KR20190070992A - 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 그 방법 및 장치를 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 그 방법 및 장치를 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

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아우어 바스티앙 온느 파긴거
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

기판 상의 구조체에 관한 관심 파라미터를 측정하는 방법 및 연관된 계측 장치가 개시된다. 이 방법은, 복수의 측정 신호로부터 측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 결정하는 것을 포함하고, 여기서 각각의 측정 신호는 상기 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 구조체의 상이한 측정으로부터 비롯된다. 재구성 상에 상기 측정 조건의 변동이 재구성 상에 미치는 영향을 억제하기 위하여 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 이 보정이 사용된다.

Description

리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 방법 및 장치, 그 방법 및 장치를 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 4일자로 출원된 EP 출원 16197204.7에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 기판 상의 구조체를 측정하는 방법 및 장치 및 오차 보정을 위한 모델에 관한 것이다. 본 발명은, 일례로 리소그래피 장치의 임계 치수(CD) 또는 오버레이 성능을 평가하기 위한 미세 구조체의 일예로 모델 기반의 계측에 적용될 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적회로 (ICs)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 불리는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 수 개의 다이를 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공되는 방사선 감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 순차적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 종래의 리소그래피 장치는, 전체 패턴을 한번에 타겟부 상에 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스테퍼와, 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝함과 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반평행으로 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 패턴을 기판 상에 임프린트함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것도 가능하다.
리소그래피 프로세스를 모니터링하기 위해서는 패터닝된 기판의 파라미터를 측정한다. 이러한 파라미터에는 예컨대 패터닝된 기판 내에 형성되거나 또는 패터닝된 기판 상에 형성된 연속층 간의 오버레이 오차 및 현상된 감광성 레지스트의 임계 선폭(critical linewidth)(CD)이 포함될 수 있다. 이 측정은 제품 기판 상에서 및/또는 전용 계측 타겟 상에서 수행될 수 있다. 리소그래피 프로세스로 형성된 미세 구조물의 측정을 행하기 위한 다양한 기술이 있으며, 이들 기술에는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 다양한 특수 기기를 사용하는 것이 포함된다. 신속하고 비침투식 형태의 특수 검사 기기인 산란계(scatterometer)는 방사선의 빔을 기판의 표면 상의 타겟으로 향하게 하여 산란 또는 반사된 빔의 성질을 측정한다. 산란계의 두가지 주된 종류가 알려져 있다. 분광 산란계(spectroscopic scatterometer)는 광대역 방사선 빔을 기판 상으로 지향시키고 특정한 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(예컨대, 파장을 함수로 하는 세기)을 측정한다. 각도 분해 산란계(angularly resolved scatterometer)는 단색성 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 이용하고, 산란된 방사선의 세기를 각도를 함수로 하여 측정한다.
빔이 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 결정할 수 있다. 이는 예컨대, 반사된 또는 산란된 빔의 측정으로부터 얻어지는 데이터를 파라미터화된 모델로부터 계산되는 모델 (시뮬레이션된) 회절 신호와 비교함으로써 행해질 수 있다. 위 계산되는 신호는 사전 계산되어 라이브러리에 저장될 수 있고, 이 라이브러리는 파라미터화된 모델의 파라미터 공간 내에 분포된 복수의 후보 기판 구조체를 나타낸다. 대안적으로 또는 추가적으로, 계산된 회절 신호가 측정된 신호와 매칭될 때까지 파라미터는 반복적인 서치 프로세스 중에 변화될 수 있다. US7,522,293(Wu) 및 US 2012/0123748A1에서, 예를 들어, 이들 두 기법은 각각 '라이브러리 기반' 및 '회귀 기반' 프로세스로 기술된다.
특히, 복잡한 구조체 또는 특정한 재료를 포함하고 있는 구조체에 대해, 산란된 빔을 정확하게 모델링하기 위해 요구되는 파라미터의 수는 많아지게 된다. 파라미터를 주어진("고정된") 것으로서 규정하거나 또는 가변적인("유동적인(floating)") 것으로서 규정하는 "모델 레시피"가 규정된다. 유동 파라미터에 대해, 허용된 범위의 변동이 절대항으로 규정되거나 또는 공칭값(nominal value)으로부터의 편차에 대한 참조에 의해 규정된다. 모델에서의 각각의 유동 파라미터는 모델에서의 또 다른 "자유도"와, 최상의 매칭 후보 구조가 발견될 다차원 파라미터 공간에서의 또 다른 차원을 표현한다. 소수의 파라미터로도, 예컨대 라이브러리 샘플의 수를 수용 가능하지 않은 정도로 증가시킴으로써 연산 태스크의 크기가 빠르게 매우 커지게 된다. 이것은 또한 측정된 기판에 대응하지 않는 파라미터 세트들을 잘못 매칭하는 위험을 증가시킨다. 몇몇 경우에서는 파라미터를 측정된 구조체에 실제로 있는 것과 동일하지 않은 값으로 고정하더라도 재구성에 거의 영향을 주지 않을 수도 있다. 그러나, 다른 때에는, 파라미터의 고정된 값과 실제 값 간의 차이가 매칭 프로세스를 크게 왜곡시켜서, 관심 파라미터(parameter of interest)의 재구성에서 부정확성이 발생할 수도 있다.
이러한 고정된 파라미터는 계산의 정확도와 현실성 간의 올바른 타협점을 찾는 것을 곤란하게 만든다. 고정된 파라미터는 측정되는 구조체의 모델의 파라미터일 수 있으나, 이는 또한 측정치를 얻기 위해 사용된 장치의 파라미터나, 또는 측정의 다른 양태일 수 있다. 즉, 상이한 장치를 사용해 측정하는 등 측정 조건에서의 변동은, 동일한 구조체로부터 다소 상이한 회절 신호를 얻을 수 있고, 따라서 관심 파라미터의 다소 상이한 측정 결과를 야기할 수 있다.
측정 조건의 상이한 변동의 영향을 완화하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 기판 상의 구조체에 관한 관심 파라미터를 측정하는 방법으로서, 1) 복수의 측정 신호로부터 측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 결정하는 단계 - 상기 측정 신호 각각은 상기 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 상기 구조체의 상이한 측정으로부터 비롯됨; 및 2) 상기 측정 조건의 변동이 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 미치는 영향을 억제하기 위하여, 상기 보정을 사용하여 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에서, 구조체가 형성된 기판을 위한 지지체; 상기 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 측정 조건의 복수의 상이한 변동에 대하여 상기 구조체에 의해 산란되는 산란 방사선을 집광하는 광학 시스템; 측정 조건의 각각의 변동에 대하여 상기 산란선으로부터 측정 신호를 검출하는 검출기; 및 측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 상기 검출된 측정 신호로부터 결정하도록 구성되는 프로세서;를 포함하는 계측 장치가 제공된다.
또한 본 발명은, 적합한 프로세서에서 수행될 때 상기 프로세서가 상기 제1 양태의 방법을 수행하게 하는 머신 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
또한 본 발명은, 리소그래피 프로세스에 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및 상기 제2 양태에 따른 계측 장치;를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예시의 목적으로 설명된다.
도 1은 리소그래피 장치를 반도체 디바이스용 생산 설비를 형성하는 다른 장치와 함께 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 각도-분해된 산란 스펙트럼을 캡쳐하도록 구성되는 산란계를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 설명하는 플로우차트이다.
발명의 실시예를 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익할 것이다.
도 1은 대량의 리소그래피 제조 프로세스를 구현하는 산업적인 생산 설비의 일부로서 리소그래피 장치(LA)를 200에 도시한다. 본 예에서, 제조 프로세스는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 반도체 제품(집적 회로)을 제조하기 위해 적응된다. 상이한 타입의 기판을 이러한 프로세스를 변형하여 처리함으로써 매우 다양한 제품이 제조될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 반도체 제품의 생산은 오늘날 상업적으로 매우 중요한 일 예로서만 사용된다.
리소그래피 장치(또는 간략히 "리소 툴(200)") 내에는 202 에 측정 스테이션(MEA)이 도시되고, 204 에 노광 스테이션(EXP)이 도시된다. 제어 유닛(LACU)은 206 에 도시된다. 이러한 예에서, 각각의 기판은 패턴이 적용되게 하기 위해 측정 스테이션 및 노광 스테이션에 진입한다. 광학적 리소그래피 장치에서, 컨디셔닝된 방사선 및 투영 시스템을 사용하여 패터닝 디바이스(MA)로부터 기판 상에 제품 패턴을 전사하기 위해서 예를 들어 투영 시스템이 사용된다. 이것은 패턴의 이미지를 방사전-감응 레지스트 재료의 층에 형성함으로써 이루어진다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 패터닝(MA) 디바이스는 마스크 또는 레티클일 수 있고, 이것은 패터닝 디바이스에 의해 투과되거나 반사된 방사선 빔에 패턴을 부여한다. 알려진 동작 모드는 스테핑 모드 및 스캐닝 모드를 포함한다. 잘 알려진 바와 같이, 투영 시스템은 기판에 대한 지지 및 위치설정 시스템 및 패터닝 디바이스와 다양한 방식으로 협동하여 원하는 패턴을 기판에 걸친 많은 타겟 부분에 적용시킬 수 있다. 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 고정된 패턴을 가지는 레티클 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사선은 심자외(DUV) 또는 극자외(EUV) 파장대역에 있는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 본 발명은 다른 타입의 리소그래피 프로세스, 예를 들어 전자 빔에 의한, 예를 들어 임프린트 리소그래피 및 다이렉트 라이팅(direct writing) 리소그래피에도 역시 적용가능하다.
리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 다양한 액츄에이터 및 센서의 모든 이동 및 측정을 제어하여, 기판(W) 및 레티클(MA)을 수용하고 패터닝 동작을 구현한다. LACU는 장치의 동작과 관련된 원하는 계산을 구현하는 신호 처리와 데이터 처리 능력을 더 포함한다. 실무상, 제어 유닛(LACU)은, 이러한 장치 내의 서브시스템 또는 컴포넌트의 실시간 데이터 획득, 처리 및 제어를 각각 처리하는 많은 서브유닛들의 시스템으로서 구현될 것이다.
패턴이 노광 스테이션(EXP)에서 기판에 적용되기 전에, 기판은 측정 스테이션(MEA)에서 처리되어 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있게 한다. 준비 단계는 레벨 센서를 사용하여 기판의 표면 높이를 매핑하는 것과 정렬 센서를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 공칭적으로, 정렬 마크는 규칙적인 그리드 패턴으로 배치된다. 그러나, 마크를 생성할 때 생기는 부정확성과 처리되는 동안 발생하는 기판의 변형 때문에, 마크들은 이상적인 그리드로부터 벗어나게 된다. 결과적으로, 이러한 장치가 제품 피처를 매우 높은 정확도로 올바른 위치에 인쇄하려면, 기판의 위치 및 배향을 측정하는 것에 추가하여, 실무상 정렬 센서는 기판 면적에 걸쳐 많은 마크의 위치를 자세하게 측정해야 한다. 이러한 장치는 두 개의 기판 테이블을 가지고 각 테이블에는 제어 유닛(LACU)에 의해 제어되는 위치 설정 시스템이 있는 소위 듀얼 스테이지 타입일 수 있다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션(EXP)에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션(MEA)에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있어서, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 그러므로, 정렬 마크를 측정하는 것은 시간이 많이 걸리는 작업이고, 두 개의 기판 테이블을 제공하면 장치의 쓰루풋이 크게 증가하게 될 수 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 이러한 스테이션 양자 모두에서의 기판 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제2 위치 센서가 제공될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입일 수 있다.
생산 설비 내에서, 장치(200)는 예를 들어, 이러한 장치(200)에 의한 패터닝을 위해서 감광성 레지스트 및 다른 코팅을 기판(W)에 도포하기 위한 코팅 장치(208)를 또한 포함하는 "리소 셀" 또는 "리소 클러스터"의 일부를 형성한다. 장치(200)의 출력측에는, 노광된 패턴을 물리적 레지스트 패턴으로 현상하기 위해서 베이킹 장치(210) 및/또는 현상 장치(212)가 제공된다. 이러한 장치들 모두 사이에서, 기판 핸들링 시스템은 기판을 지지하고 이들을 장치의 일부에서 다른 부분으로 전달하는 것을 담당한다. 통칭하여 트랙으로서도 지칭되는 이들 장치는 트랙 제어 유닛의 제어 하에 있으며, 이 트랙 제어 유닛은 그 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되고, 이 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 쓰루풋 및 프로세싱 효율을 최대화하기 위하여 다른 장치가 작동될 수 있다. 감독 제어 시스템(SCS)은 각각의 패터닝된 기판을 생성하기 위해 수행될 단계들의 정의를 상세히 제공하는 레시피 정보(R)를 수신한다.
패턴이 리소셀에서 적용되고 현상되면, 패터닝된 기판(220)은 222, 224, 226 에 예시되는 것과 같은 하나 이상의 다른 처리 장치로 전달된다. 통상적인 제조 설비 내에는 다양한 장치에 의해 광범위한 처리 단계들이 구현된다. 예시를 위하여, 이러한 실시예에서 장치(222)는 에칭 스테이션이고, 및 장치(224)는 에칭후 어닐링 단계를 수행한다. 추가적인 물리적 및/또는 화학적 처리 단계들이 다른 장치(226 등)에 적용된다. 재료의 증착, 표면 재료 특성의 변경(산화, 도핑, 이온 이식 등), 화학적-기계적 연마(CMP) 등과 같은 여러 타입의 동작들이 실제 디바이스를 제작하기 위해 필요할 수 있다. 실무상, 장치(226)는 하나 이상의 장치에서 수행되는 일련의 상이한 처리 단계를 나타낸다. 다른 예로서, 리소그래피 장치에 의해 도포된 전조 패턴에 기초하여 다수의 더 작은 피처를 생성하기 위한, 자기-정렬 다중 패터닝을 구현하기 위한 장치 및 처리 단계가 제공될 수 있다.
알려진 바와 같이, 반도체 디바이스를 제작하려면, 적합한 재료 및 패턴을 가지는 디바이스 구조체를 기판 위에 층별로 쌓아올리기 위해 이러한 처리들의 반복이 수반된다. 이에 따라, 리소 클러스터에 도달하는 기판(230)은 새롭게 준비된 기판일 수도 있고, 또는 기판은 이러한 클러스터 또는 완전히 다른 장치에서 이전에 처리된 기판일 수도 있다. 이와 유사하게, 요구되는 처리에 따라서, 장치(226)를 떠나는 기판(232)은 동일한 리소 클러스터 내에서의 후속 패터닝 동작을 위해 반환될 수 있거나, 상이한 클러스터 내에서의 패터닝 동작을 위해 보내질 수 있거나, 다이싱 및 패키징을 위해 보내져야 할 마감된 제품일 수도 있다.
제품 구조체의 각각의 층은 상이한 세트의 프로세스 단계를 요구하고, 각각의 층에서 사용되는 장치(226)는 타입이 완전히 다를 수도 있다. 더 나아가, 장치(226)에 의해 적용될 처리 단계들이 공칭적으로 동일한 경우에도, 큰 설비에서는 상이한 기판들에 단계(226)를 수행하도록 병렬적으로 동작하는, 동일해 보이는 여러 머신들이 존재할 수도 있다. 이러한 머신들 사이에서 셋-업 또는 고장에 있어서 작은 차이가 발생한다는 것은, 다른 기판들이 다른 방식으로 영향받게 된다는 것을 의미할 수 있다. 심지어, 에칭(장치(222))과 같이 각각의 층에 대해 상대적으로 공통인 단계들도, 공칭적으로 동일하지만 병렬적으로 작동하여 쓰루풋을 최대화하는 여러 에칭 장치들에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 실무적으로는, 다른 층들은 에칭될 재료의 세부사항과 예를 들어 이방성 에칭과 같은 특별한 요구 사항에 따라서 다른 에칭 프로세스, 예를 들어 화학적 에칭, 플라즈마 에칭을 요구한다.
선행 및/또는 후속 프로세스는 전술된 것처럼 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이 등의 파라미터가 매우 중요한 일부 층들은 디바이스 제작 프로세스 중에 덜 중요한 다른 층들 보다 더 진보된 리소그래피 툴에서 처리될 수 있다. 그러므로 일부 층들이 액침 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 반면에 다른 층들은 '건식' 툴에서 노광된다. 일부 층들은 DUV 파장에서 동작하는 툴 안에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 사용하여 노광된다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하기 위해 노광 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수납하는 계측 시스템을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)으로 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 계측이 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 수율을 개선하기 위해 스트리핑되고 재작업(rework) 되거나, 또는 폐기되어, 이를 통하여 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 추가적인 처리가 수행되는 것을 피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟부에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부에만 추가적 노광이 수행될 수 있다.
도 1 에는 제조 프로세스의 원하는 스테이지에서 제품의 파라미터를 측정하기 위해 제공되는 계측 장치(240) 또한 도시된다. 현대의 리소그래피 생산 설비 내에 있는 계측 스테이션의 공통적인 예는, 예를 들어 각도-분해 산란계 또는 분광식 산란계인데, 이것은 장치(222)에서의 에칭 이전에 220 에서 현상된 기판의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치(240)를 사용하면, 예를 들어, 오버레이 또는 임계 치수(CD)와 같은 중요한 성능 파라미터가 현상된 레지스트 내의 규정된 정확도 요구 사항을 만족시키지 않는다는 것이 결정될 수 있다. 에칭 단계 이전에, 현상된 레지스트를 벗겨내고 리소 클러스터를 통해 기판(220)을 재처리할 기회가 있다. 장치(240)로부터의 계측 결과(242)는, 시간에 따라 미세하게 조절하는 감독 제어 시스템(SCS) 및/또는 제어 유닛(LACU)(206)에 의해서, 패터닝 동작의 정확한 성능을 유지하여 제품이 사양에 벗어나게 제작되거나 재작업해야 하는 위험을 최소화시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 계측 장치(240) 및/또는 다른 계측 장치(미도시)는 처리된 기판(232, 234), 및 인입하는 기판(230)의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치는 오버레이 또는 CD와 같은 중요한 파라미터를 결정하기 위하여, 처리된 기판 상에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 계측 장치는 기능성 제품 구조체와 동일한 재료 및 치수를 가지는 구조체의 특성을 측정하기 위하여 사용되는데, 기능성 제품 구조체는 리소그래피 노광 이후에 하나 이상의 리소그래피 단계, 에칭 및 다른 프로세스를 사용하여 형성된 바 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 있는 계측 장치로서 사용될 수 있는, 공지된 각도-분해 산란계의 기본적인 요소를 도시한다. 이러한 타입의 계측 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 컨디셔닝된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 시준(collimating)을 사용하는 렌즈 시스템(12a), 컬러 필터(12b), 편광자(12c) 및 애퍼쳐 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝된 방사선은 조명 경로(IP)를 따라가는데, 여기에서 부분 반사면(15)에 의해 반사되고 현미경 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S) 상에 집광된다. 계측 타겟(T)은 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 렌즈(16)는 높은 개구수(NA), 바람직하게는 적어도 0.9 또는 더 바람직하게는 적어도 0.95 의 개구수를 가진다. 원할 경우 1 이 넘는 개구수를 얻기 위해서 액침 유체가 사용될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 하나 이상의 기판 테이블이 측정 중에 기판(W)을 홀딩하기 위해 제공될 수 있다. 측정 광학 시스템에 대하여 기판을 정확히 위치시키도록 개략적 및 미세 위치 설정기가 구성될 수 있다. 예를 들어 관심 타겟의 위치를 얻고 이것을 대물 렌즈(16) 아래의 위치로 데려가기 위해서, 다양한 센서 및 액츄에이터가 제공된다. 통상적으로, 기판(W)에 걸쳐 상이한 위치에서 타겟에 많은 측정이 이루어질 것이다. 기판 지지체는 X 및/또는 Y 방향으로 이동되어 상이한 타겟들을 얻을 수 있고, Z 방향으로 이동되어 타겟 상에서 광학계의 원하는 초점을 얻을 수 있다. 예를 들어 실제로 광학계가 실질적으로 정지된 상태를 유지하고 기판만이 이동하는 경우, 대물 렌즈와 광학계가 기판 상에서 상이한 위치로 이동되고 있는 것처럼 동작을 이해하고 설명하는 것이 편리하다. 다른 장치에서, 한 방향에서의 상대 이동은 기판의 물리적인 이동에 의해 구현되고, 이에 수직한 방향의 상대 이동은 광학 시스템의 물리적인 이동에 의해 구현된다. 기판 및 광학 시스템의 상대적인 위치가 정확하다면, 이들 중 하나 또는 양자 모두 실제로 이동하는지 여부는 원칙적으로 문제되지 않는다.
방사선 빔이 빔 스플리터(16)에 입사되면, 방사선 빔의 일부는 빔 스플리터(부분 반사면(15))를 투과하여 기준 경로(RP)를 따라 기준 미러(14)를 향하게 된다.
임의의 계측 타겟(T)에 의해 회절된 방사선을 포함하는, 기판에 의해 반사된 방사선은 렌즈(16)에 의해 수집되고, 부분 반사면(15)을 통과해서 검출기(19)로 가는 수집 경로(CP)를 따라 간다. 검출기는 후면-투영된 퓨필 평면(P)에 위치될 수 있는데, 이것은 렌즈(16)의 초점 길이(F)에 있다. 실무에서, 퓨필 평면 자체는 접근가능하지 않을 수 있고, 그 대신에 보조 광학기(미도시)를 통해 소위 공액 퓨필 평면(P')에 위치된 검출기 상으로 재결상될 수 있다. 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼 또는 회절 스펙트럼이 측정될 수 있도록 검출기는 2차원 검출기일 수 있다. 퓨필 평면 또는 공액 퓨필 평면에서, 방사선의 반경 방향 위치는 집광된 스폿(S)의 평면에서의 방사선의 입사/출사각을 규정하고, 광축(O) 주위의 각 위치가 방사선의 아지무스 각도를 규정한다. 검출기(19)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수도 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 사용할 수도 있다.
기준 경로(RP)에 있는 방사선은 동일한 검출기(19)의 상이한 부분 상에 투영되거나 또는 이와 달리 상이한 검출기(도시하지 않음) 상으로 투영된다. 레퍼런스 빔은 흔히 예를 들어 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 사용되어, 산란 스펙트럼에서 측정되는 세기 값들이 정규화되게 된다.
조명 시스템(12)의 다양한 컴포넌트들은 동일한 장치 내에서 상이한 계측 '레시피'를 구현하도록 조절가능할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터는 405 - 790 nm 또는 그보다 낮은, 예컨대 200 - 300 nm와 같은 범위의 상이한 관심 파장을 선택하기 위해 간섭 필터들의 세트에 의해 구현될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다. 편광자(12c)는 방사선 스폿(S) 내에 상이한 편광 상태를 구현하기 위해서 회전되거나 교환가능할 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(13)는 상이한 조명 프로파일을 구현하도록 조절될 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(13)는 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면(P) 및 검출기(19)의 평면과 공액인 평면(P") 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 애퍼쳐 디바이스에 의해 규정되는 조명 프로파일이 애퍼쳐 디바이스(13) 상의 상이한 위치를 통과하여 기판에 입사하는 광의 각도 분포를 규정한다.
검출기(19)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란 광의 세기를 측정할 수도 있고, 또는 여러 파장에서의 세기를 별도로 측정할 수도 있으며, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수도 있다. 또한, 검출기는 횡단 자계 편광(transverse magnetic-polarized light) 및 횡단 전계 편광(transverse electric-polarized light)의 세기, 및/또는 횡단 자계 편광과 횡단 전계 편광 사이의 위상차를 별도로 측정할 수도 있다.
도 2 에 개략적으로 도시된 알려진 각도-분해 산란계에서, 계측 타겟(T)은 기판(W) 상에 제공된다. 측정을 위하여, 이러한 타겟은 1-D 격자를 포함할 수 있는데, 이것은 현상 후에 고상의 레지스트 라인(solid resist line)이 되도록 인쇄된다. 또는, 타겟은 2-D 격자일 수도 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)(콘택 홀)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 인쇄 단계 및/또는 다른 산란 측정 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 파라미터의 측정이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 반복 재구성 프로세스에 의해 획득될 수 있다. 타겟은 DRAM 제품 셀의 부분과 같은 더욱 복잡한 구조체를 포함할 수 있다.
재구성에 의해 파라미터를 측정하는 것에 추가하여, 각도 분해 산란측정이 제품 및/또는 레지스트 패턴 내의 피처의 비대칭을 측정하는 데에 유용하다. 비대칭 측정의 특정 응용예는 오버레이의 측정을 위한 것인데, 이러한 경우 타겟은 서로 중첩된 주기적 피처들의 하나의 세트를 포함한다. 도 2 의 기구를 사용하는 비대칭 측정의 개념은 예를 들어 위에 인용된 공개 특허 출원 제 US2006066855A1 에 기술된다. 간단히 말하면, 주기적 타겟의 회절 스펙트럼 내의 고차 회절 차수(1차 이상)의 위치는 타겟의 주기성에 의해서만 결정되는 반면에, 회절 스펙트럼 내의 세기 레벨의 비대칭은 타겟을 이루는 개개의 피처들에 있는 비대칭을 표시한다. 검출기(19)가 이미지 센서일 수 있는 도 2 의 기구에서, 고차 회절 차수에 있는 이러한 비대칭은 검출기(19)에 의해 기록된 퓨필 이미지 내의 비대칭으로서 직접적으로 나타난다. 이러한 비대칭은 유닛(PU) 내에 있는 디지털 이미지 처리에 의해 측정되고, 오버레이의 공지된 값에 대하여 캘리브레이션될 수 있다.
다양한 유형의 산란계에 대한 설명 뿐만 아니라, '회귀 기반' 및 '라이브러리 기반' 기법과 같은 패턴 재구성 프로세스에 대한 구체적인 설명을 US 2012/0123748 A1에서 찾을 수 있을 것이다. 본 문헌은 '회귀 기반' 재구성 프로세스에서의 오차를 회피 및/또는 보정하는 방법의 사용을 설명한다. 이러한 방법은 '라이브러리 기반' 프로세스, 회귀 및 라이브러리 프로세스의 하이브리드, 및 다이렉트 인버전(direct inversion) 기반 프로세스과 같은 다른 재구성 모델에 사용될 수 있다. 제안된 방법은 상이한 재구성 프로세스에 적용될 수 있다.
(예컨대) 산란 측정을 사용한 CD 또는 프로파일 재구성은 기판 상의 구조체의 반사율 측정으로부터 관심 파라미터(예를 들어 CD, 측벽 각, 층 두께, 굴절율)을 분해하고자 한다. 구조체는 특수 설계된 타겟을 스크라이브 레인 또는 더미 영역에 포함하거나, 또는 반복적인 구조체를 디바이스 영역에 직접 포함할 수 있다.
반사율 측정 데이터로부터, 검출된 스펙트럼(또는 "퓨필")을 초래하는 구조체 또는 프로파일이 처리 유닛(PU) 내에서 계산에 의해 재구성될 수 있다. 이 재구성은 일례로 엄격 결합파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 수행될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있고, 일부 매개 변수는 구조체가 제조되는 프로세스에 대한 지식으로부터 추정되어, 구조체의 소수의 파라미터만이 산란 계측 데이터로부터 결정되도록 남게 된다. 간단히 말하면, 재구성 프로세스는 모델화된 구조체의 스펙트럼 또는 퓨필 응답(pupil response)을 시뮬레이션하고 이를 실제 측정된 스펙트럼과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 시뮬레이션된 및 측정된 스펙트럼이 완전한 일치를 이루지 않는 것을 가정하면, 모델의 하나 이상의 파라미터의 값이 변경되고 스펙트럼 반응이 다시 시뮬레이션될 것이다. 이는 시뮬레이션된 및 측정된 스펙트럼 사이의 불일치가 최소화될 때까지 반복된다.
CD 또는 프로파일 재구성은 공칭 스택 기하 구조 및 광학 재료가 잘 알려져 있을 것이 요구되고, 공칭으로부터의 작은 편차는 근사 프로세스(fitting process)에서 재구성될 수 있다는 점을 기초로 한다. 이 프로세스에서, 측정 데이터는 측정 센서 (알려진/모델링된) 특성과 조합하여 파라미터 편차의 함수로 전자파의 반사 방정식(맥스웰 방정식)의 수치해법을 기초로 한 시뮬레이션에 의해 근사된다.
시뮬레이션된 스펙트럼 및 측정된 스펙트럼 사이의 가장 가까운 매칭이라는 결과를 나타내는 모델링된 파라미터 값(예를 들어, 기하 구조 및/또는 광학 재료 파라미터)은 관심 파라미터(예컨대, CD, SWA)의 실제 값을 가지는 것으로 간주된다. 그러나, 모델의 일부 파라미터는 고정되고 (예를 들어, 광학 재료 파라미터), 다른 파라미터는 모델의 일부가 전혀 아니지만, 측정에 이에 따라 회절 패턴에 영향을 미칠 것이다. 이들은 예를 들어, X 및/또는 Y 방향에서 (측정 스폿에 대한) 타겟 위치(여기서 X 및 Y는 도 2에 도시된 바와 같은 타겟의 평면에 있다), 측정 포커스(예를 들어, 도 2에 도시된 Z 방향에서 타겟 위치), 사용된 센서, 및 측정 방사선 파장/대역폭을 포함할 수 있다.
시뮬레이션된 스펙트럼과 측정된 스펙트럼을 비교하는 경우, 잔여 세기(residual 세기)(측정된 및 모델링된 세기 사이의 차이)는, 검출기(예를 들어 검출기(19)) CCD 암전류(dark current) 및 산탄 잡음(shot noise)를 모델링하는 (예를 들어, 대각의) 공분산 매트릭스
Figure pct00001
에 의해 주어지는, 영의 평균값을 가지는 정규 분포 및 분산을 가지는 것으로 가정된다. 이로써 검출기 노이즈에 대비하여 열악한 신호-대-잡음 비(SNR)를 가지는 픽셀이 양호한 SNR을 가지는 픽셀에 대비하여 가중치가 낮아지는 것을 확보할 수 있다.
점점 더 작은 타겟(40μm 정사각형으로부터 중간치수를 거쳐 4.5μm 정사각형으로)을 측정하는 방향으로의 경향이 있다. 이에 의하여 주변 환경으로부터의 방해 신호(nuisance signal)가 측정된 퓨필에 끼치는 영향의 증가를 초래하는데, 이는 재구성을 위해 사용되는 순방향 모델에 의해 시뮬레이션 되지 않으며 따라서 관심 파라미터(예를 들어, CD)의 측정을 방해할 수 있다. 특히, 관심 파라미터에 대한 포지셔닝 오차의 영향은 더 작은 타겟에 대하여 더욱 중요하게 된다.
따라서, 재구성 기반의 측정을 수행하는 것이 제안되는데, 관심 파라미터가 상수로 유지되면서 (예를 들어, 동일한 물리적인 타겟 구조체에 대하여 반복된 측정이 이루어진다), 측정 조건을 변화시키면서 타겟에 대하여 반복된 측정을 행하는 것이다 (예를 들어, 위에서 언급된 것들과 같은 측정 파라미터가 의도적으로 변경되거나 측정 시퀀스의 일부가 반복된다). 측정 파라미터는 견고함이 요구되는 (즉, 그 영향이 최소화되어야 하는) 파라미터가 될 것이다. 이러한 방법은, 측정된 및 모델링된 신호 사이의 잔여치(일례로 각각의 조명 각에 대한 잔여 세기, 또는 각각의 파장에 대한 잔여 타원 분광기 신호)가 최소화되는 재구성 방법을 사용하는 여하한 측정 툴에 적용될 수 있다. 타겟의 다중 측정을 사용하여, 보정이 결정되어 측정 조건의 영향을 완화하기 위한 최소화에 사용될 수 있다.
일 실시예로서, 보정은 잔여분에서의 각 콤포넌트(예를 들어, 픽셀)에 가중치를 부과하는 가중 함수 또는 가중 매트릭스(예를 들어, 공분산 매트릭스)를 포함할 수 있다. 이 가중 매트릭스는 예를 들어 공분산 매트릭스
Figure pct00002
를 사용하여 검출기 노이즈 모델에 대하여 부과되는 가중치에 추가적인 것일 수 있다. 이러한 실시예에서, 공분산 매트릭스
Figure pct00003
는 아래의 새로운 공분산 매트릭스
Figure pct00004
로 대체될 수 있다.
Figure pct00005
여기서 가중 매트릭스
Figure pct00006
는 변화되는 측정 조건 하에서 타겟마다 다중 측정으로부터 결정된다. 다른 실시예에서, 가중 매트릭스
Figure pct00007
는 공분산 매트릭스
Figure pct00008
없이 단독으로 보정으로 사용될 것이다.
강건함이 요구되는 측정 조건 또는 파라미터는 예를 들어 아래 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
1. (웨이퍼 정렬 강건함을 위하여) X 및/또는 Y에서의 위치 - 타겟의 다중 측정 각각은 타겟 중심 (또는 다른 포인트)에 대한 측정 스폿의 상이한 변위로 수행될 수 있다; 일례로 단일 타겟에 대한 XY-매트릭스 스캔.
2. (포커스 강건함을 위하여) 포커스 - 타겟의 다중 측정 각각은 상이한 포커스 레벨에서 수행될 수 있다; 일례로 단일 타겟에 대하여 Z-스캔 (여기서, 타겟은 다중 높이 레벨에서 측정된다).
3. (툴 매칭 강건함을 위하여) 검출기/계측 장치 - 타겟의 다중 측정 각각은 상이한 센서 및/또는 계측 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
4. (동적 재생성(dynamic repro) 견고함을 위하여) 기판 언로딩 및 리로딩 - 타겟의 측정은 기판 언로딩 및 리로딩 동작 전과 후에, 즉, 동일한 기판이 계측 장치로부터 언로드 되고 난 다음 리로드 되는 경우, 동일한 타겟 상에서 수행될 수 있다.
5. (측정 방사선 강건함을 위하여) 측정 방사선 파라미터 - 타겟의 다중 측정 각각은, 측정 방사선의 하나 이상의 파라미터, 예컨대, 파장, 파장 대역, 빔 입사각 및/또는 대역폭이 변화되면서 동일한 타겟 상에서 수행될 수 있다.
일 실시예로서, 예를 들어 둘 이상의 가중 매트릭스를 더함으로써, 다중 측정 조건으로부터의 이러한 데이터를 조합하는 것이 제안되며, 여기서 각각의 가중 매트릭스는 동일한 타겟의 그러나 다른 측정 조건은 변동되는 다중 측정에 대하여 얻어진다(이 경우 독립적인 변동을 조합하는데 주의가 요구된다). 예를 들어, X/Y의 상이한 위치에서 타겟의 다중 측정으로부터 얻어지는 정렬 위치 (X/Y) 가중 매트릭스는 Z의 상이한 위치에서 동일한 타겟의 다중 측정으로부터 얻어지는 포커스 (Z-위치) 가중 매트릭스에 (그리고 가능하게는, 각각이 다른 변화되는 측정 조건에 대응되는 하나 이상의 다른 가중 매트릭스에) 더해질 수 있다.
다른 실시예는, 관심 파라미터 변동은 측정 조건 변동에 커플링될 수 있으므로, 다중 타겟의 측정으로부터의 상이한 공분산 매트릭스(각각은 동일한 측정 파라미터의 변동에 대응됨)를 평균하는 것을 포함할 수 있다. 다중 타겟은 모두 유사할 수 있다; 즉, 동일한 응용예(동일한 디자인/패턴)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 타겟의 측정은 한 측정 파라미터의 변동(예를 들어, 상이한 정렬)에 관한 다중 측정 조건 하에서 수행될 수 있고, 제2 (유사한) 타겟의 측정은 동일한 측정 파라미터의 변동(예를 들어, 상이한 정렬)에 관한 다중 측정 조건 하에서 수행될 수 있다. 그런 다음 제1 및 제2 타겟으로부터의 결과적인 매트릭스는 평균화될 수 있다.
앞선 두 문단의 실시예는 조합될 수 있다, 즉, 제1 측정 파라미터가 변동되면서 다중 타겟으로부터 얻어지는 평균화된 가중 매트릭스는 제2 측정 파라미터가 변동되면서(예를 들어, 동일한) 다중 타겟으로부터 얻어지는 평균화된 가중 매트릭스에 더해질 수 있다.
가중 매트릭스
Figure pct00009
를 계산하는 여러 가지 방법이 있다.
Figure pct00010
가 (측정 조건이 변화되는)
Figure pct00011
회의 측정으로부터 동일한 타겟의 측정 신호(예를 들어, 측정된 퓨필 세기 또는 측정 스펙트럼의 벡터)인 예를 고려하면, 제1 방법은,
Figure pct00012
회의 측정에 걸쳐 더 크게 변화하는 콤포넌트(예컨대, 픽셀)에, 예를 들어 측정 파라미터에 가장 큰 의존도를 보이는 픽셀에, 재구성 중에 더 작은 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 이들 픽셀은 재구성된 프로파일 파라미터에 더 작은 영향을 가지게 될 것이다. 더욱 구체적인 실시예에서, 가중 매트릭스는 모든(N) 측정에 걸쳐 i번째 픽셀의 분산을 기술하는 대각 (분산) 매트릭스일 수 있다.
Figure pct00013
수학식 2의 예는 상이한 픽셀들 사이의 어떠한 의존성도 포착하고 있지 않으며, 이는 중요할 수도 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 전체 공분산 매트릭스
Figure pct00014
는 아래와 같이 계산된다.
Figure pct00015
여기서,
Figure pct00016
는 N 측정에 대한 평균 세기이며, 아래와 같이 규정될 수 있다.
Figure pct00017
이러한 공분산 매트릭스는 측정 조건 변동에 따른 상이한 픽셀의 커플링을 억제하고, 따라서, 각각의 픽셀의 개별의 분산 및 픽셀들의 서로 상이한 쌍들 사이의 공통의 변동을 모두 억제한다.
측정된 퓨필에서 별견되는 모든 변동이 똑같이 일어날 가능성이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 매우 큰 위치 오차는 작은 위치 오차보다 발생될 가능성이 작다. 따라서, 수학식 3의 예 상의 변동에서, 상이한 측정은 측정 파라미터가 측정에 대응되는 특정한 값을 가질 가능성을 반영하는 가중치 팩터
Figure pct00018
(여기서,
Figure pct00019
및
Figure pct00020
임)에 의해 가중될 수 있다. 예를 들어, 측정 파라미터가 위치를 포함하는 경우, 가중치 팩터
Figure pct00021
에 대한 (상이한 위치 오차에 대한) 값은 (예컨대) 포지셔닝 정확도에 대한 센서 모집단 데이터로부터 얻어질 수 있다. 이 실시예에서,
Figure pct00022
은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00023
다른 실시예에서, 특히 측정
Figure pct00024
의 수가 측정된 세기의 수, 즉, 벡터
Figure pct00025
의 차원수(dimensionality)보다 작은 경우, 공분산 매트릭스 더욱 진보되고 안정적인 추정은 적당한 추정기를 사용하여 얻어질 수 있다. 이 추정기는, 예를 들어, 다음 중 하나를 포함할 수 있다:
수축 공분산 추정기(shrinkage covariance estimator) - 수학식 4의 볼록 선형 조합(convex linear combination) 및 다른 매트릭스가 취해지고, 나머지 매트릭스는, 예를 들어, Schaefer and Strimmer의 논문 "A Shrinkage Approach to Large-Scale Covariance Matrix Estimation and Implications for Functional Genomics", Statistical applications in Genetics and Molecular Biology Volume 4, Issue 1, Article 32 의 표 2에 나열된 것들 중 하나일 수 있으며, 이 논문은 http://strimmerlab.org/publications/journals/shrinkcov2005.pdf에서 발견될 수 있고 그 전체 내용이 원용되어 본 명세서에 포함된다;
밴딩 추정기(banding estimator) - 수학식 4에 의해 기술된 매트릭스는 대각 주위의 적절히 선택된 밴드를 벗어난 모든 항목이 0으로 설정됨; 또는
테이퍼링 추정기(tapering estimator) - 수학식 4에 의해 기술된 매트릭스는 매트릭스 항목의 매트릭스 대각
Figure pct00026
까지의 거리의 함수에 의하여 감쇠되는 항목
Figure pct00027
을 가진다; 예를 들어, 대각까지의 거리가 증가함에 따라 1로부터 0까지 선형적으로 감쇠하는 조각마다 선형 테이퍼링 함수(piecewise linear tapering function).
공분산 매트릭스는 응용예마다 (즉, per 상이한 구조체/디자인/패턴마다) 측정될 수 있다. 퓨필내의 관심 파라미터 및 측정 파라미터 사이의 커플링에 의존하는 응용예가 있다; 상이한 구조체는 조명 및 예를 들어, 포지셔닝 오차 검출에서의 변동에 다르게 커플링할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실무적으로, 공분산 매트릭스(보정)은 캘리브레이션 단계에서 결정될 수 있다. 캘리브레이션 단계는, 예컨대 XY-변위 (또는 다른 파라미터 변동) 하에서 타겟의 측정, 연관된 신호(각도에 의존하는 세기)의 측정, 및 그런 다음 XY-변위 하에서 이들 세기의 변동으로부터 공분산 매트릭스의 결정을 포함할 수 있다. 보정을 적용하는 것은 추후 스테이지에서 측정 중에 온-더-플라이로(on the fly) 이 결정된 공분산 매트릭스의 역을 측정된 세기와 모델링된 세기 사이의 차이에 적용하는 것을 포함할 수 있다.
도 3은 파라미터화된 모델 및 산란계와 같은 검사 장치를 사용하여 검출되는 회절 패턴 (회절 스펙트럼 또는 퓨필)를 사용하여 타겟의 재구성을 위한 '회귀 기반' 프로세스를 도시한다. 이 종류의 재구성 프로세스에서, 타겟 형상의 제1 추정(제1 후보 구조체)를 기초로 회절 패턴이 계산되고, 이는 측정된 회절 패턴과 비교된다. 계산은 모델에 의해 기술되는 방사선과 구조체 사이의 상호작용을 시뮬레이션한다. 그러면 모델의 파라미터는 체계적으로 변경되고 회절 패턴이 일련의 반복 과정에서 재계산되어, 새로운 후보 구조체를 생성하고, 따라서 최선의 근사(fit)에 도달하게 된다. 이러한 설명을 위해서 타겟은, 예를 들어 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이, 한 방향으로 주기적인 구조라고 가정될 것이다. 실제로는 타겟이 두 방향(또는 그 이상의 방향)으로 주기적일 수 있고, 그에 따라 프로세싱이 조정될 수 있다. 회절 패턴은, 예를 들면 도 2의 산란계에서 센서(19)에 의해 검출되는 2-D 퓨필 이미지일 수 있다.
도입부 및 청구범위의 용어에 있어서, 산란계에 의해 측정된 회절 패턴은 검출된 신호의 일례이다. 파라미터화된 모델을 사용하여 계산되는 회절 패턴은 모델 신호의 일례이다. 방법의 세부적인 단계는 다음과 같다:
302: 다수의 파라미터 P i (P 1 , P 2 , P 3 등)에 관하여 타겟 구조체의 파라미터화된 모델을 규정하는 '재구성 모델'이 구축된다. 이러한 파라미터는, 예를 들어 1-D 주기적 구조체에서, 측벽의 각도, 피처의 높이 또는 깊이, 피처의 폭을 표현할 수 있다. 타겟 및 그 하부 층의 재료 특성들도 굴절률(산란계 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에서의 굴절률)과 같은 파라미터에 의하여 표현된다. 중요하게도, 타겟 구조체는 그 형상 및 재료 특성을 기술하는 수십 개의 파라미터에 의해 규정될 수 있지만, 재구성 모델은 이들 중 많은 파라미터들이 고정 값을 갖도록 규정할 것이고, 다른 파라미터들은 이후의 프로세스 단계의 목적을 위하여 가변 또는 '유동' 파라미터가 될 것이다. 종래의 미국 특허 공개본 US 2012/0123748 A1에서는, 고정 파라미터와 유동 파라미터 사이에서 선택이 이루어지는 프로세스를 기술한다. 이러한 선택들의 집합은 재구성 프로세스를 위한 '레시피'라 지칭될 수 있고, 다양한 레시피가 시도될 수 있다. 예를 들어, 앞선 특허 공개 문헌은 파라미터가 전적으로 독립적인 유동 파라미터이지 않고 그 변화가 허용될 수 있는 방식을 도입한다. 본 발명을 구현하는데 이러한 기법이 채용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도 3를 설명하기 위한 목적으로, 단지 유동 파라미터만이 파라미터 P i 로 고려된다.
303: 유동 파라미터에 대해 초기 값 P i (0) (즉, P 1 (0) , P 2 (0) , P 3 (0) 등)을 설정함으로써 모델 타겟 형상이 추정된다. 각각의 유동 파라미터는 레시피에서 규정되는 바와 같이 미리 정해진 범위 내에서 생성될 수 있다.
304: 일례로 산란계를 사용하여, 기판 상의 실제 타겟의 회절 패턴이 수회 측정되는데, 모든 파라미터 P i 가 변경되지 않도록, 이들 측정 각각은 (타겟보다는) 측정에 관련된 측정 조건(예를 들어, 측정 파라미터)의 상이한 변동으로 수행된다. 측정된 회절 패턴은 컴퓨터 등의 계산 시스템으로 전달된다. 특히, 측정 파라미터는 측정 스폿에 관련된 타겟 위치일 수 있고(이 경우, 상이한 측정들은 X 및/또는 Y의 상이한 위치들에서 동일한 타겟에 대한 측정일 것이다), 포커스일 수 있으며(이 경우, 상이한 측정은 상이한 포커스 레벨 또는 Z의 위치에서 동일한 타겟에 관련될 것이다), 재현성일 수 있고(이 경우, 상이한 측정은 언로딩 및 로딩 동작의 전과 후에 동일한 타겟에 관련될 것이다), 검출기 장치일 수 있으며(이 경우, 상이한 측정은 상이한 검출기 또는 계측 장치를 사용하여 측정되는 동일한 타겟에 관련될 것이다), 또는 파장 또는 대역폭과 같은 측정 방사선 파라미터일 수 있다(이 경우, 상이한 측정은 측정 방사선의 상이한 파장 또는 대역폭으로 수행되는 동일한 타겟에 관련될 것이다). 특히, 측정 파라미터는 측정 스폿에 대한 목표 위치(이 경우 상이한 측정치는 X 및/또는 Y의 상이한 위치에서 동일한 타겟), 포커스(이 경우 상이한 측정치는 재현성(이 경우, 언로드 및 로딩 작업 전후에 동일한 측정 대상이될 것임), 검출기 장치(이 경우 서로 다른 측정 값은 동일한 목표물이됩니다 다른 검출기 또는 계측 장치를 사용하여 측정 된) 또는 파장 또는 대역폭과 같은 측정 방사선 파라미터(이 경우, 상이한 측정은 상이한 파장 또는 측정 방사선의 대역폭으로 수행되는 동일한 타겟 일 것이다). 계산 시스템은 위에서 언급한 처리 유닛(PU)일 수 있거나, 또는 별도의 장치일 수도 있다.
305: 단계 304에서 수행되는 측정에 걸쳐 변화되는 측정 파라미터의 영향을 완화하는 보정이 계산된다. 이 보정은 각각의 픽셀에 대하여 검출된 픽셀 세기에 걸쳐 분산을 기술하는 분산/공분산 매트릭스 등의 가중 매트릭스
Figure pct00028
를 포함할 수 있다. 분산/공분산 매트릭스는 수학식 2, 3, 또는 4 중 어느 것에 따라서도 계산될 수 있다. 분산/공분산 매트릭스는 여기에 기술된 여하한 변동 또한 포함할 수 있다; 예를 들어, 추정기가 사용될 수 있으며, 또는 가중 매트릭스는 변화되는 상이한 측정 조건으로 얻어지는 상이한 가중 매트릭스의 합이거나, 및/또는 상이한 타겟에 대하여 평균되어질 수 있다. 보정은 수학식 1의 공분산 매트릭스
Figure pct00029
를 포함할 수 있고, 검출기 모델을 기초로 한 가중치를 또한 포함할 수 있다.
306: 모델링된 타겟의 상이한 요소의 재료 특성과 함께, 타겟의 추정된 형상을 나타내는 파라미터가 이용되어 산란 반응을 계산하게 된다. 이는 일례로 RCWA와 같은 엄격한 광학 회절 방법 또는 맥스웰 방정식의 여하한 솔버(solver)를 사용하여 이루어질 수 있다. 이는 추정된 타겟 형상에 대해 모델 회절 패턴을 제공한다.
308, 310: 그 다음으로, 측정된 회절 패턴과 모델 회절 패턴이 비교되고 이들 간의 유사성 및 차이가 모델 타겟 형상에 대한 "메리트 함수"를 계산하는데 이용된다. 여기에 기술된 독창적인 방법에서, 단계 305에서 계산되는 보정은 측정 조건의 변동의 영향을 줄이기 위하여 메리트 함수를 계산하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 메리트 함수의 최소화의 매 반복(iteration)에 보정이 적용된다. 예를 들어, 매 반복(iteration)에서 보정은 측정된 회절 패턴과 모델 회절 패턴 사이의 계산된 잔여치에 적용될 수 있고, 이 잔여치는 메리트 함수에 사용된다.
312: 모델이 실제 타겟 형상을 정확히 나타내기 전에 개선되어야 할 필요가 있는 것으로 메리트 함수가 나타낸다고 가정하면, 새로운 파라미터 P 1 (1) , P 2 (1) , P 3 (1) 등이 추정되고 단계 306으로 반복하여 피드백된다. 측정된 타겟을 최적으로 기술하는 파라미터 값의 세트를 탐색하기 위해 단계 306 내지 312가 반복된다. 이러한 탐색을 보조하기 위해, 단계 306의 계산이 추가로 메리트 함수의 편도함수를 생성할 수 있는데, 이는 파라미터 공간 내의 이러한 특정 영역에서 파라미터의 증감이 메리트 함수를 증감시키게 되는 감도(sensitivity)를 나타낸다. 메리트 함수의 계산과 도함수의 이용은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않을 것이다.
314: 요구되는 정확도로 이 반복 프로세스가 솔루션에 수렴한 것으로 메리트 함수가 나타내는 경우, 현재 추정된 파라미터가 실제 타겟 구조체의 측정치로서 보고된다.
상기 프로세스의 단계들은 설명의 목적을 위해 특정 순서로 제시되었다. 이러한 단계들은 기술된 순서로 수행될 필요가 없다. 예를 들어, 단계 302 및/또는 303은 단계 304에서 측정이 이루어진 후에 수행될 수 있다. 이러한 반복 프로세스의 계산 시간은 주로, 이용되는 포워드 회절 모델에 의해, 즉 추정된 타겟 구조체로부터 엄격한 광학 회절 이론을 이용하여 추정된 모델 회절 패턴의 계산에 의해 결정된다. 보다 많은 유동 파라미터가 요구되는 경우, 더 많은 자유도가 있게 된다. 계산 시간은 자유도의 수에 따라 증가한다. 단계 306에서 계산된, 추정된 또는 모델 회절 패턴은 다양한 형태로 표현될 수 있다. 예를 들어, 모델이 검사중인 타겟의 산란 거동뿐만 아니라 조명 소스(11)로부터 검출기(19)로의 장치의 광학적 거동을 포함하는 경우, 모델링된 회절 스펙트럼은 도 2의 산란계 장치에 의해 측정되는 회절 스펙트럼과 쉽게 비교될 수 있다. 이는 각각의 기판 상에서 수많은 타겟이 측정되어야 하는 경우 중요한 고려사항이 된다.
도 3에 관한 이러한 설명과 이후의 내용에서, '회절 패턴'이라는 용어는, 앞서 언급한 종래 특허 문헌 US 2012/0123748 A1과 도 2의 예시적인 장치에서 기술한 바와 같이, 각도 분해 산란계가 이용된다는 가정 하에 검출된 신호의 일례로서 사용될 것이다. 통상의 기술자라면 본 개시내용을 다양한 유형의 산란계에, 타원 분광기, 광학 프로파일 측정 시스템, 또는 다른 유형의 측정 기구에, 그리고 예컨대 스펙트럼 분해되는 회절 패턴에 손쉽게 적용할 수 있을 것이다.
요약하자면, 도 3의 프로세스는 산란 측정 측정 신호로부터 타겟 구조체의 파라미터를 추론하기 위해 모델 근사 접근법(model fit approach)을 이용한다. 유동 파라미터는 내부적으로 모델에만 관련되는 것일 수도 있거나, 시스템 사용자가 측정 및 재구성 프로세스를 통해 결정하기를 원하는 진정한 관심 파라미터(parameters of interest)일 수도 있다. 개념이 원리적으로는 간단하지만, 실제로는 재구성 모델을 설계하는 것은 어렵다. 모델은 정확도에 최적화되어야 하며, 이러한 정확도는 예컨대 제곱평균제곱근 오차(RMSE)에 의해 규정될 수 있고, 잡음 민감성(재현성)과 바이어스(계통 오차)로 분해될 수 있다. 모델 최적화는 또한 노이즈의 영향, 교정 오차, 모델 근사화(model approximation) 및 기타 다른 파라미터의 변화에 민감하게 반응하지 않으면서도, 관심 파라미터의 실제 변화에 대해 최적의 측정 응답을 달성하여야 한다. 마지막으로, 모델 실행시간이 최소화되어야 한다.
위의 기법은 또한, 스팟 포지셔닝, 포커스, 계측 도구 (매칭), 측정 방사선, 및 웨이퍼 로딩/언로딩에 따른 재현성을 포함하는 측정 컨텍스트 변동에 강건한 CD (또는 다른) 측정을 하는데 사용될 수 있다. 또한 기술된 기법은 예를 들어 오버레이 측정과 같은 모델 근사를 이용하는 다른 측정에 사용될 수 있다. 이 기법은, 리소그래피 장치의 정렬 센서로 수행되는 관통-파장 측정 등, 다른 계측 도구 및 측정에 적용될 수 있다.
비록 물리적 레티클의 형태로 패터닝 디바이스가 설명되었지만, 이 명세서에서 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 일례로 프로그램 가능한 패터닝 디바이스와 함께 사용되도록 디지털 형태로 패턴을 포함하는 데이터 제품을 포함한다.
위에서는 광 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것을 구체적으로 언급하였을 수도 있지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용예에도 이용될 수 있으며, 문맥이 허용하는 곳에서는 광 리소그래피로 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 디바이스에서의 토포그래피가 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트로부터 떨어지도록 분리되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.
본 발명에 따른 다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 기술된다.
1. 기판 상의 구조체에 관한 관심 파라미터를 측정하는 방법으로서,
1) 복수의 측정 신호로부터 측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 결정하는 단계 - 상기 측정 신호 각각은 상기 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 상기 구조체의 상이한 측정으로부터 비롯됨; 및
2) 상기 측정 조건의 변동이 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 미치는 영향을 억제하기 위하여, 상기 보정을 사용하여 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
2. 제1 절에 있어서, 3) 상기 재구성을 기초로 하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고하는 단계;를 더 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
3. 제1 절 또는 제2 절에 있어서, 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하는 단계는,
a) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 정의하는 단계;
b) 상기 수학적 모델을 사용하여 모델 신호를 계산하는 단계;
c) 상기 모델 신호와 상기 구조체의 측정에서 비롯되는 측정 신호의 매칭의 정도를 결정하는 단계로서, 상기 보정을 사용하여, 상기 모델 신호에 충분히 표현되지 아니한 상기 측정 조건의 변동이 상기 매칭의 정도에 미치는 영향을 억제하면서 상기 매칭의 정도를 결정하는 단계; 및
d) 충분히 높은 정도의 매칭을 제공하는 상기 복수의 파라미터에 대한 파라미터 값의 세트를 결정하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
4. 제3 절에 있어서, 단계 b) 내지 d)는, 측정 신호와 모델 신호 사이의 차이를 최소화하기 위한 상기 복수의 파라미터의 하나 이상의 값을 변화시키면서, 상기 최소화의 각각의 반복에 상기 보정을 적용하여, 반복적으로 수행되는 관심 파라미터의 측정 방법.
5. 제4 절에 있어서, 단계 c) 및 d)는 파라미터 값의 세트를 결정하기 위하여 측정 신호와 모델 신호 사이의 불일치를 최소화하기 위한 다이렉트 인버전(direct inversion)을 수행하는 것을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
6. 제4 절에 있어서, 단계 b)는 후보 모델 신호의 라이브러리를 계산하기 위하여 파라미터 값의 복수의 상이한 세트에 대하여 미리 수행되고, 단계 c) 및 d)는 상기 매칭의 정도가 충분히 높을 때까지 측정 신호와 상기 후보 모델 신호 사이의 매칭의 정도를 결정하는 것을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
7. 제3 절 내지 제6 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 보정은 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 포함하되 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 단계 c)에서 결정되는 검출된 신호와 모델 신호 사이의 매칭의 정도가 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스에 의해 규정되는 신호들의 상이한 콤포넌트들에 의존하도록 동작 가능한 것인, 관심 파라미터의 측정 방법.
8. 제7 절에 있어서, 단계 c)는 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 측정된 신호와 모델 신호 사이의 차이에 적용하는 것을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
9. 제7 절 또는 제8 절에 있어서, 상기 검출된 신호는 각도-분해된 산란 측정에 의하여 구해지는 이차원 회절 패턴이고, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는 상기 회절 패턴에서 일부 콤포넌트에 대하여 매칭의 정도를 계산하기 위한 다른 콤포넌트보다 낮은 가중치를 규정하는 관심 파라미터의 측정 방법.
10. 제7 절 또는 제8 절에 있어서, 상기 검출된 신호는 반사 측정법 또는 타원 편광 반사법에 의해 구해지는 이차원 스펙트럼 분해 회절 패턴이고, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는 상기 회절 패턴에서 일부 콤포넌트에 대하여 매칭의 정도를 계산하기 위한 다른 콤포넌트보다 낮은 가중치를 규정하는 관심 파라미터의 측정 방법.
11. 제9 절 또는 제10 절에 있어서, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 복수의 측정 신호의 콤포넌트별 분산을 기술하고, 상기 복수의 측정 신호에 걸쳐 가장 큰 분산을 보이는 콤포넌트에 더 작은 가중치를 부과하는 매트릭스를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
12. 제9 절 또는 제10 절에 있어서, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 복수의 측정 신호의 콤포넌트별 분산 및 상기 복수의 측정 신호 콤포넌트의 각각의 쌍 사이의 공분산을 기술하고, 상기 복수의 측정 신호에 걸쳐 가장 큰 분산을 보이는 콤포넌트 및/또는 가장 큰 크기의 공분산을 보이는 콤포넌트 쌍에 일반적으로 더 작은 가중치를 부과하는 매트릭스를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
13. 제7 절 내지 제12 절 중 어느 한 절에 있어서, 가중 함수 또는 가중 매트릭스는 측정 신호를 검출하기 위해 사용되는 검출기 상의 노이즈를 보상하는 검출기 노이즈 가중 함수 또는 가중 매트릭스와 조합되는 관심 파라미터의 측정 방법.
14. 제7 절 내지 제13 절 중 어느 한 절에 있어서,
복수의 측정 조건이 변화된 가중 매트릭스-각각이 상기 측정 조건의 상이한 것에 관련됨-를 구하기 위하여 복수의 상이한 측정 조건에 대하여 단계 1) 내지 2)를 수행하는 단계; 및
상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 구하기 위하여 상기 복수의 측정 조건이 변화된 가중 매트릭스를 조합하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
15. 제7 절 내지 제14 절 중 어느 한 절에 있어서,
복수의 구조체가 변화된 가중 매트릭스-각각이 상기 구조체의 상이한 것에 관련됨-를 구하기 위하여 복수의 상이하지만 동등한 구조체에 대하여 단계 1) 내지 2)를 수행하는 단계;
상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 구하기 위하여 상기 복수의 구조체가 변화된 가중 매트릭스를 평균하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
16. 앞의 절 중 하나에 따른 방법으로서, 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은 측정 파라미터 가 변화되면서 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
17. 제16 절에 있어서, 측정 파라미터는 기판의 평면에서 구조체에 대한 측정 스폿의 위치를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
18. 제16 절에 있어서, 측정 파라미터는 구조체 상의 측정 스폿의 포커스를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
19. 제16 절에 있어서, 측정 파라미터는 측정을 수행하는데 사용되는 측정 방사선의 파라미터를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
20. 제19 절에 있어서, 측정 파라미터는 측정 방사선의 파장 또는 파장들인 관심 파라미터의 측정 방법.
21. 제19 절에 있어서, 측정 파라미터는 측정 방사선의 대역폭인 관심 파라미터의 측정 방법.
22. 제19 절에 있어서, 측정 파라미터는 측정 빔의 입사각인 관심 파라미터의 측정 방법.
23. 제1 절 내지 제15 절 중 어느 한 절에 있어서, 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은 상이한 계측 장치 상에서 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
24. 제1 절 내지 제15 절 중 어느 한 절에 있어서, 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은 기판이 언로딩되고 리로딩 되는 언로딩 및 리로딩 단계의 전과 후에 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
25. 앞의 절 중 하나에 따른 방법으로서, 상기 보정은 상기 보정을 결정하는 단계에서 상기 복수의 측정 신호로부터의 각각의 측정 신호에 가중치를 부과하는 가중치 팩터를 포함하고, 상기 가중치는 해당 측정 신호에 대응되는 측정 조건의 특정한 변동의 상대적인 가능성(likelihood)을 기초로 하는 관심 파라미터의 측정 방법.
26. 앞의 절 중 하나에 따른 방법으로서, 관심 파라미터는 상기 구조체의 물리적 크기인 관심 파라미터의 측정 방법.
27. 제1 절 내지 제25 절 중 어느 한 절에 있어서, 관심 파라미터는 오버레이인 관심 파라미터의 측정 방법.
28. 제1 절 내지 제27 절 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.
29. 계측 장치로서,
구조체가 형성된 기판을 위한 지지체;
상기 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 측정 조건의 복수의 상이한 변동에 대하여 상기 구조체에 의해 산란되는 산란 방사선을 집광하는 광학 시스템;
측정 조건의 각각의 변동에 대하여 상기 산란선으로부터 측정 신호를 검출하는 검출기; 및
측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 상기 검출된 측정 신호로부터 결정하도록 구성되는 프로세서;를 포함하는 계측 장치.
30. 제29 절에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 보정을 사용하여 상기 측정 조건의 변동이 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 미치는 영향을 억제하면서 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하고; 상기 재구성을 기초로 하여 상기 구조체의 관심 파라미터의 측정치를 보고;하도록 더욱 동작 가능한 계측 장치.
31. 제30 절에 있어서, 관심 파라미터는 상기 구조체의 물리적 크기인 계측 장치.
32. 제30 절에 있어서, 관심 파라미터는 오버레이인 계측 장치.
33. 제30 절 내지 제32 절에 있어서, 상기 프로세서는:
a) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 규정하고;
b) 상기 수학적 모델을 사용하여 모델 신호를 계산하며;
c) 상기 모델 신호와 상기 구조체의 측정에서 비롯되는 측정 신호의 매칭의 정도를 결정하되, 상기 보정을 사용하여, 상기 모델 신호에 충분히 표현되지 아니한 상기 측정 조건의 변동이 상기 매칭의 정도에 미치는 영향을 억제하면서 상기 매칭의 정도를 결정하고;
d) 충분히 높은 정도의 매칭을 제공하는 상기 복수의 파라미터에 대한 파라미터 값의 세트를 결정;하도록 더욱 동작 가능한 계측 장치.
34. 제33 절에 있어서, 측정 신호와 모델 신호 사이의 차이를 최소화하기 위한 상기 복수의 파라미터의 하나 이상의 값을 변화시키면서, 상기 최소화의 각각의 반복에 상기 보정을 적용하여, 반복적으로 모델 신호를 계산하고 매칭의 정도를 결정하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
35. 제33 절에 있어서, 파라미터 값의 세트를 결정하기 위하여 측정 신호와 모델 신호 사이의 불일치를 최소화하기 위한 다이렉트 인버전(direct inversion)을 수행하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
36. 제33 절에 있어서, 후보 모델 신호의 라이브러리를 구하고, 상기 매칭의 정도가 충분히 높을 때까지 측정 신호와 상기 후보 모델 신호 사이의 매칭의 정도를 결정하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
37. 제33 절 내지 제36 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 보정은 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 포함하되, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 검출된 신호와 모델 신호 사이의 매칭의 정도가 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스에 의해 규정되는 신호들의 상이한 콤포넌트들에 의존하도록 동작 가능한 것인, 계측 장치.
38. 제37 절에 있어서, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 측정된 신호와 모델 신호 사이의 차이에 적용하도록 작동할 수 있는 계측 장치.
39. 제37 절 또는 제38 절에 있어서, 상기 검출된 신호는 각도-분해된 산란 측정에 의하여 구해지는 이차원 회절 패턴이고, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는 상기 회절 패턴에서 일부 콤포넌트에 대하여 매칭의 정도를 계산하기 위한 다른 콤포넌트보다 낮은 가중치를 규정하는 계측 장치.
40. 제37 절 또는 제38 절에 있어서, 상기 검출된 신호는 반사 측정법 또는 타원 편광 반사법에 의해 구해지는 이차원 스펙트럼 분해 회절 패턴이고, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는 상기 회절 패턴에서 일부 콤포넌트에 대하여 매칭의 정도를 계산하기 위한 다른 콤포넌트보다 낮은 가중치를 규정하는 계측 장치.
41. 제39 절 또는 제40 절에 있어서, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 복수의 측정 신호의 콤포넌트별 분산을 기술하고, 상기 복수의 측정 신호에 걸쳐 가장 큰 분산을 보이는 콤포넌트에 더 작은 가중치를 부과하는 매트릭스를 포함하는 계측 장치.
42. 제39 절 또는 제40 절에 있어서, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 복수의 측정 신호의 콤포넌트별 분산 및 상기 복수의 측정 신호의 각각의 쌍 사이의 공분산을 기술하고. 상기 복수의 측정 신호에 걸쳐 가장 큰 분산을 보이는 콤포넌트 및/또는 가장 큰 크기의 공분산을 보이는 콤포넌트 쌍에 더 작은 가중치를 부과하는 공분한 매트릭스를 포함하는 계측 장치.
43. 제37 절 내지 제42 절 중 어느 한 절에 있어서, 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 측정 신호를 검출하기 위해 사용되는 검출기 상의 노이즈를 보상하는 검출기 노이즈 가중 함수 또는 가중 매트릭스와 조합하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
44. 제37 절 내지 제43 절 중 어느 한 절에 있어서, 복수의 측정 조건이 변화된 가중 매트릭스-각각이 상기 측정 조건의 상이한 것에 관련됨-를 결정; 및
상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 구하기 위하여 상기 복수의 측정 조건이 변화된 가중 매트릭스를 조합;하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
45. 제37 절 내지 제44 절 중 어느 한 절에 있어서,
복수의 구조체가 변화된 가중 매트릭스-각각이 상이하지만 동등한 구조체에 관련됨-를 결정; 및
상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 구하기 위하여 상기 복수의 구조체가 변화된 가중 매트릭스를 평균;하도록 작동될 수 있는 계측 장치.
46. 제29 절 내지 제45 절 중 어느 한 절에 있어서, 측정 조건의 상이한 변동은 측정 파라미터의 변동을 포함하는 계측 장치.
47. 제46 절에 있어서, 측정 파라미터는, 상기 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명할 때 규정되는, 기판의 평면에서 구조체에 대한 측정 스폿의 위치를 포함하는 계측 장치.
48. 제46 절에 있어서, 측정 파라미터는, 구조체 상에 방사선으로 상기 구조체를 선택적으로 조명할 때 규정되는, 측정 스폿의 포커스를 포함하는 계측 장치.
49. 제46 절에 있어서, 측정 파라미터는 상기 구조체를 선택적으로 조명하기 위해 사용되는 방사선의 파라미터를 포함하는 계측 장치.
50. 제49 절에 있어서, 측정 파라미터는 방사선의 파장 또는 파장들인 계측 장치.
51. 제49 절에 있어서, 측정 파라미터는 상기 구조체를 선택적으로 조명하기 위해 사용되는 방사선의 측정 빔의 입사각인 계측 장치.
52. 제49 절에 있어서, 측정 파라미터는 측정 방사선의 대역폭인 계측 장치.
53. 제29 절 내지 제45 절 중 어느 한 절에 있어서, 측정 조건의 상이한 변동은 기판이 언로딩되고 리로딩되는 언로딩 및 리로딩 단계의 전과 후의 조건을 포함하는 계측 장치.
54. 제29 절 내지 제53 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 보정은 상기 보정을 결정하는 단계에서 각 측정 신호에 가중치를 부과하는 가중치 팩터를 포함하고, 상기 보정치는 해당 측정 신호에 대응되는 측정 조건의 특정한 변동의 상대적인 가능성을 기초로 하는 계측 장치.
55. 리소그래피 시스템으로서,
리소그래피 프로세스에 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및
제28 절 내지 제54 절 중 어느 한 절에 따른 계측 장치;를 포함하는 리소그래피 시스템.
56. 적합한 프로세서에서 수행될 때 상기 프로세서가 제1 절 내지 제27 절 중 어느 하나의 방법을 수행하게 하는 머신 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
리소그래피 장치와 관련하여 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.
본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.
특정한 실시예에 대한 위의 설명은 본 발명의 전반적인 속성을 완전히 밝히고 있을 것이므로, 당해 기술 분야에서의 지식을 적용함으로써 과도한 실험 없이도 본 발명의 일반적인 개념에서 벗어남이 없이 다양한 응용예에 그러한 특정한 실시예를 용이하게 변형하거나 및/또는 적용할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 적용과 변형은, 본 명세서에서 제공된 가르침과 안내를 기초로, 기재된 실시예의 균등물의 의미와 범위 내에 있는 것이라 할 수 있다. 또한, 본 명세서의 어법 및 용어는 설명의 목적상 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로서, 당업자는 그 가르침과 안내에 비추어 본 명세서의 용어 또는 어법을 해석할 것임은 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 폭과 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시예의 여하한 것에 의하여도 한정되지 않으며, 이하의 특허청구범위 및 그 균등물에 따라 정해져야 한다.

Claims (15)

1. 기판 상의 구조체에 관한 관심 파라미터의 측정 방법으로서,
1) 복수의 측정 신호로부터 측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 결정하는 단계 - 상기 측정 신호 각각은 상기 측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 상기 구조체의 상이한 측정으로부터 비롯됨; 및
2) 상기 측정 조건의 변동이 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 미치는 영향을 억제하기 위하여, 상기 보정을 사용하여 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항에서,
3) 상기 재구성을 기초로 하여 상기 관심 파라미터의 측정치를 보고하는 단계;를 더 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하는 단계는,
a) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 규정하는 단계;
b) 상기 수학적 모델을 사용하여 모델 신호를 계산하는 단계;
c) 상기 모델 신호와 상기 구조체의 측정에서 비롯되는 측정 신호 간의 매칭의 정도를 결정하는 단계로서, 상기 보정을 사용하여, 상기 모델 신호에 충분히 표현되지 아니한 상기 측정 조건의 변동이 상기 매칭의 정도에 미치는 영향을 억제하면서 상기 매칭의 정도를 결정하는 단계; 및
d) 충분히 높은 정도의 매칭을 제공하는, 상기 복수의 파라미터에 대한 파라미터 값의 세트를 결정하는 단계;를 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제3 항에서,
상기 보정은 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 포함하되 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 단계 c)에서 결정되는 검출된 신호와 모델 신호 사이의 매칭의 정도가 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스에 의해 규정되는 신호들의 상이한 콤포넌트들에 의존하도록 동작 가능한 것인, 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에서,
측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은 측정 파라미터가 변화되면서 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에서,
측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은 상이한 계측 장치 상에서 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에서,
측정 조건의 상이한 변동 하에서 수행되는 측정은, 기판이 언로딩되고 리로딩 되는 언로딩 및 리로딩 단계의 전과 후에 수행되는 측정을 포함하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에서,
상기 보정은 상기 보정을 결정하는 단계에서 상기 복수의 측정 신호로부터의 각각의 측정 신호에 가중치를 부과하는 가중치 팩터를 포함하고, 상기 가중치는 해당 측정 신호에 대응되는 측정 조건의 특정한 변동의 상대적인 가능성(likelihood)을 기초로 하는 관심 파라미터의 측정 방법.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.
계측 장치로서,
구조체가 형성된 기판을 위한 지지체;
상기 구조체를 방사선으로 선택적으로 조명하고, 측정 조건의 복수의 상이한 변동에 대하여 상기 구조체에 의해 산란되는 산란 방사선을 집광하는 광학 시스템;
측정 조건의 각각의 변동에 대하여 상기 산란 방사선으로부터 측정 신호를 검출하는 검출기; 및
측정 신호에 미치는 측정 조건의 영향을 보상하기 위한 보정을 상기 검출된 측정 신호로부터 결정하도록 구성되는 프로세서;를 포함하는 계측 장치.
제10 항에서,
상기 프로세서는, 상기 보정을 사용하여 상기 측정 조건의 변동이 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성에 미치는 영향을 억제하면서 상기 구조체의 수학적 모델의 재구성을 수행하고; 상기 재구성을 기초로 하여 상기 구조체의 관심 파라미터의 측정치를 보고;하도록 더욱 동작 가능한 계측 장치.
제11 항에서,
상기 프로세서는:
a) 상기 구조체의 형상과 재료 특성이 적어도 하나의 관심 파라미터를 포함하는 복수의 파라미터에 의해 표현되는 수학적 모델을 규정하고;
b) 상기 수학적 모델을 사용하여 모델 신호를 계산하며;
c) 상기 모델 신호와 상기 구조체의 측정에서 비롯되는 측정 신호의 매칭의 정도를 결정하되, 상기 보정을 사용하여, 상기 모델 신호에 충분히 표현되지 아니한 상기 측정 조건의 변동이 상기 매칭의 정도에 미치는 영향을 억제하면서 상기 매칭의 정도를 결정하고;
d) 충분히 높은 정도의 매칭을 제공하는, 상기 복수의 파라미터에 대한 파라미터 값의 세트를 결정;하도록 더욱 동작 가능한 계측 장치.
제12 항에서,
상기 보정은 가중 함수 또는 가중 매트릭스를 포함하되, 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스는, 상기 검출된 신호와 모델 신호 사이의 매칭의 정도가 상기 가중 함수 또는 가중 매트릭스에 의해 규정되는 신호들의 상이한 콤포넌트들에 의존하도록 동작 가능한 것인, 계측 장치.
리소그래피 시스템으로서,
리소그래피 프로세스에 사용되기 위한 리소그래피 장치; 및
제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 계측 장치;를 포함하는 리소그래피 시스템.
적합한 프로세서에서 수행될 때 상기 프로세서가 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 머신 판독 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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