KR20140056336A

KR20140056336A - 계측 방법 및 장치, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20140056336A
Application number: KR1020147006585A
Authority: KR
Inventors: 패트릭 워나르; 쉰델 마크 반; 마이클 쿠비스
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-05-09
Also published as: US20130050501A1; CN103748515A; TWI512407B; IL230903A0; US9069264B2; TW201312285A; NL2009079A; WO2013026598A1; JP6045588B2; JP2014529896A

Abstract

하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는 타겟 구조체가 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된다. 타겟 구조체의 이미지는 방사선 빔으로 타겟 구조체를 조명하는 동안 검출되고, 이러한 이미지는 0차 회절 방사선을 배제하면서 비-0차 회절 방사선의 제1 부분을 이용하여 형성된다. 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 추출된 세기 값은 주기적 구조체의 특성, 예를 들어 비대칭 또는 오버레이를 결정하기 위해 이용된다. ROI의 위치를 결정하기 위해, 처리 유닛은 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식한다. 각각의 방향으로의 경계 피처의 수는 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배이다. ROI 위치결정의 정확도는 주기적 구조체(들)의 경계만을 인식하는 경우보다 더 높다. 경계 피처는 주기적 구조체의 경계 영역에 인터럽션을 제공함으로써 생성될 수 있다. 동시에 X 방향 및 Y 방향으로의 회절로, 관심 영역은 X 방향과 Y 방향으로 동시에 위치결정될 수 있다.

Description

계측 방법 및 장치, 및 디바이스 제조 방법{METROLOGY METHOD AND APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2011년 8월 23일 출원된 미국 임시 출원 제61/526,651호에 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다.

본 발명은 예를 들어, 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에 이용될 수 있는 계측을 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 리소그래피 기술을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판, 통상적으로 기판의 타겟부 상에 요구되는 패턴을 부여하는 기기이다. 리소그래피 장치는 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 이용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 이용될 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 감응 재료(레지스트)의 층 상으로 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스텝퍼, 및 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캔하는 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반-평행하게 기판을 스캔함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다. 또한 기판 상으로 패턴을 임프린트함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것도 가능하다.

리소그래피 공정에서는 때때로, 예를 들면 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조에 대해 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 공지되어 있고, 여기에는 임계 치수(CD)를 측정하는데 종종 이용되는 주사 전자 현미경과, 오버레이, 즉 디바이스에서 2개 층의 정렬의 정확도를 측정하기 위한 전용 툴이 포함된다. 최근에는, 다양한 형태의 산란계가 리소그래피 분야에서 이용되도록 개발되었다. 이러한 디바이스는 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들면, 파장의 함수로서 단일한 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하며, 이러한 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은 다양한 기술에 의해 수행될 수 있다: 예를 들면, 정밀 결합파 분석(RCWA) 또는 유한 요소법과같은 반복적인 접근법에 의한 타겟 구조체의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석에 의해 수행될 수 있다.

기존의 산란계에 의해 이용되는 타겟은 비교적 크고, 예를 들면 40㎛ × 40㎛이고, 격자 및 측정 빔은 격자보다 작은 스팟을 생성한다(즉, 격자는 언더필(underfill) 상태). 이에 의해 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 무한(infinite)으로 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 타겟의 크기를 예를 들면 10㎛ × 10㎛ 이하로 줄여, 예컨대 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처 사이에 위치할 수 있게 하기 위해, 격자가 측정 스팟보다 작게 만들어지는 측정법이 제안되었다(즉, 격자는 오버필(overfill) 상태). 통상적으로 이러한 타겟은, (경면 반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고 보다 높은 차수만이 처리되는 암시야 산란측정을 이용하여 측정된다.

공지된 암시야 측정 기술에서는, -1차 및 +1차 회절 세기를 별도로 얻기 위해 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서, 특정 조건 하에서 타겟을 2회 측정함으로써 오버레이 측정 결과를 얻게 된다. 수율을 늘리기 위해, 장치의 이미지 필드 내에 타겟을 배치하기 위한 요건이 완화되어야 한다. 이미지 평면에서 암시야 검출과 함께 패턴 인식을 이용하여, 오버레이 타겟 또는 타겟들로부터의 세기는, 이미지 필드 내에 위치하는 경우라면, 주변의 제품 구조체로부터의 세기로부터 효율적으로 분리될 수 있다. 한편, 에지 효과 및 공정 의존도를 제거하기 위해서, 이미지 필드 내의 각각의 관심 영역이 개략적으로 뿐만 아니라, 고도의 정확성과 반복가능성으로 식별되는 것이 바람직하다. 현재의 타겟에 대한 패턴 인식의 정확도는 제한되어 있다.

종래의 공개된 기술에 비해 수율과 정확도가 개선될 수 있는, 타겟 격자를 이용하는 계측을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예는 제1 양상으로, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법을 제공하며, 이러한 방법은: (a) 상기 리소그래피 공정을 이용하여 상기 기판 상에 타겟 구조체를 형성하는 단계로서, 상기 타겟 구조체는 상기 기판 상의 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는, 타겟 구조체 형성 단계; (b) 방사선 빔으로 상기 타겟 구조체를 조명하면서 상기 타겟 구조체의 적어도 하나의 이미지를 형성 및 검출하는 단계로서, 상기 이미지는 0차 회절 방사선을 배제하면서 비-0차 회절 방사선의 제1 부분을 이용하여 형성되는, 이미지 형성 및 검출 단계; 및 (c) 상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 추출되는 세기 값을 이용하여, 상기 주기적 구조체 중 대응하는 주기적 구조체의 상기 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 단계 (c)를 수행하기 위해서, 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산함으로써, 검출된 상기 이미지에서 상기 관심 영역을 식별하고, 적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배이다.

타겟 구조체는 주기적 구조체를 형성하는 보다 작은 복수의 격자를 포함하는 복합 격자일 수 있다. 이러한 격자는 예를 들어, 적어도 2개의 리소그래피 공정의 시퀀스에 의해 형성되는 오버레이 격자일 수 있다. 주기적 구조체의 특성은 오버레이 오차를 나타내는 비대칭일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 제2 양상으로, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치를 제공하고, 이러한 검사 장치는: 상기 기판 상에서 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는 타겟 구조체를 조명하기 위해 상기 기판에 방사선 빔을 전달하도록 작동가능한 조명 구성; 상기 기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 타겟 구조체의 이미지를 형성 및 검출하도록 작동가능한 검출 구성; 및 상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 세기 값을 추출하고, 추출된 값을 이용하여 상기 주기적 구조체의 특성을 결정하도록 작동가능한 연산 구성을 포함한다. 상기 연산 구성은 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산하도록 구성되며, 적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배이다.

본 발명의 일 실시예는 추가적으로 디바이스 제조 방법을 제공하고, 디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 적용되며, 상기 방법은, 위에서 기술한 바와 같은 본 발명의 제1 양상에 따른 측정 방법을 이용하여, 적어도 하나의 상기 기판 상에 상기 디바이스 패턴의 일부로서 형성되거나 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체를 검사하는 단계, 및 상기 측정 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예는 추가적으로 리소그래피 시스템을 제공하고, 상기 리소그래피 시스템은 리소그래피 장치, 및 위에서 기술한 바와 같은 본 발명의 제2 양상에 따른 검사 장치를 포함한다. 리소그래피 장치는 상기 패턴을 추가적인 기판에 적용함에 있어서 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 이용하도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예는 또한, 위에서 기술한 바와 같은 본 발명의 제1 양상의 방법에서 이용되는 패터닝 디바이스를 제공하고, 이러한 패터닝 디바이스는, 상기 방법의 단계 (a)에서 이용되는 경우, 단계 (c)에서 검출되는 상기 이미지에 상기 경계 피처를 생성하기에 적합한 피처를 상기 타겟 구조체에 제공한다.

패터닝 디바이스는 제2 패터닝 디바이스와 조합하여 제공될 수 있고, 이러한 2개의 패터닝 디바이스는 주기적 구조체로서 오버레이 격자를 갖는 타겟 구조체를 형성하는데 이용되도록 구성된다.

본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점에 관해, 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술할 것이다. 본 발명은 본원에서 기술되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 점에 주목해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 본원에서 제시된 것이다. 부가적인 실시예는 본원에 포함된 교시 내용에 기초할 때 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

본원에 통합되고 본 명세서의 일부를 이루는 첨부된 도면은 본 발명을 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 통상의 기술자가 본 발명을 실시 및 이용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 (a) 제1 쌍의 조명 개구부를 이용하여 본 발명의 실시예에 따라 타겟을 측정하는데 이용되는 암시야 산란계에 대한 개략도, (b) 주어진 조명 방향에 대해 타겟 격자의 회절 스펙트럼에 대한 세부도, (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 산란계를 이용하는데 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구부, 및 (d) 제1 쌍의 개구부와 제2 쌍의 개구부를 조합하는 제3 쌍의 조명 개구부를 나타낸다.
도 4는 공지된 형태의 다수의 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스팟의 개략도를 나타낸다.
도 5는 도 3의 산란계에서 획득되는 도 4의 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 6은 도 3의 산란계를 이용하는 오버레이 측정의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 (a) 도 4의 타겟에 대한 확대도, 및 (b) 산란계에서 획득되는 이미지에서 관심 영역을 인식하는 문제를 나타낸다.
도 8은 (a) 본 발명의 제1 실시예에 따른 수정된 격자 타겟과 (b) 도 3의 산란계에서의 수정된 격자의 이미지를 나타낸다.
도 9는 도 8(a)의 수정된 격자를 통합하는 다수의 격자 타겟을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대안적인 다수의 격자 타겟을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 추가의 대안적인 다수의 격자 타겟을 나타낸다.
본 발명의 특징 및 장점은 도면과 관련하여 취해질 때 이하 제시되는 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이고, 도면을 통해 유사한 도면 부호가 대응되는 요소를 식별하게 된다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 일반적으로 동일하거나, 기능상 유사하거나, 및/또는 구조상 유사한 요소를 나타낸다. 요소가 처음으로 나타나는 도면은, 대응하는 도면 부호에서 가장 좌측의 숫자로 표시된다.

본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 본 발명의 예시에 불과하다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)에 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

개시된 실시예(들) 및 명세서에서 언급되는 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예"는 개시된 실시예(들)가 특정의 요소, 구조 또는 특징을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 그 특정의 요소, 구조 또는 특징을 필수적으로 포함하여야 하는 것은 아니라는 것을 의미한다. 또한, 이러한 표현이 반드시 동일한 실시예를 의미하는 것은 아니다. 또한, 특정의 요소, 구조 또는 특징이 실시예와 관련해서 기재된 경우에, 명시적으로 기술되었는지 여부에 관계없이, 다른 실시예와 관련해서 이러한 요소, 구조 또는 특징을 당업자의 지식 내에서 실시할 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있는 기계 판독가능한 매체에 저장된 명령으로서 구현될 수도 있다. 기계 판독가능한 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 메커니즘도 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독가능한 매체로는, 판독전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체; 광학 저장 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 그외 다른 형태의 전파 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등은 소정의 동작을 수행하는 것으로 본 명세서에 제시될 수 있다. 그러나, 이러한 설명은 설명의 편의를 위한 것이며, 이러한 동작은 사실상 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러, 또는 그외 다른 장치가 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행함으로써 이루어진다 점을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 환경의 예를 제시하는 것이 바람직할 것이다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타내고 있다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 정형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 그외 다른 유형의 광학 부품, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 종류의 광학적 구성요소를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되고 있는지 여부 등의 기타 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계 방식, 진공 방식, 정전 방식 또는 그외 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를, 예를 들면 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 배치되도록 하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 모두 "패터닝 디바이스"라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일한 의미로서 고려될 수 있다.

본 명세서에서 사용되고 있는 "패터닝 디바이스"라고 하는 용어는 기판의 다겟부에 패턴을 형성하는 등 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능한 것으로 넓게 해석되어야 한다. 또한, 방사선 빔에 부여되는 패턴은, 예를 들어 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우에, 기판의 타겟부의 원하는 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다. 통상적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로 등의 타겟부 내에 만들어지는 디바이스 내의 특정의 기능 층에 대응할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형으로 할 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로서는, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램가능 LCD 패널을 들 수 있다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 주지되어 있으며, 바이너리(binary), 교대형 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠형 위상 편이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일례로서 소형의 미러로 이루어진 매트릭스형 배치 구성을 채택하고, 소형 미러의 각각은 입사하는 방사선 빔을 여러 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지도록 될 수 있다. 경사진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이란 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적절하게, 또는 액침액의 사용이나 진공의 사용 등과 같은 다른 요인에 적절하게, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형, 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는, "투영 시스템"이라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일 의미로서 고려되어도 된다.

본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형 타입(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)의 장치이다. 이와 달리, 리소그래피 장치를 반사형 타입(예를 들어, 앞서 설명한 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채택한 것 또는 반사 마스크를 채택한 것)의 장치로 해도 된다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 갖는 타입으로 해도 된다. 이와 같은 "다중 스테이지"를 갖는 장치에서, 추가의 테이블을 병행하여 사용해도 되고, 또는 예비 공정을 하나 이상의 테이블에서 실행하면서, 다른 하나 이상의 테이블을 노광에 사용해도 된다.

리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 적어도 일부를 덮은 타입으로 해도 된다. 리소그래피 장치 내의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이의 공간에, 액침 액을 적용하는 것도 가능하다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 것으로서 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판 등의 구조체를 액체에 담그는 것이라기보다는 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치하는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우에는, 방사선 소스 및 리소그래피 장치를 별개의 구성 요소로 해도 된다. 이러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 보지 않으며, 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 구비하는 빔 전달 시스템(BD)에 의해, 방사선 빔이 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)까지 전달된다. 다른 경우로서, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우에는, 방사선 소스가 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분이 될 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명기(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(adjuster)(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 동공면 내의 세기 분포 중의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상, 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 조정할 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO) 등의 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 조명기를 사용하여 방사선 빔을 조절함으로써, 방사선 빔의 단면에서의 원하는 균일성과 세기 분포를 얻을 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지나, 투영 시스템(PS)을 통과하면, 투영 시스템에 의해, 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔이 집광된다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)를 사용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟부(C)를 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 사용하여, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 사용하여 구현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 스테퍼의 경우에(스캐너와는 대조적으로), 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)은 숏-스트로크 모듈 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다.

패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 정렬 마크는 특정의 타겟부에 위치하지만, 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브 레인 정렬 마크로서 알려져 있음). 마찬가지로, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 제공된 경우에, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커 또한 다이 내에서 디바이스 피처 사이에 포함될 수 있고, 이러한 경우 마커는 가능한 작고 인접한 피처와 상이한 이미징 또는 공정 조건을 요하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템이 이하 추가로 기술된다.

예시한 리소그래피 장치는 이하에 설명하는 모드 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)을 실질적으로 정지 상태로 유지하면서, 방사선 빔에 부여되는 패턴 전체를 일시에 타겟부(C)에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 이후, 기판 테이블(WT)을 X방향 및/또는 Y방향으로 이동시켜, 다른 타겟부(C)를 노광할 수 있다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일의 정적 노광에서 이미징되는 타겟부(C)의 크기가 제한된다.

2. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의해 정해질 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광에서의 타겟부의 폭(비-스캐닝 방향)이 제한되고, 스캐닝 이동의 길이에 의해 타겟부의 높이(스캐닝 방향)가 결정된다.

3. 또 다른 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)가 프로그램가능 패터닝 디바이스를 유지하면서 실질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(TW)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여된 패턴을 타겟부(C)에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스(pulsed radiation source)를 채택하고, 프로그램가능 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 이동 후에 또는 스캔 중의 연속하는 방사선 펄스 사이에서, 필요에 따라 업데이트된다. 이 동작 모드는 앞서 설명한 것과 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이 등의 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 사용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용할 수 있다.

앞서 설명한 모드를 조합한 것 및/또는 변형한 것이나, 또는 전혀 다른 모드를 채택해도 된다.

리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 이른바 듀얼 스테이지 타입이고, 이러한 스테이션 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있다. 한 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에서 나머지 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행될 수 있다. 이러한 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것, 그리고 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이에 의해 장치의 수율이 실질적으로 증가될 수 있다. 측정 스테이션뿐만 아니라 노광 스테이션에 있는 동안 위치 센서(IF)가 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 양자의 스테이션에서 기판 테이블의 위치를 추적할 수 있도록 제2의 위치 센서가 제공될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 전노광 공정(pre-exposure process) 및 후노광 공정을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 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, 수율 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

암시야 계측법의 예는 국제 특허출원 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있고, 이러한 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다. 이러한 기술의 추가적인 발전 사항은 미국 특허공개 US20110027704A, US20110043791A, 및 US 20120123581에 기술되어 있다. 이러한 모든 문헌의 내용 또한 원용에 의해 본원에 통합된다. 회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 보다 작은 타겟 상의 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 작을 수 있고 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 다수의 타겟이 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 이용하기에 적합한 암시야 계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟 격자(T) 및 회절된 광선은 도 3(b)에 보다 상세하게 도시되어 있다. 암시야 계측 장치는 리소그래피 장치(LA)에서, 예컨대 측정 스테이션에서, 또는 리소그래피 셀(LC)에서 독립형 디바이스이거나 이에 통합될 수 있다. 이러한 장치를 통해 몇몇 분기를 갖는 광축은 점선(O)으로 나타낸다. 이러한 장치에서, 소스(11)(예컨대, 제논 램프)에 의해 방출되는 광은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이러한 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사되는 각도 범위는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서 공간 세기 분포를 정함으로써 선택될 수 있고, 이러한 평면은 본원에서 (공액) 동공면이라 지칭된다. 특히, 이는 대물 렌즈 동공면의 역투영 이미지인 평면에, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 도시된 예에서, 개구 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표기된 상이한 형태를 가짐으로써, 상이한 조명 모드가 선택될 수 있게 된다. 본 예시에서 조명 시스템은 오프 액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는 단지 설명을 위한 목적으로 "북쪽(N)"으로 지정된 방향으로부터 오프 액시스를 제공한다. 제2 조명 모드에서는, "남쪽(S)"으로 표기된 반대 방향으로부터 유사한 조명을 제공하기 위해서 개구 플레이트(13S)가 이용된다. 상이한 개구부를 이용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 필요한 조명 모드 외부의 어떠한 불필요한 광도 필요한 측정 신호와 간섭하게 될 것이므로, 동공면의 나머지는 암 상태인 것이 바람직하다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟 격자(T)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직으로 기판(W)과 배치된다. 광축(O)에서 벗어난 소정 각도로 격자(T)에 충돌하는 조명 광선(I)에 의해 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(1점 쇄선 +1 및 2점 쇄선 -1)이 생긴다. 언더필 상태의 작은 타겟 격자의 경우, 이러한 광선은 계측 타겟 격자(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선 중의 하나에 불과하다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 개구가 (유용한 양의 광을 수용하기 위해 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로 소정 범위의 각도를 차지할 것이고, 회절된 광선(0 및 +1/-1)은 약간 확산될 것이다. 작은 타겟의 포인트 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1 및 -1은 도시된 바와 같이 단일한 이상적인 광선이 아닌 소정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 격자 피치 및 조명 각도는, 대물 렌즈로 진입하는 1차 광선이 중앙 광축과 밀접하게 정렬되도록 설계 또는 조정될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 도 3(a) 및 3(b)에 도시된 광선은 약간 오프 액시스인 것으로 도시되어 있고, 이는 순전히 광선들을 도면에서 보다 쉽게 구분할 수 있게 하기 위함이다.

적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절되는 0차 및 +1차는 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고 빔 스플리터(15)를 통해 재지향된다. 도 3(a)로 복귀하면, 북쪽(N) 및 남쪽(S)으로 표기된 정반대인 개구를 지정함으로써, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드가 모두 도시되어 있다. 입사 광선(I)이 광축의 북측으로부터 입사하는 경우, 즉 개구 플레이트(13N)를 이용하여 제1 조명 모드가 적용되는 경우, +1(N)으로 표기된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)로 진입한다. 대조적으로, 개구 플레이트(13S)를 이용하여 제2 조명 모드가 적용되는 경우, (-1(S)로 표기된) -1 회절 광선이 렌즈(16)로 진입하는 광선이다.

제2 빔 스플리터(17)는 회절된 빔을 2개의 측정 분기로 분할한다. 제1 측정 분기에서, 광학 시스템(18)은 0차 회절 빔과 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에서 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하여, 이미지 처리에 의해 차수들이 비교되고 대조될 수 있다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 동공면 이미지는, 계측 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 동공면 이미지는 또한, 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위해 이용될 수 있지만, 이는 본 개시내용의 주제가 아니다.

제2 측정 분기에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에서 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 동공면에 공액 관계인 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 단지 -1차 빔 또는 +1차 빔으로부터 형성되도록, 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되고, 이의 기능은 수행되는 특정 유형의 측정에 따라 달라질 것이다. "이미지"라는 용어는 본원에서 광의로 사용되고 있음에 주목해야 한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우, 이러한 격자 라인의 이미지는 형성되지 않을 것이다.

도 3에 도시된 특정 형태의 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)는 단지 예시이다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 타겟의 온 액시스(on-axis) 조명이 이용되고, 오프 액시스 개구부를 갖는 구경 조리개가 이용되어 실질적으로 단지 하나의 1차의 회절광만이 센서로 통과되도록 한다. 또 다른 실시예에서는, 1차 빔에 대신하여 또는 1차 빔에 부가하여, 2차, 3차 및 보다 높은 차수의 빔(도 3에는 미도시)이 측정에 이용될 수 있다.

이러한 상이한 타입의 측정에 조명이 적응될 수 있도록 하기 위해, 개구 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있고, 이러한 디스크는 필요한 패턴이 자리를 잡도록 회전된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 동일한 효과를 거두기 위해, 플레이트(13)의 세트가 제공되어 스왑될 수 있다. 변형가능한 미러 어레이 또는 투과형 공간 광 변조기와 같은 프로그램가능 조명 디바이스 또한 이용될 수 있다. 조명 모드를 조정하기 위해 이동형 미러 또는 프리즘이 다른 방식으로 이용될 수 있다.

개구 플레이트(13)와 관련해서 설명한 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수의 선택은 대안적으로, 시야 조리개(21)를 변경함으로써, 또는 상이한 패턴을 갖는 시야 조리개를 대체함으로써, 또는 고정된 시야 조리개를 프로그램가능 공간 광 변조기로 대체함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 측정 광학 시스템의 조명 측이 일정하게 유지될 수 있는 한편, 이미징 측이 제1 모드 및 제2 모드를 갖는다. 그러므로 본 개시내용에서는, 각각 장점과 단점을 갖는, 실질적으로 3개의 타입의 측정 방법이 제공된다. 한 가지 방법에서는, 조명 모드가 상이한 차수를 측정하도록 변경된다. 다른 방법에서는, 이미징 모드가 변경된다. 세 번째 방법에서는, 조명 모드 및 이미징 모드가 변경되지 않은 채 남아 있지만, 타겟이 180도 회전된다. 각각의 경우에서, 필요한 효과는 동일하며, 즉 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대인 비-0차 회절 방사선의 제1 부분 및 제2 부분을 선택하는 것이다. 원칙적으로, 필요한 차수의 선택은 조명 모드와 이미징 모드를 동시에 변경하는 것을 조합함으로써 이루어질 수 있지만, 이는 장점 없이 단점만 불러올 가능성이 있으므로, 추가로 논의하지 않을 것이다.

본 예시에서 이미징을 위해 이용되는 광학 시스템은 시야 조리개(21)에 의해 제한되는 넓은 입사동을 갖지만, 다른 실시예 또는 응용예에서는, 이미징 시스템의 입사동 크기가 필요한 차수를 제한하도록 충분히 작을 수 있어, 시야 조리개의 역할도 하게 된다. 이하 보다 상세하게 기술하는 바와 같이 이용될 수 있는 상이한 개구 플레이트가 도 3(c) 및 3(d)에 도시되어 있다.

통상적으로, 타겟 격자는 남-북 또는 동-서로 나아가는 격자 라인으로 정렬될 것이다. 다시 말해서, 격자는 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 것이다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 단지 하나의 방향(셋업에 따라 X 또는 Y)으로 향하는 격자를 측정하는데 이용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90° 및 270°의 타겟 회전이 이루어질 수 있다. 그러나 보다 편리하게는, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 개구 플레이트(13E 또는 13W)를 이용하여, 동쪽 또는 서쪽으로부터의 조명이 조명 광학기에 제공된다. 개구 플레이트(13N 또는 13W)는 별개로 형성되고 상호교환될 수 있거나, 90, 180, 또는 270도 회전될 수 있는 단일한 개구 플레이트일 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 조명 개구 플레이트(13) 대신에, 도 3(c)에 도시된 오프 액시스 개구부가 시야 조리개(21)에 제공될 수 있다. 이러한 경우, 조명은 온 액시스일 것이다.

도 3(d)는 제1 쌍과 제2 쌍의 조명 모드를 조합하기 위해 이용될 수 있는 제3 쌍의 개구 플레이트를 나타낸다. 개구 플레이트(13NW)는 북쪽 및 동쪽에 개구를 갖지만, 개구 플레이트(13SE)는 남쪽 및 서쪽에 개구를 갖는다. 이러한 상이한 회절 신호들 간의 간섭(cross-talk)이 너무 크지 않다면, 조명 모드를 변경하지 않고 X 격자 및 Y 격자 양자 모두의 측정이 수행될 수 있다.

도 4는 공지된 실시에 따라 기판 상에 형성된 복합 타겟을 나타낸다. 복합 타겟은 4개의 격자(32 내지 35)를 포함하는데, 이러한 4개의 격자는 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스팟(31) 내에 모두 위치하도록 서로 가까이 위치된다. 따라서, 4개의 타겟은 센서(19 및 23) 상에서 동시에 조명되고 동시에 이미징된다. 오버레이 측정에 전용화된 일례에서, 격자(32 내지 35)는 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층에서 패터닝되는 격자를 겹쳐 놓음(overlying)으로써 형성되는 복합 격자이다. 격자(32 내지 35)는 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간에 오버레이의 측정을 용이하게 하도록 상이하게 편향된다. 격자(32 내지 35)는 또한, 도시된 바와 같이, 입사되는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키도록 그 배향이 상이할 수 있다. 일례에서, 격자(32 및 34)는 각각 +d, -d의 편향을 갖는 X-방향의 격자이다. 다시 말해서 격자(32)는, 컴포넌트가 공칭 위치에 정확히 프린트되는 경우 컴포넌트 중 하나가 나머지 컴포넌트에 대해 거리(d) 만큼 오프셋되도록 배열되는 겹쳐있는 컴포넌트를 갖는다. 격자(34)는, 완벽하게 프린트되는 경우 제1 격자와는 반대방향으로 d의 오프셋이 있도록 배열되는 컴포넌트를 갖는 등이다. 격자(33, 35)는 각각 +d 및 -d의 오프셋을 갖는 Y 방향 격자이다. 4개의 격자가 도시되어 있지만, 다른 실시예는 필요한 정확도를 얻기 위해 보다 큰 매트릭스를 필요로 할 수도 있다. 예를 들어, 9개의 복합 격자의 3×3 어레이가 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d의 편향을 가질 수 있다. 이러한 격자의 별개의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 5는, 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하고, 도 3(d)로부터 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여, 센서(23) 상에 형성되고 이에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일례를 나타낸다. 동공면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자(32 내지 35)를 분해(resolve)할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 이러한 분해가 가능하다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내고, 필드 내에서 기판 상의 조명된 스팟(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이러한 영역 내에서, 직사각형 영역(42-45)은 작은 타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 격자가 제품 영역에 위치하는 경우, 제품 피처는 이러한 이미지 필드의 주변부에서 보일 수도 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 격자(32 내지 35)의 별개 이미지(42 내지 45)를 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이러한 이미지를 처리한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내에서 특정 위치에 매우 정확히 정렬될 필요가 없고, 이는 측정 장치의 수율을 전체적으로 크게 개선시킨다. 그러나, 이미지 필드에 걸쳐 이미징 프로세스가 불균일한 경우 정확한 정렬의 필요성은 남는다. 본 발명의 일 실시예에서는, 4개의 위치(P1 내지 P4)가 식별되고 격자는 이러한 알려진 위치와 가능한 정렬된다.

일단 격자의 별개 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균하거나 합산함으로써, 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 리소그래피 공정의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 일례에 해당한다.

도 6은, 예를 들어 원용에 의해 전체로서 본원에 통합되는 국제출원 PCT/EP2010/060894에 기술되어 있는 방법을 이용하여, +1차 및 -1차 암시야 이미지에서 세기를 비교함으로써 드러난 격자의 비대칭을 통해, 컴포넌트 격자(32 내지 35)를 포함하는 2개의 층 사이의 오버레이 오차가 측정되는 방식을 나타낸다. 단계(S1)에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 오버레이 타겟(32-35)을 포함하는 구조체를 생성하기 위해, 도 2의 리소그래피 셀을 통해 1회 이상 처리된다. S2에서는, 도 3의 계측 장치를 이용함으로써, 격자(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔 중 단지 하나(즉 -1)만을 이용하여 획득된다. 그 다음에, 조명 모드를 변경하거나 또는 이미징 모드를 변경하든지, 또는 계측 장치의 시계(field of view)에서 기판(W)을 180° 회전시킴으로써, 나머지 1차 회절 빔을 이용하여 격자의 제2 이미지가 획득된다(단계 S3). 결과적으로, +1 회절 방사선이 제2 이미지에서 캡쳐된다.

각각의 이미지에 1차 회절 방사선 중 단지 반부(half)만 포함시킴으로써, 본원에서 언급되는 "이미지"는 기존의 암시야 현미경 이미지가 아니라는 점에 주의해야 한다. 개별 격자 라인은 분해되지 않을 것이다. 각각의 격자는 단순히 특정 그레이 레벨의 영역으로 표현될 것이다. 단계(S4)에서, 관심 영역(ROI)은 각각의 컴포넌트 격자의 이미지 내에서 주의 깊게 식별되고, 그로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이는, 특히 개별 격자 이미지의 에지 주변에서, 세기 값이 공정 변수, 예컨대 레지스트 두께, 조성, 라인 형상, 및 일반적으로 에지 효과에 고도로 의존할 수 있기 때문에 이루어진다. 본 발명자들은 측정에 있어서 최상의 정확도를 위해, 고도의 반복가능성으로, 그리고 아마도 격자의 피치보다 훨씬 더 큰 정확도로 ROI가 식별되어야 한다는 점을 발견하였다. 본 출원은 ROI를 식별하는 정확도를 개선하기 위한 기술을 개시하고, 아래에서는 이에 대해서 기술할 것이다.

각각의 개별 격자에 대해 ROI를 식별하고 그 세기를 측정한 후, 격자 구조체의 비대칭 및 이에 따라 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는, 세기에 있어서 임의의 차이를 식별하기 위해 단계(S5)에서 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 각각의 격자(32-35)에 대하여 +1차 및 -1차에 대해 획득된 세기 값을 비교함으로써, 그리고 단계(S6)에서 타겟(T)의 근방에서 오버레이 오차를 결정하기 위해 격자의 오버레이 편향에 대한 정보로부터 수행된다.

위에서 언급한 바와 같이 종래의 출원에서는, 이상에서 언급한 기본적인 방법을 이용하여 오버레이 측정의 품질을 개선하기 위한 다양한 기술이 개시되었다. 예를 들어, 이미지들 사이의 세기 차이는 단지 타겟의 비대칭뿐만 아니라, 상이한 측정을 위해 이용되는 광로의 차이에 기인할 수도 있다. 조명 소스(11)는 조명 스팟(31)의 세기 및/또는 위상이 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어 센서의 이미지 필드에서 타겟 이미지의 위치를 참조함으로써, 이러한 오차를 최소화하기 위해 보정이 결정되어 적용될 수 있다. 이러한 기술은 종래의 출원에서 설명되어 있으므로, 본원에서는 더 이상 상세하게 설명하지 않을 것이다.

도 7(a)는 도 4에 도시된 4개의 개별 격자(32 내지 35)를 포함하는 복합 격자 타겟(700)의 세부도이다. 이와 같이 확대된 축척에서, 각각의 타겟의 개별 격자 라인을 보다 명확하게 볼 수 있다. 각각의 격자의 라인의 수는 중요하지 않고, 예를 들어 5 내지 100의 범위일 수 있다. 이러한 예에서 격자는 모두 정사각형이지만, 바람직하다면 직사각형의 격자도 이용될 수 있다. 도 7(b)는 도 3의 장치의 암시야 이미지 센서(23) 상에서의 복합 격자(700)의 이미지(702)에 대한 세부도이다. 도 5에서와 마찬가지로, 특정 조명 모드를 이용하여, 각각의 격자(32 내지 35)는 각각 대응하는 그레이 영역(42 내지 45)으로 센서(23)의 이미지 필드에 표현된다.

도 6의 방법 중 단계(S4)에서 관심 영역(ROI)을 정확히 식별하기 위해, 처리 유닛(PU)은, 이미지에서 이용가능한 그러한 에지 피처를 이용하여 각각의 격자 이미지(42 내지 45)의 영역을 식별해야 한다. 도 7(a)의 타겟의 4개의 정사각형의 단순한 어레이에서, 에지 피처는 X 방향으로 3개의 위치에서, 그리고 Y 방향으로 3개의 위치에서 이용가능하다. 이러한 에지 피처의 위치는 도면에서 EX 및 EY로 표기된다. 공지된 Cognex 소프트웨어와 같은 정교한 패턴 매칭 기술을 이용하더라도, 각각의 방향으로 단지 3개의 에지 피처만이 있다는 사실에 의해 ROI가 위치 결정될 수 있는 정확도가 크게 제한된다는 점을 발견하였다.

이제 도 8(a)를 참조하면, 수정된 격자 타겟(800)이 도시된다. 도 8(b)에는, 대응하는 이미지(802)가 도시되어 있고, 이는 센서(23)에 의해 감지되는 바와 같은, 단일 회절 차수에서의 암시야 이미지를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 격자의 메인 영역의 주기보다 큰 주기를 갖는 경계 피처를 도입하도록 격자(800)의 경계 부분이 수정된다. 도시된 예에서, 이러한 경계 피처는 에지 영역 상의 X 방향 격자를 인터럽트함으로써 생성된다. 인터럽션(804)은 단순한 블랭크 영역에 의해 형성될 수 있다. 그러나 이러한 예에서는, 격자 라인에 수직으로 배향된 쇼트 바(short bar)가 갭을 채우기 위해 이용된다. 이는, 격자의 라인이 공정 영향에 의해 왜곡되지 않고 타겟에 걸친 피처의 전체적인 밀도가 비교적 균일하다는 장점을 갖는다. 도시된 예에서, 이러한 쇼트 바의 간격은 격자 라인의 간격과 동일하다. 이하 기술하는 바와 같이, 이는 필수적인 것은 아니다.

기존의 격자의 이미지(702)와 암시야 이미지(802)를 비교하면, 관심 영역(ROI)을 포함하는 그레이 영역의 에지 주변에서 인터럽션(804)이 어떻게 두드러진 피처를 생성하는지 알 수 있다. 도시된 단순한 예에서, 정사각형 격자의 각 에지를 따라, 이제 5개의 이러한 "경계 피처"가 존재하며, 이는 단계(S4)의 패턴 인식 프로세스에 의해 이용될 수 있다. 이러한 5개의 피처의 식별된 위치를 통계적으로 조합함으로써, 장치는 정사각형 격자(32)의 에지만을 이용하는 경우보다 실질적으로 더 정확하게 ROI의 위치를 식별할 수 있다. 경계가 동일한 거리에 위치하는 경우, 주기적인 근사(fit)가 데이터에 적용될 수 있다. 예를 들면, 스캐너에서 정렬에 이용되는 것과 같은 최소 자승 사인 근사가 있다.

타겟 격자(32 내지 35)의 경계의 수의 2배, 3배, 또는 그 이상인, 인식가능한 경계 피처를 제공함으로써, ROI를 인식하는 정확도를 높일 수 있다. 또한, 피처의 외양은, 콘트라스트를 이루도록, 예를 들어 공정 및 조명 조건에 덜 의존하는 설계에 의해 제어될 수 있다. 도시된 예시적인 패턴에서는, 인터럽션의 배열, 그리고 결과적으로 이미지(802)에서 관측된 경계 피처의 배열이 주기적이다. 경계 피처의 피치는 격자의 메인 바디부에서의 바(bar)의 피치의 4배이다. 다른 실시예에서는, 예를 들어 2, 3, 4, 또는 5배와 같은 정수배일 수 있다. 이는 필수적인 것은 아니지만, 패턴의 설계를 더 단순하게 하며, 경계 피처의 외양이 보다 일관되도록 한다. 경계 피처의 주기적인 구조는 주기적인 근사의 이용을 가능하게 하지만, 임의의 공지된 구조가 근사될 수 있다. 예를 들어, 특이하게 이격되어 있는 부가된 피처 또한 이용될 수 있다. 경계 피처의 선택된 구성이 알려진 경우, 이는 검출될 수 있다.

도 9를 참조하면, 정사각형 어레이로 4개의 수정된 격자(800)를 포함하는 복합 격자 타겟(900)이 도시되어 있고, 이는 도 7의 복합 격자(700)의 수정된 버전을 형성한다. 이러한 예에서, 각각의 개별 격자에는 4개의 에지를 따라 주기적인 패턴으로 인터럽션이 제공되어 있다. 개별 격자가 서로 인접하는 경우, 공간 이용을 최대화하기 위해, 인터럽트된 부분은 격자들 사이에 공유되어 있다. 개별 격자(935) 중 하나에 도시된 바와 같이, 수정된 격자에서 더욱 두드러질 에지 효과를 피하기 위해서, 대응하는 관심 영역(ROI)은 크기가 감소되어야 할 수도 있다.

도 10은 수정된 격자 타겟(1000)의 추가적인 예를 나타내며, 이는 다시 4개의 더 작은 개별 격자(1032 내지 1035)의 정사각형 어레이를 포함한다. 이러한 예에서, 주기적인 인터럽션은 서로 만나는 격자의 내측 에지에만 제공된다. 복합 격자의 외측 에지는 타겟의 에지에 부합하는 통상적인 격자 라인을 포함한다. ROI는 결과적으로 타겟(900)의 경우보다 약간 더 커질 수 있고, 이로써 기판 상에서 공간 이용을 최대화하며, 오버레이 측정에 이용되는 세기 신호의 품질을 개선시키게 된다. 타겟(1000)에서의 주기적인 인터럽션은, 4개의 타겟(1032 내지 1035) 중 임의의 것의 ROI의 위치를 결정하도록, 패턴 인식 단계(S4)에 의해 용이하게 인식될 수 있는 "십자형(crosshair)" 타겟을 제공한다.

도 8, 9, 및 10의 예에서 이미 언급한 바와 같이, 각각의 격자에서의 인터럽션(804, 904, 1004)은 반대(직교) 방향의 쇼트 바로 채워진다. 타겟이 단일 극의 조명, 즉 단지 X 방향만으로 또는 Y 방향만으로 회절을 측정하도록 각을 이루는 조명으로 검사되는 경우, 인터럽션을 채우고 있는 직교 바는, 도 8(b)의 이미지(802)의 경우와 마찬가지로, 어떠한 회절 신호도 발생시키지 않고 어둡게 보일 것이다. 한편, 복합 타겟이 예를 들어 개구부(13NW 또는 13SE)를 이용하여 직교 극으로부터의 조명으로 검사되는 경우, 직교 바는 격자의 바만큼 강하게 잠재적으로 회절 신호를 생성하게 되고, 인터럽션(804)은 나타난다고 하더라도 이미지에서 명확히 나타나지 않을 것이다.

도 11은 인터럽션을 갖는 격자의 추가적인 수정예이고, 이는 X 및 Y 방향 격자에서 동시에 ROI를 인식하기 위해 이용될 수 있다. 복합 격자 타겟(1100)은, 인터럽션(1104)에서의 쇼트 바의 피치(P2)가 메인 격자에서의 바의 피치(P1)와 매우 다르다는 점을 제외하고는, 도 10의 타겟(1000)과 유사하다. 이런 식으로, 쇼트 바로부터의 회절 신호가 타겟 격자(1132 내지 1135)의 회절 신호와는 매우 상이한 각도로 나오게 될 수 있다. 결과적으로, 타겟에서 피처의 전체적인 밀도는 비교적 균일하지만, 센서(23) 상에서 이미징을 위해 선택된 회절 차수 중 하나의 차수에서의 방사선의 세기는, 쇼트 바가 위치된 인터럽션을 명확하게 나타낼 것이다. 감소된 피치를 갖는 쇼트 바는 도 8, 9, 또는 10에 도시된 임의의 패턴에서 채용될 수 있다. 이러한 감소된 피치는 또한, 하나의 피치에 대하여 회절 광이 측정 이미지에서 검출되지만 다른 피치에 대해서는 그렇지 않다면, "쇼트 바"가 메인 바와 동일한 방향을 따라 위치되는 경우에도 이용될 수 있다. 상부층과 하부층 사이에 편향의 차이만 있는 경우 동일한 피치와 방향도 이용될 수 있다. 이와 같은 후자의 예는 낮은 콘트라스트를 나타낼 수 있지만, 바람직하게는 공정 제한사항에 의존할 수 있다.

상기 실시예는, 격자 타겟, 예를 들어 오버레이 격자가 회절 이미지에서 경계 피처를 생성하도록 수정되는 다양한 패턴을 나타낸다. 주기적으로 배열될 수 있는 경계 피처는 격자의 피치보다 크지만 격자 자체의 치수보다는 훨씬 작은 간격을 갖는다. 회절 광의 선택된 차수를 이용하여 암시야 계측에서 타겟으로서 이러한 패턴을 배치하면, 수많은 경계 피처가 암시야 이미지에서 인식될 수 있는 한편, 격자 자체는 관심 영역에 걸쳐 세기 신호를 생성하게 된다. ROI 위치는 알려진 타겟의 경우보다 정확하게 그리고 일관성 있게 식별될 수 있다. 위치결정 오차는 격자의 피치보다 2배, 3배, 또는 그 이상으로 작을 수 있다. 위치결정 정확도는 측정 이미지의 분해능의 측면에서 서브 픽셀(sub-pixel)일 수 있다.

위에서 이미 언급한 바와 같이, 상이한 실시예의 특징이 조합될 수 있다. 도시된 예시적인 패턴은 통상의 기술자가 선택할 가능성이 있는 변형예를 제한하려는 의도가 아니다. 격자에서의 바의 수, 격자의 에지를 따르는 인터럽션의 수, 인터럽션의 폭, 피치, 및 듀티 사이클, 인터럽션이 배치되는 격자의 페이지의 수는 모두, 필요한 성능을 이루기 위해 자유로이 변화될 수 있는 파라미터의 예시이다. 인터럽션의 수는 홀수 또는 짝수일 수 있고, X 방향 및 Y 방향으로 동일할 필요가 없다. 단지 ROI를 하나의 방향으로 정확히 식별하는 것이 중요한 경우, 인터럽션 또는 다른 수정예는, X 방향 및 Y 방향보다는 단지 하나의 방향으로만 배열될 수 있다.

격자에 부가되는 주기적 피처를 "인터럽션"이라 표현했지만, 인터럽션들 사이의 격자 바도 마찬가지로 격자 라인의 "확장부"라 표현할 수 있음을 인식할 것이다. 단순히 격자 라인의 길이를 수정함으로써 주기적 피처를 생성하는 것이 편리하지만, 어떤 다른 타입의 수정이 적용된 패턴이 예상될 수 있다.

오버레이 타겟의 경우, 공정 제한사항에 의해 허용될 때, 이러한 인터럽션은 단지 하나의 층(및 상부/하부의 선명한 영역)에서 이용가능할 필요가 있다. 이는 격자 영역에 대해 콘트라스트를 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 이웃하는 정렬 마크(암시야 조명으로 검출가능한 경우) 또한 경계 피처를 생성하기 위해 이용될 수 있지만, 이러한 이웃하는 정렬 마크는 타겟과 함께 이미징될 수 있도록 매우 가까워야 한다(25㎛ 스팟 내에서).

본 발명의 특정 실시예가 위에서 기술되었지만, 본 발명은 기술된 것과는 다르게 실시될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 상기 예들은, 0차 회절 방사선이 이미지 센서(23)로의 광로로부터 배제되는, 암시야 이미징 기술을 이용하는 다수의 측정에 특징이 있다. 위에서 언급된 기술은 또한 다른 타입의 측정에 보정을 적용하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어 다른 기술에서는, 이미지를 형성하기 위해 0차 방사선을 이용하여 타겟으로부터의 세기 측정이 이루어질 수 있다. 타겟이 조명 스팟보다 작고 타겟 컴포넌트의 이미지가 측정 광학 시스템의 시계보다 작은 경우, 복합 격자에 여러 타겟 컴포넌트를 배열하고, 필요한 방사선을 이용하여 이미지를 형성하며, 센서에 의해 감지된 이미지 중 상이한 부분에서 세기를 검출하는 것에 의해 측정 결과를 분리함으로써, 몇몇의 세기 측정이 단일의 단계로 수행될 수 있다. 이러한 경우 각각의 타겟 컴포넌트는 상이한 광로를 통해 측정되기 때문에, 이러한 측정은 측정될 공정 파라미터를 나타내는 원하는 변화에 더하여, 위치 의존 오차를 포함하게 될 것이다.

위에서 기술된 타겟 구조체는 특별하게 측정 목적으로 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 다른 실시예에서는, 기판 상에 형성된 디바이스의 기능상 부분들인 타겟들 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스는 정규적인 격자형 구조체를 갖는다. 본원에서 사용되는 "타겟 격자" 및 "타겟 구조체"라는 용어는, 구조체가 특별히 수행되는 측정을 위해 제공되어야 함을 요구하는 것은 아니다.

기판 및 패터닝 디바이스 상에 실현되는 타겟의 물리적 격자 구조체와 관련하여, 일 실시예는, 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻기 위해 기판 상에 타겟을 생성하고, 기판 상의 타겟을 측정하며, 및/또는 측정을 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들면 도 3의 장치의 유닛(PU) 내에서, 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수도 있다.

본 발명의 실시예를 광학 리소그래피와 관련하여 사용하는 것에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용에도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 본 발명은 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판 상에 형성된 패턴을 정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스된 후에, 이 레지스트를 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화시킨다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트를 벗겨냄으로써 기판에 패턴을 잔류시킨다.

본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장 또는 그 부근의 파장을 가짐) 및 EUV 방사선(예컨대, 5 nm와 20 nm 사이의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.

문맥이 허용하는 경우 "렌즈"라는 용어는 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에서의 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도, 과도한 실험 없이, 다양한 응용을 위해 이러한 특정 실시예를 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 것으로 의도된다. 본 명세서 내의 전문 용어 또는 기술 용어는 한정하려는 것이 아니라 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.

청구범위의 해석은 본 명세서의 발명의 내용 부분 및 요약서 부분보다는 상세한 설명 부분을 통해 이루어져야 할 것이다. 발명의 내용 부분 및 요약서 부분은 본 발명의 발명자에 의해 고려된 본 발명의 모든 실시예가 아닌 하나 이상의 실시예를 제시하므로, 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. 특정 기능 및 관계가 적합하게 수행된다면 다른 대안의 경계를 정하는 것도 가능하다.

Claims

기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법으로서,
(a) 상기 리소그래피 공정을 이용하여 상기 기판 상에 타겟 구조체를 형성하는 단계로서, 상기 타겟 구조체는 상기 기판 상의 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는, 타겟 구조체 형성 단계;
(b) 방사선 빔으로 상기 타겟 구조체를 조명하면서 상기 타겟 구조체의 적어도 하나의 이미지를 형성 및 검출하는 단계로서, 상기 이미지는 0차 회절 방사선을 배제하면서 비-0차 회절 방사선의 제1 부분을 이용하여 형성되는, 이미지 형성 및 검출 단계; 및
(c) 상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 추출되는 세기 값을 이용하여, 상기 주기적 구조체 중 대응하는 주기적 구조체의 상기 특성을 결정하는 단계
를 포함하고,
단계 (c)를 수행하기 위해서, 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산함으로써, 검출된 상기 이미지에서 상기 관심 영역을 식별하고,
적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배인, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 주기적 구조체 중 하나 이상의 주기적 구조체는 경계 영역에서 인터럽션으로 형성되며, 상기 경계 영역에서의 인터럽션은 상기 타겟 구조체의 검출된 이미지에서 상기 경계 피처를 유발하는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제2항에 있어서,
각각의 상기 인터럽션은, 상기 주기적 구조체의 피처와 형태상으로 유사하지만 배향은 상이한 피처를 포함하는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
각각의 상기 인터럽션은, 상기 주기적 구조체의 피처와 형태상으로 유사하지만 상기 주기적 구조체와는 실질적으로 상이한 피치를 갖도록 이격되어 있는 피처를 포함하는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계 피처는 상기 주기적 구조체 중 적어도 하나의 주기적 구조체의 경계 영역에 형성된 주기적 피처에 의해 형성되고, 상기 주기적 피처는 상기 주기적 구조체의 피치의 정수배인 피치를 갖는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계 피처는 상기 타겟 구조체 내에서 상기 주기적 구조체 중 적어도 2개의 주기적 구조체를 분할하는 경계 영역에서 형성된 피처에 의해 형성되는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟 구조체는 적어도 2개의 주기적 구조체를 포함하고, 2개의 상기 주기적 구조체에 각각 대응하는 관심 영역의 위치는 경계 피처의 인식된 위치의 공통 세트를 이용하여 계산되는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (a)에서 형성된 상기 타겟 구조체는 직교하는 방향으로 주기성을 갖는 적어도 2개의 주기적 구조체를 포함하며,
단계 (b)에서, 2개의 직교하는 방향으로 회절된 방사선을 이용하여 단일 이미지가 형성되며,
단계 (c)는 상기 단일 이미지로부터, 2개의 상기 주기적 구조체에 대응하는 별개의 관심 영역으로부터의 세기를 추출하도록 수행되는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주기적 구조체의 특성은 비대칭이며, 단계 (b) 및 (c)는 상기 비-0차 회절 방사선의 제1 부분과 제2 부분을 각각 이용하여 제1 이미지와 제2 이미지를 형성하도록 반복되며,
상기 방법은, (d) 상기 주기적 구조체 중 하나 이상의 주기적 구조체에서 비대칭의 측정을 획득하기 위해 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지에서 대응하는 관심 영역으로부터 추출된 세기를 비교하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
검출된 상기 이미지에서 상기 관심 영역 또는 각각의 관심 영역의 위치는 상기 주기적 구조체의 피치보다 훨씬 미세한 정확도로 결정되는, 기판 상에 리소그래피 공정에 의해 형성된 하나 이상의 주기적 구조체의 특성을 측정하는 방법.
기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
상기 기판 상에서 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는 타겟 구조체를 조명하기 위해 상기 기판에 방사선 빔을 전달하도록 작동가능한 조명 구성;
상기 기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 타겟 구조체의 이미지를 형성 및 검출하도록 작동가능한 검출 구성; 및
상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 세기 값을 추출하고, 추출된 값을 이용하여 상기 주기적 구조체의 특성을 결정하도록 작동가능한 연산 구성
을 포함하고,
상기 연산 구성은 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산하도록 구성되며,
적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배인, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치.
제11항에 있어서,
상기 연산 구성은 상기 주기적 구조체 중 적어도 하나의 주기적 구조체의 경계 영역에 주기적으로 배열되어 있는 경계 피처를 인식하도록 구성되는, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 연산 구성은, 상기 관심 영역 중 적어도 2개의 관심 영역을 분할하는 경계 영역에 배열된 경계 피처의 위치를 인식함으로써, 검출된 상기 이미지에서 적어도 2개의 관심 영역의 위치를 계산하도록 구성되는, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산 구성은, 경계 피처의 인식된 위치의 공통 세트를 이용하여, 검출된 상기 이미지에서 적어도 2개의 관심 영역의 위치를 계산하도록 구성되는, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주기적 구조체의 특성은 비대칭이며, 상기 조명 구성 및 상기 검출 구성은 비-0차 회절 방사선의 제1 부분과 제2 부분을 각각 이용하여 동일한 타겟 구조체의 제1 이미지와 제2 이미지를 형성하도록 작동가능하며,
상기 연산 구성은, 상기 주기적 구조체 중 하나 이상의 주기적 구조체에서 비대칭의 측정을 획득하기 위해 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지에서 대응하는 관심 영역으로부터 추출된 세기를 비교하도록 더 구성되는, 기판 상의 주기적 구조체의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치.
리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템으로서, 상기 리소그래피 장치는:
패턴을 조명하도록 구성되는 조명 광학 시스템;
상기 패턴의 이미지를 기판 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템; 및
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 검사 장치
를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는 상기 패턴을 추가적인 기판에 적용함에 있어서 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 이용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
디바이스 제조 방법으로서,
디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 적용되고,
상기 방법은, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 측정 방법을 이용하여, 적어도 하나의 상기 기판 상에 상기 디바이스 패턴의 일부로서 형성되거나 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체를 검사하는 단계, 및 상기 측정 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 이용되는 패터닝 디바이스로서,
상기 방법의 단계 (a)에서 이용되는 경우, 단계 (c)에서 검출되는 상기 이미지에 상기 경계 피처를 생성하기에 적합한 피처를 상기 타겟 구조체에 제공하는, 패터닝 디바이스.
리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템으로서, 상기 리소그래피 장치는:
패턴을 조명하도록 구성되는 조명 광학 시스템;
상기 패턴의 이미지를 기판 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템; 및
검사 장치
를 포함하고, 상기 검사 장치는:
상기 기판 상에서 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는 타겟 구조체를 조명하기 위해 상기 기판에 방사선 빔을 전달하도록 작동가능한 조명 구성;
상기 기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 타겟 구조체의 이미지를 형성 및 검출하도록 작동가능한 검출 구성; 및
상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 세기 값을 추출하고, 추출된 값을 이용하여 상기 주기적 구조체의 특성을 결정하도록 작동가능한 연산 구성
을 포함하고,
상기 연산 구성은 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산하도록 구성되며,
적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배이고;
상기 리소그래피 장치는 상기 패턴을 추가적인 기판에 적용함에 있어서 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 이용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
디바이스 제조 방법으로서,
디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판에 적용되고,
상기 방법은, 검사 방법을 이용하여 적어도 하나의 상기 기판 상에 상기 디바이스 패턴의 일부로서 형성되거나 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 하나의 주기적 구조체를 검사하는 단계, 및 상기 검사 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 검사 방법은:
(a) 상기 리소그래피 공정을 이용하여 상기 기판 상에 타겟 구조체를 형성하는 단계로서, 상기 타겟 구조체는 상기 기판 상의 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하는, 타겟 구조체 형성 단계;
(b) 방사선 빔으로 상기 타겟 구조체를 조명하면서 상기 타겟 구조체의 적어도 하나의 이미지를 형성 및 검출하는 단계로서, 상기 이미지는 0차 회절 방사선을 배제하면서 비-0차 회절 방사선의 제1 부분을 이용하여 형성되는, 이미지 형성 및 검출 단계; 및
(c) 상기 타겟 구조체의 이미지 내에서 적어도 하나의 관심 영역으로부터 추출되는 세기 값을 이용하여, 상기 주기적 구조체 중 대응하는 주기적 구조체의 상기 특성을 결정하는 단계
를 포함하고,
단계 (c)를 수행하기 위해서, 상기 타겟 구조체의 이미지에서 복수의 경계 피처의 위치를 인식하고 인식된 위치로부터 상기 관심 영역의 위치를 계산함으로써, 검출된 상기 이미지에서 상기 관심 영역을 식별하고,
적어도 하나의 방향으로, 상기 경계 피처의 수는 상기 타겟 구조체 내의 주기적 구조체의 경계의 수의 적어도 2배인, 디바이스 제조 방법.