KR101994385B1

KR101994385B1 - 비대칭 측정 방법, 검사 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR101994385B1
Application number: KR1020177019462A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 푸흐스; 피터 한젠 바르데니르; 아만데브 싱; 막심 달폰소; 힐코 디르크 보스
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2019-06-28
Also published as: CN107111245A; IL252526A0; US20160180517A1; TWI591448B; TW201633007A; IL252526B; US9786044B2; KR20170094429A; CN107111245B; WO2016096524A1

Abstract

스캐터로미터는 오버레이 등의 비대칭 관련 파라미터를 측정하기 위해 암시야 이미징 모드로 사용된다. +1 및 -1 회절 차수의 별개의 측정을 획득하기 위해 타겟이 두 가지 배향인 상태로, 동일한 광 경로를 이용하여 소형 격자 타겟들에 대한 측정이 이루어진다. 이런 방식으로, 세기 스케일링 차이(툴 비대칭)를 회피하게 된다. 그러나, 광학 시스템에서 스트레이 광(고스트)로 인한 추가적인 세기 결함은 피할 수 없다. 추가적인 세기 이슈는 0차 회절과 1차 회절 사이의 비율에 강하게 의존하므로, 서로 반대로 강하게 웨이퍼(공정)에 종속된다. 바이어스 +d, -d를 갖는 몇몇 대표적인 타겟 격자 상에서 교정 측정(CM1-CM4)이 이루어진다. 상이한 웨이퍼 회전(RZ=0, π)뿐만 아니라 상보 개구(13N, 13S)를 이용하여 교정 측정이 이루어진다. 스트레이 광에 의해 유발되는 오차를 줄이기 위해 보정(δ, G)이 계산되어 보정된 비대칭 A'을 계산하는데 적용된다.

Description

비대칭 측정 방법, 검사 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF MEASURING ASYMMETRY, INSPECTION APPARATUS, LITHOGRAPHIC SYSTEM AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 출원은 2014년 12월 19일에 출원된 유럽 출원 제14199200.8호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.

본 발명은 예를 들면 리소그래피 기법에 의해 디바이스를 제조하는데 이용 가능한 계측을 위한 방법 및 장치, 그리고 리소그래피 기법을 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 회절 "스펙트럼"을 획득하며, 이러한 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다.

공지된 스캐터로미터의 예에는 US2006033921A1 및 US2010201963A1에 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). 재구성에 의한 피처 형상의 측정 이외에도, 회절 기반 오버레이가 이러한 장치를 이용하여 측정될 수 있으며, 이에 대해서는 공개 특허 문헌 US2006066855A1에 기술되어 있다. 회절 차수의 암시야 이미징을 이용한 회절 기반 오버레이 계측은 보다 작은 타겟 상에서 오버레이 및 기타 다른 파라미터의 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 주변 제품 구조체로부터의 세기는 이미지 평면에서의 암시야 검출을 이용하여 오버레이 타겟으로부터의 세기로부터 효율적으로 분리될 수 있다.

암시야 이미징 계측의 예는 특허 문헌 US20100328655A1 및 US2011069292A1에 나와 있으며, 이러한 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다. 이러한 기법에 대한 추가적인 개선 사항은 공개 특허 문헌 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20120242970A1, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에 기술되어 있다. 통상적으로 이러한 방법에서는 타겟의 특성으로서 비대칭을 측정할 필요가 있다. 타겟은 오버레이, 초점 또는 선량 등의 다양한 성능 파라미터의 측정을 얻기 위해서 비대칭의 측정이 이용될 수 있도록 설계될 수 있다. 타겟의 비대칭은 스캐터로미터를 이용하여 회절 스펙트럼의 서로 반대 부분들 사이의 세기 차이를 검출함으로써 측정된다. 예를 들어, 비대칭의 측정을 얻기 위해 +1 및 -1 회절 차수의 세기가 비교될 수 있다.

이러한 종래 특허 출원 중 일부에서는, 타겟 내에서 주기적 구조체(격자)로부터 +1 및 -1 회절 차수를 얻기 위해 상이한 조명 모드 및/또는 상이한 이미지 검출 모드를 이용하여 암시야 계측을 수행하는 것을 제안한다. 하지만, 이러한 방법은 상이한 모드로 이용되는 광 경로에 있어서의 비대칭에 취약할 수 있고, 이는 타겟의 비대칭의 측정 시에 오차를 유발할 것이다. 그에 따라, 이러한 오차를 줄이기 위해 정확한 교정 및 보정이 적용될 수 있지만, 조명 및 검출의 동일한 조건 하에서 타겟이 2회 측정되는 경우 최상의 오버레이 측정 결과를 일반적으로 얻게 된다. 이를 행하기 위해, 기판은 측정들 간에 180도 회전되어 -1 및 +1 회절 차수 세기를 차례로 얻게 된다. 그러므로 이러한 비대칭 측정 모드는 웨이퍼 회전 모드라 지칭된다. 두 가지의 측정에 정확히 동일한 광 경로를 이용함으로써 측정된 세기 사이의 임의의 차이는 스캐터로미터의 특성이 아니라 타겟 특성으로 인한 것이 된다.

웨이퍼 회전 모드의 이용은 기기에 있어서의 비대칭으로 인한 오차를 실질적으로 제거하지만, 다른 오차 원인이 남아 있을 수 있다. 이러한 오차 원인 중 하나는 스캐터로미터의 광학 시스템 내에서의 스트레이 광 또는 "고스트" 반사에 의해 유발되는 것이다. 조명 광과 원치 않는 0차 방사선이 광학 시스템에 진입한다. 타겟, 그리고 파장 및 특정 타겟 구조 등의 조건, 하부 구조 및 공정에 따라, 이러한 원치 않는 신호는 측정에 사용되는 필요한 고차의 회절 신호에 비해 강해질 수 있다. 그러므로, 내부 반사 및 산란을 최소화하기 위해 많은 노력과 비용을 들이게 된다. 물론 임의의 광학적인 계면은 어느 정도 반사성이 있다. 반사 방지 코팅이 사용될 것이지만, 특히 측정을 위해 광범위의 파장이 이용되는 경우 이러한 코팅이 완벽하게 작용할 수는 없다. 표면의 흠집과 오염 또한 산란과 스트레이 광을 일으킬 것이다. 따라서, 광범위의 파장에 걸쳐 최상의 비대칭 측정을 얻는 것은, 하드웨어 설계자, 이러한 기기의 제조업자 및 운영자에게 여전히 큰 과제이다.

설계, 제조, 및 운영 비용의 추가적인 증가 없이도 높은 정확도를 얻을 수 있는, 예컨대 타겟 격자에서의 비대칭 및/또는 오버레이를 측정하기 위한 암시야 계측용 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 공지된 하드웨어를 이용하여, 스트레이 광에 대한 수학적인 보정을 포함시킴으로써 종래의 공개된 기술에 비해 정확도를 개선할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명은 일 양태로서, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법을 제시하는데, 이러한 방법은:

방사선으로 상기 주기적 구조체를 조명하는 동안 상기 주기적 구조체의 제1 이미지를 형성 및 검출하는 것을 포함하는 제1 측정 단계로서, 상기 제1 이미지는 회절된 방사선의 제1 선택된 부분을 이용하여 형성된 것인, 제1 측정 단계;

방사선으로 상기 주기적 구조체를 조명하는 동안 상기 주기적 구조체의 제2 이미지를 형성 및 검출하는 것을 포함하는 제2 측정 단계로서, 상기 제2 이미지는 상기 주기적 구조체의 회절 스펙트럼에서 상기 제1 부분과 대칭적으로 반대편인 상기 회절된 방사선의 제2 선택된 부분을 이용하여 형성된 것인, 제2 측정 단계; 및

검출된 상기 제1 이미지 및 제2 이미지로부터 유도된 세기 값에 기초하여 상기 주기적 구조체에서 비대칭의 측정을 계산하는 단계를 포함하고,

상기 비대칭의 측정을 계산하는 단계에는, 상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계에서 발생하는 스트레이 방사선의 영향을 줄이기 위한 보정이 포함된다.

이러한 보정을 용이하게 하기 위해, 방법은 몇몇 실시예로서 상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계와 동일한 기판 및/또는 유사한 기판 상에서 수행되는 복수의 교정 측정 단계를 더 포함하되, 상기 보정은 상기 교정 측정 단계의 결과에 기초한다. 요구되는 보정은 개별 기판 및 타겟에 적용되는 공정 및 구조에 강하게 의존할 수 있다. 각각의 기판에 대해, 기판의 각각의 배치(batch)에 대해, 또는 유사한 유형 및 공정 히스토리의 모든 기판에 대해 교정 측정이 이루어질 수 있다. 상이한 측정 조건에 대해 교정 측정이 이루어질 수 있고, 예를 들면 방사선의 상이한 파장 및 편광이 매우 상이한 양의 보정을 필요로 할 수 있다.

몇몇 실시예에서 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서의 측정을 포함하고, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것이다. 오버레이 또는 관심 대상인 여타 파라미터에 있어서 상이한 바이어스를 갖는 구조체가 전형적인 타겟의 일부로 이용 가능할 수 있거나, 교정을 위해 특별히 제공될 수 있다.

교정 측정은 예를 들면:

- 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 이루어지는 제1 교정 측정;

- 상기 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제2 배향인 상태로 이루어지는 제2 교정 측정;

- 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제1 배향인 상태로 이루어지는 제3 교정 측정;

- 상기 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제2 배향인 상태로 이루어지는 제4 교정 측정을 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 제1 교정 측정, 제2 교정 측정, 제3 교정 측정, 및 제4 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 각각에 대해 이루어지며, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것이다.

본 발명은 몇몇 실시예에서, 측정 광학 시스템의 시야 내에 모두 맞춰지도록 충분히 작은 구조체를 이용하여 여러 주기적 구조체에서의 비대칭을 동시에 측정한다. 이러한 시야는 예를 들면 조명 스팟 크기에 의해 규정될 수 있다.

제1 측정 단계는 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 수행될 수 있고, 제2 측정 단계는 기판이 제2 배향인 상태로 수행된다. 이와 같이 스트레이 광에 대한 보정이 이른바 웨이퍼 회전 모드 측정에 적용될 수 있다.

부가적으로, 스트레이 광에 대한 보정은 다른 모드, 예컨대 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 제1 측정 단계와 제2 측정 단계가 수행되고, 제1 측정 단계는 측정 광학 시스템 내에서 제1 광 경로를 이용하고 제2 측정 단게는 제2 광 경로를 이용하는 모드에 적용될 수 있다.

방법은 복수의 주기적 구조체에 대하여 방법에 의해 결정된 비대칭에 기초하여 리소그래피 공정의 성능 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 성능 파라미터는 예를 들면 오버레이, 초점 또는 선량일 수 있다.

본 발명은 또한, 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치를 제공하는데, 이러한 검사 장치는:

측정 단계에 사용하기 위해 기판에 컨디셔닝된 방사선 빔을 전달하도록 동작 가능한 조명 구성;

측정 단계 동안에 상기 기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 기판의 각각의 이미지를 형성 및 검출하도록 동작 가능한 검출 구성으로서, 상기 조명 구성과 상기 검출 구성은 측정 광학 시스템을 형성하는, 검출 구성;

상기 검출 구성 내의 조리개 구성; 및

상기 조명 구성과 검출 구성에 대해 적어도 제1 배향 및 제2 배향으로 상기 기판을 지지하도록 동작 가능한 기판 지지부를 포함하고,

상기 조명 구성, 상기 조리개 구성, 및 상기 기판 지지부는 함께, 상기 회절된 방사선의 회절 스펙트럼 중 어느 부분이 각 이미지에 기여하는지를 선택하도록 동작 가능하고,

상기 검사 장치는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 검사 장치로 하여금 위에서 살펴본 본 바와 같은 본 발명에 따른 방법에 의해 주기적 구조체의 비대칭의 보정된 측정을 획득하게 하도록 프로그래밍된 것이다.

이런 식으로, 스트레이 광에 대한 보정이 새로운 장치에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 광학 하드웨어의 적절한 제어에 의해 적용될 수 있다. 개선된 하드웨어 설계 및 유지보수의 예상 비용 없이도 개선된 측정을 얻을 수 있다.

본 발명은 또한, 프로그래밍 가능한 처리 디바이스로 하여금 위에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 하기 위한 기계 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 기계 판독 가능 명령은 예를 들면 비일시적 저장 매체에 구현될 수 있다.

본 발명은 또한, 위에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 검사 장치 및 리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한 디바이스 제조 방법을 제공하며, 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되고, 상기 방법은, 위에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 검사 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체의 비대칭을 측정하는 단계, 및 비대칭 측정의 결과에 기초하여 이후의 기판을 위해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.

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 검사 장치를 포함하는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 (a) 본 발명의 제1 실시예에 따른 검사 장치의 개략도, (b) 제1 배향에 있는 기판 및 타겟을 표현한 것, (c) 제2 배향에 있는 기판 및 타겟을 표현한 것, (d) 기판이 제1 배향에 있는 상태로 +1 회절 차수의 캡쳐에 대한 개략도, (e) 기판이 제2 배향에 있는 상태로 -1 회절 차수의 캡쳐에 대한 개략도, (f) 캡쳐된 +1 및 -1 회절 차수의 세기로부터 비대칭의 계산의 일례이다.
도 4는 (a) 기판 상의 측정 스팟의 윤곽과 타겟의 알려진 형태, (b) 도 3의 검사 장치에서 얻은 타겟의 이미지, (c) 이러한 이미지를 이용하여 이루어진 비대칭 측정으로부터 계산된 관심 대상 파라미터로서의 오버레이의 계산을 나타낸 것이다.
도 5는 도 3 및 4의 장치를 이용하여 비대칭의 측정에 적용될 수 있는 교정 측정 및 보정 단계의 원리를 나타낸다.
도 6은 도 5의 원리를 이용하여 비대칭의 보정된 측정의 측정 방법의 흐름도이다.
도 7은 상이한 동작 모드에 적응된 도 3의 장치를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 동작 모드에 적응된 도 5의 교정 측정 및 보정 단계의 원리를 나타낸다.

본 발명의 실시예를 더 상세하게 설명하기 전에 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예컨대, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 소정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조물(예컨대, 마스크 테이블)(MT); 기판(예컨대, 레지스트 코팅 웨이퍼)(W)을 각각 지지하도록 구성되고 또한 소정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 각각 연결된 2개의 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟 부분(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(RF)은 다양한 컴포넌트를 연결하고, 패터닝 디바이스와 기판 그리고 그 위의 피처들의 위치를 설정하고 측정하기 위한 기준으로 기능한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위한 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 기타 유형의 광학 요소, 또는 이들의 임의 조합과 같은 다양한 종류의 광학 요소를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되고 있는지 여부와 같은 다른 조건에 따라서 패터닝 디바이스를 지지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 다양한 형태를 취할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 예컨대 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있도록 할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟 부분에 패턴을 형성하는 것과 같이 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 의미하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여되는 패턴은 예컨대 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하면, 기판의 타겟 부분에서 원하는 패턴에 정확하게 대응되지 않을 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여되는 패턴은 집적 회로와 같은 타겟 부분에서 생성되는 디바이스 내의 특정 기능층에 대응될 것이다.

도시된 바와 같이, 장치는 투과형이다(예컨대, 투과형 패터닝 디바이스를 채용). 대안으로서, 장치는 반사형일 수 있다(예컨대, 위에서 언급한 유형의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나 반사형 마스크를 채용). 패터닝 디바이스의 예에는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 프로그램가능 LCD 패널 등이 있다. 본 명세서에서 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 사용은 좀더 일반적인 용어인 "패터닝 디바이스"와 동의어로 생각될 수 있다. "패터닝 디바이스"라는 용어는 또한 이러한 프로그램가능 패터닝 디바이스를 제어하는데 사용되는 패턴 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 지칭하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되고 있는 노광 방사선에 대해 또는 액침액의 사용이나 진공의 사용과 같은 다른 인자에 대해 적절한, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 사용은 좀더 일반적인 "투영 시스템"이라는 용어와 동의어로서 간주될 수 있다.

리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위하여, 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물로 기판의 적어도 일부를 덮을 수 있는 유형일 수도 있다. 액침 액이 리소그래피 장치에 있는 다른 공간, 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수도 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 것으로 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다.

동작시에, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 받아들인다. 예컨대 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우에는, 방사선 소스와 리소그래피 장치는 별개의 구성일 수 있다. 이러한 경우에는, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은 예컨대 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)까지 전달된다. 다른 경우에는, 예컨대 방사선 소스가 수은 램프인 경우에는, 방사선 소스가 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명기(IL)는 필요한 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 예컨대, 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD), 집속기(integrator)(IN), 집광기(condenser)(CO)를 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔을 컨디셔닝하여, 방사선 빔의 단면에서 원하는 균일성과 세기 분포를 가지도록 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(MT) 상에 지지되는 패터닝 디바이스(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 횡단하여, 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템은 기판(W)의 타겟 부분(C)에 빔을 집속한다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 여러 타겟 부분(C)을 방사선 빔(B)의 경로에 위치시키도록 기판 테이블(WTa 또는 WTb)이 정확히 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)가, 예컨대 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 정확하게 위치시시키는데 사용될 수 있다.

패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 기판 정렬 마크는 전용 타겟 부분을 차지하지만, 타겟 부분 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있음). 마찬가지로, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 제공된 경우, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커가 디바이스 피처 사이에서 다이 내부에 포함될 수도 있고, 이 경우 마커가 가능한 한 작고, 인접 피처와 다른 이미징 또는 공정 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템이 이하 추가로 설명된다.

도시된 리소그래피 장치는 다양한 모드로 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)이 동기화되어 스캔되면서, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 상반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광에서의 타겟 부분의 폭(비스캐닝 방향으로)을 제한하는 반면, 스캐닝 모션의 길이는 타겟 부분의 높이(스캔 방향으로)를 결정한다. 다른 유형의 리소그래피 장치와 동작 모드도 가능하며, 이에 대해서는 해당 기술분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들면, 스텝 모드가 알려져 있다. 이른바 "마스크 없는" 리소그래피에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스가 정지 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 가지며, 기판 테이블(WT)이 이동하거나 스캐닝된다.

전술한 사용 모드의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드가 채택될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 2개의 스테이션(노광 스테이션(EXP)과 측정 스테이션(MEA))을 가진 소위 이중 스테이지 타입이고, 2개의 스테이션 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되면서, 다른 기판이 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행된다. 이에 의해 장치의 처리량을 실질적으로 높일 수 있다. 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 높이 윤곽을 맵빙하는 단계와 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐만 아니라 측정 스테이션에 있으면서 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없으면, 기판 테이블의 위치가 기준 프레임(RF)에 대해 양 스테이션에서 추적될 수 있도록 제2 위치 센서가 제공될 수 있다. 도시된 듀얼-스테이지 구성 대신에 다른 구성도 알려져 있으며 사용 가능하다. 예를 들면, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이들은 예비 측정을 수행할 때에는 함께 도킹되지만, 이후 기판 테이블이 노광을 거치는 동안에는 도킹해제된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)(리소셀이나 클러스터라고도 종종 지칭됨)의 일부를 형성하고, 리소그래피 셀은 또한 노광 이전 및 이후 공정을 기판 상에서 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들 장치는 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(developer: DE), 냉각 플레이트(chill plate: CH), 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어서, 여러 공정 장치 사이에서 기판을 이동시킨 다음, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 운반한다. 집합적으로 트랙(track)이라고 종종 불리는 이들 장치는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받고, 트랙 제어 유닛 자체는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되고, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 상이한 장치가 처리량과 공정 효율을 최대화하도록 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 올바르게 일관적으로 노광되도록 하기 위해, 후속하는 층들 간의 오버레이, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성을 측정하도록 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 위치하는 제조 설비는 또한 이러한 리소셀에서 처리된 기판(W) 중 일부 또는 기판 모두를 받아들이는 계측 시스템(MET)을 포함한다. 계측 결과는 감시 제어 시스템(SCS)에 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출된다면, 특히 검사가 충분히 신속하고 빠르게 수행되어 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되어야 하는 경우, 후속하는 기판들의 노광에 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 수율을 개선하기 위해 이미 노광된 기판이 스트립핑고 재작업될 수 있거나, 또는 폐기됨으로써, 결함이 있다고 알려진 기판에 대해 추가적인 처리를 수행하지 않도록 할 수 있다. 기판의 단지 일부 타겟부만이 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부에 대해서만 추가적인 노광이 수행될 수 있다.

계측 시스템(MET) 내에서, 기판의 특성을 결정하기 위해, 특히 상이한 기판들의 특성 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성이 층마다 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 이용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나, 독립된 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트에서의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분들과 노광되지 않은 부분들 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만이 있음 - 모든 검사 장치가 이러한 잠상에 대해 유용한 측정을 수행하기에 충분한 감도를 가지는 것은 아니다. 그러므로, 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 첫 번째 단계이면서 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 사이의 콘트라스트를 높이는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 측정이 행해질 수 있다. 이러한 단계에서, 레지스트의 이미지는 반-잠상이라 지칭될 수 있다. 현상된 레지스트 이미지에 대해 측정을 수행하거나 - 이러한 시점에서는 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨 - 에칭 등의 패턴 전사 단계 이후에 측정을 수행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

소형 타겟 암시야 계측을 위한 예시적인 검사 장치

암시야 계측을 수행하도록 되어 있는 검사 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 도 3(b) 및 (c)에는 타겟(T)을 갖는 기판(W)이 상이한 배향으로 도시되어 있다. 도 3(d) 및 (e)에는 타겟 격자(T)와 회절된 광선이 보다 상세하게 도시되어 있다. 암시야 계측 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들면 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 통합되거나 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다.

이러한 유형의 검사 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 컨디셔닝된다. 예를 들면, 조명 시스템(12)은 시준 이용 렌즈 시스템(12a), 컬러 필터(12b), 편광기(12c) 및 개구 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝된 방사선은 조명 경로(IP)를 따르며, 이러한 경로에서 부분 반사면(15)(빔 스플리터)에 의해 반사되어 현미경 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스팟(S)으로 포커싱된다. 계측 타겟(T)이 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 렌즈(16)는 높은 개구수(NA), 바람직하게는 적어도 0.9, 더 바람직하게는 적어도 0.95를 가진다. 필요한 경우 1이 넘는 개구수를 얻기 위해 액침 유체가 이용될 수 있다.

방사선 빔이 부분 반사면(15) 상에 입사할 때, 그 일부가 빔 스플리터를 통해 투과되어 기준 경로(미도시)를 따른다. 기준 경로에서의 방사선은 예를 들어 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 검출되어 산란 스펙트럼(회절 스펙트럼)에서 측정된 세기 값의 정규화가 가능해진다.

임의의 계측 타겟(T)에 의해 회절된 방사선을 포함하여 기판에 의해 반사된 방사선은 렌즈(16)에 의해 집광되어 집광 경로(CP)를 따르며 이러한 경로에서 부분 반사면(15)을 통과하여 검출기(19)에 이른다. 검출기는 역투영 동공면(P)에 위치할 수 있고, 역투영 동공면(P)은 렌즈(16)의 초점 거리(F)에 있다. 실제로 동공면 자체는 액세스 가능하지 않고, 그 대신 보조 광학기기(미도시)를 이용하여 이른바 공액 동공면(P')에 위치하는 검출기 상으로 재-이미징된다. 2차원 기판 타겟(30)의 각도 산란 스펙트럼 또는 회절 스펙트럼이 측정될 수 있도록 검출기는 2차원 검출기인 것이 바람직하다. 동공면 또는 공액 동공면에서, 방사선의 반경방향 위치는 포커싱된 스팟(S)의 평면에서 방사선의 입사/출사 각도를 규정하게 되고, 광축(O) 둘레의 각도 위치가 방사선의 방위각을 규정한다.

동일한 장치 내에서 상이한 계측 '레시피'를 구현하기 위해 조명 시스템(12)의 다양한 컴포넌트가 조정 가능할 수 있다. 컬러 필터(12b)는, 예를 들면 405-790nm 또는 훨씬 낮은 200-300 nm 범위의 관심 대상인 다양한 파장을 선택하기 위해 예컨대 간섭 필터의 세트로 구현될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함하기 보다는 튜닝 가능할 수 있다. 간섭 필터 대신에 격자가 이용될 수 있다. 방사선 스팟(S)에서 다양한 편광 상태들을 구현하도록 편광기(12c)가 회전 가능하거나 스왑 가능할 수 있다. 다양한 조명 프로파일을 구현하기 위해 개구 디바이스(13)가 조정될 수 있고, 이에 대해서는 후술할 것이다. 개구 디바이스(13)는 검출기(19)의 평면 및 대물 렌즈(16)의 동공면(P)과 공액관계인 평면(P")에 위치한다. 이런 식으로, 개구 디바이스에 의해 규정된 조명 프로파일은 방사선이 개구 디바이스(13) 상의 상이한 위치들을 통과할 때 기판 상에 입사하는 광의 각도 분포를 규정한다.

제2 빔 스플리터(부분 반사면)(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기로 분할한다. 제1 측정 분기에서는, 앞서 살펴본 바와 같이, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 검출기(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 렌즈(20, 22)를 포함하는 광학 시스템은 제2의 2차원 이미지 검출기(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 시야 조리개(21)로 지칭되는 개구 플레이트가 동공면과 공액 관계인 평면에 제공된다. 이러한 평면은 본 발명을 기술할 때 '중간 동공면'이라 지칭할 것이다. 검출기(23) 상에 형성된 타겟 이미지가 오직 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 시야 조리개(21)는 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 검출기(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되고, 이것의 기능은 수행되고 있는 측정의 구체적 유형에 의존할 것이다. "이미지"라는 용어는 여기에서 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 격자 라인의 이미지는 -1차와 +1차 중 오직 하나만 존재하는 경우 형성되지 않을 것이다.

계측 타겟(T)이 기판(W) 상에 제공되는 경우, 이는 현상 후에 바아가 솔리드 레지스트 라인으로 형성되도록 프린트되는 1-D 격자일 수 있다. 타겟은, 현상 후에 격자가 레지스트에서 솔리드 레지스트 필러(pillar) 또는 비아로 형성되도록 프린트되는 2-D 격자일 수 있다. 바아, 필러 또는 비아는 대안적으로 기판에 에칭될 수 있다. 이러한 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PS)에서 색 수차에 민감하다. 조명 대칭 및 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자에서의 편차에 드러나게 될 것이다. 따라서, 격자의 특성을 측정하기 위해 프린트된 격자의 산란계측 데이터가 이용된다. 이러한 특성은 또한 기판 상의 다른 곳에서 동일한 공정에 의해 형성된 기능 제품 피처의 특성을 모니터링하는데 이용된다.

장치의 특정한 응용예로서, 제품 및/또는 타겟 패턴에서 피처의 비대칭 측정에 의해 공정이 모니터링된다. 비대칭 측정의 특정 응용예는 오버레이 측정을 위한 것인데, 여기서 타겟에는 주기적 피처의 한 세트가 다른 세트에 중첩되어 있다. 단순하게 말하면, 타겟의 회절 스펙트럼에서 회절 차수의 위치가 단지 타겟의 주기에 의해 결정되는 한편, 회절 스펙트럼에서 세기 레벨의 비대칭은 타겟을 이루는 개별 피처들에서의 비대칭을 나타낸다.

제1 측정 분기에서, 회절 차수의 이러한 비대칭은 검출기(19)에 의해 기록되는 동공 이미지에서의 비대칭으로 직접 나타난다. 이러한 비대칭은 디지털 이미지 처리 유닛(PU)에 의해 측정되어 알려진 오버레이 값에 대해 교정될 수 있다. 그러나 본 개시내용에서는, 장치의 제2 측정 분기를 이용하여 암시야 이미징 기술에 의한 소형 타겟 상의 비대칭 측정에 관심이 있으며, 이하에서는 이에 대해서 설명할 것이다.

언급한 바와 같이, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (공액) 동공면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 이는 특히, 대물 렌즈 동공면의 역투영 이미지인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 개구 디바이스(13)를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 도시된 예에서는, 변화하는 개구 디바이스(13)에 의해 다양한 개구, 따라서 다양한 조명 모드가 선택될 수 있다. 예시된 형태의 개구(13N)는 오직 설명을 위한 목적으로 '북(north)'으로 표시된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 규정하게 된다. 제2 조명 모드에서, 개구(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 '남(south)'으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하는데 사용된다. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하며 이중 일부에 대해서는 후술할 것이다. 동공면의 나머지는, 원하는 조명 모드의 외부에 있는 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 어두운 것이 바람직하다.

도 3(b) 및 (c)에 개략적으로 도시된 바와 같이, 방사선 스팟(S)이 상이한 배향의 타겟(T) 상에 배치될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 측정 동작 중에 기판(W)을 홀딩하기 위해 기판 테이블이 제공될 수 있다. 기판 테이블은 도 1의 리소그래피 장치(LA)에서 기판 테이블(WTa, WTb)과 유사하거나 동일한 형태일 수 있다. (검사 장치가 리소그래피 장치에 통합되는 예에서는, 동일한 기판 테이블들일 수 있다) 개략적 위치 설정기 및 미세 위치 설정기가 측정 광학 시스템에 대해 기판을 정확히 위치 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 관심 대상 타겟의 위치를 획득하고 이를 대물 렌즈(16) 아래에 제 위치에 두기 위해 다양한 센서 및 액추에이터가 제공된다. 통상적으로, 기판(W)에 걸쳐 상이한 위치들에 있는 타겟에 대해 많은 측정이 이루어질 것이다. 기판 지지체는, 상이한 타겟들을 얻기 위해 X 및 Y 방향으로 이동될 수 있고, 타겟 상에서 광학 시스템의 필요한 포커싱을 얻기 위해 Z 방향으로 이동될 수 있다. Z 축을 중심으로 한 기판 테이블의 회전도 제공된다. 조명 스팟(S)이 기판 상의 상이한 위치들로 놓여지고 있는 것처럼 동작을 생각하고 기술하는 것이 편리하다. 이러한 동작의 실제 구현에서는, 통상적으로 광학 시스템이 실질적으로 정지 상태로 유지되면서 기판이 이동하는 경우가 더 편리하다. 기판과 광학 시스템의 상대 위치가 올바르다고 한다면, 실제 이들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 이동하고 있는지는 원칙적으로 중요하지 않다.

도 3(b)에서는, 예시적인 타겟(T)이 제1 배향으로 스팟(S) 내로 배치되고 있으며, 이러한 배향은 0도의 회전각 RZ(RZ=0)으로 규정될 수 있다. 도 3(c)에서는, 동일한 타겟이 180도의 회전각으로(라디안 단위로 RZ=π) 스팟(S) 내로 배치되고 있다. 예시를 위한 목적으로 여기서는 스팟과 타겟의 사이즈가 크게 과장되어 있다는 점을 이해할 것이다. 기판 상의 상이한 위치들에서 오버레이 및 여타 파라미터를 측정하기 위해 실제의 기판은 이를 통해 분포되어 있는 수많은 타겟을 가질 수 있다. 스팟(S)의 지름은 예컨대 10 내지 50μm일 수 있지만, 이러한 유형의 소형 타겟 계측에서 타겟(T)은 스팟 지름 내에 맞춰진다. 따라서 타겟은 "오버필 상태"라 지칭될 수 있다.

도 3(d) 및 (e)는 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태에서 타겟(T)의 주기적 구조(격자)가 스팟(S) 내에 배치될 때 나타나는 회절 스펙트럼을 보다 상세하게 나타낸 개략도이다. 도 3(d)에서는 RZ=0인 배향이 이용되는 한편, 도 3(e)에서는 180도 회전된 배향이 이용된다(RZ=π). 격자(T) 상에 부딪히는 조명 광선(I)은 0차 광선(실선 0)과 2개의 1차 광선(일점 쇄선 +1 및 이점 쇄선 -1)을 생성한다.

도시된 각각의 광선은 계측 타겟(T)을 포함하는 기판의 영역에 입사하는 수많은 평행 광선 중 단지 하나이며, 오버필 상태의 소형 타겟 격자의 경우에는 측정 공정과 무관한 다른 피처를 포함할 수 있다는 점을 기억해야 한다. 개구 플레이트(13)가 유한한 폭(유용한 양의 광을 받아들이는데 필요함)을 가지기 때문에, 입사광(I)는 사실 일정 각도 범위를 차지할 것이고, 굴절광 0 및 +1/-1은 어느 정도 확산될 것이다. 소형 타겟의 점 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1 및 -1은 일정 각도 범위에 걸쳐 더욱 확산되고, 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아닐 것이다. 격자 피치와 조명 각도는 대물 렌즈로 진입하는 1차 광선이 중심 광축과 근접하게 정렬되도록 설계 또는 조절될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 도 3(a), 3(d) 및 3(e)에 도시된 광선은 단지 다이어그램에서 좀더 쉽게 구별될 수 있도록 축으로부터 어느 정도 벗어난 것으로 도시되어 있다.

적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 굴절된 0차 및 +1차는 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 및 제2 조명 모드 모두가 북(13N) 및 남(13S)으로 표시된 정반대방향의 개구들을 지정함으로써 도시되어 있다. 입사 광선(I)이 광축의 북측으로부터 오는 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)을 이용하여 적용되는 경우, 타겟의 배향이 제1 배향(RZ=0)일 때 +1(N)로 표시된 +1 회절광이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 그에 반해, 제2 배향(RZ=π)에서는 -1 회절 광선이 렌즈(16)에 진입하는 광선이다.

도 3(f)에 도시되어 있는 바와 같이, 비대칭(A)의 측정은 +1 및 -1 회절 차수에 대해 검출된 방사선의 세기로부터 계산될 수 있다.

수식:

에서, 비대칭 측정은 +1차 및 -1차에 대해 측정된 세기 간의 차이로서 계산된다. 각각의 세기 측정 I에 대해, 위첨자는 배향 RZ(0 또는 π)를 나타내고 아래첨자는 회절 차수 +1 또는 -1을 나타낸다.

회절 스펙트럼 중 어느 부분이 검출기(23) 상의 이미지 형성에 이용되는지는 조명 개구, 시야 조리개, 방사선 파장, 및 스팟 내의 주기적 구조(들)의 피치의 함수이다. 도 3에 도시된 특정 형태의 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)는 단순한 예시이다. 타겟의 배향을 변화시키지 않고 회절 스펙트럼 중 어느 부분이 대물 렌즈(16)에 진입하는지를 변경하는 다른 방법은 예컨대 개구(13N)로부터 개구(13S)로 변경함으로써 조명 모드를 변경하는 것이다. 이러한 옵션은 후술하는 교정 절차에서 이용될 것이다. 추가적인 대안은 개구(13)를 변경하는 대신에 또는 개구를 변경하는 것에 부가하여 시야 조리개(21)를 변경하는 것이다. 이후 설명하게 되는 본 발명의 다른 실시예에서는, 타겟의 온-액시스 조명이 이용되고 오프-액시스 개구를 갖는 시야 조리개가 실질적으로 단지 하나의 1차 회절광을 센서로 통과시키기 위해 이용된다. 또 다른 실시예로서, 1차 빔 대신에 또는 1차 빔에 부가하여, 2차, 3차 및 그 이상의 차수의 빔(도 3에는 미도시)이 측정에 이용될 수 있다.

조명을 이러한 다양한 유형의 측정에 적합하게 하기 위해서는, 개구 플레이트(13)가 디스크 주위에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있으며, 이러한 디스크는 원하는 패턴을 제 위치에 배치하기 위해 회전된다. 대안으로서 또는 부가적으로, 동일한 효과를 거두기 위해 플레이트(13)의 세트가 제공되고 스왑될 수 있다. 변형가능한 미러 어레이 또는 투과형 공간 광 변조기 등의 프로그램가능 조명 디바이스 또한 이용될 수 있다. 조명 모드를 조정하기 위한 또 다른 방식으로서 이동식 미러 또는 프리즘이 이용될 수 있다.

본 예에서 이미징을 위해 이용되는 광학 시스템은 시야 조리개(21)에 의해 제한되는 넓은 입사동을 가지지만, 다른 실시예 또는 응용예에서는 이미징 시스템의 입사동 사이즈가 원하는 차수로 제한하도록 충분히 작을 수 있고, 따라서 시야 조리개로도 기능할 수 있다. 상이한 개구 플레이트들이 도 3(c) 및 (d)에 도시되어 있으며, 이는 후술하는 바와 같이 이용될 수 있다. 당분간은 단순히 개구 플레이트(13N)가 이용되는 것으로 생각해도 충분할 것이다.

도 4(a)는 공지된 실시에 따라 기판 상에 형성된 복합 타겟을 나타낸다. 복합 타겟은 4개의 격자(32 내지 35)를 포함하는데, 이러한 4개의 격자는 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스팟(S) 내에 모두 위치하도록 서로 가까이 위치되며, 따라서, 4개의 타겟은 검출기(23) 상에서 동시에 조명되고 동시에 이미징된다. 오버레이 측정에 전용화된 일례에서, 격자(32 내지 35)는 기판(W) 상에 형성된 반도체 제품의 상이한 층에서 패터닝되는 격자를 겹쳐 놓음으로써 형성되는 복합 격자이다. 격자(32 내지 35)는 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간에 오버레이의 측정을 용이하게 하도록 상이하게 바이어스된다. 또한 본 예에서, 격자(32 및 34)는 X 방향으로 주기성 및 오버레이 바이어스를 갖지만, 격자(33 및 35)는 Y 방향으로 주기성 및 오버레이 바이어스를 갖는다. 일례에서, 격자(32 내지 35)는 각각 +d, -d, +d, -d의 바이어스를 갖는다. +d의 바이어스란, 컴포넌트들이 공칭 위치에 정확히 프린트되는 경우 컴포넌트들 중 하나가 나머지 컴포넌트에 대해 거리 d 만큼 오프셋되도록 배열되는 컴포넌트들을 격자 중 하나가 갖게 됨을 의미한다. -d의 바이어스란, 완벽하게 프린트되는 경우 제1 격자와는 반대방향으로 d의 오프셋이 있도록 배열되는 컴포넌트들을 오버레이 격자가 갖게 됨을 의미한다. 4개의 격자가 도시되어 있지만, 실제의 실시예는 필요한 정확도를 얻기 위해 보다 큰 매트릭스를 필요로 할 수도 있다. 예를 들어, 9개의 복합 격자의 3×3 어레이가 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d의 바이어스를 가질 수 있다. 이러한 격자의 각각의 이미지가 검출기(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 4(b)는, 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여, 검출기(23) 상에 형성되고 이에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일례를 나타낸다. 동공면 이미지 검출기(19)는 상이한 개별 격자(32 내지 35)를 분해할 수 없지만, 필드 이미지 검출기(23)는 이러한 분해가 가능하다. 23으로 표기된 어두운 직사각형은 검출기(23) 상에서의 이미지의 필드를 나타내고, 그 내부에서 기판 상의 조명된 스팟(S)이 대응하는 원형 영역(S')으로 이미징된다. 이러한 영역 내에서, 직사각형 영역(42-45)은 소형 타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 격자가 제품 영역에 위치하는 경우, 제품 피처도 이러한 이미지에 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 격자(32 내지 35)의 개별 이미지(42 내지 45)를 식별하기 위해 이러한 이미지를 처리한다. 이는 패턴 매칭 기법으로 수행될 수 있고, 따라서 이미지는 센서 프레임 내에서 특정 위치에 매우 정확히 정렬될 필요가 없다. 이런 식으로 정확한 정렬의 필요성을 줄임으로써 측정 장치의 처리량을 전체적으로 크게 개선시킨다. 그러나, 이미지 필드에 걸쳐 이미징 프로세스가 불균일한 경우 위치 편차가 측정 결과에 부정확성을 도입할 수 있다. 광 경로에 있는 다양한 컴포넌트들의 특성뿐만 아니라, 조명 세기 및 검출 감도가 이미지 필드에 걸쳐 변화할 수 있다. 앞서 언급한 US20120242970A1에서는, 이미지 검출기(23)의 필드 내에서 각각의 격자 이미지가 관측되는 지점에 따라 측정된 세기에 보정이 이루어진다. 이러한 보정은 또한 본 개시내용의 기법에 적용될 수 있다.

일단 격자의 개별 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균하거나 합산함으로써, 측정될 수 있다. 예를 들어 도 3(f)의 수식을 이용하여 이미지의 세기 및/또는 다른 특성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 리소그래피 공정의 다양한 파라미터를 측정하기 위해 조합될 수 있다. 격자 타겟의 비대칭을 측정함으로써 측정될 수 있는 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 일례에 해당한다.

도 4(c)를 참조하면, 상이한 타겟들의 비대칭이 리소그래피 공정의 측정을 위한 관심 대상 파라미터에 강하게 의존하도록 타겟들이 설계될 수 있다. 본원에서 기술된 예의 경우, 타겟은 관심 대상 파라미터로서 오버레이의 측정을 위해 설계된다고 가정한다. 도 4(c)의 수식에 나타나 있는 바와 같이, 이러한 타겟의 근방에서 오버레이(OV)의 측정은, 격자가 갖는 상이한 바이어스 값들에 대한 정보를 이용하여, 둘 이상의 격자에 대해 측정된 비대칭의 함수로서 계산될 수 있다. 다시 말해서, 격자에서의 상이한 바이어스에 대한 정보와 조합하여 바이어스된 격자의 비대칭의 측정을 이용함으로써 알려지지 않은 오버레이(OV)가 계산될 수 있다. 도 3(a)의 예시적인 타겟은 +d 및 -d의 두 바이어스 값을 갖고 X 및 Y 양 방향으로의 컴포넌트 격자를 갖는 복합 격자임에 유의하면, 이러한 타겟은 X 방향 및 Y 방향으로의 오버레이 측정이 이러한 타겟 격자의 비대칭 측정으로부터 계산될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 일례로서, 오버레이는 다음의 수식에 의해 계산된다:

여기서, d는 바이어스의 양이고 p는 격자 피치이다. 바이어스 및 피치는 예를 들면 나노미터(nm) 단위로 표현될 수 있다.

이러한 측정의 원리는 잘 정립되어 있으며 본원에서 추가로 설명할 필요가 없을 것이다. 그러나, 한쪽 격자 또는 양쪽 격자의 비대칭 측정에 어떤 오차가 존재하는 경우, 이러한 비대칭의 함수로 계산되는 오버레이 측정 또한 오차를 포함할 가능성이 있다. 다음의 논의에서는, 이러한 오차, 특히 스트레이 광 또는 "고스트" 반사에 의해 유발되는 오차를 보정하는 방법을 살펴볼 것이다. 이러한 스트레이 광은 입사 방사선 및 장치의 내면으로부터 반사되는 0차 반사 방사선의 광선, 오염 등으로부터 유래할 수 있다. 스트레이 광을 최소화기 위해 정교한 반사 방지 코팅 및 오염에 대한 보호책이 이용될 것이지만, 이러한 조치 중 어느 것도 완벽하지 않을 수 있다. 이는 특히, 넓은 범위의 다양한 파장이 이용될 수 있는 경우에 그러하다. 장치에서 비대칭의 보정과는 달리, 스트레이 광의 영향은 상이한 유형의 기판에 대해 매우 상이할 수 있다. 예를 들면, 0차와 1차 회절 광의 상대적인 세기는 특정 처리 이력에 강하게 의존할 것이고, 이 때문에 각 타겟 내에, 각 타겟 하에, 그리고 각 타겟 주위에 매우 상이한 재료 및 구조가 존재하게 될 수 있다. 그러므로 이제까지는 스트레이 광의 영향을 최소화하기 위한 유일한 방법이 장치의 개선된 설계, 제조 및 유지보수에 의한 것이었다. 이러한 모든 단계에는 큰 비용이 들게 되므로, 가능하게는 이러한 비용 없이 기존의 장치의 성능을 개선할 수 있게 된다면 이목을 끌게 될 것이다.

스트레이 광에 대한 보정 - 원리 및 예시적인 계산

도 5는 본 개시내용의 일례로서 스트레이 광 영향을 보정하는 원리를 개략적으로 나타낸다. 본 예에서는, 둘 이상의 바이어스된 격자 상에서 수행되는 교정 측정의 결과로부터 보정 값이 계산된다. 이러한 격자는 오버레이 또는 다른 특성이 측정될 격자와 동일한 것일 수 있다. 대안으로서, 이들은 순전히 교정 측정을 위해 선택되고 이용될 수 있다.

본 예에서는, 각각의 바이어스된 격자에 대하여, 4번의 교정 측정이 이루어지고 이러한 측정은 도면에서 CM1, CM2, CM3, CM4로 표시된 동공 이미지로 표현된다. 각각의 교정 측정은 특정 기판 배향과 특정 조명 모드(개구)의 조합을 이용한다. 이러한 회전 및 조명 모드는, 순전히 개략적이면서 예시의 목적의 목적으로, 도시된 측정의 좌측과 위쪽에 예시되어 있다. 좌측에서는, 웨이퍼의 제1 배향(RZ=0)을 이용하여 CM1 및 CM3의 교정 측정이 이루어진다. 반면, 기판이 180도 회전된 제2 배향(RZ=π)인 상태로 CM2 및 CM4의 교정 측정이 이루어진다. 이러한 배향은 도 3에 도시된 비대칭 측정에 사용된 배향과 동일하다.

도면의 상부에 도시된 바와 같이, CM1 및 CM2의 교정 측정은 개구(13N)에 의해 규정되는 제1 조명 모드를 이용하여 이루어진다. 고정된 조명 모드 및 상이한 배향들을 이용하는 후속 측정을 위해, 이를 "통상" 개구라 칭할 것이다. 반대로, CM3 및 CM4의 교정 측정은 개구(13S)를 이용하여 이루어지며, 결과적으로 조명은 개구(13N)에 의해 제공되는 것과는 반대의 방향으로 들어오게 된다. 본 예시의 목적으로, 이러한 개구는 "상보" 개구라 칭할 것이다.

도면의 중앙에서는, 각각의 교정 측정에 대하여 개략적인 동공 이미지는, 타겟(82)의 주기적인 구조에 의해 조명 방사선(84)이 어떻게 장치의 집광 경로의 동공(86)에 있는 위치(84')로 회절되는지 보여준다. CM1의 교정 측정에서, 세기

를 얻게 되고, 이는 0도 회전에서 타겟(82)에 대한 +1차 회절 방사선을 나타낸다. 동일한 표기법에 따라, CM2의 교정 측정에 의해 세기

를 얻게 되며 이는 180도 회전에서 타겟(82)의 -1차 회절 방사선을 나타낸다. 마찬가지로 CM3의 교정 측정은 제2 조명 모드 하에서 0도 회전된 타겟(82)에 대한 -1 회절 차수를 제공한다. CM4의 교정 측정은 제2 조명 모드 하에서 180도 회전된 타겟(82)에 대한 +1 회절 차수를 제공한다. 각각의 조명 모드에 대하여, 이러한 세기 값으로부터 도 3(f)의 수식을 이용하여 공칭 비대칭이 계산될 수 있다. 이들은

및

로 표기되며, 여기서 위첨자 'norm' 및 'comp'는 각각 "통상" 및 "상보" 개구를 지칭하는 것이다.

광학 시스템에 어떠한 비대칭도 없다면, 이러한 비대칭 값은 동일해야 한다. 그러나 실제 장치에서는 비대칭이 생기게 되는데 이는 측정으로부터 설계되어야 하거나 타겟의 비대칭의 최대치를 얻도록 보정되어야 한다. 도시된 바와 같이, 이러한 비대칭 값

및

은 우선, 예를 들면 +d의 제1 바이어스 값을 갖는 컴포넌트 격자에 대해 유도된다. 이러한 격자를 따라서, 유사한 비대칭 값

및

이 예를 들면 -d의 제2 바이어스 값을 갖는 컴포넌트 격자와 관련된 세기 값으로부터 획득될 수 있다.

도시된 예에서, 이러한 4개의 비대칭 값은 다음과 같이 δ 및 G로 표기된 2개의 교정 값을 계산하는데 이용된다:

도 5의 아래쪽에 예시되어 있는 바와 같이, 일단 이러한 교정 값이 주어진 기판 또는 기판의 배치에 대해 알려지면, 보정된 비대칭 값(A')이 다음의 일반적인 형태의 수식에 따라 측정된 비대칭 값(A)으로부터 계산될 수 있다:

여기서는 이러한 보정의 전체적인 이론적 유도를 제공하지 않을 것이다. 이는 두 가지 가정에 기해 제1의 원리로부터 유도된다. 첫 번째 가정은, 통상 개구를 이용하여 측정된 세기 I는 (1+δ)의 인자만큼 오차가 있으며 상보 개구를 이용하여 측정된 세기 I는 (1-δ)의 인자만큼 오차가 있도록 'norm' 및 'comp' 개구 사이에 장치의 비대칭이 δ 값에 의해 표현될 수 있다는 가정이다. (δ 값은 실제로 양수 또는 음수일 수 있다) 두 번째 가정은, 장치는 또한 시간과 위치에 걸쳐 고정되어 있는 부가적인 세기 레벨(스트레이 광 영향)을 겪게 되지만 이는 상이한 개구에 대해 상이할 수 있다는 가정이다. 비대칭을 계산하기 위해 측정된 세기 값이 이용될 때 이러한 상이한 오차 소스의 영향을 모델링함으로써, 스트레이 광에 의해 유발되는 차이를 나타내도록 G 값이 계산될 수 있다.

장치 비대칭 및 스트레이 광의 영향에 대한 상기 수학적 표현은 물론 유일하게 가능한 모델이 아니며, 다른 모델도 고안될 수 있다. 그러한 경우 보정된 비대칭 값을 계산하기 위한 수식은 상이할 수 있고, 여기서 제시되는 수식은 단지 예시의 목적으로 제시된 것이다.

이와 같이, 보정의 일 구현예로서, 측정된 세기로부터 계산된 비대칭 값에 대해 덧셈 또는 뺄셈에 이어 나눗셈을 수행함으로써 비대칭의 보정된 측정을 얻게 된다. 물론, 부호 및 역수의 협약에 따라, 동일한 보정이 덧셈 또는 뺄셈에 이은 나눗셈 또는 곱셈으로 표현될 수도 있다.

보정 값에 대한 덧셈 또는 뺄셈의 부호는 격자 중 어느 것이 측정되는지에 따라 달라진다. 따라서, '통상' 개구 및 타겟의 상이한 배향을 이용하여 이루어진 비대칭 측정에 대해, 보정 값은 다음과 같이 될 수 있다:

'상보' 개구 및 기판의 상이한 배향을 이용하여 이루어진 비대칭 측정에 대해, 보정 값은 다음과 같이 될 수 있다:

언급한 바와 같이, (타겟 설계 및 타겟이 생성되는 리소그래피 공정에 의해 규정되는) 각 유형의 타겟은 고유의 보정 값을 가지지만, 유사한 타겟은 동일한 값을 이용한 보정으로 처리 가능해야 한다. 결과적으로, 적절한 과정으로 측정될 타겟을 나타내는 교정 측정이 타겟에 대하여 이루어진다면, 리소그래피 공정의 성능을 측정하는데 이용될 비대칭의 실제 측정이 4번 이루어질 필요가 없으며, 예를 들면 단일한 조명 모드와 기판의 두 가지 배향을 이용하여 이루어질 수 있다.

도시된 예에서는, 조명 개구 및 격자는 X 방향으로만 배향되어 있는 것으로 가정된다. Y-방향 격자에 대해서 유사한 측정이 이루어질 수 있으며, Y 방향으로 비대칭에 대한 보정 값 또한 계산될 수 있다. 이후 도 7의 예에서 후술하는 바와 같이, 개구는 X 및 Y의 양 방향으로부터 동시에 조명되도록 설계될 수 있어, X 및 Y 양 방향으로 주기성이 있는 격자가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 동시에 측정될 수 있게 된다.

스트레이 광 보정을 이용하는 비대칭 측정을 위한 예시적인 프로세스

도 6은 위에서 논의한 원리에 따라 스트레이 광을 보정하는 것을 이용하여 오버레이 또는 기타 파라미터를 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 흐름도에서 정확한 단계 및 단계의 순서는 단지 예시를 위한 것이며, 수많은 방법에 의해 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이하에서는 이러한 변형예 중 일부에 대해 설명할 것이다. 통상의 기술자라면 쉽게 다른 변형예를 예상할 수 있을 것이다. 예시의 목적으로, 처리될 기판은 대규모 리소그래피 제조 공정에서의 반도체 웨이퍼이다.

단계 S1에서는 도 3의 검사 장치(스캐터로미터)에 웨이퍼 또는 웨이퍼의 로트(배치)가 제공된다. 기판은 오버레이 또는 기타 파라미터의 측정을 위해 설계된 타겟을 가진다. 타겟은 예를 들면, 도 4에 도시된 것과 같은 디자인의 복합 타겟일 수 있다. 단계 S2 내지 S6에서는 후속하는 측정에서 스트레이 광을 보정하기 위한 교정 값을 획득하기 위해 예비 단계가 수행된다. 단계 S7 내지 S10에서는 스트레이 광의 보정을 이용하여 비대칭 및 비대칭 관련 파라미터의 실제 측정이 수행된다. 단계 S2 내지 S6는 단계 S7 내지 S10의 추가 측정 이전에, 추가 측정 이후에, 또는 추가 측정 동안에 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 실제 기기에서는, 상이한 측정을 위해 기판을 회전시키는데 시간이 필요할 것이다. 상이한 조명 모드(통상 개구, 상보 개구)를 전환하고 안정화하는데 시간이 필요할 것이다. 대물 렌즈 아래에 기판 또는 많은 타겟 중 상이한 것들을 제공하기 위해 기판을 이동시키는데 일정한 양의 시간이 필요할 것이다. 이러한 모든 요인을 염두에 두면, 다양한 타겟을 다양한 모드, 배향 및 방식으로 측정하는 순서는 통상적으로, 몇몇 이론적인 '논리적' 순서에 따르기 보다는 기판의 처리량을 최대화하도록 최적화될 것이다. 측정의 최적화된 순서는 흐름도의 단계로 엄격히 나타낸 순서가 아닐 수도 있다.

단계 S2에서는 타겟이 교정을 위해 이용되도록 선택되고 제1 조명 모드(통상 개구)를 사용하여 이러한 타겟의 이미지가 상이한 배향들 하에서 획득된다. 이러한 이미지는 도 3의 장치의 센서(23)를 이용하여 획득되며, 예컨대 도 4(b)에 도시된 형태를 갖는다. 이러한 이미지는 도 5의 4개의 교정 측정 CM1 내지 CM4를 가능하게 한다. 단계 S3에서는, 제2 조명 모드(상보 개구)를 사용하여 0도 및 180도 회전으로 동일한 타겟에 대한 이미지가 획득된다. 동일한 교정 측정이 2개의 상이하게 바이어스된 격자에 대해 수행된다. 단계 S4에서는, 도 5에 도시된 원리들에 따라 단계 S2 및 S3에서 획득된 이미지의 세트로부터 교정 값 δ 및 G가 획득될 수 있다.

단계 S5에서는 교정 프로세스가 이미지를 다수 회 획득하고 및/또는 다수의 타겟으로부터 이미지를 획득할 수 있음을 나타낸다. 어떠한 측정에도 일정량의 무작위 노이즈가 생길 수 있다는 점을 감안할 때, 동일 및/또는 상이한 조건 하에서 측정을 반복함으로써 보다 로버스트한 교정이 가능하다. 단계 S6에서는 이렇게 반복된 측정의 결과를 이용하여 교정 값 δ, G의 전체적인 값이 계산된다.

단계 S7에서는, 웨이퍼 회전 0도 및 180도로 이미지의 측정이 모든 타겟에 대해 수행되고, 이에 대해 비대칭이 측정될 것이다. 단계 S8에서는 획득된 이미지로부터 얻은 +1 및 -1차 세기에 기초하여 비대칭이 계산된다. 단계 S9에서는, 도 5에 도시된 수식을 이용하여 교정 값 δ, G에 기초한 교정이 적용된다. 단계 S10에서는, 오버레이, 초점 또는 선량 등의 성능 파라미터의 측정을 얻기 위해 타겟의 비대칭을 측정하고 있다는 가정하에, 설계된 파라미터를 계산하기 위해 상이하게 바이어스된 타겟으로부터의 비대칭 측정이 조합된다. 프로세스는 단계 S11로 계속되어 필요한 만큼 많은 타겟과 많은 기판을 측정한다. 프로세스는 단계 S12에서 종료되며 기판 또는 기판의 배치가 필요한 만큼 측정된다.

이미 언급한 바와 같이, 다양한 이미지 획득 단계 및 계산이 원칙상 임의의 순서로 수행될 수 있다. 교정은 의도된 타겟의 측정에 앞서 계산될 수 있으며, 또는 교정을 계산하고 보정된 비대칭 및 관심 대상 파라미터를 계산하기 위해 모든 이미지가 하나의 순서로 획득되어 이후 후속 처리될 수 있다.

본 명세서의 모든 예에서는, 측정 결과의 로버스트를 최대화하기 위해 다양한 파장 및 편광의 방사선이 각 측정에 사용되거나 순차적인 측정에 사용될 수 있다. 방사선 및 편광의 각 조합에 대하여 독립적으로 교정 값 δ, G가 획득 및 계산될 수 있다. 스트레이 광은 상이한 파장에서 매우 상이한 세기를 가질 가능성이 있다. 그 이유는, 우선 광학 시스템의 엘리먼트 상에 제공될 다양한 반사 방지 코팅이 파장에 따라 변화하는 응답을 보일 것이라는 점과, 둘째로는 타겟 그 자체도 파장에 따라 변화하는 응답을 보일 것이라는 점이다.

기판에 걸쳐 다수의 타겟이 측정되어야 하는 경우, 주어진 하드웨어 셋업으로 최대의 처리량과 정확도를 얻기 위해 측정의 순서를 매기는 다양한 가능성이 있다. 예를 들어, 다음 타겟으로 이동하기 전에 측정 단계 S2 및 S3가 조명 모드를 스왑하며 각 타겟에 대해 수행될 수 있다. 스왑 동작을 최소화하기 위해, 이러한 단계는 하나의 타겟에 대해 순서 S2, S3로 수행될 수 있고 다른 타겟에 대해 순서 S3, S3로 수행될 수 있다. 대안으로서, 조명 모드를 스왑하고 모든 타겟에 대해 단계 S3를 수행하기 전에 단계 S2가 기판 상의 모든 타겟에 대해 또는 타겟의 특정 그룹에 대해 수행될 수 있다. 이미지들은 제어기(PU) 또는 외부 저장장치에 저장될 수 있다. 이들이 해당 타겟 ID 및 조명 모드로 인덱싱 또는 라벨링된다면, 이들이 획득되는 순서는 후속 처리를 위하여 중요하지 않다.

대안적인 실시예로서, 비대칭 및 여타 관심 대상 파라미터의 계산은 검사 장치 하드웨어 및 제어기(PU)로부터 원격으로 수행될 수 있다. 이러한 계산은 예를 들면, 감시 제어 시스템(SCS) 내의 프로세서에서 또는 검사 장치의 제어기(PU)로부터 측정 데이터를 수신하도록 되어 있는 임의의 컴퓨터 장치에서 수행될 수 있다. 교정 측정의 제어 및 처리는 획득된 교정 값을 이용하여 대규모 계산을 수행하는 것과 별도의 프로세서에서 수행될 수 있다. 이러한 모든 옵션은 시행자의 선택의 문제이며, 적용되는 원리 또는 획득되는 장점에 영향을 미치지 않는다.

스트레이 광 보정을 이용하여 비대칭을 측정하는 대안적인 모드

도 7은 기판 회전이 아니라 상보 개구를 이용하여 비대칭 측정을 수행하도록 셋업된 도 3의 검사 장치를 나타낸다. 본 예에서는, 단계 S7이 기판의 상이한 회전이 아니라 상이한 조명 모드를 이용하여 이미지를 획득하는 것을 포함한다는 점을 제외하고는, 오버레이 또는 여타 파라미터의 측정을 획득하기 위한 단계가 도 6에서와 동일할 수 있다. 단계 순서의 최적화에 대해 언급한 모든 것이 본 구성에서도 동일하게 적용된다.

상이한 조명 모드를 용이하게 하기 위해서, 상이한 개구(13) 및 상이한 개구 조리개(21)가 제공될 수 있다. 제1의 방법에서는 개구(13)가, 도시된 형태 13NW와 도시된 형태 13SE 사이에서 변경된다. 종전의 예에서와 마찬가지로, 이는 집광 경로 CP에서 원하는 1차 방사선이 실질적으로 광축 상에서 진행하도록 하는 각도로 오프-액세스 조명을 제공한다. 온-액시스 개구(21a)가 이러한 1차 회절 방사선을 선택하고, 이는 센서(23) 상에 이미지를 형성하는데 이용된다.

개구(13NW)는 도 4(a)에 도시된 형태의 X 격자 및 Y 격자 모두에 대해 오프-액시스 조명을 갖는 제1 조명 모드를 제공한다. 개구(13SE)는 개구(13NW)의 것과는 상보적인 오프-액시스 조명을 갖는 제2 조명 모드를 제공한다. (이미 언급한 바와 같이, 조합된 X/Y 개구의 동일한 유형이 도 6의 방법의 구현에 이용될 수 있다) 도 7에 도시된 바와 같이, 개구(13NW)를 이용하여, +1차 회절 방사선이 광축을 따라 집광 경로로 지향된다. 개구(13SE)를 이용하여, -1차 회절 방사선이 광축을 따라 지향된다.

따라서, 조명 모드를 전환함으로써, 기판을 회전하지 않고도 비대칭 정보의 측정이 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지로부터 획득될 수 있다. 그러나 검사 장치 자체의 비대칭은 이러한 방법을 이용하여 확보되지 않는다. 상이한 모드들에서의 조명 경로들은 장치의 상이한 부분들을 통과하므로, 상이한 결함을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 상보 개구를 이용하여 캡쳐된 이미지에 기초한 비대칭 측정은 검사 장치의 특성에 의해 유발되는 비대칭 영향을 면할 수 없다.

기판 회전이 없이 상보 개구를 이용하는 비대칭 측정의 대안적인 방법에서는, 측정이 상보 개구를 이용할 뿐만 아니라 회전 위치 RZ=0, π에 있는 기판(W)을 이용하여 이루어지도록 교정 단계(S2 내지 S6)가 여전히 수행된다. 교정 값 δ, G를 획득하기 위해 유사한 수학적인 계산이 이루어진다(다만, 계산에서는 비대칭 값 A⁰ 및 A^π가 A^norm 및 A^comp를 대신함). 이러한 계산 수정은 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 다시, 장치 비대칭 및 스트레이 광 양자 모두의 영향이 적어도 부분적으로 보정된 보정 비대칭 측정을 획득하기 위해 다음의 형태의 계산이 적용될 수 있다:

이 경우 δ 및 G의 값은 상이할 것이다.

위에서 살펴본 두 가지 예는 도 3 및 7의 장치를 이용하여 비대칭을 측정하기 위한 유일한 방법이 아니다. 도 7에 도시된 다른 동작 모드에서는, 개구(13)가 도 7의 13O로 도시된 형태를 갖는 온-액시스 조명을 이용한다. 이러한 모드에서는, 파장과 격자 피치의 적절한 선택에 의해, 개구(21)가 제2 측정 분기에 위치한 동공면의 상이한 부분들에서 회절 방사선의 +1 및 -1차가 나타나도록 배치될 수 있다. 동공 조리개(21)로서 온-액시스 개구(21a) 대신에, 프리즘(21b)의 구성으로 대체될 수 있다. 종래 출원 US2011102753A1에 기술된 바와 같이, 프리즘 구성(21b)을 포함시킴으로써 +1 및 -1차를 이용한 이미지가 별개의 획득 단계들이 아니라 동일한 획득 단계에서 센서(23) 상의 별개 위치에 형성될 수 있다. 이로써 측정 시간을 절약하고 개구의 전환을 피하게 된다. 상이한 이미지에서 세기를 비교하는 대신에, 비대칭 측정을 획득하기 위해 캡쳐된 이미지의 상이한 부분들로부터의 세기가 비교된다. 다시, 조명 경로가 축 상에서 집광 경로(CP)에 있으면서, +1 및 -1 회절 방사선은 검사 장치의 광학 시스템을 통해 상이한 경로를 따르게 된다. 따라서, 장치 자체에 기인하는 비대칭이 도입될 수 있다. 다시, δ가 이러한 비대칭을 다루기 위해 교정 값으로 계산될 수 있을 뿐만 아니라, 교정 값 G가 스트레이 광의 영향을 줄이기 위해 이용될 수 있다.

조명이 온-액시스이고 +1 및 -1 차수가 오프-액시스로 검출되는 모드, 및 조명이 오프-액시스이고 회절 차수가 광축 상에서 검출되는 모드에 더하여, 조명이 오프-액시스이고 회절 차수 또한 오프-액시스인 모드가 이용 가능하다. 조명 광선(I)과 +1 및 -1 회절 방사선 간의 간격은 채용되는 방사선 파장과 격자 피치의 특정 조합에 따라 달라지며, 이는 잘 알려져 있다. 일반적으로, +1 및 -1 회절 방사선이 검사 장치의 광학 시스템을 통해 상이한 부분들을 따를 때마다, 이러한 상이한 부분들이 조명 경로 내에서, 집광 경로(IP) 내에 있는지, 집광 경로(CP) 내에 있는지, 또는 양자 모두의 경로 내에 있는지와 상관 없이, 장치의 비대칭은 측정된 비대칭에 있어서 한 가지 요인이 될 것이다. 위에서 설명한 원리는 이러한 방법으로 스트레이 광의 보정에 적용될 수 있다.

결론

위에서 살펴본 보정에 의해, 스트레이 광의 영향을 줄이기 위한 보정으로 인하여 암시야 이미징 방법에 의해 개선된 정확도로 비대칭 측정이 이루어질 수 있다. 실험은 실제의 데이터를 이용하여 상당한 개선을 나타내고 있다. 부가적으로, 어떠한 기판 회전도 없이 서로 반대인 조명 각도 또는 이미징 각도를 이용하면서, 동일한 교정 측정이 장치 비대칭의 보정에 적용될 수 있다. 소형 타겟을 이용하여 조명 스팟 내의 상이한 위치들에서 둘 이상의 격자의 동시 판독이 가능해진다.

앞서 본 발명의 특정 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 기술된 것과는 달리 실시될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

오버레이 격자가 공통된 예이지만, 리소그래피 공정의 다른 파라미터도 측정될 수 있고, 비대칭이 오버레이가 아닌 다른 성능 파라미터에 의존하는 타겟을 설계하게 된다. 이와 같이, 앞서 개시된 바에 따르면, 격자 구조의 비대칭이 리소그래피 공정의 노광 단계 중에 초점의 변동에 민감한 타겟이 설계될 수 있다. 초점과 비대칭 간의 관계를 알게 되면, 특히 감도에 관해 상이한 바이어스 값을 갖는 격자를 이용함으로써, 초점 측정은 이러한 유형의 타겟에서 비대칭을 측정하는 것에 의해 유도될 수 있다. 마찬가지로, 비대칭이 리소그래피 공정의 선량 변동에 민감한 타겟이 고안될 수 있다. 이러한 타겟을 이용하면, 기판에 걸친 선량 변동 또는 기판들 간의 선량 변동이 이미 기술된 유형의 비대칭 측정에 기초하여 측정될 수 있다. 리소그래피 공정의 성능에 대한 포괄적인 정보를 제공하기 위해, 필요하다면, 이러한 모든 상이한 유형의 타겟이 동일한 기판 상에 제공될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 측정 시스템에 기해 이미지 기반 회절을 이용함으로써, 매우 컴팩트한 타겟이 제공될 수 있어, 이러한 측정은 동일한 기판 상에서의 기능 제품 피처를 위해 이용 가능한 공간에 과도하게 영향을 미치지 않게 된다.

위에서 살펴본 보정의 계산은, 오버레이 등의 관심 대상 파라미터를 계산하기 위해 비대칭 값을 조합하기 전에, 비대칭의 계산 단계에 적용된다. 위에서 기술한 기법은 이미징 및/또는 조명의 상이한 모드에서 툴 광학 시스템의 성능에 따라, 비대칭 측정을 교정한 다음 이를 보정하기 위해 수행될 수 있다. 측정 프로세스가 방사선의 상이한 파장 및/또는 편광을 이용하는 경우 교정은 이들에 대해 별도로 수행될 수 있다.

앞선 실시예에서 예시된 검사 장치 또는 툴이 병렬적인 이미지 센서에 의한 동공면 및 기판 평면의 동시 이미징을 위해 제1 및 제2 분기를 가지는 특정 형태의 스캐터로미터를 포함하고 있지만, 대안적인 구성도 가능하다. 빔 스플리터(17)를 이용하여 대물 렌즈(16)에 영구 커플링된 두 분기를 제공하기보다는, 이러한 분기가 미러로서의 이동가능한 광학 엘리먼트에 의해 선택적으로 커플링될 수 있다. 광학 시스템은 단일한 이미지 센서를 갖도록 만들어질 수 있고, 센서가 속하는 광 경로는 이동가능한 엘리먼트에 의해 재구성되어 동공면 이미지 센서 및 이후 기판 평면 이미지 센서로 기능하게 된다.

위에서 살펴본 타겟 구조체는 측정을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 다른 실시예에서는 기판 상에 형성되는 디바이스의 기능적인 부분인 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스는 규칙적인 격자형 구조를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는, 이러한 구조체가 수행되는 측정을 위해 특별히 제공될 것을 요하지 않는다.

기판 및 패터닝 디바이스 상에 실현되는 것과 같은 타겟의 적합한 주기적 구조체 및 검사 장치 하드웨어와 관련하여, 일 실시예는 리소그래피 공정에 대한 정보를 획득하기 위해 위에서 예시한 유형의 측정 방법을 구현하는 기계 판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들면, 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3의 장치의 제어기(PU) 내에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크) 또한 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예를 광학 리소그래피에 사용하는 것에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용에도 이용될 수 있음을 이해할 것이며, 문맥이 허용하는 한 본 발명은 광학 리소그래피로 제한되지 않는다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 형성된 패턴을 정한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스된 후에, 이 레지스트를 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화시킨다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트를 벗겨냄으로써 기판에 패턴을 잔류시킨다.

본 발명에 따른 추가적인 실시예가 다음 번호의 조항으로 제공된다:

1. 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법으로서,

상기 비대칭의 측정을 계산하는 단계에는, 상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계에서 발생하는 스트레이 방사선의 영향을 줄이기 위한 보정이 포함되는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

2. 조항 1에 있어서,

상기 보정은

형태의 계산을 포함하되, A'은 보정된 비대칭 값이고, A는 보정전 비대칭 값이며, δ 및 G는 보정 값인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

3. 조항 1 또는 2에 있어서,

상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계와 동일한 기판 및/또는 유사한 기판 상에서 수행되는 복수의 교정 측정 단계를 더 포함하되, 상기 보정은 상기 교정 측정 단계의 결과에 기초하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

4. 조항 3에 있어서,

상기 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서의 측정을 포함하고, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

5. 조항 2 또는 3에 있어서,

상기 교정 측정은 적어도:

- 상기 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제2 배향인 상태로 이루어지는 제4 교정 측정을 포함하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

6. 조항 5에 있어서,

상기 제1 교정 측정, 제2 교정 측정, 제3 교정 측정, 및 제4 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 각각에 대해 이루어지며, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

7. 조항 4 또는 6에 있어서,

교정 측정들은 병렬적으로 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서 이루어지고, 상이한 주기적 구조체들의 이미지들은 측정 광학 시스템의 이미지 필드에서 분리 가능한, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

8. 조항 1 내지 7 중 어느 한 조항에 있어서,

상기 제1 측정 단계는 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 수행되고, 상기 제2 측정 단계는 상기 기판이 제2 배향인 상태로 수행되는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

9. 조항 1 내지 8 중 어느 한 조항에 있어서,

상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계는 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 수행되고, 상기 제1 측정 단계는 측정 광학 시스템 내에서 제1 광 경로를 이용하고 제2 측정 단계는 제2 광 경로를 이용하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

10. 조항 4 또는 6에 있어서,

상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계는 병렬적으로 복수의 주기적 구조체 상에서 수행되고, 상이한 주기적 구조체들의 이미지들은 측정 광학 시스템의 이미지 필드에서 분리 가능한, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

11. 조항 10에 있어서,

복수의 주기적 구조체에 대하여 상기 방법에 의해 결정된 비대칭에 기초하여 상기 리소그래피 공정의 성능 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.

12. 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,

상기 검출 구성 내의 조리개 구성; 및

상기 검사 장치는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 검사 장치로 하여금 조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에 따른 방법에 의해 주기적 구조체의 비대칭의 보정된 측정을 획득하게 하도록 프로그래밍된 것인, 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치.

13. 조항 12에 있어서,

상기 조명 구성, 상기 조리개 구성, 및 상기 기판 지지부는 함께, 병렬적으로 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서 측정을 수행하도록 동작 가능하고, 상이한 주기적 구조체들의 이미지들은 측정 광학 시스템의 이미지 필드에서 분리 가능한, 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치.

14. 프로그래밍 가능한 처리 디바이스로 하여금 조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에 따른 방법을 구현하도록 하기 위한 기계 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.

15. 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 장치를 포함하고, 상기 리소그래피 장치는:

패턴을 조명하도록 배열된 조명 광학 시스템;

상기 패턴의 이미지를 기판 상에 투영하도록 배열된 투영 광학 시스템; 및

조항 12에 따른 검사 장치를 포함하고,

상기 리소그래피 장치는 상기 패턴을 추가 기판에 적용하는데 있어서 상기 보정을 포함하여 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 이용하도록 되어 있는, 리소그래피 시스템.

16. 디바이스 제조 방법으로서,

리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되고, 상기 방법은:

조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에 따른 검사 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체를 검사하는 단계, 및

상기 검사 방법의 결과에 따라 이후의 기판을 위해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.

17. 기판 상에 형성된 주기적 구조체의 비대칭을 측정하기 위해 검사 장치를 이용할 때 적용될 보정을 계산하는 방법으로서,

동일한 기판 및/또는 유사한 기판 상에서 수행되는 복수의 교정 측정 단계의 결과를 수신하는 단계; 및

비대칭을 측정할 때 상기 검사 장치에서 발생하는 스트레이 방사선의 영향을 줄이기 위한 보정을 계산하는 단계를 포함하되, 상기 보정은 상기 교정 측정 단계의 결과에 기초하는 것인, 보정 계산 방법.

18. 조항 17에 있어서,

상기 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서의 측정을 포함하고, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 보정 계산 방법.

19. 조항 17 또는 18에 있어서,

상기 교정 측정은 적어도:

- 상기 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제2 배향인 상태로 이루어지는 제4 교정 측정을 포함하는, 보정 계산 방법.

20. 조항 19에 있어서,

상기 제1 교정 측정, 제2 교정 측정, 제3 교정 측정, 및 제4 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 각각에 대해 이루어지며, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 보정 계산 방법.

본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5 nm 내지 20 nm 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.

특정의 실시예에 대한 이상의 설명은, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어남이 없이, 과도한 실험을 하지 않고도, 본 기술분야의 지식을 적용함으로써, 이러한 특정의 실시예를 다양한 응용을 위해 용이하게 변경 및/또는 적응시킬 수 있도록 본 발명의 일반적인 특징을 완전히 드러낼 것이다. 따라서, 이러한 적응 및 변경은 본 명세서에서 제시하는 내용 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예의 의미 및 등가의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 예로서 설명을 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 하며, 따라서 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 그 내용이나 안내의 관점에서 통상의 기술자에 의해 해석될 것이다.

본 발명의 범위는 상기 개시한 실시예 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위와 그 등가의 범위에 의해서만 정해져야 한다.

Claims

리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법으로서,
방사선으로 상기 주기적 구조체를 조명하는 동안 상기 주기적 구조체의 제1 이미지를 형성 및 검출하는 것을 포함하는 제1 측정 단계로서, 상기 제1 이미지는 회절된 방사선의 제1 선택된 부분을 이용하여 형성된 것인, 제1 측정 단계;
방사선으로 상기 주기적 구조체를 조명하는 동안 상기 주기적 구조체의 제2 이미지를 형성 및 검출하는 것을 포함하는 제2 측정 단계로서, 상기 제2 이미지는 상기 주기적 구조체의 회절 스펙트럼에서 상기 제1 부분과 대칭적으로 반대편인 상기 회절된 방사선의 제2 선택된 부분을 이용하여 형성된 것인, 제2 측정 단계; 및
검출된 상기 제1 이미지 및 제2 이미지로부터 유도된 세기 값에 기초하여 상기 주기적 구조체에서 비대칭의 측정을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 비대칭의 측정을 계산하는 단계에는, 상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계에서 발생하는 스트레이 방사선의 영향을 줄이기 위한 보정이 포함되는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 보정은
형태의 계산을 포함하되, A'은 보정된 비대칭 값이고, A는 보정전 비대칭 값이며, δ 및 G는 보정 값인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 측정 단계 및 제2 측정 단계와 동일한 기판 및/또는 유사한 기판 상에서 수행되는 복수의 교정 측정 단계를 더 포함하되, 상기 보정은 상기 교정 측정 단계의 결과에 기초하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서의 측정을 포함하고, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 교정 측정은 적어도:
- 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 이루어지는 제1 교정 측정;
- 상기 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제2 배향인 상태로 이루어지는 제2 교정 측정;
- 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제1 배향인 상태로 이루어지는 제3 교정 측정;
- 상기 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제2 배향인 상태로 이루어지는 제4 교정 측정을 포함하는, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 교정 측정, 제2 교정 측정, 제3 교정 측정, 및 제4 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 각각에 대해 이루어지며, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하는 방법.
기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
측정 단계에 사용하기 위해 기판에 컨디셔닝된 방사선 빔을 전달하도록 동작 가능한 조명 구성;
측정 단계 동안에 상기 기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 기판의 각각의 이미지를 형성 및 검출하도록 동작 가능한 검출 구성으로서, 상기 조명 구성과 상기 검출 구성은 측정 광학 시스템을 형성하는, 검출 구성;
상기 검출 구성 내의 조리개 구성; 및
상기 조명 구성과 검출 구성에 대해 적어도 제1 배향 및 제2 배향으로 상기 기판을 지지하도록 동작 가능한 기판 지지부를 포함하고,
상기 조명 구성, 상기 조리개 구성, 및 상기 기판 지지부는 함께, 상기 회절된 방사선의 회절 스펙트럼 중 어느 부분이 각 이미지에 기여하는지를 선택하도록 동작 가능하고,
상기 검사 장치는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 검사 장치로 하여금 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 주기적 구조체의 비대칭의 보정된 측정을 획득하게 하도록 프로그래밍된 것인, 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 조명 구성, 상기 조리개 구성, 및 상기 기판 지지부는 함께, 병렬적으로 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서 측정을 수행하도록 동작 가능하고, 상이한 주기적 구조체들의 이미지들은 측정 광학 시스템의 이미지 필드에서 분리 가능한, 기판 상의 주기적 구조체에서 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치.
프로그래밍 가능한 처리 디바이스로 하여금 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 구현하도록 하기 위한 기계 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
리소그래피 시스템으로서,
리소그래피 장치를 포함하고, 상기 리소그래피 장치는:
패턴을 조명하도록 배열된 조명 광학 시스템;
상기 패턴의 이미지를 기판 상에 투영하도록 배열된 투영 광학 시스템; 및
제7항에 따른 검사 장치를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는 상기 패턴을 추가 기판에 적용하는데 있어서 상기 보정을 포함하여 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 이용하도록 되어 있는, 리소그래피 시스템.
디바이스 제조 방법으로서,
리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되고, 상기 방법은:
제1항 또는 제2항에 따른 검사 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체를 검사하는 단계, 및
상기 검사 방법의 결과에 따라 이후의 기판을 위해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
기판 상에 형성된 주기적 구조체의 비대칭을 측정하기 위해 검사 장치를 이용할 때 적용될 보정을 계산하는 방법으로서,
동일한 기판 및/또는 유사한 기판 상에서 수행되는 복수의 교정 측정 단계의 결과를 수신하는 단계; 및
비대칭을 측정할 때 상기 검사 장치에서 발생하는 스트레이 방사선의 영향을 줄이기 위한 보정을 계산하는 단계를 포함하되, 상기 보정은 상기 교정 측정 단계의 결과에 기초하는 것인, 보정 계산 방법.
제12항에 있어서,
상기 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 상에서의 측정을 포함하고, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 보정 계산 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 교정 측정은 적어도:
- 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제1 배향인 상태로 이루어지는 제1 교정 측정;
- 상기 제1 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 측정 광학 시스템에 대해 제2 배향인 상태로 이루어지는 제2 교정 측정;
- 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제1 배향인 상태로 이루어지는 제3 교정 측정;
- 상기 제2 광 경로를 통해 상기 기판을 조명하는 동안 상기 기판이 상기 제2 배향인 상태로 이루어지는 제4 교정 측정을 포함하는, 보정 계산 방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 교정 측정, 제2 교정 측정, 제3 교정 측정, 및 제4 교정 측정은 적어도 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체 각각에 대해 이루어지며, 상기 제1 주기적 구조체 및 제2 주기적 구조체는 비대칭 관련 파라미터에 있어서 알려진 바이어스로 형성된 것인, 보정 계산 방법.