KR20120023080A

KR20120023080A - 오버레이 오차를 결정하는 방법 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20120023080A
Application number: KR1020117029596A
Authority: KR
Inventors: 빌렘 쾨느; 데르 마스트 카렐 반; 데르 스카르 마우리츠 반
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2012-03-12
Also published as: KR101654599B1; TW201120580A; US8363220B2; TWI410756B; CN102422226B; WO2010130516A1; JP5277348B2; IL216143A0; IL216143A; US20100284008A1; NL2004542A; JP2012526402A; CN102422226A

Abstract

1차 회절 패턴이 고조파의 가중된 합계인 것으로서 모델링되는 오버레이 오차를 결정하는 방법을 제공한다. 1차 고조파 및 그보다 높은 차수의 고조파 양자를 무시할 수 없으며, 이들 양자에 대한 가중치가 계산된다. 가중치는 최소 자승법을 이용하여 3개 이상의 세트의 중첩 패턴으로 계산된다.

Description

오버레이 오차를 결정하는 방법{METHOD OF DETERMINING OVERLAY ERROR}

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 2009년 5월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 61/177,081의 이점을 주장하며, 상기 특허 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되어 있다.

발명의 분야

본 발명은 예컨대 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에서 이용 가능한 검사 방법 및 리소그래피 기술을 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 위에의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 타겟 영역 상에 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 각각의 타겟 영역을 조사(照射)하는 소위 스테퍼(stepper), 및 소정의 방향("스캐닝"-방향)의 방사 빔을 통해 패턴을 스캐닝하는 동시에, 이 방향과 평행한 방향(동일 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역을 조사하는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

리소그래피 공정을 모니터링하기 위해서는, 예컨대 패터닝된 기판 상에 또는 패터닝 기판에 형성된 연속층들 간의 오버레이 오차와 같은 패터닝된 기판의 파라미터를 측정하는 것이 필요하다. 리소그래피 공정으로 형성된 미세 구조체의 측정을 행하기 위한 다양한 기술이 존재하며, 이들 기술은 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 다양한 특수 기기를 사용하는 것을 포함한다. 특수 검사 기기 중의 하나로는 방사 빔을 기판의 표면 상의 타겟으로 향하게 하여 산란 또는 반사된 빔의 특성을 측정하는 스캐터로미터(scatterometer)가 있다. 방사 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 방사 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 결정할 수 있다. 이것은 예컨대 반사 빔을 이미 알고 있는 기판 특성과 관련된 이미 알고 있는 측정치의 라이브러리에 저장된 데이터와 비교함으로써 행해질 수 있다. 2가지의 주요 유형의 스캐터로미터가 알려져 있다. 분광 스캐터로미터(spectroscopic scatterometer)는 광대역 방사 빔을 기판 상으로 지향시키고 특히 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(예컨대, 파장을 함수로 하는 세기)을 측정한다. 각도 분해 스캐터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색성 방사 빔(monochromatic radiation beam)을 이용하고, 산란된 방사선의 세기를 각도를 함수로 하여 측정한다.

회절 패턴은 복수의 회절 차수를 포함하며, 1차 및 그보다 높은 차수의 회절 차수에 대해, 회절 차수의 쌍(±1차, ±2차, ±3차 등)이 있다. 그러므로, 1차 및 그보다 높은 차수의 회절을 위한 각각의 픽셀은 동일한 회전 각도 및 반대 회절 각도를 갖는 반대 픽셀(한 상의 픽셀을 이루는)을 갖는다. 소정의 각도의 회절(또는 픽셀쌍)에 대한 비대칭성(asymmetry)은, 동일한 회절 차수 내에서부터, 픽셀의 세기를 그 쌍의 다른 픽셀의 세기(시간 내에 동일한 지점에서 측정된)로부터 감산함으로써 획득된다. 검출된 빔의 비대칭성은 발진 기저 함수의 가중된 합계로서 및 가장 공통적으로는 일련의 고조파(harmonic)로서 모델링될 수 있다. 통상적으로, 1차 회절 패턴을 검출할 때, 더 높은 차수의 고조파가 중요성이 감소함에 따라 1차 고조파만이 이용된다. 검출된 회절 패턴에서의 각각의 픽셀에 대한 1차 고조파의 진폭 및 오버레이 오차를 결정하기 위해 반대 바이어스를 갖는 2개의 별도의 세트의 중첩 패턴이 이용된다. 그러나, 더 높은 차수의 고조파를 무시하는 것은, 2차(또는 그보다 높은 차수의) 고조파가 충분히 크고 무시될 수 없다면, 결정된 오버레이 오차에서의 허용 가능하지 않은 오프셋을 야기할 수 있다.

기저 함수의 진폭은 K 값으로서 알려져 있으며, 각각의 픽셀에 대한 K 값이 결정되어 "K-맵"을 발생한다. K 값은 한 쌍의 중첩 패턴을 이용하여 결정될 수 있으며, 하나의 세트의 중첩 패턴만을 갖는 타겟 상에 K-맵이 재사용된다. 그러나, 결정된 K-값이 정확하지 않다면(예컨대, 더 높은 차수의 고조파를 무시하는 것으로 인해), 결정된 오버레이 또한 부정확할 것이다. 더욱이, K 값은 예컨대 화학적 기계적 폴리싱에 의한 것과 같은 기판에 걸친 공정 불균일로 인해 기판에 걸쳐 변화할 수도 있으며, K 값은 결정된 오버레이 오차로부터 떨어진 위치에서 결정될 수도 있다.

회절 차수의 비대칭성의 모델링을 결정하는 향상된 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예의 특징에 따라, 본 발명은, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법으로서, 상기 기판이 복수의 세트의 중첩 패턴을 포함하고, 각각의 세트의 중첩 패턴이 상단 패턴 및 하단 패턴을 포함하며, 상단 패턴 및 하단 패턴이 주기적이고, 각각의 세트의 중첩 패턴은, 각각의 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트가 오버레이 오차와 바이어스의 합계에 동일하게 되도록, 상단 패턴과 하단 패턴 사이에 상이한 바이어스를 가지며, 상기 방법은, 복수의 상기 바이어스의 각각에 대하여, 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계와; 1차 또는 그보다 높은 차수로부터 중첩 패턴의 세트의 각각에 대응하는 비대칭성을 결정하는 단계와; 복수의 상기 바이어스에 대하여 비대칭성의 세트에 기초한 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하며, 상기 계산하는 단계는, 중첩 패턴의 세트의 각각에 대하여, 비대칭성을 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수(oscillating base function)의 가중된 합계(weighted sum)와 같은 전체 시프트의 함수로서 모델링하는 단계를 포함하며, 상기 기저 함수는 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트에 대한 비대칭성을 갖고, 주기적 패턴의 피치와 동일한 주기성(periodicity)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 본 발명은, 복수의 세트의 중첩 패턴을 갖는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법에 있어서, 각각의 위치가 필드에 대응하는 복수의 위치의 각각에서의 복수의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계와; 비대칭성을 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 가중된 합계로서 모델링하고, 복수의 위치의 각각에 대하여, 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계와; 복수의 위치로부터 떨어진 검출 위치에서의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계와; 복수의 필드 위치에 대해 결정된 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간(interpolation)함으로써 검출 위치에 대하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계와; 복수의 필드 위치에 대해 결정된 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간함으로써 검출 위치에 대하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계와; 검출 위치에서의 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점과 본 발명의 각종 실시예의 구조 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 아래에 상세하게 설명되어 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 구체적인 실시예로 한정되지 않음에 유의하여야 한다. 이러한 실시예는 예시를 목적으로 본 명세서에 제공된 것이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 당업자에게 추가의 실시예가 명백할 것이다.

본 명세서에 통합되어 일부분을 이루고 있는 첨부 도면은 본 발명을 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 또한 당해 기술 분야에 익숙한 사람으로 하여금 본 발명을 구성 및 이용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하고 있다.
도 3은 제1 스캐터로미터를 도시하고 있다.
도 4는 제2 스캐터로미터를 도시하고 있다.
도 5는 1차 회절 패턴에서의 기저 함수 및 1차 고조파를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예와 함께 사용되는 기판의 일부분을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예와 함께 사용되는 기판의 부분을 도시하고 있다.

본 발명의 특징 및 장점은 도면에 걸쳐 대응하는 구성요소를 식별하기 위해 동일한 도면 부호가 부여되어 있는 첨부 도면과 함께 아래에 설명되는 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 전반적으로 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 구성요소가 가장 먼저 보여지고 있는 도면은 해당 도면 부호의 가장 좌측 숫자에 의해 나타내지고 있다.

본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시하고 있다. 개시된 실시예는 단지 본 발명을 예로서 보여주는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

개시된 실시예 및 "일실시예", "실시예", "일례의 실시예" 등으로의 본 명세서에서의 언급은 개시된 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 이러한 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함할 필요는 없다는 것을 나타낸다. 더욱이, 이러한 문구는 동일한 실시예를 지칭할 필요도 없다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때에는, 당해 기술 분야에 익숙한 사람의 지식 내에서 명시적으로 설명되는지의 여부에 상관없이 이러한 특징, 구조 또는 특성이 다른 실시예와 함께 구현된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있는 기기 판독 가능한 매체 상에 저장된 명령으로서 구현될 수 있다. 기기 판독 가능한 매체는 정보를 기기(예컨대, 컴퓨터 처리 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 저장하거나 전송하는 어떠한 가구도 포함할 수 있다. 예컨대, 기기 판독 가능한 매체는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광저장매체, 플래시 메모리 소자, 전기적, 광학적, 어쿠스틱(acoustical) 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 등등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 본 명세서에서 특정한 동작을 수행하는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 이러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며, 실제로는 이러한 동작은 펌웨어, 소프트웨어, 루틴 등을 실행하는 컴퓨터 처리 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 기타 장치로부터 발생한다는 것을 이해하여야 한다.

그러나, 이러한 실시예를 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 일례의 환경을 설명하는 것이 도움이 된다.

도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치는 이하의 구성요소를 포함한다: 방사 빔(B, 예컨대 UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 특정 파라미터에 따라 패터닝 장치(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT); 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 특정 파라미터에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 장치(MA)에 의해 방사 빔(B)에 부여한 패턴을 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함하는) 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS).

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 다른 형태의 광학 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.

지지 구조체는 패터닝 장치를 지지, 즉 패터닝 장치의 중량을 지탱한다. 지지 구조체는 패터닝 장치의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 장치가 진공 분위기에 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 좌우되는 방식으로 패터닝 장치를 유지한다. 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(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체는 패터닝 장치가 예컨대 투영 시스템에 대하여 요구된 위치에 있도록 할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 장치"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 모든 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 반전 피처(phase-shifting feature) 또는 이른바 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 영역 내의 요구된 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.

패터닝 장치는 투과형 또는 반사형 모두 가능하다. 패터닝 장치의 예로는 마스크, 프로그래머블 미러 어레이, 및 프로그래머블 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그래머블 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 입사하는 방사 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하다. 경사진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.

본 명세서에서 설명한 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형의 것(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 반사형의 것(예컨대, 전술한 바와 같은 유형의 프로그래머블 미러 어레이를 채용하거나, 또는 반사형 마스크를 채용함)일 수도 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 타입의 것일 수도 있다. 이러한 "복수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블을 병행하여 사용하거나, 또는 하나 이상의 테이블 상에서 예비 공정을 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용하는 것이 가능하다.

리소그래피 장치는 또한 기판의 적어도 일부분을 물과 같은 비교적 굴절률이 높은 액체로 덮어 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록 하는 유형의 것으로 될 수도 있다. 액침액은 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 가해질 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구도(numerical aperture)를 증가시키기 위한 것으로 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조물을 반드시 액체에 침지하여야 하는 것을 의미하지는 않고, 노광하는 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체를 위치시키는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사 소스(SO)로부터 방사 빔을 수광한다. 예컨대, 방사 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사 소스(SO)와 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사 소스(SO)는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이 방사 소스(SO)는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수도 있다. 방사 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 채용되는 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템으로 지칭될 수도 있다.

조명기(IL)는 방사 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면(pupil plane) 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사 빔의 단면에서 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사 빔을 조절하는데 사용될 수 있다.

방사 빔(B)은 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 장치(MA)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 종단한 후, 방사 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템(PS)은 방사 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 집속시킨다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 상이한 타겟 영역(C)을 방사 빔(B)의 경로 내에 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시되어 도시되어 있지는 않음)를 이용하여, 예컨대 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적 인출 후에 또는 스캔하는 동안에, 방사 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제1 위치 설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 이용하여 실현될 것이다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치 설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와 반대되는 것으로서의), 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. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용의 타겟 영역에 위치하고 있지만, 이들 마크들은 타겟 영역 사이의 공간 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 마스크(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사 빔(B)에 부여한 패턴 전체를 한 번에 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 그리고나서, 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일 정지 노광시에 이미징되는 타겟 영역(C)의 크기가 한정된다.

2. 스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사 빔(B)에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟 영역의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이에 의해 타겟 영역(C)의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)가 결정된다.

3. 또 다른 모드에서는, 프로그래머블 패터닝 장치를 유지한 채로 마스크 테이블(MT)을 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WT)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사 소스가 채용되며, 프로그래머블 패터닝 장치는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그래머블 미러 어레이와 같은 프로그래머블 패터닝 장치를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터(cluster)로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 전노광 공정(pre-exposure process) 및 후노광 공정(post-exposure process)을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 칠 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.

일례에서, 리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해, 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 크리티컬 디멘전(CD) 등과 같은 특성을 측정하기 위해 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 에러가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 후속 기판이 여전히 노광되도록 하기에 충분한 정도로 빠르고 신속하게 검사가 수행될 수 있으면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 예컨대 수율을 향상시키기 위해 벗겨지거나 재작업될 수 있으며, 아니면 폐기함으로써 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 대해 노광을 수행하는 것을 방지한다. 기판의 일부 타겟 영역만이 오류가 있는 경우, 양호한 상태의 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다.

일례로, 기판의 특성, 구체적으로 상이한 기판의 특성 또는 동일 기판의 상이한 층의 특성이 층 간에 어떻게 변화하는지를 판정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래픽 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트층에서의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 컨트래스트를 가지며, 이로써 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율차가 매우 작게 되며, 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 컨트래스트를 증가시키는 단계인, 후노광 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 것이다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 지점에서, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 오류가 있는 기판의 재작업에 대한 가능성은 제한하지만, 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 스캐터로미터(SM1)를 도시한다. 스캐터로미터(SM1)는 방사선을 기판(W) 상에 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 분광계 검출기(4)에 통과되며, 분광계 검출기(4)는 정반사 방사선의 스펙트럼(10)(파장을 함수로 하는 세기)을 측정한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생하는 프로파일 또는 구조가 처리 유닛(PU)에 의해, 예컨대 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 3의 하단에 도시된 바와 같이 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해, 일반적인 형태의 구조가 알려져 있으며, 일부 파라미터는 이 구조를 구성하는 공정에 대한 정보로부터 가정되어, 이 구조의 소수의 파라미터만이 스캐터로메트리 데이터로부터 결정되도록 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예와 함께 이용될 수 있는 또 다른 스캐터로미터(SM2)가 도 4에 도시되어 있다. 이 장치에서, 방사 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 간섭 필터(13) 및 편광기(polarizer)(17)를 통해 포커스되고, 부분 반사 표면(16)에 의해 반사되고, 높은 개구도(NA)(예컨대, 적어도 약 0.9, 더욱 바람직하게는 적어도 약 0.95)를 갖는 마이크로스코프 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상에 포커스된다. 액침 스캐터로미터는 1이 넘는 개구도를 갖는 렌즈를 포함하는 경우도 있다. 반사된 방사선은 그 후 부분 반사 표면(16)에서 검출기(18)로 투과되어 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출된다. 검출기는 렌즈 시스템(15)의 초점 거리에 있는 배면 투영 퓨필 평면(back-projected pupil plane)(11)에 위치될 수 있지만, 퓨필 평면은 이와 달리 보조 광학장치(도시하지 않음)를 이용하여 검출기 상에 재이미징(re-image)될 수 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 방사 위치(radial position)가 입사각을 정하고, 각도 위치(angular position)가 방사선의 방위각을 정하는, 평면이다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2차원 검출기이다. 검출기(18)는 예컨대 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 이용할 수 있다.

일례에서, 예컨대 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 이용되는 경우가 있다. 이를 위해, 방사 빔이 빔 스플리터(16)에 입사될 때, 방사 빔의 일부가 빔 스플리터를 투과하여 기준 빔으로서 기준 미러(14)를 향하게 된다. 기준 빔은 그 후 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상에 투영된다.

일례에서, 405?790 nm 또는 그 미만의 범위, 예컨대 200?300 nm의 대상 파장을 선택하기 위해 간섭 필터(13)의 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 조정 가능하게 될 수도 있다. 간섭 필터 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다.

일례로, 검출기(18)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란된 광의 세기를 측정할 수도 있고, 여러 파장에서의 각각의 세기를 측정할 수도 있으며, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수도 있다. 또한, 검출기는 횡자기 편광된 광(transverse magnetic-polarized light) 및 횡전기 편광된 광(transverse electric-polarized light)의 세기, 및/또는 횡자기 편광된 광과 횡전기 편광된 광 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.

일례에서, 광대역 광원(즉, 넓은 범위의 광 주파수 또는 파장을 가지며 또는 그에 따라 넓은 범위의 컬러를 갖는 광원)을 이용하는 것이 가능하여, 커다란 에텐듀(large etendue)를 제공함으로써 복수의 파장들의 믹싱을 가능하게 한다. 광대역에서의 복수의 파장은 각각 λ의 대역폭 및 적어도 2λ(즉, 대역폭의 2배)의 간격을 갖는다. 방사선의 여러 개의 "소스"는 섬유 다발을 이용하여 분할된 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수도 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해 산란 스펙트럼은 복수의 파장에서 병렬로 측정될 수 있다. 3-D 스펙트럼(파장 및 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 공정 견고성(metrology process robustness)을 증가시킨다. 이것은 유럽 특허 EP 1,628,164A에 더욱 상세하게 설명되어 있다.

일례로, 기판(W) 상의 타겟(30)은 현상 후에 바(bar)가 실선의 레지스트 라인으로 형성되도록 프린트되는 격자일 수도 있다. 이와 달리, 바가 기판 내로 에칭될 수도 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 구체적으로 투영 시스템(PL), 및 조명 시스템에서의 색수차(chromatic aberration)에 감응하며, 이러한 수차의 존재 및 조명 대칭성은 프린트된 격자에서의 변형(variation)으로 나타나게 될 것이다. 이에 따라, 프린트된 격자의 스캐터로메트리 데이터가 격자를 재구성하는데 이용된다. 프린트 단계 및/또는 다른 스캐터로메트리 공정에 대한 정보로부터, 라인 폭 및 라인 형상과 같은 격자의 파라미터가 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.

일례로, 오버레이 오차를 결정하기 위해, 복수의 세트의 중첩 패턴이 이용된다. 각각의 세트의 중첩 패턴에는 알려진(그리고 상이한) 바이어스가(알려지지 않은 오버레이 오차에 추가하여) 제공된다. 각각의 세트의 중첩 패턴에 대해서는, 1차 및 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴이 검출된다. 1차 또는 그보다 높은 차수의 회절 패턴은 비대칭성을 검출하기 위해 이용되며, 이 비대칭성은 동일하고 방향이 반대인 각도에서의 세기로부터 감산된 소정 각도에서의 세기이다. 비대칭성은 각각의 반사 각도 또는 각각의 픽셀에 대해 계산될 수 있다. 비대칭성은 각각의 세트의 중첩 패턴에 대해 계산 및 모델링되며, 각각의 세트의 중첩 패턴은 상이한 바이어스를 갖는다. 복수의 바이어스에 걸친 모델링된 비대칭성으로부터, 오버레이 오차가 계산될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 비대칭성은 패턴의 복수의 상이한 발진 기저 함수(oscillating base function)로서 모델링될 수 있으며, 이 함수의 각각은 T의 주기를 갖는다. 비대칭성은 가장 흔하게는 일련의 고조파로서 모델링된다. 단순히 1차 고조파가 아닌 더 높은 차수의 고조파가 고려되면, 소정의 오버레이 d에 대해 각각의 픽셀 p에 대하여 검출된 비대칭성은 다음과 같다:

여기서, A는 비대칭성이고, o는 오버레이 오차이며, K는 각각의 고조파의 가중치이다. 1차 및 2차 고조파(n=1, 2)가 가장 중요할 것이다. 3차 및 그보다 높은 차수의 고조파가 무시할 수 있는 것으로 간주되면, 이것은 다음과 같이 된다:

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 오버레이 오차에 바이어스를 더한 것과 동일한 오프셋의 함수로서의 1차 및 2차 고조파를 도시하고 있다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 고조파는 주기의 절반(T/2)에 걸쳐 부호가 변경되는 반면, 2차 고조파의 부호는 변경되지 않는 채로 유지된다. ±d, ±d＋T/2의 바이어스를 갖는 패턴의 세트가 이용되면, 수식은 다음과 같이 된다:

그러므로, 합계와 차이가 계산되면, K₁ _,p 및 K₂ _,p에 대한 표현을 구하는 것이 가능하다:

이것은 다음과 같이 풀 수 있다:

이 표현은 │o│＜T/4에 대해서는 K₁ _,p을 유지하고, │o│＜T/8에 대해서는 K₂ _,p을 유지한다.

오버레이 오차는 최소 자승법(least means square method)을 이용하여 결정될 수 있다:

1차 및 2차 고조파가 이 예에서 이용되었지만, 임의의 2개의 고조파가 적용될 수 있으며, 그 중 하나는 우함수(even function)이고, 다른 하나는 기함수(odd function)이다.

상이한 발진 기저 함수를 위한 가중치를 계산하는 다른 방법은 각각 상이한 바이어스를 갖는 중첩 패턴의 3개의 세트를 이용함으로써 달성된다. 이 예에서, 바이어스를 임의의 특정값이 되도록 선택할 필요는 없다. 소정의 오버레이 값에 대해, K₁ _,p 및 K₂ _,p는 각각의 픽셀에 대한 2개의 선형 방정식의 세트를 이용하여 결정될 수 있다:

여기서 x는 오프셋(오버레이에 바이어스를 더한 것과 동일)이다. 이 예에서, 1차 및 2차 고조파의 가중치는 최소 자승법을 이용하여 결정될 수 있다. 소정의 오버레이 값에 대해, K₁ _,p 및 K₂ _,p는 가장 작은 최소자승값을 발생하는 값이다. 이것은 복수의 상이한 오버레이 값에 대해 계산되며, 실제 오버레이 값은 가장 작은 최소자승값에 대응하는 오버레이 값이다.

이 방법에서의 3개의 상이한 바이어스가 어떠한 값일 수도 있지만, 선택된 값은 결정된 오버레이 오차의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 그 결과, 3개의 바이어스는 사용되고 있는 것 이외의 고조파로부터의 크로스 토크(cross talk)를 감소시키기 위해 그리고 K₁ _,p 및 K₂ _,p의 결정을 위한 조건수(condition number)에 대하여 최적화되어야 한다.

각각의 각도 또는 픽셀에 대하여, 가중치 또는 K 값이 각각의 기저 함수 또는 사용된 고조파에 대하여 결정된다. 그러므로, 각각의 픽셀에 대해 결정된 가중치 또는 K₁ 및 K₂ 값은 픽셀의 어레이에 걸친 K₁ 및 K₂ 값의 맵을 형성할 수 있다. 이것은 K 맵으로서 알려져 있다. K 맵이 결정된 후, 이 K 맵은 K 값을 다시 구할 필요 없이 중첩 패턴의 단일 세트에 대한 오버레이 값을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 이 방법의 성공은 결정된 K 값의 정확도에 좌우되며, K 값이 기판을 가로질러 변하지 않는 것으로 가정한다.

도 6은 중첩 패턴의 세트(31, 32, 33, 34)를 각각 갖는 복수의 필드(21, 22, 23, 24)를 도시하고 있다. 본 발명의 실시예에 따라 상이한 필드의 각각에 대해 K₁ 및 K₂ 값이 결정된다. 본 발명의 실시예에 따라, 단순히 각각의 필드에 부여된 K₁ 및 K₂ 값을 이용하는 대신, 주변 필드로부터의 K 값이 보간된다. 그러므로, 필드 내의 중첩 패턴(28)의 세트(하나의 세트)가 오버레이 오차를 결정하기 위해 이용될 때, 오버레이 오차를 계산하기 위해 이용된 K₁ 및 K₂ 맵은 주변 필드 모두로부터 결정된 K₁ 및 K₂ 맵으로 보간될 수 있다.

도 7에는 추가의 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에는, 서로 인접하지 않아서 동일한 오버레이 오차를 갖는 것으로 가정될 수 없는 복수의 세트의 중첩 패턴(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47)이 있다. 최소 자승법을 이용하여 K₁ 및 K₂ 값 및 그에 따라 K₁ 및 K₂ 맵을 발생하기 위해 중첩 패턴의 세트 중의 임의의 3개의 세트가 선택될 수 있다. 이와 달리, 중첩 패턴의 세트 중의 4개가 오버레이 ±d, ±d＋T/2를 갖는다면, ±d, ±d＋T/2 맵을 발생하는 제1 방법도 이용될 수 있다.

이 설명이 기판 상의 중첩 패턴의 세트에 관련되지만, 격자가 가장 흔하게 이용된다.

본 발명의 실시예는 1차의 회절 패턴과 관련하여 설명하였지만, 어떠한 더 높은 차수의 회절 패턴에도 적용될 수 있다.

본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용예에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟 영역"과 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(통상적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 장치), 계측 장비, 및/또는 검사 장치에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위에서, 상기한 기판 처리 장치와 여타 기판 처리 장치에 본 명세서의 개시 내용이 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 수도 있다.

앞에서는 광학 리소그래피의 관점에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대하여 구체적인 참조가 이루어졌을 수도 있지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용분야에 이용될 수도 있으며, 또한 문맥이 허락하는 곳에서는 광학 리소그래피로 한정되지 않는다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 장치의 토폴로지가 기판에 기판 상에 생성된 패턴을 형성한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 제공된 레지스트의 층 내로 프레스될 수 있으며, 그 후에 레지스트를 전자기 방사선, 가열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화시킨다. 레지스트가 경화된 후에는, 패터닝 장치는 레지스트의 외측으로 이동되어 레지스트 층에 패턴을 잔류시킨다.

본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어에는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 ㎚의 파장 또는 그 부근의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5?20 ㎚ 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선뿐만 아니라 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔이 포함된다.

"렌즈"라는 용어는 문맥이 허용하는 곳에서는 굴절성, 반사성, 자기성, 전자기성, 및 정전성 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 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 수도 있다.

청구범위의 해석은 본 명세서의 과제의 해결 수단 부분 및 요약서 부분보다는 주로 상세한 설명 부분을 통해 이루어져야 할 것이다. 과제의 해결 수단 부분 및 요약서 부분은 본 발명의 발명자에 의해 고려된 본 발명의 모든 실시예가 아닌 하나 이상의 실시예를 설명하므로, 본 발명 및 첨부된 청구범위를 어떠한 방식으로든 제한하려는 것은 아니다.

본 발명은 특정 기능부 및 이들의 관계에 대한 구현을 예시하는 기능 블록을 이용하여 개시되어 있다. 이들 기능 블록의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서 내에서 임의적으로 정해진 것이다. 구체적인 기능 및 관계가 적합하게 수행된다면 다른 대안의 경계를 정하는 것도 가능하다.

구체적인 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 적합화할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적합화는 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하여 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있는 것이다. 본 명세서 내의 전문 용어 또는 기술 용어는 해당 부분을 그 표현으로 한정하려는 것이 아니라 그 부분을 설명하기 위한 것이므로, 본 명세서의 전문 용어 또는 기술 용어는 교시 및 지침의 관점으로 당업자에 의해 이해되어야 한다.

본 발명의 범위 및 요지는 전술한 예의 실시예로 한정되지 않고, 이하의 청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims

기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법으로서, 상기 기판이 복수의 세트의 중첩 패턴을 포함하고, 각각의 세트의 중첩 패턴이 상단 패턴 및 하단 패턴을 포함하며, 상단 패턴 및 하단 패턴이 주기적이고, 각각의 세트의 중첩 패턴은, 각각의 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트가 오버레이 오차와 바이어스의 합계에 동일하게 되도록, 상단 패턴과 하단 패턴 사이에 상이한 바이어스를 가지며, 상기 방법은,
(a) 복수의 상기 바이어스의 각각에 대하여, 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
(b) 1차 또는 그보다 높은 차수로부터 중첩 패턴의 세트의 각각에 대응하는 비대칭성을 결정하는 단계; 및
(c) 복수의 상기 바이어스에 대하여 비대칭성의 세트에 기초한 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하며,
상기 계산하는 단계는, 중첩 패턴의 세트의 각각에 대하여, 비대칭성을 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수(oscillating base function)의 가중된 합계(weighted sum)와 같은 전체 시프트의 함수로서 모델링하는 단계를 포함하며, 상기 기저 함수는 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트에 대한 비대칭성을 갖고, 주기적 패턴의 피치와 동일한 주기성(periodicity)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수는, 주기적 패턴의 피치와 동일한 주기를 갖는 1차 고조파와, 주기적 패턴의 피치의 절반과 동일한 주기를 갖는 2차 고조파를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상이한 발진 기저 함수의 세트는 상이한 고조파 차수의 사인 함수의 세트를 포함하며, 합계에서의 가중치가 각각의 고조파 차수의 중요성을 나타내는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 3개 이상의 상이한 바이어스에서의 비대칭성을 결정하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 계산하는 단계는 최소 자승법(least means square method)을 이용하여 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 적어도 +d, -d, +d+T/2 및 -d+T/2의 바이어스에서의 비대칭성을 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 T는 패턴의 주기인, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 ±d와 ±d+T/2에서의 비대칭성들 간의 차이를 이용하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 ±d와 ±d+T/2에서의 비대칭성들 간의 합계를 이용하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 비대칭성은 복수의 픽셀의 각각에 대해 검출되는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 중첩 패턴의 세트 중의 하나 이상의 세트가 상기 중첩 패턴의 세트의 나머지로부터 떨어져 있고, 상기 중첩 패턴의 세트의 나머지와 반드시 동일할 필요는 없는 오버레이 오차를 갖는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
복수의 세트의 중첩 패턴을 갖는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법에 있어서,
(a) 각각의 위치가 필드에 대응하는 복수의 위치의 각각에서의 복수의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
(b) 비대칭성을 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 가중된 합계로서 모델링하고, 복수의 위치의 각각에 대하여, 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계;
(c) 복수의 위치로부터 떨어진 검출 위치에서의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
(d) 복수의 필드 위치에 대해 결정된 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간(interpolation)함으로써 검출 위치에 대하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계;
(e) 복수의 필드 위치에 대해 결정된 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간함으로써 검출 위치에 대하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계; 및
(f) 검출 위치에서의 오버레이 오차를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법.
제11항에 있어서,
각각의 위치는 복수의 세트의 중첩 패턴을 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법.
디바이스 제조 방법에 있어서,
기판 상에 패턴을 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하는 단계; 및
청구항 11에 따른 방법에 의해 상기 패턴의 오버레이 오차를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법으로서, 상기 기판이 복수의 세트의 중첩 패턴을 포함하고, 각각의 세트의 중첩 패턴이 상단 패턴 및 하단 패턴을 포함하며, 상단 패턴 및 하단 패턴이 주기적이고, 각각의 세트의 중첩 패턴은, 각각의 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트가 오버레이 오차와 바이어스의 합계에 동일하게 되도록, 상단 패턴과 하단 패턴 사이에 상이한 바이어스를 가지며, 상기 방법은,
복수의 상기 바이어스의 각각에 대하여, 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
1차 또는 그보다 높은 차수로부터 중첩 패턴의 세트의 각각에 대응하는 비대칭성을 결정하는 단계; 및
복수의 상기 바이어스에 대하여 비대칭성의 세트에 기초한 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 결정하는 단계는, 중첩 패턴의 세트의 각각에 대하여, 비대칭성을 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수(oscillating base function)의 가중된 합계(weighted sum)와 같은 전체 시프트의 함수로서 모델링하는 단계를 포함하며, 상기 기저 함수는 상단 패턴과 하단 패턴 사이의 전체 시프트에 대한 비대칭성을 갖고, 주기적 패턴의 피치와 동일한 주기성(periodicity)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수는, 주기적 패턴의 피치와 동일한 주기를 갖는 1차 고조파와, 주기적 패턴의 피치의 절반과 동일한 주기를 갖는 2차 고조파를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상이한 발진 기저 함수의 세트는 상이한 고조파 차수의 사인 함수의 세트를 포함하며, 합계에서의 가중치가 각각의 고조파 차수의 중요성을 나타내는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 비대칭성을 결정하는 단계는 3개 이상의 상이한 바이어스에서의 비대칭성을 결정하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 오버레이 오차를 결정하는 단계는 최소 자승법을 이용하여 2개 이상의 상이한 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계를 포함하는 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 비대칭성을 결정하는 단계는 적어도 +d, -d, +d+T/2 및 -d+T/2의 바이어스에서의 비대칭성을 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 T는 패턴의 주기인, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 비대칭성을 결정하는 단계는 ±d와 ±d+T/2에서의 비대칭성들 간의 차이를 이용하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 비대칭성을 결정하는 단계는 ±d와 ±d+T/2에서의 비대칭성들 간의 합계를 이용하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 비대칭성은 복수의 픽셀의 각각에 대해 검출되는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 중첩 패턴의 세트 중의 하나 이상의 세트가 상기 중첩 패턴의 세트의 나머지로부터 떨어져 있고, 상기 중첩 패턴의 세트의 나머지에 대하여 상이한 오버레이를 갖는, 기판상의 오버레이 오차를 측정하는 방법.
복수의 세트의 중첩 패턴을 갖는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법에 있어서,
각각의 위치가 필드에 대응하는 복수의 위치의 각각에서의 복수의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
비대칭성을 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 가중된 합계로서 모델링하고, 복수의 위치의 각각에 대하여, 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계;
복수의 위치로부터 떨어진 검출 위치에서의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
복수의 필드 위치에 대해 결정된 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간(interpolation)함으로써 검출 위치에 대하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계;
복수의 필드 위치에 대해 결정된 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간함으로써 검출 위치에 대하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계; 및
검출 위치에서의 오버레이 오차를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법.
제24항에 있어서,
각각의 위치는 복수의 세트의 중첩 패턴을 포함하는, 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 방법.
디바이스 제조 방법에 있어서,
기판상에 패턴을 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하는 단계; 및
복수의 세트의 중첩 패턴을 갖는 기판상의 오버레이 오차를 결정하는 단계
를 포함하며, 상기 결정하는 단계는,
각각의 위치가 필드에 대응하는 복수의 위치의 각각에서의 복수의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
비대칭성을 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 가중된 합계로서 모델링하고, 복수의 위치의 각각에 대하여, 2개 이상의 상이한 비대칭 발진 기저 함수의 각각에 대한 가중치를 결정하는 단계;
복수의 위치로부터 떨어진 검출 위치에서의 비대칭성을 측정하기 위해 1차 또는 그보다 높은 차수를 포함하는 회절 패턴을 검출하는 단계;
복수의 필드 위치에 대해 결정된 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간(interpolation)함으로써 검출 위치에 대하여 제1 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계;
복수의 필드 위치에 대해 결정된 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치들 사이에 보간함으로써 검출 위치에 대하여 제2 발진 기저 함수에 대한 가중치를 결정하는 단계; 및
검출 위치에서의 오버레이 오차를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.