KR20190029698A - 메트롤로지 타겟 필드의 디자인을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

리소그래피 특성 또는 메트롤로지 파라미터의 정확하고 견고한 측정을 제공하는 방법 및 장치가 설명된다. 상기 방법은 메트롤로지 타겟의 복수의 메트롤로지 파라미터들 각각에 대한 범위 또는 복수의 값들을 제공하는 단계, 복수의 메트롤로지 파라미터들 각각에 대한 제약을 제공하는 단계, 및 제약들을 충족시키는 메트롤로지 파라미터들을 갖는 복수의 메트롤로지 타겟 디자인들을 유도하는 복수의 값들의 범위 내에서 이 파라미터들을 최적화/수정하도록 프로세서에 의해 계산하는 단계를 포함한다.

Description

메트롤로지 타겟 필드의 디자인을 위한 장치 및 방법
본 출원은 2016년 7월 15일에 출원된 미국 출원 62/362,812 및 2016년 9월 9일에 출원된 미국 출원 62/385,615의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스들의 제조 시에 이용가능한 메트롤로지 타겟의 1 이상의 구조적 파라미터를 결정하는 장치 및 방법들, 및 리소그래피 기술을 이용하여 제조하는 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. 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.
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 구조체들의 1 이상의 파라미터, 예를 들어 기판 내부 또는 기판 위에 형성된 연속 층들 간의 오버레이 오차가 통상적으로 측정되거나 결정된다. 리소그래피 공정 시 형성된 미세한 구조체들의 측정들을 수행하는 다양한 기술들이 존재한다. 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. 이러한 툴의 일 예시는 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 개발된 스케터로미터(scatterometer)이다. 이 디바이스는 기판 표면의 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 전향(redirect)된 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 속성이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 라이브러리 탐색, 주성분 분석, 및 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟 구조체의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 메트롤로지 타겟을 디자인하는 방법, 및 메트롤로지 타겟 및 메트롤로지 장치를 이용한 리소그래피 특성의 측정 방법에 관한 것이다.
광학 메트롤로지는 리소그래피 공정에 대한 정보를 제공하기 위해 타겟으로부터 산란되는 광을 사용한다. 측정들은 스케터로미터와 같은 광학 기기에서 수행된다. 스케터로미터들이 측정하기에 적절한 정보는 2 개의 겹쳐진 격자들과 평행한 평면에서의 2 개의 겹쳐진 격자들 간의 상대 거리인 오버레이이다.
회절 기반 오버레이 측정에서, 오버레이는 +1차 회절 및 -1차 회절에 대한 광 세기의 차이로부터 추출된다. 스택 민감도(stack sensitivity)는 측정된 광 세기 및 오버레이(OV)를 연결하는 비례 인자(proportionality factor)인 오버레이 민감도(K) 및 평균된 광 세기(Im)의 비로서 정의되며, 비에 20 nm가 곱해진다.
알려진 스케터로미터들의 예시는 US2006033921A1, US2010201963A1, US2006066855A1, US2014192338, US2011069292A1, US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2016083076A1에서 설명된 스케터로미터들을 포함한다. 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 명확하게 온전히 인용참조된다.
또한, 메트롤로지 측정에서 사용되는 경우에 최적의 견고한 결과를 제공하고, 차례로 이것이 정확한 오버레이 측정을 초래하도록 선택되는 메트롤로지 타겟을 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 타겟 디자인에 대한 더 많은 정보는 본 명세서에서 명확하게 온전히 인용참조되는 부록에 있다.
회절 기반 오버레이의 메트롤로지 적용들에 의해 직면하는 문제들 중 하나는, 스택 민감도(메트롤로지 측정 공정의 파라미터들 중 하나, 즉 메트롤로지 파라미터)가 타겟을 조명할 때 사용되는 광의 파장에 비례한다는 것이다.
또한, 파장에 따른 스택 민감도의 상기 비례는 타겟을 형성하는 데 사용되는 격자들 간의 수직 거리(두께)가 더 커지는 경우에 파장의 함수로서 감소되는 주기성을 나타낸다.
또한, 메트롤로지 공정에서 사용되는 광을 선택 및/또는 조정하는 공정은, 이것이 타겟의 조명에서 광을 제공하는 소스의 타입을 제약하고, 또한 이러한 메트롤로지 장치에서 사용되는 파장 선택 수단을 제약함에 따라 어렵다.
예를 들어, 메트롤로지 타겟의 디자인을 위한 장치 및 방법들을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이에 제한되지는 않지만, 방법들 및 장치는 리소그래피 공정에서 오버레이 오차를 정확히 측정하고 최소화하도록 적용되는 경우가 유리할 것이다.
본 발명의 목적은 리소그래피 특성의 정확하고 견고한 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 메트롤로지 타겟 디자인 방법이 제공되고, 상기 방법은: 메트롤로지 타겟을 측정하는 조명 파라미터를 수용하는 단계, 및 조명 파라미터를 이용하는 메트롤로지 타겟 디자인의 측정의 정확성 및/또는 견고성을 향상시키기 위해 메트롤로지 타겟 디자인과 연계된 메트롤로지 파라미터를 선택하고 및/또는 조정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 리소 공정의 파라미터를 결정하는 방법이 제공되고, 이는: 견고하고 최적인 메트롤로지 측정을 제공하도록 최적화된 적어도 2 개의 메트롤로지 타겟들을 포함하는 구역으로부터 산란된 광을 수용하는 단계, 및 각각의 개별적인 메트롤로지 타겟들의 가중 기여(weighted contribution)로부터 리소 공정의 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
조명 파라미터는, 예를 들어 메트롤로지 장치의 조명 빔의 파장 또는 편광이다.
메트롤로지 파라미터는, 예를 들어 메트롤로지 타겟을 형성하는 데 사용되는 격자들의 피치(pitch)이다. 또 다른 메트롤로지 파라미터는 CD, 격자들을 형성하는 라인들의 각도, 격자를 형성하는 공간들 및 라인들의 듀티 사이클이다.
본 발명의 일 실시예에서, 타겟의 피치는 메트롤로지 타겟 디자인에서 선택되거나 사용자로부터 수용되는 방사선으로 타겟이 조명되는 경우의 오버레이 민감도의 큰 K 값을 갖기 위해, 제어를 위한 디자인 패키지(Design for Control package)와 같은 메트롤로지 시뮬레이션 패키지에서 선택되고 및/또는 조정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 피치, CD, 격자 형성 라인들의 각도, 공간들 및 라인의 듀티 사이클을 선택하고 및/또는 조정함으로써, N 개의 타겟들의 클러스터가 디자인된다.
메트롤로지 타겟의 디자인에서 수용 및 사용되는 파장을 갖고, 및/또는 디자인 단계에서 제약으로서 사용되는 조명 방사선으로 조명되는 경우, 타겟들의 클러스터는 적어도 N 개의 오버레이 민감도 값들(Ki)을 제공할 것이다.
시뮬레이션 패키지는 Ki의 가중합(weighted sum)이 최대이도록 메트롤로지 파라미터들을 선택하고 및/또는 조정한다.
각각의 Ki의 가중치들은 파라미터들(αi)이다. 디자인을 위한 추가 조건은, αi의 합 = 1이고 -1 < αi < 1이다.
예를 들어, 가중치들이 계수들(αi)인 각각의 타겟으로부터 측정되는 오버레이 값들의 가중합으로서, 오버레이와 같은 리소그래피 공정의 파라미터가 결정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 피치, CD, 격자 형성 라인들의 각도, 공간들 및 라인의 듀티 사이클을 선택하고 및/또는 조정함으로써, N 개의 타겟들의 클러스터가 디자인된다.
메트롤로지 타겟의 디자인에서 수용 및 사용되는 파장을 갖는 조명 방사선으로 조명되는 경우, 타겟들의 클러스터는 적어도 N 개의 오버레이 수들(OVi)을 제공할 것이다.
시뮬레이션 패키지는 OVi의 가중합이 최대이도록 메트롤로지 파라미터들을 선택하고 및/또는 조정한다.
각각의 Ki의 가중치들은 파라미터들(
Figure pct00001
)이다.
그 후, 최종 오버레이 수는 상이한 타겟들에 대한 개별적인 오버레이 수들의, 예를 들어 선형 조합이다.
접근할 타겟인 기준 오버레이 수는 자기-참조(self-referencing) 메트롤로지 방법에 의해 제공되거나, 또는 CD-SEM 측정으로부터 제공된다.
가중치들(
Figure pct00002
)은 값들의 [-1,1] 구간에 결속되지 않는다.
파라미터들(
Figure pct00003
)은, 예를 들어 상관 분석으로부터 결정된다. 상관 분석의 일 예시는 PCA(Principal Component Analysis)이다.
예를 들어, 가중치들이 계수들(
Figure pct00004
)인 각각의 타겟으로부터 측정되는 오버레이 값들의 가중합으로서, 오버레이와 같은 리소그래피 공정의 파라미터가 결정된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 메트롤로지 타겟의 복수의 메트롤로지 파라미터들 각각에 대한 범위 또는 복수의 값들이 제공되며, 이는 복수의 메트롤로지 파라미터들 각각에 대한 제약을 제공하고, 제약들을 충족시키는 메트롤로지 파라미터들을 갖는 복수의 메트롤로지 타겟 디자인들을 유도하는 복수의 값들의 범위 내에서 이 파라미터들을 최적화하도록 프로세서에 의해 계산한다.
본 발명이 일 실시형태에서, 복수의 메트롤로지 타겟들의 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 리소그래피 공정 파라미터 및 수정 값을 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공되고, 복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들 및 제조 공정에 의해 생성되었다. 또한, 상기 방법은 그 대응하는 수정 값에 기초하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자(multiplication factor)를 결정하는 단계, 및 수정 값 및 결정된 곱셈 인자들을 이용하여 복수의 메트롤로지 타겟들에 대한 전체 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 복수의 메트롤로지 타겟들의 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 리소그래피 공정 파라미터 및 수정 값을 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공되고, 복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들 및 제조 공정에 의해 생성되었다. 또한, 상기 방법은 그 대응하는 수정 값 및 기준 리소그래피 공정 파라미터에 기초하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자를 결정하는 단계, 및 결정된 곱셈 인자들을 이용하여 복수의 메트롤로지 타겟들에 대한 전체 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
도 3은 스케터로미터의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
도 4는 스케터로미터의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
도 5는 일 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 개략적으로 도시하는 도면;
도 6a 및 도 6b는 이상적인, 예를 들어 2 가지 타입의 공정-유도 비대칭(process-induced asymmetry)으로부터의 타겟의 변동의 일 예시를 나타내는 오버레이 타겟의 한 주기의 모델 구조체를 개략적으로 도시하는 도면;
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 0(zero)의 구역에서 상이한 오버레이 값들을 갖는 오버레이 주기적 구조체들의 개략적인 단면도들;
도 7d는 처리 효과들로 인해 하부 주기적 구조체에서 구조적 비대칭을 갖는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도;
도 8은 구조적 비대칭이 없는 이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리들을 예시하는 도면;
도 9는 본 명세서의 실시예들에서 개시되는 바와 같은 구조적 비대칭의 보정과 함께, 비-이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리들을 예시하는 도면;
도 10은 상이한 입사 조명 편광에 대한 입사 방사선 파장의 함수로서 스택 민감도의 예시적인 그래프를 나타내는 도면;
도 11은 +d 편향(bias)을 갖는 제 1 타겟 주기적 구조체와 -d 편향을 갖는 제 2 타겟 주기적 구조체 사이에 스택 차이가 존재하지 않는 상황, 및 제 1 및 제 2 타겟 주기적 구조체들에 의한 회절 후 회절 신호들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 12는 제 1 타겟 주기적 구조체에 의해 회절되는 조합된 +1차 회절 신호 및 조합된 -1차 회절 신호의 세기 변동들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 13은 제 2 타겟 주기적 구조체에 의해 회절되는 조합된 +1차 회절 신호 및 조합된 -1차 회절 신호의 세기 변동들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 14는 +d 편향을 갖는 제 1 타겟 주기적 구조체와 -d 편향을 갖는 제 2 타겟 주기적 구조체 사이에 스택 차이가 존재하는 상황, 및 제 1 및 제 2 타겟 주기적 구조체들에 의한 회절 후 회절 신호들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 15는 일 실시예에 따른 상이한 메트롤로지 타겟 디자인들에 대한 입사 방사선 파장의 함수로서 스택 민감도의 예시적인 그래프를 나타내는 도면;
도 16은 일 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟 스택들의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 방법의 단계들의 흐름도;
도 17a는 또 다른 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟 스택들의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 방법의 단계들의 흐름도;
도 17b는 일 실시예에 따른, 상이한 메트롤로지 타겟 디자인들에 대한 메트롤로지 타겟 위치들의 함수로서 K 값의 예시적인 그래프;
도 18a는 또 다른 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟 스택들의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 방법의 단계들의 흐름도;
도 18b는 일 실시예에 따른, 상이한 메트롤로지 타겟 디자인들에 대한 메트롤로지 타겟 위치들의 함수로서 오버레이 값의 예시적인 그래프;
도 19는 일 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟들을 이용하여 리소그래피 공정 파라미터를 측정하는 방법의 단계들의 흐름도;
도 20은 일 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟들을 이용하는 메트롤로지 시스템 캘리브레이션 방법의 단계들의 흐름도;
도 21은 일 실시예에 따른, 메트롤로지 타겟들을 디자인하는 방법의 단계들의 흐름도; 및
도 22는 일 실시예에 따른, 일 형태의 다수-격자 메트롤로지 타겟들을 개략적으로 예시하는 도면이다.
실시예들을 더 상세히 설명하기 전에, 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
방사선 빔(B)(예를 들어, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 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 연결되는 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 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa); 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, 굴절 투영 렌즈 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 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 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 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 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 테이블(예를 들어, 2 이상의 기판 테이블, 2 이상의 패터닝 디바이스 지지 구조체, 또는 기판 테이블 및 메트롤로지 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.
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 담겨야 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, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 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 패터닝 디바이스 지지체(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)를 가로질렀으면, 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, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa)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 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WTa)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, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 1보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WTa)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, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WTa)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, 패터닝 디바이스 지지체(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(WTa)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa)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 테이블들(WTa 및 WTb)(예를 들어, 2 개의 기판 테이블들), 및 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 예를 들어, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있고, 두 센서들은 기준 프레임(reference frame: RF)에 의해 지지된다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 두 스테이션들에서 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 또 다른 예시로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 기판이 없는 또 다른 테이블이 측정 스테이션에서 대기한다(이때, 선택적으로 측정 활동이 발생할 수 있음). 이 다른 테이블은 1 이상의 측정 디바이스를 가지며, 선택적으로 다른 툴들(예를 들어, 세정 장치)을 가질 수 있다. 기판이 노광을 완료한 경우, 기판이 없는 테이블은 예를 들어 측정들을 수행하도록 노광 스테이션으로 이동하고, 기판을 갖는 테이블은 기판이 언로딩되고 또 다른 기판이 로딩되는 위치(예를 들어, 측정 스테이션)로 이동한다. 이 다수-테이블 구성들은 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 리소클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 1 이상의 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 1 이상의 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 1 이상의 디벨로퍼(developer: DE), 1 이상의 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 1 이상의 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어올리고, 이를 상이한 공정 디바이스들 사이에서 이동시키며, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(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.
도 3은 스케터로미터(SM1)의 일 실시예를 도시한다. 이는 기판(6) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 야기하는 프로파일 또는 구조체가, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 3의 하단에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스케터로미터는 수직-입사(normal-incidence) 스케터로미터 또는 경사-입사(oblique-incidence) 스케터로미터로서 구성될 수 있다.
스케터로미터(SM2)의 또 다른 실시예가 도 4에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 간섭 필터(interference filter: 13) 및 편광기(polarizer: 17)를 통해 포커스되며, 부분 반사면(partially reflective surface: 16)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 0.9 또는 적어도 0.95인 높은 개구수(NA)를 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상으로 포커스된다. 침지 스케터로미터는, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈를 구비할 수도 있다. 그 후, 반사된 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)로 전달된다. 검출기는 렌즈(15)의 초점 길이에 존재하는 배면-영사된(back-projected) 퓨필 평면(11) 내에 위치될 수 있지만, 그 대신에 퓨필 평면이 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기(18) 상에 재-이미징(re-image)될 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 검출기는, 바람직하게는 기판 타겟의 2-차원 각도 산란 스펙트럼(즉, 산란각의 함수로서 세기의 측정)이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기이다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초의 통합 시간(integration time)을 가질 수 있다.
예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 흔히 사용된다. 이를 위해, 방사선 빔이 부분 반사면(16)에 입사하는 경우, 그 일부분이 상기 반사면을 통해 기준 빔으로서 기준 거울(14)을 향하여 전달된다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.
가령 405 내지 790 nm의 범위, 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에서 관심 파장(wavelength of interest)을 선택하기 위해, 1 이상의 간섭 필터(13)가 이용될 수 있다. 간섭 필터(들)는 상이한 필터들의 일 세트를 포함하기보다는 튜닝가능(tunable)할 수 있다. 1 이상의 간섭 필터 대신에, 또는 이에 추가하여 격자가 사용될 수 있다.
검출기(18)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 산란 방사선의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic: TM)- 및 횡전기(transverse electric: TE)-편광 방사선의 세기, 및/또는 횡자기- 및 횡전기-편광 방사선 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.
광대역 방사선 소스(2)(즉, 광범위한 방사선 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들을 갖는 방사선 소스)를 이용하는 것이 가능하며, 이는 큰 에텐듀(etendue)를 제공하여 다수 파장들의 혼합(mixing)을 허용한다. 광대역에서의 복수의 파장들은, 바람직하게는 각각 δλ의 대역폭 및 적어도 2δλ(즉, 파장 대역폭의 두 배)의 간격을 갖는다. 방사선의 수 개의 "소스들"은, 예를 들어 섬유 다발(fiber bundle)들을 이용하여 분할(split)되었던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들이 다수 파장들에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 공정 견고성을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 공개공보 US 2006-0066855호에서 더 상세히 설명된다.
빔이 타겟에 의해 전향된 전후에 상기 빔의 1 이상의 속성을 비교함으로써, 기판의 1 이상의 속성이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 전향된 빔을 기판의 모델을 이용하여 계산된 이론적인 전향된 빔들과 비교하고, 측정된 전향된 빔과 계산된 전향된 빔 간의 최적 피트(best fit)를 제공하는 모델을 탐색함으로써 수행될 수 있다. 통상적으로, 파라미터화된 일반적인 모델이 사용되고, 최적 매칭이 얻어질 때까지 모델의 파라미터들, 예를 들어 패턴의 폭, 높이 및 측벽 각도가 변동된다.
스케터로미터의 2 가지 주 형태가 사용된다. 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위로 산란되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선의 세기[또는 엘립소메트리 구성(ellipsometric configuration)의 경우, 위상차 및 세기 비(intensity ratio)]를 측정한다. 대안적으로, 상이한 파장들의 측정 신호들이 개별적으로 측정되고 분석 스테이지에서 조합될 수 있다. 동일한 기판으로부터 1보다 많은 스펙트럼을 발생시키기 위해 편광 방사선이 사용될 수 있다.
기판의 1 이상의 파라미터를 결정하기 위해, 통상적으로 파장(분광 스케터로미터) 또는 각도(각도 분해 스케터로미터)의 함수로서 전향된 빔에 의해 생성되는 측정된 스펙트럼과 기판의 모델로부터 생성되는 이론적 스펙트럼 사이에서 최적 매칭이 발견된다. 최적 매칭을 발견하기 위해, 조합될 수 있는 다양한 방법들이 존재한다. 예를 들어, 제 1 방법은 반복 탐색 방법이며, 이때 모델 파라미터들의 제 1 세트가 측정된 스펙트럼과 비교되는 제 1 스펙트럼을 계산하는 데 사용된다. 그 후, 모델 파라미터들의 제 2 세트가 선택되며, 제 2 스펙트럼이 계산되고, 측정된 스펙트럼과 제 2 스펙트럼의 비교가 이루어진다. 이 단계들은 최적 매칭 스펙트럼을 제공하는 파라미터들의 세트를 발견하는 것을 목표로 반복된다. 통상적으로, 비교로부터의 정보가 파라미터들의 후속한 세트의 선택을 이끄는 데 사용된다. 이 공정은 반복 탐색 기술로서 알려져 있다. 최적 매칭을 제공하는 파라미터들의 세트를 갖는 모델이 측정된 기판을 가장 잘 설명하는 것(best description)으로 간주된다.
제 2 방법은 스펙트럼들의 라이브러리를 구성하는 것이며, 각각의 스펙트럼은 모델 파라미터들의 특정한 세트에 대응한다. 통상적으로 모델 파라미터들의 세트들은 기판 속성들의 모든 또는 거의 모든 가능한 변동들을 포함하도록 선택된다. 측정된 스펙트럼은 라이브러리 내의 스펙트럼들과 비교된다. 반복 탐색 방법과 유사하게, 최적 매칭을 제공하는 스펙트럼에 대응하는 파라미터들의 세트를 갖는 모델이 측정된 기판을 가장 잘 설명하는 것으로 간주된다. 이 라이브러리 탐색 기술에서 파라미터들의 최적 세트를 더 정확히 결정하기 위해 보간 기술(interpolation technique)들이 사용될 수 있다.
여하한의 방법에서, 정확한 매칭을 가능하게 하기 위하여 계산된 스펙트럼에서의 충분한 데이터 포인트들(파장들 및/또는 각도들), 통상적으로 각각의 스펙트럼에 대해 80 내지 800 개의 데이터 포인트들 또는 그 이상이 사용되어야 한다. 반복 방법을 이용하면, 각각의 파라미터 값에 대한 각각의 반복이 80 개 이상의 데이터 포인트들에서의 계산을 수반할 것이다. 여기에 올바른 프로파일 파라미터들을 얻는 데 필요한 반복들의 수가 곱해진다. 따라서, 많은 계산이 요구될 수 있다. 실제로, 이는 처리 속도와 정확성 사이에 절충을 초래한다. 라이브러리 접근법에서는, 라이브러리를 설정하는 데 필요한 시간과 정확성 사이에 유사한 절충이 존재한다.
앞서 설명된 여하한의 스케터로미터들에서, 기판(W) 상의 타겟은 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 바아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 타겟 패턴은 리소그래피 투영 장치 내의 색수차(chromatic aberration), 오버레이, 도즈, 포커스 등과 같은 관심 파라미터에 민감하도록 선택되어, 관련 파라미터의 변동이 프린트된 타겟의 변동으로서 나타나도록 할 것이다. 예를 들어, 타겟 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색수차 및 조명 대칭성에 민감할 수 있으며, 이러한 수차의 존재가 프린트된 타겟 패턴의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 타겟 패턴의 스케터로메트리 데이터가 타겟 패턴을 재구성하는 데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스케터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 타겟 패턴의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.
본 명세서에서는 스케터로미터의 실시예들이 설명되었지만, 다른 타입들의 메트롤로지 장치가 일 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 공개공보 2013-0308142호에서 설명되는 바와 같은 다크 필드 메트롤로지 장치(dark field metrology apparatus)가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 다른 타입들의 메트롤로지 장치는 스케터로메트리와 완전히 상이한 기술을 이용할 수 있다.
도 5는 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성된 예시적인 복합(composite) 메트롤로지 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 격자들(32, 33, 34, 35)을 포함한다. 따라서, 4 개의 타겟들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서(4, 18) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 사용되는 예시에서, 격자들(32, 33, 34, 35)은 자체로 기판(W) 상에 형성되는 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 전체 기판(W)에 대한 측정들 및 정보가 얻어질 수 있도록 기판(W) 상의 상이한 위치들에 복수의 복합 타겟들이 배치될 수 있다. 격자들(32, 33, 34, 35)은 상이하게 편향된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 격자들(32, 33, 34, 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. 이는 격자(32)가 오버라잉 구성요소들을 갖고, 이들은 둘 다 이들의 공칭 위치(nominal location)들에 정확히 프린트되는 경우, 구성요소들 중 하나가 다른 하나에 대해 거리 d만큼 오프셋되도록 배치된다는 것을 의미한다. 격자(34)는 완벽히 프린트되는 경우에 제 1 격자 등과 반대 방향으로 d의 오프셋이 존재하도록 배치되는 구성요소들을 갖는다. 격자들(33 및 35)은 Y-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 4 개의 격자들이 예시되지만, 또 다른 실시예는 원하는 정확성을 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 x 3 어레이의 9 개의 복합 격자들이 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d 편향들을 가질 수 있다. 이 격자들의 개별 이미지들이 센서(4, 18)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 메트롤로지 타겟들은, 예를 들어 Yieldstar 독립형 또는 통합 메트롤로지 툴과 같은 메트롤로지 툴과의 사용을 위해 디자인된 오버레이 타겟들, 및/또는 통상적으로 TwinScan 리소그래피 시스템과 사용되는 바와 같은 정렬 타겟들일 수 있으며, 둘 다 ASML로부터 이용가능하다.
일반적으로, 이러한 시스템들과의 사용을 위한 메트롤로지 타겟들은 기판 상에 이미징될 특정 마이크로전자 디바이스에 대한 설계 사양을 충족하는 치수들로 기판 상에 프린트되어야 한다. 공정들이 진보된 처리 노드(advanced process nodes)에서 리소그래피 디바이스 이미징 분해능의 한계들을 계속 압박함에 따라, 디자인 규칙 및 공정 적합성(process compatibility) 요건들은 적절한 타겟들의 선택을 강조한다. 타겟들이 자체로 더 진보됨에 따라, 흔히 광 근접성 보정(optical proximity correction) 및 위상-시프트 패터닝 디바이스들과 같은 분해능 향상 기술(resolution enhancement technology)의 사용을 요구하여, 공정 디자인 규칙들 내에서의 타겟의 프린트가능성(printability)은 덜 확실(certain)하게 된다. 결과로서, 제안된 메트롤로지 타겟 디자인이 테스팅 및/또는 시뮬레이션을 거쳐, 프린트가능성 및 검출가능성의 관점으로부터 그 적절성 및/또는 실행가능성을 확인할 수 있다. 상업적 환경에서, 우수한 오버레이 마크 검출가능성은 낮은 총 측정 불확실성 및 짧은 이동-획득-이동 시간(move-acquire-move time)의 조합인 것으로 간주될 수 있는데, 이는 느린 획득이 생산 라인에 대한 총 스루풋에 불리하기 때문이다. 현대의 마이크로-회절-기반-오버레이 타겟들(micro-diffraction-based-overlay targets: μDBO)은 일 측면이 약 10 ㎛일 수 있으며, 이는 모니터 기판들과 관련하여 사용되는 바와 같은 40x160 ㎛2 타겟들에 비해 본질적으로 낮은 검출 신호를 제공한다.
추가적으로, 일단 앞선 기준을 충족하는 메트롤로지 타겟들이 선택되면, 에칭 및/또는 연마 공정들에 의해 유도되는 필름 두께 변동, 다양한 에칭 편향들, 및 지오메트리 비대칭들과 같은 공정 변동들에 대해 검출가능성이 변할 가능성이 존재한다. 그러므로, 다양한 공정 변동들에 대해 낮은 검출가능성 변동 및 낮은 오버레이/정렬 변동을 갖는 타겟을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 마찬가지로, 이미징될 마이크로전자 디바이스를 생성하는 데 사용되어야 하는 특정한 기계의 핑거프린트(fingerprint)(예를 들어, 렌즈 수차를 포함한 프린팅 특성들)가 일반적으로 메트롤로지 타겟들의 이미징 및 생성에 영향을 줄 것이다. 그러므로, 일부 패턴들이 특정 리소그래피 핑거프린트에 의해 다소 영향을 받을 것이기 때문에, 메트롤로지 타겟들이 핑거프린트 효과들에 저항적일 것을 보장하는 것이 유용할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 이상적인, 예를 들어 2 가지 타입의 공정-유도 비대칭으로부터의 타겟의 변동의 일 예시를 나타내는 오버레이 타겟의 한 주기의 모델 구조체를 개략적으로 나타낸다. 도 6a를 참조하면, 기판(W)은 하부 격자(500)로 패터닝되고, 이는 기판 층으로 에칭된다. 하부 격자에 사용되는 에칭 공정은 에칭된 트렌치의 바닥(502)의 경사를 유도한다. 이 바닥 경사(FT)가 구조적 파라미터로서, 예를 들어 바닥(502)에 걸친 높이 감소(height drop)의 측정(nm 단위)으로서 표현될 수 있다. BARC(하부 반사 방지 코팅) 층(504)이 상부 격자(506)의 패터닝된 레지스트 피처를 지지한다. 이 예시에서, 상부 및 하부 격자 간의 정렬 오버레이 오차는, 상부 및 하부 격자 피처들의 중심들이 동일한 측방향 위치에 있음에 따라 0이다. 하지만, 하부-층 공정-유도 비대칭, 즉 바닥 경사는 측정된 오버레이 오프셋에서 오차를 초래하고, 이 경우에 0이 아닌 오버레이 오프셋을 제공한다. 도 6b는 측정된 오버레이 오프셋에서 오차를 초래할 수 있는 또 다른 타입의 하부-층 공정-유도 비대칭을 나타낸다. 이는 측벽 각도(SWA) 불균형(SWAun)이다. 도 6a의 특징들과 공통적인 특징들은 동일하게 라벨링된다. 여기에서, 하부 격자의 한 측벽(508)은 다른 측벽(510)과 상이한 기울기를 갖는다. 이 불균형이 구조적 파라미터로서, 예를 들어 기판의 평면에 대한 2 개의 측벽 각도들의 비로서 표현될 수 있다. 두 비대칭 파라미터들, 바닥 경사 및 SWA 불균형이 상부 및 하부 격자들 간의 "겉보기(apparent)" 오버레이 오차를 야기한다. 이 겉보기 오버레이 오차는 상부 및 하부 격자들 사이에 측정될 "실제(real)" 오버레이 오차 위에 온다.
따라서, 일 실시예에서, 제안된 타겟 디자인들 중 1 이상의 적절성 및/또는 실행가능성을 확인하기 위해서는 다양한 메트롤로지 타겟 디자인들을 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.
앞서 언급된 특허 출원 공개공보들에서, 앞서 언급된 기본적인 방법을 이용하여 오버레이 측정들의 질을 개선하는 다양한 기술들이 개시된다. 이 기술들은 본 명세서에서 더 상세히 설명되지는 않을 것이다. 이들은 본 출원에 신규하게 개시된 기술들과 조합하여 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 상이한 편향 오프셋들을 갖는 타겟 주기적 구조체들(오버레이 주기적 구조체들)의 개략적인 단면들을 나타낸다. 이들은 기판(W) 상의 타겟(T)으로서 사용될 수 있다. X 방향의 주기성을 갖는 주기적 구조체들은 단지 예시를 위해 도시된다. 상이한 편향들 및 상이한 방위들을 갖는 이 주기적 구조체들의 상이한 조합들이 개별적으로 또는 타겟의 일부로서 제공될 수 있다. 이 주기적 타겟 구조체들의 디자인의 더 상세한 내용들은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 공개공보 US 20150186582에서 설명된다.
도 7a에서 시작하여, 적어도 L1 및 L2로 표시된 2 개의 층으로 형성된 타겟(600)이 도시된다. 하부 또는 저부 층(L1)에서, 기판(606) 상의 피처들(602) 및 공간들(604)에 의해 제 1 주기적 구조체(하부 또는 저부 주기적 구조체), 예를 들어 격자가 형성된다. L2 층에서, 피처들(608) 및 공간들(610)에 의해 제 2 주기적 구조체, 예를 들어 격자가 형성된다. [단면은 피처들(602, 608)(예를 들어, 라인들)이 페이지 내로 연장되도록 그려진다]. 주기적 구조체 패턴은 두 층들 모두에서 피치(P)로 반복된다. 피처들(602 및 608)은 라인, 도트, 블록 및 비아 홀(via hole)의 형태를 취할 수 있다. 도 7a에 도시된 상황에서는, 제 2 구조체의 각각의 피처(608)가 제 1 구조체의 피처(602) 위에 정확히 놓이도록 오정렬로 인한 오버레이 기여, 예를 들어 오버레이 오차 및 부과된 편향이 존재하지 않는다.
도 7b에서, 제 2 주기적 구조체의 피처들(608)이 제 1 주기적 구조체의 피처들에 대해 우측으로 거리 d만큼 시프트되도록 제 1 알려진 부과된 편향 +d를 갖는 동일한 타겟이 도시된다. 편향 거리(d)는 실제로는 수 나노미터, 예를 들어 10 nm 내지 20 nm일 수 있는 한편, 피치(P)는 예를 들어 300 내지 1000 nm 범위, 예를 들어 500 nm 또는 600 nm이다. 도 7c에서, 피처들(608)이 좌측으로 시프트되도록 제 2 알려진 부과된 편향 -d를 갖는 또 다른 피처가 도시된다. d의 값이 각각의 구조체에 대해 동일할 필요는 없다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 이 타입의 편향된 주기적 구조체들은 앞서 언급된 선행 특허 출원 공개공보들에서 설명된다.
도 7d는 구조적 비대칭의 현상, 이 경우에는 제 1 구조체에서의 구조적 비대칭(하부 구조적 비대칭)을 개략적으로 나타낸다. 도 7a 내지 도 7c의 주기적 구조체들에서의 피처들은 완벽히 직각 측면(square-sided)인 것으로 도시되지만, 이 경우 실제 피처는 측면 상의 약간의 경사 및 소정 거칠기를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 이들은 적어도 프로파일에서 대칭이도록 의도된다. 제 1 구조체에서의 도 7d의 피처들(602) 및/또는 공간들(604)은 더 이상 전혀 대칭적 형태를 갖지 않고, 오히려 1 이상의 처리 단계에 의해 왜곡되게 되었다. 따라서, 예를 들어 각각의 공간의 저면이 기울어지게 되었다(저면 벽 경사). 예를 들어, 피처들 및 공간들의 측벽 각도들이 비대칭이 된다. 이 결과로서, 타겟의 전체 타겟 비대칭은 구조적 비대칭에 독립적인 오버레이 기여(즉, 제 1 구조체 및 제 2 구조체의 오정렬로 인한 오버레이 기여; 자체로 오버레이 오차 및 여하한의 알려진 부과된 편향으로 구성됨) 및 타겟에서의 이 구조적 비대칭으로 인한 구조적 기여를 포함할 것이다.
오버레이가 도 6의 방법에 의해 2 개의 편향된 주기적 구조체들만을 이용하여 측정되는 경우, 공정-유도 구조적 비대칭은 오정렬로 인한 오버레이 기여와 구별될 수 없고, (바람직하지 않은 오버레이 오차를 측정하는) 오버레이 측정들이 결과로서 신뢰가능하지 않게 된다. 타겟의 제 1 구조체(하부 주기적 구조체)에서의 구조적 비대칭이 구조적 비대칭의 일반적인 형태이다. 이는, 예를 들어 제 1 구조체가 원래 형성된 후에 수행되는 화학-기계적 연마(CMP)와 같은 기판 처리 단계들에서 비롯될 수 있다.
PCT 특허 출원 공개공보 WO 2013-143814호에서, 도 6의 방법의 수정된 버전에 의해 오버레이를 측정하기 위해 3 성분 이상의 주기적 구조체들을 사용하는 것이 제안된다. 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 타입의 3 이상의 주기적 구조체들은 실제 패터닝 공정에서 하부 구조체 비대칭에 의해 야기되는 바와 같은, 타겟 주기적 구조체들에서의 구조적 비대칭에 대해 어느 정도 보정되는 오버레이 측정들을 얻는 데 사용된다. 하지만, 이 방법은 (도 5에 예시된 것과 상이한) 새로운 타겟 디자인을 필요로 하며, 그러므로 새로운 패터닝 디바이스 또는 패터닝 디바이스 패턴이 요구될 것이다. 또한, 타겟 영역은 더 크고, 그러므로 더 많은 기판 영역을 소모한다. 또한, 구조적 비대칭으로부터 발생하는 오버레이 기여의 상 요소(phase element)는 이 방법 및 다른 종래 방법에서 무시되고, 이는 보정들이 상 요소가 보정된 경우에 가능했던 만큼 정확하지 않다는 것을 의미한다.
도 8에서, 곡선(702)은 타겟을 형성하는 개별적인 주기적 구조체들 내에, 특히 제 1 구조체의 개별적인 주기적 구조체들 내에 0 오프셋을 갖는 '이상적인' 타겟에 대한 오버레이(OV)와 세기 비대칭(A) 사이의 관계를 예시한다. 결과적으로, 이 이상적인 타겟의 타겟 비대칭은 알려진 부과된 편향 및 오버레이 오차(OV)로부터 발생하는 제 1 구조체 및 제 2 구조체의 오정렬로 인한 오버레이 기여만을 포함한다. 이 그래프 및 도 9의 그래프는 단지 기재내용의 원리들을 예시하며, 각각의 그래프에서 세기 비대칭(A)과 오버레이(OV)의 단위들은 임의적이다. 실제 치수들의 예시들은 더 아래에서 주어질 것이다.
도 8의 '이상적인' 상황에서, 곡선(702)은 세기 비대칭(A)이 오버레이와 비-선형 주기적 관계[예를 들어, 사인곡선적 관계(sinusoidal relationship)]를 갖는다는 것을 나타낸다. 사인곡선적 변동의 주기(P)는 주기적 구조체들의 주기 또는 피치(P)에 대응하며, 물론 적절한 스케일로 전환된다. 사인곡선적 형태는 이 예시에서 순수하지만, 실제 상황에서 고조파를 포함할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 단일 측정에 의존하기보다는, (알려진 부과된 오버레이 편향을 갖는) 편향된 주기적 구조체들이 오버레이를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이 편향은, 측정된 세기 신호에 대응하는 오버레이의 기판-상 캘리브레이션으로서 기능하는 패터닝 디바이스(예를 들어, 레티클)에서 정의되는 알려진 값을 갖는다. 도면에서, 계산은 그래픽으로 도시된다. 단계 S1 내지 단계 S5에서, [예를 들어, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이] 부과된 편향들 +d 및 -d를 각각 갖는 주기적 구조체들에 대해 세기 비대칭 측정들 A+d 및 A-d이 얻어진다. 이 측정들을 사인곡선적 곡선에 피팅(fit)하는 것은 도시된 바와 같이 포인트들(704 및 706)을 제공한다. 편향을 알면, 실제 오버레이 오차(OV)가 계산될 수 있다. 사인곡선적 곡선의 피치(P)는 타겟의 디자인으로부터 알려져 있다. 곡선(702)의 수직 스케일 또는 진폭은 처음부터 알려지는 것이 아니라, K 값이라고 칭해질 수 있는 알려지지 않은 인자이다. 이 K 값은 타겟에 대한 세기 비대칭 측정들의 스택 민감도의 척도이다. 결정된 K 값이 정확하지 않은 경우, 결정되는 오버레이도 부정확할 것이다. 또한, K 값은 타겟 특정적일 수 있으며, 기판에 걸친 공정 변동으로 인해 기판에 걸쳐 변할 수 있다. 예를 들어, 각각의 타겟 사이의 K 값들이 화학 기계적 연마 또는 스택 두께로 인해 달라질 수 있다.
수학식에서, 오버레이 오차(OV), K 값, 및 세기 비대칭(A) 간의 관계는 다음과 같이 가정된다:
Figure pct00005
여기서, 오버레이 오차(OV)는 타겟 피치(P)가 2π 라디안 각도에 대응하도록 스케일로 표현된다. 상이한 알려진 편향들(예를 들어, +d 및 -d)를 갖는 격자들의 두 측정들을 사용하면, 오버레이 오차(OV)는 다음을 사용하여 계산될 수 있다:
Figure pct00006
도 10은 입사 방사선 파장의 함수로서 스택 민감도의 예시적인 그래프를 도시한다. 스택 민감도는 입사 방사선 파장이 변동함에 따라 세기 비대칭 측정의 민감도가 어떻게 변하는지를 측정하는 것으로 이해할 수 있다. 스택 민감도 또는 K 값은 상이한 타겟 스택들 사이에서 변동하며, 입사 방사선의 파장에도 크게 의존한다. 더 높은 K 값에서 수행되는 측정들이 더 신뢰가능하므로, 스택 민감도 또는 K 값은 타겟 측정가능성을 나타낸다. 도 10에 나타낸 예시에서, 예를 들어 625 nm 피치를 갖는 복합 격자 형태의 메트롤로지 타겟이 파장들 및 직교 편광들의 스펙트럼을 포함하는 입사 방사선으로 조명되고, 스택 민감도의 값들은 파장이 변화함에 따라, 예를 들어 0과 ±0.3(임의 단위) 사이에서 진동하는 스윙 곡선(swing curve)들을 형성한다. 곡선들(1010 및 1012)은, 예를 들어 0 도 및 90 도의 직교 편광들 각각의 입사 방사선 파장에 대한 평균 스택 민감도의 플롯들이다. 본 명세서에 제시된 스택 민감도 또는 K 값들은 단지 예시를 위한 것이며, 상이한 방사선 조건들 또는 상이한 타겟들에 따라 변동할 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 더 견고하고 신뢰성있는 측정을 달성하기 위해 스택 민감도가 최대 값에 도달하는 특정 파장을 선택하는 것이 바람직하다. 하지만, 파장 선택은 이 조건을 충족시키기 위해 정확해야 할 수 있으며, 여하한의 공정 변동 또는 입사 방사선의 변화가 스윙 곡선들의 시프트를 야기할 수 있고 스택 민감도가 앞서 선택된 방사선 조건들에서 더 이상 최대에 있지 않을 수 있다. 예를 들어, 두꺼운 스택 디바이스들에 대한 스택 속성들의 변동이 스윙 곡선들의 시프트를 초래할 수 있다. 파장에 따른 스택 민감도의 비례는 타겟을 형성하는 데 사용되는 격자들 간의 수직 거리가 더 커지는 경우에 파장의 함수로서 감소되는 주기성을 나타낸다. 이는 실제로 상당한 높이 단차(height steps)가 존재할 수 있기 때문에 3D NAND 디바이스들과 같은 현대의 고밀도 회로에서 분명하다. 타겟의 인접한 주기적 구조체들 또는 인접한 타겟들 사이의 스택 차이들이 측정, 특히 오버레이 측정의 정확성에 부정적인 영향을 미치는 인자일 수 있다. 스택 차이들 및 측정 정확성에 대한 더 상세한 설명은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 유럽 특허 출원 EP16166614.4에서 찾아볼 수 있다.
스택 차이는 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 물리적 구성들의 설계되지 않은 차이로서 이해될 수 있다. 스택 차이는 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들에 공통적인 구조적 비대칭, 의도적 편향, 및 오버레이 오차로 인한 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 측정 방사선의 광학 속성(예를 들어, 세기, 편광 등)의 차이를 야기한다. 스택 차이는 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 사이의 두께 차이(예를 들어, 하나의 주기적 구조체 또는 타겟이 실질적으로 동일한 레벨로 디자인된 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟보다 높거나 낮도록 1 이상의 층의 두께 차이), 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 굴절률 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 조합된 굴절률을 갖도록 디자인되지만, 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 1 이상의 층에 대한 조합된 굴절률이 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 1 이상의 층에 대한 조합된 굴절률과 상이하도록 1 이상의 층의 굴절률 차이), 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 재료 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 재료를 갖도록 디자인된 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 재료 차이가 존재하도록 1 이상의 층의 재료 타입, 재료 균일성 등의 차이), 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 구조체들의 격자 주기 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 격자 주기를 갖도록 디자인된 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터의 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 격자 주기 차이), 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들의 구조체들의 깊이 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 깊이를 갖도록 디자인된 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터의 하나의 주기적 구조체 또는 타겟의 구조체들의 에칭으로 인한 깊이 차이), 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들의 피처들의 폭(CD) 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 피처 폭을 갖도록 디자인된 또 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터의 하나의 주기적 구조체 또는 타겟의 피처들의 폭 차이) 등을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 일부 예시들에서, 스택 차이는 패터닝 공정에서의 CMP, 층 증착, 에칭 등과 같은 처리 단계들에 의해 도입된다.
앞서 언급된 바와 같이, 스택 차이는 인접한 주기적 구조체들 또는 타겟들 간의 측정 방사선의 광학 속성들의 변화를 야기하므로, 도 11을 참조하여 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 스택 민감도 측정이 격자 피치, CD 또는 타겟 프로파일과 같은 타겟 디자인 파라미터들을 변동시킴으로써 튜닝될 수 있다.
도 11은 편향 +d를 갖는 복합 격자 형태의 타겟의 제 1 주기적 구조체(1101) 및 편향 -d를 갖는 복합 격자 형태의 타겟의 인접한 제 2 주기적 구조체(1106)를 도시한다. 제 1 입사 측정 방사선 빔(1110)이 제 1 주기적 구조체(1101)의 제 1 구조체(1105) 및 제 2 구조체(1103) 상에 조명되고, 이때 제 1 구조체(1105) 및 제 2 구조체(1103) 사이에 편향(+d)이 존재한다. 그 결과, -1차 회절 신호들(1130 및 1120)이 각각 제 1 구조체(1105) 및 제 2 구조체(1103)에 의해 회절된다. 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00007
)는 -1차 회절 신호들(1130 및 1120)의 조합으로 이해될 수 있다. 추가적으로, +1차 회절 신호들(1150 및 1140)이 각각 제 1 구조체(1105) 및 제 2 구조체(1103)에 의해 회절된다. 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00008
)는 +1차 회절 신호들(1150 및 1140)의 조합으로 이해될 수 있다. 따라서, 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00009
), 및 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00010
)는 집합적으로 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00011
여기서, C는 신호의 콘트라스트(이는 주기적 구조체 디자인, 측정 파장 등의 함수임),
Figure pct00012
, T는 제 1 주기적 구조체의 두께, λ는 측정 방사선 파장, 위상 항
Figure pct00013
, OV는 (여하한의 의도하지 않은 층들의 오정렬로 인한) 실제 오버레이, P는 제 1 주기적 구조체(1101)의 제 1 구조체(1105) 및 제 2 구조체(1103)의 피치이다. 도 12에서, 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00014
) 및 제 1 주기적 구조체(1101)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00015
)의 세기 프로파일들은 수학식(3)에 따라 각각 트레이스들(1160 및 1170)로 도시된다.
유사하게, 제 2 입사 측정 방사선 빔(1115)이 제 2 주기적 구조체(1106)의 제 1 구조체(1109) 및 제 2 구조체(1107) 상에 조명되고, 이때 제 1 구조체(1109) 및 제 2 구조체(1107) 사이에 편향(-d)이 존재한다. 그 결과, -1차 회절 신호들(1135 및 1125)이 각각 제 2 주기적 구조체(1106)의 제 1 구조체(1109) 및 제 2 구조체(1107)에 의해 회절된다. 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00016
)는 -1차 회절 신호들(1135 및 1125)의 조합으로 이해될 수 있다. 추가적으로, +1차 회절 신호들(1155 및 1145)이 각각 제 1 구조체(1109) 및 제 2 구조체(1107)에 의해 회절된다. 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00017
)는 +1차 회절 신호들(1155 및 1145)의 조합으로 이해될 수 있다. 따라서, 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00018
), 및 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00019
)는 집합적으로 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00020
여기서, C는 각각의 신호의 콘트라스트,
Figure pct00021
, T는 제 2 주기적 구조체의 두께, λ는 측정 방사선 파장, 위상 항
Figure pct00022
, OV는 (여하한의 의도하지 않은 층들의 오정렬로 인한) 실제 오버레이, P는 제 2 주기적 구조체(1106)의 제 1 구조체(1109) 및 제 2 구조체(1107)의 피치이다. 도 13에서, 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00023
) 및 제 2 주기적 구조체(1106)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00024
)의 세기 프로파일들은 수학식(4)에 따라 각각 트레이스들(1180 및 1190)로 도시된다.
이제, 도 14는 편향 +d를 갖는 제 1 주기적 구조체(1201) 및 편향 -d를 갖는 인접한 제 2 주기적 구조체(1206) 사이에 스택 차이가 존재하는 상황을 예시한다. 이 경우, 스택 차이는 도 14에 도시되고 이후 설명되는 바와 같이 두께가 상이하다. 도 13과 유사하게, 제 1 입사 측정 방사선 빔(1210)이 제 1 주기적 구조체(1201)의 제 1 구조체(1205) 및 제 1 주기적 구조체(1201)의 제 2 구조체(1203) 상에 각각 조명된다. 그 결과, -1차 회절 신호들(1230 및 1220)이 각각 제 1 구조체(1205) 및 제 2 구조체(1203)에 의해 회절된다. 따라서, 제 1 주기적 구조체(1201)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00025
)는 -1차 회절 신호들(1230 및 1220)의 조합으로 이해될 수 있다. 추가적으로, +1차 회절 신호들(1250 및 1240)이 각각 제 1 구조체(1205) 및 제 2 구조체(1203)에 의해 회절된다. 따라서, 제 1 주기적 구조체(1201)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00026
)는 +1차 회절 신호들(1250 및 1240)의 조합으로 이해될 수 있다.
유사하게, 제 2 입사 측정 방사선 빔(1215)이 제 2 주기적 구조체(1206)의 제 1 구조체(1209) 및 제 2 구조체(1207) 상에 각각 조명된다. 그 결과, -1차 회절 신호들(1235 및 1225)이 각각 제 1 구조체(1209) 및 제 2 구조체(1207)에 의해 회절된다. 따라서, 제 2 주기적 구조체(1206)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00027
)는 -1차 회절 신호들(1225 및 1235)의 조합으로 이해될 수 있다. 추가적으로, +1차 회절 신호들(1255 및 1245)이 각각 제 1 구조체(1209) 및 제 2 구조체(1207)에 의해 회절된다. 따라서, 제 2 주기적 구조체(1206)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00028
)는 +1차 회절 신호들(1255 및 1245)의 조합으로 이해될 수 있다.
스택 차이의 일 예시로서, 제 1 주기적 구조체(1201) 및 제 2 주기적 구조체(1206)는 도 14에 나타낸 바와 같이 두께의 차이를 가질 수 있다. 하지만, 또 다른 예시에서, 스택 차이는 제 1 주기적 구조체(1201)와 제 2 주기적 구조체(1206) 사이의 설계되지 않은 물리적 구성의 추가적인 또는 대안적인 차이를 허용하는 1 이상의 다른 인자에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 주기적 구조체(1201)가 제 2 주기적 구조체(1206)보다 제 1 측정 방사선 빔(1210)에 대해 더 불투명한 경우에 스택 차이가 생성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 주기적 구조체(1201)와 제 2 주기적 구조체(1206) 사이에 재료 차이(예를 들어, 상이한 굴절률을 갖는 동일한 타입의 재료, 상이한 타입의 재료 등)가 존재할 수 있다. 또 다른 예시로서, 실질적으로 동일한 피치를 갖도록 디자인되더라도, 제 2 주기적 구조체(1206)에 대한 제 1 주기적 구조체(1201)의 피치 차이가 존재할 수 있다. 이러한 스택 차이의 예시들은 스택 차이가 존재할 수 있는 유일한 방식들이 아니며, 따라서 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
수학식(3)과 수학식(4)를 다시 참조하면, 스택 차이는 수학식(3)과 수학식(4) 각각에 3 개의 추가적인 항들을 도입할 수 있다. 첫 번째 항(ΔIN)은 각각의 신호의 세기에 대한 실제 변화를 나타낸다. 두 번째 항(ΔCN)은 각각의 신호의 콘트라스트에 대한 실제 변화를 나타낸다. 세 번째 항(Δβ)는 각각의 신호의 위상에 대한 실제 변화를 나타낸다. 3 개의 항들은 측정 방사선 빔들(1210 및 1215)의 파장 및/또는 편광에 의존한다. 따라서, 스택 차이의 존재 시, 제 1 주기적 구조체(1201)에 의해 회절된 -1차 회절 신호(
Figure pct00029
), 및 제 1 주기적 구조체(1201)에 의해 회절된 +1차 회절 신호(
Figure pct00030
)는 집합적으로 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00031
앞서 언급된 바와 같이, 스택 차이 또는 타겟 디자인에 대한 일 예시는 피치의 차이, 즉 제 2 주기적 구조체(1206)에 대한 제 1 주기적 구조체(1201)의 피치 차이이다. 수학식(1) 내지 수학식(5)에 따르면, 스택 민감도의 스윙 곡선들은 타겟 디자인의 함수이다. 피치, CD, 측벽 각도, 타겟 프로파일 등과 같은 상이한 타겟 디자인 파라미터에 대해 적절한 조정들이 이루어질 수 있으며, 다수 디자인 파라미터들이 동시에 조정될 수 있다.
도 15는 수정된 타겟 피치들에 대한 다양한 스윙 곡선들을 나타내는 한편, 다른 타겟 디자인 파라미터들은 일 실시예에 따라 단순화를 위해 이 예시에서 일정하게 유지된다. 도 5, 도 11 및 도 14에서 설명된 것과 유사한 타겟들을 사용하여, 600 nm 내지 740 nm의 범위에 걸쳐 변동하는 타겟 피치들로 타겟들의 클러스터가 제조되었다. 복수의 플롯들 중에서 여기에는 각각의 곡선이 각각 600 nm, 620 nm 및 640 nm의 타겟 피치들의 입사 방사선 파장에 대한 스택 민감도를 나타내도록 곡선들(1501, 1503 및 1505)이 선택된다. 이 피치들, 파장들 및 결과적인 스윙 곡선들은 단지 예시들로서 선택되고 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 유의하여야 한다. 타겟 피치가 변동함에 따라, 스윙 곡선들의 진폭이 변하고 피크(최대 스택 민감도)도 x 축(입사 방사선 파장)을 따라 수평으로 시프트한다. 결과로서, 특정한 입사 방사선 파장에 대해, 최대 스택 민감도를 갖는 원하는 타겟 디자인이 존재할 수 있다. 대안적으로, 스택 민감도가 최대에 도달하는 각각의 타겟 디자인에 대해 원하는 입사 방사선 파장이 결정될 수 있다. 유사하게, 특정한 입사 방사선 편광에 대해, 최대 스택 민감도를 갖는 원하는 타겟 디자인이 존재할 수 있다. 대안적으로, 스택 민감도가 최대에 도달하는 각각의 타겟 디자인에 대해 원하는 입사 방사선 편광이 결정될 수 있다.
또한, 앞서 설명된 메트롤로지 타겟은 메트롤로지 타겟이 공정 스택의 공칭 변화들에 대한 측정 견고성을 제공하는 유연성으로, 특정한 공정 스택[즉, 공정 스택은 층 예를 들어 관련되는 1 이상의 재료 층(예를 들어, 그 두께 및/또는 재료 타입)에 대해 특정 디바이스 또는 그 부분을 구성하는 데 사용되는 공정들 및 재료, 리소그래피 노광 공정, 레지스트 현상 공정, 베이크 공정, 에칭 공정 등임]과 연계된 1 이상의 특정 층에 대해 디자인된다. 즉, 메트롤로지 타겟은 공정 층들(예를 들어, 그 재료, 두께 등), 공정 변동들, 또는 층들에 적용되는 처리 단계들 등의 정보를 이용하여 디자인되어, 측정되는 리소그래피 공정 파라미터에 대한 최적의 측정 결과들을 제공하는 메트롤로지 타겟에 도달한다.
앞서 언급된 바와 같이, 메트롤로지 타겟 측정은 스택 민감도 또는 K 값의 절대값이 특정한 입사 방사선 파장, 편광 또는 공정 스택에 대해 최대인 경우에 가장 견고하고 신뢰성있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 타겟 스택들의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 예시적인 방법(1600)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(1600)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(1600)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 나타낸 순서대로 수행되지 않을 수 있다.
방법(1600)은 여하한의 적절한 리소그래피/메트롤로지 장비에서의 사용을 위해 웨이퍼 상에 다수의 N 개의 다층 타겟들이 제작되는 단계(1602)로 시작한다. 타겟 디자인 및 구성의 예시들은 도 3 또는 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 앞서 설명되었다. 다층 타겟들의 수(N)는 도 3에 도시된 바와 같이 4 개로 제한되지 않고, 측정 요구들에 기초하여 선택될 수 있다. 다층 타겟들은 웨이퍼 상의 하나의 위치에서 클러스터링될 수 있거나, 웨이퍼 상의 더 큰 영역에 걸쳐 타겟 속성들을 조사하기 위해 상이한 위치들에 배치될 수 있다. 다층 타겟들의 디자인은 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 재료 등을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 1 이상의 기하학적 또는 제작 파라미터들을 수정함으로써 각각의 타겟 사이에서 변동할 수 있다.
방법(1600)은 다층 타겟들이 입사 조명 방사선으로 조명되는 단계(1604)로 계속된다. 입사 조명 방사선은 파장, 편광 또는 빔 프로파일 등의 변동을 포함할 수 있다. 조명 프로파일은 메트롤로지 타겟 디자인에 기초하여 결정될 수 있다. 메트롤로지 타겟들 각각에 대한 오버레이 측정들이 메트롤로지 타겟들로부터 반사된 +1차 및 -1차 회절에 대한 광 세기의 차이로부터 추출된다.
방법(1600)은 다층 타겟들의 클러스터로부터의 적어도 N 개의 스택 민감도 값들(Ki) -여기서, i ∈ [1,N]- 이 오버레이 측정들에 기초하여 결정되는 단계(1606)로 계속된다. 스택 민감도 값들(Ki)의 결정은 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 스택 민감도 또는 K 값은 공정 섭동(perturbation)으로 인해 웨이퍼에 걸쳐 변동할 수 있으며, 다층 타겟들 각각 사이에서 상이할 수 있다. 그러므로, 각각의 다층 타겟(Ti)이 Ki의 K 값을 가지며, 여기서 i ∈ [1, N]이다.
방법(1600)은 다층 타겟의 메트롤로지 파라미터들이 큰 K 값을 달성하도록 선택되거나 조정되는 단계(1608)로 계속된다. 메트롤로지 파라미터들의 결정은 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 메트롤로지 파라미터들은 기하학적 또는 제작 파라미터들, 예를 들어 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 굴절률 등을 포함하고 이에 제한되지는 않는다. 가장 견고하고 신뢰성있는 측정을 제공하기 위해 최대 K 값이 달성되도록 다층 타겟 디자인의 메트롤로지 파라미터들을 선택하거나 조정하기 위해 시뮬레이션 패키지가 사용될 수 있다. 시뮬레이션 패키지의 일 예시는 D4C로 약칭되는 "제어를 위한 디자인(Design for Control)"이라고 칭해지는 포괄적인 방법론을 포함할 수 있다. D4C의 더 상세한 내용은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 공개공보 U.S. 20160140267에서 찾아볼 수 있다.
방법(1600)과 관련하여 앞서 설명된 결정 프로세스에 기초하여, 메트롤로지 시스템의 처리 파라미터들이 가장 견고하고 신뢰성있는 측정을 달성하도록 캘리브레이션될 수도 있다. 예를 들어, 타겟에 대한 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 파장, 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 편광, 메트롤로지 시스템의 개구수와 같은 처리 파라미터들이 조정될 수 있다.
도 17a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메트롤로지 타겟 스택들의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 예시적인 방법(1700)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(1700)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(1700)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 상이한 순서로 수행될 수 있다.
도 17b는 일 실시예에 따른, 상이한 메트롤로지 타겟 디자인들에 대한 메트롤로지 타겟 위치들의 함수로서 K 값의 예시적인 그래프이다.
방법(1700)은 여하한의 적절한 리소그래피/메트롤로지 장비에 의해 웨이퍼 상에 다수의 N 개의 다층 타겟들이 제작되는 단계(1702)로 시작한다. 앞선 단계(1602)에서 설명된 메트롤로지 타겟 디자인과 유사하게, 다층 타겟들의 메트롤로지 파라미터들은 기하학적 또는 제작 파라미터들, 예를 들어 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 굴절률 등을 포함할 수 있고 이에 제한되지는 않는다. 다층 타겟들의 클러스터들이 웨이퍼에 걸쳐 상이한 영역들에 형성될 수 있는 한편, 각각의 영역은 상이한 디자인들을 갖는 다수 타겟들을 포함할 수 있다. 그러므로, 웨이퍼 표면에 걸쳐 배치되는 유사하게 디자인된 타겟들을 동시에 가질 수 있는 한편, 웨이퍼 상의 특정한 구역에 근접하여 배치되는 상이한 디자인들을 갖는 타겟들을 가질 수도 있다.
방법(1700)은 다층 타겟들이 입사 조명 방사선으로 조명되는 단계(1704)로 계속된다. 입사 조명 방사선은 파장, 편광 또는 빔 프로파일 등의 변동을 포함할 수 있고, 조명 프로파일은 메트롤로지 타겟 디자인에 기초하여 결정될 수 있다. 메트롤로지 타겟들 각각에 대한 오버레이 측정들이 메트롤로지 타겟들로부터 반사된 +1차 및 -1차 회절에 대한 광 세기의 차이로부터 추출된다.
방법(1700)은 다층 타겟들의 클러스터로부터의 적어도 N 개의 스택 민감도 값들(Ki) -여기서, i ∈ [1,N]- 이 오버레이 측정들에 기초하여 결정되는 단계(1706)로 계속된다. 스택 민감도 값들(Ki)의 결정은 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 스택 민감도 또는 K 값은 공정 섭동으로 인해 웨이퍼에 걸쳐 변동할 수 있으며, 다층 타겟들 각각 사이에서 상이할 수 있다. 그러므로, 각각의 다층 타겟(Ti)이 Ki의 K 값을 갖고 곱셈 인자(αi)가 할당되며, 여기서 i ∈ [1,N]이다. 민감도 값들은 예시적인 수정(또는 최적화) 파라미터로서 제시되고, 여하한의 기준 값을 갖는 여하한의 적절한 수정 파라미터가 사용될 수 있으며, 예를 들어 타겟 계수 또는 오버레이 오차가 사용될 수 있고 이에 제한되지 않는다. 곱셈 인자(αi)는 처리 조건에 기초하여 수정될 수 있고, 주성분 분석(PCA)과 같은 여하한의 상관 분석의 결과일 수 있는 계수이다. 상관 분석의 상이한 방법들이 사용될 수 있으며, PCA 분석은 여기에서 순전히 일 예시로서 언급된다. PCA는 당업계에 잘 알려진 수학적 절차이며 본 명세서에서 상세히 논의될 필요가 없다.
방법(1700)은 Ki의 가중합이 최대 값에 도달하도록 조정되는 단계(1708)로 계속된다. 스택 민감도 값들(Ki)의 결정 및 최적화는 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메트롤로지 타겟 측정은
Figure pct00032
가 최대 값에 도달하는 경우에 가장 견고하고 신뢰성있는 한편,
Figure pct00033
및 αi ∈ [-1,1]이다. 예를 들어, αi = 1과 같은 더 큰 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 많은 가중치가 주어지도록 더 높은 민감도 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당되는 한편, αi = -1과 같은 더 낮은 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 적은 가중치가 주어지도록 더 낮은 민감도 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당될 수 있다. 일 예시로서 도 17b를 참조하면, K 값들이 웨이퍼에 걸쳐 다양한 위치들에서 다양한 타겟 디자인들에 대해 측정된다. 특정한 위치에서, K 값들(1711, 1713, 1715 및 1717)은 각각 메트롤로지 타겟들(1711', 1713', 1715' 및 1717')(도시되지 않음)에 대해 결정된다. 본 명세서의 K 값들 또는 메트롤로지 타겟들은 예시에 의해 설명하기 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니며, 상이한 디자인들을 갖는 복수의 메트롤로지 타겟들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. K 값(1711)에는 높은 민감도 값을 가지므로 큰 곱셈 인자(αi = 1)가 할당된다. 유사하게, K 값(1717)에는 낮은 민감도 값을 가지므로 낮은 곱셈 인자(αi = -1)가 할당된다. 또한, 곱셈 인자들의 결정은 위치, 스택 표시자, 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 재료 등과 같은 여하한의 타겟 속성들과 최적화 인자 간의 상관관계에 의존할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 상이한 상관 분석 방법들이 사용될 수 있다.
방법(1700)은 다층 타겟들의 메트롤로지 파라미터들이 계산될 수 있는 단계(1710)로 계속된다. N 개의 다층 타겟들의 클러스터에 대한 최종 메트롤로지 파라미터 값은 아래의 수학식에 나타낸 바와 같이, 각각의 다층 타겟에 대해 측정된 메트롤로지 파라미터(Pi)의 선형 조합이다:
Figure pct00034
여기서, i ∈ [1,N]이다. 그러므로, 최종 메트롤로지 파라미터(P)는 각각의 다층 타겟으로부터 계산된 개별적인 메트롤로지 파라미터(Pi)와 곱셈 인자(αi)의 선형 조합에 기초하여 수정(또는 최적화)될 수 있다.
방법(1700)과 관련하여 앞서 설명된 결정 프로세스에 기초하여, 격자 디자인과 같은 메트롤로지 타겟 디자인들은 다양한 리소그래피 공정들 및 공정 섭동들을 수용하고 최대화된 견고성 및 측정가능성을 달성하도록 더 수정될 수 있다. 예를 들어, 견고한 메트롤로지 타겟들을 자동으로 생성하기 위한 방법들 및 시스템들은 D4C를 포함한다.
방법(1700)과 관련하여 앞서 설명된 결정 프로세스에 기초하여, 리소그래피 시스템의 처리 파라미터들이 가장 견고하고 신뢰성있는 측정을 달성하도록 캘리브레이션될 수 있다. 예를 들어, 타겟에 대한 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 파장, 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 편광, 메트롤로지 시스템의 개구수와 같은 처리 파라미터들이 메트롤로지 타겟들로부터의 스택 민감도 측정에 기초하여 조정될 수 있다.
도 18a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메트롤로지 타겟 스택들에서의 오버레이의 견고성 및 측정가능성을 개선하는 예시적인 방법(1800)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(1800)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(1800)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 상이한 순서로 수행될 수 있다.
도 18b는 일 실시예에 따른, 상이한 메트롤로지 타겟 디자인들에 대한 메트롤로지 타겟 위치들의 함수로서 오버레이 값의 예시적인 그래프이다.
방법(1800)은 도 3의 검사 장치에 의해, 또는 여하한의 적절한 리소그래피/메트롤로지 장비에 의해 오버레이 측정 방법에서 사용하기 위해 웨이퍼 상에 다수의 N 개의 다층 타겟들이 제작되는 단계(1802)로 시작한다. 앞선 단계(1602)에서 설명된 메트롤로지 타겟 디자인과 유사하게, 디자인은 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 굴절률 등을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 1 이상의 기하학적 또는 제작 파라미터들을 수정함으로써 각각의 다층 타겟 사이에서 변동할 수 있다. 앞서 유의된 바와 같이, 다층 타겟들의 클러스터들이 웨이퍼에 걸쳐 상이한 영역들 상에 형성될 수 있는 한편, 각각의 영역은 상이한 디자인들을 갖는 다수 타겟들을 포함할 수 있다.
방법(1800)은 다층 타겟들이 입사 조명 방사선으로 조명되는 단계(1804)로 계속된다. 입사 조명 방사선은 파장, 편광 또는 빔 프로파일 등의 변동을 포함할 수 있다. 조명 프로파일은 메트롤로지 타겟 디자인에 기초하여 결정될 수 있다. 메트롤로지 타겟들 각각에 대한 오버레이 측정들이 메트롤로지 타겟들로부터 산란된 광의 +1차 및 -1차 회절들에 대한 광 세기들의 차이로부터 추출된다.
방법(1800)은 다층 타겟들의 클러스터로부터의 적어도 N 개의 스택 민감도 값들(Ki) -여기서, i ∈ [1,N]- 이 오버레이 측정들에 기초하여 결정되는 단계(1806)로 계속된다. 스택 민감도 값들(Ki)의 결정은 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 스택 민감도 또는 K 값은 공정 섭동들로 인해 웨이퍼에 걸쳐 변동할 수 있으며, 다층 타겟들 각각 사이에서 상이할 수 있다. 그러므로, 각각의 다층 타겟(Ti)이 Ki의 K 값을 갖는다. 앞서 유의된 바와 같이, 스택 민감도 값들은 예시적인 수정 값들로서 제시되고, 여하한의 기준 값을 갖는 여하한의 적절한 수정 값들이 사용될 수 있다.
방법(1800)은 각각의 다층 타겟(Ti)에 대한 오버레이 값(OVi)이 앞선 내용으로부터 수학식(2) 및
Figure pct00035
를 사용함으로써 계산되는 단계(1808)로 계속된다. 각각의 민감도 값(Ki)에는 곱셈 인자(
Figure pct00036
)가 할당되고, 여기서 i ∈ [1,N]이다. 곱셈 인자(
Figure pct00037
)는 처리 조건 및 외부 기준 오버레이 값에 기초하여 수정될 수 있고, 주성분 분석(PCA)과 같은 여하한의 상관 분석의 결과일 수도 있는 계수이다. 앞서 언급된 바와 같이, 상관 분석의 상이한 방법들이 사용될 수 있으며, PCA 분석은 여기에서 단지 일 예시로서 언급된다.
방법(1800)은 스택 민감도 값들의 가중합이 조정되는 단계(1810)로 계속된다. 스택 민감도 값들의 결정 및 최적화는 컴퓨터-구현된 방법을 사용하여 컴퓨터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메트롤로지 타겟 측정은
Figure pct00038
가 최대 값에 도달하는 경우에 가장 견고하고 신뢰성있다.
곱셈 인자들(
Figure pct00039
)은 최종 오버레이 값의 더 정확한 측정을 제공하기 위해 외부 기준 오버레이 값들에 기초하여 더 조정될 수 있다. 외부 기준 오버레이 값을 사용하여 최종 오버레이 값(OV)을 최적화(또는 수정)하는 예시적인 방법이 도 18b를 참조하여 설명된다. 본 명세서의 오버레이 값들 또는 메트롤로지 타겟들은 예시에 의해 설명하기 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니며, 상이한 디자인들을 갖는 복수의 메트롤로지 타겟들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 오버레이 값들은 웨이퍼에 걸쳐 다양한 위치들에서 다양한 타겟 디자인들에 대해 측정된다. 특정한 위치에서, 오버레이 값들(1811, 1813, 1815 및 1817)은 타겟들(1811', 1813', 1815' 및 1817')(도시되지 않음) 각각에 대해 결정된다. 예를 들어, 다수의 다층 타겟들(Ti)의 오버레이 값들이 시스템적으로 외부 기준 오버레이 값(1819)으로부터 벗어난 경우, 각각의 개별적인 곱셈 인자(
Figure pct00040
)가 대응하는 오버레이 값과 외부 기준 오버레이 값 간의 차이에 기초하여 조정될 수도 있다. 결과적으로, 외부 기준 오버레이 값(1819)에 더 가까운 오버레이 값들을 갖는 다층 타겟들이 계산된 합에서 더 많은 가중치가 주어지도록 비교적 더 높은 곱셈 인자(
Figure pct00041
)를 가질 수 있는 한편, 외부 기준 오버레이 값으로부터 벗어난 오버레이 값들을 갖는 다층 타겟들이 계산된 합에서 더 적은 가중치가 주어지도록 비교적 더 낮은 곱셈 인자(
Figure pct00042
)를 가질 수 있다. 예를 들어, 오버레이 값(1811)에는 외부 기준 민감도 값(1819) 사이에 비교적 큰 차이를 가지므로 낮은 곱셈 인자(
Figure pct00043
= 0.6)가 할당될 것이다. 유사하게, 오버레이 값(1815)에는 외부 기준 민감도 값(1819) 사이에 비교적 작은 차이를 가지므로 높은 곱셈 인자(
Figure pct00044
= 1.2)가 할당될 것이다. 그러므로, 최종 오버레이 값(OV)은 각각의 다층 타겟들로부터의 개별적인 오버레이 값 계산들의 선형 조합에 기초하여 더 최적화(또는 수정)되어, 단일 타겟을 사용하는 것보다 더 견고한 측정 공정을 제공할 수 있다.
방법(1800)은 N 개의 다층 타겟들의 클러스터에 대한 최종 오버레이 값(OV)이 아래의 수학식에 의한 각각의 오버레이 값(OVi)의 선형 조합을 통해 계산되는 단계(1812)로 계속된다:
Figure pct00045
여기서, i ∈ [1,N]이다. 그러므로, 최종 오버레이 값(OV)은 각각의 다층 타겟들로부터의 개별적인 오버레이 값 계산들의 선형 조합에 기초하여 최적화(또는 수정)될 수 있다.
유사하게, 최종 오버레이 값(OV)은 CD-SEM 측정 또는 HMQ(Holistic Metrology Qualification) 추산과 같은 외부 소스로부터 얻어지는 외부 기준 오버레이 값 및 곱셈 인자(αi)에 기초하여 최적화(또는 수정)될 수 있다. HMQ의 더 상세한 내용은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 PCT 출원 WO 2015/018625 A1에서 찾아볼 수 있다.
앞서 설명된 최종 오버레이 값(OV)의 결정 프로세스에 기초하여, 적절한 메트롤로지 타겟 디자인들은 다양한 리소그래피 공정들 및 공정 섭동들을 수용하고 최대화된 견고성 및 측정가능성을 달성하도록 선택되거나 더 수정될 수 있다. 예를 들어, 견고한 메트롤로지 타겟들을 자동으로 생성하기 위한 방법들 및 시스템들은 D4C를 포함한다.
방법(1800)과 관련하여 앞서 설명된 결정 프로세스에 기초하여, 리소그래피 시스템의 처리 파라미터들이 가장 견고하고 신뢰성있는 측정을 달성하도록 캘리브레이션될 수 있다. 예를 들어, 타겟에 대한 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 파장, 메트롤로지 시스템에서 사용되는 방사선의 편광, 메트롤로지 시스템의 개구수와 같은 처리 파라미터들이 조정될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 타겟들을 이용하여 리소그래피 공정 파라미터를 측정하는 예시적인 방법(1900)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(1900)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(1900)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 나타낸 순서대로 수행되지 않을 수 있다.
방법(1900)은 복수의 메트롤로지 타겟들에 의해 산란되는 광이 측정되는 단계(1902)로 시작한다. 복수의 메트롤로지 타겟들은 입사 방사선으로 조명될 수 있으며, 입사 방사선은 파장 또는 편광과 같은 조명 프로파일을 갖는다. 산란된 광의 측정은 스케터로미터 또는 다른 메트롤로지 툴과 같은 광학 기기에서 수행된다. 복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들을 사용하여 디자인되고 제조 공정에 의해 생성된다. 메트롤로지 파라미터들의 예시들은 메트롤로지 타겟을 형성하는 데 사용되는 격자들의 피치, CD, 격자들을 형성하는 라인들의 각도, 격자를 형성하는 라인들 및 공간들의 듀티사이클이고, 이에 제한되지는 않는다. 제조 공정의 일 예시는 리소그래피 투영 장치를 사용하는 리소그래피 제조 공정이고, 이에 제한되지는 않는다. 방사선 감응재(레지스트) 층에 의해 적어도 부분적으로 덮이는 기판 상에 (예를 들어, 마스크 내의) 패턴이 이미징된다. 이 이미징 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차들을 거칠 수 있다. 노광 이후, 기판은 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 이미징된 피처들의 측정/검사와 같은 다른 절차들을 거칠 수 있다. 이러한 일련의 절차들은 디바이스의 개별 층, 예를 들어 메트롤로지 타겟 또는 IC를 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그 후, 이러한 패터닝된 층은 에칭, 이온-주입(도핑), 금속화(metallization), 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은 다양한 공정들을 거칠 수 있고, 이들은 모두 개별 층을 마무리하도록 의도된다.
방법(1900)은 복수의 메트롤로지 타겟들에 대한 리소그래피 공정 파라미터가 각각의 메트롤로지 타겟으로부터의 가중 기여를 이용하여 결정되는 단계(1904)로 계속된다.
각각의 메트롤로지 타겟으로부터의 가중 기여는 방법(1700)과 유사한 방법을 사용하여 결정될 수 있으며, 이때 수정 값들이 각각의 산란된 광 측정들에 기초하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대해 결정되고, 곱셈 값이 각각의 수정 값에 대해 결정된다. 곱셈 인자들은 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 계산하고 최대화함으로써 결정된다. 예를 들어, 더 큰 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 많은 가중치가 주어지도록 더 높은 수정 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당되는 한편, 더 낮은 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 적은 가중치가 주어지도록 더 낮은 수정 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당될 수 있다. 또한, 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 개별적인 리소그래피 공정 파라미터가 결정되고, 이 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들은 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터를 곱한 결정된 곱셈 인자들의 합을 계산함으로써 복수의 메트롤로지 타겟들에 대한 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 데 사용된다.
대안적으로, 각각의 메트롤로지 타겟으로부터의 가중 기여는 방법(1800)과 유사한 방법을 사용하여 결정될 수 있고, 이때 곱셈 값들이 기준 리소그래피 공정 파라미터를 사용하여 더 결정된다. 먼저, 수정 값들이 그 산란된 광 측정들에 기초하여 복수의 메트롤로지 타겟들의 각각의 메트롤로지 타겟에 대해 결정되고, 곱셈 값이 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 최대화함으로써 각각의 수정 값에 대해 결정된다. 그 후, 곱셈 인자들은 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 개별적인 리소그래피 공정 파라미터를 결정하고, 기준 리소그래피 공정 파라미터와 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들 간의 차이들에 기초하여 곱셈 인자들을 조정함으로써 더 조정된다. 그 후, 리소그래피 공정 파라미터는 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정함으로써 결정된다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 타겟들을 이용한 메트롤로지 시스템 캘리브레이션을 위한 예시적인 방법(2000)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(2000)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(2000)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 나타낸 순서대로 수행되지 않을 수 있다.
방법(2000)은 복수의 메트롤로지 타겟들에 의해 산란되는 광이 측정되는 단계(2002)로 시작한다. 방법(1900)과 유사하게, 복수의 메트롤로지 타겟들은 파장 또는 편광과 같은 조명 프로파일을 갖는 입사 방사선으로 조명될 수 있다. 산란된 광의 측정은 스케터로미터 또는 다른 메트롤로지 툴과 같은 광학 기기에서 수행된다. 복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들을 사용하여 디자인되고 제조 공정에 의해 생성된다.
방법(2000)은 수정 값이 그 산란된 광 측정들을 사용하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대해 결정되는 단계(2004)로 계속된다. 그러므로, 각각의 다층 타겟이 결정된 수정 값 및 곱셈 인자를 갖는다. 수정 값들의 예시들은 스택 민감도, 타겟 계수 또는 오버레이 오차를 포함하며, 이에 제한되지는 않는다.
방법(2000)은 곱셈 인자들이 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 계산하고 최대화함으로써 결정되는 단계(2006)로 계속된다. 방법(1700)과 유사하게, 곱셈 인자들은 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 계산하고 최대화함으로써 결정된다. 예를 들어, 더 큰 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 많은 가중치가 주어지도록 더 높은 수정 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당될 수 있는 한편, 더 낮은 곱셈 인자들이 계산된 합에서 더 적은 가중치가 주어지도록 더 낮은 수정 값들을 갖는 타겟 측정들에 할당될 수 있다. 결정된 곱셈 인자들 및 그 대응하는 메트롤로지 타겟들을 사용함으로써 측정 공정들이 캘리브레이션될 수 있다.
더 높은 수정 값들을 제공하는 메트롤로지 타겟들을 사용하여, 메트롤로지 시스템의 처리 파라미터들이 가장 견고하고 신뢰성있는 측정을 달성하도록 캘리브레이션될 수도 있다. 예를 들어, 높은 수정 값들을 갖는 메트롤로지 타겟들이 가장 견고한 측정을 제공하도록 디자인되는 처리 파라미터들이 후속한 측정들을 위해 선택될 수 있다. 처리 파라미터들은 메트롤로지 타겟 측정을 위한 메트롤로지 시스템에서 사용되는 입사 방사선의 파장들 또는 편광들, 공정 스택 구성, 또는 메트롤로지 시스템의 개구수를 포함하며, 이에 제한되지는 않는다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 타겟 디자인을 위한 예시적인 방법(2100)의 흐름도이다. 다른 방법 단계들이 방법(2100)의 다양한 단계들 사이에서 수행될 수 있으며, 단지 명료함을 위해 생략된다. 아래에 설명되는 방법(2100)의 모든 단계들이 필요하지는 않을 수 있으며, 소정 상황들에서 단계들은 나타낸 순서대로 수행되지 않을 수 있다.
방법(2100)은 복수의 메트롤로지 타겟들에 대응하는 복수의 메트롤로지 타겟 디자인들을 생성하기 위해 컴퓨터 장치에 복수의 메트롤로지 파라미터들이 제공되는 단계(2102)로 시작한다. 방법(1700)에서 설명된 메트롤로지 타겟들과 유사하게, 메트롤로지 파라미터들은 메트롤로지 타겟들에 대한 기하학적 또는 제작 파라미터들이고, 예시들은 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 굴절률 등이며, 이에 제한되지는 않는다. 각각의 메트롤로지 타겟은 기판 상의 상이한 위치에 각각 배치되도록 디자인된다. 도 5를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 기판(W) 상의 원하는 영역들에 관한 측정들 및 정보가 얻어질 수 있도록 기판(W) 상의 상이한 위치들에 복수의 복합 타겟들이 배치된다. 그러므로, 다층 타겟들의 클러스터들이 웨이퍼에 걸쳐 상이한 영역들에 형성될 수 있는 한편, 각각의 영역이 상이한 디자인들을 갖는 다수의 서브-타겟들을 포함할 수 있다. 웨이퍼 표면에 걸쳐 배치되는 유사하게 디자인된 타겟들을 동시에 가질 수 있는 한편, 웨이퍼 상의 특정한 구역에 근접하여 배치되는 상이한 디자인들을 갖는 타겟들을 가질 수도 있다.
방법(2100)은 복수의 메트롤로지 타겟들을 측정하는 데 사용되는 입사 방사선에 대한 조명 파라미터들이 컴퓨터 장치에서 수신되는 단계(2104)로 계속된다. 조명 파라미터들은 파장, 편광 또는 빔 프로파일 등의 변동을 포함할 수 있다.
방법(2100)은 컴퓨터 장치가 기판의 조명 파라미터들 또는 공정 스택 정보를 사용하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 메트롤로지 파라미터들을 결정하는 단계(2106)로 계속된다. 메트롤로지 파라미터들은 상이한 메트롤로지 타겟들의 선택이 입사 방사선들 또는 공정 스택 구성들 하에서 상이한 측정 결과들을 제공하도록 결정된다. 도 15를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 특정한 조명 파라미터 또는 공정 스택에 대해 최대 스택 민감도를 제공하는 원하는 타겟 디자인이 존재할 수 있다. 예를 들어, 타겟 디자인은 스택 민감도가 원하는 입사 방사선 파장 또는 편광을 사용한 측정에 대해 최대에 도달하도록 결정될 수 있다. 유사하게, 타겟 디자인은 스택 민감도가 원하는 입사 공정 스택에 대해 최대에 도달하도록 결정될 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조 공정에 의해 기판 상에 배치된 다수-격자 메트롤로지 타겟들의 형태를 개략적으로 도시한다. 도 5를 참조하여 설명된 복합 타겟들과 유사하게, 다수-격자 메트롤로지 타겟(2202)은 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스폿 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치된 적어도 2 개의 서브-타겟들을 포함한다. 2 개의 서브-타겟들은 상이한 기하학적 또는 제작 파라미터들, 예를 들어 피치, CD, 서브-세그먼테이션, 측벽 각도, 라인 및 공간들의 듀티사이클, 높이, 폭, 굴절률 등을 갖는다. 이는 메트롤로지 타겟들을 디자인하는 데 사용되는 메트롤로지 파라미터들을 조정함으로써 달성될 수 있다. 서브-타겟의 스택 민감도가 원하는 입사 방사선 파장 또는 편광에 대해 최대에 도달하도록 서브-타겟들의 디자인들이 결정된다. 유사하게, 스택 민감도가 원하는 입사 공정 스택에 대해 최대에 도달하도록 서브-타겟 디자인이 결정될 수 있다. 그러므로, 메트롤로지 타겟들은 다양한 입사 방사선들 또는 공정 스택 구성들 하에서 상이한 측정 민감도를 제공한다.
복수의 다수-격자 메트롤로지 타겟(2202)은 기판(W) 상의 상이한 위치들에 배치된다. 위치 선택들은 스택 깊이 변동 효과들과 같은 메트롤로지 측정들에 대한 공정 변동 효과들을 제거하도록 또는 기판(W)의 그 위치에 대해 측정 정보가 필요한지와 같은 측정 요구에 기초하여 결정되며, 이에 제한되지는 않는다. 그러므로, 웨이퍼 표면에 걸쳐 배치되는 복수의 서브-타겟들을 각각 갖는 유사하게 디자인된 메트롤로지 타겟들을 동시에 가질 수 있는 한편, 웨이퍼 상의 특정한 구역에 근접하여 배치되는 상이한 디자인들을 갖는 타겟들을 가질 수도 있다.
본 명세서에 설명된 타겟 구조체들은 구체적으로 측정을 위해 디자인되고 형성되는 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서는 기판 상에 형성된 디바이스들의 기능부들인 타겟들에 대해 속성들이 측정될 수 있다. 많은 디바이스들이 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '타겟', '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어들은, 구조체가 구체적으로 수행되는 측정을 위해 제공되었음을 요구하지 않는다.
격자들의 형태인 오버레이 타겟들이 설명되었지만, 일 실시예에서 박스-인-박스(box-in-box) 이미지 기반 오버레이 타겟들과 같은 다른 타겟 타입들이 사용될 수 있다.
오버레이를 결정하기 위한 메트롤로지 타겟들이 주로 설명되었지만, 메트롤로지 타겟들은 대안적으로 또는 추가적으로 포커스, 도즈 등과 같은 1 이상의 다른 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 메트롤로지 타겟들은 픽셀-기반 데이터 구조 또는 다각형-기반 데이터 구조와 같은 데이터 구조를 이용하여 정의될 수 있다. 다각형-기반 데이터 구조는, 예를 들어 GDSII 데이터 포맷들을 이용하여 설명될 수 있고, 이들은 오히려 칩 제조 산업에서 일반적이다. 여전히, 여하한의 적절한 데이터 구조 또는 데이터 포맷이 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 메트롤로지 타겟들은 데이터베이스에 저장될 수 있고, 이로부터 사용자가 특정 반도체 처리 단계에서 사용하기 위해 필요한 메트롤로지 타겟을 선택할 수 있다. 이러한 데이터베이스는 실시예에 따라 선택되거나 식별되는 단일 메트롤로지 타겟 또는 복수의 메트롤로지 타겟들을 포함할 수 있다. 또한, 데이터베이스는 복수의 메트롤로지 타겟들을 포함할 수 있고, 이때 데이터베이스가 복수의 메트롤로지 타겟들 각각에 대해 추가적인 정보를 포함한다. 이 추가적인 정보는, 예를 들어 특정한 리소그래피 공정 단계에 대한 메트롤로지 타겟의 적절성 및/또는 품질에 관한 정보를 포함할 수 있으며, 심지어 상이한 리소그래피 공정 단계들에 대한 단일 메트롤로지 타겟의 적절성 및/또는 품질을 포함할 수 있다. 메트롤로지 타겟의 적절성 및/또는 품질은 각각 적절성 값 및/또는 품질 값, 또는 특정한 리소그래피 공정 단계에 사용될 데이터베이스로부터 하나의 메트롤로지 타겟을 선택하는 선택 공정 동안 사용될 수 있는 여하한의 다른 값으로 표현될 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 판독가능한 매체는 원격 시스템 또는 원격 컴퓨터로부터 컴퓨터 판독가능한 매체로의 연결을 이용하여 방법 단계들 중 적어도 일부를 활성화하는 명령어들을 포함할 수 있다. 이러한 연결은, 예를 들어 보안 네트워크에 걸쳐, 또는 월드-와이드-웹(인터넷)에 걸친 (보안) 연결을 통해 생성될 수 있다. 이 실시예에서, 사용자들은 예를 들어 원격 위치로부터 로그인하여, 메트롤로지 타겟 디자인의 적절성 및/또는 품질을 결정하기 위해 컴퓨터 판독가능한 매체를 이용할 수 있다. 제안된 메트롤로지 타겟 디자인은 원격 컴퓨터에 의해(또는 메트롤로지 타겟 디자인의 적절성을 결정하는 시스템에 메트롤로지 타겟 디자인을 제공하는 데 원격 컴퓨터를 이용하는 조작자에 의해) 제공될 수 있다. 이에 따라, 모델들을 이용하여 시뮬레이션되어야 하는 제안된 메트롤로지 타겟 디자인은 시뮬레이션 공정 동안 사용되는 모델들과 비교하여 상이한 실체 또는 회사에 의해 소유될 수 있다. 후속하여, 메트롤로지 타겟 품질을 평가하기 위한 결과적인 결정된 적절성은, 예를 들어 사용되는 시뮬레이션 파라미터들 또는 제안된 메트롤로지 타겟 디자인을 엑세스(excess)하는 어떠한 잔여 세부사항들도 남기지 않고 다시 원격 컴퓨터에 제공될 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 고객은 그 원격 위치에서 소프트웨어의 복사본(copy)을 갖거나 소프트웨어를 소유하지 않고 개별적으로 제안된 메트롤로지 타겟 디자인들의 평가를 실행하는 옵션을 취득할 수 있다. 이러한 옵션은, 예를 들어 사용자 동의에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 사용자 동의의 이점은, 시뮬레이션들에서 사용되는 모델들이 항상 여하한의 소프트웨어를 로컬 업데이트(locally update)할 필요 없이 이용가능한 가장 최근 및/또는 가장 상세한 모델들일 수 있다는 것일 수 있다. 또한, 모델 시뮬레이션 및 제안된 메트롤로지 타겟 제안을 분리함으로써, 처리에 사용되는 상이한 층들 또는 디자인된 마커들의 세부사항들은 두 회사들에 의해 공유되지 않아도 된다.
기판들 및 패터닝 디바이스들 상에 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적 격자 구조체들과 관련하여, 일 실시예는 타겟을 디자인하고, 기판 상에 타겟을 생성하며, 기판 상의 타겟을 측정하고, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻도록 측정들을 분석하는 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3 및 도 4의 장치의 유닛(PU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 나타낸 타입의 기존 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 장치의 프로세서가 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 일 실시예가 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 기계 판독가능한 명령어는 2 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 2 이상의 컴퓨터 프로그램들은 1 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체에 저장될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 여하한의 제어기들은 각각 또는 조합하여, 1 이상의 컴퓨터 프로그램이 리소그래피 장치의 적어도 하나의 구성요소 내에 위치되는 1 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 판독되는 경우에 작동가능할 수 있다. 제어기들은 각각 또는 조합하여, 신호들을 수신, 처리 및 송신하는 여하한의 적절한 구성을 가질 수 있다. 1 이상의 프로세서가 제어기들 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 제어기가 앞서 설명된 방법들에 대한 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 1 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어기들은 이러한 컴퓨터 프로그램들을 저장하는 데이터 저장 매체, 및/또는 이러한 매체를 수용하는 하드웨어를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어기(들)는 1 이상의 컴퓨터 프로그램의 기계 판독가능한 명령어들에 따라 작동할 수 있다.
본 발명은 다음 항목들을 이용하여 더 설명될 수 있다:
Ⅰ. 메트롤로지 타겟 디자인 방법에 있어서,
메트롤로지 타겟을 측정하는 조명 파라미터를 수용하는 단계, 및
조명 파라미터를 이용하는 메트롤로지 타겟 디자인의 측정의 정확성 및/또는 견고성을 향상시키기 위해 메트롤로지 타겟 디자인과 연계된 메트롤로지 파라미터를 선택하고 및/또는 조정하는 단계를 포함하는 방법.
Ⅱ. 리소그래피 공정의 파라미터를 결정하는 방법에 있어서,
견고하고 최적인 메트롤로지 측정을 제공하도록 최적화된 적어도 2 개의 메트롤로지 타겟들을 포함하는 구역으로부터 산란된 광을 수용하는 단계, 및
각각의 개별적인 메트롤로지 타겟들의 가중 기여로부터 리소그래피 공정의 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 더 설명된다:
1. 복수의 메트롤로지 타겟들에 의해 산란된 광을 측정하는 단계 -복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들을 이용하여 디자인되고 제조 공정에 의해 생성되었음- ; 및
각각의 메트롤로지 타겟으로부터의 가중 기여를 이용하여 복수의 메트롤로지 타겟들에 대한 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 1 항에 있어서, 가중 기여는 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자 및 수정 값을 결정함으로써 계산되는 방법.
3. 2 항에 있어서, 곱셈 인자를 결정하는 단계는 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 3 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계는 합이 최대화되도록 곱셈 인자들을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
5. 4 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계는 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들을 결정하는 단계, 및 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정하는 단계를 더 포함한다.
6. 1 항에 있어서, 수정 값들은 복수의 메트롤로지 타겟들의 타겟 계수들 또는 오버레이 오차들인 방법.
7. 1 항에 있어서, 수정 값들은 복수의 메트롤로지 타겟들의 스택 민감도 값들인 방법.
8. 1 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터들은 오버레이 값들인 방법.
9. 1 항에 있어서, 메트롤로지 파라미터들은 재료 선택, 임계 치수, 서브-세그먼테이션, 또는 측벽 각도를 포함하는 방법.
10. 1 항에 있어서, 복수의 메트롤로지 타겟들은 다층 주기적 구조체들을 포함하는 방법.
11. 10 항에 있어서, 다층 주기적 구조체들의 메트롤로지 파라미터들은 피치, 라인들 및 공간들의 듀티사이클, 높이 또는 폭을 포함하는 방법.
12. 1 항에 있어서, 복수의 메트롤로지 타겟들은 입사 방사선의 상이한 파장들 또는 편광들 또는 공정 스택들에 대해 디자인되는 방법.
13. 1 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계는 기준 리소그래피 공정 파라미터를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 13 항에 있어서, 가중 기여는 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자 및 수정 값을 결정함으로써 계산되는 방법.
15. 14 항에 있어서, 곱셈 인자들은 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 이용하여 결정되는 방법.
16. 15 항에 있어서, 곱셈 인자들은 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 개별적인 리소그래피 공정 파라미터를 결정하고, 기준 리소그래피 공정 파라미터와 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들 간의 차이들에 기초하여 곱셈 인자들을 조정함으로써 더 결정되는 방법.
17. 16 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터를 결정하는 단계는 그 대응하는 개별적인 리소그래피 공정 파라미터들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
18. 복수의 메트롤로지 타겟들에 의해 산란된 광을 측정하는 단계 -복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들을 이용하여 디자인되고 제조 공정에 의해 생성되었음- ;
각각의 메트롤로지 타겟에 대한 수정 값을 결정하는 단계; 및
그 대응하는 수정 값에 기초하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
19. 18 항에 있어서, 곱셈 인자를 결정하는 단계는 그 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
20. 19 항에 있어서, 곱셈 인자를 결정하는 단계는 합이 최대화되도록 곱셈 인자들을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
21. 18 항에 있어서, 수정 값들은 복수의 메트롤로지 타겟들의 타겟 계수들 또는 오버레이 오차들인 방법.
22. 18 항에 있어서, 수정 값들은 복수의 메트롤로지 타겟들의 스택 민감도 값들인 방법.
23. 18 항에 있어서, 리소그래피 공정 파라미터들은 오버레이 값들인 방법.
24. 18 항에 있어서, 메트롤로지 파라미터들은 재료 선택, 임계 치수, 서브-세그먼테이션, 또는 측벽 각도를 포함하는 방법.
25. 18 항에 있어서, 복수의 메트롤로지 타겟들은 다층 주기적 구조체들을 포함하는 방법.
26. 25 항에 있어서, 다층 주기적 구조체들의 메트롤로지 파라미터들은 피치, 라인들 및 공간들의 듀티사이클, 높이 또는 폭을 포함하는 방법.
27. 18 항에 있어서, 복수의 메트롤로지 타겟들은 입사 방사선의 상이한 파장들 또는 편광들 또는 공정 스택들에 대해 디자인되는 방법.
28. 메트롤로지 타겟 디자인 방법에 있어서,
복수의 메트롤로지 타겟들에 대응하는 복수의 메트롤로지 타겟 디자인들을 생성하기 위해 복수의 메트롤로지 파라미터들을 제공하는 단계 -각각의 메트롤로지 타겟은 기판 상의 상이한 위치에 각각 배치되도록 디자인됨- ;
복수의 메트롤로지 타겟들을 측정하는 조명 파라미터들을 수용하는 단계; 및
컴퓨터 장치에 의해, 기판의 조명 파라미터들 또는 공정 스택 정보를 사용하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 복수의 메트롤로지 파라미터들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
29. 28 항에 있어서, 조명 파라미터들은 입사 방사선의 파장 값들 또는 편광들을 포함하는 방법.
30. 28 항에 있어서, 적어도 하나의 메트롤로지 타겟이 상이한 조명 파라미터에 대해 디자인되는 방법.
31. 28 항에 있어서, 적어도 하나의 메트롤로지 타겟이 상이한 공정 스택에 대해 디자인되는 방법.
32. 28 항에 있어서, 적어도 하나의 메트롤로지 타겟이 입사 방사선의 상이한 파장들 또는 편광들에 대해 디자인되는 방법.
33. 메트롤로지 타겟에 있어서,
제조 공정에 의해 기판 상의 상이한 위치들에 배치되는 복수의 메트롤로지 타겟들을 포함하고, 각각의 메트롤로지 타겟은 적어도 디자인이 상이한 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들을 포함하는 메트롤로지 타겟.
34. 33 항에 있어서, 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들은 상이한 공정 스택들에 대해 디자인되는 메트롤로지 타겟.
35. 33 항에 있어서, 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들은 상이한 조명 파라미터들에 대해 디자인되는 메트롤로지 타겟.
36. 35 항에 있어서, 조명 파라미터들은 입사 방사선의 파장 값들 또는 편광들을 포함하는 메트롤로지 타겟.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명의 일 실시예는 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 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 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
또한, 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 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
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.
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. 예를 들어, 1 이상의 실시예의 1 이상의 실시형태가 적절하다면 1 이상의 다른 실시예의 1 이상의 실시형태와 조합되거나 이를 대신할 수 있다. 그러므로, 이러한 응용예들 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

  1. 복수의 메트롤로지 타겟들에 의해 산란된 광을 측정하는 단계 -상기 복수의 메트롤로지 타겟들은 메트롤로지 파라미터들을 이용하여 디자인되고 제조 공정에 의해 생성되었음- ;
    각각의 메트롤로지 타겟에 대한 수정 값(modification value)을 결정하는 단계; 및
    대응하는 수정 값에 기초하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 곱셈 인자(multiplication factor)를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 곱셈 인자를 결정하는 단계는 대응하는 수정 값들을 곱한 곱셈 인자들의 합을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 곱셈 인자를 결정하는 단계는 상기 합이 최대화되도록 상기 곱셈 인자들을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정 값들은 상기 복수의 메트롤로지 타겟들의 타겟 계수들 또는 오버레이 오차들인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정 값들은 상기 복수의 메트롤로지 타겟들의 스택 민감도 값(stack sensitivity value)들인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    리소그래피 공정 파라미터들은 오버레이 값들인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메트롤로지 파라미터들은 재료 선택, 임계 치수, 서브-세그먼테이션(sub-segmentation), 또는 측벽 각도를 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 메트롤로지 타겟들은 다층 주기적 구조체들을 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 메트롤로지 타겟들은 입사 방사선의 상이한 파장들 또는 편광들 또는 공정 스택들에 대해 디자인되는 방법.
  10. 메트롤로지 타겟 디자인 방법에 있어서,
    복수의 메트롤로지 타겟들에 대응하는 복수의 메트롤로지 타겟 디자인들을 생성하기 위한 복수의 메트롤로지 파라미터들을 제공하는 단계 -각각의 메트롤로지 타겟은 기판 상의 상이한 위치에 각각 배치되도록 디자인됨- ;
    상기 복수의 메트롤로지 타겟들을 측정하기 위한 조명 파라미터들을 수용하는 단계; 및
    컴퓨터 장치에 의해, 상기 기판의 조명 파라미터들 또는 공정 스택 정보를 사용하여 각각의 메트롤로지 타겟에 대한 상기 복수의 메트롤로지 파라미터들을 결정하는 단계
    를 포함하는 메트롤로지 타겟 디자인 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조명 파라미터들은 입사 방사선의 파장 값들 또는 편광(polarization)들을 포함하는 메트롤로지 타겟 디자인 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 메트롤로지 타겟은 상이한 조명 파라미터에 대해 디자인되는 메트롤로지 타겟 디자인 방법.
  13. 메트롤로지 타겟에 있어서,
    제조 공정에 의해 기판 상의 상이한 위치들에 배치되는 복수의 메트롤로지 타겟들을 포함하고, 각각의 메트롤로지 타겟은 적어도 디자인이 상이한 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들을 포함하는 메트롤로지 타겟.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들은 상이한 공정 스택들에 대해 디자인되는 메트롤로지 타겟.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메트롤로지 서브-타겟들은 상이한 조명 파라미터들에 대해 디자인되는 메트롤로지 타겟.
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