KR20150089082A - 도즈 및 포커스를 결정하는 방법, 검사 장치, 패터닝 디바이스, 기판 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 기판 상에 제 1 구조체를 생성하기 위해 리소그래피 공정을 이용하는 단계를 포함하고, 제 1 구조체는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 도즈-감응 피처를 갖는다. 상기 방법은 기판 상에 제 2 구조체를 생성하기 위해 리소그래피 공정을 이용하는 단계를 포함하고, 제 2 구조체는 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 도즈-감응 피처를 갖는다. 상기 방법은 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 얻기 위해 제 1 및 제 2 구조체들을 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 1 및 제 2 구조체들 중 적어도 하나를 생성하는데 사용된 노광 도즈를 결정하기 위해 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하는 단계를 포함한다.

Description

도즈 및 포커스를 결정하는 방법, 검사 장치, 패터닝 디바이스, 기판 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF DETERMINING DOSE AND FOCUS, INSPECTION APPARATUS, PATTERNING DEVICE, SUBSTRATE AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은 2012년 11월 30일에 출원된 미국 가특허출원 61/731,947 및 2012년 12월 27일에 출원된 미국 가출원 61/746,384와 관련되며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스의 제조 시 퓨필-평면 검출(pupil-plane detection) 또는 다크-필드 스캐터로메트리(dark-field scatterometry)를 이용하여 사용가능한 리소그래피 장치의 노광 도즈 및 포커스를 결정하는 방법 및 장치, 그리고 리소그래피 기술들을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이들을 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. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼들, 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 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위해, 생성된 구조체들의 측정을 자주 수행하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)- 흔히 임계 치수(CD)를 측정하는데 사용됨 - 을 포함하여, 이러한 측정들을 수행하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있으며, 또한 오버레이(디바이스에서 2 개의 층들의 정렬 정확성)을 측정하기 위한 전문 툴들이 알려져 있다. 최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위해 다양한 형태의 스캐터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이러한 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 1 이상의 특성들 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장들에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 얻으며, 이 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성(property of interest)이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은, 다양한 기술들: 예를 들어, 주성분분석(principal component analysis); 라이브러리 검색들; 유한 요소법(finite element methods) 또는 RCWA(rigorous coupled wave analysis)와 같은 반복적 접근들에 의한 타겟 구조체의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
종래의 스캐터로메트리들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40 ㎛ x 40 ㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿(spot)을 생성한다[즉, 격자가 언더필된다(underfilled)]. 이것이 무한대로서 간주될 수 있음에 따라, 이는 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 타겟들의 크기를, 예를 들어 10 ㎛ x 10 ㎛ 이하로 감소시켜, 예를 들어 타겟들이 스크라이브 레인(scribe lane)이라기보다 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있도록 하기 위해, 격자가 측정 스폿보다 작게 만들어지는 메트롤로지가 제안되었다 [즉, 격자가 오버필된다(overfilled)]. 통상적으로, 이러한 타겟들은 다크 필드 스캐터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정되고, 이때 (정반사에 대응하는) 0차 회절(zeroth order of diffraction)이 차단되며, 고차(higher orders)만이 처리된다.
회절 차수의 다크-필드 검출을 이용하는 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들의 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이러한 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있으며, 웨이퍼의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다수의 타겟들이 하나의 이미지로 측정될 수 있다.
알려진 메트롤로지 기술에서는, 정해진 조건들 하에서 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과들이 얻어지는 한편, 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경시켜 별도로 -1 및 +1 회절 차수 세기를 얻는다. 주어진 격자에 대해 이러한 세기를 비교하는 것은 격자의 비대칭의 측정을 제공한다.
스택된 격자들의 쌍(pair of stacked gratings)의 비대칭은 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 유사하게, 포커스-감응 격자의 비대칭은 디포커스(defocus)의 지표로서 사용될 수 있다.
하지만, 스캐터로미터 퓨필의 비대칭 변화를 유도하는 여하한의 효과는 스캐너 디포커스에 기인할 것이다. 이러한 한가지 효과는 노광 도즈의 효과이다. 노광 도즈 변동은, 특히 작은 인-다이 타겟(in-die target)들로 측정하기 어렵다.
리소그래피 장치, 레티클 및 처리(processing)의 조합으로 인해 발생하는 유효 노광 도즈는, 통상적으로 임계 제품 구조체(critical product structure)들의 선폭(임계 치수, CD)을 통해 측정된다. 이러한 측정들에 사용되는 검사 장치는 CD-SEM(Scanning Electron Microscope) 및 스캐터로미터와 같은 메트롤로지 툴을 포함한다.
하지만, CD-SEM은 비교적 느리며, 통상적으로 0.25 nm - l nm 3-시그마의 잡음 레벨을 갖는다. 또한, 스캐터로미터는 매우 민감한 메트롤로지 툴이지만, 이 민감성은 넓은 범위의 피처 파라미터들에 대한 것이다. 세심한 스캐터로미터 셋업 레시피의 생성 및 최적화(careful scatterometer setup recipe creation and optimization)는 타겟을 형성하는 재료들의 근본적인 스택(underlying stack)의 변동과 CD 변동을 구별하도록 요구된다. 또한, CD 측정을 위한 스캐터로메트리는 통상적으로 큰 타겟(예를 들어, 40 x 40 ㎛)을 필요로 한다.
노광 도즈를 더 직접적으로 측정하고, 포커스 측정의 정확성을 개선하는 것이 바람직하다. 또한, 이는 다크-필드 이미지-기반 기술로 판독될 수 있는 작은 타겟 구조체들에 적용될 수 있는 것이 바람직하다.
제 1 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: (a) 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 1 및 제 2 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계; (b) 제 1 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 1 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; (c) 제 2 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 2 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및 (d) 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 1 구조체, 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체에 기초하여, 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 3 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계; 제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 3 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일(profile)을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 3 구조체에 기초하여, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 대해 제 1 예시의 방법을 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 보정하기 위해 제 3 스캐터로미터 신호를 이용하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 생성된 제 3 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계; 제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 3 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 3 구조체에 기초하여, 제 3 구조체를 생성하는데 사용된 포커스 값을 결정하기 위해, 제 3 스캐터로미터 신호 및 제 1 예시의 방법을 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 이용하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 검사 장치가 제공되며, 상기 검사 장치는: 기판 상에 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 1 및 제 2 구조체들을 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템; 제 1 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 1 구조체의 조명으로 인해 발생한 산란된 방사선을 검출하도록 구성되고, 제 2 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 2 구조체의 조명으로 인해 발생한 산란된 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템; 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 1 구조체, 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체에 기초하여, 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 패터닝 디바이스가 제공되며, 상기 패터닝 디바이스는: 리소그래피 공정을 이용하여 제 1 구조체를 생성하도록 구성된 제 1 서브-패턴(sub-pattern) - 제 1 구조체는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐; 및 리소그래피 공정을 이용하여 제 2 구조체를 생성하도록 구성된 제 2 서브-패턴 - 제 2 구조체는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐 - 을 포함하는 타겟 패턴을 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 기판이 제공되며, 상기 기판은: 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈 및 포커스에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 1 구조체; 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈 및 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 대해 제 1 구조체보다 덜 감응적이고, 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체보다 더 감응적인 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체를 포함하는 타겟을 포함한다.
또 다른 예시에 따르면, 디바이스를 제조하는 방법이 제공되고, 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 디바이스 패턴이 적용되며, 상기 방법은: 제 1 예시에 따른 방법을 이용하여 기판들 중 적어도 하나를 이용하여 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 단계, 및 노광 도즈 결정 방법의 결과에 따라 이후의 기판들에 대해 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.
첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에 자세히 설명된다. 본 발명은 여기에 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않음을 유의한다. 이러한 실시예들은 본 명세서에서 단지 예시의 목적으로만 제시된다. 관련 기술(들)의 당업자라면, 본 명세서에 담긴 기술적 내용에 기초하여 추가 실시예들이 행해질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 포함되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 예시하며, 또한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고, 관련 기술(들)의 당업자가 본 발명을 실시 및 이용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터(lithographic cell or cluster)를 도시한 도면;
도 3a 내지 도 3d는 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처들을 이용하는 본 발명의 실시예들에 따른 타겟들을 측정하는데 사용하기 위한 다크 필드 스캐터로미터의 개략도, (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, (c) 회절 기반 오버레이 측정들에 대해 스캐터로미터를 이용하는데 있어 추가 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 포함하는 도면;
도 4는 기판의 측정 스폿의 아웃라인(outline) 및 다중 격자 타겟의 알려진 형태를 도시한 도면;
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예를 형성하도록 구성가능하고(adaptable), 도 3의 스캐터로미터를 이용하는 디포커스 측정 방법의 단계들을 나타낸 흐름도;
도 7은 포커스-감응 비대칭 격자 패턴(focus-sensitive asymmetric grating pattern)을 예시한 도면;
도 8은 도 7의 격자 패턴의 노광을 위한 포커스 세팅에 대한 측벽 각도 차이의 의존성을 예시한 그래프;
도 9는 도 7의 격자 패턴과 유사한 격자 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 디포커스 대(versus) 스캐터로미터로 측정된 비대칭의 그래프;
도 10a 및 도 10b는 상이한 도즈 감응도를 갖는 도즈-감응 대칭 격자 패턴들을 예시한 도면;
도 11은 도 10a의 격자 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 도즈 세팅들 및 포커스에 대한 임계 치수의 의존성을 예시한 그래프;
도 12는 도즈-감응 비대칭 격자 패턴을 나타낸 도면;
도 13은 도 12의 노광 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 도즈 세팅들 및 포커스에 대한 측벽 각도 차이의 의존성을 예시한 그래프;
도 14a, 14b 및 도 15는 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 적합한 조합된 포커스- 및 차동 도즈-감응 타겟들(differential dose-sensitive targets)을 개략적으로 예시한 도면;
도 16은 다크-필드 스캐터로메트리로 비대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도;
도 17은 다크-필드 스캐터로메트리로 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도;
도 18은 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 비대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도;
도 19는 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도;
도 20a 및 도 20b는 각각 80 nm 및 100 nm 피치(pitch)를 갖는 차동 도즈-감응 격자들의 쌍에 대한 3 개의 상이한 도즈들에 대한 CD 대 포커스의 그래프[보쑹 플롯(Bossung plots)];
도 21은 도 20a 및 도 20b에 사용된 데이터로부터 도출된 3 개의 상이한 도즈들에 대한 유효 CD 차이 대 포커스의 그래프;
도 22는 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 도즈를 결정하는 방법의 흐름도;
도 23은 다크-필드 및 이미지-평면 검출 스캐터로메트리로 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도; 및
도 24는 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도즈 및 포커스를 결정하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 특징들 및 장점들은 도면들과 연계될 때 아래에 설명된 상세한 설명으로부터 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 가장 먼저 나타난 도면은 대응하는 참조 번호의 맨 앞자리 수(들)에 의해 나타내어진다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 포함하는 1 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등으로 설명된 실시예(들) 및 이러한 언급들은, 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 연계하여 설명되는 경우, 이러한 특징, 구조 또는 특성의 다른 실시예들에 대한 연계성은 명시적으로 설명되든지 그렇지 않든지 간에 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 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 더 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 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 패터닝 디바이스 지지체 또는 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 타겟부(C)(1 이상의 다이를 포함) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 여하한의 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 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 패턴에 정확히 대응하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 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 타입뿐만 아니라, 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 여하한의 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 것과 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 있거나, 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 증가시키기 위한 기술로 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 예를 들어 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 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 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 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(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: 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 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder), 2-D 인코더 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]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 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 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 달리) 스테퍼의 경우, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그것들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커들은 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 포함될 수 있으며, 이 경우 마커들이 가능한 한 작아, 인접한 피처들과 상이한 어떠한 이미징 또는 공정 조건들도 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에 자세히 설명된다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 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 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 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.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa, WTb), 그리고 기판 테이블들이 교체될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션을 갖는, 소위 듀얼 스테이지 타입(dual stage type)으로 구성된다. 하나의 기판 테이블의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 맵핑(mapping)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 장치의 스루풋의 실질적인 증가를 가능하게 한다. 기판 테이블이 노광 스테이션과 측정 스테이션에 있는 동안 위치 센서(IF)가 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 기판 테이블의 위치들이 두 스테이션들에서 추적될(tracked) 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판에 전- 및 후-노광 공정들(pre- and post-exposure processes)을 수행하기 위한 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)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 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(SCS)에 의해 자체적으로 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋(throughput)과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
다크-필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다. 이 기술의 추가 실시형태들은 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A 및 US20120123581A에 개시되었다. 미국 특허 공보 번호 US20110249247A는 리소그래피 장치의 디포커스를 측정하기 위해 포커스-감응 비대칭 타겟 설계들로부터 측정된 스캐터로미터 신호들을 이용하는 것을 개시한다. 이 출원의 내용은 본 명세서에서 인용 참조된다. 이러한 방법에서, -1차 및 +1차 회절 차수 세기 간의 차이의 형태로 스캐터로미터 퓨필에 적용가능한 바와 같이, 비대칭 정보는 측정된 스캐터로미터 신호들로부터 스캐너 디포커스를 유추(infer)하는데 사용된다.
본 발명의 실시예들에 사용하기에 적합한 다크 필드 메트롤로지 장치가 도 3a에 도시되어 있다. 타겟 격자(T) 및 회절 광선은 도 3b에 더 자세히 예시되어 있다. 다크 필드 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있거나, 예를 들어 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중 어느 하나에 통합될 수 있다. 장치 전반에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광축은 점선(O)으로 나타나 있다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 배치의 더블 시퀀스(double sequence of a 4F arrangement)로 배치된다. 검출기 상으로 기판 이미지를 여전히 제공하고, 이와 동시에 공간-주파수 필터링을 위한 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다면, 상이한 렌즈 배치가 사용될 수 있다. 그러므로, 기판 평면[여기서는, (켤레) 퓨필 평면이라고도 함]의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면의 공간 세기 분포를 정의함으로써, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위가 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방-투영된 이미지(back-projected image)가 있는 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지므로, 상이한 조명 모드들이 선택될 수 있다. 본 예시들의 조명 시스템은 오프-액시스 조명 모드(off-axis illumination mode)를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 어퍼처 플레이트(13N)는 단지 설명을 위해 '북쪽'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 어퍼처 플레이트(13S)는 '남쪽'으로 표시된 반대 방향으로부터 유사한 조명을 제공하는데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함에 의하여 다른 조명 모드들이 가능하다. 원하는 조명 모드 외부의 여하한의 불필요한 광은 원하는 측정 신호들을 간섭할 것임에 따라, 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟 격자(T)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인(normal) 기판(W)에 대해 배치된다. 광축(O)을 벗어난(off the axis) 각도로부터 격자(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선(실선 0) 및 2 개의 1차 광선들[1점 쇄선(dot-chain line) +1 및 2점 쇄선(double dot-chain line) -1]을 유도한다. 오버필된 작은 타겟 격자와 함께, 이 광선들은 메트롤로지 타겟 격자(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 다수의 평행한 광선들 중 하나일 뿐임을 유념하여야 한다. 플레이트(13)의 어퍼처는 (유용한 양의 광을 수용하는데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선(I)들은 사실상 일정 각도 범위를 점유할 것이며, 회절된 광선들 0 및 +1/-1은 다소 확산될 것이다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1 및 -1은 도시된 바와 같은 이상적인 단일 광선이 아니라, 일정 각도 범위에 걸쳐 더욱 확산될 것이다. 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광축과 근접하게 정렬되도록 격자 피치(grating pitches) 및 조명 각도가 설계 또는 조정될 수 있음을 유의한다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 광선들은 순전히 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있도록 하기 위하여 다소 축을 벗어난 것으로 도시되어 있다.
기판(W)의 타겟에 의해 회절된 적어도 0차 및 +1차 차수들은 대물 렌즈(16)에 의해 수집되며, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 다시 도 3a를 참조하면, 북(N) 및 남(S)으로서 표시된 정반대의 어퍼처들을 나타냄으로써, 제 1 및 제 2 조명 모드 둘 모두가 예시되어 있다. 입사 광선(I)이 광축의 북측으로부터 입사할 때, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트(13N)를 이용하여 적용될 때, +1(N)으로 표시된 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 반대로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트(13S)를 이용하여 적용될 때, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어간 광선들이다.
제 2 빔 스플리터(17)는 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)를 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서의 상이한 지점에 도달하므로, 이미지 처리는 차수들을 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된(captured) 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하는데 사용될 수 있다. 언더필된 타겟에 대한 퓨필 평면 이미지는 본 발명의 실시예들에 따라 도즈 및 포커스 메트롤로지에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 기판(W)의 타겟 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서는, 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 퓨필-평면과 켤레인 평면에 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 하여, 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 오직 -1차 또는 +1차 빔으로부터 형성되게 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되고 있는 특정 타입의 측정들에 따라 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 여기서 광범위한 의미로 사용됨을 유의한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에는, 이와 같은 격자 라인들의 이미지가 형성되지 않을 것이다.
도 3에 도시된 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예시에 지나지 않는다. 본 발명의 다른 실시예들에서는, 타겟들의 온-액시스 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단지 하나의 1차 차수를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서는, 1차 빔들 대신에 또는 이에 추가하여, 2차, 3차 및 고차 빔들(도 3에는 도시되지 않음)이 측정들에 사용될 수 있다.
조명을 이러한 상이한 타입의 측정에 구성가능하게 만들기 위하여, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성된 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 원하는 패턴을 자리로 가져오기 위해 회전한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 동일한 효과를 달성하기 위해 한 세트의 플레이트들(13)이 제공되고 교체될 수 있다. 또한, 변형가능한 거울 어레이 또는 투과성 공간 광 변조기와 같은 프로그램가능한 조명 디바이스가 사용될 수도 있다. 조명 모드를 조정하기 위한 또 다른 방식으로서 이동식 거울들 및 프리즘들이 사용될 수 있다.
어퍼처 플레이트(13)와 관련하여 방금 설명된 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수들의 선택은, 대안적으로 퓨필-스톱(21)을 변경하거나, 상이한 패턴을 갖는 퓨필-스톱으로 대체하거나, 또는 고정된 필드 스톱을 프로그램가능한 공간 광 변조기로 교체함에 의하여 달성될 수 있다. 그 경우, 측정 광학 시스템의 조명 측은 일정하게 유지될 수 있는 한편, 제 1 및 제 2 모드들을 갖는 것은 이미징 측이다. 그러므로, 본 명세서에서는 실제적으로 세 가지 타입의 측정 방법이 존재하며, 각각은 그 자체의 장점들 및 단점들을 갖는다. 일 방법에서는, 상이한 차수들을 측정하기 위해 조명 모드가 변화된다. 또 다른 방법에서는, 이미징 모드가 변화된다. 세 번째 방법에서는, 조명 및 이미징 모드들이 변화되지 않은 채로 유지되지만, 타겟이 180°회전된다. 각각의 경우, 원하는 효과는 동일하며, 즉 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대인 0이 아닌 차수의 회절 방사선의 제 1 및 제 2 부분들을 선택하는 것이다. 원칙적으로, 원하는 차수의 선택은 조명 모드 및 이미징 모드의 동시적인 변화의 조합에 의하여 얻어질 수 있지만, 이는 별다른 장점 없이 단점들을 가져오기 쉬우므로, 이는 추후에 설명되지 않을 것이다.
본 예시들에서 이미징을 위해 사용되는 광학 시스템은 필드 스톱(21)에 의해 제한되는 넓은 입사동(entrance pupil)을 갖지만, 다른 실시예들 또는 적용들에서는 이미징 시스템 자체의 입사동 크기가 원하는 차수로 제한할 만큼 충분히 작을 수 있으며, 따라서 필드 스톱으로도 기능할 수 있다. 아래에 자세히 설명되는 바와 같이, 사용될 수 있는 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에 도시되어 있다.
통상적으로, 타겟 격자는 북-남 또는 동-서 중 어느 하나로 이어진(running) 격자 라인들로 정렬될 것이다. 부연하면, 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 격자가 정렬될 것이다. 일 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 방위가 잡힌 격자들을 측정하는 데에는 어퍼처 플레이트(13N 또는 13S)만이 사용될 수 있음을 유의한다. 직교 격자의 측정에 대하여, 90° 및 270°타겟 회전이 구현될 수 있다. 하지만, 더욱 편리하게는, 도 3c에 도시된 어퍼처 플레이트(13E 또는 13W)를 이용하여 동측 또는 서측으로부터의 조명이 조명 광학기에 제공된다. 어퍼처 플레이트들(13N 내지 13W)은 별도로 형성될 수 있고 상호교환될 수 있거나, 90, 180 또는 270°로 회전될 수 있는 단일 어퍼처 플레이트일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 조명 어퍼처 플레이트(13) 대신 필드 스톱(21)에 도 3c에 예시된 오프-액시스 어퍼처들이 제공될 수 있다. 그 경우, 조명은 온 액시스일 것이다.
도 3d는 제 1 및 제 2 쌍의 조명 모드들을 조합하는데 사용될 수 있는 제 3 쌍의 어퍼처 플레이트들을 도시하고 있다. 어퍼처 플레이트(13NW)는 북측 및 서측에 어퍼처들을 갖는 한편, 어퍼처 플레이트(13SE)는 남측 및 동측에 어퍼처들을 갖는다. 이러한 상이한 회절 신호들 간의 크로스토크(cross-talk)가 너무 크지 않다면, 조명 모드를 바꾸지 않고 X 및 Y 격자 둘 모두의 측정이 수행될 수 있다.
도 4는 알려진 실시방식에 따라 기판에 형성된 복합 타겟(composite target)을 도시한다. 복합 타겟은 서로 긴밀하게 위치된 4 개의 격자들(32 내지 35)을 포함하여, 이들은 모두 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스폿(31) 내에 있을 것이다. 따라서, 4 개의 타겟들은 모두 센서들(19 및 23)에 동시에 조명되고 동시에 이미징된다. 디포커스 측정을 위해 제공된 예시들에서, 격자들(32 내지 35)은 그 자체가 기판(W)에 형성된 반도체 디바이스의 층들에 패터닝된 비대칭 격자들에 의해 형성된 포커스-감응 격자들이다. 입사하는 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키기 위해, 도시된 바와 같이 격자들(32 내지 35)은 그들의 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 격자들(32 및 34)은 X-방향 격자들이다. 격자들(33 및 35)은 Y-방향 격자들이다. 이러한 격자들의 별개의 이미지들은 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다.
도 5는 도 3d로부터 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하고, 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여, 센서(23)에 형성될 수 있고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자들(32 내지 35)을 분해(resolve)할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 가능할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서의 이미지 필드를 나타내며, 이 안에 기판의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41) 내로 이미징된다. 이 안에, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 작은 타겟 격자들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 격자들이 제품 영역들에 위치되는 경우, 제품 피처들이 이 이미지 필드의 주변에 나타날 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 이용해 이 이미지들을 처리하여 격자들(32 내지 35)의 별개의 이미지들(42 내지 45)을 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지들이 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정확하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전반적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선시킨다. 하지만, 이미징 공정이 이미지 필드에 걸쳐 비-균일성을 겪는 경우, 정확한 정렬에 대한 필요성이 유지된다. 본 발명의 일 실시예에서는, 4 개의 위치들(P1 내지 P4)이 식별되며, 격자들은 이 알려진 위치들과 가능한 한 많이 정렬된다.
격자들의 별개의 이미지들이 식별되었으면, 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 평균내거나 합산함으로써 이러한 개별 이미지들의 세기가 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성들은 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 포커스와 같은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하기 위해 조합될 수 있다.
도 6은, 예를 들어 본 명세서에서 전문이 인용 참조되는 출원 US20110027704A에 개시된 방법을 이용하여, +1차 및 -1차 다크-필드 이미지들의 세기를 비교함에 의해 알 수 있는 바와 같이, 1 이상의 포커스 감응 격자들의 비대칭을 통해 디포커스가 어떻게 측정되는지를 예시한다. 단계(S1)에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀을 통해 한 번 이상 처리되어, 격자들을 포함하는 구조체를 생성한다. S2에서, 도 3의 메트롤로지 장치를 이용하여, 격자들의 이미지가 1차 회절 빔들(즉, -1) 중 하나만을 이용하여 얻어진다. 그 후, 조명 모드를 변경하거나, 이미지 모드를 변경함으로써, 또는 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180°회전시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용하여 격자들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다[단계(S3)].
각각의 이미지에 1차 회절 방사선 중 반만을 포함함에 의하여, 여기서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아님을 유의한다. 개별 격자 라인들은 분해되지 않을 것이다. 각각의 격자는 단순히 소정 세기 레벨의 영역에 의해 나타내어질 것이다. 단계(S4)에서, 관심 영역(region of interest: ROI)이 각 구성요소 격자의 이미지 내에서 세심하게 식별되며, 이로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이것이 수행되는 이유는, 특히 개별 격자 이미지들의 에지들 주위에서, 세기 값들이 일반적으로 레지스트 두께, 조성, 라인 형상, 그리고 에지 영향들과 같은 공정 변수들에 강하게 의존할 수 있기 때문이다.
각각의 개별 격자에 대해 ROI를 식별하고 그 세기를 측정하였으면, 격자 구조체의 비대칭 및 이에 따른 디포커스가 결정될 수 있다. 이는, 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의해, 각각의 격자(32 내지 35)에 대하여 +1 및 -1차에 대해 얻어진 세기 값들을 비교하여 그 값들의 세기 차이를 식별하는 단계(S5), 및 타겟(T) 부근의 디포커스를 결정하는 단계(S6)에서 수행된다.
앞서 설명된 타겟 구조체들은 측정을 위해 특별히 설계되고 형성된 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서는 기판에 형성된 디바이스들의 기능성 부분들인 타겟들 상에서 특성들이 측정될 수 있다. 다수의 디바이스들은 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는 이러한 구조체가 수행되는 측정을 위해 특별히 제공되었음을 요구하지 않는다.
기판들 및 패터닝 디바이스들에 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적인 격자 구조체들과 연계하여, 일 실시예는 기판에 타겟들을 생성하는 단계, 기판의 타겟들을 측정하는 단계, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻기 위해 측정들을 분석하는 단계를 포함하는 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 3의 장치의 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 타입의 기존의 메트롤로지 장치가 이미 생산 및/또는 사용 중에 있다면, 본 발명은 프로세서가 본 명세서에 설명된 방법들을 수행하게 하고 이에 따라 노광 도즈에 대해 감소된 감응도를 갖는 디포커스 및 노광 도즈를 계산하도록 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 있다. 이 프로그램은 선택적으로 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하여, 적합한 복수의 타겟 구조체들의 측정을 위한 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 7은 포커스-감응 비대칭 격자 패턴을 예시한다. 도 7에는, 격자의 3 개의 주기의 제한된 섹션만이 도시된다. 전체 격자에서는, 패턴(702)이 수직 및 수평 방향들로 반복된다. 패턴(702)은, 예를 들어 레티클 상의 크롬 패턴일 수 있다. 파라미터들(w1/w2/w3)은 피치와 같은 다른 파라미터들과 함께 격자의 측면(aspect)들을 설명하는데 사용될 수 있다. 도 7의 패턴(702)이 웨이퍼에 포커스-감응 격자 구조체를 생성하기 위해 리소그래피 장치에 사용될 때, 더 작은 수평 돌출부(projection)들은 분해될 수 있거나 분해되지 않을 수 있지만, 포커스에 의존적인 프린트된 각 라인의 우측 및 좌측 간의 차이(즉, 비대칭)를 갖는 프로파일을 제공할 수 있다. 측벽 각도의 차이는 이러한 비대칭의 일 예시이다. 우측의 포커스에 대한 이러한 측벽 각도 의존성은 돌출부들을 갖지 않는 좌측에 대해서와 상이하다. 그러므로, 패턴(702)은 각 라인의 좌측 및 우측 간에 프린트된 측벽 각도(ΔSWA)와 같은 비대칭의 차이를 유도하며, 이는 격자 패턴의 노광 시 리소그래피 장치의 포커스에 의존적이다.
도 8은 도 7의 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 포커스 세팅[F(nm)]에 대한 측벽 각도 차이[ΔSWA(°)]의 의존성을 예시하는 그래프이다. 100 %로 표시된 검은 곡선은 100 % 노광 도즈를 나타낸다. SWA 포커스 감응도(FS)의 대략적 측정(rough measure)이 도시되어 있으며, 포커스가 변동됨에 따른 ΔSWA의 범위를 나타낸다. 95 % 및 105 % 도즈의 각각에 대해, 2 이상의 곡선들이 도시되어 있다. 상이한 도즈들이 100 % 도즈 곡선으로부터 각각 위와 아래로 시프트된다. 이러한 도즈 감응도(DS)가 도시되어 있으며, 도즈가 변동됨에 따른 ΔSWA의 범위를 나타낸다. 포커스 및 도즈 감응도가 상이한 단위를 가짐에 따라, 도 7의 격자 패턴에 대해 주의를 기울여 비교되어야 하지만, 선택된 포커스 범위(-75 내지 +75 nm)에 걸친 포커스 감응도(FS)는 선택된 도즈 범위(95 % 내지 105 %)에 걸친 도즈 감응도(DS)보다 훨씬 더 클 것이다. 하지만, 도즈 감응도는 비대칭을 이용하는 포커스 측정의 정확성에 관한 문제를 유발하기에 여전히 충분하다. 이 문제는 도 9에 예시된다.
도 9는 도 7의 격자 패턴과 유사한 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 디포커스[DF(nm)] 대 스캐터로미터로 측정된 비대칭(AS)의 그래프이다. 도즈 20 내지 24 mJ/㎠로 표시된 5 개의 도즈들이 각각 도시되어 있다. 따라서, 도 9는 포커스 및 도즈의 함수로서, 측정된 비대칭 곡선들을 나타낸다. 비대칭 포커스 타겟으로부터의 비대칭 정보를 이용하면, 검은 화살표로 나타낸 도즈 크로스-토크 효과(dose cross-talk effect)를 겪게 된다. 이 예시에서, 화살표로 나타낸 바와 같이 도즈가 21에서 22 mJ/㎠로 1 mJ/㎠(~ 5%)만큼 변한 경우, 크로스-토크(포커스 오차)는 점선으로 나타낸 바와 같이 ~20 nm이다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 차동 도즈-감응 스캐터로미터 격자들의 정보를 이용하여, 노광 도즈를 결정하고, 도 7에 도시된 바와 같은 비대칭 포커스-감응 격자를 이용하여 측정된 실제 리소그래피 장치의 디포커스 값으로부터 도즈 크로스-토크 항(cross-talk terms)의 영향을 분리시킨다.
본 명세서에 설명된 예시들은, 다크 필드 이미징 방법을 이용하여 측정된 타겟, 예를 들어 인-다이 타겟을 이용하여 웨이퍼 상의 그리고 웨이퍼들 간의 유효 스캐너 도즈 변동을 측정하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시들은, 다크 필드 이미지 평면의 세기를 캡처함으로써, 도즈 감응 타겟의 반사된 세기에 기초하여 도즈를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이는, 피치 범위를, 1차 또는 고차 필드 검출에 대해 허용가능한 범위로 제한한다.
본 명세서에 설명된 예시들은 공정 변화의 민감도를 회피하기 위해 상이한 도즈 감응도[콘트라스트(contrast) 또는 노광 관용도 차이(exposure latitude difference)]를 갖는 2 개의 타겟들의 조합을 이용한다. 2 개의 타겟들은 (예를 들어, 오버레이 또는 비대칭 측정의 2 개의 바이어스 값들로서) 동시에 검출될 수 있으며, 이미지 처리(관심 영역 선택)에 의해 분리될 수 있다. 동시적 검출에 의해, 세기에 영향을 주는 모든 오차원들이 동일한 방식으로 두 타겟들에 적용될 수 있음이 가정될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 서로 차동 도즈-감응 대칭 격자 패턴들의 예시를 나타낸다.
도 7에 대해서와 같이, 도 10a 및 도 10b에는, 각 격자의 3 개의 주기의 제한된 섹션만이 도시된다. 전체 격자에서, 도 10a 및 도 10b의 패턴들(1002 및 1004)은 각각 수직 및 수평 방향들로 반복된다. 패턴들(1002 및 1004)은, 예를 들어 레티클 상의 크롬 패턴일 수 있다. 피치와 함께 파라미터(w)는 격자 패턴을 정의한다.
도 10a 또는 도 10b의 패턴들이 웨이퍼에 도즈-감응 격자 구조체를 생성하기 위해 리소그래피 장치에 사용될 때, 구조체는 포커스에 동일하게 의존적인 프린트된 각 라인의 좌측 및 우측 둘 모두에서 측벽 각도를 갖는 프로파일을 갖는다. 예를 들어, 도 10a의 패턴(1002)은 선폭 또는 임계 치수(CD)를 유도하며, 이는 포커스에 의존적이다. 하지만, CD는 도 7의 패턴(702)에 대해서보다 도즈에 더 의존적이다. 이는 도 11에 나타나 있다. 도 10b의 패턴(1004)은 도 11에 도시된 도즈 감응도와 상이한 도즈 감응도를 갖는다.
도 11은 상이한 도즈들에 대해 도 10a의 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 포커스 세팅 F(nm)에 대한 임계 치수 CD(nm)의 의존성을 예시한 그래프이다. 100 %로 표시된 검은 곡선은 100 % 노광 도즈를 나타낸다. CD 포커스 감응도(FS)의 대략적 측정이 도시되어 있으며, 포커스가 변동됨에 따른 CD의 범위를 나타낸다. 95 % 및 105 % 도즈의 각각에 대해, 2 이상의 곡선들이 도시되어 있다. 상이한 도즈들이 100 % 도즈 곡선으로부터 각각 위와 아래로 시프트된다. 이러한 도즈 감응도(DS)가 도시되어 있으며, 도즈가 변동됨에 따른 CD의 범위를 나타낸다. 도 7의 패턴(702)으로부터 생긴 프린트된 격자에 비해, 도 10a의 패턴(1002)으로부터 생긴 프린트된 격자는, 리소그래피 장치의 포커스에 덜 감응적이지만 리소그래피 장치의 노광 도즈에 더 감응적인 형태를 갖는다. 선폭(w) 및 피치(p)를 변경시킴으로써, 도즈 감응도가 변경될 수 있다. 따라서, 도 10a의 격자(1002)는 도 10b의 격자(1004)와 상이한 도즈 감응도를 갖는다.
도 12는 도즈-감응 비대칭 격자 패턴을 예시한다. 도 12에는, 격자의 3 개의 주기의 제한된 섹션만이 도시된다. 전체 격자에서는, 도 12의 격자의 패턴(1202)이 수직 및 수평 방향들로 반복된다. 패턴(1202)은, 예를 들어 레티클 상의 크롬 패턴일 수 있다. 도 12의 패턴(702)이 웨이퍼에 도즈-감응 격자 구조체를 생성하기 위해 리소그래피 장치에 사용될 때, 더 작은 수평 돌출부들은 분해되지 않지만, 포커스에 의존적인 프린트된 각 라인의 우측에서 측벽 각도를 갖는 프로파일을 제공한다. 우측의 포커스에 대한 이러한 측벽 각도 의존성은 돌출부들을 갖지 않는 좌측에 대해서와 상이하다. 패턴(1202)은 각 라인의 좌측 및 우측 간의 프린트된 격자 측벽 각도(ΔSWA)의 차이를 유도하며, 이는 격자 패턴의 노광 시 리소그래피 장치의 포커스에 의존적이지만, 도 7의 패턴(702)에 의해 프린트된 격자에 대해서보다 포커스에 덜 감응적이다. 도 7의 패턴(702)보다 더 도즈 감응적이고, 도 10의 패턴(1002)에 더 근접하게 도즈 감응도를 가짐에 따라, 패턴(1202)은 패턴(702)으로부터 생긴 격자에 비해 리소그래피 장치의 노광 도즈에 더 감응적인 형태를 갖는 프린트된 격자를 유도한다. 이는 도 13에 예시된다.
도 12에 도시된 파라미터들(w1, w2 및 w3)은 비대칭 타겟의 형상의 측면을 정의한다. 파라미터들(w1, w2 및 w3)을 변경함으로써, 상이한 도즈 감응도가 얻어질 수 있다. 따라서, 스캐터로미터를 이용하여 측정되는 파라미터, 이 예시에서는 측벽 각도의 도즈 감응도가 조정될 수 있다. 도 7에 예시된 타겟에 대해, 도 12에 예시된 타겟의 도즈 감응도보다 훨씬 더 작은 도즈 감응도를 달성하도록 파라미터들(w1/w2/w3)이 선택된다.
도 13은 상이한 도즈들에 대해 도 12의 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 포커스 세팅[F(nm)]에 대한 측벽 각도 차이[ΔSWA(°)]의 의존성을 예시하는 그래프이다. 100 %로 표시된 검은 곡선은 100 % 노광 도즈를 나타낸다. SWA 포커스 감응도(FS)의 대략적 측정이 도시되어 있으며, 포커스가 변동됨에 따른 ΔSWA의 범위를 나타낸다. 95 % 및 105 % 도즈의 각각에 대해, 2 이상의 곡선들이 도시되어 있다. 상이한 도즈들이 100 % 도즈 곡선으로부터 각각 위와 아래로 시프트된다. 이러한 도즈 감응도(DS)가 도시되어 있으며, 도즈가 변동됨에 따른 ΔSWA의 범위를 나타낸다. 도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로, 도 7의 패턴(702)으로부터 생긴 프린트된 격자에 비해, 도 12의 패턴(1202)으로부터 생긴 프린트된 격자는 리소그래피 장치의 노광 도즈에 더 감응적이다. 차동 도즈 감응도는 포커스에 약하게 의존적이므로, 동일한 타겟 설계에서 다크-필드 비대칭 포커스 격자를 조합하는 것이 유익하다. 이는, 스캐너 실제 포커스에 대한 차동 도즈 감응도의 보정을 허용한다. 절대 도즈 타겟, 차동 도즈 타겟 및 비대칭 포커스 타겟의 조합으로, 다음의 파라미터들이 분해될 수 있다: 특허 공보 US20110027704A에 개시된 바와 같은, 공정-비감응 포커스(process-insensitive focus) - 비대칭 포커스-감응 타겟을 이용함 -. 공정-비감응이라는 것은, 다크-필드 측정이 타겟 및 기판을 형성하는 층들의 처리로부터 생긴 크로스 토크 변동들에 감응적이지 않음을 의미한다. 특허 공보 US20110027704A에 개시된 바와 같은, 도즈 보정 포커스 - 도즈를 결정하기 위해 본 명세서에 설명된 예시들을 이용하며, 이는 이후 비대칭 포커스-감응 타겟을 이용하여 얻어진 포커스 측정들을 보정하는데 사용됨 -. 공정 비감응 도즈 - 도즈를 결정하기 위해 본 명세서에 설명된 예시들을 이용함 -.
타겟들의 조합은 단일 포커스-노광 매트릭스[Focus-Exposure Matrix(FEM)]에 노광될 수 있으며, 포커스 및 차동 도즈 감응도는 이 FEM으로부터 얻어질 수 있다.
도 14a는 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 적합한 조합된 포커스- 및 차동 도즈-감응 타겟(1402)을 개략적으로 예시한다. 각 격자의 3 개의 주기만이 도시되어 있지만, 이는 단지 격자의 타입만을 예시할 뿐이다. 패턴들은 축척대로 되어 있지 않으며, 실제로는 더 작고 수직 및 수평 방향들로 반복될 것이다. FSH 및 FSV로 표시된 격자들은 각각 수평 및 수직 방향들로 라인들을 갖는, 도 7을 참조하여 설명된 바와 같은 포커스-감응 비대칭 격자들이다. 따라서, FSH 및 FSV는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는다. DS1 및 DS2로 표시된 격자들은 차동 도즈-감응 격자들이다. 따라서, DS1은 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 가지며, DS2는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는다.
차동 도즈 감응도를 생성하는 것은, 통상적인 오버레이/포커스 타입 격자(DS1)의 콘트라스트의 조작을 통해 달성된다. 이 예시에서, 이는 격자(DS2)를 유도하는 규칙적인 격자의 서브 분해능 세그먼테이션(sub resolution segmentation)을 적용함으로써 행해진다.
도 14b는 포커스-감응 타겟들과 관련하여 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 적합한 조합된 포커스- 및 차동 도즈-감응 타겟(1404)을 개략적으로 예시한다. 타겟-필드에 있지 않은 차동 도즈-감응 타겟들에 대해, 공간적으로 분리되고 측정된 세기를 갖는 정반사(0차)가 존재한다. 따라서, 도 14b의 타겟은 차동 도즈-감응 타겟들(DS3 및 DS4)과 관련된 이미지-평면 검출 스캐터로메트리에 적합하다. 마찬가지로, 각 격자의 3 개의 주기만이 도시되지만, 이는 단지 격자의 타입을 나타낼 뿐이다. 패턴들은 축척대로 되어 있지 않으며, 실제로는 더 작고 수직 및 수평 방향들로 반복될 것이다. FSH 및 FSV로 표시된 격자들은, 각각 수평 및 수직 방향들로 라인들을 갖는, 도 7을 참조하여 설명된 바와 같은 포커스-감응 비대칭 격자들이다. 따라서, FSH 및 FSV는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는다. DS3 및 DS4로 표시된 격자들은, 상이한 피치를 갖지만 동일한 필 팩터(fill factor)(선폭 대 피치 비)를 갖는 차동 도즈-감응 격자들이다. 따라서, DS3은 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처(그 격자의 각 라인)를 가지며, DS4는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처(그 격자의 각 라인)를 갖는다.
차동 도즈 감응도를 생성하는 것은, 격자들(DS3 및 DS4)의 피치 및 선폭의 조작을 통해 달성된다. 이 예시에서, 이는, DS3와 동일한 필 팩터를 유지하면서, 격자(DS3)에 대한 격자(DS4)의 피치를 변경함으로써 달성된다. 특정 예시가 도 20 내지 도 23을 참조하여 아래에 설명된다.
따라서, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 도 4의 타겟을 참조하여 설명된 복합 타겟과 유사하게 복합 타겟이 달성된다. 따라서, 도 14a 및 도 14b의(및 또한 도 15에 대한) 각각의 4 개의 타겟들은 모두 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿 내에 있을 수 있다. 따라서, 도 14a의 4 개의 타겟들은 모두 다크-필드 스캐터로메트리 측정에 동시에 조명될 수 있고, 동시에 이미징될 수 있다. 도즈-감응 타겟들(DS3 및 DS4)로부터 산란되는 분리된 0차 방사선이 포커스-감응 비대칭 타겟들(FSH 및 FSV)로부터 산란되는 1차(+1차 또는 -1차) 방사선과 동시에 검출될 수 있다면, 도 14b의 4 개의 타겟들은 모두 이미지-평면 검출 스캐터로메트리 측정에 동시에 조명될 수 있고 동시에 이미징될 수 있다. 이러한 병렬 측정은 (빔 스플리터 및 추가 검출기와 같은) 도 3a의 장치의 변형을 요구할 것이며, 현재 상태 그대로는, 도 23을 참조하여 아래에 설명되는 바와 같이, 동시가 아닌 순차적으로 포커스- 및 도즈-감응 타겟들을 측정할 수 있을 것이다.
도 15는 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 적합한 조합된 포커스-및 차동 도즈-감응 타겟(1502)을 개략적으로 예시한다. 도 14a 및 도 14b에 대해 설명된 바와 같이, 각 격자의 3 개의 주기만이 도시되어 있지만, 이는 단지 격자의 타입만을 예시할 뿐이다. 마찬가지로, FSH 및 FSV로 표시된 격자들은 각각 수평 및 수직 방향들로 라인들을 갖는, 도 7을 참조하여 설명된 바와 같은 포커스-감응 비대칭 격자들이다. DS3 및 DS4로 표시된 격자들은 파라미터들(w1/w2/w3) 중 1 이상의 상이한 값을 갖는, 도 12를 참조하여 설명된 바와 같은 차동 도즈-감응 격자들이다. 따라서, DS3는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖고, DS4는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는다.
도 16은 다크-필드 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 비대칭 차동-도즈 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 이 예시의 방법은 도 15에 예시된 바와 같은 비대칭 격자들을 이용한다. 도 16에 대해서는, 수평 격자들만이 언급될 것이지만, X 및 Y 포커스 동작(focus behavior)을 별도로 측정하기 위해, 수직 격자들 또한 사용될 수 있다.
단계 1602에서: 상이한 도즈-감응 격자들(DS3 및 DS4) 및 포커스 감응 격자(FSH)를 웨이퍼에 생성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 처리한다.
단계 1604에서: 1차 조명 모드를 이용하여 -1차 스캐터로메트리 이미지를 측정한다.
단계 1606에서: 2차 조명 모드를 이용하여 +1차 스캐터로메트리 이미지를 측정한다.
단계 1608에서: 각각의 이미지로부터 각각의 격자 영역의 관심 영역(ROI)을 인식 & 추출한다.
단계 1610에서: 각각의 격자 영역의 (-1차 및 +1차 측정들 간의) 차이 이미지를 계산하여 비대칭을 결정한다.
단계 1612에서: 상이한 도즈-감응 격자들(DS3 및 DS4)의 비대칭을 이용하여 도즈 값을 계산하며, 이는 이후 포커스-감응 격자(FSH)의 캘리브레이션 곡선(calibration curve)을 선택하는데 사용된다.
단계 1614에서: 선택된 캘리브레이션 곡선 및 결정된 포커스-감응 격자(FSH) 비대칭을 이용하여 디포커스를 결정한다.
앞서 언급된 바와 같이, 도 16의 예시의 방법은 도 15에 예시된 바와 같은 비대칭 타겟들을 이용하였다. 하지만, 도 14a에서 DS1 및 DS2로 도시된 바와 같이 그리고 도 14b에서 DS3 및 DS4로 도시된 바와 같이 도즈-감응 타겟들이 대칭일 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 경우는 도 17에 예시되어 있으며, 이는 다크-필드 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 대칭 차동-도즈 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 방법의 흐름도이다. 단계 1702는 비대칭이 아닌 대칭 차동 도즈 격자를 갖는 도 16의 단계 1602의 변형된 형태이다. 단계 1710은 도 16의 단계 1610의 변형된 형태여서, 포커스 감응 타겟들(FSH 및 FSV)에 대해서만 비대칭이 결정된다. 단계 1712에서, 도즈-감응 대칭 격자들(DS1 및 DS2)의 측정들이 이용되어, 포커스-감응 격자에 대한 캘리브레이션 곡선을 선택하기 위한 도즈를 결정한다. 도즈 값은 타겟들(DS1 및 DS2)에 대응하는 관심 영역들로부터 얻어진 세기의 값들 간의 차이로부터 얻어질 수 있다. 측정된 세기들은 타겟들의 노광에 사용되는 도즈와 관계된다. 이러한 관계는, 예를 들어 FEM을 통해 도즈의 함수로서 DS1 및 DS2 타겟들의 각각에 대한 세기들의 세기 대 도즈 캘리브레이션 곡선(intensity versus dose calibration curve)들을 먼저 결정함으로써 얻어질 수 있다. 후속하여, (예를 들어, 상이한 웨이퍼에서) DS1 및 DS2 타겟 구조체들에 대한 세기의 측정이 수행되며, 도즈 값은 세기 대 도즈 캘리브레이션 곡선들을 이용하여 세기들로부터 유추된다.
대안적으로, 이러한 관계는, 예를 들어 FEM을 통해 도즈의 함수로서 DS1 및 DS2 타겟들 간의 세기 차이의 세기 차이 대 도즈 캘리브레이션 곡선(intensity difference versus dose calibration curve)을 먼저 결정함으로써 얻어질 수 있다. 후속하여, (예를 들어, 상이한 웨이퍼 상에서) DS1 및 DS2 타겟 구조체들에 대한 세기의 차이의 측정이 수행되며, 도즈 값은 세기 차이 대 도즈 캘리브레이션 곡선을 이용하여 세기의 차이로부터 유추된다.
도 14 및 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이, 포커스-감응 및 도즈-감응 격자들은 물리적으로 이격될 필요가 없다. 격자들은 하나의 물리적 타겟일 수 있다. 도 16 및 도 17을 참조하여 설명된 바와 같은 검출 방법들은 검출 장치의 한번의 통과(one pass)로 도즈-감응 및 포커스-감응 정보의 분리를 허용한다. 또한, 이러한 타겟들은, 예를 들어 두 타겟 구조체 타입들(수평 방향으로의 도즈 감응 타겟 및 수직 방향으로의 포커스 감응 타겟들)의 직교 배치에 의하여, 웨이퍼 상의 단일 위치에서 조합될 수 있다. 또한, 이러한 조합은 도 18을 참조하여 아래에 설명된 퓨필-검출 스캐터로메트리 모드에 적합하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 사용을 위하여, 스캐터로메트리 신호들을 얻기 위해, 도 18에 의해 예시된 바와 같이, 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리가 독자적으로 또는 (도 6, 도 16 및 도 17에 대해 설명된 바와 같은) 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 대한 대안으로서 또는 이와 조합하여 사용될 수 있다.
도 18은 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 비대칭 차동-도즈 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 이 예시의 방법은 도 7 및 도 12에 예시된 바와 같은 언더필된 타겟들을 이용할 수 있다. 도 18의 단계들 1602, 1612 및 1614는 도 16을 참조하여 설명된 것과 동일하다. 하지만, 단계들 1604 내지 1610은 퓨필-평면 검출 단계들로 대체된다. 단계 1804에서: 예를 들어, 도 3a의 센서(19)를 이용하여 퓨필-평면의 -1차 및 +1차 세기를 측정한다. 단계 1806에서: 예를 들어, 도 3a의 처리 유닛(PU)을 이용하여, -1차 및 +1차 세기들 간의 차이를 계산하여 비대칭을 결정한다.
도 19는 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 대칭 차동-도즈 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 18에 대해서와 같이, 이 예시의 방법은 도 7 및 도 12에 예시된 바와 같은 언더필된 타겟들을 이용할 수 있다. 도 19의 단계들 1702 및 1712은 도 17을 참조하여 설명된 것과 동일하다. 하지만, 도 17과 비교하여, 단계들 1604 내지 1712는 도 18을 참조하여 설명된 퓨필-평면 검출 단계(1804)로 대체되고, 단계 1906은 포커스 감응 격자들에 대한 비대칭만을 결정하며, 단계 1912는 도즈-감응 대칭 격자 측정들을 이용한다.
단계 1912는 포커스-감응 격자에 대한 캘리브레이션 곡선을 선택하기 위한 도즈를 결정하기 위해 CD 재구성을 이용하여 수행될 수 있다. 이 예시에 대해, CD는 전체 재구성 사이클을 이용하여 스캐터로메트리 신호들로부터 계산될 수 있다. 대안적으로, 도즈 감응 대칭 또는 비대칭 타겟의 CD 측정은, 측정된 타겟들로부터 도즈 정보를 추론하기 전에, CD-SEM(Scanning Electron Microscopy)과 같은 또 다른 메트롤로지 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 하지만, 앞서 언급된 바와 같이, CD-SEM은 느리며, 재구성 또한 시간 소모적이다.
노광 도즈는, 최적 공정 작업점(working point)에서 상이하게 프린트되지만 최적 공정 작업점에서 유사한 스캐터로메트리 신호를 불러오는(invoke) 도즈-감응 대칭 타겟 쌍들을 이용하여 얻어질 수 있다. 적절한 타겟 설계에 의하여, 스캐터로메트리 신호 차이가 유효 노광 도즈에만 의존적이게 할 수 있다.
이 예시의 작동은 다음의 관측들에 기초한다:
(1) 작은 피치들, p < 200 nm에 대해, 대부분의 스캐터로미터들은 서브-분해능으로 작동한다. 이는 장비가 타겟의 피치를 직접적으로 분해시킬 수 없음을 의미한다.
(2) 특히, 조밀한 라인/공간 타겟들의 스캐터로메트리 신호는 타겟 구조체, 예를 들어 패터닝된 레지스트 층의 유효 매질 반응(effective medium behavior)에 의해 지배된다(dominated).
(3) 패터닝된 층은 방향-의존적 굴절률(nx 및 ny)을 갖는 재료처럼 반응한다. 굴절률은 주로 라인/공간 비에 의존하며, 피치에 거의 의존하지 않는다.
작업점이 이소포컬(isofocal)에서 선택된 경우, 즉 CD가 포커스에 가장 덜 의존하는 경우, 조밀한 라인/공간 타겟들의 CD는 도즈에 의해 지배된다.
일 예시로서, 다음의 타겟 쌍이 사용될 수 있다:
타겟 1, 피치 80 nm, CD 33 nm, 필 팩터 33 nm/80 nm=0.41; 및
타겟 2, 피치 100 nm, CD 41 nm, 필 팩터 41 nm/100 nm=0.41.
도 10a 및 도 10b(축척되로 되어 있지 않음)는 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리에 적합한 이러한 타겟 쌍을 나타낸다. 또한, 도 14b에서 DS3 및 DS4는 이미지-평면 검출 스캐터로메트리에 적합한 이러한 타겟 쌍을 개략적으로 나타낸다. 이러한 타겟 쌍들에 대하여, 피치의 상당한 차이에도 불구하고, 스캐터로메트리 신호들이 실제적으로 동일하다는 것이 관측되었다. 예를 들어, 각 타겟에 대해 퓨필 세기(I)를 가지며,
Figure pct00001
는 1 % 미만이다.
타겟 쌍의 각각의 CD 변동에 대한 스캐터로메트리 신호 감응도는, 다소의 스케일 차이에도 불구하고 매우 유사하다. 이는 근본적인 스택 변동들에 대한 감응도에도 동일하게 유지된다. 그러므로, 타겟 쌍의 각각이 다른 것과 상이하게 프린트되더라도, 스캐터로메트리 신호의 반응은 CD 및 근본적인 스택 변동들에 대해 유사하다. 한편, 도즈 감응도는 타겟 쌍 간에 상이하다.
도 20a 및 도 20b는 타겟 쌍의 도즈 및 포커스 감응도를 예시한다. 도 20a 및 도 20b는 2 개의 타겟들(도 20a: 피치 80 nm, 도 20b: 피치 100 nm)에 대해 수평 축에 포커스를 갖고 수직 축에 CD를 갖는 보쑹 플롯들을 나타낸다. 3 개의 상이한 노광 도즈들, BE(최적 노광), BE + 1 % 및 BE - 1 %에 대해 플롯들이 도시된다. 이는, 도즈 감응도가 매우 상이하며, 포커스 감응도가 두 타겟들에 대해 매우 낮음을 보여준다.
도 21은, 도 20a 및 도 20b에 나타낸 데이터의, 스캐터로미터의 감응도의 차이로 가중된(weighted) CD의 차이인 '유효' CD 차이를 나타낸다. 스캐터로미터를 이용하여 측정된 바와 같은 유효 CD 차이는 도즈에 매우 의존적이며 포커스에 거의 의존적이지 않음을 보여준다.
타겟 쌍 설계의 추가적인 최적화가 가능하다. 시뮬레이션 또는 실험을 통해, 동일한 도즈에서 본질적으로 유사한 스캐터로메트리 신호를 갖지만, 상이한 CD 및 피치를 갖는, 및 이에 따라 매우 상이한 도즈 감응도를 갖는 다른 타겟들을 설계하거나 찾아낼 수 있다.
본 명세서에는 타겟 쌍들이 언급되지만, 상이한 도즈 감응도를 갖는 3 이상의 타겟들이 사용될 수 있어, 단순히 3 이상의 타겟들의 측정 결과를 조합함으로써 도즈를 계산할 수 있음을 이해할 것이다.
도 22는 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 도즈를 결정하는 방법의 흐름도이다. 도 22에 도시된 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 예시적인 방법은 다음과 같다.
단계 2202에서: 예를 들어, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 또한 도 14b에 DS3 및 DS4로서 나타낸 바와 같이, 대칭적인 상이한 도즈-감응 격자들의 쌍을 생성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 처리한다. 리소그래피 공정은 기판에 제 1 구조체를 생성하는데 사용되고, 제 1 구조체는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피치를 가지며; 리소그래피 공정은 기판에 제 2 구조체를 생성하는데 사용되며, 제 2 구조체는 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는다.
단계 2203에서: 검사 장치에 기판을 수용한다.
단계 2207에서: 제 1 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 1 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하고, 제 2 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 제 2 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출한다. 이 단계는 여하한의 고차 산란 방사선으로부터 0차 산란 방사선을 분리하는 단계 및 각각의 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 0차 산란 방사선을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 타겟 쌍의 상이한 피치들로 인해 발생하는 상이한 양의 고차 회절 광이 측정되지 않도록 보장한다. 조명 방사선은 선택된 파장으로 이루어질 수 있어, 제 1 및 제 2 구조체들의 각각의 피치는 선택된 파장을 이용하여 서브-분해된다(sub-resolution). 또한, 이는 타겟 쌍의 상이한 피치들로 인해 발생하는 상이한 양의 고차 회절 광이 측정되지 않도록 보장한다.
단계 2212에서: 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피치를 갖는 제 1 구조체; 및 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체에 기초하여, 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용한다. 이 단계는 컴퓨터 프로그램 명령어들을 실행하는 도 3a의 PU와 같은 처리 유닛에 의해 수행될 수 있다. 또한, 이 단계는 동일한 노광 도즈를 위해 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들 간의 차이를 최소화하도록 선택된 제 1 및 제 2 구조체들의 형태들에 기초할 수 있다. 이는 스캐터로미터 신호들의 차이가 도즈 감응도에 의해 지배되게 한다. 제 1 구조체의 적어도 하나의 피처 및 제 2 구조체의 적어도 하나의 피처는 상이한 각각의 피치들을 갖지만 유사한 선폭 대 피치 비를 갖는 격자들을 포함할 수 있다. 이는, 방향 의존적 굴절률을 타겟 쌍의 각각에 대해 동일하거나 유사하게 함으로써, 동일한 노광 도즈에 대한 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들 간의 차이를 최소화하는 효과를 갖는다.
도 22에 예시된 도즈를 측정하는 방법은 포커스를 측정하는 방법들에 적용될 수 있다. 이는 도 23 및 도 24를 참조하여 예시될 것이다.
도 14b에 DS3 및 DS4로 예시된 바와 같은 차동 도즈-감응 타겟들의 쌍의 이용이 도 23에 예시되며, 이는 다크-필드 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 대칭 차동 도즈-감응 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 실시예들에 따른 방법의 흐름도이다. 단계들은, 1차(또는 고차) 스캐터로메트리 이미지들이 포커스 감응 격자들에 대해서만 측정되도록 단계들 2304 및 2306이 단계들 1604 및 1606의 변형된 형태인 것을 제외하고, 도 17에 대해 설명된 것과 동일하다. 또한, 단계 2307은 상이한 도즈-감응 대칭 격자들(DS3 및 DS4)의 각각에 대해 제 3 조명 모드를 이용하여 0차 세기를 측정하기 위해 추가된다. 이 단계는 도 22의 단계 2207에 대응한다. 이 제 3 조명 모드는 0차를 선택하는 한편, 검출기(도 3a의 23)로부터 산란된 방사선의 여하한의 고차 방사선을 차단한다. 당업자라면, 이것이 예를 들어 적합한 어퍼처(13) 및/또는 필드 스톱(21)(도 3a 참조)을 이용함으로써 달성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 0차 및 고차 회절 차수들을 분리시키는 이러한 배치는 특허 공보 US2010201963A1에 개시되어 있다. 그 출원의 내용은 본 명세서에서 인용 참조된다.
도 22의 설명에 따르면, 도 23의 단계 1712에서, 타겟들(DS3 및 DS4)에 대응하는 관심 영역으로부터 얻어진 0차 방사선 세기의 값들 간의 차이로부터 도즈 값이 얻어질 수 있다. 측정된 세기들은 타겟들의 노광에 사용되는 도즈와 관계된다. 이러한 관계는, 예를 들어 FEM을 통해 도즈의 함수로서 DS3 및 DS4 타겟들의 각각에 대한 세기들의 세기 대 도즈 캘리브레이션 곡선들을 먼저 결정함으로써 얻어질 수 있다. 후속하여, (예를 들어, 상이한 웨이퍼에서) DS3 및 DS4 타겟 구조체들에 대한 세기의 측정이 수행되며, 도즈 값은 세기 대 도즈 캘리브레이션 곡선들을 이용하여 세기들로부터 유추된다.
도 14b를 참조하여 설명된 바와 같이, 포커스-감응 및 도즈-감응 격자들은 물리적으로 이격될 필요가 없다. 격자들은 하나의 물리적 타겟일 수 있다. 도 16, 도 17 및 도 23을 참조하여 설명된 바와 같은 검출 방법들은 검출 장치의 한번의 통과로 도즈-감응 및 포커스-감응 정보의 분리를 허용한다. 또한, 도 14b에 도시된 바와 같은 이러한 타겟들은, 예를 들어 두 타겟 구조체 타입들(수평 방향으로의 도즈 감응 타겟 및 수직 방향으로의 포커스 감응 타겟들)의 직교 배치에 의하여, 웨이퍼 상의 단일 위치에서 조합될 수 있다. 또한, 이러한 조합은 도 24를 참조하여 아래에 설명된 퓨필-검출 스캐터로메트리 모드에 적합하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 사용을 위하여, 스캐터로메트리 신호들을 얻기 위해, 도 24에 의해 예시된 바와 같이, 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리가 독자적으로 또는 (도 6, 도 16, 도 17 및 도 23에 대해 설명된 바와 같은) 다크-필드 이미지-검출 스캐터로메트리에 대한 대안으로서 또는 이와 조합하여 사용될 수 있다.
도 24는 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리로 비대칭 포커스 감응 격자 및 대칭 차동-도즈 격자들을 이용하여 디포커스를 결정하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 19에 대해 설명된 바와 같이, 이 예시의 방법은 (포커스-감응 타겟에 대한) 도 7에 그리고 (도즈-감응 타겟 쌍에 대한) 도 10a 및 도 10b에 예시된 바와 같이 언더필된 타겟들을 이용할 수 있다. 도 24의 단계들 1702, 1804, 1906, 1912 및 1614는 도 19 및 이전의 도면들을 참조하여 설명된 것과 동일하다. 하지만, 도 19와 비교하여, 단계 2307은 상이한 도즈-감응 대칭 격자들(DS3 및 DS4)의 각각에 대한 0차 세기를 측정하기 위해 추가된다. 이 단계는 도 22의 단계 2207에 대응한다. 조명 방사선은 선택된 파장으로 이루어질 수 있어, 제 1 및 제 2 구조체들의 각각의 피치는 선택된 파장을 이용하여 서브-분해된다. 이는 쌍의 상이한 피치들로 인해 발생하는 상이한 고차 회절 광이 퓨필에서 발견되지 않도록 보장한다. 따라서, 도 22 및 도 24를 참조하여 설명된 방법들을 이용하면, 전체 퓨필 신호가 CD 또는 도즈 차이를 결정하는데 사용될 수 있다. 이는 측정의 정밀도를 증가시킨다. 또한, 검출된 차이가 오직 하나의 파라미터, 즉 도즈에 의해서만 지배되기 때문에, 세밀한 퓨필 평면 이미지를 가질 필요가 없다.
1차 회절 차수 세기 신호 차이는 비대칭을 결정하기 위해 상기에 설명된 예시들에 사용되지만, 비대칭 정보는 고차 회절 차수들에 존재한다. 포커스 또는 도즈와 비대칭 간의 명확한 관계를 제공하는 여하한의 스캐터로미터 신호 생성 및 처리가 적합할 것이다. 유사하게, 대칭 타겟들에 관련하여, 다크 필드 1차 회절 차수 세기 신호 차이가 세기를 결정하기 위해 앞서 설명된 예시들에 사용될 때, 세기 정보는 고차 회절 차수에 존재할 수 있다. 포커스 또는 도즈와 세기 간의 명확한 관계를 제공하는 여하한의 스캐터로미터 신호 생성 및 처리가 적합할 것이다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 1차 스캐터로메트리 신호 차이를 이용하는 것으로 제한되지 않는다.
본 명세서에 설명된 예시들은 도즈 및 포커스 측정 정확성을 개선시키고, 타겟 설계에 관한 제약들을 감소시킨다(도즈 크로스-토크에 대한 비용 함수를 최소화하는 것에 관한 요건들을 완화시킨다). 실제로, 이러한 도즈 감응 타겟들은 웨이퍼 상의 몇몇 지점들에서만 측정될 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시들의 가능한 적용은, 스캐너 제어 루프들에서 총 도즈 변동을 가능한 한 평평하게 생성함에 따라, 원치않는 스캐너 도즈 변동, 레티클 기여 및 공정 기여를 보상하는데 이용된다.
본 명세서에 설명된 예시들은 인-다이 순응 타겟 크기(in-die compliant target sizes)로 종래의 포커스 도즈 방법의 전이를 허용한다. 이는, 다크 필드 이미지 검출 스캐터로메트리가 작은 타겟들로부터 산란된 회절 차수들의 분리를 허용하기 때문이다.
본 명세서에 설명된 예시들은 차동 감응 타겟 설계를 통한 도즈의 "직교" 검출을 허용하며, 부연하면 도즈 측정은 타겟을 형성하는 재료들의 스택의 처리로 인해 발생하는 변동들에 감응적이지 않다. 이는, 이러한 여하한의 변동들이 상이한 도즈-감응 타겟들의 둘 모두에 대해 공통이기 때문이다.
본 명세서에 설명된 예시들은, 작은 인-다이 타겟들이 사용될 수 있기 때문에 높은 샘플링 밀도를 허용한다.
또한, 도 22 및 도 23을 참조하여 설명된 바와 같이 대상물 평면 이미지 검출을 이용할 때, 타겟들이 스캐터로미터의 스폿 크기보다 더 작게 만들어질 수 있으며, 타겟 크기 감소에 대한 측정 정밀성은 트레이드-오프 관계이다(trading off). 도 20 내지 도 24를 참조하여 설명된 방법들을 이용하면, 전체 재구성이 요구되지 않으며, 따라서 스캐터로미터 셋업 레시피 생성 공정이 단순화된다.
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 조합을 지칭할 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 수정하고, 및/또는 구성할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 충분히 보여줄 것이다. 그러므로, 이러한 구성예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 기술내용 및 지침에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 기술내용 및 지침을 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
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 발명자(들)에 의해 의도된 본 발명의 모든 예시적인 실시예가 아닌 1 이상의 실시예를 설명할 수 있음에 따라, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항을 제한하지는 않는다.
이상, 본 발명은 특정화된 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. 특정화된 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 수정하고, 및/또는 구성할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 구성예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 기술내용 및 지침에 기초하여, 개시된 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 기술내용 및 지침을 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.

Claims (35)

  1. 기판 상에서의 리소그래피 공정에서 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 1 및 제 2 구조체들을 포함하는 기판을 수용하는 단계;
    (b) 제 1 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 1 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계;
    (c) 제 2 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 2 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    (d) 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 1 구조체, 및
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 상기 제 1 구조체와 상이한 감응도(sensitivity)를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 2 구조체에 기초하여,
    상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하는 단계를 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 제 1 구조체를 생성하기 위해 상기 리소그래피 공정을 이용하는 단계 - 상기 제 1 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐 -; 및 상기 기판 상에 상기 제 2 구조체를 생성하기 위해 상기 리소그래피 공정을 이용하는 단계 - 상기 제 2 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 상기 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐 - 를 더 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하는 단계는, 동일한 노광 도즈를 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들 간의 차이를 최소화하도록 선택된 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 형태들에 더 기초하는 노광 도즈 결정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체의 적어도 하나의 피처 및 상기 제 2 구조체의 적어도 하나의 피처는, 상이한 각각의 피치(pitch)들을 갖지만, 유사한 선폭 대 피치 비(linewidth to pitch ratios)를 갖는 격자들을 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산란된 방사선을 검출하는 단계들은, 여하한의 고차 산란 방사선으로부터 0차 산란 방사선을 분리시키는 단계, 및 각각의 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 0차 산란 방사선을 검출하는 단계를 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 방사선은 선택된 파장으로 이루어져, 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 각각의 피치가 상기 선택된 파장을 이용하여 서브-분해되는(sub-resolution) 노광 도즈 결정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하는 단계는, 각각의 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들에 대응하는 제 1 및 제 2 측정된 세기들 간의 차이를 이용하는 단계를 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들을 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계는, 이미지-평면 검출 스캐터로메트리(image-plane detection scatterometry)를 이용하여 수행되는 노광 도즈 결정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 노광 구조체들을 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계는, 퓨필-평면 검출 스캐터로메트리(pupil-plane detection scatterometry)를 이용하여 수행되는 노광 도즈 결정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 노광 구조체들을 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계들은 동시에 수행되는 노광 도즈 결정 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들은, 노광 도즈 값을 결정하는데 사용된 각각의 스캐터로미터 신호의 비대칭 정보를 유도하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖는 상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 적어도 1 이상의 적어도 하나의 피처에 기초하여, 상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하는데 사용되는 노광 도즈 결정 방법.
  12. 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 3 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계;
    제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 3 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 3 구조체에 기초하여, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 보정하기 위해 상기 제 3 스캐터로미터 신호를 이용하는 단계를 포함하는 노광 도즈 결정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 제 3 구조체를 생성하기 위해 상기 리소그래피 공정을 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 노광 도즈 결정 방법.
  14. 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법에 있어서,
    생성된 제 3 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계;
    제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 3 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 3 구조체에 기초하여, 상기 제 3 구조체를 생성하는데 사용된 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제 3 스캐터로미터 신호 및 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 이용하는 단계를 포함하는 포커스 결정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 제 3 구조체를 생성하기 위해 상기 리소그래피 공정을 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 포커스 결정 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    포커스 값을 결정하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용하는 단계는, 상기 제 3 스캐터로미터 신호를 이용하여 상기 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 캘리브레이션 곡선을 선택하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용하는 단계를 포함하는 포커스 결정 방법.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    포커스 값을 결정하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용하는 단계는, 상기 노광 도즈 값과 관련된 파라미터들을 갖는 모델을 이용하는 단계를 포함하는 포커스 결정 방법.
  18. 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 검사 장치에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 1 및 제 2 구조체들을 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템;
    제 1 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 1 구조체의 조명으로 인해 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 구성되고, 제 2 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 2 구조체의 조명으로 인해 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템; 및
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 1 구조체, 및
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 상기 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체에 기초하여,
    상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하도록 구성된 프로세서를 포함하는 검사 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 동일한 노광 도즈를 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들 간의 차이를 최소화하도록 선택된 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 형태들에 기초하여, 상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하도록 구성되는 검사 장치.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체의 적어도 하나의 피처 및 상기 제 2 구조체의 적어도 하나의 피처는, 상이한 각각의 피치들을 갖지만, 유사한 선폭 대 피치 비를 갖는 격자들을 포함하는 검사 장치.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 시스템은, 여하한의 고차 산란 방사선으로부터 0차 산란 방사선을 분리시키고, 각각의 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 0차 산란 방사선을 검출함으로써, 산란된 방사선을 검출하도록 구성되는 검사 장치.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 일정 파장의 방사선으로 상기 제 1 및 제 2 구조체들을 조명하여, 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 각각의 피치가 상기 파장을 이용하여 서브-분해되는 검사 장치.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 각각의 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들에 대응하는 제 1 및 제 2 측정된 세기들 간의 차이를 이용함으로써 상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하도록 구성되는 검사 장치.
  24. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 노광 도즈 값을 결정하는데 사용된 각각의 스캐터로미터 신호의 비대칭 정보를 유도하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖는 상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 적어도 1 이상의 적어도 하나의 피처에 기초하여, 상기 제 1 구조체를 생성하는데 사용된 노광 도즈 값을 결정하기 위해 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하도록 구성되는 검사 장치.
  25. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은, 상기 기판 상에 상기 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 3 구조체를 방사선으로 조명하도록 구성되고, 상기 검출 시스템은 제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 3 구조체의 조명으로 인해 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 더 구성되며, 상기 프로세서는, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 3 구조체에 기초하여, 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호들을 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 보정하기 위해 상기 제 3 스캐터로미터 신호를 이용하도록 더 구성되는 검사 장치.
  26. 제 18 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 기판 상에 상기 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 제 3 구조체를 방사선으로 조명하도록 구성되고, 상기 검출 시스템은 제 3 스캐터로미터 신호를 얻기 위해 상기 제 3 구조체의 조명으로 인해 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 더 구성되며, 상기 프로세서는, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 상기 제 3 구조체에 기초하여, 상기 제 3 구조체를 생성하는데 사용된 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제 3 스캐터로미터 신호 및 상기 제 1 및 제 2 스캐터로미터 신호를 이용하여 얻어진 노광 도즈 값을 이용하도록 더 구성되는 검사 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제 3 스캐터로미터 신호를 이용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 캘리브레이션 곡선을 선택하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용함으로써 상기 포커스 값을 결정하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용하도록 구성되는 검사 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 노광 도즈 값과 관계있는 파라미터들을 갖는 모델을 이용함으로써 포커스 값을 결정하기 위해 상기 노광 도즈 값을 이용하도록 구성되는 검사 장치.
  29. 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 패터닝 디바이스에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는:
    상기 리소그래피 공정을 이용하여 제 1 구조체를 생성하도록 구성된 제 1 서브-패턴 - 상기 제 1 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐; 및
    상기 리소그래피 공정을 이용하여 제 2 구조체를 생성하도록 구성된 제 2 서브-패턴 - 상기 제 2 구조체는 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 형태를 갖지만, 상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 상기 제 1 구조체와 상이한 감응도를 갖는 적어도 하나의 피처를 가짐 - 을 포함하는,
    타겟 패턴을 포함하는 패터닝 디바이스.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체의 적어도 하나의 피처 및 상기 제 2 구조체의 적어도 하나의 피처는, 상이한 각각의 피치들을 갖지만, 유사한 선폭 대 피치 비를 갖는 격자들을 포함하는 패터닝 디바이스.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 서브-패턴들은 각각, 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖기 위해 각각의 제 1 및 제 2 구조체들의 적어도 하나의 피처를 생성하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
  32. 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 상기 기판에 있어서,
    상기 기판은:
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈 및 포커스에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖는 적어도 하나의 피처를 갖는 제 1 구조체; 및
    상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈 및 포커스에 의존하는 형태를 갖는 프로파일을 갖지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제 1 구조체보다 덜 감응적이고, 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 대해 상기 제 1 구조체보다 더 감응적인 적어도 하나의 피처를 갖는 제 2 구조체를 포함하는,
    타겟을 포함하는 기판.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 구조체의 적어도 하나의 피처 및 상기 제 2 구조체의 적어도 하나의 피처는, 상이한 각각의 피치들을 갖지만, 유사한 선폭 대 피치 비를 갖는 격자들을 포함하는 기판.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    각각의 제 1 및 제 2 구조체들의 적어도 하나의 피처는 상기 리소그래피 장치의 노광 도즈에 의존하는 비대칭을 갖는 프로파일을 갖는 기판.
  35. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 디바이스 패턴이 적용되며, 상기 방법은:
    제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 이용하여 기판들 중 적어도 하나를 이용하여 리소그래피 장치의 노광 도즈를 결정하는 단계, 및 노광 도즈 결정 방법의 결과에 따라 이후의 기판들에 대해 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
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