KR20160124843A - 타겟 배열 및 연계된 타겟의 최적화 - Google Patents

타겟 배열 및 연계된 타겟의 최적화 Download PDF

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요한네스 마르쿠스 마리아 벨트만
싱 란 리우
헨드릭 얀 히데 스밀데
리차드 요한네스 프란시스쿠스 반 하렌
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Abstract

타겟 배열을 계획하는 방법 및 연계된 타겟 및 레티클이 개시된다. 타겟은 복수의 격자들을 포함하고, 각각의 타겟은 복수의 서브구조체들을 포함한다. 상기 방법은 타겟 영역을 정의하는 단계; 격자들을 형성하기 위해 타겟 영역 내에 서브구조체들을 위치시키는 단계; 및 격자들의 둘레에 어시스트 피처들을 위치시키는 단계를 포함하고, 어시스트 피처들은 격자들의 둘레에서 측정된 세기 피크들을 감소시키도록 구성된다. 상기 방법은 메트롤로지 공정을 이용하여 타겟의 검사에 의해 얻어지는 결과적인 이미지를 모델링하는 단계; 및 타겟 배열이 메트롤로지 공정을 이용하는 검출에 대해 최적화되는지를 평가하는 단계를 포함한다.

Description

타겟 배열 및 연계된 타겟의 최적화{OPTIMIZATION OF TARGET ARRANGEMENT AND ASSOCIATED TARGET}
본 출원은 2014년 2월 21일에 출원된 유럽 출원 14156125의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 전문이 인용 참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스들의 제조에서 반도체 웨이퍼 메트롤로지를 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 타겟의 배열을 위한, 또한 이렇게 배열된 타겟의, 최적화 절차에 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 공정을 모니터링하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들이 측정된다. 파라미터들은, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속한 층들 간의 오버레이 오차, 및 현상된 감광성 레지스트의 임계 선폭을 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판(product substrate) 및/또는 지정된 메트롤로지 타겟(dedicated metrology target) 상에서 수행될 수 있다. 메트롤로지 타겟들(또는 마크들)은, 예를 들어 수평 및 수직 바아(bar)들의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 격자와 같은 주기적 구조체들을 형성한다.
리소그래피 공정들에서 형성되는 마이크로 구조체(microscopic structure)들의 측정을 수행하기 위해, 주사 전자 현미경 및 다양한 특수 툴의 사용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 고속 및 비파괴(non-invasive) 형태의 특수 검사 툴은, 기판 표면의 타겟부 상으로 방사선 빔을 지향하여, 산란되거나 반사된 빔의 특성들을 측정하는 스캐터로미터(scatterometer)이다.
리소그래피 분야에 사용하기 위해 다양한 형태의 스캐터로미터들이 개발되었다. 이러한 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성들 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 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 탐색; 유한 요소법(finite element method) 또는 RCWA(rigorous coupled wave analysis)와 같은 반복 접근들에 의한 타겟 구조체의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
알려진 스캐터로메트리들의 예시들은 US2006033921A1 및 US2010201963A1에 개시된 타입의 각도-분해 스캐터로미터(angle-resolved scatterometer)들을 포함한다. 이러한 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 무한한 것으로서 간주될 수 있는 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다.
각각의 생산 웨이퍼 상에 메트롤로지 목적을 위하여 실제-구역 소비(real-estate consumption)를 제한하기 위해, 메트롤로지 및 정렬 타겟들은 크기가 감소되고 있다. 예를 들어, 오버레이 메트롤로지를 위한 타겟-크기는 20 × 20 ㎛2 내지 10 × 10 ㎛2 범위이다. 더 작은 타겟-크기의 사용이 연구 중에 있다. 통상적으로, 이러한 타겟들은 [정반사(specular reflection)에 대응하는] 0차 회절이 차단되는 "다크 필드(dark field)" 스캐터로메트리를 이용하여 측정되며, 타겟의 그레이 스케일 이미지(즉, '다크 필드' 이미지)를 생성하기 위해 하나 이상의 고차 차수들만이 처리된다. 다크 필드 기술을 이용하는 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들 상에서 오버레이 측정을 가능하게 하며, 마이크로-회절 기반 오버레이(μDBO)로서 알려져 있다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원 WO2009/078708, WO2009/106279, WO2013178422 및 WO2013/143814에서 찾을 수 있다. 이러한 기술의 추가 개발은 공개된 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A 및 US20130271740A; 및 미국 특허 출원 61/652,552 및 61/803,673에 개시되어 있다. 이러한 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 따라서, '복합(composite)' 타겟들(예를 들어, 상이한 오버레이 바이어스들의 복수의 개별 격자 부분들을 포함하는 타겟)이 하나의 이미지에서 전체적으로 측정될 수 있다. 그러므로, 격자 에지들은 타겟의 그레이 스케일 이미지들에도 나타날 수 있다. 격자 에지들은 흔히 평균 격자 세기로부터 벗어난 세기 레벨을 나타낸다(본 명세서에서 '에지 효과'라고도 지칭됨).
이미지 후 처리(image post processing)(예를 들어, 패턴 인식) 후, 각각의 개별 격자 내의 관심 영역(regions-of-interest: ROI)이 다크 필드 이미지에서 식별될 수 있다. 평균 격자 세기는, 에지 효과들의 영향을 배제하고 각각의 ROI에 대해 계산될 수 있다. 이후, 격자 구조체의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 평균 세기로부터 추론될 수 있다.
이와 같이, 평균 격자 세기는, 예를 들어 다크 필드 이미지에서 격자의 중심에 대응하는 수 개의 CCD 이미지 센서 픽셀들(즉, 센서 상의 선택된 ROI들의 크기)로부터 추론된다.
현재의 μDBO 타겟 디자인/레이아웃은 무한히 큰 격자들에 기초한다. 적용에 따라, 라인 공간 치수, 피치(pitch), 서브-분할(sub-segmentation) 등과 같은 격자 피처들이 최적화된다. 격자들은 타겟을 정의한 영역의 사전정의된 격자 중심 주위에 위치된다.
통상적으로, 연산 리소그래피 모델링(예를 들어, 리소-OPC, 여기서 OPC는 광 근접성 보정을 나타냄)은 프린트가능한 타겟들을 디자인하고 최적화하기 위해 사용된다. 타겟 레이아웃은 다크 필드 이미지 분해능을 개선하기 위해 서브-분해능(sub-resolution) '어시스트 피처(assist feature)'(즉, 센서에 의해 검출되지 않음)를 포함할 수 있다. 이러한 어시스트 피처들은 '검출가능한' 타겟 구조체들 주위(예를 들어, 타겟 격자들 중 하나의 주위, 및/또는 타겟들을 포함하도록 할당된 웨이퍼 위치들 주위, 또한 타겟 영역이라고도 함)의 임의의 위치들에 배치될 수 있고, 패턴 인식 공정에 의해 사용될 수 있다. 이후, '검출가능한' 타겟 구조체들 주위에 '빈' 영역들을 생성함으로써, 패턴 인식 공정은 예를 들어 격자의 에지들만을 이용하는 것보다 실질적으로 더 높은 정확성으로 ROI의 위치를 식별할 수 있다. 예를 들어, 타겟 격자들의 경계보다 2 배 또는 3 배 이상 많은 인식가능한 어시스트 피처들을 제공함으로써, ROI를 인식하는 정확성이 증가될 수 있다. 하지만, 타겟을 정의하는 공칭 영역은 결과적으로 μDBO 타겟들에 대해, 예를 들어 10 × 10 ㎛2 내지 12 × 12 ㎛2로 확대된다.
개선된 타겟 디자인 방법 및 결과적으로 개선된 타겟들을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 타겟 배열을 계획(devise)하는 방법이 제공되고, 상기 타겟은 복수의 격자들을 포함하고, 각각의 격자는 복수의 서브구조체들을 포함하며, 상기 방법은: 타겟 영역을 정의하는 단계; 상기 격자들을 형성하기 위해 상기 타겟 영역 내에 상기 서브구조체들을 위치시키는 단계; 및 상기 격자들의 둘레(periphery)에 어시스트 피처들을 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 어시스트 피처들은 상기 격자들의 둘레에서 측정된 세기 피크들을 감소시키도록 구성된다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 타겟이 제공되고, 상기 타겟은: 복수의 격자들 - 각각의 격자는 복수의 서브구조체들을 포함함 -; 상기 격자들의 피치보다 실질적으로 작은 피치를 갖는 라인들을 포함하는 어시스트 피처들을 포함하고; 상기 타겟은 상기 격자들의 둘레에 어시스트 피처들을 포함하며, 상기 어시스트 피처들은 상기 격자들의 둘레에서 측정된 세기 피크들을 감소시키도록 구성된다.
또한, 타겟 배열을 계획하는 방법이 개시되고, 상기 타겟은: 복수의 격자들을 포함하고, 각각의 격자는 복수의 서브구조체들을 포함하며, 상기 방법은: 타겟 영역을 정의하는 단계; 상기 격자들을 형성하기 위해 상기 타겟 영역 내에 상기 서브구조체들을 위치시키는 단계; 메트롤로지 공정을 이용하여 타겟의 검사에 의해 얻어지는 결과적인 이미지를 모델링하는 단계; 및 상기 타겟 배열이 메트롤로지 공정을 이용하는 검출에 대해 최적화되는지를 평가한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
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 3은 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처들을 이용하는 본 발명의 실시예들에 따른 타겟들을 측정하는 데 사용하기 위한 다크 필드 스캐터로미터의 개략도, (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, (c) 회절 기반 오버레이 측정들에 대해 스캐터로미터를 이용하는 데 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 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline) 및 다중 격자 메트롤로지 타겟의 알려진 형태를 도시한 도면;
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 실시예들을 구현하도록 조절(adapt)될 수 있는, 도 3의 스캐터로미터 및 도 4의 메트롤로지 타겟을 이용하는 알려진 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타낸 흐름도;
도 7은 (a) 최적화되지 않은 타겟 레이아웃의 일 예시를 도시한 도면; (b)는 결과적인 다크 필드 이미지를 도시한 도면;
도 8 (a) 내지 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 레이아웃 및 최적화되지 않은 타겟 레이아웃, 또한 상이한 파장들을 이용하여 검사된 이러한 타겟들의 결과적인 다크 필드 이미지들의 일 예시를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 부분 단면도;
도 10 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 레이아웃 및 최적화되지 않은 타겟 레이아웃, 또한 상이한 파장들을 이용하여 검사된 이러한 타겟들의 결과적인 다크 필드 이미지들의 일 예시를 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 배열을 계획하는 방법의 흐름도; 및
도 12는 타겟 배열을 계획하기 위해 수행되는 도 11에 도시된 방법의 예시이다.
본 발명의 실시예들을 더 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 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)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 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 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature) 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, 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 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, 하나 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 하나 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, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 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 컨디셔닝하는 데 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 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 위치시키는 데 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 하나 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수 있으며, 이 경우 마커들이 가능한 한 작아, 인접한 피처들과 상이한 어떠한 이미징 또는 공정 조건들도 요구하지 않는 것이 바람직하다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다. 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. 해당 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 다른 타입의 리소그래피 장치 및 작동 모드들이 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크없는(maskless)" 리소그래피에서, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 변동적 패턴을 갖지만 정지된 상태로 유지되며, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.
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 스테이션 - 을 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.
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 공정(pre- and post-exposure process)들을 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.
메트롤로지 장치(스캐터로미터)가 도 3a에 도시되어 있다. 격자 타겟(T) 및 회절 광선은 도 3b에 더 자세히 예시되어 있다. 이러한 장치 및 그 형태와 용도의 변형에 관한 더 자세한 사항은 US2011027704 및 앞서 언급된 이전의 다른 특허 출원들에 제공된다. 이러한 이전 출원들의 전체 내용이 본 명세서에서 인용 참조된다. 스캐터로미터는 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 배열의 더블 시퀀스(double sequence of a 4F arrangement)로 배열된다. 검출기 상으로 기판 이미지를 여전히 제공하고, 이와 동시에 공간-주파수 필터링을 위한 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 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 적합한 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 본 예시들의 어퍼처 플레이트는 다양한 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-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 어퍼처 플레이트(13S)는 '남쪽'으로 표시된 반대 방향으로부터 유사한 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함에 의하여 다른 조명 모드들이 가능하다. 의도한 조명 모드 외부의 여하한의 불필요한 광이 의도한 측정 신호들을 간섭할 것임에 따라, 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 격자 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인(normal) 기판(W)에 대해 배치된다. 광축(O)을 벗어난(off the axis) 각도로부터 타겟(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 발생시킨다. 오버필된 작은 타겟 격자로, 이 광선들은 메트롤로지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 다수의 평행한 광선들 중 하나일 뿐임을 유념하여야 한다. 복합 격자 타겟이 제공된다면, 타겟 내의 각각의 개별 격자가 그 자신의 회절 스펙트럼을 발생시킬 것이다. 플레이트(13)의 어퍼처가 (유용한 양의 광을 수용하는 데 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 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 차수들이 대물 렌즈(16)에 의해 수집되며, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 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 포착된(captured) 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 다수의 측정 목적들을 위해 그리고 비대칭 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이는 본 발명에서 다루어지지 않는다. 설명될 제 1 예시들은 비대칭을 측정하기 위해 제 2 측정 브랜치를 이용할 것이다.
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 포착된 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 1차만을 센서로 통과시킨다. (그 경우, 13 및 21로 나타낸 어퍼처들이 효과적으로 교환(swap)된다.] 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 대해 조절가능하게 하기 위하여, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성된 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 의도한 패턴을 자리로 가져오기 위해 회전한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 동일한 효과를 달성하기 위해 한 세트의 플레이트들(13)이 제공되고 교환될 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. 실제로, 다수의 가능한 타입의 측정 방법이 존재하며, 각각은 그 자신의 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, 의도한 효과는 동일하며, 즉 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대인 0이 아닌 차수의 회절 방사선의 제 1 및 제 2 부분들을 선택하는 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 의도한 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 조합하는 데 사용될 수 있는 제 3 쌍의 어퍼처 플레이트들을 도시한다. 어퍼처 플레이트(13NW)는 북쪽 및 동쪽에 어퍼처들을 갖는 한편, 어퍼처 플레이트(13SE)는 남쪽 및 서쪽에 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. 더 다양한 어퍼처 플레이트(13Q)가 도 12 및 도 13의 예시에 예시될 것이다.
도 4는 알려진 실시방식에 따라 기판(W)에 형성된 복합 격자 타겟(700)(즉, 격자 구조체들을 포함하는 타겟)을 도시한다. 복합 타겟(700)은, 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 서로 밀접하게 위치된 4 개의 개별 격자들(720)을 포함한다. 따라서, 4 개의 격자들은 모두 센서들(19 및 23)에 동시에 조명되고 동시에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 격자들(720)은 그 자체가 기판(W)에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자들(720)은 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 격자들(720)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 격자들 32 및 34가 X-방향 격자들이며, 각각 +d, -d의 바이어스들을 갖는다. 이는, 격자 32가 오버라잉 구성요소들을 갖고, 이들이 둘 다 이들의 공칭 위치들에 정확히 프린트되는 경우, 구성요소들 중 하나가 다른 하나에 대해 거리 d만큼 오프셋되도록 배치된다는 것을 의미한다. 격자 34는 완벽히 프린트되는 경우에 제 1 격자 등과 반대 방향으로 d의 오프셋이 존재하도록 배치되는 구성요소들을 갖는다. 격자들 33 및 35는 Y-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 4 개의 격자들이 예시되지만, 또 다른 실시예는 의도한 정확성을 얻기 위해 더 많은 매트릭스를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 3 x 3 어레이의 9 개의 복합 격자들이 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d 바이어스들을 가질 수 있다. 이 격자들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다.
도 5는 도 3d로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 3의 장치에서 도 4의 타겟(700)을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자들(720)을 분해할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어둡게 칠해진(cross-hatched) 직사각형(40)은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 필드는 어두운 것이 이상적이다. 이 다크 필드 이미지 내에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 개별 격자들(720)의 이미지들을 나타낸다. 격자들이 제품 영역들에 위치되는 경우, 제품 피처들 또한 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 도 5의 다크 필드 이미지에는 단일 복합 격자 타겟만이 나타나 있지만, 실제로 반도체 디바이스 또는 리소그래피에 의해 만들어지는 다른 제품은 다수의 층을 가질 수 있으며, 상이한 쌍의 층들 간에 오버레이 측정들이 행해지도록 요구된다. 쌍의 층들 사이의 각각의 오버레이 측정에 대하여, 하나 이상의 복합 격자 타겟들이 요구되며, 따라서 이미지 필드 내에 다른 복합 격자 타겟들이 존재할 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 격자들(720)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이러한 이미지들을 처리한다.
일단 격자들의 개별 이미지들이 식별되었으면, 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 평균내거나 합산함으로써 그 개별 이미지들의 세기들이 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 특성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이며, 세기들의 비교는 오버레이의 척도(measure)로서 사용될 수 있는 비대칭들을 나타낸다. 비대칭 및 이에 따른 오버레이를 측정하기 위한 또 다른 기술에서, 퓨필 평면 이미지 센서(19)가 사용된다.
도 6은 앞서 설명된 장치 및 타겟들을 이용하여 오버레이를 측정하는 기본 방법을 예시한다. 본 발명은 다크 필드 기술로도, 또한 각도-분해 스캐터로미터로도 제한되지 않는다. 이 예시에서 방법은 도 3 및 도 4의 장치를 이용하여 출원 US2011027704에 개시된 방법에 기초한다. 원칙적으로, 성분 격자들(720)을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차는 +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들의 세기들을 비교함으로써 드러나는 바와 같은 격자들의 비대칭을 통해 측정된다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀을 통해 한 번 이상 처리되어, 메트롤로지 타겟을 형성하는 오버레이 타겟들(720)을 포함한 구조체를 생성한다.
S2에서, 도 3의 메트롤로지 장치를 이용하여, 격자들(720)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 하나만(이를테면 -1)을 이용하여 얻어진다. 그 후, 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180°만큼 회전시킴으로써, 또는 조명 모드를 변화시키거나, 이미징 모드를 변화시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용하는 격자들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다(단계 S3). 결과적으로, +1 회절 방사선은 제 2 이미지에서 포착된다. 모든 격자들(720)이 각각의 이미지에 포착될 수 있는지, 또는 개별 이미지들에 격자들을 포착하기 위해 스캐터로미터 및 기판이 이동될 필요가 있는지는 디자인 선택의 문제이다. 어느 경우에서도, 모든 성분 격자들의 제 1 및 제 2 이미지들이 이미시 센서(23)를 통해 포착된다고 가정한다.
각각의 이미지에서 1차 회절 방사선 중 절반만을 포함함으로써, 본 명세서에서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아니라는 것을 유의한다. 각각의 격자는 특정 세기 레벨의 영역에 의해 간단히 나타내어질 것이다. +1차 및 -1차 회절 방사선 중 하나만이 존재하기 때문에, 개별 격자 라인들은 분해되지 않을 것다. 단계 S4에서, 관심 영역(ROI, 도 4 참조)이 각각의 성분 격자의 이미지 내에서 신중하게 식별되고, 이로부터 세기 레벨들이 측정될 것이다. 이는, 특히 개별 격자 이미지들의 에지들 주위에서, 세기 값들이 레지스트 두께, 조성, 라인 형상과 같은 공정 변수들, 및 일반적으로 에지 효과들에 크게 의존할 수 있기 때문에 행해진다.
각각의 개별 격자에 대한 ROI가 식별되고 그 세기가 측정되면, 그 후 격자 구조체의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이전의 출원들에 설명된 바와 같이, 이는 단계 S5에서 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의해, 각각의 격자(720)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어지는 세기 값들을 비교하여, 이들 세기의 여하한의 차이를 식별함으로써 수행된다. 세기 차이는 각각의 격자에 대한 비대칭의 측정을 얻기 위해 단계 S5에서 계산된다. 단계 S6에서, 비대칭 측정들로부터 또한 격자들의 오버레이 바이어스들의 정보로부터, 프로세서는 타겟(T) 부근의 오버레이 오차를 계산한다.
μDBO와 같은 임베디드(embedded) 메트롤로지 타겟들을 이용하는 현재의 적용들은, 메트롤로지 장치에 의한 최적 검출능(detectability)에 대해 전체 타겟 레이아웃의 최적화를 (부분적으로) 무시한다. 예를 들어, 격자 대 격자 거리, 에지 효과 문제, 및 적용가능한 격자 영역의 최대화의 실패는 다음과 같은 문제들을 야기할 수 있다:
1. - 각각의 격자들의 둘레에서 큰 에지 효과들이 다크 필드 이미지에서 관찰되는 경우:
Figure pct00001
[격자 에지들을 배제하기 위한 이미지의 크로핑(cropping)으로 인해] 적용가능한 관심 영역(ROI)의 크기가 감소될 수 있어, 계산된 신호의 좋지 않은 재현성(poor reproducibility)을 야기한다.
Figure pct00002
에지 효과들에 기인한 방출로부터의 광학 크로스토크에 의한 신호의 오염으로 인해 계산된 격자 신호(평균 세기)의 정확성이 감소될 수 있다.
Figure pct00003
웨이퍼에 걸쳐 두드러진 에지-효과들에 따른 변동적 이미지 및 시간에 따른 공정 변동들로 인해 패턴 인식 실패의 인스턴스(instance)가 증가될 수 있다.
Figure pct00004
ROI-위치설정 오차들에 대한 계산된 신호의 민감도가 증가될 수 있다; 예를 들어, 큰 에지 세기들이 신호 추산 내로 갑작스럽게 포함되는 경우.
Figure pct00005
CCD 센서의 [전체 동적 그레이-레벨 범위(full dynamic gray-level range)의] 전체-스케일의 사용이 감소될 수 있어, 낮은 그레이 레벨에서 계통적(systematic) 비-선형 카메라 문제들에 대해 감소된 재현성 및 민감도를 야기한다.
2. - 격자 구조체들을 포함하는 전체 영역이 타겟 영역 내에서 최대화되지 않는다. 그러므로, 최대 광자 수에 도달하지 않는다(즉, 재현성에 대해 최적화되지 않음).
도 7a는 4 개의 격자 구조체들(720)을 포함하는 타겟(700) 레이아웃의 일 예시이다. 점선 형상(710)은 적용가능한 타겟 영역을 나타낸다. 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 타겟(700) 레이아웃은 적용가능한 타겟 영역(710)에 대해 최적화되지 않는다. 격자 라인들의 수는 적용가능한 타겟 영역(710)과 피치들의 함수로서 계산된다. 후속하여, 사전정의된 격자 라인들이 사전설정된 격자 중간점에 중심잡힌다. 이는 격자 거리에 대해 최적화되지 않은 격자를 유도한다(즉, 격자 구조체들 간의 공간이 타겟 영역 내에서 최적화되지 않음). 도 7b는 타겟(700)의 검사에 후속된 결과적인 다크 필드 이미지(730)를 예시한다. 중간/높은 세기 레벨들(750)의 영역들이 격자 위치들에 나타내어질 수 있다. 하지만, 격자 둘레에, 에지 효과들로부터 발생한 훨씬 더 높은 세기 레벨들(740)의 영역들이 존재한다. 이는 타겟이 패턴 인식 공정을 이용하여 분석하기 어렵게 할 수 있으며, 실패하기 쉬운(failure-prone) 패턴 인식을 야기한다.
타겟(700)을 측정하는 데 사용되는 검사 툴은 주파수 대역 필터로서 효율적으로 작용한다. 검사 툴이 단일 격자(720)를 측정하는 경우, 이는 실제적으로 2 개의 구조체 타입들을 검출한다. 제 1 구조체는, 반복 격자 라인들을 포함하고 특정 피치를 갖는 것이다. 제 2 구조체는, 특정 크기(절반 피치)를 갖는 단일 개체로 보이는 라인들의 세트이다; 이러한 격자들이 너무 작기 때문에, 이들은 단일 구조체들 및 격자들로 보일 수 있다. 이러한 두 "구조체들"은 그 자신만의 푸리에 주파수 세트(their own sets of Fourier frequency)를 제공한다. 이 2 개의 세트가 서로 피팅되지(fit together) 않는 경우, 이들은 스텝(step) 푸리에 주파수 세트를 생성할 것이다. 마지막 주파수 세트는 검사 툴의 대역 필터를 통과할 하나 이상의 주파수들을 항상 가질 것이다. 불행하게도, 이러한 주파수들의 세기가 높음에 따라, 에지 효과들을 야기한다. 다수의 경우에, 에지 효과들은 최대 세기 그리드의 세기보다 2 내지 4 배 큰 세기를 유도한다.
개선된 메트롤로지 툴 검사에 대해 타겟 레이아웃/디자인들을 최적화하기 위해, 본 명세서에 설명된 실시예들은 다음을 사용할 것을 제안한다:
1 - 전체 적용가능한 타겟 영역을 고려한 타겟 레이아웃의 최적화.
2 - (리소그래피 공정을 이용하여 타겟을 프린트하는 능력에 대해서만 최적화된 것과 달리) 개선된 메트롤로지 공정 반응에 대해 타겟 레이아웃을 최적화하기 위해 광 근접성 보정(OPC)과 유사한 방법들을 이용하여 연산 리소그래피 모델링. 결과적인 타겟들은 메트롤로지 툴-구동 광 근접성 보정(metrology tool-driven optical proximity correction: MT-OPC) 어시스트 피처들을 이용하여 메트롤로지 공정 반응의 최적화를 도모할 수 있다.
예를 들어, 타겟 레이아웃의 최적화는 환경으로부터 타겟을 '격리(isolate)'시키고, 다크 필드 이미지에 격자들의 에지 효과들을 감소시키기 위해, 적용가능한 타겟 영역의 둘레에 MT-OPC 어시스트 피처들을 배치함으로써 시작될 수 있다. 통상적으로는 더 높은 회절 차수들이 CCD 센서로 전달되지 않음에 따라(0차 또한 차단됨을 유의), 이러한 어시스트 피처들은 메트롤로지 장치에 의해 포착된 다크 필드 이미지에서 관찰되지 않는다.
이에 후속하여, MT-OPC 어시스트 피처들 내부의 적용가능한 타겟 영역이 격자 라인들로 채워진다. 각각의 격자에 대해, 이는 둘레로부터 시작해 중심을 향하는 방향으로 수행될 수 있다. 격자 라인들은 이러한 방식으로 위치될 수 있는 한편, 이웃하는 격자의 의도한 피치들 및 라인 공간 값들에 맞게(commensurately) 피팅되도록 그들의 길이를 조절한다. 격자 에지 효과들을 감소시키고, 다크 필드 이미지 내의 격자들을 분리하기 위해, 추가 MT-OPC 어시스트 피처들이 격자들 사이에 위치될 수 있다. 결과적으로, 각각의 격자는 그 전체 둘레 주위에 MT-OPC 어시스트 피처들을 가질 수 있다. 이러한 타겟 레이아웃은 패턴 인식을 개선하고 크로스토크를 제한하는 데 도움을 준다.
전체 타겟 디자인의 최적화는 세 가지 단계를 포함할 수 있다:
1 - 디자인 제약들에 대한 격자들의 최적화. 이러한 디자인 제약들은 특정 제품 디자인, 예를 들어: 라인 폭, 서브 분할, 라인 온 라인(line on line) 또는 라인 온 트렌치(line on trench)가 주어지는 적용에 의존한다.
2 - 최적 메트롤로지 공정 검출을 위한 전체 타겟 레이아웃의 최적화, 몇몇 경우 MT-OPC 어시스트 피처들을 이용한다. 적절하다면, 서브 분할 및/또는 다른 디자인 제약들이 MT-OPC 어시스트 피처들에 적용될 수 있다.
3 - 단계 1 및 2에서 계획된 의도한 타겟 레이아웃이 웨이퍼 상에 적절히 프린트되는 것을 보장하기 위해, 전체 타겟 레이아웃에 리소그래피 OPC 사이클들을 수행한다.
도 8은 10 × 10 ㎛2 타겟 디자인의 예시들을 나타낸다. 도 8a는 4 개의 격자 구조체들(720)을 포함하는 최적화되지 않은 600-nm 피치 타겟 레이아웃(700)(도 7에 도시된 것과 유사함)을 나타낸다. 각각의 격자 구조체들(720)은 복수의 격자 서브구조체들(760)(격자 라인들)을 포함한다. 도 8b는, 도 8a 배열의 격자 구조체들과 동일한 격자 구조체들(720)을 포함하고, MT-OPC 어시스트 피처들(810, 820)을 더 포함하는, 도 8a의 개선된 형태의 타겟 레이아웃(800)을 나타낸다. 제 1 세트의 MT-OPC 어시스트 피처들(810)은 타겟의 둘레 주위에 위치되어 이를 둘러싸고, 제 2 세트의 MT-OPC 어시스트 피처들(820)은 각각의 격자 사이에 위치된다. 이러한 방식으로, 각각의 격자(720)가 MT-OPC 어시스트 피처들(810, 820)에 의해 둘러싸인다. 도 8c는 650 nm-파장에서, 도 8a의 타겟 레이아웃의 다크 필드 이미지 시뮬레이션 결과를 예시한다. 도 8d는 650 nm-파장 검사 방사선을 이용한, 도 8b의 타겟 레이아웃의 다크 필드 이미지 시뮬레이션 결과를 예시한다. 도 8e는 425 nm-파장 검사 방사선을 이용한, 도 8a의 타겟 레이아웃의 다크 필드 이미지 시뮬레이션 결과를 예시한다. 도 8f는 425 nm-파장 검사 방사선을 이용한, 도 8b의 타겟 레이아웃의 다크 필드 이미지 시뮬레이션 결과를 예시한다. 도 8c 내지 도 8f에서, 더 어두운 음영을 갖는 영역들이 더 높은 세기를 나타낸다.
도 8c 및 도 8d의 비교는 더 적은 에지 효과들을 갖는 각각의 격자 영역에서 훨씬 더 균일한 세기 분포를 나타낸다. 이러한 에지 효과들은 격자 영역들(840)의 둘레에서 매우 높은 세기 측정들(830)의 영역들로서 보여질 수 있다. 도 8e 및 도 8f의 비교는 격자들의 개선된 분리를 갖는 향상된 다크 필드 이미지 분해능을 나타낸다(즉, 도 8e과 비교할 때 도 8f에서 격자들 간의 더 낮은 세기는 다크 필드 패턴 인식을 개선한다).
타겟의 최적화는 타겟의 여하한의 파라미터 또는 종횡비(aspect)의 최적화를 포함할 수 있다. 이는, 특히 격자 피치, MT-OPC 어시스트 피처 피치, 여하한의 피처의 길이 및 폭, 격자 듀티 사이클(grating duty cycle)을 포함할 수 있다. 최적화 공정은 전체 적용가능한 타겟 영역을 고려한다. 이 예시에서, MT-OPC 어시스트 피처들은 [예를 들어, 에바네센트 파(evanescent wave)를 유도하는 160 nm 치수의] 더 작은 피치를 갖는다. MT-OPC 어시스트 피처들은 환경으로부터 격자의 분리 및 에지 효과 감소를 제공한다.
도 9는 격자(720) 및 MT-OPC 어시스트 피처들(820)을 포함하는 타겟(800)의 확대 부분 단면도이다. MT-OPC 어시스트 피처들(820)은 격자 공간-라인-공간 리듬(grating space-line-space rhythm)으로 위치되며, 급격한 스텝(abrupt step)들을 회피한다. 이러한 방식으로, 어시스트 피처들(820)은 격자(720) 라인들에 근접하게 위치되는 한편, 그 유한 치수로부터 발생하는 격자 내의 여기(excitation)를 깬다(break). 격자(720) 및 MT-OPC 어시스트 피처들(820)이 서로 동상(in phase)이도록 보장하는 것은, 높은-세기 에지 효과들을 야기하는 "스텝 주파수 세트(step frequency set)"를 회피한다. 동상인 격자(720) 및 MT-OPC 어시스트 피처들(820)은 MT-OPC 어시스트 피처들(820)이 격자(720)의 연속한 표면을 확장시킴을 의미한다. 여전히 에지 효과들이 존재하기는 하지만, 높은 세기의 에지 효과들이 검사 툴의 투과 대역 밖에 존재하며, 이에 의해 검출되지 않는다. 이러한 방식으로, 검사 툴에 의해 실제적으로 측정되는 세기 피크들이 감소된다.
이러한 어시스트 피처들(820)로부터 회절되는 광파는 공칭적으로(nominally) 여하한의 에너지[에바네센트 또는 상쇄 간섭(destructively interfering)]를 지니지(carry) 않거나, 검출기로 전달되는 스펙트럼 부분 밖에 있다[차단된 전파 파(propagating wave)]. 이 특정 예시에서는, 입사 방사선(I), 회절된 0차 방사선(0) 및 1차 방사선(-1)이 나타내어진다. 어시스트 피처들(820)에 의해 회절된 -1차 방사선이 차단되고, 격자(720)에 의해 회절된 -1차 방사선만이 센서로 전달된다. 하지만, 어시스트 피처들(820)의 유한성(finiteness)으로 인해, 어시스트 피처 반사의 '꼬리(tail)"가 CCD 센서로 전달되는 스펙트럼에 누출될 것이며, 격자 라인 스펙트럼과 상호작용할 것이다.
다크 필드 이미지에서 잘 분리된 격자들에 대해, MT-OPC 어시스트 피처들(820)이 검사 툴의 파장의 적어도 절반인 폭을 갖는 격자들 사이의 공간을 채우도록 권장된다. 이는 타겟의 환경으로부터 분리 및 크로스토크 감소에도 동일하게 유지된다.
잠재적 타겟 레이아웃이 적합한 메트롤로지 센서 시뮬레이션 툴에서 평가될 수 있다. 이는 센서 구성에 특정적인 최적의 타겟 레이아웃에 도달하기 위해 수 회 반복을 요구할 수 있다.
도 10a는 타겟(1000)이 실제로 12 × 12 ㎛2(1010)를 점유한 타겟 배열을 나타낸다. 타겟 레이아웃은, 다크 필드 패턴 인식을 개선하고, 환경으로부터 크로스토크를 감소시키기 위해, 타겟 경계들에 1 ㎛의 '간극(clearance)' 영역(1020)을 포함한다. 도 10b에서, 10a의 타겟 레이아웃이 12 × 12 ㎛2의 전체 타겟 영역에 대해 최적화된 타겟 레이아웃(1030)으로 대체된다. 타겟 레이아웃은 그 둘레 주위에 MT-OPC 어시스트 피처들(1035)을 포함하고, 또한 각각의 격자(1050) 사이에 MT-OPC 어시스트 피처들(1040)을 포함한다. MT-OPC 어시스트 피처들(1035, 1040)은 다크 필드 패턴 인식 성능 및 환경으로부터의 광학 크로스토크 감소를 보장하여, '간극' 영역(1020)이 요구되지 않을 것이다. 그러므로, 각각의 격자(1050)의 라인들 및 피치의 수, 크기가 적용가능한 타겟 영역(1010)에 대해 최적화될 수 있다. 대응하는 다크 필드 이미지 시뮬레이션 결과들(예시되지 않음)은 에지 효과들이 강하게 감소된 한편, 격자 대 격자 분리에 의해 패턴 인식이 개선됨을 나타낸다.
도 11은 타겟 배열을 계획하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
단계 T1 - 예를 들어, 경계 부근에 및/또는 타겟 영역의 내부에 '서브-분해능' 피치들을 갖는 MT-OPC 어시스트 피처들을 그린다. 이는 '적용가능한/빈' 타겟 영역을 정의한다. 예를 들어, 다크 필드 이미지 내의 환경으로부터 타겟을 효율적으로 격리시키기 위해, 어시스트 피처들의 특성(예를 들어, 라인 폭, 형상...)이 선택될 수 있다.
단계 T2 - 타겟 경계들에 배치된 MT-OPC 어시스트 피처들에 기초하여, 경계에서 시작해 타겟 영역 내부를 향하는 방향으로 제 1 격자의 격자 라인들을 순차적으로 배치한다. 예를 들어, 마지막에 배치되는 라인의 일부분이 격자 방향으로 적용가능한 타겟 영역의 절반 지점을 넘게 위치될 때까지 라인들을 배치한다.
단계 T3 - (필요하다면) 격자 라인들의 크기 및 피치에 기초한 형태를 갖고, 또한 '서브-분해능' 피치들을 갖는 MT-OPC 어시스트 피처들을 추가한다.
단계 T4 - 이후의 MT-OPC 어시스트 피처들에 기초하여, 적용가능한 나머지 타겟 영역에 대해 다음 격자의 라인 길이를 조절한다.
단계 T5 - 나머지 격자들에 대해 단계 T2 내지 T4를 반복한다.
단계 T6 - 선택적으로, 타겟 영역의 중심 부분을 MT-OPC 어시스트 피처들로 채운다.
이 방법의 예시적인 적용이 도 12에 예시된다. 도 12a는 단계 T1에 해당한다. 환경으로부터 타겟을 격리시키고, 격자 에지 효과들을 감소시키기 위해 선택된 피치로, 적용가능한 타겟 영역의 경계부에 근접하게 MT-OPC 어시스트 피처들(1210)이 그려진다. 도 12b 및 도 12c는 단계 T2에 해당하며, 격자 라인들(1220)이 이 격자 구조체에 할당된 타겟 영역의 약 1/4을 채우도록 배치된다. 도 12d는 단계 T3에 해당하며, 추가 MT-OPC 어시스트 피처들(1230)이 격자 라인들에 추가되고 매칭된다. 또한, 도 12d는 단계 T4의 시작을 예시하며, 라인 1240의 라인 길이가 적용가능한 나머지 영역에 대해 조절되었다. 도 12e는 단계 T5의 중간점에 해당하며, 2 개의 격자들이 배치되고, 세 번째가 시작된다. 도 12f는 완성된 타겟 배열을 예시하며, 추가 MT-OPC 어시스트 피처들(1250)이 단계 T6에 설명된 바와 같이 타겟 레이아웃의 중심 영역 내에 배치된다. 이 방법은 수 회 반복을 요구할 수 있으며, 단계 T6에서 얻어진 각각의 타겟 배열은 메트롤로지 시뮬레이션 툴들을 이용하여 평가된다. 평가는 특정 배열이 하나 이상의 사전정의된 기준을 충족하는지를 결정하는 것과, 및/또는 (하나 이상의 사전정의된 기준에 기초하여) 최적의 하나를 결정하기 위해 이 방법에 따라 계획된 다수의 상이한 배열들을 비교하는 것을 포함할 수 있다.
타겟의 중심 영역을 추가 MT-OPC 어시스트 피처들(1250)로 채우는 대신, 이 영역은 레티클 기록 품질 측정(reticle writing quality measurement)을 수행하기 위해 특별한 타겟[십자형(cross)]으로 채워질 수 있다.
이 방법은 자동화 방식으로 수행될 수 있는 것이 바람직하다. '자동화' 방법은, (배타적인 것은 아니지만) (i) 허용가능한 시간프레임 내에 메트롤로지 장치 반응을 정확히 예측할 수 있는 정확한 광학 모델들, 및 (ii) 최적화를 위한 잘 정의된 기준을 포함한다. 예를 들어, 최적화 기준은 다음을 포함할 수 있다:
- 격자 중심 세기와 동일한 자릿수(order of magnitude)를 갖는 격자 에지 세기.
- 메트롤로지 센서의 오버레이, 디포커스 및 수차의 존재 시 에지 효과들의 최소 변동.
- 관련 파장 범위에 대하여 최적 타겟 패턴 인식을 위한 격자 구조체들 간의 충분한 간격(간격 ≥ λ/2, λ는 검사 파장을 나타냄).
- 최대 격자 영역.
이상적으로, 이러한 기준들은 최종 타겟 배열의 계획 시에 균형을 이룬다.
오버레이 메트롤로지는 2 개의 스택된(stacked) 격자들(즉, 2 개의 층 타겟)을 요구한다. 이러한 타겟들에 대해, 최하부 타겟 레이아웃은 도 12의 방법을 이용하여 계획될 수 있다. 최상부 격자 구조체들은 통상적으로 5 내지 수십 나노미터 범위의 오버레이 바이어스들을 포함한다. 이러한 배열에서, 최상부 타겟 배열은 바이어스(들)를 제외하고 단순히 최하부 격자 구조체들과 매칭될 수 있다. 일 예시에서, 바이어스는 최상부 타겟 층 내의 격자 라인들에만 적용될 수 있으며, 이 최상부 층에는 MT-OPC 어시스트 피처들에 바이어스가 적용되지 않는다. 대안적으로, MT-OPC 어시스트 피처들이 최상부 층에 생략될 수 있다. 이 후자의 접근법은 오버레이 측정을 섭동하는(perturb) 비대칭 신호의 생성을 회피하는 데 도움을 줄 수 있으며, 최상부 격자 구조체들의 후방-반사 회절(back-reflected diffraction)이 약하고, 주요 후방-반사 회절이 최하부 격자 구조체들로부터 발생하는 경우에 특히 적용가능하다.
라인-온-라인 타겟 구성 대신 라인-온-트렌치에 대하여, 라인-온-트렌치 구성을 얻기 위해 최상부 격자 레이아웃이 뒤바뀔 수(invert) 있다. 50 % 상이한 듀티-사이클에 대해, 역(reverse) 듀티 사이클(100 % ― 듀티-사이클)을 갖는 라인-온-라인 버전으로서 최상부 타겟을 디자인할 수 있으며, 이는 이후 라인-온-트렌치 구성을 얻기 위해 뒤바뀐다. 최상부 및 최하부 구조체들 간에 듀티-사이클 차이가 존재하는 경우 MT-OPC 어시스트 피처들의 디자인은 더 복잡한 레이아웃 최적화 절차를 야기할 수 있지만, 당업자는 이러한 배열들에 맞게 본 방법을 구현하고 맞춤화(customize)할 수 있을 것이다.
반도체 제조업체 디자인 규칙들과의 컴플라이언스(compliance) 및 프린트적성(printability)을 보장하기 위해, MT-OPC 어시스트 피처들의 치수가 이러한 MT-OPC 어시스트 피처들의 서브-분할을 허용할 수 있음을 유의한다.
MT-OPC 어시스트 피처들의 치수 및/또는 형상은 적용의 필요에 따라 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 도 9의 예시에서, MT-OPC 어시스트 피처들(820)은 '연속 사각형(continuous square)' 형상으로 나타내어진다. 하지만, 연속 사각형 형상은 뾰족한 에지들에서 레티클 또는 프린트된 회로에 하전 효과(electric charging effect)를 야기할 수 있다. 이 문제를 극복하기 위해, 이러한 형상의 에지들이 레이아웃으로부터 '삭제'될 수 있다.
앞서 언급된 예시들에서, MT-OPC 어시스트 피처들은 '서브-분해능'이다(즉, 제품 피처들의 분해능보다 작은 분해능을 갖는다). 하지만, MT-OPC 어시스트 피처들은 적용에 따라 센서의 분해능 이하, 이내 또는 이상의 치수를 가질 수 있다.
예를 들어, (정렬을 포함하는) 모든 메트롤로지 적용들을 위한 메트롤로지/정렬 타겟들의 디자인/최적화 공정 동안, 타겟 레이아웃/디자인을 최적화하는 본 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 오버레이 보정 시스템들 및/또는 진보된 정렬 시스템들에 사용되는 정렬 타겟들에 적용될 수 있다.
상기의 예시들에 나타내어진 바와 같이, MT-OPC 어시스트 피처들은 에지 효과들을 감소시키기 위해 타겟 경계들에 배치될 수 있고, 및/또는 각각의 격자 구조체 주위에 배치될 수 있다. 이에 추가하여, MT-OPC 어시스트 피처들은 라인 트렌치 전이(line trench transition)를 급격하게 하거나(sharpen) 완만하게 하기 위해 (예를 들어, 정렬 격자와 같은 큰 피치 격자 구조체에 대한) 격자 구조체 라인들 사이에 배치될 수 있다. 이는, 검출된 차수에 대한 고유 회절 효율을 최적화하거나, 관련 회절 차수 내로의 에너지의 오더링(ordering)을 최적화함으로써 바람직한 차수들 내로 회절 효율의 향상을 도울 수 있다. 이는 낮은 '웨이퍼 품질' 스택에 대한 검출능을 도모할 수 있다. 또한, 정렬 타겟에 걸친 판독 및 스캐닝 동안, 특히 낮은 웨이퍼 품질 스택에 대해 정렬 센서 전자기기의 이득 설정점(gain set point)이 개선될 수 있다.
또한, 본 방법은, 예를 들어 다크 필드 메트롤로지에서 파라미터 추산을 개선하기 위해 현재의 방법들과 조합될 수 있다.
앞서 개시된 방법들은 더 큰 ROI들을 유도하며, 결과적으로 세기 측정 시 더 많은 광자 수를 유도한다. 이는 일정한 타겟 영역에 대한 재현성을 개선한다. 또한, 개선된 재현성은 에지 효과들의 감소로부터 발생할 수 있으며, ROI 위치설정의 부정확성을 감소시킨다. 또한, 에지 효과들의 감소는 더 양호하게 정의되는 다크 필드 타겟 이미지의 결과로서 패턴 인식을 개선한다. 또한, 에지 효과들이 다크 필드 이미지를 포화(saturate)시키지 않을 것임에 따라, 카메라의 전체 그레이 스케일 동적 범위가 사용될 수 있다. 결과적으로, 재현성이 더욱 개선되며, 낮은 세기에서 광자 잡음(photon noise)으로부터 발생하는 비-선형 카메라 효과들이 회피된다. 광자 잡음은 측정된 광자들의 수의 제곱근이다. 측정된 광자들의 수는 사용된 픽셀들의 수, 그레이 레벨 및 민감도의 곱(product)이다. 더 안정한 측정을 얻기 위해, 픽셀들의 수 또는 그레이 레벨들의 수 중 어느 하나가 증가될 필요가 있으며; 카메라 민감도가 고정된다. MT-OPC 어시스트 피처들을 사용함으로써, 더 그레이 레벨들이 얻어질 수 있다.
개별 격자 구조체들에 MT-OPC 어시스트 피처들을 추가하는 것은, 디바이스 구조체들 사이에 개별적으로 각각의 격자 구조체를 분포시킬 때 다이-내 환경(in-die environment)으로부터의 격리를 개선한다. 그러므로, 주변부들로부터의 격자들의 격리로 인해 타겟들/격자들의 다이-내 배치에 대한 유연성이 개선된다.
마지막으로, 동일한 재현성을 유지하면서도, 타겟 영역이 감소될 수 있다(즉, 더 작은 타겟 치수들). 감소된 타겟 치수들은 더 조밀한 인트라-필드 측정(intra-field measurement)을 가능하게 한다. 이는 제품 웨이퍼(on-product wafer) 상의 다이에 걸쳐 고차 오버레이 보정 및 스캐너 성능 특성을 개선한다.
앞서 설명된 타겟 구조체들은 측정을 위해 특정적으로 설계되고 형성된 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서는 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능적 부분들인 타겟들 상에서 특성들이 측정될 수 있다. 다수의 디바이스들은 규칙적인, 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어들은 구조체가 수행되는 측정에 대해 특정적으로 제공되었음을 요구하지 않는다. 본 명세서에서, "구조체"라는 용어는 단순한 격자 라인과 같은 여하한의 특정 형태의 구조체로 제한하지 않고 사용된다. 실제로, 격자의 라인 및 공간과 같은 개략적 구조의 피처들이 더 미세한 서브-구조체들의 수집에 의해 형성될 수 있다.
기판들 및 패터닝 디바이스들에서 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적 격자 구조체들과 연계하여, 일 실시예는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻기 위해 기판 상에 타겟들을 생성하고, 기판 상의 타겟들을 측정하며 및/또는 측정들을 분석하는 방법들을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3의 장치 내의 유닛(PU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 타입의 기존 메트롤로지 장치가 이미 생산중 및/또는 사용중인 경우, 본 발명은 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 있으며, 이는 프로세서가 수정된 단계 S4 내지 S6을 수행하게 하고, 이에 따라 예를 들어 보정될 오버레이 오차를 계산하게 한다. 선택적으로, 프로그램은 적합한 복수의 타겟 구조체들에 대한 비대칭의 측정을 위해 단계 S2 내지 S5를 자동으로 수행하기 위하여, 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배치될 수 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트로부터 이동되고, 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남긴다.
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 범위의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 기재된 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 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (29)

  1. 타겟 배열(target arrangement)을 계획(devise)하는 방법에 있어서,
    상기 타겟은 복수의 격자들을 포함하고, 각각의 격자는 복수의 서브구조체(substructure)들을 포함하며, 상기 방법은:
    타겟 영역을 정의하는 단계;
    상기 격자들을 형성하기 위해 상기 타겟 영역 내에 상기 서브구조체들을 위치시키는 단계; 및
    상기 격자들의 둘레(periphery)에 어시스트 피처(assist feature)들을 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 어시스트 피처들은 상기 격자들의 둘레에서 측정된 세기 피크들을 감소시키도록 구성되는 타겟 배열 계획 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브구조체들을 위치시키는 단계는 각각의 개별 격자를 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서브구조체들을 위치시키는 단계는, 각각의 격자에 대하여, 상기 타겟 영역의 둘레로부터 시작해 상기 타겟 영역의 중심을 향해 상기 서브구조체들을 순차적으로 위치시키는 단계를 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 격자를 형성하는 상기 서브구조체들을 위치시키기 전에, 나머지 타겟 영역에 대해 격자 서브구조체들의 길이를 조절(adapt)하는 단계를 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 격자에 인접하고 이 특정 격자에 대해 방위잡힌 상기 어시스트 피처들은 그 격자와 동상으로(in phase) 위치되는 타겟 배열 계획 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 제 1 어시스트 피처들을 포함하고, 상기 타겟 영역은 상기 타겟 영역을 실질적으로 둘러싸는 복수의 상기 제 1 어시스트 피처들에 의해 정의되는 타겟 배열 계획 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 상기 타겟 영역 내의 각각의 격자 사이에 제공되는 제 2 어시스트 피처들을 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 어시스트 피처들은 관련 검사 파장의 적어도 절반의 파장을 포함하는 격자들 사이의 공간을 채우도록 위치되는 타겟 배열 계획 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 격자는 그 주위 환경으로부터 각각의 격자를 격리시키기 위해 상기 어시스트 피처들에 의해 실질적으로 둘러싸이는 타겟 배열 계획 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 격자 피치보다 실질적으로 작은 피치를 갖는 라인들을 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들의 피치는, 상기 어시스트 피처들이 메트롤로지 공정을 이용하여 상기 타겟의 검사 시 검출되지 않도록 되어 있는 타겟 배열 계획 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어시스트 피처들은 각각의 격자의 각각의 최외각 서브구조체에 가장 인접하여 위치되는 타겟 배열 계획 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 격자는 거의 동일한 영역을 갖는 타겟 배열 계획 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은:
    메트롤로지 공정을 이용하여 상기 타겟의 검사에 의해 얻어지는 결과적인 이미지를 모델링하는 단계; 및
    상기 타겟 배열이 메트롤로지 공정을 이용하는 검출에 대해 최적화되는지를 평가하는 단계를 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 타겟 배열을 최적화하기 위해 반복적으로 되풀이되는 타겟 배열 계획 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    특정 타겟 배열이 고려되고 최적화되는지를 고려하는 기준은:
    상기 회절 기반 메트롤로지 공정을 이용하여 검사될 때, 격자 둘레에서의 세기가 격자 중심에서의 세기와 동일한 자릿수(order of magnitude)로 되어 있는지를 결정하고;
    상기 회절 기반 메트롤로지 공정을 이용하여 검사될 때, 오버레이, 디포커스 및 수차들의 존재 시 상기 격자 둘레에서 최소 세기 변동이 존재하는지를 결정하며;
    관련 검사 파장 범위에 대한 최적 타겟-인식을 위해 격자들 간에 충분한 간격이 존재하는지를 결정하고;
    총 격자 영역이 최대화되는지를 결정하는 것 중 하나 이상을 포함하는 타겟 배열 계획 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은 2 이상의 오버레이된 타겟 층들을 포함하고, 최상부 타겟 층은 오버레이 바이어스를 포함하며, 상기 바이어스는 상기 최상부 층에 포함된 어시스트 피처들에 적용되지 않는 타겟 배열 계획 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은 2 이상의 오버레이된 타겟 층들을 포함하고, 최상부 타겟 층은 오버레이 바이어스를 포함하며, 상기 최상부 층은 여하한의 어시스트 피처들을 포함하지 않는 타겟 배열 계획 방법.
  19. 타겟에 있어서,
    복수의 격자들 - 각각의 격자는 복수의 서브구조체들을 포함함 -; 및
    상기 격자들의 피치보다 실질적으로 작은 피치를 갖는 라인들을 포함하는 어시스트 피처들을 포함하고;
    상기 타겟은 상기 격자들의 둘레에 어시스트 피처들을 포함하며, 상기 어시스트 피처들은 상기 격자들의 둘레에서 측정된 세기 피크들을 감소시키도록 구성되는 타겟.
  20. 제 19 항에 있어서,
    각각의 격자는 그 주위 환경으로부터 각각의 격자를 격리시키기 위해 상기 어시스트 피처들에 의해 실질적으로 둘러싸이는 타겟.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 제 1 어시스트 피처들을 포함하고, 상기 타겟 영역은 상기 타겟 영역을 실질적으로 둘러싸는 복수의 상기 제 1 어시스트 피처들에 의해 정의되는 타겟.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 타겟 영역 내의 각각의 격자 사이에 제공되는 제 2 어시스트 피처들을 포함하는 타겟.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 격자 피치보다 실질적으로 작은 피치를 갖는 라인들을 포함하는 타겟.
  24. 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들의 피치는, 상기 어시스트 피처들이 메트롤로지 공정을 이용하여 상기 타겟의 검사 시 검출되지 않도록 되어 있는 타겟.
  25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어시스트 피처들은 각각의 격자 둘레에서 회절 세기 피크들을 감소시키도록 구성되는 타겟.
  26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어시스트 피처들은 각각의 격자의 각각의 최외각 서브구조체에 가장 인접하여 위치되는 타겟.
  27. 제 19 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 격자에 인접하고 이 특정 격자에 대해 방위잡힌 상기 어시스트 피처들은 그 격자와 동상으로 위치되는 타겟.
  28. 제 19 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 격자는 거의 동일한 영역을 갖는 타겟.
  29. 제 19 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 타겟을 형성하도록 구성되는 피처들을 포함하는 레티클.
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