KR20130100988A - 오버레이 오차를 결정하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

오버레이 오차를 결정하는 방법이 개시된다. 프로세스-유도 비대칭을 갖는 오버레이 타겟을 측정하는 단계가 제공된다. 타겟의 모델을 구성하는 단계가 제공된다. 비대칭을 보상하기 위해, 예를 들어 상기 구조체들 중 하나를 이동시킴으로써 상기 모델을 수정하는 단계가 제공된다. 수정된 모델을 이용하여 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계가 제공된다. 측정된 오버레이 오차로부터 비대칭-유도 오버레이 오차를 빼, 생성 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계가 제공된다. 일 예시에서, 상기 모델은 비대칭 p(n'), p(n")를 변동시킴으로써 수정되고, 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계는 복수의 스캐터로미터 측정 레시피들에 대해 반복되며, 생성 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계는 생성 타겟을 측정하는데 사용되는 최적 스캐터로미터 측정 레시피를 선택하도록, 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차들을 이용한다.

Description

오버레이 오차를 결정하는 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING AN OVERLAY ERROR}
본 출원은 2010년 7월 19일에 출원된 미국 가출원 61/365,538의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 장치를 이용하는 리소그래피 기술에 의하여 디바이스의 제조 시에 오버레이 오차를 결정하는 검사 장치 및 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 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 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정을 모니터링(monitor)하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들이 측정된다. 파라미터들은, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 두 층들 간의 오버레이 오차, 및 현상된 감광성 레지스트의 임계 선폭(critical linewidth)을 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판(product substrate) 및/또는 지정된 메트롤로지 타겟(dedicated metrology target)에서 수행될 수 있다. 리소그래피 공정에서 형성된 미세한 구조체들의 측정을 수행하기 위해, 주사 전자 현미경 및 다양한 특수 툴들의 사용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 고속 및 비-파괴(non-destructive) 형태의 특수 검사 툴은, 기판의 표면의 타겟부 상으로 방사선 빔을 지향하여, 산란되거나 반사된 빔의 특성들을 측정하는 스캐터로미터(scatterometer)이다. 상기 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란된 전후에 상기 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 알려진 기판 특성들과 연계된 알려진 측정들의 라이브러리(library)에 저장된 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 수행될 수 있다. 스캐터로미터의 두 가지 주요 형태가 알려져 있다. 분광 스캐터로미터(Spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위로 산란되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해된 스캐터로미터(Angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선의 세기를 측정한다.
반도체 디바이스 제조자들은 웨이퍼에 존재하는 격자들을 이용하여 웨이퍼들을 정렬시킨다. 정렬 센서는 서브(sub)-nm 반복성을 갖는 격자의 위치를 측정한다. 또한, 제조자들은 겹쳐진(overlapping) 격자들을 이용하여 제품상의 오버레이(on-product overlay)를 측정한다. 이때, 서브-nm TMU(Total Measurement Uncertainty) 수들 또한 쉽게 달성된다. 하지만, 오버레이 메트롤로지 및 정렬 센서들은 에칭, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 및 증착과 같은 처리 단계들에 의해 야기되는 마커 비대칭에 민감하다. 이 비대칭들은 수 nm 치수(order)인 오버레이 및 정렬 오차들을 초래한다. 이 영향은 오버레이 예상치(overlay budget)를 넘어서기 시작하므로, 해결책들이 필요하다.
스캐터로미터 측정 레시피 선택[예를 들어, 각각의 레시피는 조명의 다양한 파장들 및 편광(polarization)들을 가짐]은 현재 평균 TIS(Tool Induced Shift) 및/또는 TIS 가변성(TIS 3 시그마라고도 알려짐)과 같은 파라미터들을 이용하여 수행된다. 기준 층이 비대칭 프로파일을 보이는 경우에 문제가 존재한다.
타겟 격자의 형상의 비대칭들은 일반적으로 측정되는 오버레이에 영향을 줄 것이다. 이 영향은 측정에 사용된 조명 세팅에 따라 다를 수 있다.
타겟 레시피 선택은 처리 및 이미징 후에 격자들의 형상의 실제적인 정보 없이 수행된다. 또한, 현재 공정의 상황은 레시피 선택의 결정에 사용되지 않는다. TIS 및/또는 TMU에 기초하는 퀄리파이어(qualifier)들의 사용은 타겟 비대칭에 대항하여 가장 견실한(robust) 측정 레시피를 항상 유도하지는 않는다.
본 발명은 오버레이 오차를 결정하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 오버레이 오차를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계, 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -, 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계, 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -, 및 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 오버레이 오차를 결정하는 검사 장치가 제공되며, 상기 검사 장치는 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하도록 구성되고, 상기 검사 장치는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하고 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -, 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하며, 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하고 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -, 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 리소그래피 장치는 패턴을 조명하도록 배치된 조명 광학 시스템, 상기 패턴의 이미지를 기판 상으로 투영하도록 배치된 투영 광학 시스템, 및 상기 제 2 실시형태에 따른 검사 장치를 포함한다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 리소그래피 셀은 방사선 감응 층으로 기판들을 코팅하도록 배치된 코터(coater), 상기 코터에 의해 코팅된 상기 기판들의 방사선 감응 층 상으로 이미지들을 노광시키도록 배치된 리소그래피 장치, 상기 리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지들을 현상하도록 배치된 디벨로퍼(developer), 및 상기 제 2 실시형태에 따른 검사 장치를 포함한다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 1 이상의 프로세서들이 오버레이 오차를 결정하는 방법을 수행하도록 채택되는, 오버레이 오차를 결정하기 위한 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 상기 방법은, 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계, 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -, 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계, 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -, 및 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들로 제한되지 않음을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 내용들에 기초하여 추가적인 실시예들을 명확히 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 통합되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자가 본 발명을 수행하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 제 1 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 4는 제 2 스캐터로미터를 도시하는 도면;
도 5는 스캐터로미터 측정들로부터 구조체를 재구성하는 예시적인 제 1 프로세스를 도시하는 도면;
도 6은 스캐터로미터 측정들로부터 구조체를 재구성하는 예시적인 제 2 프로세스를 도시하는 도면;
도 7은 모델에서 중심에 있는 최상부 격자(centered top grating)의 위치설정을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시하는 도면;
도 8은 모델의 오프셋된 최상부 격자(offset top grating)의 위치설정을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시하는 도면;
도 9는 저부 격자와 최상부 격자 둘 모두의 측정 및 재구성을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시하는 도면;
도 10은 최적의 레시피(optimum recipe)를 결정하기 위해 변동하는 모델링된 비대칭(varying modeled asymmetry)을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시하는 도면; 및
도 11은 큰 오버레이 오차들에 대해 최적의 레시피를 결정하기 위해 변동하는 모델링된 비대칭을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시하는 도면이다.
본 발명의 특징들 및 장점들은 도면들과 연계될 때 아래에 설명된 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 동일한 참조 부호들은 전반에 걸쳐 대응하는 요소들과 동일하게 취급된다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 요소가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호의 맨 앞자리 수(들)에 의해 나타내어진다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 통합한 1 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
설명된 실시예(들), 및 본 명세서에서 "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등의 언급은, 설명된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명될 때, 이는 명시적으로 설명되는지 여부에 관계없이 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성을 달성하기 위해 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이의 여하한의 조합으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 1 이상의 프로세서들에 의해 판독 및 실행될 수 있는 기계-판독가능한 매체에 저장된 명령어들로서 구현될 수 있다. 기계-판독가능한 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하는 여하한의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계-판독가능한 매체는 ROM(read only memory); RAM(random access memory); 자기 디스크 저장 매체; 광학 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호[예를 들어, 반송파(carrier wave), 적외 신호, 디지털 신호 등] 등을 포함할 수 있다. 더욱이, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들은 본 명세서에서 소정 작업을 수행하는 것으로서 설명될 수 있다. 하지만, 이러한 설명들은 단지 편의를 위한 것이며, 이러한 작업들은 실제로 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 디바이스들에 기인한다는 것을 이해하여야 한다.
하지만, 이러한 실시예들을 보다 자세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 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, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 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 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 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 평면의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 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 도움으로 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 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 마스크(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 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(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판에 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치들 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 정확하고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 두 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 - 수율을 개선하도록 - 벗겨서 재가공되거나(stripped and reworked), 폐기됨에 따라, 결점이 있다고 알려진 기판들에 노광을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다.
검사 장치는 기판의 특성들을 결정하는데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 가지며 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 노광되지 않은 레지스트의 부분 간의 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재함 -, 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 통상적으로 노광된 기판에서 수행되는 제 1 단계이며 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광후 베이크 단계(PEB) 이후에 측정들이 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명에서 사용될 수 있는 스캐터로미터를 도시한다. 이는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 야기하는 프로파일 또는 구조체는, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 3의 하단에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 상기 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 상기 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 파라미터들이 가정되어, 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직-입사(normal-incidence) 스캐터로미터 또는 경사-입사(oblique-incidence) 스캐터로미터로서 구성될 수 있다. 하지만, 수직 입사에서 이 스캐터로미터는 패턴 비대칭에 대한 감도를 갖지 않는다. 0-th 회절 차수에서 패턴 비대칭을 검출하기 위해서는 경사 입사가 필요하다.
본 발명에 더 적합한 또 다른 스캐터로미터가 도 4에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 시준되고, 간섭 필터(interference filter: 13) 및 편광기(polarizer: 17)를 통해 전달되며, 부분 반사면(16)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 0.9, 더 바람직하게는 적어도 0.95의 높은 개구수(NA)를 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상으로 포커스된다. 침지 스캐터로미터는, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈를 구비할 수도 있다. 그 후, 반사된 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)로 전달된다. 검출기는 렌즈 시스템(15)의 초점 길이에 존재하는 역투영된(back-projected) 퓨필 평면(11) 내에 위치될 수 있지만, 그 대신에 퓨필 평면이 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기 상으로 재-이미징(re-image)될 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기인 것이 바람직하다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 이용할 수 있다.
예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 흔히 사용된다. 이를 위해, 방사선 빔이 빔 스플리터(16)에 입사하는 경우, 그 일부분이 빔 스플리터를 통해 기준 빔으로서 기준 거울(14)을 향하여 전달된다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로, 또는 대안적으로 상이한 검출기(도시되지 않음) 상으로 투영된다.
가령 405 내지 790 nm의 범위, 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에서 관심 파장(wavelength of interest)을 선택하기 위해, 간섭 필터들(13)의 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함하기보다는 조절가능(tunable)할 수 있다. 간섭 필터들 대신에, 격자가 사용될 수 있다.
검출기(18)는 단파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란된 광의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic)- 및 횡전기(transverse electric)-편광의 세기, 및/또는 횡자기-편광과 횡전기-편광 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.
광대역 광 소스(즉, 광범위한 광 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들을 갖는 광 소스)를 이용할 수 있으며, 이는 넓은 에텐듀(etendue)를 제공하여 다수 파장들의 혼합(mixing)을 허용한다. 광대역에서의 복수의 파장들은, 바람직하게는 각각 Δλ의 대역폭 및 적어도 2Δλ(즉, 대역폭의 두 배) 이상의 간격을 갖는다. 방사선의 수 개의 "소스들"은 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 분할(split)되었던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들이 다수 파장들에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 EP 1,628,164 A에서 더 상세히 설명된다.
기판(W)의 타겟(30)은 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 주기적인 1-D 격자일 수 있다. 타겟(30)은 현상 이후에 격자가 레지스트 내에서 솔리드 레지스트 필라(pillar)들 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 주기적인 2-D 격자일 수 있다. 대안적으로, 상기 바아들, 필라들 또는 비아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)의 색수차(chromatic aberration) 및 조명 대칭성에 민감할 수 있으며, 이러한 수차들의 존재는 프린트된 격자의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 격자의 스캐터로메트리 데이터가 상기 격자들을 재구성하는데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스캐터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터들, 또는 필라나 비아의 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 타겟은 기판의 표면에 있다. 이 타겟은 흔히 2-D 어레이에서 실질적으로 직사각형인 구조체들 또는 격자에서 일련의 라인들의 형상을 취할 것이다. 메트롤로지에서의 엄밀한 광학 회절 이론들의 목적은, 사실상 타겟으로부터 반사되는 회절 스펙트럼의 계산이다. 다시 말하면, CD(임계 치수) 균일성 및 오버레이 메트롤로지에 대하여 타겟 형상 정보가 얻어진다. 오버레이 메트롤로지는, 기판의 두 층들이 정렬되는지의 여부를 결정하기 위해 두 타겟들의 오버레이가 측정되는 측정 시스템이다. CD 균일성은 단순히 리소그래피 장치의 노광 시스템이 어떻게 기능하고 있는지를 결정하는, 스펙트럼에 대한 격자의 균일성의 측정이다. 명확하게는, CD 또는 임계 치수는 기판에 "기록"되는 대상물의 폭이며, 리소그래피 장치가 기판에 물리적으로 기록할 수 있는 한계이다.
타겟(30)과 같은 타겟 구조체 및 그 회절 특성들의 모델링과 조합하여 앞서 설명된 스캐터로미터들 중 하나를 이용하면, 많은 방식으로 구조체의 형상 및 다른 파라미터들의 측정이 수행될 수 있다. 도 5에 나타낸 프로세스의 제 1 형태에서, 타겟 형상의 제 1 추산(제 1 후보 구조체)에 기초한 회절 패턴이 계산되고, 관찰된 회절 패턴과 비교된다. 그 후, 모델의 파라미터들이 체계적으로 변하고, 회절이 일련의 반복들에서 재-계산되어 새로운 후보 구조체들을 발생시키고, 이에 따라 최적 피트(best fit)에 도달한다. 도 6에 나타낸 프로세스의 제 2 형태에서는, 다수의 상이한 후보 구조체들에 대한 회절 스펙트럼들이 미리 계산된 후, 회절 스펙트럼들의 '라이브러리'가 생성된다. 그 후, 측정 타겟으로부터 관찰된 회절 패턴이 최적 피트를 찾기 위해 계산된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교된다. 두 방법들은 함께 사용될 수 있다: 라이브러리로부터 개략 피트(coarse fit)가 얻어지고, 이어서 최적 피트를 찾도록 반복 프로세스가 수행될 수 있다.
도 5를 더 상세히 참조하면, 타겟 형상 및/또는 재료 특성들의 측정이 수행되는 방식이 집약적으로 설명될 것이다. 타겟은 이 설명에서 단지 1 방향으로만 주기적(1-D 구조체)인 것으로 가정될 것이다. 실제로, 이는 2 방향으로 주기적일 수 있으며(2-차원 구조체), 이에 따라 처리 과정이 채택될 수 있을 것이다.
단계 502에서: 앞서 설명된 바와 같은 스캐터로미터를 이용하여 기판의 실제 타겟의 회절 패턴이 측정된다. 이 측정된 회절 패턴은 컴퓨터와 같은 계산 시스템으로 포워딩된다(forwarded). 계산 시스템은 앞서 언급된 처리 유닛(PU)일 수 있거나, 별도의 장치일 수 있다.
단계 503에서: 다수의 파라미터들 pi(p1, p2, p3 등)에 대한 것으로 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 정의하는 '모델 레시피(model recipe)'가 확립된다. 이 파라미터들은, 예를 들어 주기적인 1D 구조체에서 측벽의 각도, 피처의 높이 또는 깊이, 피처의 폭을 나타낼 수 있다. 또한, 타겟 재료 및 아래놓인 층들의 특성들은 (스캐터로메트리 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에서의) 굴절률과 같은 파라미터들에 의해서도 나타내어진다. 아래에서 특정한 예시들이 주어질 것이다. 중요하게는, 타겟 구조체가 그 형상 및 재료 특성들을 설명하는 수십 개의 파라미터들에 의해 정의될 수 있으며, 모델 레시피는 이들 중 다수가 고정된 값들을 갖도록 정의하는 한편, 나머지들은 다음 공정 단계들의 목적을 위해 가변 또는 '플로팅(floating)' 파라미터들이 될 것이다. 또한, 아래에서 고정된 파라미터와 플로팅 파라미터들 간의 선택이 수행되는 공정을 설명한다. 또한, 파라미터들이 완전히 독립적인 플로팅 파라미터들이 아닌 채로 변하도록 허용될 수 있는 방식들을 도입할 것이다. 도 5를 설명하기 위해, 가변 파라미터들만이 파라미터 pi로서 고려된다. 단계 504에서: 플로팅 파라미터들에 대한 초기값들 pi (0)(즉, p1 (0), p2 (0), p3 (0) 등)을 설정함으로써 모델 타겟 형상이 추산된다. 각각의 플로팅 파라미터는 레시피에서 정의된 바와 같이 사전설정된 소정 범위들 내에서 생성될 것이다.
단계 506에서: 모델의 상이한 요소들의 광학 특성들과 함께 추산된 형상을 나타내는 파라미터들은, 예를 들어 맥스웰 방정식의 RCWA 또는 여하한의 다른 솔버(solver)와 같은 엄밀한 광학 회절 방법을 이용하여 산란 특성들을 계산하는데 사용된다. 이는 추산된 타겟 형상의 추산 또는 모델 회절 패턴을 제공한다.
단계 508 및 단계 510에서: 측정된 회절 패턴 및 모델 회절 패턴이 비교되고, 그 유사점 및 차이점이 모델 타겟 형상에 대한 "메리트 함수(merit function)"를 계산하는데 사용된다.
단계 512에서: 메리트 함수가 모델이 실제 타겟 형상을 정확하게 나타내기 전에 개선되어야 한다는 것을 나타낸다고 가정하여, 새로운 파라미터들 p1 (1), p2 (1), p3 (1) 등이 추산되고, 단계 506으로 되풀이하여 피드백된다. 단계 506 내지 단계 512가 반복된다.
탐색을 돕기 위해, 단계 506에서의 계산들이 메리트 함수의 편도함수(partial derivative)를 더 생성할 수 있으며, 이는 파라미터의 증가 또는 감소가 파라미터 공간 내의 이 특정 구역에서 메리트 함수를 증가시키거나 감소시키는 감도를 나타낸다. 메리트 함수의 계산 및 도함수의 사용은 일반적으로 당업계에 알려져 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명하지는 않을 것이다.
단계 514에서: 메리트 함수가 이 반복 프로세스가 원하는 정확성으로 해에 수렴하였음을 나타내는 경우, 현재 추산된 파라미터들이 실제 타겟 구조체의 측정으로서 보고된다.
이 반복 프로세스의 연산 시간은 대부분, 사용되는 포워드 회절 모델에 의해, 즉 추산된 타겟 구조체로부터 엄밀한 광학 회절 이론을 이용하는 추산된 모델 회절 패턴의 계산에 의해 결정된다. 더 많은 파라미터가 요구되는 경우, 더 많은 자유도가 존재한다. 계산 시간은 원칙적으로 전체 자유도의 수가 많을수록 증가한다. 506에서 계산된 추산 또는 모델 회절 패턴은 다양한 형태로 표현될 수 있다. 계산된 패턴이 단계 510에서 생성되는 측정된 패턴과 동일한 형태로 표현되는 경우에는 비교들이 간단해진다. 예를 들어, 모델링된 스펙트럼은 도 3의 장치에 의해 측정된 스펙트럼과 쉽게 비교될 수 있다; 모델링된 퓨필 패턴은 도 4의 장치에 의해 측정된 퓨필 패턴과 쉽게 비교될 수 있다.
이후 도 5로부터의 설명에서는, 도 4의 스캐터로미터가 사용된다는 가정 하에 '회절 패턴'이라는 용어가 사용될 것이다. 당업자라면, 상이한 형태의 스캐터로미터, 또는 심지어 다른 형태의 측정 기구에도 본 발명을 쉽게 적용할 수 있다.
도 6은 상이한 추산된 타겟 형상들(후보 구조체들)에 대한 복수의 모델 회절 패턴들이 미리 계산되고 실제 측정과의 비교를 위한 라이브러리에 저장되는 대안적인 프로세스 예시를 나타낸다. 기본 원리들 및 전문용어는 도 5의 프로세스에 대한 것과 동일하다. 도 6의 프로세스 단계들은 다음과 같다:
단계 602에서: 라이브러리를 생성하는 프로세스가 시작한다. 타겟 구조체의 각 형태에 대해 개별적인 라이브러리가 생성될 수 있다. 라이브러리는 필요에 따라 측정 장치의 사용자에 의해 생성될 수 있거나, 상기 장치의 공급자에 의해 미리 생성될 수 있다.
단계 603에서: 다수의 파라미터 pi(p1, p2, p3 등)에 대한 것으로 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 정의하는 '모델 레시피'가 확립된다. 고려사항들은 반복 프로세스의 단계 503에서의 것들과 유사하다.
단계 604에서: 예를 들어 각각 값들의 예상 범위 내에 있는 모든 파라미터들의 랜덤 값들을 생성함으로써 파라미터들의 제 1 세트 p1 (0), p2 (0), p3 (0) 등이 생성된다.
단계 606에서: 모델 회절 패턴이 계산되고 라이브러리에 저장되어, 파라미터들에 의해 나타내어진 타겟 형상으로부터 예상되는 회절 패턴을 나타낸다.
단계 608에서: 형상 파라미터들의 새로운 세트 p1 (1), p2 (1), p3 (1) 등이 생성된다. 저장된 모델링된 회절 패턴들을 모두 포함하는 라이브러리가 충분히 완전하다고 판단될 때까지, 단계 606 내지 단계 608이 수십 번, 수백 번 또는 심지어 수천 번 반복된다. 각각의 저장된 패턴은 다-차원 파라미터 공간에서의 샘플 지점(sample point)을 나타낸다. 라이브러리 내의 샘플들은 여하한의 실제 회절 패턴이 충분히 가깝게 나타내어질 충분한 밀도로 샘플 공간을 차지하여야 한다.
단계 610에서: 라이브러리가 생성된 후(이전일 수도 있음), 스캐터로미터에 실제 타겟(30)이 배치되고, 그 회절 패턴이 측정된다.
단계 612에서: 측정된 패턴은 최적 매칭 패턴을 찾아내도록 라이브러리에 저장되어 있는 모델링된 패턴들과 비교된다. 라이브러리 내의 모든 샘플과 비교가 수행될 수 있으며, 또는 더 체계적인 탐색 방식이 채택되어 연산 부하를 감소시킬 수 있다.
단계 614에서: 매칭이 발견되는 경우, 매칭 라이브러리 패턴을 생성하는데 사용된 추산된 타겟 형상이 근사 대상물 구조체로 결정될 수 있다. 매칭 샘플에 대응하는 형상 파라미터들은 측정된 형상 파라미터들로서 출력된다. 매칭 프로세스는 모델 회절 신호들로 직접 수행될 수 있거나, 신속한 평가를 위해 최적화되는 치환 모델(substitute model)들로 수행될 수 있다.
단계 616에서: 선택적으로는 가장 가까운 매칭 샘플이 시작 지점으로서 사용되고, 보고하기 위한 최종 파라미터들을 얻기 위해 정교화 프로세스(refinement process)가 사용된다. 이 정교화 프로세스는, 예를 들어 도 5에 나타낸 것과 매우 유사한 반복 프로세스를 포함할 수 있다.
정교화 단계(616)가 필요한지의 여부는 구현장치(implementer)에 대한 선택의 문제이다. 라이브러리가 매우 조밀하게 샘플링되는 경우, 우수한 매칭이 항상 발견될 것이기 때문에 반복 정교화가 필요하지 않을 수 있다. 반면에, 이러한 라이브러리는 실제 사용하기에 너무 클 수 있다. 따라서, 실제 해결책은 파라미터들의 개괄적인 세트(coarse set of parameters)에 대해 라이브러리 탐색을 이용하고, 이어서 원하는 정확성으로 타겟 기판의 파라미터들을 보고하기 위해 더 정확한 세트의 파라미터들을 결정하도록 메리트 함수를 이용하여 1 이상의 반복들을 수행하는 것이다. 추가 반복들이 수행되는 경우, 이는 라이브러리에 새로운 엔트리들로서 계산된 회절 패턴들 및 연계되는 정교화된 파라미터 세트들을 선택적으로 추가할 수 있다. 이러한 방식으로, 초기에는 비교적 적은 연산량에 기초하지만, 정교화 단계(616)의 연산량을 이용하여 더 큰 라이브러리로 형성되는 라이브러리가 사용될 수 있다. 어떠한 방식이 사용되든지, 다수 후보 구조체들의 매칭 적합도(goodness of the match)에 기초하여, 보고된 가변 파라미터들 중 1 이상의 값의 추가 정교화가 얻어질 수도 있다. 예를 들어, 최종적으로 보고된 파라미터 값들은 2 이상의 후보 구조체들의 파라미터 값들 사이에서 보간(interpolate)함으로써 생성될 수 있으며, 이는 그 후보 구조체들 중 둘 또는 모두가 높은 매칭 점수를 갖는다고 가정한다.
이 반복 프로세스의 연산 시간은 대부분, 단계 506 및 단계 606에서의 포워드 회절 모델에 의해, 즉 추산된 타겟 형상으로부터 엄밀한 광학 회절 이론을 이용하는 추산된 모델 회절 패턴의 계산에 의해 결정된다.
본 발명은 오버레이 오차들을 결정하는 실시예들에 관한 것이다.
도 7은 모델에서 중심에 있는 최상부 격자의 위치설정을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시한다.
단계 702에서: 웨이퍼의 타겟의 산란 특성들이 측정된다. 측정된 타겟은 처리된 격자와 같은 제 1 구조체(706)를 포함하며, 이는 층 708 및 층 710에 형성된다. 구조체(706)는 이 예시에서 왼쪽의 측벽이 오른쪽의 측벽보다 더 얕은 경사를 갖는 프로세스-유도 비대칭 왜곡을 갖는다. 도 4를 참조하여 설명된 SM2와 같은 스캐터로미터를 이용하여, 타겟이 방사선(712)의 조명 프로파일(711)(예를 들어, 어퍼처를 이용함)로 조명된다. 각도 분해된 스펙트럼(716)을 얻기 위해 퓨필 평면에서 산란된 방사선(714)이 검출된다. 조명 프로파일(711)은, 타겟의 적어도 하나의 특성이 따로 검출된 0차 회절(zeroth diffracted order) 및 고차 회절(higher diffracted order)을 이용하여 재구성될 수 있도록 구성된다. 분해된 스펙트럼(716)에서 알 수 있는 바와 같이, 1차 회절 패턴은 조명 프로파일에서 어두운 사분면(dark quadrant)들에 대응하는 2 개의 사분면(상부 우측 및 하부 좌측)에 나타나며, 0차(반사된) 회절 패턴은 다른 2 개의 사분면에 나타난다. 그러므로, 1차 회절의 일부분이 퓨필 평면에서 0차와 혼합되게 하는 종래 환형 프로파일의 단점을 갖지 않고, 회절 차수들이 분리된다. 환형 조명 프로파일들은 환형 조명이 회절 광에서 더 적은 정보를 제공하기 때문에 측정된 타겟 비대칭의 오차들을 초래할 수 있다. 예를 들어, 환형 조명에서는 타겟 비대칭을 측정하기에 유용한 정보를 포함하는 광 빔들이 수직 입사 부근에 존재하지 않는다.
단계 718에서: 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 모델링 프로세스를 이용하여 타겟의 모델이 구성된다. 모델 구조체들(722 내지 726)은 각각 타겟 구조체들(706 내지 710)에 대응한다. 따라서, 비대칭 왜곡을 포함하는 처리된 오버레이 타겟이 재구성된다.
단계 728에서: 모델은 제 1 모델 구조체(722)의 비대칭에 기초하여 수정된다. 이는 그 비대칭을 보상하도록 제 1 모델 구조체(722)의 위치 파라미터, 이 예시에서는 중심점을 정의하는 단계를 수반한다. 처리되고 재구성된 격자의 "0" 위치[즉, "중심": 732]이 정의된다. 반도체 디바이스 제조자(즉, 최종 사용자)는 프로세스의 물리적 설명이나 모델, 또는 전기적 오버레이 측정들 또는 디바이스 수율에 대한 상관관계와 같은 다른 방법들에 기초하여 이 중심 위치(732)를 정의하도록 입력을 제공할 수 있다. 상기 중심(732)은, 예를 들어 (여하한의 프로세스-유도 비대칭이 없는) 의도된 구조체 형상의 정보를 이용하여 정의될 수 있다.
이 실시예에서, 이 예시에서는 레지스트 격자를 나타내는 제 2 모델 구조체(730)가 이 단계에서 모델에 도입된다. 제 1 모델 구조체(722) 및 제 2 모델 구조체(730)는 위치 파라미터를 이용하여 서로에 대해 위치된다. 이는 도 7에서 모델 구조체들(722 및 730) 중 하나 또는 둘 모두의 모델에 위치를 삽입함으로써 달성된다(하지만, 도 9에 도시된 바와 같이 위치를 이동시킴으로써 수행될 수도 있다). 이 위치설정은 모델 구조체들이 서로에 대해 중심이 설정되도록 모델 구조체들을 오버레이할 수 있다(도 7, 도 9, 및 도 10). 대안적으로, 모델 구조체들(722 및 730)은 의도한 오프셋(X)으로 서로에 대해 위치될 수도 있다(도 8 및 도 11).
분석 소프트웨어에서는, 레지스트 격자(730)가 삽입되고, 레지스트 격자(730)가 처리된 격자(722)의 중심(732)의 최상부에 중심이 설정되는 방식으로(즉, 오버레이 오차가 0임) 재구성된 프로세스 스택에 배치된다. 이는 전부 소프트웨어에서 수행될 수 있으므로, 실제 실험들이 필요하지 않다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 위치는 화살표(b)들 사이에 있는 최상부 구조체(730)의 중심이 화살표(a)들 사이에 있는 아래놓인 구조체(722)의 중심(732)과 동일한 위치에 있도록 조정되었다. 도 7에서, 상부 모델 구조체들(720 및 730)의 폭(b+b)은 (여하한의 프로세스-유도 비대칭이 없는) 하부 모델 구조체의 폭(a+a)과 동일하다. 하지만, 상기 폭들은 상이할 수 있다(즉, a≠b)는 것을 이해할 것이다.
단계 734에서: 수정된 모델을 이용하여 제 1 모델 구조체(722)와 제 2 모델 구조체(730) 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr)가 결정된다. 퓨필 평면에서 검출기에 걸쳐 있는 픽셀들에서 결정되는 바와 같이, 비대칭-유도 오버레이 오차는 플러스와 마이너스 1차 회절 사이에서 퓨필 평면의 세기 델타로서 계산될 수 있다. 심지어 적은 량의 비대칭들에 대해 비교적 큰 비대칭-유도 오버레이 오차들을 갖는 픽셀들이 퓨필 평면에서 식별될 수 있다. 이 픽셀들은 아래의 단계 736에서 전체 퓨필 평면에 대한 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr) 값(number)의 계산으로부터 제외될 수 있다.
비대칭-유도 오버레이 오차는 수정된 모델의 스캐터로미터 오버레이 측정을 시뮬레이션하는 수치 계산에 의해 계산될 수 있다. 이러한 측정은 미국 특허 공개공보 2006/0033921 A1에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다. 통상적으로, 이는 상이한 레시피들을 갖는, 예를 들어 조명 파장들 및 편광들의 상이한 조합들을 갖는 후속 사용에 대해 보정들 ΔOVr의 일 세트가 준비되도록, 수 개의 스캐터로미터 측정 레시피들에 대해 반복된다. 이 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr)는 반도체 디바이스 생산 시 오버레이 측정들에 후속하여 적용되는 보정이며, 다음 단계 736에서 설명될 것이다.
단계 736에서: 측정된(보정되지 않은) 오버레이 오차(OV'r)는 생산 반도체 웨이퍼 상에서와 같은 제 2 타겟의 각도 분해된 스펙트럼(748)을 측정하도록, 도 4를 참조하여 설명된 SM2와 같은 스캐터로미터에서 레시피(r)를 이용하여 얻어진다. 측정된 제 2 타겟은 처리된 격자와 같은 제 1 구조체(738)를 포함하며, 이는 층들(740 및 742)에 형성된다. 구조체(738)는 구조체(706)와 유사한 프로세스-유도 비대칭 왜곡을 갖는다. 도 4를 참조하여 설명된 SM2와 같은 스캐터로미터를 이용하여, 타겟이 방사선(744)의 조명 프로파일(743)로 조명된다. 산란된 방사선(746)은 각도 분해된 스펙트럼(748)을 얻기 위해 검출된다. 환형 조명 프로파일(743)은, 미국 특허 공개공보 2006/0033921 A1에 개시된 바와 같이 회절-기반 오버레이 측정 방법이 사용되기에 적합하다. 상기 방법은 여하한의 재구성을 포함하지 않으므로, 생산 웨이퍼들에 대해 충분히 빠르지만, 아래놓인 처리된 격자의 비대칭에 의해 저하되며, 이 비대칭을 보정하는 것이 바람직하다.
보정된 오버레이 오차(OV')는 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr)와, 제 2 타겟의 측정된 오버레이 오차(OV'r) 간의 차를 계산함으로써 결정된다. 따라서, 보정된 오버레이 오차(OV') = OV'r - ΔOVr.
오버레이 보정은 측정 퓨필 평면에서 좌표 x 및 y의 모든 픽셀들을 고려하는 계산된 오버레이(OV'r) 값을 이용하여, 즉 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00001
.
대안적으로, 모든 픽셀에 대한 오버레이 보정이 먼저 개별적으로 계산될 수 있으며, 그 후 모든 픽셀들에 걸쳐 오버레이를 평균화함으로써, 즉 다음과 같이 순(net) 오버레이 오차가 계산될 수 있다:
Figure pct00002
.
제 2 타겟에서의 오버레이 오차(OV')의 측정에 대해, 최적 레시피(r')는 도 10 및 도 11을 참조하여 아래에서 설명되는 실시예에 따라 이 단계에 사용되도록 결정되고 선택될 수 있다.
타겟 형상이 웨이퍼에 걸쳐 다를 것이기 때문에, 단계들 702, 718, 728, 734, 및 736이 웨이퍼의 모든 타겟들에 대해 또는 타겟들의 대표 서브세트에 대해 수행될 수 있다.
이 실시예는 반도체 제조에서 처리 변동들을 감소시키는 효과를 가지며, 결국에는 오버레이를 개선하도록 돕는다. 따라서, 이는 반도체 제조 수율을 증가시킨다.
상이한 측정 레시피들(r)에 대한 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr)의 이 계산들은 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 중심에 있는 격자들에 대해 수행될 수 있으며, 이는 0에 가까운 오버레이 오차들의 측정들을 보정하는데 유용하고, 이때 OV'r = 0이다. 하지만, 큰 오버레이 오차들(OV'r
Figure pct00003
X)을 측정하는 것에 대해서는, ΔOVr,X
Figure pct00004
OV'r인 측정된 오버레이 오차(X) 주위에서 이 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 것이 유용하다. 그러므로, 보정된 오버레이 오차는 OV' = OV'r - ΔOVr,X
Figure pct00005
OV'r이다. 이는 회절 기반 오버레이의 비-선형 거동으로 인한 것이다. 동일한 양의 타겟 비대칭은 큰 오버레이 오차와 비교하여 0 부근의 오버레이 오차에 대해 약간 상이한 비대칭-유도 오버레이 오차들을 제공할 것이다. 이 접근법은 도 8 및 도 11을 참조하여 설명된다.
도 8은 모델에서 오프셋된 최상부 격자의 위치설정을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시한다. 도 8에서, 도 7에서와 동일한 숫자들은 동일한 단계들 및 대상물들에 대응한다. 하지만, 도 8에서는 단계 828에서 레지스트 격자(830)가 처리된 격자(722)의 중심(732)으로부터 거리(X)만큼 오프셋(즉, 오버레이 오차가 X임)되는 방식으로, 재구성된 프로세스 스택에 최상부 레지스트 격자를 나타내는 제 2 모델 구조체(830)를 삽입함으로써 모델이 수정된다.
이는 수 개의 X 값들이 오프셋들(X)의 범위에 대해 비대칭-유도 오버레이 오차들의 라이브러리 또는 룩업 테이블을 형성하도록 반복될 수 있다. X는 0일 수 있으며, 이는 도 7에 의해 예시된 경우와 동일하다. 단계 834에서, X의 값들 각각에 대한 수정된 모델을 이용하여 제 1 모델 구조체(722)와 제 2 모델 구조체(830) 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr ,X)가 결정된다.
도 8에서, 최상부의 제품 격자 구조체(840)는 아래놓인 제품 격자(738)로부터 대략 X의 오프셋을 갖는 것으로 도시된다. 단계 836은 비대칭-유도 오버레이 오차의 값이 측정된 오버레이 오차(X)에 매칭하도록 선택된다는 것을 제외하고는 단계 736과 동일하다, 즉 ΔOVr ,X
Figure pct00006
OV'r이며, 이후 앞서 설명된 바와 같이, 보정된 오버레이 오차는 OV' = OV'r - ΔOVr ,X
Figure pct00007
OV'r이 된다.
도 9는 저부 및 최상부 격자 둘 모두의 측정 및 재구성을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시한다. 도 9에서, 도 7에서와 동일한 숫자들은 동일한 단계들 및 대상물들에 대응한다. 하지만, 도 9에는 처리된 구조체(706)에 오버레이된 레지스트 격자와 같은 레지스트 구조체(904)의 단면에 제 1 타겟의 단위 셀이 도시된다.
단계 918에서, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 모델링 프로세스를 이용하여 타겟의 모델이 구성된다. 모델 구조체(920)는 타겟 구조체(904)에 대응한다. 단계 928에서, 위치 파라미터를 이용하여 제 1 모델 구조체(722) 및 제 2 모델 구조체(730)가 서로에 대해 위치되도록 모델이 수정된다. 이는 도 9에서 모델 구조체(920)의 모델의 위치를 위치(730)로 이동시킴으로써 달성된다. 이 이동은 모델 구조체들을 오버레이하여, 모델 구조체들이 서로에 대해 중심이 설정되도록 한다. 대안적으로, 모델 구조체(722 및 730)들은 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이 의도한 오프셋(X)으로 서로에 대해 위치될 수 있다.
대안적으로, 여하한의 모델 구조체를 이동시키는 대신에, 모델 구조체들(722 및 920) 사이의 오버레이 오차를 모델링하기 위해 사용된 오버레이 파라미터를 조정함으로써 모델의 수정이 수행될 수 있다. 그러므로, 모델 구조체들의 위치들은 모델에서 변하지 않은 채로 유지된다.
도 10은 최적 레시피를 결정하기 위해 변동하는 모델링된 비대칭을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 도시한다.
단계 1002에서: 웨이퍼의 타겟(도시되지 않음)의 산란 특성들이 측정된다. 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 스캐터로미터를 이용하여 각도 분해된 스펙트럼(716)이 얻어진다.
단계 1004에서: 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 타겟의 모델이 구성된다. 지오메트리 파라미터 p(n)는 도 7에서 하부 타겟 구조체(706)의 형상에 대응하는 모델 구조체(722)의 파라미터이다. 특히, p(n)는 하부 모델 구조체(722)의 비대칭을 설명하는 형상 파라미터이다. 이 예시에서, p(n)는 특정한 측벽 경사각을 명시한다. 또 다른 형태의 지오메트리 파라미터는 층 두께 파라미터이다. 지오메트리 파라미터 대신에, 또는 지오메트리 파라미터 이외에도, 모델 구조체 파라미터는 방사선 산란에 영향을 주는 재료 파라미터를 포함할 수 있다.
다음 단계들 1006 및 1008에서, 재구성된 형상 및 그 (예상되는) 변동들의 모델들이 비대칭-유도 오버레이 오차들을 계산하는 포워드 계산기로 공급된다.
단계 1006에서: 상기 모델은 아래놓인 모델 구조체(722)의 비대칭에 기초하여 수정된다. 이 실시예에서, 이는 파라미터 p(n)을 상이한 값들 p( n' ) 및 p(n")로 조정하여, 모델 구조체의 비대칭을 변동시키고 이에 따라 하부 모델 구조체(722)와 삽입된 상부 모델 구조체(1030) 간의 비대칭-유도 오버레이 오차를 변동시킬 것을 수반한다. 이 예시에서, p( n' ) 및 p(n")은 상이한 특정 측벽 경사각들에 대응한다.
단계 1008에서: 파라미터들 p( n' ) 및 p(n")을 갖는 각각의 수정된 모델에 대하여, 그리고 파라미터 p(n)을 갖는 원래 모델에 대하여, 비대칭-유도 오버레이 오차(ΔOVr ,p)의 계산이 수 개의 스캐터로미터 측정 레시피들(r)에 대해 반복된다. 상기 계산들은 각각의 수정된 모델의 스캐터로미터 오버레이 측정을 시뮬레이션하는 수치 계산에서 수정된 모델들을 이용하여 수행된다.
단계 1010에서: 예를 들어 최적 파장 및 편광을 이용하여 생성 타겟을 측정하는데 사용되는 최적 스캐터로미터 측정 레시피(r')를 선택하도록, 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차들(ΔOVr ,p)을 먼저 이용함으로써 생성 타겟의 오버레이 오차(OV)가 결정된다. 이 모델 변동들에 대해 가장 안정한 거동을 나타내는 레시피가 최적 레시피(r')로서 선택된다. 안정한 거동은 모델 형상 파라미터 변동에 대한 낮은 민감도로서 결정될 수 있다. 변동을 분석하는데 있어서 상황 정보(Context information)가 사용될 수 있으며, 예를 들어 라인이 접촉부의 최상부에 배치되어야 하는 경우, 프로파일의 최상부에 의한 산란의 측정들에 집중하여 최적의 결과를 제공하는 레시피를 선택하는 것이 중요하다.
단계 1012에서: 각도 분해된 스펙트럼(1014)을 측정하기 위해, 도 4를 참조하여 설명된 SM2와 같은 스캐터로미터를 이용하고, 단계 1010에서 결정된 바와 같은 최적 레시피(r')를 이용하여, 측정된 오버레이 오차(OV'r)가 얻어진다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 실시예는 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명된 실시예들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하여 설명된 바와 같은 결정된 최적 레시피(r')는 제품 오버레이를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 이후 도 7을 참조하여 설명된 바와 같은 측정된 제품 오버레이 오차로부터 비대칭-유도 오버레이 오차를 뺄 수 있다.
도 11은 큰 오버레이 오차들에 대한 최적 레시피를 결정하기 위해 변동하는 모델링된 비대칭을 예시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 오차를 결정하는 방법을 예시한다. 도 11에서, 도 10에서와 동일한 숫자들은 동일한 단계들 및 대상물들에 대응한다. 하지만, 단계 1106에서 도 8을 참조하여 설명된 것과 동일한 목적을 위해 상부 모델 구조체(1130)가 오프셋(X)으로 삽입된다. 또한, 단계 1108에서 각각의 레시피(r)에 대해, 각각의 오프셋(X)에 대해 비대칭-유도 오버레이 오차들의 계산들이 수행된다. 그 결과, 단계 1110에서 각각의 오프셋(X)에 대해 최적 레시피가 결정될 수 있다. 마지막으로, 단계 1112에서, 비-최적 레시피를 이용하는 제품 웨이퍼의 측정이 오버레이 오차의 코스 값(course value)을 제공할 수 있다. 그 후, 오프셋(X)이 코스 측정된 제품 오버레이 오차(course measured product overlay error)와 매칭되는 최적 레시피가 선택되어, 동일한 제품 오버레이 오차를 갖는 것으로 예상되는 동일한 또는 후속한 타겟들의 측정을 수행할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 스캐터로미터 측정 레시피들을 선택하는 확고한 방식을 제공한다. 본 발명의 이러한 실시예들을 이용하면, 비대칭 프로파일을 갖는 기준 층들의 오버레이 타겟들을 이용할 때 생산 시간 및 비용이 증가하는 것을 막을 수 있으며, 또한 프로세스가 더 복잡해지는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법들은, 1 이상의 프로세서가 본 명세서에서 설명된 방법들을 수행하게 하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품을 실행함으로써 도 4의 스캐터로미터(SM2)의 프로세서(PU)에서 구현될 수 있다.
스캐터로미터는 독립형 검사 장치일 수 있거나, 도 1 및 도 2 각각의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 방법들 및 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 검사 방법들 및 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 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 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
본 명세서의 요약 및 초록 부분(Summary and Abstract sectons)이 아닌, 발명의 상세한 설명 부분(Detailed Description section)이 청구항을 해석하는데 사용되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 요약 및 초록 부분은 1 이상을 설명할 수 있지만, 발명자(들)에 의해 의도된 본 발명의 모든 예시적인 실시예를 설명하지는 않으므로, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항을 제한하지 않는다.
이상, 본 발명은 명시된 기능들 및 그 관계들의 구현을 예시하는 기능 구성 요소(functional building block)들의 도움으로 설명되었다. 본 명세서에서, 이 기능 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 명시된 기능들 및 그 관계들이 적절히 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들을 위해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 구성할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 기술적 내용 및 안내에 기초하여, 기재된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 기술적 내용 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (32)

  1. 오버레이 오차를 결정하는 방법에 있어서,
    - 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계;
    - 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    - 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계;
    - 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -; 및
    - 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델을 수정하는 단계는,
    - 상기 비대칭을 보상하도록 상기 제 1 모델 구조체의 위치 파라미터를 정의하는 단계; 및
    - 상기 정의된 위치 파라미터를 이용하여 서로에 대해 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들을 위치시키는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치시키는 단계는 상기 모델 구조체들 중 적어도 하나의 모델에서 상기 위치를 조정하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치시키는 단계는 상기 모델에서 상기 제 2 모델 구조체를 삽입하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들 사이의 오버레이 오차를 모델링하는데 사용되는 오버레이 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계는 상기 제 2 타겟의 측정된 오버레이 오차와 상기 비대칭-유도 오버레이 오차 간의 차이를 계산하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델을 수정하는 단계는 상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 변동시키도록 모델 구조체 파라미터를 조정하는 단계를 포함하고, 상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계는 복수의 산란 특성 측정 레시피들에 대한 복수의 모델 구조체 파라미터 값들에 대해 반복되며, 상기 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계는 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차들을 이용하여, 상기 제 2 타겟을 측정하는데 사용되는 최적의 산란 특성 측정 레시피를 선택하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파라미터는 지오메트리 파라미터를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 파라미터는 재료 파라미터를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모델 구조체 파라미터는 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭을 모델링하는 오버레이 오차 결정 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟은 제 2 구조체를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 서로에 대해 오버레이되며, 상기 제 2 모델 구조체는 상기 제 2 구조체에 대응하는 오버레이 오차 결정 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계는, 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 반응하여 가장 큰 오버레이 오차들을 갖는 픽셀들을 제외하는 한편, 각도 분해된 스캐터로미터의 퓨필 평면의 복수의 픽셀들에서 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하는 오버레이 오차 결정 방법.
  13. 오버레이 오차를 결정하는 검사 장치에 있어서,
    상기 검사 장치는 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하도록 구성되고, 상기 검사 장치는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    - 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하고 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    - 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하며;
    - 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하고 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -;
    - 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하도록 구성되는 검사 장치.
  14. 리소그래피 장치에 있어서,
    - 패턴을 조명하도록 배치된 조명 광학 시스템;
    - 상기 패턴의 이미지를 기판 상으로 투영하도록 배치된 투영 광학 시스템; 및
    - 제 13 항에 따른 검사 장치를 포함하는 리소그래피 장치.
  15. 리소그래피 셀에 있어서,
    - 방사선 감응 층으로 기판들을 코팅하도록 배치된 코터(coater);
    - 상기 코터에 의해 코팅된 상기 기판들의 방사선 감응 층 상으로 이미지들을 노광시키도록 배치된 리소그래피 장치;
    - 상기 리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지들을 현상하도록 배치된 디벨로퍼(developer); 및
    - 제 13 항에 따른 검사 장치를 포함하는 리소그래피 셀.
  16. 오버레이 오차를 결정하기 위한 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
    상기 명령어들은 1 이상의 프로세서들이 오버레이 오차를 결정하는 방법을 수행하도록 채택되며, 상기 방법은,
    - 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계;
    - 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    - 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계;
    - 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -; 및
    - 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  17. 방법에 있어서,
    제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계;
    상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -; 및
    상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 모델을 수정하는 단계는,
    - 상기 비대칭을 보상하도록 상기 제 1 모델 구조체의 위치 파라미터를 정의하는 단계; 및
    - 상기 정의된 위치 파라미터를 이용하여 서로에 대해 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 위치시키는 단계는 상기 모델 구조체들 중 적어도 하나의 모델에서 상기 위치를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 위치시키는 단계는 상기 모델에서 상기 제 2 모델 구조체를 삽입하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들 사이의 오버레이 오차를 모델링하는데 사용되는 오버레이 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계는 상기 제 2 타겟의 측정된 오버레이 오차와 상기 비대칭-유도 오버레이 오차 간의 차이를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 모델을 수정하는 단계는 상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 변동시키도록 모델 구조체 파라미터를 조정하는 단계를 포함하고, 상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계는 복수의 산란 특성 측정 레시피들에 대한 복수의 모델 구조체 파라미터 값들에 대해 반복되며, 상기 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계는 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차들을 이용하여, 상기 제 2 타겟을 측정하는데 사용되는 최적의 산란 특성 측정 레시피를 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 파라미터는 지오메트리 파라미터를 포함하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 파라미터는 재료 파라미터를 포함하는 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 모델 구조체 파라미터는 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭을 모델링하는 방법.
  27. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟은 제 2 구조체를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 서로에 대해 오버레이되며, 상기 제 2 모델 구조체는 상기 제 2 구조체에 대응하는 방법.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계는, 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 반응하여 가장 큰 오버레이 오차들을 갖는 픽셀들을 제외하는 한편, 각도 분해된 스캐터로미터의 퓨필 평면의 복수의 픽셀들에서 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 오버레이 오차를 결정하는 검사 장치에 있어서,
    상기 검사 장치는 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하도록 구성되고, 상기 검사 장치는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    - 상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하고 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    - 상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하며;
    - 상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하고 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -;
    - 상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하도록 구성되는 검사 장치.
  30. 리소그래피 장치에 있어서,
    패턴을 조명하도록 배치된 조명 광학 시스템;
    상기 패턴의 이미지를 기판 상으로 투영하도록 배치된 투영 광학 시스템; 및
    오버레이 오차를 결정하는 검사 장치 -- 상기 검사 장치는 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성을 측정하도록 구성되고, 상기 검사 장치는,
    상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하고 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하며;
    상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하고 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -;
    상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함함 --
    를 포함하는 리소그래피 장치.
  31. 리소그래피 셀에 있어서,
    방사선 감응 층으로 기판들을 코팅하도록 배치된 코터;
    상기 코터에 의해 코팅된 상기 기판들의 방사선 감응 층 상으로 이미지들을 노광시키도록 배치된 리소그래피 장치;
    상기 리소그래피 장치에 의해 노광된 이미지들을 현상하도록 배치된 디벨로퍼; 및
    오버레이 오차를 결정하는 검사 장치 -- 상기 검사 장치는 제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성을 측정하도록 구성되고, 상기 검사 장치는,
    상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하고 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하며;
    상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하고 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -;
    상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함함 --
    를 포함하는 리소그래피 셀.
  32. 오버레이 오차를 결정하기 위한 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
    상기 명령어들은 1 이상의 프로세서들이 오버레이 오차를 결정하는 방법을 수행하도록 채택되며, 상기 방법은,
    제 1 구조체를 포함하는 제 1 타겟의 산란 특성들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 산란 특성들을 이용하여 상기 제 1 구조체의 모델을 구성하는 단계 - 상기 모델은 상기 제 1 구조체에 대응하는 제 1 모델 구조체를 포함함 -;
    상기 제 1 모델 구조체의 비대칭에 기초하여 상기 모델을 수정하는 단계;
    상기 제 1 모델 구조체와 제 2 모델 구조체 사이의 비대칭-유도 오버레이 오차를 계산하는 단계 - 상기 제 1 및 제 2 모델 구조체들은 상기 수정된 모델에서 서로에 대해 오버레이됨 -; 및
    상기 계산된 비대칭-유도 오버레이 오차를 이용하여 제 2 타겟의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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