KR20180096716A

KR20180096716A - 리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 장치들 및 패터닝 디바이스들 및 방법들, 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20180096716A
Application number: KR1020187020696A
Authority: KR
Inventors: 폴 크리스티안 힌넨; 시몬 기스베르트 요세푸스 마티센; 마이켈 로버트 구센; 마우리츠 반 데르 샤르; 아리에 제프리 덴 보에프
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-08-29
Also published as: NL2017941A; TWI618990B; IL259746A; IL259746B1; JP2019501421A; TW201732455A; CN108369389B; IL259746B2; KR102185757B1; US10474039B2; EP3394677A1; US20170176870A1; EP3394677B1; CN108369389A; TW201816524A; WO2017108395A1; JP6626208B2; SG11201804232QA

Abstract

리소그래피 장치(LA)는 기판 상에 제품 피처들 및 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴(T)을 프린트한다. 포커스 메트롤로지 패턴은 반사 레티클에 의해 정의되고, 비스듬한 각도(θ)로 입사하는 EUV 방사선(404)을 이용하여 프린팅이 수행된다. 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들(422)의 그룹들의 주기적 어레이를 포함한다. 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격(S1)은 각각의 그룹 내의 제 1 피처들의 치수(CD)보다 훨씬 더 크다. 비스듬한 조명으로 인해, 프린트된 제 1 피처들은 포커스 오차의 함수로서 왜곡 및/또는 변위된다. 제 1 피처들의 변위를 알 수 있는 기준으로서 제 2 피처들(424)이 제공될 수 있다. 이 왜곡 및/또는 변위의 측정은 프린트된 패턴의 속성으로서 비대칭을 측정함으로써 수행될 수 있다. 측정은, 예를 들어 350 내지 800 nm 범위 내의 더 긴 파장들에서 행해질 수 있다.

Description

리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 장치들 및 패터닝 디바이스들 및 방법들, 디바이스 제조 방법

본 출원은 2015년 12월 21일에 출원된 EP 출원 15201611.9의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스들의 제조 시에 메트롤로지를 수행하는 데 이용가능한 검사 장치 및 방법들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 리소그래피 공정 시 포커스 파라미터를 모니터링하는 이러한 방법들에 관한 것이다.

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.

리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성을 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 회절 "스펙트럼"을 얻는다.

알려진 스케터로미터들의 예시들은 US2006033921A1 및 US2010201963A1에서 설명된 타입의 각도-분해 스케터로미터(angle-resolved scatterometer)들을 포함한다. 이러한 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 발생시킨다[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨]. 다크 필드 이미징 메트롤로지(dark field imaging metrology)의 예시들은 국제 특허 출원들 US20100328655A1 및 US2011069292A1에서 찾아볼 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 공개된 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에서 설명되었다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체(product structure)들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다수 격자들이 복합(composite) 격자 타겟을 이용하여 하나의 이미지에서 측정될 수 있다. 또한, 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 인용참조된다.

모니터링을 필요로 하는 리소그래피 공정의 한가지 중요한 파라미터는 포커스이다. IC 내에 계속 증가하는 많은 전자 구성요소들을 집적하려는 바람이 존재한다. 이를 실현하기 위해, 구성요소들의 크기를 감소시키고, 이에 따라 점점 더 작은 세부사항들 또는 라인 폭들이 기판의 타겟부 상에 투영될 수 있도록 투영 시스템의 분해능(resolution)을 증가시킬 필요가 있다. 리소그래피에서의 임계 치수(CD)가 줄어듦에 따라, 기판에 걸친 포커스 및 기판들 간의 포커스의 일관성(consistency)이 점점 중요해진다. CD는 피처(feature) 또는 피처들의 치수(예컨대, 트랜지스터의 게이트 폭)이며, 이에 대한 변동들이 피처의 물리적 속성들에 있어서 바람직하지 않은 변동을 야기할 것이다.

통상적으로, "센드-어헤드 웨이퍼들(send-ahead wafers)", 즉 생산 가동에 앞서 노광, 현상 및 측정되는 기판들에 의해 최적 세팅들이 결정되었다. 센드-어헤드 웨이퍼들에서는, 테스트 구조체들이 소위 포커스-에너지 매트릭스(FEM)에서 노광되었고, 그 테스트 구조체들의 검사로부터 최적 포커스 및 에너지 세팅들이 결정되었다. 더 최근에는, 포커스 메트롤로지 타겟들이 생산 디자인들에 포함되어, 포커스 성능의 지속적인 모니터링을 허용한다. 이 메트롤로지 타겟들은 빠른 포커스 측정들을 허용하여, 대량 제조 시에 빠른 성능 측정을 허용하여야 한다. 이상적으로, 메트롤로지 타겟들은 지나친 공간 손실 없이 제품 피처들 사이에 배치될 수 있도록 충분히 작아야 한다.

현재의 테스트 구조체 디자인들 및 포커스 측정 방법들은 많은 단점을 갖는다. 알려진 포커스 메트롤로지 타겟들은 분해능-이하(sub-resolution) 피처들 또는 큰 피치들을 갖는 격자 구조체들을 필요로 한다. 이러한 구조체들은 리소그래피 장치들의 사용자들의 디자인 규칙들을 위반할 수 있다. EUV 리소그래피에 대해, 20 nm 미만, 예를 들어 13.5 nm인 파장의 방사선을 이용하여 프린팅이 수행되는 경우, 분해능-이하 피처들의 생성은 가능하지 않을 수 있다. 격자 구조체에서의 비대칭이 가시광선 파장들에서 동작하는 스케터로미터와 같은 고속 검사 장치를 이용하여 효과적으로 측정될 수 있다. 알려진 포커스 측정 기술들은, 타겟 구조체를 정의하는 패터닝 디바이스 상의 패턴들의 특수한 디자인에 의해 레지스트 층에 프린트되는 구조체들로 포커스에 민감한 비대칭(focus-sensitive asymmetry)이 도입될 수 있다는 사실을 이용한다. EUV 리소그래피에 대해서는, 레지스트 두께 및 이에 따른 타겟 구조체들의 두께가 더 얇다. 이러한 이유로, 리소그래피 공정 시 포커스 성능의 측정을 위해 새로운 기술들을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 EUV 리소그래피와 같은 새로운 환경들에 적응가능한 포커스 성능을 측정하는 방법들을 제공하는 것을 목표로 한다. EUV 방사선과 반사 타입의 패터닝 디바이스 간의 상호작용의 3-차원 성질은 미세 피처들의 위치설정에 있어서, 이러한 피처들이 리소그래피 장치의 프린팅 분해능 내에 있더라도 포커스 민감성(focus sensitivity)을 초래한다는 것이 인식되었다. 이 위치 민감성은, 디자인 규칙들을 위반할 필요 없이 그 비대칭이 포커스에 민감한 포커스 메트롤로지 패턴들을 생성하거나, 또는 분해능-이하 피처들을 포함하는 데 사용될 수 있다.

제 1 실시형태에서, 본 발명은 리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:

(a) 기판 상에 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴을 프린트하기 위해 리소그래피 장치를 이용하는 단계 -프린트된 포커스 메트롤로지 패턴은 적어도 한 방향에서 주기적인 피처들의 어레이를 포함함- ;

(b) 프린트된 포커스 메트롤로지 패턴의 속성을 측정하는 단계; 및

(c) 상기 속성의 측정으로부터 포커스 성능의 측정을 도출하는 단계를 포함하며,

포커스 메트롤로지 패턴은 패터닝 디바이스에 의해 정의되고, 단계(a)에서의 프린팅은 비스듬한 각도로 입사하는 패터닝 방사선으로 상기 패터닝 디바이스를 조명함으로써 수행되며, 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 그룹들의 주기적 어레이를 포함하고, 각각의 그룹은 1 이상의 제 1 피처를 포함하며, 포커스 메트롤로지 패턴 내의 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수보다 훨씬 더 크다.

패터닝 디바이스의 비스듬한 조명을 이용하여 프린트된 경우에 이러한 패턴은 포커스 오차에 의존하는 방식으로 제 1 피처들의 변위 및/또는 왜곡들을 보일 것이다. 프린트된 패턴에서의 비대칭의 측정이 제 1 피처들을 갖는 패터닝 디바이스를 이용하여 얻어진 패턴의 포커스-의존적 왜곡 및/또는 변위를 측정하는 한가지 편리한 방법이다. 바람직한 경우, 다른 방법들이 전개될 수 있다.

제 1 피처들의 각각의 그룹 내의 제 1 피처들의 수는 하나만큼 적을 수 있거나, 또는 2 이상일 수 있다.

또한, 본 발명은 리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스를 제공하고, 패터닝 디바이스는 1 이상의 디바이스 패턴 및 1 이상의 메트롤로지 패턴의 피처들을 정의하는 반사 및 비-반사 부분들을 포함하며, 메트롤로지 패턴들은 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴을 포함하고, 각각의 그룹은 1 이상의 제 1 피처를 포함하며, 포커스 메트롤로지 패턴 내의 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수보다 훨씬 더 크다.

또한, 본 발명은 리소그래피 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치를 제공하고, 메트롤로지 장치는 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 단계(b) 및 단계(c)를 수행하도록 작동가능하다.

또한, 본 발명은 리소그래피 장치를 포함한 리소그래피 시스템을 제공하고, 상기 장치는:

반사 패터닝 디바이스를 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템;

기판 상으로 패터닝 디바이스의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템; 및

앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 메트롤로지 장치를 포함하며,

리소그래피 장치는 추가 기판들에 패턴을 적용하는 경우에 메트롤로지 장치에 의해 도출된 포커스 성능의 측정을 사용하도록 배치된다.

또한, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 장치들 및 방법들을 구현하는 데 사용되는 컴퓨터 프로그램 제품들을 제공한다.

또한, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법을 제공한다.

첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.

이제 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 반사 패터닝 디바이스를 갖는 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 방법들을 수행하기 위해 리소그래피 장치 및 메트롤로지 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 각도-분해 스케터로메트리 및 다크-필드 이미징 검사 방법들을 수행하도록 구성된 검사 장치를 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 반사 패터닝 디바이스를 이용하는 기판 상의 포커스 메트롤로지 타겟의 형성을 예시하는 도면;
도 5는 5 개의 예시적인 포커스 메트롤로지 패턴들(a 내지 e)의 세부사항을 개략적으로 나타내는 도면;
도 6은 (a) 도 1의 리소그래피 장치에서 포커스 메트롤로지 패턴을 프린팅한 경우의 격리된 2-바아(bar) 피처의 에어리얼 이미지의 형성, 및 (b) 포커스 메트롤로지 패턴의 측정가능한 파라미터와 포커스 간의 관계의 시뮬레이션을 예시하는 도면;
도 7은 도 5(d)에 나타낸 타입의 포커스 메트롤로지 패턴을 프린팅한 경우의 포커스 의존적 비대칭의 도입을 예시하는 도면;
도 8은 도 5(d)에 나타낸 타입의 한 쌍의 편향(bias)된 포커스 메트롤로지 패턴들을 포함한 복합 포커스 메트롤로지 타겟의 형성을 나타내는 도면;
도 9는 도 3의 장치를 이용하여 얻어진, 도 8의 타겟의 메트롤로지 포커스 패턴들의 다크-필드 이미지를 나타내는 도면; 및
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스를 모니터링하는 방법의 흐름도이다.

본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 모듈(SO)을 포함한 리소그래피 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:

- 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL);

- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크 또는 레티클)(MA)를 지지하도록 구성되고, 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);

- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 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 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 반사 투영 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 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 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 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.

"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 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

일반적으로, 리소그래피에서 사용되는 패터닝 디바이스들은 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.

투영 시스템은, 조명 시스템과 마찬가지로, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 다른 가스들이 너무 많은 방사선을 흡수할 수 있기 때문에 EUV 방사선에 대해 진공을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 진공 벽 및 진공 펌프들의 도움으로 전체 빔 경로에 진공 환경이 제공될 수 있다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 본 발명의 포커스 메트롤로지 기술들은 특히 반사 패터닝 디바이스들(레티클들)과 사용하기 위해 개발되었으며, 이때 조명은 패터닝 디바이스 표면의 평면에 수직인 방향이 아니라, 약간 비스듬한 각도로 있다. 원칙적으로, 동일한 기술들은 몇몇 이유로 조명이 비대칭을 도입한다면 투과 패터닝 디바이스에 관하여 적용될 수 있다. 통상적으로, 레티클의 조명은 대칭이도록 디자인되지만 반사 레티클들을 이용하고, 이는 일반적으로 가능하지 않다.

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 단계들이 수행될 수 있다.

도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 소스 모듈(SO)로부터 극자외 방사선 빔을 수용한다. EUV 광을 생성하는 방법들은 EUV 범위 내의 1 이상의 방출선을 갖는 적어도 하나의 원소, 예를 들어 크세논, 리튬 또는 주석을 갖는 재료를 플라즈마 상태로 전환하는 단계를 포함하며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 흔히 레이저 생성 플라즈마("LPP")라고 칭하는 이러한 한 방법에서, 필요한 플라즈마는 필요한 선-방출 원소를 갖는 재료의 액적(droplet), 스트림 또는 클러스터와 같은 연료를 레이저 빔으로 조사함으로써 생성될 수 있다. 소스 모듈(SO)은 연료를 여기시키는 레이저 빔을 제공하는 레이저(도 1에 나타내지 않음)를 포함한 EUV 방사선 시스템의 일부분일 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선, 예를 들어 EUV 방사선을 방출하며, 이는 소스 모듈에 배치된 방사선 컬렉터를 이용하여 수집된다. 예를 들어, CO₂ 레이저가 연료 여기를 위한 레이저 빔을 제공하는 데 사용되는 경우, 레이저 및 소스 모듈은 별도의 개체일 수 있다.

이러한 경우, 레이저는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 레이저로부터 소스 모듈로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 흔히 DPP 소스라고 칭하는 방전 생성 플라즈마 EUV 발생기인 경우, 소스는 소스 모듈의 통합부일 수 있다.

일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 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 패싯 필드 및 퓨필 거울 디바이스(facetted field and pupil mirror device)들과 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. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(PS2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)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 또 다른 위치 센서(PS1)는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.

2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.

3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

리소그래피 장치는 도 1에서 매우 개략적인 형태로 표현되지만, 이것이 본 발명을 위해 필요한 전부임을 이해할 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(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 노광-후 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 3a는 소위 다크 필드 이미징 메트롤로지를 구현하는 검사 장치의 핵심 요소들을 개략적으로 나타낸다. 상기 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. 타겟 격자 구조체(T) 및 회절된 광선들은 도 3(b)에 더 상세히 예시된다.

도입부에서 인용된 종래의 출원들에 설명된 바와 같이, 도 3a의 다크 필드 이미징 장치는 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)에 추가하여, 또는 이 대신에 사용될 수 있는 다목적 각도-분해 스케터로미터의 일부일 수 있다. 이 타입의 검사 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 컨디셔닝된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 시준 렌즈 시스템(collimating lens system), 컬러 필터(color filter), 편광기(polarizer), 및 어퍼처 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝된 방사선은 조명 경로(IP)를 따르며, 여기에서 이는 부분 반사면(partially reflecting surface: 15)에 의해 반사되고, 현미경 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)으로 포커스된다. 메트롤로지 타겟(T)이 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 렌즈(16)는 바람직하게는 적어도 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 0.95인 높은 개구수(NA)를 갖는다. 침지 유체는 필요에 따라 1이 넘는 개구수를 얻는 데 사용될 수 있다.

또한, 이 예시에서의 대물 렌즈(16)는 타겟에 의해 산란된 방사선을 수집하는 역할을 한다. 개략적으로, 이 되돌아오는 방사선에 대해 수집 경로(CP)가 도시된다. 다목적 스케터로미터는 수집 경로에 2 이상의 측정 브랜치들을 가질 수 있다. 퓨필 이미징 브랜치로서 나타낸 예시는 퓨필 이미징 광학 시스템(18) 및 퓨필 이미지 센서(19)를 포함한다. 또한, 이미징 브랜치가 도시되며, 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 추가적으로, 또 다른 광학 시스템들 및 브랜치들이 실제 장치에 포함되어, 예를 들어 세기 정규화, 포착 타겟들의 개략적 이미징, 포커싱 등을 위해 기준 방사선을 수집할 것이다. 이들의 세부내용들은 앞서 언급된 종래의 공개공보들에서 찾아볼 수 있다.

메트롤로지 타겟(T)이 기판(W) 상에 제공되는 경우, 이는 현상 이후에 바아들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 1-D 격자일 수 있다. 타겟은, 현상 이후에 격자가 솔리드 레지스트 필러(pillar)들 또는 레지스트 내의 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 2-D 격자일 수 있다. 대안적으로, 바아들, 필러들 또는 비아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 격자들 각각은 검사 장치를 이용하여 그 속성들이 조사될 수 있는 타겟 구조체의 일 예시이다.

조명 시스템(12)의 다양한 구성요소들은 동일한 장치 내에서 상이한 메트롤로지 '레시피들(recipes)'을 구현하도록 조정가능할 수 있다. 조명 방사선의 특성들로서 파장(색) 및 편광을 선택하는 것에 추가하여, 조명 시스템은 상이한 조명 프로파일들을 구현하도록 조정될 수 있다. 어퍼처 디바이스(13)의 평면은 퓨필 이미지 검출기(19)의 평면 및 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면과 켤레이다. 그러므로, 어퍼처 디바이스(13)에 의해 정의되는 조명 프로파일이 스폿(S)으로 기판(W) 상에 입사하는 광의 각도 분포를 정의한다. 상이한 조명 프로파일들을 구현하기 위해, 어퍼처 디바이스(13)가 조명 경로 내에 제공될 수 있다. 어퍼처 디바이스는 이동가능한 슬라이드 또는 휠에 장착되는 상이한 어퍼처들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 프로그램가능한 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 또 다른 대안예로서, 광섬유들이 조명 퓨필 평면 내의 상이한 위치에 배치되고, 그 각각의 위치들에서 광을 전달하거나 광을 전달하지 않도록 선택적으로 사용될 수 있다. 이 변형예들은 모두 앞서 인용된 문서들에서 논의되고 예시된다.

제 1 예시적인 조명 모드에서, 어퍼처(13N)가 사용되고, 입사각이 도 3b에 'I'로 나타낸 바와 같도록 광선들(30a)이 제공된다. 타겟(T)에 의해 반사된 0차 광선의 경로는 '0'으로 표시된다(광학 축선 'O'과 혼동하지 않아야 함). 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처(13S)가 사용되어 광선들(30b)이 제공될 수 있도록 하고, 이 경우 입사각 및 반사각은 제 1 모드와 비교하면 바뀔 것이다. 도 3a에서, 제 1 및 제 2 예시적인 조명 모드들의 0차 광선들은 각각 0(13N) 및 0(13S)로 표시된다. 이 조명 모드들을 둘 다 오프-액시스(off-axis) 조명 모드들로 인식될 것이다. 온-액시스(on-axis) 조명 모드들을 포함한 많은 상이한 조명 모드들이 상이한 목적으로 구현될 수 있다.

도 3b에 더 상세히 나타낸 바와 같이, 타겟 구조체의 일 예시로서 타겟 격자(T)가 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 오프-액시스 조명 프로파일의 경우, 축선(O)을 벗어난 각도로부터 격자(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟 격자를 이용하면, 이 광선들은 메트롤로지 타겟 격자(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 조명 광선들(30a)의 빔이 (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.

다크-필드 이미징에 대한 수집 경로의 브랜치에서, 이미징 광학 시스템(20)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 기판(W) 상의 타겟의 이미지(T')를 형성한다. 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면에 대해 켤레인 수집 경로(CP)의 이미징 브랜치에서의 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은 퓨필 스톱이라고도 불릴 수 있다. 어퍼처 스톱(21)은 조명 어퍼처가 상이한 형태들을 취할 수 있는 것과 마찬가지로 상이한 형태들을 취할 수 있다. 어퍼처 스톱(21)은 렌즈(16)의 유효 어퍼처와 조합하여, 산란된 방사선의 어느 부분이 센서(23) 상에 이미지를 생성하는 데 사용되는지를 결정한다. 통상적으로, 어퍼처 스톱(21)은 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 1차 빔(들)으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 1차 빔들이 모두 조합되어 이미지를 형성하는 예시에서, 이는 다크-필드 현미경법과 균등한 소위 다크 필드 이미지일 것이다. 어퍼처 스톱(21)의 일 예시로서, 온-액시스 방사선만의 통과를 허용하는 어퍼처(21a)가 사용될 수 있다. 어퍼처(21a)와 조합하여 오프-액시스 조명을 이용하면, 한 번에 1차들 중 단 하나만이 이미징된다.

센서(23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 발명을 위해, 타겟 구조체의 비대칭의 측정들이 수행된다. 비대칭 측정들은 타겟 구조체들의 정보와 조합되어, 이들을 형성하는 데 사용된 리소그래피 공정의 성능 파라미터들의 측정들을 얻을 수 있다. 이 방식으로 측정될 수 있는 성능 파라미터들은, 예를 들어 오버레이, 포커스 및 도즈를 포함한다. 타겟들의 특수한 디자인들이 제공되어, 상이한 성능 파라미터들의 이 측정들로 하여금 동일한 기본 비대칭 측정 방법을 통해 수행되게 한다.

다시 도 3b 및 광선들(30a)로의 제 1 예시적인 조명 모드를 참조하면, 타겟 격자로부터의 +1차 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어가고 센서(23)에 기록되는 이미지에 기여할 것이다. 제 2 조명 모드가 사용되는 경우, 광선들(30b)은 광선들(30a)과 반대인 각도로 입사하며, 이에 따라 -1차 회절 광선들이 대물렌즈에 들어가고 이미지에 기여한다. 오프-액시스 조명을 이용하는 경우, 어퍼처 스톱(21a)이 0차 방사선을 차단한다. 종래의 공개공보들에서 설명된 바와 같이, 조명 모드들은 X 및 Y 방향들에서 오프-액시스 조명을 갖는 것으로 정의될 수 있다.

이 상이한 조명 모드들 하에 타겟 격자의 이미지들을 비교함으로써, 비대칭 측정들이 얻어질 수 있다. 대안적으로, 비대칭 측정들은 동일한 조명 모드를 유지하지만 타겟을 회전시킴으로써 얻어질 수 있다. 오프-액시스 조명이 도시되지만, 대신에 타겟들의 온-액시스 조명이 사용될 수 있고, 수정된 오프-액시스 어퍼처(21)가 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킬 수 있다. 또 다른 예시에서, 한 쌍의 오프-액시스 프리즘들(21b)이 온-액시스 조명 모드와 조합하여 사용된다. 이 프리즘들은 +1차 및 -1차를 센서(23) 상의 상이한 위치들로 향하게 하는 효과가 있어, 이들이 2 개의 순차적 이미지 포착 단계들을 필요로 하지 않고 검출 및 비교될 수 있도록 한다. 이 기술은 앞서 언급된 공개된 특허 출원 US2011102753A1에서 설명되며, 이 내용은 본 명세서에서 인용참조된다. 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다. 또 다른 변형예로서, 오프-액시스 조명 모드는 일정하게 유지될 수 있는 한편, 타겟 자체가 대물 렌즈(16) 밑에서 180 도 회전되어, 반대 회절 차수들을 이용하여 이미지들을 포착한다.

다음 설명에서, 반사형의 패터닝 디바이스에 비스듬한 조명을 이용하는 리소그래피 공정의 포커스 성능을 측정하는 기술들이 예시될 것이다. 이 기술들은 특히 EUV 리소그래피에서 적용될 수 있고, 이때 거의 진공인 환경에서의 반사 광학기가 필요하다. 제품 피처들이 프린트될 때 동시에 소정 포커스 메트롤로지 패턴들을 포함한 메트롤로지 타겟들이 기판 상에 프린트될 것이다. 이 프린트된 패턴들에서의 비대칭은 도 3의 장치에서 예를 들어 회절 기반 기술들을 이용하여 측정될 것이다. 작은 타겟들의 사용을 허용하기 위해, 이 비대칭 측정들이 장치의 다크-필드 이미징 브랜치를 이용하여 수행된다고 가정될 것이다. 하지만, 비대칭의 회절-기반 측정들은 퓨필 이미징 브랜치를 이용하여 수행될 수도 있다. 물론, 도 3에 나타낸 장치는 단지 비대칭을 측정하는 데 사용될 수 있는 검사 장치 및 방법의 일 예시이다.

DUV 파장 범위에서 동작하는 리소그래피 장치들의 맥락에서는, 회절-기반 포커스(DBF) 측정들을 위한 타겟들이 성공적으로 디자인되고 사용되었다. 알려진 타입의 DBF 타겟은 레티클 상의 격자 패턴에 서브-세그먼트 피처(sub-segmented feature)들을 포함함으로써 생성된다. 이 피처들은 더 솔리드(solid)인 피처들과 함께, 리소그래피 장치의 이미징 분해능 아래의 치수들을 갖는다. 결과적으로, 이들은 기판 상의 레지스트 층에 개별적인 피처들로서 프린트되는 것이 아니라, 포커스 오차에 민감한 방식으로 솔리드 피처들의 프린팅에 영향을 준다. 구체적으로, 이 피처들의 존재는 DBF 메트롤로지 타겟 내에서 격자 내의 각각의 라인에 대해 비대칭 레지스트 프로파일을 생성하고, 비대칭의 정도는 포커스에 의존한다. 결과적으로, 도 3의 검사 장치와 같은 메트롤로지 툴이 기판 상에 형성된 타겟으로부터 비대칭의 정도를 측정하고, 이를 스캐너 포커스로 바꿀 수 있다.

불행하게도, 알려진 DBF 메트롤로지 타겟 디자인들은 모든 상황들에서 사용하기에 적절하지는 않다. EUV 리소그래피에서, 레지스트 막 두께는 DUV 침지 리소그래피에서 사용되는 것들보다 상당히 더 얇고, 이는 타겟의 일부분을 형성하는 구조체들의 비대칭 프로파일로부터 정확한 비대칭 정보를 추출하는 것을 어렵게 만든다. 또한, 이미징 시스템의 분해능이 EUV 리소그래피에서 본질적으로 더 높기 때문에, DUV 침지 리소그래피의 프린팅 분해능 이하의 치수들을 갖는 피처들이 EUV 리소그래피에 의해 프린트가능한 "솔리드" 피처들이 된다. EUV 레티클에 대해 유사한 분해능-이하 피처들을 제공하는 것은 일반적으로 실현가능하지 않고, 및/또는 반도체 제조자의 "디자인 규칙들"을 위반할 수 있다. 이러한 규칙들은 일반적으로 프린트된 피처들이 그 공정 요건들에 따를 것을 보장하기 위해 피처 디자인들을 제한하는 수단으로서 확립된다. 여하한의 경우, 디자인 규칙 밖에서의 동작은 DBF 타겟들에 대한 공정의 성능의 시뮬레이션을 어렵게 만들어, 최적 타겟 디자인 및 포커스 측정들의 캘리브레이션이 시행착오의 문제가 되도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 방법의 원리들을 예시한다. 개시된 방법에서, 리소그래피 장치는 기판(W) 상에 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴(T)을 프린트하는 데 사용된다. 프린트된 포커스 메트롤로지 패턴(T)은 적어도 한 방향에서 주기적인 피처들의 어레이를 포함한다. 이 예시를 위해, 포커스 메트롤로지 패턴(T)은 Y 방향에서 주기적이며, 이는 리소그래피 장치의 스캐닝 방향에 대응한다. 설명된 타입의 리소그래피 장치에서, 조명의 방향은 Y-Z 평면 내에서 비스듬한 각도를 이룬다. 포커스 메트롤로지 패턴(T)은 조명의 이 경사에 의해 야기되는 이미징 공정에서의 비대칭을 이용하기 위해 이 Y 방향에서 주기적으로 만들어진다. 예를 들어, 앞서 설명된 타입의 검사 장치를 사용하여 프린트된 포커스 메트롤로지 패턴에서 비대칭을 측정함으로써, 포커스 성능의 측정이 도출될 수 있다.

패터닝 디바이스(MA)는 1 이상의 디바이스 패턴 및 1 이상의 메트롤로지 패턴의 피처들을 정의하는 반사 및 비-반사 부분들을 포함한다. 본 명세서에서 관심있는 메트롤로지 패턴의 한가지 타입으로서, 기판(W) 상에 형성될 포커스 메트롤로지 패턴(T)이 반사 패터닝 디바이스(MA) 상에 형성된 대응하는 패턴(T")에 의해 정의된다. 레티클의 일부의 확대된 세부도가 402에 도시되어 있다. 이 패턴을 기판(W) 상의 레지스트 층으로 전사하는 프린팅 작업은 도 1의 리소그래피 장치에서, 예를 들어 5 ° 내지 10 °의 범위일 수 있는 비스듬한 각도(θ)로 입사하는 EUV 방사선(404)으로 레티클을 조명함으로써 수행된다. 메트롤로지 타겟 패턴(및 기판 상에 프린트되기를 원하는 모든 제품 피처들)의 정보를 지니는 반사된 방사선(406)이 투영 시스템(PS)에 들어간다. 레티클의 기초는 통상적으로 리소그래피 장치에서 사용되는 방사선의 파장을 반사시키도록 구성된 다층 구조체인 반사 구조체(408)이다. EUV 방사선은 통상적으로 20 나노미터보다 짧다. 예를 들어, 약 13.5 nm의 파장이 주석 플라즈마 방사선 소스에 기초한 현재 구현들에서 사용된다.

반사 구조체(408)의 위에는, EUV-흡수 재료 층 및 선택적으로 보호 캐핑 층(protective capping layer)을 포함할 수 있는 방사선-흡수성 구조체(410)가 제공된다. 구조체(410)는 기판 상에 프린트되기를 원하는 패턴에 따라 반사 부분들(412, 414) 및 비-반사 부분들(416)을 남기도록 선택적으로 제거된다. 사용되는 레지스트 재료의 타입에 따라, 현상된 패턴은 반사 부분들(네거티브 톤 레지스트) 또는 비-반사 부분들(포지티브 톤 레지스트)에 대응하는 레지스트 피처들을 가질 수 있다. 본 예시에 대해서는, 포지티브 레지스트 공정이 가정될 것이지만, 본 발명의 교시는 실제로 당업자에 의해 어느 타입의 공정에도 적용될 수 있다.

포커스 메트롤로지 패턴(T)은 주기성의 방향에서 길이(L)를 갖는 격자 패턴을 포함한다. 이 예시에서의 주기성의 방향은 언급된 바와 같이 Y 방향이다. 구조체의 주기(P)가 표시되고, 반복 유닛들(420) 중 하나를 포함하는 패턴의 확대된 부분이 도시된다. 각각의 반복 유닛은 1 이상의 제 1 피처(422) 및 1 이상의 제 2 피처(424)의 그룹을 포함한다. 이 예시에서의 제 1 피처들(422)의 각각의 그룹은 레티클 부분(402)상의 좁은 반사 부분들(412)에 의해 정의되는 2-바아 구조체를 포함한다. 당업자라면, 통상적인 리소그래피 장치의 투영 시스템(PS)이 패터닝 디바이스(MA)로부터 기판(W) 상으로 패턴을 프린팅하는 경우에 사전설정된 축소 인자를 적용한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 다음 예시들에서 주어진 피처들의 치수는 기판 상에 프린트된 바와 같은 피처들의 크기를 지칭하는 것으로 이해될 것이며, 레티클(402)과 같은 패터닝 디바이스 상의 대응하는 피처들의 크기는 물리적으로 수 배 더 클 것이다. 이 스케일링 인자는 다음의 설명에서 당연시되어야 하고, 다시 언급되지 않을 것이다.

프린팅 단계에서 사용되는 방사선의 파장, 예를 들어 EUV 방사선은 도 3의 검사 장치에서 비대칭을 측정하기 위해 통상적으로 사용되는 방사선의 파장들보다 훨씬 더 짧다. EUV 방사선은 0.1 nm 내지 100 nm 범위의 방사선으로서 정의될 수 있는 한편, 프린팅 단계에서 사용되는 방사선의 파장은 예를 들어 20 nm 미만일 수 있다. 몇몇 실시예에서의 검사 장치는 350 내지 800 nm 범위 내의 1 이상의 파장에서 가시 또는 적외 방사선을 사용할 수 있다. 프린팅 단계에서 사용되는 방사선의 파장은 이러한 경우에 비대칭의 측정에서 사용되는 방사선의 파장보다 10 배 이상 더 짧을 수 있다. 다른 예시들에서, 측정 방사선의 파장은 350 nm보다 짧을 수 있고, 예를 들어 200 내지 350 nm 범위 또는 심지어 100 nm 내지 200 nm 범위 내에 있을 수 있다.

패턴의 프린팅 및 그 측정에 사용되는 방사선 파장이 어느 것이든, 포커스 메트롤로지 패턴은 이 조건들에 적합하도록 구성되는 다양한 속성들을 갖는 피처들을 포함한다. 제 1 피처들(422)은 제품 패턴들의 일부로서 프린트되는 최소 피처들과 유사한 치수를 갖도록 디자인된다. 그렇지 않은 경우, 포커스 메트롤로지 패턴(T)을 사용하여 측정되는 포커스 성능은 관심있는 실제 제품 피처들에서의 포커스 성능을 정확하게 나타내지 않을 수 있다. 그러므로, 제 1 피처들의 각각의 그룹은 주기성의 방향에서 50 nm 미만의 치수(CD)를 각각 갖는 2 이상의 바아들 또는 다른 피처들을 포함할 수 있다. 일 예시에서, 이 피처들의 라인 폭은 22 nm일 수 있다. 또한, 제 1 피처들 간의 간격은 50 nm 미만일 수 있고, 각각의 제 1 피처의 치수(CD)와 동일하거나 유사하며, 예를 들어 22 nm일 수 있다.

반면에, 검사 장치에 사용되는 더 긴 파장의 관점에서(심지어 더 짧은 파장을 사용하는 검사 장치가 적용될 수 있다는 사실을 허용함), 이 개별적인 제 1 피처들은 너무 작아서 검사 장치에 의해 직접 분해될 수 없다. 검사 장치의 파장에 필적하는 전체 피치(P)를 갖는 격자 패턴 내의 제 1 피처들의 그룹들을 배열함으로써, 전체적으로 패턴의 회절 스펙트럼이 검사 장치에 접근가능하게 되고, 더 작은 피처들의 속성들이 추론될 수 있다. 격자 패턴의 피치(P)는, 예를 들어 600 nm일 수 있다. 격자 패턴의 전체 길이(L)는, 예를 들어 5 ㎛일 수 있다. 이러한 크기는 패턴으로 하여금 디바이스 영역 내에 포함되지만, 여전히 도 3의 검사 장치의 다크-필드 이미징 브랜치를 사용하여 분해되게 한다. [측정들이 퓨필 이미징 브랜치를 사용하여 수행되는 경우, 조명 스폿(S)이 격자 내에 완전히 배치될 수 있도록 통상적으로 더 큰 타겟이 필요하다.]

이 치수들을 합치면, 제 1 피처들(422)의 인접한 그룹들 간의 간격(S1)은 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격(S0)보다 훨씬 더 크다는 것을 이해할 것이다. 간격(S1)은, 예를 들어 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격의 4 배 이상, 5, 6, 8 또는 10 배 이상일 수 있다. 나타낸 예시에서, 제 1 피처들에 대해 라인 폭이 22 nm이고 피치(P)가 600 nm이면, 간격(S1)은 500 nm를 넘을 수 있다. 일반적으로 말하면, 이미징 기술 분야의 숙련된 기술자는 피처들 간의 간격이 피처들 자체의 치수들의 5 배 또는 6 배인 경우에 피처들이 효과적으로 격리되는 것으로 간주할 것이다.

제 1 피처들의 그룹들 간의 간격은 반드시 비어있지는 않다. 나타낸 예시에서, 선택적인 피처로서, 제 2 피처들(424)은 레티클 상에서 더 넓은 반사 부분들(414)에 의해 정의된다. 제 1 피처들과 (선택적으로) 제 2 피처들 사이의 넓은 공간들은 비-반사 부분들(416)에 의해 정의된다. 다시 말하면, 이 예시에서의 포커스 메트롤로지 패턴(T)은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치되는 제 2 피처들을 더 포함한다. 제 2 피처들은 각각의 제 2 피처가 주기성의 방향에서 제 1 피처들의 치수보다 큰 치수를 갖는다는 점에서 제 1 피처들과 구별된다. 일 예시에서, 각각의 제 2 피처(424)의 폭은 100 nm 정도일 수 있다. 600 nm의 전체 격자 피치가 주어지면, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격(S2)은 (이 예시에서) 여전히 제 1 피처들의 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격보다 수 배 더 크다. 간격(S2)은, 예를 들어 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격(S0)의 4 배 이상, 5, 6, 8 또는 10 배 이상일 수 있다.

도 5는 사용될 수 있는 다양한 포커스 메트롤로지 패턴들을 예시하며, 물론 여기에 개시된 원리들에 기초하여 다른 예시들이 구상될 수 있다. 모든 예시들에서, 피치(P)를 갖는 반복 유닛을 포함하여 패턴의 작은 부분만이 도시된다. 도 5a의 예시는 제 1 피처들(422)의 그룹들만을 포함하고, 제 1 피처들의 그룹들 간의 간격(S1)이 주기성의 방향에서 각각의 제 1 피처들의 치수(라인 폭)(CD)보다 훨씬 더 크고, 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격(S0)보다 훨씬 더 크다. 이 예시는 도 4에 도시된 패턴과 유사하지만, 제 2 피처들이 생략된다. 반사 레티클(402)을 사용하여 이 패턴을 실현하기 위해, 반사 부분(414)은 생략된다는 것을 이해할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 피처들(422)인 바아들은 일반적으로 반사 백그라운드 내에서 레티클 상의 좁은 비-반사 부분들에 의해 정의될 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 제 1 피처들(422)은 일반적으로 비-반사인 백그라운드 내에서 반사 바아들(412)에 의해 정의될 수 있다. 어느 경우에나, 포지티브 톤 레지스트 또는 네거티브 톤 레지스트의 선택은 이 제 1 피처들이 현상된 포커스 메트롤로 지 패턴에서 남은 레지스트로서 표현되는지의 여부를 결정하거나, 또는 이들이 레지스트의 부재로서 표현되는지의 여부를 결정할 것이다. 본 발명의 원리들은 이 모든 변형예들에서 동일하다.

비-수직 조명(404)의 쉐도잉 효과(shadowing effect)와 조합한, 레티클(402)의 3-차원 성질을 고려하여, 리소그래피 장치의 투영 시스템(PS)은 포커스에 의존하는 방식으로 포커스 메트롤로지 패턴의 제 1 피처들을 프린트한다. 도 6a는 레지스트 부근에서 투영 시스템에 의해 형성된 "에어리얼 이미지"의 형태를 개략적으로 도시한다. 수직축은 방사선-감응성 레지스트 코팅이 적용된 기판 표면 부근의 Z 방향에서의 포커스 오차(FE)를 나타낸다. 수평축은 격자 패턴(T)의 주기성의 방향인 Y 방향을 나타낸다. 단일 2-바아 피처에 대한 에어리얼 이미지가 도시되며, 이 패턴은 프린트된 격자의 영역에 걸쳐 반복된다는 것을 이해한다.

이미징 시행에서 잘 알려진 바와 같이, 프린트된 패턴은 0(zero) 포커스 오차로 표현되는 초점면에서 가장 잘 정의된다. 초점면 위와 아래에서, 에어리얼 이미지의 세기는 더 적다. 하지만, EUV 리소그래피 장치의 반사 광학기를 사용하는 이미징의 3-차원 성질로 인해, 에어리얼 이미지는 최적 초점면 위 및 아래에서 약화될 뿐만 아니라 왜곡되어, 각각의 개별적인 피처의 에어리얼 이미지가 기울어지도록 한다. 이는 점선으로 개략적으로 나타내어지며, 2-바아 피처의 각각의 바아가 그 에어리얼 이미지에서 상이한 기울기를 갖고 프린트된 바아의 에지들이 결과로서 포커스 오차에 대해 상이한 민감성들을 보일 것을 알 것이다. 제공된 예시는 단지 근사이며, 실제 에어리얼 이미지에서는 추가 영향들이 발생한다.

제 1 피처들에서의 비대칭이 발생하는 우세한 메카니즘들에 따라, 격리된 2-바아 패턴의 레지스트 프로파일은 근접해 있는 3 개, 4 개 또는 그 이상의 바아들을 갖는 어느 단일 바아 패턴보다 더 강한 포커스-의존적 비대칭을 보일 것으로 기대될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 2-바아 패턴들에 제한되지 않으며, 제 1 피처들의 각각의 그룹이 단지 하나의 제 1 피처를 포함하는 여하한 수의 제 1 피처들을 포함할 수 있다. 아래에서 예시되는 바와 같이, 제 1 피처들 자체의 레지스트 프로파일의 비대칭이 포커스 메트롤로지 패턴에 비대칭이 도입될 수 있는 유일한 메카니즘은 아니다.

따라서, 2-바아 예시로 돌아가면, 예시된 타입의 격리된 2-바아 피처들을 갖는 패턴을 제공하고 프린트된 패턴에서 비대칭을 측정함으로써 포커스의 오차가 측정될 수 있다. 또한, 도 6b의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 프린트된 바아들의 유효 위치는 포커스 오차(FE)에 따라 변동하는 양(dY)만큼 변위된다. 좁은 바아 피처들의 변위가 측정될 수 있도록 포커스 메트롤로지 패턴이 디자인되는 경우, 이 변위를 측정함으로써 포커스의 측정이 얻어질 수 있다. 예시된 그래프는 도 5b의 예시를 사용하는 시뮬레이션에 기초하며, 이는 도 4에 나타낸 예시로서도 인식될 것이다. 변위(dY)가 측정되게 하는 한가지 방식은 그 예시적인 패턴에서 제 2 피처들(424)과 같은 더 넓은 피처들을 제공하는 것이다. 변위는 레지스트에 형성된 격자 패턴에서의 비대칭을 유도하여, 예시들 중 어느 것이 사용되든 비대칭의 측정으로부터 포커스 성능의 측정이 도출될 수 있도록 한다.

좁은 피처들과 넓은 피처들 간의 차등 변위를 해석하는 또 다른 방식은 격자 패턴을 제 1 공간 주파수 및 제 2 공간 주파수의 피처들을 갖는 것으로 간주하는 것이다. 상이한 공간 주파수(피치)의 격자들은 포커스가 변동함에 따라 상이한 배치를 겪을 것이다. 결론적으로, 2 개의 별개의 효과들: 패턴 피처들 자체의 왜곡 및 좁은 및 넓은 피처들의 차등 변위 중 어느 하나 또는 둘 모두를 활용함으로써 프린트된 패턴으로 비대칭이 도입될 수 있다. 비대칭을 측정하는 것이 두 타입의 피처들 간의 상대 변위를 측정하는 한 가지 방식이지만, 제 1 피처들의 변위를 측정하는 여하한의 방법이 전개될 수 있다. 이는 비대칭이 아닌 몇몇 방법에 의해 상이한 타입의 피처들 간의 상대 변위를 측정하는 방법일 수 있다. 이는 몇몇 다른 기준에 대해 제 1 피처들의 변위를 측정하는 방법일 수 있다. 다시 말하면, 프린트된 패턴에서의 비대칭의 측정은 단지 제 1 피처들을 갖는 패터닝 디바이스를 사용하여 얻어진 패턴의 포커스-의존적 왜곡 및/또는 변위를 측정하는 하나의 편리한 방법이다. 바람직한 경우, 다른 방법들이 전개될 수 있다.

도 5로 되돌아가면, 또 다른 예시적인 포커스 메트롤로지 패턴이 도 5c에 도시된다. 이 예시는 단지 단일 제 2 피처보다는 제 2 피처들(424)의 그룹들이 제 1 피처들의 그룹들 사이에 제공되는 것을 제외하고는 도 5b의 패턴과 동일한 속성들을 갖는다. 다시, 이 예시에서의 제 1 피처들의 각각의 그룹은 단지 예시로서 2-바아 패턴을 포함한다. 앞선 예시들에서와 같이, 제 1 피처들(422)의 그룹들 간의 간격은 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격보다 훨씬 더 크다. 추가적으로, 제 1 피처들의 각 그룹과 제 2 피처들(424)의 인접한 그룹 간의 간격도 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격보다 훨씬 더 크다.

이 예시에서, 좁은 및 넓은 치수들의 피처들의 그룹들의 차등 변위는 포커스의 표현으로 측정될 수 있는 비대칭 신호를 생성한다. 앞선 예시들과 비교하여, 이 타겟의 측정은 포커스 이외의 공정 변동들에 의해 야기되는 패턴의 변화들에 덜 민감할 수 있다. 반면에, 포커스에 대해 약간의 민감성 손실이 존재할 수 있다. 적절한 타겟 디자인은 이 인자들의 절충을 기반으로 선택될 수 있다. 제 1 피처들은 기판 상에 프린트될 제품 패턴들의 일부를 형성하는 가장 좁은 피처들에 대응하는 치수(CD)를 가질 수 있지만, 제 2 피처들은 제품 패턴의 몇몇 다른 피처들에 대응하는 치수(CD2)를 가질 수 있다. 동일한 제품 패턴에서 상이한 치수들의 피처들 간의 적절한 정합(registration)이 완제품의 성능에 중요할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 5d에 도시된 또 다른 예시에서, 포커스 메트롤로지 패턴은 좁은 제 1 피처들(422)의 그룹이 더 넓은 제 2 피처들(424)에 의해 형성되는 격자 내의 공간들을 실질적으로 채우는 격자 구조체를 포함한다. 다시 말하면, 이 예시에서, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격(S2)이 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수(CD1)와 유사하고, 각각의 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격(S0)과 유사하다. 동시에, 제 1 피처들의 그룹들 간의 간격(S1)은 각각의 그룹 내의 개별적인 제 1 피처들 간의 간격보다 훨씬 더 크게 남는다.

이제 도 7을 참조하면, 도 5d의 예시적인 포커스 메트롤로지 패턴에서의 제 1 피처들 및 제 2 피처들에 영향을 미치는 차등 변위의 효과가 예시된다. 도 5d에 도시된 바와 같이 정확하게 패턴 T(0)이 프린트된다. 이 패턴은 적절하게 수정된 레티클(402) 상의 반사 및 비-반사 부분들의 패턴에 정확하게 대응할 수 있다. 하지만, 이미 입증된 바와 같이, 좁은 피처들 및 넓은 피처들은 일정 정도의 포커스 오차로 프린트되는 경우에 왜곡 및/또는 시프트될 것이다. 따라서, 네거티브 포커스 오차가 존재하는 경우, 약간 상이한 패턴 T(FE-)가 기판 상에 프린트될 것이다. 제 1 피처들인 좁은 라인들은 예시된 바와 같이 넓은 라인들에 비해 작은 차등 변위(dY)만큼 시프트된다. 유사하게, 포지티브 포커스 오차가 존재하는 경우, 또 다른 상이한 패턴 T(FE+)가 기판 상에 프린트될 것이다. 제 1 피처들인 좁은 라인들은 반대 방향으로 작은 차등 변위(dY)만큼 시프트된다. 이 예시에서의 시프트들은 과장될 수 있지만, 제 1 피처들 및 제 2 피처들의 차등 변위가 "이상적인" 프린트된 패턴 T(0)에 존재하지 않는 프린트된 패턴에 비대칭을 도입한다는 것을 알 것이다. 그러므로, 이 패턴에서의 비대칭의 측정이 포커스 오차의 측정을 산출할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 2 이상의 유사한 포커스 메트롤로지 패턴이 동일한 단계에서 프린트된다. 이 패턴들은 "편향"되며, 이는 이들이 제 2 피처들에 대한 제 1 피처들의 위치설정에 있어서 프로그램된 오프셋을 제외하고는 동일하다는 것을 의미한다. 도 8은 한 쌍의 포커스 메트롤로지 패턴들(T+ 및 T-)을 도시한다. 이들은 나란히 프린트되고, 예를 들어 도 3의 검사 장치의 다크 필드 이미징 모드에서 방사선 스폿(S)을 사용하여 동시에 이미징될 수 있다. 다시 말하면, 이 포커스 메트롤로지 패턴들 모두에서의 비대칭의 측정들이 장치에 의해 수집된 +1차 및 -1차 회절 방사선을 사용하여 제 1 및 제 2 이미지들을 취함으로써 수행될 수 있다. 하나의 이러한 이미지가 도 9에 도시된다. 어두운 직사각형은, 예를 들어 도 3의 장치의 센서(23)에 기록된 바와 같은 다크-필드 이미지를 나타낸다. 원(S')은 검출기 상에 이미징된 방사선 스폿(S)의 영역을 나타낸다. 더 밝은 직사각형들(T-' 및 T+')은 한 쌍의 포커스 메트롤로지 패턴들(T- 및 T+)의 이미지들을 나타낸다. 각각의 타겟으로부터의 하나의 회절 차수의 세기는, 예를 들어 더 밝은 직사각형들 각각 내에서 관심 영역(ROI)을 정의하고, 픽셀 값들을 평균함으로써 측정될 수 있다. 반대의 회절 차수에 대해 이를 반복하여 비대칭이 계산될 수 있다. 도 3에 도시된 프리즘들(21b)을 사용하는 대안적인 측정 방법에서, 두 패턴들의 두 이미지들이 효과적으로 동시에 포착될 수 있다.

도 8에 도시된 패턴들 각각은 제 2 피처들에 대한 제 1 피처들의 변위(오프셋)를 갖도록 "사전-프로그램된다"는 것을 유의할 것이다. 따라서, 0 포커스 오차 하에서, 패턴(T-)은 도 7의 패턴 T(FE-)과 유사하게 프린트될 것이다. 포커스 오차가 양의 방향으로 변동함에 따라, 패턴은 중립 또는 공칭 패턴 T(0)과 더 유사하게 프린트될 것이고, 그 비대칭은 감소할 것이다. 반대로, 0 포커스 오차 하에서, 패턴(T+)은 도 7의 패턴 T(FE+)과 유사하게 프린트될 것이다. 포커스 오차가 음의 방향으로 변동함에 따라, 그 비대칭이 감소할 것이다. 알려진 기술에서의 포커스 및/또는 오버레이의 회절 기반 측정들에서, 2 이상의 편향된 타겟들의 사용은 비대칭의 차등 측정들이 얻어지게 한다. 이 차등 측정들을 프로그래된 오프셋들의 정보와 조합하는 것이 포커스 오차로 하여금 도출되게 하는 한편, 다른 공정-의존적 변수들을 상쇄시킨다. 이제 도 8의 예시에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 포커스 메트롤로지 패턴들에서 동일한 이점을 얻도록 편향된 타겟들이 디자인될 수 있다.

상기 방법은 타겟의 비대칭(또는 다른 속성)과 노광(프린팅) 동안의 포커스 오차 사이에 알려진 관계가 존재한다는 사실에 의존한다. 이 관계는 단조롭게 변동하는 함수여야 한다(즉, 비대칭의 부호는 포지티브 및 네거티브 포커스에 대해 상이하여야 한다). 이 관계가 (예를 들면, 연산 수단에 의해) 알려지는 경우, 포지티브 및 네거티브 포커스에 대한 거동을 모방하는 2 개의 타겟들이 디자인될 수 있다. 실제 포커스 위치는 이제 2 개의 타겟들에 대한 비대칭 측정들로부터 추출될 수 있다.

도 5로 되돌아가면, 또 다른 예시적인 포커스 메트롤로지 패턴이 도 5e에 도시된다. 이 예시에서의 제 1 피처들(422)의 그룹들을 포함한 포커스 메트롤로지 패턴은 동일한 기판 상에 개별 프린팅 단계에서 프린트된 제 2 피처들의 어레이와 정합하여 프린트된다. 잘 알려진 바와 같이, 통상적인 리소그래피 제조 공정은 궁극적으로 기능 제품의 구조체를 정의하는, 연속 층들에서의 많은 상이한 패턴들의 프린팅을 수반한다. 나타낸 예시에서, 제 2 피처들(424)은 제 1 피처들(422) 위 또는 아래의 기판의 상이한 층에 프린트된다. 다시 말하면, 피처들이 하나의 패터닝 디바이스 상에 제공되어 포커스 메트롤로지 패턴의 제 1 피처들을 정의하고, 피처들이 또 다른 패터닝 디바이스 상에 제공되어 제 2 피처들을 정의한다. 다른 예시들에서, 별도의 프린팅 단계들에서 프린트된 패턴들이 동일한 층에서 조합되어, 예시들 (b), (c), (d) 중 어느 하나가 별도의 단계들에서 프린트될 수 있도록 한다. 앞선 내용과 같이, 제 2 피처들에 대한 제 1 피처들의 차등 변위가 프린트된 패턴에서의 비대칭을 초래할 것이다. 또한, 이 차등 변위는 물론 두 프린팅 단계들 사이에 오버레이 오차도 포함할 것이다. 근처에 프린트된 다른 메트롤로지 타겟들이 이 오버레이를 측정하는 데 사용될 수 있으며, 실제 오버레이 오차는 포커스 메트롤로지 패턴들에서 측정된 오차로부터 감산되어 포커스 오차와 연계되는 차등 변위를 격리시킬 수 있다. 제 2 피처들은 제 1 피처들보다 훨씬 더 넓기 때문에, 포커스 오차 및 이들의 위치설정에 비교적 민감하지 않다. 따라서, 이는 제 1 피처들, 즉 그 포커스 오차가 측정되는 것을 포함하는 포커스 메트롤로지 패턴을 프린트하는 데 사용되는 프린팅 단계인 것으로 이해될 것이다.

도 10은 예시적인 실시예에 따른 리소그래피 공정의 포커스 성능을 측정하는 방법의 단계들의 흐름도이다. 상기 방법은 앞서 설명되고 도면들에 나타낸 예시적인 포커스 메트롤로지 패턴들 중 어느 하나를 사용하여 수행될 수 있다. 단계들은 다음과 같고, 이후 더 상세히 설명된다:

1000 - 메트롤로지 타겟들을 갖는 제품 디자인을 정의하고, 패터닝 디바이스들(레티클들)의 적절한 세트를 준비함으로써 시작함;

1010 - 기판 상에 제품 패턴들과 함께 1 이상의 포커스 메트롤로지 패턴을 프린트함;

1020 - 적절한 검사 장치를 사용하여 각각의 포커스 메트롤로지 패턴의 회절 스펙트럼의 일부분의 세기를 측정함(예를 들어, +1차가 회절 스펙트럼의 적절한 부분임);

1030 - 검사 장치를 사용하여 각각의 포커스 메트롤로지 패턴의 회절 스펙트럼의 반대 부분(예를 들어, -1차)의 세기를 측정함;

1040 - 반대의 회절 차수들의 세기들을 비교함으로써 1 이상의 포커스 메트롤로지 패턴의 비대칭의 측정들을 계산함;

1050 - 선택적으로 포커스 메트롤로지 패턴들 간의 프로그램된 오프셋들 및/또는 실제 오버레이 성능과 같은 다른 측정들의 정보와 함께, 비대칭 측정들을 사용하여, 포커스 메트롤로지 패턴을 프린트하는 당시의 포커스 오차를 계산함;

1060 - 후속 기판들에 대한 노광들을 위해 포커스 세팅에서 도출된 포커스 측정을 사용함;

1070- 종료 또는 반복.

이미 설명된 바와 같이, 단계(1020) 및 단계(1030)는 포커스 메트롤로지 패턴의 반대 회절 차수들이 단일 획득에서 얻어질 수 있도록 단일 단계로서 수행될 수 있다. 또한, 측정되고 있는 2보다 많은 타겟들이 존재하는 경우, 모든 타겟들이 단일 획득에서 측정되어, 대응하는 수의 측정 값들을 얻을 수 있다.

측정 단계들은 지정된 검사 장치로서 스케터로미터에 의해 수행되는 것으로 도시되지만, 이는 독립형 장치일 수 있거나, 또는 리소셀에 통합될 수 있다. 또한, 비대칭 측정들은 지정된 메트롤로지 장치 없이, 예를 들어 리소그래피 장치에 제공된 정렬 센서들와 함께 적절한 타겟들을 사용하여 수행될 수 있다.

계산 단계들(1040 및 1050)은 모두 검사 장치의 공정에서 수행될 수 있거나, 또는 리소그래피 장치의 모니터링 및 제어와 연계된 상이한 공정들에서 수행될 수 있다. 각각의 단계는 프로그램된 공정에 의해 수행될 수 있으며, 이것이 하드웨어 수정 없이 포커스 측정 방법들을 수행하도록 검사 장치가 수정될 수 있는 개시된 기술들의 장점이다.

결론

결론적으로, 리소그래피 공정을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법은 본 명세서에 개시된 바와 같은 포커스 측정 방법들을 수행하고, 이를 리소그래피 공정의 성능의 파라미터들을 측정하도록 처리된 기판들을 측정하는 데 사용하며, 후속 기판들의 처리를 위해 리소그래피 공정의 성능을 개선하거나 유지하도록 공정의 파라미터들(특히 포커스)을 조정함으로써 개선될 수 있다.

앞서 설명된 포커스 메트롤로지 패턴들을 포함한 타겟 구조체들은 측정을 위해 특수하게 디자인되고 형성된 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서는 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능부들인 타겟들에서 속성들이 측정될 수 있다. 많은 디바이스들이 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "메트롤로지 패턴" 및 "메트롤로지 타겟" 등의 용어들은 구조체가 특정하게 수행되는 측정을 위해 제공될 것을 요구하지 않는다.

기판들 및 패터닝 디바이스들에 실현된 바와 같은 포커스 메트롤로지 패턴들을 정의하는 물리적 격자 구조체들과 관련하여, 일 실시예는 포커스 메트롤로지 패턴들을 디자인하는 방법, 메트롤로지 레시피들 및/또는 그 메트롤로지 레시피들의 조명 모드들 및 다른 측면들을 구현하는 검사 장치를 제어하는 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 디자인/제어 공정을 위해 채택되는 별도의 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있다. 언급된 바와 같이, 계산들 및 제어 단계들은 전체적으로 또는 부분적으로 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3의 장치의 유닛(PU) 내에서 수행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 제공된다:

1. 리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 방법으로, 상기 방법은:

2. 1 항에 따른 방법에서, 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 크다.

3. 1 항 또는 2 항에 따른 방법에서, 단계(b)는 포커스 메트롤로지 패턴의 회절 스펙트럼의 비대칭을 측정함으로써 프린트된 패턴의 속성으로서 비대칭을 측정하는 단계를 포함한다.

4. 1 항, 2 항 또는 3 항에 따른 방법에서, 프린팅 단계(a)에서 사용되는 방사선의 파장은 측정 단계(b)에서 사용되는 방사선의 파장보다 짧다.

5. 4 항에 따른 방법에서, 프린팅 단계에서 사용되는 방사선의 파장은 20 nm보다 작고, 측정 단계에서 사용되는 파장은 100 nm보다 크며, 제 1 피처들은 각각 주기성의 방향에서 50 nm보다 작은 치수를 갖는다.

6. 앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법에서, 제 1 피처들의 각각의 그룹은 2 이상의 제 1 피처들을 포함하고, 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 각각의 그룹 내의 상기 제 1 피처들 간의 간격보다 훨씬 더 크다.

7. 앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법에서, 상기 제 1 피처들의 그룹들 각각은 정확히 2 개의 제 1 피처들을 포함한다.

8. 앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법에서, 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치되는 제 2 피처들을 더 포함하고, 각각의 제 2 피처들은 주기성의 방향에서 제 1 피처들의 치수보다 큰 치수를 갖는다.

9. 8 항에 따른 방법에서, 2 이상의 제 2 피처들의 그룹들은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치된다.

10. 8 항 또는 9 항에 따른 방법에서, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격은 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 크다.

11. 8 항 또는 9 항에 따른 방법에서, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격은 주기성의 방향에서 각각의 제 1 피처의 치수와 유사하다.

12. 1 항 내지 7 항 중 어느 하나에 따른 방법에서, 제 1 피처들의 그룹들을 포함한 포커스 메트롤로지 패턴은 동일한 기판 상에 별도의 프린팅 단계에서 프린트된 제 2 피처들의 어레이와 정합하여 프린트된다.

13. 12 항에 따른 방법에서, 제 2 피처들은 제 1 피처들의 그룹들 위 또는 아래에서 기판의 상이한 층에 프린트된다.

14. 앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법에서, 상기 포커스 메트롤로지 패턴은 동일한 단계(a)에서 프린트된 2 이상의 유사한 포커스 메트롤로지 패턴들 중 하나이고, 상기 2 이상의 포커스 메트롤로지 패턴은 제 2 피처들에 대한 제 1 피처들의 위치설정에 있어서 프로그램된 오프셋을 제외하고는 동일하다.

15. 리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스로, 패터닝 디바이스는 1 이상의 디바이스 패턴 및 1 이상의 메트롤로지 패턴의 피처들을 정의하는 반사 및 비-반사 부분들을 포함하며, 메트롤로지 패턴들은 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴을 포함하고, 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 그룹들의 주기적 어레이를 포함하며, 각각의 그룹은 1 이상의 제 1 피처를 포함하고, 포커스 메트롤로지 패턴 내의 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수보다 훨씬 더 크다.

16. 15 항에 따른 패터닝 디바이스에서, 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 크다.

17. 15 항 또는 16 항에 따른 패터닝 디바이스에서, 상기 반사 부분들은 20 nm보다 짧은 리소그래피 장치에서 사용되는 방사선의 파장을 반사시키도록 구성되고, 각각의 제 1 피처는 상기 리소그래피 장치에 의해 프린트된 경우에 주기성의 방향에서 50 nm보다 작은 치수를 갖는다.

18. 17 항에 따른 패터닝 디바이스에서, 리소그래피 장치에 의해 프린트된 경우에 포커스 메트롤로지 패턴의 주기는 100 nm보다 크다.

19. 15 항 내지 18 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 제 1 피처들의 각각의 그룹은 2 이상의 제 1 피처들을 포함한다.

20. 15 항 내지 19 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 상기 제 1 피처들의 그룹들 각각은 정확히 2 개의 제 1 피처들을 포함한다.

21. 15 항 내지 20 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치되는 제 2 피처들을 더 포함하고, 각각의 제 2 피처는 주기성의 방향에서 제 1 피처들의 치수보다 큰 치수를 가지며, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격은 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 크다.

22. 21 항에 따른 패터닝 디바이스에서, 2 이상의 제 2 피처들의 그룹들을 정의하도록 구성되고, 제 2 피처들의 그룹들은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치된다.

23. 15 항 내지 20 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치된 2 이상의 제 2 피처들의 그룹들을 더 포함하고, 각각의 제 2 피처는 주기성의 방향에서 제 1 피처들의 치수보다 큰 치수를 가지며, 제 1 피처들의 그룹과 인접한 제 2 피처 간의 간격은 그룹 내의 제 1 피처들 간의 간격과 유사하다.

24. 15 항 내지 20 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 제 2 피처들을 정의하는 제 2 패터닝 디바이스와 조합되어, 제 1 피처들의 그룹들을 포함한 포커스 메트롤로지 패턴이 동일한 기판 상에 별도의 프린팅 단계에서 프린트된 제 2 피처들의 어레이와 정합하여 프린트되도록 한다.

25. 21 항 내지 24 항 중 어느 하나에 따른 패터닝 디바이스에서, 상기 포커스 메트롤로지 패턴은 동일한 패터닝 디바이스에 의해 정의된 2 이상의 유사한 포커스 메트롤로지 패턴들 중 하나이고, 상기 2 이상의 포커스 메트롤로지 패턴들은 제 2 피처들에 대한 제 1 피처들의 위치설정에 있어서 프로그램된 오프셋을 제외하고는 동일하다.

26. 리소그래피 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치로, 메트롤로지 장치는 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 따른 방법의 단계(b) 및 단계(c)를 수행하도록 작동가능하다.

27. 26 항에 따른 메트롤로지 장치에서:

복수의 타겟들을 갖는 상기 기판에 대한 지지체;

각각의 타겟에 의해 산란된 방사선을 포착하는 광학 시스템; 및

포착된 산란 방사선에서의 비대칭에 기초하여 상기 리소그래피 공정의 포커스 성능의 측정을 도출하는 프로세서를 포함한다.

28. 리소그래피 시스템으로, 이는 리소그래피 장치를 포함하고, 이는:

26 항 또는 27 항에 따른 메트롤로지 장치를 포함하며,

29. 프로세서 판독가능한 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램으로, 명령어들은 적절한 프로세서 제어 장치에서 실행되는 경우, 프로세서 제어 장치가 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 따른 방법의 단계(b) 및/또는 단계(c)를 수행하게 한다.

30. 29 항의 컴퓨터 프로그램을 포함한 컴퓨터 프로그램 이동매체.

31. 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 디바이스 패턴이 적용되는 디바이스 제조 방법으로, 상기 방법은:

리소그래피 공정의 포커스 성능을 측정하기 위해 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 따른 방법을 이용하는 단계; 및

측정된 포커스 성능에 따라 추후 기판들에 대한 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.

본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims

리소그래피 장치의 포커스 성능을 측정하는 방법에 있어서,
(a) 기판 상에 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴을 프린트하기 위해 상기 리소그래피 장치를 이용하는 단계 -프린트된 포커스 메트롤로지 패턴은 적어도 한 방향에서 주기적인 피처(feature)들의 어레이를 포함함- ;
(b) 상기 프린트된 포커스 메트롤로지 패턴의 속성을 측정하는 단계; 및
(c) 상기 속성의 측정으로부터 포커스 성능의 측정을 도출하는 단계
를 포함하고,
상기 포커스 메트롤로지 패턴은 패터닝 디바이스에 의해 정의되고, 단계(a)에서의 프린팅은 비스듬한 각도로 입사하는 패터닝 방사선으로 상기 패터닝 디바이스를 조명함으로써 수행되며, 상기 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 그룹들의 주기적 어레이를 포함하고, 각각의 그룹은 1 이상의 제 1 피처를 포함하며, 상기 포커스 메트롤로지 패턴 내의 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수보다 훨씬 더 큰 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 큰 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
단계(b)는 상기 포커스 메트롤로지 패턴의 회절 스펙트럼의 비대칭을 측정함으로써 상기 프린트된 패턴의 속성으로서 비대칭을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
프린팅 단계(a)에서 사용되는 방사선의 파장은 측정 단계(b)에서 사용되는 방사선의 파장보다 짧은 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 피처들의 각각의 그룹은 2 이상의 제 1 피처들을 포함하고, 상기 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 각각의 그룹 내의 상기 제 1 피처들 간의 간격보다 훨씬 더 큰 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 피처들의 그룹들 각각은 정확히 2 개의 제 1 피처들을 포함하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포커스 메트롤로지 패턴은 상기 제 1 피처들의 인접한 그룹들 사이에 배치되는 제 2 피처들을 더 포함하고, 각각의 제 2 피처들은 주기성의 방향에서의 상기 제 1 피처들의 치수보다 큰 치수를 갖는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 피처들의 그룹들을 포함한 포커스 메트롤로지 패턴은 동일한 기판 상에 별도의 프린팅 단계에서 프린트된 제 2 피처들의 어레이와 정합하여(in registration with) 프린트되는 방법.
리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스에 있어서,
1 이상의 디바이스 패턴 및 1 이상의 메트롤로지 패턴의 피처들을 정의하는 반사 및 비-반사 부분들을 포함하고, 상기 메트롤로지 패턴들은 적어도 하나의 포커스 메트롤로지 패턴을 포함하며, 상기 포커스 메트롤로지 패턴은 제 1 피처들의 그룹들의 주기적 어레이를 포함하고, 각각의 그룹은 1 이상의 제 1 피처를 포함하며, 상기 포커스 메트롤로지 패턴 내의 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수보다 훨씬 더 큰 패터닝 디바이스.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 피처들의 인접한 그룹들 간의 간격은 주기성의 방향에서의 각각의 제 1 피처의 치수의 4 배보다 큰 패터닝 디바이스.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 반사 부분들은 20 nm보다 짧은 상기 리소그래피 장치에서 사용되는 방사선의 파장을 반사시키도록 구성되고, 각각의 제 1 피처는 상기 리소그래피 장치에 의해 프린트된 경우에 주기성의 방향에서 50 nm보다 작은 치수를 갖는 패터닝 디바이스.
리소그래피 공정의 파라미터를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계(b) 및 단계(c)를 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
리소그래피 시스템에 있어서,
리소그래피 장치를 포함하고, 상기 리소그래피 장치는:
반사 패터닝 디바이스를 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템;
기판 상으로 상기 패터닝 디바이스의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템; 및
제 12 항에 따른 메트롤로지 장치
를 포함하며,
상기 리소그래피 장치는 추가 기판들에 패턴을 적용하는 경우에 상기 메트롤로지 장치에 의해 도출된 포커스 성능의 측정을 사용하도록 배치되는 리소그래피 시스템.
적절한 프로세서 제어 장치에서 실행되는 경우, 상기 프로세서 제어 장치가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계(b) 및/또는 단계(c)를 수행하게 하는 프로세서 판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 디바이스 패턴이 적용되는 디바이스 제조 방법에 있어서,
상기 리소그래피 공정의 포커스 성능을 측정하기 위해 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하는 단계; 및
측정된 포커스 성능에 따라 추후 기판들에 대한 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계
를 포함하는 디바이스 제조 방법.