KR102604928B1 - 구조체 및 연관된 장치의 검사를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
타겟 구조체로부터 오버레이 메트릭을 결정하기 위한 방법은 대칭 성분을 포함하는 타겟 구조체의 측정에 관련되는 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어가 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 결정되고, 그로부터 오버레이 메트릭이 결정된다. 이러한 방법은, 노광된 피쳐를 층의 마스킹된 구역 및 마스킹되지 않은 구역을 규정하는 마스크를 포함하는 마스킹된 층 상에 노광함으로써, 노광된 피쳐의 제 1 부분이 상기 층의 마스킹된 구역 상에 노광되고 노광된 피쳐의 제 2 부분이 상기 층의 마스킹되지 않은 구역 상에 노광되게 하는 단계 - 상기 제 2 부분에 대한 상기 제 1 부분의 크기는 오버레이 의존적임 -; 및 에칭된 피쳐를 형성하도록 에칭 스텝을 수행하는 단계 - 상기 에칭된 피쳐는 상기 노광된 피쳐의 상기 제 2 부분에 대응함 -를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018 년 10 월 18 일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 번호 18201147.8의 우선권을 주장한다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 장치의 오버레이 성능을 평가하기 위한, 미세 구조체의 계측에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트) 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스테퍼, 및 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캔하는 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반-평행하게 기판을 스캔함으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 프로세스를 모니터링하기 위해서, 패터닝된 기판의 파라미터, 예를 들어 그 안에 또는 그 위에 형성된 연속되는 층들 사이의 오버레이 에러를 측정할 필요가 있다. 리소그래피 공정으로 형성된 미세 구조물의 측정을 행하기 위한 다양한 기술이 있으며, 이들 기술에는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 다양한 특수 기기를 사용하는 것이 포함된다. 특수 검사 기기의 일 형태는, 방사선의 빔이 기판의 표면 상의 타겟으로 지향되고 산란빔 또는 반사빔의 특성이 측정되는 산란계(scatterometer)이다. 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 결정할 수 있다. 이것은 예컨대 반사 빔을 공지의 기판 특성과 연계된 공지의 측정치의 라이브러리에 저장된 데이터와 비교함으로써 행해질 수 있다. 두 가지 주요 유형의 산란계가 알려져 있다. 분광 산란계(spectroscopic scatterometer)는 광대역 방사선 빔을 기판 상으로 지향시키고 특정한 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(예컨대, 파장을 함수로 하는 세기)을 측정한다. 각도 분해 산란계(angularly resolved scatterometer)는 단색성 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 이용하고, 산란된 방사선의 세기를 각도를 함수로 하여 측정한다.
측정되는 구조체의 크기 때문에, 이러한 산란계는 구조체의 치수(예를 들어, 오버레이, 임계 치수(CD) 또는 에지 배치 오차(EPE))를 직접적으로 측정할 수 없다. 그 대신에, 이러한 치수 측정은 통상적으로 재구성 기법을 사용하여 이루어진다. 이러한 재구성 기법은, 관측된 데이터가 가능한 물리적 상황에 매칭되는, 역산란이라는 총괄적인 명칭으로 알려진 문제점들의 그룹을 겪게 된다. 목표는, 관측된 데이터가 얻어지게 하는, 가장 가까운 물리적 상황을 찾는 것이다. 산란측정의 경우, 전자기 이론(맥스웰의 방정식)은 주어진 물리적 상황에 대한 측정된(산란된) 데이터가 어떤 것이 될지가 예측될 수 있게 한다. 이것은 순방향 산란 문제라고 불린다. 이제 역산란 문제는, 실제 측정된 데이터에 대응하는 적합한 물리적 상황을 찾는 것인데, 이것은 통상적으로는 고도로 비선형인 문제이다. 이러한 역산란 문제를 해결하기 위하여, 많은 순방향 산란 문제를 사용하는 비선형 솔버가 사용된다. 재구성을 위한 공지된 접근법에서, 비선형 문제는 다음 세 가지 요소에 대해서 발견된다:
- 측정된 데이터 및, 예를 들어 가우스-뉴턴 방법 또는 유사한 숫자 알고리즘에 의해 추정된 산란 셋업으로부터 계산되는 데이터 사이의 차이의 최소화;
- 산란 셋업에서의 파라미터화된 형상, 예를 들어 콘택 홀의 반경 및 높이;
- 파라미터가 업데이트될 때마다, 순방향 문제의 솔루션(예를 들어 계산된 반사 계수)의 충분히 높은 정확도.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 타겟 구조체로부터 오버레이 메트릭을 결정하기 위한 방법으로서, 상기 타겟 구조체의 측정에 관련되는 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계 - 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터는 대칭 성분을 포함함 -; 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계; 및 상기 컨투어로부터 상기 오버레이 메트릭을 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법이 제공된다.
이러한 방법은, 기판 상에 타겟 구조체를 형성하는 방법으로서, 노광된 피쳐를 층의 마스킹된 구역 및 마스킹되지 않은 구역을 규정하는 마스크를 포함하는 마스킹된 층 상에 노광함으로써, 노광된 피쳐의 제 1 부분이 상기 층의 마스킹된 구역 상에 노광되고 노광된 피쳐의 제 2 부분이 상기 층의 마스킹되지 않은 구역 상에 노광되게 하는 단계 - 상기 제 2 부분에 대한 상기 제 1 부분의 크기는 오버레이 의존적임 -; 및 에칭된 피쳐를 형성하도록 에칭 스텝을 수행하는 단계 - 상기 에칭된 피쳐는 상기 노광된 피쳐의 상기 제 2 부분에 대응함 -를 포함하는, 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 검사 장치로서, 기판 위의 구조체 상에 측정 방사선을 투영하기 위한 투영 광학기; 상기 구조체에 의한 상기 측정 방사선의 산란으로부터 기인하는 측정된 응답을 획득하도록 동작가능한 검출 장치; 및 프로세서를 포함하고, 상기 검사 장치는 제 1 양태에 따른 방법을 수행하도록 동작가능한, 검사 장치가 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 리소그래피 노광 장치를 포함하는 제조 장치가 제공되는데, 상기 리소그래피 노광 장치는 노광 조명을 제공하기 위한 조명 소스; 상기 노광 조명을 패터닝하는 패터닝 디바이스를 홀딩하기 위한 레티클 스테이지; 및 기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지를 포함하고, 상기 리소그래피 노광 장치는 제 2 양태의 노광 단계를 수행하도록 동작가능하다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되는데, 이러한 명령은 하나 이상의 프로세서가 제 1 양태에 따른 방법을 수행하게 한다.
본 발명의 다른 특징과 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.
본 명세서에 통합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명을 도시하며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 이론을 설명하고 당업자가 본 발명을 생산하고 사용하도록 하는데 더욱 기여한다.
도 1은 리소그래피 장치를 묘사한다;
도 2는 리소그래피 장치 셀 또는 클러스터를 묘사한다;
도 3은 제 1 산란계를 묘사한다;
도 4는 제 2 산란계를 묘사한다;
도 5는 산란계 측정으로부터 구조체를 재구성하기 위하여 본 발명의 일 실시예를 사용하는 제 1 예시 프로세스를 도시한다;
도 6은 산란계 측정으로부터 구조체를 재구성하기 위하여 본 발명의 일 실시예를 사용하는 제 2 예시 프로세스를 도시한다;
도 7은 (a) 비아를 노광하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 비아를 에칭하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8은 (a) 본 발명의 제 1 실시형태에 따라서, 비아를 노광하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 본 발명의 제 1 실시형태에 따라서, 비아를 에칭하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다;
도 9의 (a) 내지 (c)는 도 8에서 도시되는 단계들에 의해 형성된 타겟의 세부 사항을, 세 개의 상이한 오버레이 값에 대해서 각각 개략적으로 도시한다.
도 10은 (a) 본 발명의 제 2 실시형태에 따라서, 비아를 노광하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 본 발명의 제 2 실시형태에 따라서, 비아를 에칭하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 피처 및 장점은 도면과 함께 아래에서 진술되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것인데, 도면에서 유사한 참조 기호는 전체적으로 대응하는 요소들을 식별한다. 도면에서, 유사한 부재 번호는 동일하고 기능적으로 유사하며, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 일반적으로 표시한다. 도면에서 제일 먼저 나타나는 엘리먼트는 대응하는 참조 번호에서 첫 번째 숫자(들)에 의하여 표시된다.
도 1은 리소그래피 장치를 묘사한다;
도 2는 리소그래피 장치 셀 또는 클러스터를 묘사한다;
도 3은 제 1 산란계를 묘사한다;
도 4는 제 2 산란계를 묘사한다;
도 5는 산란계 측정으로부터 구조체를 재구성하기 위하여 본 발명의 일 실시예를 사용하는 제 1 예시 프로세스를 도시한다;
도 6은 산란계 측정으로부터 구조체를 재구성하기 위하여 본 발명의 일 실시예를 사용하는 제 2 예시 프로세스를 도시한다;
도 7은 (a) 비아를 노광하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 비아를 에칭하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8은 (a) 본 발명의 제 1 실시형태에 따라서, 비아를 노광하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 본 발명의 제 1 실시형태에 따라서, 비아를 에칭하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다;
도 9의 (a) 내지 (c)는 도 8에서 도시되는 단계들에 의해 형성된 타겟의 세부 사항을, 세 개의 상이한 오버레이 값에 대해서 각각 개략적으로 도시한다.
도 10은 (a) 본 발명의 제 2 실시형태에 따라서, 비아를 노광하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 1 단계 및 (b) 본 발명의 제 2 실시형태에 따라서, 비아를 에칭하여 타겟을 형성하기 위한 자기-정렬된 BEOL 프로세스의 제 2 단계를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 피처 및 장점은 도면과 함께 아래에서 진술되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것인데, 도면에서 유사한 참조 기호는 전체적으로 대응하는 요소들을 식별한다. 도면에서, 유사한 부재 번호는 동일하고 기능적으로 유사하며, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 일반적으로 표시한다. 도면에서 제일 먼저 나타나는 엘리먼트는 대응하는 참조 번호에서 첫 번째 숫자(들)에 의하여 표시된다.
이러한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 본 명세서의 피쳐를 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 본 발명을 단지 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의하여 정의된다.
설명된 실시예(들) 및 명세서에서, "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등에 대한 언급은 기술된 실시예(들)가 특정 요소, 구조, 또는 특징을 포함할 수 있지만, 각각의 실시예가 이러한 특정 요소, 구조, 또는 특징을 반드시 포함하지 않을 수도 있음을 뜻한다. 더욱이, 이러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 나아가, 특정 요소, 구조, 또는 특징이 실시예와 관련하여 기술될 때, 명시적으로 기술되든 아니든, 다른 실시예와 관련하여 이러한 요소, 구조, 또는 특징을 구현하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 속한다고 이해된다.
본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 또한 머신-판독가능 매체 상에 저장되는 명령으로서 구현될 수도 있고, 이들은 하나 이상의 프로세서에 의하여 판독되고 실행될 수도 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 머신-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기적 디스크 스토리지 미디어; 광학적 스토리지 미디어; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향학적이거나 다른 형태의 전파된 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호, 등), 및 다른 것들을 포함할 수도 있다. 더 나아가, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 본 명세서에서 특정 동작들을 수행하고 있는 것으로 설명될 수도 있다. 그러나, 이러한 설명들이 단지 편의를 위한 것이라는 것과 이러한 동작들이 사실상 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 다른 디바이스로부터 초래된다는 것이 인정되어야 한다.
그러나, 이러한 실시예를 좀 더 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수도 있는 일 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광학 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전기식 또는 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지, 즉 이의 무게를 지탱한다. 이것은 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 지지 구조체는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가 예를 들어, 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 모든 사용은 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 시프트 피쳐(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피쳐(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과식 또는 반사식일 수 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에 잘 알려져 있으며, 이진, 교번 위상-시프트, 감쇄 위상-시프트, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
도시된 것처럼, 장치는 투과식이다(예를 들어, 투과식 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사식 타입(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 유형의 것일 수 있다. 그러한 "다중 스테이지" 머신에서, 부가적인 테이블은 병렬적으로 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 테이블들이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 하나 이상의 테이블 상에 준비 단계들이 수행될 수 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 침지액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 도포될 수 있다. 침지 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사원(SO)으로부터 수광한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우들에서, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)는 조절될 수 있다. 부가적으로, 조명기(IL)는 집속기(integrator; IN) 및 집광기(condenser; CO)와 같은 다양한 다른 성분들을 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PL)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제 1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 정밀 위치 설정)을 이용하여 실현될 수도 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제 2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수도 있다. 스테퍼의 경우(스캐너에 반대됨), 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다.
3. 다른 모드에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 마스크 테이블(MT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스화된(pulsed) 방사선 소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WT)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하고, 이는 또한 기판 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 침착시키기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 에러, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 검사가 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 스트리핑되고 재작업(rework) 되며 - 수율을 개선하기 위하여 - 또는 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟부에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟부에만 추가의 노광이 수행될 수 있다.
기판의 특성, 및 구체적으로 상이한 기판의 특성 또는 동일 기판의 상이한 층의 특성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 가장 신속한 측정을 할 수 있기 위해서는, 검사 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)이 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 이 경우 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간에 단지 매우 작은 굴절률차가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광 후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하며, 그 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나가 제거된다. 후자의 가능성은 오류가 있는 기판의 재작업에 대한 가능성은 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수도 있는 산란계를 묘사한다. 이것은 방사선을 기판(W) 상에 투영하는 브로드밴드(백색 광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 분광계 검출기(4)에 통과되며, 이것은 정반사(specular reflected) 방사선의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서의 세기)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 통상적으로 엄밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis; RCWA) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 3의 하단에 도시한 바와 같은 시물레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 구조 또는 프로파일이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수도 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 그 구조의 전반적인 형태가 알려져 있으며 일부 파라미터는 이 구조를 제조하는 프로세스에 대한 정보로부터 가정되어, 이 구조의 소수의 파라미터만이 산란측정 데이터(scatterometry data)로부터 결정되도록 남게 된다. 이러한 산란계는 수직 입사(normal-incidence) 산란계 또는 경사 입사(oblique-incidence) 산란계로서 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용될 수도 있는 다른 산란계가 도 4에 도시된다. 이 장치에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 간섭 필터(13) 및 편광기(polarizer)(17)를 통하여 집속되고, 부분 반사 표면(16)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 약 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 약 0.95의 높은 개구수(애퍼쳐; NA)를 가지는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상에 포커스된다. 액침 산란계는 심지어 1 이 넘는 개구수의 렌즈를 가질 수도 있다. 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위하여, 반사된 방사선은 이제 부분 반사 표면(16)을 통해 검출기(18)로 투과한다. 검출기는 대물 렌즈(15)의 초점 거리(focal length)에 위치하는 역-투영 퓨필 평면(back-projected pupil plane)(11) 내에 배치될 수 있지만, 퓨필 평면은 보조 광학 장치(미도시)에 의해 검출기에 재결상될(re-imaged) 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정하고, 각도 위치가 방사선의 방위각을 정하는 평면이다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2차원 검출기인 것이 바람직하다. 검출기(18)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수도 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 사용할 수도 있다.
입사 방사선의 세기를 측정하기 위해, 예를 들어 기준 빔이 이용되는 경우가 있다. 이를 위해, 방사선 빔이 빔 스플리터(16)에 입사될 때, 방사선 빔의 일부가 빔 스플리터를 투과하여 기준 빔으로서 기준 미러(14)를 향하게 된다. 레퍼런스 빔은 그 후 동일한 검출기(18)의 상이한 부분에 투영된다.
일례를 들면 405~790 nm 또는 그보다 낮은 200~300 nm와 같은 범위의 대상 파장을 선택하기 위해 간섭 필터(13)의 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다.
검출기(18)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란 광의 세기를 측정할 수도 있고, 여러 파장에서의 세기를 별도로 측정할 수도 있으며, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수도 있다. 또한, 검출기는 횡자기 편광광(transverse magnetic-polarized light) 및 횡전기 편광광(transverse electric-polarized light)의 세기, 및/또는 횡자기 편광광과 횡전기 편광광 간의 위상차를 별도로 측정할 수도 있다.
광대역 광원(즉, 넓은 범위의 광 주파수 또는 파장을 갖고 또한 그에 따라 넓은 범위의 컬러를 갖는 광원)을 이용하는 것이 가능하며, 이것은 커다란 에텐듀(large etendue)를 제공함으로써 복수의 파장들의 혼합(mixing)을 가능하게 한다. 광대역에서의 복수의 파장은 각각 Δλ의 대역폭 및 적어도 2ㆍΔλ(즉, 대역폭의 2배)의 간격을 갖는 것이 바람직하다. 방사선의 몇몇 "소스"는 광섬유 번들을 이용하여 분할된, 연장된 방사선 소스의 상이한 부분일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해 산란 스펙트럼(angle resolved scatter spectra)이 복수의 파장에서 병렬로 측정될 수 있다. 3-D 스펙트럼(파장과 2개의 상이한 각도)이 측정될 수 있으며, 이 3-D 스펙트럼은 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 담고 있다. 이것은 더 많은 정보가 측정될 수 있도록 하여, 계측 프로세스 견실성(metrology process robustness)을 증가시킨다. 이것은 유럽 특허 번호 제 1,628,164A 호에 더욱 상세하게 설명되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(30)은 격자일 수도 있으며, 이 1-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 바들은 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 이러한 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)에서의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 그리고 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자에서의 변동(variation)에서 명백하게 드러날 것이다. 이에 따라, 프린트된 격자의 산란 데이터가 격자를 재구성하는데 이용된다. 인쇄 단계 및/또는 다른 산란 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터가 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
모델링
계측에 있어서의 정밀(rigorous) 광학적 회절 이론의 목적은, 타겟으로부터 반사되는 회절 스펙트럼을 효과적으로 계산하는 것이다. 타겟은, 측정을 위해서 의도적으로 제공되거나(예를 들어, 격자) 또는 측정이 필요한 실제 디바이스 구조체인 임의의 타겟일 수 있다. 타겟 형상 정보가 CD(임계 치수) 균일성 및 오버레이 계측에 대해서 획득된다. 오버레이 계측은, 기판 상의 두 개의 층들이 정렬되는지 아닌지 여부를 결정하기 위하여 두 개의 타겟의 오버레이가 측정되는 측정 시스템이다. CD 균일성은 단순히, 리소그래피 장치의 노광 시스템이 어떻게 동작하고 있는지를 결정하기 위한, 스펙트럼에 있는 격자의 균일성의 측정이다. 구체적으로 설명하면, CD 또는 임계 치수는 기판에 "기록된(written)" 대상물의 폭이고, 리소그래피 장치가 기판에 물리적으로 기록할 수 있는 한계이다. 다른 메트릭인 에지 배치 오차(EPE)는 본질적으로 오버레이 및 CD의 조합이다.
위에서 설명된 산란계들 중 하나를 타겟(30)과 같은 타겟 구조체 및 그것의 회절 특성의 모델링과 조합하여 사용하면, 구조체의 형상 및 다른 파라미터들의 측정이 여러 방법으로 수행될 수 있다. 도 5에 의해 표현되는 제 1 타입의 프로세스에서, 타겟 형상(제 1 후보 구조체)의 제 1 추정에 기초한 회절 패턴이 계산되고 관찰된 회절 패턴과 비교된다. 그러면 모델의 파라미터는 체계적으로 변경되고 회절이 일련의 반복 과정에서 재계산되어, 새로운 후보 구조체를 생성하고, 따라서 최선의 근사(fit)에 도달하게 된다. 도 6에 표현되는 제 2 타입의 프로세스에서, 많은 그 외의 후보 구조체들에 대한 회절 스펙트럼들이 사전에 계산되어 회절 스펙트럼들의 '라이브러리'를 생성한다. 그러면, 측정 타겟으로부터 관찰된 회절 패턴이 계산된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교되어 최선의 맞춤을 찾아낸다. 양자 모두의 방법이 함께 사용될 수 있다: 라이브러리로부터 개략적 근사(coarse fit)가 사용된 후에 최선의 근사를 찾아내기 위하여 반복 프로세스가 사용된다.
도 5를 좀 더 상세하게 참조하면, 타겟 형상 및/또는 재료 특성의 측정이 수행되는 방식이 요약되어 설명될 것이다. 이러한 설명에서 타겟은 1-차원의(1-D) 구조체인 것으로 가정될 것이다. 실제로 이것은 2-차원 또는 3-차원일 수도 있고, 처리는 이에 상응하여 적응될 것이다.
단계 502에서, 기판 상의 실제 타겟의 응답, 특히 회절 패턴은, 전술된 것들과 같은 산란계를 사용하여 측정된다. 이러한 측정된 회절 패턴은 컴퓨터와 같은 계산 시스템으로 전달된다. 계산 시스템은 위에 언급된 처리 유닛(PU)일 수도 있고, 또는 별개의 장치일 수도 있다.
단계 503에서, 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 다수 개의 파라미터 pi(p1, p2, p3 및 기타 등등)에 대하여 규정하는 '모델 레시피'가 구축된다. 이러한 파라미터는, 예를 들어 1-D 주기적 구조체에서, 측벽의 각도, 피쳐의 높이 또는 깊이, 피쳐의 폭을 나타낼 수 있다. 타겟 재료 및 하지층(underlying layers)의 특성들도 굴절률(산란측정 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에서의 굴절률)과 같은 파라미터에 의하여 표현된다. 특정한 예들이 아래에 제공될 것이다. 타겟 구조체가 자신의 형상 및 재료 특성을 기술하는 수 십 개의 파라미터에 의하여 규정될 수도 있지만, 모델 레시피는 후속하는 프로세스 단계의 목적을 위하여 이들 중 많은 것들이 고정된 값을 가지는 반면에 다른 것들은 변수 또는 '유동(floating') 파라미터라고 규정할 것이라는 점이 중요하다. 도 5를 설명하기 위하여, 가변 파라미터만이 파라미터 pi로서 고려된다.
단계 504에서: 모델 타겟 형상은 부동 파라미터에 대한 초기 값 pi (0)(즉, p1 (0), p2 (0), p3 (0) 등)을 설정함으로써 추정된다. 각각의 부동 파라미터는 레시피에서 규정되는 바와 같이 특정한 미리 결정된 범위 안에서 생성될 것이다.
단계 506에서, 추정된 형상을 나타내는 파라미터와 함께 모델의 상이한 요소의 광학적 특성이, 예를 들어 RCWA와 같은 정밀 광학적 회절 방법 또는 맥스웰 방정식의 임의의 다른 솔버(solver)를 사용하여 산란 특성을 계산하기 위하여 사용된다. 그러면 추정된 타겟 형상의 추정된 회절 패턴 또는 모델 회절 패턴이 얻게 된다.
508 및 510에서, 그러면 측정된 반사 패턴과 모델 반사 패턴이 비교되고, 그들의 유사성 및 차분이 해당 모델 타겟 형상에 대한 "메리트 함수"를 계산하기 위하여 사용된다.
단계 512에서, 모델이 실제 타겟 형상을 정확하게 나타내기 이전에 개선될 필요가 있다고 메리트 함수가 표시한다고 가정하면, 새로운 파라미터 p1 (1), p2 (1), p3 (1) 등이 추정되고 단계 506으로 반복적으로 피드백된다. 단계 506 내지 512가 반복된다.
검색을 지원하기 위하여, 단계 506에서의 계산은 메리트 함수의 편도함수를 더 생성할 수도 있는데, 이것은 증가하거나 감소하는 파라미터가 파라미터 공간 내의 이러한 특정 영역에서 메리트 함수를 얼마나 민감하게 증가 또는 감소시킬 것인지를 표시한다. 메리트 함수의 계산과 도함수를 사용하는 것은 당업계에 공지되며, 여기에서 자세하게 설명되지 않을 것이다.
단계 514에서, 메리트 함수가 이러한 반복 프로세스가 원하는 정확도로 어떤 솔루션으로 수렴된다는 것을 나타내면, 현재의 추정된 파라미터가 실제 타겟 구조체의 측정으로서 보고된다.
이러한 반복적 프로세스의 계산 시간은 사용되는 순방향 회절 모델에 의하여, 즉 추정된 타겟 구조체로부터 정밀 광학적 회절 이론을 사용하여 추정된 모델 회절 패턴을 계산하는 것에 의하여 주로 결정된다. 더 많은 파라미터가 요구된다면, 더 많은 자유도가 있게 된다(이러한 콘텍스트에서 "파라미터"(자유도)는 맥스웰 솔버의 내부에 있고, 위의 단계들에서 기술된 모델 파라미터와 다르고 통상적으로는 이들보다 더 많다는 것에 주의한다). 이론적으로 계산 시간은 자유도의 수의 멱(power)에 따라 증가한다.
506에서 계산된 추정되거나 모델링된 회절 패턴(또는 좀 더 일반적으로는, 응답)은 다양한 형태로 표현될 수 있다. 계산된 패턴이 단계 510에서 생성된 측정된 패턴과 동일한 형태로 표시된다면 비교하는 동작은 단순화된다. 예를 들어, 모델링된 스펙트럼은 도 3의 장치에 의하여 측정된 스펙트럼과 용이하게 비교될 수 있다; 모델링된 퓨필 패턴은 도 4의 장치에 의하여 측정된 퓨필 패턴과 용이하게 비교될 수 있다.
도 5로부터 시작되는 이러한 설명 전체에 걸쳐서, 도 4의 산란계가 사용된다는 가정과 함께 '회절 패턴'이라는 용어가 사용될 것이다. 당업자는 이러한 교시 내용을 상이한 타입의 산란계들에, 또는 심지어 다른 타입의 측정 기구에 용이하게 적응시킬 수 있다.
도 6은 상이한 추정된 타겟 형상(후보 구조체)에 대한 복수 개의 모델 회절 패턴이 사전에 계산되고, 실제 측정치와 비교되기 위해서 라이브러리 내에 저장되는 대안적인 예시적 프로세스를 예시한다. 내재된 원리 및 용어는 도 5의 프로세스에 대해서와 같다. 도 6의 프로세스의 단계들은 다음이다:
단계 602에서, 라이브러리를 생성하는 프로세스가 수행된다. 타겟 구조체의 각각의 타입에 대해서 별개의 라이브러리가 생성될 수 있다. 라이브러리는 필요에 따라서 측정 장치의 사용자에 의해서 생성될 수 있고, 또는 장치의 공급자에 의해서 미리 생성될 수 있다.
단계 603에서, 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 다수 개의 파라미터 pi(p1, p2, p3 및 기타 등등)에 대하여 규정하는 '모델 레시피'가 구축된다. 고려사항들은 반복적 프로세스의 단계 503 에서에서의 고려사항들과 유사하다.
단계 604에서, 제 1 세트의 파라미터 p1 (0), p2 (0), p3 (0) 등이, 예를 들어 각각이 값들의 그 기대된 범위 안에 있는 모든 파라미터의 랜덤 값을 생성함으로써 생성된다.
단계 606에서, 모델 회절 패턴이 계산되고 라이브러리 내에 저장되는데, 이것은 파라미터들에 의해서 표현되는 타겟 형상으로부터 기대되는 회절 패턴을 나타낸다.
단계 608에서, 새로운 세트의 파라미터 p1 (1), p2 (1), p3 (1) 등이 생성된다. 단계 606-608은, 모든 저장된 모델링된 회절 패턴을 포함하는 라이브러리가 충분히 완성되도록 판정(judged)될 때까지 수 십 회, 수 백 회, 또는 심지어는 수 천 회 반복된다. 각각의 저장된 패턴은 다차원 파라미터 공간 내의 샘플 포인트를 나타낸다. 라이브러리 내의 샘플은, 임의의 실수 회절 패턴이 충분히 가깝게 표현되도록 충분한 밀도로 샘플 공간을 파퓰레이션하여야 한다(populate).
단계 610에서, 라이브러리가 생성된 이후에(생성되기 이전일 수도 있음), 실제 타겟(30)은 산란계 내에 배치되고 그 회절 패턴이 측정된다.
단계 612에서, 최선의 매칭 패턴을 찾기 위해서, 측정된 패턴은 라이브러리 내에 저장된 모델링된 패턴과 비교된다. 이러한 비교는 라이브러리 내의 모든 샘플로 수행될 수 있고, 또는 더 체계적인 검색 전략이 채용되어 계산 부담을 줄일 수도 있다.
단계 614에서, 매칭이 발견되면, 매칭 라이브러리 패턴을 생성하도록 사용되는 추정된 타겟 형상이 대략적인(approximate) 대상물 구조체인 것으로 결정될 수 있다. 이러한 매칭 샘플에 대응하는 형상 파라미터가 측정된 형상 파라미터로서 출력된다. 매칭 프로세스는 모델 회절 신호에 직접적으로 수행될 수 있고, 또는 고속 평가를 위해서 최적화된 치환 모델에 수행될 수도 있다.
선택적으로, 단계 616에서, 가장 가까운 매칭 샘플이 시작점으로서 사용되고, 보고를 위한 최종 파라미터를 획득하기 위해서 정제 프로세스가 사용된다. 이러한 정제 프로세스는, 예를 들어 도 5에 도시되는 것과 매우 유사한 반복 프로세스를 포함할 수 있다.
이제, 오버레이 메트릭의 측정을 위한 방법이 설명될 것이다. 이러한 콘텍스트에서 오버레이 메트릭은, 오버레이 자체(층들 사이의 상대적인 위치 오차의 측정치) 및/또는 에지 배치 오차(EPE)와 같은 관련된/유도된 메트릭을 포함할 수 있다. EPE는 패터닝 프로세스에 의해 생성되는 구조체의 에지의 위치가 달라지게 한다. 일 실시형태에서, EPE는 오버레이 값으로부터 유도된다. 일 실시형태에서, EPE는 오버레이 값 및 CD 값의 조합으로부터 유도된다. 일 실시예에서, 에지 배치는 오버레이 값, CD 값 및 국지적 변동(예를 들어, 개개의 구조체의 에지 거칠기, 형상 비대칭 등)에 대응하는 값의 조합으로부터 유도된다. 일 실시예에서, EPE는 결합된 오버레이 및 CD 오차들의 극단 값(예를 들어, 3 개의 표준 편차, 즉 3σ)을 포함한다. 일 실시예에서, 구조체를 생성하는 것을 수반하고, 구조체에 상대적인 패터닝 프로세스에 의해 제공된 패턴의 에칭을 통하여 구조체의 일부를 제거함으로써 구조체를 "절삭(cutting)"하는 것을 수반하는 다중-패터닝 프로세스에서는, EPE가 다음 형태를 가지는데(또는 다음 항들 중 하나 이상을 포함한다):
여기에서 σ는 표준 편차이고, 는 오버레이의 표준 편차에 대응하며, 는 패터닝 프로세스에서 생성된 구조체의 임계 치수 균일성(CDU)의 표준 편차에 대응하고, 는 존재한다면 패터닝 프로세스에서 생성된 절삭부의 임계 치수 균일성(CDU)의 표준 편차에 대응하며, 는 광학 근접 효과(OPE) 및/또는 레퍼런스 CD에 대한 피치에서의 CD의 차이인 및/또는 근접성 바이어스 평균(PBA)의 표준 편차에 대응하고, 는 선 에지 거칠기(LER) 및/또는 국소 배치 오차(LPE)의 표준 편차에 대응한다. 위의 수식이 표준 편차에 관련되지만, 이것은 분산과 같은 다른 비견할만한 통계 방식으로 공식화될 수 있다.
현재로는, 오버레이 또는 EPE와 같은 유도된 오버레이 메트릭을 결정하기 위한 오버레이 계측이, 구조체에서의 비대칭을 측정하는 것과 측정된 비대칭으로부터 오버레이를 추론하는 것에 기반하여, 보통 수행된다. 전술된 바와 같이, 신속하고 비침투식인 형태의 특수 계측 툴은, 방사선의 빔이 기판면 상의 타겟 상으로 디렉팅되고 산란된(회절/반사된) 빔의 특성이 측정되는 것이다. 기판에 의해 산란된 방사선의 특성 중 하나 이상을 평가함으로써, 기판의 하나 이상의 특성이 결정될 수 있다. 이것은 회절-기초 계측이라고 명명될 수 있다. 이러한 회절-기초 계측의 하나의 적용예는 타겟 내에서의 피쳐 비대칭의 측정 분야이다. 예를 들어, 비대칭은 회절 스펙트럼의 반대 부분들을 비교함으로써(예를 들어, 주기적 격자의 회절 스펙트럼 내의 -1차 및 +1차를 비교함으로써) 측정될 수 있다. 이것은, 전술된 바와 같이 그리고 예를 들어 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 미국 특허 출원 공개 번호 US2006-066855에 기술된 바와 같이 간단하게 수행될 수 있다. 다른 방법은, 암시야 이미지에서, 예를 들어 이러한 이미지 내의 -1차의 +1차의 세기를 비교함으로써, 세기를 측정하는 것을 포함한다. 다른 오버레이 계측 기법은, 제품 분해능 구조체(격자 쌍이 아니라) 내의 구조체 비대칭의 측정에 기반하는데, 이것은 이제부터 ARO 계측(분해능상 오버레이(at-resolution overlay) 계측)이라고 불린다. ARO 계측은 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 출원 공개 번호 WO2017/149009에 기술된다. ARO 계측은 바이어스된 타겟을 요청하지 않는 재구성-기반 오버레이 계측이다. 본 명세서에서 설명되는 방법은 "비대칭 퓨필" 또는 비대칭 스펙트럼/세기 분포의 측정에 기반한다. 비대칭 퓨필은, 대칭적인 세기 분포 성분이 제거된 퓨필(퓨필 또는 푸리에 평면에서의 측정된 세기 분포)이다; 즉, 특정 퓨필 이미지 픽셀은 해당 특정 퓨필 이미지 픽셀에서의 세기로부터, 대칭으로 위치결정된 퓨필 이미지 픽셀을 제거함으로써, 그 반대로 제거함으로써 제거된 대칭적인 세기 분포 성분을 가질 수 있다.
이제, 이러한 기법들이 효과적이지만, 새로운 측정 기법, 그리고, 특히, 예를 들어 구조적 비대칭에서의 변경을 측정하는 것에 기반하지 않고, 대칭 구조체 내의 변화로부터 오버레이 메트릭을 유도할 수 있는 기법을 제공하는 것이 바람직하다. 일 실시형태에서, 이러한 방법은 퓨필의 대칭 성분을 제거하지 않고 전체 퓨필을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 대칭 성분을 버리지 않음으로써, 훨씬 강한 오버레이 메트릭 신호가 얻어진다.
일 실시형태에서, 측정되는 구조체가 대칭이어야 한다고 알려져 있는 경우, 잔차 비대칭 퓨필(비대칭 퓨필 성분)이 신호 내의 비대칭에 대한(미지의) 소스를 모델링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 새로운 모델은, 잠재적인 비-산출(non-yielding) 타겟들(즉, 비-산출 다이를 표시하는 타겟)을 찾기 위해서 전체 웨이퍼/타겟을 추론하기 위하여 사용될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 퓨필의 대칭 성분만이 사용됨으로써, 원치않는 비대칭을 제거하는 것일 수 있다(예를 들어, 전술된 바와 같이 유도된 비대칭 성분을 제거함으로써, 또는 균등한 방법에 의하여). 그러면 결과적으로 더 낮은 잔차를 가지는 더 용이한 수렴 모델이 얻어지게 된다.
이러한 방법은, 타겟 구조체로부터 반사된 및/또는 회절된 방사선(예를 들어, 0차 순서 및/또는 더 높은 회절 차수를 포함함)으로부터 얻어지는, 퓨필 (푸리에) 평면 내의 퓨필(각도 분해된 세기 및/또는 위상 분포)을 측정하는 것, 및 전술된 것들과 같은 재구성 기법(예를 들어, CD 계측에서 사용되는 것)을 사용하여 타겟 구조체의 기하학적 구조의 재구성을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 이러한 방법은 CD 및 오버레이의 결합된 결정(및, 따라서 EPE의 척도)을 제공할 것이다. 그러면, 통상적으로 오버레이 및 CD가 상이한 기법을 사용하여 별개로 측정되는 종래의 방법과 비교할 때 계측 속력 및 쓰루풋이 증가될 것이다.
이러한 접근법을 가능하게 하기 위하여, 오버레이 의존형 프로파일을 가지는 타겟 구조체가 기판 상에 형성되어야 하고, 그로부터 오버레이 메트릭이 추론될 수 있다. 오버레이 의존형 프로파일은 임의의 비대칭에 의존할 필요가 없고, 따라서 측정되는 오버레이의 방향에 대해서 대칭적일 수 있다.
오버레이 의존형 프로파일을 규정하기 위한 특정한 방법이 이제 설명될 것이다. 이러한 방법은 "자기-정렬된" 리소그래피 기법에 기반한다. 이러한 자기-정렬형 기법은 통상적으로 BEOL(back-end-of-line) 처리에서 현재 사용되지만, 하지만 이것으로 제한되는 것은 아니고, 예를 들어 트랜지스터 상에 게이트 콘택을 형성하기 위한 FEOL(front-end-of-line) 및/또는 MOL(middle-of-line) 처리, 또는 다른 집적 회로 제조 프로세스에 적용될 수 있다.
자기-정렬형 프로세스 흐름에서, 노광된 피쳐(에칭 이전) 내의 상대적으로 작은 편차가 결과적으로 에칭된 피쳐의 위치에 큰 변화를 초래하지 않도록, 예를 들어 피쳐 컨투어를 규정함으로써 타겟 구조체 또는 피쳐를 위치설정하는 것을 정렬하도록 돕기 위해서 에칭 선택도가 사용된다. 이와 같이, 에칭 단계는 피쳐가 층 내의 하드-마스크 또는 다른 피쳐(예컨대 결과적으로 얻어지는 금속 피쳐)에 대해서 자기-정렬되는 결과를 초래한다.
도 7은 BEOL 자기-정렬형 프로시저의 두 개의 단계를 개략적으로 보여주는 특정한 예를 예시한다. 이러한 도면은, (a) 그 위에 비아(720)가 노광된, 유전체 층(730) 상의 금속층을 형성하기 위한 하드-마스크 라인(700) 및 하드-마스크 블록(710); 및 (b) 유전체(730) 내에 비아(720')를 에칭하기 위한 에칭 단계 이후의 동일한 배열체를 도시한다. 일반적으로, 오버레이 및 CD는, 저항 및 궁극적으로는 디바이스 수율에 중요한 최종 비아 형상을 형성하는 데에 수반된다. 에칭 단계는 노광된 비아(720)를 유전체(730) 내에서만 에칭하고, 하드-마스크(700, 710)에는 에칭하지 않아서, 에칭된 비아(720')를 형성한다. 이러한 동작의 장점을 취하기 위하여, 노광된 비아(720)는 과다크기로 노광된다; 즉, 그들이 안으로 에칭되는 유전체(730)의 폭에 대해서 필요한 것보다 크게 노광된다. 이러한 이유 때문에, 에칭된 비아(720')의 형상 및 기능성에 크게 영향을 주지 않으면서, 하드-마스크 라인(700)에 대한 노광된 비아(720)의 Y 방향에 있어서, 노광된 비아의 형상/컨투어 또는 CD에 있어서, 위치(즉, 오버레이)의 변동을 위한 어느 정도의 마진 또는 범위가 존재한다는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 에칭된 비아(720')의 EPE는 노광된 비아(720) 내의 CD 또는 오버레이에 있어서의 변동에 대략적으로 탄력적이다.
도 8 및 도 9는, 퓨필의 대칭 성분을 사용하여 측정되고 오버레이 추출될 수 있는 분해능상 오버레이 타겟을 제공하는, 전술된 자기-정렬형 기법에 기반한 신규한 타겟 개념을 예시한다. 도 8의 배열체는 대략적으로 도 7의 배열체와 동일하고, (a) 그 위에 비아(820)가 노광된 유전체(830) 상의 하드-마스크 라인(800) 및 블록(810) 및 (b) 노광된 비아(820)를 유전체(830) 내에 에칭하여 에칭된 비아(820')를 얻기 위한 에칭 단계 이후의 동일한 배열체를 보여준다. 이러한 타겟 배열체와 도 7의 제품 배열체 사이의 차이점은, 타겟 배치구성물의 경우, 노광된 비아(820)의 위치 및 하드 마스크 라인(800) 사이에 Y 방향에서의 의도적인(deliberate) 오버레이 오프셋이 존재함으로써, 에칭된 비아(820')가 도 8의 (b)에 도시되는 것과 유사한 컨투어를 가지게 된다는 것이다. 오프셋은(오버레이 오차가 0이라고 가정함), 노광된 비아(들)(820)가 하나의 하드 마스크 라인(800)에만 접촉하고, 따라서 각각의 에칭된 비아(820')가 반원 형상을 포함하게 하는 것일 수 있다(물론, 이것은 실제 제품 구조체에는 매우 바람직하지 않은 것일 것이고, 따라서 오프셋은 계측 목적을 위한 전용 타겟 구역 내에서만 구현되어야 한다). 이와 같이, 오프셋은(오버레이가 없이), 에칭 단계가 노광된 비아의 대략 절반(예를 들어, 40% 초과, 45% 초과)을 제거하게 하는 것일 수 있다. 그러나, 이것은 오직 하나의 예이고, 다른 피쳐 형상 및 위치 오프셋도 가능하다.
이러한 타겟은 하나 이상의 타겟 구역(예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은 제품 구조체 중의 위치) 내에서 노광될 수 있고, 각각의 타겟 구역은 오직 하나, 또는 두 개 이상의 에칭된 비아(820')를 포함할 수 있다. 타겟이 두 개 이상의 에칭된 비아(820')를 포함하는 경우에는, 측정된 오버레이 메트릭이 각각의 에칭된 비아(820')에 대응하는 값의 평균(또는 다른 조합)을 포함할 수 있다. 타겟(820')이 동일하거나 유사한 피쳐 크기를 가질 것이고, 제품 구조체(720')와 동일한 피치가 측정을 위해서 사용될 것이라는 것이 인정될 수 있다. 이러한 작은 피쳐 크기에 기인하여, 현재의 산란계가 단일 피쳐(에칭된 비아)를 격리하여 측정할 수 없을 수 있다(장래의 산란계 또는 스캐닝 전자 현미경(SEM) 디바이스는 측정할 수 있을지 모르지만). 단일 피쳐 측정이 가능하지 않은 경우, 측정은 복수 개의 에칭된 비아(820')를 재구성하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 평균 또는 다른 대표 값이 오버레이, CD 또는 EPE 중 하나 이상의 결정을 위해서 사용될 수 있다. 이상치가 평균화 이전에 선택적으로 제거될 수 있다.
도 9는 (a) 제 1 Y 방향 오버레이 값, (b) 제 2 Y 방향 오버레이 값 및 (c) 제 3 Y 방향 오버레이 값에 대한, 노광된 비아(820) 및 대응하는 에칭된 비아(820')를 보여준다. 각각의 경우에, 노광된 비아(820) 및 금속층, 및 따라서 하드-마스크 라인(800) 사이의 Y 방향에서의 상대 위치는 동일하도록 의도되어(즉, 비아들은 동일한 의도적인 오프셋으로 노광됨), 도 9의 (a) 내지 (c)에 도시된 배열체들 사이의 차이가, 오직 오버레이 오차로부터, 및/또는 오버레이 메트릭 변동(예를 들어, EPE에서의 변동)으로부터 초래되게 한다. 각각의 경우에, 에칭된 비아(820')가 매우 다른 컨투어를 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 실시형태에 대하여, 컨투어가 Y 축 중심으로 본질적으로 대칭적이어서, 도 9의 (a), (b) 및 (c)에서의 컨투어 차가 비대칭에 큰 변화를 초래하지 않는다는 것을 알 수 있다.
산란측정 계측은 컨투어에서의 이러한 변화에 민감할 것이다. 특히, 그 대칭 성분을 포함하는(또는 이것만을 포함하는), 각도 분해된(퓨필 평면) 측정의(각도 분해된) 세기 및/또는 위상 분포 스펙트럼(퓨필)은 이러한 변화에 민감할 것이다. 이것은, 오버레이에 변화가 생기면, 피쳐 내의 천이만 초래하는 것이 아니라, 측정된 피쳐(비아(820'))의 컨투어 및/또는 CD에 실제로 변화가 생기게 되기 때문이다. 그러므로, 분포 스펙트럼으로부터 컨투어를 재구성하고, 재구성된 컨투어로부터 오버레이 메트릭을 유도하는 것이 제안된다. 일 실시형태에서, 이러한 재구성은 오버레이 및 CD를 유도하기 위하여, CD 및 컨투어 양자 모두를 재구성할 것이다(예를 들어, 동시에). 일 실시형태에서, 이러한 유도된 오버레이 및 CD가 EPE를 유도하기 위하여 사용된다(또는 EPE가 재구성된 컨투어로부터 직접적으로 유도된다). 컨투어의 재구성은, 도 5 및 도 6을 참조하여 전술된 방법들 중 임의의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 오버레이는 전술된 WO2017148982에 기술된 방법을 사용하여 분포 스펙트럼으로부터 추론될 수도 있지만, 분포 스펙트럼으로부터 대칭 성분을 제거하는 단계는 없다. 이러한 방법은 오버레이에 대한 픽셀의 감도에 따라서 측정 분포 내의 각각의 픽셀에 가중치를 결정하고 할당하는데, 픽셀들은 오버레이를 결정하기 위해서 가중치에 따라서 합산된다.
도 10은 제 2 BEOL 실시형태를 도시하는데, 이것은 Y 방향으로의 오버레이에 추가하여(또는 그 대신에) X 방향으로의 오버레이를 측정할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 이러한 실시형태는 CD, 및 따라서 EPE의 동시 측정을 가능하게 한다. 도 10의 배열체는 대략적으로 도 8의 배열체와 동일하고, (a) 그 위에 비아(1020)가 노광된 유전체(1030) 상의 하드-마스크 라인(1000) 및 하드-마스크 블록(1010) 및 (b) 노광된 비아(1020)를 유전체(1030) 내에 에칭하여 에칭된 비아(1020')를 얻기 위한 에칭 단계 이후의 동일한 배열체를 보여준다. 이러한 타겟 배열체와 도 8의 제품 배열체의 차이는, 비아(1020)가 금속층을 위한 하드-마스크 블록(1010)에 인접하고, 부분적으로 중첩하여 각각 노광된다는 것이다. 이러한 결과는, 에칭된 비아(1020')가 X(및 Y) 방향으로의 오버레이에 의존하는 컨투어를 가질 것이라는 것이 이해될 수 있다. 그러나, 이러한 실시형태에 따라서 형성된 타겟은 제품 구조체의 피치와 다른 피치를 가질 수 있다(제품 구조체와 동일한 피치를 가질 것인 도 8의 실시형태에 반대임).
추가적인 실시형태에서, 전용 타겟을 측정하는 대신에, 이러한 측정은 실제 제품 구조체 상에 수행될 수 있고, 예를 들어 타겟 구조체는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같은 실제 제품 구조체를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 작은 오버레이/CD 변동을 측정하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 그러나, 비아가 동작하지 않는 디바이스가 초래되게 하기에 충분히 큰 오버레이/CD 편차로 형성되었다면, 자기-정렬형 프로세스는 본 명세서에서 설명되는 방법을 사용하여 컨투어에 측정가능한 변화가 생기게 할 가능성이 있을 것이다.
BEOL 프로세스에서의 비아 형성의 특정한 콘텍스트에서의 전술된 방법의 장점은, 이것이 비아를 측정하기 위한인-라인 메트릭을 제공한다는 것이다. 현재에는, 추가적인 금속층을 형성하는 것을 포함하는 금속 피복(metallization) 단계 이후에 상호연결(비아 내에 형성됨)의 저항을 측정하기 위하여 전기적인 기법이 사용된다. 비아가 상호연결 저항을 결정하는 데 있어서 더 중요한 파라미터들 중 하나이기 때문에, 금속 피복 이전에인-라인 산란측정 방법을 사용하여 비아를 모니터링하는 능력이 있으면 매우 유용할 것이다. 추가적으로, 이러한 방법은 비아 형상의 비파괴적인, 에칭-이후 측정을 제공한다. 이러한 측정은 비아 CD 및 오버레이(및 따라서 EPE)를 동시에 추론하거나 재구성하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 정보는 스캐너 및/또는 식각기로부터 얻어지는 오버레이 및/또는 CD 기여도의 정정을 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 이것은 적절한 장치로 피드백될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 대상물의 대략적인 구조체를 재구성하기 위한 검사 장치를 제공하도록 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 프로세스 유닛(PU)에서, 명세서에서 설명되는 방법들을 구현함으로써 구현될 수도 있다. 또한, 이러한 계측이 산란계를 사용하여 설명되지만, 개시된 타겟 구조체는 임의의 다른 타입의 적절한 계측 디바이스(예를 들어, SEM)를 사용해서도 측정될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명되는 프로세서들은 구조체의 전자기 산란 특성을 계산하기 위한 머신-판독가능 명령들의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램의 제어 하에 동작할 수도 있는데, 이러한 명령들은 하나 이상의 프로세서가 본 명세서에서 설명되는 방법을 수행하게 하도록 적응된다.
비록 본문에서 IC의 제조에서 검사 장치를 사용하는 것에 대해서 특별히 언급하였지만, 본 명세서에서 설명되는 검사 장치는 다른 응용 분야, 예컨대 집적 광 시스템의 제조, 자기장 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판-패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드, 등을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는, 이러한 다른 응용예의 문맥에서, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 기판은, 예를 들어 트랙(통상적으로 레지스트 층을 기판에 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴 및/또는 검사 툴에서, 노광 전 또는 노광 후에 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위에서, 본 명세서에서의 개시물은 이러한 기판 처리 툴 및 다른 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수 있다.
전술된 본 발명의 실시형태에 따른 방법들은, 대상물의 대략적인 구조체를, 도 5 및 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이 방사선에 의한 대상물의 조명으로부터 초래되는 검출된 전자기 산란 속성, 예컨대 회절 패턴으로부터 재구성하기 위한 순방향 회절 모델에 포함될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 전술된 처리 유닛(PU)은 이러한 방법을 사용하여 대상물의 대략적인 구조체를 재구성하기 위하여 구성될 수 있다.
다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 기술된다:
1. 타겟 구조체로부터 오버레이 메트릭을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 타겟 구조체의 측정에 관련되는 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계 - 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터는 대칭 성분을 포함함 -;
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계; 및
상기 컨투어로부터 상기 오버레이 메트릭을 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계는,
상기 대칭 성분을 먼저 제거하지 않고, 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 컨투어를 결정하는 것을 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
3. 제 2 절에 있어서,
상기 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계는,
상기 타겟 구조체의 파라미터화된 기하학적 모델을 사용하여, 상기 타겟 구조체의 재구성을 수행하는 것을 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
4. 제 1 절 내지 제 3 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 오버레이 메트릭과 동시에, 상기 컨투어로부터 상기 피쳐의 임계 치수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
5. 제 1 절 내지 제 4 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 오버레이 메트릭은 오버레이 또는 에지 배치 오차를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터는, 에칭 단계에 후속하여 수행된 상기 타겟 구조체의 측정에 관련되는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
7. 제 6 절에 있어서,
상기 피쳐는,
상기 에칭 단계 도중의 에칭 선택도가 상기 컨투어를 상기 오버레이에 의존하여 규정하도록, 자기-정렬된 프로세스에 의해 형성된 피쳐를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
8. 제 6 절 또는 제 7 절에 있어서,
상기 피쳐는, 마스킹된 층에 대해 의도적인 오프셋을 두고 노광된 에칭된 비아인, 오버레이 메트릭 결정 방법.
9. 제 8 절에 있어서,
상기 의도적인 오프셋은,
오버레이가 없으면, 상기 노광된 비아의 대략 절반이 상기 에칭 단계 중에 제거되게 하는 것이고,
제거된 실제량은 오버레이에 의존하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계를 수행하도록, 산란측정 계측 스텝을 수행하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는 복수 개의 상기 피쳐를 포함하고,
상기 오버레이 메트릭은 개별 피쳐들 각각에 대해 결정된 오버레이 메트릭에 대한 개별 값들의 평균인, 오버레이 메트릭 결정 방법.
12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 비대칭 성분을 제거함으로써, 오직 상기 대칭 성분으로부터만 상기 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
13. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터 내의 비대칭 성분에 대한 원인을 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
14. 제 13 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 비대칭 성분에 대한 결정된 원인 안에서 수율 예측을 수행하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
15. 제 1 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 타겟 구조체를 형성하도록, 노광 및 에칭 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법.
16. 기판 상에 타겟 구조체를 형성하는 방법으로서,
노광된 피쳐를 층의 마스킹된 구역 및 마스킹되지 않은 구역을 규정하는 마스크를 포함하는 마스킹된 층 상에 노광함으로써, 노광된 피쳐의 제 1 부분이 상기 층의 마스킹된 구역 상에 노광되고 노광된 피쳐의 제 2 부분이 상기 층의 마스킹되지 않은 구역 상에 노광되게 하는 단계 - 상기 제 2 부분에 대한 상기 제 1 부분의 크기는 오버레이 의존적임 -; 및
에칭된 피쳐를 형성하도록 에칭 스텝을 수행하는 단계 - 상기 에칭된 피쳐는 상기 노광된 피쳐의 상기 제 2 부분에 대응함 -를 포함하는, 타겟 구조체 형성 방법.
17. 제 16 절에 있어서,
상기 피쳐는 자기-정렬형 프로세스에 의해 형성됨으로써, 에칭 단계 도중의 에칭 선택도가 에칭된 피쳐의 컨투어를 오버레이에 의존하여 규정하게 하는, 타겟 구조체 형성 방법.
18. 제 17 절에 있어서,
상기 마스킹된 구역 및 상기 마스킹되지 않은 구역은,
상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분이 단일 방향으로 분할됨으로써, 상기 에칭된 피쳐의 컨투어가 제 1 방향에서의 오버레이에만 의존하게 하는, 타겟 구조체 형성 방법.
19. 제 18 절에 있어서,
상기 피쳐는 상기 제 1 방향으로의 축 중심으로 실질적으로 대칭인, 타겟 구조체 형성 방법.
20. 제 19 절에 있어서,
에칭된 피쳐는 실질적으로 반원 형상을 가지는, 타겟 구조체 형성 방법.
21. 제 18 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는 둘러싸는 제품 구조체의 피치와 같은 피치를 가지는 복수 개의 상기 피쳐를 포함하는, 타겟 구조체 형성 방법.
22. 제 17 절에 있어서,
상기 마스킹된 구역 및 상기 마스킹되지 않은 구역은,
상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분이 두 방향으로 분할됨으로써, 상기 에칭된 피쳐의 컨투어가 두 방향에서의 오버레이에 의존하게 하는, 타겟 구조체 형성 방법.
23. 제 22 절에 있어서,
에칭된 피쳐는 실질적으로 사분원 형상을 가지는, 타겟 구조체 형성
24. 제 16 절 내지 제 23 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 노광된 피쳐는 비아를 형성하기 위한 노광된 피쳐에 대응하지만, 상기 마스킹된 층에 대하여 의도적인 오프셋으로 노광되는, 타겟 구조체 형성 방법.
25. 제 16 절 내지 제 24 절 중 어느 한 절에 따른 방법에 의해 형성되는 타겟 구조체를 포함하는, 기판.
26. 제 16 절 내지 제 24 절 중 어느 한 절에 따른 방법에 따라서 타겟 구조체를 노광하기 위한 보완 패턴(complementary pattern)을 포함하는, 레티클들의 세트.
27. 검사 장치로서,
기판 위의 구조체 상에 측정 방사선을 투영하기 위한 투영 광학기;
상기 구조체에 의한 상기 측정 방사선의 산란으로부터 기인하는 측정된 응답을 획득하도록 동작가능한 검출 장치; 및
프로세서를 포함하고,
상기 검사 장치는 제 1 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절의 방법을 수행하도록 동작가능한, 검사 장치.
28. 제조 장치로서,
리소그래피 노광 장치를 포함하고, 상기 리소그래피 노광 장치는,
노광 조명을 제공하기 위한 조명 소스;
상기 노광 조명을 패터닝하는 패터닝 디바이스를 홀딩하기 위한 레티클 스테이지; 및
기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지를 포함하고,
상기 리소그래피 노광 장치는, 제 16 절 내지 제 24 절 중 어느 한 절의 노광 단계를 수행하도록 동작가능한, 제조 장치.
29. 제 28 절에 있어서,
제 16 절 내지 제 24 절 중 어느 한 절의 에칭 단계를 수행하기 위한 에칭 장치를 포함하는, 제조 장치.
30. 제 28 절 또는 제 29 절의 제조 장치 및 제 27 절의 검사 장치를 포함하는 리소그래피 셀에 있어서,
상기 리소그래피 셀은,
오버레이 메트릭을 사용하여 상기 제조 장치에 의해 수행되는 제조 프로세스에 대한 정정을 결정하고,
상기 제조 프로세스의 후속 수행 중에 상기 정정을 사용하도록 더 동작가능한, 리소그래피 셀.
31. 제 30 절에 있어서,
상기 검사 장치는, 상기 제조 프로세스에서 금속 피복 단계를 수행하기 이전에 오버레이 메트릭을 결정하도록 동작가능한, 리소그래피 셀.
32. 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 명령은 하나 이상의 프로세서들이 제 1 절 내지 제 14 절 중 임의의 절에 따른 방법을 수행하게 하도록 적응되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시예를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.
본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전기 광 성분을 포함하는 다양한 타입의 광 성분 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.
"전자기"라는 용어는 전기적인 것과 자기적인 것을 망라한다.
비록 본 발명의 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 위에서 개시된 바와 같은 방법을 기술하는 기계 판독 가능한 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광디스크)의 형태를 취할 수 있다.
발명의 내용 및 요약서 섹션이 아니라 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 섹션이 청구항을 해석하기 위하여 사용되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 발명의 내용 및 요약서는 발명자(들)에 의하여 고찰되는 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 그러나 전부가 아닌 예시적인 실시예들을 진술할 수도 있으며, 따라서 어떠한 경우에도 본 발명 및 첨부된 청구항을 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 특정 기능부 및 이들의 관계에 대한 구현을 예시하는 기능적 구성 블록들을 이용하여 위에서 설명되었다. 이들 기능적 구성 블록들의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서 내에서 임의적으로 정해진 것이다. 특정된 기능 및 이들의 관련성이 적절하게 수행되는 한 대안적 경계들이 정의될 수 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 근본 요지 및 범위는 전술한 예시적인 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 후속하는 특허청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
Claims (15)
- 타겟 구조체로부터 오버레이 메트릭을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 타겟 구조체의 측정에 관련되는 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계 - 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터는 대칭 성분을 포함함 -;
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계; 및
상기 컨투어로부터 상기 오버레이 메트릭을 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 타겟 구조체의 피쳐의 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계는,
상기 대칭 성분을 먼저 제거하지 않고, 상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 상기 컨투어를 결정하는 것을 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계는,
상기 타겟 구조체의 파라미터화된 기하학적 모델을 사용하여, 상기 타겟 구조체의 재구성(reconstruction)을 수행하는 것을 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 오버레이 메트릭과 동시에, 상기 컨투어로부터 상기 피쳐의 임계 치수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버레이 메트릭은 오버레이 또는 에지 배치 오차를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터는, 에칭 단계에 후속하여 수행된 상기 타겟 구조체의 측정에 관련되는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 피쳐는,
상기 에칭 단계 도중의 에칭 선택도가 상기 컨투어를 상기 오버레이에 의존하여 규정하도록, 자기-정렬형 프로세스에 의해 형성된 피쳐를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 피쳐는, 마스킹된 층에 대해 의도적인 오프셋을 두고 노광된 에칭된 비아인, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 의도적인 오프셋은,
오버레이가 없으면, 상기 노광된 비아의 40% 초과 또는 45% 초과가 상기 에칭 단계 중에 제거되게 하는 것이고,
제거된 실제량은 오버레이에 의존하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터를 획득하는 단계를 수행하도록, 산란측정 계측 스텝을 수행하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟 구조체는 복수 개의 상기 피쳐를 포함하고,
상기 오버레이 메트릭은 개별 피쳐들 각각에 대해 결정된 오버레이 메트릭에 대한 개별 값들의 평균인, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터로부터 비대칭 성분을 제거함으로써, 오직 상기 대칭 성분으로부터만 상기 오버레이 의존형 컨투어를 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 각도 분해된 분포 스펙트럼 데이터 내의 비대칭 성분에 대한 원인을 결정하는 단계를 포함하는, 오버레이 메트릭 결정 방법. - 검사 장치로서,
기판 위의 구조체 상에 측정 방사선을 투영하기 위한 투영 광학기;
상기 구조체에 의한 상기 측정 방사선의 산란으로부터 기인하는 측정된 응답을 획득하도록 동작가능한 검출 장치; 및
프로세서를 포함하고,
상기 검사 장치는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 동작가능한, 검사 장치. - 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체로서,
상기 명령은 하나 이상의 프로세서들이 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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