KR102109059B1

KR102109059B1 - 계측 방법, 컴퓨터 제품 및 시스템

Info

Publication number: KR102109059B1
Application number: KR1020177016700A
Authority: KR
Inventors: 뵈프 아리에 제프리 덴; 카우스터브 바타차리아
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-05-12
Also published as: KR102355347B1; IL252377B; US20200301290A1; TWI700555B; TW201631404A; TWI631431B; IL290735A; US11640116B2; IL290735B2; TWI576675B; US20160161863A1; US20200103762A1; TW201736981A; CN110553602A; JP6616416B2; CN107111250A; KR20210105446A; KR102294349B1; IL252377A0; US10527949B2

Abstract

타겟의 구조적 비대칭의 타입을 상기 타겟의 측정된 값으로부터 결정하는 단계, 및 비대칭 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하는 방법. 타겟의 측정된 값으로부터 결정되는 상기 타겟의 구조적 비대칭의 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록, 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도를 분석하는 단계를 포함하는 방법. 타겟에 의해 회절되는 방사선의 측정된 파라미터를 사용하여 상기 타겟의 구조적 비대칭 파라미터를 결정하는 단계, 및 상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대해 감도가 가장 낮은 구조적 비대칭 파라미터에 기초하여 상기 타겟의 측정 빔의 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법.

Description

계측 방법, 컴퓨터 제품 및 시스템{METROLOGY METHOD, COMPUTER PRODUCT AND SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2014 년 11 월 26 일에 출원된 EP 출원 번호 제 14195009.7 의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 사용가능한 계측용 방법, 장치, 및 컴퓨터 제품, 그리고 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, 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 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 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다.

리소그래피 프로세스(즉, 통상적으로 레지스트의 현상 에칭, 등과 같은 하나 이상의 연관된 처리 단계를 포함할 수 있는 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체의 개발 프로세스)에서, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해서 생산된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 기판의 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 재구성; 라이브러리 검색; 및 주된 컴포넌트 분석에 의하여 결정될 수 있다.

디바이스 제조사는 기판 상에 있는 타겟(마크)을 사용해서 기판들을 정렬한다. 정렬 센서는 나노미터 이하의 반복가능성으로 마크의 위치를 측정한다. 또한 제조사는, 예를 들어 타겟의 중첩하는 주기 구조체를 사용하여 온-제품 오버레이를 측정한다. 여기에서 나노미터 아래의 총측정 불확정성(Total Measurement Uncertainty; TMU) 숫자도 역시 획득될 수 있다. 그러나, 타겟의 주기 구조체의 횡방향 프로파일은 비대칭성이나 측정된 특성에 영향을 주는 형상을 가질 수 있다. 계측 장치 및 정렬 센서는, 예를 들어 에칭, 화학적 기계적 연마(CMP), 증착, 등과 같은 처리 단계들에 의해서 발생되는 타겟 구조적 비대칭에 민감하다. 이러한 비대칭 때문에 대략 수 nm의 측정 오차가 생긴다. 이러한 효과는 위치 및/또는 오버레이 예산(budget)에 큰 영향을 주기 시작할 수 있고, 따라서 이에 대한 해결책이 필요하다.

측정 레시피(예를 들어 각각의 레시피는 조명의 하나 이상의 다양한 파장 및/또는 하나 이상의 편광을 포함함)의 선택은 평균 툴 유도 천이(TIS) 및/또는 TIS 변이율(TIS 3 시그마라고도 불림)과 같은 파라미터들을 사용해서 수행될 수 있다. 하지만, 레퍼런스 층이 비대칭 프로파일을 나타낸다면 문제가 된다.

타겟의 주기 구조체의 형상에 존재하는 비대칭은 일반적으로 측정된 오버레이, 정렬, 등에 영향을 줄 것이다. 이러한 영향은 측정을 위해 사용되는 조명 설정에 따라 달라질 수 있다.

타겟 레시피 선택은 처리 및 이미징 이후의 타겟의 주기 구조체의 형상에 대한 실제 지식이 없이 수행된다. 더욱이, 현재의 프로세스의 콘텍스트는 레시피 선택을 결정할 때에 사용되지 않는다. TIS 및/또는 TMU에 기초하는 검증자(qualifier)를 사용하더라도 언제나 타겟 비대칭에 대해 가장 강건한 측정 레시피가 얻어지는 것은 아니다.

쓰루풋, 유연성 및/또는 정확도가 개선될 수 있는, 타겟을 사용한 계측을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 이러한 기법이 암시야 기법에 의하여 판독될 수 있는 작은 타겟 구조체에 적용될 수 있다면 매우 큰 장점이 될 것이지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에서, 타겟의 구조적 비대칭의 타입을 상기 타겟의 측정된 값으로부터 결정하는 단계, 및 비대칭 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

따라서, 타겟의 구조적 비대칭의 타입(예를 들어, 측벽 각도 비대칭, 스페이서 불균형, 등)이 타겟의 측정된 값(예를 들어, 광학적 측정치)로부터 결정된다. 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션이 수행된다. 시뮬레이션은 비대칭 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하기 위하여 사용된다. 이러한 구조적 비대칭 파라미터는 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋(예를 들어, 후술되는 바와 같은 X _os) 및/또는 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋과 관련시키는 스케일 인자(후술되는 G)일 수 있다. 결정된 비대칭 파라미터는, 예를 들어 타겟의 오버레이 측정 결과와 연관된 오버레이의 계산을 정정하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 타겟의 측정된 값으로부터 결정되는 상기 타겟의 구조적 비대칭의 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록, 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도를 분석하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

따라서, 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션이 수행된다. 시뮬레이션은 타겟의 측정된 값(예를 들어, 광학적 측정)으로부터 결정된 구조적 비대칭 타입(예를 들어, 측벽 각도 비대칭, 스페이서 불균형, 등)과 연관된 비대칭 파라미터(예를 들어, X _os 및/또는 G)의 값을 결정하기 위하여 사용된다. 더 나아가, 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 스택 굴절률의 변화, 스택 두께의 변화, 등)에 대한 비대칭 파라미터의 감도가 분석된다. 일 실시예에서, 감도는 하나 이상의 광학적 측정 셋팅(예를 들어, 파장, 편광, 등)에 대해 분석되어 감도의 낮거나 최소의 값을 가지는 광학적 측정 셋팅을 찾을 수 있다. 광학적 측정 설정은 타겟의 오버레이 측정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 더 나아가, 비대칭 파라미터는, 예를 들어 오버레이 측정치들로부터 오버레이의 계산을 정정하기 위하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 타겟에 의해 회절되는 방사선의 측정된 파라미터를 사용하여 상기 타겟의 구조적 비대칭 파라미터를 결정하는 단계, 및 상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대해 감도가 가장 낮은 구조적 비대칭 파라미터에 기초하여 상기 타겟의 측정 빔의 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

구조적 비대칭 파라미터(예를 들어, X _os 및/또는 G)의 값이 타겟에 의해 회절된 방사선의 측정된 파라미터로부터 결정될 수 있다. 구조적 비대칭 파라미터의 값은, 예를 들어 측정된 파라미터를 사용하여 비대칭 타입을 결정하고 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하여 비대칭 타입에 대한 구조적 비대칭 파라미터를 계산함으로써 결정될 수 있다. 더 나아가, 타겟의 측정 빔의 특성(예를 들어, 파장, 편광, 등)은, 해당 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 스택 굴절률의 변화, 스택 두께의 변화 등)에 감도가 가장 낮은 구조적 비대칭 파라미터에 기초하여 결정된다. 결정된 측정 빔 특성이 타겟의 오버레이 측정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 더 나아가, 구조적 비대칭 파라미터는, 예를 들어 오버레이 측정치들로부터 오버레이의 계산을 정정하기 위하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서, 전술된 방법을 사용하여 적어도 하나의 회절 측정 타겟을 평가하는 단계, 및 상기 방법의 결과에 따라 하나 이상의 기판에 대한 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 회절 측정 타겟은 적어도 하나의 기판 상에 디바이스 패턴의 일부로서 또는 상기 디바이스 패턴 옆에 형성되고, 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계는 상기 방법의 결과에 따라 후속 기판들에 대해 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 프로세서가 전술된 방법이 수행되게 하는 머신-판독가능 명령을 저장하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.

일 실시예에서, 기판 상의 회절 측정 타겟에 빔을 제공하고 상기 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하여 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정하도록 구성되는 검사 장치, 및 전술된 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시예들의 특징 및/또는 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시적인 방식으로 이제 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다;
도 3 의(a는 특정 조명 모드를 제공하는 조명 애퍼쳐의 제 1 쌍을 사용한, 본 발명의 실시예에 따라 타겟을 측정하는 데에 사용하기 위한 암시야 측정 장치의 개략도이다;
도 3 의 (b)는 조명의 주어진 방향에 대한 타겟의 회절 스펙트럼의 구조적인 상세도이다;
도 3 의 (c)는 회절에 기초한 오버레이 측정에 대한 측정 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 애퍼쳐의 제 2 쌍의 개략도적인 예시도이다;
도 3 의 (d)는 회절에 기초한 오버레이 측정에 대한 측정 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 애퍼쳐의 제 1 쌍과 제 2 쌍을 결합하는 조명 애퍼쳐의 제 3 쌍의 개략도적인 예시도이다;
도 4 는 다수의 격자 타겟(예를 들어 다수의 격자)의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 도시한다;
도 5 는 도 3 의 장치에서 획득되는 도 4 의 타겟의 이미지를 도시한다;
도 6 은 본 발명의 실시예에 맞게 적응가능한, 도 3 의 장치를 사용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다;
도 7 의 (a) 내지 도 7 의 (d)는 제로의 영역에서 상이한 오버레이 값을 가지는 오버레이 주기 구조체(예를 들어, 격자)의 개략적인 단면을 보여준다;
도 8 은 이상적인 타겟 구조체에서의 오버레이 측정의 원리를 예시한다;
도 9 는 타겟 구조체의 오버레이 측정에 대한 오버레이 측정의의 구조적 비대칭의 영향을 예시한다;
도 10a 는 두 가지 상이한 타입의 구조적 비대칭인 측벽 각도 구조적 비대칭 및 스페이서 불균형 구조적 비대칭에 대한 파장의 함수로서 예시적인 K _os 값을 표시하는 그래프이다;
도 10b 는 측벽 각도 구조적 비대칭의 개략적인 표현이다;
도 10c 는 스페이서 불균형 구조적 비대칭의 개략적인 표현이다;
도 11a 는 광학적 측정 레시피의 파장의 함수로서 ΔG · K _os(임의의 단위임)의 시뮬레이션된 값을 나타내는 그래프이다;
도 11b 는 광학적 측정 레시피의 파장의 함수로서 스택 감도의 예시적인 값들을 나타내는 그래프이다;
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따라 구조적 비대칭 파라미터를 결정하고 비대칭 파라미터를 적용하는 프로세스를 예시하는 흐름도를 보여준다;
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장 동작 범위 측정 타겟을 예시한다;
도 14 는 프로세스 스택 변동을 설명하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따라 확장 동작 범위 계측 타겟을 사용하는 것을 예시한다;
도 15 는 다수의 층 오버레이 측정에 대해 본 발명의 일 실시예에 따라 확장 동작 범위 계측 타겟을 사용하는 것을 예시한다;
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따라 계측 타겟을 설계하기 위한 시스템을 개략적으로 보여준다;
도 17 은 본 발명의 일 실시예에 따라 계측 타겟을 설계하기 위한 프로세스를 예시하는 흐름도를 보여준다; 그리고
도 18 은 본 발명의 일 실시예에 따르는, 성능을 모니터링하고, 계측을 제어하기 위한 기초로서 디자인 및/또는 생산 프로세스를 모니터링하기 위해 계측 타겟이 사용되는 프로세스를 예시하는 흐름도를 보여준다.

본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 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 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(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 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(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 지향시키고, 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 위치에 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 특정한 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.

도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사형 타입(예를 들어 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 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 애퍼쳐(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "액침"이라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 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 경우에, 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 수 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. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator; IN) 및 집광기(condenser; CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수 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 위치설정기(PW) 및 위치 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 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 포지셔너(PM) 및 다른 위치 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.

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. 정렬 마커를 검출할 수 있는 정렬 시스템의 실시예가 상세히 후술된다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 및 기판 테이블(WTa)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WTa)이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa)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(WTa)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.

3. 다른 모드에서, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT))는 본질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스화된(pulsed) 방사선 소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WTa)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.

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

리소그래피 장치(LA)는 두 개의 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 예를 들어, 하나의 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 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있고, 양자의 센서는 레퍼런스 프레임(RF)에 의해 지지된다. 어떤 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 해당 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 이러한 스테이션 양자 모두에서의 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안에, 기판이 없는 다른 테이블은 측정 스테이션(여기서는 측정 활동이 선택적으로 발생될 수 있음)에서 대기한다. 이러한 다른 테이블은 하나 이상의 측정 디바이스를 가지고, 또는 다른 툴(예를 들어, 세척 장치)을 가질 수 있다. 기판에 노광이 완료되면, 기판이 없는 테이블이 노광 스테이션으로 이동하여 예를 들어 측정을 수행하고, 기판이 있는 테이블은 기판이 언로딩되고 다른 기판이 로딩되는 위치(예를 들어, 측정 스테이션)로 이동한다. 이와 같은 다중-테이블 구성은 장치의 쓰루풋을 크게 증가시킬 수 있다.

도 2 에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 리소클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하고, 이는 또한 기판 상에서 하나 이상의 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하기 위한 하나 이상의 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 하나 이상의 현상기(DE), 하나 이상의 칠 플레이트(chill plate; CH), 및 하나 이상의 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이것을 상이한 프로세스 디바이스들 사이에서 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.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 검사가 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 하나 이상의 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 스트리핑되고 재작업(rework) 되거나(수율을 개선하기 위함) 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟 영역에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다. 오류를 보상하기 위해서 후속 프로세스 단계의 설정을 적응하는 것도 가능한데, 예를 들어 리소그래피 프로세스 단계로부터 초래되는 기판-기판 CD 변동을 보상하기 위해서 트리밍 에칭 단계의 시간이 조절될 수 있다.

기판의 하나 이상의 특성, 및 구체적으로 상이한 기판들의 하나 이상의 특성 또는 동일 기판의 상이한 층들의 특성이 층에 따라 및/또는 기판에 걸쳐서 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 가장 신속한 측정을 할 수 있기 위해서는, 검사 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)이 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 이 경우 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간에 단지 매우 작은 굴절률차가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광 후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하며, 그 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나가 제거된다. 후자의 가능성은 오류가 있는 기판의 재작업에 대한 가능성은 제한하지만, 예를 들어 프로세스 제어를 위해 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.

종래의 산란계에 의해 사용되는 타겟은 상대적으로 큰 주기 구조체 레이아웃(예를 들어, 하나 이상의 격자를 포함함), 예를 들어 40 μm 바이 40 μm을 포함한다. 그 경우, 측정 빔은 흔히 주기 구조체 레이아웃 보다 작은 스폿 사이즈를 가진다(즉, 레이아웃이 언더필되어 주기 구조체 중 하나 이상이 스폿에 의해 완전히 덮히지 않게 된다). 이를 통하여 타겟이 무한 개인 것처럼 간주될 수 있도록 타겟을 수학적으로 용이하게 재구성할 수 있다. 그러나, 이러한 타겟이 예를 들어 스크라이브 레인 안이 아닌 제품 피쳐들 사이에 위치될 수 있기 때문에, 타겟의 크기는, 예를 들어 20 μm 바이 20 μm 이하, 또는 10 μm 바이 10 μm 이하까지 감소되었다. 이러한 상황에서, 주기 구조체 레이아웃은 측정 스폿보다 작게 만들어질 수 있다(즉, 주기 구조체 레이아웃은 오버필된다). 통상적으로 이러한 타겟은, 회절의 0차(거울 반사(specular reflection)에 대응)가 차단되고 더 높은 차수들만이 처리되는 암시야 산란측정을 사용하여 측정된다. 암시야 계측의 예들은 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279 에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전부가 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 이러한 기법의 추가적인 개발예는 미국 특허 출원 공개 번호 US2011-0027704, US2011-0043791 및 US2012-0242970 에서 설명된 바 있는데, 이들은 그 전부가 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 회절 차수의 암-시야 검출을 사용하는 회절-기초 오버레이가 더 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 일 실시예에서, 하나의 이미지에서 다수의 타겟이 측정될 수 있다.

일 실시예에서, 기판 상의 타겟은 하나 이상의 1-D 주기적 격자를 포함할 수 있는데, 이들은 현상 후에 바(bar)가 고상의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 일 실시예에서 타겟은 하나 이상의 2-D 격자를 포함할 수 있는데, 이들은 현상 후에 하나 이상의 격자가 고상 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 격자의 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)에서의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 그리고 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자에서의 변동(variation)에서 명백하게 드러날 것이다. 이에 따라, 프린트된 격자의 측정된 데이터가 격자를 재구성하는데 이용될 수 있다. 인쇄 단계 및/또는 다른 측정 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 라인 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터 또는 필러 또는 비아의 폭, 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터가 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 암시야 계측 장치가 도 3 의 (a)에 도시된다. 타겟(T)(격자와 같은 주기 구조체를 포함함) 및 회절된 광선들은 도 3 의 (b)에 좀 더 상세히 표시된다. 암시야 측정 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서, 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐서 여러 브랜치를 가지는 광축이 점선 O로 표현된다. 이러한 장치에서, 출력부(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의하여 방출된 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학계에 의하여 프리즘(15)을 통해 기판(W)으로 지향된다. 이러한 렌즈들은 4F 배치구성(4F arrangement)의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 검출기 상에 제공하는 한, 그 외의 렌즈 장치들도 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 렌즈 장치는 공간적-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면에 액세스하는 것을 허용한다. 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, 예를 들어 이것은 대물 렌즈 동공 평면의 백-투영된(back-projected) 이미지인 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적합한 형태의 애퍼쳐 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 애퍼쳐 플레이트(13)는, 다른 조명 모드가 선택되게 하는 13N 및 13S 라고 명명되는 다른 형태들을 가진다. 이러한 예에서 조명 시스템은 오프-축 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13N)는, 오직 설명의 편의를 위해서 '북쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13S)는 유사하지만 '남쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 애퍼쳐를 사용하면 조명의 다른 모드들도 가능해진다. 동공 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직한데, 이것은 원하는 조명 모드 외부의 임의의 불필요한 방사선이 원하는 측정 신호와 간섭을 일으킬 수 있기 때문이다.

도 3 의 (b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 실질적으로 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(T)의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 뿐이다. 플레이트(13)에 있는 애퍼쳐가 유한한 폭(방사선의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 점유할 것이고, 회절된 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 주기 구조체 피치 및 조명 각도가 설계되거나 조절될 수 있다는 점에 주의한다. 도 3 의 (a) 및 도 3 의 (b)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 프리즘(15)으로 지향된다. 도 3 의 (a)를 참조하면, 제 1 및 제 2 조명 모드 모두가 북쪽(N) 및 남쪽(S)이라고 명명된 서로 반대인 애퍼쳐를 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광축의 북쪽으로부터 입사하는 경우, 즉 제 1 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13N)를 사용하여 적용되면, +1(N) 이라고 명명된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 이에 반해, 제 2 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13S)를 사용하면 적용되는 경우, -1 회절 광선(-1(S)라고 명명됨)이 렌즈(16)에 진입한다. 따라서, 일 실시예에서, 측정 결과들은, 예를 들어 -1 번째와 +1 번째 회절 차수 세기를 개별적으로 획득하도록 타겟을 회전시키거나 조명 또는 이미징 모드를 변경시킨 이후에, 타겟을 특정 조건에서 두 번 측정함으로써 획득된다. 주어진 타겟에 대하여 이러한 강도들을 비교하면 타겟에서의 비대칭의 측정이 제공되고, 타겟에서의 비대칭성이 리소그래피 프로세스의 파라미터, 예를 들어 오버레이 오차의 표시자로서 사용될 수 있다. 전술된 상황에서, 조명 모드가 변경된다.

빔 분할기(17)는 회절된 빔을 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 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위하여 퓨필 평면 이미지가 사용될 수 있는데, 이것은 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.

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, 애퍼쳐 스톱(aperture stop; 21)이 동공-평면에 대하여 켤레인 평면에 제공된다. 애퍼쳐 스톱(21)은 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1 또는 +1 일차 빔에 의해서 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 같은 주기 구조체 피쳐(예를 들어 격자 라인)의 이미지는, -1 및 +1 차수 중 오직 하나만 존재할 경우에는 형성되지 않을 것이다.

도 3 에 도시되는 애퍼쳐 플레이트(13) 및 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예일 뿐이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 타겟의 온-축 조명이 사용되며, 오프-축 애퍼쳐를 가지는 애퍼쳐 스톱이 회절된 방사선의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 사용된다. 또 다른 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, 애퍼쳐 플레이트(13)는 원하는 패턴이 나타나도록 회전하는 디스크 주위에 형성되는 다수 개의 애퍼쳐 패턴을 포함할 수도 있다. 애퍼쳐 플레이트(13N 또는 13S)가 하나의 방향(셋-업에 따라 X 또는 Y)으로 지향된 타겟의 주기 구조체를 측정하기 위해서 사용된다는 점에 주의한다. 직교 주기 구조체를 측정하기 위해서, 타겟이 90° 및 270°만큼 회전되는 방식이 구현될 수 있다. 그 외의 애퍼쳐 플레이트들이 도 3 의 (c) 및 도 3 의 (d)에 도시된다. 도 3 의 (c)는 두 개의 추가적 타입의 오프-축 조명 모드를 예시한다. 도 3 의 (c)의 제 1 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13E)는, 오직 설명의 편의를 위해서 전술된 '북쪽'에 대해 '동쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 조명을 제공한다. 도 3 의 (c)의 제 2 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13W)는 유사하지만 '서쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 도 3 의 (d)는 두 개의 추가적 타입의 오프-축 조명 모드를 예시한다. 도 3 의 (d)의 제 1 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13NW)는 전술된 바와 같이 '북쪽' 및 '서쪽' 이라고 지정된 방향들로부터 오프-축 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13SE)는 유사하지만 전술된 바와 같은 '남쪽' 및 '동쪽'이라고 명명되는 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 장치의 이러한 사용법과 수많은 다른 변형예와 적용예들은, 예를 들어 전술된 이미 공개된 특허 출원 공개 문헌들에 기술되어 있다.

도 4 는 기판(W) 상에 형성되는 예시적인 복합 계측 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 서로 가까이 위치된 4 개의 주기 구조체(이러한 경우는 격자(32, 33, 34, 35))를 포함한다. 일 실시예에서, 주기 구조체는 그들 모두가 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 놓이도록 서로 충분히 가깝게 위치된다. 이러한 경우, 4 개의 주기 구조체는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23)에 동시에 결상된다. 오버레이 측정에 특유한 일 예에서, 주기 구조체(32, 33, 34, 35)는 그 자체가 위에 있는 주기 구조체들, 즉, 기판(W) 상에 형성된, 디바이스의 상이한 층들에 패터닝된 주기 구조체들에 의해 형성되는 복합 주기 구조체(예를 들어, 복합 격자) 이고, 따라서 하나의 층에 있는 적어도 하나의 주기 구조체는 다른 층에 있는 적어도 하나의 주기 구조체에 오버레이한다. 이러한 타겟은 20 μm x 20 μm 내 또는 16 μm x 16 μm 내의 외부 치수를 가질 수 있다. 더 나아가, 모든 주기 구조체들은 층들의 특정 쌍 사이의 오버레이를 측정하기 위하여 사용된다. 타겟이 층들의 둘 이상의 쌍을 측정할 수 있게 하려면, 주기 구조체(32, 33, 34, 35)는 복합 주기 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해서 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 모든 주기 구조체들은 층들의 하나의 쌍을 측정하기 위하여 사용될 것이고, 기판 상의 다른 동일한 타겟에 대한 모든 주기 구조체들은 층들의 다른 쌍을 측정하기 위하여 사용될 것이며, 상이한 바이어스는 층 쌍들을 구별하기 쉽게 한다. 오버레이 바이어스라는 의미는 특히 도 7 을 참조하여 후술될 것이다.

도 7 의 (a) 내지 도 7 의 (c)는 상이한 바이어스를 가지는 각각의 타겟들(T)의 오버레이 주기 구조체(이러한 경우에는 격자)의 개략적인 단면을 보여준다. 이들은 도 3 및 도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이 기판(W) 상에서 사용될 수 있다. 오직 설명의 편의를 위해서 X 방향에서 주기성을 가지는 주기 구조체가 도시된다. 상이한 바이어스 및 상이한 배향을 가지는 이러한 주기 구조체들의 그 외의 조합들이 제공될 수 있다.

도 7 의 (a)에서 시작하면, L1 및 L2 로 명명되는 두 개의 층들에 형성되는 복합 오버레이 타겟(600)이 도시된다. 바닥 층(L1)에서, 제 1 주기 구조체(이러한 경우에는 격자)는 기판(606) 상의 피쳐(예를 들어, 라인)(602) 및 공간(604)에 의해 형성된다. 층(L2)에서, 제 2 주기 구조체(이러한 경우에는 격자)는 피쳐(예를 들어, 라인)(608) 및 공간(610)에 의해 형성된다. (피쳐(602, 608)가 지면 안으로 연장되도록 단면이 도시된다.) 주기 구조체 패턴은 양자 모두 층에서 피치 P로 반복된다. 라인(602 및 608)은 오직 예를 들기 위해서 제공되었을 뿐, 도트, 블록 및 비아 홀과 같은 다른 타입의 피쳐가 사용될 수도 있다. 도 7 의 (a)에 도시된 상황에는, 오버레이 오차가 없고 바이어스가 없어서, 각각의 피쳐(608)는 하단 주기 구조체에 있는 피쳐(602) 위에 정확하게 놓이게 된다(일 실시예에서 측정이 "라인-온-라인"이면 오버레이 오차는 발생하지 않을 수 있고, 각각의 피쳐(608)가 정확하게 공간(610) 위에 놓이면 측정은 "라인-온-트렌치"이다).

도 7 의 (b)에서, 상부 주기 구조체의 피쳐(608)가 하부 주기 구조체의 피쳐(602)에 대해서 우측으로 거리 d만큼(거리 d는 피치 P보다 작음) 천이되도록 바이어스 +d가 있는 동일한 타겟이 도시된다. 즉, 피쳐(608) 및 피쳐(602)는, 그들 양자 모두가 정확하게 그들의 공칭 위치에 인쇄된다면, 피쳐(608)가 피쳐(602)에 대해 거리 d만큼 오프셋되도록 배치된다. 바이어스 거리 d는 실무상 수 나노미터, 예를 들어 10 nm 내지 20 nm일 수 있는 반면에, 피치 P는 예를 들어(300 내지 1000) nm의 범위에 있으며, 예를 들어 500 nm 또는 600 nm이다. 도 7 의 (c)에서, 피쳐(608)가 피쳐(602)에 대해 좌측으로 천이되도록 바이어스 -d를 가지는 동일한 타겟이 도시된다. 도 7 의 (a) 내지 도 7 의 (c)에 도시된 이러한 타입의 바이어스된 타겟, 및 측정시에 이들을 사용하는 것이 예를 들어 전술된 특허 출원 공개 문헌에 공개된다.

더 나아가, 전술된 바와 같이, 도 7 의 (a) 내지 도 7 의 (c)가 제로의 영역에 바이어스를 가지는 "라인 온 라인" 타겟이라고 불리는 피쳐(602) 상에 피쳐(608)가 놓여있는 것을 보여주지만(+d 또는 -d의 작은 바이어스가 적용된 상태임), 상부 주기 구조체에 있는 각각의 피쳐(608)가 하부 주기 구조체에 있는 공간(604) 위에 놓이도록 타겟은 피치의 절반인 P/2 의 프로그래밍된 바이어스를 가질 수 있다. 이것은 "라인 온 트렌치" 타겟이라고 불린다. 이러한 경우에, +d 또는 -d의 작은 바이어스도 역시 적용될 수 있다. "라인 온 라인" 타겟 또는 "라인 온 트렌치" 타겟 사이에서 선택하는 것은 응용예에 달려 있다.

다시 도 4 로 돌아가면, 주기 구조체(32, 33, 34, 35)는 인입하는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키도록, 도시된 것처럼 배향도 다를 수 있다. 일 예에서, 주기 구조체(32 및 34)는 +d, -d, 각각의 바이어스를 가지는 X-방향 주기 구조체들이다. 주기 구조체(33 및 35)는 각각 오프셋 +d 및 -d인 Y-방향 주기 구조체들일 수 있다. 4 개의 주기 구조체가 예시되는 반면에, 다른 실시예는 원하는 정확도를 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 9개의 복합 주기 구조체의 3 x 3 어레이는 바이어스 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d를 가질 수도 있다. 이러한 주기 구조체들의 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 3 의 (d)의 애퍼쳐 플레이트(13NW 또는 13SE)를 사용하여 센서(23)에 형성되고 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 일 예를 도시한다. 센서(19)는 개개의 다른 주기 구조체(32 내지 35)들을 분해할 수 없는 반면에, 센서(23)는 가능하다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지의 필드 이고, 그 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이러한 경우, 직사각형 영역(42 내지 45)은 주기 구조체(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 만일 주기 구조체들이 제품 영역에 위치된다면, 제품 피쳐도 역시 이러한 이미지 필드의 주위에서 보여질 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이러한 이미지를 처리하여 주기 구조체(32 내지 35)의 별개의 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이것이 측정 장치 전체의 쓰루풋을 크게 개선시킨다.

주기 구조체들의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어 식별된 영역 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 그러한 개별 이미지의 세기가 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 하나의 예이다.

도 6 은 예를 들어 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2011/012624 에 기술된 방법을 사용하여, 컴포넌트 주기 구조체(32 내지 35)를 포함하는 두 층들 사이의 오버레이 오차가 어떻게 +1 차 및 -1 차 암시야 이미지들에서의 주기 구조체들의 세기를 비교함으로써 드러나는 그들의 비대칭성을 통해 측정되는지를 예시한다. 단계 M1 에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 도 2 의 리소그래피 셀을 통하여 한 번 이상 처리되어, 주기 구조체(32 내지 35)를 포함하는 타겟을 가지는 구조를 생성한다. M2 에서, 도 3 의 계측 장치를 사용함으로써, 주기 구조체(32 내지 35)는 1차 회절빔(예를 들어 -1) 중 하나를 사용하여 획득된다. 일 실시예에서, 제 1 조명 모드(예를 들어, 애퍼쳐 플레이트(13NW)를 사용해서 생성된 조명 모드)가 사용된다. 그러면, 예를 들어 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 주기 구조체의 제 2 이미지가 획득될 수 있다(단계 M3). 결과적으로, +1 회절된 방사선이 제 2 이미지에 캡쳐된다. 일 실시예에서, 조명 모드가 변경되고 제 2 조명 모드(예를 들어, 애퍼쳐 플레이트(13SE)를 사용해서 생성된 조명 모드)가 사용된다. 일 실시예에서, 툴-유도된 아티팩트형 TIS(Tool Induced Shift)는 0° 및 180° 기판 배향에서 측정을 수행함으로써 제거될 수 있다.

각각의 이미지 내에 1차 회절된 방사선의 절반만을 포함시킴으로써, 여기에서 지칭되는 '이미지'는 통상적인 암시야 현미경 이미지가 아니다. 개개의 주기 구조체 피쳐들은 분해되지 않는다. 각각의 주기 구조체는 특정한 세기 레벨의 영역에 의하여 간단하게 표현될 것이다. 단계 M4 에서, 관심 지역(ROI)이 각각의 컴포넌트 주기 구조체의 이미지로부터 식별되고, 이로부터 세기 레벨이 측정될 것이다.

각각의 개개의 주기 구조체(32-35)에 대한 관심 지역(P1, P2, P3, P4)을 식별하고 이것의 세기를 측정하면, 주기 구조체의 비대칭성, 및 따라서 예를 들어 오버레이 오차가 이제 결정될 수 있다. 이것은 각각의 주기 구조체(32 내지 35)에 대한 +1 및 -1 차에 대해 획득된 세기 값들을 비교하여 그들의 세기에 있는 차분, 즉 비대칭을 식별함으로써 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의해 단계 M5 에서 수행된다. 용어 "차분"은 감산만을 의미하는 것으로 의도되지 않는다. 차분은 비율 형태로 계산될 수 있다. 단계 M6 에서, 타겟(T) 근처에서의 리소그래피 프로세스의 하나 이상의 성능 파라미터를 계산하기 위해서, 여러 주기 구조체에 대해 측정된 비대칭성은 그러한 주기 구조체의 오버레이 바이어스에 대한 지식이 적용가능할 경우 그러한 지식과 함께 사용된다. 관심 대상인 성능 파라미터는 오버레이이다. 초점 및/또는 선량과 같은 리소그래피 프로세스의 성능의 다른 파라미터들이 계산될 수 있다. 하나 이상의 성능 파라미터는 리소그래피 프로세스를 개선하기 위해서 피드백되고, 도 6 의 측정 및 계산 자체를 개선시키도록 사용되며, 타겟(T)의 디자인을 개선하기 위한 등을 위해 사용될 수 있다.

오버레이를 결정하기 위한 실시예에서, 도 8 은 오버레이 오차(OV)와 오버레이 타겟을 형성하는 개개의 주기 구조체 내에 제로 오프셋을 가지며 구조적 비대칭성을 가지지 않는 '이상적인' 타겟에 대한 측정된 비대칭(A) 사이의 관련성을 예시하는 곡선(702)을 보여준다. 이러한 그래프들은 오버레이를 결정하는 원리만을 예시하는 것이고, 각각의 그래프에서 측정된 비대칭(A) 및 오버레이 오차(OV)의 단위는 임의적이다.

도 7 의 (a) 내지 (c)의 '이상적인' 상황에서, 곡선(702)은 측정된 비대칭(A)이 오버레이와 정현파 관련성을 가진다는 것을 나타낸다. 정현파 변화의 주기 P는, 물론 적합한 척도로 변환되는 주기 구조체의 주기(피치)에 대응한다. 이러한 예에서 정현파 형태는 완전하지만, 실제 상황에서는 고조파를 포함할 수 있다. 단순화를 위해서, 이러한 예에서 (a) 타겟으로부터의 제 1 차 회절된 방사선만이 이미지 센서(23)(또는 주어진 실시예에서 그 균등물)에 도달한다는 것, 및 (b) 실험적인 타겟 디자인은, 이러한 제 1 차 방사선 내에서, 상부 및 하부 주기 구조체 결과들 사이의 세기의 오버레이 사이에 순수 사인파-관련성이 존재하도록 한다는 것이 가정된다. 실제로 이것이 참인지 여부는 광학계 디자인, 조명 방사선의 파장, 주기 구조체의 피치 P, 및 타겟의 디자인 및 스택에 달려있다.

위에서 언급된 바와 같이, 바이어스된 주기 구조체는 단일 측정에 의존하는 대신에 오버레이를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 바이어스는 바이어스를 생성했던 패터닝 디바이스(예를 들어 레티클)에서 규정된 공지된 값을 가지는데, 이것은 측정된 신호에 대응하는 오버레이의 온-기판 캘리브레이션의 역할을 한다. 도면에서, 계산하는 것이 그래프로 예시된다. 도 6 의 단계 M1 내지 단계 M5 에서, 각각 바이어스 +d 및-d를 가지는 컴포넌트 주기 구조체(예를 들어 도 7 의 (b) 및 도 7 의 (c)에 도시된 바와 같음)에 대해서 비대칭 측정 A(+d) 및 A(-d)가 획득된다. 이러한 측정치를 정현 곡선에 대입하면 표시된 바와 같은 포인트(704 및 706)가 된다. 바이어스를 알면, 참 오버레이 오차(OV)가 계산될 수 있다. 정현 곡선의 피치 P는 타겟의 디자인으로부터 알려진다. 곡선(702)의 수직 스케일은 시작 시에는 알려지지 않으며, 1차 고조파 비례 상수 K를 호출할 수 있는 미지의 인자이다.

방정식으로 표현하면, 오버레이와 측정된 비대칭(A) 사이의 관련성은 다음으로 추정된다:

여기에서, OV는 주기 구조체 피치 P가 각도 2π 라디안에 대응하도록 하는 스케일로 표현된다. 상이하고 알려진 바이어스들을 가지는 주기 구조체에서 두 개의 측정치를 이용하여 A의 두 개의 값을 얻으면, 수학식 두 개를 풀어내어 미지수인 K 및 오버레이 OV를 계산할 수 있다.

비록 이러한 측정 기법이 빠르고 상대적으로 계산이 간단하지만(캘리브레이션된다면), 이들은 오버레이 / 측방향 천이가 비대칭의 유일한 원인이라는 가정에 의존하는 것이다. 즉, 이것은 예를 들어 타겟에 구조적 비대칭이 없는 것과 같은 '이상적인' 상황을 가정한다. 스택 내의 임의의 구조적 비대칭, 예컨대 오버레이된 주기 구조체 중 하나 또는 양자 모두 내에 있는 피쳐의 비대칭 역시 오버레이 / 측방향 천이 외에 1차 내에도 비대칭이 생기게 한다. 명확하게 오버레이에 관련되지 않는 이러한 구조적 비대칭 때문에 결과가 부정확해진다.

구조적 비대칭의 일 예로서, 타겟의 주기 구조체 중 하나 이상이 구조적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 타겟의 주기 구조체 피쳐(예를 들어, 격자 라인)의 하나 이상의 측벽은 의도한 것처럼 수직이 아닐 수 있다. 다른 예로서, 타겟의 주기 구조체 피쳐 사이의 하나 이상의 공간(예를 들어, 트렌치의 격자 공간)은 의도한 것보다 더 크거나 작을 수 있다. 더 나아가, 타겟의 주기 구조체의 하나 이상의 피쳐(예를 들어, 격자 라인)는 의도한 것보다 더 작거나 큰 폭을 가질 수 있다. 또한, 의도한 값과의 차분이 타겟의 하나 이상의 주기 구조체에 대해 균일하다 해도, 의도한 값과의 해당 차분은 타겟의 하나 이상의 다른 주기 구조체에 대해서 동일하지 않을 수 있다. 복합 타겟의 하부 주기 구조체의 구조적 비대칭은 구조적 비대칭의 공통 형태이다. 이것은, 예를 들어 하부 주기 구조체가 최초 형성된 이후에 수행되는 화학적-기계적 연마(CMP)와 같은 기판 처리 단계 동안 생길 수 있다.

도 7 의 (d)를 참조하면, 하부 주기 구조체의 구조적 비대칭의 일 예가 개략적으로 묘사된다. 도 7 의 (a) 내지 도 7 의 (c)에 있는 주기 구조체 내의 피쳐 및 공간은 완전히 정방형 측면을 가지는 것으로 도시되지만, 실제 피쳐 및 공간은 표면 상에 어느 정도의 기울기와 어느 정도의 거칠기를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고 이들은 프로파일에 있어서는 적어도 대칭적이 되도록 의도된다. 하부 주기 구조체에 있는 도 7 의 (d)에 표시된 피쳐(602) 및/또는 공간(604)은 더 이상 대칭적 형태를 가지지 않고, 오히려 예를 들어 하나 이상의 처리 단계에 의해 왜곡되게 되었다. 따라서, 예를 들어 각각의 공간(604)의 하단면은 틸트되게 되었다. 피쳐 및 공간의 측벽 각도도 역시 비대칭되게 되었다. 오직 두 개의 바이어스된 주기 구조체를 사용하여 도 6 의 방법에 의해 오버레이가 측정되면, 구조적 비대칭은 오버레이와 구별될 수 없고, 결과적으로 오버레이 측정이 신뢰할 수 없게 된다.

따라서, 타겟의 하나 이상의 주기 구조체(예를 들어, 격자)의 비대칭 구조적 변형에 의하여, 측정(예를 들어, 타겟이 정렬을 위해 사용되는 경우 정렬의 측정, 타겟이 오버레이 측정을 위해 사용되는 경우 오버레이의 측정, 등) 결과에 존재하는 비대칭성은 크게 감소될 수 있다. 구조적 비대칭에 의해 초래되는 측정 오차는, 예를 들어 수율(즉, 타겟이 정확한지 여부를 결정하기 위해 처리된 디바이스를 평가하는 것), 타겟의 단면, 또는 복합 측정 및 분석적 재구성에 기초하는, 타겟을 생성 또는 측정하는 프로세스를 변경함으로써(예를 들어, 프로세스 오프셋) 정정될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 속도가 느리거나 및/또는 파괴적일 수 있다. 이들은 일정한 비대칭-유도된 프로세스 오차를 정정하는 데에만 효과적일 수 있다. 하지만, 타겟의 구조적 비대칭의 변동은 단면 또는 수율 측정으로는 효과적으로 풀어낼 수 없다. 이에 따라, 예를 들어 이러한 제한사항 또는 다른 제한사항 중 하나 이상을 극복하는 구조적 비대칭을 평가하고 정정하기 위한 강건한 솔루션이 필요하다.

그러므로, 오버레이 및 다른 효과에 의해 초래된 측정된 타겟 비대칭에 대한 기여도를 더 직접적이고 간단한 방식으로 구별하는 것이 소망된다. 그러므로, 일 실시예에서, 타겟의 비대칭 변형의 측정치를 결정하는 강건한 계산적 접근법이 제공되는데, 이것은 이제 타겟을 사용해서 수행한 측정을 정정하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟을 사용해서 수행된 그러한 측정들은 자연적으로, 예를 들어 리소그래피 프로세스에 의해 디바이스를 생성하는 데에 사용될 수 있다. 더 나아가, 타겟을 사용해서 수행된 측정을 정정하기 위해 사용되는 것 외에도, 타겟의 비대칭 변형의 측정치는 타겟을 (재)설계 하는 것(예를 들어, 디자인의 레이아웃을 변경하는 것)에 사용될 수 있고, 타겟을 형성하는 프로세스(예를 들어, 재료를 변경하거나, 인쇄 단계 또는 조건을 변경하는 것, 등)에서 사용될 수도 있으며, 측정 조건을 공식화 하는 것(예를 들어, 측정 빔의 파장, 편광, 조명 모드, 등을 변경하는 것) 등에도 사용될 수 있다.

오버레이를 측정하기 위하여 사용되는 회절 타겟의 +1차 및 -1차 회절-기초 측정의 관점에서 일 실시예가 설명될 것이다. 이러한 측정 기법의 원리 중 일부는 전술된 바 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예는 타겟을 사용하는 다른 측정 기법에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 기법들은 정렬 타겟을 측정하는 데에 적용될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 타겟이 완전히 대칭적이면, 타겟으로부터 나온 +1차 및 -1차 방사선 사이의 검출된 세기 비대칭 ΔI는 다음과 같이 주어진다:

여기에서, K는 프로세스-의존형 스케일 인자(1차 고조파 비례 상수)이고, X는 타겟의 주기 구조체(예를 들어, 상부 또는 상단 격자)가 오버레이하는 타겟의 주기 구조체(예를 들어, 하부 또는 하단 격자)에 대한 측방향 천이 이며, P는 주기 구조체의 피치이다. 그러므로, 2 개의 중첩하는 주기 구조체들 사이의 오버레이(OV)가 위에서 설명된 바와 같이 2 개의 바이어스된 주기 구조체를 사용한 측정된 세기 비대칭으로부터 획득될 수 있다.

하지만 이제, 완전히 대칭적이지 않은 타겟을 고려한다. 좀 더 구체적으로는, 타겟의 비대칭적으로 변형된 하부 주기 구조체(예를 들어, 하단 격자)의 일 실시예가 설명된다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 기법들은 다른 또는 추가적 타입의 타겟의 구조적 비대칭, 예컨대 타겟의 상부 주기 구조체(예를 들어, 상단 격자)에 있는 구조적 변형에도 적용될 수 있다.

다시 수학식 2 를 참조하면, 구조적 비대칭은 수학식에 2 개의 추가적인 항들을 도입한다. 첫 번째 항은 측정된 세기 비대칭의 K 상수에 대한 오프셋 K _os이다. 두 번째 항은 측방향 천이 X에 대한 위치 오프셋 X _os이다. 그러므로, 타겟의 구조적 비대칭이 있으면, 검출된 세기 비대칭 ΔI는 다음과 같이 된다:

추가 항들인 K _os 및 X _os는 스택에 따라 달라지고(예를 들어, 타겟 내의 주기 구조체 중 하나 이상 위에 또는 아래 놓이거나 이것을 형성하는 재료에 따라 달라짐) 레시피에 따라 달라진다(예를 들어, 파장, 편광, 등과 같은 하나 이상의 광학적 측정의 파라미터에 따라 달라짐).

도 9 는 타겟의 구조적 비대칭, 예를 들어 도 7 의 (d)에 도시된 하부 주기 구조체의 구조적 비대칭의 효과를 보여준다. '이상적인' 정현 곡선(702)은 더 이상 유효하지 않다. 대신에, 적어도 근사적으로, 구조적 비대칭은 비대칭 값 A 또는 ΔI에 모든 오버레이 값에 걸쳐 상대적으로 일정한 오프셋 K _os를 가산하는 효과를 가진다. 더 나아가, 적어도 근사적으로, 구조적 비대칭은 측방향 천이 값에 오프셋 X _os를 가산하는 효과를 가지는데, 여기에서, 오프셋의 영향은 도 9 에서 X _os / P로 표현되고 측방향 천이 값은 도 9 에서 X_G / P로 표현되며, X_G는 측방향 천이(수학식 2 및 수학식 3 에서 X로 표현됨)이고 P는 피치이다. 결과적으로 얻어지는 곡선이 도 9 에 712 로 표시된다.

더욱이, 처음에는 추가 항 K _os 및 X _os는 일반적으로 미지의 값이다. 그러므로, 이들 또는 비대칭의 몇 가지 다른 관련된 측정을 확인하는 것이 바람직하다.

오프셋 항 K _os는 하나 이상의 다양한 기법에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 타겟의 하부 주기 구조체에 대하여, 이것은 예컨대 하부 주기 구조체 상에 제공된 상부 주기 구조체와 같은 위에 위치된 층보다 앞서서, 본 명세서에서 설명된 기법들을 사용해서 직접적으로 측정될 수 있다.

다른 예로서, 오프셋 항 K _os는, 예를 들어 3 개 이상의 상이한 바이어스 값들을 가지는 복합 주기 구조체를 사용하는 측정치로부터 계산될 수 있다. 즉, 이러한 계산을 통해서, K _os 항은 수학식 3 에 있는 K 항과 분리될 수 있다. 이러한 결정의 예들이 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2013/143814, 미국 특허 출원 공개 번호 제 2013/0258310 및 유럽 특허 출원 번호 제 13194522.2 에 기술되는데, 이들 각각은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 예를 들어, 오프셋 항 K _os는 -d, +d, 및 제로 바이어스 또는 0.5P 바이어스인 바이어스들을 가지는 적어도 3 개의 바이어스된 복합 주기 구조체를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 예로서, 오프셋 항 K _os는 -d, +d, -d+0.5P, 및 +d+0.5P의 바이어스를 가진 적어도 4 개의 바이어스된 복합 주기 구조체를 사용하여 측정될 수 있다.

오프셋 X _os가 실제 천이 X에 가산되기 때문에 이러한 항을 결정하는 것이 필요하다. 그러므로, 몇 가지 콘텍스트 정보가 없이는 이러한 항들을 디커플링하는 것이 실제로 가능하지 않다.

이에 따라, 일 실시예에서, 중첩하는 주기 구조체들을 가지는 타겟 스택이, 시뮬레이터 내에서 규정되는 방사선 빔으로 타겟, 즉 중첩하는 주기 구조체의 광학적 측정을 시뮬레이션하는 계산 시뮬레이터 내에 규정된다. 그러므로, 다수 개의 파라미터 p_i(p₁, p₂, p₃ 및 기타 등등)에 관하여 타겟의 파라미터화된 모델이 구축된다. 이러한 파라미터는 예를 들어 1D 주기 구조체에서, 측벽의 각도, 피쳐의 높이 또는 깊이, 피쳐의 폭, 등을 나타낼 수 있다. 타겟 재료 및 오버라잉/언더라잉(underlying) 층들의 특성들도 굴절률(측정 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에서의 굴절률)과 같은 파라미터에 의하여 표현된다. 더 나아가, 측정 빔 및 측정과 연관된 파라미터, 예컨대 파장, 편광, 등이 규정될 수 있다. 그러므로, 타겟이 수 십개의 파라미터에 의해 규정될 수 있지만, 이러한 모델은 이들 중 많은 것들이 고정된 값을 갖는 반면에 다른 것들이 가변 또는 부동(floating) 파라미터가 되게 규정할 것이다. 더욱이, 일부 부동 파라미터는 완전히 독립적인 부동 파라미터가 아니라 변동될 수도 있다.

더 나아가, 이러한 모델에서, 측정 레시피의 값, 즉 파장, 편광, 등과 같이 측정 빔 및 측정과 연관되고 그 후 시뮬레이션에서 처리되는 파라미터와 함께, 타겟의 주기 구조체의 공칭 치수, 임의의 재료의 공칭 값(예를 들어, 굴절률, 등)과 같은 파라미터가 제공된다. 일 실시예에서, 공칭 값은 측정된 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정된 데이터는 계측 장치를 사용한 광학적 측정을 포함할 수 있고 공칭 값은 이러한 측정으로부터 재구성된다. 시뮬레이션에서, 타겟의 확산 특성을 계산하기 위하여, 모델의 상이한 엘리먼트들의 광학적 특성과 함께 형상을 나타내는 파라미터가, 예를 들어 RCWA와 같은 엄밀한 광학적 회절 방법 또는 맥스웰 방정식의 임의의 다른 솔버(solver)를 사용하여 사용된다. 그러면 타겟의 추정되거나 모델링된 회절 패턴을 얻게 된다.

더 나아가, 시뮬레이션 시에, X=0 에 대응하는 하부 주기 구조체에 대한 상부 주기 구조체의 위치가 규정되지만, 구조적 비대칭 때문에 이러한 위치가 정밀하게 규정될 수 없을 수도 있다. 일 실시예에서, 사용자(예를 들어, 디바이스 제조사)는, 예를 들어 프로세스 또는 다른 방법들의 물리적 설명 또는 모델, 예컨대 전기적 오버레이 측정 또는 디바이스 수율에 대한 상관성에 기초하여 이러한 위치를 규정하기 위한 입력을 제공할 수 있다. 위치는, 예를 들어 의도된 구조체 형상의 지식(프로세스-유도된 비대칭이 없이)을 가지고 규정될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자는 위치의 상이한 규정을 가지고 시뮬레이션을 재실행할 수 있다. 위치는 타겟으로부터의 측정 결과가 디바이스 디자인의 공차 내에 있도록 규정(또는 재규정)될 수 있다. 즉, 예를 들어 위치는 오버레이 오차가 적어도 디바이스 디자인에 대한 오버레이 예산(budget) 내에 있도록, 바람직하게는 오버레이 예산 안에 여유있게 포함되도록 규정(또는 재규정)될 수 있다.

X=0 에 대응하는 위치가 규정되면, 일 실시예에서, 시뮬레이터는, 주어진 타겟 스택에 대한 그리고 주기 구조체의 하나 이상의 주어진 구조적 비대칭성에 대한 ΔI의 값들을 계산한다. 그러므로, 일 실시예에서, 비대칭-유도된 오차는, 검출기에 걸쳐있는(예를 들어, 퓨필 또는 이미지 평면 내의) 픽셀들에 결정되는 바와 같은 플러스 및 마이너스 1차 회절 차수들 사이의 세기 델타(예를 들어, 퓨필 평면 내 또는 이미지 평면 내)로부터 계산될 수 있다. 퓨필 평면에서 검출값이 존재하면, 심지어 작은 양의 비대칭에 대해서 상대적으로 큰 비대칭-유도된 오차를 가지는 픽셀들이 식별될 수 있다; 이러한 픽셀들은 전체 퓨필 평면에 대한 비대칭-유도된 오차의 계산으로부터 제외될 수 있다. 비대칭-유도된 오차는 비대칭이 있는 모델에 대한 특정한 측정 장치 측정을 시뮬레이션하기 위해서 수치 계산에 의해 계산될 수 있다. 이러한 계산의 일 실시예는 미국 특허 출원 공개 번호 제 2006/0033921 에서 제공되며, 이러한 문헌은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 더 나아가, 비대칭-유도된 오차는 상이한 측방향 천이(X)의 상이한 값들)에서 계산되어 상이한 측방향 천이에서의 비대칭-유도된 오차에 존재하는 차분을 설명할 수 있다. 예를 들어 미국 특허 출원 공개 번호 제 2012/0013881 을 참조하는데, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

그러므로, 시뮬레이터는 하나 이상의 특정한 구조적 비대칭성을 주어진 타겟 스택에 적용하여 ΔI의 값을 제공하고, 이것은 이제 특정한 구조적 비대칭에 의해 초래되는 K _os 및 X _os의 값들을 계산(예를 들어 수학식 3 사용)하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 용어 K _os 및 X _os는 스케일 인자 G에 의해 서로 관련(예를 들어 선형으로 관련)된다:

즉, 스케일 인자 G는 시뮬레이션으로부터의 K _os 및 X _os의 계산된 값들로부터 결정될 수 있다.

이에 따라, 실제 타겟의 스택의 성질이 알려지고 실제 타겟의 구조적 비대칭의 "타입"이 알려지면, 실제 타겟에 관련되고 실제 타겟에 대해 효과적일, 시뮬레이션으로부터의 G의 특정한 적합한 값이 결정될 수 있다. 시뮬레이션으로부터의 G의 값이 주어지면, 실제 타겟과 관련된 측정된 비대칭 오프셋 K _os로부터 실제 타겟에 대한 위치 천이 X _os를 계산하기 위하여 수학식 4 가 사용될 수 있는데, K _os 값은 예를 들어 전술된 하나 이상의 기법을 사용하여 계산되거나 측정될 수 있다.

그러므로, 실제 타겟에 적합한 시뮬레이션으로부터 G의 적합한 값을 얻기 위해서는 다음과 같은 적어도 두 가지를 고려해야 한다- 실제 타겟의 스택의 성질 및 실제 타겟의 구조적 비대칭의 "타입". 예를 들어, 비대칭의 실제 "타입"(예를 들어, 형상)은 보통 선험적으로 알려져 있지 않다. 구조적 비대칭은, 예를 들어 측벽 각도 비대칭, 하단면 각도 비대칭, 상단면 각도 비대칭, 비대칭의 몇몇 다른 타입, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 세그멘트화된 주기 구조체(예를 들어, 주기적 라인 및 공간을 가지고 라인 자체들도 예를 들어 주기성의 방향에 수직인 방향으로 더 세그멘트화되는 격자)의 경우, 상이한 세그먼트들 사이에 비대칭(불균형)이 존재할 수 있다는 것도 고려할 필요가 있을 수 있다.

그러므로, 일 실시예에서, 타겟의 비대칭(비대칭 모델)의 "타입"은 실제 타겟의 측정으로부터 재구성된다. 예를 들어, 비대칭의 각각의 타입은 파장 및 편광의 함수로서 K _os 및/또는 오버레이의 값들의 특정 "지문"을 가진다. 그러므로, 다양한 측정 레시피에 대해 실제 타겟의 K _os 및/또는 오버레이의 값들, 예를 들어 다양한 파장 및/또는 편광(역시 기판 상의 다양한 위치에서의 값들이 바람직함)을 측정하면, 그러한 측정들이 "지문"과 비교되어 어떤 "지문"이 측정된 K _os 및/또는 오버레이 변동에 최적으로 근사되는지 결정하고 따라서 구조적 비대칭 타입을 식별할 수 있게 한다.

도 10a 는 FinFet 스택에 있는 2 개의 타입의 구조적 비대칭성에 대한 TE 편광에 대한 파장의 함수로서 K _os 변동을 나타내는 예시적인 그래프를 보여준다- 측벽 각도 비대칭은 라인 1100 으로 표시되고 스페이서 불균형 대칭성은 라인 1102 으로 표시된다. 도 10b 는 측벽 각도 비대칭의 일 예를 보여주는데, 피쳐의 측벽은 의도한 것처럼 수직이 아니다. 측벽 각도 비대칭은, 예를 들어 에칭 단계에 의해 유도될 수 있다. 도 10c 는 스페이서 불균형의 일 예를 보여주는데, 피쳐들의 적어도 하나의 쌍 사이의 공간은 피쳐들의 적어도 하나의 다른 쌍 사이의 스페이싱과 상이하다. 스페이서 불균형은, 예를 들어 스페이서 패터닝 단계에 의해 생길 수 있다.

도 10a 에서 알 수 있는 바와 같이, 구조적 비대칭의 이러한 2 개의 타입은 파장의 범위에 걸쳐 매우 상이하게 변한다. 이것은, 다중-파장 측정이, 그러한 다중-파장 측정치를 "지문"과 비교하여 최선의 근사를 찾아내고 실제 타겟에서의 구조적 비대칭의 "타입"을 식별함으로써 구조적 비대칭의 타입을 식별할 수 있다는 것을 의미한다. 구조적 비대칭의 "타입"을 알면, 구조적 비대칭의 결정된 "타입" 에 대해 생성된 시뮬레이션으로부터의 K _os 및 X _os의 값들이 예를 들어 수학식 4 를 사용하여 G의 값들을 유도하기 위하여 사용될 수 있다.

이해될 수 있는 것처럼, 상이한 편광, 조명 모드, 등에 대해 및/또는 다른 구조적 비대칭성에 대해 "지문"에 대한 데이터가 획득될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 상이한 특정 구조적 비대칭성의 "지문" 및 이들의 조합의 라이브러리가 존재할 수 있는데, "지문"은, 예를 들어 데이터 또는 그 데이터를 표현하는 구성물(construct)의 콜렉션, 데이터를 표현하는 그러한 공식, 데이터를 나타내는 그래프 라인, 등이다. "지문"이 구조적 비대칭성의 특정 종류(예를 들어, 측벽 각도, 스페이서 불균형, 등)에 대해서 기술되지만, "지문"은 상이한 종류의 구조적 비대칭성의 조합(예를 들어, 측벽 각도 및 스페이서 불균형 양자 모두)을 나타낼 수도 있다. 따라서, 비록 실무상 구조적 비대칭은 한 가지 종류이거나 구조적 비대칭의 하나의 종류에 의해 지배되는 경향이 있지만, 구조적 비대칭의 타입은 구조적 비대칭의 한 종류로 한정되지 않는다.

더 나아가, 위에서 설명된 바와 같이, 실제 스택의 성질은 충분한 정확도로 알려져 있지 않을 수 있다. 프로세스 변화(예를 들어, 타겟이 통상적으로 디바이스의 재료 층을 공유하기 때문에 자연적으로 유도되거나 디바이스 개발의 연구 및 개발 페이즈에서 고의로 유도됨) 때문에, 타겟에 대한 실제 스택은 시뮬레이션에서 사용된 공칭 스택과는 상이할 수 있다. 다르게 말하면, 스택에 변동이 있을 수 있다.

그러므로, 일 실시예에서, 광학적 측정의 하나 이상의 어떤 레시피에서 스케일 인자 G가 프로세스 변화에 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는지에 대한 결정이 이뤄져야 하는데, 레시피는 광학적 측정의 파장, 편광, 등의 설정이다. 이것은, 그러한 레시피의 경우, 스택 변동이 존재하더라도 해당 레시피에서의 측정된 K _os로부터 비대칭-유도된 위치 오프셋 X _os가 정확하게 계산될 수 있다는 것을 의미할 것이다.

프로세스 변화는: 스택 재료의 변화(예를 들어, 굴절률의 변화), 재료 두께의 변화(예를 들어, 위에 있는 재료의 변화), 구조적 비대칭의 크기의 변화, 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 특정 프로세스의 구조적 비대칭의 타입은 일반적으로 로거의 일정하게 유지되지만 구조적 비대칭의 크기에서의 변화(예를 들어, 측벽 경사 각도 변화, 스페이서 폭 불균형 변화, 등)가 발생할 수 있기 때문에, 프로세스 변화는 구조적 비대칭의 타입 자체가 아닌 스택 내의 임의의 변화일 수 있다.

프로세스 변화에 대한 G의 감도를 결정하기 위해서, 위치 오프셋 X _os의 변화 ΔX _os가 스케일 인자 G에 있는 프로세스-유도된 변화 ΔG 및 측정된 K _os에 있는 오차 ΔK _os의 다음 수학식에 따른 조합에 의해 유도된다는 것이 수학식 4 로부터 인식된다:

두 번째 항 G x ΔK _os가 측정 오차에 관련되고 예를 들어 평균화 또는 하나 이상의 다른 측정 오차 정정 기법에 의해서 정정될 수 있지만, 어떤 레시피에 대해서 스케일 인자 G가 프로세스 변화에 대해 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는지를 결정하기 위해서 평가될 필요가 있는 것은 첫 번째 항 ΔG x K _os이다. 이를 수행하기 위해서는, 항 ΔG x K _os가 프로세스 변화에 대한 시뮬레이션에서 평가된다. 즉, 프로세스 파라미터에 대한 섭동(perturbations)(예를 들어, 몬테 카를로 방법에 따른 섭동)이 다양한 상이한 광학적 측정 레시피들에 대한 시뮬레이션에서 이루어진다. 도 11a 는 ΔG · K _os의 시뮬레이션된 값(임의의 단위임)을, 시뮬레이션에서 모델링되고 시뮬레이션에서 프로세스 변화 섭동에 노출되는 통상적인 FinFET 스택에 대한 광학적 측정 레시피의 파장 λ의 함수로서 나타낸다. 약 720 nm의 파장에서, 스택 변이에 기인한 위치 오차의 변이는 최소라는 것을 알 수 있다. 따라서, 비대칭-유도된 위치 오프셋 X _os는 스택 오차가 존재하는 경우에도 측정된 K _os 및 해당 레시피에서의 시뮬레이터로부터의 G의 값으로부터 정확하게 계산될 수 있다.

비교를 위해, 도 11b 는 파장의 함수로서의 공칭 스택 감도의 예시적인 그래프를 나타낸다. 스택 감도는 타겟(예를 들어, 격자와 같은 주기 구조체) 층들 사이의 회절때문에 오버레이가 변경될 때 신호의 세기가 얼마나 변하는지의 측정치로서 이해될 수 있다. 도 11b 로부터, 비대칭-유도된 위치 오프셋의 목적을 위해 프로세스 변화에 가장 강건한 파장은 반드시 최고 스택 감도를 가지는 파장이 아니라는 것을 알 수 있다. 따라서, 광학적 측정 레시피의 파장이 최고 스택 감도에 대해서 최적화되었다면(최선의 총측정 불확정성(TMU)을 얻기 위해서), 레시피는 양호한 TMU를 달성하지만 상대적으로 열악한 비대칭 강건성을 가질 것이다.

도 12 를 참조하면, 타겟의 구조적 비대칭 파라미터를 결정하고 이러한 비대칭 파라미터를 적용하는 일 실시예에 따른 방법을 예시하는 흐름도가 제공된다. 1200 에서, 실제 타겟의 측정 데이터가 획득된다. 이러한 데이터는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 회절-기초 측정 데이터일 수 있다.

1210 에서, 스택 튜닝 프로세스가 수행된다. 일 실시예에서, 실제 타겟의 비대칭의 타입을 결정하기 위해서 측정 데이터가 평가된다. 일 실시예에서, 타겟의 구조적 비대칭의 타입을 결정하는 단계는, 타겟의 측정으로부터 오버레이의 값을 또는 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 타겟의 측정으로부터 결정된 값을 광학적 측정의 파라미터의 함수로서 평가하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 광학적 측정의 파라미터는 광학적 측정의 측정 빔의 파장 및/또는 편광을 포함한다. 일 실시예에서, 결정된 값을 평가하는 단계는, (i) 결정된 값, 또는 결정된 값을 나타내는 구성물(construct)(예를 들어 공식, 라인 등), 및 (ii) 광학적 측정의 파라미터의 함수로서의 상기 오버레이 또는 상기 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값들의 하나 이상의 지문 세트, 또는 값들의 지문 세트를 나타내는 하나 이상의 지문 구성물- 각각의 지문 세트 또는 지문 구성물은 상이한 타입의 비대칭을 나타냄- 사이의 근사(fit)를 결정하는 단계를 포함한다. 그러므로, 위에서 설명된 바와 같이, 일 실시예에서, 이러한 평가는 다양한 측정 레시피들에 대한 실제 타겟의 오버레이의 K_os의 측정된 값, 예를 들어 다양한 파장 및/또는 편광을, 어떤 "지문"이 측정된 오버레이 또는 K _os 변화에 대한 최선의 근사를 가지고 있는지를 결정하기 위해서 파장 및/또는 편광의 함수로서의 오버레이 또는 Kos의 하나 이상의 "지문" 과 비교하는 것을 수반하고, 이에 따라 구조적 비대칭 타입을 식별할 수 있다.

더 나아가, 비대칭 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하기 위해서, 타겟의 시뮬레이션된 표현의 광학적 측정이 수행된다(1230). 일 실시예에서, 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값, 예를 들어 K _os 및 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 위치 오프셋의 값, 예를 들어 X _os가 시뮬레이션으로부터 결정된다. 일 실시예에서, 위에서 설명된 바와 같이, 시뮬레이터는 주어진 타겟 스택에 대한 그리고 주기 구조체의 하나 이상의 주어진 구조적 비대칭성에 대한 ΔI의 값들을 계산한다. 즉, 시뮬레이터는 하나 이상의 특정한 구조적 비대칭성을 주어진 타겟 스택에 적용하여 ΔI의 값을 제공하고, 이것은 이제 특정한 구조적 비대칭에 의해 초래되는 K _os 및 X _os의 값들을 계산(예를 들어 수학식 3 사용)하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 오버라잉 주기 구조체의 광학적 측정의 시뮬레이션은, 규정된 비대칭에 대해 제로의 측방향 천이로 설정된다. 따라서, 결정된 비대칭 타입은 시뮬레이션에 대한 주어진 구조적 비대칭을 규정하거나 복수 개의 시뮬레이션된 구조적 비대칭성 중에서 원하는 데이터를 선택하기 위해서 사용될 수 있다.

따라서, K _os 및 X _os의 값들로부터 비대칭 파라미터(1230), 예컨대 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 위치 오프셋, 예를 들어 X _os를 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋, 예를 들어 K _os에 관련시키는 스케일 인자 G가 결정될 수 있다. 비대칭 파라미터, 예를 들어 스케일 인자 G는 정정을 하는 것, 타겟을 설계하는 것, 등에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 비대칭 파라미터는 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 위치 오프셋, 예를 들어 X _os의 값일 수 있다. 일 실시예에서, 위치 오프셋은 위에서 설명된 바와 같은 스케일 인자 G 및 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 측정된 값, 예를 들어 K_os의 측정된 값을 사용하여 결정된다.

1220 에서, 프로세스 강건성 평가가 수행된다. 일 실시예에서, 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 비대칭 파라미터의 감도가 분석된다. 즉, 일 실시예에서, 광학적 측정의 어떤 하나 이상의 레시피(레시피는 광학적 측정의 파장, 편광, 등의 설정임)에서 비대칭 파라미터(예를 들어, 스케일 인자 G)가 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 프로세스 변화)에 대해 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는지에 대한 결정이 수행된다. 따라서, 일 실시예에서, 감도를 분석하는 것은, 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 비대칭 파라미터의 감도의 어떤 최소 값에 대한, 광학적 측정의 파라미터, 예를 들어 광학적 측정의 측정 빔의 파장 및/또는 편광의 값을 결정하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 분석하는 것은 시뮬레이션을 수행하는 것을 포함한다. 예를 들어 항 ΔG x K _os가 프로세스 변화에 대한 시뮬레이션에서 평가된다. 즉, 다양한 상이한 광학적 측정 레시피들에 대한 시뮬레이션에서 프로세스 파라미터에 대해 섭동이 이루어지고, 예를 들어 ΔG x K _os의 최저 값을 가지는 레시피가 실제 타겟의 측정을 위한 레시피를 선택하기 위해서 그리고 시뮬레이션으로부터 비대칭 파라미터, 예를 들어 G의 특정 값을 선택하기기 위해서 사용된다.

1230 에서, 이러한 경우에서는 스케일 인자 G인 결정된 비대칭 파라미터가 측정을 정정하는 것, 타겟을 디자인하는 것 등에서 사용되도록 제공된다. 1235 로 표시되는 것처럼, 스택 튜닝 및/또는 프로세스 강건성 분석이, 타겟이 대량 생산에 사용되기 이전의 준비 또는 개발 스테이지에서 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로는, 스택 튜닝 및/또는 프로세스 강건성 분석은 대량 생산 중에 수행될 수도 있다. 이러한 경우에, 측정 데이터는, 예를 들어 타겟의 성긴 샘플링으로부터 나와서 쓰루풋을 높일 수 있다.

이러한 경우에는 스케일 인자 G인 결정된 비대칭 파라미터를 실제 타겟의 측정을 정정하기 위해 사용하는 일 예가 1295 에 표시된다. 즉, 일 실시예에서, 결정된 비대칭 파라미터는 대량 생산 중에 이루어진 타겟의 측정에 적용된다. 일 실시예에서, 측정은 타겟의 조밀한 샘플링으로부터 나올 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서, 결정된 비대칭 파라미터는 실제 타겟을 측정하는 프로세스에 피드 포워드될 수 있다. 더 나아가, 비대칭 파라미터(예를 들어, 스케일 인자 G)가 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 프로세스 변화)에 대해 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는 광학적 측정의 레시피(레시피는 광학적 측정의 파장, 편광, 등의 설정임)가 실제 타겟을 측정하는 프로세스에 피드포워드될 수 있다.

1260 에서, 실제 타겟의 측정 데이터는, 예를 들어 비대칭 파라미터(예를 들어, 스케일 인자 G)가 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 프로세스 변화)에 대해 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는 광학적 측정의 레시피(1250)(레시피는 광학적 측정의 파장 편광 등의 설정임)를 사용하여 획득된다. 이러한 데이터는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 회절-기초 측정 데이터일 수 있다. 그러한 측정 데이터는, 비대칭 파라미터(예를 들어, 스케일 인자 G)가 예를 들어 프로세스 견실성 분석(1220)에서 결정된 바와 같은 타겟 형성 파라미터의 변화(예를 들어, 프로세스 변화)에 대해 낮은 감도(예를 들어, 최소 감도)를 가지는 광학적 측정 레시피(레시피는 광학적 측정의 파장, 편광, 등의 설정임)를 사용해서 얻어진다. 후술되는 바와 같이, 측정 데이터는, 예를 들어 3 개 이상의 상이한 바이어스 값들을 가지는 복합 주기 구조체를 사용해서 캡쳐된 측정 데이터를 포함할 수 있다.

1270 에서, 측정 데이터로부터, 타겟을 이용한 측정의 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋, 예를 들어 K _os의 값이 결정된다. 위에서 설명된 바와 같이, 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값은 하나 이상의 다양한 기법을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어 위에서 설명된 바와 같이, 이것은, 예를 들어 3 개 이상의 상이한 바이어스 값을 가지는 복합 주기 구조체를 사용한 측정 데이터로부터 결정될 수 있다.

1280 에서, 비대칭 파라미터(1240), 예를 들어 스케일 인자 G는 실제 타겟의 측정에 대한 구조적 비대칭의 영향을 결정하기 위하여 사용된다. 일 실시예에서, 비대칭 파라미터, 예를 들어 스케일 인자 G는 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋(1270)의 값과 결합된다. 즉, 구조적 비대칭, 에 기인한 위치의 천이, 예를 들어 X _os를 얻기 위해서 수학식 4 가 사용될 수 있다. 타겟의 측정이 실제 타겟의 오버레이 ov를 측정하는 것이면, 위치의 천이는 실제 오버레이의 변화, 예를 들어

로 전환된다. 따라서, 1290 에서, 구조적 비대칭을 고려하도록 오버레이 측정이 정정될 수 있다.

특정 층에 대한 프로세스 스택은 공칭 값으로부터 많이 변할 수 있다. 통상적인 현존 타겟은 프로세스 스택의 큰 변화(즉, 프로세스 변화)를 처리할 수 없다. 더 나아가, 층들의 쌍 사이의 오버레이를 측정하기 위해서 통상적인 회절-기초 오버레이 타겟이 사용된다. 하지만, 단일 층 쌍 사이에서만이 아니라 다수의 층 쌍들 사이에서 오버레이 측정을 수행하는 것이 필요하다. 그러므로, 일 실시예에 따르면, 총 크기는 작지만 다중-디자인 격자들의 세트를 포함하는 다중-격자 타겟-클러스터(격자들의 단일 클러스터)를 포함하는 회절 계측 타겟이 제공된다; 쉽게 참조하기 위해서, 이러한 타겟은 확장 동작 범위 계측 타겟이라고 불린다. 본 명세서에서 설명된 기법들은 확장 동작 범위 계측 타겟에 적용될 수 있다.

예를 들어 프로세스 개발을 위해서, 확장 동작 범위 계측 타겟으로부터의 격자들의 어떤 서브-세트는 특정 프로세스 스택 조건에 대해 사용될 수 있는 반면에 확장 동작 범위 계측 타겟으로부터의 격자들의 다른 서브-세트(들)는 다른 프로세스 스택에 대해 사용될 수 있고, 따라서 프로세스 스택에 있는 큰 변화를 설명할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 다중층 오버레이에 대하여, 확장 동작 범위 계측 타겟으로부터의 격자들의 어떤 서브-세트는 특정 층-쌍에 대해 사용될 수 있는 반면에 확장 동작 범위 계측 타겟의 다른 서브-세트(들)는 다른 층-쌍에 대해 사용될 수 있고, 따라서 다중층 오버레이를 가능하게 한다.

따라서, 큰 프로세스 스택 변화가 있는 경우(예를 들어, 계측 타겟의 특정 격자 디자인에 의해서는 적합하게 처리될 수 없는 프로세스 스택의 변화), 확장 동작 범위 계측 타겟은 매우 다른 설계들(모든 타겟의 타당한 크기 안에 있음)을 적용할 수 있게 하고 이것은 프로세스 스택에 변화가 생겼을 경우 성공적인 측정 결과를 얻을 가능성을 높일 것이다. 그러면 프로세스 스택 변동을 사전에 능동적으로 예견하는 상이한 설계들이 있기 때문에 처음의 측정이 성공할 가능성이 높아질 수 있다. 그리고, 다중-오버레이 측정의 경우, 확장 동작 범위 계측 타겟은 하나의 측정 시퀀스에서 다수의 층들 사이의 오버레이를 측정할 수 있게 한다. 즉, 일 실시예에서, 다수의 층 쌍들은 하나의 측정 시퀀스에서 측정될 수 있고, 일 실시예에서, 다수의 층 쌍의 회절 데이터가 동시에 검출될 수 있다.

확장 동작 범위 계측 타겟 내에 상이하게 설계된 격자들을 가짐으로써, 프로세스 스택 및/또는 다중층에 큰 변동이 있어도 그 안에 격자들의 상이하게 설계된 세트를 가지는 단일 계측 타겟에 의해서 처리될 수 있다. 이를 통하여, 각각의 상이한 개개의 타겟에 대해 상이한 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)를 생성하는 비용 및/또는 측정 시간의 비용이 크게 감소될 수 있다. 더 나아가, 확장 동작 범위 계측 타겟의 크기가 상대적으로 작기 때문에, 다수의 상이한 개개의 타겟들에 대한 타겟 "부동산(real estate)"의 비용(즉, 이러한 개개의 층-쌍 타겟들을 수용하기 위한 패터닝 디바이스 패턴 상의 이용가능한 공간) 및 증가된 측정 시간에 기인한 쓰루풋의 비용이 크게 감소될 수 있다. 그러므로, 확장 동작 범위 계측 타겟은 모든 이러한 다수의 타겟들을 부동산의 관점에서 충분히 작고 다수의 개개의 타겟과 비교할 때 측정 시간의 관점에서 더 유리한 단일 타겟-클러스터 내에 배치할 수 있다.

도 13 을 참조하면, 확장 동작 범위 계측 타겟의 일 실시예(800)가 도시된다. 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 복수 개의 서브-타겟을 포함하고, 이러한 예에서는 4 개의 회절 서브-타겟(802, 804, 806, 808)을 포함한다. 이해될 수 있는 것처럼, 그 외의 개수의 서브-타겟들이 제공될 수 있다. 예를 들어 단지 두 개의 서브-타겟만이 제공될 수 있다. 또는, 3 개, 5 개, 6 개, 7 개, 8 개, 등의 서브-타겟이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 서브-타겟(802 내지 808)은 갭(820) 만큼 이웃하는 서브-타겟으로부터 분리된다. 일 실시예에서, 갭은 200 nm 이상, 250 nm 이상, 350 nm 이상, 500 nm 이상, 750 nm 이상, 또는 1 μm 이상이다. 갭은 서브-타겟들이 개별적으로 식별되도록 이들을 재구성하는 것을 쉽게 한다. 더 나아가, 갭은 다른 서브-타겟 위로 연장되는 하나의 서브-타겟으로부터의 회절의 크로스-토크를 방지하는 것을 도울 수 있다.

각각의 서브-타겟은 주기 구조체를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 서브-타겟은 적어도 하나의 쌍의 주기 구조체를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 서브-타겟은 적어도 두 개의 쌍의 주기 구조체를 포함한다. 일 실시예에서, 서브-타겟에 있는 주기 구조체의 피쳐(예를 들어, 라인)는 동일한 방향으로 연장된다. 일 실시예에서, 서브-타겟의 적어도 하나의 주기 구조체는 서브-타겟의 다른 주기 구조체의 라인들이 연장하는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 라인을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 서브-타겟의 주기 구조체의 피쳐들이 연장되는 방향(들)은 다른 서브-타겟의 방향과 다를 수 있다.

일 실시예에서, 도 13 에 도시된 바와 같이, 각각의 서브-타겟은 제 1 방향으로 연장되는 라인을 가지는 주기 구조체(810)의 제 1 쌍 및 제 1 방향에 실질적으로 수직인 제 2 방향으로 연장되는 라인을 가지는 주기 구조체(812)의 제 2 쌍을 가진다. 이러한 예에서, 각각의 서브-타겟(802 내지 808)은 도 4 의 타겟과 유사한 전체 레이아웃을 가진다. 즉, 각각의 서브-타겟은 마주보는 모서리에 X-방향으로 연장되는 라인을 가지는 제 1 쌍의 격자 및 제 1 쌍의 격자에 반대되는 모서리에 Y-방향으로 연장되는 라인을 가지는 제 2 쌍의 격자를 가진다. 그러나, 서브-타겟의 레이아웃은 도 13 에서 묘사되는 것과 다를 수 있다. 예를 들어 주기 구조체의 위치들이 다를 수 있다. 다른 예로서, 주기 구조체의 하나의 쌍의 길이 및/또는 폭은 주기 구조체의 다른 쌍의 길이 및/또는 폭과 다를 수 있다.

서브-타겟(802 내지 808)은 이들이 도 4 의 타겟과 동일한 인접한 영역 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 맞춤될 수 있게 하는 크기를 가진다. 예를 들어, 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 25 μm x 25 μm 이하, 20 μm x 20 μm 이하, 16 μm x 16 μm 이하, 12 μm x 12 μm 이하, 10 μm x 10 μm 이하, 또는 8 μm x 8 μm 이하의 외부 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 서브-타겟의 적어도 일부는 기판 상의 특정 크기의 인접한 영역 내에 있다. 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟의 각각의 주기 구조체의 적어도 일부는 기판 상의 특정 크기의 인접한 영역 내에 있다. 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟의 각각의 주기 구조체는 기판 상의 특정 크기의 인접한 영역 내에 있다. 일 실시예에서, 특정 크기는 1000 μm² 이하, 900 μm² 이하, 800 μm² 이하, 700 μm² 이하, 600 μm² 이하, 500 μm² 이하, 450 μm² 이하, 400 μm² 이하, 350 μm² 이하, 300 μm² 이하, 250 μm² 이하, 200 μm² 이하, 150 μm² 이하, 또는 100 μm² 이하이다. 일 실시예에서, 서브-타겟(802 내지 808)의 주기 구조체 각각은 약 3 μm x 3 μm 이상 또는 약 4 μm x 4 μm 이상이다. 일 실시예에서, 서브-타겟(802 내지 808)의 주기 구조체 각각은 약 9 μm² 이상 또는 약 16 μm² 이상이다.

일 실시예에서, 서브-타겟 각각의 적어도 일부는 기판 상의 측정 스폿의 영역 내에(예를 들어, 측정 스폿의 폭 내에) 있다. 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟의 각각의 주기 구조체 중 적어도 일부는 기판 상의 측정 스폿의 영역 내에(예를 들어, 측정 스폿의 폭 내에) 있다. 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟의 각각의 주기 구조체는 기판 상의 측정 스폿의 영역 내에(예를 들어, 측정 스폿의 폭 내에) 있다. 일 실시예에서, 측정 스폿은 약 35 μm 이하, 약 30 μm 이하, 약 25 μm 이하, 또는 약 20 μm 이하, 약 15 μm 이하, 또는 약 10 μm 이하의 폭을 가진다. 그러므로, 일 실시예에서, 다수의 서브-타겟은 하나의 측정 시퀀스에서 측정될 수 있고, 일 실시예에서, 다수의 서브-타겟의 회절 데이터는 동시에 검출될 수 있다.

도 4 의 타겟과 유사하게, 복수 개의 서브-타겟은 다른 주기 구조체(오직 명확하게 하기 위해서 다른 주기 구조체는 도 13 에는 도시되지 않음)와 적어도 부분적으로 오버레이한다. 일 실시예에서, 서브-타겟(802 내지 806)의 각각은 각각의 주기 구조체와 적어도 부분적으로 오버레이한다. 일 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(800)과 오버레이한다. 그 경우에, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(800)의 복수 개의 서브-타겟(802 내지 806) 각각은 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(800)의 각각의 서브-타겟(802 내지 806)과 오버레이할 것이다. 일 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 하나의 층에 있고 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 하나의 다른 층에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 하나의 층에 있고 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(800)은 상이한 층에 있는 복수 개의 서브-타겟들 각각을 가질 수 있다.

더 나아가, 다수의 서브-타겟이 단일 레이아웃 내에 생성되는 것 외에, 복수 개의 서브-타겟들 각각은 (a) 상이한 프로세스 조건, 및/또는 (b) 다중층 오버레이의 상이한 층-쌍에 대해서 설계된다. 다르게 말하면, 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟 중 제 1 서브-타겟(802)은 복수 개의 서브-타겟 중 제 2 서브-타겟(804)과 상이한 디자인을 가진다. 일 실시예에서, 서브-타겟(802 내지 808) 각각은 상이한 디자인을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟의 두 개 이상의 서브-타겟(802, 808)은 복수 개의 서브-타겟의 두 개 이상의 다른 서브-타겟(804, 806)과 상이한 디자인을 가질 수 있다.

도 14 를 참조하면, 상이한 프로세스 조건에 대해 설계된 복수 개의 서브-타겟을 가지는 확장 동작 범위 계측 타겟(900, 902)(도 13 의 디자인임)의 일 예를 사용하는 것이 도시된다. 용이하게 참조하게 하기 위해서, 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 도 14 에서 한 행으로 표시된다. 도 13 의 레이아웃으로부터 이해될 수 있는 것처럼, 도 14 의 서브-타겟(806, 808)은 실제로는 도 14 의 서브-타겟(802, 804)의 "앞(front)" 또는 "뒤(behind)"에 위치되거나, 또는 지면 안과 밖에 각각 위치될 것이다. 더 나아가, 이러한 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)은 하나의 층에 있고 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)은 하나의 다른 층에 있다. 즉, 도 14 에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상단 층에 있고, 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900) 아래의 단일 층에 있어서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각이 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 각각의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)과 적어도 부분적으로 오버레이한다.

도 14 의 예에서, 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상이한 프로세스 스택에 대해서 설계된다. 이러한 예에서, 서브-타겟(802)은 100 nm의 제 1 층(904)과 100 nm의 제 2 층(906)을 가지는 프로세스 스택에 대해 설계되고, 서브-타겟(804)은 100 nm의 제 1 층(904) 및 110 nm의 제 2 층(906)을 가지는 상이한 프로세스 스택에 대해 설계되며, 서브-타겟(806)은 110 nm의 제 1 층(904) 및 110 nm의 제 2 층(906)을 가지는 상이한 프로세스 스택에 대해 설계되고, 서브-타겟(808)은 120 nm의 제 1 층(904) 및 110 nm의 제 2 층(906)을 가지는 프로세스 스택에 대해 설계된다. 이해될 수 있는 것처럼, 상이한 프로세스 스택들의 조건은 이러한 예에서 사용되는 것들과 다를 수 있다. 예를 들어, 프로세스 조건은 층 두께 이외의 것일 수 있다. 다른 프로세스 조건은 굴절률, 층 재료, 에칭 레이트, 베이킹 온도, 노광 초점, 노광 도즈, 등을 포함할 수 있다. 더 나아가, 이러한 실시예에서 확장 동작 범위 계측 타겟(900)이 자신이 오버레이하는 연관된 확장 동작 범위 계측 타겟(902)과는 상이하게 설계되었지만(예를 들어, 도 14 에서, 확장 동작 범위 계측 타겟(902)에 있는 격자 라인은 세그멘트화된 반면에, 확장 동작 범위 계측 타겟(900)에 있는 격자 라인은 그렇지 않음), 확장 동작 범위 계측 타겟(900) 및 확장 동작 범위 계측 타겟(902)은 같을 수 있다. 더 나아가, 4 개의 상이한 프로세스 스택들이 도 14 에서 성공적으로 측정될 수 있는 반면에, 성공적으로 측정될 수 있는 상이한 개수의 프로세스 스택들이 존재할 수도 있다.

디자인의 차이의 관점에서, 이러한 차이는, 일 실시예에서, 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브-타겟(802, 804, 806, 808)의 다른 것 사이의 주기 구조체들의 피치의 차이이다. 일 실시예에서, 피치는 100 nm 내지 1000 nm의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 피쳐(예를 들어, 라인)에서의 차이 또는 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 것 사이의 주기 구조체들의 공간 폭이다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 것 사이의 주기 구조체의 피쳐의 세그먼트화(예를 들어, 실선이 아닌 파선)이다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 것 사이의 주기 구조체들의 바이어스(예를 들어, 양 및/또는 방향)에서의 차이이다. 일 실시예에서, 바이어스는 1 nm 내지 60 nm의 범위에서 선택된다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 물론, 바이어스가 반드시 필요한 것은 아니다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 위에 있는 확장 동작 범위 계측 타겟들 사이의 라인 또는 공간 폭의 차이(예를 들어, "상단 및 하단 CD"의 차이), 예를 들어 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나의 라인 또는 공간 폭은 위에 있는 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나의 라인 또는 공간 폭과 상이하다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 및 그들의 연관된 주기 구조체의 레이아웃의 차이이다. 일 실시예에서, 디자인의 차이는 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 것 사이의 측정 빔에 대한 최적 파장의 차이이다. 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각에 대해 동일한 파장 측정 레시피가 사용되는 경우, 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 각각의 서브-타겟에서 최소의 성능 손실을 가져오도록 최적화될 수 있다. 또는, 일 실시예에서, 복수 개의 서브-타겟들에 대해 다수의 파장이 사용될 수 있고 또는 파장은 서브-타겟에 인가되는 브로드밴드 방사선 밖으로 분리될 수 있다. 이해될 수 있는 것처럼, 디자인 파라미터의 조합이 사용될 수 있다.

그러므로, 일 실시예에서, 확장 동작 범위 계측 타겟(900, 902)은 제 1 예에서, 서브-타겟(802)의 특성을 가지는 프로세스 스택, 즉 100 nm의 제 1 층(904)과 100 nm의 제 2 층(906)을 가지는 프로세스 스택에 제공될 수 있다. 이에 상응하여, 그러한 확장 동작 범위 계측 타겟(900, 902)의 측정이 이루어지면, 서브-타겟(802)으로부터의 측정 결과는 해당 프로세스 스택에 대해 양호할 것이지만, 서브-타겟(804, 806, 및 808)으로부터의 측정 결과는 덜 양호할 것이다. 하지만, 편리하게, 동일한 확장 동작 범위 계측 타겟(900, 902)이 제 2 예에서, 서브-타겟(804)의 특성을 가지는 프로세스 스택, 즉 100 nm의 제 1 층(904)과 110 nm의 제 2 층(906)을 가지는 프로세스 스택에 제공될 수 있다. 이에 상응하여, 그러한 확장 동작 범위 계측 타겟(900, 902)의 측정이 이러한 상이한 프로세스 스택에서 이루어지면, 이러한 경우에 서브-타겟(804)으로부터의 측정 결과는 해당 프로세스 스택에 대해 양호할 것이지만, 서브-타겟(802, 806, 및 808)으로부터의 측정 결과는 덜 양호할 것이다.

측정 결과가 양호한지 여부를 결정하기 위해서, 하나 이상의 상이한 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어 전술된 제 1 예에서, 서브-타겟(804, 806, 및 808)들이 실질적으로 측정불가능하기 때문에 그들로부터는 아예 측정 결과가 나오지 않거나 매우 약한 측정 결과만이 나올 수 있다. 다른 예에서, 서브-타겟들 각각에 대해서 잔차(예를 들어, 오버레이 잔차)가 측정될 수 있고 서브-타겟들 중 하나에 대해서 더 낮거나 가장 낮은 잔차가 얻어지면 해당 서브-타겟으로부터의 측정 결과가 양호하다는 것을 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 동일한 파라미터(예를 들어, 오버레이)가 다른 프로세스에 의해 측정될 수 있다. 일 예로서, 파라미터의 값을 결정하기 위해서 전기적 테스트가 수행될 수 있으며, 전기적 테스트에 의해 측정된 것에 가장 가까운 값을 가지는 서브-타겟은 해당 서브-타겟으로부터의 측정 결과가 양호하다는 것을 나타낼 수 있다.

도 15 를 참조하면, 다중층 오버레이에 대한 복수 개의 서브-타겟을 가지는 확장 동작 범위 계측 타겟(1000, 1002)(도 13 의 디자인임)의 일 예를 사용하는 것이 도시된다. 용이하게 참조하게 하기 위해서, 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 도 15 에서 한 행으로 표시된다. 도 13 의 레이아웃으로부터 이해될 수 있는 것처럼, 도 15 의 서브-타겟(806, 808)은 실제로는 도 15 의 서브-타겟(802, 804)의 "앞(front)" 또는 "뒤(behind)"에 위치되거나, 또는 지면 안과 밖에 각각 위치될 것이다. 더 나아가, 이러한 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)은 하나의 층에 있을 수 있고 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)은 상이한 층에 있는 복수 개의 서브-타겟들 각각을 가진다. 즉, 도 15 에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상단 층에 있고, 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900) 아래의 상이한 층에 있어서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각이 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 각각의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)과 적어도 부분적으로 오버레이한다.

도 15 의 예에서, 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상이한 층에 대해서 설계된다. 이러한 예에서, 서브-타겟(802)은 상단 층 및 층(1010), 의 제 1 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되고, 서브-타겟(804)은 상단 층 및 층(1008)의 제 2 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되며, 서브-타겟(806)은 상단 층 및 층(1006)의 제 3 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되고, 서브-타겟(808)은 상단 층 및 층(1004)의 제 4 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계된다. 이러한 예에서 각각의 서브-타겟이 상이한 층-쌍을 측정하는 반면에, 일 실시예에서는, 두 개 이상의 서브-타겟들이 제 1 층-쌍을 측정할 수 있고 하나 이상의 다른 서브-타겟이 제 2 층-쌍을 측정할 수 있다. 더 나아가, 4 개의 상이한 층-쌍들이 도 15 에서 측정될 수 있는 반면에, 측정될 수 있는 상이한 개수의 층-쌍들이 존재할 수도 있다.

이러한 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 동일한 디자인을 가지고, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 디자인 측면에서 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)과 동일하다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 두 개 이상의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 상이한 층에 있는 있지만, 여전히 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900) 아래에 있다. 일 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 하나 이상의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상의 다른 것과는 상이한 디자인을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 확장 동작 범위 계측 타겟(900)의 하나 이상의 서브-타겟(802, 804, 806, 808)은 제 2 확장 동작 범위 계측 타겟(902)의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상과는 상이한 디자인을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 확장 동작 범위 계측 타겟 내의 서브-타겟(802, 804, 806, 808) 각각의 위치 때문에, 각각의 특정한 상이한 층-쌍에 대한 오버레이가 쉽게 이루어질 수 있다. 더욱이, 확장 동작 범위 계측 타겟이 각각의 상이한 층-쌍에 대한 서브-타겟(802, 804, 806, 808)을 가지기 때문에, 복수 개의 상이한 층-쌍의 측정은 하나의 측정 시퀀스에서 이루어질 수 있고, 예를 들어 상이한 층-쌍의 회절 정보 각각은 한 번에 캡쳐될 수 있다. 각각의 상이한 층-쌍의 측정된 오버레이 값을 별개로 사용하는 것 대신에 또는 이에 추가하여, 서브-타겟(802, 804, 806, 808)을 사용하는 측정들의 평균, 메디안 또는 다른 통계적 값이 프로세스 제어를 위해 사용될 수 있다. 이것은, 서브-타겟(802, 804, 806, 808)이 작기 때문에 그들 중 하나 이상의 특정한 신뢰도에 의심이들 경우에 유용할 수 있다. 통계적 값은 이상점(anomalies)을 제거하는 것을 도울 수 있다.

따라서, 확장 동작 범위 계측 타겟은, 예를 들어 프로세스 개발 페이즈 및 다중층 오버레이 측정 시에 계측 타겟과 함께 작업하는 새로운 방법을 열 수 있다. 진보된 노드(예를 들어 다중-패터닝(예를 들어, 이중 패터닝)을 위한 어렵고 변동하는 프로세스 및/또는 다수의 층이 있는 노드)에서, 디바이스 디자이너 및 제조사는 프로세스 스택을 동적으로 변경하고 및/또는 다수의 층을 사용하며, 이러한 계측이 제대로 작동할 것으로 기대한다. 따라서, 확장 동작 범위 계측 타겟은 계측 측정에 대해 프로세스 강건성을 향상시키고, 상대적으로 알려지지 않은 프로세스 스택에 대한 계측이 한 번에 성공할 가능성을 높일 수 있다. 예를 들어 확장 동작 범위 계측 타겟의 서브-타겟 각각 중 적어도 일부가 측정 스폿의 영역 내에 있다면 측정 속도의 이점이 실현될 수 있다. 그러하다면, 확장 동작 범위 계측 타겟은, 예를 들어 프로세스 조건이 알려지지 않을 수 있는 프로세스 스택 상에 한 번에 계측을 수행할 수 있는 가능성을 높인다. 더 나아가, 확장 동작 범위 계측 타겟은 다수의 층의 빠른 측정을 가능하게 하고 및/또는 타겟 "부동산", 패터닝 디바이스 제조 및/또는 쓰루풋의 관점에서 비용이 감소된 채로 프로세스 스택의 큰 변화를 처리할 수 있다. 그리고, 확장 동작 범위 계측 타겟은 현존하는 계측 장치를 사용하여 개발 및/또는 제작 사이트에서 사용될 수 있고 센서 하드웨어 변화가 필요하지 않을 수 있다.

일 실시예에서, 계측 타겟을 설계하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 계측 타겟은 기대되고 및/또는 측정이 필요한 상이한 프로세스 스택들에 적합해야 한다. 더 나아가, 계측 타겟은 통상적 프로세스 변동(상이한 프로세스 스택으로부터의 큰 차이와는 다른 것임)을 커버할 수 있어야 한다. 이에 상응하여, 일 실시예에서, 계측 타겟의 강건성을 보장하는 것을 돕도록 디자인 방법론이 채용된다. 즉, 자신의 연관된 주기 구조체를 포함하는 계측 타겟은 계산 및/또는 프로세스 스택 정보를 사용한 시뮬레이션에 의해 설계되어 계측 타겟의 강건성을 보장하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어 상이한 프로세스 스택에 대한 확장 동작 범위 계측 타겟에 대하여, 확장 동작 범위 계측 타겟의 각각의 서브-타겟의 강건성은 해당 서브-타겟과 연관된 특정한 다른 프로세스 스택과 연관된 기대된 통상적 프로세스 변동에 대해서 결정될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 모두 인쇄가능성과 검출가능성 관점에서 고려되는 그들의 적합성 및/또는 가능성을 확정하기 위해서 제안된 계측 타겟 디자인은 테스팅 및/또는 시뮬레이션을 겪을 수 있다. 상업 환경에서, 양호한 오버레이 마크 검출가능성이란 낮은 총 측정 불확정성과 짧은 이동-획득-이동 시간의 결합인 것으로 간주될 수 있는데, 이것은 획득이 느리게 이루어지면 생산 라인에 대한 총쓰루풋에 손해이기 때문이다. 현대의 마이크로-회절-기초-오버레이 타겟(μDBO)은 측면이 대략 10 내지 20 μm인데, 이것은 모니터 기판의 콘텍스트에서 사용되는 것들과 같은 40x160 μm² 타겟과 비교할 때 내재적으로 낮은 검출 신호를 제공한다.

또한, 위의 기준들을 만족시키는 계측 타겟이 선택되었으면, 검출가능성이 통상적 프로세스 변동, 예컨대 필름 두께 변동, 다양한 에칭 바이어스, 및 에칭 및/또는 연마 프로세스에 의하여 유도되는 기하학적 구조 비대칭성에 대해서 변동할 가능성이 있다. 그러므로, 다양한 프로세스 변동에 대한 낮은 검출가능성 변동과 낮은 오버레이/정렬 변동을 가지는 타겟을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 이와 유사하게, 이미징될 마이크로전자 디바이스를 생성하기 위해 사용되는 특정 머신의 지문(예를 들어 렌즈 수차를 포함하는 인쇄 특성)은, 일반적으로 계측 타겟의 이미징 및 생산에 영향을 줄 것이다. 그러므로, 일부 패턴이 특정 리소그래피 지문에 의해 더 많이 또는 더 적게 영향을 받을 것이기 때문에 계측 타겟이 지문 효과에 저항성을 가진다고 보장하는 것이 유용할 수 있다.

이에 상응하여, 일 실시예에서, 계측 타겟을 설계하기 위한 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 제안된 계측 타겟 디자인 중 하나 이상의 적합성 및/또는 가능성을 확정하기 위해서 다양한 계측 타겟 디자인을 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.

리소그래피 및 계측 타겟을 수반하는 제조 프로세스를 시뮬레이션하기 위해서, 주된 제조시스템 컴포넌트 및/또는 프로세스는, 예를 들어 도 16 에 도시된 바와 같은 다양한 기능성 모듈에 의해 설명될 수 있다. 도 16 을 참조하면, 기능성 모듈은, 계측 타겟(및/또는 마이크로전자 디바이스) 디자인 패턴을 규정하는 디자인 레이아웃 모듈(1300); 패터닝 디바이스 패턴이 타겟 디자인에 기초하여 어떻게 다각형으로 배치되는지를 규정하는 패터닝 디바이스 레이아웃 모듈(1302); 시뮬레이션 프로세스 중에 이용될 픽셀화된(pixilated) 및 연속-톤 패터닝 디바이스의 물리적 특징을 모델링하는 패터닝 디바이스 모델 모듈(1304); 리소그래피 시스템의 광학적 컴포넌트의 성능을 규정하는 광학적 모델 모듈(1306); 주어진 프로세스에서 사용되는 레지스트의 성능을 규정하는 레지스트 모델 모듈(1308); 후-레지스트 개발 프로세스(예를 들어, 에칭)의 성능을 규정하는 프로세스 모델 모듈(1310); 및 계측 타겟과 함께 사용되는 계측 시스템의 성능 그리고 따라서 계측 시스템 내에서 사용될 경우의 계측 타겟의 성능을 규정하는 계측 모듈(1312)을 포함할 수 있다. 시뮬레이션 모듈 중 하나 이상의 결과, 예를 들어 예측된 컨투어 및 CD가 결과 모듈(1314)에 제공된다.

조명 및 투영 광학기의 특성이 NA-시그마(σ) 셋팅 및 임의의 특정 조명 소스 형상을 포함하지만 이것으로 한정되는 것은 아닌 광학적 모델 모듈(1306)에서 캡쳐되는데, 여기에서 σ(또는 시그마)는 조명기의 외부 방사상 범위이다. 기판 상에 코팅된 포토레지스트 층의 광학적 특성-- 즉 굴절률, 필름 두께, 전파 및 편광 효과-도 광학적 모델 모듈(1306)의 일부로서 캡쳐될 수 있는 반면에, 레지스트 모델 모듈(1308)은, 예를 들어 기판 상에 형성된 레지스트 피쳐의 컨투어를 예측하기 위해서, 레지스트 노광, 후 노광 베이킹(PEB) 및 현상 중에 발생되는 화학적 프로세스의 영향을 기술한다. 패터닝 디바이스 모델 모듈(1304)은 패터닝 디바이스의 패턴 내에 타겟 디자인 피쳐가 어떻게 배치되는지를 캡쳐하고, 예를 들어 미국 특허 번호 제 7,587,704 에서 기술된 바와 같이 패터닝 디바이스의 상세한 물리적 특징의 표현을 포함할 수 있다. 시뮬레이션의 목적은, 예를 들어 에지 배치 및 CD를 정확하게 예측하는 것인데, 이들은 이제 타겟 디자인에 대하여 비교될 수 있다. 타겟 디자인은 일반적으로 선-OPC 패터닝 디자인 레이아웃으로서 정의되고, GDSII 또는 OASIS와 같은 표준화된 디지털 파일 포맷으로 제공될 것이다.

일반적으로, 광학적 모델 및 레지스트 모델 사이의 연결은 레지스트 층 내의 시뮬레이션된 공간상(aerial image) 세기인데, 이것은 기판 상으로의 방사선의 투영, 레지스트 인터페이스에서의 굴절 및 레지스트 필름 스택에서의 다수의 반사로부터 일어난다. 방사선 세기 배포(공간상 세기)는 광자의 흡수에 의해 잠재적인(latent) "레지스트상"으로 변하고, 이것은 확산 프로세스 및 다양한 로딩 효과에 의해 더욱 변경된다. 풀-칩 애플리케이션에 대해 충분히 고속인 효율적인 시뮬레이션 방법은 2-차원의 공간상(및 레지스트상)에 의해 레지스트 스택 내의 실제 3-차원의 세기 분포를 근사화한다.

따라서, 모델 공식은 전체 프로세스의 공지된 물리적 및 화학적 효과의 전부는 아니더라도 거의 모두를 기술하며, 모델 파라미터 각각은 바람직하게는 별개의 물리적 또는 화학적 효과에 대응한다. 따라서 모델 공식은 모델이 전체 제조 프로세스를 시뮬레이션하기 위해서 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 상한을 설정한다. 그러나, 가끔 모델 파라미터는 측정 및 읽기 오차 때문에 부정확할 수 있고, 시스템에는 다른 불완전성이 존재할 수 있다. 모델 파라미터를 정밀하게 캘리브레이션함으로써, 극히 정확한 시뮬레이션이 이루어질 수 있다.

제조 프로세스에서, 다양한 프로세스 파라미터가 변하면 디바이스 디자인을 충실하게 반영할 수 있는 적합한 타겟의 디자인에 크게 영향을 준다. 이러한 프로세스 파라미터는 측벽 각도(에칭 또는 현상 프로세스에 의해 결정됨), 굴절률(디바이스 층 또는 레지스트 층의 굴절률), 두께(디바이스 층 또는 레지스트 층의 두께), 입사 방사선의 주파수, 에칭 깊이, 층 틸트, 방사원에 대한 소멸 계수, 코팅 비대칭(레지스트 층 또는 디바이스 층에 대한 비대칭), 화학적-기계적 연마 프로세스 중의 마모 변화, 등을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.

계측 타겟 디자인은, 예를 들어 타겟 계수(TC), 스택 감도(SS), 오버레이 충격(OV), 또는 기타 등등과 같은 다양한 파라미터에 의해 특징지어질 수 있다. 스택 감도는 타겟(예를 들어, 격자) 층들 사이의 회절때문에 오버레이가 변경될 때 신호의 세기가 얼마나 변하는지의 측정치로서 이해될 수 있다. 타겟 계수는 측정 시스템에 의한 광자 수집의 변화의 결과인 특정한 측정 시간에 대한 신호-대-잡음 비의 측정치로서 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 계수는 광자 노이즈에 대한 스택 감도의 비율인 것으로도 간주될 수 있다; 즉, 신호(즉, 스택 감도)는 광자 노이즈의 측정으로 나누어져서 타겟 계수를 결정할 수 있다. 오버레이 영향은 타겟 디자인의 함수로서 오버레이 오차의 변화를 측정한다.

예를 들어 계측 시스템 시뮬레이션 또는 타겟 제조 프로세스 시뮬레이션(예를 들어, 리소그래피 프로세스를 사용해서 계측 타겟을 노광하는 것, 계측 타겟을 현상하는 것, 타겟을 에칭하는 것, 등을 포함함)에서 사용되기 위한 계측 타겟 디자인을 규정하는 컴퓨터-구현 방법이 본 명세서에 설명된다. 일 실시예에서, 타겟에 대한 하나 이상의 디자인 파라미터(예를 들어, 기하학적 치수)가 특정될 수 있고 더 나아가 하나 이상의 디자인 파라미터에 대해 이산 값 또는 값들의 범위가 특정될 수 있다. 더 나아가, 사용자 및/또는 시스템은, 예를 들어 타겟에 대해 소망되는 리소그래피 프로세스에 기초하여, 동일한 층 내에 또는 층들 사이에서 하나 이상의 디자인 파라미터(예를 들어, 피치와 공간 폭 사이의 관련성, 피치 또는 공간 폭의 한계, 피쳐(예를 들어, 라인) 폭(CD)과 피치 사이의 관련성(예를 들어, 피쳐 폭은 피치보다 적음), 비대칭 파라미터, 등)에 하나 이상의 제약을 부과할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 제약은 이산 값 또는 범위가 규정되는 대상인 하나 이상의 디자인 파라미터, 또는 하나 이상의 다른 디자인 파라미터에 부과될 수 있다.

도 17 은 일 실시예에 따라 계측 타겟 디자인을 규정하는 컴퓨터-구현 방법을 개략적으로 도시한다. 이러한 방법은 블록 B1 에서, 계측 타겟의 복수 개의 디자인 파라미터(예를 들어, 기하학적 치수) 각각에 대한 범위 또는 복수 개의 값을 제공하는 것을 포함한다.

일 실시예에서, 계측 타겟 디자인 시스템의 사용자는 계측 타겟에 대한 디자인 파라미터(예를 들어, 기하학적 치수) 중 하나 이상을 규정할 수 있다. 일 예로서, 사용자는 확장 동작 범위 계측 타겟이 필요하다고 규정할 수 있고, 더 나아가 확장 동작 범위 계측 타겟의 서브-타겟들의 개수를 규정할 수 있다. 더 나아가, 일 실시예에서, 사용자는 자신의 하나 이상의 주기 구조체와 같은 계측 타겟의 디자인 파라미터 중 하나 이상의 각각에 대한 이산 값 또는 값들의 범위를 규정(예를 들어 선택)할 수 있다. 확장 동작 범위 계측 타겟에 대한 일 예로서, 사용자는 확장 동작 범위 계측 타겟의 하나 이상의 서브-타겟의 디자인 파라미터, 및 서브-타겟들의 하나 이상의 주기 구조체 각각에 대한 이산 값 또는 값들의 범위를 규정(예를 들어 특정)할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 계측 타겟에 대한 피쳐(예를 들어, 라인) 폭, 공간 폭, 계측 타겟의 크기, 피치, 등에 대한 범위 또는 값들의 세트를 선택할 수 있다. 계측 타겟이 다수의 주기 구조체(예를 들어, 격자), 또는 세그멘트화된 주기 구조체(예를 들어, 격자)를 포함하는 일 실시예에서, 사용자는 다른 디자인 파라미터, 예를 들어 공유된 피치에 대한 범위 또는 값들의 세트를 선택하거나 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 디자인 파라미터는: 타겟의 주기 구조체의 피치, 타겟의 주기 구조체 피쳐(예를 들어, 라인) 폭, 타겟의 주기 구조체 공간 폭, 주기 구조체의 피쳐의 하나 이상의 세그먼트화 파라미터(세그먼트화 타입에 따라 X 및/또는 Y 방향에서의 세그먼트화 피치/피쳐 폭/공간 폭)로부터 선택된 임의의 하나 이상의 기하학적 치수를 포함할 수 있다. 더 나아가, 파라미터들은 단일 층 또는 복수 개의 층(예를 들어, 두 개의 층 또는 두 개의 층 더하기 중간의 차폐 층)에 대해서 규정될 수 있다. 복수 개의 층들의 경우, 이들은 피치를 공유할 수 있다. 어떤 계측 타겟, 예를 들어 초점 또는 정렬 타겟의 경우, 다른 파라미터가 사용될 수 있다. 다른 디자인 파라미터는: 타겟에 대한 계측 시스템에서 사용되는 방사선의 파장, 계측 시스템에서 사용되는 방사선의 편광, 계측 시스템의 애퍼쳐, 타겟 타입, 및/또는 프로세스 파라미터로부터 선택된 하나 이상과 같은 물리적 제한사항일 수 있다. 일 실시예에서, 불균일하고 비-대칭적인 패턴, 예를 들어 변조된 오버레이 타겟 및 초점 타겟이 제공될 수 있다. 따라서, 디자인 파라미터는 변동될 수 있고 특정 방향에서 반드시 균일해야 하는 것은 아니다.

블록 B2 에서, 계측 타겟의 하나 이상의 디자인 파라미터에 대한 하나 이상의 제약이 제공된다. 또는, 사용자는 하나 이상의 제약을 규정할 수 있다. 제약은 선형 대수 표현식일 수 있다. 일 실시예에서, 제약은 비선형일 수 있다. 일부 제약은 다른 제약과 관련될 수 있다. 예를 들어 피쳐 폭, 피치 및 공간 폭은, 세 개 중 임의의 두 개를 알면 나머지도 완전하게 결정될 수 있도록 관련된다.

일 실시예에서, 사용자는 계측 타겟의 면적, 치수, 또는 양자 모두를 규정할 수 있다. 확장 동작 범위 계측 타겟의 경우, 사용자는 서브-타겟의 개수에 대한 제약을 규정할 수 있다.

일 실시예에서, 제약은 계측 파라미터 제약일 수 있다. 예를 들어, 일부 계측 시스템에서는 시스템의 물리학적 성질이 제약을 대신할 수 있다. 예를 들어, 시스템에서 사용되는 방사선의 파장이 타겟 디자인의 피치, 예를 들어 하한을 제약할 수 있다. 일 실시예에서, 파장, 타겟의 타입 및/또는 계측 시스템의 애퍼쳐의 함수로서 피치에는 상한(하한)이 존재한다. 제약으로서 사용될 수 있는 물리적 제한사항은: 계측 시스템에서 사용되는 방사선의 파장, 계측 시스템에서 사용되는 방사선의 편광, 계측 시스템의 개구수, 및/또는 타겟 타입으로부터 선택된 하나 이상과 같은 물리적 제한사항을 포함한다. 일 실시예에서, 제약은 프로세스 파라미터 제약(예를 들어, 에칭 타입, 현상 타입, 레지스트 타입, 등에 의존하는 제약)일 수 있다. 일 실시예에서, 제약은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 비대칭 파라미터일 수 있다.

사용되는 특정 프로세스에 따라서, 일 실시예에서는, 하나 이상의 제약은 하나의 층의 디자인 파라미터(예를 들어, 기하학적 치수)와 및 다른 층의 디자인 파라미터(예를 들어, 기하학적 치수) 사이의 제약에 관련될 수 있다.

블록 B3 에서는, 프로세서에 의하여, 이러한 방법이, 하나 이상의 제약을 만족시키는 하나 이상의 디자인 파라미터를 가지는 복수 개의 계측 타겟 디자인을 풀어내거나 디자인 파라미터에 대한 범위 또는 복수 개의 값들 내에서의 샘플링에 의해서 선택한다. 예를 들어, 문제 풀이(solving)를 수반하는 실시예에서, 하나 이상의 잠재적인 계측 타겟 디자인에 대해 풀어낼 수 있다. 즉, 하나 이상의 잠재적인 계측 디자인은, 예를 들어 특정 값에 대해 풀어내기 위한 하나 이상의 등식 제약을 사용해서 허락된 값들을 풀어냄으로써 유도될 수 있다. 예를 들어, 샘플링을 수반하는 실시예에서, 볼록 다면체(polytope)가 다양한 디자인 파라미터 및 제약에 의해 규정될 수 있다. 볼록 다면체의 부피는 하나 이상의 규칙에 따라 샘플링되어 모든 제약을 만족시키는 샘플 계측 타겟 디자인을 제공할 수 있다. 하나 이상의 샘플링 규칙이 샘플 계측 타겟 디자인에 적용될 수 있다.

그러나, 이렇게 해서 발견된 계측 타겟 디자인 모두가 프로세스 변화를 동일하게 대표하는 것은 아니라는 점에 주의한다. 이를 고려하여, 일 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 방법을 사용하여 발견된 계측 타겟 디자인은 블록 B4 에서 더욱 시뮬레이션되어, 예를 들어 계측 타겟 디자인들 중 하나 이상의 가능성 및/또는 적합성을 결정할 수 있다. 그러면, 시뮬레이션된 계측 타겟 디자인은 블록 B5 에서 예를 들어 키 성능 인덱스 또는 강건성 기준들에 의해 하나 이상의 계측 타겟 디자인의 순서를 매김으로써 이들 중 어느 것이 프로세스 변화에 대해 최적이거나 잘 표현하는지를 식별할 수 있다. 블록 B6 에서, 특정 계측 디자인이 선택되고, 예를 들어 측정을 위해 사용될 수 있다.

도 18 은 성능을 모니터링하고, 계측을 제어하기 위한 기초로서 디자인 및/또는 생산 프로세스를 모니터링하기 위해 계측 타겟이 사용되는 프로세스를 예시하는 흐름도를 보여준다. 단계 D1 에서, 기판은 처리되어 본 명세서에서 설명된 바와 같은 제품 피쳐 및 하나 이상의 계측 타겟을 생성한다. 단계 D2 에서, 리소그래피 프로세스 파라미터(예를 들어, 오버레이) 값이, 예를 들어 도 6 의 방법을 사용하여 측정되고 계산되며, 선택적으로 비대칭 파라미터를 사용하여 정정된다. 단계 D3 에서, 측정된 리소그래피 프로세스 파라미터(예를 들어, 오버레이) 값은(이용가능할 수 있는 다른 정보와 함께) 계측 레시피를 업데이트하기 위하여 사용될 수 있다. 업데이트된 계측 레시피는 리소그래피 프로세스 파라미터의 재측정을 위하여, 및/또는 후속 처리된 기판 상의 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위하여 사용된다. 이러한 방식으로, 계산된 리소그래피 프로세스 파라미터의 정확도가 개선된다. 업데이트 프로세스는 필요한 경우 자동화될 수 있다. 단계 D4 에서, 리소그래피 프로세스 파라미터 값은 추가적인 기판의 재작업 및/또는 처리를 위해 디바이스 제조 프로세스 내의 리소그래피 패터닝 단계 및/또는 다른 프로세스 단계를 제어하는 레시피를 업데이트하기 위해 사용된다. 다시 말하건대 이러한 업데이트는 필요한 경우 자동화될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 계측 타겟의 실시예가 거의 오버레이 측정의 관점에서 기술되었지만, 본 명세서에서 설명되는 계측 타겟의 실시예는 하나 이상의 추가적이거나 대안적인 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 계측 타겟은 노광 도즈 변화를 측정하고, 노광 초점/디포커스를 측정하는 등을 위해서 사용될 수 있다.

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 디바이스는 격자와 유사한 정규의 주기 구조체를 가진다. 본 명세서에서 사용될 때 타겟의 격자 또는 주기 구조체라는 용어는 격자 또는 주기 구조체가 수행되는 중인 측정에 대하여 특정하게 제공되었을 것을 요구하지 않는다. 더 나아가, 계측 타겟의 피치 P는 측정 툴의 광학계의 해상도 한계에 가깝지만, 타겟부(C) 내에서 리소그래피 프로세스에 의해 제조되는 통상적 제품 피쳐의 치수보다는 훨씬 클 수 있다. 실무상, 오버레이 주기 구조체의 피쳐 및/또는 공간은 제품 피쳐와 유사한 치수인 더 작은 구조체를 포함하도록 제조될 수 있다.

기판 및 패터닝 디바이스에서 실현되는 바와 같은 타겟의 물리적 구조와 연관하여, 일 실시예는 타겟 디자인을 기술하고, 기판에 대한 타겟을 디자인하는 방법을 기술하며, 기판에 타겟을 생성하는 방법을 기술하고, 기판 상의 타겟을 측정하기 위한 방법을 기술하며 및/또는 측정을 분석하여 리소그래피 프로세스에 대한 정보를 획득하는 방법을 기술하는, 머신-판독가능 명령 및/또는 기능적 데이터의 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 장치가 이미 생산되고 및/또는 사용되고 있는 경우, 본 발명은 프로세서가 본 명세서에서 기술된 방법 중 하나 이상을 수행하게 하기 위한 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다. 이러한 프로그램은 선택적으로 광학계, 기판 지지대 등을 제어하여, 복수 개의 적합한 타겟에 수행되는 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법을 수행하도록 구현될 수 있다. 이러한 프로그램은 추가적인 기판의 측정을 위한 리소그래피 및/또는 계측 레시피를 업데이트할 수 있다. 이러한 프로그램은 추가적인 기판의 패터닝 및 처리를 위해 리소그래피 장치를 제어(직접적으로 또는 간접적으로)하도록 구현될 수 있다.

본 명세서의 실시예들이 오버레이를 측정하기 위한 계측 타겟을 강조했지만, 본 명세서의 상세한 설명은 적합하게 수정되면, 예를 들어 정렬 마크를 사용한 리소그래피 장치 내의 기판 및/또는 패터닝 디바이스 정렬에도 역시 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 정렬 마크에 대한 구조적 비대칭 오프셋 K _os는 정렬 센서를 사용하여 직접적으로 측정될 수 있고, 이제 정렬 스택의 모델이 구조적 비대칭에 기인한 정렬의 K _os 및 위치 오프셋 X _os 사이의 스케일 인자를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 정렬 측정을 위한 적합한 레시피가 결정될 수 있다.

더 나아가, 본 명세서에서 실시예들은, 예를 들어 중첩하는 주기 구조체의 위치를 회절된 차수들로부터의 세기로부터 측정하는 회절-기초 계측법에 관련하여 기술되어 왔다. 그러나, 본 명세서의 실시예는 필요한 경우 적합하게 변경되어, 예를 들어 층 1 내의 타겟 1 로부터 층 2 내의 타겟 2 까지의 상대 위치를 타겟의 고품질 이미지를 사용해서 측정하는 이미지-기초 계측법에도 적용될 수 있다. 보통 이러한 타겟은 주기 구조체 또는 "박스"(박스-인-박스(BiB))이다.

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 "빔"이라는 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 "렌즈"라는 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 발명 실시예들의 전반적인 특성을 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 적응시킬 수 있게 한다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 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 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims

타겟의 구조적 비대칭의 타입을 상기 타겟의 측정된 값으로부터 결정하는 단계; 및
비대칭 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 비대칭 파라미터는, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 포함하는, 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 비대칭 파라미터는, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋과 관련시키는 스케일 인자를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟의 구조적 비대칭의 타입을 결정하는 단계는, 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 오버레이의 값 또는 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값을 광학적 측정의 파라미터의 함수로서 평가하는 단계를 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 광학적 측정의 파라미터는 광학적 측정의 측정 빔의 파장 및 편광 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 평가하는 단계는, (i) 결정된 값, 또는 상기 결정된 값을 나타내는 구성물(construct), 및 (ii) 광학적 측정의 파라미터의 함수로서의 상기 오버레이 또는 상기 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값들의 하나 이상의 지문 세트, 또는 값들의 지문 세트를 나타내는 하나 이상의 지문 구성물- 각각의 지문 세트 또는 지문 구성물은 상이한 타입의 비대칭을 나타냄- 사이의 근사(fit)를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도를 분석하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 감도를 분석하는 단계는, 상기 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도의 최소값에 대한 광학적 측정의 파라미터의 값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 광학적 측정의 파라미터는 광학적 측정의 측정 빔의 파장 및 편광 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 분석하는 단계는 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟은 오버라잉(overlying) 주기 구조체를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 규정된 비대칭에 대해 제로의 측방향 천이로 설정된 오버라잉 주기 구조체의 광학적 측정의 시뮬레이션을 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은, 시뮬레이션으로부터, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값 및 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋의 값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 비대칭 파라미터에 기초하여, 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 상기 타겟의 오버레이 또는 정렬 값을 정정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
타겟의 측정된 값으로부터 결정되는 상기 타겟의 구조적 비대칭의 타입과 연관된 비대칭 파라미터의 값을 결정하도록, 상기 타겟의 광학적 측정의 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및
상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도를 분석하는 단계를 포함하는, 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 비대칭 파라미터는, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋과 관련시키는 스케일 인자를 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 타겟 형성 파라미터의 변화에 대한 상기 비대칭 파라미터의 감도의 최소값에 대한 광학적 측정의 파라미터의 값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 광학적 측정의 파라미터는 광학적 측정의 측정 빔의 파장 및 편광 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 분석하는 단계는 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 타겟은 오버라잉(overlying) 주기 구조체를 포함하는, 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 시뮬레이션을 수행하는 단계는, 규정된 비대칭에 대해 제로의 측방향 천이로 설정된 오버라잉 주기 구조체의 광학적 측정의 시뮬레이션을 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 방법은, 시뮬레이션으로부터, 상기 타겟을 이용한 측정 및 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋의 값을 결정하기 위해 사용되는, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 오버레이의 값 또는 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋의 값을 광학적 측정의 파라미터의 함수로서 평가하여, 상기 타겟의 구조적 비대칭의 타입을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 비대칭 파라미터에 기초하여, 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 상기 타겟의 오버레이 또는 정렬 값을 정정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
타겟에 의해 회절되는 방사선의 측정된 파라미터를 사용하여 상기 타겟의 구조적 비대칭 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 타겟과 연관된 타겟 형성 파라미터의 변화에 대해 감도가 가장 낮은 구조적 비대칭 파라미터에 기초하여 상기 타겟의 측정 빔의 특성을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 구조적 비대칭 파라미터는, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 포함하는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 방법은,
측정 빔의 특성을 사용하여 상기 타겟을 측정하는 단계 및
상기 구조적 비대칭 파라미터에 기초하여, 상기 측정 빔의 특성을 사용하여 상기 타겟의 측정으로부터 결정된 상기 타겟의 오버레이 또는 정렬 값을 정정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
상기 구조적 비대칭 파라미터는, 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 위치 오프셋을 상기 타겟을 이용한 측정의, 비대칭에 기인한 프로세스-의존형 스케일 인자 오프셋과 관련시키는 스케일 인자를 포함하는, 방법.
제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
상기 측정 빔의 특성은 측정 빔의 파장 및 편광 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 방법.
디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서,
제 1 항의 방법을 사용하여 적어도 하나의 회절 측정 타겟을 평가하는 단계, 및
상기 방법의 결과에 따라 하나 이상의 기판에 대한 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
제 29 항에 있어서,
적어도 하나의 회절 측정 타겟은 적어도 하나의 기판 상에 디바이스 패턴의 일부로서 또는 디바이스 패턴 이외에 형성되는 것이고, 상기 방법의 결과에 따라 후속 기판들에 대해 리소그래피 프로세스를 제어하는, 디바이스 제조 방법.
컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 비일시적 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서,
프로세서가 제 1 항에 청구된 바와 같은 방법을 수행하게 하는 머신-판독가능 명령을 저장하는, 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 비일시적 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
기판 상의 회절 측정 타겟에 빔을 제공하고 상기 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하여 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정하도록 구성되는 검사 장치; 및
제 31 항의 비일시적 컴퓨터 판독가능 기록 매체를 포함하는, 시스템.
제 32 항에 있어서,
상기 시스템은, 방사선 빔을 변조하도록 패터닝 디바이스를 홀딩하도록 구성되는 지지 구조체 및 변조된 빔을 방사선 감응 기판 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학계를 더 포함하는, 시스템.