KR20180087410A - 위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180087410A
KR20180087410A KR1020187018829A KR20187018829A KR20180087410A KR 20180087410 A KR20180087410 A KR 20180087410A KR 1020187018829 A KR1020187018829 A KR 1020187018829A KR 20187018829 A KR20187018829 A KR 20187018829A KR 20180087410 A KR20180087410 A KR 20180087410A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
alignment
substrate
sub
segmented
Prior art date
Application number
KR1020187018829A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102128523B1 (ko
Inventor
랄프 브린크호프
시몬 기스버트 요세푸스 마티센
마이켈 로버트 구센
바실리 데메르기스
바르톨로메우스 페트루스 리페르스
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이., 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이. filed Critical 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Publication of KR20180087410A publication Critical patent/KR20180087410A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102128523B1 publication Critical patent/KR102128523B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7046—Strategy, e.g. mark, sensor or wavelength selection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073—Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7092—Signal processing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70141—Illumination system adjustment, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of illumination system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

광학계를 이용하여 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 상기 서브 세그먼트화 된 타겟을 방사선으로 조명하고 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 위치 정보를 포함하는 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출함으로써 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟을 측정하는 단계를 포함한다. 서브 세그먼트화 된 타겟은 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배열된 구조들을 포함하고, 상기 구조들 중 적어도 일부는 더 작은 서브 구조들을 포함하며, 각각의 서브 세그먼트화 된 타겟은 공지의 성분과 미지의 성분의 조합인 구조 및 서브 구조 사이의 위치 오프셋으로 형성된다. 상기 신호는 서브 세그먼트화 된 타겟의 공지의 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께 상기 위치 오프셋의 상기 미지 성분에 대해 보정 된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정 된 위치를 계산하는데 사용된다.

Description

정렬 타겟의 위치 측정 방법
본 출원은 2015년 12월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제 62/262,780 호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 본 명세서에서 참고로 통합된다.
본 발명은 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 태양은 리소그래피 장치, 리소그래피 셀 및 디바이스 제조 방법을 제공한다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
디바이스 피처들을 기판 상에 정확히 위치시키도록 리소그래픽 프로세스를 제어하기 위해, 정렬 타겟들이 일반적으로 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 기판 상의 타겟들의 위치들이 정확하게 측정될 수 있는 하나 이상의 정렬 센서들을 포함한다. 이들 정렬 센서는 효과적으로 위치 측정 장치이다. 상이한 타입의 타겟 및 상이한 유형의 정렬 센서는 상이한 시대 및 상이한 제조사로부터 알려져있다. 현재의 리소그래피 장치에서 널리 사용되는 센서의 유형은 미국 특허 제 6961116 호(den Boef 등)에 기재된 자기-참조 간섭계(self-referencing interferometer)에 기초한다. 일반적으로 타겟은 X 위치와 Y 위치를 얻기 위해 별도로 측정된다. 그러나, 결합된 X 및 Y 측정은 공개된 특허 출원 US 2009/195768 A(Bijnen et al)에 기재된 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 이들 출원의 내용은 본원에 참조로서 포함된다.
상용 정렬 센서를 사용하는 진보된 정렬 기술은 Jeroen Huijbregtse 등의 "Advanced ATHENATM Alignment Strategies를 갖는 오버레이 성능", Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XVII, Daniel J. Herr, Editor, Proceedings of SPIE Vol. 5038 (2003)에 기재되어 있다. 이러한 전략은 위에서 언급한 US'116 및 US'768에 기술된 유형의 센서에서 상업적으로 확대 적용될 수 있다. 상용 센서의 특징은 동일한 타겟 격자 또는 격자들 상에서 여러 파장(색) 및 방사선(빛) 편광을 사용하여 위치를 측정한다는 점입니다. 모든 상황에서 단일 색상으로 측정하는 것은 이상적이지 않으므로 상용 시스템은 여러 신호 중에서 선택하여 가장 신뢰할 수 있는 위치 정보를 제공한다. 대안적으로, 본 시스템은 본 출원인의 내부 파일 번호 2014D00195를 포함하는 특허 출원에 기술된 바와 같이, 상이한 컬러 및/또는 편광으로부터의 신호의 선형 조합을 사용할 수도 있다.
보다 정확한 위치 측정을 제공하고, 특히 제품 피처가 작아지면서 오버레이 오차를 제어할 필요가 계속적으로 요구되고 있다. 정렬 오류의 원인 중 하나는 정렬 타겟과 제품 피처 간의 피치 차이가 크기 때문에 주변 제품 피처와는 다른 시프트로 노광되는 결과에 기인한다. 설명을 위해, 정렬 타겟은 일반적으로 리소그래피 장치의 기판에 적용될 디바이스 패턴의 피처보다 훨씬 큰 피처를 갖는 격자로 형성된다. 따라서, 요구되는 위치 결정 정확도는 정렬 격자의 정밀도에 의해서가 아니라 많은 주기에 걸쳐 측정될 수 있는 주기적 신호를 제공함으로써 전체적으로 매우 정확한 위치 측정을 얻음으로써 얻어진다. 한편, 조대 격자는 실제 제품의 피처를 나타내지 않으므로, 그 형성은 실제 제품의 퍼쳐와는 다른 처리 효과의 영향을 받는다.
정렬 타겟들은 전형적으로 후속 제품 층들에 패턴을 적용할 리소그래피 장치와 유사하거나 동일한 리소그래피 장치를 사용하여 디바이스 제조 공정을 통해 기판에 적용된다. 제품 피처는 예를 들어 패턴을 적용하는데 사용되는 광학 투영 시스템의 수차로 인해 조대 정렬 격자 피처보다 포지셔닝에서 약간 다른 오류를 겪게된다. 현재의 정렬 센서에서 이것이 미치는 영향은, 측정된 위치가 미지의 오류를 포함하며 이는 조대 격자의 위치 또는 제품 피처의 위치가 아니라는 것이다.
더 조대한 정렬 격자 피처들과 제품 피처들(본 명세서에서 "마크 프린트 에러"로 지칭됨) 사이의 이러한 에러 부정합을 해결하기 위해, 마크 프린트 에러가 측정되고 따라서 보정될 수 있도록 하는 정렬 타겟이 개발되었다. 이러한 정렬 타겟은 차동 서브 세그먼트화 된 타겟(differential sub-segmented target)(DSM 타겟)으로 지칭될 수 있으며, 본 명세서에 참고로 인용된 WO2014/146906에 기술되어있다. 이러한 DSM 타겟은 마크 프린트 에러를 측정하는데 효과적이지만, 그 효과는 일부 기판 처리 단계에 의해 손상되는 것으로 밝혀졌다. 에칭 단계인 이들 처리 단계는 타겟의 비대칭 변형을 유발하여 타겟의 성능을 저하시킬 수 있다. 이는 통상적인 기판 정렬 시퀀스에서의 유용성을 제한하는데, 이는 타겟이 전형적으로 이 프로세싱 후에 측정되기 때문이다.
서브-세그먼트화 된 타겟들의 처리와 관련하여 전술한 문제점을 해결하는 것이 바람직할 것이다.
제 1 양태에서의 본 발명은 광학 시스템을 사용하여 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법을 포함하며, 상기 방법은: (a) 서브 세그먼트화 된 타겟을 방사선으로 조명하고 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 위치 정보를 포함하는 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출함으로써 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟을 측정하는 단계 - 상기 단계는 상기 서브 세그먼트화 된 타겟이 여전히 레지스트에 있을 때 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 상에 수행되고, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배열된 구조체를 포함하고, 상기 구조체 중 적어도 일부는 더 작은 서브 구조체를 포함하고, 각각의 서브 세그먼트화 된 타겟은 공지된 성분과 미지의 성분의 조합인 상기 구조체와 상기 서브 구조체 사이의 위치 오프셋으로 형성됨 -; 및 (b) 상기 서브 세그먼트 된 타겟의 공지된 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 상기 신호들을 사용하여 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분에 대해 보정된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 리소그래피 공정을 이용하여 기판에 디바이스 패턴을 적용하는 디바이스 제조방법이 개시되며, 상기 방법은, 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 참조하여 상기 적용된 패턴을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 측정된 위치는 제 1 양태의 방법에 의하여 얻어진다.
관련된 리소그래피 장치, 리소그래피 셀 및 컴퓨터 프로그램 또한 개시된다.
본 발명의 실시 예들은 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 단지 예로서 설명 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용 가능한 정렬 센서를 포함하는 예시적인 리소그래피 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용 가능한 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다.
도 3은 도 3 (a) 및 도 3 (b)를 포함하며, 도 1의 장치 내의 기판 상에 제공 될 수 있는 다양한 형태의 정렬 타겟을 도시한다.
도 4는 도 1의 장치에서 정렬 타겟을 스캐닝하는 공지된 정렬 센서의 개략적 인 블록도이다.
도 5는, (a) 제 1 쌍의 조명 개구(illumination apertures)를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 타겟을 측정하는데 사용하기 위한 다크 필드 스캐터로미터(dark field scatterometer)의 개략도, (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세, (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위한 스캐터로미터를 사용함에 있어 추가적인 조명 모드를 제공하는 제 2 쌍의 조명 개구, (d) 상기 제 1 및 제 2 쌍의 개구를 결합하는 제 3 쌍의 조명 개구. (e) 공지된 형태의 다중 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 외형(outline); 및 (f) 도 5 (a)의 스캐터로미터에서 얻어진 도 5 (e)의 타겟의 이미지를 포함한다.
도 6은 분해능 피처(at-resolution features)를 갖는 정렬 타겟의 상세한 개략적인 단면도로서, (a) 조대 및 분해능 피처 위치들 사이의 부정합이 없는 경우, (b) 조대 및 분해능 피처 위치들 사이의 부정합이 있는 경우이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 2 부분 차동 정렬 타겟을 평면도 및 단면도로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메트롤로지 장치에 의해 측정된 차동 서브 세그먼트화 된 타겟을 사용하여 위치를 측정하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 7의 차동 정렬 타겟을 사용하여 위치를 측정하는 방법의 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 또는 WTb); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 도 1의 예시에서의 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb)은 이것의 사례이다. 본 명세서에 기재된 본 발명은 독립적인 방식으로 사용될 수 있지만, 특별히 단일 또는 다수-스테이지 장치들의 노광전(pre-exposure) 측정 스테이지에서 추가 기능들을 제공할 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa/WTb)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WTa/WTb)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WTa/WTb)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa/WTb)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WTa/WTb)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WTa/WTb)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa/WTb)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa 및 WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있도록 측정 스테이션에서 또 다른 기판이 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면을 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 두 스테이션들에서 기판 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
상기 장치는 설명된 다양한 액추에이터들 및 센서들의 이동 및 측정을 모두 제어하는 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 더 포함한다. 또한, LACU는 상기 장치의 작동에 관련된 바람직한 계산들을 실행하기 위한 신호 처리 및 데이터 처리 능력을 포함한다. 실제로, 제어 유닛(LACU)은 각각 장치 내의 서브시스템 또는 구성요소의 실시간 데이터 수집, 처리, 및 제어를 다루는 많은 서브-유닛들의 시스템으로서 실현될 것이다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템이 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어(servo control)에 지정될 수 있다. 별도의 유닛들이 개략 및 미세 액추에이터들, 또는 상이한 축선들을 다룰 수도 있다. 또 다른 유닛은 위치 센서(IF)의 판독(readout)에 지정될 수 있다. 상기 장치의 전체 제어는 이 서브-시스템들의 처리 유닛들, 조작자들, 및 리소그래피 제조 공정에 관련된 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 속성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 위치되는 제조 시설은 리소셀에서 처리된 기판(W)들 중 일부 또는 전체를 수용하는 메트롤로지 시스템(MET)을 포함한다. 메트롤로지 결과들은 감독 제어 시스템(SCS)에 간접적으로 또는 직접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 수율을 개선하도록 벗겨져서(strip) 재가공(rework)되거나, 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판들에 또 다른 처리를 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광들이 수행될 수 있다.
메트롤로지 시스템(MET) 내에서, 검사 장치는 기판의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 속성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분들과 노광되지 않은 레지스트의 부분들 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판들 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판들의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 3 (a)는 각각 X-위치 및 Y-위치의 측정을 위해 기판(W) 상에 제공된 정렬 타겟(202, 204)의 예를 도시한다. 이 예에서 각 타겟은 제품 층 또는 기판에 도포되거나 에칭되는 다른 층에 형성된 일련의 바아를 포함한다. 바아는 규칙적으로 간격을 두고 격자 선으로 작용하여 타겟은 충분히 잘 알려진 공간상 주기(피치)를 가진 회절 격자로 간주될 수 있다. X 방향 타겟(202) 상의 바아는 Y 방향에 주기성을 제공하기 위해 Y 축에 평행하고, Y 방향 타겟(204)의 바아는 Y 방향에 주기성을 제공하기 위해 X 축에 평행하다. (도 1에 도시된) 정렬 센서(AS)는 사인파와 같은 주기적으로 변하는 신호를 얻기 위해 방사선의 스폿 206(X 방향), 208(Y 방향)으로 광학적으로 각각의 타겟을 스캔한다. 이 신호의 위상이 분석되어, 장치의 기준 프레임(RF)에 대해 고정된 정렬 센서에 대한 타겟의 위치, 따라서 기판(W)의 위치를 측정한다. 스캐닝 이동은 점선 외곽선으로 표시된 스폿(206 또는 208)의 점진적 위치를 갖는 넓은 화살표로 개략적으로 표시된다. 정렬 패턴의 바아(격자 선)의 피치는 전형적으로 기판 상에 형성될 제품 피처의 피치보다 훨씬 더 크며, 정렬 센서(AS)는 기판에 패턴을 적용하는데 사용되는 노광 방사선보다 훨씬 더 긴 방사선 파장(또는 대체로 복수의 파장들)을 사용한다. 그러나 바아 수가 많으면 반복 신호의 위상을 정확하게 측정할 수 있기 때문에 미세한 위치 정보를 얻을 수 있다.
정렬 센서가 주기 내의 정확한 위치(위상) 뿐만 아니라 주기적 신호의 상이한 사이클을 구별할 수 있도록 조대한 타겟 및 미세한 타겟이 제공될 수 있다. 상이한 피치의 타겟은 또한 이 목적을 위해 이용될 수 있다. 이들 기술은 당업자에게 다시 공지되어 있으며 여기에서는 상세히 설명하지 않는다. 이러한 센서들의 설계 및 동작은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 각각의 리소그래피 장치는 그 자체의 센서 설계를 가질 수 있다. 본 설명의 목적을 위해, 정렬 센서(AS)는 일반적으로 미국 특허 제 6961116 호(den Boef 등)에 기술된 형태로 가정된다. 도 3 (b)는 유사한 정렬 시스템과 함께 사용하기 위한 수정된 타겟을 도시하는데, X 및 Y 위치는 조명 스폿(206 또는 208)을 이용한 단일 광학 스캔을 통해 얻어질 수 있다. 타겟(210)은 X 및 Y 축 모두에 대해 45도로 배치된 바아를 갖는다. 이러한 결합된 X- 및 Y-측정은 공개된 특허 출원 US 2009/195768 A(Bijnen 등)에 기재된 기술을 사용하여 수행될 수 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 인용된다.
도 4는 공지된 정렬 센서(AS)의 개략적인 블록도이다. 조명 소스(220)는 대물렌즈(224)를 통해 스폿 미러(223)에 의해 기판(W) 상에 위치된 타겟(202)과 같은 타겟 상으로 전환되는 하나 이상의 파장의 방사선의 빔(222)을 제공한다. 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전술한 US 6961116에 기초한 본 정렬 센서의 예에서, 타겟(202)이 조명되는 조명 스폿(206)은 타겟 자체의 폭보다 직경이 약간 더 작을 수 있다.
타겟(202)에 의해 산란된 방사선은 대물렌즈(224)에 의해 픽업되고 정보-반송 빔(226)으로 시준된다. 자기-참조 간섭계(228)는 전술한 US'116에 개시된 유형이며, 빔(226)을 처리하고 (각각의 파장에 대해) 개별 빔을 센서 어레이(230)에 출력한다. 스폿 미러(223)는 이 지점에서 0 차 스톱으로서 편리하게 기능하여, 정보-반송 빔(226)은 타겟(202)으로부터의 고차 회절 방사선만을 포함한다(이것은 측정에 필수적이지 않지만 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다). 센서 그리드(230) 내의 개별 센서로부터의 세기 신호(232)는 처리 유닛(PU)에 제공된다. 블록(228)에서의 광학 프로세싱과 유닛(PU)에서의 계산 프로세싱의 조합에 의해, 기준 프레임(RF)에 대한 기판 상의 X 및 Y 위치에 대한 값이 출력된다. 처리 유닛(PU)은 도 1에 도시된 제어 유닛(LACU)과 분리되거나, 설계 선택 및 편의상 동일한 처리 하드웨어를 공유할 수 있다. 유닛(PU)가 분리되어 있는 경우, 신호 처리의 일부는 유닛 PU에서 수행되고 다른 일부는 유닛 LACU에서 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도시된 유형의 단일 측정은 단지 타겟의 하나의 피치에 대응하는 특정 범위 내에서 타겟의 위치를 고정시킨다. 더 거친(coarser) 측정 기술을 이와 함께 사용하여 사인파의 어느 주기가 타겟 위치를 포함하고 있는지 식별한다. 더 거친 및/또는 더 미세한 레벨에서의 동일한 공정은 정확도를 높이기 위해, 그리고 타겟이 만들어지고 타겟이 안착하는 위 및/또는 아래의 재료와 관계없이 타겟을 강건하게 검출하기 위해 상이한 파장에서 반복될 수 있다. 파장은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화(multiplexed) 및 역 다중화(demultiplexed) 될 수 있고/있거나 시간 분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다. 본 개시 의 예들은 타겟 비대칭에 대한 감도가 감소된 실용적이고 견실한 측정 장치(정렬 센서)를 제공하기 위해 여러 파장들에서의 측정을 이용할 것이다.
보다 상세하게 측정 프로세스를 참조하면,도 4에서 v로 표시된 화살표는 스폿(206)이 타겟(202)의 길이(L)를 가로지르는 스캐닝 속도를 도시한다. 이 예에서, 실제로 정렬 센서(AS) 및 스폿(206)은 정지 상태로 유지되는 한편, 속도(vW)로 이동하는 것은 기판(W)이다. 따라서, 정렬 센서는 기판(W)의 이동 방향과 반대 방향으로 타겟(202)을 효과적으로 스캐닝하면서 기준 프레임(RF)(도 1)에 견고하고 정확하게 장착될 수 있다. 기판은 기판 테이블(WT) 및 기판 위치 설정 시스템(PW) 상에 장착됨으로써 이러한 이동에서 제어된다. 도시된 모든 이동은 X 축에 평행하다. 유사한 동작이 Y 방향으로 스폿(208)을 갖는 타겟(204)을 스캐닝하는데 적용된다. 이에 대해서는 더 이상 설명하지 않는다.
공개된 특허 출원 US 2012/0212749 A1에서 논의된 바와 같이, 리소그래피 장치에 요구되는 높은 생산성 요구 사항은 기판 상의 많은 위치에서의 정렬 타겟의 측정이 가능한한 빨리 수행됨을 요구하며, 이는 스캐닝 속도(vW)가 빠르며 각각의 타겟 위치의 획득을 위해 이용 가능한 시간(TACQ)이 짧음을 의미한다. 단순하게 표현하면 수식 TACQ = L / vW가 적용된다. 선 출원 US 2012/0212749 A1은 획득 시간을 연장시키기 위해 스폿의 반대 스캐닝 동작을 부여하는 기술을 기술한다. 원하는 경우, 동일한 스캐닝 스폿 기술이 본 명세서에 새롭게 개시된 유형의 센서 및 방법에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용하기에 적절한 메트롤로지 장치가 도 3(a)에 도시된다. 도 3(b)에는 타겟(T) 및 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선(diffracted ray)들이 더 상세히 예시된다. 예시된 메트롤로지 장치는 다크 필드 메트롤로지 장치로서 알려진 타입으로 이루어진다. 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 광이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter: 15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있으며, 동시에 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 나타낸 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 광이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 것이기 때문이다.
도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 광을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 타겟들의 격자 피치들 및 조명 각도들은, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3(a)로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다.
제 2 빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 격자 라인들의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(field stop: 21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 플레이트 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위되는 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 격자의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은 앞서 언급된, 사전 공개된 출원들에서 설명된다.
도 4는 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 또는 복합 오버레이 타겟을 도시한다. 이 예시에서의 오버레이 타겟은 메트롤로지 장치의 메트롤로지 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 서브-오버레이 타겟들(예를 들어, 격자들)(32 내지 35)을 포함한다. 따라서, 4 개의 서브-오버레이 타겟들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 격자들(32 내지 35)은 자체로 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자들(32 내지 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 오버레이 편향의 의미는 아래에서 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 또한, 격자들(32 내지 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 격자들(32 및 34)은 X-방향 격자들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 격자들(33 및 35)은 Y-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 이 격자들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 단지 오버레이 타겟의 일 예시이다. 오버레이 타겟은 4 개보다 많거나 적은 격자들을 포함할 수 있거나, 또는 단일 격자일 수 있다.
도 5는 도 3(d)로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 3의 장치에서 도 4의 오버레이 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별적 격자들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 작은 오버레이 타겟 격자들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 오버레이 타겟들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 격자들(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 오버레이 타겟들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
분해능 피처 불일치를 위해 보정된 위치 측정(Position Measurement Corrected for At-resolution Feature Mismatch)
이제 도 6을 참조하면, 본 명세서에서 "마크 프린트 에러"로 언급되는, 조대한 정렬 격자의 위치와 미세한 "분해능" 피처(제품 피처를 포함함) 사이의 불일치 현상이 설명된다. 이러한 조대한 정렬 격자와 미세한 "분해능" 피처는 함께 실제 "서브 세그먼트화 된" 정렬 타겟을 형성할 수 있다. 도 6 (a)는 도 3 (a)의 X 방향 정렬 타겟(202)과 같은 정렬 타겟의 작은 부분을 단면으로 도시한다. 구체적으로 나타낸 것은 대략 하나의 반복 단위이며, 전체 정렬 타겟을 형성하기 위해 알려진 주기성으로 반복되는 타겟-공간 패턴을 포함한다. 타겟은 상이한 굴절률을 갖는 재료(600, 602)로 형성되고, 그 반복 단위는 "마크" 영역(603) 및 "공간" 영역(604)을 포함하는 주기적 패턴으로 배열된다. 마크-공간 패턴은 특히도 1의 리소그래피 장치 또는 유사한 장치를 사용하여 기판에 적용되는 패턴을 에칭 또는 현상함으로써 형성될 수 있다. 그러한 패턴에서의 "마크"와 "공간"이라는 지정(designation)은 상당히 임의적이다. 실제로, 타겟의 각각의 "공간" 영역(604)은 재료(600)가 균일하게는 존재하지 않지만 보다 작은 타겟(606 및 608)을 포함하는 미세-피치 격자 패턴으로 존재한다는 것을 알 수 있다. 유사하게, 각각의 "마크" 영역(603)은 재료(600)가 균일하게 존재하지 않지만 유사한 미세 피치 격자 패턴으로 존재하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 이 미세 피치 패턴은 Y 방향, 즉 페이지 내로의 주기성을 가지며, 따라서도 6에 도시된 횡단면에서 보이지 않는다. 이러한 보다 미세한 타겟 및 공간은, 본 명세서에서 "분해능" 피처로 지칭되는 것이며, 이들을 사용할 리소그래피 장치에서의 투영 시스템의 해상도 한계 또는 그에 가까운 해상도이고, 따라서 기판 상의 제품 피처의 해상도에 더 가깝다. 이들은 또한 도 1 및 도 4에 도시된 정렬 센서(AS)에 관한 한 "서브-해상도" 피처로 지칭될 수도 있다. 이러한 분해능 피처(조대한 격자와 결합된)를 포함하는 타겟은 일반적으로 '서브 세그먼트화 된 타겟(sub-segmented target)'으로 칭해진다. 서브 세그먼트화 된 타겟은 현재 정렬 타겟의 프로세싱 효과를 최소화하고 최종 사용자가 제기한 패턴 밀도 요구 사항을 준수하는 데 사용된다.
이상적으로, 타겟(606)에 의해 형성된 미세 격자는 조대 격자와 동일한 포인트(610) 상에 센터링될 것이다. 격자 내의 모든 마크에 대해 평균된 이 포인트(610)는 전체 타겟의 중심 기준 위치를 정의할 수 있다. 그러나, 타겟(606)은 모든 노광된 구조와 마찬가지로, 타겟이 형성되는 과정에서의 렌즈 수차에 민감하다. 제품 피처 및 타겟(606)의 분해능 특징과 같은 미세한 특징은 타겟(606)의 조대 격자의 것과 비교하여 렌즈 수차에 대해 상이한 감도를 나타낸다; 조대한 격자는 일반적으로 해상도에서보다 큰 크기의 오더인 피치를 가진다. 그 결과, 렌즈 수차는 분해능 피처와 조대 격자 사이에서 시프트를 일으킬 수 있다. 타겟(606)의 분해능 피처가 주변 제품 피처와 동일한 위치 시프트를 갖고, 따라서 분해능 피처와 타겟(606)의 조대 격자 사이의 시프트가 마크 프린트 에러를 나타내는 것으로 가정한다.
도 6 (b)는 이상적인 형태 (a)와 유사하지만 조대 정렬 격자 피치와 분해능 피처들 사이의 시프트 또는 불일치(mismatch)을 나타내는 이러한 서브 세그먼트화 된 격자의 형태를 도시한다. 이 회절 격자는 더 큰 정렬 격자 피치와 분해능 구조 사이의 시프트로 인해 비대칭이 되었다. 서브 세그먼트화 된 공간 부분의 영역(604)의 한 단부에서의 공간(620)은 다른 단부에서의 공간(622)보다 약간 좁아지게 된다. 따라서, 분해능 격자는 조대 정렬 격자의 중심점 X0와 정확히 일치하지 않는 위치 XAR에 중심점을 갖는다. 불일치 또는 시프트 Δd는 X0와 XAR 간의 차이를 나타내며, 예를 들어 나노 미터 단위로 측정될 수 있다.
서브-세그먼트화 된 정렬 격자의 비대칭 성질은 정렬 센서가 색상 의존 정렬 신호를 측정하게 한다. 다른 유형의 정렬 센서의 설계는 다를 수 있지만, 일반적으로 타겟의 측정된 위치는 상이한 파장 및 조명 조건에 대해 상이할 것이다. 색상 의존 정렬 위치는 분해능 피처와 정렬 격자 피치 사이의 불일치의 선형 함수에 대한 좋은 근사이다. 정렬 위치 오프셋 및 컬러 대 컬러 모두에서 선형성을 관찰하는 것은 서브 세그먼트화 된 타겟에서 (미지의) 마크 프린트 에러에 대해 보정된 위치 측정치를 얻도록 이용될 수 있다.
도 7은 전술한 원리를 이용하는 데 사용하기 위한 변형된 타겟(702)의 구조를 도시한다. 이러한 타겟은 차분 서브-세그먼트화 된 타겟(DSM 타겟)으로 지칭될 수 있다. DSM 타겟은 조대 격자와 분해능 피처 사이의 불일치 Δd 및/또는 분해능 피처의 실제 위치를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 불일치 Δd는 기판 상에 노광된 조대 격자 피처들과 제품 피처들 간의 마크 프린트 에러의 척도이다.
DSM 타겟(702)은 단순 정렬 타겟(202) 대신에 사용될 수 있는 DSM 정렬 타겟일 수 있다. Y 방향과 XY 방향이 있는 버전도 쉽게 구상할 수 있다. DSM 타겟(702)은 사실상 2 개의 세그먼트(702-1 및 702-2)를 갖는 복합 타겟이다. 각 세그먼트는 그 자체로 도 6에 도시된 일반적인 형태의 서브 세그먼트화 된 격자를 포함하는 타겟이다. 주변에는 사전 단계에서 센서에 의해 표적을 "캡처"할 수 있는 조대 구조체가 제공될 수도 있다. 이러한 세부 사항은 당업자에게 잘 알려져있다. 제 1 세그먼트(702-1)의 개략적인 단면이 도면의 상부에 도시되어 있고, 제 2 세그먼트(702-2)의 단면은 바닥에 도시되어있다. 도 6에서와 같이 횡단면에서 전체 패턴의 반복 단위 중 하나만 공간 영역을 중심으로 표시된다. 단 3 개의 분해능 타겟만이 표시되며, 명확성을 위해 시프트가 과장되어 있다. 실제 타겟은 더 큰 패턴의 각 공간 영역에서 10 ~ 20 개의 분해능의 영역 내에 타겟과 공간을 차지한다. 각각의 세그먼트에는 타겟의 형성 중에 수차 등에 의해 야기된 미지의 마크 프린트 에러(Δd)와 공지된 오프셋(d)가 존재한다. 미지의 마크 프린트 에러는 2 개의 세그먼트에 대해 동일하거나 동일하다고 가정되며, 타겟은 첫 번째 세그먼트가 세그먼트(702-2)에 적용된 오프셋(d2)과는 다른 오프셋(d1)을 갖도록 설계된다. 일 실시 예에서, 오프셋 d1, d2는 동일한 크기의 양의 값 및 음의 값일 수 있으므로 어느 일 측의 의도적인 오프셋 d을 0으로 균형을 이룰 수 있다(즉, d1 = -d2). 그러나, 기술될 방법은 동일하지 않은 크기와 같은 방향인 오프셋으로 작용한다. 유사하게, 오프셋은 미지의 마크 프린트 에러보다 크거나 작을 필요는 없다. 도 6에 도시된 예는 반대 방향으로의 오프셋을 갖지만, (미지의) 마크 프린트 에러(Δd)보다 작은 크기를 갖는다. 따라서 전체 오프셋은 두 세그먼트에서 같은 방향이다.
분해능 피처들(및 연장부, 제품 구조들)과 정렬 격자 피치 사이의 마크 프린트 에러를 포함하는 정렬을 측정하기 위한 통상적인 프로세스 흐름은 다음과 같다. 기판은 리소그래피 프로세스에서 위치 측정 타겟(정렬 타겟)으로서 기능하도록 그 위에 형성된 하나 이상의 타겟을 갖는다. 일반적으로 많은 타겟이 기판에 걸쳐 형성된다. 각각의 타겟은, 광학 수차 또는 다른 원인이 격자의 타겟 또는 공간 영역 내의 조대 정렬 격자의 위치와 분해능 피처 사이의 미지의 마크 프린트 에러(Δd)를 도입하는 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 서브 세그먼트화 된 격자를 포함한다. 각각의 타겟은 미지의 마크 프린트 에러 이외에 다른 알려진 오프셋(d)를 갖는 2 개 이상의 세그먼트로 형성된다. 나중에, 에칭과 같은 다수의 중간 프로세싱 단계 후에, 기판은 디바이스 패턴을 적용하기위한 목적(이 예에서는)을 위해 리소그래피 장치에 로딩된다. 예를 들어, 정렬 타겟은 임의의 디바이스 패턴이 적용되기 전에 적용될 수 있다. 보다 일반적으로, 정렬 타겟은 다른 제 1 층 구조와 함께 제 1 층에서 노광될 수 있고, 제 2 층 및 다른 후속하는 층의 노광시 기판의 정렬을 위해 사용될 수 있다. 장치의 정렬 센서(AS)는 파장 및 편광의 상이한 조합으로 DSM 정렬 표적의 위치의 2 이상의 측정을 얻는데 사용된다. 전술한 마크 프린트 에러의 효과에 대해 보정된 이들 위치 측정치를 사용하여, 제 2 층은 제 1 층에 대해 정확하게 적용된다. 이 프로세스는 후속 층들에 대해 반복될 수 있으며, 예를 들어, 제 2 층은 또한 제 3 층의 위치 설정을 위한 (예를 들어, DSM) 정렬 타겟을 포함할 수 있다.
이 방법론의 문제점은 일반적으로 DSM 정렬 타겟 및 DSM 타겟이 DSM 정렬 타겟의 형성 후에 기판 상에서 수행되는 몇몇 프로세싱 단계, 특히 에칭에 의해 부정적인 영향을 받는다는 것이다. 이는 DSM 타겟을 사용하여 계산된 마크 프린트 에러 보정의 정확도를 감소시키고 그에 따라 층 간 정렬(오버레이)의 정확도를 감소시킨다.
도 8은 상기 문제점을 완화하기위한 예시적인 프로세스 흐름을 개략적으로 도시한다. 기판(700)은 리소그래피 장치로 도입된다(705). 리소그래피 장치는 정렬 스테이지 및 리소그래피 스테이지를 포함하는 도 1과 유사한 2 스테이지 리소그래피 장치일 수 있다(두 스테이지 모두 측정 및 노광에 대해 상호 교환적으로 사용됨). 대안적으로, 이들 프로세스는 단일 단계에서 순차적으로 수행될 수 있다. 단계 708에서, 정렬이 수행된다. 첫 번째 층의 정확한 위치는 그리 중요하지는 않는데, 정렬할 다른 구조가 없기 때문이다. 이와 같이, 이 단계에서는 정렬 타겟이 필요하지 않으며, 예를 들어 기판 에지를 기준으로 하여 기판 핸들러에 의한 보다 조대한 사전 정렬이면 충분하다. 단계 710에서, 제 1 층이 노광되며, 제 1 층은 제 2 층의 정렬을 위한 정렬 타겟을 포함한다. 일 실시 예에서, 정렬 타겟은 전술한 바와 같이 DSM 정렬 타겟(702)일 수 있다. 다른 실시 예에서, 마크 프린트 에러의 개별 측정을 가능하게하는 DSM 타겟과 조합하여 더 많은 종래의 정렬 타겟이 형성될 수 있다. 이러한 변형에 대해서는 나중에 자세히 설명된다.
전술한 바와 같은 제 1 층의 형성 후에, 기판이 현상된다(715). 그러나, 에칭과 같은 다른 프로세스 단계는 아직 수행되지 않는다. 대신에, 단계 720에서, DSM 타겟이 현상된 레지스트에서 측정된다. 이러한 측정은 제 1 층의 조대 정렬 격자의 위치와 분해능 피처 사이의 마크 프린트 에러를 결정하기 위해 수행된다. 본 발명자들은 이러한 측정이 현상 직후에, 그러나 다른 프로세싱 단계, 특히 주목할만한 에칭 이전에, DSM 표적에 대하여 더 큰 정확도로 수행될 수 있다고 판단하였다. 단계 720는 도 1 또는 도 4에 도시된 바와 같은 정렬 센서를 사용하는 리소그래피 장치에 의해 수행될 수 있다. 그러나 이를 위해서는, 현상을 위한 제 1 층의 노광 후에 리소그래피 장치로부터 기판이 제거되고, 다른 프로세싱 단계들을 위하여 다시 한번 제거되기 전에 이러한 DSM 타겟 측정을 수행하기 위한 목적만으로 리소그래피 장치에 기판이 재적재될 필요가 있다. 마크 프린트 에러는 기판마다 그리고 필드마다 달라지므로 모든 기판 상에서, 그리고 최소한 DSM 타겟의 대표 세트 상에서 측정되어야 한다. 따라서, 리소그래피 장치 내에서 이러한 DSM 타겟 측정을 수행하는 것이 높은 생산성 패널티를 가질 가능성이 있다.
따라서, 대안적인 변형 예에서, 마크 프린트 에러는 도 5에 설명된 것과 같은 메트롤로지 장치를 사용하여 수행된 측정으로부터 결정된다. 타겟 특성(특히 피치)에 따라 측정은 DSM 정렬 타겟에서 직접 메트롤로지 장치에 의해 수행될 수 있다. 정렬 타겟이 메트롤로지 장치와 양립할 수 없는 특성을 갖는 경우, 메트롤로지 장치와 호환 가능한 DSM 메트롤로지 타겟을 노광시키고 측정할 수 있다. 두 경우 모두 측정에 소요되는 시간이 짧기 때문에 정렬에 일반 정렬 타겟을 사용할 수 있다. DSM 메트롤로지 타겟은 정렬 타겟에 가깝게 배치될 수 있다. 그러나 처리량을 최대화하기 위해 오직 일부의 DSM 메트롤로지 타겟이 일반적인 20 ~ 40 개의 정렬 타겟과 비교되어 측정될 수 있다.
기판의 처리(730)(예를 들어, 에칭) 후에, 기판은 리소그래피 장치 내로 재 도입되고 정렬 단계(735)가 수행된다. 단계 720에서 획득된 마크 프린트 에러(또는 그것에 기초한 계산된 보정)의 계산은 피드포워드(740) 되어 정렬 단계(735)에서 얻어진 정렬 측정치를 보정하는데 사용된다. 다음에, 제 2 층이 노광된다(745).
추가적인, 선택적인 단계들 및 개선들이 또한 도 8에 도시되어 있다. 예를 들어, 단계 720에서 획득된 마크 프린트 에러(또는 그것에 기초한 계산된 보정)의 계산은 피드백(750) 될 수 있고, 후속 기판상의 제 1 층 노광 동안 하나 이상의 리소그래피 장치 파라미터를 보정하는데 사용되어, 마크 프린트 에러를 저감하도록 시도될 수 있다. 또한, 기판을 현상하는 현상 단계(755)가 제 2 층 노광(745) 후에 도시되며, 이 단계는 에칭과 같은 DSM 타겟을 비대칭적으로 변형시킬 수 있는 다른 프로세싱 단계를 포함하지 않는다. 다음에, DSM 타겟(760)의 추가 측정 및 제 2 층 내의 마크 프린트 에러의 결정이있을 수 있다. 이어서, 이는 피드백(765) 될 수 있으며, 후속 기판들 상의 제 2 층 노광 동안 하나 이상의 리소그래피 장치 파라미터들을 보정하는데 사용된다. 물론, 필요하다면 제 2 층 내의 마크 프린트 에러가 제 3 층의 노광에 대한 정렬 측정을 보정하는데 사용될 수 있다. 단계 760은 메트롤로지 장치에서 수행 될 수 있으며, 이 경우 오버레이 측정들(770)이 수행되어 제 2 층(735)의 정렬을 보정하기 위해 피드백(775) 될 수 있다. 단계들 760 및 770은 예를 들어 결합된 오버레이 및 DSM 타겟 상에서 동시에 수행될 수 있다. 마크 프린트 에러(및 선택적으로 오버레이)가 각 층에 대해 동일한 방식으로 측정되는 추가 층들이 노광될 수 있다. 마지막으로, 기판은 최종 프로세싱(780)를 거치게 되고, 처리된 기판(785)이 된다.
메트롤로지 장치에서 마크 프린트 에러 측정
전술한 바와 같이, 리소그래피 장치를 사용하여 레지스트에서의 마크 프린트 에러(즉, 현상 후, 에칭 및 다른 처리 단계 전에)를 측정하는 것은, 리소그래피 장치로부터/로 반복적으로 기판을 토출 및 재장전 할 필요성으로 인하여 생산성 페널티를 너무 크게 초래할 수 있다. 결과적으로, 다른 실시 예에서는, 도 5 (a)에 도시된 것과 같은 메트롤로지 장치를 사용하여 레지스트 내의 DSM 타겟으로부터 마크 프린트 에러를 측정하는 것이 바람직할 수 있다. WO2015/062854(본원에 참고로 인용됨)는, 분해능 피처들과 조대 격자 사이의 오프셋들이 예를 들어 대응하는 (0이 아닌) 회절 차수의 측정된 세기의 차이로부터 오버레이가 측정되는 것과 동일한 방식으로 비대칭 신호를 통해 측정될 수 있음을 개시하고 있다.
도 9는 예시적인 실시 예에 따른 정렬 동작을 수행하는 방법의 단계들의 흐름도이다. 단계는 다음과 같으며 이후에 자세히 설명된다.
S1- DSM 메트롤로지 타겟을 포함한 제 1 층 노광;
S2- 제 1 차 조명 모드를 사용하여 -1 차 스 캐터로메트리 이미지 측정;
S3- 제 2 조명 모드를 사용하여 1 차 스 캐터로메트리 이미지 측정;
S4- 각 이미지로부터 각 격자 ROI 인식 및 추출;
S5- 각 격자의 차이 이미지를 계산하여 비대칭 결정;
S6- 마크 프린트 에러(Δd) 계산;
S7- 프로세싱 완료 및 정렬 타겟 측정;
S8- Δd를 사용하여 정렬 타겟의 측정치 보정; 및
S9- 제 2 층 노광
도 9는 DSM 메트롤로지 타겟(DSM 정렬 타겟 또는 아래에 설명되는 특정 DSM 메트롤로지 타겟을 포함할 수 있음)을 사용하여 마크 프린트 에러를 측정하는 것을 포함하는 정렬 동작을 수행하는 방법을 도시한다. 원칙적으로,이 마크 프린트 에러는 +1 차 및 1 차 다크 필드 이미지의 세기를 비교함으로써 드러난 DSM 메트롤로지 타겟의 세그먼트의 비대칭성을 통해 측정될 수 있다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 (예를 들어, 정렬 타겟 및/또는 제품 구조를 포함하는 다른 제 1 층 구조와 함께) DSM 메트롤로지 타겟으로 노광된다. DSM 메트롤로지 타겟은 조대 구조 및, 분해능 서브 구조와 조대 구조 사이의 프로그램된(공지된) 오프셋을 갖는 작은 스케일(분해능)의 서브 구조를 포함한다. 이러한 측면에서, DSM 메트롤로지 타겟은 실제로 도 7의 DSM 정렬 타겟(702)일 수 있고 이와 동일한 일반적인 형태를 취할 수도 있다.
단계 S2에서, 현상되었지만 미처리된, 특히 에칭되지 않은 기판(추가적인 타겟 비대칭을 야기하지 않는 것으로 알려진 다른 비식각 처리 단계가 이 단계에서 허용 가능함)은 메트롤로지 장치, 예컨대 (예를 들어) 도 5의 메트롤로지 장치에 연결된다. 메트롤로지 장치를 사용하여, DSM 메트롤로지 타겟의 이미지는 1 차 회절빔들 중 단지 하나 (예를 들어 -1)를 사용하여 얻어진다. 다음으로, 조명 모드를 변경하거나 이미징 모드를 변경하거나 또는 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180 ° 회전시킴으로써, 다른 1 차 회절빔(+1)을 사용하는 DSM 메트롤로지 타겟들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다(단계 S3). 결과적으로, +1 회절된 방사선은 제 2 이미지에서 캡처된다. DSM 메트롤로지 타겟(및 오버레이 측정을 위해서와 같이 존재할 수 있는 다른 모든 격자)을 구성하는 모든 세그먼트를 각 이미지에서 캡처할 수 있는지, 또는 스케터로미터 및 기판이 하나 이상의 개별 이미지에서 전체 DSM 메트롤로지 타겟을 캡처할 수 있도록 이동할 필요가 있는지는 설계상 선택의 문제이다. 어느 경우에나, DSM 메트롤로지 타겟 내에 포함된 모든 성분 세그먼트들의 제 1 및 제 2 이미지가 이미지 센서(23)를 통해 캡처되는 것으로 가정된다.
각 이미지에 1 차 회절 방사선의 절반만을 포함함으로써, 여기에서 언급된 '이미지'는 통상적인 다크 필드 마이크로스코픽 이미지가 아니라는 것을 유의한다. 각 세그먼트는 특정 세기 레벨의 영역으로 간단히 표시된다. +1 및 -1 차 회절 방사선 중 하나만 있기 때문에 개별 격자 라인들은 분해되지 않는다. 단계 S4에서, 관심 영역(ROI)은 각 성분 세그먼트의 이미지 내에서 신중하게 식별되며, 그로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이는 특히 개별 세그먼트 이미지의 가장자리 주변에서 세기 값이 일반적으로 레지스트 두께, 구성, 선 모양 및 가장자리 효과와 같은 프로세스 변수에 크게 의존할 수 있기 때문에 수행된다.
각각의 개별 세그먼트에 대한 ROI를 확인하고 그 세기를 측정한 후에, 격자 구조의 비대칭성, 따라서 마크 프린트 에러가 결정될 수 있다. 단계 S5에서, 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 각각의 세그먼트에 대해 +1 및 1 차수에 대해 얻어진 세기값을 비교하여 세기의 차이를 식별한다. 단계 S6에서, 마크 프린트 에러는 세기 차이 및 세그먼트 내의 공지된 오프셋(d)의 지식으로부터 결정된다. 이는 도 5 (a)에 도시된 바와 같은 메트롤로지 장치를 사용하여 격자의 오버레이(층 대 층 불일치)를 측정하는 당업자에게 잘 알려진 방법을 사용하여 수행된다. 분해능 피처들 및 조대 격자에서의 공지된 오프셋들(d)은 오버레이 측정에서 상이한 층들 사이의 공지된 오프셋들과 유사하게 처리된다.
단계 S7에서, 기판은 추가로 프로세싱된 다음, 제 2 층에 디바이스 패턴을 적용하기 위해 리소그래피 장치 내로 재도입된다. 이 단계에서 정렬 측정은 정렬 타겟에서 수행된다. 이러한 정렬 측정은 정렬 격자에 대한 위치를 얻기 위해 조대 정렬 격자만의 종래의 정렬 측정일 수 있다.
단계 S8에서, 정렬 측정치 및 단계 S6으로부터 계산된 마크 프린트 에러(Δd)를 사용하여, 계산된 마크 프린트 에러에 대해 정렬 격자의 위치가 보정된다.
단계 S9에서, 기판은 보정된 정렬 측정들 기초하여 위치되고 제 2 층이 노광된다.
마크 프린트 에러로 인한 정렬 측정 오차는 기판에 적용된 추가 층 및 구조 (스택)에 민감하다. 차동 타겟(예: DSM 메트롤로지 및/또는 DSM 정렬 타겟)이 측정되면 이 민감도의 영향이 취소되므로 DSM 타겟을 정렬에 사용하면 이 영향이 무시될 수 있다. 그러나, 일부 실시 예(전술 한 바와 같이)는 실제 정렬 측정이 종래의 조대 정렬 격자 상에서 수행될 수 있고, 레지스트 내의 DSM 타겟으로부터 측정된 마크 프린트 에러 값을 이용하여 보정될 수 있다. 이와 같이, 레지스트에서의 DSM 메트롤로지 타겟의 측정으로부터 얻어진 마크 프린트 에러 값은 측정될 기판(오버레이 적층체) 상의 통상적인 조대 정렬 타겟의 정렬 측정 오차를 실제로 나타내지 않을 것이다. 따라서 정렬 측정에 적용된 보정이 올바르지 않을 수 있다.
따라서, 실제 정렬을 위해 비차동 정렬 타겟이 측정되어야 하는 경우, 이 정렬 측정 에러 스택 감도를 결정하기 위해 프로세스 캘리브레이션 단계가 수행되는 것이 제안된다. 프로세스 캘리브레이션 단계는 제조 이전의 초기 단계에서 하나 이상의 테스트 기판에 대해 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 프로세스 캘리브레이션 단계는 다음 단계들을 포함할 수 있다:
테스트 기판 상에 하나 이상의 DSM 정렬 타겟(예를 들어, 생산 중에 측정될 정렬 타겟과 동일한 피치를 갖는 조대 격자를 가짐)를 형성;
기판 상에 스택을 형성하기 위한 프로세싱 단계를 수행(예를 들어, 기판은 관련 정렬 단계 동안 조건과 동일하거나 유사한 조건으로 처리됨);
더 많은 DSM 정렬 타겟(들)의 캘리브레이션 측정을 수행; 및
캘리브레이션 측정으로부터 정렬 측정 에러 스택 민감도 결정.
DSM 정렬 타겟의 캘리브레이션 측정은 마크 프린트 에러 값 뿐만 아니라 특정 오프셋에 대한 정렬 측정의 감도를 야기하는데(yield), DSM 정렬 타겟이 조대 피치에 대해 미세 피치(서브 세그먼트)의 상이한(예컨대, 동일하고 반대되는) 오프셋을 갖는 2 개의 세그먼트를 포함하기 때문이다. 따라서 이 감도는 측정으로부터 결정될 수 있다. 이 감도는 파장에 좌우될 수 있으므로 실제 정렬 측정에 사용될 파장에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, (의도적인 오프셋 d1을 갖는) 제 1 세그먼트 X1(λ)의 측정된 (파장 의존적인) 정렬 위치의 측정된 (파장 의존적인) 정렬 위치 및 (의도적인 오프셋 d2를 갖는) 제 2 세그먼트 X2(λ)의 측정된 (파장 의존적인) 정렬 위치의 측정된 (파장 의존적인) 정렬 위치는 다음을 포함한다:
Figure pct00001
여기서 K(λ)는 정렬 측정 에러 스택 감도이다. 서로 다른 파장으로 측정이 제공된다면, 이들 수식은 정렬 측정 에러 스택 감도 K(λ)에 대해 해결될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이는 정렬 측정 에러 스택 감도를 결정하는 예시적인 방법일 뿐이다. 예를 들어, 스택 내에서 주사 전자 현미경 측정을 수행함으로써 다른 방법이 가능하다.
이 프로세스 캘리브레이션 단계는 각 스택에 대응하는 정렬 측정 에러 스택 감도 값을 획득하기 위해 기판 상에 형성된 각각의 상이한 스택 또는 구조에 대해 수행될 수 있다.
프로세스 캘리브레이션 단계가 수행된 상태에서, 레지스트의 DSM 타겟 상에 수행된 마크 프린트 에러의 측정과 함께, 정렬 측정 에러 스택 감도(예를 들어, 정렬 타겟 상에 형성될 관련 스택/구조에 대응함)는 제조 동안 (예를 들어, 위 방법의 단계 720에서) 비차동 정렬 타겟들의 후속 측정을 보정하는데 사용될 수 있다.
기술된 방식으로 정렬 측정 에러 스택 감도를 결정하면 결정된 스택 감도가 DSM 정렬 타겟(레지스트에서의 DSM 타겟의 측정이 완화되도록 제안된 효과)의 에칭으로 인한 기여를 포함하게 될 수 있음이 이해될 것이다. 그러나, 에칭에 의한 DSM 정렬 타겟의 이러한 저하(degradation)는 기판의 에지에서의 DSM 정렬 타겟에 대해 현저하게 더 큰 반면, 기판 중심 또는 그 부근의 DSM 타겟은 에칭에 의한 저하를 거의 나타내지 않는다(에칭 흐름은 실질적으로 평행하며, 에지에 보다 가까운 경우는 필요하지 않다). 결과적으로, 일 실시 예에서, 캘리브레이션 측정(들)은 기판의 중심 근처의 DSM 정렬 타겟들에 대해 수행되고, 따라서, 이 프로세스 캘리브레이션 단계에서 형성된 DSM 정렬 타겟은 기판의 중심 부근에서만 형성된다.
특히 측정 가능한 피치의 한계와 관련하여, 메트롤로지 장치의 사양에 따라, 메트롤로지 장치는 도 7에 도시된 것과 같은 DSM 정렬 타겟을 측정할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 메트롤로지 장치가 DSM 정렬 타겟을 측정할 수 있는 경우, 이들(또는 이들의 적어도 서브 세트)은 메트롤로지 장치를 사용하여 레지스트에서 측정되어 마크 프린트 에러의 결정을 얻고, 이어서 리소그래피 장치 내의 정렬 센서에 의해 측정되어 기판의 정렬을 수행한다. 이러한 실시 예에서, 정렬 센서는 단지 DSM 정렬 타겟 또는 정규 정렬 타겟의 조대 정렬 격자를 측정할 필요가 있고, 메트롤로지 장치로부터의 마크 프린트 에러 결정을 사용하여 마크 프린트 에러에 대한 조대 격자 위치의 정렬 측정을 보정하고 및/또는 분해능 격자의 위치의 정확한 측정을 얻는다.
메트롤로지 장치를 사용하여 DSM 정렬 타겟을 측정할 수 없는 경우, 다른 실시 예에서, 특정 DSM 메트롤로지 타겟이 기판 상에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, DSM 메트롤로지 타겟은 일반적으로 도 7에 도시된 DSM 정렬 타겟과 동일한 형태일 수 있고, 타겟이 특정 메트롤로지와 호환 가능하고 검사될 수 있도록 단지 피치 또는 다른 파라미터에서만 다를 수 있다. 이들 DSM 메트롤로지 타겟의 다른 예는 나중에 상세히 설명될 것이다. DSM 메트롤로지 타겟은 그 DSM 메트롤로지 타겟의 측정에 의해 보정될 정렬 타겟 근처에 형성될 수 있다. 그러나 메트롤로지 측정에는 상당한 시간이 걸리기 때문에 정렬 타겟 수보다 더 적은 DSM 메트롤로지 타겟이 측정될 것이다. 실시 예에서, 10 개 미만 또는 6 개 미만의 DSM 메트롤로지 타겟이 측정된다. 다른 실시 예에서, 단지 2 또는 3 개의 DSM 메트롤로지 타겟이 측정된다. 결과적인 보정은, 마크 프린트 에러의 주된 원인인 렌즈 가열 에러가 기판에 걸쳐 점진적으로 변화함에 따라 일부 DSM 메트롤로지 타겟만을 사용함에도 불구하고 수용 가능해야 한다.
별도의 DSM 메트롤로지 타겟이 정렬 타겟 이외에 사용되는 경우, DSM 메트롤로지 타겟에 대한 마크 프린트 에러는 정렬 타겟에 대한 것과 동일하여 DSM 메트롤로지 타겟에 대한 마크 프린트 에러의 측정이 하나 이상의 정렬 타겟의 측정을 보정하기 위해 직접적으로 사용됨을 가정할 수 있다. 대안적으로, 다른 실시 예에서, 초기 마크 대 마크 캘리브레이션이 수행될 수 있다. 초기 마크 대 마크 캘리브레이션은 1 회 캘리브레이션일 수 있으며, 이는 임의의 DSM 메트롤로지 타겟으로부터 얻어진 마크 프린트 에러의 측정과 정렬 타겟의 실제 마크 프린트 에러 사이의 임의의 차이에 대해 캘리브레이션한다. 마크 프린트 에러 자체와 마찬가지로, 이러한 차이는, 예를 들어, 렌즈 가열 효과에 대해 상이한 감도를 갖는 DSM 메트롤로지 타겟 및 정렬 타겟의 상이한 조대 피치의 결과일 수 있다. 단지 몇 개의 DSM 메트롤로지 타겟이 측정되는 경우, 각 정렬 마크와 그 가장 가까운 측정된 DSM 메트롤로지 타겟(또는 적어도 그 정렬 마크에 대한 보정이 기초하는 DSM 메트롤로지 타겟) 사이에서 마크 대 마크 캘리브레이션이 수행될 수 있다. 이러한 마크 대 마크 캘리브레이션은, DSM 메트롤로지 타겟 및 정렬 타겟에서 측정된 마크 프린트 에러 측정치는 다를 수 있는 반면 충분히 상관되어 있음을 가정한다.
사용되는 스케터로미터의 유형에 따라, 각각의 DSM 메트롤로지 타겟은 도 5 (d)에 도시된 오버레이 타겟과 유사한 형태를 취할 수 있으며, x-정렬 및 y-정렬된 격자의 쌍을 포함하고, 각각의 쌍은 제 1 오프셋 및 제 2 오프셋을 포함한다. 그러나, 이들 DSM 메트롤로지 타겟 각각은 조대 피처와 분해능 피처 사이의 오프셋을 갖는 단일 층으로 형성되고, 오버레이 타겟은 각각의 층 내 격자들 사이의 오프셋을 갖는 2 개의 층으로 형성됨을 이해하여야 한다.
특정 DSM 메트롤로지 타겟이 형성되는 경우, 이들은 WO2015/062854에 개시된 바와 같이 결합된 DSM 메트롤로지 및 오버레이 타겟의 형태를 취할 수 있다. 일 실시 예에서, 결합된 DSM 메트롤로지 및 오버레이 타겟은 제 1 층 DSM 메트롤로지 타겟 및 오버레이 타겟을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 결합된 DSM 메트롤로지 및 오버레이 타겟은 제 2 층 DSM 메트롤로지 타겟을 추가로 포함할 수 있다. 오버레이 타겟은 스케터로미터의 분해능 내의 조대 구조만을 포함할 수 있거나, 또는 상이한 피처 오프셋 없이 분해능 피처를 포함할 수 있다. 이러한 결합된 DSM 메트롤로지 및 오버레이 타겟을 사용하여, 도 8의 단계 770 및 단계 775가 수행되어 오버레이 측정을 획득하고 피드백 할 수 있다. 결합된 DSM 메트롤로지 및 오버레이 타겟이 제 2 층 DSM 메트롤로지 타겟을 갖는 경우,도 8의 단계 760 및 765가 제 2 층의 마크 프린트 에러의 측정치를 획득하고 피드백 하도록 수행될 수 있다.
메트롤로지 장치를 사용하는 마크 프린트 에러의 측정은 다크 필드 스캐터로메트리를 사용하는 작은 타겟 뿐만 아니라 퓨필 평면 이미지 센서(19)를 사용하는 큰 타겟 및 각도 분해된 스캐터로메트리에서도 수행될 수 있다(도 5 (a) 참조). 이 예에서, 대칭적이고 분할된 조명 프로파일이 사용될 수 있다. a 및 b로 표시된 2 개의 정반대의 사분면은 이 어퍼처 패턴(투명)에서 밝고 다른 두 사분면은 어둡다(불투명). 이러한 유형의 어퍼처는 공개된 특허 출원 US 2010/0201963로부터의 스케터로메트리 장치에 공지되어 있다. 이러한 실시 예에서, DSM 메트롤로지 타겟의 격자들은 메트롤로지 장치의 조명 스폿 내에 언더필링 될 것이다. 방금 설명된 예에서, 검출기(23)는 기판(W)의 평면에 대응하는 이미지 평면에서 사용되지만, 각도 분해된 스캐터로미터는 대물렌즈(16)의 퓨필 평면과 공액 인 평면에 위치된 검출기(19)를 사용한다. 분할된 조명 프로파일을 사용하여, 분할된 조명 패턴이 검출기(19) 상에서 얻어질 수 있는데, 이는 통상적인 원형-대칭의 조명 어퍼처가 사용되는 경우 이미지화 될 수 있는 최소 피치의 절반인 피치를 갖는 회절 격자로부터 명확한 1 차 신호를 얻도록 이용될 수 있다. 이 회절 패턴 및 스캐터로메트리에 대해 이용될 수 있는 방식은 공지된 출원 US 2010/0201963에 기술되어 있다. 도 9의 각도 분해된 스캐터로메트리와 다크 필드 스캐터링 기술 간의 주요 차이점은 다음과 같다. 도 9의 방법은 센서(23)로 캡처된 제 1 및 제 2 이미지에서 볼 수 있는 바와 같이 격자 이미지의 세기를 비교함으로써 DSM 메트롤로지 타겟의 각각의 그레이팅에 대한 비대칭 신호를 얻는다. 대조적으로, 각도 분해된 스캐터링 측정법은 퓨필 이미지 센서(19) 상의 동일한 회절 스펙트럼 내에서 추출된 +1 및 -1 회절 차수의 세기를 비교함으로써 각 회절에 대한 비대칭 신호를 얻는다.
리소그래피 장치에서 마크 프린트 에러 측정
도 10의 흐름도를 참조하면, 도 7에 도시된 DSM 정렬 타겟(702)과 같은 DSM 정렬 타겟을 세그먼트 및 오프셋(d)를 사용하여 보다 상세한 위치 측정치를 얻는 방법의 다른 실시 예가 설명될 것이다. 측정은 도 1에 도시된 것과 같은 리소그래피 장치의 정렬 단계의 일부로서 수행되지만, 이 방법은 물론 다른 목적으로 위치 측정을 하기 위해 적용될 수 있음이 가정된다. 도 7에 표시된 유형의 단 두 개의 세그먼트와 두 개의 파장/편광 조합을 사용하여 한 방향으로 위치를 측정하는 간단한 예시가 제시된다. 원하는 경우 실제 구현에 더 많은 복잡성을 추가할 수 있다. 이 방법의 단계는 동일한 타겟을 사용하는 다른 측정의 성능과 결합될 수 있다. 예를 들어 하나의 특정 결과만 출력되기를 원하기 때문에 필요한 경우 적은 단계를 적용할 수 있다. 본원에 개시된 기술은 이들 특정 예들 또는 임의의 특정 형태 또는 수학적 표현으로 결코 제한되지 않는다. 여기에 설명된 개념은 여러 가지 표기법 및 알고리즘으로 표현될 수 있지만 여기에 설명된 기본 원칙을 계속 적용할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시 예에 따른 정렬 동작을 수행하는 방법의 단계들의 흐름도이다. 단계는 다음과 같으며, 그 이후에 더 자세하게 설명된다:
S11- DSM 정렬 타겟을 포함하는 제 1 층 노광;
S12- 상이한 (λ, p)에 대해 레지스트에서 DSM 정렬 타겟 측정;
S13- DSM 정렬 타겟의 각 세그먼트에 대해 ΔX 계산;
S14 - 마크 프린트 에러 Δd 계산;
S15- 프로세싱 완료 및 정렬 타겟 측정;
S16- 정렬 타겟의 측정 보정 및/또는 Δd를 사용하여 분해능 격자의 위치 측정; 및
S17- 제 2 층 노광.
스텝 S11에서는, 제 1 층의 노광 동안, 기판은 리소그래피 공정에서의 위치 측정 타겟(DSM 얼라인먼트 타겟)으로서 기능하도록 그 위에 형성된 하나 이상의 타겟을 갖는다. 일반적으로 많은 타겟이 기판에 걸쳐 형성된다. 각각의 타겟은, 광학 수차 또는 다른 원인이 격자의 타겟 또는 공간 영역 내 조대 정렬 격자의 위치와 분해능 피처의 위치 사이의 마크 프린트 에러(Δd)를 도입하는 리소그래픽 프로세스에 의해 형성된 서브 세그먼트화 된 격자를 포함한다. 각각의 타겟은 마크 프린트 에러 이외에 상이한 공지된 오프셋(d)을 갖는 2 개 이상의 세그먼트로 형성된다.
나중에, 단계 S12에서, 기판의 현상 후 임의의 다른 프로세싱 단계들 이전에, 기판은 DSM 정렬 타겟들(또는 적어도 그 서브 세트)을 측정하기 위한 목적으로(이 예에서는) 리소그래피 장치에 로딩되어, 마크 프린트 에러(Δd)를 결정한다. 이 단계에서, 장치의 정렬 센서(AS)는, 파장 및 편광(λ, p)의 상이한 조합을 갖는 제 1 타겟 세그먼트(702-1)의 위치의 2 이상의 측정치 X1; 및 파장 및 편광(λ, p)의 동일한 조합을 갖는 제 2 타겟 세그먼트(702-2)의 위치의 2 이상의 측정치 X2를 얻는데 사용된다.
단계 S13에서, 단계 S12에서의 제 1 세그먼트에 대해 측정된 상이한 위치를 비교함으로써 적어도 하나의 위치 차이 ΔX가 계산된다. 또한, 단계 S12에서 측정된 대응하는 한 쌍의 위치를 사용하여 제 2 세그먼트에 대해 측정된 상이한 위치를 비교함으로써 위치 차이 ΔX가 계산된다. 각 ΔX는 동일한 쌍의 파장 및/또는 편광에 해당한다. 다수의 측정이 이루어지는 경우, 사용하기에 가장 좋은 쌍은 사전 결정된 레시피에 따라 및/또는 측정시에 수행된 품질 평가에 따라 선택될 수 있다. 각 세그먼트에 대해 여러 개의 ΔX 값을 얻는데 두 개 이상의 쌍이 사용되는 것을 방지할 수 있는 방법은 없다.
단계 S14에서, 2 개의 세그먼트에 대한 ΔX의 값은 공지된 오프셋(d)의 값과 조합되어 마크 프린트 에러(Δd)를 계산한다. 다시 도 7에 도시된 예시적인 타겟을 참조하면, 제 2 세그먼트의 결합된 시프트 -d2 + Δd는 제 1 타겟의 결합된 시프트 -d1 + Δd보다 큰 크기로 도시된다. 제 2 세그먼트의 상이한 컬러 및 편광에 대해 센서에 의해 보고된 타겟 위치 X의 측정치는, 제 1 세그먼트에 대해 보고된 위치보다 훨씬 넓게 이격되고, 조대 또는 분해능 격자의 실제 위치로부터 훨씬 더 멀리 있다. 계산 측면에서, 제 2 세그먼트에 대해 계산된 위치 차이 ΔX는 제 1 세그먼트에 대해 계산된 ΔX보다 훨씬 더 클 것이다.
WO2014/146906에 개시된 바와 같이, Δd는 다음과 같이 유도될 수 있다:
Figure pct00002
여기서:
Figure pct00003
그리고, Xn(λm)은 파장/편광 조합 m을 사용하는 n 번째 측정에서 측정된 정렬 격자의 위치이다.
단계 S15에서, 기판은 추가로 프로세싱된 다음, 제 2 층에 디바이스 패턴을 적용하기 위해 리소그래피 장치 내로 재도입된다. 이 단계에서, 기판은 DSM 정렬 타겟에서 수행된 정렬 측정을 기반으로 배치된다. 이러한 정렬 측정은 조대 정렬 격자만의 통상적인 정렬 측정일 수 있다.
단계 S16에서, 정렬 측정치 및 단계 S14로부터의 계산된 마크 프린트 에러(Δd)를 사용하여, 다음 중 하나 또는 둘 다가 결정될 수 있다: (i) 조대 정렬 격자의 실제 중심 위치 X0 및 (ii) 분해능 격자의 실제 중심 위치 XAR.
조대 정렬 격자의 실제 중심 위치 X0는 다음에 의하여 계산될 수 있다:
Figure pct00004
여기서, K(λ)는 알려지지 않았으며, 오버레이 및 언더레이 스택의 많은 특성들에 의존한다.
분해능 격자의 중심 위치 XAR은 또한 다음에 의하여 계산될 수 있다:
Figure pct00005
단계 S17에서, 모든 원하는 타겟을 측정하고, 레벨 센서 등을 조작한 후에 리소그래피 장치의 투영 시스템(PS)을 사용하여 기판(W)의 타겟부(C)에 제품 또는 디바이스 패턴이 적용된다. 측정된 조대 격자 위치(X0)는 조대 격자에서만 정렬 측정을 수행하는 것보다 이미 더 정확하지만, 정렬 센서의 분해능보다 훨씬 낮지만 분해능 위치(XAR)도 직접 사용될 수 있음을 주의한다. 이는 적용된 패턴의 위치 설정에서 분해능 위치(XAR)을 사용할 가능성을 높인다. 분해능 피처는 적용된 패턴에서 제품 피처와 더 유사하기 때문에 이 위치 측정을 사용하면 조대 격자 위치(X0)보다 더 정확하게 제품 피처를 배치할 수 있다(리소(litho) 단계에서의 수차가 타겟을 형성하는 단계에서의 수차와 유사할 것이라는 가정하에). 추가의 리소그래피 단계 후에, 완성된 반도체 장치 또는 다른 제품이 기판 상에 형성된다.
상기 방법의 단계들은 임의의 원하는 순서로 수행될 수 있다. 계산의 단계 S2-S4는 이산적인 단계로서 수행되거나, 단일의 더 큰 계산으로 병합될 수 있다. 검출기 신호는 모든 타겟에 대해 저장될 수 있으며, 후속 단계에서 위치 측정치를 획득하도록 처리될 수 있다.
상기 예들에서의 타겟 세그먼트들은 근접하여 도시되어 있으며, 이들은 큰 기판 상의 실질적으로 동일한 위치에 있는 것으로 간주될 수 있고, 센서의 단일 패스에서 측정될 수 있다. 결합된 위치 측정은 통상적인 타겟과 동일한 방식으로 사용되도록 출력될 수 있다. 원칙적으로 두 세그먼트는 더 광범위하게 분리될 수 있다. 이러한 단계의 매력 중 하나는 기판 상의 타겟이 차지하는 영역의 전체적인 커다란 증가를 피하는 것이다. 그러나 결과의 품질은 불일치(Δd)가 모든 위치에서 동일한지 또는 국부적으로 측정해야 의미가 있는지에 따라 달라진다. 측정 결과를 프로세싱하고 이들을 정렬 또는 다른 목적으로 사용하는 것은 더욱 복잡해질 것이다.
따라서, 차동 세그먼트화 된 타겟 정렬 전략은 타겟 세그먼트(d1, d2)의 알려진 상이한 오프셋과 측정 가능한 파라미터의 조합에 기초하여 분해능 구조의 위치를 복구할 수 있다(이 경우, 세그먼트 1에서 측정된 색상 차이에 대한 색상 및 세그먼트 2에서 측정된 색상 차이에 대한 색상). 이 기술은 사용된 특정 유형의 정렬 센서에 대해 더 독립적이며 도 4에 도시된 자기-참조 간섭계를 기반으로하는 센서뿐만 아니라 다른 센서에도 적용될 수 있다.
당업자는 파장, 편광, 조명 프로파일 및 특정 주파수 스펙트럼 성분 중 하나의 파라미터에만 차이가 있는 한 쌍의 위치 측정치가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 동일하게, 동시에 이들 파라미터들 중 하나 이상에서 차이가 있는 위치 측정 쌍들이 사용될 수 있다.
결론
본 명세서에 개시된 개념들은 기판 정렬 동안 추가적인 타겟 측정을 필요로 하지 않고 마크 프린트 에러의 보정을 허용한다. 프로세스 보정 시스템에서 마크 프린트 에러 측정치의 가용성은 후속 기판 또는 로트에서의 마크 프린트 에러를 방지 또는 감소시키기 위해 (예를 들어, 렌즈 가열 효과를 감소시킴으로써) 피드백 루프의 일부로서 보정이 결정되도록 한다. 또한, 측정된 마크 프린트 에러가 극단(예를 들어, 임계값 이상)으로 결정되는 경우, 경보가 발생될 수 있다. 이로 인해 사용자로 하여금 영향을 받은 로트를 재작업하게 하여 수율 손실을 방지할 수 있다.
정렬 센서를 제어하고, 그것에 의해 검출된 신호를 처리하고, 리소그래피 패터닝 프로세스를 제어하는데 사용하기에 적합한 이들 신호 위치 측정치로부터 계산하는 처리 유닛(PU)은 전형적으로 일종의 컴퓨터 어셈블리를 포함할 것이며, 이는 상세히 설명되지 않을 것이다. 컴퓨터 조립체는 장치 외부의 전용 컴퓨터일 수 있거나, 정렬 센서에 전용인 프로세싱 유닛일 수도 있거나, 또는 선택적으로, 리소그래피 장치 전체를 제어하는 중앙 제어 유닛(LACU)일 수 있다. 컴퓨터 어셈블리는 컴퓨터 실행 가능 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 로딩하도록 구성될 수 있다. 이는 컴퓨터 프로그램 제품이 다운로드 될 때, 정렬 센서(AS)를 갖는 리소그래피 장치의 전술된 사용을 제어하도록 컴퓨터 어셈블리를 가능하게 할 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
102] 이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
103] 본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
104] 본 발명은 다음 절을 사용하여 추가로 기재될 수 있을 것이다.
1. 광학 시스템을 사용하여 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법으로서,
(a) 서브 세그먼트화 된 타겟을 방사선으로 조명하고 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 위치 정보를 포함하는 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출함으로써 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟을 측정하는 단계 - 상기 단계는 상기 서브 세그먼트화 된 타겟이 여전히 레지스트에 있을 때 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 상에 수행되고, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배열된 구조체를 포함하고, 상기 구조체 중 적어도 일부는 더 작은 서브 구조체를 포함하고, 각각의 서브 세그먼트화된 타겟은 공지된 성분과 미지의 성분의 조합인 상기 구조체와 상기 서브 구조체 사이의 위치 오프셋으로 형성됨 -; 및
(b) 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 공지된 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 상기 신호들을 사용하여 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분에 대해 보정된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계
를 포함하는 방법.
2. 광학 시스템을 사용하여 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법으로서,
(a) 서브 세그먼트화 된 타겟을 방사선으로 조명하고 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 위치 정보를 포함하는 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출함으로써 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟을 측정하는 단계 - 각각의 서브 세그먼트화 된 타겟은 공지된 성분과 미지의 성분의 조합인 상기 구조체와 상기 서브 구조체 사이의 위치 오프셋으로 형성됨 -;
(b) 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 공지된 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 상기 신호들을 사용하여 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분에 대해 보정된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계
를 포함하는 방법.
3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서, 상기 단계 (a)는 노광되고 현상된 후에 임의의 에칭 단계가 수행되기 전에 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 대해 수행되는 방법.
4. 제 1, 2 또는 3 절에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에서의 비대칭의 측정치를 결정하는 단계와, 상기 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정된 위치를 계산할 때 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분을 보정하기 위해 상기 비대칭의 측정치를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
5. 앞선 임의의 절에 있어서, 단계 (a)에서, 위치 정보를 포함하는 복수의 신호가 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟에 대해 획득되고, 각각의 신호는 상이한 특성을 갖는 방사선을 사용하여 얻어지는 방법.
6. 제 5 절에 있어서, 단계 (b)에서의 계산은, 신호에 포함된 위치 정보와 타겟의 위치 오프셋 사이의 관계가 상기 복수의 신호들 각각에 대해 동일한 수학적 형태를 갖는다는 가정에 적어도 부분적으로 기초하는 방법.
7. 제 6 절에 있어서, 상기 관계는 선형 관계인 것으로 가정되는 방법.
8. 제 5 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서, 상이한 특성을 갖는 상기 방사선은 상이한 파장, 편광 및/또는 조명 프로파일을 갖는 방사선을 포함하는 방법.
9. 앞선 임의의 절에 있어서, 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟은, 상기 타겟을 형성하는 구조들과 그들 내 상기 서브 구조들 사이의 상이한 공지된 오프셋들을 갖는 적어도 2 개의 세그먼트들을 포함하며, 상기 2 개 이상의 세그먼트들은 가까이에 근접하여 형성되어 복합 타겟을 형성하는 방법.
10. 앞선 임의의 절에 있어서, 단계 (a)에서 얻어진 상기 신호는 후속 기판에 대한 보정을 결정하는데 추가로 사용되며, 상기 보정은 상기 후속 기판에서의 상기 위치 오프셋의 미지의 성분의 크기를 감소시키기 위한 방법.
11. 앞선 임의의 절에 있어서, 단계 (b)에서 보정된 측정 위치가 계산되는 정렬 타겟보다 작은 서브 세그먼트화 된 타겟이 단계 (a)에서 측정되어, 동일한 정렬된 타겟으로부터의 신호를 사용하여 복수의 상기 정렬 타겟의 보정된 측정 위치가 보정되는 방법.
12. 제 11 절에 있어서, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 내의 상기 위치 오프셋의 미지의 성분과 상기 정렬 타겟의 위치 오프셋의 미지의 성분에서의 차이을 캘리브레이션 하기 위한 마크 대 마크 교정 단계를 포함하는 방법.
13. 앞선 임의의 절에 있어서, 단계 (a)는 검사 장치를 사용하여 수행되는 방법.
14. 제 13 절에 있어서, 상기 단계 (a)는 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치의 상기 계산에 대한 적어도 하나의 보정을 결정하고, 상기 계산은 리소그래피 장치상의 기판을 포지셔닝하는 동안 수행되는 상기 적어도 하나의 정렬 목표의 측정을 사용하는 방법.
15. 제 13 절 또는 제 14 절에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함하고, 단계 (a)에서 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟은 단계 (b)에서 상기 적어도 하나의 정렬 타겟과 동일한 타겟인 방법.
16. 제 13 절 또는 제 14 절에 있어서, 상기 단계 (b)에서 적어도 하나의 정렬 목표의 측정된 위치를 계산하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟 이외의 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
17. 제 16 절에 있어서, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 상기 검사 장치와 호환 가능한 구조적 특성을 포함하는 방법.
18. 제 16 절 또는 제 17 절에 있어서, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 상이한 층들 상의 구조들 간의 위치 불일치를 측정하기 위한 오버레이 서브 타겟을 더 포함하고, 상기 방법은 상이한 층들 상의 구조들 간의 상기 위치 불일치를 계산하는 단계; 후속 노광에 대한 보정을 계산할 때 상기 위치 불일치를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
19. 제 16 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 단계 (b)에서 측정된 상기 적어도 하나의 정렬 타겟은 비-차동 정렬 타겟을 포함하고, 상기 방법은, 상기 정렬 타겟을 오버레이하는 하나 이상의 층들 내에 형성된 오버레이된 구조들에 대한 상기 위치 오프셋의 미지 성분의 감도를 결정하기 위한 프로세스 캘리브레이션 단계를 수행하는 단계; 및 상기 감도를 사용하여 단계 (a)에서 수행된 측정을 보정하는 단계를 포함하는 방법.
20. 제 19 절에 있어서, 상기 프로세스 캘리브레이션 단계는,
테스트 기판 상에 하나 이상의 테스트 서브-세그먼트 정렬 타겟을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 테스트 서브-세그먼트화 된 정렬 타겟을 오버레이하는 하나 이상의 층들에, 생산 동안 상기 단계 (b) 이전에 형성될 오버레이 구조들에 대응하는 하나 이상의 오버레이 구조들을 형성하는 단계;
상기 하나 이상의 테스트 서브-세그먼트 정렬 타겟들의 캘리브레이션 측정을 수행하는 단계; 및
상기 캘리브레이션 측정으로부터 상기 감도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
21. 제 20 절에 있어서, 상기 테스트 서브-세그먼트 정렬 타겟은 상기 테스트 기판의 중심 부근에 형성되는 방법.
22. 제 19 절 내지 제 21 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 프로세스 캘리브레이션 단계는, 제조 중에 상기 단계 (b) 이전에 형성될 상기 상이한 오버레이 구조들 각각에 대해 반복되어, 상기 상이한 오버레이 구조들 각각에 대응하는 감도 측정치를 얻는 방법.
23. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 단계 (a)는 리소그래피 장치를 이용하여 수행되는 방법.
24. 제 23 절에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 리소그래피 장치의 정렬 센서를 사용하여 수행되는 방법.
25. 제 24 절에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 정렬 센서를 사용하여 수행되는 방법.
26. 제 23 절 내지 제 25 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함하고, 단계 (a)에서 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟은 단계 (b)에서 상기 적어도 하나의 정렬 타겟과 동일한 타겟인 방법.
27. 제 26 절에 있어서, 상기 단계 (b)는, 상기 미지의 오프셋 없는 상기 구조체의 위치보다, 상기 미지의 오프셋을 포함하여, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 내 상기 서브 구조체의 위치에 참조되는 서브 세그먼트화 된 타겟에 대한 위치 측정을 출력하는 방법.
28. 제 26 절 또는 제 27 절에 있어서, 복수의 서브 세그먼트화 된 타겟이 있고, 상기 방법은 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분에 대해 보정된 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 각각에 대한 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
29. 디바이스 제조방법으로서, 리소그래피 공정을 이용하여 기판에 디바이스 패턴을 적용하고, 상기 방법은, 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 참조하여 상기 적용된 패턴을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 측정된 위치는 앞선 임의의 절에 따른 방법에 의하여 얻어지는 방법.
30. 제 29 절에 있어서,
개별적으로 또는 단일 타겟으로서 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟 및 상기 적어도 하나의 정렬 타겟을 포함하는 제 1 층을 노광하는 단계를 포함하고,
상기 적용된 패턴을 위치시키는 단계는 상기 제 1 층 다음의 층들의 노광 동안 수행되는 방법.
31. 제 30 절에 있어서, 상기 제 1 층을 노광 한 후에,
상기 기판 상에 레지스트를 현상하는 현상 단계를 수행하는 단계;
(a) 단계를 수행하는 단계; 및 이들 단계들에 이어:
상기 기판 상에 부가적인 처리 단계를 수행하는 단계;
제 2 층에서 상기 적용된 패턴의 상기 위치 설정을 위한 정렬 동작을 수행하는 단계 - 상기 정렬 동작은 단계 (b)를 수행하는 단계를 포함함 - 를 포함하는 방법.
32. 제 30 절 또는 제 31 절에 있어서, 단계 (a)에서 얻어진 상기 신호는 후속 기판에 대한 보정을 결정하는데 또한 사용되며, 상기 보정은 상기 후속 기판에서의 상기 위치 오프셋의 미지의 성분의 크기를 감소시키기 위한 것이며, 상기 방법은 상기 후속 기판 상에 제 1 층의 노광시 상기 보정을 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
33. 제 30 절, 제 31 절 또는 제 32 절에 있어서,
상기 제 1 층에 후속하는 층에 적어도 하나의 부가적인 서브 세그먼트화 된 타겟을 형성하는 단계;
방사선으로 상기 적어도 하나의 부가적인 서브 세그먼트화 된 타겟을 조명하고, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 추가 위치 정보를 포함하는 추가 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하는 단계; 및
상기 후속 기판들의 대응 층에서의 상기 위치 오프셋의 미지의 성분의 크기를 감소시키기 위한 추가 보정을 결정하기 위해 상기 추가 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
34. 제 30 절 내지 제 33 절 중 어느 한 절에 있어서,
상이한 층들 상의 구조들 간의 위치 불일치를 측정하기 위한 오버레이 타겟을 부가적으로 측정하는 단계 - 상기 방법은 상이한 층들 상의 구조들 간의 상기 위치 불일치를 계산하는 단계를 더 포함함 -;
상기 계산된 불일치에 기초하여 위치 보정을 결정하는 단계; 및
후속 기판 상에, 상기 오버레이 타겟의 층들에 대응하는 층들 중 적어도 하나의 노광 동안 상기 적용된 패턴의 위치 설정 동안 상기 위치 보정을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
35. 리소그래피 장치로서,
- 기판에 패턴을 전사하기 위한 패터닝 서브 시스템; 및
- 상기 패터닝 서브 시스템과 관련하여 상기 기판의 위치를 측정하는 측정 서브 시스템
을 포함하고,
상기 패터닝 서브 시스템은 상기 측정 서브 시스템에 의해 측정된 상기 위치를 사용하여 상기 기판 상의 원하는 위치에 상기 패턴을 적용하도록 구성되고,
상기 측정 서브 시스템은 상기 기판 상에 제공된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 참조하여 상기 적용된 패턴을 위치시키도록 구성되고,
상기 측정 서브 시스템은 제 23 절 내지 제 28 절 중 어느 한 절에 따른 방법에 의해 상기 적어도 하나의 정렬 타겟의 상기 측정된 위치를 계산하도록 구성되는 리소그래피 장치.
36. 제 35 절에 있어서, 제 29 절 내지 제 33 절 중 어느 한 절에 따른 디바이스 제조방법을 수행하도록 또한 동작 가능한 리소그래피 장치.
37. 리소그래피 장치 및 검사 장치를 포함하는 리소그래피 셀에 있어서, 상기 리소그래피 장치는:
- 기판에 패턴을 전사하기 위한 패터닝 서브 시스템; 및
- 상기 패터닝 서브 시스템과 관련하여 상기 기판의 위치를 측정하는 측정 서브 시스템
을 포함하고, ,
상기 패터닝 서브 시스템은 상기 측정 서브 시스템에 의해 측정된 상기 위치를 사용하여 상기 기판 상의 원하는 위치에 상기 패턴을 적용하도록 구성되고,
상기 측정 서브 시스템은 상기 기판 상에 제공된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 참조하여 상기 적용된 패턴을 위치시키도록 구성되고,
상기 측정 서브 시스템은 제 13 절 내지 제 22 절 중 어느 한 절에 따른 방법에 의해 상기 하나 이상의 정렬 타겟의 상기 측정된 위치를 계산하도록 구성되고,
상기 검사 장치는 상기 방법의 단계 (a)를 수행하도록 동작 가능한 리소그래피 셀.
38. 제 37 절에 있어서, 제 29 절 내지 제 34 절 중 어느 한 절에 따른 디바이스 제조방법을 수행하도록 또한 동작 가능한 리소그래피 셀.
39. 처리 디바이스로 하여금 하나 이상의 정렬 타겟의 측정된 위치를 얻기 위해 제 1 절 내지 제 34 절 중 어느 한 절에 따른 방법의 단계 (b)의 계산을 수행하게 하는 기계 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
40. 제 39 절에 있어서, 상기 하나 이상의 정렬 타겟의 계산된 위치를 참조하여 정의된 위치에서 상기 기판에 패턴을 적용하도록 리소그래피 장치를 제어하기 위한 명령어를 더 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (15)

  1. 광학 시스템을 사용하여 기판 상의 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정하는 방법으로서,
    (a) 서브 세그먼트화 된 타겟을 방사선으로 조명하고 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 위치 정보를 포함하는 신호를 얻기 위해 하나 이상의 검출기를 사용하여 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출함으로써 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟을 측정하는 단계 - 상기 단계는 상기 서브 세그먼트화 된 타겟이 여전히 레지스트에 있을 때 상기 서브 세그먼트화 된 타겟 상에 수행되고, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 적어도 제 1 방향으로 주기적으로 배열된 구조체를 포함하고, 상기 구조체 중 적어도 일부는 더 작은 서브 구조체를 포함하고, 각각의 서브 세그먼트화 된 타겟은 공지된 성분과 미지의 성분의 조합인 상기 구조체와 상기 서브 구조체 사이의 위치 오프셋으로 형성됨 -; 및
    (b) 상기 서브 세그먼트화 된 타겟의 공지된 오프셋들 간의 차이에 관한 정보와 함께, 상기 신호들을 사용하여 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분에 대해 보정된 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 서브 세그먼트화 된 타겟에서의 비대칭의 측정치를 결정하는 단계와, 상기 적어도 하나의 정렬 타겟의 위치를 측정된 위치를 계산할 때 상기 위치 오프셋의 상기 미지의 성분을 보정하기 위해 상기 비대칭의 측정치를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 단계 (a)에서, 위치 정보를 포함하는 복수의 신호가 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟에 대해 획득되고, 각각의 신호는 상이한 특성을 갖는 방사선을 사용하여 얻어지는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 단계 (b)에서의 계산은, 신호에 포함된 위치 정보와 타겟의 위치 오프셋 사이의 관계가 상기 복수의 신호들 각각에 대해 동일한 수학적 형태를 갖는다는 가정에 적어도 부분적으로 기초하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상이한 특성을 갖는 상기 방사선은 상이한 파장, 편광 및/또는 조명 프로파일을 갖는 방사선을 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟은, 상기 타겟을 형성하는 구조들과 그들 내 상기 서브 구조들 사이의 상이한 공지된 오프셋들을 갖는 적어도 2 개의 세그먼트들을 포함하며, 상기 2 개 이상의 세그먼트들은 가까이에 근접하여 형성되어 복합 타겟을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단계 (a)에서 얻어진 상기 신호는 후속 기판에 대한 보정을 결정하는데 추가로 사용되며, 상기 보정은 상기 후속 기판에서의 상기 위치 오프셋의 미지의 성분의 크기를 감소시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 단계 (a)는 검사 장치를 사용하여 수행되는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 적어도 하나의 정렬 타겟의 측정된 위치의 상기 계산에 대한 적어도 하나의 보정을 결정하고, 상기 계산은 리소그래피 장치상의 기판을 포지셔닝하는 동안 수행되는 상기 적어도 하나의 정렬 목표의 측정을 사용하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 적어도 하나의 정렬 목표의 측정된 위치를 계산하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 세그먼트화 된 타겟 이외의 타겟의 측정된 위치를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 서브 세그먼트화 된 타겟은 상기 검사 장치와 호환 가능한 구조적 특성을 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 측정된 상기 적어도 하나의 정렬 타겟은 비-차동 정렬 타겟을 포함하고, 상기 방법은, 상기 정렬 타겟을 오버레이하는 하나 이상의 층들 내에 형성된 오버레이된 구조들에 대한 상기 위치 오프셋의 미지 성분의 감도를 결정하기 위한 프로세스 캘리브레이션 단계를 수행하는 단계; 및 상기 감도를 사용하여 단계 (a)에서 수행된 측정을 보정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 프로세스 캘리브레이션 단계는,
    테스트 기판 상에 하나 이상의 테스트 서브-세그먼트 정렬 타겟을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 테스트 서브-세그먼트화 된 정렬 타겟을 오버레이하는 하나 이상의 층들에, 생산 동안 상기 단계 (b) 이전에 형성될 오버레이 구조들에 대응하는 하나 이상의 오버레이 구조들을 형성하는 단계;
    상기 하나 이상의 테스트 서브-세그먼트 정렬 타겟들의 캘리브레이션 측정을 수행하는 단계; 및
    상기 캘리브레이션 측정으로부터 상기 감도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 처리 디바이스로 하여금 하나 이상의 정렬 타겟의 측정된 위치를 얻기 위해 제 1 항에 따른 방법의 단계 (b)의 계산을 수행하게 하는 기계 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 정렬 타겟의 계산된 위치를 참조하여 정의된 위치에서 상기 기판에 패턴을 적용하도록 리소그래피 장치를 제어하기 위한 명령어를 더 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020187018829A 2015-12-03 2016-11-29 위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법 KR102128523B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562262780P 2015-12-03 2015-12-03
US62/262,780 2015-12-03
PCT/EP2016/079143 WO2017093256A1 (en) 2015-12-03 2016-11-29 Position measuring method of an alignment target

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180087410A true KR20180087410A (ko) 2018-08-01
KR102128523B1 KR102128523B1 (ko) 2020-07-01

Family

ID=57421860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187018829A KR102128523B1 (ko) 2015-12-03 2016-11-29 위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10416577B2 (ko)
KR (1) KR102128523B1 (ko)
TW (1) TWI623821B (ko)
WO (1) WO2017093256A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102022785B1 (ko) * 2014-12-24 2019-09-18 가부시키가이샤 니콘 계측 장치 및 계측 방법, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법
US10942460B2 (en) 2016-04-12 2021-03-09 Asml Netherlands B.V. Mark position determination method
CN111505914B (zh) * 2019-01-31 2021-06-25 上海微电子装备（集团）股份有限公司 光学对准装置及光刻系统
TWI814987B (zh) * 2019-02-14 2023-09-11 美商科磊股份有限公司 用於使用誘發拓樸量測半導體裝置晶圓之錯位之系統及方法
NL2024986A (en) * 2019-03-27 2020-09-30 Asml Netherlands Bv Method of measuring an alignment mark or an alignment mark assembly, Alignment system, and Lithographic tool
WO2021156069A1 (en) 2020-02-05 2021-08-12 Asml Holding N.V. Apparatus for sensing alignment marks
US20240077308A1 (en) * 2021-01-19 2024-03-07 Asml Holding N.V. Systems and methods for measuring intensity in a lithographic alignment apparatus
US11556062B2 (en) * 2021-03-18 2023-01-17 Kla Corporation Sub-resolution imaging target
WO2024012772A1 (en) * 2022-07-14 2024-01-18 Asml Netherlands B.V. Metrology target and associated metrology method
CN117119115B (zh) * 2023-10-23 2024-02-06 杭州百子尖科技股份有限公司 基于机器视觉的校准方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030021467A1 (en) * 2000-08-30 2003-01-30 Michael Adel Overlay marks, methods of overlay mark design and methods of overlay measurements
WO2014146906A2 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for measuring asymmetry of a microsutructure, position measuring method, position measuring apparatus, lithographic apparatus and device manufacturing method
WO2015062854A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-07 Asml Netherlands B.V. Inspection apparatus and methods, substrates having metrology targets, lithographic system and device manufacturing method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3284641B2 (ja) * 1992-09-03 2002-05-20 ソニー株式会社 重ね合わせ精度測定機の測定条件の最適化方法、並びにアラインメントマーク形状あるいは露光装置におけるアラインメントマーク測定方式の最適化方法
DE60319462T2 (de) 2002-06-11 2009-03-12 Asml Netherlands B.V. Lithographischer Apparat und Verfahren zur Herstellung eines Artikels
NL1036476A1 (nl) 2008-02-01 2009-08-04 Asml Netherlands Bv Alignment mark and a method of aligning a substrate comprising such an alignment mark.
NL2004094A (en) 2009-02-11 2010-08-12 Asml Netherlands Bv Inspection apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and inspection method.
NL2008111A (en) 2011-02-18 2012-08-21 Asml Netherlands Bv Optical apparatus, method of scanning, lithographic apparatus and device manufacturing method.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030021467A1 (en) * 2000-08-30 2003-01-30 Michael Adel Overlay marks, methods of overlay mark design and methods of overlay measurements
WO2014146906A2 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for measuring asymmetry of a microsutructure, position measuring method, position measuring apparatus, lithographic apparatus and device manufacturing method
KR20150132563A (ko) * 2013-03-20 2015-11-25 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 마이크로구조체의 비대칭을 측정하는 방법 및 장치, 위치 측정 방법, 위치 측정 장치, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법
WO2015062854A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-07 Asml Netherlands B.V. Inspection apparatus and methods, substrates having metrology targets, lithographic system and device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017093256A1 (en) 2017-06-08
TWI623821B (zh) 2018-05-11
US20180329307A1 (en) 2018-11-15
TW201730687A (zh) 2017-09-01
KR102128523B1 (ko) 2020-07-01
US10416577B2 (en) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6577086B2 (ja) メトロロジ方法および装置、リソグラフィシステムならびにデバイス製造方法
KR101994385B1 (ko) 비대칭 측정 방법, 검사 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법
JP6377187B2 (ja) リソグラフィのためのメトロロジ
KR101710014B1 (ko) 도즈 및 포커스를 결정하는 방법, 검사 장치, 패터닝 디바이스, 기판 및 디바이스 제조 방법
KR102128523B1 (ko) 위치 측정 방법, 리소그래피 장치, 리소 셀 및 디바이스 제조 방법
KR101761735B1 (ko) 메트롤로지 방법 및 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법
KR101759608B1 (ko) 메트롤로지 방법 및 장치, 기판, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법
TWI626504B (zh) 判定校正之方法、量測目標之方法、量測不對稱性之方法、量測目標參數之方法、度量衡裝置、微影系統、元件製造方法及相關電腦程式
JP6045588B2 (ja) メトロロジ方法及び装置並びにデバイス製造方法
JP6251386B2 (ja) クリティカルディメンション関連特性を決定する方法、検査装置およびデバイス製造方法
IL297220B1 (en) Metrological method, computer product and system
CN111316167B (zh) 校准聚焦测量结果的方法、测量方法和量测设备、光刻系统以及器件制造方法
KR20180124109A (ko) 스택 차이의 결정 및 스택 차이를 사용한 정정 기술
KR20160078479A (ko) 검사 장치 및 방법, 계측 타겟을 가지는 기판, 리소그래피 시스템, 및 디바이스 제조 방법
KR20170108151A (ko) 계측 방법 및 장치, 컴퓨터 프로그램 및 리소그래피 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant