들)에 의하여 고찰되는 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 그러나 전부가 아닌 예시적인 실시예들을 진술할 수도 있으며, 따라서 어떠한 경우에도 본 발명 및 첨부된 청구항을 한정하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 특정 기능부 및 이들의 관계에 대한 구현을 예시하는 기능적 구성 블록들을 이용하여 위에서 설명되었다. 이들 기능적 구성 블록들의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서 내에서 임의적으로 정해진 것이다. 특정된 기능 및 이들의 관련성이 적절하게 수행되는 한 대안적 경계들이 정의될 수 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적합화할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적합화는 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

Claims

리소그래피 프로세스의 속성을 측정하는 검사 장치로서,
리소그래피 프로세스에 의하여 형성된 구조체를 가지는 복수 개의 계측 타겟을 포함하는 기판용 지지대;
선결정된 조명 상태에서 복수 개의 타겟을 조명하고, 상기 선결정된 조명 상태에서 타겟에 의하여 회절된 방사선의 선결정된 부분을 검출하기 위한 광학계;
회절된 방사선의 상기 검출된 부분으로부터 특정 타겟에 대한 비대칭의 측정을 계산하도록 구성되는 프로세서; 및
상기 광학계 및 프로세서가, 상기 기판 상의 층 내에서 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이의 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트(known component)를 가지는, 상기 타겟 중 적어도 두 개의 타겟에서 비대칭을 측정하게 하고, 상기 비대칭의 측정의 결과로부터 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터의 측정을 계산하게 하는, 제어기를 포함하는, 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 성능 파라미터는 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 오버레이 파라미터이고, 상기 비대칭의 측정의 결과를, 상기 기판 상의 제 1 층과 제 2 층 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는 적어도 두 개의 오버레이 타겟에서의 비대칭의 측정과 결합함으로써 계산되는, 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 광학계 및 프로세서가, 상기 타겟 내의 서브-구조체의 인터리빙된 모집단들 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는, 상기 타겟 중 적어도 두 개의 타겟에서의 비대칭을 측정하게 하고, 상기 서브-구조체를 형성하기 위하여 사용되는 리소그래피 프로세스의 오버레이 파라미터의 측정을 상기 비대칭의 측정의 결과로부터 계산하게 하도록 구성되는, 검사 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 계측 타겟 중 적어도 두 개에 의하여 동시에 회절된 방사선을 사용하여 이미지를 형성 및 검출하되, 회절된 방사선의 상이한 부분들을 사용하여 상이한 이미지들을 형성 및 검출하고,
상기 프로세서는 검출된 이미지에서 상기 타겟 중 특정한 하나에 각각 대응하는 관심 지역들을 식별하고, 상기 관심 지역들 내의 픽셀 값들을 처리하여 각각의 타겟에 대한 상기 비대칭의 측정을 획득하도록 구성되는, 검사 장치.
리소그래피 프로세스에 의하여 형성되는 복수 개의 계측 타겟이 제공되는 기판으로서,
상기 계측 타겟은 적어도 제 1 방향에서 공간 주기로 반복되도록 구성되는 구조체를 각각 포함하고,
상기 계측 타겟은,
복수 개의 오버레이 타겟으로서, 각각의 오버레이 타겟에 있는 상기 구조체의 적어도 일부는 상기 기판 상의 제 1 층 및 제 2 층에서 복제되고 서로 중첩되며, 각각의 오버레이 타겟은 기지(known) 컴포넌트 및 미지(unknown) 컴포넌트의 조합인, 층들 사이의 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이한, 오버레이 타겟; 및
복수 개의 보조 타겟으로서, 각각의 보조 타겟은 상기 공간 주기보다 수 배 더 작은 크기의 서브-구조체를 포함하며, 각각의 보조 타겟은 상기 층들 중 하나에서 형성되고, 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 서브-구조체와 구조체 사이의 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이한, 보조 타겟을 포함하는, 기판.
리소그래피 프로세스에서 사용되는 패터닝 디바이스로서,
상기 패터닝 디바이스는, 기판에 적용되는 경우 제 5 항에 청구된 바와 같은 기판을 생성할 패턴을 형성하는, 패터닝 디바이스.
리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 측정하는 방법으로서,
(a) 상기 리소그래피 프로세스를 수행하여 기판 상에 복수 개의 계측 타겟을 형성하는 구조체를 생성하는 단계로서, 상기 타겟 중 적어도 두 개는 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이의 위치 오프셋을 가지고, 위치 오프셋의 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대하여 상이한, 단계;
(b) 검사 장치를 사용하여 상기 기판 상의 층 내에서 구조체와 더 작은 서브-구조체 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지는, 상기 계측 타겟 중 적어도 두 개의 계측 타겟에서 비대칭을 측정하는 단계; 및
(c) 단계 (b)에서 이루어진 비대칭의 측정의 결과를 사용하여, 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 오버레이 성능 파라미터의 측정을 계산하는 단계를 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
제 7 항에 있어서,
단계 (a)에서 형성된 타겟은 적어도 두 개의 오버레이 타겟에 대한 보조 타겟이고,
상기 오버레이 타겟은 상기 기판 상의 제 1 층 및 제 2 층에 있는 구조체들 사이의 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지며,
단계 (b)에서 이루어진 비대칭의 측정의 결과는 상기 적어도 두 개의 오버레이 타겟에 있는 비대칭의 측정과 결합되어 상기 오버레이 타겟 내에서 위치 오프셋의 미지의 컴포넌트의 측정을 획득함으로써, 상기 더 작은 크기의 구조체에 대한 리소그래피 프로세스의 상기 오버레이 파라미터의 표현을 획득하는, 성능 파라미터 측정 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 타겟 중 적어도 두 개는 단계 (a)에서 상기 기판 상의 층 내에서 서브-구조체의 인터리빙된 모집단들 사이에서 위치 오프셋의 상이한 기지 컴포넌트를 가지도록 형성되고,
단계 (c)에서 서브-구조체의 상기 인터리빙된 모집단을 형성하도록 사용되는 상기 리소그래피 프로세스의 오버레이 파라미터의 측정은 단계 (b)에서 이루어진 비대칭의 측정의 결과로부터 계산되는, 성능 파라미터 측정 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (b)가 수행될 경우, 상기 계측 타겟 중 적어도 두 개에 의하여 동시에 회절된 방사선을 사용하여 이미지를 형성 및 검출하도록 광학계가 사용되고, 상이한 이미지들은 회절된 방사선의 상이한 부분들을 사용하며,
비대칭은, 검출된 이미지 내에서 상기 타겟들 중 특정한 하나에 각각 대응하는 관심 지역들을 식별하고, 상기 관심 지역들 내로부터의 픽셀 값들을 처리하여 각각의 타겟에 대한 상기 비대칭의 측정을 획득함으로써 측정되는, 성능 파라미터 측정 방법.
리소그래피 프로세스에 의하여 형성되는 복수 개의 계측 타겟이 제공되는 기판으로서,
상기 계측 타겟은 적어도 제 1 방향에서 공간 주기로 반복되도록 구성되는 구조체를 각각 포함하고,
상기 계측 타겟은 상기 공간 주기보다 수 배 더 작은 크기의 서브-구조체들을 각각 포함하는 복수 개의 타겟을 포함하며,
각각의 타겟은 기지 컴포넌트 및 미지 컴포넌트의 조합인, 서브-구조체의 두 개의 인터리빙된 모집단들 사이에서 위치 오프셋을 가지고 형성되며, 상기 기지 컴포넌트는 상이한 타겟들에 대해서 상이한, 리소그래피 프로세스에 의하여 형성되는 복수 개의 계측 타겟이 제공되는 기판.
리소그래피 프로세스에서 사용되는 한 쌍의 패터닝 디바이스들로서,
상기 패터닝 디바이스들은, 기판에 순차적으로 적용되는 경우 제 11 항에 청구된 바와 같은 기판을 생성할 패턴들을 형성하는, 한 쌍의 패터닝 디바이스들.
컴퓨터 판독가능한 기록 매체로서,
프로세서가 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법의 단계 (c)를 수행하게 하는 머신-판독가능 명령이 저장되어 있는, 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
리소그래피 시스템으로서,
중첩(overlying) 방식으로 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴들의 시퀀스를 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 검사 장치를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는, 상기 패턴들의 시퀀스를 추가적인 기판들에 적용시킬 때, 상기 검사 장치로부터의 계산된 성능 파라미터를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
디바이스 패턴들의 시퀀스가 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판들에 적용되는, 디바이스의 제조 방법으로서,
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 검사 방법을 사용하여, 상기 기판들 중 적어도 하나 상에서 상기 디바이스 패턴들의 일부로서 또는 디바이스 패턴들 이외의 것으로서의 복수 개의 계측 타겟을 검사하는 단계, 및
계산된 성능 파라미터에 따라서 추후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
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