KR102248135B1 - 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치 - Google Patents

디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102248135B1
KR102248135B1 KR1020197016549A KR20197016549A KR102248135B1 KR 102248135 B1 KR102248135 B1 KR 102248135B1 KR 1020197016549 A KR1020197016549 A KR 1020197016549A KR 20197016549 A KR20197016549 A KR 20197016549A KR 102248135 B1 KR102248135 B1 KR 102248135B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
periodic component
target
radiation
diffraction
pitch
Prior art date
Application number
KR1020197016549A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190072660A (ko
Inventor
아나그노스티스 트시아트마스
알로크 베르마
베르트 베르스트래텐
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. filed Critical 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Publication of KR20190072660A publication Critical patent/KR20190072660A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102248135B1 publication Critical patent/KR102248135B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/7065—Defects, e.g. optical inspection of patterned layer for defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788—Diffraction
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2022—Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466—Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 광학 장치를 이용하여 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 기판 상의 타겟을 측정하는 단계를 포함한다. 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함한다. 광학 장치는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용한다. 수용된 방사선은 제 1 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절 및 제 2 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함한다.

Description

디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치
본 출원은 2016년 11월 10일에 출원된 EP 출원 16198272.3의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 메트롤로지 장치, 기판, 타겟, 디바이스 제조 시스템, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시와 같이 디바이스 제조 공정들에서 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. 알려진 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 역-평행 방향(anti-parallel)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정과 같은 디바이스 제조 공정을 모니터링(monitor)하기 위해, 패터닝된 기판(및 이에 따른, 패터닝된 기판에 영향을 주는 디바이스 제조 공정의 여하한의 측면)의 파라미터들이 측정된다. 파라미터들은, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속층들 간의 오버레이 오차, 및 현상된 감광성 레지스트 및/또는 에칭된 제품 피처(product feature)들의 임계 치수(통상적으로, 선폭)를 포함할 수 있다. 파라미터들은 피처 높이들 및/또는 피처 피치들을 포함할 수 있다. 이 측정들은 제품 기판 및/또는 지정된 메트롤로지 타겟(dedicated metrology target) 상에서 수행될 수 있다. 리소그래피 공정 시 형성된 미세한 구조체들의 측정을 수행하기 위해, 스캐닝 전자 현미경 및 다양한 특수 툴들의 사용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 고속 및 비-침습(non-invasive) 형태의 특수 검사 툴은, 기판의 표면 상의 타겟부 상으로 방사선 빔을 지향하여, 산란되거나 반사된 빔의 속성들을 측정하는 스케터로미터(scatterometer)이다. 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란된 전후에 상기 빔의 속성들을 비교함으로써, 기판의 속성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 알려진 기판 속성들과 연계된 알려진 측정들의 라이브러리(library) 내에 저장된 데이터 또는 산란 구조체의 모델로부터 실시간으로 계산되는 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 수행될 수 있다. 스케터로미터의 2 가지 주 형태가 알려져 있다. 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위(particular narrow angular range)로 산란되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선의 세기를 측정한다.
다중 패터닝은 피처 밀도를 증가시키는 데 사용되는 기술들의 한 종류이다. 이중 패터닝에서, 예를 들어 리소그래피 공정은 개별 피처들 사이의 최소 간격을 반으로 줄이도록 향상된다. 사중 패터닝에서, 리소그래피 공정은 최소 간격을 4 배만큼 감소시키도록 향상된다.
스페이서 공정 기술(Spacer Process Technology: SPT)로도 지칭될 수 있는 스페이서 패터닝(spacer patterning)은 사전-패터닝된 피처들의 측벽에 층들이 형성되는 다중 패터닝 기술이다. 사전-패터닝된 피처들은 후속하여 제거되어 각각의 사전-패터닝된 피처에 대한 2 개의 잔여 측벽 피처를 남긴다. 사전-패터닝된 피처들의 폭이 사전-패터닝된 피처들 사이의 간격들과 정확히 동일한 경우, 잔여 측벽 피처를 사용하여 형성된 피처들은 단일의 공통 이격 거리로 서로 이격될 것이다. 하지만, 스페이서 패터닝 공정에서의 오차들이 인접한 피처들 간의 간격을 변동시킬 수 있다. 이중 패터닝의 경우, 변동은 교번하는 이격 거리를 포함할 수 있다. 교번하는 이격 거리는 피치 워킹(pitch walking)이라고 칭해질 수 있다. 피치 워킹은, 예를 들어 리소그래피 공정에서의 오차가 사전-패터닝된 피처들의 폭을 사전-패터닝된 피처들 사이의 간격과 상이하게 할 때 발생할 수 있다. 또한, 피치 워킹은 다른 형태의 다중 패터닝에서, 예를 들어 LELE(Litho-Etch-Litho-Etch)와 같은 비-스페이서 기술들에서 발생할 수 있습니다.
다중 패터닝 공정으로부터 발생하는 피치 워킹의 측정을 포함한, 디바이스 제조 공정들의 속성들의 정확한 측정은 어렵거나, 시간 소모적이거나, 또는 둘 모두일 수 있다.
디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하고, 디바이스 제조 공정을 수행하는 개선된 방법들 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 광학 장치를 이용하여 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 기판 상의 타겟을 측정하는 단계를 포함하며, 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하고, 광학 장치는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하며, 수용된 방사선은 제 1 주기적 구성요소만으로부터의 측정 방사선의 회절 및 제 2 주기적 구성요소만으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 데 사용되는 타겟을 포함한 기판이 제공되고, 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며, 제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있고, 제 2 주기적 구성요소는 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 제 1 주기적 구성요소만의 피치 및 제 2 주기적 구성요소만의 피치보다 길도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 측정 공정 시 디바이스 제조에서 사용되는 타겟이 제공되고, 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며, 제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있고, 제 2 주기적 구성요소는 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 제 1 주기적 구성요소만의 피치 및 제 2 주기적 구성요소만의 피치보다 길도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치가 제공되고, 메트롤로지 장치는: 타겟을 포함한 기판; 및 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 타겟을 측정하는 광학 장치를 포함하며, 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하고, 광학 장치는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하도록 구성되며, 수용된 방사선은 제 1 주기적 구성요소만으로부터의 측정 방사선의 회절 및 제 2 주기적 구성요소만으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함한다.
이제 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 메트롤로지에서 사용되는 스케터로미터를 도시하는 도면;
도 4 내지 도 9는 스페이서 패터닝을 사용하는 예시적인 이중 패터닝 공정에서의 스테이지들을 도시하는 도면;
도 10은 피치 워킹이 0인, 이중 패터닝에 의해 형성된 주기적 타겟 구조체의 개략적인 측면도;
도 11은 피치 워킹이 0이 아닌, 이중 패터닝에 의해 형성된 주기적 타겟 구조체의 개략적인 측면도;
도 12는 제 1 층의 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 층의 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하고, 제 1 주기적 구성요소가 0인 피치 워킹을 포함하는 예시적인 타겟의 개략적인 측면도;
도 13은 제 1 주기적 구성요소가 0이 아닌 피치 워킹을 포함하는 경우의 도 12의 타겟을 도시하는 도면;
도 14a는 0인 피치 워킹을 갖는 타겟 구조체의 개략적인 평면도;
도 14b는 광학 장치로의 입력 밖에 있는 도 14a의 타겟 구조체로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 15a는 피치 워킹이 0이 아닌 경우의 도 14a의 타겟 구조체의 개략적인 평면도;
도 15b는 여전히 광학 장치로의 입력 밖에 있는 도 15a의 타겟 구조체로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 16a는 0인 피치 워킹을 갖는 격자를 포함한 제 1 주기적 구성요소 및 격자의 일부분이 제거되는 주기적 구역들을 포함한 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체의 개략적인 평면도;
도 16b는 여전히 광학 장치로의 입력 밖에 있는 도 16a의 타겟 구조체로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 17a는 0이 아닌 피치 워킹을 갖는 격자를 포함한 제 1 주기적 구성요소 및 격자의 일부분이 제거되는 주기적 구역들을 포함한 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체의 개략적인 평면도;
도 17b는 광학 장치로의 입력 안에 있는 도 17a의 타겟 구조체로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 18a는 타겟의 제 1 층 내의 제 1 주기적 구성요소의 개략적인 평면도;
도 18b는 광학 장치로의 입력 밖에 있는 도 18a의 제 1 주기적 구성요소로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 19a는 도 18a의 제 1 주기적 구성요소 및 제 1 층의 위 또는 아래에 있는 제 2 층 내에 형성된 제 2 주기적 구성요소를 포함하고, 제 2 주기적 구성요소는 제 1 주기적 구성요소의 공간 주기의 2 배인 공간 주기를 갖는 타겟의 개략적인 평면도;
도 19b는 광학 장치로의 입력 밖에 있는 도 19a의 타겟으로부터의 1차 회절을 도시하는 도면;
도 20a는 제 2 주기적 구성요소가 제 1 주기적 구성요소의 공간 주기의 3 배인 공간 주기를 갖고, 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 사이에 오버레이 오차가 존재하여 비대칭 회절을 초래한다는 것 이외는 도 19a의 타겟의 개략적인 평면도;
도 20b는 광학 장치로의 입력 안에 있는 도 20a의 타겟으로부터의 비대칭 1차 회절을 도시하는 도면;
도 21a는 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 사이에 상이한 오버레이 오차가 존재한다는 것 이외는 도 20a의 타겟의 개략적인 평면도;
도 21b는 도 20b의 1차 회절에서의 비대칭과 상이한, 도 21a의 타겟으로부터의 비대칭 1차 회절을 도시하는 도면;
도 22는 간격 편차(S1-S2)의 함수로서 1차 신호(FOS)의 변동 및 3 개의 상이한 타겟들에 대한 값들을 도시하는 그래프;
도 23은 오버레이 오프셋(OV) 및 간격 편차(S1-S2)의 함수로서 1차 신호(FOS)의 변동을 도시하는 그래프;
도 24 및 도 25는 각각 간격 편차(S1-S2)의 함수로서 1차 신호의 미분계수(derivative of a first order signal: DFOS)(민감도에 비례함)의 변동 및 1차 신호(FOS)를 나타내는 도면;
도 26은 간격 편차(S1-S2)의 함수로서 1차 신호(FOS)의 변동 및 2 개의 반대로 편향된 타겟 구조체들에 대한 값들을 도시하는 그래프; 및
도 27은 오버레이 오프셋(OV) 및 간격 편차(S1-S2)의 함수로서 2차 차동 신호(second order differential signal: SODS)의 변동을 도시하는 그래프이다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 구체화하는 1 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 개시된 실시예(들)에 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등으로 설명된 실시예(들) 및 이러한 언급들은, 설명된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명되는 경우, 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성을 초래하는 것은 명확하게 설명되든지 그렇지 않든지 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
하지만, 이러한 실시예들을 더 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 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 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 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 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 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
이 실시예에서, 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.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 및, 예를 들어 2 이상의 마스크 테이블을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 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, 단지 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓인다는 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 거울들 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 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 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 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 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, 마스크(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때로는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 또한 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 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.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 속성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 수율을 개선하도록 벗겨져서(strip) 재작업(rework)되거나, 가능하게는 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판들에 노광들을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 결함이 없는 것으로 간주되는 타겟부들 상에만 또 다른 노광들이 수행될 수 있다.
메트롤로지 장치라고도 칭해질 수 있는 검사 장치가 기판의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 속성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분들과 노광되지 않은 레지스트의 부분들 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판들 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판들의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 도 2의 리소셀과 함께 메트롤로지를 수행하기에 적절한 스케터로미터의 형태인 광학 장치의 개략적인 다이어그램이다. 상기 장치는 리소그래피에 의해 형성되는 피처들의 임계 치수들, 층들 간의 오버레이 등을 측정하는 데 사용될 수 있다. 제품 피처 또는 지정된 메트롤로지 타겟이 기판(W) 상에 형성된다. 상기 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)에 의해 방출되는 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 기판 상에 소스의 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. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 어퍼처 플레이트(13)는 이들 중 둘이 13N 및 13S로 표시되는 상이한 형태들을 취하여, 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.
적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절되는 0차, 및 -1차 및 +1차 중 하나가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 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. 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 기판(W) 상의 타겟의 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. 따라서, 센서(23)에 의해 검출되는 이미지는 '다크-필드' 이미지라고 칭해진다. 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.
센서들(19 및 23)에 의해 포착되는 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다.
스케터로미터들 및 기술들의 예시들은 특허 출원 US 2006/066855 A1, WO 2009/078708, WO 2009/106279, 및 US 2011/0027704 A에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 모두 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
다음에서, 실시예들에 따른 디바이스 제조 공정, 특히 리소그래피 공정의 파라미터를 측정하는 방법들이 설명된다. 상기 방법들은 특히 다중 패터닝, 예를 들어 이중 패터닝 또는 사중 패터닝을 포함하는 리소그래피 공정의 파라미터를 측정하는 데 적용가능하다. 스페이서 패터닝을 이용하는 이중 패터닝 공정의 일 예시가 도 4 내지 도 9를 참조하여 아래에서 설명된다. 또한, 본 발명의 실시예들은 다중 패터닝의 다른 형태들이 사용되는 경우(스페이서 또는 비-스페이서) 및 심지어 다중 패터닝을 수반하지 않는 공정들에도 적용될 수 있다.
도 4는 기판(34)을 도시한다. 베이스 층(32)이 기판(34) 상에 형성된다. 제 1 패턴을 형성하는 복수의 사전-패터닝된 피처들(30)(예를 들어, 라인들)을 포함하는 패터닝된 층이 베이스 층(32) 상에 형성된다.
후속 단계에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 필름 층(35)이 패터닝된 층 상에 증착된다.
후속 단계에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 에칭이 수행되어 수평 표면들 상에서 필름 층(36)으로부터 재료를 제거한다. 사전-패터닝된 피처들(30)의 측벽들 상에 형성된 층들(36)은 남겨진다. 층들(36)은 스페이서들로서 지칭될 수 있다.
후속 단계에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 사전-패터닝된 피처들(30)은 제거되어 [사전-패터닝된 피처들(30) 각각이 2 개의 측벽들을 갖고, 각각의 측벽이 층들(스페이서들)(36) 중 하나를 생성하기 때문에] 원래의 패턴의 사전-패터닝된 피처들(30)의 밀도의 2 배인 패턴을 형성하는 층들(스페이서들)(36)을 남긴다.
후속 단계에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 층들(스페이서들)(36)은 베이스 층의 선택적 에칭을 정의하기 위해 마스크로서 사용된다.
후속 단계에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 층들(스페이서들)(36)이 제거되어 베이스 층의 남은 재료에 의해 형성된 제 2 패턴의 피처들(38)을 남긴다. (도 9에 나타낸) 제 2 패턴은 (도 4에 나타낸) 제 1 패턴보다 2 배 많은 피처들을 포함한다.
도 4 내지 도 9를 참조하여 앞서 설명된 공정은 때로는 자가-정렬 이중 패터닝(Self-Aligned Double Patterning: SADP)이라고 지칭된다. 상기 공정은 제 1 패턴 대신에 제 2 패턴의 피처들을 기반으로 반복될 수 있으며, 이로 인해 두 번째로 피처 밀도를 두 배로 한다. 이 타입의 공정은 때로는 자가-정렬 사중 패터닝(SAQP)이라고 지칭된다. 상기 공정은 원칙적으로 피처 밀도의 추가 증가를 위해 더 반복될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이격 거리(S1)들은 사전-패터닝된 피처들(30)의 폭에 의해 결정된다. 이격 거리(S2)들은 사전-패터닝된 피처들(30)의 인접한 쌍들 사이의 이격 거리들에 의해 결정된다. S1과 S2 간의 차이는 홀수 및 짝수 피처들 간의 유효한 오버레이 오차를 유도할 것이다. 따라서, 0이 아닌 S1-S2에 대한 인접한 피처들 간의 이격 거리는 교번(alternate)할 것이다. 교번하는 이격 거리는 피치 워킹이라고 칭해질 수 있다. 도 10은 0인 피치 워킹(S1 = S2)을 갖는 구조체의 일부분을 도시한다. 도 11은 0이 아닌 피치 워킹(S1 ≠ S2)을 갖는 구조체의 일부분을 도시한다. (예를 들어, 차이가 사전설정된 임계치를 초과하지 않도록 보장하기 위해) S1과 S2 간의 여하한의 차이를 모니터링하고 제어하는 것이 바람직하다.
S1-S2를 측정하기 위한 종래 기술들은 다양한 단점을 갖는다.
스캐닝 전자 현미경법(CD-SEM)이 S1-S2를 측정하기 위해 사용되었다. 하지만, 스캐닝 전자 현미경법은 비교적 느리다(통상적으로, 측정을 수행하는 데 수 초가 소요됨). CD-SEM은 디바이스에 대해 높은 로컬리제이션(localization)으로 측정하며, 이는 총 타겟 성능을 검사하기 위해 많은 수의 검사 포인트들이 필요하다는 것을 의미한다. 또한, S1과 S2를 구분하기가 어렵다.
스케터로미터 기술들이 개선된 속도를 제공하지만, 특히 S1-S2의 작은 값들에 대해 낮은 민감도를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 디바이스 제조 공정(예를 들어, 리소그래피 공정)의 파라미터를 측정하는 방법이 도 12 내지 도 21을 참조하여 아래에서 설명된다. 도 12, 도 13, 도 16, 도 17, 도 20 및 도 21은 상기 방법에서 사용되는 예시적인 타겟들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟"이라는 용어는 측정 공정에서 사용되거나 사용될 수 있는 여하한의 구조체를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 타겟은 지정된 메트롤로지 타겟을 포함할 수 있거나, 타겟은 다른 목적을 위해 부분적으로 또는 완전히 제공되는 구조체의 일부를 형성할 수 있다. 타겟은, 예를 들어 제품 피처들로부터 형성될 수 있다. 상기 방법은 측정 방사선으로 타겟(40)을 조명하고 타겟(40)에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 기판(W) 상의 타겟(40)을 측정하는 단계를 포함한다. 개시되는 여하한의 방법들은 적절히 구성된 메트롤로지 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 메트롤로지 장치는 도 3을 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 광학 장치를 포함할 수 있다. 디바이스 제조 장치 및 메트롤로지 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템이 제공될 수 있다. 디바이스 제조 시스템은 리소그래피 장치 및 메트롤로지 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 포함할 수 있다. 디바이스 제조 장치(예를 들어, 리소그래피 장치)는 기판 상에서 디바이스 제조 공정(예를 들어, 리소그래피 공정)을 수행한다. 메트롤로지 장치는 디바이스 제조 공정(예를 들어, 리소그래피 공정)의 파라미터를 측정한다. 디바이스 제조 장치는 후속한 디바이스 제조 공정(예를 들어, 리소그래피 공정)에서 메트롤로지 장치에 의해 측정되는 파라미터를 사용한다. 파라미터가 디바이스 제조 공정(예를 들어, 리소그래피 공정)에서의 오차를 나타내는 경우, 디바이스 제조 장치(예를 들어, 리소그래피 장치)는 오차의 크기를 감소시키기 위해 파라미터를 이용할 수 있다.
타겟(40)은 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)를 갖는 타겟 구조체를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소는 상이한 시간들에 형성되거나, 상이한 리소그래피 공정들을 사용하여 형성되거나, 또는 둘 모두이다. 다양한 실시예들에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 제 1 층에 제공되고, 제 2 주기적 구성요소(44)는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있다. 도 12, 도 13, 도 20 및 도 21에 나타낸 이러한 실시예들에서, 제 1 주기적 구성요소(42)가 제공되는 구조체는 제 1 층 타겟 서브-구조체라고 지칭될 수 있다. 제 2 주기적 구성요소(44)가 제공되는 구조체는 제 2 층 타겟 서브-구조체라고 지칭될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)는 동일한 층에 제공되거나, 층들 각각의 평면에 수직인 방향으로 서로 겹치는 층들에 제공된다. 이러한 타겟(40)의 일 예시가 도 16 및 도 17을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 12 및 도 13은 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)가 상이한 층들에 제공되는 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 제 2 주기적 구성요소(44)는 제 1 주기적 구성요소(42)의 상부 측 상에 제공된다. 상부 측은 입사하는 측정 방사선을 향하는 측면으로서 정의된다. 다른 실시예들에서, 제 2 주기적 구성요소(44)는 제 1 주기적 구성요소(42) 아래에 제공되지만, 측정 방사선이 여전히 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44) 모두와 상호작용하는 방식으로 제공된다. 제 2 주기적 구성요소(44)는 구체적으로 디바이스 제조(예를 들어, 리소그래피) 공정을 모니터링하는 데 도움이 되도록 제공될 수 있다. 대안적으로, 제 2 주기적 구성요소(44)는 다른 이유들로, 예를 들어 제품의 제조 시 공정 체인의 일부를 형성하는 층으로서 제공될 수 있다. 후자의 경우, 실시예들에 따른 방법들은 제 2 주기적 구성요소(44)와 별개인 제 1 주기적 구성요소(42)에 대해 수행되는 리소그래피 공정의 측정을 개선하기 위해 다른 이유들로 제공되는 제 2 주기적 구성요소(44)의 존재를 이용한다.
제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소가 서로에 대해 상이한 층들에 제공되는 실시예들에서, 제 2 주기적 구성요소(44)는 제 1 주기적 구성요소(42)에 직접 인접하여 (제 2 주기적 구성요소의 평면에 수직인 방향으로) 제 1 주기적 구성요소(42)와 오버랩되거나 1 이상의 개재 층에 의해 제 1 주기적 구성요소(42)로부터 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 모니터링될 디바이스 제조(예를 들어, 리소그래피) 공정에 의해 형성된다. 상기 방법은 제 1 주기적 구성요소(42)의 1 이상의 속성을 측정함으로써 이 공정의 파라미터를 측정한다. 제 2 주기적 구성요소(44)는 제 2 주기적 구성요소(44)가 제공되지 않고 측정 방사선이 제 1 주기적 구성요소만으로부터 산란되는 경우에 비해 개선된 정확도로 또는 더 쉽게 제 1 주기적 구성요소(42)에 관한 정보가 추출될 수 있는 방식으로 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합으로부터 산란되는 측정 방사선을 수정한다. 일 실시예에서, 이는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 수용된 방사선이 제 1 주기적 구성요소(42) 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터, 및 바람직하게는 제 2 주기적 구성요소(44) 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함하도록 제 2 주기적 구성요소(44)를 배치함으로써 달성된다. 이는 다양한 실시예들에서 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치가 제 1 주기적 구성요소(42)만의 피치보다 길도록, 바람직하게는 제 2 주기적 구성요소(42)만의 피치보다 길도록 배치함으로써 달성된다. 각각의 피치는 2 차원 주기성 또는 3 차원 주기성을 나타낼 수 있다. 제 1 주기적 구성요소(42) 단독[및/또는 제 2 주기적 구성요소(44) 단독]의 피치보다 긴 조합된 피치를 제공하는 것은 타겟으로부터의 회절 패턴이 제 2 주기적 구성요소(44)가 제공되지 않는 경우에 비해 덜 확산될 것을 의미한다. 확산이 적은 회절 패턴을 제공하는 것은 회절 패턴의 고차 성분들을 더 쉽게 검출할 수 있게 한다. 1 이상의 관심 파라미터에 관한 정보는, 예를 들어 관심 대상이 아닌 기하학적 요인들 또는 잡음으로부터의 영향이 적기 때문에, 회절 패턴의 더 낮은 차수 성분보다 회절 패턴의 더 높은 차수 성분으로부터 더 쉽게 추출가능할 수 있다. 일 실시예에서, 고차 성분은 1차 회절 성분을 포함한다. 1차 회절 성분들은 유리하게는 제 2 주기적 구성요소(44)와 제 1 주기적 구성요소(42) 사이의 공간 오프셋과 같은 기하학적 변동들, 또는 제 2 주기적 구성요소(44) 패턴에서의 선폭 변동들에 대해 변함없다. 0차 회절 성분은 이러한 인자들에 의해 더 영향을 받아 신호 대 잡음을 감소시킨다. 또한, 0차 회절 성분은 고차 회절 성분들보다 관심 파라미터에 덜 민감할 수 있다.
오버레이 오프셋(OV)[즉, 제 2 주기적 구성요소(44)와 제 1 주기적 구성요소(42) 사이의 오프셋]에 대한 1차 회절 성분의 불변성은 도 23의 그래프에 예시된다. 그래프는 오버레이 오프셋(OV)의 비교적 큰 변동들이 S1-S2의 함수로서 1차 회절 성분(1차 신호, FOS)이 어떻게 변동하는지에 무시해도 될 정도의 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
도 14 내지 도 17은 동일한 층에서 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)를 갖는 타겟을 사용하여 피치 워킹을 측정하는 경우의 접근법의 적용을 예시한다. 도 18 내지 도 21은 상이한 층들에서 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)를 갖는 타겟을 사용하여 오버레이 오차를 측정하는 경우의 접근법의 적용을 예시한다.
도 14a의 구성에서, 피치(p)를 갖는 격자를 포함하는 타겟(40)이 제공된다. 피치(p)는 비교적 작다. 작은 피치(p)는 입사하는 측정 방사선으로부터 생성되는 1차 회절 빔들이 도 14b에 나타낸 바와 같이 상대적으로 확산된다는 것을 의미한다. 1차 회절 빔들은 산란된 방사선을 측정하는 데 사용되는 광학 장치의 입력부[예를 들어, 대물 렌즈(16)]에 들어가기에는 너무 큰 각도로 회절하고, 따라서 효과적으로 손실된다.
도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 도 14a의 격자로 피치 워킹을 도입하는 것은 격자의 피치를 2p로 증가하게 한다. 증가된 피치는 1차 회절을 덜 확산되게 하지만, (도 15b에 나타낸 바와 같이) 각도가 여전히 1차 방사선이 대물 렌즈(16)에 들어가기에는 너무 크다.
도 16a는 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)를 갖는 타겟(40)을 도시한다. 제 1 주기적 구성요소는 도 14a의 타겟(40)의 격자와 동일하다. 따라서, 제 1 주기적 구성요소의 피치는 p이다. 제 2 주기적 구성요소(44)는 격자의 일부분이 제거되는 주기적 구역들을 포함한다. 주기적 구역들은 도 16a에서 파선 박스들로 도시된다. (주기적 구역들의 간격에 의해 정의되는) 제 2 주기적 구성요소(44)의 피치는 3p이다. 또한, 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치(46)도 3p와 동일하다. 도 14 및 도 15의 구성들에 비해 증가된 피치는 1차 회절을 훨씬 덜 확산되게 하지만, (도 16b에 나타낸 바와 같이) 각도가 여전히 1차 방사선이 대물 렌즈(16)에 들어가기에는 너무 크다.
도 17a는 제 1 주기적 구성요소(42)를 형성하는 격자 내에 피치 워킹이 존재하는 경우의 도 16a의 타겟(40)을 도시한다. 피치 워킹은 (도 15에서와 같이) 제 1 주기적 구성요소(42)의 피치를 2p로 증가시킨다. 또한, 피치 워킹은 (3p에서 6p로) 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치(46)의 증가를 초래한다. 그러므로, 이 실시예는 피치 워킹(즉, 이격 거리들에서의 편차)이 존재하지 않는 경우보다 피치 워킹이 존재하는 경우(이는 도 10 내지 도 13을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 피처들 간의 이격 거리들에서의 편차에 의해 나타낼 수 있음)에 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 더 긴 실시예들의 한 종류의 일 예시이다. 더 긴 피치는 최종적으로 1차 회절 빔들의 회절 각도를 1차 회절 빔들이 대물 렌즈(16)에 들어가는 낮은 충분한 값이 되게 한다. 제 2 주기적 구성요소(44)를 통합하기 위한 타겟(40)의 수정은 1차 회절 빔들이 포착되고 디바이스 제조 공정의 파라미터의 측정에 기여할 수 있게 한다(예를 들어, 피치 워킹의 크기).
도 18a의 구성에서, 피치(p)를 갖는 격자를 포함하는 타겟(40)이 제공된다. 격자는 제 1 주기적 구성요소(42)를 제공한다. 도 14a의 구성에서와 같이, 피치(p)는 비교적 작고 제 1 주기적 구성요소(42)로부터의 1차 회절 빔들은 대물 렌즈(16)에 들어가지 않는다(도 18b).
도 19a 및 도 19b는 제 2 주기적 구성요소(44)가 추가된 도 18의 타겟(40)을 나타낸다. 제 2 주기적 구성요소(44)는 주기 2p를 갖는 격자에 의해 제공된다. 제 1 및 제 2 주기적 구성요소들(42, 44)은 서로에 대해 상이한 층들에 제공된다. 또한, 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치도 2p와 동일하다. 도 18의 구성에 비해 증가된 피치는 1차 회절을 덜 확산되게 하지만, (도 19b에 나타낸 바와 같이) 각도가 여전히 1차 방사선이 대물 렌즈(16)에 들어가기에는 너무 크다.
도 20a는 제 1 주기적 구성요소(42)가 도 19의 제 1 주기적 구성요소(42)와 동일한 피치(p)를 갖지만 제 2 주기적 구성요소(44)가 도 19의 제 2 주기적 구성요소(44)의 피치보다 큰 피치(3p)를 갖는 타겟(40)을 도시한다. (6p와 동일한) 조합된 피치(46)는 1차 회절이 (도 20b에 도시된 바와 같이) 대물 렌즈(16)에 들어가게 하도록 충분히 크다. 그러므로, 1차 회절은 포착되고 디바이스 제조 공정의 파라미터(예를 들어, 오버레이 오차)의 측정에 기여하는 데 사용될 수 있다. 나타낸 예시에서, 1차 회절은 타겟 구조체에서의 비대칭 정도를 나타내는 파라미터를 측정하는 데 사용된다. 이 예시에서의 비대칭은 한 층의 제 1 주기적 구성요소(42)와 상이한 층의 제 2 주기적 구성요소(44) 사이의 오버레이 오차로 인해 발생한다. 비대칭은 반대 또는 상이한 회절 차수들 간의 차이를 유도한다. 이 예시에서, 차이는 -1차 회절과 +1차 회절 사이에 있다.
도 21a는 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 사이에 상이한 오버레이 오차가 존재하는 것을 제외하고는 도 20의 타겟(40)을 도시한다. 상이한 오버레이 오차는 (도 20b 및 도 21b를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이) 반대 또는 상이한 회절 차수들 간의 상이한 비대칭을 유도한다.
일 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 다중 패터닝에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 도 4 내지 도 9를 참조하여 앞서 설명된 공정과 같은 스페이서 패터닝 공정을 이용하여 형성된다. 이러한 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는: 피처들의 제 1 패턴 내의 각 피처(30)의 측벽들 상에 층(36)을 형성하는 단계, 및 후속한 단계에서 피처들의 제 1 패턴의 각 피처(30)를 제거하여 제 1 패턴보다 2 배 많은 피처들(38)을 갖는 제 2 패턴을 형성하는 단계의 1 이상의 반복에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 LELE와 같은 비-스페이서 다중 패터닝 공정을 이용하여 형성된다.
일 실시예에서, 제 1 주기적 구성요소(42)는 공통 이격 거리(S1 = S2)만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 리소그래피 공정에 의해 형성된다. 따라서, 리소그래피 공정에서 어떠한 오차도 존재하지 않는 경우, 인접한 피처들의 각 쌍 또는 모든 쌍 사이의 간격은 동일할 것이다. 실제로, 리소그래피 공정에서의 1 이상의 오차는 (S1 ≠ S2와 같이) 이격 거리들의 편차를 야기할 것이다. 상기 방법은 (예를 들어, 에칭 공정에서의 오차들을 포함한) 리소그래피 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차를 측정하기 위해 타겟(40)을 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 이격 거리들에서의 편차는 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스를 포함한다. 스페이서 패터닝 공정들이, 예를 들어 이 타입의 이격 거리들에서의 편차를 생성할 것이다. 이중 패터닝의 경우, 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스는 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 포함한다. 이는 피치 워킹이라고 지칭한다. 도 12는 0인 피치 워킹(S1 = S2)을 갖는 이중 패터닝에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소(42)를 포함한 타겟(40)을 도시한다. 도 13은 0이 아닌 피치 워킹(S1 ≠ S2)을 갖는 이중 패터닝에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소(42)를 포함한 타겟(40)을 도시한다. 각각의 이격 거리(S1)는 제 1 이격 거리(S1)라고 칭해질 수 있다. 각각의 이격 거리(S2)는 제 2 이격 거리라고 칭해질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 주기적 구성요소(44)는 피치(p)를 갖는 주기적 구조체를 포함하고, 피치(p)는 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않는 경우보다 이격 거리들에서의 편차가 존재하는 경우에 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치가 더 길도록 선택된다. 편차에 의해 야기되는 피치의 변화는 편차가 높은 감도로 검출되게 한다. 예를 들어, 피치의 변화는 피치의 변화가 발생할 때 새로운 고차 회절 성분(즉, 피치의 변화 전에는 광학 시스템에 의해 검출되기에 너무 확산되는 고차 회절 성분)이 검출되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 도 12, 도 13, 도 16 및 도 17은 이 타입의 실시예들을 도시한다. 도 12(0인 피치 워킹)에서, 조합된 피치(46)는 제 2 주기적 구성요소(44)의 피치(p)의 2 배와 같다. 도 13(0이 아닌 피치 워킹)에서, 조합된 피치(46)는 제 2 주기적 구성요소(44)의 피치(p)의 4 배로 두 배가 되게 한다. 도 16(0인 피치 워킹)에서, 조합된 피치(46)는 제 2 주기적 구성요소(44)의 피치와 동일하다. 도 17에서, 조합된 피치(46)는 제 2 주기적 구성요소의 피치의 2 배와 같다.
도 12 및 도 13의 제 2 주기적 구성요소(44)는 다음 표현에 의해 주어진 피치(p)를 갖는 주기적 구조체가 제공되는 제 2 주기적 구성요소들(44)의 한 종류의 일 예시이다: p = (n+1/2)d, 여기서 d = (S1+S2)/2이고, n은 양의 정수이다. 피치(p)가 앞선 표현을 만족시키도록 배치하는 것은, 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않는 경우보다 이격 거리들에서의 편차가 존재하는 경우에 제 1 주기적 구성요소(42) 및 제 2 주기적 구성요소(44)의 조합된 피치(46)가 더 길 것을 보장한다. 도 12 및 도 13의 특정예에서, n = 2이다.
S1-S2에 대한 1차 신호(FOS)의 예상 변동의 일 예시가 도 22에 도시되어 있다. 1차 신호는 타겟(40)으로부터 산란된 1차 회절 성분의 측정이다. 포인트(50)는 피치 워킹이 없는 제 1 주기적 구성요소(42)를 갖는 타겟(40)에 대응한다(삽입도 참조). 포인트(51)는 중간의 0이 아닌 피치 워킹을 갖는 제 1 주기적 구성요소(42)를 갖는 타겟(40)에 대응한다(삽입도 참조). 포인트(52)는 비교적 높은 0이 아닌 피치 워킹을 갖는 제 1 주기적 구성요소(42)를 갖는 타겟(40)에 대응한다(삽입도 참조).
도 22는 S1-S2의 큰 값들에 대해 비교적 높은 민감도가 달성된다는 것을 나타낸다(곡선에서 비교적 높은 가파름으로 표시됨). 하지만, S1-S2의 더 작은 값들에 대해 곡선은 더 평탄해져 더 낮은 민감도를 나타낸다. 일 실시예에서, 민감도는 2 개의 반대로 편향된 타겟 구조체들을 사용하여 차동 신호를 생성함으로써 개선된다. 편향은 리소그래피 공정에서의 오차에 의해 야기되는 S1-S2의 작은 차이들에 대한 평균 민감도가 편향없는 단일 타겟 구조체보다 2 개의 타겟 구조체들에 대해 더 높도록 선택된다. 일 실시예에서, 2 개의 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
제 1 단계는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소(42)를 포함한 제 1 타겟 구조체를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 제 1 방향(sense)으로 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하기 위해 편향되며, 이때 S1-S2 = Δd이다. 따라서, 완벽하게 수행될 때 리소그래피 공정은 양의 편향(Δd)과 정확하게 동일한 피치 워킹을 갖는 패턴을 형성할 것이다. 리소그래피 공정에서의 편차들은 피치 워킹이 리소그래피 공정에 의해 도입된 피치 워킹과 연계된 오차를 더한 편향과 동일하게 할 것이다.
제 2 단계는 제 1 방향과 반대로, 제 2 방향으로 공정이 편향되는 것을 제외하고는 제 1 타겟 구조체의 제 1 주기적 구성요소(42)를 형성하는 데 사용된 공정과 동일한 공정에 의해 형성되는 제 1 주기적 구성요소(42)를 포함한 제 2 타겟 구조체를 측정하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 공정은 제 1 이격 거리(S1)와 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 공칭적으로 형성하도록 구성되며, 여기서 S1-S2 = -Δd이다. 따라서, 완벽하게 수행될 때 리소그래피 공정은 음의 편향(Δd)과 정확하게 동일한 피치 워킹을 갖는 패턴을 형성할 것이다. 리소그래피 공정에서의 편차들은 피치 워킹이 리소그래피 공정에 의해 도입된 피치 워킹과 연계된 오차를 더한 음의 편향과 동일하게 할 것이다.
S1-S2의 함수로서 (민감도에 비례하는) S1-S2에 대한 1차 신호의 미분계수(DFOS)의 변동이 도 24에 도시되고, S1-S2의 함수로서 1차 신호(FOS)의 변동이 도 25에 도시된다. 그래프들은, 제 1 주기(54)에 있는 편향들(Δd)에 대하여 리소그래피 공정에서의 오차들에 의해 야기되는 피치 워킹(즉, 편향 전 S1-S2)의 작은 값들에 대해 민감도가 증가될 것을 나타낸다.
제 1 및 제 2 단계들의 출력들로부터 차동 신호를 형성하는 것은 의도적으로 가해진 편향들(+Δd 및 -Δd)을 상쇄하고, 리소그래피 공정에 의해 도입되는 피치 워킹과 관련된 오차가 높은 민감도로 얻어지게 한다. 전형적인 실시예들에서, 2 개의 반대로 편향된 타겟들 각각으로부터의 신호들 간의 차이는 (편향 전에) S1-S2의 평균 값의 선형 함수일 것이지만, 변동이 비-선형이도록 배치할 수도 있다. 도 26은 작은 피치 워킹 오차를 갖는 리소그래피 공정을 사용하여 2 개의 반대로 편향된 타겟 구조체들에 대해 수행되는 측정들에 대한 예시적인 포인트들을 도시한다. 두 신호들은 S1-S2에 대한 FOS 곡선의 비교적 가파른 부분들에 위치하므로, 리소그래피 공정의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 S1-S2의 여하한의 변화에 비교적 민감하다. 두 신호들 간의 차이(56)는 (편향없는) 리소그래피 공정에 의해 야기되는 S1-S2에 비례한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 1) 제 2 주기적 구성요소(44)와 제 1 주기적 구성요소(42) 사이의 오버레이 오프셋, 및 2) 타겟 구조체에서의 공칭적으로 균등하게 이격된 피처들 간의 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2)의 동시 측정을 허용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제 1 파장에 중심을 둔 제 1 대역의 측정 방사선으로 타겟(40)을 조명하고 제 2 파장에 중심을 둔 제 2 대역의 측정 방사선으로 타겟을 조명하는 단계를 포함한다. 제 1 대역 및 제 2 대역의 측정 방사선으로의 조명은 동시에 또는 상이한 시간들에 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 파장은 650 내지 750 nm의 범위 내에 있고, 선택적으로는 약 700 nm이며, 제 2 파장은 400 내지 450 nm의 범위 내에 있고, 선택적으로는 약 425 nm이다. 이 방법에서, 타겟 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 평균적으로 타겟 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 제 1 대역의 검출된 측정 방사선보다 높은 차수의 회절로부터이다.
일 실시예에서, 타겟 구조체로부터의 0차 회절보다 고차로부터 발생하는 제 1 대역의 검출된 측정 방사선은 주로 1차 회절로부터이다. 타겟 구조체로부터의 0차 회절보다 고차로부터 발생하는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 2차 회절로부터의 방사선을 포함한다.
본 발명자들은 1차 회절 방사선이 공칭적으로 균등하게 이격된 피처들 간의 이격 거리들(예를 들어, 피치 워킹)에서의 편차(예를 들어, S1-S2)에 민감하고, 제 2 주기적 구성요소(44)와 제 1 주기적 구성요소(42) 간의 오버레이 오프셋(OV)의 변동들에 실질적으로 독립적이라는 것을 발견하였다. 이 타입의 예시적인 거동이 도 23에 도시되고 앞서 설명된다. 또한, 본 발명자들은 2차 회절 방사선이 공칭적으로 균등하게 이격된 피처들 간의 이격 거리들(예를 들어, 피치 워킹)에서의 편차(예를 들어, S1-S2) 및 제 2 주기적 구성요소(44)와 제 1 주기적 구성요소(42) 간의 오버레이 오프셋(OV)의 변동들 모두에 민감하다는 것을 발견하였다. 이 타입의 예시적인 거동이 도 27에 도시된다. 신호(수직축)가 S1-S2의 여하한의 고정된 값에서 오버레이 오프셋(OV)에 따라 실질적으로 변동하지 않는 도 23과 대조적으로, 도 27은 반대로 편향된 타겟 구조체로부터 산란된 2차 회절 방사선을 사용한 차동 측정에 대응하는 2차 차동 신호(SODS)가 S1-S2의 대부분의 고정된 값들에 대해 오버레이 오프셋(OV)에 따라 실질적으로 변동하는 것을 나타낸다. 또한, 2차 신호(SODS)는 오버레이 오프셋(OV)의 대부분의 고정된 값들에 대해 S1-S2에 따라 크게 변동한다.
앞선 내용에 따르면, 제 1 주기적 구성요소(42)가 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성되는 실시예에서, 제 1 대역의 검출된 측정 방사선은 상기 공정에서 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2)를 측정하는 데 사용된다. 제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 1) 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2); 및 2) 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 사이의 오버레이 오프셋의 조합을 측정하는 데 사용된다. 그 후, 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 사이의 오버레이 오프셋(OV)은 제 2 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하여 얻어질 수 있고, 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2)는 제 1 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하여 측정될 수 있다. 상기 방법은 이로 인해 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2) 및 오버레이 오프셋(OV) 둘 다로 하여금 동일한 타겟(40)[또는 타겟들의 그룹, 예를 들어 타겟들(40)의 쌍]으로부터 정확하고 효율적인 방식으로 독립적으로 얻어지게 한다. 앞서 설명된 바와 같이, 민감도는 반대로 편향된 타겟 구조체들의 1 이상의 쌍을 사용하여 개선될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소를 포함한 제 1 타겟 구조체를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 제 1 방향으로 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하기 위해 편향되며, 이때 S1-S2 = Δd이다. Δd는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하는 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 간의 오버레이 오차의 측정의 감도가 S1-S2 = 0인 경우보다 크도록 선택된다.
일 실시예에서, 상기 방법은 제 1 방향과 반대로, 제 2 방향으로 공정이 편향되는 것을 제외하고는 제 1 타겟 구조체의 제 1 주기적 구성요소(42)를 형성하는 데 사용된 공정과 동일한 공정에 의해 형성되는 제 1 주기적 구성요소(42)를 포함한 제 2 타겟 구조체를 측정하는 단계를 더 포함하여, 제 1 이격 거리(S1)와 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 공칭적으로 형성하고, 여기서 S1-S2 = -Δd이다. 이러한 방식으로, 편향(Δd)이 상쇄되는 차동 신호가 얻어질 수 있다. 오버레이 오프셋 및 S1-S2에 대한 이러한 신호(SODS)의 변동이 도 27에 도시되어 있다.
도 27은 [오버레이 오프셋(OV) 축에 평행한 방향들에서의 곡선의 가파름의 변동에 의해 나타낸 바와 같이] S1-S2의 함수로서 오버레이 오프셋의 감도가 어떻게 변동하는지를 도시한다. 오버레이 오프셋(OV) 축에 평행한 방향에서의 곡선의 급격한 부분에 대응하는 편향(Δd)을 선택함으로써, 오버레이 오프셋(OV)의 측정에서 높은 감도를 달성하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 방법은 Δd의 복수의 상이한 값들에 대해 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 사이의 오버레이 오차의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계를 포함한다. 후속한 단계에서, 오버레이 오차는 (예를 들어, 비교적 높은 감도를 달성하기 위해) 측정 또는 추산된 감도들에 기초하여 선택되는 Δd의 값을 갖는 타겟 구조체를 사용하여 측정된다.
일 실시예에서, 상기 방법은 Δd의 복수의 상이한 값들에 대해: 1) 제 1 주기적 구성요소(42)와 제 2 주기적 구성요소(44) 간의 오버레이 오차의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계; 및 2) 이격 거리들에서의 편차(예를 들어, S1-S2)의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계를 포함한다. 또한, 이 실시예의 방법은 (예를 들어, 오버레이 오프셋 및 이격 거리들에서의 편차의 측정들 모두에 대한 감도들의 바람직한 균형을 달성하기 위해) 단계(1) 및 단계(2)에서 측정되거나 추산된 감도들에 기초하여 선택되는 Δd의 값을 갖는 타겟 구조체를 사용하여 오버레이 오프셋 및 이격 거리들에서의 편차를 측정하는 단계를 포함한다.
실시예들은 다음 항목들을 이용하여 더 설명될 수 있다.
1. 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
측정 방사선으로 타겟을 조명하고 광학 장치를 이용하여 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 기판 상의 타겟을 측정하는 단계를 포함하며,
타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하고,
광학 장치는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하며, 수용된 방사선은 제 1 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절 및 제 2 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함하는 방법.
2. 1 항에 있어서, 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치는 제 1 주기적 구성요소만의 피치 및 제 2 주기적 구성요소만의 피치보다 긴 방법.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소는 동일한 층에 제공되거나, 층들 각각의 평면에 수직인 방향으로 서로 겹치는 층들에 제공되는 방법.
4. 3 항에 있어서, 제 1 주기적 구성요소는 격자를 포함하고, 제 2 주기적 구성요소는 격자의 일부분이 제거되는 주기적 구역들을 포함하는 방법.
5. 1 항 또는 2 항에 있어서, 제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고, 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있는 방법.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소는 상이한 시간들에 형성되거나, 상이한 리소그래피 공정들을 이용하여 형성되거나, 또는 둘 모두인 방법.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 장치에 의해 수용되는 방사선은 타겟 구조체에서의 비대칭 정도를 나타내는 파라미터를 측정하는 데 사용되고, 비대칭은 타겟 구조체로부터 회절되는 측정 방사선에서의 반대 또는 상이한 회절 차수들 간의 차이를 유도하는 방법.
8. 1 항 내지 7 항 중 어느 하나에 있어서,
제 1 주기적 구성요소는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성되고,
상기 방법은 타겟 구조체를 측정하여 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차를 얻는 단계를 포함하는 방법.
9. 8 항에 있어서, 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않는 경우보다 이격 거리들에서의 편차가 존재하는 경우에 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 더 긴 방법.
10. 9 항에 있어서, 타겟의 측정은, 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않기 때문에 조합된 피치가 더 길지 않은 경우보다 이격 거리들에서의 편차의 존재로 인해 조합된 피치가 더 긴 경우에 사전설정된 고차 회절 성분이 검출되도록 이루어지는 방법.
11. 10 항에 있어서, 이격 거리들에서의 편차는 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스를 포함하는 방법.
12. 11 항에 있어서, 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스는 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 포함하는 방법.
13. 12 항에 있어서, 제 2 주기적 구성요소는 다음 표현에 의해 주어진 피치(p)를 갖고: p = (n+1/2)d, 여기서 d = (S1+S2)/2이고, n은 정수인 방법.
14. 1 항 내지 13 항 중 어느 하나에 있어서,
타겟은 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체를 포함하며,
제 1 타겟 구조체는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소를 포함하고, 공정은 제 1 방향으로 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하기 위해 편향되며, 이때 S1-S2 = Δd이고;
제 2 타겟 구조체는 제 1 방향과 반대로, 제 2 방향으로 공정이 편향되는 것을 제외하고는 제 1 타겟 구조체의 제 1 주기적 구성요소를 형성하는 데 사용된 공정과 동일한 공정에 의해 형성되는 제 1 주기적 구성요소를 포함하여, 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 공칭적으로 형성하고, 여기서 S1-S2 = -Δd인 방법.
15. 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 주기적 구성요소는 다중 패터닝에 의해 형성되는 방법.
16. 1 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서,
측정 방사선으로의 타겟의 조명은 제 1 파장에 중심을 둔 제 1 대역의 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 제 2 파장에 중심을 둔 제 2 대역의 측정 방사선으로 타겟을 조명하는 단계를 포함하고,
타겟 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 평균적으로 타겟 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 제 1 대역의 검출된 측정 방사선보다 높은 차수의 회절로부터인 방법.
17. 16 항에 있어서,
타겟 구조체로부터의 0차 회절보다 고차로부터 발생하는 제 1 대역의 검출된 측정 방사선은 주로 1차 회절로부터이고,
타겟 구조체로부터의 0차 회절보다 고차로부터 발생하는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 2차 회절로부터의 방사선을 포함하는 방법.
18. 16 항 또는 17 항에 있어서,
제 1 주기적 구성요소는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성되고,
제 1 대역의 검출된 측정 방사선은 공정에서 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차를 측정하는 데 사용되며,
제 2 대역의 검출된 측정 방사선은 1) 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 이격 거리들에서의 편차; 및 2) 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 사이의 오버레이 오프셋의 조합을 측정하는 데 사용되는 방법.
19. 18 항에 있어서, 제 2 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하여 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 사이의 오버레이 오프셋을 얻고, 제 1 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하여 측정되는 이격 거리들에서의 편차를 얻는 단계를 포함하는 방법.
20. 18 항 또는 19 항에 있어서,
공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소를 포함한 제 1 타겟 구조체를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 공정은 제 1 방향으로 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하기 위해 편향되며, 이때 S1-S2 = Δd이고;
Δd는 제 2 대역의 검출된 측정 방사선을 사용하는 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 간의 오버레이 오차의 측정의 감도가 S1-S2 = 0인 경우보다 크도록 선택되는 방법.
21. 20 항에 있어서,
제 1 방향과 반대로, 제 2 방향으로 공정이 편향되는 것을 제외하고는 제 1 타겟 구조체의 제 1 주기적 구성요소를 형성하는 데 사용된 공정과 동일한 공정에 의해 형성되는 제 1 주기적 구성요소를 포함한 제 2 타겟 구조체를 측정하는 단계를 더 포함하여, 제 1 이격 거리(S1)와 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 공칭적으로 형성하고, 여기서 S1-S2 = -Δd인 방법.
22. 20 항 또는 21 항에 있어서,
Δd의 복수의 상이한 값들에 대해 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 사이의 오버레이 오차의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계; 및
측정 또는 추산된 감도들에 기초하여 선택되는 Δd의 값을 갖는 타겟 구조체를 사용하여 오버레이 오차를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
23. 20 항 또는 21 항에 있어서,
Δd의 복수의 상이한 값들에 대해: 1) 제 1 주기적 구성요소와 제 2 주기적 구성요소 간의 오버레이 오차의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계; 및 2) 이격 거리들에서의 편차의 측정의 감도를 측정 또는 추산하는 단계; 및
단계(1) 및 단계(2)에서 측정되거나 추산된 감도들에 기초하여 선택되는 Δd의 값을 갖는 타겟 구조체를 사용하여 오버레이 오프셋 및 이격 거리들에서의 편차를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
24. 1 항 내지 23 항 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 구성되는 메트롤로지 장치.
25. 측정 방사선으로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 데 사용되는 타겟을 포함한 기판에 있어서,
타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며,
제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있고,
제 2 주기적 구성요소는 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 제 1 주기적 구성요소만의 피치 및 제 2 주기적 구성요소만의 피치보다 길도록 구성되는 기판.
26. 측정 공정 시 디바이스 제조에서 사용되는 타겟에 있어서,
타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며,
제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 제 2 층은 제 1 층의 위 또는 아래에 있고,
제 2 주기적 구성요소는 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치가 제 1 주기적 구성요소만의 피치 및 제 2 주기적 구성요소만의 피치보다 길도록 구성되는 타겟.
27. 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
타겟을 포함한 기판; 및
측정 방사선으로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 타겟을 측정하는 광학 장치를 포함하며,
타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하고,
광학 장치는 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하도록 구성되며, 수용된 방사선은 제 1 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절 및 제 2 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함하는 메트롤로지 장치.
28. 디바이스 제조 시스템에 있어서,
기판 상에서 디바이스 제조 공정을 수행하도록 구성되는 디바이스 제조 장치; 및
디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하도록 구성되는 27 항의 메트롤로지 장치를 포함하고,
디바이스 제조 장치는 후속한 디바이스 제조 공정에서 메트롤로지 장치에 의해 측정된 파라미터를 사용하도록 구성되는 디바이스 제조 시스템.
29. 디바이스 제조 방법에 있어서,
기판 상에서 디바이스 제조 공정을 수행하는 단계;
디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하기 위해 1 항 내지 23 항 중 어느 하나의 방법을 사용하는 단계; 및
후속한 디바이스 제조 공정의 수행을 수정하기 위해 측정된 파라미터를 사용하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
본 명세서에서는 IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에서 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함하는 기판을 칭할 수도 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, 연질 X-선, (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 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 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 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. 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법에 있어서,
    측정 방사선으로 타겟을 조명하고 광학 장치를 이용하여 상기 타겟에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출함으로써 기판 상의 타겟을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며,
    상기 광학 장치는 상기 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하도록 구성되고, 수용된 방사선은 상기 제 1 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절 및 상기 제 2 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소와 상기 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치(combined pitch)는 상기 제 1 주기적 구성요소 단독의 피치 및 상기 제 2 주기적 구성요소 단독의 피치보다 긴 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소 및 상기 제 2 주기적 구성요소는 동일한 층에 제공되거나, 또는 층들 각각의 평면에 수직인 방향으로 서로 겹치는 층들에 제공되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소는 격자를 포함하고, 상기 제 2 주기적 구성요소는 상기 격자의 일부분이 제거되는 주기적 구역들을 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소는 제 1 층에 제공되고, 상기 제 2 주기적 구성요소는 제 2 층에 제공되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층의 위 또는 아래에 있는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소 및 상기 제 2 주기적 구성요소는 상이한 시간들에 형성되거나, 상이한 리소그래피 공정들을 이용하여 형성되거나, 또는 둘 모두인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 장치에 의해 수용되는 방사선은 상기 타겟 구조체에서의 비대칭의 정도를 나타내는 파라미터를 측정하는 데 사용되고, 상기 비대칭은 상기 타겟 구조체로부터 회절되는 측정 방사선에서의 반대 또는 상이한 회절 차수들 간의 차이를 유도하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로(nominally) 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처(feature)들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성되고,
    상기 방법은 상기 타겟 구조체를 측정하여 상기 공정에서의 1 이상의 오차에 의해 야기되는 상기 이격 거리들에서의 편차를 얻는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소 및 상기 제 2 주기적 구성요소의 조합된 피치는 상기 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않는 경우보다 상기 이격 거리들에서의 편차가 존재하는 경우에 더 긴 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 타겟을 측정하는 단계는, 상기 이격 거리들에서의 편차가 존재하지 않기 때문에 상기 조합된 피치가 더 길지 않은 경우보다 상기 이격 거리들에서의 편차의 존재로 인해 상기 조합된 피치가 더 긴 경우에 사전설정된 고차 회절 성분(higher order diffraction component)이 검출되도록 이루어지는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이격 거리들에서의 편차는 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스(repeating sequence)를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상이한 이격 거리들의 반복 시퀀스는 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스(alternating sequence)를 포함하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 상기 타겟 구조체들 중 제 1 타겟 구조체 및 상기 타겟 구조체들 중 제 2 타겟 구조체를 포함하고,
    상기 타겟 구조체들 중 제 1 타겟 구조체는 공통 이격 거리만큼 공칭적으로 서로로부터 이격되는 3 이상의 피처들을 형성하도록 구성되는 공정에 의해 형성된 제 1 주기적 구성요소를 포함하며, 상기 공정은 제 1 방향(sense)으로 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하기 위해 편향(bias)되고, 여기서 S1-S2 = Δd이며;
    상기 타겟 구조체들 중 제 2 타겟 구조체는 제 1 방향과 반대로, 제 2 방향으로 상기 공정이 편향되어 공칭적으로 제 1 이격 거리(S1) 및 제 2 이격 거리(S2)의 교번하는 시퀀스를 형성하고, 여기서 S1-S2 = -Δd인 것을 제외하고는, 상기 타겟 구조체들 중 제 1 타겟 구조체의 제 1 주기적 구성요소를 형성하는 데 사용된 공정과 동일한 공정에 의해 형성되는 제 1 주기적 구성요소를 포함하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기적 구성요소는 다중 패터닝에 의해 형성되는 방법.
  15. 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
    타겟을 포함한 기판; 및
    측정 방사선으로 상기 타겟을 조명하고 상기 타겟에 의해 산란되는 상기 측정 방사선을 검출함으로써 상기 타겟을 측정하는 광학 장치
    를 포함하고,
    상기 타겟은 제 1 주기적 구성요소 및 제 2 주기적 구성요소를 갖는 타겟 구조체를 포함하며,
    상기 광학 장치는 상기 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절로부터 발생하는 방사선을 수용하도록 구성되고, 수용된 방사선은 상기 제 1 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절 및 상기 제 2 주기적 구성요소 단독으로부터의 측정 방사선의 회절로부터 수용되지 않을 적어도 하나의 회절 차수를 포함하는 메트롤로지 장치.
KR1020197016549A 2016-11-10 2017-10-31 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치 KR102248135B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16198272.3A EP3321738A1 (en) 2016-11-10 2016-11-10 Method of measuring a parameter of a device manufacturing process, metrology apparatus, substrate, target, device manufacturing system, and device manufacturing method
EP16198272.3 2016-11-10
PCT/EP2017/077914 WO2018086968A1 (en) 2016-11-10 2017-10-31 Method of measuring a parameter of a device manufacturing process, and metrology apparatus.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190072660A KR20190072660A (ko) 2019-06-25
KR102248135B1 true KR102248135B1 (ko) 2021-05-06

Family

ID=57286340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197016549A KR102248135B1 (ko) 2016-11-10 2017-10-31 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10747122B2 (ko)
EP (1) EP3321738A1 (ko)
KR (1) KR102248135B1 (ko)
CN (2) CN109937383B (ko)
TW (1) TWI665529B (ko)
WO (1) WO2018086968A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3451060A1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 ASML Netherlands B.V. Substrate, metrology apparatus and associated methods for a lithographic process
US11852981B2 (en) * 2020-02-27 2023-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Frequency-picked methodology for diffraction based overlay measurement
CN113130340B (zh) * 2020-02-27 2024-02-20 台湾积体电路制造股份有限公司 叠对误差测量方法及叠对误差测量结构
CN111504210B (zh) * 2020-04-01 2021-07-20 武汉大学 一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法
US20220005668A1 (en) * 2020-07-01 2022-01-06 Kla Corporation Target and algorithm to measure overlay by modeling back scattering electrons on overlapping structures
US11726410B2 (en) * 2021-04-20 2023-08-15 Kla Corporation Multi-resolution overlay metrology targets
WO2023069095A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Kla Corporation Induced displacements for improved overlay error metrology
US11796925B2 (en) 2022-01-03 2023-10-24 Kla Corporation Scanning overlay metrology using overlay targets having multiple spatial frequencies

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070229837A1 (en) 2006-03-29 2007-10-04 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method using overlay measurement quality indication
US20080311344A1 (en) * 2007-06-13 2008-12-18 Asml Netherlands B.V. Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
WO2010007010A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Asml Netherlands B.V. Scatterometry method and measurement system for lithography
US20170059999A1 (en) 2015-08-27 2017-03-02 Asml Netherlands B.V. Method And Apparatus for Measuring a Parameter of a Lithographic Process, Substrate and Patterning Devices for use in the Method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7791727B2 (en) 2004-08-16 2010-09-07 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
NL1036245A1 (nl) 2007-12-17 2009-06-18 Asml Netherlands Bv Diffraction based overlay metrology tool and method of diffraction based overlay metrology.
NL1036597A1 (nl) 2008-02-29 2009-09-01 Asml Netherlands Bv Metrology method and apparatus, lithographic apparatus, and device manufacturing method.
KR101461457B1 (ko) 2009-07-31 2014-11-13 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 계측 방법 및 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 처리 셀
WO2013124131A2 (en) * 2012-02-21 2013-08-29 Asml Netherlands B.V. Inspection apparatus and method
NL2013293A (en) * 2014-06-02 2016-03-31 Asml Netherlands Bv Method of designing metrology targets, substrates having metrology targets, method of measuring overlay, and device manufacturing method.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070229837A1 (en) 2006-03-29 2007-10-04 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method using overlay measurement quality indication
US20080311344A1 (en) * 2007-06-13 2008-12-18 Asml Netherlands B.V. Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
WO2010007010A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Asml Netherlands B.V. Scatterometry method and measurement system for lithography
US20170059999A1 (en) 2015-08-27 2017-03-02 Asml Netherlands B.V. Method And Apparatus for Measuring a Parameter of a Lithographic Process, Substrate and Patterning Devices for use in the Method

Also Published As

Publication number Publication date
EP3321738A1 (en) 2018-05-16
TWI665529B (zh) 2019-07-11
CN109937383A (zh) 2019-06-25
KR20190072660A (ko) 2019-06-25
WO2018086968A1 (en) 2018-05-17
CN114527628A (zh) 2022-05-24
US20190354024A1 (en) 2019-11-21
TW201830160A (zh) 2018-08-16
US10747122B2 (en) 2020-08-18
CN109937383B (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102248135B1 (ko) 디바이스 제조 공정의 파라미터를 측정하는 방법, 및 메트롤로지 장치
EP2409195B1 (en) Inspection method and apparatus
US7911612B2 (en) Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
KR100923543B1 (ko) 각도-분해 분광 리소그래피 특성화를 위한 방법 및 장치
KR100930654B1 (ko) 측정 방법, 검사 장치 및 리소그래피 장치
KR20180087410A (ko) 위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법
KR20180096716A (ko) 리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 장치들 및 패터닝 디바이스들 및 방법들, 디바이스 제조 방법
CN111065974B (zh) 用于在小量测目标上对准的拍频图案
US10871367B2 (en) Substrate, metrology apparatus and associated methods for a lithographic process
KR102170119B1 (ko) 검사 방법 및 장치, 및 리소그래피 장치
NL2005044A (en) Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
KR101330116B1 (ko) 특성을 결정하는 방법
NL2005510A (en) Method and apparatus for overlay measurement.

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant