KR102459212B1

KR102459212B1 - 검사 툴 및 검사 툴의 왜곡을 결정하는 방법

Info

Publication number: KR102459212B1
Application number: KR1020207017809A
Authority: KR
Inventors: 피터 크리스티아누스 요하네스 마리아 데 로이저
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2022-10-26
Also published as: US11728129B2; CN111566776A; US11251015B2; EP3503157A1; KR20220147713A; WO2019121883A1; KR102623923B1; KR20200090210A; US20200321187A1; US20220270848A1

Abstract

스캐닝 전자 현미경의 시야의 왜곡을 결정하는 방법이 설명된다. 상기 방법은: 제 1 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 제공하는 단계; 스캔 방향으로 연장되는 각각의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야에 걸쳐 스캔들을 수행하는 단계 -스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직임- ; 샘플의 스캐닝에 의해 야기된 샘플의 응답 신호를 검출하는 단계; 응답 신호에 기초하여, 라인의 제 1 라인 세그먼트와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 스캔 궤적들에 의해 교차됨- ; 시야 내의 다수 위치들에 대해 이전 단계를 수행하는 단계; 및 다수 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여 시야에 걸친 왜곡을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

검사 툴 및 검사 툴의 왜곡을 결정하는 방법

본 출원은 2017년 12월 22일에 출원된 EP 출원 17210305.3의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

본 발명은 검사 툴 및 검사 툴의 왜곡을 결정하는 방법에 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. 이러한 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. 종래의 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 평행하게 또는 역-평행하게(anti-parallel) 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

리소그래피 장치에서 통상적으로 적용되는 방사선 빔은 예를 들어 (예를 들어, 248 nm 또는 193 nm의 파장을 갖는) DUV 방사선 빔 또는 (예를 들어, 11 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는) EUV 방사선 빔일 수 있다.

집적 회로의 제조는 통상적으로 복수의 층들의 스태킹(stacking)을 필요로 할 수 있으며, 이에 의해 층들은 정확하게 정렬되어야 한다. 이러한 정렬이 없으면, 층들 사이의 필요한 연결에 결함이 있어, 집적 회로의 오작동을 유도할 수 있다.

전형적으로, 집적 회로의 저부 층 또는 층들은 트랜지스터 또는 그 구성요소들과 같은 최소 구조체들을 포함할 것이다. 후속한 층들의 구조체들은 전형적으로 더 크고, 저부 층들에서의 구조체들의 외부로의 연결들을 가능하게 한다. 이를 고려하면, 2 개의 층들의 정렬은 집적 회로의 저부에서 가장 어려울 것이다.

회로 또는 회로 층이 적절히 패터닝될 것을 보장하기 위해, 기판들은 흔히 e-빔 검사 툴들과 같은 검사 툴들을 사용하여 검사를 거친다.

이러한 검사 툴의 일 예시는 고분해능 SEM(스캐닝 전자 현미경)이며, 이는 예를 들어 기판 상의 패턴들의 치수들을 검사하는 데 사용된다. 이러한 고분해능 SEM은 전형적으로 200 eV 내지 30 keV의 에너지를 갖는 전자들을 사용하며, 이는 기판의 표면을 향해 가속되어 확산되고 새로운 전자들(즉, 이차 전자들)을 생성한다. 이로 인해, 이차 및/또는 후방산란 전자들이 표면으로부터 방출된다. 그 후, 이 이차 및/또는 후방산란 전자들은 검출기에 의해 기록될 수 있다. 전자 빔을 사용하여 기판의 영역을 스캐닝함으로써, 기판의 표면 구조에 관한 정보가 얻어질 수 있다.

현재 이용가능한 고분해능 SEM과 같은 e-빔 검사 툴들의 성능을 개선하는 것이 바람직할 것이다.

e-빔 검사 툴들의 성능을 개선하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면:

제 1 방향으로 연장되는 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 제공하는 단계;

스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야(field of view)에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하는 단계 -스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직임- ;

샘플의 스캐닝에 의해 야기된 샘플의 응답 신호를 검출하는 단계;

응답 신호에 기초하여, 라인의 제 1 라인 세그먼트(line segment)와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- ;

시야 내의 복수의 위치들에 대해 이전 단계를 수행하는 단계; 및

복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여, 시야에 걸친 왜곡을 결정하는 단계에 의해 스캐닝 전자 현미경의 시야의 왜곡을 결정하는 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면:

제 1 방향으로 연장되는 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 수용하도록 구성되는 대상물 테이블;

e-빔을 생성하도록 구성되는 e-빔 소스;

샘플 상으로 전자를 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터(beam manipulator);

전자 빔과 샘플의 상호작용에 의해 야기된 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;

스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하도록 빔 머니퓰레이터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛 -스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직임- 을 포함하는 검사 툴이 제공되며, 제어 유닛은 시야 내의 복수의 위치들에 대해 스캐닝 동안 샘플의 응답 신호에 기초하여 라인의 제 1 라인 세그먼트와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- 를 수행하도록 더 구성되고, 복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여 시야에 걸친 왜곡을 결정하도록 구성된다.

이제, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 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 검사 툴을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명에 따른 검사 툴을 사용하여 검사될 수 있는 구조체의 개략적인 평면도 및 단면도;
도 4는 복수의 라인들을 포함하는 샘플을 스캐닝하기 위해 적용될 수 있는 복수의 스캔 궤적들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 5는 도 4의 구조체의 단면도 및 이러한 구조체의 스캐닝 동안 얻어질 수 있는 신호를 개략적으로 도시하는 도면;
도 6 및 도 7은 왜곡되지 않은 및 왜곡된 형태로 도 4의 구조체를 스캐닝함으로써 얻어질 수 있는 이미지를 개략적으로 도시하는 도면;
도 8은 거리 측정들에 기초하여 시야에 걸친 왜곡을 결정하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면; 및
도 9는 본 발명에 따른 검사 툴의 개략적인 단면도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 여하한의 다른 적절한 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 위치설정 디바이스(PM)에 연결되는 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정 디바이스(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT) 또는 "기판 지지체"를 포함한다. 상기 장치는 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 더 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.

마스크 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. 마스크 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 마스크 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 마스크 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 타입들, 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 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

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.

리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 또는 "기판 지지체"(및/또는 2 이상의 마스크 테이블 또는 "마스크 지지체")를 갖는 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블 또는 지지체가 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블 또는 지지체가 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블 또는 지지체에서는 준비작업 단계들이 수행될 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로도 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 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라, 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 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 조정하도록 구성되는 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 마스크 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 위치설정 디바이스(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 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 위치설정 디바이스(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 위치설정 디바이스(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정 디바이스(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 1보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체" 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 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) 또는 "기판 지지체"는 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) 또는 "마스크 지지체" 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체"에 대한 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"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) 또는 "마스크 지지체"는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"가 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"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.

나타낸 바와 같은 실시예에서, 리소그래피 장치는 본 발명에 따른 검사 툴(IT)을 더 포함한다. 이러한 검사 툴(IT)은 예를 들어 리소그래피 장치에 의해 처리되는 기판(W) 상에 또는 그 관심 영역 내에 존재하는 구조체, 특히 매립 구조체(buried structure)의 특성을 결정할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 검사 툴은 기판을 검사하기 위한 전자 빔 소스를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제 2 위치설정 디바이스(PW)는 검사 툴(IT)의 작동 범위 내에 기판(W)을 위치시키도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 검사 툴(IT)은 예를 들어 언급된 구조체의 특성, 예를 들어 전기적 특성, 재료 특성 및/또는 기하학적 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 이 정보는 후속하여 리소그래피 장치의 제어 유닛에 제공될 수 있으며, 예를 들어 정보에 기초하여 조명 시스템, 투영 시스템 또는 위치설정 디바이스들 중 하나 중 1 이상을 제어함으로써 노광 공정 동안 사용될 수 있다.

나타낸 바와 같은 실시예에서, 리소그래피 장치는 방사선 빔을 위해 DUV 방사선을 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스(MA)는 투과 패터닝 디바이스일 수 있고, 투영 시스템(PS)은 1 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

대안적으로, 본 발명에 따른 리소그래피 장치는 방사선 빔을 위해 EUV 방사선을 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스(MA)는 반사 패터닝 디바이스일 수 있고, 투영 시스템(PS)은 1 이상의 거울을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 장치는 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS)을 하우징하기 위한 1 이상의 진공 챔버를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치는 처리될 또는 처리된 기판의 인라인 또는 오프라인 검사를 수행하기 위해 본 발명에 따른 검사 툴을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 반도체 기판과 같은 대상물을 검사하도록 구성되는 검사 툴이 제공된다. 도 2는 이러한 검사 툴(100)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 본 발명에 따르면, 검사 툴(100)은 e-빔 소스(110)라고도 하는 전자 빔 소스(110)를 포함한다.

이러한 e-빔 소스(110)는 일반적으로 알려져 있으며, 본 발명에서 대상물(130), 예를 들어 기판의 영역 상으로 전자 빔(120)을 투영하기 위해 적용될 수 있다. 나타낸 바와 같은 실시예에서, 대상물(130)은 클램핑 메카니즘(134), 예를 들어 진공 클램프 또는 정전기 클램프에 의해 대상물 테이블(132)에 장착된다. 또한, e-빔이 투영되는 대상물의 영역은 샘플이라고 칭해질 수도 있다. 이러한 e-빔 소스(110)는 예를 들어 0.2 keV 내지 100 keV 범위의 에너지를 갖는 전자 빔(120)을 생성하는 데 사용될 수 있다. e-빔 소스(110)는 통상적으로 직경이 약 0.4 내지 5 nm인 스폿 상에 전자 빔(120)을 포커싱하기 위한 1 이상의 렌즈를 가질 수 있다. 일 실시예에서, e-빔 소스(110)는 전자 빔(120)을 편향시킬 수 있는 1 이상의 스캐닝 코일 또는 디플렉터 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이렇게 함으로써, 전자 빔(120)은 예를 들어 X-축 및 (X-축 및 Z-축에 수직인) Y-축을 따라 편향될 수 있고, XY-평면은 대상물의 영역이 스캔될 수 있도록 대상물의 표면에 평행하다.

본 발명의 일 실시예에서, 전자 빔 소스는 관심 영역의 각각의 복수의 서브-영역들 상으로 복수의 전자 빔들을 투영하도록 구성된다. 이렇게 함으로써, 단위 시간당 검사 또는 조사될 수 있는 관심 영역이 확대될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 전자 빔 소스는 상이한 에너지 레벨을 갖는 전자 빔들을 생성하도록 구성될 수 있다.

이러한 e-빔(120)이 표면에 충돌하는 경우, 표면 상의 상호작용들 및 표면 아래의 재료와의 상호작용들이 발생하여, 노광된 표면이 방사선 및 전자들 모두를 방출하게 할 것이다. 통상적으로, 전자 빔(120)이 샘플과 상호작용하는 경우, 빔을 구성하는 전자들은 상호작용 볼륨으로 알려진 눈물방울-형 볼륨(teardrop-shaped volume) 내에서 산란 및 흡수를 통해 에너지를 잃을 것이다. 전자 빔과 샘플 사이의 에너지 교환은 통상적으로:

- 비탄성 산란에 의한 이차 전자들의 방출,

- 샘플과의 탄성 산란 상호작용에 의한, 상호작용 볼륨에서 반사되거나 후방산란되는 전자들의 방출,

- X-선 방출, 및

- 예를 들어, deep UV 내지 IR의 범위 내의 전자기 방사선의 방출의 조합을 유도할 것이다. 전자기 방사선의 후자의 방출은 일반적으로 음극선 발광(cathodoluminescent light) 또는 CL-광이라고 칭해진다.

본 발명의 일 실시예에서, 검사 툴(100)은 이차 전자들의 검출을 위한 검출기(150) 및 샘플에 의해 방출된 후방산란 전자들을 위한 검출기(151)를 더 포함한다. 도 2에서, 화살표들(140)은 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 나타낸다.

나타낸 바와 같은 실시예에서, 검사 툴은 검출기들(150 및 151)에 의해 검출되는 바와 같은 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 나타내는 신호들을 처리하기 위한, 예를 들어 마이크로프로세서, 컴퓨터 등을 포함한 제어 유닛(170) 또는 처리 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에서, 제어 유닛(170)은 검출기들(150, 151)로부터 신호들(152)을 수신하기 위한 입력 단자(172)를 포함하며, 신호들(152)은 검출되는 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 나타낸다.

일 실시예에서, 제어 유닛은 e-빔 소스(110)를 제어하는 제어 신호(112)를 출력하기 위한 출력 단자(174)를 더 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제어 유닛(170)은 검사될 대상물, 예를 들어 반도체 기판의 관심 영역 상으로 e-빔(120)을 투영하도록 e-빔 소스(110)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 유닛(170)은 관심 영역을 스캔하도록 e-빔 소스(110)를 제어하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 2에 개략적으로 나타낸 검사 툴은 예를 들어 도 1에 나타낸 리소그래피 장치의 성능을 평가하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 평가는 예를 들어 기판 상의 패터닝된 구조체의 CD 균일성을 결정하는 것을 수반할 수 있다. 이러한 패터닝된 구조체의 일 예시로서, 복수의 평행한 라인들을 포함하는 구조체가 언급될 수 있다. 리소그래피 장치의 성능을 평가하기 위해, 패터닝된 구조체를 갖는 샘플은 앞서 설명된 바와 같이 전자 빔으로 스캔될 수 있는 한편, 샘플과 전자 빔의 상호작용으로 인해 발생하는 방출들 중 1 이상이 검출된다. 전형적으로, 샘플의 직사각형 부분이 복수의 스캔 궤적들을 따라 스캔된다. 스캔되고 있는 샘플의 부분 또는 복수의 스캔 궤적들에 의해 커버되는 영역은 전형적으로 검사 툴의 시야라고 칭해진다.

도 3은 복수의 실질적으로 평행한 라인들(310)을 포함하는 패터닝된 구조체(300)의 평면도(a) 및 단면도(b)를 개략적으로 나타낸다. 이러한 구조체(300)는 격자에 의해 패터닝된 방사선 빔에 레지스트 층을 노출시킴으로써 얻어질 수 있다. 도 3(b)는 도 3(a)에 나타낸 라인 A-A'를 따른 구조체(300)의 단면도를 나타낸다.

따라서, 도 3은 노광 및 현상 공정 후에 기대할 수 있는 이상적인 구조체를 설명할 것이다. 이 공정들의 성능을 평가하기 위해, 공정들에 의해 실제로 얻어지는 패터닝된 구조체가 SEM과 같은 검사 툴을 사용하여 검사 또는 조사될 수 있다.

이러한 검사 툴에서, 샘플은 검사 툴의 시야에 걸쳐 스캔된다. 이 스캐닝 과정은 전형적으로 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 복수의 스캔들을 수행하는 것을 수반하며, 상기 스캔 궤적들은 실질적으로 서로 평행하고 스캔 방향으로 연장된다. 도 4는 나타낸 X-방향으로 연장되는 3 개의 실질적으로 평행한 라인들(410)의 부분들을 포함하는 샘플의 일부를 커버하는 검사 툴의 시야(400)의 평면도를 개략적으로 나타낸다. 도 4는 스캐닝 과정 동안 전자 빔이 전파되는 수 개의 스캔 궤적들(420)을 더 나타낸다. 이러한 스캔 과정 동안, 전자 빔이 나타낸 스캔 궤적들을 따라, 예를 들어 스캔 방향(430)으로 샘플을 스캔하는 한편, 2 개의 인접한 스캔 궤적들을 따른 스캐닝 사이에서, 전자 빔은 턴오프(turn off)되거나 차단되어 다음 스캔 궤적의 시작에 재위치되며, 재위치는 점선(425)으로 표시된다.

전형적으로, 검사 툴의 시야는 예를 들어 2 x 2 마이크로미터 이하의 영역을 커버할 수 있다. 전체 시야를 스캔하기 위해, 전형적으로 스캔 궤적들을 따라 수십 또는 수백 개의 스캔들이 수행되어 시야를 커버한다.

도 5는 도 4에 나타낸 샘플 부분의 단면도를, 전자 빔(E)이 Y-방향으로 나타낸 스캔 방향을 따라 이러한 샘플을 스캔할 때, 검사 툴에 의해 검출된 신호(S)와 함께 개략적으로 나타낸다.

알 수 있는 바와 같이, 나타낸 Y-방향으로 스캔하는 스캐닝 전자 빔(E)이 라인(410)을 만나는 경우, 스캔 방향을 따라 마주치는 모든 전이(transition) 동안 검출된 신호의 변화가 관찰될 수 있다. 그때, 예를 들어 지오메트리의 변화 또는 재료의 변화로 인한 이러한 전이는 변화된 지오메트리 또는 재료의 위치를 식별하는 데 사용될 수 있다.

나타낸 예시에서, 뒤따르는 스캔 궤적에 걸친 라인(410)의 발생은 제 1 신호 레벨(S1)에서 제 2 신호 레벨(S2)로, 그리고 다시 제 1 신호 레벨(S1)로의 전이를 유도한다. 스캔 궤적을 따른 신호(S)의 이러한 변동에 기초하여, 라인의 위치, 특히 라인의 에지들(410.1 및 410.2)의 위치는 신호(S)가 예를 들어 제 1 신호 레벨과 제 2 신호 레벨 사이의 중간에 있는 위치들에서 발생하는 것으로 결정될 수 있다.

다양한 스캔 궤적들을 따른 검출된 신호에 기초하여 라인들의 에지들이 발생하는 위치를 평가함으로써, 샘플의 라인들의 에지들이 발견될 수 있는, 즉 스캔 궤적을 따라 스캐닝함으로써 얻어지는 검출된 신호에서의 전이들이 발견되는 시야의 이미지를 얻을 수 있다.

이러한 것으로서, 도 4에 나타낸 바와 같은 샘플이 스캔될 때, 라인들(410)의 에지들이 어디에 위치되는지를 결정하게 하고, 이에 따라 라인들의 위치를 결정하게 하고 라인들의 정확성의 평가를 허용하는 이미지가 얻어질 수 있으며, 이는 리소그래피 공정의 품질을 평가하는 수단으로 간주될 수 있다.

도 6은 3 개의 평행한 라인들(410)이 존재하는 샘플 부분을 커버하는 시야(400)에 대해, 샘플이 스캔 궤적들(420)을 따라 스캔될 때 전이들이 검출되는 것을 매우 개략적으로 나타낸다. 도 6의 우측에서, 전이들은 도트들(610)로 표시되고, 도트들은 예를 들어 스캔 궤적을 따라 스캔하는 동안 검출기 신호가 변화하는 위치들에 대응한다. 이러한 것으로서, 도트들 또는 전이들(610)의 위치는 라인들(410)의 에지의 위치를 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 전이들(610)은 에지 위치 측정들 또는 에지 측정들로 지칭될 수 있다. 도 6의 오른쪽에 개략적으로 나타낸 이미지에 기초하여, 샘플을 생성하기 위해 적용된 공정들의 품질을 평가하는 다양한 파라미터들을 결정할 수 있다. 이러한 파라미터들은, 예를 들어 CD(임계 치수) 및 CD 균일성, LER(라인 에지 거칠기), LWR(라인 폭 거칠기) 및 피치를 포함할 수 있다. 일 예시로서, LER을 결정하기 위해, 예를 들어 에지의 결정된 위치들을 결정된 위치들의 평균과 비교할 수 있다. 또 다른 예시로서, 예를 들어 화살표들(630)로 나타낸 바와 같이, 라인을 따라 특정 위치에서 그 위치에서 라인의 검출된 에지들 사이의 거리로서 CD를 결정할 수 있다. 라인을 따라 다양한 위치들에서 CD를 결정함으로써, CD의 균일성 또는 변동이 결정될 수 있다. 또 다른 예시로서, 라인들의 피치, 즉 2 개의 인접한 라인들 사이의 거리가 또한 검출된 전이들(610)에 기초하여 결정될 수 있다. 2 개의 라인들 사이의 피치를 결정하기 위해, 예를 들어 제 1 라인의 제 1 에지(즉, 스캔 동안 처음 만나는 에지)와 제 2 라인의 제 1 에지 사이의 거리를 결정할 수 있다. 결정된 피치가 LER의 영향을 받지 않기 위해, 예를 들어 라인 세그먼트에 걸쳐 평균되는 제 1 라인의 제 1 에지의 평균 위치를 결정하고, 예를 들어 제 1 라인의 라인 세그먼트에 대응하는 제 2 라인의 라인 세그먼트에 걸쳐 평균되는 제 2 라인의 제 1 에지의 평균 위치를 결정할 수 있다. 도 6을 참조하면, 제 1 라인과 제 2 라인 사이의 피치는 예를 들어 제 1 라인의 부분(640)에서 관찰되는 결정된 전이들(610)을 평균함으로써 얻어진 제 1 라인의 에지의 평균 위치를, 예를 들어 제 2 라인의 부분(650)에서 관찰되는 결정된 전이들(610)을 평균함으로써 얻어진 제 2 라인의 에지의 평균 위치와 비교함으로써 결정될 수 있다. 라인의 에지의 위치가 인접한 라인의 에지의 위치와 비교되는 이러한 위치 측정은 갭 측정이라고도 칭해질 수 있다. 따라서, 이러한 갭 측정은 스캐닝 방향으로, 즉 라인들의 방향에 수직으로 인접한 라인들의 2 개의 에지들 사이의 거리의 결정을 유도한다.

당업자에 의해 이해되는 바와 같이, LER, LWR 또는 피치와 같은 파라미터들이 결정될 수 있는 정확성은 전이들(610)의 위치들이 결정될 수 있는 정확성 및 측정들의 신뢰성 모두에 크게 의존할 수 있다.

측정의 정확성을 개선하기 위해, 시야가 여러 번 스캔될 수 있고, 프레임이라고도 하는 얻어진 시야의 스캔들이 평균될 수 있다.

측정들의 신뢰성과 관련하여, 다음이 언급될 수 있다:

리소그래피 장치의 성능의 적절한 평가를 수행하기 위해, 검사 툴에 의해 생성된 바와 같은 패터닝된 구조체의 이미지, 예를 들어 스캔된 구조체를 나타내는 이미지가 리소그래피 장치에 의해 패터닝된 바와 같은 실제 구조체의 정확한 표현이라는 것에 의존할 필요가 있다. 이러한 대응에 의존할 수 없는 경우, 여하한의 관찰된 결함들이 리소그래피 장치에 의해 수행되는 실제 패터닝 공정에 의해 야기되는지 또는 관찰된 결함들이 검사 툴에 의해 수행되는 부정확한 이미징 공정에 의해 야기되는지 여부를 평가할 수 없다.

예를 들어, 임계 치수(CD) 균일성 또는 논의된 바와 같은 다른 파라미터들을 평가하기 위해, 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 패터닝된 구조체가 검사되는 경우, 검사 툴로부터 얻어진 바와 같은 패터닝된 구조체의 이미지가 패터닝된 구조체의 실제 지오메트리로부터 벗어날 수 있는 다양한 원인들이 존재할 수 있다. 전형적으로, 측정 정확성을 개선하기 위해, 패터닝된 구조체의 이미지는 관심 영역을 여러 번 스캔하고 얻어진 스캔들을 하나의 이미지로 조합함으로써 얻어진다. 본 발명의 의미 내에서, 관심 영역 또는 시야에 걸친 단일 스캔은 프레임이라고 칭해진다. 따라서, 관심 영역의 이미지는 예를 들어 다수 프레임들을 조합, 예를 들어 평균함으로써 얻어진다.

전자 빔을 사용한 패터닝된 구조체의 스캐닝 동안, 패터닝된 구조체는 전자 빔에 의해 영향을 받을 수 있다. 일 예시로서, 레지스트로부터 만들어진 평행한 라인들을 포함하는 패터닝된 구조체가 스캔되는 경우, 라인들은 수행되는 매 스캔마다 악화될 것이다. 이 현상은 레지스트 수축으로 알려져 있다.

실제 패터닝된 구조체와 SEM 검사 툴에 의해 얻어진 구조체의 이미지 사이의 편차들에 대한 또 다른 원인은 적용된 전자 빔에 의한 구조체의 대전(charging)이다. 전자 빔의 적용으로 인해, 검사되고 있는 샘플 또는 견본이 대전될 수 있다. 이 대전의 결과로서, 전자 빔의 궤적은 영향을 받을 수 있다. 결과로서, 측정 프로세스가 영향을 받아, 예를 들어 검사 툴에 의해 얻어진 바와 같은 패터닝된 구조체의 이미지에 의해 나타낸 측정된 패터닝된 구조체와 실제 패터닝된 구조체의 특성들, 예를 들어 지오메트리 사이의 편차를 유도할 것이다. 이러한 편차의 일 예시로서, 이미지의 회전이 관찰될 수 있다. 전형적으로, 검사 툴은 이러한 이미지의 회전을 보정하도록 구성될 수 있다.

실제 패터닝된 구조체와, 예를 들어 SEM 검사 툴에 의해 얻어진 구조체의 이미지에 의해 나타낸 바와 같은 구조체의 측정들 사이의 편차들에 대한 또 다른 원인은 왜곡으로 알려진 현상이다. 복수의 실질적으로 직선의 평행한 라인들을 포함하는 패터닝된 구조체가 예를 들어 여러 번 스캔되는 경우, 패터닝된 구조체의 얻어진 이미지가 왜곡될 수 있고; 평행한 직선들 대신에, 라인들의 측정된 위치들을 나타내는 이미지는 평행할 필요가 없는 곡선들을 나타낼 수 있다. 이러한 왜곡은 전자 빔에 영향을 미치는 a.o. 전자기 교란(electromagnetic disturbance)에 의해 야기되는 것으로 여겨진다.

도 7은 이러한 왜곡된 패턴의 라인들의 영향을 개략적으로 나타낸다. 도 7은 좌측에, 3 개의 평행한 라인들(410)이 존재하는 샘플 부분을 커버하는 시야(400)를 개략적으로 나타낸다. 우측에서, 도 7은 예를 들어 라인들의 에지들을 나타내는 전이들이 검출되는 위치를 매우 개략적으로 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 스캔 궤적들(420)을 따라 순차적으로 스캔들이 수행되는 스캐닝 과정 동안, 도트들(610)로 나타낸 전이들의 스캔 방향을 따른 시프트가 관찰될 수 있다. 인식되는 바와 같은 이 왜곡은 패터닝된 라인들의 실제 왜곡에 대응하지 않는다는 것이 지적되어야 한다. 이러한 것으로서, 당업자라면 이해하는 바와 같이, 측정된 왜곡된 패턴이 리소그래피 공정의 성능을 특징짓는 소정 파라미터들을 평가하기 위한 기초로서 사용되는 경우, 이는 평가에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 일 예시로서, 곡선 점선(710)으로 나타낸 제 3 라인의 제 1 에지의 측정들이 LER에 대한 값을 결정하는 데 사용될 경우, 라인 에지 거칠기는 과대평가될 것이다. 하지만, CD 값과 같은 다른 파라미터들은 영향을 덜 받을 수 있다.

하지만, 리소그래피 공정들의 품질을 평가하기 위해 사용되는 검사 툴의 측정들에 영향을 주는 왜곡을 고려하는 것이 유리할 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, SEM 검사 툴의 왜곡을 결정하는 방법이 제안된다.

일단 툴의 왜곡이 알려지면, 이 알려진 왜곡이 적용되어, 예를 들어 다른 구조체들을 스캐닝함으로써 얻어진 검사 데이터를 보정할 수 있다. 일 예시로서, SEM 검사 툴은 예를 들어 접촉홀들의 국부적 배치 오차(LPE)를 평가하기 위해 적용될 수 있다. SEM 툴의 왜곡 또는 왜곡 패턴이 알려진 경우, 왜곡을 보정함으로써 실제 LPE의 더 정확한 평가가 얻어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 왜곡은 예를 들어 에지 측정들에 기초하여, 예를 들어 SEM의 시야 내에서 이용가능한 복수의 라인들의 복수의 라인 세그먼트들에 대해 라인 세그먼트들 사이의 거리를 결정함으로써 결정된다. 동일한 라인의 라인 세그먼트들 사이의 거리, 특히 스캔 방향으로의 거리가 결정되는 경우, 이것이 왜곡에 대한 측정으로 간주될 수 있다.

이상적으로는, 스캔 방향으로 동일한 라인의 두 라인 세그먼트들 사이의 거리가 0일 것으로 예상할 수 있다. 하지만, 왜곡으로 인해 두 라인 세그먼트들, 예를 들어 2 개의 인접한 라인 세그먼트들 사이의 스캔 방향으로 고려되는 거리는 라인을 따라 변동할 수 있다.

본 발명의 의미 내에서, 라인 세그먼트는 샘플 상의 라인의 일부분을 언급하며, 라인 세그먼트는 복수의 스캔 궤적들을 따라 복수의 스캔들에 의해 스캔되었다. 또는 다르게 표현하면, 라인 세그먼트는 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차되거나 횡단된다. 일 예시로서, 샘플이 궤적들(420)과 같은 100 개의 스캔 궤적들에 의해 스캔되는 경우, 예를 들어 라인(410)과 같은 라인을 10 개의 라인 세그먼트들로 세분화할 수 있으며, 각각의 라인 세그먼트는 10 개의 스캔 궤적들을 따라 스캔된다. 이러한 라인 세그먼트들 사이의 거리를 결정함으로써, 검사 툴의 시야의 왜곡을 평가할 수 있다. 이는 도 8에서 더 상세히 예시된다.

도 8은 도 7의 우측 부분과 유사한 3 개의 라인들을 포함하는 샘플의 왜곡된 이미지를 더 상세하게 개략적으로 나타낸다. 도 8에서, 점선들(810)은 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플을 스캔함으로써 얻어진 에지 측정들을 나타낸다. 나타낸 바와 같은 구성에서, 라인들(820)로 나타낸 라인들은 7 개의 섹션 또는 세그먼트로 세분화된다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 섹션 또는 세그먼트가 에지당 및 라인당 대략 7 개의 측정 지점들을 포함하기 때문에, 각각의 섹션 또는 세그먼트는 대략 7 개의 스캔 궤적들에 의해 교차되거나 횡단된다.

검사 툴의 시야(800)의 왜곡을 결정하기 위해, 거리 측정이 본 발명에서 적용된다. 특히, 도 8을 참조하면, 거리 측정은 라인의 상이한 라인 세그먼트들 사이에 적용될 수 있다. 특히, 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 라인의 제 1 에지, 즉 가장 좌측 점선(810)으로 나타낸 것이 각각 7 개의 에지 측정들을 포함하는 6 개의 섹션 또는 세그먼트로 세분화된다. 알 수 있는 바와 같이, 6 개의 세그먼트들은 스캔 방향을 따라 정렬되어 있지 않다.

본 발명의 일 실시예에서, 2 개의 라인 세그먼트 사이의 거리가 결정된다. 일 예시로서, 에지 측정들(A)을 특징으로 하는 제 1 라인의 최상위 라인 세그먼트와 에지 측정들(B)을 특징으로 하는 제 1 라인의 인접한 라인 세그먼트 사이의 거리가 결정될 수 있다. 상기 결정된 거리에 기초하여, 예를 들어 스캔 방향으로 제 1 세그먼트에 대한 제 2 세그먼트의 변위를 도출할 수 있다.

일반적으로, 세그먼트들 사이의 X-방향에서의, 즉 라인들(410)을 따른 거리가 알려져 있기 때문에[(L로 나타낸) X-방향을 따른 시야의 전체 길이가 알려져 있기 때문에], 각각의 세그먼트의 길이도 알려진다. 따라서, 인접한 세그먼트들 사이의 X-방향에서의 거리도 알려진다. 예를 들어, 세그먼트들을 특징짓는 에지 측정들에 기초한 두 세그먼트들 사이의 결정된 거리가 예상된 거리로부터 벗어나는 경우, 라인 세그먼트들은 스캐닝 방향으로 서로에 대해 변위될 필요가 있다. 이는 도 8에 예시되어 있으며, 여기서 Ls는 에지 측정들(C)을 특징으로 하는 제 3 라인 세그먼트와 에지 측정들(D)을 특징으로 하는 제 4 라인 세그먼트 사이의 X-방향에서의 (알려진) 거리이고, La는 예를 들어 에지 측정들(C)의 평균과 에지 측정들(D)의 평균 사이의 거리로서 결정된 세그먼트들 사이의 실제 거리이다. 세그먼트들 사이의 예상된 거리(Ls)와 실제 거리(La)에 기초하여, 스캔 방향을 따른 변위(Ld)를 결정할 수 있으며, 이는 검사된 세그먼트들의 위치에서 시야(800)의 왜곡에 대한 측정으로 간주될 수 있다.

일 실시예에서, 선택된 라인 세그먼트들, 예를 들어 제 1 및 제 2 라인 세그먼트들 사이의 거리는 앞서 설명된 바와 같이 갭 측정을 수행함으로써 얻어질 수 있다. 전형적으로, 갭 측정은 예를 들어 라인들 사이의 피치를 결정하기 위해 상이한 라인들의 라인 세그먼트들 사이에서 수행된다는 것을 유의한다. 하지만, 동일한 라인의 2 개의 라인 세그먼트들에 대해 갭 측정을 수행함으로써, 스캔 방향에서의 라인 세그먼트들의 상대 위치에 관한 정보를 얻을 수 있다.

일 실시예에서, 인접한 라인 세그먼트들 사이의 스캔 방향을 따른 변위는 시야 내의 복수의 위치들에서 결정될 수 있다. 이러한 것으로서, 시야에 걸친 왜곡의 맵이 결정될 수 있다. 도 8에서, 그래프(850)는 스캔 방향, 즉 Y 방향을 따른 6 개의 라인 세그먼트들의 상대 위치를 나타내며, 도트들(850.1)은 각각의 세그먼트의 결정된 상대 위치를 나타낸다.

일 실시예에서, 샘플의 SEM 이미지에서 인식된 바와 같은 라인의 왜곡 또는 라인을 따른 왜곡은 라인의 세그먼트들의 결정된 상대 위치들을 사용하여 구성된 구간별 선형 곡선(piece-wise linear curve)으로서 결정될 수 있다. 이러한 구간별 선형 곡선은 도 8에서 그래프 850.2로 도시되어 있다.

라인의 에지가 검출된 곳을 나타내는 에지 측정들의 전체 어레이를 고려할 때, 예를 들어 구간별 선형 곡선으로 나타낸 왜곡을 에지의 위치의 저주파수 근사(low frequency approximation)인 것으로 간주할 수 있다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 교란에 의해 야기되고 샘플의 라인의 실제 곡률에 대응하지 않는 이 저주파수 곡률은 에지 측정들을 보정하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 따라 평가될 공정 파라미터들, 예를 들어 LER 또는 LWR에 대한 왜곡의 영향이 적어도 부분적으로 제거된다.

전체 시야에 걸쳐, 앞서 나타낸 바와 같은 왜곡을 결정함으로써, 왜곡의 2-차원 표현을 얻을 수 있다. 시야에 걸친 또는 라인을 따른 왜곡의 실질적으로 연속한 표현, 즉 1-차원 또는 2-차원 표현을 얻기 위해, 구간별 선형 피팅 이외의 다른 피팅 또는 매핑 기술들도 고려될 수 있다. 일 예시로서, 1 또는 2-차원 다항식 피팅이 또한 고려될 수 있다.

이러한 왜곡의 2-차원 표현이 결정되는 경우, 이는 예를 들어 스캔된 샘플들의 측정들을 보정하는 데 사용될 수 있다. 일 예시로서, SEM 검사 툴은 또한 앞서 설명된 바와 같은 공정 파라미터들 이외에, 접촉홀과 같은 패터닝된 구조체들의 기하학적 속성들, 특히 이러한 접촉홀들의 상대 위치를 평가하기 위해 적용될 수 있다. 앞서 설명된 접근법을 사용하여, 왜곡이 미리 결정되었을 때, 예를 들어 앞서 설명된 바와 같은 샘플의 스캐닝에 기초한 샘플 상의 접촉홀들의 결정된 상대 위치가 왜곡에 대해 보정될 수 있다. 결과로서, 샘플 상의 접촉홀들의 위치설정의 더 정확한 결정이 얻어질 수 있다.

SEM 검사 툴과 같은 검사 툴의 시야에 걸친 왜곡을 결정하기 위한 앞서 설명된 바와 같은 방법들은 본 발명에 따른 검사 툴에서 구현될 수 있다. 이러한 검사 툴의 일 실시예는 예를 들어 다음을 특징으로 할 수 있다:

- 제 1 방향으로 연장되는 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 수용하도록 구성되는 대상물 테이블;

- e-빔을 생성하도록 구성되는 e-빔 소스;

- 샘플 상으로 전자를 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터;

- 전자 빔과 샘플의 상호작용에 의해 야기된 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;

- 스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하도록 빔 머니퓰레이터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛; 스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직이며, 제어 유닛은 시야 내의 복수의 위치들에 대해 스캐닝 동안 샘플의 응답 신호에 기초하여 라인의 제 1 라인 세그먼트와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- 를 수행하도록 더 구성되고, 복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여 시야에 걸친 왜곡을 결정하도록 구성된다.

이러한 실시예에서, 제어 유닛은 예를 들어 처리 유닛 및 메모리 유닛을 포함할 수 있고, 후자는 예를 들어 복수의 스캔 궤적들을 따른 스캐닝 과정 동안 검출기에 의해 수신된 바와 같은 응답 신호를 저장하기 위해 적용될 수 있고, 전자 즉 처리 유닛은 왜곡을 결정하기 위해 나타낸 바와 같은 수신된 응답 신호를 처리하도록 구성된다.

도 9는 본 발명에 따른 검사 툴(200)의 더 상세한 실시예를 개략적으로 도시한다. 검사 툴(200)은 전자총(210)이라고 칭하는 e-빔 소스 및 이미징 시스템(240)을 포함한다.

전자총(210)은 전자 소스(212), 서프레서 전극(suppressor electrode: 214), 양극(anode: 216), 어퍼처(aperture)들의 세트(218), 및 콘덴서(220)를 포함한다. 전자 소스(212)는 앞서 설명된 바와 같이 쇼트키 방출기(Schottky emitter) 또는 수정된 쇼트키 방출기일 수 있다. 양극(216)의 양전하에 의해, 전자 빔(202)이 추출될 수 있고, 전자 빔(202)은 어퍼처 외부의 불필요한 전자 빔을 제거하기 위해 상이한 어퍼처 크기들을 가질 수 있는 조절가능한 어퍼처(218)를 사용함으로써 제어될 수 있다. 전자 빔(202)을 모으기 위해, 콘덴서(220)가 전자 빔(202)에 적용되며, 이는 또한 배율을 제공한다. 도 9에 나타낸 콘덴서(220)는 예를 들어 전자 빔(202)을 모을 수 있는 정전기 렌즈일 수 있다. 반면에, 콘덴서(220)는 자기 렌즈일 수도 있다.

이미징 시스템(240)은, 예를 들어 블랭커(blanker: 248), 어퍼처들의 세트(242), 검출기(244), 4 개의 디플렉터 세트(250, 252, 254, 및 256), 한 쌍의 코일들(262), 요크(yoke: 260), 및 전극(270)을 포함할 수 있다. 전극(270)은 전자 빔(202)을 지연시키고 편향시키기 위해 사용되며, 상부 극편(upper pole piece) 및 샘플(300)의 조합으로 인해 정전기 렌즈 기능을 더 갖는다. 또한, 코일(262) 및 요크(260)는 자기 대물 렌즈로 구성된다.

디플렉터들(250 및 256)은 전자 빔(202)을 큰 시야로 스캔하기 위해 적용될 수 있고, 디플렉터들(252 및 254)은 전자 빔(202)을 작은 시야로 스캔하기 위해 사용될 수 있다. 모든 디플렉터들(250, 252, 254 및 256)은 전자 빔(202)의 스캐닝 방향을 제어할 수 있다. 디플렉터들(250, 252, 254 및 256)은 정전기 디플렉터 또는 자기 디플렉터일 수 있다. 요크(260)의 개구부(opening)는 샘플(300)을 향하고, 이는 샘플(300) 내로 자기장을 침투시킨다. 반면에, 전극(270)은 요크(260)의 개구부 아래에 배치되므로, 샘플(300)이 손상되지 않을 것이다. 전자 빔(202)의 색수차를 보정하기 위해, 지연기(270), 샘플(300) 및 상부 극편은 렌즈를 형성하여 전자 빔(202)의 색수차를 제거한다.

언급된 바와 같이, 검사 툴은 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제어 유닛은 전자총(210) 및 이미징 시스템(240)을 둘 다 제어할 수 있다. 제어 유닛은 시야의 스캐닝 동안 얻어지는 측정 데이터를 처리하고 시야 또는 그 일부에 걸친 왜곡을 결정하도록 더 구성될 수 있다.

실시예들은 다음 항목들을 사용하여 더 설명될 수 있다:

1. 스캐닝 전자 현미경의 시야의 왜곡을 결정하는 방법으로서,

스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하는 단계 -스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직임- ;

응답 신호에 기초하여, 라인의 제 1 라인 세그먼트와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- ;

복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여, 시야에 걸친 왜곡을 결정하는 단계에 의해 이루어지는 방법.

2. 1 항에 있어서, 각각의 라인 세그먼트는 복수의 스캔들의 서브세트에 의해 교차되고, 서브세트는 복수의 스캔 궤적들을 포함하는 방법.

3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 거리는 스캔 방향에서의 거리인 방법.

4. 1 항 또는 2 항에 있어서, 거리를 결정하는 단계는 스캔 방향에서의 제 1 라인 세그먼트에 대한 제 2 라인 세그먼트의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.

5. 1 항 또는 2 항에 있어서, 거리는 제 1 라인 세그먼트와 제 2 라인 세그먼트 사이의 갭 측정을 수행함으로써 결정되는 방법.

6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 왜곡은 라인 세그먼트들의 상대 위치를 포함하는 방법.

7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 왜곡을 결정하는 단계는 결정된 거리들에 기초하여 1- 또는 2-차원 피팅을 수행하는 단계를 포함하는 방법.

8. 7 항에 있어서, 1- 또는 2-차원 피팅은 구간별 선형 피팅을 포함하는 방법.

9. 6 항에 있어서, 왜곡은 라인 세그먼트들의 상대 위치에 기초하는 구간별 선형 곡선을 포함하는 방법.

10. 1 항 내지 9 항 중 어느 하나에 있어서, 거리는 라인 세그먼트들의 에지 측정들에 기초하여 결정되는 방법.

11. 검사 툴로서,

e-빔을 생성하도록 구성되는 e-빔 소스;

샘플 상으로 전자를 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터;

스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 샘플의 시야에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하도록 빔 머니퓰레이터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛 -스캔 방향은 제 1 방향에 실질적으로 수직임- 을 포함하며, 제어 유닛은 시야 내의 복수의 위치들에 대해 스캐닝 동안 샘플의 응답 신호에 기초하여 라인의 제 1 라인 세그먼트와 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -제 1 라인 세그먼트 및 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- 를 수행하도록 더 구성되고, 복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여 시야에 걸친 왜곡을 결정하도록 구성되는 검사 툴.

12. 11 항에 있어서, 제어 유닛은 결정된 거리들에 기초하여 1- 또는 2-차원 피팅을 수행함으로써 왜곡을 결정하도록 구성되는 검사 툴.

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(flat-panel display), 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 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 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 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 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, 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.

이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.

앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims

스캐닝 전자 현미경의 시야의 왜곡을 결정하는 방법으로서,
제 1 방향으로 연장되는 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 제공하는 단계;
스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 상기 샘플의 스캔되고 있는 부분에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하는 단계 -상기 스캔 방향은 상기 제 1 방향에 실질적으로 수직임- ;
상기 샘플의 스캐닝에 의해 야기된 상기 샘플의 응답 신호를 검출하는 단계;
상기 응답 신호에 기초하여, 라인의 제 1 라인 세그먼트(line segment)와 상기 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -상기 제 1 라인 세그먼트 및 상기 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- ;
상기 시야 내의 복수의 위치들에 대해 이전 단계를 수행하는 단계; 및
상기 복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여, 상기 시야에 걸친 왜곡을 결정하는 단계
에 의해 이루어지는 방법.
제 1 항에 있어서,
각각의 라인 세그먼트는 상기 복수의 스캔들의 서브세트에 의해 교차되고, 상기 서브세트는 복수의 스캔 궤적들을 포함하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 거리는 상기 스캔 방향에서의 거리인 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 거리를 결정하는 단계는 상기 스캔 방향에서의 상기 제 1 라인 세그먼트에 대한 상기 제 2 라인 세그먼트의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 거리는 상기 제 1 라인 세그먼트와 상기 제 2 라인 세그먼트 사이의 갭 측정을 수행함으로써 결정되는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 왜곡은 상기 라인 세그먼트들의 상대 위치를 포함하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 왜곡을 결정하는 단계는 상기 결정된 거리들에 기초하여 1-차원 또는 2-차원 피팅을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 1-차원 또는 2-차원 피팅은 구간별 선형 피팅(piece-wise linear fitting)을 포함하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 왜곡은 상기 라인 세그먼트들의 상대 위치에 기초하는 구간별 선형 곡선을 포함하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 거리는 상기 라인 세그먼트들의 에지 측정들에 기초하여 결정되는 방법.
검사 툴로서,
제 1 방향으로 연장되는 복수의 실질적으로 평행한 라인들을 포함하는 샘플을 수용하도록 구성되는 대상물 테이블;
e-빔을 생성하도록 구성되는 e-빔 소스;
상기 샘플 상으로 전자를 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터(beam manipulator);
상기 e-빔과 상기 샘플의 상호작용에 의해 야기된 상기 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;
스캔 방향으로 연장되는 각각의 복수의 스캔 궤적들을 따라 상기 샘플의 스캔되고 있는 부분에 걸쳐 복수의 스캔들을 수행하도록 상기 빔 머니퓰레이터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛 -상기 스캔 방향은 상기 제 1 방향에 실질적으로 수직임-
을 포함하며,
상기 제어 유닛은 상기 샘플의 스캔되고 있는 부분 내의 복수의 위치들에 대해, 스캐닝 동안 상기 샘플의 응답 신호에 기초하여 라인의 제 1 라인 세그먼트와 상기 라인의 제 2 라인 세그먼트 사이의 거리를 결정하는 단계 -상기 제 1 라인 세그먼트 및 상기 제 2 라인 세그먼트 각각은 복수의 스캔 궤적들에 의해 교차됨- 를 수행하도록 더 구성되고, 상기 복수의 위치들에서 결정된 거리들에 기초하여 상기 샘플의 스캔되고 있는 부분에 걸친 왜곡을 결정하도록 구성되는 검사 툴.
제 11 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 결정된 거리들에 기초하여 1-차원 또는 2-차원 피팅을 수행함으로써 상기 왜곡을 결정하도록 구성되는 검사 툴.