KR102109060B1 - 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 이러한 방법에서 사용하기 위한 기판 및 패터닝 디바이스 - Google Patents

Abstract

기판은 리소그래피 프로세스에 의해 그 위에 형성된 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 포함한다. 각각의 타겟 구조체는 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 기판 상의 단일 재료층 내에 형성되는 2-차원 주기적 구조체를 포함하는데, 제 1 타겟 구조체 내에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대해서, 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐의 공간 주기의 절반에 가까운 제 1 바이어스 양만큼 변위되고, 제 2 타겟 구조체 내에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대해서, 상기 공간 주기의 절반에 가깝고 제 1 바이어스양과 상이한 제 2 바이어스 양만큼 변위된다. 제 1 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼 및 제 2 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼이 획득되고, 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정이 제 1 및 제 2 타겟 구조체의 산란 스펙트럼들에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 측정으로부터 유도된다.

Description

리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 이러한 방법에서 사용하기 위한 기판 및 패터닝 디바이스

본 발명은 리소그래피 기법을 사용하여 반도체 디바이스와 같은 제품을 제조

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 특정 패턴 및 재료 조성물을 각각 포함하는 다수의 층이 도포되어 마감된 제품의 기능성 디바이스 및 상호연결을 형성한다.

현재의 프로세스와 차세대 프로세스는 리소그래피 장치에 의해 직접적으로 인쇄될 수 있는 것보다 훨씬 작은 치수를 가지는 디바이스 피쳐를 생성하기 위해서 흔히 소위 다중 패터닝 기법에 의존한다. 자기 자신의 마스크 또는 레티클을 각각 가지는 다중 패터닝 단계가 수행되어 기판 상의 단일층 내에 요구되는 디바이스 패턴을 형성한다. 다중 패터닝의 그 외의 많은 예들이 알려져 있다. 일부 프로세스에서, 정규의 그리드 구조체가 요구되는 디바이스 패턴에 대한 기초로서 형성된다. 그러면 회로-특유 마스크 패턴을 사용하여, 그리드 구조체를 형성하는 선들이 특정 위치에서 절삭되어 선분을 개별 세그먼트로 분리한다. 그리드 구조체는, 수 십 나노미터 또는 심지어 십 몇 나노미터의 피치를 가지면서 치수가 극도로 정밀할 수 있다.

리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 기판의 두 개의 층들의 정렬 정확도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 제작된 디바이스의 최종 성능은 그리드 구조체에 대한 절삭 마스크의 포지셔닝 정확도와 치수결정에 따라 크게 달라진다. (이러한 콘텍스트에서 절삭 마스크란 그리드 구조체가 기능성 회로를 형성하도록 수정되는 회로-특유 위치를 규정하는 것이다.) 오버레이 오차가 있으면 절삭 또는 다른 수정이 잘못된 위치에서 일어날 수 있다. 치수(CD) 오차가 있으면 절삭이 너무 크게, 또는 너무 작게 이뤄질 수 있다(극단적인 경우, 잘못하여 이웃하는 그리드 라인을 절삭하거나, 의도된 그리드 라인을 완전하게 절삭하지 못함).

리소그래피 프로세스의 다른 성능 파라미터도 역시 관심 대상일 수 있는데, 예를 들어 광학적 리소그래피에서는 초점 및 노광 도즈의 파라미터도 역시 측정할 필요가 있을 수 있다.

그러나, 현대의 제품 구조체의 치수는 너무 작아서 광계측 기법으로는 이미징될 수 없다. 예를 들어, 작은 피쳐에는 다수의 패터닝 프로세스, 및 피치-복제에 의해 형성되는 것들이 있다. (이러한 용어들은 상세히 후술된다.) 사실상, 이러한 구조체들은 그들을 "볼 수(see)" 없는 전통적인 계측 기법의 경우에는 너무 작다. 그러므로, 대량 계측을 위해 사용되는 타겟은, 그 오버레이 오차 또는 임계 치수가 관심 대상 특성인 제품 보다 훨씬 큰 피쳐를 흔히 사용한다.

스캐닝 전자 현미경이 현대 제품 구조체를 해상할 수 있지만, 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 측정하면 광학적 측정보다 시간이 훨씬 많이 걸릴 뿐만아니라 비용도 많이 든다.

발명자들은, 제품 구조체와 유사한 치수와 처리를 가지는 구조체에, 이러한 구조체에 의해 산란되는 0차 광을 사용하여 계측을 수행하는 것이 가능하다는 것을 인식했다.

본 발명의 제 1 양태에서 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서, 상기 리소그래피 프로세스는 두 개 이상의 리소그래피 단계를 사용하여 2-차원 주기적 제품 구조체를 단일 재료층 내에 형성하기 위한 것이고, 상기 방법은, 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 각각의 타겟 구조체는 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 기판 상의 단일 재료층 내에 형성된 2-차원 주기적 구조체를 포함하고, 제 1 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐의 공간 주기의 절반에 가까운 제 1 바이어스 양만큼 변위되고, 제 2 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 상기 공간 주기의 절반에 가깝고 제 1 바이어스 양과 상이한 제 2 바이어스 양만큼 변위됨 -; 제 1 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼 및 제 2 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및 제 1 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭 및 제 2 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법이 제공된다.

일부 실시예들에서, 각각의 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계는,

상기 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 것; 및

상기 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 방사선을 사용하여 상기 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 것을 포함한다.

각각의 타겟 구조체의 공간 주기는 상기 타겟 구조체를 조명하기 위하여 사용되는 방사선의 파장보다 실질적으로 짧다.

상기 방법은, 상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼들에 있는 비대칭의 세기 및 선형성을 최적화하도록, 이용가능한 파장의 범위로부터 방사선의 파장을 선택하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예들에서, 상기 파라미터를 유도하는 단계는, 제 1 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭, 제 2 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭 및 제 1 바이어스 양 및 제 2 바이어스 양의 지식을 사용하여, 상기 제품 구조체에 관련된 오버레이 오차의 측정을 계산하는 것을 포함한다.

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 포함할 수 있고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 2차원 주기적 배치에서 주기적으로 이격되는 위치에 있는 상기 그리드 구조체의 수정(modification)을 포함할 수 있다.

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 더 포함할 수 있고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 상기 그리드 구조체의 요소들 내에 절삭부(cut)를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는, 제 1 및 제 2 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체의 피쳐를 형성하기 위해 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계가 사용된 후에, 에칭 및/또는 증착 프로세스에 의해 형성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제품 구조체는, 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 동일한 기판 상의 다른 곳에 있는 동일한 재료층 내에 형성될 수 있고, 상기 제품 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐는, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐에 대하여 임의의 바이어스 양만큼 변위되지 않는다.

본 발명은, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한 기판으로서, 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 포함하고, 각각의 타겟 구조체는 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 단일 재료층 내에 형성된 2-차원 주기적 구조체를 형성하며,

제 1 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐의 공간 주기의 절반에 가까운 제 1 바이어스 양만큼 변위되고,

제 2 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 상기 공간 주기의 절반에 가깝고 제 1 바이어스 양과 상이한 제 2 바이어스 양만큼 변위되는, 기판을 더 제공한다.

본 발명은 위에 진술된 본 발명의 방법에서 사용되기 위한 계측 장치를 더 제공한다.

일부 실시예들에서, 상기 계측 장치는,

제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체가 그 위에 형성된 바 있는 기판을 위한 지지대;

각각의 타겟 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 상기 타겟 구조체의 적어도 0차 방사선을 수집하기 위한 광학 시스템;

상기 0차 방사선을 사용하여 각각의 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하기 위한 검출기; 및

상기 제 1 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼 및 상기 제 2 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼의 비대칭을 사용하여, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.

본 발명은, 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및

상기 리소그래피 장치를 적어도 부분적으로 사용하여 형성된 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 사용하여 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한, 본 발명에 따르는 전술된 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 시스템을 더 제공한다.

본 발명은, 적합한 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가 본 발명에 따른 전술된 방법의 유도하는 단계를 수행하게 하는 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 더 제공한다.

본 발명은, 제품 구조체가 형성된 바 있는 기판 상의 오버레이 오차를 결정하는 방법으로서, 상기 제품 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 바 있는 제 1 제품 피쳐 및 제 2 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 바 있는 제 2 제품 피쳐를 포함하고, 상기 오버레이 오차는 상기 제 1 제품 피쳐와 제 2 제품 피쳐 사이의 위치 편차를 포함하며, 상기 방법은,

기판 상에 제 1 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 상기 제 1 타겟 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 제 1 타겟 피쳐 및 제 2 리소그래피 단계에 의해 형성된 제 2 타겟 피쳐를 포함하고, 상기 제 1 타겟 피쳐와 제 2 타겟 피쳐 사이의 위치 관련성은 제 1 바이어스 값 및 오버레이 오차에 따라 달라짐 -;

기판 상에 제 2 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 상기 제 2 타겟 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 제 3 타겟 피쳐 및 제 2 리소그래피 단계에 의해 형성된 제 4 타겟 피쳐를 포함하고, 상기 제 3 타겟 피쳐와 제 4 타겟 피쳐 사이의 위치 관련성은 제 2 바이어스 값 및 오버레이 오차에 따라 달라짐 -;

상기 제 1 타겟 구조체로부터 회절된 0차 방사선을 사용하여 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 단계;

상기 제 2 타겟 구조체로부터 회절된 0차 방사선을 사용하여 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 단계; 및

상기 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼 및 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼에서 관찰되는 비대칭 및 상기 제 1 바이어스 값 및 제 2 바이어스 값의 지식에 기초하여 상기 오버레이 오차의 측정을 계산하는 단계를 포함하는, 오버레이 오차 결정 방법을 더 제공한다.

본 발명의 다른 양태, 특징 및 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.

이제, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시에 의하여 설명될 것이다:
도 1 은 반도체 디바이스용 생산 설비를 제조하는 다른 장치와 함께 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른, 각도-분해 산란 스펙트럼을 캡쳐하도록 구성되는 산란계를 도시한다;
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 타겟 구조체를 도시한다;
도 4 는 도 3 의 타겟 구조체를 형성함에 있어서, 기판에 패턴을 도포할 때에 사용되는 패터닝 디바이스의 세트의 일부를 개략적으로 도시한다;
도 5a 내지 도 5c 는 공지된 다중 패터닝 프로세스에서의 스테이지들을 개략적으로 도시한다;
도 6a 내지 도 6c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 패터닝 프로세스에서 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 형성할 때의 스테이지들을 예시한다;
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법의 흐름도이다;
도 8 은 오버레이를 측정하는 종래의 방법의 원리를 개략적으로 예시한다;
도 9 는 예시적인 타겟 구조체로부터 산란된 방사선의 상이한 파장에 대한, 오버레이에 대한 비대칭의 시뮬레이션된 변동을 예시한다; 그리고
도 10 은 상이한 오버레이 값을 가지는, 예시적인 타겟 구조체의 산란 스펙트럼들에 있는 비대칭의 시뮬레이션된 퓨필 이미지를 도시한다.

본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1 은 대량의 리소그래피 제조 프로세스를 구현하는 산업 생산 설비의 일부로서, 리소그래피 장치(LA)를 200 에서 도시한다. 제공된 예에서, 제조 프로세스는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 반도체 제품(집적 회로)을 제조하기 위해 적응된다. 상이한 타입의 기판을 이러한 프로세스를 변형하여 처리함으로써 매우 다양한 제품이 제조될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 반도체 제품의 생산은 오늘날 상업적으로 매우 중요한 일 예로서만 사용된다.

리소그래피 장치(또는 간략히 "리소 툴(200)") 내에는 202 에 측정 스테이션(MEA)이 도시되고, 204 에 노광 스테이션(EXP)이 도시된다. 제어 유닛(LACU)은 206 에 도시된다. 이러한 예에서, 각각의 기판은 패턴이 적용되게 하기 위해 측정 스테이션 및 노광 스테이션에 진입한다. 광학적 리소그래피 장치에서, 컨디셔닝된 방사선 및 투영 시스템을 사용하여 패터닝 디바이스(MA)로부터 기판 상에 제품 패턴을 전사하기 위해서 예를 들어 투영 시스템이 사용된다. 이것은 패턴의 이미지를 방사선-감응 레지스트 재료의 층에 형성함으로써 이루어진다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 패터닝 디바이스(MA)는 마스크 또는 레티클일 수 있고, 이것은 패터닝 디바이스에 의해 투과되거나 반사된 방사선 빔에 패턴을 부여한다. 알려진 동작 모드는 스테핑 모드 및 스캐닝 모드를 포함한다. 잘 알려진 바와 같이, 투영 시스템은 기판에 대한 지지 및 포지셔닝 시스템 및 패터닝 디바이스와 다양한 방식으로 협동하여 원하는 패턴을 기판에 걸친 많은 타겟 부분에 적용시킬 수 있다. 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 고정된 패턴을 가지는 레티클 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사선은 심자외선(DUV) 또는 극자외(EUV) 파대역에 있는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 본 발명은 다른 타입의 리소그래피 프로세스, 예를 들어 전자 빔에 의한, 예를 들어 임프린트 리소그래피 및 다이렉트 라이팅(direct writing) 리소그래피에도 역시 적용가능하다.

리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 다양한 액츄에이터 및 센서의 모든 이동 및 측정을 제어하여, 기판(W) 및 레티클(MA)을 수용하고 패터닝 동작을 구현한다. LACU는 장치의 동작과 관련된 원하는 계산을 구현하는 신호 처리와 데이터 처리 능력을 더 포함한다. 실무상, 제어 유닛(LACU)은, 이러한 장치 내의 서브시스템 또는 컴포넌트의 실시간 데이터 획득, 처리 및 제어를 각각 처리하는 많은 서브유닛들의 시스템으로서 구현될 것이다.

패턴이 노광 스테이션(EXP)에서 기판에 적용되기 전에, 기판은 측정 스테이션(MEA)에서 처리되어 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있게 한다. 준비 단계는 레벨 센서를 사용하여 기판의 표면 높이를 매핑하는 것과 정렬 센서를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 공칭적으로, 정렬 마크는 규칙적인 그리드 패턴으로 배치된다. 그러나, 마크를 생성할 때 생기는 부정확성과 처리되는 동안 발생하는 기판의 변형 때문에, 마크들은 이상적인 그리드로부터 벗어나게 된다. 결과적으로, 이러한 장치가 제품 피쳐를 매우 높은 정확도로 올바른 위치에 인쇄하려면, 기판의 위치 및 배향을 측정하는 것에 추가하여, 실무상 정렬 센서는 기판 면적에 걸쳐 많은 마크의 위치를 자세하게 측정해야 한다. 이러한 장치는 두 개의 기판 테이블을 가지는 소위 듀얼 스테이지 타입일 수 있고, 각 테이블에는 제어 유닛(LACU)에 의해 제어되는 포지셔닝 시스템이 있다. 노광 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션(EXP)에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션(MEA)에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있어서, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 그러므로, 정렬 마크를 측정하는 것은 시간이 많이 걸리는 작업이고, 두 개의 기판 테이블을 제공하면 장치의 쓰루풋이 크게 증가하게 될 수 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 이러한 스테이션 양자 모두에서의 기판 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입일 수 있다.

생산 설비 내에서, 장치(200)는, 이러한 장치(200)에 의한 패터닝을 위해서 감광성 레지스트 및 다른 코팅을 기판(W)에 적용시키기 위한 코팅 장치(208)를 역시 포함하는 "리소 셀" 또는 "리소 클러스터"의 일부를 형성한다. 장치(200)의 출력측에는, 노광된 패턴을 물리적 레지스트 패턴으로 현상하기 위해서 베이킹 장치(210) 및 현상 장치(212)가 제공된다. 이러한 장치들 모두 사이에서, 기판 핸들링 시스템은 기판을 지지하고 이들을 장치의 일부에서 다른 부분으로 전달하는 것을 담당한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다. 감독 제어 시스템(SCS)은 각각의 패터닝된 기판을 생성하기 위해 수행될 단계들의 정의를 상세히 제공하는 레시피 정보(R)를 수신한다.

리소셀 내에서 패턴이 적용되고 현상되면, 패터닝된 기판(220)은 222, 224, 226 에 예시되는 것과 같은 다른 처리 장치로 전달된다. 통상적인 제조 설비 내에는 다양한 장치에 의해 광범위한 처리 단계들이 구현된다. 예시를 위하여, 이러한 실시예에서 장치(222)는 에칭 스테이션이고, 및 장치(224)는 에칭후 어닐링 단계를 수행한다. 추가적인 물리적 및/또는 화학적 처리 단계들이 다른 장치(226 등)에 적용된다. 재료의 증착, 표면 재료 특성의 변경(산화, 도핑, 이온 이식 등), 화학적-기계적 연마(CMP) 등과 같은 여러 타입의 동작들이 실제 디바이스를 제작하기 위해 요구될 수 있다. 실무상, 장치(226)는 하나 이상의 장치에서 수행되는 일련의 상이한 처리 단계를 나타낸다. 다른 예로서, 리소그래피 장치에 의해 도포된 전조 패턴에 기초하여 다수의 더 작은 피쳐를 생성하기 위한, 자기-정렬 다중 패터닝을 구현하기 위한 장치 및 처리 단계가 제공될 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 디바이스를 제작하려면, 적합한 재료 및 패턴을 가지는 디바이스 구조체를 기판 위에 층별로 쌓아올리기 위해 이러한 처리들의 반복이 수반된다. 이에 따라, 리소 클러스터에 도달하는 기판(230)은 새롭게 준비된 기판일 수도 있고, 또는 기판은 이러한 클러스터 또는 완전히 다른 장치에서 이전에 처리된 기판일 수도 있다. 이와 유사하게, 요구되는 처리에 따라서, 장치(226)를 떠나는 기판(232)은 동일한 리소 클러스터 내에서의 후속 패터닝 동작을 위해 반환될 수 있거나, 상이한 클러스터 내에서의 패터닝 동작을 위해 보내질 수 있거나, 다이싱 및 패키징을 위해 보내져야 할 마감된 제품일 수도 있다.

제품 구조체의 각각의 층은 상이한 세트의 프로세스 단계를 요구하고, 각각의 층에서 사용되는 장치(226)는 타입이 완전히 다를 수도 있다. 더 나아가, 장치(226)에 의해 적용될 처리 단계들이 공칭적으로 동일한 경우에도, 큰 설비에서는 상이한 기판들에 단계(226)를 수행하도록 병렬적으로 동작하는, 동일해 보이는 여러 머신들이 존재할 수도 있다. 이러한 머신들 사이에서 셋-업 또는 고장에 있어서 작은 차이가 발생한다는 것은, 다른 기판들이 다른 방식으로 영향받게 된다는 것을 의미할 수 있다. 심지어, 에칭(장치(222))과 같이 각각의 층에 대해 상대적으로 공통인 단계들도, 공칭적으로 동일하지만 병렬적으로 작동하여 쓰루풋을 최대화하는 여러 에칭 장치들에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 실무적으로는, 다른 층들은 에칭될 재료의 세부사항과 예를 들어 이방성 에칭과 같은 특별한 요구 사항에 따라서 다른 에칭 프로세스, 예를 들어 화학적 에칭, 플라즈마 에칭을 요구한다.

선행 및/또는 후속 프로세스는 전술된 것처럼 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터가 매우 중요한 일부 층들은 디바이스 제작 프로세스 중에 덜 중요한 다른 층들 보다 더 진보된 리소그래피 툴에서 처리될 수 있다. 그러므로 일부 층들이 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 반면에 다른 층들은 '건식' 툴에서 노광된다. 일부 층들은 DUV 파장에서 동작하는 툴 안에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 사용하여 노광된다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속층들 사이의 오버레이 에러, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수납하는 계측 시스템을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)으로 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 계측이 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 스트리핑되고 재작업(rework) 되며 - 수율을 개선하기 위하여 - 또는 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 다른 처리를 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟 영역에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다.

도 1 에는 제조 프로세스의 원하는 스테이지에서 제품의 파라미터를 측정하기 위해 제공되는 계측 장치(240)도 역시 도시된다. 현대의 리소그래피 생산 설비 내에 있는 계측 스테이션의 공통적인 예는, 예를 들어 각도-분해된 산란계 또는 분광식 산란계인데, 이것은 장치(222)에서의 에칭 이전에 220 에서 현상된 기판의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치(240)를 사용하면, 예를 들어 오버레이 또는 임계 치수(CD)와 같은 중요한 성능 파라미터가 현상된 레지스트 내의 규정된 정확도 요구 사항을 만족시키지 않는다는 것이 결정될 수 있다. 에칭 단계 이전에, 현상된 레지스트를 벗겨내고 리소 클러스터를 통해 기판(220)을 재처리할 기회가 있다. 장치(240)로부터의 계측 결과(242)는, 시간에 따라 미세하게 조절하는 감독 제어 시스템(SCS) 및/또는 제어 유닛(LACU)(206)에 의해서, 패터닝 동작의 정확한 성능을 유지하여 제품이 사양에 벗어나게 제작되거나 재작업해야 하는 위험을 최소화시키기 위해 사용될 수 있다.

또한, 계측 장치(240) 및/또는 다른 계측 장치(미도시)는 처리된 기판(232, 234), 및 인입하는 기판(230)의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치는 오버레이 또는 CD와 같은 중요한 파라미터를 결정하기 위하여, 처리된 기판 상에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 계측 장치는 기능성 제품 구조체와 동일한 재료 및 치수를 가지는 구조체의 특성을 측정하기 위하여 사용되는데, 기능성 제품 구조체는 리소그래피 노광 이후에 하나 이상의 리소그래피 단계, 에칭 및 다른 프로세스를 사용하여 형성된 바 있다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 있는 계측 장치로서 사용될 수 있는, 공지된 각도-분해 산란계의 기본적인 요소를 도시한다. 이러한 타입의 계측 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 컨디셔닝된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 렌즈 시스템(12a)을 사용한 시준, 컬러 필터(12b), 편광자(12c) 및 애퍼쳐 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝된 방사선은 조명 경로(IP)를 따라가는데, 여기에서 부분 반사면(15)에 의해 반사되고 현미경 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S) 상에 집광된다. 계측 타겟(T)은 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 렌즈(16)는, 예를 들어 적어도 0.9 또는 적어도 0.95 의 높은 개구수(NA)를 가진다. 원할 경우 1 보다 큰 개구수를 얻기 위해서 침지 유체(immersion fluid)가 사용될 수 있다.

리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 하나 이상의 기판 테이블이 측정 중에 기판(W)을 홀딩하기 위해 제공될 수 있다. 성긴 포지셔너 및 정밀 포지셔너가 측정 광학 시스템에 대해 기판을 정확하게 포지셔닝하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 관심 타겟의 위치를 얻고 이것을 대물 렌즈(16) 아래의 위치로 데려가기 위해서, 다양한 센서 및 액츄에이터가 제공된다. 통상적으로, 기판(W) 전체의 상이한 위치에서 타겟에 많은 측정이 이루어질 것이다. 기판 지지체는 X 및/또는 Y 방향으로 이동되어 상이한 타겟들을 얻을 수 있고, Z 방향으로 이동되어 타게 상에 광학 시스템의 원하는 집광을 얻을 수 있다. 실제로는 광학 시스템이 실질적으로 정지된 상태를 유지할 수 있고 기판만이 이동하더라도, 대물 렌즈와 광학 시스템이 기판 상의 상이한 위치로 이동되는 것처럼 동작을 이해하고 설명하는 것이 편리하다. 다른 장치에서, 하나의 방향에서의 상대 운동은 기판의 물리적 이동에 의해 구현되는 반면에, 직교 방향에서의 상대 운동은 광학 시스템의 물리적 이동에 의해 구현된다. 기판 및 광학 시스템의 상대적인 위치가 정확하다면, 이론 상 이들 중 하나 또는 양자 모두가 실세계에서 이동하고 있는지 여부를 중요하지 않다.

방사선 빔이 빔 스플리터(16)에 입사될 때, 방사선 빔의 일부가 빔 스플리터(부분 반사면(15))를 투과하고 레퍼런스 미러(14)를 향해 레퍼런스 경로(RP)를 따라 간다.

임의의 계측 타겟(T)에 의해 회절된 방사선을 포함하는, 기판에 의해 반사된 방사선은 렌즈(16)에 의해 수집되고, 부분 반사면(15)을 통과해서 검출기(19)로 가는 수집 경로(CP)를 따라 간다. 검출기는 후면-투영된 퓨필 평면(P)에 위치될 수 있는데, 이것은 렌즈(16)의 초점 길이(F)에 있다. 실무에서, 퓨필 평면 자체는 접근가능하지 않을 수 있고, 그 대신에 보조 광학기(미도시)를 통해 소위 공액 퓨필 평면(P')에 위치된 검출기 상으로 재결상될 수 있다. 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼 또는 회절 스펙트럼이 측정될 수 있도록 검출기는 2차원 검출기일 수 있다. 퓨필 평면 또는 공액 퓨필 평면에서, 방사선의 반경 방향 위치는 집광된 스폿(S)의 평면에서의 방사선의 입사/출사각을 규정하고, 광축(O) 주위의 각 위치가 방사선의 아지무스 각도를 규정한다. 검출기(19)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수도 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 사용할 수도 있다.

레퍼런스 경로(RP)에 있는 방사선은 동일한 검출기(19)의 상이한 부분 상에 투영되거나 또는 이와 달리 상이한 검출기(도시하지 않음) 상으로 투영된다. 레퍼런스 빔은 흔히 예를 들어 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 사용되어, 산란 스펙트럼에서 측정되는 세기 값들이 정규화되게 된다.

조명 시스템(12)의 다양한 컴포넌트들은 동일한 장치 내에서 상이한 계측 '레시피'를 구현하도록 조절가능할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터는 405 - 790 nm 또는 그보다 낮은, 예컨대 200 - 300 nm와 같은 범위의 상이한 관심 파장을 선택하기 위해 간섭 필터들의 세트에 의해 구현될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다. 편광자(12c)는 방사선 스폿(S) 내에 상이한 편광 상태를 구현하기 위해서 회전되거나 교환가능할 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(13)는 상이한 조명 프로파일을 구현하도록 조절될 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(13)는 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면(P) 및 검출기(19)의 평면과 공액인 평면(P") 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 애퍼쳐 디바이스에 의해 규정되는 조명 프로파일이 기판에 입사하고 애퍼쳐 디바이스(13) 상의 상이한 위치를 통과하는 광의 각도 분포를 규정한다.

검출기(19)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란 광의 세기를 측정할 수도 있고, 또는 여러 파장에서의 세기를 별도로 측정할 수도 있으며, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수도 있다. 또한, 검출기는 횡자기 편광광(transverse magnetic-polarized light) 및 횡전기 편광광(transverse electric-polarized light)의 세기, 및/또는 횡자기 편광광과 횡전기 편광광 간의 위상차를 별도로 측정할 수도 있다.

도 2 에 개략적으로 도시된 알려진 각도-분해 산란계에서, 계측 타겟(T)은 기판(W) 상에 제공된다. 측정을 위하여, 이러한 타겟은 1-D 격자를 포함할 수 있는데, 이것은 현상 후에 고상의 레지스트 라인(solid resist line)이 되도록 인쇄된다. 또는, 타겟은 2-D 격자일 수도 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)(콘택 홀)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 인쇄 단계 및/또는 다른 산란 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 파라미터의 측정이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 반복 재구성 프로세스에 의해 획득될 수 있다.

재구성에 의해 파라미터를 측정하는 것에 추가하여, 각도 분해 산란측정이 제품 및/또는 레지스트 패턴 내의 피쳐의 비대칭을 측정하는 데에 유용하다. 비대칭 측정의 특정 응용예는 오버레이의 측정을 위한 것인데, 이러한 경우 타겟은 서로 중첩된 주기적 피쳐들의 하나의 세트를 포함한다. 도 2 의 기구를 사용하는 비대칭 측정의 개념은 예를 들어 위에 인용된 공개 특허 출원 제 US2006066855A1 에 기술된다. 간단히 말하면, 주기적 타겟의 회절 스펙트럼 내의 고차 회절 차수(1차 이상)의 위치는 타겟의 주기성에 의해서만 결정되는 반면에, 회절 스펙트럼 내의 세기 레벨의 비대칭은 타겟을 이루는 개개의 피쳐들에 있는 비대칭을 표시한다. 검출기(19)가 이미지 센서일 수 있는 도 2 의 기구에서, 고차 회절 차수에 있는 이러한 비대칭은 검출기(19)에 의해 기록된 퓨필 이미지 내의 비대칭으로서 직접적으로 나타난다. 이러한 비대칭은 유닛(PU) 내에 있는 디지털 이미지 처리에 의해 측정되고, 오버레이의 공지된 값에 대하여 캘리브레이션될 수 있다.

그러나, 조명 방사선의 파장 보다 여러 배 더 작은 피쳐를 가지는 매우 세밀한 제품 구조체에 대해서는, 더 높은 차수의 회절 신호는 광학 시스템의 수집 경로(CP)에 의해 캡쳐되지 않는다. 따라서, 회절-기초 오버레이 측정의 종래의 방법으로는 현대의 다중-패터닝 프로세스에 의해 형성되는 매우 세밀한 제품 구조체에서 성능 문제를 일으킬 수 있는 오버레이 오차의 타입을 밝힐 수 없다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따라서 기판(W) 위에 형성된 측정 타겟(30)을 도시한다. 측정 타겟은 제 1 타겟 구조체(31) 및 제 2 타겟 구조체(32)를 포함한다. 이들의 예는 도 6 을 참조하여 상세히 후술될 것이다. 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체 양자 모두는 제품 피쳐의 치수와 유사한 치수를 가지는 피쳐로 이루어진다. 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는 동일한 기판 상에 형성된 제품 피쳐와 동일한 재료층 내에 형성될 수 있고, 제품 피쳐와 동일한 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는 다중 패터닝 단계에 의해 단일층 내에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는 기판 상의 제품 구조체와 동일한 에칭 단계에 의해 형성된다. 이러한 제품 구조체는 동일한 기판 상의 다른 곳에 형성될 수도 있고, 또는 이것은 계측 타겟을 소지하는 것만을 위한 기판일 수도 있다. 이러한 관점에서, 이러한 예에서 기판(W)은, 에칭된 바 없는 기판(220) 중 하나가 아니라, 도 1 에 예시된 프로세스에서의 기판(232 또는 234) 중 하나일 수 있다.

이러한 예에서, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체 양자 모두는 2-차원의 구조체이고, X 방향 또는 Y 방향 중 하나 또는 양자 모두를 따라 적어도 일부 피쳐들에서 주기성을 가진다. 구조체 전체로서의 주기성이 어떻던지와 무관하게, 구조체 내의 피쳐들은 제 1 방향(예를 들어 X 방향)으로 배열되고, 조사 대상인 리소그래피 프로세스에 의해 형성될 제품 피쳐의 피치(공간 주기)를 가진다. 각각의 타겟 구조체는 전체로서 하나 이상의 방향에서 주기적일 수 있다.

구조체 전체로서의 주기성이 어떻던지와 무관하게, X 방향 및 Y 방향 양자 모두에서 변하는 피쳐를 가진다는 점에서 이것은 2-차원의 구조체이다. 비교하자면, "1-차원의" 격자 구조체는 기판의 특정 영역에 걸쳐 2차원에서 연장될 수 있지만, 오직 하나의 방향에서만 변한다(적어도 계측 장치의 조명 스폿(S) 내에서). 다르게 말하면, 본 명세서에서 2-차원의 구조체라고 언급하는 것은, 각각의 타겟 구조체가 상보적 푸리에 공간에서 k_x 및 k_y 방향(k는 파수) 양자 모두에 비-제로 성분을 가지는 피쳐를 포함하도록 해석될 수 있다.

알 수 있는 바와 같이, 이러한 예에서 측정 타겟(30)은 계측 장치의 조사 스폿(S) 보다 큰 치수의 세트를 가진다. 이것은 "언더필" 타겟이라고도 알려져 있으며, 및 획득된 신호 내에서 다른 구조체의 간섭이 생기는 것을 피한다. 예를 들어, 타겟은 40 x40 μm이상일 수 있다. 적합한 조명 시스템이 있으면, 조사 스폿의 크기를 줄이는 것이 가능하다. 그러면 타겟의 크기가, 예를 들어 10 x10 μm만큼 상응하여 작아지게 할 것이다. 측정 타겟의 크기를 줄이면, 제품 구조체를 위해서 사용될 수 있는 기판의 가용량을 과도하게 사용하지 않으면서 타겟이 기판 영역 내에 배치될 수 있게 되므로 중요하다.

이러한 예에서, 타겟 구조체(31, 32)는 각각 제 1(X) 방향 및 제 2(Y) 방향 양자 모두에서 주기적이다. 일 실시예에서 제 1 타겟 구조체(31) 및 제 2 타겟 구조체(32)는 피쳐의 제 1 세트 및 피쳐의 제 2 세트에 의해 형성된다. 도 3 에 개략적으로 표현된 일 실시예에서, 제 1 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에 의해 형성되는 복수 개의 선형 요소를 포함하고, 선형 요소는 주기적 배열로 배치된다. 이러한 실시예에서, 복수 개의 선형 요소는 피쳐의 제 2 세트에 의해 수정되어 2-차원 주기적 구조체를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 피쳐의 제 2 세트는 선형 요소의 일부가 제거된 위치의 주기적인 배치를 포함한다. 이러한 "절삭부(cuts)"의 위치는 제 2 리소그래피 프로세스에 의해 정의되고, 2-차원 주기적 배치를 가진다. 통상적으로, 모든 공간 주파수 성분의 최단 피치(최고 공간 주파수)는 제 1 리소그래피 단계를 사용하여 형성된 그리드의 피치일 것이다. 그리드는 1-차원 또는 2-차원일 수 있다. 절삭부를 가지는 선형 요소의 그리드를 포함하는 2-차원의 구조체는 그 공간 주파수 성분에 있어서, 동일한 리소그래피 프로세스를 사용하여 동일하거나 다른 기판 상에 형성될 제품 구조체와 유사하다.

도 4 는 레티클과 같은 제 1 패터닝 디바이스(MA1)의 전체 레이아웃을 개략적으로 도시한다. 패터닝 디바이스(MA1)는 여러 계측 타겟을 형성하는 피쳐(400) 및 기능성 제품 패턴 영역(402)을 포함할 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 패터닝 디바이스(MA1)는 단일 제품 패턴, 또는 리소그래피 장치의 필드가 이들을 수용하기에 충분히 큰 경우에는 제품 패턴들의 어레이를 포함할 수도 있다. 도 4 의 예는 D1 내지 D4 로 명명되는 4 개의 제품 영역을 도시한다. 타겟 피쳐(400)는 이러한 디바이스 패턴 영역과 인접하고 그들 사이에 있는 스크라이브 레인 영역 내에 배치된다. 기판(W)은 이러한 스크라이브 레인을 따라 절삭함으로써 결과적으로 개개의 제품으로 다이싱될 것이고, 따라서 타겟이 존재해도 기능성 제품 구조체에 대해서 이용가능한 영역이 감소되지 않게 된다. 타겟들이 충분히 작은 경우에, 타겟들은 제품 영역(402) 내에 전개되어 기판 전체에 걸쳐 리소그래피 및 프로세스 성능을 더 밀접하게 모니터링하게 할 수 있다. 이러한 타입의 다이내(in-die) 타겟 피쳐(404) 일부가 제품 영역(D1-D4) 내에 도시된다.

도 4 는 패터닝 디바이스(MA1)를 도시하지만, 동일한 패턴이 제 1 리소그래피 프로세스 이후에 기판(W) 상에 복제되고, 결과적으로 전술된 설명은 기판(W) 및 패터닝 디바이스에 적용된다. 흔히 기판 상의 피쳐는 패터닝 디바이스 상의 대응하는 피쳐에 의해 직접적으로 형성될 수 있다. 그러나, 역시 알려진 바와 같이, 패터닝 디바이스 상의 패턴과 기판 상의 마감된 피쳐 사이의 관련성은 더 복잡하다. 특히, 피치 승산(multiplication) 및 다중 패터닝과 같은 기술들이 본 명세서에서 설명되는 프로세스에 적용되는 경우에 특히 복잡하다.

또한, 제 2 패터닝 디바이스(MA2)가 도 4 에 도시된다. 리소그래피 프로세스의 각각의 리소그래피 단계를 위하여 개별 패터닝 디바이스가 필요하다. 이러한 패터닝 디바이스는, 도 1 에 도시된 프로세스에 의해 마감된 제품을 제작하기 위한 리소그래피 단계들의 시퀀스에서 사용될 훨씬 큰 세트의 패터닝 디바이스 중 단지 두 가지일 뿐이다. 이러한 예에서, 단일 재료층 내에 타겟 구조체 및 제품 구조체를 형성하기 위하여, 패터닝 디바이스(MA1 및 MA2)는 다중 패터닝 프로세스에서 함께 사용되도록 설계된다.

제 1 패터닝 디바이스와 유사하게, 제 2 패터닝 디바이스는 여러 계측 타겟 피쳐(400') 및 여러 기능성 제품 영역(402')을 포함한다. 레이아웃은 거시 레벨에서는 두 개의 패터닝 디바이스 사이에 매우 유사하지만, 극미세 레벨에서는 패턴들이 많이 다를 수 있다. 따라서, 제 2 패터닝 디바이스는, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐에 추가될, 타겟 구조체 및/또는 기능성 제품 패턴의 새로운 피쳐를 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 2 패터닝 디바이스는 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐를 수정하는 피쳐를 형성할 수 있다. 일 예로서, 제 1 패터닝 디바이스(MA1)는 제 1 리소그래피 프로세스를 사용하여, 기판 상에 형성되는 피쳐들의 그리드를 형성할 수 있다(직접적으로 또는 간접적으로). 제 2 패터닝 디바이스(MA2)는 제 2 리소그래피 프로세스 중에 그리드 구조체의 요소를 수정하는 여러 피쳐를 형성할 수 있다.

이제 도 5 를 참조하면, 기판 상에 제품 구조체를 형성하기 위한 다중 패터닝의 일 예가 도시된다. 도 5a 에서, 제 1 그리드 구조체는 제 1 방향에서 주기적으로 정렬되는 복수 개의 그리드 요소(510, 512, 514, 516, 518, 520)를 포함하는 것으로 관찰될 수 있다. 제 1 그리드 구조체의 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 제 1 패터닝 디바이스(MA1)에 의해 형성되었다. 그러나, 일 예에서, 그리드 구조체는 제 1 패터닝 디바이스 상에 패터닝에 의해 직접적으로 형성되지 않고, 피치 승산(예를 들어 두 배 처리(doubling), 네 배 처리(quadrupling))에 의해 형성되었다. 피치 승산은 리소그래피 장치(LA)를 사용하여 직접적으로 형성될 수 있는 어떤 것보다 훨씬 세밀한 피치를 가지는 구조체가 생성되게 한다. 물론, 피치 승산은 그리드 구조체를 형성하기 위한 하나의 예시적인 방법에 지나지 않는다는 점에 주의한다.

다중 패터닝에 의하여 기능성 디바이스 패턴을 형성하기 위한 다음 프로세스 단계는 통상적으로 그리드 구조체 중 일부 또는 모든 요소를 국지적으로 수정하는 것을 수반한다. 주어진 예에서, 수정은 제 1 그리드 구조체의 요소를 따라서 선택된 위치에서 재료를 제거함으로써, 각각의 그리드 요소를 개개의 여러 요소로 절삭하는 것을 수반한다. 마감된 제품에서, 이러한 요소들은 예를 들어 도시된 것보다 위 및/또는 아래에 있는 층 내에 형성되는 금속성 도체, 연결하는 기능성 디바이스 및 다른 도체를 포함할 수 있다. 다른 타입의 수정도 이론적으로 착상될 수 있고, 절삭이 단지 수정의 가장 공통적인 예이기 때문에 후속하는 설명에서 하나의 예시로서 절삭이 사용될 것이다. 또한, 요소들을 수정하는 것은, 일반적으로 제 1 그리드 구조체를 수정하는 일 예로서 이해되어야 한다. 제 1 그리드 구조체의 수정은 예를 들어, 요소 자체를 수정하는 것이 아니라 요소들 사이의 갭을 국지적으로 브리징하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 요소들 사이의 갭은 끊어진 갭으로 분할되게 되고, 이러한 갭은 후속 프로세스 단계에서 기능성 디바이스 구조체를 형성하는 데에 유용할 수 있다.

그리드 요소(510, 512, 514, 516, 518, 520)를 국지적으로 절삭하기 위하여, 제 2 패터닝 디바이스(MA2)를 사용하여 제 2 리소그래피 프로세스가 수행되어 도 5b 에서 점선으로 예시된 절삭 마스크(522)를 형성한다. 절삭 마스크(522)는, 작은 애퍼쳐(524)를 제외하고는 제 1 그리드 구조체를 실질적으로 커버하는 감광성 레지스트 재료로 형성될 수 있다. 패터닝 디바이스(도 1 의 MA)에는, 직접적으로는 레지스트 내에서의 이미징에 의하여, 또는 간접적으로 어떤 방법으로 절삭 마스크 애퍼쳐를 형성하기에 적합한 패턴이 제공될 수 있다. 도 5b 에서 알 수 있는 바와 같이, 그리드 요소의 작은 부분(526)이 애퍼쳐(524) 내에서 노광된다. 주어진 예에서, 애퍼쳐(524)는 제 1 방향과 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향 양자 모두에서 주기적 방식으로 배치된다. 절삭 마스크 패턴의 주기성은 피치 Λ를 가지는 그리드 구조체보다 더 낮다(주기가 더 길다; 공간 주파수가 더 낮다). 애퍼쳐가 제 1 방향 및 제 2 방향 중 오직 하나에서만 주기적 방식으로 배치되는 실시예도 역시 구현된다. 적합한 에칭 프로세스에 의하여, 그리드 요소(510, 512, 514, 516, 518, 520)의 모든 노광된 부분들이 제거된다. 절삭 마스크(522)가 제거된 후에, 도 5c 에서 절삭부 또는 갭에 의해 분리되는 그리드 요소를 포함하는 기능성 디바이스 패턴을 볼 수 있다. 이러한 디바이스 패턴은 마감된 제품 구조체이거나, 이러한 패턴에 기초하여 마감된 제품을 생산하기 위해 추가 단계들이 적용되는 일부 중간 구조체일 수 있다.

이러한 예의 경우, 오직 하나의 처리 단계가 도 5 에 도시되었다. 실제로, 추가 그리드 요소를 도포하는 것을 포함하는 추가적인 프로세스가 특정 패턴에 따른 기능성 디바이스 구조체를 형성하기 위해 수행될 수 있다.

도 6 을 참조하면, 도 5 를 참조하여 설명된 프로세스에 의해서 도 3 에 도시되는 계측 타겟(30)을 형성하기 위한 방법이 도시된다. 전술된 바와 같이, 타겟 구조체는 제 1 타겟 구조체(31) 및 제 2 타겟 구조체(32)로 형성된다. 각각의 타겟 구조체는 제 1 리소그래피 단계에 의해 형성된 피쳐와 제 2 리소그래피 단계에 의해 형성된 피쳐를 포함한다. 이러한 예에서, 제 1 타겟 구조체의 형성은 제 1 그리드 구조체(610)를 가지고 도 6a 에서 시작되고, 제 2 타겟 구조체의 형성은 제 2 그리드 구조체(612)를 가지고 시작된다. 이러한 피쳐들은 제 1 방향(예를 들어 X 방향)에서 피치 Λ를 가지고 이격된 그리드 요소(614)의 주기적 어레이로 이루어진 그리드 구조체를 포함한다. 그리드 요소들은, 동일한 기판 상의 대응하는 제품 구조체의 피치와 유사하거나 동일한 피치 Λ를 가지고 제 1 방향에서 주기적 배치로 배열된다. 이러한 예에서 각각의 그리드 요소는 제 2(Y) 방향으로 연장되는 선형 요소를 포함한다.

그리드 구조체(610 및 612)는 오직 설명을 위하여 별개의 구조체인 것으로 도시되고 명명된다. 실제 실시예에서는, 단일 그리드 구조체는 계측 타겟 영역들 양자 모두에 걸쳐서, 그리고 또한 존재한다면 제품 영역(402)에 걸쳐서 균일하게 연장될 수 있다. (이러한 경우에 제품 영역과 계측 타겟 영역의 차이는 후술되는 것처럼 제 2 리소그래피 단계에서 생긴다.) 물론, 이러한 값은 오직 예시적인 것이고, 피치 Λ에 대해서 임의의 적합한 값이 선택될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 통상적으로, 피치는 제품 피쳐의 피치와 매칭되어, 궁극적으로 임의의 측정된 파라미터가 실제 제품에서 얻어지는 것에 정확하게 관련되게 해야 한다. 일 예에서, 피치는 Λ = 40 nm이다. 피치는, 예를 들어 400 내지 700 nm의 범위에 있을 수 있는, 통상적 산란계에서 사용되는 방사선의 파장 여러 배 더 작다. 본 명세서에서 설명된 기법들은, 언더라잉(underlying) 주기적 구조체의 피치가 측정시 사용되는 방사선의 파장 보다 다섯 배 또는 열 배보다 적은 경우에 사용될 수 있다.

후속하여, 제 2 리소그래피 단계 및 적합한 처리 중에, 그리드 구조체는 수정되어 제품 구조체(존재한다면 동일한 기판 상에 있음) 및 제 1 및 제 2 타겟 구조체(31, 32)를 형성한다.

제 1 타겟 구조체(31)를 형성하기 위하여, 도 6b 에 도시된 바와 같이, 제 2 리소그래피 단계에서의 제 2 패터닝 디바이스(MA2)를 사용하여 제 1 절삭 마스크(616)가 형성된다. 이러한 절삭 마스크는 복수 개의 애퍼쳐(620)를 포함하고, 이러한 예에서 애퍼쳐들은 제 1 및 제 2 방향 양자 모두에서 주기적 방식으로 배치된다. 이러한 예에서, 애퍼쳐는 직사각형으로 도시되지만, 애퍼쳐는 임의의 적합한 형상인 것으로 이해될 수 있는 것이 당연하고, 실제 프로세스에서 생산될 경우에는 변형될 수도 있다. 제 1 절삭 마스크(616)의 애퍼쳐(620)는 공지된 양("바이어스"라고도 알려짐)만큼 그리드 요소로부터 오프셋되도록 절삭 마스크 상에 배치된다. 이러한 예에서, 제 1 절삭 마스크의 애퍼쳐는 Λ/2+d,(d<<Λ)만큼, 다시 말해서 그리드 구조체의 하프 피치에 가까운 양만큼 바이어스된다. 그러므로, 애퍼쳐(620)는, 도 5 의 제품 구조체에서 애퍼쳐가 하는 것처럼 하나의 그리드 요소를 깨끗하게 절삭하는 것이 아니라, 각각의 애퍼쳐에 의해 부분적인 절삭이 인접한 그리드 요소(614) 중 하나 또는 양자 모두에 이루어지도록 위치된다. Λ =40 nm인 예에서, 예를 들어 d = 5nm로 선택될 수 있다. d에 대한 특정 값은 오직 예시적인 것이며, d에 대해서 임의의 적합한 값이 선택될 수 있다는 것에 주의해야 한다.

바이어스를 Λ/2 비대칭에 가깝게 설정하면 타겟 구조체(31)에서 비대칭이 더 잘 드러나게 되고, 오버레이 오차에 의해 생기는 일과 같이, 절삭 마스크 애퍼쳐를 추가적으로 잘못 배치하는 것에 대해서 더 민감해진다. 그러면 이제 제 1 타겟 구조체에 의해 산란되는 방사선의 비대칭이 증가되고, 오버레이 오차에 의해 오배치가 발생하는 것에 대한 비대칭의 감도가 증가된다.

이와 유사하게, 제 2 타겟 구조체(32)를 형성하기 위하여, 제 2 패터닝 디바이스(MA2) 및 제 2 리소그래피 단계가 제 2 절삭 마스크(618)를 형성하기 위하여 사용된다. 제 2 절삭 마스크는 제 1 절삭 마스크의 경우와 유사하게 배치되는 복수 개의 애퍼쳐(620)를 포함한다. 제 2 절삭 마스크(618)의 애퍼쳐(620)는 다른 양이지만 제품 영역(도 5)에서의 그들의 위치와 비교할 때 여전히 하프 피치에 가까운 양만큼 바이어스된다. 일 예에서, 제 2 타겟 구조체는 Λ/2-d의 바이어스 양으로 형성된다. 피치 Λ 및 d에 대한 값은 제 1 절삭 마스크의 경우와 동일하여, 두 개의 타겟 구조체에서의 바이어스 양이 하프 피치의 양측에 균일하게 이격되게 된다.

에칭 및 다른 프로세스 단계가 완료되면, 애퍼쳐에 의해 노출되는 그리드 요소(614)의 부분들이 제거되었고, 결과적으로 도 6c 에 도시된 구조체가 된다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 예에서 제 2 타겟 구조체는 제 1 타겟 구조체의 미러 이미지이다. 이것은 바이어스 양들이 하프 피치 Λ/2의 양측에 균일하게 이격되는 경우에만, 그리고 제 1 및 제 2 리소그래피 단계 사이의 오버레이 오차가 제로인 경우에만 그러하다. 비-제로 오버레이 오차를 가지는 실제 타겟에서는, 제 1 및 제 2 타겟 구조체는 서로의 미러 이미지가 아니게 될 것이고, 그 자체 내에 상이한 정도의 비대칭을 나타낼 것이다. 타겟 구조체(31, 32)가 매우 상이한 제품 구조체이고 관심 파라미터(오버레이와 같음)에 대해 더 민감하지만, 이들은 동일한 단계 및 처리에 의하여, 그리고 패터닝 디바이스(MA1, MA2)에서 제품 구조체와 동일한 패턴에 의해 형성된다는 점에 주의한다. 언더라잉 그리드 요소(614)에 대한 그들의 위치에서의 바이어스만이 변경된다. 이러한 방식으로, 계측 타겟 구조체를 형성할 때의 리소그래피 장치 및 다른 프로세스 단계의 성능은 제품 구조체를 형성할 때의 성능과 동일해야 한다.

이제 도 7 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 리소그래피 프로세스(700)의 파라미터를 측정하는 방법이 이제 설명될 것이다. 단계 701 에서, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체가 기판 상에 제공된다. 이러한 실시예에서, 양자 모두의 타겟 구조체는 도 6 을 참조하여 전술된 바와 같은 프로세스에 의해 형성된다. 물론 이들은 조사 대상인 임의의 리소그래피 프로세스에 의해서 형성될 수도 있다.

단계 702 에서, 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼 방사선이 얻어진다. 이러한 실시예에서, 도 2 를 참조하여 전술된 바와 같이 각도-분해 산란계가 사용된다. 제 1 타겟 구조체는 선택된 편광 및 파장의 광원으로 조명된다. 제 1 타겟 구조체에 의해 산란된 0차 광이 산란계의 광학 시스템에 의해 수집된다. 전술된 바와 같이, 검출기는 후면-투영된 퓨필 평면(P)(또는 대안적으로 공액 퓨필 평면(P'))에 위치된다. 그러면, 검출기(19)는 제 1 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 광의 각도 분포를 나타내는 제 1 산란 스펙트럼을 캡쳐한다. 이러한 예에서, 2-D 산란 스펙트럼들이 얻어진다. 이론상, 이러한 검출기에 의해서는 1-D 산란 스펙트럼만이 캡쳐될 수 있지만, 실제로는 2-D 산란 스펙트럼이 더 많은 정보를 포함하고, 특히 다중 패터닝에 의해 형성된 2-차원의 구조체가 있는 본 발명에서 우리가 관심을 가지는 분야에서 더욱 그러하다.

단계 703 에서, 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼이 검출기에 의해 유사한 방식으로 수집된다. 제 2 타겟 구조체는 광원으로 조명된다. 제 2 타겟 구조체에 의해 산란된 0차 광이 산란계의 광학 시스템에 의해 수집된다. 그러면, 검출기는 제 2 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 광의 각도 분포를 나타내는 제 2 산란 스펙트럼을 캡쳐한다.

단계 702 및 704 에 대한 예비 단계로서, 특정 타겟 구조체에 적합한 조명 조건을 선택하는 프로세스가 수행될 수 있다.

단계 704 에서, 관심 파라미터의 측정은 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼의 비대칭으로부터 그리고 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼의 비대칭으로부터 유도된다. 이러한 예에서, 유도될 파라미터는 오버레이 오차이고, 이것은 다음 설명과 같이 결정된다. 다른 예들에서, 관심 파라미터는 노광 도즈, 초점 또는 비대칭 렌즈 수차일 수 있다.

산란 스펙트럼의 비대칭을 측정하기 위하여, 일 예에서 처리 유닛은 제 1 산란 스펙트럼으로부터 그것의 180-도 회전된 복제본을 감산함으로써 제 1 차분 산란 스펙트럼을 생성한다. 그러면, 처리 유닛은 제 2 산란 스펙트럼으로부터 그것의 반전된 복제본을 감산함으로써 제 2 차분 산란 스펙트럼을 생성한다. 제 1 타겟 구조체에 대한 비대칭 A_Λ/2+d 및 제 2 타겟 구조체에 대한 A_Λ/2-d가 이제 제 1 및 제 2 차분 산란 스펙트럼에 기초하여 결정된다. 간단한 예에서, 차분 산란 스펙트럼의 좌측 반쪽에 있는 모든 픽셀 값의 평균을 우측 반쪽에서의 모든 픽셀 값의 평균으로부터 감산함으로써 평균 퓨필 비대칭이 간단하게 계산된다. 예를 들어, 이용가능한 신호를 최대한 사용하기 위하여, 대안적이거나 더 많은 복잡한 비대칭 측정이 구상될 수 있다. 또는, 평균화 퓨필 비대칭은 전체 평균 세기에 대해 정규화될 수 있는데, 이것은 정규화된 비대칭 측정이 서로 더 잘 비교될 수 있기 때문이다.

도 8 에서 곡선 802 는 종래의 회절-기초 오버레이 측정에서의 오버레이(OV)와 비대칭(A) 사이의 관련성을 예시한다. 종래의 오버레이 측정은 본 명세서에서 단지 배경 기술로서만 설명될 것이다. 정규 곡선은 +1차와 +1차 회절 신호 사이의 비대칭을 나타낸다. 이상적인 곡선은 또한 타겟 구조체를 형성하는 개개의 구조체 내에 오프셋 및 구조적 비대칭이 없는 '이상적인' 1-차원의 타겟 구조체를 가정한다. 결과적으로, 이러한 이상적인 타겟 구조체의 비대칭은, 제 1 피쳐와 제 2 피쳐의 오정렬에 기인한 오버레이 기여분만을 포함한다. 이러한 오버레이 기여분은 알려진 부과된 바이어스 양과(미지의) 오버레이 오차를 조합한 것에서부터 유래한다. 이러한 그래프는 오직 본 발명의 이면의 이론을 예시할 뿐이고, 비대칭(A) 및 오버레이(OV)의 단위는 임의적이다. 실제 치수의 예들은 아래에서 더 제공될 것이다.

도 8 의 '이상적인' 상황에서, 곡선 802 는 세기 비대칭(A)이 오버레이와 비선형 주기 관계(예를 들어 정현파 관계)를 가진다는 것을 나타낸다. 정현파 변화의 주기 Λ는, 물론 적합한 척도로 변환되는 타겟 구조의 그리드 요소의 주기 또는 피치(Λ)에 대응한다. 이러한 이상적인 예에서 정현파 형태는 완전하지만, 실제 상황에서는 고조파를 포함할 수 있다.

오버레이를 측정하기 위하여, 단일 측정에 의존하는 것이 아니라 바이어스된 구조체, 예컨대 격자(알려진 부과된 오버레이 바이어스를 가짐)를 사용하는 기술이 당업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 바이어스는 바이어스를 생성했던 패터닝 디바이스(예를 들어 레티클)에서 규정된 공지된 값을 가지는데, 이것은 측정된 세기 비대칭에 대응하는 오버레이의 온-웨이퍼 교정의 역할을 한다. 도면에서, 계산하는 것이 그래프로 예시된다. 오직 한 예로서, 비대칭 측정 A_+d 및 A_-d가 부과된 바이어스 +d 및 -d 각각을 가지는 타겟에 대해서 획득된다. 이러한 측정치를 정현 곡선에 대입하면 표시된 바와 같은 포인트(804 및 806)가 된다. 바이어스를 알면, 참 오버레이 오차(OV_E)가 계산될 수 있다. 정현 곡선의 피치 Λ는 타겟 구조체의 디자인으로부터 알려진다. 곡선 802 의 수직 스케일은 시작 시에는 알려지지 않으며, 1차 고조파 비례 상수 K₁이라고 불릴 수 있는 미지의 인자이다. 이러한 상수 K₁은 타겟 구조체에 대한 세기 비대칭 측정의 감도의 표시이다.

수학식으로 표현하면, 오버레이 에러(OV_E)와 세기 비대칭(A) 사이의 관계는 다음으로 추정된다:

여기에서, 오버레이 에러(OV_E)는 타겟 피치 Λ가 각도 2π 라디안에 대응하도록 하는 스케일로 표현된다. A_+d 및 A_-d는 바이어스 +d 및 -d를 각각 가지는 타겟 구조체의 비대칭을 나타낸다. 상이한 알려진 바이어스(예를 들어 +d 및 -d)를 가진 타겟의 두 개의 측정을 사용하면, 오버레이 오차(OV_E)는 K₁ 을 몰라도 다음을 사용하여 계산될 수 있다:

본 명세서에서는, 하프 피치에 가까운 바이어스 양, 예를 들어 Λ/2+d 및 Λ/2-d의 바이어스 양을 사용하는 것이 제안된다. 정현 함수의 기울기가 반대일 것이라는 점을 제외하고는 동일한 원리가 수학식 1 및 수학식 2 에 적용된다. 반면에, 본 개시물에서는 0차 산란 스펙트럼들만을 사용하는 것이 역시 제안된다. 조사 대상인 구조체는 조명 방사선의 파장 λ보다 훨씬 짧은 주기를 가지고 주기적이다. 주기 Λ 는 예를 들어 0.2 λ 보다 작거나 0.1 λ보다 작고, 이용가능한 광학 시스템을 사용하여 더 높은 차수의 회절된 방사선을 얻는 것은 불가능할 수 있다. 그러므로, 도 8 에 도시되는 정현 형태를 가지는 강한 비대칭 신호를 기대할 수 없다. 발명자들은, 제로에 가까운 바이어스 양 대신에 Λ/2 에 가까운 바이어스 양을 사용하면, 다중 패터닝에 의해 단일 재료층에 형성된 2-D 제품 구조체에 대해서, 0차 산란 스펙트럼에 대해서도 유용한 비대칭 신호가 얻어질 수 있다는 것을 인식했다.

이러한 콘텍스트에서 피치 Λ는 반드시 마감된 2-D 타겟 구조체의 주기성이어야 하는 것이 아니고, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 그리드의 피치일 수 있다는 것에 주의한다. 이것은 제 2 리소그래피 단계 이후에 전체 2-D 주기적 구조체에 존재하는 여러 주기적 성분들 중 가장 짧은 주기가 될 것이다. 여러 이유 때문에 Λ/2의 양측에 있는 두 개의 바이어스 값을 사용하고 이들이 Λ/2 양측에서 균일하게 이격되게 하는 것이 합리적으로 보이지만, 이것은 필수적인 요구 사항은 아니다. 소망되는 경우에는 바이어스 양 중 하나는 정확하게 Λ/2일 수 있다; 양자 모두는 심지어 Λ/2의 한 쪽에 모두 있을 수 있다. 계산은 Λ/2에 가까운 바이어스 값들의 임의의 쌍에 대해서 적응될 수 있다. 어떤 것이 하프 피치에 "가까운지"를 생각하면, 이것은 각각의 타겟에 대해 선택과 실험의 문제이다. 실제 구현형태에서, 수학식 1 의 정현 함수의 상대적으로 좁은 영역에서 연산을 수행하여, 오버레이가 있는 비대칭의 변동이 선형인 것으로 간주될 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 동작 영역을 식별할 때에는 바이어스 양만이 고려돼야 하는 것이 아니라, 실제 타겟 구조체 내의 프로그래밍된 바이어스에 추가될 오버레이 오차의 예상된 범위도 역시 고려되어야 한다. 예를 들어, 바이어스 양 Λ/2±d는 0.3Λ와 0.7Λ 사이에 있거나, 0.4Λ와 0.6Λ 사이에 있을 수 있다. 하나의 특정한 예에서, 파라미터 d는 d<Λ/4가 되도록 선택된다. 일반적으로, d의 정확한 크기는 상황에 따른 요구 조건과 환경에 따라 최적화될 수 있다. 신호-대-잡음 비를 개선하기 위하여 더 큰 d 값이 사용될 수 있고, 오버레이 계산의 정확도를 높이기 위해서 더 작은 d 값이 사용될 수 있다.

실제로, 세기 비대칭 측정은 타겟 구조체의 특성에만 의존하는 것이 아니라, 타겟 구조체에 입사하는 광의 특성 에도 의존한다.

도 9 는 예시적인 타겟 구조체에 대한 여러 예시적인 시뮬레이션된 결과를 예시하는데, 각각의 시뮬레이션은 특정 파장을 가지는 광을 사용하여 수행되었다. 각각의 그래프는 도 6 을 참조하여 설명된 바와 같은 타겟 구조체의 경우 측정 타겟에 대한 정규화된 평균화 비대칭을 보여준다. 오버레이는 수평 축에 도시되는 반면에, 비대칭 신호의 진폭은 수직 축에 도시된다. 각각의 경우에, 평균화 퓨필 비대칭은 전체 평균 세기로 정규화되었다. 각각의 측정에서 사용되는 방사선의 파장은 상단 좌측에서의 425 nm로부터 하단에서의 700 nm의 범위를 가지는 라벨로 표시된다. 여기에서 시뮬레이션된 예에서, 제 1 타겟 구조체의 제 1 피쳐 및 제 2 타겟 구조체의 제 3 피쳐 양자 모두는 피치 Λ=40nm를 가진다. 제 1 타겟 구조체의 제 3 피쳐는 예를 들어 Λ/2+d만큼 바이어스될 수 있고, d=5 nm이다. 제 2 타겟 구조체의 제 4 피쳐는 Λ/2-d만큼 바이어스된다.

이러한 예에서, 비대칭은 측정에서 사용되는 파장에 따라서 달라진다. 사용되는 광의 파장을 선택함으로써, 측정 정확도를 최대화하는 것이 가능하다. 상이한 프로세스 및 상이한 타겟 설계에 대해서는 상이한 파장 및 편광을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 9 의 예에서 모든 그래프에 대해서 TM 편광이 선택되지만, 원할 경우에는 편광이 변동될 수 있는 조명의 파라미터이다.

측정 정확도를 더욱 개선하기 위하여, 소망되는 경우에는 두 개 이상의 파장 및/또는 편광에서의 측정이 수행될 수 있다. 상이한 파장으로부터 얻어진 결과들이, 오버레이 값으로 변환되기 전 또는 그 이후에 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 비대칭 신호의 진폭(도 9 의 그래프에서 수직 스케일)만이 아니라 곡선의 선형성도 최적화하는 것이 바람직할 수 있다는 점에 주의한다. 선택된 파장(들)은 오버레이(또는 다른 관심 파라미터)에 대해 기대되는 값들의 범위에 걸쳐 거의 선형인 강한 신호가 얻어지는 것(또는 두 개 이상)이어야 한다. 도 9 에 예시된 예에서, 주어진 타겟 구조체에 대한 최적의 하나를 선택하기 위하여 간단한 검사가 사용될 수 있다.

도 10 은 도 9 에 도시되는 방사선 파장들 중 하나에 대한 여러 예시적인 시뮬레이션된 퓨필 이미지를 도시한다. 각각의 이미지는 오버레이의 주어진 값에 대한 시뮬레이션된 퓨필 이미지를 도시한다. 방사선 파장 및 오버레이 양이 각각의 이미지 위의 라벨에 의해 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 사용되는 방사선의 파장은 425 nm이고 오버레이 값은 -6 nm 내지 +6 nm의 범위를 가진다.

현대의 제품 구조체의 치수는 너무 작아서 광계측 기법으로는 이미징될 수 없다. 예를 들어 작은 피쳐에는 다수의 패터닝 프로세스, 및/또는 피치-복제(이러한 용어는 전술됨)에 의해 형성되는 것들이 있다. 사실상, 이러한 구조체들은 그들을 "볼 수(see)" 없는 전통적인 계측 기법의 경우에는 너무 작다. 그러므로, 대량 계측을 위해 사용되는 타겟은, 그 오버레이 오차 또는 임계 치수가 관심 대상 특성인 제품 보다 훨씬 큰 피쳐를 흔히 사용한다.

스캐닝 전자 현미경이 현대 제품 구조체를 해상할 수 있지만, 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 측정하면 광학적 측정보다 시간이 훨씬 많이 걸릴 뿐만아니라 비용도 많이 들고, 측정된 웨이퍼가 파괴되게 된다.

발명자들은, 제품 구조체와 유사한 치수와 처리를 가지는 구조체 또는 제품 구조체로부터 형성되는 구조체에, 이러한 구조체에 의해 산란되는 0차 광을 사용하여 계측을 수행하는 것이 가능하다는 것을 인식했다. 더욱이, 세심하게 선택된 가중 계수에 의해 가중치가 부여된 측정된 스펙트럼의 비대칭 기여분을 사용하면, 예를 들어 다중-패터닝 프로세스의 두 스텝들 사이의 오버레이 오차를 결정하는 것이 가능하다는 것도 역시 인식되었다.

일 양태에서, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서, 상기 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 단계; 상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및 상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 파라미터 측정 방법이 제공된다.

일부 실시예들에서, 상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하는 것은, 레퍼런스로부터 균등하게 이격되어 있는, 산란 스펙트럼의 영역들을 사용하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하는 데에 사용된 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭의 기여분은 가중 계수에 의해 수정된다.

더 나아가, 도 2 에 설명된 계측 장치의 조명은 제품 구조체를 형성하는 패턴을 보유하는 웨이퍼(W)의 영역을 향해 지향될 수 있다. 일반적인 실험 조건에서, 적어도 두 개의 패터닝 디바이스의 노광의 결과로서 제품을 형성할 때에 오버레이 오차가 발생할 것이 기대되는데, 오버레이 오차는 상기 형성된 패턴 구조체들 사이의 차이이다. 일 예로서, 두 개의 패턴은 주기적 라인 구조체에 대응하는 패터닝 디바이스 및 절삭 마스크에 대응하는 패터닝 디바이스에 의해 형성될 수 있다.

앞의 문단에서 설명된 것과 같이 제품 구조체에 의해 형성되거나, 제품 구조체와 유사한 구조체에 의해 형성되는 타겟 구조체는 선택된 편광 및 파장을 가지는 광원에 의해 조명된다. 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 광이 산란계의 광학 시스템에 의해 수집된다. 전술된 바와 같이, 검출기는 후면-투영된 퓨필 평면(P)(또는 대안적으로 공액 퓨필 평면(P'))에 위치된다. 그러면, 검출기(19)는 제 1 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 광의 각도 분포를 나타내는 제 1 산란 스펙트럼을 캡쳐한다. 이러한 예에서, 2-D 산란 스펙트럼들이 얻어진다. 이론상, 이러한 검출기에 의해서는 1-D 산란 스펙트럼만이 캡쳐될 수 있지만, 실제로는 2-D 산란 스펙트럼이 더 많은 정보를 포함하고, 특히 다중 패터닝에 의해 형성된 2-차원의 구조체가 있는 본 발명에서 우리가 관심을 가지는 분야에서 더욱 그러하다. 그러므로, 리소그래피 프로세스의 파라미터는, 상기 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 단계, 상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및 상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 파라미터 측정 방법에 의해 측정된다.

더 나아가, 이러한 방법은 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용할 때에, 레퍼런스로부터 균일하게 이격되는 산란 스펙트럼의 영역을 사용하고 있다. 예를 들어, 측정된 스펙트럼이 퓨필 평면(P)에서 측정되는 2-D 산란 스펙트럼인 경우, 레퍼런스는 2-D 좌표 시스템의 두 개의 축들 중 하나일 수 있다. 이러한 경우에, 레퍼런스는 x-축 또는 y-축일 수 있다. x-축 및 y-축이 선분으로서 대칭 레퍼런스를 형성한다는 것이 인식돼야 한다. 더 나아가, 동일한 2-D 좌표 시스템에서, 좌표계의 원점도 역시 레퍼런스로 간주될 수 있다. 그러한 경우에, 레퍼런스는 점일 것이다.

리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 유도하는 단계는, 퓨필(P)에서 발견되는 바와 같은 2-D 측정된 스펙트럼의 영역들을 사용하는데, 이러한 영역은 레퍼런스에 대해 대칭적이다. 상기 퓨필의 대칭적 기여분을 감산함으로써, 측정된 2-D 스펙트럼에 존재하는 비대칭의 정도의 표시를 얻을 수 있다. 퓨필의 상기 대칭적 부분을 감산하는 단계에 의해 특성(SS)이 형성된다. 2-D 스펙트럼의 비대칭은 예를 들어 상이한 리소그래피 단계들에서 형성되는 패터닝된 구조체들 사이의 오버레이 오차에 상관된다. 오버레이 오차를 유도하는 데에 사용되는 영역은 단일 픽셀일 수 있고, 또는 픽셀들의 그룹일 수 있는데, 상기 그룹은 내부 대칭을 가지거나, 상기 그룹은 대칭성을 아예 가지지 않는다.

더 나아가, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하는 데에 사용된 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭의 기여분은 가중 계수에 의해 수정된다. 각각의 특성(SS)은, 퓨필에서 측정되는 바와 같은 2-D 스펙트럼의 비대칭의 표시 및 2-D 산란 스펙트럼에서 존재하는 바와 같은 비대칭의 대칭의 표시를 나타낼 것이다. 다수의 SS 특성을 측정할 수 있으며, SS 특성 중 각각의 하나는 측정된 2-D 스펙트럼의 상이한 영역으로부터 얻어진 기여분이거나 상이한 가중 계수를 사용하여 획득된다는 것이 인식된다. 각각의 특성(SS)에 대해 가중 인자를 도입함으로써, 오버레이 오차의 검출을 향상시키는 것이 가능하다.

일 실시예에서, 가중 계수는 대칭 위치의 비대칭 야코비안 부분으로부터 획득된다. 오버레이 오차에 민감한 2-D 스펙트럼의 영역은, 예를 들어 RCWA와 같은 분석적 또는 계산적 방법을 사용하여, 타겟 구조체의 공칭 타겟 모델에 대한 야코비안을 계산함으로써 획득될 수 있다. 가중 계수들은 이러한 야코비안의 비대칭 부분으로부터 나온다.

일 실시예에서, 가중 계수는 상이한 오버레이 오차에서 계산된 비대칭 야코비안으로부터 얻어진다. 비선형 2-D 스펙트럼 응답 때문에, 프로세스 변이에 기인하여 타겟 구조체가 변할 때에 야코비안도 변할 수 있다. 상이한 프로세스 변이에 대응하는 타겟 구조체의 모델로부터 얻어지는, (가중된) 야코비안 평균의 비대칭 부분은 프로세스 변이에 대해 더욱 견실한 오버레이 측정을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 가중 계수는 실험 계획법(Design of Experiment; DoE)으로부터 얻어진다. DoE는, 예를 들어 PCA(주된 컴포넌트 분석)를 이러한 측정된 2-D 스펙트럼들의 비대칭에 적용함으로써, 오버레이 오차에 민감한 측정된 2-D 스펙트럼들 내의 영역을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 가중 기법은 하나 이상의 획득된 주된 성분들로부터 직접적으로 나온다.

비록 물리적 레티클의 형태인 패터닝 디바이스가 설명되었지만, 본 명세서에서 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 예를 들어 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스와 함께 사용되도록 디지털 형태로 패턴을 포함하는 데이터 제품을 포함한다.

다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 제공된다:

1. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,

상기 리소그래피 프로세스는 두 개 이상의 리소그래피 단계를 사용하여 2-차원 주기적 제품 구조체를 단일 재료층 내에 형성하기 위한 것이고, 상기 방법은,

제 1 및 제 2 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 각각의 타겟 구조체는 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 기판 상의 단일 재료층 내에 형성된 2-차원 주기적 구조체를 포함하고, 제 1 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐의 공간 주기의 절반에 가까운 제 1 바이어스 양만큼 변위되고, 제 2 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 상기 공간 주기의 절반에 가깝고 제 1 바이어스 양과 상이한 제 2 바이어스 양만큼 변위됨 -;

제 1 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼 및 제 2 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및

제 1 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭 및 제 2 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

2. 제 1 절에 있어서,

각각의 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계는,

상기 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 것; 및

상기 타겟 구조체에 의해 산란되는 0차 방사선을 사용하여 상기 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 것을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,

각각의 타겟 구조체의 공간 주기는 상기 타겟 구조체를 조명하기 위하여 사용되는 방사선의 파장보다 실질적으로 짧은, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

4. 제 2 절 또는 제 3 절에 있어서,

상기 방법은,

상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼들에 있는 비대칭의 세기 및 선형성을 최적화하도록, 이용가능한 파장의 범위로부터 방사선의 파장을 선택하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

5. 제 1 절 내지 제 4 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 파라미터를 유도하는 단계는,

제 1 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭, 제 2 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭 및 제 1 바이어스 양 및 제 2 바이어스 양의 지식을 사용하여, 상기 제품 구조체에 관련된 오버레이 오차의 측정을 계산하는 것을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 포함하고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 2차원 주기적 배치에서 주기적으로 이격되는 위치에 있는 상기 그리드 구조체의 수정(modification)을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 포함하고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 상기 그리드 구조체의 요소들 내에 절삭부(cut)를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는, 제 1 및 제 2 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체의 피쳐를 형성하기 위해 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계가 사용된 후에, 에칭 및/또는 증착 프로세스에 의해 형성된 바 있는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제품 구조체는, 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 동일한 기판 상의 다른 곳에 있는 동일한 재료층 내에 형성된 바 있고,

상기 제품 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐는, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐에 대하여 임의의 바이어스 양만큼 변위되지 않는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.

10. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한 기판으로서,

제 1 및 제 2 타겟 구조체를 포함하고,

각각의 타겟 구조체는 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 단일 재료층 내에 형성된 2-차원 주기적 구조체를 형성하며,

제 1 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐의 공간 주기의 절반에 가까운 제 1 바이어스 양만큼 변위되고,

제 2 타겟 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐는 제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 피쳐에 대하여, 상기 공간 주기의 절반에 가깝고 제 1 바이어스 양과 상이한 제 2 바이어스 양만큼 변위되는, 기판.

11. 제 10 절에 있어서,

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 포함하고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 2차원 주기적 배치에서 주기적으로 이격되는 위치에 있는 상기 그리드 구조체의 수정(modification)을 포함하는, 기판.

12. 제 10 절 또는 제 11 절에 있어서,

제 1 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 제 1 방향에서 상기 공간 주기를 형성하는 그리드 구조체를 포함하고, 제 2 리소그래피 단계에서 형성되는 상기 타겟 구조체의 피쳐는, 상기 그리드 구조체의 요소들 내에 절삭부(cut)를 포함하는, 기판.

13. 제 10 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는, 제 1 및 제 2 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체의 피쳐를 형성하기 위해 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계가 사용된 후에, 에칭 및/또는 증착 프로세스에 의해 형성된 바 있는, 기판.

14. 제 10 절 내지 제 13 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제품 구조체는, 상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 동일한 기판 상의 다른 곳에 있는 동일한 재료층 내에 형성된 바 있고,

상기 제품 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐는, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐에 대하여 임의의 바이어스 양만큼 변위되지 않는, 기판.

15. 제 10 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 따른 기판의 제조를 위한 리소그래피 프로세스에서 제 1 및 제 2 타겟 구조체의 피쳐를 형성하도록 구성되는 패터닝 디바이스의 세트로서,

상기 패터닝 디바이스의 세트는, 상기 재료층 내에 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 형성하도록, 상기 제 1 리소그래피 단계에서 사용되기 위한 제 1 패터닝 디바이스 및 상기 제 2 리소그래피 단계에서 사용되기 위한 제 2 패터닝 디바이스를 포함하는, 패터닝 디바이스의 세트.

16. 제 15 절에 있어서,

상기 패터닝 디바이스는

상기 제 1 및 제 2 리소그래피 단계를 사용하여 동일한 기판 상의 다른 곳에 있는 동일한 재료층 내에 제품 구조체의 피쳐를 형성하도록 더 구성되고,

상기 제품 구조체에서, 제 2 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐는, 제 1 리소그래피 단계에서 형성된 피쳐에 대하여 임의의 바이어스 양만큼 변위되지 않는, 패터닝 디바이스의 세트.

17. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.

18. 제 17 절에 있어서,

상기 계측 장치는,

제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체가 그 위에 형성된 바 있는 기판을 위한 지지대;

각각의 타겟 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 상기 타겟 구조체의 적어도 0차 방사선을 수집하기 위한 광학 시스템;

상기 0차 방사선을 사용하여 각각의 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하기 위한 검출기; 및

상기 제 1 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼 및 상기 제 2 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼의 비대칭을 사용하여, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는, 계측 장치.

19. 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및

상기 리소그래피 장치를 적어도 부분적으로 사용하여 형성된 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 사용하여 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한 제 17 절 또는 제 18 절에 따른 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 시스템.

20. 적합한 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절의 방법의 유도하는 단계를 수행하게 하는 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.

21. 제 20 절에 있어서,

상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 방사선으로 조명하고, 유도 단계에서 사용되기 위한 상기 각도-분해 산란 스펙트럼들을 검출하도록, 계측 장치를 제어하기 위한 머신 판독가능 명령을 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

22. 제품 구조체가 형성된 바 있는 기판 상의 오버레이 오차를 결정하는 방법으로서,

상기 제품 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 바 있는 제 1 제품 피쳐 및 제 2 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 바 있는 제 2 제품 피쳐를 포함하고, 상기 오버레이 오차는 상기 제 1 제품 피쳐와 제 2 제품 피쳐 사이의 위치 편차를 포함하며, 상기 방법은,

기판 상에 제 1 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 상기 제 1 타겟 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 제 1 타겟 피쳐 및 제 2 리소그래피 단계에 의해 형성된 제 2 타겟 피쳐를 포함하고, 상기 제 1 타겟 피쳐와 제 2 타겟 피쳐 사이의 위치 관련성은 제 1 바이어스 값 및 오버레이 오차에 따라 달라짐 -;

기판 상에 제 2 타겟 구조체를 제공하는 단계 - 상기 제 2 타겟 구조체는 제 1 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 제 3 타겟 피쳐 및 제 2 리소그래피 단계에 의해 형성된 제 4 타겟 피쳐를 포함하고, 상기 제 3 타겟 피쳐와 제 4 타겟 피쳐 사이의 위치 관련성은 제 2 바이어스 값 및 오버레이 오차에 따라 달라짐 -;

상기 제 1 타겟 구조체로부터 회절된 0차 방사선을 사용하여 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 단계;

상기 제 2 타겟 구조체로부터 회절된 0차 방사선을 사용하여 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하는 단계; 및

상기 제 1 각도-분해 산란 스펙트럼 및 제 2 각도-분해 산란 스펙트럼에서 관찰되는 비대칭 및 상기 제 1 바이어스 값 및 제 2 바이어스 값의 지식에 기초하여 상기 오버레이 오차의 측정을 계산하는 단계를 포함하는, 오버레이 오차 결정 방법.

23. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,

상기 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 단계;

상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및

상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 파라미터 측정 방법.

24. 제 23 절에 있어서,

상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계는, 상기 타겟 구조체에 의해 산란된 0차 방사선을 검출하는 것을 포함하는, 파라미터 측정 방법.

25. 제 23 절에 있어서,

각각의 타겟 구조체는 2-차원의 어레이를 형성하는 피쳐를 포함하는, 파라미터 측정 방법.

26. 제 23 절에 있어서,

상기 타겟 구조체는, 상보적 2 차원 푸리에 공간 내에 비-제로 성분을 가지는 피쳐를 포함하는, 파라미터 측정 방법.

27. 제 23 절 내지 제 26 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 파라미터를 유도하는 단계는, 상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 제품 구조체와 관련된 오버레이 오차의 측정을 계산하는 것을 포함하는, 파라미터 측정 방법.

28. 제 24 절에 있어서,

상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하는 것은, 레퍼런스로부터 균등하게 이격되어 있는, 산란 스펙트럼의 영역들을 사용하는 것을 포함하는, 파라미터 측정 방법.

29. 제 28 절에 있어서,

상기 레퍼런스는 선인, 파라미터 측정 방법.

30. 제 28 절에 있어서,

상기 레퍼런스는 점인, 파라미터 측정 방법.

31. 제 28 절에 있어서,

상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하는 데에 사용되는 비대칭의 기여분은 가중 계수에 의해 수정되는, 파라미터 측정 방법.

32. 제 31 절에 있어서,

상기 가중 계수는 대칭 위치의 비대칭 야코비안 부분으로부터 획득되는, 파라미터 측정 방법.

33. 제 31 절에 있어서,

상기 가중 계수는 상이한 오버레이 오차에서 계산되는 비대칭 야코비안으로부터 획득되는, 파라미터 측정 방법.

34. 제 31 절에 있어서,

상기 가중 계수는 실험 계획법(Design of Experiment)으로부터 획득되는, 파라미터 측정 방법.

35. 제 23 절 내지 제 34 절 중 어느 한 절에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.

36. 제 35 절에 있어서,

상기 계측 장치는,

상부에 타겟 구조체가 형성된 바 있는 기판을 위한 지지대;

각각의 타겟 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 상기 타겟 구조체의 적어도 0차 방사선을 수집하기 위한 광학 시스템;

상기 0차 방사선을 사용하여 각각의 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 검출하기 위한 검출기; 및

상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼의 비대칭을 사용하여, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는, 계측 장치.

37. 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및

상기 리소그래피 장치를 적어도 부분적으로 사용하여 형성된 타겟 구조체를 사용하여 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한 제 35 절 또는 제 36 절에 따른 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 시스템.

38. 적합한 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가 제 23 절 내지 제 34 절 중 어느 한 절의 방법의 유도하는 단계를 수행하게 하는 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.

39. 제 38 절에 있어서,

상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 상기 제 1 및 제 2 타겟 구조체를 방사선으로 조명하고, 유도 단계에서 사용되기 위한 상기 각도-분해 산란 스펙트럼들을 검출하도록, 계측 장치를 제어하기 위한 머신 판독가능 명령을 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시예를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 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.

리소그래피 장치와 관련하여 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 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 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 (15)

1. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
   리소그래피 프로세스에 의해 제1 타겟 구조와 제2 타겟 구조를 포함하는 타겟 구조체를 형성하는 단계 ― 상기 제1 타겟 구조는 주기적 어레이로 배열된 그리드 요소를 구비하되 그리드 요소로부터 제1 바이어스 양만큼 오프셋되어 있는 복수의 애퍼쳐를 포함하는 제1 절삭 마스크에 의해 제거된 부분들이 있으며, 상기 제2 타겟 구조는 주기적 어레이로 배열된 그리드 요소를 구비하되 그리드 요소로부터 제2 바이어스 양만큼 오프셋되어 있는 복수의 애퍼쳐를 포함하는 제2 절삭 마스크에 의해 제거된 부분들이 있고, 상기 제1 바이어스 양은 상기 제2 바이어스 양과는 상이함 ―;
   상기 타겟 구조체를 방사선으로 조명하는 단계;
   상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
   상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 상기 파라미터의 측정을 유도하는 단계를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타겟 구조체의 각도-분해 산란 스펙트럼을 획득하는 단계는, 상기 타겟 구조체에 의해 산란된 0차 방사선을 검출하는 것을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   각각의 타겟 구조체는 2-차원의 어레이를 형성하는 피쳐를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 타겟 구조체는, 상보적 2 차원 푸리에 공간 내에 비-제로 성분을 가지는 피쳐를 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 파라미터를 유도하는 단계는, 상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하여, 제품 구조체와 관련된 오버레이 오차의 측정을 계산하는 것을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 타겟 구조체의 산란 스펙트럼에서 발견되는 비대칭을 사용하는 것은, 레퍼런스로부터 균등하게 이격되어 있는, 산란 스펙트럼의 영역들을 사용하는 것을 포함하는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 레퍼런스는 선인, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 레퍼런스는 점인, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 유도하는 데에 사용되는 비대칭의 기여분은 가중 계수에 의해 수정되는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가중 계수는 대칭 위치의 비대칭 야코비안 부분(asymmetric Jacobian part)으로부터 획득되는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 가중 계수는 상이한 오버레이 오차에서 계산되는 비대칭 야코비안으로부터 획득되는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가중 계수는 실험 계획법(Design of Experiment)으로부터 획득되는, 리소그래피 파라미터 측정 방법.
13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.
14. 리소그래피 시스템으로서,
    리소그래피 프로세스에서 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및
    상기 리소그래피 장치를 적어도 부분적으로 사용하여 형성된 타겟 구조체를 사용하여 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 데에 사용되기 위한 제 13 항에 따른 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 시스템.
15. 적합한 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법의 유도하는 단계를 수행하게 하는 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.

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