KR102233398B1 - 메트롤로지 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

기판 상의 타겟의 특성을 결정하는 방법 및 대응하는 메트롤로지 장치 및 컴퓨터 프로그램이 개시된다. 상기 방법은 타겟의 제 1 이미지 내의 제 1 이미지 픽 및 타겟의 제 2 이미지 내의 제 2 이미지 픽셀을 포함한 상보적인 픽셀들의 쌍들로부터 복수의 세기 비대칭 측정들을 결정하는 단계를 포함한다. 제 1 이미지는 타겟에 의해 산란된 제 1 방사선으로부터 얻어지고, 제 2 이미지는 타겟에 의해 산란된 제 2 방사선으로부터 얻어지며, 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 상보적인 비-0차 회절들을 포함한다. 그 후, 타겟의 특성은 상기 복수의 세기 비대칭 측정들로부터 결정된다.

Description

메트롤로지 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램
본 출원은 2016년 9월 9일에 출원된 EP 출원 16188176.8의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스들의 제조 시에 이용가능한 메트롤로지를 위한 장치 및 방법들, 및 리소그래피 기술들을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트) 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성의 척도를 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 오버레이는 두 층들 간의 오정렬 정도에 관하여 설명될 수 있으며, 예를 들어 1 nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 두 층들이 1 nm만큼 오정렬되는 상황을 설명할 수 있다.
최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 라이브러리 탐색; 주성분 분석; 및 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
종래의 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 발생시킨다[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨]. 이는 무한한 것으로서 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 예를 들어 10㎛×10㎛ 이하까지 타겟들의 크기를 감소시키고, 예를 들어 이에 따라 이들이 스크라이브 레인(scribe lane) 내에 위치되기보다는 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있기 위해, 격자가 측정 스폿보다 작게 구성되는[즉, 격자가 오버필링(overfill)되는] 메트롤로지가 제안되었다. 통상적으로, 이러한 타겟들은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정된다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원들 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, 및 US20120242970A에서 설명되었다. 이 출원들도 모두 본 명세서에서 그 내용이 인용참조된다. 회절 차수들의 다크-필드 검출을 이용한 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟들은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 다수 격자들을 포함할 수 있다.
알려진 메트롤로지 기술에서, -1차 및 +1차 회절 세기들을 개별적으로 얻기 위해 조명 모드 또는 이미징 모드를 변화시키거나, 오버레이 타겟을 회전시키면서, 소정 조건들 하에 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 이 회절 차수 세기들의 비교가 타겟 비대칭, 즉 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이 비대칭이 오버레이(두 층들의 바람직하지 않은 오정렬)의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다.
두꺼운 스택(thick stack)들을 측정하는 경우, 측정되고 있는 두 층들 사이에 상당한 거리가 존재할 수 있다. 이는 -1차 및 +1차 회절 세기들을 이용하여 얻어지는 이미지들이 평균이 취해질 수 있는 유의한 안정적 세기(significant stable intensity)의 구역을 나타내지 않기 때문에, 세기 비대칭을 이용한 오버레이 결정을 신뢰할 수 없게 만들 수 있다. 이는 퓨필 평면 이미지를 이용하여 오버레이를 결정함으로써 해결될 수 있지만, 이는 매우 큰 타겟들 및 각각의 타겟 영역에 대한 별도 획득을 필요로 한다.
두꺼운 스택들 상에서 다크 필드 방법들을 이용하여 오버레이 메트롤로지를 수행할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
제 1 실시형태에서, 본 발명은 기판 상의 타겟의 특성을 결정하는 방법을 제공하고, 이는: 타겟의 제 1 이미지 내의 제 1 이미지 픽셀(image pixel) 및 타겟의 제 2 이미지 내의 제 2 이미지 픽셀을 포함한 상보적인(complementary) 픽셀들의 쌍들로부터 복수의 세기 비대칭 측정들을 결정하는 단계 -제 1 이미지는 타겟에 의해 산란된 제 1 방사선으로부터 얻어졌고, 제 2 이미지는 타겟에 의해 산란된 제 2 방사선으로부터 얻어졌으며, 상기 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 상보적인 비-0차 회절들을 포함함- ; 및 상기 복수의 세기 비대칭 측정들로부터 타겟의 상기 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
제 2 실시형태에서, 본 발명은: 방사선으로 타겟을 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성되는 검출 시스템을 포함한 메트롤로지 장치를 제공하고, 상기 메트롤로지 장치는 제 1 실시형태의 방법을 수행하도록 작동가능하다.
또한, 본 발명은 적절한 프로세서 제어 장치에서 실행되는 경우, 프로세서 제어 장치가 제 1 실시형태의 방법을 수행하게 하는 프로세서 판독가능한 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램, 및 이러한 컴퓨터 프로그램을 포함한 컴퓨터 프로그램 캐리어(computer program carrier)를 제공한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 스케터로미터의 개략적인 다이어그램, (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 상세한 회절 스펙트럼, (c) 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 스케터로미터를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 포함하는 도면;
도 4는 알려진 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 도시하는 도면;
도 5는 도 3의 스케터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시하는 도면;
도 6은 도 3의 스케터로미터를 사용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내는 흐름도;
도 7은 (a) 얇은 타겟 및 (b) 두꺼운 타겟을 통한 측정 방사선의 예시적인 광학 경로들, 및 대응하는 이미지들 및 세기 플롯들을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이를 결정하는 방법을 예시하는 개략적인 다이어그램;
도 9는 상보적인 이미지들의 (a) 제 1 정렬, (b) 제 2 정렬 및 (c) 제 3 정렬의 정규화되지 않은 스택 민감도(unnormalized stack sensitivity)에 대한 세기 비대칭의 플롯;
도 10은 (a) -d 서브-타겟에서의 세기 비대칭에 대한 +d 서브-타겟에서의 세기 비대칭, 및 (b) 정규화되지 않은 스택 민감도에 대한 +d 서브-타겟에서의 세기 비대칭의 플롯; 및
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 광학 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 광학 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 또는 비-광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블: MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 광학 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스하고, 이로 인해 타겟부(C) 상에 패턴의 이미지를 투영한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.
이 예시에서의 리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa, WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다.
도시된 장치는, 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성 및 작동은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 본 발명의 이해를 위해 더 설명될 필요는 없다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 시스템의 일부분을 형성한다. 또한, 리소그래피 셀(LC)은 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
메트롤로지 장치가 도 3(a)에 도시된다. 도 3(b)에는 타겟(T) 및 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선(diffracted ray)들이 더 상세히 예시된다. 예시된 메트롤로지 장치는 다크 필드 메트롤로지 장치로서 알려진 타입으로 이루어진다. 본 명세서에 도시된 메트롤로지 장치는 다크 필드 메트롤로지의 설명을 제공하기 위해 순전히 예시적이다. 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 광이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter: 15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있으며, 동시에 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 나타낸 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 광이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 것이기 때문이다.
도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟을 이용하면, 이 광선들은 메트롤로지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 광을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 타겟들의 격자 피치들 및 조명 각도들은, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3(a)로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다.
제 2 빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 격자 라인들의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(field stop: 21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 예시들에서, 2 개의 사분면 어퍼처(quadrant aperture)가 사용될 수 있다. 이는 이미징을 위해 차수들을 분리하는 검출 브랜치에서의 광학 웨지(wedge)들(또는 다른 적절한 요소들)과 함께, 플러스 및 마이너스 차수들의 동시 검출을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 플레이트 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위되는 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 격자의 측정을 위해서는, 90° 및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은 앞서 언급된, 사전 공개된 출원들에서 설명된다.
도 4는 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 또는 복합 오버레이 타겟을 도시한다. 이 예시에서의 오버레이 타겟은 메트롤로지 장치의 메트롤로지 방사선 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 서브-오버레이 타겟들(예를 들어, 격자들)(32 내지 35)을 포함한다. 따라서, 4 개의 서브-오버레이 타겟들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 서브-타겟들(32 내지 35)은 자체로 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 겹쳐진 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 서브-타겟들(32 내지 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 서브-타겟들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 오버레이 편향의 의미는 아래에서 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 또한, 서브-타겟들(32 내지 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 서브-타겟들(32 및 34)은 X-방향 서브-타겟들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 서브-타겟들(33 및 35)은 Y-방향 서브-타겟들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 이 서브-타겟들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 단지 오버레이 타겟의 일 예시이다. 오버레이 타겟은 4 개보다 많거나 적은 서브-타겟들을 포함할 수 있다.
도 5는 도 3(d)로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 3의 장치에서 도 4의 오버레이 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별적 서브-타겟들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 음영 처리된 영역(40)은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 작은 오버레이 타겟 서브-타겟들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 오버레이 타겟들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 서브-타겟들(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 오버레이 타겟들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
도 6은, 예를 들어 출원 WO 2011/012624에서 설명된 방법을 이용하여, 서브-타겟들(32 내지 35)을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차(즉, 바람직하지 않고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)이 측정되는 방식을 예시한다. 이러한 방법은 마이크로 회절 기반 오버레이(μDBO)라고 칭해질 수 있다. 이 측정은 세기 비대칭의 측정을 얻기 위해 +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들에서의 그 세기들을 비교함으로써(예를 들어, +2차 및 -2차와 같이 다른 대응하는 더 높은 차수의 세기들이 비교될 수 있음) 드러나는 바와 같은 오버레이 타겟 비대칭을 통해 행해진다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통해 한 번 이상 처리되어, 서브-타겟들(32 내지 35)을 포함한 오버레이 타겟을 생성한다. S2에서, 도 3의 메트롤로지 장치를 이용하여, 서브-타겟들(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 하나만(가령 -1)을 이용하여 얻어진다. 단계 S3에서, 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180°만큼 회전시킴으로써, 또는 조명 모드를 변화시키거나, 이미징 모드를 변화시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용한 오버레이 타겟들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다. 결과적으로, +1 회절 방사선은 제 2 이미지에서 포착된다.
각각의 이미지에서 1차 회절 방사선 중 절반만을 포함함으로써, 본 명세서에서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아니라는 것을 유의한다. 오버레이 타겟들의 개별적인 오버레이 타겟 라인들은 분해되지 않을 것이다. 각각의 오버레이 타겟이 소정 세기 레벨의 영역에 의해 간단히 표현될 것이다. 단계 S4에서, 관심 구역(ROI)이 각각의 성분 오버레이 타겟의 이미지 내에서 식별되고, 이로부터 세기 레벨들이 측정될 것이다.
각각의 개별적인 오버레이 타겟에 대한 ROI가 식별되고 그 세기가 측정되면, 그 후 오버레이 타겟의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는 [예를 들어, 프로세서(PU)에 의해] 각각의 서브-타겟(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어지는 세기 값들을 비교하여, 이들의 세기 비대칭, 예를 들어 이들 세기의 여하한의 차이를 식별하는 단계 S5에서 행해진다. "차이"라는 용어는 감산(subtraction)만을 칭하도록 의도되지 않는다. 차이들은 비율의 형태로 계산될 수 있다. 단계 S6에서, 다수의 오버레이 타겟들에 대한 측정된 세기 비대칭들은, 오버레이 타겟들의 여하한의 알려진 부과된 오버레이 편향들의 정보와 함께, 오버레이 타겟(T) 부근에서 리소그래피 공정의 1 이상의 성능 파라미터를 계산하는 데 사용된다. 크게 관심있는 성능 파라미터는 오버레이이다.
앞서 설명된 바와 같은 회절 메트롤로지 방법들을 이용한 오버레이 타겟들의 측정은, 측정되고 있는 2 개의 층들 사이의 (기판 평면에 수직한 z-방향에서의) 거리가 너무 크지 않은 더 얇은 스택들에 대해 더 정확하다. 더 두꺼운 스택들의 측정이 더 큰 어려움을 제공한다. 상부 및 하부 격자들 사이의 유한한 두께의 타겟을 통한 다수 회절 경로들을 따르는 비-정상(non-normal) 광 전파로 인해, 격자들은 적절히 정렬되지 않고, 이에 따라 서로에 대해 효과적으로 변위되지 않을 것이다. 이 변위들은 유한 영역 어퍼처 내에서 여러 각도들로부터 도달하는 조명으로 인해 번지게 된다. 결과적으로, 이미지 평면[검출기, 예를 들어 도 3의 검출기(23)에 의해 이미징되는 평면]의 상이한 지점들이 격자 이미지들의 교차에 관한 상이한 정보를 전달하며, 따라서 스택 민감도가 이미지 평면 내의 위치의 급변하는 함수가 된다. 얇은 타겟에서, 이 효과는 이미지 에지에만 영향을 미친다. 그러므로, ROI는 이미지 내의 에지로부터 떨어진 영역으로서 식별되며, 이때 측정된 세기는 매우 적은 공간적 변동을 나타낸다. 하지만, 더 두꺼운 스택들을 이용하면, 이 효과는 타겟 이미지의 에지뿐만 아니라 전체 타겟 이미지에 걸쳐 발생한다. 이미지에 걸친 평균 비대칭 신호는 여하한의 선택된 ROI 영역 내에서의 스택 민감도의 빠른 부호 변동으로 인해 매우 적은 스택 민감도를 갖는 한편, 개별적인 픽셀들은 훨씬 더 큰 스택 민감도를 갖는다. 이는 매우 부정확한 오버레이 추산을 유도한다. 스택 민감도가 서브-타겟들 간의 비대칭 신호의 변화를 설명하며, 이는 편향 타겟(d)에 의해 스케일링(scale)된 세기의 평균에 의해 정규화된다. 특정한 예시에서, 정규화된 스택 감도(K1/S)는 다음과 같이 설명된다:
Figure 112019035695349-pct00001
여기서, +d와 -d는 (크기 d를 갖는) 부과된 서브-타겟 편향들이고, A+d는 +d 서브-타겟의 상보적인 이미지들로부터의 비대칭 측정(세기 차이)이며, A-d는 -d 서브-타겟의 상보적인 이미지들로부터의 비대칭 측정(세기 차이)이다. Iav는 +1차 및 -1차 회절에 대한 두 서브-타겟들(+d, -d)의 세기 측정들의 평균이다.
두꺼운 스택들의 경우, 평균이 강하고 안정된 스택 민감도를 유도할 충분히 큰 ROI가 존재하지 않는다. 추가적으로, 현재 이미지 인식 알고리즘들은 균일한 구역들을 식별함으로써 작동하지만, 두꺼운 스택들에서는 타겟 주위의 경계들이 매끄럽고 씻겨지게 되기 때문에 ROI 검출을 어렵게 만든다.
도 7은 이 효과를 예시한다. 도 7a는 입사 측정 방사선(700), 및 상부 격자(720a) 및 하부 격자(720b)를 포함하는 얇은 타겟(720)(예를 들어, 1λ, 2λ, 3λ, 4λ 또는 5λ보다 작은 두께, 이때 λ는 측정 방사선의 파장임)의 조명 후의 산란 방사선(710)을 나타낸다. 명확함을 위해 단일 경로만이 도시되지만, 실제로는 여러 경로들이 존재할 것이다. 도 7b는 입사 측정 방사선(700), 및 상부 격자(740a) 및 하부 격자(740b)를 포함하는 두꺼운 타겟(740)(예를 들어, 1λ, 2λ, 3λ, 4λ 또는 5λ보다 큰, 또는 1 ㎛, 2 ㎛, 3 ㎛, 4 ㎛ 또는 5 ㎛보다 큰 두께를 갖는 것으로서 정의될 수 있는 두꺼운 타겟)의 조명 후의 산란 방사선(730)을 나타낸다. 각각의 경우, 측정된 산란 방사선에 대한 (x 또는 y에서의) 위치에 대한 세기 비대칭의 결과적인 포착된 이미지(750a, 750b) 및 대응하는 그래프(760a, 760b)가 도시된다.
두 도면들 모두, 명확함을 위해 단일 경로만이 도시되지만, 실제로는 여러 경로들이 존재할 것이다. 상부 격자(720a, 740a), 그 후 하부 격자(720b, 740b), 및 다시 상부 격자(720a, 740a)에서의 연속적인 회절 사건들로 인해 많은 상이한 광학 경로들이 발생하고, 방사선은 가능하게는 각각의 회절 사건에서 상이한 각도들로 회절한다. 그러므로, 나타낸 것 이외의 타겟 내부의 광학 경로들이 유사하게 존재하고 거동한다(즉, 오버랩이 없는 구역들, 상부-하부 오버랩을 갖는 구역들 및 상부-하부-상부 오버랩을 갖는 구역들이 존재할 것이다). 또한, 상부 격자로부터 반사하는 일부 방사선이 존재할 것이며, 이는 구역(a, a')과 부분적으로 오버랩되고 오버랩 구역에서만 오버레이 신호를 전달하는 또 다른 구역을 유도한다.
도 7a에서, 산란 방사선(710)은 타겟을 통한 방사선의 경로에 따라, a, b 및 c로 표시된 구역들로 분할되었다. a로 표시된 가장 큰 구역은 상부 격자(720a)를 통해 하부 격자(720b) 상으로, 그리고 다시 상부 격자(720a)를 통한 경로를 취한 측정 방사선(700)으로부터 발생된다. 이 구역의 방사선은 동일한 산란 구조들의 영향을 받았고 이미지와 관련하여 비교적 크기 때문에, 그 세기가 ROI라고 표시된 이미지(750a) 및 그래프(760a)의 구역에 의해 나타낸 바와 같은 구역에 걸쳐 비교적 안정적일 것이다. b로 표시된 구역은 상부 격자(720a)를 통해 하부 격자(720b) 상으로의 경로를 취하고 다시 상부 격자(720a)를 통하지 않는 측정 방사선(700)으로부터 발생된다. 이 구역들(a, b)은 모두 상부 격자(720a) 및 하부 격자(720b) 모두에 의해 산란되기 때문에, 이들이 각각 오버레이 정보를 포함할 것이다. c로 표시된 구역은 상부 격자(720a)에 의해서만 산란되었으므로, 오버레이 정보를 포함하지 않는다.
도 7b는 두꺼운 타겟에 대한 균등한 상황을 나타낸다. 영역 a'가 도 7a의 균등한 구역(a)보다 훨씬 더 작다는 것을 알 수 있다. 또한, 오버레이 정보를 포함하지 않는 구역(c')은 도 7a의 균등한 구역(c)보다 훨씬 더 크다. 어퍼처의 크기가 유한하기 때문에, 입사 측정 방사선(700)은 다수 입사각들로 타겟에 도달하며, 이는 결과적인 이미지가 측정 방사선의 전파 방향을 따라 번진다(확산된다)는 것을 의미하고, 격자들 사이의 거리는 이 확산을 악화시킨다. 각각의 회절 사건 후의 (다수 회절 각도들로 인한) 다수 광학 경로들은 타겟의 이미지를 더 복잡하게 한다. 이의 결과는 x/y 대각선에서 세기의 이 확산을 나타내는 이미지(750b), 및 안정된 세기의 구역이 없고 이에 따라 평균이 취해질 수 있는 양호한 ROI가 없음을 알 수 있는 그래프(760b)에 의해 예시된다. 이미지(750b)에서의 확산 방향은 메트롤로지 장치 및 어퍼처 구성에 의존적이고, 다른 메트롤로지 장치들 및 어퍼처 구성들에 대해 확산은 상이한 방향으로; 예를 들어, 격자 축선(예를 들어, x-격자에 대해 x-축)을 따라 이루어질 수 있다는 것을 유의한다.
ROI를 평균하고 평균된 세기들을 빼는 대신에, 정상 및 상보적인 이미지들로부터의 상보적인 픽셀들의 쌍들의 세기들이 감산되는 것이 제안된다. 이러한 필드 분해 오버레이 측정은 설명되는 알려진 기술에 비해 많은 이점들을 갖는다. 앞선 내용과 같이, 정상 및 상보적인 이미지들은 +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들(또는 다른 상보적인 고차 이미지들)을 포함할 수 있다.
필드 평면 이미지는 +1차 이미지 내의 각각의 지점이 -1차에서 대응하는 회전 대칭 지점과 동일한 타겟 구조체를 통한 동일한 광학 경로 길이를 나타내는 속성을 갖는다. 이러한 것으로서, 상보적인 픽셀들은 측정된 픽셀 세기를 담당하는 타겟 구조체를 통한 방사선 경로들이 균등하거나 회전 대칭이고 이에 따라 동일한 경로 길이들을 갖는 상보적인(예를 들어, +1 및 -1 회절) 이미지들로부터의 픽셀들을 포함한다. 회전 대칭은 메트롤로지 장치 센서의 광학 축선, 또는 (도 5에 예시된 바와 같이) 서브-타겟들 각각이 비-중심적으로 이미징되는 경우에는 이에 평행한 축선을 중심으로 대칭일 수 있다. 결과적으로, 2 개의 격자들의 겉보기 오프셋(apparent offset)으로부터 발생하는 앞선 효과들은 원칙적으로 각각의 픽셀을 개별적인 오버레이 측정으로서 처리함으로써 제거될 수 있다. 이는 스택 민감도가 각각 연계된 오버레이 측정들의 집합(collection)을 유도한다. 타겟 구조체를 통한 대응하는 상보적인 경로들의 최적 대칭을 얻기 위해, 측정 방사선은 각각의 측정을 위해 타겟 구조체의 상부 격자 상에 포커스되는 것이 바람직하다.
이러한 방법에 추가적인 이점들이 존재한다. 첫째, 제안된 방법으로 +1차 및 -1차에서의 광학 경로들의 대칭적 교란(symmetric disturbance)을 유도하는 다른 모든 효과들이 억제될 것이다. 이들은 디포커스(예를 들어, 세기 기울기)로 인한 이미지 왜곡들을 포함할 수 있으며, 이는 종래 방법에서 ROI에 걸쳐 세기들이 평균되는 경우에 오버레이 추산의 추가적인 부정확성을 유도할 수 있다. 다른 센서 비대칭들도 상쇄될 수 있다.
또 다른 장점은, 이러한 방법이 측정들에 걸쳐 크게 변동하는 스택 민감도를 갖는 비대칭의 복수의 동시 측정들을 효과적으로 산출한다는 것이다. 세기 비대칭(A)(즉, 정상 및 상보적인 세기 측정들 간의 차이)은 다음과 같이 계산될 수 있는 것으로 알려져 있다:
Figure 112019035695349-pct00002
여기서, K1은 표준화되지 않은 스택 민감도이고, K0는 타겟 내에 존재하는 공정 비대칭의 양에 의존하는 항이다. 공정 비대칭은 오버레이와 관련되지 않지만, 대신에 타겟의 처리로부터 발생한다. 이러한 처리는 격자들 중 하나(일반적으로 하부 격자)가, 예를 들어 바닥 경사(비-수평 바닥) 또는 격자의 각각의 골(trough)을 구성하는 벽들 사이의 측벽 각도에서의 오프셋을 가짐으로써 자체로 비대칭이도록 할 수 있다. 오버레이(OV)는 매우 작다고 가정될 수 있으며, 이에 따라 근사 sin OV = 0V가 수행될 수 있다는 것을 유의한다. K0, K1 및 OV는 모두 알려져 있지 않고 비대칭 측정들로부터의 결정을 필요로 한다.
도 6의 알려진 방법에 의해, 상이한 편향들(예를 들어, +d 및 -d의 편향들)의 2 개의 격자로부터 2 개의 비대칭 값들이 결정된다. ROI 영역 내에서의 스택 민감도는 얇은 스택들에 대해 안정적이기 때문에, 즉 비교적 고정된 단일 값을 갖기 때문에, 단일 캡처에서 K0를 결정하기 위한 선형 피팅은 실현가능하지 않다. 스택 민감도가 측정 파장 및 편광에 따라 변동하기 때문에, (예를 들어, 상이한 파장들/편광들을 사용한) 다수 포착들이 수행될 필요가 있다. 하지만, 본 명세서에 설명된 방법에서는, 변동가능한 스택 민감도를 갖는 비대칭의 다수 동시 측정들이 얻어져, K0와 오버레이 OV 사이의 혼합(mixing)을 제거하기 위한 다수 지점들을 산출하고, 선형 회귀를 가능하게 하며, 이에 따라 단일 포착에서 K0 및 OV의 결정을 가능하게 한다.
도 8은 제안된 방법을 개념적으로 예시한다. 상이한 편향들(예를 들어, +d, -d)을 갖는 적어도 2 개의 서브-타겟들을 포함한 복합 타겟이 상보적인 고차(예를 들어, +1차 및 -1차)를 사용하여 측정되어, 이미지들(800+1,+d, 800-1,+d, 800-1,-d, 800+1,-d)을 얻는다. 이는 도 6의 단계들(S1, S2 및 S3)을 수행함으로써 달성될 수 있다. 이 다음, 각각의 상보적인 쌍의 이미지들 중 하나가 회전되고 상보적인 쌍의 이미지들 중 다른 하나에 "정렬"된다. 예를 들어, 이미지 800+1,+d는 회전되고 이미지 800-1,+d에 정렬될 수 있으며, 이미지 800+1,-d는 회전되고 이미지 800-1,-d에 정렬될 수 있다. 정렬의 목적은 +1차 및 -1차 회절 이미지에서 대칭적인 픽셀들의 쌍들, 즉 감지된 방사선이 타겟을 통한 동일한 광학 경로들을 취한 픽셀들을 식별하기 위한 것이다. 일단 상보적인 쌍의 이미지들이 정렬되면, 상보적인(예를 들어, 대칭적인) 개별 픽셀들의 세기 차이가 계산되어, 비대칭 이미지들(810+d, 810-d)에 의해 표현되는 복수의 픽셀당 비대칭 측정들을 얻는다. 오버레이(OV)는 평균된 세기 값들을 사용할 때와 동일한 방식으로, 예를 들어 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112019035695349-pct00003
여기서, +d와 -d는 (크기 d를 갖는) 부과된 편향들이고, A+d는 +d 타겟의 상보적인 이미지들로부터의 상보적인 개별 픽셀들의 비대칭 측정(세기 차이)이며, A-d는 -d 타겟의 상보적인 이미지들로부터의 상보적인 개별 픽셀들의 비대칭 측정(세기 차이)이다. 그러므로, 이 계산은 단일 평균 값들에 대한 한 번보다는 픽셀마다 수행되어 복수의 픽셀당 오버레이 값들을 얻는다.
이는 개념적으로 실제로 하나의 이미지를 회전시키고 이를 그 상보적인 이미지와 정렬시키는 것으로서 공정을 구상하는 것을 돕지만, 이 공정은 문자 그대로 이러한 단계들을 포함하지 않을 수 있다. 중요한 것은 비대칭 측정들이 상보적인(예를 들어, 회전-대칭적인) 픽셀들로부터 픽셀마다 계산된다는 것이다. 이를 위해, 두 이미지들 간의 상대 위치적 오프셋이 최적화될 필요가 있다. 예를 들어, 이미지 정합 또는 에지 발견/모델링 알고리즘 등을 사용하여 이미지들을 문자 그대로 정렬하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 푸리에 방법들도 고려된다. 원칙적으로, 타겟들의 예상된 정렬은 타겟 레이아웃으로부터 알려질 수도 있다. 결과적으로, 사용될 수 있는 몇몇 사전 정보가 존재한다: 위치들의 차이는 레티클로부터 알려질 수 있고, 이에 따라 정렬은 광학 축선이 타겟에 대해 있는 위치를 결정하는 것만을 필요로 한다. 하지만, 이러한 방법들을 사용하여 필요한 서브-픽셀 분해능에 정렬하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 시각적 정렬이 실제로 최적 오프셋을 산출하지 않을 수도 있다.
2 개의 이미지들 사이의 상대 위치적 오프셋을 최적화하기 위해, 정규화되지 않은 스택 민감도 계수(K1)에 대한 A+d 또는 A-d의 플롯; 또는 다수의 상이한 (시행) 이미지 오프셋들에 대해서, A-d에 대한 A+d의 플롯을 통해 회귀를 수행하는 것이 제안된다. 정규화되지 않은 스택 민감도(K1)는 시행 정렬(trial alignment)의 함수라고 알려져 있다. 일 실시예에서, 최적화된 오프셋은 플롯이 가장 선형인 회귀를 산출하는 오프셋이다. 상이한 오프셋들이 시도되는 경우, K1, A-d 및 A+d가 변화하여, 이 파라미터들 중 둘 사이의 가장 선형인 관계가 결정될 수 있게 한다. K1이 사용된다면, 이는 다음에 의해 픽셀마다 결정될 수 있다:
Figure 112019035695349-pct00004
가장 선형인 관계를 찾는 대안예로서, 또 다른 함수에 가장 잘 피팅되는 회귀를 산출하는 플롯이 선택될 수 있다. 특히, 설명된 선형 피팅은 실제로 선형 구역의 작은 범위에 걸친 sin 관계의 근사이다. 이러한 것으로서, sin 관계에 가장 잘 피팅되는 플롯은 최상의 정렬을 위해 선택될 수 있다. 대안적으로, 다른 함수들(예를 들어, 이차 관계)에 대한 최상의 피팅이 선택될 수 있다. (피팅되는 함수에 관계없이) 오프셋을 최적화하는 경우, 철저한 탐색 전략이 채택될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 최상의 오프셋을 발견하는 탐욕적(greedy) 탐색 전략 또는 다른 최적화 접근법이 채택될 수 있다. 각각의 플롯에 대한 추가적인 데이터 포인트들이 포함될 수 있다; 예를 들어, 상이한 측정 레시피(파장 및/또는 편광)로 추가적인 측정들을 얻는 것이 플롯될 포인트들의 수를 두 배로 늘려 더 우수한 피팅을 가능하게 한다.
도 9는 이 오프셋 최적화 방법을 예시한다. 도 9a는 상보적인 이미지들 간의 제 1 상대 오프셋에 대해서 K1에 대한 A+d의 플롯을 나타내고, 도 9b는 상보적인 이미지들 간의 제 2 상대 오프셋에 대해서 대응하는 플롯을 나타내며, 도 9c는 상보적인 이미지들 간의 제 3 상대 오프셋에 대한 플롯을 나타낸다. 이 특정한 예시에서, 최적화된 상대 오프셋은 도 9b에 예시된 것이다. 이것이 매우 선형적인 회귀를 나타내며, 다른 두 플롯은 덜 선형적이다. 플롯들 간의 상대 오프셋의 차이는 픽셀보다 작을 수 있어, 예를 들어 픽셀의 10분의 1 또는 2이라서, 오프셋 최적화가 단일 픽셀보다 실질적으로 작은 정확성 내에서 수행될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 상보적인 이미지들 간의 상대 오프셋들의 범위에 걸쳐 선형 회귀와 데이터 포인트들 사이의 잔류 오차(예를 들어, 기울기의 추정 분산 또는 평균 제곱 오차)를 최소화하는 비용 함수가 고안될 수 있다.
일단 이미지 오프셋이 최적화되면, 오버레이 값은 A+d에 대한 A-d의 플롯; 또는 민감도 계수 K1에 대한 A+d 또는 A-d의 플롯으로부터 선형 피팅의 기울기로부터 결정될 수 있다. 이 기울기에 의해 정확한 오버레이 값이 주어질 것으로 나타낼 수 있다. 도 10은 (a) A-d에 대한 A+d의 예시적인 플롯, 및 (b) K1에 대한 A+d의 예시적인 플롯을 나타내며, 각각의 경우 5 개의 데이터 포인트들에 대한 선형 피팅을 나타낸다. 도 10a의 A-d에 대한 A+d 플롯에 대해, 피팅을 위한 수학식은 다음과 같다:
Figure 112019035695349-pct00005
여기서, m은 라인의 기울기이고, C는 오프셋이다. 따라서, 오버레이(OV)는 다음과 같이 계산될 수 있는 것으로 나타낼 수 있다:
Figure 112019035695349-pct00006
도 10b의 K1에 대한 A+d 플롯에 대해, 피팅을 위한 수학식은 다음과 같다:
Figure 112019035695349-pct00007
따라서, 오버레이(OV)는 (K1을 대신하도록 수학식 3을 사용하여) 다음과 같이 계산될 수 있는 것으로 나타낼 수 있다:
Figure 112019035695349-pct00008
도 11은 본 명세서에 설명된 기술들을 이용하여 오버레이를 측정하는 예시적인 방법의 흐름도이다. 단계 S11에서, 기판 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통해 한 번 이상 처리되어, 오버레이 타겟을 생성한다. S12에서, 예를 들어 도 3의 메트롤로지 장치를 사용하여, 오버레이 타겟들의 제 1 (정상) 이미지가 1차/고차 회절 빔들 중 단 하나(예를 들어, +1)를 포함하는 제 1 방사선을 사용하여 얻어진다. 단계 S13에서, 다른 1차/고차 회절 빔(예를 들어, -1)을 포함하는 제 2 방사선을 사용하여 오버레이 타겟들의 제 2 (상보적인) 이미지가 얻어진다. 단계 S12 및 단계 S13은 (예를 들어, 회절 차수들을 분리하기 위해 광학 웨지들을 사용함으로써) 동시에 수행될 수 있다. 단계 S11 내지 단계 S13은 도 6의 단계 S1 내지 단계 S3에 대응한다.
단계 S14에서, 상기 제 1 이미지로부터의 제 1 이미지 픽셀 및 상기 제 2 이미지로부터의 제 2 이미지 픽셀을 포함하는 상보적인(대칭적인) 픽셀들의 (가능한) 쌍들에 대해, 오버레이 타겟의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정된다. 이는 [예를 들어, 프로세서(PU)에 의해] 각각의 오버레이 서브-타겟(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어진 세기 값들을 비교하여 픽셀마다 그 세기 비대칭, 예를 들어 그 세기의 여하한의 차이를 식별함으로써 행해질 수 있다. "차이"라는 용어는 감산만을 칭하도록 의도되지 않는다. 차이들은 비율의 형태로 계산될 수 있다. 특정 실시예에서, 이는 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 다수의 가능한 정렬들에 대해 행해진다. 다른 실시예들에서, 이 단계에 앞서 (예를 들어, 이미지 정합 기술 등을 이용하여) 정상 및 상보적인 이미지들을 정렬시키는 오프셋 최적화 단계(S15 참조)가 수행될 수 있으며, 이 단계는 최적화된 오프셋으로 한 번 수행될 수 있다.
단계 S15에서, 각각의 개별적인 타겟[예를 들어, 타겟이 도 4에 예시된 바와 같은 경우, 서브-타겟들(32, 33, 34, 35) 각각]에 대해 정상 및 상보적인 이미지들 간의 상대 오프셋이 최적화된다. 일 실시예에서, 오프셋 최적화 단계는 (예를 들어, 단계 S14에서 결정된 바와 같은) 정상 및 상보적인 이미지들 간의 상이한 시행 오프셋들(상대 시프트들)에 대하여, 하나의 서브-타겟(예를 들어, +d 이미지)으로부터의 이미지들의 상보적인 픽셀들의 일부 또는 모든 쌍들에 대한 세기 비대칭 측정들과, 다른 타겟(예를 들어, -d 이미지)으로부터의 이미지들의 동일한 픽셀들에 대한 세기 비대칭 측정들 또는 민감도 계수(K1) 사이의 관계를 (예를 들어, 방향마다) 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 결정된 관계가 가장 선형인 오프셋이 최적화된 오프셋으로서 선택될 수 있다.
단계 S16에서, 측정된 픽셀당 세기 비대칭 및 알려진 편향들의 지식을 이용하여 오버레이가 결정된다. 일 실시예에서, 오버레이는 단계 S15에서 결정된 선형 관계의 기울기로부터 결정될 수 있다. 오버레이를 결정하는 다른 방법들, 예를 들어 정렬된 이미지들에 대해 수학식 2를 이용한 픽셀당 계산을 수행하는 것도 가능하다. 추가적으로, 오버레이 범위에 걸친 각각의 계산된 픽셀당 오버레이의 분포(예를 들어, 히스토그램)가 결정될 수 있고, 가장 일반적인 오버레이 값이 실제 오버레이로서 선택된다.
앞서 설명된 타겟들은 구체적으로 측정을 위해 디자인되고 형성되는 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능부들인 타겟들에 대해 속성들이 측정될 수 있다. 많은 디바이스들이 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟'이라는 용어들은, 구조체가 구체적으로 수행되는 측정을 위해 제공되었음을 요구하지 않는다. 또한, 메트롤로지 타겟들의 피치(P)가 스케터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)들에서 리소그래피 공정에 의해 만들어지는 통상적인 제품 피처들의 치수보다 훨씬 더 클 수 있다. 실제로, 타겟들 내의 오버레이 격자들의 라인들 및/또는 공간들은 제품 피처들과 치수가 유사한 더 작은 구조체들을 포함하도록 이루어질 수 있다.
기판들 및 패터닝 디바이스들 상에 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적 격자 구조체들과 관련하여, 일 실시예는 기판 상의 타겟들을 측정하고, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻도록 측정들을 분석하는 방법들을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3의 장치의 유닛(PU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 타입의 기존 메트롤로지 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서가 단계 S14 내지 단계 S16을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 있고, 이에 따라 오버레이 오차를 계산할 수 있다.
프로그램은 선택적으로 적절한 복수의 타겟들에 대한 비대칭의 측정을 위한 단계들(S12 내지 S15)을 수행하기 위해 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배치될 수 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압되고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

  1. 기판 상의 타겟의 특성을 결정하는 방법에 있어서,
    복수의 세기 비대칭 측정(intensity asymmetry measurement)들을 결정하는 단계- 상기 복수의 세기 비대칭 측정들의 각각은 상기 측정된 세기들을 평균화하지 않는 상보적인(complementary) 픽셀들의 쌍들 중 각각으로부터 측정된 세기들로부터 결정되고,
    상기 상보적인 픽셀들의 쌍들의 각각은 상기 타겟의 제 1 이미지 내의 제 1 이미지 픽셀(image pixel) 및 상기 타겟의 제 2 이미지 내의 제 2 이미지 픽셀을 포함하고,
    상기 제 1 이미지는 상기 타겟에 의해 산란된 제 1 방사선으로부터 얻어지고, 상기 제 2 이미지는 상기 타겟에 의해 산란된 제 2 방사선으로부터 얻어지고, 및
    상기 제 1 방사선 및 제 2 방사선은 상보적인 비-0차 회절(non-zero diffraction order)들을 포함함 -; 및
    상기 상보적인 픽셀들의 쌍들의 상기 복수의 세기 비대칭 측정을 이용하여 상기 타겟의 특성을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟의 특성은 오버레이를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상보적인 픽셀들의 쌍들을 식별하기 위해, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지 간의 상대 위치적 오프셋(relative positional offset)을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상대 위치적 오프셋을 최적화하는 단계는 한 쌍의 상보적인 픽셀들 중 상기 제 1 이미지 픽셀을 형성하도록 상기 제 1 방사선에 의해 진행되는 상기 타겟을 통한 광학 경로 길이들 및 상기 쌍의 상보적인 픽셀들 중 상기 제 2 이미지 픽셀을 형성하도록 상기 제 2 방사선에 의해 진행되는 상기 타겟을 통한 광학 경로 길이들이 동일하도록 이루어지는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상대 위치적 오프셋을 최적화하는 단계는 한 쌍의 상보적인 픽셀들 중 상기 제 1 이미지 픽셀을 형성하도록 상기 제 1 방사선에 의해 진행되는 상기 타겟을 통한 광학 경로들 및 상기 쌍의 상보적인 픽셀들 중 상기 제 2 이미지 픽셀을 형성하도록 상기 제 2 방사선에 의해 진행되는 상기 타겟을 통한 광학 경로들이 대칭이도록 이루어지는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 상대 위치적 오프셋을 최적화하는 단계는:
    상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 복수의 시행 오프셋(trial offset)들에 대하여 상기 타겟의 민감도 계수와 상기 세기 비대칭 측정들 간의 관계를 결정하는 단계; 및
    상기 관계가 특정 함수에 가장 잘 피팅(fit)하는 오프셋을 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 타겟은 제 1 편향(bias)을 갖는 제 1 서브-타겟 및 제 2 편향을 갖는 제 2 서브-타겟을 포함하고, 상기 상대 위치적 오프셋을 최적화하는 단계는:
    복수의 시행 오프셋들에 대하여 상기 제 1 서브-타겟으로부터의 상기 세기 비대칭 측정들과 상기 제 2 서브-타겟으로부터의 상기 세기 비대칭 측정들 간의 관계를 결정하는 단계; 및
    상기 관계가 특정 함수에 가장 잘 피팅하는 오프셋을 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 특정 함수는 선형 함수를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟의 특성을 결정하는 단계는 상기 선형 함수의 기울기로부터 상기 타겟의 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟에서 공정 비대칭으로부터 생기는 세기 비대칭 기여를 결정하는 단계를 더 포함하고, 공정 비대칭은 층들 간의 오버레이 오프셋으로부터 생기지 않는 상기 타겟에서의 여하한의 비대칭을 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 상이한 층들에서의 2 개의 구조체들을 포함하고, 상기 기판의 평면에 수직인 방향으로의 상기 2 개의 구조체들 간의 거리는 1 ㎛보다 큰 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 상이한 층들에서의 2 개의 구조체들을 포함하고, 상기 기판의 평면에 수직인 방향으로의 상기 2 개의 구조체들 간의 거리는 2 ㎛보다 큰 방법.
  13. 메트롤로지 장치에 있어서,
    방사선으로 타겟을 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 및
    상기 타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성되는 검출 시스템
    을 포함하고,
    상기 메트롤로지 장치는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
  14. 적절한 프로세서 제어 장치에서 실행되는 경우, 상기 프로세서 제어 장치가 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 프로세서 판독가능한 명령어들을 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  15. 제 14 항에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체(computer readable recording medium).
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