KR20070003702A - 메트롤로지 장치, 리소그래피 장치, 공정 장치, 메트롤로지방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

메트롤로지 장치, 리소그래피 장치, 공정 장치, 메트롤로지방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20070003702A
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Abstract

기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치로서, 상기 장치는 측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원, 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어진다.

Description

메트롤로지 장치, 리소그래피 장치, 공정 장치, 메트롤로지 방법 및 디바이스 제조 방법{Metrology Apparatus, Lithographic Apparatus, Process Apparatus, Metrology Method and Device Manufacturing Method}
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐터로미터(scatterometer)를 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐터로미터에서 사용가능한 광원을 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐터로미터의 퓨필 평면 내의 간섭 영역(interference region)을 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐터로미터를 도시하는 도면; 및
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐터로미터를 도시하는 도면이다.
본 발명은, 특히 리소그래피 장치에서, 공정 장치에서, 또는 스탠드-얼론 디바이스(stand-alone device)로서, 및 메트롤로지 방법에서 사용될 수 있고, 특히 디바이스 제조 방법의 일부분으로서 사용될 수 있는 메트롤로지 디바이스에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1개 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터 닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 방법을 이용하여 디바이스를 생성하는 다양한 단계 동안에 또한 그 이후에도, 생산 공정이 올바르게(correctly) 진행되었는지를 판단(assess)하기 위해 생성된 디바이스 상에서 측정들을 행할 필요가 있다. 이러한 측정들은 집합적으로 메트롤로지라고 칭해진다. 리소그래피에 의해 생산된 디바이스들의 크기(scale)의 관점에서, 메트롤로지 방법은 일반적으로 측정 빔으로 디바이스 구조체 또는 테스트 구조체를 조명하고, 반송된(returning) 방사선을 검출하는 것을 수반한다. 이러한 한가지 방법은 스캐터로메트리(scatterometry), 특히 대물 렌즈(objective lens)의 퓨필 평면 내의 CCD와 같은 센서를 이용하여 검사 중에 구조체에 의해 반사된 방사선의 스펙트럼이 상이한 각도에서 측정되는 각도-분해 스캐너로메트리(angle-resolved scatterometry)이다.
대부분의 메트롤로지 디바이스의 감응성(sensitivity) 및 작동 속력은 측정 빔을 생성하는데 사용되는 방사선 소스에 의해 제한된다. 현재에 적용가능한 소스는: 양호하고 넓은 대역폭을 갖지만 불량한 조도(luminance)와 불량한 코히런스(coherence)를 갖는 Xe 램프; 및 양호한 조도 및 공간 코히런스를 갖지만 특히 넓은 대역폭을 갖지 않으며 약 400nm 미만의 파장을 생성할 수 없는 SLED 레이저를 포함한다.
개선된 감응성 및/또는 작동 속도를 갖는 메트롤로지 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상의 마이크로크기 구조체(microscopic structure)의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치가 제공되며, 상기 장치는 측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원(supercontinuum light source), 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상에 형성된 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 방법이 제공되며, 상기 방법은:
초연속 광원으로부터의 방사선을 이용하여 상기 구조체를 조명하는 단계; 및
센서를 이용하여 상기 구조체로부터 반송된 방사선을 검출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치되고 상기 기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 디바이스를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 장치는 측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원, 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판 상에서 공정을 수행하도록 배치되고 상기 기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 디바이스를 포함하여 이루어지는 공정 장치가 제공되며, 상기 장치는 측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원, 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은:
초연속 광원으로부터의 방사선을 이용하여 마이크로크기 구조체를 조명하고,
센서를 이용하여 상기 구조체로부터 반송된 방사선을 검출함으로써, 제 1 기판 상에 형성된 상기 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 단계; 및
리소그래피 공정을 이용하여 제 2 기판 상으로 패턴을 전사하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 리소그래피 공정의 파라미터는 상기 구조체의 측정된 파라미터에 기초하여 결정된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소 정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 타겟부(C)(1 이상의 다이를 포함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하여 이루어진다.
조명 시스템은, 방사선의 지향, 성형 또는 제어를 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 여하한의 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스의 무게를 지지, 즉 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 여타의 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 상기 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 여타의 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 상기 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동될 수 있는 프레임 또는 테이블일 수도 있다. 상기 지지 구조체는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여 하한의 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 형식도 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들 또는 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판 테이블(및/또는 2이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예를 들어, 물)에 의해 기판의 전체 또는 일부분이 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 담그어져야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 그 보다는 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은, 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라, 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 상기 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가지기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module)(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수도 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단지 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된 타겟부(dedicated target portion)들을 차지하고 있지만, 상기 마크들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
서술된 장치는 다음과 같은 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그런 후, 기판 테이블(WT)은 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟 부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 이미지 반전 특성 및 확대(축소)에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들이 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 스캐터로미터가 도 2에 도시되어 있다. 하기에 더욱 자세히 설명되는 광원을 제외하고는, 스캐터로미터는 본 명세서에서 인용참조되고 있는 2004년 8월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/918,742호에 개시된 것과 동일하다. 광원(2)은 렌즈 시스템(L2)을 이용하여 간섭 필터(interference filter: 30)를 통해 포커스되며, 마이크로크기의 대물 렌즈(L1)를 통해 기판(6) 상으로 포커스된다. 그 후, 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해 역 투영된(back projected) 퓨필 평면(40) 내에서 부분 반사성 표면(partially reflective surface: 34)을 통해 CCD 검출기 안으로 반사된다. 퓨필 평면(40)은 렌즈 시스템(L1)의 초점 길이에 있다. 검출기 및 높은 어퍼처 렌즈(aperture lens)가 상기 퓨필 평면에 배치된다. 높은-NA 렌즈의 퓨필 평면이 통상적으로 상기 렌즈 내에 위치되기 때문에, 상기 퓨필 평면은 보조 광학기(auxiliary optics)를 이용하여 재-이미징(re-imaging)될 수 있다.
반사기 광의 퓨필 평면은, 예를 들어 프레임 당 40 밀리초(millisecond)의 집적화 시간(integration time)으로 CCD 검출기 상에 이미징된다. 이러한 방식으로 기판 타겟들의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 검출기 상에 이미징될 수 있다. 상기 검출기는, 예를 들어 CCD 검출기 또는 CMOS 검출기의 어레이일 수 있다. 상기 스펙트럼의 처리는 대칭적 검사 구성(symmetrical detection configuration)을 제공하며, 따라서 센서들은 회전 대칭적이 될 수 있다. 기판 상의 타겟이 상기 센서에 대한 여하한의 회전 방위에서 측정될 수 있기 때문에, 이는 소형의(compact) 기판 테이블의 이용을 허용한다. 기판 상의 모든 타겟들은 기판의 회전과 병진(translation)의 조합에 의해 측정될 수 있다.
간섭 필터(30)들의 세트는, 이를 테면 405 내지 790nm, 또는 200 내지 300nm와 같이 훨씬 더 낮은 범위 내에서 당해(of interest) 파장을 선택하도록 적용될 수 있다. 훨씬 더 긴 파장, 예컨대 약 1.5㎛의 파장이 적용될 수도 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함한다기보다는 튜닝될 수(tunable) 있다. 간섭 필터들 대신에 격자(grating)가 사용될 수도 있다.
기판(6)은 그 위에 격자를 가질 수 있다. 현상 후, 바아(bar)들이 실선의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 격자들이 프린트될 수 있다. 상기 바아들은 대안적으로 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내에서의 코마 수차(comatic aberration)에 민감하며, 이러한 수차들의 존재와 조명 대칭은 프린트된 격자의 변동을 나타낼 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 스캐터로메트리 데이터는 상기 격자들을 재구성하는데 사용된다. 선폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터는 프린팅 단계 및/또는 다른 스캐터로메트리 공정들의 지식정보로부터 재구성 공정에 입력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 광원(2)은 소위 "초연속" 광원을 포함하며, 그 일 예시가 도 3에 도시된다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 광원(2)은 소스 레이저(source laser: 21)를 포함하고, 그 출력은 비교적 좁은 입력 대역폭을 훨씬 더 넓은 출력 대역폭으로 변환시키기 위해 비-선형 방식(non-linear manner)으로 상기 소스 레이저(21)에 의해 광 출력을 혼합하는 비-선형 광섬유(non-linear fiber:22)로 공급된다. 상기 비-선형 광섬유로부터의 광대역 출력의 정확한 폭은 소스 레이저 입력의 타입, 비-선형 광섬유의 특성들의 변동, 및 사용된 광섬유의 길이의 선 택에 의해 선택될 수 있다. 약 400nm 미만의 가장 낮은 파장을 갖는 적어도 약 20nm 또는 적어도 약 200nm의 출력 대역폭이 본 발명에서의 사용을 위해 적합하다.
비-선형 광섬유(22)는 수 센티미터 내지 수 킬로미터의 길이를 갖는 광자 밴드갭 광섬유(photonic bandgap fiber) 또는 테이퍼진 광섬유(tapered fiber)일 수 있다. 이는 측정 빔을 원하는 위치에 커플링(couple)하는데 편리하게 사용될 수 있으며, 상기 빔이 기판 상의 매우 작은 스폿 상에서 포커스될 수 있는 거의 순수한(nearly pure) TEM00 모드에서 방출되도록 배치된다. 또한, 멀티모드 광섬유(multimode fiber)가 사용될 수 있다. 비-선형 광섬유를 대신하여 실리콘 도파관(silicon waveguide) 및 벌크 물질(bulk material)이 사용될 수도 있다.
적합한 소스 레이저는 연속 빔 레이저, 및 1 ns보다 크고 15 fs보다 작은 펄스 길이와 10 Hz보다 작고 1 ㎑보다 큰 반복 속도를 갖는 펄스화된 빔 레이저를 모두 포함한다. 적합한 레이저들의 예로는: 에르븀-도핑된 광섬유 레이저(erbium-doped fiber laser), Q-스위칭 레이저(Q-switched laser)(예를 들어, Nd-Yag 레이저), 모드-록킹 레이저(mode-locked laser), 및 라만 광섬유 레이저(Raman fiber laser)가 있다.
초연속 소스를 이용하여 얻어진 조명 빔의 증가된 세기는 신호-대-잡음 비(signal-to-noise ratio)를 증가시키고, 측정 속력 및/또는 측정 정확성의 실질적인 증가를 허용한다. 또한, 이는 현상되지 않은 레지스트 내의 잠재 마크(latent mark) 상에서 실행가능한 측정들을 시행한다. 이는 인-라인 메트롤로지(in-line metrology), 즉 리소그래피 장치 안으로의 메트롤로지 센서의 통합(integration)을 용이하게 하므로, 잠재적으로는 단일 뱃치(batch) 내에서의 보정 및/또는 현상 이전에 재작업(reworking)을 허용한다. 부연하면, 메트롤로지 결과는 (재작업하거나 하지 않는) 동일한 기판 상에서의 또는 상이한 기판 상에서의 후속 노광의 파라미터를 조정하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 초연속 광원에 의해 생성된 빔의 공간 코히런스는 감응성을 상당히 증가시킬 수 있는 간섭 프린지(interference fringe)를 생성하는데 사용된다. 이는 도 4에 도시되어 있다. 대물 렌즈(L1)는 작은 디포커스(defocus)에서 설정되며, 테스트 구조체에 의해 생성된 (예시된 구성 모두에서) 0 차수 및 1 이상의 1 차수 회절 차수들이 퓨필 평면(40) 내에 부분적으로 오버랩(overlap)되도록 배치된다. 빗금 쳐져 있는 오버랩된 영역에서 간섭 프린지가 형성된다. 이 구성에서의 프린지의 생성은, Bouwhuis 외의 principles of Optical Disc Systems(Adam Hilger 1985년(ISBN 0-85274-785-3))에 더 자세히 개시되어 있다. 검출 목적을 위해 간섭 패턴은 몇 가지 장점을 갖는다.
첫째, 작은 신호 제한 시, 즉 테스트 구조체의 위상 깊이(phase depth)가 작고 1 차 빔이 낮은 세기로 되어 있는 때에, 프린지 패턴의 콘트라스트(contrast)는 위상 깊이에 선형으로 의존하며, 따라서 위상 깊이에 대한 이차 의존성(quadratic dependence)을 갖는 다른 검출기들보다 더 높다.
둘째, 프린지의 위치는 테스트 구조체의 횡방향 오프셋(lateral offset)에 의존하므로, 마크의 위치의 검출을 가능하게 하기 위해 스캐닝 스테이지가 사용될 수 있으며, 그 후 오버레이(overlay)를 검출하기 위해 상이한 층들 내의 2 개의 마크가 사용될 수 있다.
셋째, 프린지 주파수는 테스트 구조체의 대물 레인(object lane)에 대한 센서의 디포커스에 의존한다. 그러므로, 상기 디바이스는 깊이 정보를 얻는데 사용될 수 있다.
넷째, 컴파운드 오버레이 마크(compound overlay mark)(2 개의 상이한 층 내에서 서로 근처에 또는 그 위에 위치된 2 개의 격자)를 이용함으로써 오버레이 검출을 위해 퓨필 평면(40) 내의 2 개의 오버랩 영역들 간의 비대칭성이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 메트롤로지 디바이스는, 예를 들어 듀얼-스테이지 장치의 측정 스테이션에서 리소그래피 장치 또는 PVD 장치와 같은 공정 디바이스 내에 통합될 수 있다.
도 5에 도시된 본 발명의 또 다른 특정 실시예에서, 스캐터로미터의 측정의 속력은 기판을 받치는(carrying) 스테이지의 이동에 대해 초연속 광원의 출력 펄스들을 동기화함으로써 실질적으로 증가될 수 있다.
스캐터로미터(101)에는 초연속 광원(102)에 의해 펄스화된 측정 빔이 공급되고, 테이블(WT) 상에 유지된 기판(W) 상의 마커들의 측정들을 시행한다. 상기 테이블(WT)은 제어기(103)에 연결된 위치설정 디바이스(PW)에 의해 스캐터로미터(101) 밑에서 스캐닝된다. 제어기(103)는 기판 테이블을 위치시키도록 위치설정기(PW)를 제어할 수 있거나, 위치 측정 시스템(도시되지 않음)으로부터 위치 정보를 수신할 수 있는 한편, 상기 위치설정기는 별도의 제어기의 제어 하에 존재한다. 어느 방식으로도, 제어기는 소스(102)에 연결되며, 기판(W)이 일 위치에 있는 경우에 마커가 스캐터로미터 하에 존재하도록 펄스를 방출시키는 소스(102)를 제어한다. 이러한 방식으로, 마커들이 스캐터로미터 하에 위치되도록 요구되고 측정이 행해지기에 충분히 긴 시간 동안에 기판이 여전히 유지되는 종래 기술의 구성들보다 훨씬 더 빠르게 "온-더-플라이(on-the-fly)" 측정들이 행해질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 분광 반사계(spectroscopic reflectometer) 타입의 스캐터로미터(200)를 포함한다. 이 디바이스에서, 초연속 광원(2)은 빔 스플리터(beam splitter: 201)로 지향된 고-전력, 광대역, 및 양호하게 콜리메이팅된 빔(well-collimated beam)을 공급하며, 이는 상기 빔을 측정될 기판(W) 쪽으로 반사시킨다. 마이크로크기의 대물렌즈(202)는 기판 상에 상기 빔을 포커스하고 반사된 광을 수집하여, 그 반사된 광을 빔스플리터(201)를 통해 그것을 격자(204)로 반사시키는 거울(203)로 지향시킨다. 상기 격자(204)는 상기 광을 검출기(205), 예컨대 냉각된 CCD 어레이(cooled CCD array) 상으로 분산(disperse)시킨다. CCD 어레이의 출력은 공지된 방식으로, 예를 들어 시뮬레이션에 의해 계산된 테스트 구조체 또는 스펙트럼으로부터의 측정들의 라이브러리와의 비교에 의해, 기판(W) 상의 구조체의 파라미터들, 예컨대 격자의 선폭을 추정하는데 사용될 수 있는 반사된 광의 스펙트럼, 즉 파장의 함수로서 세기의 측정이다.
스캐터로미터(200)는 초연속 광원의 사용을 제외하고는 공지된 스캐터로미터 와 유사하다; 이러한 타입의 공지된 스캐터로미터는 할로겐 또는 듀테륨 램프(deuterium lamp), 또는 둘 모두를 사용하였다. 초연속 광원의 이용은 입사 빔, 및 이에 따른 반사된 광의 세기를 증가시키므로, 측정이 더 빠르게 행해지도록 허용한다. 또한, 스캐터로미터(200)는 도 5의 시스템에서 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예는 분광 타원계(spectroscopic ellipsometer) 타입으로 구성된 도 7에 도시된 스캐터로미터(300)이다. 이 디바이스에서, 초연속 광원(2)의 출력은 빔을 선형으로 편광(polarize)시키도록 편광기(301)를 통과하거나, 이미 부분적으로 편광되었으면 그 편광을 지운다(clean up). 초연속 광원(2)의 출력이 이미 충분히 편광된 경우에는 편광기(301)가 생략될 수 있다. 그 후, 편광된 빔은 편광 방향의 조정을 가능하게 하기 위해 회전 보상기(302)를 통과하고, 렌즈(303)에 의해 검사될 기판(W) 상으로 포커스된다. 콜렉팅 렌즈(collecting lens: 304)는 반사된 광을 수집하고 그 반사된 광을 편극 분석기(polarizing analyzer: 305)로 지향시키며, 그 후, 광섬유는 분광기(307) 및 검출기 어레이(308), 예를 들어 냉각된 CCD 어레이에 상기 광을 커플링한다.
기판(W) 및 그 막 또는 그 위의 구조체들의 특성들은 상이한 파장에서 상이하게 반사된 광의 세기 및 편광 상태에 영향을 준다(선형으로 편광된 광은 타원으로 편광된다). 분석기를 회전시킴으로써, 스캐터로미터는 파장의 함수로서 타원성 및 세기의 측정들을 제공할 수 있으며, 공지된 기술들을 이용하여 그 파라미터의 추정 또는 기판 상의 구조체들의 재구성을 가능하게 하는 정보를 제공한다.
또한, 스캐터로미터(300)는 초연속 광원의 사용을 제외하고는 공지된 스캐터 로미터와 유사하다; 이러한 타입의 공지된 스캐터로미터는 Xe 아크(arc) 또는 듀테륨 램프, 또는 둘 모두를 사용하였다. 초연속 광원의 이용은 입사 빔, 및 이에 따른 반사된 광의 세기를 증가시키므로, 측정이 더 빠르게 행해지도록 허용한다. 또한, 스캐터로미터(300)는 도 5의 시스템에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서는, IC의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드의 제조와 같이 여타의 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 여타의 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피에 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 응용예들, 예컨대 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에도 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면, 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 안으로 가압될 수 있으며, 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화(cure)된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 ㎚의 파장을 갖거나 대략 이 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm의 범위인 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선 뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔도 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 나타낼 수 있다.
이상, 특정 실시예들이 서술되었지만, 본 발명은 서술된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 상기에 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 하기에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 개선된 감응성과 작동 속도로 기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하기 위해, 초연속 광원, 광학 시스템 및 상기 구조체에 의해 반사되고 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하는 메트롤로지 시스템이 제공된다.

Claims (25)

  1. 기판 상의 마이크로크기 구조체(microscopic structure)의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
    측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원(supercontinuum light source), 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초연속 광원은 제 1 빔을 생성하도록 배치된 소스 레이저(source laser), 및 상기 제 1 빔을 수용하고 제 2 빔을 생성하도록 배치된 비-선형 매체(non-linear medium)를 포함하여 이루어지고, 상기 제 2 빔은 상기 제 1 빔보다 더 큰 대역 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 레이저는 연속 빔 레이저(continuous beam laser)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 레이저는 펄스화된 레이저(pulsed laser)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서에 대해 상기 기판을 이동시키도록 배치된 위치설정기, 및 상기 기판이 원하는 위치에 존재하는 경우에 펄스들을 방출하기 위해 상기 소스를 동기화하도록 배치된 제어기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 비-선형 매체는 도핑된-광섬유(doped-fiber), 테이퍼진 광섬유(tapered fiber), 광자 밴드-갭 광섬유(photonic band-gap fiber) 및 실리콘계 도파관(silicon-based waveguide)을 포함하여 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 대물 렌즈(objective lens)를 포함하여 이루어지고, 상기 센서는 상기 대물 렌즈의 퓨필 평면 내에서 상기 구조체로부터 반송(return)된 방사선의 세기의 공간 변동을 검출하도록 배치된 2-차원 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2-차원 센서 상으로 상기 대물 렌즈의 퓨필 평면을 재-이미징(re-image)하도록 배치된 제 2의 광학 시스템을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 상기 구조체의 이미지가 상기 센서 상에서 초점을 벗어나도록(out of focus) 배치되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 테스트 구조체로부터 반송된 회절된 방사선의 0 차수 및 1 이상의 1 차수가 상기 퓨필 평면 내에서 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 수집하도록 배치된 콜렉팅 광학 시스템(collecting optical system), 및 파장에 따라 상기 콜렉팅 광학 시스템에 의해 수집된 상기 방사선을 분산(disperse)시키도록 배치된 파장 분산 디바이스를 더 포함하여 이루어지고, 상기 센서는 파장의 함수로서 분산된 방사선 의 세기를 감지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 초연속 광원은 편광된 측정 빔(polarized measurement beam)을 생성하도록 배치되고, 상기 장치는 상기 측정 빔의 편광의 방향을 회전시키도록 배치된 회전가능한 보상기, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선의 편광 상태를 분석하도록 배치된 분석기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 장치.
  13. 기판 상에 형성된 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 방법에 있어서,
    초연속 광원으로부터의 방사선을 이용하여 상기 구조체를 조명하는 단계; 및
    센서를 이용하여 상기 구조체로부터 반송된 방사선을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서는 각도-분해 스캐터로미터(angle-resolved scatterometer)인 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스캐터로미터는 퓨필 평면을 갖는 대물 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 대물 렌즈는 상기 0 차수 및 1 이상의 1 차수가 상기 퓨필 평면 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 오버랩되도록 디포커스 위치(defocus position)에서 설정되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 구조체는 리소그래피 공정을 이용하여 기판 상에 형성된 구조체인 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 구조체는 정렬 마커, CD-균일성 타겟(CD-uniformity target), 오버레이 타겟(overlay target), 회절 격자(diffraction grating) 및 디바이스 구조체를 포함하여 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 구조체는 레지스트 층 내의 잠재 이미지(latent image)인 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 파라미터는 1 차원 이상의 상기 기판 상의 상기 구조체의 위치를 포함 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 파라미터를 오버레이를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메트롤로지 방법.
  21. 기판 상으로 패턴을 전사하도록 배치되고 상기 기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 디바이스를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치에 있어서,
    측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원, 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  22. 기판 상에서 공정을 수행하도록 배치되고 상기 기판 상의 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 디바이스를 포함하여 이루어지는 공정 장치에 있어서,
    측정 빔을 생성하도록 배치된 초연속 광원, 상기 측정 빔을 상기 기판 상으로 지향시키도록 배치된 광학 시스템, 및 상기 구조체에 의해 반사되고 및/또는 회절되는 방사선을 검출하는 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 장치.
  23. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    초연속 광원으로부터의 방사선을 이용하여 마이크로크기 구조체를 조명하고,
    센서를 이용하여 상기 구조체로부터 반송된 방사선을 검출함으로써, 제 1 기판 상에 형성된 상기 마이크로크기 구조체의 파라미터를 측정하는 단계; 및
    리소그래피 공정을 이용하여 제 2 기판 상으로 패턴을 전사하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 리소그래피 공정의 파라미터는 상기 구조체의 측정된 파라미터에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판인 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판이 아닌 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
KR1020060061298A 2005-06-30 2006-06-30 메트롤로지 장치, 리소그래피 장치, 공정 장치, 메트롤로지방법 및 디바이스 제조 방법 KR100803268B1 (ko)

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US11/170,746 US20070002336A1 (en) 2005-06-30 2005-06-30 Metrology apparatus, lithographic apparatus, process apparatus, metrology method and device manufacturing method
US11/170,746 2005-06-30

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