KR102544707B1 - 기판 상의 하나 이상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 및 방법 - Google Patents

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휴고 아우구스티누스 조셉 크라머
패트릭 와르나르
그레체고로츠 그르젤라
마틴 야코버스 요한 잭
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Abstract

기판 상의 구조체와 관련된 관심 대상 특성을 측정하기 위한 방법 및 관련 장치가 개시된다. 본 방법은 조명 방사선으로 구조체를 조명한 후, 구조체에 의해 산란될 때 적어도 조명 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하는 것을 포함한다.

Description

기판 상의 하나 이상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 2월 27일에 출원된 유럽 특허출원 제18158745.2호 및 2018년 10월 24일에 출원된 유럽 특허출원 제18202289.7호의 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 또는 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판 상의 구조체의 특성을 결정하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기계이다. 예를 들어, 집적 회로(IC)의 제조에 리소그래피 장치가 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)에서의 패턴 (흔히 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"으로 지칭됨)을 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 물질(레지스트)의 층으로 투영할 수 있다.
패턴을 기판 상에 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 이용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365㎚(i-line), 248㎚, 193㎚ 및 13.5㎚이다. 4 내지 20㎚ 범위, 예를 들어 6.7㎚ 또는 13.5㎚ 범위 내의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193㎚의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하는 데 사용될 수 있다.
저(low)-k1 리소그래피는 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은
Figure 112020092200582-pct00001
로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장, NA는 리소그래피 투영 장치 내의 투영 광학계의 개구수이며, CD는 "임계 치수" (일반적으로, 프린트되는 가장 작은 피처 크기이나, 이 경우 반분-피치), 및 k1은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 디바이스 설계자에 의해 계획된 형상 및 치수와 유사한 패턴을 기판 상에 재현하는 것이 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정(fine-tuning) 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 이들은, 예를 들어 NA의 최적화, 맞춤 조명 방식(customized illumination schemes), 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 때로는 또한 광학 및 공정 보정으로 지칭됨)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술"(RET)로 한정된 다른 방법을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프는 저 k1에서 패턴의 재생을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위하여, 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 스캐터로미터와 같은 다양한 형태의 계측 장치를 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 이러한 툴을 지칭하기 위한 일반적인 용어는 계측 장치 또는 검사 장치일 수 있다.
예를 들어 오버레이를 측정하기 위한 스캐터로메트리 기반 계측의 문제는 소위 스윙 곡선(swing curve)이다. 스윙 곡선은 전형적인 스캐터로메트리 기술을 사용하여 파장(λ)에 대한 오버레이 감도(K)의 의존성이다. 스윙 곡선의 결과는 측정이 오버레이에 민감하지 않은 일부 파장이 있다는 것이다. 또한, 스윙 곡선이 적층체마다 크게 달라 파장 선택 및 충분한 오버레이 감도 보장이 어렵다.
위에서 논의된 문제 또는 한계 중 하나 이상을 해결하는 검사 또는 계측 장치를 위한 효과적이고 효율적인 해결책을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 실시예가 청구범위 및 상세한 설명에 개시된다.
본 발명의 제1 양태에서, 조명 방사선으로 구조체를 조명한 후, 구조체에 의하여 산란될 때, 조명 방사선의 적어도 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하는 것을 포함하는, 기판 상의 구조체와 관련된 관심 대상 특성을 측정하는 방법이 제공된다.
본 발명이 제2 양태에서, 구조체를 포함하는 기판을 유지하기 위한 기판 홀더; 조명 방사선을 구조체로 투영하기 위한 투영 광학계; 구조체에 의해 산란된 후에 상기 조명 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및 구조체에 의해 산란될 때 조명 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 구조체와 관련된 관심 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하도록 작동 가능한 프로세서를 포함하는 검사 장치가 제공된다.
또한, 제1 양태의 방법을 수행하도록 작동 가능한 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 실시예가 이제 첨부된 개략적인 도면을 참고하여, 단지 한 예로서 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 3개의 핵심 기술 간의 협력을 나타내는, 전체적인 리소그래피의 개략도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치를 도시하고 있다.
도 5는 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 사용하여 본 발명의 실시예에 따른, 타겟을 측정하는데 사용하기 위한 암시야 스캐터로미터의 개략도, (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항의 도면, (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구의 도면, 및 (d) 제1 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구의 도면을 포함하고 있다.
도 6은 (a) 공지된 형태의 다중 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 점의 윤곽; 및 (b) 도 5의 스캐터로미터에서 얻어진 타겟의 이미지를 도시하고 있다.
도 7은 공지된 방법을 이용하여 파장(λ)에 대한 오버레이 감도(K)의 의존성을 보여주는 스윙 곡선을 보여주고 있다.
도 8a 및 도 8b는 세기 측정만이 오버레이에 민감하지 않은 두 가지 시나리오를 개략적으로 보여주고 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 도 5에 도시된 것에 대한 대안적인 검사 장치를 도시하고 있다.
도 10a는 알려지지 않은 타겟 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00002
)의 함수로서 방정식에 대한 값의 임의의 플롯을 포함하며, 도 10b는 의도적인 타겟 바이어스의 수치상 결정을 수행하는 단계를 도시하며; 본 발명의 실시예에 따른 성과 메트릭으로서 사용 가능한, 도 10a의 상세도이다.
도 11은 최상부 격자 및 최하부 격자를 갖는 DBO 타겟의 간단한 회절 모델을 도시하고 있다.
도 12a는 측정 레시피 최적화를 위한 본 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 측정 레시피 최적화를 위한 개선된 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 문헌에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV (예를 들어, 약 5 내지 100㎚의 범위 내의 파장을 갖는, 극자외 방사선)를 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함하도록 사용된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 대응하는, 입사 방사선 빔에 패터닝된 횡단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 포괄적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. 용어 "광 밸브(light valve)"가 또한 본 명세서에서 사용될 수 있다. 전형적인 마스크 (투과 또는 반사, 바이너리(binary), 위상-변이, 하이브리드(hybrid) 등) 외에, 이러한 패터닝 디바이스의 다른 예는 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이를 포함한다
도 1 은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B) (예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템 (또한 일루미네이터(illuminator)로 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되며 특정 매개변수에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 마스크 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판 (예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지시키도록 구성되며 특정 매개변수에 따라서 기판 지지체를 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결된 기판 지지체 (예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하고 있다.
동작 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 받아들인다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고 및/또는 제어하기 위하여, 굴절식, 반사식, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광학 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 횡단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"(PS)은 이용되고 있는 노광 방사선에 대해 적합한 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 더 일반적인 용어 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예를 들어 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있으며-이는 또한 침지 리소그래피로 지칭된다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보가 미국특허 제6,952,253호에 제공되며, 이는 원용되어 본 명세서에 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 테이블(WT)을 갖는 유형 (또한, "이중 스테이지"로 명명됨)일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서, 기판 지지체(WT)들은 동시에 사용될 수 있으며, 및/또는 기판(W)의 후속 노광의 준비 단계는 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행될 수 있는 반면, 다른 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상의 패턴을 노광시키기 위하여 사용되고 있다.
기판 지지체(WT)에 더하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열되어 있다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 유지할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
작동 시, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되고 있는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA) 상에 입사되고 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하며, 투영 시스템은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 예를 들어 상이한 타겟 부분(C)들을 집속된 그리고 정렬된 위치에서 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시키기 위하여, 기판 지지체(WT)는 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 포지셔너(PM) 및 가능하게는 (도 1에서는 명확하게 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용 타겟 부분을 점유하고 있지만, 이는 타겟 부분들 사이의 공간 내에 위치될 수 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 타겟 부분(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 가끔은 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 이는 흔히 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치도 포함한다. 일반적으로, 이 장치는 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 예를 들어 레지스트층 내의 용매를 조절하기 위하여, 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위한 냉각 플레이트(chill plate)(CH) 및 베이크 플레이트(bake plate)(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 공정 장치들 사이에서 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)로 전달한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 전형적으로 자체가 감독 제어 시스템(supervisory control system)(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하게 그리고 일관되게 노광되도록 하기 위하여, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 검사 툴(보이지 않음)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 동일 배치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 검사가 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대한 또는 기판(W)에서 수행될 다른 처리 단계에 대한 조정이 이루어질 수 있다.
계측 장치로도 지칭될 수 있는 검사 장치가 기판(W)의 특성을 결정하기 위해 그리고 상이한 기판(W)의 특성이 어떻게 변화하는지 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 특성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있고, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상 (노광 후의 레지스트 층 내의 이미지)에 관한, 또는 반-잠상 (노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지)에 관한, 또는 (레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거된) 현상된 레지스트 이미지에 관한, 또는 심지어 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후의) 에칭된 이미지에 관한 특성을 측정할 수 있다.
전형적으로 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 공정은 높은 정확도의 치수 및 기판(W) 상에서의 구조체의 배치를 요구하는 처리에서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이 높은 정확도를 보장하기 위하여, 도 3에 개략적으로 도시된 것처럼 소위 "전체적(holistic)인" 제어 환경에서 3개의 시스템이 조합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 계측 툴(MET)(제2 시스템)에 그리고 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. "전체적인" 환경의 핵심은 위해 이 3개의 시스템 간의 협력을 최적화하여 전체 공정 윈도우를 향상시키면서, 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지(stay)하는 것을 보장하도록 엄격한 제어 루프를 제공한다. 공정 윈도우는 특정 제조 공정이 한정된 결과 (예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하는 공정 매개 변수 (예를 들어, 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 한정한다-전형적으로 이 범위 내에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정 내의 공정 매개변수는 달라지는 것이 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 디자인 레이아웃(의 일부)을 사용하여 사용하기 위한 해상도 향상 기술을 예측할 수 있고 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 (도 3에서 제1 스케일(SC1)의 이중 화살표에 의하여 도시된) 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성하는지를 결정하기 위해 컴퓨터 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행할 수 있다. 전형적으로, 분해능 향상 기술은 리소그래피 장치(LA) 내의 패터닝 가능성을 일치시키기 위해 마련된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한 공정 윈도우 내에서 (예를 들어, 계측 툴(MET)로부터의 입력을 사용하여) 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하고 있는 곳을 검출하기 위하여 사용되어 예를 들어 (도 3에서 제2 스케일(SC2) 내의 "0"을 가리키는 화살표에 의하여 도시된) 차선의 처리로 인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측할 수 있다.
계측 툴(MET)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하기 위해 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있으며, 또한 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태 (도 3에서, 제3 스케일(SC3) 내의 다중 화살표에 의하여 도시됨)에서 가능한 드리프트(drift)를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다.
리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 스캐터로미터와 같은 다양한 형태의 계측 장치를 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 공지된 스캐터로미터의 예는 종종 언더필된(underfilled) 타겟 (단순한 격자 또는 상이한 층들 내의 중첩 격자 형태의 타겟으로, 이는 측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성할 만큼 충분히 크다) 또는 오버필된(overfilled) 타겟 (그에 의하여, 조명 스폿이 타겟을 부분적으로 또는 완전히 포함한다)과 같은, 전용 계측 타겟의 제공을 필요로 한다. 또한, 계측 툴, 예를 들어 격자와 같은, 언더필된 타겟을 조명하는 각도 분해 스캐터로미터의 사용은 소위 재구성 방법의 사용을 허용하며, 이 재구성 방법에서 타게 구조체의 수학적 모델과 산란 방사선의 상호 작용을 시뮬레이션함으로써 그리고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 격자의 특성이 계산될 수 있다. 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 모델의 매개 변수는 조정된다.
스캐터로미터는 퓨필 또는 스캐터로미터의 대물렌즈의 퓨필과의 켤레 평면에 센서를 가짐으로써 (측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정으로 지칭됨), 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 켤레인 평면에 센서를 가짐으로써 (이 경우 측정은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정으로 지칭된다) 리소그래피 공정의 매개 변수의 측정을 허용하는 다용도 기기이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기술은 미국 특허 출원 공개 US2010/0328655호, US2011/102753A1호, US2012/0044470A호, US2011/0249244호, US2011/0026032호 또는 유럽특허출원 EP1,628,l64A호에 더 설명되어 있으며, 이들의 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 앞서 언급된 스캐터로미터는 연질 X-선 및 가시광선으로부터 근적외선 파장 범위까지의 광을 이용하여 하나의 이미지 내에서 다수의 격자로부터의 다수의 타겟을 측정할 수 있다.
스캐터로미터와 같은 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이 장치는 방사선(5)을 기판(W) 상으로 투영하는 광대역 (백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함하고 있다. 반사된 또는 산란된 방사선(10)은 스캐터로미터 검출기(4)로 나아가며, 이 검출기는 정반사된 방사선(10)의 스펙트럼(6)을 측정한다(즉, 파장(λ)의 함수로서 세기(I)의 측정). 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조체 또는 프로파일(8)은 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 엄밀한 결합 파동 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀에 의하여 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의하여 재구성될 수 있다. 일반적으로 재구성을 위하여, 일반적인 형태의 구조체가 알려져 있으며 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 매개변수가 가정되어 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇 가지 매개변수만을 남긴다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 계측 장치가 도 5a에서 보여지고 있다. 이는 적절한 계측 장치의 한 예일뿐이라는 점이 주목된다. 대안적인 적절한 계측 장치는 예를 들어 WO2017/186483A1에 개시된 것과 같은 EUV 방사선을 사용할 수 있다. 타겟 구조체(T)와 타겟 구조물을 조명하기 위해 사용되는 측정 방사선의 회절 광선이 도 5b에 더 상세히 도시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로 알려진 유형이다. 리소그래피 장치는 독립형 디바이스일 수 있거나, 예를 들어, 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 여러 분기부(branches)를 갖는 광학 축은 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 소스(11) (예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(12, 14)와 대물렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 배열체의 이중 시퀀스로 배열되어 있다. 검출기 상으로 기판 이미지를 여전히 제공하고 공간-주파수 필터링을 위하여 중간 퓨필-평면(pupil-plane)의 접근을 동시에 허용한다면, 상이한 렌즈 배열체가 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레(conjugate)) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서의 공간 세기 분포를 한정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물렌즈 퓨필 평면의 후방-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈(12 및 14)들 사이에 적절한 형태의 개구 플레이트(aperture plate)(13)를 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 도시된 예에서, 개구 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표기된 상이한 형태들을 가져 상이한 조명 모드가 선택되는 것을 허용한다. 본 예에서의 조명 시스템은 비축(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는 단지 설명의 목적을 위해 "북(north)"으로 지정된 방향으로부터 비축 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하기 위해 사용되지만, "남(south)"으로 표기된 반대 방향으로부터 조명을 제공한다. 상이한 개구들을 이용함으로써 다른 조명 모드가 가능하다. 원하는 조명 모드 외의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어둡다(dark).
도 5b에서 보여지는 바와 같이, 타겟 구조체(T)가 대물렌즈(16)의 광학 축(O)에 수직인 기판(W)과 함께 위치되어 있다. 기판(W)은 지지체(보이지 않음)에 의하여 지지될 수 있다. 축(O)을 벗어난 각도로부터 타겟 구조체(T)에 충돌하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선(실선 0)과 2개의 1차 광선(일점 쇄선(+1) 및 이점 쇄선(-1))을 발생시킨다. 오버필된(overfilled) 작은 타겟 구조체로 이 광선들은 계측 타겟 구조체(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선 중 하나일 뿐이라는 점이 기억되어야 한다. 플레이트(13) 내의 개구가 (유효한 양의 광을 받아들이는데 필요한) 유한 폭을 갖고 있기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도 범위를 차지할 것이며, 회절 광선(0 및 + 1/-1)은 어느 정도 확산될 것이다. 작은 타겟의 점 확산 기능에 따라, 각 차수(+1 및 -1)는 보여지는 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라, 각도 범위에 걸쳐 더 확산될 것이다. 타겟 구조체의 격자 피치 및 조명 각도는 대물렌즈로 들어가는 1차 광선이 중앙 광학 축과 밀접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 점을 유의한다. 도 5a 및 도 3b에 도시된 광선은 전적으로 도면에서 보다 더 쉽게 구별되는 것이 가능하도록 축을 약간 벗어난 것으로 보여지고 있다.
기판(W) 상의 타겟 구조체(T)에 의해 회절된 적어도 0 및 +1 차수는 대물렌즈(16)에 의해 집광되고 빔 스플리터(beam splitter)(15)를 통해 뒤로 지향된다. 도 5a로 되돌아가면, 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 개구들을 지정함으로써 제1 및 제2 조명 모드들 모두가 도시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축의 북측으로부터 온 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 사용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선은 대물렌즈(16)로 들어간다. 대조적으로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 사용하여 적용되는 경우, (1(S)로 표시된) -1 회절 광선은 렌즈(16)로 들어가는 광선이다.
제2 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기부로 분할한다. 제1 측정 분기부에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟 구조체의 회절 스펙트럼 (퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 도달(hit)하며, 따라서 이미지 처리는 차수들을 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 집속하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 많은 다른 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.
제2 측정 분기부에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟 구조체(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기부에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지는 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되고 있는 측정의 특정 유형에 좌우될 것이다. 본 명세서에서 용어 "이미지"는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에, 이와 같이 격자 라인의 이미지는 형성되지 않을 것이다.
도 5에서 보여지는 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(field stop)(21)의 특정 형태들은 전적으로 예이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟의 축상(on-axis) 조명이 사용될 수 있으며 비축 개구를 갖는 구경 조리개는 실질적으로 하나의 1차 회절 광만을 센서로 보내기 위해 사용된다. 또 다른 실시예에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 더하여, 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 5에서는 보이지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이 상이한 유형의 측정에 적응 가능할 수 있게 하기 위하여, 개구 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있으며, 디스크는 회전하여 원하는 패턴을 제 위치로 이동시킨다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 한 방향으로 (설정(set-up)에 따라 X 또는 Y) 배향되는 격자를 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 점이 주목된다. 직교 격자의 측정을 위하여, 90° 및 270°를 통한 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 개구 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에서 보여지고 있다. 이들의 사용 및 본 장치의 많은 다른 변형 및 적용은 위에서 언급된 앞서 공개된 출원에서 설명되어 있다.
도 6a는 공지된 실시에 따라 기판 상에 형성된 타겟 구조체 또는 복합 타겟을 도시하고 있다. 이 예에서의 타겟 구조체는 모두가 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 있도록 서로 근접하게 위치된 4개의 타겟 (예를 들어, 격자)(32 내지 35)을 포함하고 있다. 따라서, 4개의 타겟은 모두 동시에 조명되고 또한 동시에 센서(19 및 23)에서 이미지화된다. 오버레이의 측정에 전용인 예에서, 타겟(32 내지 35)은 그 자체가, 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층 내에서 패터닝된 격자를 위에 놓음(overlying)으로써 형성된 복합 격자이다. 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위하여 타겟(32 내지 35)은 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 오버레이 바이어스(overlay bias)의 의미는 도 7을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 들어오는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키기 위하여, 보여지는 바와 같이 타겟(32 내지 35)들은 또한 그들의 배향이 상이할 수 있다. 일 예에서, 타겟(32 및 34)들은 +d, -d의 바이어스를 각각 갖는 X-방향 격자이다. 타겟(33 및 35)들은 +d 및 -d의 오프셋을 각각 갖는 Y-방향 격자이다. 이 격자들의 개별 이미지는 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 타겟 구조체의 한 예일뿐이다. 타겟 구조체는 4개보다 많거나 적은 타겟 또는 단일 타겟만을 포함할 수 있다.
도 6b는 도 5의 장치 내의 도 6a의 타겟을 사용하여 센서(23) 상에 형성될 수 있고 도 6d로부터의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여 센서에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 보여주고 있다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)가 상이한 타겟(32 내지 35)을 분해(resolve)할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 그 필드 내에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미지화된다. 이 안에서, 직사각형 영역(42 내지 45)은 작은 타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 타겟이 제품 영역 내에 위치된 경우, 제품 피처는 또한 이 이미지 필드의 주위에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이 이미지를 처리하여 타겟(32 내지 35)의 개별 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이렇게 하여, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에서 매우 정확하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체로서 측정 장치의 처리량을 크게 향상시킨다.
타겟의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어, 식별된 영역 내에서의 선택된 픽셀 세기 값을 평균하거나 합산함으로써 이 개별 이미지들의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 조합되어 리소그래피 공정의 상이한 매개변수들을 측정할 수 있다. 오버레이 성과는 이러한 매개변수의 중요한 예이다.
계측 장치 (예를 들어, 스캐터로미터)의 일 실시예에서, 계측 장치는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서의 비대칭을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 조정되며, 비대칭은 오버레이의 범위와 관련이 있다. 초점 의존적 비대칭을 갖고 형성된 특정 타겟 상의 초점을 측정하기 위해 유사한 방법이 사용될 수 있다. 오버레이 경우에, 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체는 2개의 상이한 층 (반드시 연속적인 층은 아님) 내에 적용될 수 있으며, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는, 예를 들어 공동 소유의 특허 출원 EP1,628,164A에서 설명된 바와 같이 대칭적 검출 구성을 가질 수 있으며, 따라서 임의의 비대칭은 명확하게 구별 가능하다. 이는 격자의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공한다. 타겟이 주기적 구조체의 비대칭을 통해 측정됨에 따라 주기적 구조체를 포함하는 2개 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가 예는 본 명세서에서 전체가 참고로 포함되는 PCT 특허 출원 공개 WO2011/012624호 또는 미국 특허 출원 공개 US2016/0161863호에서 찾아질 수 있다.
회전 기반 오버레이(DBO) 계측을 위하여, 세기 정보만을 이용함으로써 오버레이가 적층된 격자에 의해 회절된 방사선으로부터 파생된다. 이는 측정되고 있는 적층체의 굴절률로 인하여, 이는 높은 파장 의존적인 측정 감도를 산출한다. 흔히 스윙 곡선(swing curve)에 의하여 설명되는 이 파장 의존성은 공정 견고성 문제를 야기하는 적층체의 조성 및 두께에 크게 의존한다.
도 7은 파장(λ)에 대한 오버레이 감도(K)의 플롯을 포함하는 예시적인 스윙 곡선으로서, 이 문제를 도시하고 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 다수의 교차점(CP)이 있다. 이 교차점(CP)은 오버레이 감도(K), 보다 구체적으로 세기 기반 오버레이 감도가 0인 파장에 대응하며, 따라서 회절 기반 오버레이 방법은 이러한 파장을 사용하는 오버레이에 민감하지 않다. 그와 같이, 측정되고 있는 적층체 내의 조명 (측정) 방사선의 흡수는 전형적으로 고품질 계측이 가능한 파장을 제한한다. 더욱이, 스윙 곡선이 적층체마다 다르기 때문에, 측정에 사용되는 조명 방사선이 이 파장을 피한다는 점을 간단히 보장한다는 것은 간단하지 않다.
도전적인 적층체 및 적용을 처리하기 위해 더 큰 파장 범위 (예를 들어, DUV에서 IR까지)로 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 동시에, 동적 범위(dynamic range) (즉, 타겟의 허용 가능한 회절 효율)와 측정 속도를 개선하는 것이 바람직하다. 기존의 계측 장치 센서에 전형적으로 포함되는 많은 수의 광학 표면 때문에 고전적인 고 NA 광학 센서 설계로 이를 실현하는 것이 어렵다. "컴퓨터 이미징(Computational Imaging)"(CI)은 본 명세서에 참조로 포함되는 특허 출원 EP17199764에 설명된 해결책을 제공할 수 있다.
CI에서, 고품질 및 고-NA 이미징 광학계는, 예를 들어 이미지 센서에서 계측 타겟(들)의 상대적으로 왜곡되고 수차 가공된 이미지를 생성하는 간단한 단일 렌즈로 대체된다. 센서에서 광의 전체 필드 (세기와 위상 모두)가 직접 위상 분해 측정 (예를 들어, 홀로그래픽 현미경)에 의하여 또는 위상 회복 방법 (세기 측정으로부터만 위상이 회복된다)에 의해 알려진 경우 계측 타겟의 거의 완벽한 이미지가 회복될 수 있다. 위상 분해 측정에서, 센서 상의 전체 전계는 홀로그래픽 설정과 이미징 시스템에 관한 응용 지식을 사용하여 관찰될 수 있다. 위상 회복 방법은 위상 회복 알고리즘 및 이미징 시스템 및/또는 계측 타겟과 관련된 사전 지식을 이용할 수 있다. 적절한 위상 회복 방법의 예가 2017년 11월 2일에 출원된, 위에서 언급된 특허 출원 EP17199764.6호에 설명되어 있다.
모든 파장에서 오버레이 민감한 오버레이 (즉, 층들 사이의 상대적 위치 오프셋)를 측정하는 방법이 제안된다. 이와 같이, 제안된 오버레이 계측 방법의 적용은 스윙 곡선에 의해 제한되지 않을 것이다. 이는 위상 민감 (전체 필드) 측정을 수행함으로써 그리고 위상 민감 측정값으로부터 오버레이를 직접 결정함으로써 달성된다. 보다 구체적으로, 오버레이는 오버레이로부터 발생하는 산란 (예를 들어, 회절) 방사선 내의 위상 지연 기여의 결정으로부터 계산될 수 있다. 오버레이 타겟에 의해 산란된 방사선 내의 회절 차수의 진폭 (또는 세기) 및 위상 모두를 측정함으로써 스윙 곡선 (즉, 사용된 파장에 대한 오버레이 감도 의존성)이 (부분적으로) 제거될 수 있다.
적층 격자 구조체 (오버레이 타겟)의 조명은 타겟에 의한 조명 방사선의 산란을 초래한다. 산란 방사선의 결과적인 회절 차수는 각 타겟이 포함되는 2개의 격자 사이의 오버레이를 설명하는 정보를 포함하고 있다. 산란 광 필드는 (최상부 격자 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00003
)에 의하여 설명된) 최상부 격자로부터의 그리고 (최하부 격자 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00004
)에 의하여 설명된) 최하부 격자로부터의 회절로 구성된다. 이 회절 필드들의 모두는 복소수에 의하여 설명되며, 이 복소수는 그의 밑줄 표기법에 의하여 나타난다는 점이 주목된다. 전체 벡터 산란 경우에 대한 확장은 본 기술 분야에 정통한 자에게는 사소한 것이라는 점이 인식될 것이다. .
따라서 검출기 평면에서의 전체 필드(
Figure 112020092200582-pct00005
)는 (타겟 내부의 고차 산란을 무시하는 대략적인 경우에 대하여) 최상부 격자 및 최하부 격자 회절 필드의 합을 포함한다. 즉,
Figure 112020092200582-pct00006
. 2개의 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00007
,
Figure 112020092200582-pct00008
) 간의 상대적 위상((
Figure 112020092200582-pct00009
)은 적층체(
Figure 112020092200582-pct00010
)에 기인한 제1 위상 지연 기여 및 (임의의 의도적인 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00011
)를 포함하는) 오버레이(OV)에 기인한 제2 위상 지연 기여(
Figure 112020092200582-pct00012
)를 포함한다. 즉,
Figure 112020092200582-pct00013
여기서
Figure 112020092200582-pct00014
여기서, λ는 측정 방사선의 파장이며, θ는 타겟에 대한 특정 방사선의 입사각이다.
대부분의 일반적인 DBO 계측 방법에서, 세기(
Figure 112020092200582-pct00015
) (즉, 이 벡터(
Figure 112020092200582-pct00016
)의 길이) 만이 캡처되며, 위상 정보가 손실된다. 이의 결과가 스윙 곡선이다. 도 8은 세기 전용 측정이 오버레이에 민감하지 않은 두 가지 시나리오를 개략적으로 보여주고 있다. 도 8a에서 적층체(
Figure 112020092200582-pct00017
)로 인한 제1 위상 지연 기여는 0이며, 도 8b에서 이 위상 지연(
Figure 112020092200582-pct00018
)은 π이다. +1 및 -1 격자 차수의 각각의 복소 필드(complex field)는 복소 평면에서 시각화된다. 세기 전용 계측에 대해, 필드의 세기 (벡터의 길이) 만이 캡처된다. 양 경우, 비대칭이 없으며 따라서 위치 오프셋이 없는 것처럼 보일 것이다(오버레이=0). 이는 +1 및 -1 회절 차수들의 각각에 대해 전체 필드 (진폭 및 위상)(
Figure 112020092200582-pct00019
및
Figure 112020092200582-pct00020
)를 캡처함으로써 극복될 수 있다. 단지 크기 대신에 전체 필드를 캡처함으로써 제2 위상 지연 기여(
Figure 112020092200582-pct00021
) (즉, 오버레이 유도 위상 변이)는 직접 결정될 수 있으며, 따라서 이러한 측정은 오버레이에 민감하게 될 수 있다.
다음 단락에서, 제2 위상 지연 기여(
Figure 112020092200582-pct00022
)를 회복하는 방법이 설명될 것이다. 제2 위상 지연 기여(
Figure 112020092200582-pct00023
)는 +1 차수와 -1 차수의 상대적 위상(
Figure 112020092200582-pct00024
및
Figure 112020092200582-pct00025
)으로부터 하기와 같이 각각 결정될 수 있다.
Figure 112020092200582-pct00026
오버레이는 그후 제2 위상 지연 기여(
Figure 112020092200582-pct00027
)로부터 결정될 수 있다. DBO 기술에서, 위상(
Figure 112020092200582-pct00028
)이 일반적으로 알려지지 않았기 때문에 최하부 격자와 최상부 격자에 의하여 회절된 필드들 간의 상대적 위상 차이(
Figure 112020092200582-pct00029
) (그리고 유사하게
Figure 112020092200582-pct00030
) (여기서 b 및 t 아래 첨자는 이 최하부 격자 및 최상부 격자 각각을 나타낸다)는 직접 접근될 수 없다. +1 차수와 -1차수의 상대적 위상(
Figure 112020092200582-pct00031
및
Figure 112020092200582-pct00032
)을 회복하는 다수의 방법이 설명될 것이다. 제공된 예는 +1 및 -1 회절 차수를 참조하지만 대응하는 임의의 더 높은 차수의 쌍 (예를 들어, +2, -2 등)이 대신 사용될 수 있다는 점이 주목된다.
진폭 (또는 세기) 및 위상이 캡처되고 있기 때문에 공간적으로 (부분적으로) 간섭성(coherent) 방사선을 사용하여 타겟을 측정하는 것이 제안된다. 측정되는 타겟은 공지된 DBO 유형의 복합 타겟의 형태를 취할 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 개념은 임의의 적합한 타겟 설계를 사용하는 임의의 스캐터로미터 기반 계측에 적용 가능하다는 것이 인식되어야 한다. 이와 같이, 타겟은 방향 당 2개의 (서브) 타겟, 또는 선택적으로 2개의 (서브) 타겟; 즉, x-방향 및 y-방향으로 오버레이를 캡처하기 위한 별개의 타겟 쌍을 포함할 수 있으며, 2개의 타겟은 구성 요소 격자들 사이에 부과된 그들의 의도적인 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00033
)가 상이하다. 실시예에서, 양 타겟은 서로 상이한 부과된 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00034
,
Figure 112020092200582-pct00035
)를 가질 수 있다. 그러나 설명의 나머지 부분을 위하여, 제안된 타겟 배열체는 의도적으로 부과된 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00036
)를 갖는 제1 타겟 및 임의의 의도적인 바이어스가 없는 제2 타겟을 포함할 것이다.
실시예에서, 각 타겟은 공간적 간섭성 방사선으로 조명된다. 양 격자(
Figure 112020092200582-pct00037
,
Figure 112020092200582-pct00038
및
Figure 112020092200582-pct00039
)로부터의 +1 및 -1 회절 차수의 전체 필드는 (직접, 홀로그래픽을 통하여 및/또는 위상 회복 방법을 통하여) 일관적으로 결정될 수 있다. 이 필드는 제1 (바이어스된) 타겟으로부터 회절된 양의 회절 차수(예를 들어, +1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제1 양의 고차 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00040
), 제2 (바이어스되지 않은) 타겟으로부터 회절된 양의 회절 차수(예를 들어, +1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제2 양의 고차 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00041
), 제1 (바이어스된) 타겟으로부터 회절된 음의 회절 차수(예를 들어, -1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제1 음의 고차 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00042
), 및 제2 (바이어스되지 않은) 타겟으로부터 회절된 음의 회절 차수(예를 들어, -1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제2 음의 고차 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00043
)를 포함한다.
제1 실시예에서, 절대적인 간섭성 측정을 위한 알고리즘이 제안된다. 이러한 실시예에서, 단 하나의 타겟 및 2개의 절대 위상 측정이 요구된다. 최상부 격자로부터의 회절의 절대 위상 변이가 공지된다면 (이는, 예를 들어 홀로그래피 방법을 사용하여 결정될 수 있다), 오버레이는 단일 타겟의 +1 및 -1 회절 차수의 간섭성 측정으로부터 회복될 수 있다. 이를 이루기 위해, 최상부 격자의 x 및 z 위치는 원하는 오버레이 분해능보다 더 큰 정확성을 갖고 결정되어야 한다. x 위치의 결정은 타겟의 이미지에서 유도될 수 있다. 이 실시예는 이미지 기반 오버레이 측정과 유사하며 그의 많은 결함을 갖고 있다.
이러한 실시예에서, 오버레이 유도 위상 시프트(
Figure 112020092200582-pct00044
)는 아래 수학식으로부터 계산될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00045
또는
Figure 112020092200582-pct00046
여기서, 바이어스 유도 위상 변위(
Figure 112020092200582-pct00047
)는
Figure 112020092200582-pct00048
이다. 측정 노이즈는 각도(
Figure 112020092200582-pct00049
)를 복잡하게 만들 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 이는 각도가 항상 실가(real valued)라는 것을 보장함으로써 해결될 수 있다.
제2의 완전하게 일관된 측정 실시예에서는 절대 위상 결정이 요구되지 않는다. 대신, 2개의 타겟 (예를 들어, 설명된 바와 같이: 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00050
)를 갖는 제1 타겟 및 바이어스가 없는 제2 타겟)이 측정되며 4개의 회절 필드(
Figure 112020092200582-pct00051
) (즉, 타겟들의 각각으로부터의 +1 및 -1 회절 차수의 각각과 관련된 필드) 사이의 상대적 위상이 캡처된다. 오버레이 유도 위상 변위(
Figure 112020092200582-pct00052
)는 그후 하기 수학식에 따라 계산될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00053
여기서, 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00054
)는 격자 피치(p)의 절반과 같다 (
Figure 112020092200582-pct00055
= p/2). 이 특정 바이어스는 요구 조건은 아니지만, 오버레이 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00056
)에 대한 계산을 단순화시킨다. 이 접근 방식은 +1 및 -1 회절 차수 모두를 동시에 캡처하는 계측 배열체에 가장 적합할 수 있다: 예를 들어, 타겟에 대한 측정 빔에 대해 수직 (또는 근 수직) 입사를 사용하는 계측 배열체. 이러한 배열체를 위하여, 4개의 필드 사이의 상대적 위상을 비교적 간단하게 캡처될 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 회전되어 양 및 음의 회절 차수 모두를 측정할 수 있다.
위의 실시예는 부분적으로 일관된 측정 실시예로 개선될 수 있으며, 따라서 양의 회절 차수(
Figure 112020092200582-pct00057
,
Figure 112020092200582-pct00058
)와 관련된 회절된 필드들 사이의 상대 위상의 그리고 음의 회절 차수(
Figure 112020092200582-pct00059
,
Figure 112020092200582-pct00060
)와 관련된 회절된 필드들 사이의 상대 위상의 지식만이 필요하다. 이 실시예는, 예를 들어 축외 조명을 사용하는 계측 배열체를 사용할 때 유용할 수 있으며, 여기서 측정 빔은 예를 들어 수직으로부터 80도까지의 임의의 것일 수 있다. 이러한 배열체에서, 양의 회절 차수와 음의 회절 차수는 별개로 (예를 들어, 별도 획득에서) 캡처될 수 있으며, 따라서 이들 사이의 상대적 위상을 사용 가능하지 않을 수 있다. 이와 같이, 이 실시예에서서의 오버레이 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00061
)는 필드(
Figure 112020092200582-pct00062
,
Figure 112020092200582-pct00063
)의 조합 및 필드(
Figure 112020092200582-pct00064
,
Figure 112020092200582-pct00065
)의 조합으로부터 회복될 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 최상부 격자로부터 회절된 필드의 위상이 알려지지 않았기 때문에 최상부 격자와 최하부 격자 사이의 상대적 위상 차이는 직접적으로 측정될 수 없다. 그러나 제1 및 제2 타겟의 최상부 격자들 사이의 위상 관계가 공지된 경우, 위상(
Figure 112020092200582-pct00066
,
Figure 112020092200582-pct00067
)은 다음과 같이 회복될 수 있다.
필드(
Figure 112020092200582-pct00068
)로부터, 최상부 격자(
Figure 112020092200582-pct00069
)로부터의 +1 회절 필드 및 최하부 격자(
Figure 112020092200582-pct00070
)로부터의 +1 회절 필드가 결정될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00071
따라서
Figure 112020092200582-pct00072
이 단계는 그후 ψ를 결정하기 위하여 -1 회절 차수에 대하여 반복될 수 있다. 오버레이 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00073
)는 하기 수학식으로부터 결정될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00074
따라서, 바이어스 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00075
)에 대하여(여기서, 용어 δ는 격자 피치에 대하여 정규화된다), 위의 값을 대체하면, 오버레이 유도 위상 변위(
Figure 112020092200582-pct00076
)가 하기 수학식에 따라 계산될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00077
여기서, 복소수(z)의 부호는 sgn(z)=z/|z|에 의하여 한정되며, 따라서 양 및 음의 차수들 사이의 상대 위상이 필요하지 않다는 것을 보장하는 효과를 갖고 있다.
격자 피치의 반분을 포함하는 최적화된 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00078
)(즉,
Figure 112020092200582-pct00079
)가 선택되면 계산은 간략화될 수 있다. 이 경우, 수학식은 하기의 수학식이 된다:
Figure 112020092200582-pct00080
이 부분적으로 일관된 실시예의 경우, 측정된 이미지(즉, 검출기에서)의 콘트라스트가 완전히 일관된 실시예에 대한 것보다 낮을 것이라는 점이 인식될 것이다. 그러나 동일한 위상 정보가 회복 (또는 홀로그래피를 사용하는 경우 직접 측정)될 것이다. 따라서 부분적으로 일관된 실시예와 완전히 일관된 실시예에 관한 수학식들은 콘트라스트 손실에 대한 정규화 측면을 제외하고는 동일하다
모든 경우에 실제 오버레이(OV)는 다음 수학식에 따라 오버레이 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00081
)로부터 계산될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00082
현재의 DBO 방법에 따라 이 오버레이는 타겟 격자 피치(p)의 모듈로 검색될 수 있다; 예를 들어,
Figure 112020092200582-pct00083
위의 방정식은 1차 산란만을 고려하여 오버레이 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00084
)와 결과적인 오버레이(OV) 간의 선형 관계를 야기한다. 그러나 근접장(near field) 효과 및/또는 고차 회절 효과는 이 관계에 비선형성을 추가할 수 있지만, 이 비선형성은 매우 작을 것으로 예상되며 따라서 무시 (또는 대안으로 수정)될 수 있다는 것이 인정된다. 설명된 바와 같이 바이어스를 최적화하는 것(
Figure 112020092200582-pct00085
)은 이 비선형성의 영향을 감소시킨다는 것이 인식될 것이다. 부가적으로, 이러한 바이어스는 신호 대 노이즈 비를 개선해야 한다.
필요한 상대적 (또는 절대적) 위상을 측정하거나 추출하는 임의의 방법이 위의 방법에서 사용될 수 있다. 이제 몇 가지 예시적인 측정 방식이 예로서 설명될 것이다. 각 경우에, 공간적으로 (부분적) 일관된 조명이 사용되어야 한다.
도 9는 디지털 홀로그래픽 현미경 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. (예를 들어, 기준 레이저 빔(RB)으로부터의) 공지된 기준 필드는 센서(SEN) (예를 들어, CCD 또는 CMOS) 상에서 (타겟(T)으로부터 회절된) 회절 차수(+1, -1)로부터의 객체 필드와 일관되게 조합된다. (예를 들어, 센서 상의 부가적인 프린지(fringe)로부터의) 조합된 필드로부터의 측정된 세기는, 예를 들어 적절한 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 기준 필드와 개체 필드로 분해된다. 이는 객체 필드의 세기와 위상을 자연스럽게 제공하며, 이로부터 양 격자로부터의 회절 차수들 간의 위상 관계가 얻어진다. 디지털 홀로그래픽 현미경은 사전 타겟 지식없이 단일 측정으로부터 위상이 결정되는 것을 허용하며, 절대 위상 측정이 이루어지는 것도 가능하게 한다.
대안적인 실시예에서, 컴퓨터 이미징/위상 회복 접근법이 사용될 수 있다. 이러한 접근법에서, 타겟의 진폭 및 위상은 타겟의 하나 또는 다수의 세기 측정으로부터 회복된다. 위상 회복은 (예를 들어, 위상 회복 알고리즘을 유도/설계하기 위하여 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함시키기 위해) 계측 타겟의 사전 정보를 사용할 수 있다. 대안적으로, 또는 사전 정보 접근법과 조합하여, 다이버시티 측정(diversity measurements)이 이루어질 수 있다. 다이버시티를 달성하기 위해 이미징 시스템은 측정들 사이에 약간 변경된다. 다이버시티 측정의 예는 초점을 통한 스텝핑이며, 즉 상이한 초점 위치들에서 측정을 획득하는 것에 의해 이루어진다. 다이버시티를 도입하기 위한 대안적인 방법은, 예를 들어 상이한 조명 파장들 또는 상이한 파장 범위를 이용하는 것, 조명을 변조하는 것, 또는 측정들 사이에서 타겟 상의 조명의 입사각을 변화시키는 것을 포함한다.
위상 회복 배열체는 2개의 타겟 사이의 상대적 위상을 결정하기 위해 요구된다. 일반적으로 위상 회복이 반드시 이를 보장하지는 않는다. 예를 들어, 정보가 불충분하기 때문에 이는 전형적으로 최상의 초점에서 단일 측정만으로부터는 가능하지 않다. 양 타겟에 의하여 방출되는 필드들이 간섭할 때 충분한 정보가 획득될 수 있다; 그러나 초점 내에 있을 때 각 타겟으로부터의 회절 차수가 좁아지는 경향이 있으며 따라서 다른 타겟으로부터의 회절 차수를 방해하지 않는다. 이와 같이, 초점이 맞지 않는 측정이 제안된다. 요구되는 초점이 맞지 않는 거리는 양 격자 사이의 간격에 의하여 설정된다. 실시예에서, 초점 외 거리는 하기 사항에 의하여 감소될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00086
대응하는 필드들의 직접적인 간섭을 보장하기 위해 타겟들 사이의 거리를 감소시킴. (즉, 비슷한 더 높은 회절 차수와 관련하여, 제1 타겟으로부터의 +1 회절 차수가 제2 타겟으로부터의 +1 회절 차수를 간섭하고 그리고 유사하게 -1 회절 차수에 대하여 간섭하도록). 예를 들어, 각 타겟에 대한 포인트 확산 함수의 공간적 간섭성 길이에 대해 타겟들 사이의 거리가 크지 않도록 한다.
Figure 112020092200582-pct00087
양 타겟으로부터의 회절된 필드들을 방해하는 중간 (기준) 필드를 생성하는 양 타겟 바로 옆에 하나의 부가적인 구조체 (예를 들어, 단일 격자)를 추가; 또는
Figure 112020092200582-pct00088
각 타겟으로부터의 필드의 각각이 대응하는 추가적인 구조체로부터의 회절 필드에 의한 방해를 받도록 중간 (기준) 필드를 생성하는 타겟들의 각각의 근처에 2개 이상의 추가 구조체 (예를 들어, 각 경우에, 단일 격자)를 추가.
지금까지의 설명은 오버레이의 결정, 즉 상이한 층들의 상대적 정렬에 집중하였다. 본 명세서에서 설명된 원리는 또한 단일 구조체 또는 타겟의 배치 오차를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 리소그래피 장치로 격자를 프린팅할 때 격자의 정확한 프린팅 위치는 원하는 위치에서 벗어날 수 있다. 그렇지 않으면, 동일한 층에 노출된 2개의 격자 사이에 원하지 않는 상대적 위치 오프셋이 있을 수 있다. 이는 리소그래피 장치의 이미징 렌즈의 렌즈 수차에 기인할 수 있다. 편차는 전형적으로 레티클 상의 위치 및/또는 격자 피치 및/또는 웨이퍼 처리 변경에 의존한다. 동일한 층에서 격자들의 상대적 위치를 모니터링하는 것이 바람직할 수 있는 또 다른 적용은 (예를 들어) 2개의 격자가 상이한 리소그래피 단계들에서 프린트되지만 동일한 층 내에 있는 경우이다. 이는 예를 들어 LELE (리소-에치-리소-에치(Litho-Etch-Litho-Etch)) 공정과 같은 특정 다중 패터닝 공정에서 해당될 수 있다. 또 다른 예는 스티칭된 다이(stitched die)들의 정렬을 모니터링하기 위한 것이다. 리소그래피 장치의 단일 노광에서 노광될 수 있는 가장 큰 영역 (최대 스캐닝 필드 영역)에 따라, 단일 회로/디바이스 층이 함께 스티칭된 2번 (또는 그 이상의) 노광 (스티칭된 다이)에서 노광될 수 있다. 스티칭된 다이의 2개의 서브-필드의 정렬을 측정하기 위해, 스티칭된 격자 쌍 또는 스티칭된 타겟이 형성될 수 있으며, 이는 제1 서브-필드 (예를 들어, 제1 레티클로부터 패터닝된) 상의 제1 격자와 제2 서브-필드 (예를 들어, 제2 레티클로부터 패터닝된) 상의 제2 (상보적인) 격자를 포함할 수 있다. 그후 상보적인 패턴들의 상대적 위치 결정이 측정되어 2개의 서브-필드 ("스티칭된 오버레이")의 상대적 위치 결정의 측정을 제공할 수 있다.
위상 감응 측정을 이용하여 (국부적인) 배치 오차를 측정하는 방법이 이제 설명될 것이다. 본 방법은 단일 격자 (예를 들어, 단일 층 내)를 각각 포함하는 2개의 타겟의 위상 측정을 수행하는 것 및 2개의 격자 사이의 변위 유도 위상차로부터 상대적 변위를 결정하는 것 (예를 들어, 공지된 조명 각도로 조명을 가정하는 것)을 포함한다. 본 방법은 본 명세서에서 설명된 방법 중 임의의 것을 사용하여 위상 정보를 결정/추출할 수 있다. 단일 타겟 실시예 또한 설명될 것이다.
서로 충분히 가깝게 위치된 2개의 타겟 (예를 들어, 단일 격자 타겟)을 고려한다. 이 예에서, 충분하게 가까움은 타겟들 사이의 거리가 각 타겟에 대한 점 확산 함수의 공간 간섭성 길이에 대해 크지 않게 할 수 있다 (이미 설명된 바와 같이 충분히 가깝지 않은 경우 하나 이상의 개입 구조체가 사용될 수 있다). 전체 이미지에 대한 위상 정보를 포함하는, 2개의 타겟의 이미지는 측정될 수 있다. 예를 들어, 이미지는 암시야 이미지일 수 있으며 따라서 개별 격자 라인들은 분해되지 않는다. 2개의 타겟 중 제1 타겟으로부터의 적어도 하나의 더 높은 회절 차수와 2개의 타겟 중 제2 타겟으로부터의 적어도 하나의 더 높은 회절 차수 간의 위상 차이는 격자 사이의 거리에 대한 정보를 포함하고 있다. 제1 격자는 제2 격자의 위치를 위한 기준으로서의 역할을 한다. 이는 개념상 디지털 간섭계를 사용하는 측정과 유사하다.
2개의 격자는 서로 다른 피치(
Figure 112020092200582-pct00089
를 가질 수 있으며 상이한 격자 차수(
Figure 112020092200582-pct00090
)가 사용될 수 있다. 변위(
Figure 112020092200582-pct00091
) (유효 격자 피치 모듈로)는 변위 유도 위상 차이(
Figure 112020092200582-pct00092
)로부터 찾아질 수 있다. 보다 구체적으로, 다음 수학식에 의하여 변위가 찾아질 수 있다.
Figure 112020092200582-pct00093
타겟들 사이의 임의의 프로그램된 오프셋은 이 방정식에 "프로그램된" 변위 항을 추가할 것이라는 점이 주목된다.
실시예에서, 2개의 위치 간의 배치 오차 변동을 설명하는 배치 오차 변동 메트릭이 결정될 수 있다 (예를 들어, 여기서 제1 위치는 제1 격자의 위치이며, 제2 위치는 제2 격자의 위치이다). 이는 위상 차이(
Figure 112020092200582-pct00094
), 또는 더욱 구체적으로 차이(
Figure 112020092200582-pct00095
)에 대한 배치 오차 변동 메트릭을 계산하는 것을 포함할 수 있다.
배치 오차 변동 메트릭은 표준 편차 또는 표준 편차 기반 메트릭을 포함할 수 있다. 실시예에서, 적절한 표준 편차 기반 메트릭은 MAD (중위수 절대 편차) 추정기 또는 MAD 메트릭을 이용하는 것을 포함할 수 있다. MAD는 표준 편차와 관련이 있지만 훨씬 더 강건하다 (즉, 최대 50%의 이상치를 허용할 수 있다).
배치 오차 변동 메트릭의 계산은 모듈로(modulo) 2π 거동으로 인한 잠재적 문제를 고려해야 한다는 점이 주목된다. 이는 센서의 광학 축에 대하여 격자(들)의 원점이 어디에 있는지를 정확하게 알지 못한다는 면에서 생각될 수 있다. 모듈로 2π 거동을 설명하기 위해, (예를 들어) 픽셀 수준에서 임의의 2π 위상 변이를 도입하는 것이 제안되며, 따라서 결과적인 표준 편차 (또는 기타 변동 메트릭)는 최소화된다.
단일 타겟 (격자) 실시예는 단일 타겟 내에서 그 단일 타겟 내에서의 위치의 함수로서 일정한 위상(
Figure 112020092200582-pct00096
)이 예상될 것이라는 사실에 기초할 수 있다. 예를 들어, 타겟 회절 효과로 인해 위상 변동이 여기서 예상될 것이기 때문에 이는 에지 영역을 무시한다. 위상(
Figure 112020092200582-pct00097
)의 변동은 표준 편차 기반 메트릭 (예를 들어, 설명된 바와 같이 MAD 추정기)과 같은 배치 오차 변동 메트릭에 의해 결정될 수 있다. 이 배치 오차 변동 메트릭은 단일 타겟 영역 내의 배치 오차에 대한 KPI의 역할을 수 있다.
위상 회복(phase retrieval) 자체는 위에서 언급된 특허 출원 EP17199764호를 기반으로 할 수 있다. 이는 타겟과 조명 방사선의 상호 작용이 그의 전계 (진폭 및 위상) 면에서 설명되도록 세기 측정으로부터 대응하는 위상 회복을 결정하는 것을 설명한다. 세기 측정은 기존 계측에서 사용되는 것보다 품질이 낮을 수 있으며, 따라서 설명된 바와 같이 초점이 맞지 않을 수 있다. 설명된 상호 작용은 타겟 바로 위의 전기 및/또는 자기장의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 조명된 타겟 전기 및/또는 자기장 이미지는 타겟과 평행한 평면에서 (예를 들어, 2차원) 표면 상의 극소 전기 및/또는 자기 전류 이중극에 의해 등가 소스 설명으로서 모델링된다. 이러한 평면은, 예를 들어 타겟 바로 위의 평면, 예를 들어 모델 평면의 위치가 중요하지는 않지만 레일리(Rayleigh) 기준에 따라 초점이 맞춰진 평면일 수 있다; 한 평면에서의 진폭과 위상이 알려지면 이들은 임의의 다른 평면 (초점 내, 초점이 맞지 않는, 또는 심지어 퓨필 평면)으로 계산적으로 전파될 수 있다. 대안적으로, 설명은 타겟의 복잡한 전송 또는 그것의 2차원 등가물을 포함할 수 있다.
위상 회복은 모델링된 세기 패턴을 얻기 위해 회절 방사선에 미치는 조명 방사선과 타겟 사이의 상호 작용의 영향을 모델링하는 것; 및 모델링된 세기 패턴과 검출된 세기 패턴 간의 차이를 최소화하기 위해 모델 내 전계의 위상과 진폭을 최적화하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 측정 획득 중에 (예를 들어, 타겟의) 이미지가 검출기에서 캡처되며 그의 세기는 측정된다. 위상 회복 알고리즘은 타겟과 평행한 (예를 들어, 타겟 바로 위의) 평면에서의 전계의 진폭과 위상을 결정하기 위해 사용된다. 위상 회복 알고리즘은 이상적인 센서의 순방향 모델 (예를 들어, 수차 및 간섭성)을 사용하여, 검출기 평면에서의 필드의 세기 및 위상에 대한 모델링된 값을 획득하도록 타겟을 재이미지화한다. 타겟 모델은 요구되지 않는다. 모델링된 세기 값과 검출된 세기 값 사이의 차이는 위상 및 진폭 면에서 (예를 들어, 반복적으로) 최소화되며, 결과적인 대응하는 모델링된 위상 값은 회복된 위상으로 간주된다.
위상을 회복하기 위한 필요한 정보는 다이버시티(diversity) (다수의 다양한 측정 또는 이미지)에서 나올 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 사전 (타겟) 지식이 위상 회복 알고리즘을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사전 지식은 위상 회복 알고리즘을 유도/설계하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 사전 지식은 특정 관측에 기초할 수 있다; 예를 들어 타겟의 다수의 이미지의 각 이미지 간에는 많은 규칙성이 있다. 다중 이미지는 단일 측정 (예를 들어, 하나 이상의 조명 조건을 이용한 측정, 예를 들어 다중 파장 측정)에서 또는 이미 설명된 다이버시티 측정 (상이한 초점 레벨들 등)으로부터 획득될 수 있다. 각 이미지에 대해 타겟은 본질적으로 유사한 형태를 갖는 평평한 구조체를 포함한다는 것을 알 수 있다. 특히, 각각의 획득된 타겟 이미지는 각 관심 대상 영역에 대해 동일하거나 매우 유사한 위치 및 모양을 갖고 있다. 예를 들어, 타겟이 현재 사용되는 DBO 타겟의 일반적인 형태를 갖는 x 및 y 방향 복합 타겟인 경우, 각 이미지는 일반적으로 복합 타겟으로 구성된 각 타겟의 위치에 대응하는 비교적 평평한 세기 프로파일을 갖는 비교적 높은 세기의 영역을 포함할 것이다 (예를 들어, 더 큰 정사각형 패턴의 각 사분면에서의 상대적으로 평평한 세기 프로파일). 이미지들 간의 이러한 유사성은, 예를 들어 총 변이(Total Variation) 또는 벡터 총 변이(Vector Total Variation) 정규화의 일반화 (즉, 타겟 이미지의 기울기에 L1 패널티 부과)에 의하여 이용될 수 있다. 이 벡터 일반화의 이점은 이는 예를 들어 상이한 조명 조건들 간의 결합을 도입한다는 것이다.
다이버시티, 사전 타겟 지식 또는 둘 모두가 위상 회복에 사용될 수 있다는 것이 분명해야 한다. 충분한 다이버시티로 인해, 수렴을 보장하기 위해 사전 타겟 지식을 기반으로 제약을 부과할 필요는 없다. 마찬가지로, 사전 타겟 지식을 사용하여 위상 회복 알고리즘을 제한함으로써 다이버시티(예를 들어, 상이한 초점 레벨에서의 측정)이 필요하지 않아야 한다. 다이버시티를 사용하고 사전 타겟 지식 제약을 부과함으로써 더 큰 정확성 또는 더 나은 수렴 보장이 획득될 수 있다. 이러한 방법을 수행하기 위한 계측 장치는, 예를 들어 도 5a에 도시된 형태를 취할 수 있다. 그러나 이것은 전적으로 예시적인 것이며 임의의 적절한 스캐터로미터 기반 계측 디바이스가 이용될 수 있다.
위의 예가 오버레이에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 타겟과 같은 구조체 내의 비대칭을 측정하는 것에 기초하여 임의의 계측에 동일하게 적용 가능할 수 있다. 오버레이가 이 방식으로 측정될 수 있는 관심 대상 특성의 한 예이지만, 다른 예는 초점 및/또는 선량을 포함할 수 있다. 이들은, 예를 들어 다시 측정될 수 있는 초점 또는 선량 의존적 비대칭 및 그로부터 결정된 노광 초점 위치 및/또는 선량으로 노광되는 타겟으로부터 측정될 수 있다. 본 명세서 내의 개념이 적용 가능한 관심 대상 특성의 또 다른 예는 보다 복잡한 형태의 오버레이 (예를 들어, 오버레이와 임계 치수 균일성의 조합)인 EPE (에지 배치 오차)이다.
추가 실시예에서, 절대 성과 메트릭으로서 사용될 수 있는 새로운 성과 메트릭 또는 핵심 성과 지표(key performance indicator)(KPI)가 제안된다. 현재 일반적인 세기 (유일한) 비대칭 기반 오버레이는 실제 오버레이가 알려지지 않고 있기 때문에 절대 기준이 없다. 결과적으로, 성과 평가는 (예를 들어) 상이한 조명 특성 (파장 등)을 사용하여 측정된 타겟의 오버레이 측정을 기반으로 하는 상대적 KPI로부터 획득된다. 타겟에서 진폭 및 위상의 측정을 제공하는 앞서 언급된 문헌 EP17199764에 설명된 방법에서도 동일한 문제가 발생한다. 이 진폭 및 위상 이미지에서 오버레이 값을 추출하고 이 추출된 오버레이 값을 (예를 들어,) 또 다른 파장을 이용하여 결정된 오버레이 값과 비교한 후에만 측정 성과가 평가될 수 있다.
본 실시예에서 제안된 KPI의 기본 개념은 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00098
) (즉, 바이어스 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00099
))를 수치적으로 결정하고 이를 의도된 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00100
) 또는 의도된 바이어스 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00101
)와 비교하는 것이다. 제조 오차 (예를 들어, 공정 변동 또는 유사)가 없다고 가정하면, 이 값이 더 가까울수록 측정 성과가 더 좋다. 이 실시예에서, 용어 바이어스 유도 위상 변이 및 타겟 바이어스는 타겟 격자의 주기로 나눈 2π의 배만큼만 상이하기 때문에 상호 교환적으로 사용될 것이다.
부분적으로 일관된 실시예를 다시 고려하면, 수학식 11의 것과 유사한 유도가 제공될 것이지만, 양의 회절 차수와 음의 회절 차수의 측정 사이에 가능한 센서 전송 오프셋(
Figure 112020092200582-pct00102
센서)을 명시적으로 설명하는 하나는 복잡할 수 있다.
Figure 112020092200582-pct00103
와
Figure 112020092200582-pct00104
　개별 측정 및 각각의 결과는 다음과 같다.
Figure 112020092200582-pct00105
Figure 112020092200582-pct00106
Figure 112020092200582-pct00107
Figure 112020092200582-pct00108
여기서, 2개의 타겟 격자의 피치는 2π의 위상과 대응한다.
수학식 15 내지 18에서, (이 실시예에서는 알려지지 않은 것으로 가정되고 KPI로서 수학적으로 유도될 것이지만) 필드(
Figure 112020092200582-pct00109
Figure 112020092200582-pct00110
)는 공지되고/측정되며, 바이어스 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00111
) 또한 공지되어 있고 나머지 매개 변수는 알려지지 않는다. 이는 8개의 (실가) 방정식과 8개의 미지수를 야기하며, 이는 이미 설명된 바와 같이 오버레이(OV)에 대해 풀려질 수 있다; 예를 들어,
Figure 112020092200582-pct00112
이는 수학식 10과 유사하다.
KPI를 유도하기 위해, 이 실시예에서는 알려지지 않은 타겟 바이어스 유도 위상 변이(
Figure 112020092200582-pct00113
) (즉, 공지된 의도적인 타겟 바이어스(δ)는 알려지지 않은 것으로 가정된다)에 대해 수학식 14 내지 17을 해결하는 것이 제안된다. 결과는 다음과 같은 방정식 쌍이다.
Figure 112020092200582-pct00114
이 수학식들의 제2 식은 수학식 19이다. 등가 쌍의 방정식은 완전 간섭성 측정 실시예 (수학식 6) 및 절대 간섭성 측정 실시예 (수학식 4 또는 5)에 대해 유사한 방식으로 유도될 수 있다.
이 2개의 방정식에 관한 수치적 근 찾기(numerical root finding)에 의하여 알려지지 않은 타겟 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00115
)에 대한 수학식 20의 쌍들을 푸는 것과 따라서 제1 수학식의 좌변이 확실히 0(zero)인 알려지지 않은 타겟 바이어스의 값을 찾는 것이 제안된다.
도 10a는 알려지지 않은 타겟 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00116
)의 함수로서, 수학식 19의 제1 수학식의 좌변에 대한 값의 플롯(plot)을 보여주고 있으며, 실질 부분은 실선으로서, 가상 부분은 점선으로서 보여진다. 플롯은 여러 근(roots)을 보여주고 있다; 0과 2π에서의 근은 위의 두 방정식의 사소하고 흥미롭지 않은 해답이기 때문에 버려질 수 있다. 도 10b는 도 10a의 일부를 자세히 확대한 것이다. 이는 3개의 근을 보여주고 있으며, 이들 중 공지된 의도적인 바이어스에 가장 가깝거나 동일한 근이 정확한 것으로 가정된다. 따라서 이 특정 예에서, 공지된 타겟 바이어스는 0.10 ㎭이므로 도면에서 0.10 ㎭에 또는 근처에서 관찰될 수 있는 근이 정확한 것이다. 다른 2개의 근 모두는 0.47 ㎭에 가깝다는 점이 주목된다.
따라서 이러한 방식으로 타겟 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00117
)를 알려지지 않은 것처럼 수학적으로 결정함으로써, 측정 성과를 평가하기 위하여, 공지된 의도적인 타겟 바이어스(
Figure 112020092200582-pct00118
)와 비교될 수 있는 KPI가 유도된다. 이는, 회절 세기 및 타겟의 위상의 정보를 기반으로 측정 성과를 평가하기 위한 KPI를 야기한다. KPI는 (예를 들어, 컴퓨터 이미징에 의해 생성된) 오버레이 타겟의 생성된 진폭 및 위상 이미지에서 직접적으로 (즉, 예를 들어 상이한 파장을 사용하는 측정과 비교할 필요없이) 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어 성과에 대하여 상이한 컴퓨터 이미징 구성 요소 설정 (예를 들어, 광학계 보정 전략 설정 및/또는 위상 회복 알고리즘 설정)을 비교하는 데 사용할 수 있기 때문에 유익하다. 이 KPI는 또한 상이한 측정 레시피(예를 들어, 타겟 특성과 조명 특성의 조합)를 평가하기 위한 계측 검정에 사용될 수 있다. 예를 들어, KPI는 이러한 계측 검정 단계에서 파장 선택을 증가시키기 위한 절대 기준으로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 이러한 방법은 추정된 타겟 바이어스(KPI)가 공지된 사전 프로그래밍된 타겟 바이어스에 (예를 들어, 임계값 내에서) 충분히 매칭되는 이 조명 특성 (예를 들어, 파장)만을 고려하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 개념을 사용하는 일부 추가 실시예가 이제 도 11에 도시된 조명 및 타겟의 간단한 모델에 기초하여 개시될 것이다. 이는 최상부 격자(t)와 최하부 격자(b)를 갖는 DBO 타겟의 간단한 회절 모델을 보여주고 있다. 설명은 한 방향(X 또는 Y)으로 측정하도록 설계된 단일 오버레이 타겟을 참조할 것이다; 전체 X+Y 오버레이 타겟으로의 확장은 간단하다. 다음 논의에서의 이 단일 오버레이 타겟은 2개의 서브-타겟, 즉 음의 바이어스(-d)를 갖는 제1 서브-타겟 및 양의 바이어스(+d)를 갖는 제2 서브-타겟을 포함하고 있다. 이는 앞서 설명된 하나의 바이어스된 타겟과 하나의 바이어스되지 않은 타겟과 대조된다; 이 원리는 각 경우에 동일하며 수학적 설명의 사소한 세부 사항들만이 달라진다.
타겟은 정상 조명(IN)과 상보적 조명(IC)의 두 가지 모드에서 노광된다. 정상 조명 모드에서, 최상부 및 최하부 격자에 의해 회절된 +1 차수들는 계측 툴에 의해 함께 검출되고, 상보적 조명 모드에서는 조합된 -1차수들이 검출된다. 두 가지 측정 모드를 통해 두 가지 조명 모드가 획득될 수 있다: 웨이퍼 회전 (WR- 예를 들어 0도(WR0) 내지 180도(WR180)) 또는 상보적 개구(CA). 이 측정 모드를 기반으로, 하기 테이블에 따른 오버레이(OV) 및 툴 유도 시프트(TIS)를 결정하기 위하여 시스템 거동이 한정된다:
Figure 112020092200582-pct00119
시스템에 수차가 발생하면 WR-모드에서 오버레이 측정을 수행하는 것이 가장 바람직할 수 있다. 이는 광학계를 통하여 광학 경로를 고정하며, 수차의 영향을 줄이고, 또한 신호 내의 타겟 유도 비대칭으로부터 툴 유도 비대칭의 더 양호한 분리를 가능하게 한다. 전형적으로, 개구를 전환시키는 것은 웨이퍼를 회전시키는 것보다 훨씬 빠르며 결과적으로 CA 모드에서의 오버레이 측정시 처리량 이점이 있다.
측정된 필드는 최상부 층 및 최하부 층의 회절된 필드, 이 필드들 사이의 위상 지연 및 알려지지 않은 공통 위상에 관하여 표현될 수 있다.
Figure 112020092200582-pct00120
Figure 112020092200582-pct00121
Figure 112020092200582-pct00122
Figure 112020092200582-pct00123
여기서, 위상 용어
Figure 112020092200582-pct00124
및
Figure 112020092200582-pct00125
는 피치(P)에 상대적인, 적용된 바이어스 및 OV에 의하여 결정된다;
Figure 112020092200582-pct00126
Figure 112020092200582-pct00127
알려지지 않은 공통 위상을 강조하고 미지수의 개수를 명확히 하기 위하여 위에서 사용된 표기법과 약간 다르다는 점이 주목된다. 예를 들어, 이 표기법에서, 오버레이에 대한 수식은 방정식 19와 동등하게 하기와 같다:
Figure 112020092200582-pct00128
알 수 있듯이 이 관계는 8개의 독립 방정식 (측정된 복소 필드 당 2개)을 제공하는 반면, 6개의 미지수 및 설계에 의해 알려진 1개의 매개 변수가 있다. 이미 설명된 바와 같이, 전형적인 DBO가 0의 스택 감도를 갖고 있는 경우에도 이 관계는 측정된 필드로부터 오버레이를 유도하기 위해 사용될 수 있다.
측정된 필드의 오차에 대한 측정된 오버레이의 감도가 결정될 수 있다는 것이 추가로 제안된다. 이는 측정된 오버레이의 정밀도를 예측하는 데 사용할 수 있으며, 따라서 특정 적용과 직접적인 관련이 있는 품질 KPI로서 사용될 수 있다.
방정식 27로부터 시작하여, 측정된 필드의 각각에서의 오차에 대한 감도가 유도될 수 있다. 보다 구체적으로, 측정된 필드(
Figure 112020092200582-pct00129
)의 오차를 진폭 및 위상의 상대 오차로서 쓸 때:
Figure 112020092200582-pct00130
의 측정 오차에 대한 감도를 위한 다음 방정식이 유도될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00131
Figure 112020092200582-pct00132
마찬가지로, 다른 측정된 다른 구성 요소들 중 하나의 오차에 대한 감도가 유도될 수 있다. 측정 오차 (노이즈 또는 계통)의 원인에 따라, 감도는 예를 들어 제공 평균(root-mean-square)(RMS) 또는 선형 형태로 추가될 수 있다. 필드 진폭 또는 필드 위상의 측정 노이즈에 대한 RMS 감도는 적층체 위상 지연(
Figure 112020092200582-pct00133
)의 함수인 것으로 보여질 수 있다. 또 다른 OV 회복 알고리즘이 사용되면(하기 참조) 위의 감도 방정식은 변경될 것이지만, 아이디어는 여전히 유효하다.
지금까지 설명된 방법은 오버레이에 대한 분석적 해결책 (예를 들어, 수학식 19/27)을 기반으로 하며, 이는 오차가 없는 이상적인 경우에 대해 완벽하다. 측정 오차 또는 타겟 불완전성 (결함, 공정 변형, 격자 불균형)의 존재시, 이 해결책이 반드시 최적은 아니다. 예를 들어, 20도의
Figure 112020092200582-pct00134
의 값의 경우, 분석 식을 기반으로 한 위상 해결 방법은 세기 전용 기반 DBO 측정보다 진폭 오차에 대한 더 높은 감도를 갖는 반면에, 부가적인 정보로서의 위상의 포함은 더 낮은 감도가 얻어지는 것을 가능하게 한다.
분석 식을 사용하는 대신, 측정된 신호에 대한 모델로서 수학식 21 내지 24를 사용함으로써 그리고 측정된 복잡한 필드와 모델링된 복잡한 필드 간의 차이를 최소화하는 값을 찾음으로써 더 강력한 OV 추정량(estimator)이 획득될 수 있다. 이 아이디어의 가능한 구현은 최대의 가능성 추정량의 사용이다.
다음 중 (임의의 조합 형태의) 하나 이상과 같은 가중(weighing)을 이러한 최소화에 사용되는 비용 함수에 적용하여 특정 오차 소스에 대한 감도를 억제할 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00135
진폭에서보다 측정된 전계의 위상에서의 더 큰 노이즈;
Figure 112020092200582-pct00136
시스템 센서 오차 (센서 비대칭)가 측정된 필드에 미치는 영향;
Figure 112020092200582-pct00137
측정된 필드에서 더 자주 발생하는 것으로 알려진 공정 오차의 영향;
Figure 112020092200582-pct00138
세기 비대칭과 세기 비대칭 간의 상관 관계와 같은, 측정된 구성 요소들의 노이즈에 대한 상관 관계의 영향.
전체 전계에서 오버레이를 추출하기 위한 최적의 접근 방식을 선택하는 것도 φstack 값을 기반으로 할 수 있다; 다양한 방법에 대한 감도는 이 매개변수에 크게 좌우된다는 것이 보여질 수 있다.
계산된
Figure 112020092200582-pct00139
과 공지된
Figure 112020092200582-pct00140
사이의 일관성에 기초한 KPI (즉, 사전 프로그래밍된 오버레이 바이어스 기반 KPI)가 이미 설명되었다. 이 외에도 수학식 21 내지 24의 전체 세트 또한 매개변수(
Figure 112020092200582-pct00141
및
Figure 112020092200582-pct00142
)가 풀리는 것을 허용한다.
Figure 112020092200582-pct00143
도 11에 도시된 바와 같이, 이 매개변수들은 타겟, 보다 정확하게는 기하학적 구조 및 타겟을 구성하는 물질에 좌우된다. 결과적으로, 이는 제조 처리 조건에 의존한다. 따라서 이 매개변수들은 일관성 KPI로서 사용될 수 있다. 이 매개변수를 모니터링하는 것과 변경을 플래깅(flagging) 하는 것은 공정 모니터링에 도움이 될 수 있다. 대량 생산에서는 측정 품질을 보장하기 위해 최소 감도를 기반으로 또는 공정 변동의 통계적 분석을 기반으로 제어 한계를 설정할 수 있다.
잉여 정보를 사용하여 이 일관성 KPI를 도출하는 것에 더하여, 다음 수학식이 부가적으로 유도될 수 있으며, 이는 이상적인 타겟에 관한 이상적인 측정 (노이즈 및 오차 없음)을 유지한다.
Figure 112020092200582-pct00144
이 등식(equalities)으로부터의 편차가 분석되어 근본 원인을 찾을 수 있다. 예를 들어, 무작위 변동은 측정 노이즈가 문제임을 시사하는 반면에, 체계적인 전반적인 웨이퍼 핑거프린트는 양으로 그리고 음으로 바이어스된 타겟들에 상이하게 영향을 미치는 처리 효과를 나타낸다. 예를 들어, 이 수학식들 중 제2 수학식은 이상적인 타겟에 대해 최하부 격자의 +l차 및 -l차 회절 효율이 유사하다는 가정을 설명한다는 점이 주목된다. 측정 툴 비대칭이 제외될 수 있는 경우 (아래 참조), 이 방정식으로부터의 편차가 최하부 격자 비대칭을 나타낼 수 있다.
DBO에서, 다양한 신호들 간의 세기 차이들이 상이한 방식으로 조합되어 비대칭의 근본 원인들을 더 분리한다. 알려지지 않은 공통 위상 용어로 인하여 이 방법은 전계에 직접 적용될 수 없으나; 위에서 언급된 것보다는 다른 신호 조합을 계산하고 모니터링하는 것이 유용할 수 있다는 점이 주목된다.
공정 변동의 발생 및 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 위에서 언급된 모든 매개변수의 전면적인 웨이퍼, 웨이퍼 대 웨이퍼 및 툴 대 툴 변동을 분석하는 것이 유용할 수 있다. 이는 툴 및 공정 KPI의 추출을 가능하게 할 수 있다.
본 방법이 이상화된 균일한 타겟 쌍에 대해 위에서 설명되어 있다. 이 개념은 또한 픽셀 쌍을 기반으로 이용되어 타겟 내 변동을 결정할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 처리 중에 오차가 발생한다. 이러한 처리 오차는 흔히 종종 오버레이 타겟에서 명백하며, 이는 오차를 진단할 기회를 제공한다. 그러나 본 이미지 기반 계측 기술은 이를 수행하기에 불충분한 정보 (즉, 단지 세기 내의 프린지)를 제공한다.
위상 분해 오버레이 측정을 사용하는 것에 의하여, 이미지 내 픽셀 당 (하나씩), 최상부 격자에서 방출되는 파형의 세기 및 위상 모두가 회복될 수 있다. 이는;
ㆍ최상부 격자의 토폴로지의 회복;
ㆍ픽셀당 오버레이 측정;
ㆍ토폴로지 정보가 적층체의 모델로 입력될 수 있는 것을 허용한다.
보다 구체적으로, 적층체 내의 광의 광학 경로 길이가 회복될 수 있다. 이는 제조 오차 (적층체 두께/굴절률 변화)에 관한 정보를 제공한다. 층 두께와 굴절률이 알려진 경우, 이는 심지어 최상부 층의 토폴로지를 직접 산출할 수 있다.
위에서 설명된 부분적으로 일관된 측정 실시예의 가정에 기초하여, 측정된 복소 전계(
Figure 112020092200582-pct00145
,
Figure 112020092200582-pct00146
및
Figure 112020092200582-pct00147
,
Figure 112020092200582-pct00148
)의 관하여 광학 경로 길이를 표현하는 공식이 유도될 수 있다. 웨이퍼 상의 2개의 위치 사이의 광학 경로 길이 차이(
Figure 112020092200582-pct00149
) (모듈로 파장(λ), 즉, 하나의 파장보다 작은 광학 경로 길이 차이에 대한)는 다음과 같이 유도될 수 있다.
Figure 112020092200582-pct00150
여기서, 인수(argument) 또는 로그의 허수 부분을 취한다 (실수 부분은 적층체 내의 흡수의 측정을 부여하거나 양 위치에서의 상이한 회절 세기를 나타낸다).
Figure 112020092200582-pct00151
는 하기 수학식에 의하여 주어진다:
Figure 112020092200582-pct00152
그리고 여기서,
Figure 112020092200582-pct00153
추가 실시예가 이제 설명될 것이며, 여기서 다수의 획득의 각각에 대해 순서마다 비대칭이 결정되며, 여기서 각 획득은 상이한 획득 설정에서 수행될 수 있다. 상이한 획득 설정은, 예를 들어 상이한 파장, 편광, 초점 설정, 임의의 다른 관련 매개변수 설정 및/또는 이 매개변수들 중 2개 이상의 매개변수들의 상이한 조합을 포함할 수 있다. 다중 획득으로부터의 비대칭들이 그후 조합될 수 있다.
모든 획득이 위상 회복 알고리즘에 의해 단일 위상 회복으로 조합되면, 지금까지 설명한 것처럼 문제를 해결하거나 최적화하는 것이 어려울 수 있다. 각 계산 방법 (세기, 위상 등)에 대해 단일 오버레이 값이 보고된다. 위에서 설명된 개념은 획득된 이미지 내에서의 신뢰할 수 있는 위상 회복 결과 (회절 각도, 회절 순서)를 제공하는 데 있어 하드웨어에 의해 제한될 수 있다. 이미지들 간에는 임의의 위상-오프셋이 있을 수 있다.
이 실시예에서 제안된 바와 같이 다중 획득을 사용함으로써 오프셋 및/또는 비선형성에 대해 추가 보정이 적용될 수 있다. 이 다중 획득에 관한 분포 분석은 측정/획득 설정 및 효율적인 레시피 설정에서의 문제 해결을 가능하게 한다. 대안적으로, 다중 획득 방법은 위상 회복 알고리즘이 다중 획득에 대해 완전히 이해되지 않는 경우와 같이 대비책(fallback)으로 사용될 수 있다.
비대칭 신호는 더 이상 바이어스 방향마다 계산될 수 없으며, 이는 +1 차수와 -1 차수의 차이를 취하는 것이 요구되며 양 차수 간에 임의의 위상- 오프셋이 있기 때문이다. 따라서 차수마다 비대칭을 계산하는 것이 제안된다. 이와 같이, 오버레이(
Figure 112020092200582-pct00154
)로 인한 위상 기여를 계산하기 위한 오버레이 위상 계산은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00155
여기서,
Figure 112020092200582-pct00156
비대칭(A+ 및 A_)은 각 획득 설정 (예를 들어, 모든 파장 및 편광 상태 (또는 심지어 초점 레벨))에 대해 계산될 수 있다. 이는 다중 획득 보정에 대한 다수의 가능성을 생성하여, 예를 들어
Figure 112020092200582-pct00157
비대칭 당 오프셋,
Figure 112020092200582-pct00158
Figure 112020092200582-pct00159
에 관한 오프셋,
Figure 112020092200582-pct00160
비선형성,
Figure 112020092200582-pct00161
Figure 112020092200582-pct00162
의 함수 등을 보정한다.
이와 같이, 이 실시예에서, 중간 결과 (즉, 각 획득에 대해 하나)는 획득 설정마다 (비대칭(A+ 및 A_) 및/또는 다른 메트릭 (예를 들어, 맞춤 수렴, 계산 시간) 측면에서) 보고될 수 있다. 관심 대상 특성 (예를 들어, 오버레이)은 임의의 오프셋 및 종속성에 대한 하나 이상의 추가 보정과 함께 중간 결과의 조합으로부터 계산될 수 있다.
예를 들어,
Figure 112020092200582-pct00163
는 하기와 같이 계산될 수 있다:
Figure 112020092200582-pct00164
여기서, A0+ 는 A+에 관한 오프셋, A0-는 A-에 관한 오프셋, 및
Figure 112020092200582-pct00165
은
Figure 112020092200582-pct00166
에 관한 오프셋이다.
변수는
Figure 112020092200582-pct00167
의 함수, 또는 오버레이 및 바이어스와 관계없는 임의의 다른 변수일 수 있다.
계산된 관심 대상 특성의 정확성과 견고성을 추정하기 위해 중간 결과에 대해 통계 분석이 수행될 수 있다. 또한, 통계 분석에 대해 분류 및 오류 검출이 수행되어 편차 측정 조건 및/또는 광학 (서브-)구성 요소를 검출할 수 있다. 관심 대상 특성에 대한 맞춤 품질(fit quality)을 추정하기 위하여, 맞춤 면에서 중간 결과에 대해 통계 분석이 또한 수행될 수 있다. 최적의 측정 설정/레시피 및 맞춤 컨텍스트는 이러한 통계 분석을 기반으로 결정될 수 있다.
보다 구체적으로, 통계 분석은 개별 획득의 결과의, 분포 분석, 예를 들어 이상치(outlier) 검출을 기반으로 어느 획득이 위상 회복 단계에 가장 많이 기여하거나 이에 가장 적합한지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이 정보는 분류 및 측정에 관한 오류 검출 수행을 위하여 사용될 수 있다. 편차가 있는 (사양을 벗어난) 측정 조건 및 또한 편차가 있는 광학 (서브-) 구성 요소, 즉 퓨필의 부분을 검출할 수 있다. 이는 예를 들어, 유지 관리 행위 (예를 들어, 재교정, 하드웨어 구성 요소 교체 등)를 유발(trigger)하거나 하나 이상의 특정 조건을 피하기 위해 사용될 수 있다.
다중 획득에 관하여 수행된 분포 분석은 또한 위상 회복 알고리즘 성과의 측정값, 예를 들어 수렴/계산 시간과 조합될 수 있다. 그후 획득/계산 시간 및 오버레이 성과 (정확성/견고성) 간에 균형(trade-off)이 이루어질 수 있다. 이러한 균형은 위상 회복 방법에 대한 레시피 설정 단계의 역할을 할 수 있다.
위에서 설명한 다양한 KPI 및 감도 분석은 또한 레시피 설정 및 최적화 중에도 사용될 수 있다. 이 문헌에서 위상 정보의 사용은 또한 격자의 바이어스의 또 다른 선택으로 이어질 수 있으며, 또 다른
Figure 112020092200582-pct00168
를 야기하여 OV 회복 견고성을 개선한다는 점이 주목된다. 이러한 특정 실시예는, 예를 들어 현재의 계측 디바이스 (예를 들어, 수차가 최소로 유지되는 더 복잡한 광학계를 사용하는 디바이스)에서 유용성을 찾을 수 있다. 도 12a는 (전체적인 계측 검정(HMQ)으로 지칭되는) 레시피 설정 및 최적화를 위하여 현재 사용되고 있는 전형적인 공정 흐름을 보여주고 있다. 이 방법은 복수의 조명 설정 (파장 및 기타 레시피 설정, 예를 들어, 편광, 개구)에서의 타겟/위치의 후속의 여분의(spare) 그후 조밀한 샘플링을 기반으로 최적 (단일-/다중- 파장) 레시피를 찾는 것을 목적으로 한다.
단계 1200에서, 사용 가능한 전체 파장 스펙트럼 (또는 다수의 파장)을 사용하여 비교적 적은 수의 타겟에 대한 사전-선택 방법이 수행된다. 예를 들어, 이 단계에서 측정된 타겟의 수는 20개 미만, 보다 구체적으로 5개 내지 15개일 수 있다. 파장의 수는 (예를 들어) 30 내지 50개, 또는 약 40개일 수 있다. 서브-단계 1210에서, 최적화 단계 1220를 위하여 (예를 들어, 10 내지 20개 또는 약 15개의 파장을 포함하는) 조명 특성의 더 우수한 수행 서브세트가 선택된다. 최적화 단계 1220는 선택된 (예를 들어, 약 15개의) 파장을 갖는 조밀한 수의 타겟을 측정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 타겟의 수는 50개 이상, 70개 이상, 90개 이상 또는 약 100개일 수 있다. 최적화는 평가 서브-단계(1230)를 포함하며, 여기서 상이한 조명 조건 하에서의 측정은 정확성 및 견고성에 대해 평가된다. 이 평가 단계는 실제 오버레이 값에 대한 기준(ref)을 이용할 수 있다. 실제 오버레이 값이 전형적으로 알려져 있지 않기 때문에 기준을 결정하는 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기-기준 오버레이 값은 PCT 특허 출원 WO2015/018625호에서 설명된 A+ 대 A_ 분석을 사용하여 얻을 수 있으며, 이는 그 전체가 본 명세서에서 참조로 포함된다. 이러한 방법은 각 타겟에 대한 오버레이 값을 획득하기 위해 상이한 파장들에 대한 A+ 및 A_의 플롯을 통해 회귀하는 것 및 기준 값을 획득하기 위해 모든 타겟에 대한 이 오버레이 값을 평균화하는 것을 포함할 수 있다. 다른 기준 방법이 사용될 수 있다. 이 방법의 결과는 최적화된 (단일 또는 다중 파장) 레시피(1240)이다. 전형적으로 이 공정 흐름을 수행하는데 약 1시간이 걸린다.
이 방법 흐름에는 많은 단점이 있다. 위에서 설명된 오버레이 기준은 타당하게 양호한 성과를 보여 주지만, 이는 측정된 이미지의 세기-위상이 정기적인 획득에서 알려지지 않는다는 본질적인 한계를 갖고 있다. 이 세기 단계는 오버레이에 대한 중요한 정보를 포함할 수 있다.
도 12b는 실시예에 따른 제안된 방법을 보여주고 있다. 이는 위에서 설명된 원래 흐름을 기반으로 하며, 점으로(dotted) 보여진다. 이와 같이, 최적화(1220)/평가(1230) 단계에 대한 개선된 오버레이 기준을 결정하기 위하여 추가 단계가 도 12a의 HMQ 흐름과 병행하여 수행되는 것이 제안된다. 단계들이 도 12a의 단계들로부터 변경되지 않은 경우, 이들은 설명되지 않을 것이다.
사전 선택 단계(1200)는 모든 사전 선택 측정이 다양성을 갖고, 보다 구체적으로 복수(예를 들어, 3 내지 5개)의 초점 레벨에서 수행된다는 점에서 약간 변경된다. 이전과 마찬가지로 이 단계는 상대적으로 적은 수의 타겟에서 많은 (예를 들어, 전체 대역(full-band)) 수의 파장으로 수행된다.
서브-단계(1250)에서, 이한 측정의 결과를 기반으로, 측정된 타겟 및 파장/조명 설정 (및 선택적으로 초점 레벨 그렇지 않으면 사용된 초점 레벨에 대한 서브세트와 관련된 측정)의 서브-세트가 선택된다. 예를 들어, 서브-세트는 3 내지 5개의 초점 레벨에 대해 10개 이하의 파장 (예를 들어, 5 내지 10개의 파장)에서 5개 이하의 타겟에 기초할 수 있다. 단계 1260에서, 위상 회복이 수행되어 타겟들의 각각에 대한 전체 필드 값을 획득한다. 단계 1270에서, 초점이 맞지 않게 수행된 측정에 초점 보정이 수행된다. 단계 1280에서, 기준 오버레이 그리고 선택적으로 임의의 다른 KPI가 회복된 위상에 기초하여 초점 보정된 측정으로부터 계산된다. 단계 1260 내지 단계 1280는 본 명세서에서 개시된 임의의 적합한 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 최적화 단계(1220)의 끝에서, 결정된 오버레이 (및/또는 계산된 전체 필드)의 출력은 평가 서브-단계(1230)에서의 측정된 데이터와의 비교를 위한 기준으로서 사용된다. 제한된 타겟 샘플링으로 인하여, 위상 회복 출력은 정확도의 표시에 충분해야 한다. 견고성을 위해, 다른 기준 (예를 들어, 앞서 설명된 자체 기준)가 계속 사용되어, 예를 들어 기판에 대한 변동을 수량화할 수 있다. 이 개념은 오버레이 기준을 찾아내는 것에 국한되지 않는다. 예를 들어, DBF 레시피 최적화 흐름에서의 초점 기준은 이러한 방식으로 결정될 수 있다.
기존 계측 디바이스는 부분적으로 간섭성 방사선을 사용한다. 예를 들어, Sum of Coherent Systems를 사용함으로써 부분적인 간섭성 위상 회복이 수행될 수 있다. 이 접근 방식의 가능한 불리한 면은 해결해야 할 많은 시스템이 있다는 것이며, (시간 영향을 줄이거나 제거하기 위한 방법이 예상되지만) 이는 최대 100배까지 계산 시간에 영향을 줄 수 있다. 위상 회복 계산의 속도를 높이기 위해, 입력 매개변수가 조정될 수 있다; 예를 들어, 파장 수 및 초점 레벨 (간헐적 샘플링). 존재하는 경우, 계측 디바이스의 탑재 GPU가 사용되어 위상 회복 계산을 수행할 수 있다. 또한 위상 회복 알고리즘의 효율성도 향상될 수 있다. 이렇게 하여, 기존 HMQ 방법 흐름과 병행하여 실행할 수 있을 만큼 빠르게 30분 이내에 단일 (또는 소수의) 타겟에 위상 회복이 수행될 수 있다는 것이 예상된다.
따라서 요약하면, 구조체에 의해 산란된 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 구조체와 직접적으로 관련된 관심 대상 특성을 결정하는 것을 포함하는 관심 대상 특성 측정 방법이 제안된다. 보다 구체적으로, 본 방법은 구조체가 산란 방사선을 얻기 위해 구조체에 의해 조명되고 산란될 때 측정 방사선에 관한 관심 대상 특성의 영향으로부터 생기는 산란 방사선의 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함한다.
본 명세서에서 설명된 방법은 DBO에 제한되지 않으며, 전계 위상 정보가 이용 가능하다면 DBF (회절 기반 초점) 및 가능하면 또한 ARO (각도 분해 오버레이)와 같은 모든 비대칭 측정 모드에 적용될 수 있다.
추가 실시예가 이후의 번호가 부여된 항목에 개시되어 있다:
1. 기판 상의 구조체와 관련된 관심 대상 특성을 측정하는 방법은,
조명 방사선으로 구조체를 조명한 후, 구조체에 의하여 산란될 때, 조명 방사선의 적어도 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하는 것을 포함한다.
2. 항목 1의 방법은
구조체에 의해 산란될 때, 조명 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향을 포함하는, 산란 방사선의 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것; 및
적어도 결정된 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하는 것을 포함한다.
3. 항목 2 방법은 구조체에 의해 산란된 방사선 내에 포함된 대응하는 고차 회절 차수 쌍의 회절 차수와 관련된 진폭과 위상의 결정으로부터 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함한다.
4. 항목 3의 방법에서, 구조체는 적어도 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제1 서브-구조체 및 관심 대상 특성 바이어스가 없거나 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스와 상이한 제2 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제2 서브-구조체를 가지며, 본 방법은 제1 서브-구조체 및 제2 서브-구조체의 각각으로부터의 산란 방사선에 포함된 회절 차수의 비교로부터 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함한다.
5. 항목 4의 방법은, 적어도
제1 서브-구조체에 관련된 제1 양의 고차 회절 필드 및 제2 서브-구조체에 관련된 제2 양의 고차 회절 필드의 제1 상대적 위상; 및
제1 서브-구조체에 관련된 제1 음의 고차 회절 필드 및 제2 서브-구조체에 관련된 제2 음의 고차 회절 필드의 제2 상대적 위상으로부터
관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함한다.
6. 항목 5의 방법에서, 제1 및 제2 서브-구조체 각각은 격자 쌍들을 포함하며, 각 격자는 피치(p)를 갖고, 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스는 p/2를 포함하며, 제2 서브-구조체는 관심 대상 특성 바이어스를 갖지 않는다.
7. 항목 5 또는 항목 6의 방법에서, 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여는
제1 양의 고차 회절 필드 및 제2 음의 고차 회절 필드의 제3 상대적 위상; 및
제1 음의 고차 회절 필드 및 제2 양의 고차 회절 필드의 제4 상대적 위상으로부터 더 결정된다.
8. 항목 5 내지 항목 7 중 어느 한 항목의 방법은 회절된 필드들의 각각의 모델을 결정함으로써 관심 대상 특성에 대한 값을 계산하는 것 및 회절된 필드의 모델과 측정된 것과 등가적인 회절된 필드 사이의 차이를 최소화하는 것을 포함한다.
9. 항목 10의 방법은 최소화에 사용되는 비용 함수에 가중치를 적용하는 것을 포함하며, 이는 하나 이상의 오차 소스에 대한 민감도를 억제한다.
10. 항목 5 내지 항목 7의 방법은 공지된 기준 필드에 기초하여 상대적 위상 정보를 얻기 위해 더 높은 회절 차수의 홀로그래픽 현미경 측정을 수행하는 것을 포함한다.
11. 항목 5 내지 항목 7의 방법은 상대적 위상 정보를 얻기 위해 더 높은 회절 차수의 세기 측정으로부터 위상 회복 결정을 수행하는 것을 포함한다.
12. 항목 11의 방법에서, 동일한 고차 회절 차수의 전계들이 검출 전에 간섭하는 것을 보장하기 위하여 제1 서브-구조체와 제2 서브-구조체는 서로에 대해 충분히 근접하게 위치된다.
13. 항목 11의 방법은,
적어도 하나의 중간 필드가 제1 서브-구조체 및 제2 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 부가적인 구조체를 기판 상에 제공하는 것; 또는
적어도 하나의 제1 중간 필드가 제1 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 하나의 제1 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 제1 부가적인 구조체를 기판 상에 제공하는 것 및 적어도 하나의 제2 중간 필드가 제2 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 하나의 제2 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 제2 부가적인 구조체를 기판 상에 제공하는 것을 포함한다.
14. 항목 11 내지 항목 13의 방법에서, 세기 측정은 초점 밖에서 수행되는 구조체의 측정과 관련이 있다.
15. 항목 11 내지 항목 14의 방법에서, 세기 측정은 다양한 측정 설정으로 수행되는 구조체의 측정과 관련이 있다.
16. 항목 15의 방법에서, 세기 측정은 상이한 초점 레벨에서 수행되는 구조체의 측정과 관련이 있다.
17. 항목 11 내지 16 중 어느 한 항목의 방법에서, 위상 회복은,
검출 평면에서 위상 및 진폭에 대한 모델링된 값을 얻기 위해 산란 방사선에 미치는 입사 조명 방사선과 구조체 간의 상호 작용의 영향을 모델링하는 것; 및
모델링된 세기와 검출된 것과 같은 세기 측정 간의 차이를 최소화하기 위해 모델링된 것과 같은 전계의 위상 및 진폭을 최적화하는 것을 포함한다.
18. 항목 17의 방법은 구조의 사전 지식을 전계의 위상 및 진폭의 최적화에 대한 제약으로 사용하는 것을 포함한다.
19. 항목 18의 방법에서, 제약은 전체 변동 규칙화를 포함한다.
20. 항목 5 내지 항목 19 중 어느 한 항목의 방법은,
관심 대상 특성 유도 위상 변화로부터 회절 필드들 각각의 오차에 대한 감도를 유도하는 것; 및
유도된 감도를 관심 대상 특성을 측정하는 방법과 관련된 성과 지표로 이용하는 것을 포함한다.
21. 항목 4 내지 항목 19 중 어느 한 항목의 방법은,
제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 수학적으로 계산함으로써 성과 메트릭을 결정하는 것; 및
방법의 성과를 평가하기 위해 성과 메트릭을 설계된 바와 같이 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스와 비교하는 것을 포함한다.
22. 항목 21의 방법에서, 성과 메트릭을 결정하는 단계는 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스에 대해 제1 양의 고차 회절 필드, 제1 음의 고차 회절 필드, 제2 양의 고차 회절 필드 및 제2 음의 고차 회절 필드를 설명하는 연립 방정식을 해결하는 것을 포함한다.
23. 항목 22의 방법에서, 해결 단계는
하나 이상의 근을 찾기 위해 연립 방정식에서 근 찾기 연산을 수행하는 것; 및
설계된 것과 같이 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스에 가장 가까운 값을 갖는 루트를 성능 메트릭으로서 선택하는 것을 포함한다.
24. 항목 23의 방법에서, 근 찾기 연산을 수행하는 단계는 근 찾기에서 노이즈를 억제하는 것을 포함한다.
25. 항목 5 내지 항목 24 항 중 어느 한 항목의 방법은
구조체 또는 그의 하나 이상의 서브-구조체의 최상부 격자와 관련된 한 전계 또는 양 전계에 대한 값 (전계는 구조체 또는 그의 하나 이상의 서브-구조체의 최상부 격자와 관련이 있음) 및/또는 산란 방사선의 적층체 유도 위상 변화 기여를 정례적으로 유도하는 것; 및
이 값의 변화를 모니터링하는 것을 더 포함한다.
26. 항목 1 내지 항목 25 중 어느 한 항목의 방법은,
복수의 상이한 조명 설정에서 그리고 복수의 상이한 초점 설정에서 적어도 구조체의 측정으로부터 관심 대상 특성에 대한 기준 값을 계산하는 것; 및
측정 레시피 최적화 방법에서의 관심 대상 특성에 대한 기준으로서 기준 값을 사용하는 것을 포함한다.
27. 항목 26의 방법에서, 관심 대상 특성에 대한 기준 값을 계산하는 것은 측정 레시피 최적화 방법과 동시에 수행된다.
28. 항목 1 내지 항목 27 중 어느 한 항목의 방법은 상이한 획득 설정들에 관련된 중간 측정을 결정하는 것을 포함한다.
29. 항목 28의 방법에서, 중간 측정값은 하나 이상의 오프셋 보정과 조합되어 관심 대상 특성을 결정한다.
30. 항목 28 항 또는 항목 29의 방법은 관심 대상 특성에 대한 품질 메트릭을 결정하기 위해 및/또는 사양을 벗어난 중간 조건 또는 광학 구성 요소를 검출하기 위해 중간 측정 값에 대한 통계 분석을 수행하는 것을 포함한다.
31. 항목 1 내지 항목 30 중 어느 한 항목의 방법은 관심 대상 특성의 픽셀 당 값을 결정하는 것을 포함한다.
32. 항목 31의 방법은 관심 대상 특성의 픽셀 당 값을 사용하여 구조체의 층의 토폴로지를 설명하는 정보를 검색하는 것을 포함한다.
33. 항목 1 내지 32 중 어느 한 항목의 방법에서, 관심 대상 특성은 오버레이를 포함한다.
34. 항목 1 내지 32 중 어느 한 항목의 방법에서, 관심 대상 특성은 배치 오차를 포함한다.
35. 항목 34의 방법에서, 배치 오차는 층 내의 제1 타겟과 제2 타겟 간의 상대적 배치와 관련이 있다.
36. 항목 35의 방법에서, 제1 타겟과 제2 타겟은 다수의 패터닝 공정의 상이한 패터닝 단계에서 각각 형성된다.
37. 항목 35의 방법에서, 제1 타겟과 제2 타겟은 스티치된 노광을 형성하는 상이한 노광에서 각각 형성된다.
38. 항목 35, 항목 36 또는 항목 37의 방법에서, 제1 타겟 및 제2 타겟은 그의 형성 동안 상이한 렌즈 수차 영향을 받는다.
39. 항목 35 내지 항목 38 중 어느 한 항목의 방법에서, 상대적 배치는 제1 타겟 및 제 2 타겟의 측정에서의 변위 유도 위상 차이로부터 결정된다.
40. 항목 39의 방법에서, 변위 유도 위상 차이는 제1 타겟 및 제2 타겟으로부터 회절된 방사선의 적어도 하나의 더 높은 회절 차수의 위상 차이를 포함한다.
41. 항목 40의 방법은 변위 유도 위상 차이의 변동에 기초하여, 제1 타겟과 제2 타겟의 대응하는 위치들 사이의 배치 오차 변동을 설명하는 배치 오차 변동 메트릭을 결정하는 것을 포함한다.
42. 항목 35 내지 항목 41 중 어느 한 항목의 방법에서, 상대적 배치는 제1 타겟 및 제2 타겟의 피치의 모듈로(modulo)로서 결정된다.
43. 항목 34의 방법에서, 배치 오류는 단일 타겟의 배치와 관련된다.
44. 항목 43의 방법은 타겟의 적어도 영역 내의 위상의 변동에 기초하여, 단일 타겟에 대한 배치 오차 변동을 설명하는 배치 오차 변동 메트릭을 결정하는 것을 포함한다.
45. 항목 42 또는 항목 44의 방법에서, 배치 오차 변동 메트릭은 배치 오차의 표준 편차 기반 메트릭을 포함한다.
46. 항목 45의 방법에서, 표준 편차 기반 메트릭은 중위수 절대 편차(Median Absolute Deviation) 메트릭을 포함한다.
47. 비-일시적 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서로 하여금 임의의 앞선 항목에서 한정된 방법의 성능을 유발하도록 하기 위한 기계-판독 가능한 명령을 포함한다.
48. 검사 장치는 항목 1 내지 항목 46 중 어느 한 항목의 방법을 수행하기 위해 작동 가능하다.
49. 검사 장치는,
구조체를 포함하는 기판을 유지하기 위한 기판 홀더;
조명 방사선을 구조체로 투영하기 위한 투영 광학계;
구조체에 의해 산란된 후에 조명 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및
구조체에 의해 산란될 때, 조명 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 구조체와 관련된 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하도록 작동 가능한 프로세서를 포함한다.
50. 항목 49의 검사 장치에서, 프로세서는
구조체에 의해 산란될 때, 조명 방사선의 위상에 미치는 관심 대상 특성의 영향을 포함하는, 산란 방사선의 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하도록; 및
결정된 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 직접적으로 계산하도록 더 작동 가능하다.
51. 항목 50의 검사 장치에서, 프로세서는 구조체에 의해 산란된 방사선 내에 포함된 대응하는 고차 회절 차수 쌍의 회절 차수와 관련된 진폭과 위상의 결정으로부터 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하도록 더 작동 가능하다.
52. 항목 51의 검사 장치에서, 구조체는 적어도 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제1 서브-구조체 및 관심 대상 특성 바이어스가 없거나 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스와 상이한 제2 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제2 서브-구조체를 가지며, 프로세서는 제1 서브-구조체 및 제2 서브-구조체의 각각으로부터의 산란 방사선에 포함된 회절 차수의 비교로부터 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하도록 작동 가능하다.
53. 항목 52의 검사 장치에서, 프로세서는 적어도
제1 서브-구조체에 관련된 제1 양의 고차 회절 필드 및 제2 서브-구조체에 관련된 제2 양의 고차 회절 필드의 제1 상대적 위상; 및
제1 서브-구조체에 관련된 제1 음의 고차 회절 필드 및 제2 서브-구조체에 관련된 제2 음의 고차 회절 필드의 제2 상대적 위상으로부터
관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하도록 더 작동 가능하다.
54. 항목 53의 검사 장치에서, 제1 및 제2 서브-구조체 각각은 격자 쌍들을 포함하며, 각 격자는 피치(p)를 갖고, 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스는 p/2를 포함하며, 제2 서브-구조체는 관심 대상 특성 바이어스를 갖지 않는다.
55. 항목 53 또는 항목 54의 검사 장치에서, 프로세서는
제1 양의 고차 회절 필드 및 제2 음의 고차 회절 필드의 제3 상대적 위상; 및
제1 음의 고차 회절 필드 및 제2 양의 고차 회절 필드의 제4 상대적 위상으로부터 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하도록 더 작동 가능하다.
56. 항목 53 내지 항목 55 중 어느 한 항목의 검사 장치는 공지된 기준 필드를 생성하기 위한 기준 소스를 포함하는 홀로그래픽 현미경 장치이며,
프로세서는 더 높은 회절 차수를 측정하고 공지된 기준 필드에 대한 상대적 위상 정보를 획득하도록 작동 가능하다.
57. 항목 53 내지 항목 55 항 중 어느 하나의 검사 장치는 검출기에서 더 높은 회절 차수의 세기 측정을 검출하도록 작동 가능하며; 프로세서는 상대적 위상 정보를 얻기 위해 세기 측정으로부터 위상 회복 결정을 수행하도록 작동 가능하다.
58. 항목 57의 검사 장치는 구조체가 초점을 벗어난 상태에서 세기 측정을 수행하도록 작동 가능하다.
59. 항목 57 또는 항목 58의 검사 장치는 측정 설정이 측정들 사이에서 변하는 상태에서 세기 측정을 수행하도록 작동 가능하다.
60. 항목 59의 검사 장치는 상이한 초점 레벨에서 세기 측정을 수행하도록 작동 가능하다.
61. 항목 57 내지 항목 60 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 프로세서는
검출 평면에서 위상 및 진폭에 대한 모델링된 값을 얻기 위해 산란 방사선에 미치는 입사 조명 방사선과 구조체 간의 상호 작용의 영향을 모델링하고; 및
모델링된 세기와 검출된 것과 같은 세기 측정 간의 차이를 최소화하기 위해 모델링된 것과 같은 전계의 위상 및 진폭을 최적화함으로써 위상 회복을 수행하도록 작동 가능하다.
62. 항목 61의 검사 장치에서, 프로세서는 전계의 위상 및 진폭 최적화에 대한 제약으로서 구조체의 사전 지식을 이용하도록 더 작동 가능하다.
63. 항목 62의 검사 장치에서, 상기 제약은 전체 변동 규칙화를 포함한다.
64. 항목 52 내지 항목 63 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 프로세서는
제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 수학적으로 계산함으로써 성과 메트릭을 결정하도록; 및
방법의 성과를 평가하기 위해 성과 메트릭을 설계된 바와 같이 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스와 비교하도록 더 작동 가능하다.
65. 항목 55의 검사 장치에서, 프로세서는 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스에 대해 제1 양의 고차 회절 필드, 제1 음의 고차 회절 필드, 제2 양의 고차 회절 필드 및 제2 음의 고차 회절 필드를 설명하는 연립 방정식을 해결함으로써 성과 메트릭을 결정하도록 작동 가능하다.
66. 항목 55의 검사 장치에서, 프로세서는
하나 이상의 근을 찾기 위해 연립 방정식에서 근 찾기 연산을 수행하고; 및
성과 메트릭으로서, 설계된 것과 같이 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스에 가장 가까운 값을 갖는 근(root)을 선택함으로써 연리 방정식을 해결하도록 작동 가능하다.
67. 항목 66의 검사 장치에서, 프로세서는 근 찾기 연산에서의 노이즈를 억제하기 위해 작동 가능하다.
69. 항목 49 내지 항목 66 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 관심 대상 특성은 오버레이를 포함한다.
69. 항목 49 내지 항목 66 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 관심 대상 특성은 배치 오차를 포함한다.
이 문맥에서 IC의 제조에서 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 다른 적용을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 가능한 다른 적용은 통합 광학 시스템의 제조, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 플랫-패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등을 포함한다.
본 텍스트에서는 검사 또는 계측 장치와 관련하여 본 발명의 실시예에 대한 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼 (또는 다른 기판) 또는 마스크 (또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 용어 "계측 장치"는 또한 검사 장치 또는 검사 시스템을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 대상 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예의 사용에 대해 위에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 문맥이 허용하는 경우, 본 발명은 광학 리소그래피에 제한되지 않으며 다른 적용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
위에서 설명된 타겟 또는 타겟 구조체 (보다 일반적으로 기판 상의 구조체)는 측정 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체이지만, 다른 실시예에서, 관심 대상 특성은 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분인 하나 이상의 구조체 상에서 측정될 수 있다. 많은 디바이스는 규칙적인 격자형 구조체를 갖고 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 구조체, 타겟 격자 및 타겟 구조체는 수행되고 있는 측정을 위하여 구조체가 특별히 제공된다는 점을 필요로 하지 않는다. 또한, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 해상도 한계에 가까울 수 있거나 더 작을 수 있지만, 타겟 부분(C)에서의 리소그래피 공정에 의해 만들어진 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 선 및/또는 공간은 제품 피처와 치수가 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 내용은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 하기에 제시된 청구항의 범위를 벗어나지 않고서도 설명된 바와 같은 본 발명에 대하여 변형이 이루어질 수도 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판 상의 구조체와 관련된 관심 대상 특성을 측정하는 방법에 있어서,
    조명 방사선으로 상기 구조체를 조명한 후, 상기 구조체에 의하여 산란될 때, 조명 방사선의 위상 변화 기여에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 계산하는 것; 및
    산란된 방사선의 전계의 진폭과 위상을 결정하는 것으로부터 상기 관심 대상 특성에 의해 유도된 상기 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함하고,
    적어도 결정된 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 계산하고, 상기 산란된 방사선의 전계 내에 포함된 대응하는 고차 회절 차수 쌍의 회절 차수와 관련된 진폭과 위상의 결정으로부터 상기 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구조체는 적어도 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제1 서브-구조체 및 관심 대상 특성 바이어스가 없거나 상기 제1 공지된 관심 대상 특성 바이어스와 상이한 제2 공지된 관심 대상 특성 바이어스를 갖는 제2 서브-구조체를 가지며, 상기 방법은 상기 제1 서브-구조체 및 상기 제2 서브-구조체의 각각으로부터의 상기 산란 방사선에 포함된 상기 회절 차수의 비교로부터 상기 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 적어도
    상기 제1 서브-구조체에 관련된 제1 양의 고차 회절 필드 및 상기 제2 서브-구조체에 관련된 제2 양의 고차 회절 필드의 제1 상대적 위상; 및
    상기 제1 서브-구조체에 관련된 제1 음의 고차 회절 필드 및 상기 제2 서브-구조체에 관련된 제2 음의 고차 회절 필드의 제2 상대적 위상으로부터
    상기 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서브-구조체 각각은 격자 쌍들을 포함하며, 각 격자는 피치(p)를 갖고, 상기 제1의 공지된 관심 대상 특성 바이어스는 p/2를 포함하며, 상기 제2 서브-구조체는 관심 대상 특성 바이어스를 갖지 않는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여는
    상기 제1 양의 고차 회절 필드 및 상기 제2 음의 고차 회절 필드의 제3 상대적 위상; 및
    상기 제1 음의 고차 회절 필드 및 상기 제2 양의 고차 회절 필드의 제4 상대적 위상으로부터 더 결정되는 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공지된 기준 필드에 기초하여 상기 상대적 위상 정보를 얻기 위해 상기 더 높은 회절 차수의 홀로 그래픽 현미경 측정을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대적 위상 정보를 얻기 위해 상기 고차 회절 차수의 세기 측정으로부터 위상 회복 결정을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 동일한 고차 회절 차수의 전계가 검출 전에 간섭하는 것을 보장하기 위하여 상기 제1 서브-구조체와 상기 제2 서브-구조체는 서로에 대해 충분히 근접하게 위치되는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 중간 필드가 상기 제1 서브-구조체 및 상기 제2 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 부가적인 구조체를 상기 기판 상에 제공하는 것; 또는
    적어도 하나의 제1 중간 필드가 상기 제1 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 하나의 제1 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 제1 부가적인 구조체를 상기 기판 상에 제공하는 것 및 적어도 하나의 제2 중간 필드가 상기 제2 서브-구조체로부터 회절된 더 높은 회절 차수의 전계를 방해하도록 적어도 하나의 제2 중간 필드를 생성하기 위해 적어도 하나의 제2 부가적인 구조체를 상기 기판 상에 제공하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 위상 회복은,
    검출 평면에서 위상 및 진폭에 대한 모델링된 값을 얻기 위해 산란 방사선에 미치는 입사 조명 방사선과 상기 구조체 간의 상호 작용의 영향을 모델링하는 것; 및
    모델링된 세기와 검출된 것과 같은 세기 측정 간의 차이를 최소화하기 위해 모델링된 것과 같은 전계의 위상 및 진폭을 최적화하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관심 대상 특성은 오버레이 또는 배치 오차를 포함하는 방법.
  14. 비-일시적 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 프로그램은 프로세서가 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법의 수행를 야기하도록 하는 기계-판독 가능한 명령을 포함하는, 비-일시적 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  15. 검사 장치에 있어서,
    구조체를 포함하는 기판을 유지하기 위한 기판 홀더;
    조명 방사선을 상기 구조체로 투영하기 위한 투영 광학계;
    상기 구조체에 의해 산란된 후에 상기 조명 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및
    상기 구조체에 의하여 산란될 때, 조명 방사선의 위상 변화 기여에 미치는 관심 대상 특성의 영향으로부터 상기 구조체와 관련된 관심 대상 특성에 대한 값을 계산, 및
    산란된 방사선의 전계의 진폭과 위상을 결정하는 것으로부터 상기 관심 대상 특성에 의해 유도된 상기 위상 변화 기여를 결정
    하도록 작동 가능한 프로세서
    를 포함하고,
    적어도 결정된 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여로부터 관심 대상 특성에 대한 값을 계산하고, 상기 산란된 방사선의 전계 내에 포함된 대응하는 고차 회절 차수 쌍의 회절 차수와 관련된 진폭과 위상의 결정으로부터 상기 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여를 결정하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
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