KR101888028B1 - 검사 장치 및 방법, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

검사 장치 및 방법, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위해 스캐터로미터가 이용된다. 타겟 격자는, 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있는 라인을 포함하며, 각각의 라인은 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있다. 격자를 방사선의 스팟으로 조명하며, 회절된 방사선이 검출되어 CD, 측벽각 등의 측정치를 계산하는데 이용된다. 스팟은 제1 방향으로의 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 제2 방향으로의 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 격자에 커스터마이징된 시야(field of view)를 규정한다. 격자는 기존 격자보다 작을 수 있다. 이러한 계산은, 격자가 제1 방향으로는 유한하지만 제2 방향으로는 무한하다고 가정하는 수학적 모델을 이용하여 단순화되고 보다 견고하게 이루어질 수 있다.

Description

검사 장치 및 방법, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법{INSPECTION APPARATUS AND METHODS, LITHOGRAPHIC SYSTEM AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은 2013년 12월 13일에 출원된 유럽 출원 제13197291호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
본 발명은 예를 들어, 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에 이용될 수 있는 계측용 방법 및 장치에 관한 것이며, 리소그래피 기술을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판, 통상적으로 기판의 타겟부 상에 요구되는 패턴을 부여하는 기기이다. 리소그래피 장치는 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 이용될 수 있다. 이러한 경우, 마스크 또는 레티클로도 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 이용될 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 방사선 감응 재료(레지스트)의 층 상으로 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 공정에서는, 예를 들면 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조에 대해 측정을 자주 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 공지되어 있고, 여기에는 임계 치수(CD)를 측정하는데 종종 이용되는 주사 전자 현미경과, 오버레이, 즉 디바이스에서 2개 층의 정렬의 정확도를 측정하기 위한 전용 툴이 포함된다. 최근에는, 다양한 형태의 스캐터로미터가 리소그래피 분야에서 이용되도록 개발되었다. 이러한 디바이스는 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들면, 파장의 함수로서 단일한 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하며 이러한 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은 다음과 같은 다양한 기술에 의해 수행될 수 있다: 예를 들면, 정밀 결합파 분석(RCWA) 또는 유한 요소법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟 구조체의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석.
공지된 스캐터로미터의 예에는 US 2006/033921 A1 및 US 2010/201963 A1에 개시된 유형의 각도 분해 스캐터로미터가 포함된다. 이러한 스캐터로미터에 의해 이용되는 타겟은 비교적 큰(예를 들면, 40㎛ × 40㎛) 격자이고, 측정 빔은 격자보다 작은 스팟을 생성한다(즉, 격자는 언더필된(underfilled) 상태). 스팟은 스캐터로미터의 시야(FOV)를 유효하게 규정하면서, 격자의 언더필에 의해 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 타겟이 실질적으로 무한하다고 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 큰 타겟이 차지하는 "공간자원(real estate)"의 비용이 주된 문제이다. 기판에 걸쳐 더 많은 계측 타겟을 포함하는 것이 유용할 것이다. 특히, 타겟의 사이즈를 예를 들면 10㎛ × 10㎛ 이하, 예컨대 5㎛ × 5㎛로 줄여, 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처 사이에 위치할 수 있도록 하는 것에 관심을 가지게 된다. 격자가 측정 스팟보다 작게 만들어지는 오버레이용 계측법이 제안되었다(즉, 격자는 오버필된(overfilled) 상태). 암시야 이미지의 형태로 회절 차수를 검출하면 더 작은 타겟 상에서 오버레이 측정이 이루어질 수 있다. 암시야 계측의 예는 국제 특허 공개 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있다.
암시야 이미징을 이용하는 검출에 의해 오버필된 작은 타겟 상에서 유용한 오버레이 측정이 이루어질 수 있지만, 이와 다른 유형의 계측에 적합한 신호를 제공하지는 못한다. 나아가, 오버레이 측정은 오버레이를 제외한 모든 파라미터가 불변이라는 가정에 상당 부분 의존한다. 임계 치수(CD), 측벽각(SWA) 또는 높이 등의 파라미터를 결정하기 위한 타겟 구조체의 재구성은 여전히 큰 타겟을 필요로 하고, 이러한 타겟은 조명 스팟(시야)에 의해 언더필된 상태이다. 미국 특허 공개본 US 2012/0123748 A1에서는 이러한 재구성 프로세스에 대해 상세히 설명하고 있다. 미국 특허 US 6,850,333에서는, 신장된 형태의 조명 스팟을 형성할 것을 제안한다. 이러한 스팟은, 라인의 방향(격자의 주기성의 방향을 가로지르는 방향)으로 격자를 오버필하지 않고 격자의 주기성의 방향으로 가능한 많은 라인을 조명하기 위해 이용된다. 그럼에도 격자를 언더필 상태로 해야 하는 요구 사항 때문에 격자가 줄어들 수 있는 정도가 제한된다. 격자가 더 작아질 수 있도록 조명 스팟의 사이즈를 줄이게 되면 주어진 시간에 캡쳐될 수 있는 방사선의 양이 줄어들게 되어, 측정 프로세스를 늦추고, 및/또는 정확도를 떨어뜨린다.
이러한 문제점을 해소할 수 있는 계측 기법을 제공할 것이 요구된다.
본 발명은 제1 양태로서, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법을 제시하며, 이러한 방법은:
(a) 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 기판에 제공하는 단계;
(b) 상기 제1 방향으로의 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 규정된 사이즈와 형상을 갖는 방사선의 스팟으로 상기 구조체를 조명하는 단계;
(c) 상기 스팟에 의해 규정되는 시야(field of view) 내에서 상기 방사선과 상기 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하는 단계; 및
(d) 검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 격자는 gL이 gP의 두 배 이상, 또는 gP의 세 배 이상이 되도록 신장된 형태이다. 격자는 gP가 예를 들어, 8㎛ 미만, 6㎛ 미만, 또는 4㎛ 미만이 되도록 기존 격자보다 작을 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 시야는 fP가 fL의 두 배 이상, 또는 fL의 세 배 이상이 되도록 신장된 형태일 수 있다. 시야는 fL이 예를 들어, 6㎛ 미만, 4㎛ 미만, 또는 3㎛ 미만이 되도록 기존 조명 스팟보다 적어도 한 방향으로 더 작을 수 있다.
일부 실시예에서는, 스팟의 사이즈 및 형상이 조명 광학 시스템에서의 조정가능한 시야 조리개에 의해 규정된다. 이와 대조적으로, 앞서 언급한 US 6,850,333에서는 조명 스팟을 성형하기 위해 단지 조명 동공을 제한할 것을 제안한다.
방법의 단계 (d)는, 예를 들어:
(d1) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하는 단계;
(d2) 상기 파라미터 또는 관심 파라미터를 변화시키면서 상기 방사선과 상기 수학적 모델 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 복수의 모델 신호를 계산하는 단계;
(d3) 상기 검출된 신호와 단계 (d2)에서 계산된 상기 모델 신호 중 적어도 몇몇의 신호 간에 매칭의 정도를 계산하는 단계; 및
(d4) 계산된 매칭의 정도에 기초하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고하는 단계를 포함할 수 있다.
모델 신호의 계산은 격자와 조명 스팟 간의 관계로 인하여 단순화될 수 있다. 예를 들어, 모델 신호는 상기 제2 방향으로 상기 구조체가 무한하다는 가정하에, 2차원에 대해서만 계산될 수 있다. 일부 실시예에서는, 단계 (d2) 및 (d3)가 회귀법에 의해 관심 파라미터의 값을 찾아내기 위해 반복적인 루프로 수행된다.
본 발명은 추가적인 양태로서, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치를 제시하고, 이러한 장치는:
타겟 구조체가 형성되어 있는 기판을 위한 지지체;
상기 타겟 구조체를 방사선의 스팟으로 조명하고 상기 방사선과 상기 타겟 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하기 위한 광학 시스템; 및
검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하도록 구성되는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 상기 타겟 구조체가 포함한다는 가정하에 상기 측정치를 계산하도록 구성되며,
상기 광학 시스템은, 상기 제1 방향으로의 상기 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 상기 방사선의 스팟의 형상과 사이즈를 규정하여 조명하도록 작동가능하다.
이러한 장치의 특징은 위에서 언급한 방법의 실시예를 수행하도록 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 장치는 동일한 기판 상에서 복수의 격자에 대해 조명, 검출 및 계산을 자동 반복하도록 구성되며, 이 경우 제1 방향 및 제2 방향의 배향은 상이한 격자에 대해 서로 상이하다. 장치는 상이한 배향의 격자에 대해 스팟의 사이즈 및 형상을 이용하도록 작동가능할 수도 있다.
본 발명은 제4 양태로서, 프로세서로 하여금 앞서 언급한 방법의 단계 (d)를 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 추가로 제시한다.
이러한 컴퓨터 프로그램은, 프로세서로 하여금 복수의 격자에 대해 방법의 단계 (b) 및 (c)를 수행하도록 검사 장치를 제어하도록 하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 추가적으로 리소그래피 시스템을 제시하며, 이러한 리소그래피 시스템은:
패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴의 시퀀스를 중첩 방식으로 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
앞서 제시한 본 발명의 임의의 양태에 따른 검사 장치를 포함한다.
리소그래피 시스템은 이전의 기판 상에서 검사 장치를 이용하여 이루어진 측정에 응하여 교정을 가하도록 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
본 발명은 리소그래피 공정을 이용하여 디바이스 패턴의 시퀀스가 일련의 기판에 가해지는 디바이스 제조 방법을 추가로 제시하며, 이러한 방법은 앞서 언급한 본 발명에 따른 측정 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 형성되거나 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성된 계측 격자의 특성을 측정하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 기판을 위한 상기 리소그래피 공정은 하나 이상의 이전 기판 상에서 측정된 특성에 응하여 제어된다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점에 관해, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술할 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 기술되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 점에 주목해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 본원에서 제시된 것이다. 본원에 포함된 교시 내용에 기초할 때 통상의 기술자에게는 추가적인 실시예가 명백할 것이다.
본 발명의 실시예에 관해 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 기술할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치를 형성하는 스캐터로미터의 개략도이다.
도 4는 도 3의 장치의 작동 시에 기판 상의 타겟 격자 및 기판의 각각의 타겟 격자 상의 측정 스팟의 윤곽을 나타내며, 조명 스팟과 타겟의 상대 치수는 본 발명의 일 실시예에 따라 설정된다.
도 5는 도 3 및 4의 장치 및 타겟 격자를 이용하여 검출되는 신호로부터 구조체의 재구성을 위한 예시적인 프로세스를 나타낸다.
도 6은 도 3의 스캐터로미터에서 커스텀 조명 스팟 치수의 선택을 허용하는 애퍼처 휠을 개략적으로 나타낸다.
도 7 및 8은 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 타겟 격자 및 조명 스팟의 대안적인 설계를 나타낸다.
도 9는 도 3 내지 8의 장치 및 방법을 이용한 파라미터의 측정을 포함하는 디바이스 제조 방법을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 관해 구체적으로 설명하기 전에 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 도움이 될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타내고 있다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 그외 다른 유형의 광학 부품, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 종류의 광학적 구성요소를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되고 있는지 여부 등의 기타 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계식 방식, 진공 방식, 정전식 방식 또는 그외 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가, 예를 들면 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 배치되도록 하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 모두 "패터닝 디바이스"라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일한 의미로서 고려되어도 된다.
본 명세서에서 사용되고 있는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 예컨대, 기판의 타겟부에 패턴을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능한 것으로 넓게 해석되어야 한다. 또한, 방사선 빔에 부여되는 패턴은, 예를 들어 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우에, 기판의 타겟부의 원하는 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다. 통상적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로 등의 타겟부 내에 만들어지는 디바이스 내의 특정의 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형으로 할 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로서는, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램가능 LCD 패널을 들 수 있다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 주지되어 있으며, 바이너리(binary), 교대형 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠형 위상 편이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일례로서 소형의 미러로 이루어진 매트릭스형 배치 구성을 채택하고, 소형 미러의 각각은 입사하는 방사선 빔을 여러 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지게 될 수 있다. 경사진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이란 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적절하게, 또는 액침액의 사용이나 진공의 사용 등과 같은 다른 요인에 적절하게, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형, 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는, "투영 시스템"이라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일 의미로서 고려되어도 된다.
본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형 타입(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)의 장치이다. 이와 달리, 리소그래피 장치를 반사형 타입(예를 들어, 앞서 설명한 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채택한 것 또는 반사 마스크를 채택한 것)의 장치일 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 갖는 타입일 수 있다. 이와 같은 "다중 스테이지" 기기에서는, 추가의 테이블을 병행하여 사용해도 되고, 또는 예비 공정을 하나 이상의 테이블에서 실행하면서, 다른 하나 이상의 테이블을 노광에 사용해도 된다.
리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 적어도 일부를 덮은 타입일 수 있다. 리소그래피 장치 내의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이의 공간에, 액침 액을 적용하는 것도 가능하다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 것으로서 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판 등의 구조체를 액체에 담그는 것이라기보다는 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치하는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우에는, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 구성 요소일 수 있다. 이러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 보지 않으며, 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 구비하는 빔 전달 시스템(BD)에 의해, 방사선 빔이 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)까지 전달된다. 다른 경우로서, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우에는, 방사선 소스가 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분이 될 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명기(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(adjuster)(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 동공면 내의 세기 분포 중의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상, 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 조정할 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO) 등의 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 조명기를 사용하여 방사선 빔을 조절함으로써, 방사선 빔의 단면에서 원하는 균일성과 세기 분포를 얻을 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지나, 투영 시스템(PS)을 통과하면, 투영 시스템에 의해, 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔이 포커싱된다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)를 사용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟부(C)를 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 사용하여, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 사용하여 구현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 스텝퍼의 경우에(스캐너와는 대조적으로), 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크는 특정의 타겟부를 점유하지만, 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브 레인 정렬 마크로서 알려져 있음). 마찬가지로, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 제공된 경우에, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커 또한 다이 내에서 디바이스 피처 사이에 포함될 수 있고, 이러한 경우 마커는 가능한 작으며 인접한 피처와 상이한 이미징 또는 공정 조건을 요하지 않는 것이 바람직하다.
도시된 리소그래피 장치는 다양한 모드로 사용될 수 있다. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의해 정해질 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 사이즈에 의해 단일 동적 노광에서의 타겟부의 폭(비-스캐닝 방향)이 제한되는 한편, 스캐닝 이동의 길이에 의해 타겟부의 높이(스캐닝 방향)가 결정된다. 이와 다른 유형의 리소그래피 장치와 동작 모드도 가능하고, 이에 대해서는 해당 분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크없는" 리소그래피에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스가 정지 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 이용하고, 기판 테이블(WT)이 이동 또는 스캐닝된다.
앞서 설명한 모드의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 모드를 채택해도 된다.
리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 이른바 듀얼 스테이지 타입이고, 이러한 스테이션 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있다. 한 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에서 나머지 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행될 수 있다. 이러한 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것, 그리고 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 노광-전 공정 및 노광-후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 냉각 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, 수율 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 실시예에서 이용하기에 적합한 검사 장치(100)의 일례가 도시되어 있다. 이러한 예에서, 장치는 다른 여러 기능 중에서도 각도 분해 산란측정을 수행하도록 되어 있는 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터의 동작 원리는 앞서 언급한 종래의 특허 문헌 US 2006/033921 A1 및 US 2010/201963 A1에 상세히 기술되어 있다. 스캐터로미터는 리소그래피 장치(LA)에서, 예컨대 측정 스테이션에서, 또는 리소그래피 셀(LC)에서 독립형 디바이스이거나 이에 통합될 수 있다. 이러한 장치를 통해 몇몇 분기를 갖는 광축은 점선(O)으로 나타낸다. 이러한 장치에서, 소스(110)(예컨대, 제논 램프)에 의해 방출되는 광은 렌즈(120), 애퍼처 플레이트(130), 렌즈 시스템(140), 빔 스플리터(150) 및 대물 렌즈(160)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이러한 렌즈(120, 140, 160)는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 필요한 경우 상이한 렌즈 배열이 이용될 수 있다. 방사선이 기판 상에 입사되는 각도 범위는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서의 공간 세기 분포를 정함으로써 선택될 수 있고, 이러한 평면은 본원에서 (공액) 동공면이라 지칭된다. 특히, 이는 대물 렌즈 동공면의 역투영 이미지인 평면에, 렌즈(120)와 렌즈(140) 사이에 적합한 형태의 애퍼처 플레이트(130)를 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 상이한 애퍼처를 이용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 필요한 조명 모드 외부의 어떠한 불필요한 광도 필요한 측정 신호와 간섭하게 될 것이므로, 동공면의 나머지는 암 상태인 것이 바람직하다. 원하는 결과를 얻기 위해, 방사선의 파장, 편광, 및 가간섭성 등의 특징 뿐만 아니라, 반경방향 및 원주방향으로의 조명의 각도 분포가 모두 조절될 수 있다. 이러한 개념은 통상의 기술자에게 친숙할 것이므로 본 명세서에서는 더 구체적으로 설명하지 않을 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 격자 타겟(T)은 대물 렌즈(160)의 광축(O)에 수직으로 기판(W)과 함께 배치된다. 조명 광선(170, 172)은 조명 스팟으로 포커싱되어 광축(O)에서 소정 각도로 벗어나 타겟(T) 상에 충돌하여 산란된 광선(174, 176)이 발생한다. 오버필된 상태의 작은 타겟 격자의 경우, 이러한 광선은 계측 타겟(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선 중의 하나에 불과하다는 점을 기억해야 한다. 조명 스팟 내의 각각의 요소는 스캐터로미터의 시야 내에 있다. 플레이트(13)의 애퍼처가 (유용한 양의 광을 수용하기 위해 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(170, 172)은 실제로 소정 각도 범위를 차지할 것이고, 회절된 광선(174, 176)은 약간 확산될 것이다. 작은 타겟의 포인트 확산 함수에 따라, 각각의 회절 차수는 도시된 바와 같이 단일한 이상적인 광선이 아닌 소정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다.
적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절되는 0차 및 +1차는 대물 렌즈(160)에 의해 집광되고 빔 스플리터(150)를 통해 재지향된다. 제2 빔 스플리터(180)는 회절된 빔을 2개의 측정 분기로 분할한다. 제1 측정 분기에서, 광학 시스템(182)은 0차 회절 빔과 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(190)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에서 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 지점에 충돌하여, 이미지 처리에 의해 차수들이 비교되고 대조될 수 있다. 장치는 또한 본 개시내용의 주제와는 거리가 있는 암시야 이미징 등의 수많은 측정 목적을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성하기 위해 제2 측정 분기(200)가 제공된다. 스캐터로미터의 포커싱 등의 다양한 보조 기능과 본 명세서의 도입부에서 언급한 유형의 암시야 이미징을 위해 제2 측정 분기가 이용될 수 있다.
상이한 사이즈와 형상의 격자에 대해 커스터마이징된 시야를 제공하기 위해, 렌즈 시스템(140) 내에서 소스(110)로부터 대물렌즈까지의 경로 상에 조정가능한 시야 조리개(300)가 제공된다. 시야 조리개(300)는 애퍼처(302)를 포함하고 타겟(T)의 평면과 공액 관계인 평면에 위치하여, 조명 스팟이 애퍼처(302)의 이미지가 된다. 이러한 이미지는 확대율에 따라 스케일 조정될 수 있고, 또는 애퍼처 및 조명 스팟이 1:1 사이즈 관계일 수 있다. 이러한 상이한 유향의 측정에 조명이 적응될 수 있도록 하기 위해, 애퍼처 플레이트(300)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 애퍼처 패턴을 포함할 수 있고, 이러한 디스크는 필요한 패턴이 자리를 잡도록 회전된다. 이의 단순한 예는 이하에서 기술되는 도 6에 나타나 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 동일한 효과를 거두기 위해, 플레이트(300)의 세트가 제공되어 스왑될 수 있다. 변형가능한 미러 어레이 또는 투과형 공간 광 변조기와 같은 프로그램가능 조명 디바이스 또한 이용될 수 있다.
X축 및 Z축은 도 3에 도시된 바와 같다. Y축은 지면으로 들어가는 방향이다. 통상적으로, 타겟 격자는 Y축에 평행하거나 X축에 평행하게 나아가는 격자 라인으로 정렬될 것이다. 회절 반응에 관해서는, Y축에 평행하게 나아가는 라인을 갖는 격자가 X 방향으로 주기성을 가지는 반면, X축에 평행하게 나아가는 라인을 갖는 격자가 Y 방향으로 주기성을 가진다. 두 방향으로 리소그래피 공정의 성능을 측정하기 위해, 일반적으로 두 가지 유형의 격자가 모두 제공되거나, 기판(W)의 Y 방향으로 주기적인 격자가 제공된다. 본 명세서에서는 단순화를 위해 격자 라인에 대해 언급하지만, 실제로는 각각의 라인 및/또는 라인들 사이의 공간이 보다 작은 서브-구조체로 형성된 구조체일 수 있다. 격자는, 예를 들어 모델링된 구조체가 포스트 또는 비아 홀인 경우, 한꺼번에 2차원으로 주기성을 갖고 형성될 수 있다. 이러한 변형은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
본 발명의 목적을 위해, 애퍼처(302)는 신장된 형태일 수 있고, 302X 및 302Y로 도시된 바와 같이 두 가지 버전으로 제공되어, 조명 스팟(시야)의 더 긴 축이 격자의 주기성의 방향에 대해 원하는 방식으로 배향될 수 있다.
도 4는 제1 실시예에서 조명 스팟(시야) 및 타겟 격자의 커스터마이징된 설계의 원리를 예시한다. 타겟은, X 방향으로 주기성을 가지는 하나의 타겟과 Y 방향으로 주기성을 가지는 나머지 타겟으로 도시되어 있다. X 방향 격자는 첨자 X를 갖는 도면 부호를 이용하여 기술할 것이다. Y 방향 격자는 첨자 Y를 갖는 대응하는 피처를 갖는다. X 와 Y 방향 격자의 치수 및 기타 다른 특성은 본 예시에서 동일하다. 그러나, 일반적으로 이러한 특성은 상이할 수 있다. 나아가, 상이한 치수를 갖는 격자가 동일한 기판에 제공될 수도 있다. 상이한 치수를 갖는 조명 스팟이 상이한 격자 뿐만 아니라 동일한 격자를 조명하는데 이용될 수 있다.
타겟 격자(400X)는 다수의 격자 라인, 다시 말해서, 리소그래피 장치(LA)에 의해 형성되며 도시된 바와 같이 Y 축에 평행한 방향으로 연장되는 선형 구조체를 포함한다. 격자(400XR)의 치수는 주기성의 방향(제1 방향)으로 gPX, 라인에 평행한 방향(제2 방향)으로 gLX로 표기 및 표시되어 있다. 격자 주위에는, 경계선(402X)이 배타 영역(exclusion area)을 규정한다. 이러한 배타 영역 내에서는, 격자 특성의 측정과 간섭할 수 있는 제품 피처가 허용되지 않는다. 조명 스팟(410X)이 도시되어 있으며, 이러한 예에서는 신장된 형태를 갖는다. 조명 스팟은 직사각형 형태이거나 도시된 바와 같이 타원형/계란형일 수도 있다. 이미 언급한 바와 같이, 조명 스팟(410X)의 사이즈 및 형상은 스캐터로미터의 시야(FOV)를 실질적으로 규정한다. 치수 fPX는 격자의 주기성의 방향으로의 시야의 치수이고, 치수 fLX는 주기성의 방향을 가로지르는 격자 라인의 방향으로의 시야의 치수이다.
격자(400X) 및 시야(410X)의 설계는, 주기성의 방향으로는 시야가 격자보다 길지만(fPX>gPX), 격자 라인에 평행한 방향으로는 시야의 치수가 격자의 치수보다 작도록(fLX<gLX) 이루어짐을 알 수 있을 것이다. 결과적으로, 조명 스팟(410X)에 의해 규정되는 시야는 주기성의 방향으로 격자를 넘어 연장되는 기판의 부분(412X)을 포함한다. 역으로, 격자 라인은 라인에 평행한 방향으로 시야를 훨씬 넘어 연장되는 부분(414X)을 가진다.
Y 방향 격자(400Y)를 참조하면, 조명 스팟(410Y)에 의해 규정되는 시야는 X 방향 격자에 대해 기술했던 것과 동일한 관계를 가지도록 설계된다. 치수는, 주기성의 방향으로는 시야가 격자보다 길지만(fPY>gPY), 라인의 방향으로는 격자의 치수보다 작은 것으로(fLY<gLY) 나타나 있다. 그러므로, 일반적으로 설계는 격자의 배향과는 무관하게 fP>gP이고 fL<gL이 된다. 격자 및 조명 스팟의 수많은 상이한 조합이 이러한 두 기준을 충족하도록 이루어질 수 있다. 본 명세서에서는 이를 일반적으로 "커스터마이징된 시야"를 갖는다고 하며, 이는 본 개시내용의 주제이다.
커스터마이징된 시야를 이용한 재구성 프로세스
다양한 유형의 스캐터로미터에 대한 설명 뿐만 아니라, '회귀 기반' 및 '라이브러리 기반' 기법과 같은 패턴 재구성 프로세스에 대한 구체적인 설명을 US 2012/0123748 A1에서 찾을 수 있을 것이다. 본 문헌은 '회귀 기반' 재구성 프로세스에 있어서 커스터마이징된 시야를 갖는 스캐터로미터의 이용에 관해 설명한다. 이러한 커스터마이징된 시야는, '라이브러리 기반' 프로세스, 및 회귀와 라이브러리 프로세스의 하이브리드 조합 등의 기타 다른 재구성 모델에 이용될 수도 있다. 커스터마이징된 시야는 필요에 따라 다양한 재구성 프로세스에 적용될 수 있다.
도 5는 스캐터로미터 등의 검사 장치를 이용하여 검출되는 회절 패턴(회절 스펙트럼) 및 파라미터화된 모델을 이용하여 타겟을 재구성하기 위한 '회귀 기반' 프로세스를 나타낸다. 이러한 유형의 재구성 프로세스에서는, 타겟 형상의 제1 추정(제1 후보 구조체)에 기초한 회절 패턴이 계산되어 측정된 회절 패턴과 비교가 이루어진다. 이러한 계산은 모델에 의해 기술되는 구조체와 방사선 간의 상호작용을 시뮬레이션한다. 그 다음으로 모델의 파라미터가 체계적으로 변경되고 회절 패턴이 일련의 반복을 거쳐 다시 계산되어, 새로운 후보 구조체를 생성하여 최적의 근사(fit)에 도달하게 된다. 이러한 설명을 위해서 타겟은, 예를 들어 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이, 한 방향으로 주기적인 구조라고 가정될 것이다. 실제로는 타겟이 두 방향(또는 그 이상의 방향)으로 주기적일 수 있고, 그에 따라 프로세싱이 조정될 수 있다. 회절 패턴은, 예를 들면 도 3의 스캐터로미터에서 센서(190)에 의해 검출되는 2-D 동공 이미지일 수 있다.
도입부 및 청구범위의 용어에 있어서, 스캐터로미터에 의해 측정되는 회절 패턴은 검출된 신호의 일례이다. 파라미터화된 모델을 이용하여 계산된 회절 패턴은 모델 신호의 예이다. 방법의 세부적인 단계는 다음과 같다:
502: 다수의 파라미터 Pi(P1, P2, P3 등)에 관하여 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 규정하는 '재구성 모델'이 구축된다. 이러한 파라미터는, 예를 들어 1-D 주기적 구조체에서, 측벽의 각도, 피처의 높이 또는 깊이, 피처의 폭을 표현할 수 있다. 타겟과 그 하부의 층의 재료 특성이 (산란측정 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에 있어서) 굴절률 등의 파라미터로 표현되기도 한다. 중요하게도, 타겟 구조체는 그 형상 및 재료 특성을 기술하는 수십개의 파라미터에 의해 규정될 수 있는 한편, 재구성 모델에 의해 이들 중 많은 파라미터들이 고정 값을 갖도록 규정될 것이지만, 다른 파라미터들은 이후의 프로세스 단계의 목적을 위해 가변 또는 '유동' 파라미터일 것이다. 종래의 미국 특허 공개본 US 2012/0123748 A1에서는, 고정 파라미터와 유동 파라미터 사이에서 선택이 이루어지는 프로세스를 기술한다. 이러한 선택들의 집합은 재구성 프로세스를 위한 '레시피'라 지칭될 수 있고, 다양한 레시피가 시도될 수 있다. 예를 들어, 앞선 특허 공개 문헌은 파라미터가 전적으로 독립적인 유동 파라미터이지 않고 그 변화가 허용될 수 있는 방식을 도입한다. 본 발명을 구현하는데 이러한 기법이 채용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도 5를 설명하기 위한 목적으로, 단지 유동 파라미터만이 파라미터 pi로 간주된다.
503: 유동 파라미터에 대해 초기 값 Pi (0)(즉, P1 (0), P2 (0), P3 (0) 등)을 설정함으로써 모델 타겟 형상이 추정된다. 각각의 유동 파라미터가, 레시피에서 규정된 바와 같이 특정한 미리결정된 범위 내에서 생성될 것이다.
504: 도 4에 도시된 커스터마이징된 시야를 이용하고 스캐터로미터를 이용하여 기판 상에서 실제 타겟의 회절 패턴이 측정된다. 이와 같이 측정된 회절 패턴은 컴퓨터 등의 계산 시스템으로 전달된다. 계산 시스템은 위에서 언급한 처리 유닛(PU)일 수 있거나, 또는 별도의 장치일 수도 있다.
506: 모델링된 타겟의 다양한 요소의 재료 특성과 함께, 타겟의 추정된 형상을 나타내는 파라미터가 이용되어 산란 반응을 계산하게 된다. 이는 예를 들어, RCWA 등의 정밀 광학 회절 기법 또는 전자기 맥스웰 방정식의 기타 다른 풀이 기법(EM solver라 지칭됨)을 이용하여 수행될 수 있다. 이하 추가로 설명하는 바와 같이, 본 출원의 주제인 커스터마이징된 시야를 이용할 때, 유한한 격자에 최적화된 특정 풀이 기법이 채용될 수 있다. 이는 추정된 타겟 형상에 대해 모델 회절 패턴을 제공한다.
508, 510: 그 다음으로, 측정된 회절 패턴과 모델 회절 패턴이 비교되고 이들 간의 유사성과 차이가 모델 타겟 형상에 대한 "메리트 함수"를 계산하는데 이용된다.
512: 모델이 실제 타겟 형상을 정확히 나타내기 전에 개선되어야 할 필요가 있다고 메리트 함수가 나타낸다고 가정하면, 새로운 파라미터 P1 (l), P2 (l), P3 (l) 등이 추정되고 단계 506으로 반복하여 피드백된다. 측정된 타겟을 최적으로 기술하는 파라미터 값의 세트를 탐색하기 위해 단계 506 내지 512가 반복된다. 이러한 탐색을 보조하기 위해, 단계 506의 계산이 추가로 메리트 함수의 편도함수를 생성할 수 있는데, 이는 파라미터 공간 내의 이러한 특정 영역에서 파라미터의 증감이 메리트 함수를 증감시키게 되는 감도(sensitivity)를 나타낸다. 메리트 함수의 계산과 도함수의 이용은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않을 것이다.
514: 이러한 반복 프로세스가, 요구되는 정확도로 솔루션에 수렴한다고 메리트 함수가 나타내는 경우, 현재 추정된 파라미터가 실제 타겟 구조체의 측정치로서 보고된다.
상기 프로세스의 단계들은 설명의 목적을 위해 특정 순서로 제시되었다. 이러한 단계들은 기술된 순서로 수행될 필요가 없다. 예를 들어, 단계 502 및/또는 503은 단계 504에서 측정이 이루어진 후에 수행될 수 있다. 이러한 반복 프로세스의 계산 시간은 주로, 이용되는 포워드 회절 모델에 의해, 즉 추정된 타겟 구조체로부터 정밀 광학 회절 이론을 이용하여 추정된 모델 회절 패턴의 계산에 의해 결정된다. 보다 많은 유동 파라미터가 요구되는 경우, 더 많은 자유도가 있게 된다. 계산 시간은 자유도의 수에 따라 증가한다. 추정된 회절 패턴 또는 506에서 계산된 모델 회절 패턴은 다양한 형태로 표현될 수 있다. 예를 들어, 모델링된 회절 스펙트럼은, 모델이 검사 중인 타겟의 산란 반응 뿐만 아니라 조명 소스(110)로부터 검출기(190)까지 장치의 광학 반응을 포함하는 경우, 도 3의 스캐터로미터 장치에 의해 측정된 회절 스펙트럼과 손쇱게 비교될 수 있다. 이는 각각의 기판 상에서 수많은 타겟이 측정되어야 하는 경우 중요한 고려사항이 된다.
도 5에 관한 이러한 설명과 이후의 내용에서, '회절 패턴'이라는 용어는, 앞서 언급한 종래 특허 문헌 US 2012/0123748 A1과 도 3의 예시적인 장치에서 기술한 바와 같이, 각도 분해 스캐터로미터가 이용된다는 가정 하에 검출된 신호의 일례로서 사용될 것이다. 통상의 기술자라면 이와 다른 유형의 스캐터로미터 또는 다른 유형의 측정 기기에 맞도록 이러한 내용을 조정할 수 있을 것이다.
요약하자면, 도 5의 프로세스는 산란측정 측정 신호로부터 타겟 구조체의 파라미터를 추론하기 위해 모델 근사 접근법을 이용한다. 이러한 개념은 원리상으로는 단순하지만, 실제로는 재구성 모델을 설계하기 어렵다. 모델은, 노이즈의 영향, 교정 오차, 모델 근사화 및 기타 다른 파라미터의 변화에 민감하게 반응하지 않으면서도, 관심 파라미터의 실제 변화에 대해 최적의 측정 응답을 내도록 최적화되어야 한다. 마지막으로, 모델 실행시간이 최소화되어야 한다. 이러한 문제점에 대한 접근법이 계속 고안되고 개선되고 있지만, 현재는 검사 장치의 FOV보다 작은 타겟을 정확히 측정하는 솔루션이 없다. 타겟이 오버필된 상태인 경우, 주변 환경 뿐만 아니라 타겟의 유한성에 기인한 정보가 검출된 신호에 기여하게 되고 재구성된 측정에 바이어스를 도입한다. FOV를 줄이는 것이 시도될 수 있지만, 그에 따라 이용가능한 광량이 줄어든다. 다양한 광원과 기타 다른 기법에 대해 탐구가 이루어지고 있지만 이들 모두는 타겟의 유한성의 문제를 겪게 된다. 다시 말해서, 스팟이 타겟을 언더필 상태로 하도록 충분히 작은 경우에도, 에지 회절로 인하여 조명 스팟의 실제 치수는 더 크고, 타겟의 유한성은 검출된 회절 패턴에서 여전히 주요한 영향을 미친다.
FOV보다 작은 타겟은 모델링 용어로서 "격리" 타겟으로 지칭될 수 있는 반면, FOV보다 큰 타겟(언더필된 상태)은 무한하다고 여겨질 수 있다. 검출된 신호로부터 3-D 격리 타겟을 재구성하는 것은 소프트웨어 개발을 필요로 하며, 불가피하게 재구성 프로세스가 늦어지게 된다. 3-D EM 풀이 기법은 처리 시간 및/또는 메모리 측면에서 부담이 크다. 본 발명자가 발견한 바에 따르면, 타겟 사이즈를 줄이는 문제에 대한 대안적인 솔루션은, 한 방향으로는 시야보다 작지만 다른 방향으로는 시야보다 클 수 있는 타겟의 커스터마이징된 조합을 생성하는 것이다. 이러한 치수를 적절히 선택함으로써, 유한성의 영향이 최소화되거나 또는 제거될 수 있다. 나아가, 관심 파라미터 이외의 파라미터의 변화에 대해서도 측정의 견고함을 개선하기 위해 부가적인 정보가 활용될 수 있다. 또한, 커스터마이징된 설계에 대한 정보를 이용하게 되면, 재구성 모델의 단계 506에서 이용되는 EM 풀이 기법이 단순화되어 계산의 부담을 덜 수 있다.
본 명세서에서 제시된 실시예에서 설계의 목적은, 모델에 있어서 다음의 가정이 이루어질 수 있는 방식으로 타겟(라인 격자)을 조명하는 것이다:
- 격자 라인은 주기성의 방향을 가로지르는 방향을 따라 무한하며;
- 격자 자체는 주기성의 방향으로 유한함(격리됨).
이는 도 4에 도시된 바와 같이 격자 치수 및 배향과 관련하여 적절한 FOV를 선택함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 직사각형 FOV 형상(기기의 시야 조리개(300)에 이러한 애퍼처 형상을 배치함)에 의해 FOV는 2차원 격리 타겟(X, Z 차원; Y 방향으로는 무한함)을 보게 된다. 단계 506에서 산란 분석은 3-D 격리 구조체를, 시뮬레이션하기에 훨씬 단순한 2-D 격리 구조체로 함으로써 크게 단순화될 수 있고, RCWA 등의 적절한 풀이 기법이 이미 이용가능하다. 유한한 격자에 대해 특별히 적절한 풀이 기법은 Pisarenco와 Setija의 US 2013/0035911 A1에 의해 개시된 바 있다. 문헌상으로는 X(또는 Y) 방향으로(양 방향은 아님) 모델링되는 격자를 지칭하면서 1-D라는 용어가 사용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. "1-D" 격자를 언급할 때는 Z의 제2 치수를 내포하는 것으로 취급된다.
2-D 무한 격자의 경우보다 2-D 격리 격자의 경우 재구성 문제가 보다 양호하게 조절된다는 점(미지의 변수에 대하여 보다 견고함)을 예상할 수 있다. 이는 격자를 넘어서는 시야의 부분으로부터의 확산된 시야 기여에 기인하는 것이라 여겨진다(도 4에서 412X). 이는 산란 구조체의 기하학적 파라미터를, 하부에 놓여 있는 스택의 기하학적 구조 및 재료에 있어서의 기타 다른 영향으로부터 추출하는데 도움이 될 수 있다.
시뮬레이션이 보다 정확하게 이루어질 수 있고 및/또는 처리가 단순화될 수 있는 동시에, 타겟의 전체 치수가 줄어들 수 있다. 치수의 일례를 들면, 타겟을 한 방향으로 더 작게 만들어 예컨대 2.5 × 10㎛의 형상이 될 수 있다. 커스터마이징된 FOV를 이용하면 이러한 타겟은 동일한 영역을 5 × 5㎛의 정사각형 격자로서 채울 수 있으면서도, 개선된 정확도 및/또는 단순화된 처리를 제공할 수 있다. 이러한 예에서는, 더 짧은 치수가 주기성의 방향이고(gP<gL), 이는 도입부에서 언급한 미국 특허 US 6,850,333에 예시된 형상과는 대조를 이룬다.
도 6은 도 3의 장치에서 시야 조리개(300)로 사용될 수 있는 애퍼처 휠(600)을 나타낸다. 애퍼처 휠은 박형 플레이트의 형태이고, 이러한 플레이트는 렌즈 시스템(140) 내에서 적절한 평면에 다양한 배향과 위치로 장착되어 필요에 따라 광축 상에 상이한 개별적인 애퍼처가 위치하게 될 수 있다. 이러한 단순한 예에서는, 애퍼처 휠의 회전 축이 602로 도시되어 있다. 개별적인 애퍼처는 다양한 위치에 형성되는데, 예를 들면 제1 링(604) 및 제2 링(606) 상에 배열된다. 축(602)을 스캐터로미터의 광축(O)을 향해 또는 광축으로부터 멀리 이동시킴으로써, 어느 링 상에서든 선택된 애퍼처가 이용될 수 있다. 내측 링(602) 상에, 다양한 원형 애퍼처가 제공되며, 이는 610S(최소), 610L(최대) 및 610M(중간 사이즈)로 표기되어 있다. 실제 에에서는, 본 명세서에 도시되어 있는 것보다 훨씬 많은 중간 사이즈가 제공될 수 있다. 원형 애퍼처의 지름은, 지름이 예를 들어 1㎛ 내지 8㎛의 범위인 스팟(시야)을 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 예에서는, 조명 광학 시스템에 축소율이 있어, 원형 애퍼처가 물리적인 애퍼처보다 작은 지름의 원형 스팟의 시야를 규정하게 된다. 예를 들어, 0.015의 확대율의 경우에는, 지름 3㎛의 시야를 얻기 위해 지름 200㎛(0.2mm)의 애퍼처를 이용할 수 있다. 방사선의 파장보다 훨씬 더 큰 애퍼처를 이용하면 애퍼처에서의 회절 효과를 피할 수 있고, 물론 애퍼처 플레이트의 제조가 더 용이하게 된다.
외측 링(606) 상에는, 다수의 직사각형 애퍼처가 규정되며, 620 내지 630으로 표기되어 있다. 620은 작은 정사각형 애퍼처이지만, 나머니 애퍼처는 상이한 정도로 신장되어 있다. 예를 들어, 가장 길고 협소한 애퍼처(626)는 광축(O)과 정렬되어 있는 것으로 도시되어 있다. 실제 기기에는, 더 많은 수의 직사각형 애퍼처가 제공될 수 있고, 이들은 X 및 Y 방향의 양 방향으로 제공될 수 있다. 동일한 애퍼처(622-630)의 회전된 버전이 링(606) 주위에 또한 점선으로 도시되어 있다. 예를 들어, 애퍼처(626')는 애퍼처(626)의 회전된 버전이다. 이들 중 어느 것이 X 방향에 대한 것이고 어느 것이 Y 방향에 대한 것인지는, 축들에 대한 표기 뿐만 아니라 광학 시스템의 세부 설계의 문제이다. 예를 들어 사이즈의 범위에는, 3 × 3㎛의 시야에 0.3 × 4.5, 3 × 7.5, 3 × 12㎛ 등의 FOV 치수를 갖는 추가적인 신장된 형태의 애퍼처가 수반되도록 설계되는 정사각형이 포함될 수 있다. 더 협소한 애퍼처가 제공되어 예를 들면 1.5 × 10.5㎛의 FOV 치수가 제공될 수 있으며, 더 넓은 직사각형 애퍼처에 의해 5.25 × 10.5㎛ 등의 FOV 치수가 제공될 수 있다. 상이한 사이즈의 정사각형 애퍼처가 또한 제공될 수 있고, 예를 들면 점선으로 620'으로 도시된 바와 같다. 회전형 휠 대신에, 상호교환가능한 애퍼처 플레이트가 제공될 수 있고, 또는 프로그램가능 애퍼처 디바이스(공간 광 변조기)가 디지털 마이크로 미러 소자(DMD) 또는 액정 소자에 의해 형성될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 물론, 조명 스팟 사이즈 및 형상을 규정하기 위해 DMD 등의 반사형 소자 또는 임의의 반사형 스팟을 이용하는 것은 광학 시스템의 재배열을 암시할 것이다. "애퍼처"는 또한, 재배열된 조명 시스템의 맥락에서 애퍼처와 동일한 효과를 내는 적절한 반사형 스팟을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 7 및 8은 도 3과 관련하여 기술된 원리에 따라 커스터마이징된 시야를 갖는 타겟의 설계를 위한 추가적인 옵션을 예시하고 있다. 격자(700X 및 700Y)는 X 방향 및 Y 방향으로 주기성을 가지고 제공되며, 그에 앞서 각각 배타 영역(702X 및 702Y)이 제공된다. 본 예에서는 격자(700X 및 700Y)가 실질적으로 정사각형이다. 조명 스팟(710X 및 710Y)은 주기성의 방향으로 신장된 형태이고 격자 라인의 방향으로는 협소하여 위에서 제시된 조건을 충족하게 된다. 이러한 배열은 애퍼처가 보다 직사각 형태라는 점을 제외하고는 도 3에 도시된 것과 유사하다. 정사각형 격자(700X, 700Y)의 변의 치수는 예를 들어 5㎛일 수 있고, 직사각형 조명 스팟(710X, 710Y)은 예를 들어 2.5㎛ × 10㎛이다. 반도체 소자의 제조에서는 영역의 격자를 예컨대 5 × 5㎛로 줄이는 것이 요구될 수 있으므로, FOV는 한 방향으로 5㎛ 미만, 예컨대 4㎛ 미만 또는 3㎛ 미만의 치수를 가질 것이라는 점을 인식할 것이다.
도 8을 참조하면, 대응하는 특징이 도 7과 동일한 방식으로 표기되어 있으나, 첫번째 숫자가 '8'로 표기되어 있다. 신장된 형태의 시야를 갖는 정사각형 격자에 특징이 있는 도 7의 예와는 대조적으로, 도 8의 예에서는 개략적으로 또는 정확히 정사각형인 시야(810X, 810Y)를 갖는 신장된 형태의 격자(800X, 800Y)를 보여준다. 이러한 경우, 격자는 주기성의 방향을 가로지르는 격자 라인의 방향으로 신장된 형태이다. 시야는 X 및 Y 격자 양자 모두에 대해 실질적으로 동일하여, X 및 Y 격자 양자 모두에 대해 동일한 스팟이 이용될 수 있다.
시야 및 격자 설계에 대해 수많은 변형이 예상될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 8에는 직사각형/정사각형 시야가 예시되어 있지만, 타원형 및/또는 원형 시야가 이용될 수도 있다. 곡선형 윤곽은, 애퍼처 내에서 그리고 애퍼처 주위에서 회절 효과를 줄인다면 유리할 수 있다(이러한 효과의 강도는 이용되는 방사선 파장과 애퍼처 치수 간의 관계에 따라 달라진다).
격자 타겟은 도 7에서의 5 × 5㎛의 격자만큼 더 작은 영역을 차지할 수 있지만, 치수는 2.5 × 7.5㎛이다. 그러한 경우, FOV는 한 방향으로 예를 들어 3.5 × 5㎛ 미만의 치수를 가질 수 있다. 모든 에에서, 배타 영역은 시야의 치수보다 더 커야 한다. 예를 들어 격자 주위에 적어도 1㎛의 명확한 경계를 제공하도록 적절한 배타 영역이 설계될 수 있다. 이러한 경계는, 설계에 의한 시야가 격자를 넘어 연장되는 주기성의 방향으로 더 중요하다는 점을 이해할 것이다.
도 9는 위에서 기술한 유형의 측정이 계측 및/또는 생산 프로세스를 제어하기 위한 기반으로서 이용되는 제조 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계 S11에서, 웨이퍼(기판)가 처리되어 위에서 기술된 바와 같이 작은 치수를 갖는 격자를 포함하는 피처 및 계측 타겟이 생성된다. 단계 S12에서, 격자로부터의 회절 패턴이 커스터마이징된 시야로 검출되고, 격자의 특성이 계산되며, 이는 모두 도 5의 방법을 이용한다. 측정되는 특성은 예를 들어, CD, SWA, 및 격자 라인의 높이일 수 있다. 단계 S13에서, 측정되는 특성이 선택적으로 이용되어(이용가능한 기타 다른 정보와 함께 이용됨), 추후의 타겟의 측정이 보다 정확하게 및/또는 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 계측 레시피를 업데이트 하게 된다. 이렇게 업데이트된 계측 레시피는, 동일한 타겟과 웨이퍼의 재측정을 위해 및/또는 이후 처리되는 웨이퍼 상의 타겟의 측정을 위해 이용될 수 있다. 업데이트 프로세스는 필요한 경우 자동화될 수 있다.
계측 프로세스의 주요 목적에 관해 말하자면, 측정된 특성은 또한, 리소그래피 단계들의 품질과 일반적인 프로세싱 효과에 대한 지표로 이용될 수 있다. 단계 S14에서, 단계 12로부터 획득되는 특성에 대한 정보가 이용되어, 리소그래피 패터닝 단계 및/또는 디바이스 제조 프로세스의 프로세스 단계들을 제어하는 레시피를 업데이트하게 된다. 이러한 측정은 또한, 결함있는 웨이퍼의 재작업을 트리거하는데, 및/또는 추가적인 웨이퍼의 프로세싱을 위해 레시피의 파라미터를 조정하는데 이용될 수 있다. 반복하자면 이러한 업데이트는 필요한 경우 자동화될 수 있다.
결론
본 명세서에서 개시된 기술에 의하면, 더 작은 계측 타겟의 설계 및 이용에 의해서도 오버레이 이외의 관심 파라미터의 재구성을 이룰 수 있다. 대량 제조에 있어서 보다 향상된 품질 제어가 가능해진다.
앞서 언급한 것과 더불어 수많은 변형예 및 수정예가 가능하다.
상기 타겟 구조체는 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 기타 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능상 부분인 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 수많은 디바이스가 일정한 격자형 구조를 갖는다. 본원에서 사용될 때 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는 이러한 구조체가 수행되는 측정을 위해 특별히 제공될 것을 요하지 않는다. 이미 언급된 바와 같이, 격자의 라인 및 공간과 같은 개략적인(coarse) 구조적 피처가 보다 미세한 서브 구조체의 집합에 의해 형성될 수 있다.
기판 및 패터닝 디바이스 상에서 실현되는 바와 같은 타겟의 물리적 격자 구조체와 관련하여, 일 실시예는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻기 위해 기판 상에 타겟을 생성하고, 기판 상의 타겟을 측정하며, 및/또는 측정을 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독가능한 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들면 도 3의 장치의 유닛(PU) 내에서, 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수도 있다. 기존 계측 장치, 예를 들면 도 3에 도시된 유형의 장치가 이미 생산 및/또는 이용 중인 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 수정된 단계(506)를 수행하도록 하여 관심 파라미터를 계산하게 하기 위한 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다. 이러한 프로그램은 선택적으로 적합한 복수의 타겟 구조체 상에서 측정을 위한 단계(504 등)를 자동 수행하기 위해 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 프로그램의 특정 기능은, 각각의 타겟에 대해 커스터마이징된 시야를 규정하도록 적절한 시야 조리개(애퍼처(302))를 선택하는 것일 수 있다. 각각의 타겟에 대한 적절한 시야는, 기판 또는 기판의 배치(batch)와 함께 수신되는, 계측 레시피에 있어서의 측정 프로세스의 기타 다른 파라미터와 함께 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예가 아래와 같은 번호의 항목으로 제시된다:
1. 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법으로서,
(a) 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 기판에 제공하는 단계;
(b) 상기 제1 방향으로의 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 규정된 사이즈와 형상을 갖는 방사선의 스팟으로 상기 구조체를 조명하는 단계;
(c) 상기 스팟에 의해 규정되는 시야(field of view) 내에서 상기 방사선과 상기 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하는 단계; 및
(d) 검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하는 단계
를 포함하는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
2. 제1항목에 있어서,
gL은 gP의 두 배 이상, 또는 gP의 세 배 이상인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
3. 제1항목 또는 제2항목에 있어서,
gP는 6㎛ 미만인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
4. 제1항목 내지 제3항목 중 어느 한 항목에 있어서,
fP는 fL의 두 배 이상, 또는 fL의 세 배 이상인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
5. 제1항목 내지 제4항목 중 어느 한 항목에 있어서,
fL은 4㎛ 미만인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
6. 제1항목 내지 제5항목 중 어느 한 항목에 있어서,
단계 (a) 내지 (d)는 동일한 기판 상에서 복수의 격자에 대해 반복되고, 제1 방향 및 제2 방향의 배향은 서로 상이한 격자에 대해 상이한, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
7. 제6항목에 있어서,
상기 스팟의 사이즈 및 형상은 상이한 상기 배향에 대해서 불변인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
8. 제1항목 내지 제7항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 스팟의 사이즈 및 형상은 조명 광학 시스템에서 조정가능한 시야 조리개에 의해 규정되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
9. 제1항목 내지 제8항목 중 어느 한 항목에 있어서,
단계 (d)는:
(d1) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하는 단계;
(d2) 상기 파라미터 또는 관심 파라미터를 변화시키면서 상기 방사선과 상기 수학적 모델 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 복수의 모델 신호를 계산하는 단계;
(d3) 상기 검출된 신호와 단계 (d2)에서 계산된 상기 모델 신호 중 적어도 몇몇의 신호 간에 매칭의 정도를 계산하는 단계; 및
(d4) 계산된 매칭의 정도에 기초하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고하는 단계
를 포함하는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
10. 제9항목에 있어서,
단계 (d2) 및 (d3)는 회귀법에 의해 관심 파라미터의 값을 찾아내도록 반복적 루프로 수행되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
11. 제9항목 또는 제10항목에 있어서,
상기 모델 신호는, 상기 제2 방향으로 상기 구조체가 무한하다는 가정하에, 2차원에 대해서만 계산되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
12. 제1항목 내지 제11항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 검출된 신호는 각도 분해 산란측정에 의해 획득되는 2차원 회절 패턴인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
13. 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치로서,
타겟 구조체가 형성되어 있는 기판을 위한 지지체;
상기 타겟 구조체를 방사선의 스팟으로 조명하고 상기 방사선과 상기 타겟 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하기 위한 광학 시스템; 및
검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하도록 구성되는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는, 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 상기 타겟 구조체가 포함한다는 가정하에 상기 측정치를 계산하도록 구성되며,
상기 광학 시스템은, 상기 제1 방향으로의 상기 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 상기 방사선의 스팟의 형상과 사이즈를 규정하여 조명하도록 작동가능한, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
14. 제13항목에 있어서,
gL은 gP의 두 배 이상, 또는 gP의 세 배 이상이 되도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
15. 제13항목 또는 제14항목에 있어서,
gP는 6㎛ 미만이 되도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
16. 제13항목 내지 제15항목 중 어느 한 항목에 있어서,
fP는 fL의 두 배 이상이 되도록 설정될 수 있는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
17. 제13항목 내지 제16항목 중 어느 한 항목에 있어서,
fL은 4㎛ 미만이 되도록 설정될 수 있는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
18. 제13항목 내지 제17항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 장치는 동일한 기판 상에서 복수의 격자에 대해 상기 조명, 검출, 및 계산을 자동 반복하도록 구성되고, 제1 방향 및 제2 방향의 배향은 서로 상이한 격자에 대해 상이한, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
19. 제18항목에 있어서,
상기 스팟의 사이즈 및 형상을 상이한 배향의 격자에 대해 이용하도록 작동가능한, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
20. 제13항목 내지 제19항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 스팟의 사이즈 및 형상은 광학 시스템에서 조정가능한 시야 조리개에 의해 규정되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
21. 제13항목 내지 제20항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 프로세서는:
상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하고;
상기 파라미터 또는 관심 파라미터를 변화시키면서 상기 방사선과 상기 수학적 모델 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 복수의 모델 신호를 계산하며;
상기 검출된 신호와 계산된 상기 모델 신호 중 적어도 몇몇의 신호 간에 매칭의 정도를 계산하고;
계산된 매칭의 정도에 기초하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고함으로써, 상기 특성의 측정치를 계산하도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
22. 제21항목에 있어서,
회귀법에 의해 관심 파라미터의 값을 찾아내기 위해 상기 계산 단계를 반복적 루프로 수행하도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
23. 제21항목 또는 제22항목에 있어서,
상기 모델 신호는, 상기 제2 방향으로 상기 구조체가 무한하다는 가정하에, 2차원에 대해서만 계산되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
24. 제13항목 내지 제23항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 검출된 신호는 각도 분해 산란측정에 의해 획득되는 2차원 회절 패턴인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
25. 프로세서로 하여금 제1항목 내지 제12항목 중 어느 한 항목에 따른 방법의 단계 (d)를 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
26. 제25항목에 있어서,
프로세서로 하여금 복수의 격자에 대해 방법의 단계 (b) 및 (c)를 수행하도록 검사 장치를 제어하도록 하기 위한 명령을 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
27. 리소그래피 시스템으로서,
패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴의 시퀀스를 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
상기 리소그래피 장치에 의해 전사되는 상기 패턴의 특성을 측정하도록 구성되는, 제13항목 내지 제24항목 중 어느 한 항목에 따른 검사 장치
를 포함하는, 리소그래피 시스템.
28. 제27항목에 있어서,
이전의 기판 상에서 검사 장치를 이용하여 이루어진 측정에 응하여 교정을 가하도록 리소그래피 장치를 제어하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
29. 리소그래피 공정을 이용하여 디바이스 패턴의 시퀀스가 일련의 기판에 가해지는 디바이스 제조 방법으로서,
제1항목 내지 제12항목 중 어느 한 항목에 따른 측정 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 형성되거나 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성된 계측 격자의 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 기판을 위한 상기 리소그래피 공정은 하나 이상의 이전 기판 상에서 측정된 특성에 응하여 제어되는, 디바이스 제조 방법.
본 발명의 실시예를 광학 리소그래피의 문맥에서 이용하는 것에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용에도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 본 발명은 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판 상에 형성된 패턴을 정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스된 후에, 이 레지스트를 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화시킨다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트를 벗겨냄으로써 기판에 패턴을 잔류시킨다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5nm 내지 20nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
문맥이 허용하는 경우 "렌즈"라는 용어는 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에서의 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도, 과도한 실험 없이, 다양한 응용을 위해 이러한 특정 실시예를 용이하게 수정 및/또는 적합화할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적합화는 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하여 개시된 실시예의 등가물의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서 내의 전문 용어 또는 기술 용어는 한정하려는 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 본 명세서의 전문 용어 또는 기술 용어는 교시 및 지침의 관점으로 당업자에 의해 이해되어야 한다.
본 발명의 범위 및 요지는 전술한 예시적인 실시예로 한정되지 않고, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법으로서,
    (a) 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 기판에 제공하는 단계;
    (b) 상기 구조체가 상기 제2 방향으로 무한한 격자 라인을 갖는 2차원 격리 타겟으로 여겨질 수 있도록, 상기 제1 방향으로의 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 규정된 사이즈와 형상을 갖는 방사선의 스팟으로 상기 구조체를 조명하는 단계;
    (c) 상기 스팟에 의해 규정되는 시야(field of view) 내에서 상기 방사선과 상기 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하는 단계; 및
    (d) 검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하는 단계
    를 포함하는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    gL은 gP의 두 배 이상인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    gP는 6㎛ 미만인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    fP는 fL의 두 배 이상인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    fL은 4㎛ 미만인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (d)는:
    (d1) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하는 단계;
    (d2) 상기 파라미터 또는 관심 파라미터를 변화시키면서 상기 방사선과 상기 수학적 모델 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 복수의 모델 신호를 계산하는 단계;
    (d3) 상기 검출된 신호와 단계 (d2)에서 계산된 상기 모델 신호 중 적어도 몇몇의 신호 간에 매칭의 정도를 계산하는 단계; 및
    (d4) 계산된 매칭의 정도에 기초하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고하는 단계
    를 포함하는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모델 신호는, 상기 제2 방향으로 상기 구조체가 무한하다는 가정하에, 2차원에 대해서만 계산되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출된 신호는 각도 분해 산란측정에 의해 획득되는 2차원 회절 패턴인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하는 방법.
  9. 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치로서,
    타겟 구조체가 형성되어 있는 기판을 위한 지지체;
    상기 타겟 구조체를 방사선의 스팟으로 조명하고 상기 방사선과 상기 타겟 구조체 간의 상호작용으로부터 발생되는 신호를 검출하기 위한 광학 시스템; 및
    검출된 신호에 기초하여 상기 특성의 측정치를 계산하도록 구성되는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는, 복수의 구조체가 제1 방향으로 거리 gP에 걸쳐 주기적으로 배열되어 있되 각각의 구조체는 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 거리 gL 만큼 각각 연장되어 있는 격자를 상기 타겟 구조체가 포함한다는 가정하에 상기 측정치를 계산하도록 구성되며,
    상기 광학 시스템은, 상기 구조체가 상기 제2 방향으로 무한한 격자 라인을 갖는 2차원 격리 타겟으로 여겨질 수 있도록, 상기 제1 방향으로의 상기 스팟의 치수 fP가 거리 gP보다 큰 한편 상기 제2 방향으로의 상기 스팟의 치수 fL은 거리 gL보다 작도록 상기 방사선의 스팟의 형상과 사이즈를 규정하여 조명하도록 작동가능한, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    gL은 gP의 두 배 이상이 되도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    gP는 6㎛ 미만이 되도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    fP는 fL의 두 배 이상이 되도록 설정될 수 있는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    fL은 4㎛ 미만이 되도록 설정될 수 있는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하고;
    상기 파라미터 또는 관심 파라미터를 변화시키면서 상기 방사선과 상기 수학적 모델 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 복수의 모델 신호를 계산하며;
    상기 검출된 신호와 계산된 상기 모델 신호 중 적어도 몇몇의 신호 간에 매칭의 정도를 계산하고;
    계산된 매칭의 정도에 기초하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고함으로써, 상기 특성의 측정치를 계산하도록 구성되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모델 신호는, 상기 제2 방향으로 상기 구조체가 무한하다는 가정하에, 2차원에 대해서만 계산되는, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 검출된 신호는 각도 분해 산란측정에 의해 획득되는 2차원 회절 패턴인, 기판 상에서 구조체의 특성을 측정하기 위한 검사 장치.
  17. 프로세서로 하여금 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계 (d)를 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  18. 리소그래피 시스템으로서,
    패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴의 시퀀스를 전사하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
    상기 리소그래피 장치에 의해 전사되는 상기 패턴의 특성을 측정하도록 구성되는, 제9항 또는 제10항에 따른 검사 장치
    를 포함하는, 리소그래피 시스템.
  19. 리소그래피 공정을 이용하여 디바이스 패턴의 시퀀스가 일련의 기판에 가해지는 디바이스 제조 방법으로서,
    제1항 또는 제2항에 따른 측정 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 형성되거나 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성된 계측 격자의 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 기판을 위한 상기 리소그래피 공정은 하나 이상의 이전 기판 상에서 측정된 특성에 응하여 제어되는, 디바이스 제조 방법.
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