KR20180058819A - 계측 방법, 타겟 및 기판 - Google Patents

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KR20180058819A
KR20180058819A KR1020187012133A KR20187012133A KR20180058819A KR 20180058819 A KR20180058819 A KR 20180058819A KR 1020187012133 A KR1020187012133 A KR 1020187012133A KR 20187012133 A KR20187012133 A KR 20187012133A KR 20180058819 A KR20180058819 A KR 20180058819A
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댄 모리츠 슬롯붐
뵈프 아리에 제프리 덴
마틴 에버트
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법은, 기판 상의 회절 측정 타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및 그 타겟에 대하여 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 두 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

계측 방법, 타겟 및 기판
본 출원은 2015년 9월 30일에 출원된 EP 출원 제15187671.1호 및 2016년 2월 5일에 출원된 미국 임시 출원 제62/292,211호와 관련되며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
본 발명은 예를 들면 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에 이용가능한 계측 방법, 장치 및 기판에 관한 것이고, 리소그래피 기법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판, 통상적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 가하는 기기이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)를 제조할 때 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 하는 패터닝 디바이스를 사용하여, IC의 개별 층에 형성될 회로 패턴을 생성할 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예컨대, 다이의 일부분, 하나 또는 수개의 다이를 포함함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 일반적으로 기판 상에 제공되는 방사선 감응 재료(레지스트)의 층 상으로 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 하나의 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스텝퍼, 및 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캔하는 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반-평행하게 기판을 스캔함으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트함으로써 패터닝 디바이스로부터의 패턴을 기판에 전사하는 것도 가능하다.
리소그래피 프로세스를 모니터링하기 위해 패터닝된 기판의 하나 이상의 파라미터가 측정된다. 파라미터에는 예를 들면, 패터닝된 기판에 또는 이러한 기판 상에 형성된 연속되는 층들 사이의 오버레이 오차 및 현상된 감광 레지스트의 임계 라인 폭 등이 포함될 수 있다. 이러한 측정은 제품 기판의 타겟 표면 상에서 및/또는 전용화된 계측 타겟의 형태로 수행될 수 있다. 계측 타겟(또는 마크)은 예를 들면, 격자 등의 주기적 구조체를 형성하는, 예컨대 수평 및 수직 바아의 조합을 포함할 수 있다.
리소그래피 프로세스(즉, 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등의 하나 이상의 연관된 처리 단계를 포함할 수 있는, 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 기타 구조체를 현상하는 프로세스)에서는, 예를 들면 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조에 대해 측정을 자주 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 공지되어 있고, 여기에는 임계 치수(CD)를 측정하는 데 종종 이용되는 주사 전자 현미경과, 오버레이, 즉 디바이스에서 2개 층의 정렬의 정확도를 측정하기 위한 전용 툴이 포함된다. 최근에는, 다양한 형태의 스캐터로미터가 리소그래피 분야에서 이용되도록 개발되었다. 이러한 디바이스는 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들면, 파장의 함수로서 단일한 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하며 이러한 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은 예를 들면, 정밀 결합파 분석(RCWA) 또는 유한 요소법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟 구조체의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석 등의 다양한 기법에 의해 수행될 수 있다.
처리량, 유연성 및/또는 정확성이 개선될 수 있는, 타겟을 이용하는 계측 방법 및 장치를 제공하는 것이 요구된다. 나아가, 이에 제한되지는 않지만, 암시야 이미지 기반 기법으로 판독될 수 있는 소형 타겟 구조체에 적용될 수 있다면 상당한 장점이 있을 것이다.
일 실시예로서, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 기판 상의 회절 측정 타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및 타겟에 대하여 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 두 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 회절 측정 타겟이 제공되는데, 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계된다.
일 실시예로서, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 동시에 방사선으로 조명하는 단계 ― 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 제2 서브타겟은 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계됨 ―; 및 타겟에 대하여 리소그래피 프로세스 파라미터 및 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 제1 서브타겟과 제2 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 회절 측정 타겟이 제공되는데, 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 포함하고, 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하며, 제2 서브타겟은 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계되고, 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 기판 상에서 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있다.
일 실시예로서, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 제1 서브타겟의 주기적 구조체는 기판 상의 제1 층에 있으며, 회절 측정 타겟은 제1 층에서 적어도 제2 서브타겟의 주기적 구조체를 더 포함하며, 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 타겟에 대하여 설계된 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 제1 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제2 서브타겟과 제3 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체는 기판 상에서 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 있으며, 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및 타겟에 대하여 각각의 설계된 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 제2 서브타겟과 제3 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 회절 측정 타겟이 제공되는데, 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟을 포함하고, 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은, 기판 상에 있는 경우, 기판 상의 제1 층에 제1 서브타겟과 제2 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지며 기판 상의 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지고, 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되고, 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계된다.
일 실시예로서, 리소그래피 프로세스를 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되는 디바이스 제조 방법이 제공되는데, 위에서 기술된 바와 같은 방법을 이용하여 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 디바이스 패턴의 일부로서 또는 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 회절 측정 타겟을 검사하는 단계, 및 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 위에서 기술된 바와 같은 회절 측정 타겟을 적어도 부분적으로 형성하도록 구성되는 패터닝 디바이스가 제공된다.
일 실시예로서, 프로세서로 하여금 위에서 기술된 바와 같은 방법을 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
일 실시예로서, 프로세서로 하여금 위에서 기술된 바와 같은 방법을 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
일 실시예로서, 위에서 기술된 바와 같은 회절 측정 타겟을 규정하는 데이터 또는 기계 판독가능 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
일 실시예로서, 위에서 기술된 바와 같은 타겟을 포함하는 기판이 제공된다.
일 실시예로서, 기판 상의 회절 측정 타겟 상에 빔을 제공하고, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정하기 위해 상기 회절 측정 타겟에 의해 회절되는 방사선을 검출하도록 구성되는 검사 장치; 및 위에서 기술된 바와 같은 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 시스템이 제공된다.
다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라, 실시예의 특징 및/또는 장점에 관해, 본 명세서에서는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술할 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 기술되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 점에 주목해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 본원에서 제시된 것이다. 본원에 포함된 교시 내용에 기초할 때 통상의 기술자라면 추가적인 실시예를 쉽게 떠올릴 수 있을 것이다.
실시예에 관해 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 기술할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3(a)는 특정 조명 모드를 제공하는 조명 개구의 제1 쌍을 이용하여 실시예에 따라 타겟을 측정하는 데 이용되는 암시야 스캐터로미터를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3(b)는 주어진 조명 방향에 대하여 타겟 주기적 구조체의 회절 스펙트럼의 세부사항을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3(c)는 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 개구의 제2 쌍을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3(d)는 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 개구의 제1 쌍 및 제2 쌍을 조합하는 조명 개구의 제3 쌍을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 일 형태의 다중 주기적 구조체(예컨대, 격자) 타겟과 기판 상의 측정 스팟의 윤곽을 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 장치에서 획득된 도 4의 타겟의 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3의 장치를 이용하고 본원에서 기술되는 실시예에 적응 가능한 오버레이 측정 방법의 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 7(a), 7(b), 7(c)는 0의 영역에서 상이한 오버레이 값을 갖는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면을 나타낸 것이다.
도 8은 이상적인 타겟 구조체에 있어서 오버레이 측정의 원리를 나타낸 것이다.
도 9는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 10은 프로세스 스택 변동을 다루기 위해 일 실시예에 따라 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 이용하는 것을 나타낸 것이다.
도 11은 다중 층 오버레이 측정을 위해 일 실시예에 따라 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 이용하는 것을 나타낸 것이다.
도 12(a), 12(b), 12(c), 12(d), 12(e)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 변형예를 나타낸 것이다.
도 13은 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 14는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하는 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
도 15는 성능을 모니터링하기 위해, 그리고 일 실시예에 따라 계측, 설계 및/또는 생산 프로세스를 제어하기 위한 기초로서 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 이용되는 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 16(a), 16(b), 16(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 17(a), 17(b), 17(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 18(a), 18(b), 18(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 19(a), 19(b), 19(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 20(a), 20(b), 20(c), 20(d), 20(e)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 21은 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 예시적인 서브타겟을 나타낸 것이다.
도 22(a), 22(b), 22(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 23(a), 23(b), 23(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 24(a), 24(b), 24(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟을 나타낸 것이다.
도 25(a), 25(b), 25(c)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟 중 일부를 측면도로 나타낸 것이다.
도 26은 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟 중 일부를 측면도와 평면도로 나타낸 것이다.
도 27(a), 27(b)는 일 실시예에 따른 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 나타낸 것이다.
도 28은 일 실시예에 따라 단일 측정 스팟 내에서의 타겟들의 앙상블을 평면도로 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에 관해 구체적으로 설명하기 전에 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 도움이 될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타내고 있다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 그외 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 종류의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되고 있는지 여부 등의 기타 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계식 방식, 진공 방식, 정전식 방식 또는 그외 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가, 예를 들면 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 배치되도록 할 수 있다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 모두 "패터닝 디바이스"라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일한 의미로서 고려되어도 된다.
본 명세서에서 사용되고 있는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 예컨대, 기판의 타겟부에 패턴을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능한 것으로 넓게 해석되어야 한다. 또한, 방사선 빔에 부여되는 패턴은, 예를 들어 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우에, 기판의 타겟부의 원하는 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다. 통상적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로 등의 타겟부 내에 만들어지는 디바이스 내의 특정의 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형으로 할 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로서는, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램가능 LCD 패널을 들 수 있다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 주지되어 있으며, 바이너리(binary), 교대형 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠형 위상 편이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일례로서 소형의 미러로 이루어진 매트릭스형 배치 구성을 채택하고, 소형 미러의 각각은 입사하는 방사선 빔을 여러 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지게 될 수 있다. 경사진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형 타입(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)의 장치이다. 이와 달리, 리소그래피 장치를 반사형 타입(예를 들어, 앞서 설명한 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채택한 것 또는 반사 마스크를 채택한 것)의 장치일 수 있다.
리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 기판의 적어도 일부를 덮은 타입일 수 있다. 리소그래피 장치 내의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이의 공간에, 액침 액을 적용하는 것도 가능하다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 것으로서 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판 등의 구조체를 액체에 담그는 것이라기보다는 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치하는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우에는, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 구성 요소일 수 있다. 이러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 보지 않으며, 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 구비하는 빔 전달 시스템(BD)에 의해, 방사선 빔이 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)까지 전달된다. 다른 경우로서, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우에는, 방사선 소스가 리소그래피 장치와 일체를 이루는 부분이 될 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명기(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(adjuster)(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 동공면 내의 세기 분포 중의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상, 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)를 조정할 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO) 등의 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 조명기를 사용하여 방사선 빔을 조절함으로써, 방사선 빔의 단면에서 원하는 균일성과 세기 분포를 얻을 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지나, 투영 시스템(PS)을 통과하면, 투영 시스템에 의해, 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔이 포커싱된다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)를 사용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟부(C)를 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 사용하여, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브 레인 정렬 마크로서 알려져 있음). 마찬가지로, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 제공된 경우에, 마스크 정렬 마크는 다이와 다이 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커 또한 다이 내에서 디바이스 피처 사이에 포함될 수 있고, 이러한 경우 마커는 가능한 작으며 인접한 피처와 상이한 이미징 또는 프로세스 조건을 요하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출할 수 있는 정렬 시스템의 일 실시예에 관해 이하에서 추가로 설명할 것이다.
도시된 리소그래피 장치는 다음 모드 중 적어도 하나의 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴 전체를 한 번에 타겟부(C) 상에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 그리고나서, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WTa)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일 정지 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기가 한정된다.
2. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을 타겟부(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WTa)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟부의 폭(비-스캐닝 방향으로의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이에 의해 타겟부(C)의 높이(스캐닝 방향으로의 높이)가 결정된다.
3. 또 다른 모드에서는, 프로그래머블 패터닝 장치를 유지한 채로 패터닝 디바이스 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)을 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WTa)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여한 패턴을 타겟부(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사 소스가 채용되며, 프로그래머블 패터닝 장치는 기판 테이블(WTa)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그래머블 미러 어레이와 같은 프로그래머블 패터닝 장치를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 적어도 2개의 테이블(WTa, WTb)(예컨대, 2개의 기판 테이블) 및 적어도 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 이른바 듀얼 스테이지 타입이고, 이러한 스테이션 사이에서 테이블 중 적어도 하나가 교환될 수 있다. 예를 들어 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에서 나머지 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행될 수 있다. 이러한 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것, 그리고 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있고, 양 센서는 레퍼런스 프레임(RF)에 의해 지지된다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션 뿐만 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판의 위치를 측정하지 못하는 경우, 양 스테이션에서 테이블의 위치가 추적될 수 있도록 제2의 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광 중인 동안, 기판이 없는 다른 테이블은 (선택적으로 측정 활동이 일어날 수 있는) 측정 스테이션에서 대기한다. 이러한 다른 테이블은 하나 이상의 측정 디바이스를 가지며, 선택적으로는 다른 툴(예컨대, 세정 장치)을 가질 수 있다. 기판이 노광을 마치면 기판이 없는 테이블은 예를 들면 측정을 수행하도록 노광 스테이션으로 이동하고, 기판이 있는 테이블은 기판이 언로딩되고 또 다른 기판이 로딩되는 위치로 이동한다(예컨대, 측정 스테이션). 이러한 다중 테이블 배열에 의해 장치의 처리량이 상당히 높아지게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 리소클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 하나 이상의 노광-전 프로세스 및 노광-후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 하나 이상의 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 하나 이상의 현상기(DE), 하나 이상의 냉각 플레이트(chill plate, CH), 및 하나 이상의 베이크 플레이트(bake plate, BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system, SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 올바르고 일관되게 노광되도록 하기 위해, 노광된 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되면, 특히 동일한 로트/배치의 다른 기판이 또한 노광될 수 있도록 검사가 곧 충분히 신속하게 수행될 수 있다면, 하나 이상의 후속 기판의 노광에 대해 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 스트리핑되고 (수율을 개선하기 위해) 재작업 또는 폐기될 수 있고, 이로써 결함 있는 것으로 알려진 기판 상에서 노광을 수행하는 것을 피하게 된다. 기판의 단지 특정 타겟 부분만이 결함 있는 경우, 양호한 타겟 부분에 대해서만 추가적인 노광이 행해질 수 있다. 또 다른 가능성으로는 오차를 보상하도록 후속 프로세스 단계의 설정을 적응시키는 것이고, 예를 들면 리소그래피 프로세스 단계로부터 기인하는 기판간 CD 편차를 보상하기 위해 트림 에칭 단계의 시간이 조정될 수 있다.
기판의 하나 이상의 특성을 결정하기 위해, 특히 상이한 기판 또는 동일한 기판의 상이한 층의 하나 이상의 특성이 층마다 및/또는 기판에 걸쳐 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 이용된다. 이러한 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율에 단지 아주 작은 차이가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할 수 있을 정도로 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 지점에서, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 예컨대 프로세스 제어의 목적으로 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.
기존의 스캐터로미터에 의해 이용되는 타겟은, 예를 들면 40㎛ × 40㎛의 비교적 큰 주기적 구조체(예컨대, 격자) 레이아웃을 포함한다. 이러한 경우, 측정 빔은 종종 주기적 구조체 레이아웃보다 작은 스팟 크기를 갖는다(즉, 주기적 구조체 레이아웃은 언더필된(underfilled) 상태). 이로써 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 타겟이 실질적으로 무한하다고 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 예를 들어 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처 사이에 위치될 수 있고, 타겟의 크기가 예를 들면 20㎛ × 20㎛ 이하, 또는 10㎛ × 10㎛ 이하로 감소된다. 이러한 상황 하에서는, 주기적 구조체 레이아웃이 측정 스팟보다 작게 될 수 있다(즉, 주기적 구조체 레이아웃은 오버필된(overfilled) 상태). 통상적으로 이러한 타겟은 0차 회절 차수(정반사에 대응)가 차단되고 더 높은 차수만이 처리되는 암시야 계측법을 이용하여 측정된다. 암시야 계측법의 예는 국제 특허 공개 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다. 이러한 기법의 추가적인 발전사항은 미국 특허 공개 US 2011-0027704, US 2011-0043791 및 US 2012-0242970에 기술되어 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다. 회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 보다 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 작을 수 있고 기판 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 일 실시예로서, 하나의 이미지 내에서 다수의 타겟이 측정될 수 있다.
일 실시예에 사용하기에 적합한 암시야 계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟(T)(주기적 구조체를 포함) 및 회절 광선이 도 3(b)에 더욱 상세하게 예시되어 있다. 암시야 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에 있는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중의 하나에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 분기를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 있다. 이 장치에서, 출력(11)(예컨대, 레이저 또는 크세논 램프 등의 소스 또는 소스에 연결된 개구)에 의해 방출된 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 프리즘(15)을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 검출기 상에 제공한다면 상이한 렌즈 배열이 이용될 수 있다.
일 실시예로서, 이러한 렌즈 배열은 공간 주파수 필터링을 위해 중간 동공면의 액세스를 허용할 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 동공면(공액 동공면)으로서 지칭되는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 동공면의 역-투영 이미지(back-projected image)가 있는 평면에서, 예를 들어 렌즈 12와 14 사이에 적합한 형태의 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있으며, 그 평면에는
게 된다. 예시된 실시예에서, 개구 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 하는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트 13N은, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로서 지정된 방향으로부터의 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트 13S는 유사 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 상이한(예컨대, 반대) 방향으로부터의 축외 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 모드의 조명도 가능하다. 원하는 조명 모드 외측의 임의의 불필요한 방사선이 원하는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 동공면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 실질적으로 수직으로 기판(W)과 함께 위치된다. 축(O)에 어긋난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 조명 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟(T)을 이용하면, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다. 복합 주기적 구조체가 제공되는 경우, 타겟 내의 각각의 개별 주기적 구조체는 그 자신의 회절 스펙트럼을 발생시킬 것이다. 플레이트(13)의 개구가 한정된 폭(유용한 방사선 량을 허용하는데 필요한)을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일점 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 기능에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 선이 아니라 일점 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 주기적 구조체 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 유의하기 바란다. 도 3의 (a) 및 (b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축외인 것으로 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 프리즘(15)을 통해 역으로 지향된다. 도 3의 (a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두는 북쪽(N)과 남쪽(S)으로서 표시된 (이 경우) 정반대 측의 개구를 지정함으로써 예시되어 있다. 입사 광선(I)이 광축의 북쪽측으로부터의 것인 때에는, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트 13N을 이용하여 가해진 때에는, +1(N)으로 표시되는 +1차 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트 13S를 이용하여 가해지는 때에는, -1(S)로 표시되는 -1차 회절 광선이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다. 따라서 일 실시예로서, 예를 들면 -1 및 +1 회절 차수 세기를 별도로 얻기 위해 타겟을 회전시키거나 조명 모드를 변경하거나 이미징 모드를 변경한 후에, 특정 조건 하에서 타겟을 두 번 측정함으로써 측정 결과를 얻는다. 주어진 타겟에 대해 이러한 세기를 비교하면 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공하게 되며, 이러한 타겟에서의 비대칭은 리소그래피 프로세스의 파라미터, 에컨대 오버레이 오차를 표시하는 것으로 이용될 수 있다. 위에서 기술된 상황에서는 조명 모드가 변경된다.
빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기로 분할한다. 제1 측정 분기에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 동공면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 공동면 이미지는 재구성 등의 수많은 측정 목적 뿐만 아니라 비대칭 측정을 위해서도 이용될 수 있으며, 이에 대해서는 여기서 상세히 설명하지 않을 것이다. 기술될 첫 번째 예는 비대칭을 측정하기 위해 제2 측정 분기를 이용할 것이다.
제2 측정 분기에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 동공면에 공액 관계를 이루는 평면에 개구 조리개(21)가 제공된다. 개구 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1차 또는 +1차 빔으로 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)에 출력되며, 이미지 프로세서 및 컨트롤러의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 표현은 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 타겟의 주기적 구조체의 피처의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 3에 도시된 개구 플레이트(13) 및 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 방사선만을 센서에 통과시키기 위하여(이 경우 13 및 21에 도시된 개구는 실질적으로 스왑됨) 축외 개구를 갖는 개구 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서, 측정에 있어서 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 사용될 수 있다.
조명을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 개구 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이게 하기 위해 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있다. 이와 달리 또는 이에 부가하여, 동일한 효과를 달성하기 위해 플레이트(13)의 세트가 제공되고 스왑될 수 있다. 변형 가능한 미러 어레이 또는 투과형 공간 광 변조기와 같은 프로그래머블 조명 디바이스도 사용될 수 있다. 조명 모드를 조정하기 위해 또 다른 방식으로서 이동 미러 또는 프리즘이 사용될 수 있다.
개구 플레이트(13)에 관련하여 방금 설명한 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수의 선택은 이와 달리 개구 조리개(21)를 변경함으로써, 또는 상이한 패턴을 갖는 동공 조리개를 대체함으로써, 또는 고정된 시야 조리개를 프로그래머블 공간 광 변조기로 교체함으로써 달성될 수 있다. 그 경우, 측정 광학 시스템의 조명측은 일정하게 유지될 수 있는 한편, 이미징측은 제1 모드와 제2 모드를 갖는다. 실제로는 각각의 측정 방법이 각각 자기 자신의 장점 및 단점을 갖는 수많은 가능한 타입의 측정 방법이 있다. 한 방법에서는, 상이한 차수를 측정하기 위해 조명 모드가 변경된다. 또 다른 방법에서는, 이미징 모드가 변경된다. 세 번째 방법에서는, 조명 모드와 이미징 모드가 변경되지 않는 채로 유지되지만, 타겟이 예컨대 180도에 걸쳐 회전된다. 각각의 경우에, 원하는 작용은 동일하고, 즉 예를 들면 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대쪽에 있는 영(0)이 아닌 차수의 회절 방사선의 제1 부분과 제2 부분을 선택하게 된다.
제공된 예에서의 이미징을 위해 사용된 광학 시스템이 개구 조리개(21)에 의해 제한되는 넓은 입사동을 갖지만, 다른 실시예 또는 어플리케이션에서는, 이미징 시스템의 입사동 크기 자체가 원하는 차수를 제한하기에 충분히 작아 시야 조리개로도 작용할 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 사용될 수 있는 상이한 개구 플레이트가 도 3(c) 및 (d)에 도시되어 있다.
통상적으로, 타겟은 자신의 주기적 구조체 피처가 북쪽-남쪽 또는 동쪽-서쪽 중의 하나로 연장하는 상태로 정렬될 것이다. 즉, 주기적 구조체(예컨대, 격자)는 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 것이다. 그러나 이는 상이한 각도로, 즉 45°를 이룰 수도 있다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)가 단지 한 방향(예를 들면, 셋업에 따라서는 X, Y 또는 이와 다른 방향)으로 지향된 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해 이용된다. 이와 다른 각도인(예컨대, 실질적으로 직교하는) 주기적 구조체의 측정을 위해, 타겟의 회전이(예컨대, 실질적으로 직교하는 타겟 구조체에 대해 90°와 270°에 걸친 회전이) 실시될 수도 있다. 또는, 다른 각도(예컨대, 동쪽 또는 서쪽)로부터의 조명이 도 3의 (c)에 도시된 개구 플레이트(13E 또는 13W)를 이용하여 조명 광학장치에서 제공될 수 있고, 이러한 개구 플레이트는 적절한 각도(예를 들면, 동쪽 또는 서쪽)로 개구를 가질 수 있다. 개구 플레이트(13N 내지 13W)는 별도로 형성되고 서로 바뀔 수도 있거나, 또는 적절한 각도(90도, 180도 또는 270도)로 회전될 수 있는 단일 개구 플레이트이어도 된다.
상이한 개구 플레이트가 도 3(c) 및 3(d)에 도시되어 있다. 도 3(c)는 축외 조명 모드의 두 가지 추가적인 타입을 예시한다. 도 3(c)의 첫 번째 조명 모드에서 개구 플레이트(13E)는, 단지 설명의 목적으로 앞서 기술된 바와 같은 "북쪽"에 대하여 "동쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 위에서 언급한 바와 같이, "동쪽"은 도시된 것과는 다른 각도에 있을 수 있다. 도 3(c)의 두 번째 조명 모드에서 개구 플레이트(13W)는, "서쪽"으로 표기된 상이한(예컨대, 반대) 방향으로부터 유사한 조명을 제공하기 위해 이용된다. 도 3(d)는 축외 조명 모드의 두 가지 추가적인 타입을 예시한다. 도 3(d)의 첫 번째 조명 모드에서 개구 플레이트(13NW)는, 앞서 기술된 바와 같은 "북쪽" 및 "서쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 두 번째 조명 모드에서 개구 플레이트(13SE)는, 앞서 기술된 바와 같은 "남쪽" 및 "동쪽"으로 표기된 상이한(예컨대, 반대) 방향으로부터 유사한 조명을 제공하기 위해 이용된다. 이러한 상이한 회절 신호들 간의 크로스토크가 그리 크지 않다면, 상이한 방향들(예컨대, X 및 Y의 두 방향)로 연장되는 주기적 구조체의 측정이 조명 모드의 변경 없이 수행될 수 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 예를 들면 위에서 언급한 종래의 특허 공개 문헌에 기술되어 있다. 이미 언급한 바와 같이, 개구 플레이트(13) 대신에 도 3(c) 및 3(d)에 예시된 축외 개구가 개구 조리개(21)에 제공될 수 있다. 이러한 경우 조명은 축상(on-axis)일 것이다.
도 4는 기판 상에 형성된 예시적인 복합 계측 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 서로 근접하게 위치된 4개의 주기적 구조체(예컨대, 격자)(32, 33, 34, 35)를 포함한다. 일 실시예로서, 주기적 구조체는 모두 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내에 있도록 서로 충분히 근접하게 위치된다. 이 경우, 4개의 주기적 구조체는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이 측정에 전용화된 예로서, 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)는 기판(W) 상에 형성된 디바이스의 상이한 층에 패터닝된 다른 타겟의 주기적 구조체 위에 놓임으로써 형성되는 복합 주기적 구조체이다. 이러한 타겟은 20㎛ × 20㎛ 또는 16㎛ × 16㎛ 이내의 외측 치수를 가질 수 있다. 나아가, 모든 주기적 구조체가 특정한 쌍의 층들 사이에 오버레이를 측정하는 데 이용된다. 타겟이 층들의 둘 이상의 쌍을 측정할 수 있도록 하기 위해, 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)는, 복합 주기적 구조체의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 사이에서 오버레이의 측정을 용이하게 하도록 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟을 위한 모든 주기적 구조체는 층들의 하나의 쌍을 측정하는 데 이용될 수 있고, 기판 상의 다른 동일한 타겟을 위한 모든 주기적 구조체는 층들의 다른 쌍을 측정하는 데 이용될 수 있으며, 여기서 오버레이 바이어스는 층-쌍들 사이의 구별을 용이하게 한다. 오버레이 바이어스의 의미는 이하에서 특히 도 7과 관련하여 설명할 것이다.
도 7(a) 내지 7(c)는 상이한 바이어스를 갖는 각각의 타겟(T)의 오버레이 주기적 구조체의 개략 단면도를 도시하고 있다. 이들은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 기판(W) 상에서 이용될 수 있다. X 방향으로 주기성을 갖는 주기적 구조체는 단지 예를 위해 도시된 것이다. 상이한 바이어스 및 상이한 배향을 갖는 이들 주기적 구조체의 상이한 조합이 제공될 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, L1과 L2로 표시된 2개의 층으로 형성된 복합 오버레이 타겟(600)이 도시되어 있다. 하부 층(L1)에는, 제1 주기적 구조체가 기판(606) 상에서 피처(예컨대, 라인)(602) 및 공간(604)에 의해 형성되어 있다. L2 층에는, 제2 주기적 구조체가 피처(예컨대, 라인)(608) 및 공간(610)에 의해 형성되어 있다(횡단면은 피처 602 및 608이 지면 안으로 연장되는 것으로 그려져 있음). 주기적 구조체 패턴은 둘 모두의 층에서 피치 P로 반복되고 있다. 라인(602, 608)은 단지 예를 위해 언급된 것이며, 도트, 블록 및 관통공(via hole)과 같은 다른 타입의 피처가 이용될 수 있다. 도 7(a)에 도시된 상황에서는, 오버레이 오차 및 바이어스가 없으며, 이로써 각각의 주기적 구조체 피처(608)가 하부 주기적 구조체의 주기적 구조체 피처(602) 위에 정확하게 놓여진다.
도 7(b)에는, 동일한 타겟이, 상부 주기적 구조체의 피처(608)가 하부 주기적 구조체의 피처에 대하여 거리 d만큼 우측으로 시프트되도록 바이어스 +d를 갖는 것으로 도시되어 있다. 즉, 피처(608)와 피처(602)는, 둘 다 정확히 공칭 위치에 인쇄된다면 피처(608)가 피처(602)에 대해 거리 d만큼 오프셋되도록 배열된다. 바이어스 거리 d는 수 나노미터, 실제로는 예컨대 5~60 nm일 수 있는 한편, 피치 P는 예컨대 300∼1000 ㎚의 범위, 예를 들면 500 nm 또는 600 nm이다. 도 7(c)에는, 동일한 타겟이, 피처(608)가 피처(602)에 대해 좌측으로 시프트되도록 바이어스 -d를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도 7(a) 내지 7(c)에 도시된 이러한 타입의 바이어스된 타겟은 예를 들어 전술한 종래 기술의 특허 공개 문헌에 기술되어 있다.
나아가, 도 7(a) 내지 7(c)에서는 0의 영역에 바이어스를 갖는 "라인 온 라인(line on line)" 타겟이라 불리는, (+d 또는 -d의 작은 바이어스가 적용되거나 적용되지 않은) 피처(602) 위에 놓이는 피처(608)가 예시되어 있지만, 타겟은 상부 주기적 구조체의 각 피처(608)가 하부 주기적 구조체의 공간(604) 위에 놓이도록 P/2, 즉 피치의 절반인 프로그램된 바이어스를 가질 수 있다. 이는 "라인 온 트렌치(line on trench)" 타겟이라 불린다. 이러한 경우, +d 또는 -d의 작은 바이어스가 적용될 수도 있다. "라인 온 라인" 타겟 또는 "라인 온 트렌치" 타겟 간의 선택은 응용예에 따라 달라진다.
도 4를 참조하면, 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)는, 도시된 바와 같이, X 방향 및 Y 방향으로 입사 방사선을 회절시키도록 그 배향이 다를 수도 있다. 일례로서, 주기적 구조체(32 및 34)는 각각 +d, -d의 바이어스를 갖는 X-방향 주기적 구조체이다. 주기적 구조체(33 및 35)는 각각 +d 및 -d의 오프셋을 갖는 Y-방향 주기적 구조체이다. 4개의 주기적 구조체가 도시되어 있지만, 다른 실시예는 필요한 정확도를 얻기 위해 보다 큰 매트릭스를 필요로 할 수도 있다. 예를 들어, 9개의 복합 주기적 구조체의 3×3 어레이가 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d의 바이어스를 가질 수 있다. 이러한 주기적 구조체의 별개 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.
도 5는, 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하고, 도 3(d)로부터의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여, 센서(23) 상에 형성되고 이에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일례를 나타낸다. 센서(19)는 상이한 개별 주기적 구조체(32 내지 35)를 분해할 수 없지만, 센서(23)는 이러한 분해가 가능하다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내고, 그 내부에서 기판 상의 조명된 스팟(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 일 실시예에서 이러한 필드는 암 상태이다. 이러한 이미지 내에서, 직사각형 영역(42-45)은 주기적 구조체(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 주기적 구조체가 제품 영역에 위치하는 경우, 제품 피처는 이러한 이미지 필드의 주변부에 보일 수도 있다. 도 5의 암시야 이미지에는 단지 하나의 복합 격자 타겟이 도시되어 있지만, 실제로 리소그래피에 의해 제조되는 제품은 수많은 층들을 가질 수 있고, 층들의 상이한 쌍 사이에 오버레이 측정이 수행되어야 한다. 층들의 쌍 사이에 각각의 오버레이 측정을 위해, 하나 이상의 복합 격자 타겟이 이용되고, 따라서 이미지 필드 내에 다른 복합 타겟이 존재할 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 주기적 구조체(32 내지 35)의 개별 이미지(42 내지 45)를 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이러한 이미지를 처리한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내에서 특정 위치에 매우 정확히 정렬될 필요가 없고, 이는 측정 장치의 처리량을 전체적으로 크게 개선시킨다.
일단 주기적 구조체의 개별 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균하거나 합산함으로써, 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 일례에 해당한다. 예를 들어, 이러한 세기를 비교하게 되면 오버레이 측정으로서 이용될 수 있는 비대칭이 드러나게 된다. 비대칭 및 그에 따른 오버레이의 측정을 위한 다른 기법에서는 센서(19)가 이용된다.
도 6은, 예를 들어 PCT 국제 공개 WO 2011/012624와 미국 특허 공개 US 2011/027704에 기술되어 있는 방법을 이용하여, 그리고 예를 들면 도 3 및 4의 장치를 이용하여, +1차 및 -1차 암시야 이미지에서 세기를 비교함으로써 드러난 주기적 구조체의 비대칭을 통해, 컴포넌트 주기적 구조체(32 내지 35)를 포함하는 2개의 층 사이의 오버레이 오차가 측정되는 방식을 나타낸다.
단계(M1)에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 계측 타겟을 형성하는 주기적 구조체(32-35)를 갖는 타겟을 포함하는 구조체를 생성하기 위해, 도 2의 리소그래피 셀을 통해 1회 이상 처리된다. M2에서는, 도 3의 계측 장치를 이용함으로써, 주기적 구조체(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔 중 단지 하나(즉, -1)만을 이용하여 획득된다. 일 실시예로서, 제1 조명 모드(예컨대, 개구 플레이트(13NW)를 이용하여 생성되는 조명 모드)가 이용된다. 그 다음에, 조명 모드를 변경하거나 또는 이미징 모드를 변경하든지, 또는 계측 장치의 시계(field of view)에서 기판(W)을 180° 회전시킴으로써, 나머지 1차 회절 빔(+1)을 이용하여 주기적 구조체의 제2 이미지가 획득될 수 있다(단계 M3). 결과적으로, +1 회절 방사선이 제2 이미지에서 캡쳐된다. 일 실시예로서, 조명 모드가 변경되고 제2 조명 모드(예컨대, 개구 플레이트(13SE)를 이용하여 생성되는 조명 모드)가 이용된다. 각 이미지에서 모든 주기적 구조체가 캡쳐될 수 있는지, 또는 별개 이미지에서 주기적 구조체를 캡쳐하도록 측정 장치와 기판 사이에 상대적인 움직임이 있어야 하는지는 설계 선택의 문제이다. 어느 경우든 모든 컴포넌트 주기적 구조체의 제1 이미지와 제2 이미지는 센서(23)에 의해 캡쳐된다고 가정된다.
각각의 이미지에 1차 회절 방사선 중 단지 반부(half)만 포함시킴으로써, 본원에서 언급되는 "이미지"는 기존의 암시야 현미경 이미지가 아니라는 점에 주목해야 한다. 개별 주기적 구조체 피처들이 분해되지 않는데, 이는 +1 및 -1차 회절 방사선 중 단자 하나만이 존재하기 때문이다. 각각의 주기적 구조체는 단순히 특정한 세기 레벨의 영역으로 표현될 것이다. 단계(M4)에서 관심 영역(ROI)은 각각의 컴포넌트 주기적 구조체의 이미지 내에서 식별되고, 그로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이는, 특히 개별 격자 이미지의 에지 주변에서, 세기 값이 프로세스 변수, 예컨대 레지스트 두께, 조성, 라인 형상, 및 일반적으로 에지 효과에 고도로 의존할 수 있기 때문에 수행된다.
각각의 개별 주기적 구조체(32-35)에 대해 관심 영역(P1, P2, P3, P4)을 식별하고 그 세기를 측정한 후, 주기적 구조체 구조체의 비대칭 및 이에 따라 예를 들어 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는, 세기에 있어서 임의의 차이, 즉 비대칭을 식별하기 위해 단계(M5)에서 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 각각의 주기적 구조체(32-35)에 대하여 +1차 및 -1차에 대해 획득된 세기 값을 비교함으로써 이루어진다. "차이"라는 용어는 뺄셈만을 의미하는 것은 아니다. 차이는 비율의 형태로 계산될 수도 있다. 이와 같이 세기 차이는 각각의 주기적 구조체에 대한 비대칭의 측정을 획득하기 위해 단계(M5)에서 계산된다. 단계(M6)에서는 타겟(T)의 근방에서 리소그래피 프로세스의 하나 이상의 성능 파라미터를 계산하기 위해, 적용가능하다면 이러한 주기적 구조체의 오버레이 바이어스에 대한 정보와 함께 다수의 주기적 구조체에 대한 측정된 비대칭이 이용된다. 관심 있는 성능 파라미터는 오버레이일 수 있다. 포커스 및/또는 선량 등의 리소그래피 프로세스의 다른 성능 파라미터가 계산될 수 있다. 이러한 하나 이상의 성능 파라미터는 리소그래피 프로세스의 개선을 위해 피드백 될 수 있고 및/또는 도 6의 측정 및 계산 프로세스 자체를 개선하기 위해 이용될 수 있다.
오버레이를 결정하기 위한 일 실시예로서, 도 8에서 곡선(702)은 오버레이 주기적 구조체를 형성하는 개별 주기적 구조체 내에서 어떠한 피처 비대칭도 갖지 않으며 제로 오프셋을 갖는 '이상적인' 타겟에 대해 측정된 비대칭(A)과 오버레이 오차(OV) 간의 관계를 나타낸다. 이러한 그래프는 오버레이를 결정하는 원리를 단지 예시하기 위한 것이며, 그래프에서 측정된 비대칭(A)과 오버레이 오차(OV)의 단위는 임의적이다.
도 7(a)-(c)의 '이상적인' 상황에서는, 곡선(702)으로부터 측정된 비대칭(A)이 오버레이와 정현파 관계를 가짐을 알 수 있다. 정현파 변화의 주기(P)는 주기적 구조체의 주기(피치)에 대응하며, 물론 적절한 스케일로 변환된다. 이러한 정현파 형태는 본 예에서는 순수한 형태이지만, 실제 상황에서는 고조파를 포함할 수 있다. 단순화를 위해서, 본 예에서는 (a) 타겟으로부터 단지 1차 회절 방사선만이 이미지 센서(23)에 도달하며(또는 주어진 실시예에 따라 이와 동등함) (b) 실험적인 타겟 설계가 이러한 1차 회절 내에서 상부와 하부 주기적 구조체 결과 사이에 오버레이와 세기 간의 순수한 정현파 관계가 성립하게 된다고 가정한다. 실제로 이것이 성립하는지 여부는 광학 시스템 설계, 조명 방사선의 파장, 주기적 구조체의 피치(P), 타겟의 설계 및 스택에 달려있다.
앞서 언급한 바와 같이, 단일한 측정에 의존하기보다는 바이어스된 주기적 구조체가 오버레이를 측정하는 데 이용될 수 있다. 이러한 바이어스는 그것이 만들어지는 패터닝 디바이스(예컨대, 레티클)에서 규정되는 기지의 값을 가지며, 측정된 신호에 대응하여 오버레이의 기판상(on-substrate) 보정으로 기능한다. 도면에서는 이러한 계산이 그래프로 도시되어 있다. 도 6의 단계(M1-M5)에서, 비대칭 측정 A(+d) 및 A(-d)가 각각 바이어스 +d 및 -d를 갖는 컴포넌트 주기적 구조체에 대해 획득된다(예를 들면 도 7(b) 및 7(c)에 도시된 바와 같이). 이러한 측정치를 정현파 곡선으로 근사(fitting)하면 도시된 바와 같이 포인트(704 및 706)가 주어진다. 바이어스를 알게 되면, 진정한 오버레이 오차(OV)가 계산될 수 있다. 바이어스를 알게 되면 실제의 오버레이 오차(OV)를 계산할 수 있다. 정현파 곡선의 피치(P)는 타겟의 설계로부터 알려진다. 곡선(702)의 수직 스케일은 처음부터 알려져 있는 것은 아니며 1차 고조파 비례 상수(K1)라 지칭될 수 있는 미지의 인자이다.
수식으로 표현하면, 오버레이와 비대칭 간의 관계는 다음과 같을 것으로 가정된다:
Figure pct00001
여기서, OV는 주기적 구조체 피치(P)가 각도 2π 라디안에 대응하도록 하는 스케일로 표현된다. 상이한 기지의 바이어스를 갖는 주기적 구조체의 2개의 측정치를 이용하면, 미지의 K1 및 오버레이(OV)를 계산하기 위해 2개의 수식을 풀 수 있다.
위에서 기술된 계측 타겟은, 계측 타겟이 프로세스 스택의 공칭 변화에 대하여 측정 로버스트를 제공하게 되는 유연성과 함께, 특정 프로세스 스택과 연관된 하나 이상의 특정 층에 대해 설계된다(즉, 이러한 프로세스 스택은 층에 대해 특정 디바이스 또는 그 일부를 구성하는 데 이용되는 프로세스들 및 재료이고, 예를 들면 수반되는 것 또는 재료 층들(예컨대, 그 두께 및/또는 재료 타입), 리소그래피 노광 프로세스, 레지스트 현상 프로세스, 베이크 프로세스, 에칭 프로세스 등). 즉, 계측 타겟은 프로세스 층들에 대한 정보(예컨대, 재료, 두께 등), 층에 적용되는 처리 단계 등을 이용하여 설계되어, 측정 중인 리소그래피 프로세스의 파라미터에 대해 최적은 아니지만 양호한 측정 결과를 얻게 되는 계측 타겟에 도달하게 된다.
그러나, 리소그래피 프로세스 개발 중에 특정 층에 대한 프로세스 스택은 공칭으로부터 상당히 벗어나 변화할 수 있다. 기존의 타겟은 프로세스 스택의 큰 변화(즉, 프로세스 변화)를 다룰 수 없다. 따라서, 이러한 변화의 극단적인 경우를 지향하기 위해 다수의 타겟이 설계될 수 있다. 이는 새로운 타겟 설계를 필요로 하며, 즉 이러한 새로운 타겟이 예를 들어 마스크 상에 테이프 아웃(tape-out)되기 전에 프로세스 개발에 있어 상당한 기간을 기다려야 할 수 있고, 따라서 연구 개발 사이클 시간이 상당히 늘어난다. 나아가, 다수의 타겟은 각각의 상이한 타겟에 대해 상이한 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)를 생성하는 데 상당한 비용이 소요됨을 의미할 수 있다. 또는, 이러한 타겟을 수용하기 위한 공간(즉, 패터닝 디바이스 패턴 상의 가용 공간)이 이용가능하지 않을 수 있고 및/또는 이러한 다수의 타겟을 측정하기 위한 처리량에 상당한 영향을 미칠 수도 있다.
더불어, 한 쌍의 층들 사이에 오버레이를 측정하기 위해 전형적인 회절 기반 오버레이 타겟이 이용된다. 그러나 새로운 프로세스(예컨대, 다중-패터닝 프로세스, 비아-래스트(via-last) 프로세스 등)에 따르면 단지 하나의 층-쌍 사이에서 뿐만 아니라 다수의 층-쌍들 사이에서 오버레이 측정을 수행할 필요성이 생기고 있다. 위에서 논의한 프로세스 발전의 예와 마찬가지로, 다중-층 오버레이에 대한 해결수단은 오버레이 타겟의 수(즉, 상이한 층-쌍들에 대해 필요한 상이한 타겟들)를 늘리게 되어 그에 따라 측정(즉, 다중-층 조합의 각 쌍에 대한 측정)의 수가 늘어나게 된다. 이 때문에, 늘어난 측정 횟수로 인해 목표 "실용 공간(real estate)"(즉, 이러한 개별 층-쌍 타겟을 수용하기 위한 패터닝 디바이스 패턴 상의 가용 공간)과 처리량의 희생이 따르게 된다.
그러므로 일 실시예에 따라, 전체 사이즈는 작지만 다중-설계 주기적 구조체의 세트를 포함하는 다중-주기적 구조체 타겟-클러스터(주기적 구조체들의 단일 클러스터)를 포함하는 회절 계측 타겟이 제공된다; 참조의 편의상, 이러한 타겟은 확장된 작동 범위의 계측 타겟이라 지칭된다. 따라서, 예를 들어 프로세스 개발을 위해, 확장된 작동 범위의 계측 타겟으로부터 주기적 구조체들의 일 서브세트가 특정 프로세스 스택 조건을 위해 이용될 수 있는 한편, 이러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟으로부터 주기적 구조체들의 다른 서브세트(들)가 이와 다른 프로세스 스택 조건을 위해 이용될 수 있어, 프로세스 스택의 상당한 변화를 다룰 수 있게 된다. 그 대안으로서 또는 부가적으로, 예를 들어 다중-층 오버레이에 대하여, 확장된 작동 범위의 계측 타겟으로부터 주기적 구조체들의 일 서브세트가 특정 층-쌍에 대해 이용될 수 있는 한편, 확장된 작동 범위의 계측 타겟으로부터 주기적 구조체들의 다른 서브세트(들)가 이와 다른 층-쌍에 대해 이용될 수 있어, 다중-층 오버레이가 가능해진다.
따라서, 상당한 프로세스 스택 변화의 상황에서(예컨대, 계측 타겟의 특정 주기적 구조체 설계로는 적절히 다룰 수 없는 프로세스 스택의 변화), 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 프로세스 스택에 변경이 이루어져야 하는 경우에도 성공적인 측정 결과의 가능성을 높이게 될 실질적으로 상이한 설계들을 두는 것을 가능하게 한다(모두 적정한 사이즈의 타겟 내에 있음). 이는, 프로세스 스택 변화를 프로액티브하게 예견하는 상이한 설계들의 존재로 인해 첫 시도 측정 성공의 가능성을 높일 수 있다. 그리고 다중-오버레이 측정의 상황에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 하나의 측정 시퀀스로 다수의 층들 사이의 오버레이 측정을 가능하게 한다. 즉, 일 실시예로서, 다수의 층-쌍들이 하나의 측정 시퀀스로 측정될 수 있고, 일 실시예로서, 다수의 층-쌍들의 회절 데이터가 동시에 검출될 수 있다.
확장된 작동 범위의 계측 타겟에 상이하게 설계된 주기적 구조체를 구비함으로써, 다중-층 및/또는 프로세스 스택에 있어서의 상당한 변화가 주기적 구조체의 상이하게 설계된 세트를 갖는 단일한 계측 타겟에 의해 다루어질 수 있다. 이로써, 각각의 상이한 개별 타겟에 대해 상이한 패터닝 디바이스들(예컨대, 마스크들)을 생성하는 비용 및/또는 측정 시간의 비용이 상당히 줄어들 수 있다. 나아가, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 비교적 작은 사이즈에 의해, 다수의 상이한 개별 타겟들에 대한 목표 "실용 공간"(즉, 이러한 개별 층-쌍 타겟을 수용하기 위한 패터닝 디바이스 패턴 상의 가용 공간)의 비용 및 증가된 측정 시간으로 인한 처리량의 비용이 상당히 줄어들 수 있다. 그러므로, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 실용 공간의 관점에서 충분히 작은 단일 타겟-클러스터 내에 이러한 다수의 타겟을 들여올 수 있고, 이는 또한 다수의 개별 타겟에 비하여 측정 시간의 관점에서도 바람직하다.
도 9를 참조하면, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)의 일 실시예가 도시되어 있다. 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 복수의 서브타겟을 포함하는데, 본 예에서는 4개의 회절 서브타겟(802, 804, 806, 808)을 포함한다. 상이한 수의 서브타겟이 제공될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 단지 두 개의 서브타겟이 제공될 수 있다. 대안으로서 3개, 5개, 6개, 7개, 8개 등의 서브타겟이 제공될 수 있다. 일 실시예로서, 각 서브타겟(802-808)은 이웃하는 서브타겟으로부터 갭(820)만큼 분리된다. 일 실시예로서, 갭은 200nm 이상, 250nm 이상, 350nm 이상, 500nm 이상, 750nm 이상, 또는 1㎛ 이상이다. 이러한 갭은 서브타겟들이 별개로 식별될 수 있도록 서브타겟들의 재구성을 용이하게 한다. 나아가, 이러한 갭으로 인해, 하나의 서브타겟이 다른 서브타겟에 이르기까지 연장되는 것에 의한 회절의 크로스토크를 방지할 수 있다.
각각의 서브타겟은 주기적 구조체를 포함한다. 일 실시예로서, 각각의 서브타겟은 적어도 한 쌍의 주기적 구조체를 포함한다. 일 실시예로서, 각각의 서브타겟은 적어도 두 쌍의 주기적 구조체를 포함한다. 일 실시예로서, 서브타겟 내에서 주기적 구조체의 피처(예컨대, 라인)는 동일한 방향으로 연장된다. 일 실시예로서, 서브타겟의 적어도 하나의 주기적 구조체는, 서브타겟의 다른 주기적 구조체의 피처가 연장되는 방향과는 상이한 방향으로(예컨대, 실질적으로 수직한 방향으로) 연장되는 피처를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 하나의 서브타겟의 주기적 구조체의 피처가 연장되는 방향(들)은 다른 서브타겟의 주기적 구조체의 피처가 연장되는 방향과 상이할 수 있다.
일 실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 서브타겟은 제1 방향(예컨대, X-방향)으로 연장되는 피처를 갖는 제1 쌍의 주기적 구조체(810)와, 제2의 상이한 방향(예컨대, 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향, 예를 들면 Y-방향)으로 연장되는 피처를 갖는 제2 쌍의 주기적 구조체(812)를 갖는다. 위에서 논의한 바와 같이, 서브타겟 중 하나 이상은 제2 쌍의 주기적 구조체가 상이한 방향으로 연장될 필요가 없거나 제2의 상이한 방향은 서브타겟 중 하나 이상에 대하여 제1 방향에 수직하지 않거나 평행하지 않을 수도 있다. 이러한 예에서 각각의 서브타겟(802-808)은 도 4의 타겟과 유사한 전체 레이아웃을 갖는다. 즉, 각각의 서브타겟은, X-방향으로 연장되는 피처들이 반대편 코너에 있는 제1 쌍의 주기적 구조체와, Y-방향으로 연장되는 피처들이 제1 쌍의 주기적 구조체에 대해 반대편 코너에 있는 제2 쌍의 주기적 구조체를 가진다. 그러나 서브타겟의 레이아웃은 도 9에 도시된 것과 다를 수 있다. 예를 들어, 주기적 구조체의 위치가 상이할 수 있다. 다른 예로서, 한 쌍의 주기적 구조체의 길이 및/또는 폭이 다른 쌍의 주기적 구조체의 길이 및/또는 폭과 다를 수 있다. 다른 쌍의 주기적 구조체에 대하여 한 쌍의 주기적 구조체가 연장되는 상대적인 각도가 상이할 수 있다. 서브타겟에 대한 상이한 레이아웃의 예는 도 12(a)-12(e)와 관련하여 설명할 것이다.
서브타겟들(802-808)은 전적으로 또는 적어도 부분적으로 도 4의 타겟과 동일한 인접 영역 내에 들어 맞을 수 있는 사이즈를 갖는다. 예를 들어, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 25㎛×25㎛ 이하, 20㎛×20㎛ 이하, 16㎛×16㎛ 이하, 12㎛×12㎛ 이하, 10㎛×10㎛ 이하, 또는 8㎛×8㎛ 이하의 외측 치수를 가질 수 있다. 일 실시예로서, 각 서브타겟의 적어도 일부는 기판 상에서 특정 사이즈의 인접 영역 내에 있다. 일 실시예로서, 복수의 서브타겟의 각 주기적 구조체의 적어도 일부는 기판 상에서 특정 사이즈의 인접 영역 내에 있다. 일 실시예로서, 복수의 서브타겟의 각각의 주기적 구조체는 기판 상에서 특정 사이즈의 인접 영역 내에 있다. 일 실시예로서, 이러한 특정 사이즈는 1000㎛2 이하, 900㎛2 이하, 800㎛2 이하, 700㎛2 이하, 600㎛2 이하, 500㎛2 이하, 450㎛2 이하, 400㎛2 이하, 350㎛2 이하, 300㎛2 이하, 250㎛2 이하, 200㎛2 이하, 150㎛2 이하, 또는 100㎛2 이하이다. 일 실시예로서, 서브타겟(802-808)의 각각의 주기적 구조체는 3㎛×3㎛ 이상 또는 4㎛×4㎛ 이상이다. 일 실시예로서, 서브타겟(802-808)의 각각의 주기적 구조체는 9㎛2 이상 또는 16㎛2 이상이다.
일 실시예로서, 각각의 서브타겟의 적어도 일부가 기판 상에서의 측정 스팟의 영역 내에(예를 들면, 측정 스팟의 폭 내에) 있다. 일 실시예로서, 복수의 서브타겟의 각 주기적 구조체의 적어도 일부가 기판 상에서의 측정 스팟의 영역 내에(예를 들면, 측정 스팟의 폭 내에) 있다. 일 실시예로서, 복수의 서브타겟의 각각의 주기적 구조체가 기판 상에서의 측정 스팟의 영역 내에(예를 들면, 측정 스팟의 폭 내에) 있다. 일 실시예로서, 이러한 측정 스팟은 약 35㎛ 이하, 약 30㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 또는 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하의 폭(예컨대, 지름)을 가진다. 그러므로 일 실시예로서, 다수의 서브타겟이 하나의 측정 시퀀스로 측정될 수 있고, 일 실시예로서 다수의 서브타겟의 회절 데이터가 동시에 검출될 수 있다.
도 4의 타겟과 마찬가지로, 일 실시예에서는 복수의 서브타겟이 적어도 부분적으로 다른 주기적 구조체 위에 덮여 있다(이러한 다른 주기적 구조체는 단순히 명확화를 위해 도 9에 도시되어 있지 않음). 일 실시예로서, 각각의 서브타겟(802-806)은 적어도 부분적으로 개개의 주기적 구조체 위에 덮여 있다. 일 실시예로서, 제1의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)이 제2의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800) 위에 덮여 있다. 이러한 경우, 제1의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)의 복수의 서브타겟(802-806) 각각은 제2의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)의 개개의 서브타겟(802-806) 위에 덮여 있을 수 있다. 일 실시예로서, 제1의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 하나의 층에 있을 수 있고, 제2의 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 다른 하나의 층에 있을 수 있다. 일 실시예로서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 하나의 층에 있을 수 있고, 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(800)은 상이한 층들에 복수의 서브타겟을 각각 가질 수 있다.
나아가, 다수의 서브타겟이 단일한 레이아웃 내에 생성되는 것 외에도, 복수의 서브타겟 각각이 (a) 상이한 프로세스 조건 및/또는 (b) 다중-층 오버레이를 위해 상이한 층-쌍에 대해 설계된다. 달리 말하면, 일 실시예로서 복수의 서브타겟 중 제1 서브 타겟(802)이 복수의 서브타겟 중 제2 서브타겟(804)와는 상이한 설계를 가진다. 일 실시예로서, 각각의 서브타겟(802-808)은 상이한 설계를 가질 수 있다. 일 실시예로서, 복수의 서브타겟 중 둘 이상의 서브타겟(802, 808)이 복수의 서브타겟 중 둘 이상의 다른 서브타겟(804, 806)과 상이한 설계를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 상이한 프로세스 조건에 대해 설계된 복수의 서브타겟을 갖는 (도 9의 설계의) 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900, 902)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 참조의 편의를 위해, 서브타겟(802, 804, 806, 808)은 도 10에 일렬로 도시되어 있다. 도 9의 레이아웃으로부터 알 수 있는 것처럼, 실제로는 도 10의 서브타겟(806, 808)이 도 10의 서브타겟(802, 804)의 "전방" 또는 "후방"에, 즉 각각 지면 안으로 또는 지면 밖으로, 위치할 수 있다. 나아가, 이러한 실시예에서 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)은 하나의 층에 있고, 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)은 다른 하나의 층에 있다. 즉, 도 10에서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각이 적어도 부분적으로 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 개개의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 위에 덮이도록, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상부 층에 있고 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900) 아래의 한 층에 있다.
도 10의 예에서, 각각의 서브타겟(802, 804, 806, 808)은 상이한 프로세스 스택에 대해 설계된다. 본 예에서, 서브타겟(802)은 100nm의 제1 층(904) 및 100nm의 제2 층(906)을 갖는 프로세스 스택에 대해 설계되고, 서브타겟(804)은 100nm의 제1 층(904) 및 110nm의 제2 층(906)을 갖는 프로세스 스택에 대해 설계되며, 서브타겟(806)은 110nm의 제1 층(904) 및 110nm의 제2 층(906)을 갖는 상이한 프로세스 스택에 대해 설계되고, 서브타겟(808)은 120nm의 제1 층(904) 및 110nm의 제2 층(906)을 갖는 프로세스 스택에 대해 설계된다. 상이한 프로세스 스택의 조건이 본 예에서 사용된 것과 다를 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 프로세스 조건은 층 두께와는 다른 것일 수 있다. 다른 프로세스 조건에는, 굴절률, 층 재료, 에칭 비율, 베이크 온도, 노광 포커스, 노광 선량 등이 포함될 수 있다. 나아가, 본 예에서 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)은, 이러한 타겟이 위에 덮여 있는 연관된 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)과 상이하게 설계되지만(예를 들면, 도 10에서는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902) 내의 주기적 구조체 피처가 세그먼트화되어 있지만, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900) 내의 주기적 구조체 피처는 그렇지 않음), 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)과 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)이 동일할 수도 있다. 나아가, 도 10에서는 4개의 상이한 프로세스 스택이 성공적으로 측정될 수 있지만, 성공적으로 측정될 수 있는 상이한 수의 프로세스 스택이 있을 수 있다.
설계상 차이의 측면에서, 일 실시예로서, 이러한 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 사이의 주기적 구조체의 피치의 차이이다. 일 실시예로서, 이러한 피치는 100nm 내지 1000nm의 범위에서 선택된다. 일 실시예로서, 설계상의 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 사이의 주기적 구조체의 피처(예컨대, 라인) 또는 공간 폭의 차이이다. 일 실시예로서, 설계상의 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 사이의 주기적 구조체의 피처의 세그먼트화(예컨대, 실선이 아닌 파선)에 있어서의 차이이다. 일 실시예로서, 설계상 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 사이의 주기적 구조체의 바이어스(예컨대, 양 및/또는 방향)의 차이이다. 일 실시예로서, 이러한 바이어스는 1nm 내지 60nm의 범위에서 선택된다. 화살표는 바이어스 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 설계상 차이는 위에 놓여 있는 확장된 작동 범위의 계측 타겟 사이의 피처 또는 공간 폭의 차이(예컨대, "상부 및 하부 CD"의 차이)이고, 예를 들면 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나의 피처 또는 공간 폭이, 그 위에 놓여 있는 제2의 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 연관된 적어도 하나의 피처 또는 공간 폭과 상이하다. 일 실시예로서, 설계상 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808)과 이들의 연관된 주기적 구조체의 레이아웃의 차이이다. (예를 들어 이후 기술되는 12(a) 내지 12(e)를 참조할 것) 일 실시예로서, 설계상 차이는 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 적어도 하나와 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 사이의 측정 빔을 위한 최적 파장의 차이이다. 각각의 서브타겟(802, 804, 806, 808)에 대해 동일한 파장 측정 레시피가 이용되는 경우, 서브타겟(802, 804, 806, 808)은 각 서브타겟 상에서 최소 성능 손실을 수용하도록 최적화될 수 있다. 또는 일 실시예로서, 복수의 서브타겟에 대해 다수의 파장이 이용될 수 있거나 서브타겟에 적용되는 광대역 방사선으로부터 파장이 분리될 수 있다. 설계 파라미터의 조합이 이용될 수도 있다는 점을 이해할 것이다.
그러므로 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900, 902)이, 제1 예시에서 서브타겟(802)의 특성을 갖는 프로세스 스택에, 즉 100nm의 제1 층(904) 및 100nm의 제2 층(906)을 갖는 프로세스 스택에 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900, 902)의 측정이 이루어질 때 서브타겟(802)으로부터의 측정 결과는 그러한 프로세스 스택에 대해 양호할 것이지만 서브타겟(804, 806, 808)으로부터의 측정 결과는 덜 양호할 것이다. 그러나 편리하게도, 동일한 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900, 902)이, 제2 예시에서 서브타겟(804)의 특성을 갖는 프로세스 스택에, 즉 100nm의 제1 층(904) 및 110nm의 제2 층(906)을 갖는 프로세스 스택에 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 상이한 프로세스 스택에서 그러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900, 902)의 측정이 이루어질 때 서브타겟(804)으로부터의 측정 결과는 그러한 프로세스 스택에 대해 양호할 것이지만 서브타겟(802, 806, 808)으로부터의 측정 결과는 덜 양호할 것이다.
측정 결과가 양호한지 여부를 결정하기 위해, 하나 이상의 상이한 기법이 이용될 수 있다. 예를 들면, 위에서 언급한 제1 예시에서, 단순히 서브타겟(804, 806, 808)으로부터의 측정 결과가 없거나 상당히 약할 수 있는데, 이러한 결과가 실질적으로 측정 가능하지 않기 때문이다. 다른 예로서, 각각의 서브타겟에 대해 잔차(예컨대, 오버레이 잔차)가 측정될 수 있고, 하나의 서브타겟에 대한 더 낮거나 가장 낮은 잔차가, 서브타겟으로부터의 측정 결과가 양호함을 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 또 다른 프로세스에 의해 동일한 파라미터(예컨대, 오버레이)가 측정될 수 있다. 일례로서, 파라미터에 대한 값을 결정하기 위해 전기적 테스트가 수행될 수 있고, 이러한 전기적 테스트에 의해 측정되는 것에 가장 가까운 값을 갖는 서브타겟이, 서브타겟으로부터의 측정 결과가 양호함을 나타낼 수 있다.
도 11을 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 갖는 (도 9의 설계의) 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1000, 1002)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 참조의 편의를 위해, 서브타겟(802, 804, 806, 808)은 도 11에 일렬로 도시되어 있다. 도 9의 레이아웃으로부터 알 수 있는 것처럼, 실제로는 도 11의 서브타겟(806, 808)이 도 11의 서브타겟(802, 804)의 "전방" 또는 "후방"에, 즉 각각 지면 안으로 또는 지면 밖으로, 위치할 수 있다. 나아가, 이러한 실시예에서 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)은 하나의 층에 있고, 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)은 상이한 층들에 각각의 복수의 서브타겟을 가진다. 즉, 도 11에서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각이 적어도 부분적으로 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 개개의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 위에 덮이도록, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상부 층에 있고 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900) 아래의 상이한 층에 있다.
도 11의 예에서, 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 상이한 층에 대해 설계된다. 이러한 예에서, 서브타겟(802)은 상부의 층과 층(1010)의 제1 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되고, 서브타겟(804)은 상부의 층과 층(1008)의 제2 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되며, 서브타겟(806)은 상부의 층과 층(1006)의 제3 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계되고, 서브타겟(808)은 상부의 층과 층(1004)의 제4 층-쌍에 대한 오버레이를 측정하도록 설계된다. 이러한 예에서 각 서브타겟은 상이한 층-쌍을 측정하지만, 일 실시예로서 서브타겟 중 둘 이상이 제1 층-쌍을 측정할 수 있고 하나 이상의 다른 서브타겟이 제2 층-쌍을 측정할 수 있다. 나아가, 도 1에서는 4개의 상이한 층-쌍이 측정될 수 있지만, 측정될 수 있는 상이한 수의 층-쌍이 있을 수도 있다.
이러한 실시예에서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각은 동일한 설계를 가지며, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808)은 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 서브타겟(802, 804, 806, 808)과 설계 측면에서 동일하다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 둘 이상이 상이한 층들에 있으면서(따라서 상이한 설계를 가짐), 여전히 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900) 아래에 놓인다. 일 실시예로서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상이 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 다른 하나 이상과 상이한 설계를 가질 수 있다. 일 실시예로서, 제1 확장된 작동 범위의 계측 타겟(900)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상이 제2 확장된 작동 범위의 계측 타겟(902)의 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상과 상이한 설계를 가질 수 있다.
일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟에서 서브타겟(802, 804, 806, 808) 각각의 위치로 인하여, 각각의 특정 상이한 층-쌍에 대한 오버레이가 쉽게 만들어질 수 있다. 나아가, 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 각각의 상이한 층-쌍에 대해 서브타겟(802, 804, 806, 808)을 가지기 때문에, 복수의 상이한 층-쌍의 측정이 하나의 측정 시퀀스로 이루어질 수 있으며, 예컨대 각각의 상이한 층-쌍의 회절 정보가 한번에 캡쳐될 수 있다. 각각의 상이한 층-쌍의 측정된 오버레이 값을 별개로 이용하는 대신에 또는 이렇게 별개로 이용하는 것에 부가하여, 서브타겟(802, 804, 806, 808)을 이용한 측정치들의 평균, 중간값 또는 기타 통계값이 프로세스 제어를 위해 이용될 수 있다. 이는, 작은 크기로 인해 서브타겟(802, 804, 806, 808) 중 하나 이상의 특정한 신뢰가능성에 우려가 있는 경우 유용할 수 있다. 통계값은 특이점을 제거하는데 도움이 될 수 있다.
도 12(a)-12(e)는 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 추가적인 실시예를 나타낸다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 이러한 실시예는 다중-층 오버레이 측정을 위해 설계된다. 하지만, 부가적으로 또는 대안적으로, 이러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 프로세스 스택 변화에 대하여 적절한 수정을 거쳐 이용될 수 있다(즉, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 상이한 서브타겟이 상이한 프로세스 스택 조건에 대해 설계됨). 물론, 확장된 작동 범위의 계측 타겟에 대한 설계 가능성은 도 9 및 12(a)-12(e)에 도시된 것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 상이하거나 더 많은 프로세스 스택 변화, 상이한 양의 층들, 상이한 레이아웃 제약 등을 수용하도록 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 상이한 설계 변화가 가능하다. 나아가, 도 12(a)-12(e)에서 각각의 확장된 작동 범위의 계측 타겟 설계는 2개의 서브타겟을 나타낸다. 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 셋 이상의 서브타겟을 가질 수 있다는 점을 인식할 것이다.
일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 방사선에 노광되는 피처의 수를 최대화하도록 설계된다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 동일한 타입의 주기적 구조체(예컨대, 동일한 치수, 면적 등)를 최대화하도록 설계된다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 대칭을 최대화하도록 설계된다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 다른 서브타겟의 주기적 구조체의 사이즈에 비해 하나의 서브타겟의 주기적 구조체의 사이즈를 최대화하면서도 이러한 서브타겟 각각에 대해 실질적으로 동일하거나 유사한 회절 효율을 유지하도록 설계된다.
도 12(a)를 참조하면, 제1 서브타겟(1202) 및 제2 서브타겟(1204)을 갖는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1200)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 9의 확장된 작동 범위의 계측 타겟에 비하여, 서브타겟들은 서로 "교차배치(interleave)"되어 있으며 이 경우 제2 서브타겟(1204)의 주기적 구조체는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1200)의 중심에서 만나고 제1 서브타겟(1202)의 주기적 구조체는 외주 둘레로 배열된다. 본 실시예에서, 제1 서브타겟(1202)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L1) 및 폭(W1)은 제2 서브타겟(1204)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L2)(도 12(b) 참조) 및 폭(W2)과 실질적으로 동일하다. 일 실시예로서, 길이 L1, L2는 8㎛이고 폭 W1, W2는 4㎛이다. 일 실시예로서, 피처 길이는 3500-4000nm의 범위, 예컨대 3875nm이다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 인접한 측 사이의 간격은 150-400nm의 범위, 예컨대 250nm이다. 일 실시예로서, 이러한 간격은 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 모든 인접한 측 사이에 균일한 것은 아니다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟(1202, 1204) 사이에 바이어스 차이가 존재할 수 있다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 바이어스는 60nm 이하이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1200)은 30nm 이하의 범위에서 오버레이 측정이 가능하다.
도 12(b)를 참조하면, 제1 서브타겟(1222) 및 제2 서브타겟(1224)을 갖는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1220)의 일 실시예가 도시되어 있다. 각각의 서브타겟은 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1220)의 별개의 인접 영역이다. 이 경우 제1 서브타겟(1222)은 "상단" 부분에 있고 제2 서브타겟(1224)은 "하단" 부분에 있다. 본 실시예에서, 제1 서브타겟(1222)의 각 주기적 구조체의 길이(L1) 및 폭(W1)은 제2 서브타겟(1224)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L2) 및 폭(W2)과 실질적으로 동일하다. 일 실시예로서, 길이 L1, L2는 8㎛이고 폭 W1, W2는 4㎛이다. 일 실시예로서, 피처 길이는 3500-4000nm의 범위, 예컨대 3875nm이다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 인접한 측 사이의 간격은 150-400nm의 범위, 예컨대 250nm이다. 일 실시예로서, 이러한 간격은 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 모든 인접한 측 사이에 균일한 것은 아니다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟(1222, 1224) 사이에 바이어스의 차이가 존재할 수 있다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 바이어스는 60nm 이하이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1220)은 30nm 이하의 범위에서 오버레이 측정이 가능하다.
도 12(c)를 참조하면, 제1 서브타겟(1242) 및 제2 서브타겟(1244)을 갖는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1240)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 12(c)의 설계는, 서브타겟들이 서로 "교차배치"되어 있으며 이 경우 제2 서브타겟(1244)의 주기적 구조체는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1240)의 중심에서 만나고 제1 서브타겟(1242)의 주기적 구조체는 외주 둘레로 배열된다는 점에서, 도 12(a)의 설계와 유사하다. 본 실시예에서, 제1 서브타겟(1242)의 각 주기적 구조체의 길이(L1)는 제2 서브타겟(1244)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L2)와 상이하며, 제1 서브타겟(1242)의 각 주기적 구조체의 폭(W1)은 제2 서브타겟(1244)의 각각의 주기적 구조체의 폭(W2)과 실질적으로 동일하다. 일 실시예로서, 길이 L1은 6㎛이고 폭 W1은 4.9㎛이다. 일 실시예로서, 길이 L2은 10.4㎛이고 폭 W2는 4.9㎛이다. 일 실시예로서, 피처 길이는 3500-4000nm의 범위, 예컨대 3875nm이다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 인접한 측 사이의 간격은 150-400nm의 범위, 예컨대 250nm이다. 일 실시예로서, 이러한 간격은 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 모든 인접한 측 사이에 균일한 것은 아니다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟(1242, 1244) 사이에 바이어스 차이가 존재할 수 있다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 바이어스는 60nm 이하이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1240)은 30nm 이하의 범위에서 오버레이 측정이 가능하다. 이러한 실시예는, 제2 서브타겟(1244)이 제1 서브타겟(1242)보다 낮은 층을 위해 이용되는 다중-층 오버레이를 위해 유리할 수 있는데, 층 재료, 두께 등의 속성이 이러한 낮은 층으로부터의 회절 방사선을 실질적으로 감쇠시키거나 방해하기 때문이다. 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 소프트웨어(이하 보다 상세하게 설명함)는, 층 재료, 두께 등의 속성에 기초하여, 제1 및 제2 서브타겟(1242, 1244) 각각의 회절 효율이 실질적으로 동일하거나 유사하도록 제1 및 제2 서브타겟(1242, 1244)의 주기적 구조체의 설계 파라미터(예컨대, 피처 및 공간 폭, 피치, 레이아웃 등)를 선택한다. 이는 제1 서브타겟(1242) 또는 제2 서브타겟(1244)으로부터의 과잉 회절 방사선으로부터 측정 센서의 클리핑을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
도 12(d)를 참조하면, 제1 서브타겟(1262) 및 제2 서브타겟(1264)을 갖는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1260)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 12(d)의 설계는 도 12(c)의 설계와 유사하며, 차이는 이러한 설계가 보다 대칭적이라는 점이다. 이러한 예에서, 제2 서브타겟(1264)은 십자가 형상이고, 제1 서브타겟(1262)은 외주 둘레로 배열된다. 본 실시예에서, 제1 서브타겟(1262)의 각 주기적 구조체의 길이(L1)는 제2 서브타겟(1264)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L2)와 상이하며, 제1 서브타겟(1262)의 각 주기적 구조체의 폭(W1)은 제2 서브타겟(1264)의 각각의 주기적 구조체의 폭(W2)과 실질적으로 동일하다. 일 실시예로서, 길이 L1은 5.4㎛이고 폭 W1은 5.4㎛이다. 일 실시예로서, 길이 L2은 7.5㎛이고 폭 W2는 5.4㎛이다. 일 실시예로서, 피처 길이는 3500-4000nm의 범위, 예컨대 3875nm이다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 인접한 측 사이의 간격은 150-400nm의 범위, 예컨대 250nm이다. 일 실시예로서, 이러한 간격은 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 모든 인접한 측 사이에 균일한 것은 아니다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟(1262, 1264) 사이에 바이어스 차이가 존재할 수 있다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 바이어스는 60nm 이하이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1260)은 30nm 이하의 범위에서 오버레이 측정이 가능하다. 이러한 실시예는, 제2 서브타겟(1264)이 제1 서브타겟(1262)보다 낮은 층을 위해 이용되는 다중-층 오버레이를 위해 유리할 수 있는데, 층 재료, 두께 등의 속성이 이러한 낮은 층으로부터의 회절 방사선을 실질적으로 감쇠시키거나 방해하기 때문이다. 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 소프트웨어(이하 보다 상세하게 설명함)는, 층 재료, 두께 등의 속성에 기초하여, 제1 및 제2 서브타겟(1262, 1264) 각각의 회절 효율이 실질적으로 동일하거나 유사하도록 제1 및 제2 서브타겟(1262, 1264)의 주기적 구조체의 설계 파라미터(예컨대, 피처 및 공간 폭, 피치, 레이아웃 등)를 선택한다. 이는 제1 서브타겟(1262) 또는 제2 서브타겟(1264)으로부터의 과잉 회절 방사선으로부터 측정 센서의 클리핑을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 설계는 도 12(c)의 설계보다 약간 더 균형을 이루고 있다.
도 12(e)를 참조하면, 제1 서브타겟(1282) 및 제2 서브타겟(1284)을 갖는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1280)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 12(e)의 설계는 제1 및 제2 서브타겟(1282 및 1284)의 주기적 구조체가 상이하다는 점에서 도 12(c) 및 12(d)의 설계와 유사하다. 도 12(e)의 설계에서, 제1 서브타겟(1282)의 주기적 구조체는 내측에 집중되어 있고 제2 서브타겟(1284)의 주기적 구조체는 외주 둘레로 배열된다. 본 실시예에서, 제1 서브타겟(1282)의 각 주기적 구조체의 길이(L1) 및 폭(W1)은 제2 서브타겟(1284)의 각각의 주기적 구조체의 길이(L2) 및 폭(W2)과 상이하다. 일 실시예로서, 길이 L1은 6.25㎛이고 폭 W1은 6.25㎛이다. 일 실시예로서, 길이 L2은 12.5㎛이고 폭 W2는 7.5㎛이다. 일 실시예로서, 피처 길이는 3500-4000nm의 범위, 예컨대 3875nm이다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 인접한 측 사이의 간격은 150-400nm의 범위, 예컨대 250nm이다. 일 실시예로서, 이러한 간격은 제1 및 제2 서브타겟의 주기적 구조체의 모든 인접한 측 사이에 균일한 것은 아니다. 일 실시예로서, 제1 및 제2 서브타겟(1282, 1284) 사이에 바이어스 차이가 존재할 수 있다. 화살표는 바이어스의 방향의 일 실시예를 나타낸다. 분명하게도, 바이어스가 요구되는 것은 아니다. 일 실시예로서, 바이어스는 60nm 이하이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1280)은 30nm 이하의 범위에서 오버레이 측정이 가능하다. 이러한 실시예는, 제2 서브타겟(1284)이 제1 서브타겟(1282)보다 낮은 층을 위해 이용되는 다중-층 오버레이를 위해 유리할 수 있는데, 층 재료, 두께 등의 속성이 이러한 낮은 층으로부터의 회절 방사선을 실질적으로 감쇠시키거나 방해하기 때문이다. 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 소프트웨어(이하 보다 상세하게 설명함)는, 층 재료, 두께 등의 속성에 기초하여, 제1 및 제2 서브타겟(1282, 1284) 각각의 회절 효율이 실질적으로 동일하거나 유사하도록 제1 및 제2 서브타겟(1282, 1284)의 주기적 구조체의 설계 파라미터(예컨대, 피처 및 공간 폭, 피치, 레이아웃 등)를 선택한다. 이는 제1 서브타겟(1282) 또는 제2 서브타겟(1284)으로부터의 과잉 회절 방사선으로부터 측정 센서의 클리핑을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 설계는 도 12(c)의 설계보다 약간 더 균형을 이루고 있다. 나아가 본 실시예에서는, 제1 서브타겟(1282)이 측정 스팟보다 작을 수 있고(즉, 제1 서브타겟(1282)이 오버필 상태), 제2 서브타겟(1284)은 측정 스팟보다 클 수 있다(즉, 제2 서브타겟(1284)이 언더필 상태). 언더필 상태이지만, 측정을 수행하기 위해 제2 서브타겟(1284) 중 충분한 부분이 캡쳐될 수 있다.
도 16(a) 내지 16(c)를 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 가지는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1500, 1502)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 본 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1500, 1502)은 서브타겟(1504, 1506)을 포함한다. 서브타겟(1504)은 주기적 구조체(1508)를 포함하며, 서브타겟(1506)은 주기적 구조체(1510)를 포함한다.
이러한 예에서, 도 16(a)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1504)의 주기적 구조체(1510)의 위치를 나타낸다. 도 16(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1506)의 주기적 구조체(1512)의 위치를 나타낸다. 도 16(c)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1504 및 1506)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 16(a) 내지 16(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다. 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1500, 1502)은 하나 이상의 추가적인 서브타겟을 가질 수 있다. 일 실시예로서, 하나 이상의 추가적인 서브타겟 각각은 개개의 하나 이상의 추가적인 층에 위치할 수 있다(따라서 추가적인 층-쌍이 측정될 수 있음).
나아가, 실제로는 도 16(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 16(a)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 16(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 16(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 16(c)의 주기적 구조체(1510)가 적어도 부분적으로 도 16(a)의 주기적 구조체(1510) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 16(c)의 주기적 구조체(1512)가 적어도 부분적으로 도 16(b)의 주기적 구조체(1512) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 16(c)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 16(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우 도 16(a)는 층 1에 있을 수 있음) 층 1에 위치할 수 있다(이 경우 도 16(a)는 층 3에 있을 수 있음). 이 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 16(c)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 16(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우 도 16(a)는 층 3에 있을 수 있음) 도 16(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우 도 16(a)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1504)의 주기적 구조체(1510)의 피처는 제1 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 Y-방향으로 명명될 수 있다. 그에 따라 주기적 구조체(1510)는 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로의 오버레이를 결정할 수 있고, 이러한 제2 방향은 X-방향으로 명명될 수 있다. 나아가, 서브타겟(1506)의 주기적 구조체(1512)의 피처가 동일한 제1 방향으로 연장된다. 따라서, 주기적 구조체(1512)는 마찬가지로 X-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1504)의 주기적 구조체(1510)의 피처는 제2 방향으로 연장된다. 이 경우, 주기적 구조체(1510)는 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다. 나아가, 서브타겟(1506)의 주기적 구조체(1512)의 피처가 동일한 제2 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 주기적 구조체(1512)는 마찬가지로 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
그러므로, 도 16의 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1500, 1502)은 층 1(도 16(a))과 층 3(도 16(c)) 사이의 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2(도 16(b))와 층 3(도 16(c)) 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 따라서, 단일한 측정 시퀀스로, 상이한 층-쌍들 사이의 동일한 방향으로의 오버레이가 얻어질 수 있다.
적절한 하나 이상의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 연관된 하나 이상의 주기적 구조체 위에 덮이도록 하기 위해 주기적 구조체의 정렬을 체크하는 것을 용이하게 하도록, 복수의 층들 각각에 선택적인 마커(1508)가 제공될 수 있다. 예를 들면, 주기적 구조체가 전반적으로 다른 주기적 구조체 위에 놓이도록 하기 위해, 예컨대 조동 정렬이 마커(1508)를 이용하여 수행될 수 있다(예를 들면, 하나의 마커(1508)가 다른 것으로부터 상당히 오정렬되어 있는 경우, 타겟을 이용하여 측정이 이루어질 수 없음). 부가적으로 또는 대안적으로, 마커(1508)가 타겟의 중앙부에서 측정 빔 스팟의 정렬을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.
도 17(a) 내지 17(c)를 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 가지는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1600, 1602)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 본 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1600, 1602)은 서브타겟(1604, 1606, 1608, 1610)을 포함한다. 서브타겟(1604)은 주기적 구조체(1612)를 포함하며, 서브타겟(1606)은 주기적 구조체(1614)를 포함하고, 서브타겟(1608)은 주기적 구조체(1616)를 포함하고, 서브타겟(1610)은 주기적 구조체(1618)를 포함한다.
이러한 예에서, 도 17(a)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1606)의 주기적 구조체(1614) 및 서브타겟(1608)의 주기적 구조체(1616)의 위치를 나타낸다. 도 17(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1604)의 주기적 구조체(1612) 및 서브타겟(1610)의 주기적 구조체(1618)의 위치를 나타낸다. 도 17(c)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1604, 1606, 1608, 1610)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 17(a) 내지 17(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 17(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 17(a)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 17(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 17(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 17(c)의 주기적 구조체(1614 및 1616)가 적어도 부분적으로 도 17(a)의 개개의 주기적 구조체(1614 및 1616) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 17(c)의 주기적 구조체(1612 및 1618)가 적어도 부분적으로 도 17(b)의 개개의 주기적 구조체(1612 및 1618) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 17(c)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 17(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우 도 17(a)는 층 1에 있을 수 있음) 층 1에 위치할 수 있다(이 경우 도 17(a)는 층 3에 있을 수 있음). 이 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 17(c)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 17(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우 도 17(a)는 층 3에 있을 수 있음) 도 17(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우 도 17(a)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1604)의 주기적 구조체(1612)의 피처는 제1 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 Y-방향으로 명명될 수 있다. 그에 따라 주기적 구조체(1612)는 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로의 오버레이를 결정할 수 있고, 이러한 제2 방향은 X-방향으로 명명될 수 있다. 나아가, 서브타겟(1606)의 주기적 구조체(1614), 서브타겟(1608)의 주기적 구조체(1616) 및 서브타겟(1610)의 주기적 구조체(1618)의 피처가 동일한 제1 방향으로 연장된다. 따라서, 주기적 구조체(1614, 1616 및 1618)는 마찬가지로 X-방향으로의 오버레이를 각각 결정할 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1604)의 주기적 구조체(1612)의 피처는 제2 방향으로 연장된다. 이 경우, 주기적 구조체(1612)는 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다. 나아가, 주기적 구조체(1614, 1616 및 1618)의 피처가 동일한 제2 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 주기적 구조체(1614, 1616 및 1618)는 마찬가지로 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
그러므로, 도 17의 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1600, 1602)은 층 1(도 17(a))과 층 3(도 17(c)) 사이의 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2(도 17(b))와 층 3(도 17(c)) 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 나아가 이러한 경우, 적어도 2개의 서브타겟의 하나 이상의 주기적 구조체가 각 층에 있기 때문에 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이가 각 층-쌍에 대하여 적어도 2회 측정될 것이다. 예를 들어, 일 실시예로서 층 1과 층 3 사이의 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이가 적어도 서브타겟(1604 및 1610)의 각각에 의해 측정될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 일 실시예로서 층 2와 층 3 사이의 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이가 적어도 서브타겟(1606 및 1608)의 각각에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 단일한 측정 시퀀스로, 상이한 층-쌍들 사이의 동일한 방향으로의 오버레이가 각각의 층-쌍에 대해 복수 회 얻어질 수 있다. 오버레이 결과는 통계적으로 조합되거나(예컨대, 평균화) 가중(weighting)에 의해 조합될 수 있다(예를 들면, 하나의 서브타겟을 이용하여 층-쌍에 대해 측정된 오버레이 값은 다른 서브타겟을 이용하여 측정된 층-쌍에 대한 오버레이 값보다 더 가중됨).
도 18(a) 내지 18(c)를 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 가지는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1700, 1702)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 본 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1700, 1702)은 서브타겟(1704, 1706)을 포함한다. 서브타겟(1704)은 주기적 구조체(1708)를 포함하며, 서브타겟(1706)은 주기적 구조체(1710)를 포함한다.
이러한 예에서, 도 18(a)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1704)의 주기적 구조체(1708)의 위치를 나타낸다. 도 18(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1706)의 주기적 구조체(1710)의 위치를 나타낸다. 도 18(c)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1704 및 1706)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 18(a) 내지 18(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 18(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 18(a)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 18(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 18(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 18(c)의 주기적 구조체(1708)가 적어도 부분적으로 도 18(a)의 주기적 구조체(1708) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 18(c)의 주기적 구조체(1710)가 적어도 부분적으로 도 18(b)의 주기적 구조체(1710) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 18(c)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 18(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우 도 18(a)는 층 1에 있을 수 있음) 층 1에 위치할 수 있다(이 경우 도 18(a)는 층 3에 있을 수 있음). 이 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 18(c)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 18(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우 도 18(a)는 층 3에 있을 수 있음) 도 18(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우 도 18(a)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1704)의 주기적 구조체(1708)의 피처는 제1 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 Y-방향으로 명명될 수 있다. 그에 따라 주기적 구조체(1708)는 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로의 오버레이를 결정할 수 있고, 이러한 제2 방향은 X-방향으로 명명될 수 있다. 나아가, 서브타겟(1706)의 주기적 구조체(1710)의 피처가 제2 방향으로 연장된다. 따라서, 주기적 구조체(1710)는 마찬가지로 X-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1704)의 주기적 구조체(1708)의 피처는 제2 방향으로 연장된다. 이 경우, 주기적 구조체(1708)는 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다. 나아가, 이 경우 서브타겟(1706)의 주기적 구조체(1710)의 피처가 동일한 제2 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 주기적 구조체(1710)는 마찬가지로 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
그러므로, 도 18의 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1700, 1702)은 층 1(도 18(a))과 층 3(도 18(c)) 사이의 X-방향(또는 Y-방향)으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2(도 18(b))와 층 3(도 18(c)) 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 또는, 예를 들어 도 18(b)를 층 1로 시프트하고 도 18(a)를 층 2로 시프트함으로써, 이 경우 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1700, 1702)이 층 1과 층 3 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2와 층 3 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 할 것이다. 따라서, 단일한 측정 시퀀스로, 상이한 층-쌍들 사이의 상이한 방향으로의 오버레이가 얻어질 수 있다.
도 19(a) 내지 19(c)를 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 가지는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 본 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)은 서브타겟(1804, 1806, 1810, 1812)을 포함한다. 서브타겟(1804)은 주기적 구조체(1812)를 포함하며, 서브타겟(1806)은 주기적 구조체(1814)를 포함하고, 서브타겟(1808)은 주기적 구조체(1816)를 포함하고, 서브타겟(1810)은 주기적 구조체(1818)를 포함한다.
이러한 예에서, 도 19(a)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816) 및 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)의 위치를 나타낸다. 도 19(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1812) 및 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 위치를 나타낸다. 도 19(c)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1804, 1806, 1808, 1810)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 19(a) 내지 19(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 19(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 19(a)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 19(c)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 19(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 19(c)의 주기적 구조체(1816 및 1818)가 적어도 부분적으로 도 19(a)의 연관된 주기적 구조체(1816 및 1818) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 19(c)의 주기적 구조체(1812 및 1814)가 적어도 부분적으로 도 19(b)의 연관된 주기적 구조체(1812 및 1814) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 19(c)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 19(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우 도 19(a)는 층 1에 있을 수 있음) 층 1에 위치할 수 있다(이 경우 도 19(a)는 층 3에 있을 수 있음). 이 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 19(c)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 19(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우 도 19(a)는 층 3에 있을 수 있음) 도 19(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우 도 19(a)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1804)의 주기적 구조체(1812) 및 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 피처는 제1 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 Y-방향으로 명명될 수 있다. 그에 따라 주기적 구조체(1812 및 1814)는 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로의 오버레이를 각각 결정할 수 있고, 이러한 제2 방향은 X-방향으로 명명될 수 있다. 나아가, 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816)와 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)의 피처가 제2 방향으로 연장된다. 따라서, 주기적 구조체(1816 및 1818)는 Y-방향으로의 오버레이를 각각 결정할 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1804)의 주기적 구조체(1812) 및 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 피처는 제2 방향으로 연장된다. 이 경우, 주기적 구조체(1812 및 1814)는 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다. 나아가, 이 경우 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816) 및 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)는 제1 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 이 경우 주기적 구조체(1816 및 1818)는 X-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
그러므로, 도 19의 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)은 층 2(도 19(b))과 층 3(도 19(c)) 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 1(도 19(a))와 층 3(도 19(c)) 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 또는, 예를 들어 도 19(b)를 층 1로 시프트하고 도 19(a)를 층 2로 시프트함으로써, 이 경우 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)이 층 1과 층 3 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2와 층 3 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 할 것이다. 나아가 이러한 경우, 적어도 2개의 서브타겟의 하나 이상의 주기적 구조체가 각 층에 있기 때문에 X-방향 및 Y-방향으로의 오버레이가 각 층-쌍에 대하여 적어도 2회 측정될 것이다. 예를 들어, 일 실시예로서 층 2와 층 3 사이의 X-방향으로의 오버레이가 적어도 서브타겟(1804 및 1806)의 각각에 의해 측정될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 일 실시예로서 층 1과 층 3 사이의 Y-방향으로의 오버레이가 적어도 서브타겟(1808 및 1810)의 각각에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 단일한 측정 시퀀스로, 상이한 층-쌍들 사이의 상이한 방향으로의 오버레이가 각각의 층-쌍에 대해 복수 회 얻어질 수 있다. 오버레이 결과는 통계적으로 조합되거나(예컨대, 평균화) 가중에 의해 조합될 수 있다(예를 들면, 하나의 서브타겟을 이용하여 층-쌍에 대해 측정된 오버레이 값은 다른 서브타겟을 이용하여 측정된 층-쌍에 대한 오버레이 값보다 더 가중됨).
도 20(a) 내지 20(e)를 참조하면, 다중-층 오버레이를 위해 복수의 서브타겟을 가지는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)의 일례를 이용하는 것이 나타나 있다. 본 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)은 서브타겟(1804, 1806, 1810, 1812)을 포함한다. 서브타겟(1804)은 주기적 구조체(1812)를 포함하며, 서브타겟(1806)은 주기적 구조체(1814)를 포함하고, 서브타겟(1808)은 주기적 구조체(1816)를 포함하고, 서브타겟(1810)은 주기적 구조체(1818)를 포함한다.
이러한 예에서, 도 20(a)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 위치를 나타낸다. 도 20(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)의 위치를 나타낸다. 도 20(c)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816)의 위치를 나타낸다. 도 20(d)는 층 1 내지 층 3의 위에 위치하는 층 4로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1804)의 주기적 구조체(1812)의 위치를 나타낸다. 도 20(e)는 층 1 내지 층 4의 위에 위치하는 층 5로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1804, 1806, 1808 및 1810)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에, 층 2와 층 3 사이에, 층 3과 층 4 사이에 및/또는 층 4와 층 5 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 20(a) 내지 20(e)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 20(e)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 20(a)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 20(e)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 20(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이며, 도 20(e)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 20(c)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 20(e)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 20(d)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 20(e)의 주기적 구조체(1814)가 적어도 부분적으로 도 20(a)의 주기적 구조체(1814) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 20(e)의 주기적 구조체(1818)가 적어도 부분적으로 도 20(b)의 주기적 구조체(1818) 위에 놓이게 될 것이고, 도 20(e)의 주기적 구조체(1816)가 적어도 부분적으로 도 20(c)의 주기적 구조체(1816) 위에 놓이게 될 것이고, 도 20(e)의 주기적 구조체(1812)가 적어도 부분적으로 도 20(d)의 주기적 구조체(1812) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 20(e)는 층 3에 위치할 수 있고, 도 20(c)는 층 5에 위치할 수 있거나, 또는 다른 상황이라면 그 층에 있게 될 구조체가 다른 층으로 이동한 경우라면 다른 층에 위치할 수도 있다. 이 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 3 사이, 층 2와 층 3 사이, 층 3과 층 4 사이, 및/또는 층 3와 층 5 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 20(e)가 층 2에 위치할 수 있고, 도 20(b)는 층 5에 위치할 수 있거나, 또는 다른 상황이라면 그 층에 있게 될 구조체가 다른 층으로 이동한 경우라면 다른 층에 위치할 수도 있다.
이러한 실시예에서 서브타겟(1804)의 주기적 구조체(1812) 및 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 피처는 제1 방향으로 연장되고, 이러한 방향은 Y-방향으로 명명될 수 있다. 그에 따라 주기적 구조체(1812 및 1814)는 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향으로의 오버레이를 각각 결정할 수 있고, 이러한 제2 방향은 X-방향으로 명명될 수 있다. 나아가, 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816)와 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)의 피처가 제2 방향으로 연장된다. 따라서, 주기적 구조체(1816 및 1818)는 Y-방향으로의 오버레이를 각각 결정할 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1804)의 주기적 구조체(1812) 및 서브타겟(1806)의 주기적 구조체(1814)의 피처는 제2 방향으로 연장된다. 이 경우, 주기적 구조체(1812 및 1814)는 Y-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다. 나아가, 이 경우 서브타겟(1808)의 주기적 구조체(1816) 및 서브타겟(1810)의 주기적 구조체(1818)는 제1 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 이 경우 주기적 구조체(1816 및 1818)는 X-방향으로의 오버레이를 결정할 수 있다.
그러므로, 도 20의 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)은 층 1(도 20(a))과 층 5(도 20(e)) 사이 및 층 4(도 20(d))와 층 5(도 20(e)) 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 2(도 20(b))와 층 5(도 20(e)) 사이 및 층 3(도 20(c))과 층 5(도 20(e)) 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 또는, 예를 들어 도 20(b)를 층 1로 시프트하고 도 20(a)를 층 2로 시프트함으로써, 이 경우 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)이 층 2와 층 5 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 1과 층 5 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 할 것이다. 또는, 예를 들어 도 20(c)를 층 4로 시프트하고 도 20(d)를 층 3으로 시프트함으로써, 이 경우 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1800, 1802)이 층 3와 층 5 사이의 X-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 하면서, 또한 층 4과 층 5 사이의 Y-방향으로의 오버레이의 결정을 가능하게 할 것이다. 따라서, 단일한 측정 시퀀스로, 상이한 층-쌍들 사이의 상이한 방향으로의 오버레이가 얻어질 수 있다.
나아가, 도 18-20의 실시예에서, 서브타겟은 하나의 특정 방향으로 피처를 가지는 주기적 구조체를 포함하는 것으로 기술되고 도시되었다. 하지만 반드시 그럴 필요는 없다. 오히려, 도 18-20에서, 서브타겟은 제1 방향으로 피처를 갖는 하나 이상의 주기적 구조체를 포함하고 상이한 제2 방향으로 피처를 갖는 하나 이상의 주기적 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 18에서, 서브타겟(1704)은 주기적 구조체(1708) 및 주기적 구조체(1710)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 서브타겟(1706)은 주기적 구조체(1708) 및 주기적 구조체(1710)를 포함할 수 있다. 유사한 그룹화가 도 19 및 20에 적용될 수 있다.
따라서 이러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 예컨대 프로세스 개발 단계 및 다중-층 오버레이 측정에 있어서 계측 타겟으로 작업하는 새로운 방안을 가능하게 할 수 있다. (예를 들면, 다중-패터닝(예컨대, 이중 패터닝)을 위한 다수의 층이 있고 및/또는 다루기 힘들고 변화하는 프로세스를 갖는) 향상된 노드에서, 디바이스 설계자들과 제조자들은 동적으로 프로세스 스택을 변화시키고 있으며 및/또는 다수의 층을 이용하고 있고 계측이 작동하리라 예상한다. 따라서 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 계측 측정에 보다 큰 프로세스 로버스트를 가져올 수 있고, 비교적 미지인 프로세스 스택에 대해 계측의 첫 시도 성공의 가능성을 높일 수 있다. 예컨대, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 각각의 서브타겟 중 적어도 일부가 측정 스팟의 영역 내에 있는 경우 측정 속도로부터의 이점이 실현될 수 있다. 그런 경우, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 예를 들어, 프로세스 조건이 미지일 수 있는 프로세스 스택에 대해 계측의 첫 시도 성공의 가능성을 높일 수 있다. 나아가, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 다수의 층의 신속한 측정을 가능하게 할 수 있고 및/또는 타겟 "실용 공간", 패터닝 디바이스 제조 및/또는 처리량의 측면에서 감소된 비용으로 프로세스 스택의 실질적인 변화를 다룰 수 있다. 나아가 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 기존의 계측 장치를 이용하여 개발 및/또는 제조 사이트에서 이용될 수 있으며, 어떠한 센서 하드웨어 변경도 요구되지 않을 수 있다.
위에서 기술된 바와 같이, 일 실시예에서 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일 실시예로서 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 예상되는 다양한 프로세스 스택들 및/또는 요구되는 다중-층 오버레이 측정에 맞춰져야 한다. 나아가, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 (다양한 프로세스 스택들과의 실질적인 차이와는 다른) 전형적인 프로세스 변화를 커버할 수 있어야 한다. 따라서, 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 로버스트를 보장하도록 설계 방법론이 채용된다. 즉, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 그 서브타겟과 연관된 주기적 구조체를 포함하여 이러한 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 로버스트가 보장되도록 프로세스 스택 정보를 이용하여 계산 및/또는 시뮬레이션에 의해 설계될 수 있다. 특히, 예를 들면 다양한 프로세스 스택들을 위한 확장된 작동 범위의 계측 타겟에 대하여, 서브타겟과 연관되는 특정한 상이한 프로세스 스택과 연관된 예상되는 전형적인 프로세스 변화에 대하여 각 서브타겟의 로버스트가 결정될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제안된 계측 타겟 설계는, 인쇄가능성 및 검출가능성의 측면에서, 적합성 및/또는 실행가능성에 부합하도록 테스트 및/또는 시뮬레이션의 대상이 될 수 있다. 상업적인 환경에서, 양호한 오버레이 마크 검출가능성은 낮은 전체 측정 불확실성과 짧은 이동-획득-이동(move-acquire-move) 시간의 조합으로 간주될 수 있는데, 이는 더딘 획득이 생산 라인을 위한 전체 처리량에 해롭기 때문이다. 현대의 마이크로-회절-기반-오버레이 타겟(μDBO)은 일측이 10-20㎛ 정도일 수 있고, 이는 기판 모니터링의 맥락에서 이용되는 것과 같은 40×160㎛2에 비해 본질적으로 낮은 검출 신호를 제공하게 된다.
부가적으로, 상기 기준을 충족하는 계측 타겟이 일단 선택되면, 막 두께 변화, 다양한 에칭 바이어스, 및/또는 에칭 프로세스 및/또는 연마 프로세스에 의해 유발되는 기하학적 비대칭 등의 전형적인 프로세스 변화와 관련하여 검출가능성이 변화할 가능성이 있다. 그러므로, 다양한 프로세스 변화에도 불구하고 측정된 관심 파라미터에 낮은 변화 및 낮은 검출가능성 변화를 갖는 타겟을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 마찬가지로, 이미징될 마이크로전자 디바이스를 생산하기 위해 이용될 특정 기계의 핑거프린트(예를 들면, 렌즈 수차를 포함하는 인쇄 특성)에 의해 일반적으로 계측 타겟의 이미징 및 생산이 영향을 받을 것이다. 그러므로, 몇몇 패턴이 특정 리소그래피 핑거프린트에 의해 다소 영향을 받게 될 것이므로 계측 타겟이 핑거프린트 영향에 내성을 지니도록 하는 것이 유용할 수 있다.
따라서, 일 실시예로서 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 설계하기 위한 방법이 제공된다. 일 실시예로서, 제안된 확장된 작동 범위의 계측 타겟 설계 중 하나 이상의 적합성 및/또는 실행가능성에 부합하기 위해 다양한 확장된 작동 범위의 계측 타겟 설계를 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.
계측 타겟 및 리소그래피를 수반하는 제조 프로세스를 시뮬레이션하기 위한 시스템에서, 주요 제조 시스템 컴포넌트 및/또는 프로세스가, 예를 들면 도 13에 도시된 바와 같이, 다양한 기능 모듈에 의해 기술될 수 있다. 도 13을 참조하면, 이러한 기능 모듈은, 계측 타겟(및/또는 마이크로전자 디바이스) 설계 패턴을 규정하는 설계 레이아웃 모듈(1300); 타겟 설계에 기초하여 패터닝 디바이스 패턴이 폴리곤으로 어떻게 레이아웃되는지 규정하는 패터닝 디바이스 레이아웃 모듈(1302); 시뮬레이션 프로세스 동안에 활용될 화소화된 연속-톤 패터닝 디바이스의 물리적 특성을 모델링하는 패터닝 디바이스 모델 모듈(1304); 리소그래피 시스템의 광학 컴포넌트의 성능을 규정하는 광학 모델 모듈(1306); 주어진 프로세스에서 활용되는 레지스트의 성능을 규정하는 레지스트 모듈 모듈(1308); 레지스트-후 현상 프로세스(예컨대, 에칭)의 성능을 규정하는 프로세스 모델 모듈(1310); 및 계측 타겟과 함께 이용되는 계측 시스템의 성능과 그에 따라 계측 시스템과 함께 이용될 때 계측 타겟의 성능을 규정하는 계측 모듈(1312)을 포함할 수 있다. 시뮬레이션 모듈 중 하나 이상의 결과가, 예컨대 예측되는 윤곽 및 CD가 결과 모듈(1314)에서 제공된다.
조명 및 투영 광학기의 특성은 광학 모델 모듈(1306)에서 캡쳐되는데, 이러한 광학 모델 모듈은 임의의 특정 조명 소스 형상 뿐만 아니라 NA-시그마(σ) 설정을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다(σ(또는 시그마)는 조명기의 외측 반경 치수임). 기판 상에 코팅되는 포토-레지스트 층의 광학 특성 - 즉, 굴절률, 막 두께, 전파 및 편광 효과 - 또한 광학 모델 모듈(1306)의 일부로서 캡쳐될 수 있지만, 레지스트 모델 모듈(1308)은, 예를 들어 기판 상에 형성되는 레지스트 피처의 윤곽을 예측하기 위해서 레지스트 노광, 노광 후 베이크(PEB) 및 현상 동안에 일어나는 화학적 프로세스의 영향을 기술한다. 패터닝 디바이스 모델 모듈(1304)은 타겟 설계 피처가 패터닝 디바이스의 패턴에 어떻게 레이아웃되는지를 캡쳐하고, 예를 들면 미국 특허 제7,587,704호에 기술되어 있는 패터닝 디바이스의 상세한 물리적 특성의 표현을 포함할 수 있다. 시뮬레이션의 목적은 예를 들어 에지 배치 및 CD를 정확히 예측하는 것이며, 이는 이후에 타겟 설계와 비교될 수 있다. 타겟 설계는 일반적으로 사전-OPC 패터닝 디바이스 레이아웃으로 규정되며, GDSII 또는 OASIS 등의 표준화된 디지털 파일 포맷으로 제공될 것이다.
일반적으로, 광학 및 레지스트 모델 간의 연결은 레지스트 층 내의 시뮬레이션된 공간상 세기이며, 이는 기판 상으로의 방사선의 투영, 레지스트 계면에서의 굴절 및 레지스트 막 스택에서의 다수의 반사로부터 생긴다. 방사선 세기 분포(공간상 세기)는 광자의 흡수에 의해 잠상 "레지스트 상"로 바뀌며, 이는 확산 프로세스 및 다양한 로딩 효과에 의해 더 수정된다. 전체-칩(full-chip) 응용을 위해 충분히 빠른 효율적인 시뮬레이션 방법은 2차원 공간상(레지스트 상)에 의해 레지스트 스택에서의 실제 3차원 세기 분포를 근사한다.
따라서, 모델 공식화(formulation)는 전체 프로세스의 기지의 물리 및 화학현상 모두는 아닐지라도 그 대부분을 기술하며, 각각의 모델 파라미터는 바람직하게는 별개의 물리 또는 화학적 효과에 대응한다. 따라서 모델 공식화는, 이러한 모델이 전체 제조 프로세스를 시뮬레이션하는데 얼마나 잘 이용될 수 있는지에 대해 상한(upper bound)을 설정한다. 그러나, 종종 모델 파라미터는 측정 및 판독 오차로 인해 부정확할 수 있으며, 시스템에는 다른 불완전함이 존재할 수 있다. 모델 파라미터의 정확한 교정을 이용하여, 극도로 정확한 시뮬레이션이 이루어질 수 있다.
제조 프로세스에서, 다양한 프로세스 파라미터에 있어서의 변화는 디바이스 설계를 충실히 반영할 수 있는 적합한 타겟의 설계에 상당한 영향을 미친다. 이러한 프로세스 파라미터에는, (에칭 또는 현상 프로세스에 의해 결정되는) 측벽각, (디바이스 층 또는 레지스트 층의) 굴절률, (디바이스 층 또는 레지스트 층의) 두께, 입사 방사선의 주파수, 에칭 깊이, 플로어 기울기, 방사선 소스에 대한 흡광 계수, (레지스트 층 또는 디바이스 층에 대한) 코팅 비대칭, 화학-기계적 연마 프로세스 동안의 침식의 변화 등이 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다.
계측 타겟 설계는 다양한 파라미터, 예를 들면 타겟 계수(TC), 스택 감도(SS), 오버레이 효과(OV) 등에 의해 특징 지워질 수 있다. 스택 감도는, 타겟 (예컨대, 격자) 층들 사이의 회절로 인하여 오버레이가 변화함에 따라 신호의 세기가 얼마나 많이 변화하는가에 대한 측정으로서 이해될 수 있다. 타겟 계수는 측정 시스템에 의한 광자 집속에 있어서의 변화의 결과로서 특정 측정 시간 동안의 신호-잡음 비의 측정으로서 이해될 수 있다. 일 실시예로서, 타겟 계수는 또한 광자 잡음에 대한 스택 감도의 비율로 여겨질 수 있다; 다시 말해서, 타겟 계수를 결정하기 위해 신호(즉, 스택 감도)를 광자 잡음의 측정치로 나눌 수 있다. 오버레이 효과는 타겟 설계에 따라 오버레이 오차의 변화를 측정한다.
본원에서는, 예를 들면 계측 시스템 시뮬레이션 또는 타겟 제조 프로세스 시뮬레이션(예컨대, 리소그래피 프로세스를 이용하는 계측 타겟의 노광, 계측 타겟의 현상, 타겟의 에칭 등을 포함함)에 이용하기 위해 계측 타겟 설계를 규정하는 컴퓨터 구현 방법이 기술된다. 일 실시예로서, 타겟에 대한 하나 이상의 설계 파라미터(예컨대, 기하학적 치수)가 특정될 수 있고 추가적인 별개의 값들 또는 값들의 범위가 이러한 하나 이상의 설계 파라미터에 대해 특정될 수 있다. 나아가, 사용자 및/또는 시스템이, 예를 들면 타겟이 요구되는 리소그래피 프로세스에 기초하여 동일한 층에서 또는 층들 사이에서 하나 이상의 설계 파라미터에 대해 하나 이상의 제약을 부과할 수 있다(예를 들어, 피치 및 공간 폭 사이의 관계, 피치 또는 공간 폭에 대한 제한, 피처(예컨대, 라인) 폭(CD)과 피치 사이의 관계(예컨대, 피처 폭이 피치보다 작음) 등). 일 실시예로서, 이러한 하나 이상의 제약은 별개의 값들 또는 범위가 특정된 하나 이상의 설계 파라미터에 대한 것이거나 하나 이상의 다른 설계 파라미터에 대한 것일 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따라 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 규정하는 컴퓨터 구현 방법을 개략적으로 나타낸다. 이러한 방법은, 블록 B1에, 계측 타겟의 복수의 설계 파라미터(예컨대, 기하학적 치수) 각각에 대해 복수의 값 또는 범위를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 계측 타겟 설계 시스템의 사용자는 계측 타겟용 설계 파라미터 중 하나 이상(예컨대, 기하학적 치수)을 특정할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 요구되는 것을 특정할 수 있다. 사용자는 또한 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟의 수를 특정할 수 있다. 나아가 일 실시예로서, 사용자는 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 하나 이상의 설계 파라미터, 그 하나 이상의 서브타겟, 및 서브타겟의 하나 이상의 주기적 구조체의 각각에 대해 별개의 값들 또는 값들의 범위를 특정(예컨대, 선택)할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 확장된 작동 범위의 계측 타겟에 대하여 피처(예컨대, 라인) 폭, 공간 폭, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 사이즈, 피치 등에 대한 값들의 세트 또는 범위를 선택할 수 있다. 일 실시예로서, 계측 타겟이 다수의 주기적 구조체(격자)를 포함하거나 세그먼트화된 주기적 구조체(격자)를 포함하는 경우, 사용자는 다른 설계 파라미터, 예컨대 공유된 피치에 대한 값들의 세트 또는 범위를 선택 또는 제공할 수 있다.
일 실시예로서, 설계 파라미터는 다음에서 선택되는 임의의 하나 이상의 기하학적 치수를 포함할 수 있다: 타겟의 주기적 구조체의 피치, 타겟의 주기적 구조체 피처(예컨대, 라인) 폭, 타겟의 주기적 구조체 공간 폭, 주기적 구조체의 피처의 하나 이상의 세그먼트화 파라미터(세그먼트화 타입에 따라 X 및/또는 Y 방향으로의 세그먼트화 피치/피처 폭/공간 폭). 나아가, 파라미터는 단일 층 또는 복수의 층(예컨대, 2개의 층 또는 2개의 층과 중간의 차폐 층)에 대해 특정될 수 있다. 복수의 층의 경우 피치를 공유할 수 있다. 특정 계측 타겟, 예컨대 포커스 또는 정렬 타겟에 대해, 다른 파라미터가 이용될 수 있다. 다른 설계 파라미터는 다음에서 선택되는 하나 이상의 제한과 같은 물리적 제한일 수 있다: 타겟에 대해 계측 시스템에 이용되는 방사선의 파장, 계측 시스템에 이용되는 방사선의 편광, 계측 시스템의 개구수, 타겟 타입, 및/또는 프로세스 파라미터. 일 실시예로서, 불균일하고 비대칭인 패턴, 예컨대 변조된 오버레이 타겟 및 포커스 타겟이 제공될 수 있다. 이와 같이 설계 파라미터는 변경될 수 있고 특정 방향으로 반드시 균일해야 하는 것은 아니다.
블록 B2에서는, 계측 타겟의 하나 이상의 설계 파라미터에 대해 하나 이상의 제약이 제공된다. 선택적으로, 사용자는 하나 아싱의 제약을 규정할 수 있다. 제약은 선형 대수적인 수식일 수 있다. 일 실시예로서, 제약은 비선형일 수 있다. 몇몇 제약은 다른 제약과 연관될 수 있다. 예를 들면, 피처 폭, 피치 및 공간 폭은, 셋 중 임의의 두 개가 알려진 경우 세 번째 것이 전적으로 결정될 수 있도록 관련된다.
일 실시예로서, 사용자는 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 면적, 치수, 또는 양자 모두에 대한 제약을 특정할 수 있다. 사용자는 서브타겟의 수에 대한 제약을 특정할 수 있다.
일 실시예로서, 제약은 계측 파라미터 제약일 수 있다. 예를 들어 몇몇 계측 시스템에서는, 시스템의 물리가 제약을 가할 수 있다. 예를 들어, 시스템에서 이용되는 방사선의 파장이 타겟 설계의 피치, 예컨대 하한을 제약할 수 있다. 일 실시예로서, 파장의 함수로서의 피치에 대한 (상한/하한) 제한, 타겟의 타입 및/또는 계측 시스템의 개구 등이 있다. 제약으로 이용될 수 있는 물리적 제한은 다음에서 선택되는 하나 이상을 포함한다: 계측 시스템에서 이용되는 방사선의 파장, 계측 시스템에서 이용되는 방사선의 편광, 계측 시스템의 개구수, 및/또는 타겟 타입. 일 실시예로서, 제약은 프로세스 파라미터 제약일 수 있다(예컨대, 에칭 타입, 현상 타입, 레지스트 타입 등에 의존하는 제약).
이용되는 특정 프로세스에 따라, 일 실시예로서, 하나 이상의 제약은 한 층의 설계 파라미터(예를 들면, 기하학적 치수)와 다른 층의 설계 파라미터(예를 들면, 기하학적 치수) 간의 제약에 연관될 수 있다.
블록 B3에서는, 프로세서에 의해, 방법은 하나 이상의 제약을 충족하는 하나 이상의 설계 파라미터를 갖는 복수의 계측 타겟 설계에 대해 풀이하고, 및/또는 설계 파라미터에 대한 복수의 값들 또는 범위 내에서 샘플링함으로써 선택한다. 예를 들어 풀이를 수반하는 일 실시예로서, 하나 이상의 잠재적인 계측 타겟 설계가 풀이될 수 있다. 즉, 특정 값에 대해 풀이하기 위해 예를 들면 하나 이상의 균등 제약(equality constraint)을 이용하여 허용된 값에 대해 풀이함으로써 하나 이상의 잠재적인 계측 설계가 유도될 수 있다. 예를 들어, 샘플링을 수반하는 일 실시예로서, 다양한 설계 파라미터 및 제약에 의해 볼록 다면체가 규정될 수 있다. 볼록 다면체의 볼륨은 모든 제약을 충족하는 샘플 계측 타겟 설계를 제공하도록 하나 이상의 규칙에 따라 샘플링될 수 있다. 하나 이상의 샘플링 규칙이 샘플 계측 타겟 설계에 적용될 수 있다.
그러나, 이렇게 발견되는 모든 계측 타겟 설계가 프로세스 변화를 동등하게 나타내는 것은 아니라는 점에 주목해야 한다. 그러므로 일 실시예로서, 본 명세서에서 기술되는 방법을 이용하여 발견되는 계측 타겟 설계는, 블록 B4에서, 예를 들면 계측 타겟 설계 중 하나 이상의 실현가능성 및/또는 적합성을 결정하기 위해 추가로 시뮬레이션될 수 있다. 그 다음에 블록 B5에서는, 예를 들면 주요 성능 인덱스 또는 로버스트 기준에 기초하여 계측 타겟 설계에 순위를 매김으로써 어느 하나 이상의 계측 타겟 설계가 최적인지 또는 프로세스 변화를 잘 나타내는지를 식별하기 위해 시뮬레이션된 계측 타겟 설계가 평가될 수 있다. 블록 B6에서는, 예를 들어 측정을 위해 특정 계측 타겟이 선택 및 이용될 수 있다.
도 15는 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 성능을 모니터링하기 위해, 그리고 계측, 설계 및/또는 생산 프로세스를 제어하기 위한 기초로서 이용되는 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계 D1에서, 본원에서 기술된 바와 같은 하나 이상의 확장된 작동 범위의 계측 타겟 및 제품 피처를 생산하기 위해 기판이 처리된다. 단계 D2에서는, 예를 들면 도 6의 방법을 이용하여 리소그래피 프로세스 파라미터(예컨대, 오버레이) 값이 측정 및 계산된다. 단계 D3에서는, 측정된 리소그래피 프로세스 파라미터(예컨대, 오버레이) 값이 계측 레시피를 업데이트하기 위해 이용된다(이용가능할 수 있는 다른 정보와 함께). 업데이트된 계측 레시피는 리소그래피 프로세스 파라미터의 재측정을 위해 및/또는 이후에 처리되는 기판 상에서 리소그래피 프로세스 파라미터의 측정을 위해 이용된다. 이런 식으로, 계산된 리소그래피 프로세스 파라미터의 정확도가 개선된다. 프로세스 업데이트는 필요하다면 자동화될 수 있다. 단계 D4에서, 리소그래피 프로세스 파라미터 값은, 추가적인 기판의 처리 및/또는 재작업을 위해 디바이스 제조 프로세스에 있어서 리소그래피 패터닝 단계 및/또는 다른 프로세스 단계를 제어하는 레시피를 업데이트하기 위해 이용된다. 마찬가지로 이러한 업데이트도 필요하다면 자동화될 수 있다.
본원에서 기술되는 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 실시예는 대부분 오버레이 측정의 측면에서 기술되었지만, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 실시예는 하나 이상의 부가적인 또는 대안적인 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 노광 선량 변화를 측정하고, 노광 포커스/디포커스 등을 측정하기 위해 이용될 수 있다. 따라서 일 실시예로서, 동일한 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 복수의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어 확장된 작동 범위의 계측 타겟은, 오버레이를 측정하고 임계 치수, 포커스, 선량 등의 하나 이상의 다른 파라미터를 측정하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 서브타겟은 오버레이를 측정하도록 설계될 수 있고(예컨대, 상이한 층들에서 이들의 연관된 주기적 구조체들을 가짐) 하나 이상의 다른 서브타겟이 임계 치수, 및/또는 포커스, 및/또는 선량 등을 측정하도록 설계될 수 있다. 일 실시예로서, 특정 서브타겟이 둘 이상의 파라미터, 예컨대 오버레이 및 임계 치수, 포커스, 선량 등의 하나 이상의 다른 파라미터를 측정하도록 설계될 수 있다.
도 22를 참조하면, 2개의 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 서브타겟을 포함하는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 실시예가 도시되어 있다. 도 22는 적어도 다중-층 오버레이 측정을 위해 설계된 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)은 서브타겟(1904, 1906, 1908)을 포함한다. 서브타겟(1904)은 주기적 구조체(1910)를 포함하고, 서브타겟(1906)은 주기적 구조체(1912)를 포함하며, 서브타겟(1908)은 주기적 구조체(1914)를 포함한다(도 22에서 서브타겟(1908)의 각각의 주기적 구조체는 단일한 요소로 도시되어 있지만, 이러한 요소는 주기적 구조체(예컨대, 격자)를 나타낸다는 점을 이해할 것이다). 서브타겟(1904, 1906, 1908)은 위에서 논의한 바와 같이 상이하게 설계되어 있다(예컨대, 주기적 구조체 피치, 피처 및/또는 공간 폭 등에 있어서 상이함). 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902) 및 연관된 프로세스는, 하나 이상의 검출기/센서를 이용하여 방사선의 캡쳐가 가능하도록 각각의 서브타겟(1904, 1906, 1908)의 적어도 일부가 동시에 조명되도록 설계된다.
이러한 예에서, 도 22(c)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)의 위치를 나타낸다. 도 22(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)의 위치를 나타낸다. 도 22(a)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1904, 1906, 1908)의 주기적 구조체의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 22(a) 내지 22(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 22(a)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 22(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 22(a)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 22(c)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 22(a)의 주기적 구조체(1910)는 적어도 부분적으로 도 22(b)의 각각의 주기적 구조체(1910) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 22(a)의 주기적 구조체(1912)가 적어도 부분적으로 도 22(c)의 각각의 주기적 구조체(1912) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 22(a)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 22(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우, 도 22(c)는 층 1에 있을 수 있음) 또는 층 1에 위치할 수 있다(이 경우, 도 22(c)는 층 3에 있을 수 있음). 이러한 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 22(a)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 22(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우, 도 22(c)는 층 3에 있을 수 있음), 또는 도 22(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우, 도 22(c)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1904, 1906)은 상이한 층-쌍에서 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면 도 22의 실시예에서, 서브타겟(1904)은 층 3과 층 2 사이의 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있고, 서브타겟(1906)은 층 3과 층 1 사이의 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있다.
나아가, 이러한 실시예에서, 서브타겟(1904, 1906)과는 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위해 이용될 수 있는 다른 서브타겟(1908)이 제공된다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 서브타겟(1908)의 생성 동안에 일어나는 노광 선량 변화를 측정하도록 설계될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 서브타겟(1908)의 생성 동안에 노광 포커스/디포커스를 측정하도록 설계될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 서브타겟(1908)의 생성 동안에 광학 수차를 측정하도록 설계될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 임계 치수를 측정하도록 설계될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 정렬을 측정하도록 설계될 수 있다. 즉, 서브타겟(1908)은 특정 리소그래피 파라미터의 측정을 용이하게 하는 특정한 설계를 가진다. 예를 들면, 서브타겟(1908)은 다른 리소그래피 프로세스 파라미터보다 특정 리소그래피 프로세스 파라미터에 더 큰 감도를 가진 설계를 갖는 주기적 구조체(특정한 피처/공간 폭, 및/또는 피치, 및/또는 피처의 서브-세그먼트화를 가짐)를 가질 수 있다. 일 실시예로서, 계측 타겟(1900, 1902)은 서브타겟(1904) 또는 서브타겟(1906)이 생략될 수 있거나, 서브타겟(1904) 또는 서브타겟(1906)이 도 22에 도시된 바와 같은 오버레이와는 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 위해 설계될 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1904, 1906, 1908)에 의해 재지향된 입사 방사선은 검출기/센서에 의해 동시에 캡쳐될 수 있고, 따라서 방사선 획득으로부터 적어도 2개의 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터가 결정될 수 있다. 나아가, 일 실시예로서, 2개의 상이한 오버레이 값이 포커스 및/또는 선량 등의 다른 리소그래피 프로세스 파라미터와 함께 결정될 수 있다. 또는 일 실시예로서, 리소그래피 프로세스 파라미터의 2개의 값이 포커스 및/또는 선량 등의 다른 리소그래피 프로세스 파라미터와 함께 2개의 상이하게 설계된 서브타겟으로부터 결정될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1904) 또는 서브타겟(1906)으로부터 측정된 방사선만이 리소그래피 프로세스 파라미터를 유도하기 위해 이용될 수 있다.
나아가, 도 22(a)에 도시된 바와 같이, 서브타겟(1908)은 한번에 단지 하나의 층에 있을 수 있다. 즉, 예를 들어 층 3 및 층 2에 주기적 구조체를 갖는 서브타겟(1904) 또는 층 3 및 층 1에 주기적 구조체를 갖는 서브타겟(1906)과는 달리, 본 실시예에서 서브타겟(1908)의 주기적 구조체는 단지 층 3에 있다(이하 논의하는 것처럼 서브타겟(1908)의 주기적 구조체는 부가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 다른 층에 있을 수 있다). 그러나, 서브타겟(1904, 1906)을 이용하여 측정된 것과는 다른 리소그래피 파라미터가 다른 층에서의 주기적 구조체를 요하거나 다른 층에서의 주기적 구조체가 도움이 된다면, 반드시 그럴 필요는 없다(예컨대, 상이한 층들에서 중첩되는 주기적 구조체들). 편의상 본원의 논의는 한번에 단지 하나의 층에 있는 서브타겟(1908)의 실시예에 집중할 것이다.
일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 예를 들어 포커스 및/또는 선량의 결정을 위해 레지스트에서 측정될 수 있다(통상적으로 현상 후). 그러므로 일 실시예로서, 서브타겟(1908)이 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906)과 함께 측정되는 경우, 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906) 또한 레지스트에서 측정될 것이다. 그러나 일 실시예로서, 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906)이 레지스트에서 측정될 필요는 없다. 그러므로 이러한 실시예에서, 서브타겟(1908)을 갖는 레지스트가 추가로 처리되지 않는 경우 서브타겟(1908)은 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906)의 측정 시에 타겟(1900)에 나타나지 않을 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1908)은 부가적으로 또는 대안적으로, 각각 서브타겟(1908') 및 서브타겟(1908")으로 도시된 바와 같이 층 1 및/또는 층 2에 제공될 수 있다. 서브타겟(1908' 및 1908")은 레지스트에서 측정될 수 있다(통상적으로 현상 후). 그러한 경우, 층 1에 타겟을 인쇄한 후 층 2에 타겟을 인쇄하기 전에 서브타겟(1908')의 측정이 있을 수 있다. 마찬가지로, 층 2에 타겟을 인쇄한 후 층 3에 타겟을 인쇄하기 전에 서브타겟(1908")의 측정이 있을 수 있다. 나아가, 서브타겟(1908')의 측정 시에, 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)가 측정될 수 있다. 서브타겟(1906)이 그 시점에서 오버레이를 측정하기 위해 이용되지 않을 수도 있지만(그러나 이후 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)가 층 3에 인쇄될 때 이용될 수 있음), 다른 파라미터(예컨대, 선량 또는 포커스)를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 마찬가지로, 서브타겟(1908")의 측정 시에, 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)가 측정될 수 있다. 서브타겟(1904)이 그 시점에서 오버레이를 측정하기 위해 이용되지 않을 수도 있지만(그러나 이후 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1904)가 층 3에 인쇄될 때 이용될 수 있음), 다른 파라미터(예컨대, 선량 또는 포커스)를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 위에서 논의한 것과 마찬가지로, 서브타겟(1908') 및/또는 서브타겟(1908")은, 서브타겟(1908') 및/또는 서브타겟(1908")을 갖는 레지스트가 추가로 처리되지 않는 경우 층 3에서 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906)의 측정 시에 타겟(1900)에 나타나지 않을 수 있다. 또는 서브타겟(1908') 및/또는 서브타겟(1908")이 이후의 층에서 타겟(1900, 1902)에 나타나고 서브타겟(1908') 및/또는 서브타겟(1908") 중 더 낮은 서브타겟이 더 높은 서브타겟의 측정과 간섭할 수 있는 경우, 차단 층이 개재될 수 있거나, 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 둘 이상이 수직으로 중첩되지 않도록, 예를 들면 도 22(a)-(c)에 도시된 바와 같이, 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 하나 이상이 나머지 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 하나 이상으로부터 적절히 상대적으로 수평으로 변위될 수 있다.
일 실시예로서, 서브타겟(1908, 1908' 및/또는 1908") 중 둘 이상이 한번에 측정 가능할 수 있다. 예를 들면, 도 22(a)-(c)에 도시된 바와 같이, 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 둘 이상이 수직으로 중첩되지 않도록, 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 하나 이상이 나머지 서브타겟(1908, 1908', 1908") 중 하나 이상으로부터 적절히 상대적으로 수평으로 변위될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 모든 서브타겟(1908, 1908', 1908")이 제공되는 경우, 모든 서브타겟(1908, 1908', 1908")이 층 3에서 한번에 측정될 수 있다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908, 1908', 1908")의 상이한 조합이 제공될 수 있다.
도 23을 참조하면, 2개의 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 서브타겟을 포함하는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 추가적인 실시예가 도시되어 있다. 도 23은 적어도 다중-층 오버레이 측정을 위해 설계된 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)은 서브타겟(1904, 1906, 1908, 1916, 1936)을 포함한다. 서브타겟(1904)은 주기적 구조체(1910)를 포함하고, 서브타겟(1906)은 주기적 구조체(1912)를 포함하며, 서브타겟(1908)은 주기적 구조체(1920, 1922, 1924, 1926)를 포함하고, 서브타겟(1916)은 주기적 구조체(1928, 1930, 1932, 1934)를 포함하며, 서브타겟(1936)은 주기적 구조체(1938, 1940, 1942, 1944)를 포함한다. 일 실시예로서, 서브타겟(1904, 1906)은 위에서 논의한 바와 같이 상이하게 설계되어 있다(예컨대, 주기적 구조체 피치, 피처 및/또는 공간 폭 등에 있어서 상이함). 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902) 및 연관된 프로세스는, 하나 이상의 검출기/센서를 이용하여 방사선의 캡쳐가 가능하도록 서브타겟(1904, 1906) 및 서브타겟(1908, 1916, 1936)으로부터 선택된 하나 이상의 서브타겟 각각의 적어도 일부가 동시에 조명되도록 설계된다.
이러한 예에서, 도 23(c)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)의 위치와 서브타겟(1936)의 주기적 구조체(1938, 1940, 1942, 1944)의 위치를 나타낸다. 도 23(b)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)의 위치와 서브타겟(1916)의 주기적 구조체(1928, 1930, 1932, 1934)의 위치를 나타낸다. 도 23(a)는 층 1 및 2의 위에 위치하는 층 3으로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)의 위치 및 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1910)의 위치와 서브타겟(1908)의 주기적 구조체(1920, 1922, 1924, 1926)의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 또는 층 2와 층 3 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 23(a) 내지 23(c)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 23(a)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 23(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이고, 도 23(a)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 23(c)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다. 특히, 도 23(a)의 주기적 구조체(1910)는 적어도 부분적으로 도 23(b)의 각각의 주기적 구조체(1910) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 23(a)의 주기적 구조체(1912)가 적어도 부분적으로 도 23(c)의 주기적 구조체(1912) 위에 놓이게 될 것이다. 일 실시예로서, 층들 내에서 주기적 구조체들의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 23(a)는 층 2에 위치할 수 있고, 도 23(b)는 층 3에 위치할 수 있거나(이 경우, 도 23(c)는 층 1에 있을 수 있음) 또는 층 1에 위치할 수 있다(이 경우, 도 23(c)는 층 3에 있을 수 있음). 이러한 경우, 상이한 층-쌍 조합이 측정될 수 있으며, 즉 층 1과 층 2 사이 및/또는 층 2와 층 3 사이에 오버레이가 측정될 수 있다. 또는 예컨대 도 23(a)가 층 1에 위치할 수 있고, 도 23(b)는 층 2에 위치할 수 있거나(이 경우, 도 23(c)는 층 3에 있을 수 있음), 또는 도 23(b)가 층 3에 위치할 수 있다(이 경우, 도 23(c)는 층 2에 있을 수 있음).
이러한 실시예에서 서브타겟(1904, 1906)은 상이한 층-쌍에서 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면 도 23의 실시예에서, 서브타겟(1904)은 층 3과 층 2 사이의 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있고, 서브타겟(1906)은 층 3과 층 1 사이의 오버레이를 측정하기 위해 이용될 수 있다.
나아가, 이러한 실시예에서, 서브타겟(1904, 1906)과는 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위해 이용될 수 있는 3개의 다른 서브타겟(1908, 1916, 1936)이 제공된다. 일 실시예로서, 서브타겟(1908, 1916, 1936)은 위에서 논의한 바와 같이 서브타겟(1904, 1906)으로부터 유도된 리소그래피 프로세스 파라미터를 교정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 2개의 층 사이의 오버레이를 측정하면서, 제품 피처 자체를 위한 오버레이에 비해 계측 타겟을 이용하여 측정되는 오버레이에 있어서의 오프셋을 결정하기 위해 추가적인 서브타겟이 측정될 수 있다. 일 실시예로서, 계측 타겟(1900, 1902)은 서브타겟(1904) 또는 서브타겟(1906)이 생략될 수 있거나, 서브타겟(1904) 및/또는 서브타겟(1906)이 도 22에 도시된 바와 같은 오버레이와는 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 위해 설계될 수 있다.
최신의 리소그래피 프로세스에서는, 리소그래피 장치에 의해 인쇄되는 기능 제품 피처가 매우 작은 치수, 기존의 계측 장치에 의해 분해될 수 있는 것보다 작은 치수를 가질 수 있다. 결과적으로, 서브타겟(1904, 1906)에서의 피처가 더 큰 스케일로 형성된다. 일례로서, 계측 타겟의 피치는 500nm 또는 600nm 에서 1000nm 또는 2000nm의 범위일 수 있다. 달리 말하면, 개별적인 주기적 구조체 피처(예컨대, 격자 라인)는 폭이 250nm 내지 1000nm일 수 있다. 리소그래피 장치의 분해능으로 형성되는 제품 피처는 100nm 미만, 예컨대 50nm 미만 또는 20nm 미만의 치수를 가질 수 있다. 이러한 미세한 피처는 리소그래피 장치에서 패터닝 시스템의 분해능을 참조로 하여 "분해능상(at-resolution)" 피처라 지칭된다.
계측 장치가 개략적(coarse) 주기적 구조체 사이의 오버레이 오차를 정확히 측정할 수 있지만, 이러한 개략적 주기적 구조체는 실제의 제품 피처를 표현하는 것이 아니다. 계측 타겟은 기능 제품 피처를 형성하는 동일한 리소그래피 장치 및 프로세스 단계에 의해 기판에 적용되지만, 분해능상 패처는 더 개략적인 주기적 구조체 피처보다 위치설정에 있어서 약간 상이한 오차를 겪게 된다(예를 들면, 패턴을 적용하는 데 이용되는 광학 투영 시스템에서의 수차로 인하여). 따라서, 그 효과로서, 측정된 오버레이가 개략적 주기적 구조체의 위치에 있어서 오버레이 오차를 정확히 표현하면서도 동일한 기판 상의 다른 위치에서 보다 미세한 분해능상 피처에 있어서의 오버레이를 정확히 표현하지 못할 수도 있다. 기능 최종 제품의 성능을 규정하는 것은 분해능상 피처이기 때문에, 그 결과 오버레이 측정의 정확도가 원하는 만큼 적절하지 못할 수 있다.
따라서 일 실시예로서, 서브타겟(1908, 1916, 1936)은 개략적 구조체를 갖는 주기적 구조체를 포함하면서도 분해능상 서브-구조체와 개략적 구조체 사이의 프로그램된(기지의) 오프셋을 갖는 보다 작은 스케일의(분해능상) 서브-구조체를 포함하기도 한다. 서브타겟(1909, 1916, 1936)은 각각 하나의 층에 있고 서로의 위에 겹치지 않는다. 서브타겟(1904, 1906)의 주기적 구조체는 측정 장치의 분해능 내에 있는 개략적 구조체만을 포함할 수 있거나, 분해능상 피처를 포함할 수 있지만, 이하 논의하는 것처럼 분해능상 피처와 개략적 피처 사이에 상이한 프로그램된 오프셋이 없다.
서브타겟(1904, 1906)과 마찬가지로, 회절 방사선의 비대칭이 서브타겟(1908, 1916, 1936)에서 측정될 수 있어, 기판 상에서 분해능상 피처와 개략적 주기적 구조체 피처 간의 위치상 차이를 측정할 수 있다. 이러한 측정의 경우, 서브타겟(1904, 1906)을 이용하여 획득된 오버레이 측정은 기판 상에서 제품 피처의 분해능상 오버레이를 더 잘 표현하도록 교정될 수 있다.
도 24를 참조하면, 서브타겟(1908, 1916, 1936)의 실시예가 보다 상세하게 도시되어 있다(서브타겟(1904, 1906)에 대한 상대적인 배향으로 도시되어 있지는 않음). 도 24(a)는 주기적 구조체(1920, 1922, 1924, 1926)와 함께 서브타겟(1908)의 일 실시예를 나타낸다. 도 24(a)에서 해칭(hatching)은 분해능상 피처가 포함되는 것을 나타내고, 이에 대해서는 추후 보다 상세하게 논의할 것이다. 도 24(b)는 주기적 구조체(1928, 1930, 1932, 1934)와 함께 서브타겟(1916)의 일 실시예를 나타낸다. 도 24(b)에서 해칭은 분해능상 피처가 포함되는 것을 나타내고, 이에 대해서는 추후 보다 상세하게 논의할 것이다. 도 24(c)는 주기적 구조체(1938, 1940, 1942, 1944)와 함께 서브타겟(1936)의 일 실시예를 나타낸다. 도 24(c)에서 해칭은 분해능상 피처가 포함되는 것을 나타내고, 이에 대해서는 추후 보다 상세하게 논의할 것이다.
도 24(a)에 도시된 바와 같이, 주기적 구조체(1922, 1924)는 주기적 구조체(1920, 1926)에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 피처를 갖는다. 이는, 서브타겟(1904, 1906)이 마찬가지로 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 피처를 갖는 주기적 구조체를 가지기 때문이다. 이러한 실시예에서, 타겟(1900, 1902)은 2개의 직교하는 방향에서 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 그러나 위에서 논의한 바와 같이, 타겟(1900, 1902)은 단지 하나의 방향으로 연장되는 주기적 구조체를 가질 수 있으며, 이 경우 주기적 구조체(1920, 1926)의 세트 또는 주기적 구조체(1922, 1924)의 세트는 적절히 생략될 수 있다. 도 24(b) 및 도 24(c)에 대해서도 마찬가지의 수정이 이루어질 수 있다.
이제 도 25를 참조하면, 기판 상의 기능 제품 피처와 치수가 유사하지만 측정 장치에 의해 개별적으로 분해되기에는 너무 작은 "분해능상" 피처를 갖는 주기적 구조체의 일부가 나타나 있다. 도 25(a)는 도 23(a) 및 24(a)에서 서브타겟(1908)의 주기적 구조체(1922)와 같은 서브타겟의 주기적 구조체의 작은 부분을 단면도로 나타낸 것이다. 특히, 전체 주기적 구조체를 형성하기 위해 기지의 주기로 반복되는 피처-공간 패턴을 포함하는 대체로 하나의 반복되는 단위가 도시되어 있다. 주기적 구조체는 상이한 굴절률을 갖는 재료(2000, 2002)로 형성되고, 반복되는 단위가 "피처" 영역(2003) 및 "공간" 영역(2004)을 포함하는 주기적 패턴으로 배열된다. 피처-공간 패턴은 특히, 도 1의 리소그래피 장치 또는 이와 유사한 장치를 이용하여 기판에 가해지는 패턴을 에칭함으로서 형성될 수 있다. 이러한 패턴에 있어서 "피처" 및 "공간"의 지정은 임의적이다. 예를 들면, 각각의 "공간" 영역(2004)은 재료(2000)가 균일하게 부존재하는 것이 아니라 보다 작은 피처(2006) 및 공간(2008)을 포함하는 미세-피치 주기적 패턴으로 존재하도록 형성된다는 점을 주목해야 한다. 선택적으로, 각각의 "피처" 영역(2003)은, 재료(2000)가 균일하게 존재하는 것이 아니라 유사한 미세 피치 주기적 패턴으로 존재하도록 형성될 수 있다. 이러한 미세 피치 주기적 패턴은 지면으로 들어가는 직교 방향으로 주기성을 가질 수 있으며, 따라서 도 25에 도시된 단면에는 보이지 않는다. 이러한 보다 미세한 피처 및 공간은 본원에서 "분해능상" 피처라 지칭되는 것이며, 이들을 이용하게 될 리소그래피 장치에서 투영 시스템의 분해능 한계에 있거나 이러한 한계에 가깝다. 이것들은 또한 계측 장치에 관한 한 "서브-분해능" 피처라 지칭될 수도 있다.
이상적으로, 피처(2006)에 의해 형성되는 미세 주기적 구조체는 개략적 주기적 구조체(2003, 2004)와 동일한 포인트(2010)에 중심을 두게 될 것이다. 이러한 포인트(2010)는 주기적 구조체 내의 모든 피처에 걸쳐 평균화되어 전체 타겟의 중심 기준 위치를 규정할 수 있다. 하지만, 이와 같은 서브-세그먼트화된 피처 및/또는 공간은 타겟이 형성되는 프로세스에 있어서 예를 들면 광학 수차에 민감할 수 있다. 이러한 수차는 분해능상 피처와 개략적 주기적 구조체 피치 사이에 시프트(shift)를 유발하게 된다.
도 25(b)는 도 25(a)의 이상적인 형태와 유사한 서브-세그먼트화된 주기적 구조체의 예시적인 형태를 나타내지만, 개략적 주기적 구조체와 분해능상 피처 사이의 시프트 또는 부정합을 보여준다. 이러한 주기적 구조체는 보다 큰 주기적 구조체 피치와 분해능상 구조체 간의 시프트로 인하여 비대칭이 된다. 영역(2004)의 일 단부에 있는 공간(2020)에서 서브-세그먼트화된 공간 부분은 나머지 단부에 있는 공간(2022)에서 약간 더 좁아진다. 그러므로 분해능상 주기적 구조체는 개략적 주기적 구조체의 중심 포인트(X0)와 정확히 일치하지는 않는 위치(XAR)에 중심 포인트를 갖는다. 부정합 또는 시프트(Δds)는 X0와 XAR 간의 차이를 나타내는 것이며, 예를 들어 나노미터로 측정될 수 있다.
프로그램된 오프셋 -d 및 +d를 가질 수 있는 서브타겟(1904, 1906)의 주기적 구조체와 마찬가지로, 서브타겟(1908, 1916, 1936)의 주기적 구조체는 개략적 주기적 구조체에 대하여 상대적인 분해능상 피처의 위치설정에 있어서 프로그램된 오프셋을 가질 수 있다. 이러한 오프셋은 예를 들면, 각각의 주기적 구조체(1920, 1926)에 대해 -ds일 수 있고 각각의 주기적 구조체(1922, 1924)에 대해 +ds일 수 있다. 마찬가지로, 오프셋은 예를 들면, 각각의 주기적 구조체(1928, 1934)에 대해 -ds일 수 있고 각각의 주기적 구조체(1930, 1932)에 대해 +ds일 수 있으며, 오프셋은 예를 들면, 각각의 주기적 구조체(1938, 1944)에 대해 -ds일 수 있고 각각의 주기적 구조체(1940, 1942)에 대해 +ds일 수 있다. 분해능상 피처와 개략적 주기적 구조체 사이의 오프셋은 메인 오버레이가 측정될 수 있는 것과 동일한 방식으로 비대칭 신호를 통해 측정될 수 있다. 오버레이 측정을 각 층에서 각각 이루어지는 서브타겟(1908, 1916, 1936)의 측정과 조합함으로써 교정된 오버레이 측정이 계산될 수 있다.
도 26은 하나의 서브타겟 내의 2개의 주기적 구조체, 예를 들면 서브타겟(1908)의 주기적 구조체(1922, 1924)에서 프로그램된 오프셋의 적용의 일 실시예를 예시한다. 제1 주기적 구조체(1922)에 대한 개략적인 단면도가 도 26의 상단에 도시되어 있고, 제2 주기적 구조체(1924)에 대한 단면도가 도 26의 하단에 도시되어 있다. 도 25에서와 같은 단면도에서는, 전체 패턴의 반복되는 단위 중 단지 하나만이 공간 영역에 중심을 두고 도시되어 있다. 단지 3개의 분해능상 피처가 도시되어 있으며, 명확화를 위해 시프트가 과장되어 있다. 분해능상 피처의 실제 주기적 구조체는 더 큰 패턴의 각각의 공간 영역에 5개 내지 20개의 분해능상 피처 및 공간의 영역을 가질 수 있다. 각각의 세그먼트에는, 타겟의 형성 동안에 수차 등에 의해 유발된 미지의 부정합 Δds 및 프로그램된(기지의) 오프셋 -ds 또는 +ds이 있다. 미지의 부정합은 2개의 주기적 구조체에 대해 동일하다(또는 동일하다고 가정된다). 또 다시 이러한 오프셋의 값은 단순화를 위해 동일한 크기로 서로 반대 방향인 것으로 선택되지만, 프로그램된 오프셋의 수 및 값은 선택의 문제이다. 실제로는 오프셋을 동일한 크기의 양의 값과 음의 값으로 선택할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 동일하지 않은 크기들에 적용될 수 있으며 둘 모두 동일한 방향인 오프셋들에 적용될 수 있다. 마찬가지로, 오프셋은 미지의 부정합보다 크거나 작을 필요는 없다. 도 26에 도시된 예는 반대 방향으로 오프셋을 가지지만, (미지의) 부정합 Δd보다 작은 크기를 갖는다. 그러므로 총 오프셋은 두 세그먼트에서 동일한 방향이다.
그러므로, 서브타겟(1908, 1916, 1936)을 이용하여, 타겟(1900, 1902)의 근방에서 개략적 피처와 분해능상 피처 사이의 부정합에 대해 오버레이 측정이 교정될 수 있다. 예를 들면, 프로그램된 오프셋(-ds/+ds) 및 미지의 부정합(Δds)은 측정될 때 특정한 비대칭 신호를 낳게 될 것이다. 층간 오버레이와 동일한 방식으로 Δd는 측정된 비대칭 신호와 기지의 오프셋으로부터 계산될 수 있고, 따라서 각 층에서(도 23의 예에서는 층 1, 2, 3에서) 개략적 주기적 구조체와 분해능상 피처 사이의 부정합(Δds)은 서브타겟(1908, 1916, 1936)의 측정으로부터 계산될 수 있다. 이와 같이 측정 프로세스는 서브타겟(1908)에 대한 측정과 서브타겟(1916)에 대한 측정을 포함할 수 있다. 이들은, 층 3과 층 2 사이의 오버레이를 보다 잘 표현하는 교정된 오버레이 측정 Δd(AR)을 획득하기 위해 서브타겟(1904)에 대한 오버레이 측정과 조합된다. 마찬가지로, 측정 프로세스는 서브타겟(1908)에 대한 측정과 서브타겟(1936)에 대한 측정을 포함할 수 있다. 이들은, 층 3과 층 1 사이의 오버레이를 보다 잘 표현하는 교정된 오버레이 측정 Δd(AR)을 획득하기 위해 서브타겟(1906)에 대한 오버레이 측정과 조합된다. 교정된 측정을 계산하기 위해 다양한 알고리즘이 이용될 수 있다. 예를 들면, 조합하기 전에 각각의 컴포넌트 타겟에 대해 Δd 및 Δds를 명시적으로 계산할 수 있다. 대안으로서, 비대칭 신호를 먼저 조합하고 그 다음에 교정된 오버레이를 계산할 수 있다. 예를 들어 상이한 기법을 이용하여 측정된 프로세스 및/또는 보정 데이터에 대한 정보를 가져오기 위해, 필요하다면 보다 복잡한 분석을 적용할 수 있다.
오버레이의 각 방향에 대해 동일한 프로세스가 반복되며, 이는 또한 기판에 걸쳐 필요한 만큼 많은 타겟에 대해 수행된다. 서브타겟(1904, 1906, 1908, 1916, 1936)의 배열은 변화될 수 있으며, 예를 들면 서브타겟(1904, 1906)과 서브타겟(1908, 1916, 1936)을 그룹화할 수 있다. 물론 서브타겟 및 그 주기적 구조체의 수 또한 변화될 수 있고, 서브타겟(1904, 1906)에서와 같이 서브타겟(1908, 1916, 1936)에 동일한 수의 컴포넌트 주기적 구조체가 있어야 하는 것은 아니다. 원칙적으로 서브타겟(1908, 1916 또는 1936)은, 나머지 층에서 변위의 보정이 요구되지 않는다면 단지 하나의 층에 제공될 수 있다.
나아가, 본 예에서는 분해능상 피처가 조밀한 피처를 포함하지만, 분해능상 피처는 특히 사용자의 실제 관심사항인 다른 곳의 제품 피처가 다른 형태를 갖는 경우 이와 다른 형태를 취할 수 있다. 따라서, 분해능상 피처는 주기적 구조체라기 보다는 단일 피처들(예컨대, 라인)일 수 있다. 이들은 라인 대신에 블록의 어레이, 또는 단일 블록들일 수 있다.
나아가, 일 실시예로서, 추가적인 리소그래피 프로세스 파라미터(예컨대, 선량 및/또는 포커스)를 측정하기 위해 도 23의 타겟(1900, 1902)에 하나 이상의 추가적인 주기적 구조체가 추가될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 서브타겟(1908, 1916 또는 1936) 중 하나가, 추가적인 리소그래피 프로세스 파라미터(예컨대, 선량 및/또는 포커스)를 측정하기 위해, 용도변경되거나(예컨대, 도 22와 관련하여 위에서 기술된 것과 유사하게 2개의 상이한 리소그래피 파라미터를 상이한 시간에 측정하는 데 이용됨), 그 대신 전용화될 수 있다.
도 27은 하나 이상의 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하기 위한 복수의 서브타겟을 포함하는 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 추가적인 실시예를 나타낸다. 도 27은 적어도 다중-층 오버레이 측정을 위해 설계된 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)의 일 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)은 서브타겟(1904, 1906)을 포함한다. 서브타겟(1904)은 주기적 구조체(1910)를 포함하고, 서브타겟(1906)은 주기적 구조체(1912)를 포함한다. 서브타겟(1904, 1906)은 위에서 논의한 바와 같이 상이하게 설계되어 있다(예컨대, 주기적 구조체 피치, 피처 및/또는 공간 폭 등에 있어서 상이함). 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902) 및 연관된 프로세스는, 하나 이상의 검출기/센서를 이용하여 방사선의 캡쳐가 가능하도록 서브타겟(1904, 1906) 각각의 적어도 일부가 동시에 조명되도록 설계된다.
이러한 예에서, 도 27(b)는 층 1로 지정되는 낮은 층에서 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)의 위치와 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)의 위치를 나타낸다. 도 27(a)는 층 1의 위에 위치하는 층 2로 지정되는 더 높은 층에서 서브타겟(1904)의 주기적 구조체(1910)의 위치와 서브타겟(1906)의 주기적 구조체(1912)의 위치를 나타낸다. 이러한 층들은 서로 바로 인접할 필요는 없다. 예를 들면, 하나 이상의 다른 층들이 층 1과 층 2 사이에 제공될 수 있고, 이러한 다른 층들은 도 27(a) 내지 27(b)의 임의의 주기적 구조체와 중첩되는 주기적 구조체를 가지지 않을 것이다.
나아가, 실제로는 도 27(a)의 주기적 구조체가 적어도 부분적으로 도 27(b)의 주기적 구조체 위에 놓이게 될 것이다 특히, 도 27(a)의 주기적 구조체(1910)는 적어도 부분적으로 도 27(b)의 각각의 주기적 구조체(1910) 위에 놓이게 될 것이다. 나아가, 도 27(a)의 주기적 구조체(1912)가 적어도 부분적으로 도 27(b)의 각각의 주기적 구조체(1912) 위에 놓이게 될 것이다.
그러므로 도 27의 실시예에서 확장된 작동 범위의 계측 타겟(1900, 1902)은 2개의 상이하게 설계된 서브타겟을 이용하여 층 1과 층 2 사이에 오버레이의 결정을 가능하게 하며, 이 경우 또한 2개의 직교하는 방향으로(예컨대, X-방향 및 Y-방향으로) 각 서브타겟에 대한 오버레이의 결정을 가능하게 한다. 그러므로, 단일한 측정 시퀀스로, 층-쌍 사이에 각각의 방향에 대한 오버레이가, 상이하게 설계된 서브타겟을 이용하여 이러한 층-쌍에 대해 복수 회 얻어질 수 있다. 각 방향에 대한 오버레이 결과는 통계적으로 조합되거나(예컨대, 각 방향에 대해 평균화됨) 또는 가중에 의해 조합될 수 있다(예를 들면, 하나의 서브타겟을 이용하여 층-쌍에 대해 특정 방향으로 측정된 오버레이 값은 다른 서브타겟을 이용하여 동일한 특정 방향으로 측정된 층-쌍에 대한 오버레이 값보다 더 가중되고; 나아가, 이러한 가중은 방향들마다 상이할 수 있으며, 예컨대 하나의 서브타겟은 다른 방향에 대한 서브타겟들 간의 가중에 비해 하나의 방향에 대하여 다른 서브타겟에 비해 상이하게 가중될 수 있다). 이러한 측정의 조합은, 예를 들면 측정 레시피(예컨대, 파장, 편광 등)에 있어서의 변형 또는 차이에 대한 서브타겟의 감도를 줄일 수 있다.
도 22 내지 27의 실시예는 오버레이가 하나 이상의 다른 리소그래피 프로세스 파라미터와 함께 측정되는 것에 관해 기술되었지만, 이는 선량 및 포커스 등의 리소그래피 프로세스 파라미터의 상이한 조합일 수 있다. 나아가, 도 22 내지 27의 실시예는 2개의 리소그래피 프로세스 파라미터에 관해 기술되었지만, 확장된 작동 범위의 계측 타겟은 하나 이상의 추가적인 리소그래피 프로세스 파라미터에 대해 하나 이상의 추가적인 서브타겟을 부가함으로써 셋 이상의 리소그래피 프로세스 파라미터를 측정하도록 확장될 수 있다.
나아가, 도 22 내지 27의 실시예는 다중-층 오버레이를 위해 설계된 확장된 작동 범위의 계측 타겟에 관해 기술되었지만, 이러한 도면의 원리는 예를 들어 프로세스 개발을 위해 설계된 확장된 작동 범위의 계측 타겟으로 확장될 수 있으며, 여기서 하나의 서브타겟은 특정 프로세스 스택 조건을 위해 이용될 수 있고 다른 서브타겟은 다른 프로세스 스택 조건을 위해 이용될 수 있어 프로세스 스택에 있어서의 실질적인 변화를 다룰 수 있게 된다. 이러한 경우, 도 22를 참조하면, 서브타겟(1904)은 도 22(c)의 층 1에서 타겟에 포함될 수 있고, 서브타겟(1906)은 도 22(b)의 층 2에서 타겟에 포함될 수 있으며, 각각의 층들에서 측정이 취해질 수 있다(예를 들면, 층 3에서만 측정이 이루어지기보다는). 마찬가지로, 도 23을 참조하면, 서브타겟(1904)은 도 23(c)의 층 1에서 타겟에 포함될 수 있고, 서브타겟(1906)은 도 23(b)의 층 2에서 타겟에 포함될 수 있으며, 각각의 층들에서 측정이 취해질 수 있다(예를 들면, 층 3에서만 측정이 이루어지기보다는).
일 실시예로서, 본원에서 기술된 실시예 중 하나 이상은 층간 오버레이 뿐만 아니라 다른 상황에서 분해능상 피처들 간의 부정합을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 특정 응용예는, 연속적인 리소그래피 패터닝 단계가 패터닝 디바이스의 분해능보다도 작은 단일 제품 층 내의 매우 작은 구조체의 패턴을 생성하는 데 이용되는 이른바 이중-패터닝 프로세스(일반적으로 다중-패터닝)에 있다. 이러한 카테고리의 기법은, 예를 들어 BEOL(back end-of the line) 층에서의 자기-정렬 듀얼 다마신 및 리소-에칭-리소-에칭(LELE)에 의한 피치-이중화를 포함한다. 동일한 층에서의 이러한 각각의 패터닝 프로세스는 스플릿이라 칭해질 수 있다. 따라서 본원에서 기술되는 하나 이상의 실시예는 실제 디바이스 패턴 분해능에서 2개의 개별 스플릿들 사이의 실제 오버레이 시프트에 대한 식각후(after-etch) 검사 및 검출을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 확장된 작동 범위의 계측 타겟이 이중 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 다중 패터닝 프로세스의 예에서, 서브구조체는 제품의 한 층에 형성되지만, 하나의 패터닝 동작 내에서가 아니라 둘 이상의 단계로 형성된다. 따라서, 예를 들면 도 25의 주기적 구조체를 참조하면, 분해능상 구조체의 제1 모집단은 분해능상 구조체의 제2 모집단과 교차배치되며, 각각의 모집단은 개개의 이중 패터닝 스플릿으로 인쇄된 바 있다. 개개의 모집단의 배치가 대칭적이지만, 모집단들 사이에 특정한 위치상 오프셋 또는 부정합이 있을 수 있다. 특히 하나의 모집단이 부정합에 의해 그 이상적인 위치에 대해 시프트된다. 따라서, 교정 양에 도달하기 위해 도 23-26과 관련하여 위에서 살펴본 바와 같이 프로그램된 오프셋이 유사하게 적용될 수 있다.
일 실시예로서, 계측 타겟을 이용하는 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터의 병렬 측정이 이루어질 수 있다. 이와 대조적으로, 많은 계측 측정(선량, 이미징, 포커스, 오버레이, 수차)이 순차적으로 기판 상의 상이한 X, Y 위치에서 이루어져 왔다. 이는 생산성 및 물리적 기판 공간의 측면에서 비용이 들 수 있다.
나아가, 다중-층 측정 기법은 다수의 층 및/또는 스플릿에 대해 병렬적인 오버레이 측정을 가능하게 한다. 그러나 예를 들어 이러한 기법이 필요치 않은 경우, 기법은 하나 이상의 다른 리소그래피 프로세스 파라미터의 병렬적인 측정을 위해 이용될 수 있고, 동일한 시간 기간 내에서 가치 있는 정보를 얻게 된다. 나아가, 이는 또한 계측 타겟이 소모하는 기판 상의 실용 공간을 줄일 수 있다.
따라서, 타겟 타입의 조합에 따라, 본원의 실시예는: (1) 계측 타겟이 소모하는 기판 상의 실용 공간을 약 50%까지 줄이고; (2) 포커스/이미징/선량 등의 실행간(run-to-run) 제어를 가능하게 하며(즉, 기판의 제1 로트의 측정 및 기판의 제2 로트의 처리 제어); (3) 타겟을 측정하고 측정으로부터 리소그래피 프로세스 파라미터 및 이러한 리소그래피 프로세스 파라미터에 대한 교정을 결정하며(예를 들면, 오버레이를 결정하기 위한 주기적 구조체와 결정된 오버레이에 대한 교정을 결정하기 위한 주기적 구조체를 조합함으로써 계측 타겟 구조체와 제품 구조체 간의 수차 효과 차이를 줄임); (4) 오버레이 타겟 변형을 줄이고; (5) 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 상이한 파라미터의 병렬적인 측정을 가능하게 할 수 있다.
일 실시예로서, 주기적 구조체는 예컨대 도 21에 도시된 바와 같이 넓기 보다는 기다란 것이 바람직하다. 도 21은, 서브타겟(1202, 1204)의 주기적 구조체 각각이 폭보다 길이가 기다란 도 12(a)의 실시예의 일례를 나타낸다. 이러한 배열은 X 방향과 Y 방향 간의 크로스토크를 줄이는 데 도움이 된다. 예를 들면 확장된 작동 범위의 계측 타겟을 위해 필요한 만큼 더 작은 주기적 구조체에 대하여, 크로스토크는 더 강해지는 경향이 있는데, 이는 격자 변(side) 사이의 비율과 총 표면적이 더 크기 때문이다. 크로스토크를 유발하는 면적은 0.5 × 파장 × 격자 변 × 2 이다. 따라서, 넓기 보다 기다란 주기적 구조체는 크로스토크를 줄이는 경향이 있고 따라서 더 유리할 수 있다. 일 실시예로서, 넓기 보다 기다란 주기적 구조체의 양태는 본원에서 기술되고 도시된 다른 특정 타겟 설계에 적용될 수 있다.
도 28은 실시예(2800)를 개략적으로 나타낸다. 이러한 실시예에서, 라인(2801, 2802)은 4개의 인접하는 노광 필드, 예컨대 28A, 28B, 28C 및 28D를 한정하고 있다. 노광 필드는 스캐너 등의 리소그래피 장치의 각 샷(shot)으로 노광되는 영역이다. 상이한 노광 필드에서 노광되는 층에 대해 오버레이 오차, 포커스 오차 또는 선량 오차가 발생할 가능성이 있다는 점이 밝혀졌다. 도 28의 실시예는, 영역들이 계측 장치의 하나의 조명 스팟(2831)으로 동시에 조명될 수 있도록 하는 구성으로 배열되는 영역들(2840, 2841, 2842 또는 2843) 중 적어도 2개를 구비한다. 영역들(2840, 2841, 2842 또는 2843) 중 적어도 2개에 대응하여 오버레이 또는 포커스 또는 선량을 측정함으로써, 노광 필드 사이의 노광의 품질에 대한 노광 단계의 영향을 모델링할 수 있다. 영역들은 동시에 측정될 수 있기 때문에, 이러한 배치는 측정 시간에 있어서 의미 있는 감소를 가져오게 될 것이다. 영역들(2840, 2841, 2842 또는 2843)은 오버레이 측정에 적합하도록 함께 그룹화된 주기적 구조체(예컨대, 도 4에서 32, 33, 34, 35 모두가 2840, 2841, 2842 또는 2843 등의 영역에 포함됨)일 수 있거나, 또는 포커스 및/또는 선량을 측정하는 데 적합하도록 함께 그룹화된 대응하는 주기적 구조체일 수 있다. 바람직한 구현예로서, 이러한 영역 중 적어도 하나가 오버레이를 측정하고 영역 중 적어도 하나가 포커스를 측정한다. 바람직한 구현예로서, 각각의 영역(2840, 2841, 2842 또는 2843)은 도 4의 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)를 모두 포함한다.
위에서 기술된 타겟 구조체는 측정의 목적으로 특별하게 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 다른 실시예로서, 기판 상에 형성된 디바이스의 기능 부분인 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 수많은 디바이스가 규칙적인 격자형 구조체를 가진다. 본원에서 사용될 때 '타겟 격자' 및 '타겟 주기적 구조체'라는 용어는, 이러한 구조체가 수행되고 있는 측정을 위해 특별히 제공되었음을 요하는 것은 아니다. 나아가, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)에서 리소그래피 프로세스에 의해 제조된 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로 오버레이 주기적 구조체의 피처 및/또는 공간은 치수가 제품 피처와 유사한 보다 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.
나아가, 앞선 도면은 타겟와 서브타겟의 주기적 구조체를 단지 예시한 것이다. 예를 들면, 일부 도면은 실제로 주기적 구조체가 보다 많은 주기적 구조체를 포함할 수 있는 경우에도 주기적 구조체의 단지 몇몇 주기적 구조체만을 나타낼 수 있다.
특정 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟의 주기적 구조체는 회전 대칭일 수 있다. 즉, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 2개 또는 그 이상의 서브타겟(예컨대, 3개 이상, 4개 이상 등)이 있을 수 있으며, 이러한 서브타겟은 공통된 대칭 중심을 공유하도록 구성되며, 각각의 서브타겟은 이러한 공통된 대칭 중심 주위로 180도 또는 그 이상의 회전에 대해 불변이다. 나아가, 각 서브타겟은 둘 이상의 주기적 구조체(예컨대, 3개 이상, 4개 이상 등)를 포함할 수 있고, 각각의 주기적 구조체는 개개의 대칭 중심을 가지며 각가의 주기적 구조체는 개개의 대칭 중심 주위로 180도 또는 그 이상의 회전에 대해 불변이다.
그러나, 일 실시예로서, 확장된 작동 범위의 계측 타겟의 서브타겟의 주기적 구조체가 회전 대칭일 수 있다. 이는 임의의 수많은 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 셋 이상의 서브타겟 중 하나의 서브타겟이 나머지 서브타겟의 공통된 중심으로부터 떨어져 시프트(위치)될 수 있다. 다른 예로서, 서브타겟의 하나 이상의 주기적 구조체의 하나 이상의 피처가 서브타겟의 하나 이상의 다른 주기적 구조체의 하나 이상의 피처에 비해 또는 다른 서브타겟의 하나 이상의 주기적 구조체의 하나 이상의 피처에 비해 약간 단축, 신장 또는 시프트될 수 있다. 또 다른 예로서, 임의의 대칭성을 교란하도록 서브타겟의 주기적 구조체들 사이에 또는 서브타겟들 사이에 하나 이상의 더미 구조체가 삽입될 수 있다. 일 실시예로서, 이러한 하나 이상의 더미 구조체는 회전 대칭이다. 시프트, 단축 또는 신장은 측정 장치의 측정가능 범위 미만일 수 있다. 일 실시예로서, 시프트, 단축 또는 신장은 1nm 범위 또는 그보다 작을 수 있다. 이러한 변화는 측정 판독에 대해 작거나 무시할만한 영향을 미칠 것이다. 마찬가지로, 더미 구조체는 측정 장치의 유효 측정 범위 미만인 피처 사이즈 또는 피치를 가질 수 있다.
많은 실시예가 암시야 계측의 관점에서 기술되었지만, 본원의 실시예는 각도 분해 및/또는 이미지 계측에 적절히 적용될 수 있다.
"구조체"라는 용어는 본원에서 단순한 격자 라인과 같은 임의의 특정 형태의 구조체로 제한되지 않고 사용된다. 실제로, 격자의 라인 및 공간과 같은 개략적 구조 피처가 보다 미세한 서브구조체의 집합에 의해 형성될 수 있다.
기판 및 패터닝 디바이스 상에 실현되는 타겟의 물리적 주기적 구조체와 관련하여, 일 실시예는, 기판을 위해 타겟을 설계하는 방법, 기판 상에 타겟을 생성하는 방법, 기판 상의 타겟을 측정하는 방법 및/또는 리소그래피 프로세스에 대한 정보를 획득하기 위해 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 일 실시예는 타겟을 기술하는 데이터 또는 기계 판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 코드를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예컨대 도 3의 장치에서의 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램 또는 코드가 내부에 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광디스크) 또한 제공될 수 있다. 예컨대 도 3에 도시된 타입의 기존의 계측 장치가 이미 생산되고 있거나 및/또는 사용되고 있는 경우, 일 실시예는 프로세서로 하여금 본 명세서에서 개시되는 방법 중 하나 이상을 실행하도록 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품의 제공에 의해 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 또는 코드는 선택적으로, 적합한 복수의 타겟 상에서 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법을 수행하기 위해 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 또는 코드는 추가적인 기판의 측정을 위해 리소그래피 및/또는 계측 레시피를 업데이트할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 또는 코드는 추가적인 기판의 처리 및 패터닝을 위해 리소그래피 장치를 제어(직접 또는 간접적으로)하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시예는 다음 번호의 조항으로 제공된다:
1. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
기판 상의 회절 측정 타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및
상기 타겟에 대하여 상기 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 상기 적어도 두 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
2. 제1 조항에 있어서,
적어도 상기 제1 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
3. 제1 조항 또는 제2 조항에 있어서,
상기 리소그래피 파라미터 중 적어도 하나는 오버레이를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
4. 제1 조항 내지 제3 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 조명하는 단계는, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부를 한번에 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
5. 제1 조항 내지 제4 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 기판상에서 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
6. 제1 조항 내지 제5 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 기판상에서 400 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
7. 제1 조항 내지 제6 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각은 상기 기판에 대한 상이한 프로세스 스택에 대해 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
8. 제1 조항 내지 제7 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각은 다중 층 오버레이 측정을 위해 상이한 층-쌍(layer-pair)에 대해 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
9. 제1 조항 내지 제8 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 상이한 설계는, 제1 서브타겟의 주기적 구조체가 제2 서브타겟의 주기적 구조체와는 상이한 피치, 피처 폭, 공간 폭, 및/또는 세그먼트화를 갖는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
10. 제1 조항 내지 제9 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟은 적어도 부분적으로 제1 주기적 구조체 위에 덮여 있고, 상기 제3 서브타겟은 적어도 부분적으로 제2 주기적 구조체 위에 덮여 있으며, 상기 제1 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제2 주기적 구조체와는 상이한 층에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
11. 제1 조항 내지 제10 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
12. 제1 조항 내지 제11 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
13. 회절 측정 타겟으로서,
상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되는, 회절 측정 타겟.
14. 제13 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각은 다중 층 오버레이 측정을 위해 상이한 층-쌍에 대해 설계되는, 회절 측정 타겟.
15. 제14 조항에 있어서,
상기 상이한 설계는, 제1 서브타겟의 주기적 구조체가 제2 서브타겟의 주기적 구조체와는 상이한 피치, 피처 폭, 공간 폭, 및/또는 세그먼트화를 갖는 것을 포함하는, 회절 측정 타겟.
16. 제13 조항 내지 제15 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
기판 상에 있는 경우, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
17. 제13 조항 내지 제16 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
기판 상에 있는 경우, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 400 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
18. 제13 조항 내지 제17 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 리소그래피 파라미터 중 적어도 하나는 오버레이를 포함하는, 회절 측정 타겟.
19. 제13 조항 내지 제18 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟은, 기판 상에 있는 경우, 적어도 부분적으로 제1 주기적 구조체 위에 덮여 있고, 상기 제3 서브타겟은, 상기 기판 상에 있는 경우, 적어도 부분적으로 제2 주기적 구조체 위에 덮여 있으며, 상기 제1 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제2 주기적 구조체와는 상이한 층에 있는, 회절 측정 타겟.
20. 제13 조항 내지 제19 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 회절 측정 타겟.
21. 제13 조항 내지 제20 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 회절 측정 타겟.
22. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 동시에 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제2 서브타겟은 상기 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계됨 ―; 및
상기 타겟에 대하여 상기 리소그래피 프로세스 파라미터 및 상기 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
23. 제22 조항에 있어서,
상기 리소그래피 프로세스 파라미터는 오버레이를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
24. 제22 조항 또는 제23 조항에 있어서,
상기 조명하는 단계는, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부를 한번에 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
25. 제22 조항 내지 제24 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
26. 제22 조항 내지 제25 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 400 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
27. 제22 조항 내지 제26 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
28. 회절 측정 타겟으로서,
상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 포함하고, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하며, 상기 제2 서브타겟은 상기 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계되고, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 기판 상에서 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
29. 제28 조항에 있어서,
기판 상에 있는 경우 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 400 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
30. 제28 조항 또는 제29 조항에 있어서,
상기 리소그래피 프로세스 파라미터는 오버레이를 포함하는, 회절 측정 타겟.
31. 제28 조항 내지 제30 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟은 제1 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제1 주기적 구조체 및 제2의 상이한 방향으로 연장되는 피처를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함하는, 회절 측정 타겟.
32. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제1 서브타겟의 주기적 구조체는 상기 기판 상의 제1 층에 있으며, 상기 회절 측정 타겟은 상기 제1 층에서 적어도 제2 서브타겟의 주기적 구조체를 더 포함하며, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―;
상기 타겟에 대하여 설계된 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제1 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계;
상기 기판 상의 상기 회절 측정 타겟의 적어도 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 있으며, 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및
상기 타겟에 대하여 각각의 설계된 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
33. 제32 조항에 있어서,
제1 서브타겟은 제2 서브타겟과는 상이한 설계를 가지는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
34. 제32 조항 또는 제33 조항에 있어서,
제2 서브타겟은 제3 서브타겟과는 상이한 설계를 가지는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
35. 제32 조항 내지 제34 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
제1 서브타겟과 제3 서브타겟은 동일한 리소그래피 프로세스 파라미터에 대해 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
36. 제32 조항 내지 제35 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟 및 제3 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
37. 제32 조항 내지 제36 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 리소그래피 파라미터 중 적어도 하나는 오버레이를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
38. 회절 측정 타겟으로서,
상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟을 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은, 기판 상에 있는 경우, 상기 기판 상의 제1 층에 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지며 상기 기판 상에서 상기 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지고,
상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되고, 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되는, 회절 측정 타겟.
39. 제38 조항에 있어서,
제1 서브타겟은 제2 서브타겟과는 상이한 설계를 가지는, 회절 측정 타겟.
40. 제38 조항 또는 제39 조항에 있어서,
제2 서브타겟은 제3 서브타겟과는 상이한 설계를 가지는, 회절 측정 타겟.
41. 제38 조항 내지 제40 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
제1 서브타겟과 제3 서브타겟은 동일한 리소그래피 프로세스 파라미터에 대해 설계되는, 회절 측정 타겟.
42. 제38 조항 내지 제41 조항 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 제1 서브타겟 및 제3 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 회절 측정 타겟.
43. 리소그래피 프로세스를 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되는 디바이스 제조 방법으로서,
제1 조항 내지 제12 조항, 제22 조항 내지 제27 조항 및 제32 조항 내지 제37 조항 중 어느 한 조항의 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 상기 디바이스 패턴의 일부로서 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 회절 측정 타겟을 검사하는 단계, 및 상기 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
44. 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
프로세서로 하여금 제1 조항 내지 제12 조항, 제22 조항 내지 제27 조항 및 제32 조항 내지 제37 조항 중 어느 한 조항의 방법을 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
45. 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
제13 조항 내지 제21 조항, 제28 조항 내지 제31 조항, 및 제38 조항 내지 제42 조항 중 어느 한 조항의 회절 측정 타겟을 규정하는 데이터 또는 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
46. 제13 조항 내지 제21 조항, 제28 조항 내지 제31 조항, 및 제38 조항 내지 제42 조항 중 어느 한 조항의 회절 측정 타겟을 포함하는 기판.
47. 제13 조항 내지 제21 조항, 제28 조항 내지 제31 조항, 및 제38 조항 내지 제42 조항 중 어느 한 조항에 따른 회절 측정 타겟을 적어도 부분적으로 형성하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
48. 기판 상의 회절 측정 타겟 상에 빔을 제공하고, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정하기 위해 상기 회절 측정 타겟에 의해 회절되는 방사선을 검출하도록 구성되는 검사 장치; 및
제44 조항 또는 제45 조항의 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 시스템.
49. 제48 조항에 있어서,
방사선 빔을 변조하기 위한 패터닝 디바이스를 홀딩하도록 구성되는 지지 구조체 및 변조된 방사선 빔을 방사선 감응 기판 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 더 포함하는, 시스템.
50. 제4 조항에 있어서,
상기 조명하는 단계는, 상이한 노광 필드들에서 노광되는 적어도 주기적 구조체들을 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
51. 제24 조항에 있어서,
상기 조명하는 단계는, 상이한 노광 필드들에서 노광되는 적어도 주기적 구조체들을 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
앞서 본 발명의 실시예를 광학 리소그래피의 관점에서 이용하는 것에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용예에도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 본 발명은 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스된 후에, 이 레지스트를 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화시킨다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트를 벗겨냄으로써 기판에 패턴을 잔류시킨다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5 nm 내지 20 nm 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
문맥이 허용하는 경우 "렌즈"라는 용어는 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
특정의 실시예에 대한 이상의 설명은, 본 기술분야의 지식을 적용함으로써, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어남이 없이, 과도한 실험을 하지 않고도, 이러한 특정의 실시예의 다양한 응용을 위해 용이하게 변경 및/또는 적응시킬 수 있도록 본 발명의 일반적인 특징을 드러낼 것이다. 따라서, 이러한 적응 및 변경은 본 명세서에서 제시하는 내용 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예의 균등의 범위 및 의미 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 예로서 설명을 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 하며, 따라서 본 명세서에서 사용되는 표현이나 용어는 그 내용이나 안내의 관점에서 통상의 기술자에 의해 해석될 것이다.
본 발명의 범위는 상기 개시한 실시예에 의해 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위와 그 균등의 범위에 의해서만 정해져야 한다.

Claims (23)

  1. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    기판 상의 회절 측정 타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및
    상기 타겟에 대하여 상기 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 상기 적어도 두 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 제1 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    리소그래피 파라미터 중 적어도 하나는 오버레이를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부를 한번에 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 서브타겟은 적어도 부분적으로 제1 주기적 구조체 위에 덮여 있고, 상기 제3 서브타겟은 적어도 부분적으로 제2 주기적 구조체 위에 덮여 있으며, 상기 제1 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제2 주기적 구조체와는 상이한 층에 있는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  6. 회절 측정 타겟으로서,
    상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 적어도 제2 서브타겟 및 적어도 제3 서브타겟을 포함하며, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은 각각 상이한 설계를 가지며, 서브타겟 중 적어도 두 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되는, 회절 측정 타겟.
  7. 제6항에 있어서,
    기판 상에 있는 경우, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 400 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 서브타겟은, 기판 상에 있는 경우, 적어도 부분적으로 제1 주기적 구조체 위에 덮여 있고, 상기 제3 서브타겟은, 상기 기판 상에 있는 경우, 적어도 부분적으로 제2 주기적 구조체 위에 덮여 있으며, 상기 제1 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제2 주기적 구조체와는 상이한 층에 있는, 회절 측정 타겟.
  9. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 동시에 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하고, 상기 제2 서브타겟은 상기 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계됨 ―; 및
    상기 타겟에 대하여 상기 리소그래피 프로세스 파라미터 및 상기 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부를 한번에 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  11. 회절 측정 타겟으로서,
    상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟과 적어도 제2 서브타겟을 포함하고, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 각각 주기적 구조체를 포함하며, 상기 제2 서브타겟은 상기 제1 서브타겟이 결정하도록 설계되는 리소그래피 프로세스 파라미터의 교정을 결정하도록 설계되고, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟의 주기적 구조체 각각의 적어도 일부는 기판 상에서 1000 ㎛2 이하의 인접 영역 내에 있는, 회절 측정 타겟.
  12. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    기판 상의 회절 측정 타겟의 적어도 제1 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제1 서브타겟의 주기적 구조체는 상기 기판 상의 제1 층에 있으며, 상기 회절 측정 타겟은 상기 제1 층에서 적어도 제2 서브타겟의 주기적 구조체를 더 포함하며, 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―;
    상기 타겟에 대하여 설계된 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제1 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계;
    상기 기판 상의 상기 회절 측정 타겟의 적어도 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟을 방사선으로 조명하는 단계 ― 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체는 상기 기판 상에서 상기 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 있으며, 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계됨 ―; 및
    상기 타겟에 대하여 각각의 설계된 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 나타내는 측정치를 획득하도록 적어도 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계를 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 서브타겟 및 제3 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  14. 회절 측정 타겟으로서,
    상기 회절 측정 타겟은 적어도 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟을 포함하고, 상기 제1 서브타겟, 제2 서브타겟 및 제3 서브타겟은, 기판 상에 있는 경우, 상기 기판 상의 제1 층에 상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지며 상기 기판 상에서 상기 제1 층 위에 놓여 있는 제2 층에 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟 각각의 주기적 구조체를 가지고,
    상기 제1 서브타겟과 제2 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되고, 상기 제2 서브타겟과 제3 서브타겟은 상이한 리소그래피 프로세스 파라미터를 결정하도록 각각 설계되는, 회절 측정 타겟.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 서브타겟 및 제3 서브타겟은 노광 포커스, 노광 선량, 및/또는 광학 수차를 결정하도록 설계되는, 회절 측정 타겟.
  16. 리소그래피 프로세스를 이용하여 일련의 기판에 디바이스 패턴이 적용되는 디바이스 제조 방법으로서,
    제1항 내지 제5항, 제9항 내지 제10항 및 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 상기 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 상기 디바이스 패턴의 일부로서 또는 상기 디바이스 패턴 이외에 형성되는 적어도 회절 측정 타겟을 검사하는 단계, 및 상기 방법의 결과에 따라 이후의 기판에 대해 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  17. 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    프로세서로 하여금 제1항 내지 제5항, 제9항 내지 제10항 및 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하기 위한 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
  18. 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    제6항 내지 제8항, 제11항 및 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항의 회절 측정 타겟을 규정하는 데이터 또는 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
  19. 제6항 내지 제8항, 제11항 및 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항의 회절 측정 타겟을 포함하는 기판.
  20. 제6항 내지 제8항, 제11항 및 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 회절 측정 타겟을 적어도 부분적으로 형성하도록 구성되는 패터닝 디바이스.
  21. 기판 상의 회절 측정 타겟 상에 빔을 제공하고, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정하기 위해 상기 회절 측정 타겟에 의해 회절되는 방사선을 검출하도록 구성되는 검사 장치; 및
    제17항 또는 제18항의 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 시스템.
  22. 제4항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상이한 노광 필드들에서 노광되는 적어도 주기적 구조체들을 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
  23. 제10항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상이한 노광 필드들에서 노광되는 적어도 주기적 구조체들을 커버하는 측정 스팟을 상기 회절 측정 타겟 상에 조명하는 것을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법.
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