KR20160008638A

KR20160008638A - 임계 치수 관련 특성을 결정하는 방법, 검사 장치, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20160008638A
Application number: KR1020157035629A
Authority: KR
Inventors: 휴고 크라머; 뵈프 아리에 제프리 덴; 헨리쿠스 메겐스; 데르 스카르 마우리츠 반; 테-치 후앙
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2016-01-22
Also published as: US10180628B2; WO2014198516A1; CN105308508A; CN105308508B; JP2016523378A; KR101826651B1; TWI618988B; JP6251386B2; TW201506553A; NL2012872A; US20160116849A1

Abstract

임계 치수(CD) 또는 노광 선량과 같은 임계 치수 관련 특성을 결정하는 방법. 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 주기적 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리함. 각각의 타겟을 조명함. 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기를 측정함. 이미지로부터 각각의 격자를 인식하고 추출함. 차분 신호를 결정함. 그런 다음, 차분 신호, CD 바이어스, 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 차분 신호가 영에 근접한다는 지식에 기초하여, CD 또는 노광 선량과 같은 CD 관련 특성을 결정함. 후속 웨이퍼의 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 제어하기 위하여 결정된 임계 치수 관련 특성을 이용함. 단지 2개의 CD 바이어스를 이용하기 위하여, 교정 단계가 "골든 웨이퍼"(즉, 기준 웨이퍼) 상의 측정을 이용하여, 알려진 CD를 가진 CD 쌍 각각에 대한 세기 구배를 결정할 수 있다. 대안적으로, 교정은 CD에 대한 세기 구배의 감도의 시뮬레이션에 기초할 수 있다.

Description

임계 치수 관련 특성을 결정하는 방법, 검사 장치, 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF DETERMINING CRITICAL-DIMENSION-RELATED PROPERTIES, INSPECTION APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 출원은 2013년 6월 12일에 출원된 미국 가출원 61/834,105의 이익을 주장하고, 상기 미국 가출원은 원용에 의해 그 전부가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 예컨대 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 퓨필 평면(pupil-plane) 검출 또는 암시야 산란 측정과 함께 사용 가능한 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수(critical dimension; CD) 또는 선량(dose)과 같은 임계 치수 관련 특성을 결정하기 위한 방법과 장치, 및 리소그래피 기법을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

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

리소그래피 프로세스에서, 예컨대 프로세스 제어 및 확인을 위하여 생성된 구조를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 그러한 측정을 하기 위하여 다양한 툴이 공지되어 있는데, 임계 치수(CD)를 측정하는데 종종 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 리소그래피 장치의 CD, 오버레이(디바이스에서 2개 층의 정렬 정확도) 및 디포커스를 측정하는 다른 특수화된 툴을 포함한다. 최근에, 다양한 형태의 산란계가 리소그래피 분야용으로 개발되었다. 이러한 디바이스는 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성(예컨대, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광)을 측정하여, 타겟의 관심있는 특성이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심있는 특성의 결정은 다양한 기법: 예컨대, 엄밀한 결합파 해석(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한요소해석과 같은 반복적 접근법에 의해 타겟 구조의 재구성; 라이브러리 검색; 및 주성분 분석에 의해 수행될 수 있다.

종래의 산란계에 의해 사용된 타겟은 상대적으로 큰, 예컨대 40 ㎛ × 40 ㎛의 격자이고, 측정 빔은 격자보다 더 작은 스팟을 생성한다(즉, 격자가 덜 채워짐(underfilled)). 이것은 무한한 것으로 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화시킨다. 그러나, 타겟의 크기를 예컨대 10 ㎛ × 10 ㎛ 이하로 감소시켜서, 스크라이브 라인이 아니라, 제품 피쳐 사이에 위치될 수 있도록, 격자가 측정 스팟보다 더 작게 만들어지는(즉, 격자가 넘치게 채워짐(overfilled)) 계측법이 제안되었다. 전형적으로 그러한 타겟은 0차의 회절(정반사에 해당)이 차단되고 오직 고차의 회절만 처리되는 암시야 산란 측정을 이용하여 측정된다.

회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 더 작은 타겟 상에서의 오버레이 측정을 가능하게 만든다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 더 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조에 의해 둘러싸일 수 있다. 복수의 타겟은 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.

공지된 계측 기법에서, 오버레이 측정 결과는, -1차 및 +1차 회절 세기를 별도로 얻기 위하여 타겟을 회전시키거나 또는 조명 모드 또는 이미징 모드를 변화시키면서, 소정의 조건에서 타겟을 2번 측정함으로써 획득된다. 주어진 격자에 대해 이러한 세기를 비교하여 격자에서의 비대칭을 측정한다.

진보된 리소그래피 프로세스는 수율 개선과 제어를 위해 고품질의 CD 계측법을 요구한다. 이러한 기법은 측정되고 있는 스펙트럼 응답의 이론적 모델링에 의해 정확한 CD 정보를 비파괴적이고 신속하게 검색하는 능력 때문에 진보된 기술 노드에서 유용하다. 광학적 CD 계측법은 CD, 필름 두께, 및 실제 및 가상 굴절률(n, k)과 같은 디바이스 스택 및 피팅 파라미터를 묘사하기 위한 명쾌한 모델을 요구한다. 이 모델에서 가장 일반적인 가정은 광학 특성의 불변성이다. 그러나, 광학 특성이 웨이퍼 내에서 또는 웨이퍼마다, 또는 로트(lot)마다 달라진다면, 이러한 모델화되지 않은 광학적 편차는 CD 정확도에 영향을 미치고 잘못된 정보를 줄 수 있다. 또한, 필름 스택이 더욱 복잡하게 됨에 따라, 모델에서 더 많은 수의 부동 파라미터(floating parameter)가 필요하다. 모델에서 부동 파라미터가 많아질수록, 부동 파라미터의 상관관계 때문에 CD 정확도와 정밀도를 잃어버릴 가능성이 커진다.

현재의 산란 측정 기반 CD 계측법에 대해, 다음의 문제점이 뚜렷하다: 모델에서 부동 파라미터의 크로스토크; 증착 온도와 같은 프로세스 안정성으로 인한 광학적 특성의 편차; CD 산란측정 타겟이 일반적으로 약 40 ㎛ × 40 ㎛으로 너무 크기 때문에 다이 내 능력(in-die capability)이 없음; CD의 긴 계산 시간; 산란계 설정 레시피를 생성하는 것은 시간 소모적임.

차분 기법이 오버레이, 포커스, 및 렌즈 수차와 같은 리소그래피 프로세스의 구체적 파라미터를 측정하는데 사용될 수 있다. 차분 기법은 레시피 생성의 부담을 덜어주고, 산란계의 스팟 사이즈보다 더 작은 타겟을 허용한다. 차분 기법은 차분 신호가 프로세스 작동 포인트에서 영(영에 근접)일 것을 요구한다. 이것은 기저 스택의 편차 때문에 신호의 효과적인 공통 모드 억제를 위해 필요하다. 차분 기법의 하나의 용도는 프로세스가 최적의 작업 포인트로부터 벗어날 때 비대칭으로 변하는 타겟을 디자인하는 것이다. 타겟 비대칭성은 산란 측정 신호에서 고차의 회절 차수를 측정함으로써 검출될 수 있다. 예컨대 오버레이와 비대칭 포커스 타겟이 있다. 차분 기법의 다른 용도는, 최적의 작업 포인트에서는 유사하지만 특정 프로세스 파라미터에 대해 벗어나는 타겟 쌍을 디자인하는 것이다. 예컨대 수차 감지 타겟 쌍이 있다.

타겟은 차분 신호가 CD 편차에 의해 지배되는 것에 대해 이용 가능하지 않고, 리소그래피 프로세스 상에서 개발 후 검사(After Develop Inspect) 및 에칭 후 검사(After Etch Inspect) 단계에 적용 가능하다는 것이 문제점이다.

CD 측정에서 전술한 문제점 중 적어도 일부를 극복하고 CD와 선량의 측정을 개선하는 것이 바람직하다. 또한, 이것이 암시야 이미지 기반 기법을 이용하여 측정될 수 있는 작은 타겟 구조에 적용될 수 있다면 매우 유리할 것이다.

제1 양태에 따르면, 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스(critical dimension bias)를 가진 적어도 2개의 주기적 타켓 각각을 방사선으로 조명하는 단계; (b) 상기 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기 각각을 측정하는 단계; (c) 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정하는 단계; (d) 상기 차분 신호와 상기 적어도 2개의 임계 치수 바이어스에 기초하고 또한 상기 차분 신호는 주기적 타켓의 1:1의 선 대 간격 비율에서 영에 근접한다는 지식에 기초하여 임계 치수 관련 특성을 결정하는 단계를 포함한다.

제2 양태에 따르면, 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하기 위한 검사 장치가 제공된다. 조명 시스템은 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 적어도 2개의 주기적 타겟 각각을 방사선으로 조명하도록 구성된다. 검출 시스템은 상기 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기 각각을 측정하도록 구성된다. 프로세서는 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정하고, 상기 차분 신호와 상기 적어도 2개의 임계 치수 바이어스에 기초하고 또한 상기 차분 신호는 주기적 타켓의 1:1의 선 대 간격 비율에서 영에 근접한다는 지식에 기초하여 임계 치수 관련 특성을 결정하도록 구성된다.

제3 양태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되는데, 리소그래피 프로세스를 이용하여 디바이스 패턴이 일련의 기판에 적용되고, 상기 방법은 상기 기판 중 적어도 하나를 이용하고 또한 제1 양태에 따른 방법을 이용하여 상기 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하는 단계; 및 상기 임계 치수 관련 특성의 결정 방법의 결과에 따라 후속 기판에 대한 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예의 구조물과 운용뿐만 아니라, 본 발명의 추가적인 특징과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 구체적 실시예에 한정되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 그러한 실시예는 오직 예시적인 목적을 위해서 본 명세서에서 제시되어 있다. 추가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명을 예시적으로 설명하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 사용되고 당해 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하고 있다.
도 3a 내지 3d는 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 타겟을 측정하는데 사용되는 암시야 산란계의 개략적 다이어그램, (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, (c) 회절 기반 오버레이 측정에 대한 산란계를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구, 및 (d) 제1 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구의 상세도를 포함한다.
도 4는 복수 격자 타겟의 공지된 형태 및 기판 상의 측정 스팟의 윤곽을 도시하고 있다.
도 5는 도 3의 산란계에서 획득된 도 4의 타겟의 이미지를 도시하고 있다.
도 6은 1차 회절 세기 대 CD의 그래프이다.
도 7은 1차 회절 세기의 구배 대 CD의 그래프이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 CD를 결정하고 선량 제어를 수행하는 방법의 흐름도이다.
도 9a 내지 9c는 예시적 실시예에 따른 기판 상의 측정 스팟의 윤곽과 함께 복수 격자 타겟을 도시하고 있다.
도 10은 교정을 이용하고 나서 CD를 결정하기 위해 2개의 타겟을 이용하는 예시적인 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 11은 수평 격자와 수직 격자에 대한 CD 대 노광 선량의 그래프이다.
도 12a 및 12b는 예시적인 실시예에 따른 기판 상의 측정 스팟의 윤곽과 함께 복수의 수평 및 수직 격자 타겟을 도시하고 있다.
도 13은 1차(또는 더 높은 차수의) 산란 방사선의 세기 측정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 14 및 15는 메트릭(metric)으로서 서로 다른 편광 퓨필 이미지의 감산을 이용하여 리소그래피 품질을 결정하는 방법의 운용을 도시하고 있다.
도 16은 격자 품질 신호 대 CD의 그래프이다.
도 17은 격자 품질 신호의 구배 대 CD의 그래프이다.
도 18은 0차의 산란 방사선의 세기의 측정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 19는 격자 품질의 이중 차분의 결정의 개요를 도시하고 있다.
본 발명의 특징과 이점은 도면과 함께 이하 제시되는 상세한 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이고, 도면에서 유사한 참조 문자는 전체에 걸쳐 대응 구성요소를 나타낸다. 도면에서, 유사한 참조 번호는 일반적으로 동일하고 기능적으로 유사 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 가리킨다. 구성요소가 최초로 나타나는 도면은 대응 참조 번호에서 제일 좌측에 있는 자릿수에 의해 표시된다.

본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예는 오직 본 발명을 예시적으로 나타내는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 여기에 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.

설명된 실시예와 본 명세서에서 "하나의 실시예", "일실시예", "예시적인 일실시예" 등이라고 언급하는 것은 설명된 실시예가 구체적 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 그 구체적 특징, 구조, 또는 특성을 반드시 포함해야하는 것은 아님을 나타낸다. 더욱이, 그러한 표현이 반드시 동일한 실시예를 말하는 것도 아니다. 또한, 구체적 특징, 구조, 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 통상의 기술자의 지식 내에서 그러한 특징, 구조, 또는 특성을 명시적으로 설명되었든 아니든 다른 실시예와 결합하여 실행된다는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능한 매체 상에 저장된 명령으로서 구현될 수 있다. 기계 판독 가능한 매체는 기계(예컨대, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태의 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예컨대, 기계 판독 가능한 매체는 읽기 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기디스크 저장 매체; 광학 저장 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 다른 형태의 전파 신호 등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 소정의 동작을 수행하는 것으로 본 명세서에서 설명될 수 있다. 그러나, 그러한 설명은 오직 편의를 위한 것이고, 실제로 그러한 동작은 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러, 또는 기타 장치로부터 비롯되는 것이라는 것을 이해해야 한다.

그러나, 그러한 실시예를 더 상세하게 설명하기 전에 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예컨대, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 소정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패너팅 디바이스 지지체 또는 지지 구조물(예컨대, 마스크 테이블)(MT); 기판(예컨대, 레지스트 코팅 웨이퍼)(W)을 지지하도록 구성되고 또한 소정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟 부분(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위한 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 기타 유형의 광학 요소, 또는 이들의 임의 조합과 같은 다양한 종류의 광학 요소를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 지지되고 있는지 여부와 같은 다른 조건에 따라서 패터닝 디바이스를 지지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계 방식, 진공 방식, 정전 방식 또는 다른 클램핑 기법을 사용하여 패터닝 디바이스를 지지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 필요에 따라 고정되거나 이동 가능한 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 예컨대 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있도록 할 수 있다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 사용은 좀더 일반적인 용어인 "패터닝 디바이스"와 동의어로 생각될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟 부분에 패턴을 형성하는 것과 같이 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 의미하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여되는 패턴은 예컨대 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하면, 기판의 타겟 부분에서 원하는 패턴에 정확하게 대응되지 않을 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여되는 패턴은 집적 회로와 같은 타겟 부분에서 생성되는 디바이스 내의 특정 기능층에 대응될 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이, 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 잘 알려져 있고, 바이너리(binary), 교번 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠 위상 편이(attenuated phase-shift)와 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 일례는 소형 미러의 매트릭스 배치를 채택하고, 각각의 소형 미러는 입사하는 방사선 빔을 여러 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되고 있는 노광 방사선에 대해 또는 액침 액(immersion liquid)의 사용이나 진공의 사용과 같은 다른 인자에 대해 적절한, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 사용은 좀더 일반적인 "투영 시스템"이라는 용어와 동의어로서 간주될 수 있다.

여기에서 설명된 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형(예컨대, 투과형 마스크를 채택)이다. 대안적으로, 리소그래피 장치는 반사형(예컨대, 앞서 언급한 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택 또는 반사 마스크를 채택)일 수 있다.

리소그래피 장치는 2개(이중 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 가진 유형일 수 있다. 그러한 "다중 스테이지" 기계에서, 추가 테이블은 병렬로 사용될 수도 있고, 또는 예비 단계가 하나 이상의 테이블에서 실행되면서 하나 이상의 다른 테이블이 노광에 사용될 수도 있다.

리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위하여, 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 기판의 적어도 일부를 덮을 수 있는 유형일 수도 있다. 액침 액이 리소그래피 장치에 있는 다른 공간, 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수도 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 것으로 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"(immersion)이라는 용어는 기판과 같은 구조물이 액체에 침지되어야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치하는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사원(radiation source)(SO)으로부터 방사선 빔을 받아들인다. 예컨대 방사원이 엑시머 레이저인 경우에는, 방사원과 리소그래피 장치는 별개의 구성일 수 있다. 이러한 경우에는, 방사원은 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은 예컨대 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사원(SO)로부터 조명기(IL)까지 전달된다. 다른 경우에는, 예컨대 방사원이 수은 램프인 경우에는, 방사원이 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분일 수 있다. 방사원(SO)과 조명기(IL)는 필요한 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면에서 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로 σ-외부 및 σ-내부라고 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔을 컨디셔닝하여, 방사선 빔의 단면에서 원하는 균일성과 세기 분포를 가지도록 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블(MT)) 상에 지지되는 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패턴화된다. 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 횡단하여, 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템은 기판(W)의 타겟 부분(C)에 빔을 집속한다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 여러 타겟 부분(C)을 방사선 빔(B)의 경로에 위치시키도록 기판 테이블(WT)이 정확히 이동될 수 있다. 유사하게, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)가, 예컨대 마스크 라이브러리로부터의 기계적 검색 이후 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 정확하게 위치시시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 장행정 모듈(개략적 위치설정) 및 단행정 모듈(미세 위치설정)을 이용하여 구현될 수 있다. 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 장행정 모듈 및 단행정 모듈을 이용하여 구현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와는 반대로), 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)가 단행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다.

패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 기판 정렬 마크는 전용 타겟 부분을 차지하지만, 타겟 부분 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있음). 유사하게, 하나 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 제공된 경우, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커가 디바이스 피처 사이에서 다이 내부에 포함될 수도 있고, 이 경우 마커가 가능한 한 작고, 인접 피처와 다른 이미징 또는 공정 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템이 이하 추가로 설명된다.

도시된 리소그래피 장치는 다음 모드 중 적어도 하나의 모드에서 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지되면서, 방사선 빔에 부여된 패턴 전체가 한번에 타겟 부분(C)에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그런 다음, 기판 테이블(WT)은 X 및/또는 Y 방향으로 이동되어, 다른 타겟 부분(C)이 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광 범위(exposure field)의 최대 크기는 단일 정적 노광에서 이미징되는 타겟 부분(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)이 동기화되어 스캔되면서, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 상반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 범위의 최대 크기가 단일 동적 노광에서의 타겟 부분의 폭(비스캐닝 방향으로)을 제한하는 반면, 스캐닝 모션의 길이는 타겟 부분의 높이(스캔 방향으로)를 결정한다.

3. 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)가 기본적으로 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 지지하는 고정 상태로 유지되고, 기판 테이블(TW)은 이동되거나 스캔되면서, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스 방사원이 채택되고, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 중 연속적인 방사 펄스 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이러한 작업 모드는 전술한 바과 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 사용하는 마스크리스 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.

전술한 사용 모드의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드가 채택될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 2개의 스테이션(노광 스테이션과 측정 스테이션)을 가진 소위 이중 스테이지 타입이고, 2개의 스테이션 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노출되면서, 다른 기판이 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행된다. 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 맵빙하는 단계와 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 리소그래피 장치의 처리량의 상당한 증가를 가능하게 한다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐만 아니라 측정 스테이션에 있으면서 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없으면, 기판 테이블의 위치가 양 스테이션에서 추적될 수 있도록 제2 위치 센서가 제공될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)(리소셀이나 클러스터라고도 종종 지칭됨)의 일부를 형성하고, 리소그래피 셀은 또한 노광 이전 및 이후 공정을 기판 상에서 수행하는 장치를 포함한다. 종래에는, 이들 장치는 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(developer: DE), 냉각 플레이트(chill plate: CH), 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어서, 여러 공정 장치 사이에서 기판을 이동시킨 다음, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 운반한다. 집합적으로 트랙(track)이라고 종종 불리는 이들 장치는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받고, 트랙 제어 유닛 자체는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되고, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 여러 장치가 처리량과 공정 효율을 최대화하도록 작동될 수 있다.

암시야 계측법의 예시는 국제특허출원 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있고, 이 문헌들은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 추가적인 기법의 개발은 특허공개공보 US 2011/0027704 A, US 2011/0043791 A, 및 US 2012/0123581 A에 설명되어 있다. 이러한 모든 출원의 내용은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

본 발명의 실시예에 사용되기에 적합한 암시야 계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟 격자(T)와 회절선(diffracted ray)이 도 3(b)에 더 자세히 도시되어 있다. 암시야 계측 장치는 독립형 장치이거나, 또는 리소그래피 장치(LA), 즉 측정 스테이션에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 리소그래피 장치에 걸쳐 수개의 가지를 가지는 광축이 점선(O)으로 표시되어 있다. 이러한 장치에서, 소스(11)(예컨대, 제논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(12, 14)와 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이러한 렌즈는 더블 시퀀스(double sequence)의 4F 배열로 배치되어 있다. 검출기 상으로 기판 이미지를 여전히 제공하고, 동시에 공간 주파수 필터링을 위한 중간 퓨필 평면의 접근을 허용하기만 한다면, 다른 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위가, 여기에서 (켤레) 퓨필 평면으로 지칭되는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 구체적으로, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방 투영 이미지인 평면에서 렌즈들(12, 14) 사이에 적절한 형태의 애퍼처 플레이트(aperture plate; 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 도시된 예시에서, 애퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 다른 형태를 가져서, 조명 모드가 선택될 수 있도록 해준다. 현재 예시에서 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 애퍼처 플레이트(13N)는 오직 설명을 위해 "북(north)"으로 표시된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제2 조명 모드에서, 애퍼처 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만, "남(south)"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하는데 사용된다. 조명의 다른 모드는 다른 개구를 사용함으로써 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는, 원하는 조명 모드의 외부에 있는 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 어두운 것이 바람직하다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟 격자(T)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직한 기판(W)에 위치된다. 광축(O)으로부터 벗어난 각도로부터 격자(T)에 충돌하는 조명광(I)은 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 넘치게 채워진(overfilled) 작은 타겟 격자에서는, 이러한 광선이 계측 타겟 격자(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 여러 평행광 중 오직 하나라는 사실을 기억해야 한다. 애퍼처 플레이트(13)가 유한한 폭(유용한 양의 광을 받아들이는데 필요함)을 가지기 때문에, 입사광(I)는 사실 각도의 범위를 차지할 것이고, 굴절광 0 및 +1/-1은 어느 정도 퍼져나갈 것이다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1 및 -1은 각도 범위에 걸쳐 더욱 퍼져나가고, 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아닐 것이다. 격자 피치와 조명 각도는 대물 렌즈로 들어가는 1차 광선이 중심 광축과 근접하게 정렬되도록 설계 또는 조절될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 도 3(a) 및 3(b)에 도시된 광선은 단지 다이어그램에서 좀더 쉽게 구별될 수 있도록 축으로부터 어느 정도 벗어난 것으로 도시되어 있다.

적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 굴절된 0차 및 +1차는 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 및 제2 조명 모드 모두가 북(N) 및 남(S)으로 표시된 직경 반대방향의 개구들을 지정함으로써 도시되어 있다. 입사광(I)이 광축의 북측으로부터 올 때, 즉 제1 조명 모드가 애퍼처 플레이트(13N)을 이용하여 적용될 때, +1(N)로 표시된 +1 회절광은 대물 렌즈(16)로 들어간다. 그에 반해, 제2 조명 모드가 애퍼처 플레이트(13S)를 이용하여 적용될 때, -1 굴절광(-1(S)로 표시됨)이 대물 렌즈(16)로 들어간다.

제2 빔 스플리터(17)는 회절된 빔을 2개의 측정 가지로 나눈다. 제1 측정 가지에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 굴절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상의 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상에서 서로 다른 지점에 충돌하여, 이미지 프로세싱은 차수를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 집속 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 규격화하는데 사용될 수 있다.

제2 측정 가지에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W)의 타겟 이미지를 형성한다. 제2 측정 가지에서, 구경 조리개(aperture stop; 21)가 퓨필 평면의 켤레가 되는 평면에 제공된다. 구경 조리개(21)는 0차 회절 빔을 차단하도록 기능하여, 센서(23) 상에 형성된 타겟 이미지가 오직 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성된다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로의 출력이고, 이것의 기능은 수행되고 있는 측정의 구체적 유형에 의존할 것이다. "이미지"라는 용어는 여기에서 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 격자 라인의 이미지는 -1차와 +차 중 오직 하나만 존재하면 형성되지 않을 것이다.

도 3에 도시된 애퍼처 플레이트(13)와 시야 조리개(21)의 구체적 형태는 단지 예시일 뿐이다. 본 발명의 다른 일실시예에서, 타겟의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 개구를 가진 구경 조리개가 실질적으로 1차 회절광 하나만 센서로 통과시키도록 사용된다. 또 다른 실시예에서, 2차, 3차, 및 그 보다 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 1차 빔에 대신하여 또는 추가하여 측정에 사용될 수 있다.

조명이 이러한 여러 유형의 측정에 적응 가능하도록 하기 위하여, 애퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성된 수개의 개구 패턴을 포함할 수 있고, 디스크는 원하는 패턴을 위치시키도록 회전된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 플레이트 세트(13)가 제공되고 교환되어, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 변형 가능한 미러 어레이 또는 투과형 공간 시야 변조기와 같은 프로그램 가능한 조명 디바이스도 사용될 수 있다. 이동 미러 또는 프리즘이 조명 모드를 조정하는 다른 방법으로 사용될 수 있다.

애퍼처 플레이트(13)와 관련하여 방금 설명된 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수의 선택은 대안적으로 퓨필 조리개(21)를 변경함으로써, 또는 다른 패턴을 가진 시야 조리개로 대체함으로써, 또는 프로그램 가능한 공간 광변조기로 고정된 시야 조리개를 대신함으로써 얻어질 수 있다. 그러한 경우, 측정 광학 시스템의 조명측은 일정하게 유지될 수 있는 반면, 이미징측은 제1 및 제2 모드를 가진다. 따라서, 본 개시에서 실질적으로 3가지 유형의 측정 모드가 존재하고, 각각은 고유의 이점과 단점을 가진다. 하나의 모드에서, 조명 모드가 다른 차수를 측정하도록 변화된다. 다른 하나의 모드에서, 이미징 모드가 변화된다. 제3 방법에서, 조명 및 이미징 모드는 변하지 않지만, 타겟이 180도 회전된다. 각각의 경우에, 원하는 효과는 동일한데, 즉 타겟의 회절 스펙트럼에서 대칭적으로 서로 반대편에 있는 0차가 아닌 회절된 방사선의 제1 및 제2 부분을 선택하는 것이다. 원칙적으로, 원하는 차수의 선택은 조명 모드와 이미징 모드의 동시 변화의 조합에 의해 얻어질 수 있지만, 그것은 이점이 없는 단점을 야기할 가능이 있으므로, 더 이상 논의하지 않을 것이다.

현재 예시에서 이미징을 위해 사용되는 광학 시스템은 시야 조리개(21)에 의해 한정되는 넓은 입구 퓨필을 가지는 반면, 다른 실시예 또는 적용예에서 이미징 시스템 자체의 입구 퓨필 사이즈는 원하는 차수로 한정하기에 충분히 작을 수 있어서, 시야 조리개로서도 역할을 할 수 있다. 이하 추가로 설명되는 바와 같이 사용될 수 있는 여러 가지 애퍼처 플레이트가 도 3(c) 및 3(d)에 도시되어 있다.

일반적으로, 타겟 격자는 남북 또는 동서로 늘어서는 격자 라인으로 정렬될 것이다. 즉, 격자는 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 것이다. 애퍼처 플레이트(13N 또는 13S)는 한 방향(셋업에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는데만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위하여, 90도 내지 270도의 타겟 회전이 수행될 수도 있다. 그러나, 더 편리하게 동쪽 또는 서쪽으로부터의 조명이 도 3(c)에 도시된 애퍼처 플레이트 13E 또는 13W를 이용하여 조명 광학계에 제공된다. 애퍼처 플레이트 13N 내지 13W는 별개로 형성되거나 상호교환될 수 있고, 또는 90도, 180도, 또는 270도만큼 회전될 수 있는 단일 애퍼처 플레이트일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 도 3(c)에 도시된 오프-액시스 개구는 조명 애퍼처 플레이트(13) 대신에 시야 조리개(21)에 제공될 수 있다. 그러한 경우, 조명은 온-액시스일 것이다.

도 3(d)는 제1 및 제2 쌍의 조명 모드를 조합하는데 사용될 수 있는 제3 쌍의 애퍼처 플레이트를 도시하고 있다. 애퍼처 플레이트 13NW는 북쪽과 동쪽에 개구를 가지고, 애퍼처 플레이트 13SE는 남쪽과 서쪽에 개구를 가진다. 이러한 다른 회절 신호 사이의 크로스토크가 너무 크지 않다면, X와 Y 격자 모두의 측정은 조명 모드를 변화시키지 않고서도 수행될 수 있다.

도 4는 공지된 관행에 따른 기판 상에 형성된 복합 타겟을 도시하고 있다. 복합 타겟은 함께 근접하여 위치된 4개의 격자(32 내지 35)를 포함하여, 이 격자들은 모두 측정 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내부에 있을 것이다. 따라서, 4개의 타겟은 모두 센서(19, 23) 상에 동시에 조명되고 또한 동시에 이미징된다. 오버레이 측정 전용의 예시에서, 격자들(32 내지 35) 자체가 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 다른 층에 패터닝되는 격자를 오버레이함으로써 형성되는 복합 격자이다. 격자들(32 내지 35)은 X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절하기 위하여 도시된 바와 같이 배향이 다를 수 있다. 일례에서, 격자 32와 34는 X 방향 격자이다. 격자 33과 35는 Y 방향 격자이다. 이러한 격자의 분리 이미지는 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 5는 도 3(d)로부터 애퍼처 플레이트 13NW 또는 13SE를 이용하고, 도 3의 장치에서 도 4의 타켓을 이용하여 센서(23)에 의해 검출되고 센서 상에 형성될 수 있는 이미지의 예시를 도시하고 있다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 서로 다른 개개의 격자(32 내지 35)를 분해할 수 없는 반면, 이미지 센서(23)는 분해 가능하다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지 필드를 나타내고, 그 내부에는 기판 상의 조명된 스팟(31)이 대응하는 원형 영역(41) 내로 이미징된다. 이 내부에서, 사각형 영역(42 내지 45)는 작은 타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 격자가 제품 영역에 위치되면, 제품 피처도 이미지 필드의 주변에서 가시적일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 이용하여 이러한 이미지를 처리하여, 격자(32 내지 35)의 분리 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지가 센서 프레임 내부의 특정 위치에서 매우 정확히 정렬될 필요가 없고, 이것은 전체적으로 측정 장치의 처리량을 현저하게 향상시킨다. 그러나, 이미징 프로세스가 이미지 필드에 걸쳐 불균일성을 가지게 되면, 정확한 정렬에 대한 필요성이 남는다. 본 발명의 일실시예에서, 4개의 위치(P1 내지 P4)가 식별되고, 격자는 이러한 알려진 위치와 가능한 한 정렬된다.

일단 격자의 분리 이미지가 식별되고 나면, 그러한 개별적 이미지의 세기가, 예컨대 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기값을 평균내거나 또는 총합하여 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 초점과 같은 리소그래피 프로세스의 여러 파라미터를 측정하는데 조합될 수 있다.

각각의 이미지에서 1차 회절 방사선의 오직 절반만을 포함하여, 여기에서 "이미지"라고 지칭하는 것은 종래의 암시야 측정 이미지가 아니라는 것을 유의해야 한다. 개별적 격자 라인은 분해되지 않을 것이다. 각각의 격자는 단순히 특정 세기 레벨의 영역에 의해 표시될 것이다. 단계 S4에서, 관심 영역(ROI)이 각각의 구성 격자의 이미지 내에서 신중히 식별되고, 이것으로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이것은 특히 개별 격자 이미지의 에지 주위에서 세기값이 대개 레지스트 두께, 구성, 선 형상, 및 에지 효과와 같은 공정 변수에 매우 의존적일 수 있기 때문에 행해진다.

각각의 개별 격자에 대한 ROI를 식별하고 그것의 세기를 측정하여, 격자 구조의 비대칭성과 오버레이 에러가 결정될 수 있다. 이것은 세기의 차이를 식별하고, 타겟(T)의 근처에서 오버레이 에러를 결정하기 위하여(S6), 각각의 격자(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대하여 얻어진 세기값을 비교하는 단계 S5에서 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의해 행해진다.

위에서 설명된 타겟 구조는 측정 목적을 위해 특수하게 디자인되고 형성된 계측 타겟인 반면, 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부품인 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자와 같은 구조를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟 격자"와 "타겟 구조"라는 용어는 그 구조가 수행되고 있는 측정을 위해 특별히 제공되는 것을 요구하지 않는다.

기판과 패터닝 디바이스 상에 구현된 타겟의 물리적 격자 구조와 관련하여, 일실시예는 기판 상에 타겟을 생성하는 방법을 설명하는 하나 이상의 시퀀스의 기계 판독 가능한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있어서, 기판 상의 타겟을 측정하고/측정하거나 측정을 분석하여, 리소그래피 프로세스에 대한 정보를 얻는다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예컨대 도 3의 장치에 있는 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내부에서 실행될 수 있다. 또한 저장된 그러한 컴퓨터 프로그램을 가진 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수도 있다. 예컨대 도 3에 도시된 유형의 현존하는 계측 장치가 이미 생산 및/또는 사용되고 있는 곳에서, 프로세서가 본 명세서에서 설명된 방법을 수행하고 임계 치수 관련 특성을 계산하도록 하기 위하여 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 본 발명이 실행될 수 있다. 이 프로그램은 선택적으로 적절한 복수의 타겟 구조의 측정을 위한 단계를 수행하기 위하여 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배치될 수 있다.

예시적 실시예는 서로 다른 CD 바이어스를 가진 CD 타겟 세트에 대한 1차 회절광의 세기를 활용함으로써 CD를 추출하는 방법을 제공한다.

도 6은 1차 회절 세기 DI 대 CD 바이어스의 그래프이다. 본 발명자들은 대체적으로 포물선인 회절 세기 대 CD(10 nm 단계로 160 nm 내지 250 nm, 및 400 nm의 피치)를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 예시에서, 피크 세기는 200 nm의 CD, 즉 1:1의 선 대 간격 비율에서 발생한다.

도 7은 CD에 대한 1차 회절 세기의 구배(ΔDI/ΔCD) 대 CD의 그래프이다. ΔDI/ΔCD는 각각의 쌍의 CD 바이어스(예컨대, CD1, CD2 또는 CD4, CD3 또는 CD3, CD1)에 대한 측정된 1차 회절 세기 사이의 차이(ΔDI)를 얻고, 각각의 개별 쌍의 CD 바이어스 사이의 CD 바이어스 차이(ΔCD)로 나눔으로써 계산된다. 도 6에 도시된 회절 세기 대 CD의 구배 곡선은 CD가 커질수록 음의 값으로, CD가 작아질수록 양의 값으로 선형적으로 증가한다. 회절 세기 대 CD의 곡선 기울기는 피크 세기, CD = 200 nm에서 영(0)이다.

세기 구배를 측정함으로써, CD는 알려진 온-웨이퍼(on-wafer) CD 바이어스를 가진 CD 타겟 세트가 사용될 때 추출될 수 있다. 3개 이상의 바이어스가 사용되면, CD는 측정으로부터 직접 추출될 수 있다. 교정 단계가 사용되면, CD는 단지 2개의 바이어스를 가진 타겟의 측정으로부터 직접 추출될 수 있다.

예컨대, 도 6을 참조하면, CD1 = 230 nm이고 CD2 = 240 nm이다(디자인에 의해). 이 회절 세기의 구배는 도 7에 도시된 바와 같이 위치 A에 있다. 포인트 A는 CD1, CD2로 표시되어, 포인트 A에서 구배를 계산하는데 사용된 1차 회절 세기의 소스를 가리킨다. 노광 선량이 증가할 때, CD1 타겟과 CD2 타겟 모두 더 작은 CD, 즉 CD1 = 220 nm이고 CD2 = 230 nm로 이동할 것이다. 그러면 회절 세기의 구배는 더 작아져서, 도 7에 도시된 바와 같이 위치 B로 이동된다.

도 8은 3개의 CD 바이어스를 이용하고 교정 단계가 없는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이고, 다음의 단계(도시된 순서대로 또는 모든 단계가 수행되지 않을 수도 있음)를 가진다:

단계 802: 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 주기적 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 기판(본 예시에서 웨이퍼)을 처리함. 이러한 예시에서, 1-D 격자 주기적 타겟이 사용되지만, 2-D 격자와 같은 복수 방향의 주기성으로 반복되는 주기적 타겟도 사용될 수 있다.

단계 804: 각각의 타겟을 조명함. 퓨필 평면 검출 산란 측정의 경우(예컨대, 도 3(a)의 센서(19)를 사용), 각각의 타겟이 별도로 조명된다. 암시야 이미지 평면 검출 산란 측정의 경우(예컨대, 도 3(a)의 센서(23)를 사용), 각각의 타겟이 함께 조명된다.

단계 806: 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기를 측정함. 단계 804에 대해 언급된 바와 같이, 이것은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 사용하여, 또는 암시야 이미지 평면 검출 산란 측정을 사용하여 행해질 수 있다.

단계 808: 퓨필 평면 검출의 경우 각각의 이미지로부터 각각의 격자 ROI를 인식 및 추출하고, 여기에서 이미지는 각각의 덜 채워진 타겟에 대해 취해지거나, 또는 이미지당 복수의 넘치게 채워진 타겟으로 (암시야) 이미지 평면을 검출하는 경우 단일의 이미지로부터 취해진다. 퓨필 평면 검출 산란 측정의 경우, 격자는 별도의 이미지로 검출되고, 인식 단계가 필요하지 않은데, 왜냐하면 선택된 회절 차수 세기의 위치가 각각의 덜 채워진 타겟에 대해 예측 가능하기 때문이다. 암시야 이미지 평면 검출 산란 측정의 경우, 각각의 격자 이미지는 하나의 이미지로 함께 검출되고, 넘치게 채워진 타겟에 대한 정렬 부정확성을 설명하는데 사용된다.

단계 810: 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정함. 그런 다음, 차분 신호, CD 바이어스, 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 차분 신호가 영에 근접한다는 지식에 기초하여, CD 또는 노광 선량과 같은 CD 관련 특성을 결정함. 임계 치수 관련 특성은 측정된 세기, 임계 치수 바이어스에 기초하고, 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 극값을 가지는 산란된 방사선의 세기에 기초하여 결정될 수 있다.

단계 812: 후속 웨이퍼의 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 제어하기 위하여 결정된 임계 치수 관련 특성을 이용함.

타겟 치수와 산란계 레시피의 조합이 측정 성능을 최적화하기 위하여 생성될 수 있다. 스택 층 두께와 관련하여 세기 구배에서 가장 작은 편차를 가진 최적의 타겟 디자인과 레시피를 선택함으로써, 이러한 방법이 스택 편차에 민감하지 않게 될 수 있다. 약간의 광학 특성 변화를 포함하는 스택 편차는 전통적인 광학 CD 모델링에 영향을 주고, 잘못 보고된 CD값을 초래할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 방법의 이점은: 모델이 필요하지 않고; 다이 내 능력이 제공되고; 선량 제어뿐만 아니라 CD 측정을 위해 사용될 수 있고; 광학 특성 편차에 영향을 받지 않을 수 있고; 타겟이 더 작을 수 있고; 계산 시간이 거의 필요하지 않다는 점이다.

도 9a 내지 9c는 암시야 이미지 평면 검출 산란 측정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 기판 상의 측정 스팟의 윤곽을 가진 복수 격자 복합 타겟을 도시하고 있다.

도 9a는 일실시예에 따른 기판 상에 형성된 복합 타겟을 도시하고 있다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치된 4개의 격자(CD1 내지 CD4)를 포함하여, 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내부에 격자 모두가 있을 것이다. 따라서, 4개의 타겟은 모두 동시에 조명되고 또한 동시에 센서(23) 상에 이미징될 수 있다.

도 9b는 일실시예에 따른 기판 상에 형성된 복합 타겟을 도시하고 있다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치된 3개의 격자(CD1 내지 CD3)를 포함하여, 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내부에 격자 모두가 있을 것이다. 따라서, 3개의 타겟은 모두 동시에 조명되고 또한 동시에 센서(23) 상에 이미징될 수 있다.

도 9c는 일실시예에 따른 기판 상에 형성된 복합 타겟을 도시하고 있다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치된 2개의 격자(CD1과 CD2)를 포함하여, 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내부에 격자 모두가 있을 것이다. 따라서, 2개의 타겟은 모두 동시에 조명되고 또한 동시에 센서(23) 상에 이미징될 수 있다.

각각 4개와 3개의 CD 바이어스를 가진 도 9a와 9b에 도시된 복합 타겟은 CD를 결정하는 사전 교정 단계 없이 사용될 수 있다. 그러나, 단지 2개의 CD 바이어스를 사용하기 위하여, 교정 단계가 필요하다. 이러한 교정 단게는 3개의 CD 바이어스를 이용할 수 있다. 교정 단계는 알려진 CD를 가진 각각의 CD 쌍에 대한 세기 구배를 결정하기 위하여 "골든 웨이퍼(golden wafer)"(즉, 기준 웨이퍼) 상의 측정을 이용할 수 있다. 대안적으로, 교정이 CD에 대한 세기 구배의 감도의 시뮬레이션에 기초할 수 있다.

도 10은 그러한 교정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이고, 다음의 단계(도시된 순서대로 또는 모든 순서를 수행하지 않을 수 있음)(이에 따라 표시된 도 8과 공통의 단계를 가짐)를 포함한다.

단계 1000: 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 적어도 2개의 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 "골든"(기준) 웨이퍼를 처리함.

단계 1001: 조명하고, 측정하고, 임계 치수와 임계 치수 관련 특성을 결정한 다음, 교정 결과를 저장함. 산란 측정을 이용하는 것에 대한 대안으로서, 임계 치수가 CD-SEM과 같은 다른 공지된 계측 툴을 이용하여 측정되거나 확정될 수 있다. 이러한 단계는 도 8를 참조하여 설명된 방법에 따라 수행될 수 있다. 교정 단계 1000 및 1001는 알려진 임계 치수를 가진 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 측정된 각각의 세기로부터 차분 신호를 결정함으로써 임계 치수 관련 특성에 대한 차분 신호의 응답을 결정하는데 사용될 수 있다. 단계 1000 및 1001에 대한 대안으로서, 임계 치수 관련 특성에 대한 차분 신호의 응답을 결정하는 교정 단계(미도시)는 임계 치수에 대한 차분 신호의 감도의 시뮬레이션을 포함할 수 있다.

단계 1002: 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 2개의 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리함.

단계 1004: 2개의 타겟 각각을 조명함.

단계 1006: 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기를 측정함.

단계 808: 퓨필 평면 검출의 경우 각각의 이미지로부터 각각의 격자 ROI를 인식 및 추출하고, 여기에서 이미지는 각각의 덜 채워진 타겟에 대해 취해지거나, 또는 이미지당 복수의 넘치게 채워진 타겟을 가진 (암시야) 이미지 평면 검출의 경우 단일 이미지로부터 취해진다.

단계 1010: 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정함. 그런 다음, 차분 신호, CD 바이어스, 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 차분 신호가 영에 근접한다는 지식에 기초하고, 또한 저장된 교정 결과를 이용하여, CD 또는 노광 선량과 같은 CD 관련 특성을 결정함. 임계 치수 관련 특성은 측정된 세기, 임계 치수 바이어스에 기초하고, 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 극값을 가지는 산란된 방사선의 세기에 기초하여 결정될 수 있다. 임계 치수 관련 특성은 측정된 세기와 2개의 임계 치수 바이어스에 기초하고, 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 극값을 가진 산란된 방사선의 세기에 기초하고, 저장된 교정 결과를 이용하여 결정될 수 있다.

도 10에 도시되어 있지는 않지만, 후속 웨이퍼의 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 제어하기 위하여 결정된 임계 치수 관련 특성을 사용하는 것이 가능하다.

수직 및 수평 라인의 선량 감도는 조명 비대칭성으로 인해 동일하지 않을 수 있다. H-격자(수평 격자)와 V-격자(수직 격자) 모두를 CD 측정 및 선량 제어를 위한 복합 타겟 내로 조합하는 것이 가능하다. 그리고, H-V CD 바이어스를 측정하고 그 안정성을 모니터링하고; H CD 및 V CD를 동시에 측정하고; H와 V 사이의 측정 결과를 크로스체크하는 것이 가능하다.

그러한 조합된 H-격자 및 V-격자 타겟으로부터 얻어진 측정이 도 11에 도시되어 있는데, 이것은 수평 격자 HG 및 수직 격자 VG에 대한 CD(nm) 대 노광 선량 D(표준 선량에 대한 %)의 그래프이다. 각각의 HG와 VG 표시 옆의 사각형은 각각 수평 및 수직 격자 타겟을 도시하기 위한 것이다.

도 12a 및 12b는 예시적 실시예에 따른 기판 상의 측정 스팟의 윤곽을 가진 복수의 수평 및 수직 격자 복합 타겟을 도시하고 있다.

서로 다른 CD 바이어스를 가진 격자(CD1 내지 CD4)는 X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절하기 위하여 배향이 다를 수 있다. 도 12a에 도시된 일례에서, 격자 CD1과 CD2는 수평 격자(HG, Y 방향으로 주기적)이고, 격자 CD3과 CD4는 수직 격자(VG, X 방향으로 주기적)이다. 암시야 산란 측정에 대해, 이러한 격자의 별도 이미지가 도 3a를 참조하면 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 도 12b에 도시된 다른 일례에서, 서로 다른 CD 바이어스를 가진 격자 CD1과 CD2는 수평 격자(HG)이고, 서로 다른 CD 바이어스를 가진 격자 CD1과 CD2는 수직 격자(VG)로서 반복된다. 다시 암시야 산란 측정에 대해, 이러한 격자의 별도 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 13은 1차(또는 더 고차) 방사선의 세기 측정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이고, 다음의 단계(이에 따라 표시된 도 8과 공통의 단계를 가짐)(도시된 순서대로 또는 모든 단계를 수행하지 않을 수 있음)를 포함한다:

단계 1300: 다음의 단계 802 내지 1310 단계에서 단지 2개의 임계 치수 바이어스를 사용하기 위하여, 교정 단계가 필요하다. 이러한 교정 단계는 도 10을 참조하여 단계 1000 및 1001에서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 이러한 교정 단계는 3개의 CD 바이어스를 사용할 수 있다. 교정 단계는 알려진 CD를 가진 각각의 CD 쌍에 대한 세기 구배를 결정하기 위하여 "골든 웨이퍼"(즉, 기준 웨이퍼) 상의 측정을 이용할 수 있다. 대안적으로, 교정이 CD에 대한 세기 구배의 감도의 시뮬레이션에 기초할 수 있다.

단계 802: 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리함.

단계 804: 타겟 각각을 조명함.

단계 1306: 타겟에 의해 산란된 1차 방사선의 세기를 측정함. 본 예시에서 비록 1차 방사선 세기가 측정되지만, 본 방법은 1차에 한정되지 않고, 다른 고차, 예컨대 2차, 또는 차수의 조합이 이용될 수 있다.

단계 806: 퓨필 평면 검출의 경우 각각의 이미지로부터 각각의 격자 ROI를 인식 및 추출하고, 여기에서 이미지는 각각의 덜 채워진 타겟에 대해 취해지거나, 또는 이미지당 복수의 넘치게 채워진 타겟을 가진 (암시야) 이미지 평면 검출의 경우 단일 이미지로부터 취해진다.

단계 1310: 차분 신호를 결정한 다음, 차분 신호, CD 바이어스, 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 차분 신호가 영에 근접한다는 지식에 기초하고, 또한 (오직 2개의 임계 치수 바이어스가 사용되고 있다면) CD 관련 특성에 대한 차분 신호의 교정된 응답을 이용하여, CD 또는 노광 선량과 같은 CD 관련 특성을 결정함. 임계 치수 관련 특성은 측정된 세기와 임계 치수 바이어스에 기초하고, 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 극값을 가지는 산란된 방사선의 1차(또는 더 고차) 세기에 기초하여 결정될 수 있다.

단계 812: 후속 웨이퍼의 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 제어하기 위하여 결정된 임계 치수 관련 특성을 사용함.

리소그래피 품질은 리소그래피 프로세스를 이용하는 구조의 인쇄 적성의 측정이다. 이하 도 14 내지 19를 참조하여 설명되는 다른 예시적 실시예는 격자의 품질의 신속한 측정을 수행하기 위하여 각도 분해된 산란 툴에 의해 캡쳐된 0차 산란 방사선의 이미지를 이용한다.

도 14 및 15는 메트릭으로서 서로 다른 편광 이미지를 감산한 결과를 이용하여, 리소그래피 품질, 본 예시에서는 격자 품질(GB)을 결정하는 예시적 방법의 운용을 도시하고 있다. 도 15는 그 원리를 설명하기 위하여 퓨필 평면 검출 산란 측정을 도시하고 있지만, 암시야 이미지 평면 검출 산란 측정이 더 작은 타겟을 혀용하기 위하여 사용될 수 있다. 도 14를 참조하면, 방사선이 선/간격 격자에 의해 회전될 때(격자의 일부분이 1402로 표시되고, 선(1404)은 기판(1406) 상에 있음), 산란 측정 툴이 캡쳐하는 회전 패턴은 편광을 감지한다. 2개의 각도 분해된 산란계 퓨필 스펙트럼은 2개의 편광(예컨대, 수직 편광, 가로 전기성(TE), 및 가로 자기성(TM))을 이용하여 측정될 수 있다. 도 15를 참조하면, TE에 대한 결과 스펙트럼 이미지(1408)와 TM에 대한 90도 회전된 스펙트럼 이미지(1410)가 서로로부터 감산될 수 있다. 결과적인 차이 이미지(1412)의 평균 제곱근(RMS) 평균이 평가될 수 있어서, 본 명세서에서 이러한 예시에 대해 격자 품질(GQ)로 지칭되는 본질적으로 영이 아닌 리소그래피 품질값을 산출한다.

이미지가 얇은 필름 스택 상에 얻어지고, 필름 스택의 일부는 1414로 표시되고, 연속적인 필름(1416)은 기판(1418) 상에 있으면(따라서, 격자가 존재하는 것이 아니라, 그 대신 연속적인 필름이 존재), 회절광의 편광 감도가 존재하지 않는다. 그래서, 2개의 편광(예컨대, TE 및 TM)을 이용하여 2개의 각도 분해된 산란계 퓨필 스펙트럼을 측정한 이후에, 결과적인 스펙트럼 이미지(1420, 1422)가 다시 서로로부터 감산될 수 있고, 결과적인 차이 이미지(1424)의 RMS 평균이 영에 가까운 값으로 나타날 것이다. 오직 이미지 노이즈만이 0이 아니도록 만들 것이다.

이미지가 다른 CD를 가진 격자 상에서 얻어진다면, 2개의 편광 이미지 사이의 콘트라스트(contrast)가 영향을 받아, 얇은 필름의 이미지 간의 RMS 결과 및 1:1 선 간격 비율을 가진 격자를 산출할 것이다.

따라서, 결과적인 RMS의 크기 GQ는 측정된 구조의 모델이나 이전 지식 없이도 산란 측정 툴로 얻어질 수 있는 격자 품질의 정보를 제공한다.

RMS 평균이 구체적인 예시로서 사용되지만, 동일한 원리가 산란 측정 툴로 수행된 측정으로부터 생성될 수 있는 임의의 인쇄 품질 메트릭에 적용될 수 있어서, 격자의 부재시 측정된 신호와 예측된 신호 사이의 차이가 나타난다.

측정된 세기 사이의 "차이"는 "비유사성" 또는 "구별"의 의미로 이해될 수 있고, 수학적 뺄셈의 의미에 한정되지 않는다. 수학적 차이가 아니라 수학적 나눗셈이 수행되는 메트릭이 또한 유효한 결과를 부여할 것이다. 달리 말하자면, 차이는 전술한 바와 같이 뺄셈으로, 또는 나눗셈과 같은 2개의 신호 간의 비유사성을 결정하기 위한 임의의 다른 방법에 의해 계산될 수 있다.

스펙트럼 간의 측정된 "차이"는 리소그래피 품질을 적합하게 하기 위하여 변환될 수 있다. 그러한 변환을 얻는 방법은 예컨대 RMS에서 0.02의 "임계치(threshold)"를 사용하는 것이지만, 이러한 값은 스택에 의존한다. 품질의 계산을 위한 다른 절차는 이 방법이 다른 리소그래피 스택에 적용될 때 사용될 수 있다.

0차 산란 방사선이 이러한 예시적 실시예에서 사용되고 있기 때문에, 1차(또는 더 고차)의 산란 방사선을 이용하는 실시예에 비교하여 주어진 조명 파장에 대해 피치가 더 작을 수 있다. 이러한 예시에서 격자 품질값은 센서(19)를 이용하여 퓨필 평면에서 결정되었지만, 암시야 이미지 평면 센서(23)는 0차를 선택하는 적절한 개구로 사용될 수도 있다.

GQ 대 CD 바이어스는 도 6 및 7을 참조하여 설명된 바와 같이 1차(또는 더 고차) 회절 세기로서 유사하고 대체적으로 포물선 거동을 가진다는 것이 발견되었다. 따라서, 도 6 및 7은 도 16 및 17에 도시된 바와 같이 DI를 대신하여 GQ로 다시 유효하게 그려질 수 있다.

도 16은 격자 품질 신호 GQ 대 CD 바이어스의 그래프이다. 본 발명자들은 대체적으로 포물선인 회절 세기 대 CD(10 nm 단계로 160 nm 내지 250 nm, 및 400 nm의 피치)를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 예시에서, 피크 세기는 200 nm의 CD, 즉 1:1의 선 대 간격 비율에서 발생한다.

도 17은 CD에 대한 격자 품질 신호의 구배(ΔGQ/ΔCD) 대 CD의 그래프이다. ΔGQ/ΔCD는 각각의 쌍의 CD 바이어스(예컨대, CD1, CD2 또는 CD4, CD3 또는 CD3, CD1)에 대한 측정된 격자 품질 신호 사이의 차이(ΔGQ)를 얻고, 각각의 개별 쌍의 CD 바이어스 사이의 CD 바이어스 차이(ΔCD)로 나눔으로써 계산된다. 도 16에 도시된 격자 품질 신호 대 CD의 구배 곡선은 CD가 커질수록 음의 값으로, CD가 작아질수록 양의 값으로 선형적으로 증가한다. 격자 품질 신호 대 CD의 곡선 기울기는 피크 격자 품질 신호, CD = 200 nm에서 영(0)이다.

격자 품질 신호 구배를 측정함으로써, CD는 알려진 온-웨이퍼(on-wafer) CD 바이어스를 가진 CD 타겟 세트가 사용될 때 추출될 수 있다. 3개 이상의 바이어스가 사용되면, CD는 측정으로부터 직접 추출될 수 있다. 교정 단계가 사용되면, CD는 단지 2개의 바이어스를 가진 타겟의 측정으로부터 직접 추출될 수 있다.

예컨대, 도 16을 참조하면, CD1 = 230 nm이고 CD2 = 240 nm이다(디자인에 의해). 이 격자 품질 신호의 구배는 도 17에 도시된 바와 같이 위치 A에 있다. 포인트 A는 CD1, CD2로 표시되어, 포인트 A에서 구배를 계산하는데 사용된 격자 품질 신호 측정의 소스를 가리킨다. 노광 선량이 증가할 때, CD1 타겟과 CD2 타겟 모두 더 작은 CD, 즉 CD1 = 220 nm이고 CD2 = 230 nm로 이동할 것이다. 그러면 격자 품질 신호의 구배는 더 작아져서, 도 17에 도시된 바와 같이 위치 B로 이동된다.

차분 데이터 분석의 결과, 기저 스택 편차의 영향은 정상 공정 조건 시 작업점(ΔGQ/ΔCD = 0)에서 매우 작을 것이다.

또한 재구성 레시피가 필요하지 않다는 것을 유의해야 한다. CD 대 차분 GQ 신호의 교정이 프로세스 스택마다 한 번 사용될 수 있다. 레시피 셋업하는 동안, CD-SEM이 교정을 위한 기준 툴로서 사용될 수 있다.

도 18은 0차 산란 방사선의 세기 측정을 이용하는 예시적 실시예에 따른 방법의 흐름도이고, 다음의 단계(이에 따라 표시된 도 8 및 도 13과 공통의 단계를 가짐)(도시된 순서대로 또는 모든 단계를 수행하지 않을 수 있음)를 포함한다:

단계 1300: 단계 1802 내지 1810에서 단지 2개의 임계 치수 바이어스를 사용하기 위하여, 교정 단계가 필요하다. 이러한 교정 단계는 도 10을 참조하여 단계 1000 및 1001에서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 이러한 교정 단계는 3개의 CD 바이어스를 사용할 수 있다. 교정 단계는 알려진 CD를 가진 각각의 CD 쌍에 대한 세기 구배를 결정하기 위하여 "골든 웨이퍼"(즉, 기준 웨이퍼) 상의 측정을 이용할 수 있다. 대안적으로, 교정이 CD에 대한 세기 구배의 감도의 시뮬레이션에 기초할 수 있다.

단계 802: 웨이퍼 상의 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 타겟을 생성하기 위하여 리소그래피 프로세스에서 리소그래피 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리함. 레티클 상에 반대편 CD 바이어스를 가진 선/간격을 포함하는 타겟 쌍이 사용될 수 있다. 타겟 크기는 예컨대 2×10×10 ㎛2으로 작을 수 있다.

단계 1804: 주기성 방향과 관련하여 적어도 2개의 다른 편광 방향을 이용하여 타겟 각각을 조명함.

단계 1806: 다른 편광 방향에 대하여 타겟에 의해 산란된 0차 방사선의 세기를 측정함. 산란광이 이미지 평면에서 측정되는 산란계가 사용될 수 있다. 최선으로는 각도 반사의 일부가 조명 및/또는 측정 가지에서 퓨필 평면에 있는 개구에 의해 선택된다. 타겟의 반사된 세기는 후속적으로 2개의 편광 방향(TE, TM)으로 이미지 평면에서 측정된다.

단계 806: 각각의 이미지로부터 각각의 격자 ROI를 인식 및 추출함.

단계 1810: 차분 신호를 결정함. 차분 신호는 다른 편광 방향에 대한 측정된 세기 사이의 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 이러한 "이중 차분(double-differential)" 신호는 [(TE-TM)_target2 - (TE-TM)_target_1]으로서 결정될 수 있다. 그리고, CD 또는 노광 선량과 같은 CD 관련 특성은 차분 신호, CD 바이어스, 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 차분 신호가 영에 근접한다는 지식에 기초하고, 또한 (오직 2개의 임계 치수 바이어스가 사용되고 있다면) CD 관련 특성에 대한 차분 신호의 교정된 응답을 이용하여 결정된다. 임계 치수 관련 특성은 측정된 세기와 임계 치수 바이어스에 기초하고, 주기성 방향 및 그러한 주기적 타겟의 1:1 선 대 간격 비율에서 최대값을 가지는 직교 방향에서의 굴절률 간의 차이에 기초하여 결정될 수 있다.

도 19는 격자 품질의 이중 차분의 결정의 개요를 도시하고 있다. 이전과 같이 CD1과 CD3는 다른 CD 바이어스를 가진 격자를 나타낸다. ΔP는 격자 CD1과 CD3 모두에 공통적인 공정 편차(CD에 영향을 줌)를 나타낸다.

본 명세서에서 설명된 방법은 재구성 모델/레시피(굴절률 n, k 등과 같은 재료 특성의 구체적 사항을 포함)의 지루한 셋업을 필요로 하지 않는다. 본 명세서에서 설명된 방법은 재구성보다 훨씬 신속하고 작은 타겟 상에 적용될 수 있다. 0차 산란 방사선을 이용할 때 가장 작은 피치에 대한 기본적인 제한이 존재하지 않는다.

도 14 내지 19를 참조하여 설명된 예시적 실시예는 하나 대신에 2개의 이미지(TE/TM)를 취하는 대가를 치뤄야 하지만, 대부분의 산란계에서 편광은 매우 빨리 변화될 수 있다.

이상 광학 리소그래피의 문맥에서 본 발명의 실시예의 사용에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예, 예컨대 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있고, 문맥이 허용하는 곳에서 광학 리소그래피에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패너팅 디바이스의 토포그래피는 기판에 제공된 레지스트 층 내로 프레스될 수 있어서, 그에 따라 레지스트가 전자기파, 열, 압력, 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트로부터 빠져나오고, 레지스트가 경화된 이후에 그 안에 패턴을 남긴다.

본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외선(UV)(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐)과 극자외선(EUV)(예컨대, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기파, 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.

문맥이 허용하는 곳에서 "렌즈"라는 용어는 굴절성, 반사성, 자기성, 전자기성, 및 정전성 광학 요소의 다양한 유형의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수 있다.

구체적인 실시예의 전술한 설명은 본 발명의 일반적 특성을 완전히 개시하여, 통상의 기술자가 해당 분야의 기술 내의 지식을 적용하여 본 발명의 일반적인 개념으로부터 벗어나지 않으면서 과도한 실험없이 그러한 구체적 실시예를 쉽게 수정 및/또는 다양한 적용예에 적응시킬 수 있다. 따라서, 그러한 적응예 및 수정예는 본 명세서에 제시된 교시 및 안내에 기초하여 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 어법 및 용어는 한정이 아니라 예시에 의한 설명의 목적을 위한 것으로서, 본 명세서의 용어 또는 어법은 이러한 교시 및 안내에 비추어 통상의 기술자에 의해 해석되어야 한다.

본 발명의 폭과 범위는 전술한 예시적 실시예에 의해 한정되어서는 안 되고, 다음의 청구범위 및 그 균등범위에 따라서만 정의되어야 한다.

요약 부분이 아니라, 발명의 상세한 설명 부분이 청구범위를 해석하는데 사용되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 요약 부분은 본 발명자에 의해 생각된 본 발명의 예시적 실시예를 하나 이상 제시하지만, 모든 실시예를 제시하는 것은 아니고, 따라서 어떠한 방식으로도 본 발명과 첨부된 청구범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 구체화된 기능의 실행과 그들의 관계를 도시하는 기능적 빌딩 블록을 이용하여 앞서 설명되었다. 이러한 기능적 빌딩 블록의 경계는 설명의 편의성을 위하여 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 구체화된 기능과 그 관계가 적절히 수행되는한 대안적 경계가 정의될 수 있다.

Claims

리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하는 방법으로서,
(a) 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스(critical dimension bias)를 가진 적어도 2개의 주기적 타켓 각각을 방사선으로 조명하는 단계;
(b) 상기 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기 각각을 측정하는 단계;
(c) 측정된 세기로부터 차분 신호(differential signal)를 결정하는 단계;
(d) 상기 차분 신호와 적어도 2개의 임계 치수 바이어스에 기초하고, 또한 상기 차분 신호는 주기적 타켓의 선-대-간격(line-to-space) 비율이 1:1에서 영에 근접한다는 지식에 기초하여 임계 치수 관련 특성을 결정하는 단계
를 포함하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
제1항에 있어서,
방사선의 세기를 측정하는 상기 단계 (b)는 적어도 하나의 비-0차 산란 방사선의 세기를 측정하는 것을 포함하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
제1항에 있어서,
조명하는 상기 단계 (a)는 상기 주기적 타겟의 주기성의 방향에 대하여 조명 방사선의 적어도 2개의 서로 다른 편광 방향을 이용하는 것을 포함하고, 방사선의 세기를 측정하는 상기 단계 (b)는 상기 편광 방향 각각에 대하여 0차의 산란 방사선의 세기를 측정하는 것을 포함하고, 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정하는 상기 단계 (c)는 상기 서로 다른 편광 방향에 대하여 측정된 세기 사이의 차이에 기초하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 적어도 3개의 타겟이 조명되고, 상기 단계 (b)에서 적어도 3개의 세기 각각이 측정되고, 상기 단계 (d)에서 상기 임계 치수 관련 특성은 적어도 3개의 임계 치수 바이어스에 기초하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
알려진 임계 치수를 가진 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 측정된 각각의 세기로부터 차분 신호를 결정함으로써, 상기 임계 치수 관련 특성에 대한 차분 신호의 응답을 결정하는 교정 단계를 더 포함하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
임계 치수에 대한 상기 차분 신호의 감도를 시뮬레이션함으로써 상기 임계 치수 관련 특성에 대한 상기 차분 신호의 응답을 결정하는 교정 단계를 더 포함하는, 임계 치수 관련 특성의 결정 방법.
리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하기 위한 검사 장치로서,
서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 적어도 2개의 주기적 타겟 각각을 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템;
상기 적어도 2개의 타겟에 의해 산란된 방사선의 세기 각각을 측정하도록 구성된 검출 시스템; 및
측정된 세기로부터 차분 신호를 결정하도록 구성되고, 상기 차분 신호와 적어도 2개의 임계 치수 바이어스에 기초하고, 또한 상기 차분 신호는 주기적 타켓의 선-대-간격 비율이 1:1에서 영에 근접한다는 지식에 기초하여 임계 치수 관련 특성을 결정하도록 구성된 프로세서
를 포함하는, 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 검출 시스템은 적어도 하나의 비-0차 산란 방사선의 세기를 측정함으로써 방사선의 세기를 측정하도록 구성되는, 검사 장치.
제7항에 있어서,
상기 조명 시스템은 상기 주기적 타겟의 주기성의 방향에 대하여 조명 방사선의 적어도 2개의 서로 다른 편광 방향을 이용하도록 구성되고, 상기 검출 시스템은 상기 편광 방향 각각에 대하여 0차의 산란 방사선의 세기를 측정함으로써 방사선의 세기를 측정하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 서로 다른 편광 방향에 대하여 측정된 세기 사이의 차이에 기초하여 측정된 세기로부터 차분 신호를 결정하도록 구성되는, 검사 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명 시스템은 서로 다른 각각의 임계 치수 바이어스를 가진 적어도 3개의 타겟을 조명하도록 구성되고, 상기 검출 시스템은 적어도 3개의 세기 각각을 측정하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 적어도 3개의 임계 치수 바이어스에 기초하여 상기 임계 치수 관련 특성을 결정하도록 구성되는, 검사 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 임계 치수 관련 특성에 대한 상기 차분 신호의 교정된 응답을 이용하여 상기 임계 치수 관련 특성을 결정하도록 구성되는, 검사 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 임계 치수 관련 특성에 대한 상기 차분 신호의 시뮬레이션된 응답을 이용하여 상기 임계 치수 관련 특성을 결정하도록 구성되는, 검사 장치.
디바이스 제조 방법으로서, 디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 이용하여 일련의 기판에 적용되고, 상기 방법은,
상기 기판 중 적어도 하나를 이용하고 또한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 임계 치수 관련 특성의 결정 방법을 이용하여 상기 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 구조물의 임계 치수 관련 특성을 결정하는 단계; 및
상기 임계 치수 관련 특성의 결정 방법의 결과에 따라 후속 기판에 대한 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계
를 포함하는, 디바이스 제조 방법.